JP2968100B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バーナを備える燃焼部
に燃焼用空気を供給する通風手段と、その通風手段によ
る前記燃焼部への空気供給量を検出する加熱式センサ
と、燃焼開始が指令されるに伴って前記加熱式センサの
加熱を開始させると共に前記加熱式センサの検出値が前
記バーナに供給される燃料供給量に応じて決められる目
標値に維持されるよう前記通風手段を制御する制御手段
とを備える燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる加熱式センサとして、例えば、熱
線式風速センサやセラミック酸素センサがある。前者
は、供給される燃焼用空気と燃焼後の排気との圧力差を
バイパス路に流れる空気の流速から検出することにより
燃焼部への空気供給量を間接的に検出する。後者は、燃
焼排気中の酸素濃度を検出することにより燃焼部への空
気供給量を間接的に検出する。尚、この種のセラミック
酸素センサを用いて燃焼制御を行う従来例として、実開
昭６０−１６０３５３号公報に記載されたものがある。

【０００３】制御手段は、上記の如き加熱式センサの検
出値が前記バーナに供給される燃料供給量に応じて決め
られる目標値に維持されるように通風手段を制御し、燃
焼用空気の供給量を適正に維持する。一般に、加熱式セ
ンサの加熱は、燃焼開始が指令されるに伴って開始さ
れ、燃焼停止が指令されるに伴って停止される。燃焼中
か否かに無関係に常時加熱しておくことも考えられる
が、この場合は加熱式センサの耐久性の点で問題があ
る。

【０００４】しかし、加熱式センサが適正状態に加熱さ
れるまで、即ち安定動作領域に達するまでには時間がか
かる。従って、加熱式センサが適正状態に加熱されるま
では、上記のような通風手段の制御を適切に行うことが
できない。そこで従来は、燃焼開始が指令されるに伴っ
て、先ず加熱式センサの加熱を開始させ、加熱式センサ
が適正状態に加熱されるまでの所定時間（例えば約１
分）が経過した後にバーナに点火し、上記通風手段の制
御を行うように構成していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、燃焼開
始が指令されてから実際にバーナに点火されるまでに遅
れ時間を要するので、例えば湯沸器の場合、初期出湯特
性悪化の一因となる。特に、瞬間湯沸器のように早く出
湯させる必要がある機器には適用し難いものであった。
一方、前述のように、加熱式センサを常時加熱状態にし
ておくと、高温耐久性が劣化して、所定の製品寿命が確
保できないといった問題がある。

【０００６】本発明は、かかる実情に鑑みて為されたも
のであって、その目的は、加熱式センサを用いて燃焼用
空気の供給量を制御する燃焼装置において加熱式センサ
の高温耐久性を確保しつつ、バーナの点火時期を早め、
初期出湯特性等を改善することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の燃焼装置は、バ
ーナを備える燃焼部に燃焼用空気を供給する通風手段
と、その通風手段による前記燃焼部への空気供給量を検
出する加熱式センサと、燃焼開始が指令されるに伴って
前記加熱式センサの加熱を開始させると共に前記加熱式
センサの検出値が前記バーナに供給される燃料供給量に
応じて決められる目標値に維持されるよう前記通風手段
を制御する制御手段とを備えるものであって、その特徴
構成は、前記制御手段が、燃焼停止から所定時間経過す
るまで前記加熱式センサを検出用の加熱状態にする加熱
を継続し、前記所定時間経過すると、前記加熱を停止す
るように構成されている点にある。

【０００８】

【作用】バーナを燃焼させて使用している状態でバーナ
の燃焼を一旦停止すると、燃焼停止から所定時間（例え
ば３０分間）の間は、再度バーナを燃焼させて使用する
可能性が高いので、制御手段により、燃焼停止から所定
時間経過するまでは、加熱式センサを検出用の加熱状態
にする加熱を継続し、所定時間経過すると、加熱式セン
サの加熱を停止するようにしてある。従って、燃焼停止
から所定時間が経過するまでの間に、再び燃焼開始が指
令されると、加熱式センサはすでに検出用の適性加熱状
態に加熱されているので、待ち時間を要することなく直
ちにバーナに点火することができる。上記所定時間は、
例えば制御手段の内部タイマーによって管理される。

【０００９】

【発明の効果】上記のように、本発明の燃焼装置によれ
ば、燃焼停止後所定時間以内に燃焼開始が指令される場
合、換言すれば短時間に繰り返し燃焼開始が指令される
場合には直ちにバーナに点火することができるので、例
えば湯沸器に適用した場合の初期出湯特性の改善に寄与
できる。一方、所定時間経過すると加熱式センサの加熱
は停止されるので、加熱式センサが常時高温加熱状態に
さらされることはなく、所定の高温耐久性を確保するこ
とができるものとなった。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を給湯器に適用した実施例を図
面に基づいて説明する。本実施例の給湯器は図１に示す
ように構成されている。筒状ケース１内にバーナ２を備
える燃焼部３とその高温排気により水を加熱するフィン
チューブ型の熱交換器４が設けられている。筒状ケース
１の下端には燃焼部３に燃焼用空気を供給する通風手段
としてのファン５の吐出側が接続され、筒状ケース１の
上端には排気路６が接続されている。

【００１１】バーナ２への燃料供給路７には燃料供給量
を調節するための電磁比例弁８が設けられている。制御
手段としての燃焼コントローラ９は、電磁比例弁８の励
磁電流を変化させることによりその開度を制御し、もっ
て燃料供給量を調節する。燃焼コントローラ９は、設定
手段Ｒによって設定された設定湯温と、湯温検出手段Ｓ
によって検出される湯温との偏差に基づいて上記のよう
にして燃料供給量を調節し、湯温を制御する。

【００１２】湯温を制御するには、バーナ２への燃料供
給量のみならず、燃焼部３への燃焼用空気の供給量をも
適切に制御する必要がある。従って、燃焼コントローラ
９は、ファン５の送風状態、即ち回転数をも制御する。
そして、燃焼部３への空気供給量を検出するセンサとし
て、排気中の酸素濃度を検出するセラミック酸素センサ
１０が排気路６に設けられている。

【００１３】セラミック酸素センサ１０（以下、単に酸
素センサという）は、燃焼後の排気中の酸素濃度を検出
することにより燃焼部への空気供給量を間接的に検出し
ていることになる。つまり、燃焼部への空気供給量が過
剰気味であれば、排気中の酸素濃度（残存量）は大き
く、逆に空気供給量が不足気味であれば、排気中の酸素
濃度（残存量）は小さくなる。尚、酸素センサ１０は、
以下に述べるように加熱式のセンサである。

【００１４】酸素センサ１０は、図２に示すように、セ
ンサエレメント１１、端子１２、端子台１３、メッシュ
カバー１４からなる。センサエレメント１１は、図３に
示すように、ディスク状の安定化ジルコニア１１ａの両
側に白金電極１１ｂを形成し、その片側に小孔１１ｃが
設けられたキャップ１１ｄを接合して構成されている。
両電極１１ｂ間に電圧を印加すると、ポンピング作用に
より酸素イオンをキャリアとする電流が流れる。

【００１５】キャップ１１ｄ内への空気の流入が小孔１
１ｃによって制限されることから電圧の所定領域で電流
がほぼ一定（限界電流）になる。そして、この限界電流
は空気中の酸素濃度に比例して変化するので、一定電圧
を両電極１１ｂ間に印加しておき、そのときの電流値か
ら酸素濃度を検出することができる。又、上記ポンピン
グ作用は、高温（５００℃程度）において発生するの
で、キャップ１１ｄ上部にヒータ１１ｅを一体に形成
し、ヒータ１１ｅへの通電によりセンサエレメント１１
を加熱するように構成している。

【００１６】上記ヒータ１１ｅへの通電は、燃焼コント
ローラ９内のヒータ制御回路９ａによって制御される。
また、酸素センサ１０の検出値（電流値）は、燃焼コン
トローラ９に入力され、燃焼コントローラ９は、その検
出値がバーナ２への燃料供給量に応じて決められる目標
値に維持されるようにファン５の回転数を制御し、燃焼
部３への空気供給量を調節している。上記酸素濃度の目
標値は、実験により求められた適正値であって、図４に
示すように燃料供給量に応じて変化する。

【００１７】次に、燃焼開始が指令されてからの制御ス
テップを図５の流れ図に基づいて説明する。燃焼開始が
指令されるに伴って、即ち給湯栓（図示せず）が開か
れ、水流スイッチ１５がオンになるに伴って酸素センサ
１０のヒータ１１ｅへの通電が開始される（図５、処理
（イ）参照）。しかし、ヒータ１１ｅにより酸素センサ
１０（センサエレメント１１）が適正状態に加熱される
まで、即ち安定温度（例えば５００℃）に達するまでに
約１分程度の時間を要する。

【００１８】燃焼コントローラ９は、上記の酸素センサ
１０が適正状態に加熱されるまでの間は、バーナ２への
燃料供給は行わず、従って点火も行わない。ファン５の
回転駆動も行わない。即ち、図５の処理（ロ）に示すよ
うに、所定時間Ｔｈ（例えば１分間）に達するまでは待
ち処理を行い、次の処理には進まない。所定時間Ｔｈ
は、燃焼コントローラ９の内部タイマ９ｂによって管理
される。つまり、ヒータ１１ｅへの通電開始と共に内部
タイマ９ｂがリセットされカウントが開始される。

【００１９】内部タイマ９ｂが所定時間Ｔｈに達する
と、燃焼コントローラ９は、ファン５を作動させ、主電
磁弁、電磁比例弁８等のガス弁を開けて燃料供給を開始
すると共にバーナ２に点火する（処理（ハ））。但し、
実際にはファン５の作動開始より約１秒遅れてガス弁の
開成、点火が行われる。そして、前述したように、設定
湯温と検出湯温との偏差に基づく燃料供給量の制御と、
酸素センサ１０の検出値に基づく空気供給量の制御をお
こなう。

【００２０】給湯栓が閉じられ、水流スイッチ１５がオ
フになると、燃焼停止処理が行われる（処理（ニ））。
具体的には、ガス弁が閉じられ、ファン５は数分間のポ
ストパージ動作を行った後に停止される。但し酸素セン
サ１０のヒータ１１ｅへの通電は停止しない。即ち酸素
センサ１０を検出用の加熱状態にする加熱が継続され
る。そして、燃焼停止後所定時間Ｔｐ経過した時点でヒ
ータ１１ｅへの通電が停止され、前記加熱が停止される
（処理（ホ））。この所定時間Ｔｐも、前述の所定時間
Ｔｈと同様に、燃焼コントローラ９の内部タイマ９ｂに
よって管理される。

【００２１】所定時間Ｔｐが経過する前に再び給湯栓が
開けられて水流スイッチ１５がオンになると、この場合
は酸素センサ１０がすでに適正状態に加熱されているの
で待ち時間Ｔｈを要することなく直ちに上記の処理
（ハ）、即ち燃焼開始処理に移る（処理（ヘ））。

【００２２】以下別実施例について列記する。 燃焼部への空気供給量を検出するセンサとしてはセ
ラミック酸素センサに限らず、例えば空気供給側と排気
側との圧力差をバイパス路に流れる空気の流速から検出
する熱線式風速センサを用いることも考えられる。要す
るに、適正状態に加熱されてはじめて正常な検出が可能
となる加熱式センサを用いた燃焼装置であれば、本発明
を適用することができる。

【００２３】 通風手段は送風ファンに限らず、例え
ば排気側に設けた吸引ファンであってもよい。尚、特許
請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号
を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定
されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る湯沸器の構成図

【図２】セラミック酸素センサ（加熱式センサ）の断面
図

【図３】センサユニットの断面図

【図４】燃料供給量と酸素濃度目標値との関係を示すグ
ラフ

【図５】制御手段（燃焼コントローラ）の処理を示す流
れ図

【符号の説明】

２ バーナ ３ 燃焼部 ５ 通風手段 ９ 制御手段 １０ 加熱式センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23N 1/02 102 F23N 5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナ（２）を備える燃焼部（３）に燃
   焼用空気を供給する通風手段（５）と、その通風手段
   （５）による前記燃焼部（３）への空気供給量を検出す
   る加熱式センサ（１０）と、燃焼開始が指令されるに伴
   って前記加熱式センサ（１０）の加熱を開始させると共
   に前記加熱式センサ（１０）の検出値が前記バーナ
   （２）に供給される燃料供給量に応じて決められる目標
   値に維持されるよう前記通風手段（５）を制御する制御
   手段（９）とを備える燃焼装置であって、前記制御手段
   （９）が、燃焼停止から所定時間経過するまで前記加熱
   式センサ（１０）を検出用の加熱状態にする加熱を継続
   し、前記所定時間経過すると、前記加熱を停止するよう
   に構成されている燃焼装置。