JP2975513B2 - 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、バーナに燃焼用空気を
通風するファンと、そのファンの目標送風量を前記バー
ナへの燃料供給量が大なるほど多く設定する風量設定手
段と、前記ファンの風量が前記目標送風量に一致するよ
うに前記ファンの作動を制御する制御手段とが設けられ
ている燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃焼装置では、バーナへの燃料供
給量が大なるほどファンの目標送風量が多くなるよう
に、各燃料供給量に対し一つの目標送風量を設定し、つ
まり例えば図６に示すように燃料供給量に対するファン
の目標送風量（目標回転数）を設定し、その目標送風量
になるようにファンを作動させていた。そして、上記目
標送風量を設定するにおいて、定常燃焼状態における燃
焼適正風量に設定すると、燃焼初期状態では空気過剰状
態となり、炎消えを生じる虞がある。つまり、初期燃焼
状態では、バーナの温度がまだ熱的平衡状態に達してい
ないため、燃焼ガスの温度が定常燃焼状態に比べて低く
なっている。このため、初期燃焼状態では、定常燃焼状
態に比べて燃焼速度が遅くなっているので、上記目標送
風量を定常燃焼状態における燃焼適正風量に設定する
と、空気過剰状態となり、その結果、炎消えが生じるこ
ととなる。このため、従来では、上記目標送風量を定常
燃焼状態における適正風量よりも低めに設定するように
して、燃焼初期状態における炎消えが生じないようにし
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来では、ファンの目
標送風量を定常燃焼状態における適正風量よりも低めに
設定しているため、定常燃焼状態においては空気不足ぎ
みとなってしまい、その結果、低ＮＯｘ化を図りにくい
ものとなる等、良好な燃焼を実現できない問題があっ
た。

【０００４】そこで、上記不具合を解決するために、図
７に示すように、燃料供給量Ｉｐに対するファンの目標
回転数Ｒを、バーナの燃焼状態に応じて、初期燃焼状態
では空気供給が過剰にならないように低めの回転数Ｒ１
に、定常燃焼状態では空気供給が不足しないように高め
の回転数Ｒ３に夫々設定し、更に、初期燃焼状態と定常
燃焼状態の間の中間燃焼状態のときは、上記Ｒ１とＲ３
の中間のファン回転数Ｒ２に設定するような手段が考え
られる。尚、図中、Ｒ１ｎは点火制御時の緩点火用の目
標回転数、Ｉｐｎは緩点火用の燃料供給量を示す。ただ
し、この技術では、初期燃焼状態での目標回転数Ｒ１
を、定常燃焼状態での目標回転数Ｒ３に対して、燃料供
給量の調節範囲の全範囲において、低回転数側に平行移
動させるようにして、同じ回転数量だけ低く設定してい
る。そのため、燃料供給量の小側において前記炎消えを
確実に防止できるように、初期燃焼状態での目標回転数
Ｒ１を定常燃焼状態での目標回転数Ｒ３に比べて十分に
低く設定すると、初期燃焼状態で、目燃料供給量の大側
において空気供給量の不足が生じることになる。つま
り、初期燃焼状態においても、燃料供給量が多い場合に
は炎が安定した状態で燃焼し易いものであるが、上記の
ように空気不足が生じるとＮＯｘの発生を回避でないお
それがあるため、燃料供給量の大側の範囲では、初期燃
焼状態での目標回転数を定常燃焼状態での目標回転数に
極力近づけるように設定することが望ましい。

【０００５】本発明は上記の実情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、定常燃焼状態及び初期燃焼状態
の両状態において空気不足によるＮＯｘの発生を抑制し
ながら、初期燃焼状態における炎消えの発生を防止し
て、初期燃焼状態及び定常燃焼状態の何れにおいても適
正な燃焼状態を維持できるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の燃焼装置は、バ
ーナに燃焼用空気を通風するファンと、そのファンの目
標送風量を前記バーナへの燃料供給量が大なるほど多く
設定する風量設定手段と、前記ファンの風量が前記目標
送風量に一致するように前記ファンの作動を制御する制
御手段とが設けられているものであって、その第１特徴
構成は、前記バーナの燃焼状態が初期燃焼状態である
か、定常燃焼状態であるかを判別する判別手段が設けら
れ、前記風量設定手段が、前記燃料供給量の調節範囲の
うち少なくとも一部において、前記判別手段の判別結果
に基づいて、前記初期燃焼状態よりも前記定常燃焼状態
の方が前記燃料供給量の同じ値に対する前記目標送風量
を増大側に設定し、且つ、その増大側の設定において、
前記燃料供給量が小なるほど前記目標送風量を大きく増
加させるように構成されている点にある。第２特徴構成
は、上記第１特徴構成において、前記判別手段が、前記
バーナが燃焼を開始したのち所定時間経過するまでは、
前記初期燃焼状態であると判別するように構成されてい
る点にある。第３特徴構成は、上記第１又は２の特徴構
成において、前記判別手段が、前記バーナが定常燃焼状
態での燃焼を停止したのち所定時間経過するまでの間に
再度燃焼を開始した場合には、前記定常燃焼状態である
と判別するように構成されている点にある。

【０００７】

【作用】本発明の第１の特徴構成によれば、判別手段に
より初期燃焼状態と定常燃焼状態とが判別され、初期燃
焼状態よりも定常燃焼状態の方が燃料供給量の同じ値に
対するファンの目標送風量を増大側に設定するのに、初
期燃焼状態よりも定常燃焼状態の方が燃料供給量が小な
るほどファンの目標送風量を大きく増加させるので、言
い換えると、定常燃焼状態よりも初期燃焼状態の方が燃
料供給量が小なるほどファンの目標送風量を大きく減少
させるので、バーナを着火した直後の初期燃焼状態にお
いては、ファンによる送風量を定常燃焼状態よりも燃料
供給量が小なるほど低い値に設定して燃焼を実行し、燃
料供給量が小さいほど発生し易い炎消えを適切に防止で
きる一方、燃料供給量が多くなると、定常燃焼状態での
空気供給量に極力近づけるように十分に空気供給し、安
定した炎の状態でＮＯｘの発生を回避させることがで
き、さらに、初期燃焼状態より定常燃焼状態へと移行す
ると、ファンの目標送風量を初期燃焼状態よりも燃料供
給量が小なるほど高い値に設定し直して燃焼に必要な空
気を十分に得て、ＮＯｘの発生量を抑える等、良好な燃
焼を実現できるのである。

【０００８】第２の特徴構成によれば、上記第１の特徴
構成において、バーナが燃焼を開始したのち所定時間経
過するまでの間は、バーナ温度が上昇中であり、まだ温
度平衡に達していないので、その間（所定時間経過する
までの間）はバーナの燃焼状態は初期燃焼状態であると
判別されることとなる。

【０００９】第３の特徴構成によれば、上記第１又は第
２の特徴構成において、バーナが定常燃焼状態での燃焼
を停止したのち所定時間経過するまでの間に再度燃焼を
開始すると、バーナ温度が高温に保たれたままの状態で
燃焼を再開することとなるので、そのときのバーナの燃
焼状態は定常燃焼状態であると判別されることとなる。

【００１０】

【発明の効果】本発明の第１特徴構成によれば、初期燃
焼状態において燃料供給量が小さいほど発生し易い炎消
えの発生を的確に防止することができると共に、定常燃
焼状態及び初期燃焼状態の両状態において空気不足によ
るＮＯｘの発生を極力抑えることができ、初期燃焼状態
及び定常燃焼状態の何れにおいても、適正な燃焼状態を
維持することのできる燃焼装置を提供するに至った。ち
なみに、燃焼装置が水加熱用の熱交換器を加熱するのに
使用される場合において、従来では、定常燃焼状態にお
いて、空気不足の状態で燃焼を実行することとなるの
で、結果的に熱交換器の耐久性を損なうこととなってい
たが、本発明の第１特徴構成によれば、適正な燃焼状態
を維持することのできるので、熱交換器の耐久性の向上
を図ることができるものとなる。

【００１１】第２特徴構成によれば、第１特徴構成にお
いて、バーナが燃焼を開始した後の経過時間によって、
バーナの燃焼状態が初期燃焼状態であるか定常燃焼状態
であるかを的確に判別し、この判別に基づいて、初期燃
焼状態及び定常燃焼状態の両状態において、一層適正な
燃焼状態を維持することができるに至った。

【００１２】第３特徴構成によれば、第１又は２特徴構
成において、バーナが燃焼を停止した後の経過時間によ
って、再び燃焼を開始したときのバーナの燃焼状態が初
期燃焼状態であるか定常燃焼状態であるかを的確に判別
し、この判別に基づいて、初期燃焼状態及び定常燃焼状
態の両状態において、一層適正な燃焼状態を維持するこ
とができるに至った。

【００１３】

【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。図１に示すように、水加熱用の
熱交換器１と、その熱交換器１に対して加熱作用するバ
ーナ２と、バーナ２への燃焼用空気量を通風するファン
３とを備えた給湯器が設けられている。尚、ファン３に
は回転数センサが付設されている。図中Ｗ１は熱交換器
１に対する給水路、Ｗ２は出湯路、Ｗ３はバイパス路、
Ｗ４は給湯路である。バーナ２に対する燃料ガス供給路
Ｇ１には、燃料ガス供給を断続する二つの開閉弁４，
５、及び燃料供給量Ｉｐを調節する燃料調節手段として
の電磁式のガス量調整弁６が介装されている。

【００１４】給水路Ｗ１には、熱交換器１への給水量を
検出する水量センサＳ１と、熱交換器１への入水温を検
出する入水温センサＳ２とが、出湯路Ｗ２には、熱交換
器１の出湯温を検出する出湯温センサＳ３が、バイパス
路Ｗ３には、バイパス電磁弁４０が、給湯路Ｗ４には、
給湯温センサＳ４が夫々介装されている。尚、図中７は
点火用のイグナイタ、８はバーナ２が着火したか否かを
検出するフレームロッドである。

【００１５】又、コントローラＨに制御情報を指令する
メインリモコンＭ１が設けられている。メインリモコン
Ｍ１には、運転の開始・停止を指令する運転スイッチ２
１、給湯温度表示器２２、給湯温度設定器２３等が備え
られている。

【００１６】コントローラＨには、水量センサＳ１、入
水温センサＳ２、出湯温センサＳ３、給湯温センサＳ
４、フレームロッド８、及び、メインリモコンＭ１の夫
々が接続されている。そして、コントローラＨは、熱交
換器１の出湯温が所定の温度（例えば、７５℃）になる
ように、水量センサＳ１，入水温センサＳ２，及び出湯
温センサＳ３の検出結果に基づいてガス量調整弁６の開
度を調節し、給湯路Ｗ４の湯温が給湯温度設定器２３に
て設定された温度となるように、出湯温センサＳ３の検
出結果に基づいてバイパス電磁弁４０の開度を調節す
る。

【００１７】コントローラＨには、ファン３の目標送風
量としての目標回転数Ｒをバーナ３への燃料供給量Ｉｐ
が大なるほど多く設定する風量設定手段１００と、ファ
ン３の回転数が前記目標回転数Ｒに一致するようにファ
ン３の作動を制御する制御手段１０１とが設けられてい
る。

【００１８】更に、コントローラＨには、バーナ２の燃
焼状態が初期燃焼状態であるか、定常燃焼状態である
か、中間燃焼状態であるかを判別する判別手段１０２が
設けられており、前記風量設定手段１００は、燃料供給
量Ｉｐの調節範囲全体（Ｉｐmin 〜Ｉｐmax ）におい
て、前記判別手段１０２の判別結果に基づいて、前記初
期燃焼状態よりも前記定常燃焼状態の方が燃料供給量Ｉ
ｐの同じ値に対する目標送風量（目標回転数Ｒ）を増大
側に設定し、且つ、その増大側の設定において、前記燃
料供給量が小なるほど前記目標送風量を大きく増加させ
るように構成されている。詳述すると、燃料供給量Ｉｐ
に対するファン３の目標回転数Ｒは、バーナ２の燃焼状
態に応じて、図２に示すように設定されており、風量設
定手段１００は、バーナ２が初期燃焼状態のときには目
標回転数ＲをＲ１ｂに設定し、定常燃焼状態のときは目
標回転数ＲをＲ３ｂに設定する。

【００１９】従って、制御手段１０１は、バーナ２が初
期燃焼状態のときには回転数が目標回転数Ｒ１ｂとなる
ようにファン３を制御し、定常燃焼状態のときは目標回
転数Ｒ３ｂとなるようにファン３を制御することとな
る。

【００２０】尚、前記判別手段１０２は、バーナ２が燃
焼を開始したのち所定時間Ｔ１経過するまでは前記初期
燃焼状態であると判別し、所定時間Ｔ１経過後所定時間
Ｔ２（＞Ｔ１）経過するまでの間は中間燃焼状態である
と判別し、所定時間Ｔ２経過後は定常燃焼状態であると
判別するように構成されている。更に又、判別手段１０
２は、バーナ２が定常燃焼状態での燃焼を停止したのち
所定時間Ｔ３経過するまでの間に再度燃焼を開始した場
合には、前記中間燃焼状態であると判別するように構成
されている。ちなみに、本実施例では、中間燃焼状態
を、本来の定常燃焼状態の前段階の燃焼状態と考えて、
定常燃焼状態の一部として扱っている。すなわち、上述
の如く再度燃焼を開始した場合において、本実施例で
は、定常燃焼状態の一部としての中間燃焼状態と判別す
るようになっている。もちろん、中間燃焼状態が省略さ
れている場合や、中間燃焼状態が省略されていない場合
において、定常燃焼状態と判別して実施することもでき
るが、本実施例の如く、中間燃焼状態として判別するほ
うが燃焼の安定化を図る上において有利である。但し、
本実施例では、Ｔ１＝３０秒、Ｔ２＝６０秒、Ｔ３＝３
０秒に設定している。

【００２１】以下、本実施例の給湯器における制御動作
を、図３，図４に示すフローチャートに基づいて説明す
る。給湯器は、運転開始処理などが行われた後、非燃焼
状態で待機している。先ず、給湯栓の開栓が給水量セン
サＳ１によって検知されると（ステップ１）、コントロ
ーラＨは、点火制御として、ファン３を点火作動させ
て、イグナイタ７によるスパークを開始させると同時
に、開閉弁４，５を開放する（ステップ２）。尚、この
とき、ガス量調整弁６の開度は、図７の緩点火用の燃料
供給量Ｉｐｎに対応する燃料供給量Ｉｐに調節され、フ
ァン３は、図２において上記緩点火用の燃料供給量Ｉｐ
に対応する回転数Ｒ１ｂに制御される。

【００２２】火移りが完了したことをフレームロッド８
にて検知すると、メインリモコンＭ１の燃焼ランプＳＷ
を点灯して、イグナイタ７によるスパークを停止し、バ
ーナ２の燃焼が開始される（ステップ３）。尚、火移り
が完了した後のバーナ２へ供給される燃料供給量Ｉｐ
は、熱交換器１の出湯温が所定の温度（例えば、７５
℃）になるように、水量センサＳ１，入水温センサＳ
２，及び出湯温センサＳ３の検出結果に基づいて演算さ
れ、その演算された燃料供給量Ｉｐとなるようにガス調
整弁６を調整する。

【００２３】バーナ２の燃焼が開始されると、タイマー
をリセットし、スタートさせる（ステップ４）。ステッ
プ５，６に示すように、タイマーの経過時間Ｔが、３０
秒経過するまでは、目標回転数Ｒ＝Ｒ１でファン３を作
動させる（初期燃焼状態）。ステップ７，８に示すよう
に、経過時間Ｔが、３０秒経過後６０秒経過するまで
は、目標回転数Ｒ＝Ｒ２でファン３を作動させる（中間
燃焼状態）。ステップ９に示すように、経過時間Ｔが、
６０秒経過したのちは、目標回転数Ｒ＝Ｒ３でファン３
を作動させる（定常燃焼状態）。

【００２４】尚、初期燃焼状態及び中間燃焼状態におい
て給湯栓が閉じられると（ステップ１０，１１）、開閉
弁４，５を閉じてバーナ２の燃焼を停止して燃焼ランプ
ＳＷを消灯し（ステップ１２）、ファン３を所定の回転
数で回転させて、アフターパージを開始すると共に、タ
イマーをリセットしてスタートさせる（ステップ１
３）。そして、アフターパージ開始後７分が経過すると
（ステップ１４）、ファンを停止してアフターパージを
終了する（ステップ１５）。このアフターパージ中に、
給湯栓が再び開栓されると（ステップ１６）、ステップ
２に戻る。

【００２５】定常燃焼状態において給湯栓が閉じられる
と（ステップ１７）、ステップ１２，１３と同様に、バ
ーナ２の燃焼を停止してアフターパージを開始すると共
に、タイマーをリセットしてスタートさせる（ステップ
１８，１９）。そして、アフターパージ（ステップ１
９）開始後３０秒経過する間に給湯栓が再び開栓される
と（ステップ２０，２１）、ステップ２，３と同様の点
火制御を行ってバーナ２の燃焼を開始し（ステップ２
２，２３）、タイマーを３０秒よりスタートし（ステッ
プ２４）、ステップ７に戻る。ステップ１９のアフター
パージ開始後３０秒が経過しても、給湯栓が開栓されな
ければ、再びステップ１６へと戻る。

【００２６】〔別実施例〕 上記実施例では、本発明を給湯器に適用した実施例
を示したが、給湯器に限定されるものではなく、その他
の燃焼装置にも適用することができる。 上記実施例
では、ファン３の風量としてファン３の回転数を使用し
ているが、回転数に限定させるものではなく、実風量を
検出するセンサを設けて実風量を検出するようにして実
風量を用いても良いし、酸素センサを設けて検出した風
量を用いても良いし、又、ファン３を駆動する電力等を
用いるようにしても良い。 初期燃焼状態よりも定常
燃焼状態の方が目標回転数Ｒを増大側に設定するにおい
て、上記実施例では、図２に示すように、燃料調節範囲
全て（Ｉｐmin 〜Ｉｐmax ）において、燃料供給量Ｉｐ
が小なるほど目標送風量Ｒを大きく増加させる（Ｒ１
ｂ：初期燃焼状態、Ｒ３ｂ：定常燃焼状態）ようにして
いるが、その設定方法は種々変更することができる。例
えば、図５に示すように、燃料調節範囲の全範囲ではな
く、部分的に（燃料供給量Ｉｐが小なる範囲において）
定常燃焼状態の方の目標送風量Ｒを増加させる（Ｒ１
ｃ：初期燃焼状態、Ｒ３ｃ：定常燃焼状態）ようにして
も良い。 上記実施例の判別手段１０２は、燃焼停止
後の経過時間に基づいて、バーナ２の燃焼状態（初期燃
焼状態及び定常燃焼状態）を判別しているが、バーナ２
自身の温度上昇を測定して、バーナ２の燃焼状態を判別
するようにしても良いし、バーナ２の周囲（又は周囲の
部品）の温度上昇を測定することによりバーナ２自身の
温度上昇を推定して、バーナ２の燃焼状態を判別するよ
うにしても良いし、又、バーナ２の炎の温度あるいはバ
ーナ２内のガス温度を測定して、バーナ２の燃焼状態を
判別するようにしても良い。 ファン３の風量が目標
風量に一致するようにファン３の作動を制御するにおい
て、ファン３を一定回転数で回転させてダンパの開度を
変更して風量を調節するようにしても良く、ファン３の
風量調節の具体構成は各種変更できる。

【００２７】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、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】全体構成のブロック図

【図２】燃料供給量とファンの目標回転数との関係を示
す説明図

【図３】制御作動のフローチャート

【図４】制御作動のフローチャート

【図５】別実施例にかかる燃料供給量とファンの目標回
転数との関係を示す説明図

【図６】従来の燃料供給量とファンの目標回転数との関
係を示す説明図

【図７】参考例としての燃料供給量とファンの目標回転
数との関係を示す説明図

【符号の説明】

２ バーナ ３ ファン １００ 風量設定手段 １０１ 制御手段 １０２ 判別手段 Ｉｐ 燃料供給量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 敬仁 大阪府大阪市港区南市岡１丁目１番52号 株式会社ハーマン内 (72)発明者 神谷 宏 大阪府大阪市港区南市岡１丁目１番52号 株式会社ハーマン内 (56)参考文献 実開 平２−69249（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23N 1/02 F23N 3/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナ（２）に燃焼用空気を通風するフ
   ァン（３）と、そのファン（３）の目標送風量を前記バ
   ーナ（２）への燃料供給量（Ｉｐ）が大なるほど多く設
   定する風量設定手段（１００）と、前記ファン（３）の
   風量が前記目標送風量に一致するように前記ファン
   （３）の作動を制御する制御手段（１０１）とが設けら
   れている燃焼装置であって、 前記バーナ（２）の燃焼状態が初期燃焼状態であるか、
   定常燃焼状態であるかを判別する判別手段（１０２）が
   設けられ、 前記風量設定手段（１００）は、 前記燃料供給量（Ｉｐ）の調節範囲のうち少なくとも一
   部において、前記判別手段（１０２）の判別結果に基づ
   いて、前記初期燃焼状態よりも前記定常燃焼状態の方が
   前記燃料供給量（Ｉｐ）の同じ値に対する前記目標送風
   量を増大側に設定し、且つ、その増大側の設定におい
   て、前記燃料供給量（Ｉｐ）が小なるほど前記目標送風
   量を大きく増加させるように構成されている燃焼装置。
2. 【請求項２】 前記判別手段（１０２）は、 前記バーナ（２）が燃焼を開始したのち所定時間経過す
   るまでは、前記初期燃焼状態であると判別する ように構
   成されている請求項１記載の燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記判別手段（１０２）は、 前記バーナ（２）が定常燃焼状態での燃焼を停止したの
   ち所定時間経過するまでの間に再度燃焼を開始した場合
   には、前記定常燃焼状態であると判別する ように構成さ
   れている請求項１又は２記載の燃焼装置。