JP2982062B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

燃焼制御装置

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JP2982062B2
JP2982062B2 JP9205639A JP20563997A JP2982062B2 JP 2982062 B2 JP2982062 B2 JP 2982062B2 JP 9205639 A JP9205639 A JP 9205639A JP 20563997 A JP20563997 A JP 20563997A JP 2982062 B2 JP2982062 B2 JP 2982062B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガス給湯器等の
燃焼機器を制御する燃焼制御装置に関し、特に燃焼部で
のその時々の要求熱量に見合う最適空気量を強制送気す
るファンを適切に制御するための改良に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の燃焼機器の燃焼制御装置
としては、例えばファンモータの電流を一定に制御して
ファンモータ回転数を一定とするとともに、ファンモー
タ電流が所定の値に達した時に、異常警報としたり、燃
焼を禁止したりするように構成されたものがあった。
【0003】このファンモータの電流制御による従来の
燃焼制御装置では、風圧スイッチを設けずに給排気不良
を検出できるものの、給排気系の閉塞度(閉塞率)に応
じた適切な送風量を維持することができず、最適燃焼を
確保できない。すなわち、給排気系は、燃焼機器に設け
られた排気口から直接排気する単純な構成のものから、
吸気及び排気を延長して室外に導く物まで、様々である
が、その閉塞率は、経年変化、逆風、流路長、給排気の
差圧、流路の曲がり具合、吸気フィルタの目詰まりなど
の各種要因により変化し、ファンモータの電流を一定に
制御してファンモータの回転数を一定にしても、給排気
系の閉塞率の変化により送風量が変化することから、給
排気系の閉塞率に応じた適切なモータ回転数を維持でき
なければ、空燃比が悪化し、消火、不完全燃焼、火移り
不良などの燃焼不良が生じてしまう。
【0004】そこで、上記のような不具合を解消すべ
く、給気口から排気口に至る送風路に風速センサを設置
し、この風速センサからの検知信号に応じてファンモー
タ回転数を制御する構成のものもあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この風速セン
サを用いて送風量制御を行う従来の燃焼制御装置では、
所定の送風量は維持できるものの、送風路に風速センサ
を設置することから、風速センサが給排気系の閉塞率を
増大させると共に、風速センサ自体のコストも高く、ま
た設置の誤差などにより検知信号に誤差を生じる可能性
が非常に高く、設置が面倒なことから製造コス卜も高い
ものとなっている。
【0006】また、上記風速センサを用いた送風量制御
では、給排気系の閉塞率が増加した場合、送風量を一定
に維持するためにファンモータの回転数が上昇する。こ
のため、燃焼室の圧力が上昇し、燃焼室に供給されるガ
スなどの燃料が減少する。この結果、所要燃焼量が得ら
れないため、目標燃焼量を増加させ、それに応じてファ
ンモータ回転数も上昇させる。すなわち、燃焼室の圧力
が上昇することにより所要燃焼量を得るために目標燃焼
量を増加してしまい、それに応じてファンモータ回転数
が上昇するように制御が働くので、実際の燃焼量に対し
てファンモータ回転数の上昇が過剰になり、燃焼用空気
が過剰に供給され、空燃比が悪化してしまうという問題
があった。
【0007】逆に、給排気系の閉塞率が減少した場合、
送風量を一定に維持するためにファンモータ回転数が低
下する。このため、燃焼室の圧力が低下し、燃焼室に供
給されるガスなどの燃料が増加する。この結果、所要燃
焼量を超えるため、目標燃焼量を減少させそれに応じて
ファンモータ回転数を低下させる。すなわち、燃焼室の
圧力が低下することにより、所要燃焼量とするために目
標燃焼量を減少させてしまい、それに応じてファンモー
タ回転数を低下させるように制御が働くので、実際の燃
焼量に対し、ファンモータ回転数が低下過剰になり、燃
焼用空気の供給が不足して空燃比が悪化するという問題
もあった。
【0008】本発明は、上記の点に鑑みて提案されたも
ので、送風路に風速センサを設けないで簡単に低コスト
で構成でき、しかも給排気系の閉塞率の変化に起因する
燃焼室の圧力変動に係わらず、常に最適風量を維持でき
る燃焼制御装置を提供することを、その目的としてい
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の燃焼制御装置は、燃焼部におけるその時
々の要求熱量に見合う最適空気量をファンにより強制送
気するため、該ファンを駆動するファンモータを制御す
る燃焼制御装置において、予め基準器での燃焼部の給排
気を全開状態に保持して得られた、ファンモータ印加電
圧およびファンモータ基準回転数から成る第1基準マッ
プと、予め基準器での燃焼部の給排気閉塞率を変化させ
て得られた、ファンモータ印加電圧、ファンモータ基準
回転数に対する給排気閉塞率変更時ファンモータ回転数
の回転偏差率、および当該給排気閉塞率から成る第2基
準マップと、予め基準器での燃焼部の給排気閉塞率を変
化させて得られた、当該給排気閉塞率、各種要求熱量、
およびその各種要求熱量を達成させる最適空気量を確保
可能とするファンモータ印加電圧から成る第3基準マッ
プと、を記憶する基準マップ記憶手段と、上記ファンモ
ータの回転数を検出するファンモータ回転数検出手段
と、上記ファンモータに電圧を印加したとき、上記第1
基準マップにおける当該印加電圧でのファンモータ基準
回転数と、上記ファンモータ回転数検出手段による実際
の回転数との回転偏差率を求める回転偏差率演算手段
と、上記回転偏差率演算手段で求めた回転偏差率と当該
印加電圧とに対応する給排気閉塞率を上記第2基準マッ
プを用いて決定する閉塞率決定手段と、上記閉塞率決定
手段で決定した給排気閉塞率と、今回の要求熱量とに対
応する印加電圧を上記第3基準マップを用いて決定し、
その印加電圧をファンモータに出力する印加電圧決定出
力手段と、を有することを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の燃焼制御
装置が適用されるガス給湯装置を概略的に示す図であ
る。図において、ガス給湯装置の燃焼部1には、給気口
2及び排気口3がそのケーシングに開口しており、また
水を供給する給水管6、ガスを供給するガス管7、湯を
提供する出湯管8が具備されている。
【0011】燃焼部1のケーシング内部には、熱交換器
4、バーナ5を含む燃焼室1aが有り、燃焼室1a上部
は、燃焼室1a内で燃焼した排ガスを排出する排気口3
に接続されている。また、燃焼室1a下部には、ファン
モータ21が接続され、ファンモータ21が回転するこ
とにより、ファンモータ21と同軸でファン22が回転
し、給気口2より燃焼室1aに空気を供給する構成とな
っている。
【0012】水は、給水管6より供給され、水の温度を
検知する給水サーミスタ61、通水量を検知する水量セ
ンサ62、熱交換器4を経て加熱され、湯の温度を検出
する出湯サーミスタ63、出湯量を制限する水比例弁6
4を経て、出湯管8より供給される。ガスは、ガス管7
より供給され、ガス管7よりの接続を開閉するガス電磁
弁71、ガスの量を調整するガス比例弁72を経て、燃
焼室1aのバーナ5に供給され、図示しない点火装置に
より点火され、燃焼する。
【0013】燃焼制御装置10は、この燃焼部1aから
供給される湯の量及び湯温を制御している。すなわち、
燃焼制御装置10には、ここでは図示されていない信号
線を経由して、給水サーミスタ61からの給水温度デー
タ、水量センサ62からの給水量データ、出湯サーミス
タ63からの湯温データがそれぞれ入力され、また使用
者が設定する給湯温度等の要求データも入力されてい
る。そして、使用者が蛇口(図示せず)を開くことで通
水が生じると、水量センサ62によりそれが検出され、
図示しない着火装置によりバーナ5に着火される。バー
ナ5には、ガス比例弁72を介して燃料としてのガスが
供給されるが、燃焼制御装置10は、燃焼開始後、使用
者が設定した給湯温度等の要求データに応じ、その時々
で必要となる要求熱量に見合った供給ガス量となるよ
う、ガス比例弁72及び水比例弁64の各弁開度を信号
線(図示せず)を経由して制御し、これにより熱交換器
4を通過する水は、要求された湯温にまで加熱され給湯
される。なお、燃焼制御装置10によるこの給湯温度制
御は、本発明による改良の対象事項ではないため、ここ
ではその詳説を省略する。
【0014】燃焼制御装置10は、上記の給湯温度制御
とともに、燃焼室1aに送風される空気量を制御してい
る。以下に、この送風量制御について詳細に説明する。
【0015】図2は燃焼制御装置での送風量制御に係る
構成を示す図である。図において、燃焼制御回路18
は、CPUやROM、RAMを中心として構成されたマ
イコンである。
【0016】この燃焼制御回路18のROMには、ガス
給湯器の基準器を用いて測定したデータから成る3種類
の基準マップが予め記憶されている。
【0017】第1基準マップM1は、基準器での燃焼部
の給排気を全開状態に保持して得られたものであり、図
3に示すように、その基準器でのファンモータ印加電圧
およびファンモータ基準回転数から成っている。
【0018】第2基準マップM2は、基準器での燃焼部
の給排気閉塞率を変化させて得られたものであり、図4
に示すように、ファンモータ印加電圧、給排気閉塞率変
更時ファンモータ回転数のファンモータ基準回転数に対
する回転偏差率、および当該給排気閉塞率から成ってい
る。
【0019】また、第3基準マップM3は、基準器での
燃焼部の給排気閉塞率を変化させて得られたものであ
り、図5に示すように、当該給排気閉塞率、各種要求熱
量、およびその各種要求熱量を達成させる最適空気量を
確保可能とするファンモータ印加電圧から成っている。
この第3基準マップM3における、各種要求熱量を達成
させる最適空気量は、給排気閉塞率が高く、またファン
モータ回転数も比較的高い状態で顕著に現れる燃焼室圧
力上昇での燃料流量減少の起こる範囲では、空燃比が維
持でき、燃料流量の減少が最小限となる空気量である。
【0020】燃焼制御回路18は、給水温度データ、給
水量データ、使用者が設定した給湯温度データ等に基づ
いて、その時々で必要となる要求熱量を算出し、ファン
22による送風量がその要求熱量に見合う空気量となる
ように、定電圧駆動回路15に向けて指令信号を出力す
る。なお、燃焼スタート時の指令信号は、図5に示す第
3基準マップM3において、給排気閉塞率が0%(全開
状態)とみなし、この第3基準マップM3から読み取っ
た、その時の要求熱量に応じた電圧に対応したものであ
る。
【0021】燃焼制御回路18よりの指示を受けた定電
圧駆動回路15は、NPNトランジスタ12を駆動し、
直流電源11に接続されたPNPトランジスタ13を駆
動し、ファンモータ21に電力を供給する。ファンモー
タ21と並列に接続された電圧検出回路16は、その時
々にファンモータに印加される電圧を検出して、定電圧
駆動回路15に電圧信号を与える。定電圧駆動回路15
は、燃焼制御回路18より指示された値と、電圧検出回
路16より与えられる電圧信号とを比較し、電圧検出回
路16よりの電圧信号が、燃焼制御回路18よりの指示
値と一致するようにNPNトランジスタ12を駆動し、
実質的に自励発振を開始する。
【0022】また、燃焼制御回路18には、ファンモー
タ21の回転数を検出する回転数検出回路17より回転
数信号が与えられており、この回転数信号が安定した時
点での回転数の平均値をファンモータ21の実際の回転
数として認識している。
【0023】燃焼制御回路18は、ファンモータ21に
対する印加電圧を下記の手順で決定し、送風量の最適制
御を行っている。すなわち、燃焼制御回路18は、先ず
現在指示している電圧でのファンモータ基準回転数を、
図3に示す第1基準マップM1から読み取り、次に、そ
のファンモータ基準回転数に対する、実際の回転数の回
転偏差率を演算する。そして、その回転偏差率と、現在
指示している電圧とに対応する給排気閉塞率を、図4に
示す第2基準マップM2から読み取る。続いて、その給
排気閉塞率と、現時点での要求熱量とに対応する電圧を
図5に示す第3基準マップM3から読み取り、その電圧
に応じた指示値を、定電圧駆動回路15に向けて出力す
る。これにより、ファンモータ21には電圧が印加さ
れ、ファンモータ21は燃焼室1aに空気を送り込む。
【0024】燃焼部1の給排気系は一般に、ケーシング
に設けられた排気口から直接排気する単純な構成のもの
であれ、吸気及び排気を延長して室外に導く物であれ、
経年変化、逆風、流路長、給排気の差圧、流路の曲がり
具合、吸気フィルタの目詰まりなどの各種要因により変
化するものである。この実施形態では、このように変動
する給排気系の閉塞率(給排気閉塞率)を、第2基準マ
ップM2を用いて回転偏差率に基づいて決定するので、
その決定した閉塞率はほぼ実際の閉塞状況に見合ったも
のとなる。そして、各種の給排気閉塞率に対して燃焼に
最適となる空気量、すなわちファンモータ印加電圧を予
め第3基準マップM3において設定し、現時点でファン
モータ21に印加すべき電圧をその第3基準マップM3
から読み取るようにしたので、給排気系の閉塞率が変化
しても、給排気系の現状の閉塞率に応じた適切なモータ
回転数を維持でき、したがって、給排気系の閉塞率の変
化に起因して、燃焼室の圧力変動が生じても、常に最適
風量を維持でき、空燃比を一定に維持することができ
る。この結果、消火、不完全燃焼、火移り不良などの燃
焼不良を回避する事が可能となり、風速センサなども用
いる必要もなく、コスト面でもまた設置の面からも製造
コストを増大させることはなく、低コストに抑えること
ができる。
【0025】なお、この実施形態では、上記手順で決定
した給排気系の閉塞率が所定値を上回った場合、その閉
塞率に基づいて第3基準マップM3を用いて印加電圧を
通常通り出力するとともに、燃焼制御回路18に接続さ
れた表示部18aにおいて給排気系確認表示を行うよう
にしている。これにより、燃焼には差し支えのない程度
での給排気系の閉塞状況に対して、使用者の注意を喚起
させることができ、早期に対応することができ、使用者
に安全かつ便利なガス給湯装置を提供することができ
る。
【0026】また、上記手順で決定した印加電圧が所定
電圧値を上回った場合、異常表示を行い、燃焼を停止す
るようにしている。これにより、ファンモータ回転数が
異常に高くなって、送風量が過大となるような場合は、
そのまま燃焼工程に入ると危険と判別し表示部18aに
異常表示を行って送風を停止し、燃焼も停止させる。使
用者はその異常表示を見て、ファンモータ回転数が異常
に高くなる原因を究明し、早急に対応することができ
る。
【0027】そして、上記の異常表示及び燃焼停止後
の、再着火時には、着火に係るシーケンスにおいてファ
ンモータ21を駆動することで給排気系の閉塞率を決定
し、その着火シーケンス時に決定した閉塞率が所定値を
上回って異常の場合は、着火に係るシーケンスを停止
し、閉塞率が所定値以下で正常の場合、着火に係るシー
ケンスをそのまま継続するようにしている。これによ
り、ファンモータ回転数が異常に高くなり、異常表示に
応じて使用者が対策をとった後でも、再着火時に直ちに
閉塞率の正常、異常を判別することとなり、したがっ
て、ファンモータ回転数が異常に高くなることを、未然
に確実に防止することができる。
【0028】なお、上記の説明では、印加電圧が所定電
圧値を上回った場合、異常表示を行い、燃焼を停止する
ようにしたが、このような場合、熱交換器4内を通過す
る通水量を制限して要求熱量を低減するとともに、燃焼
部1の給排気系の確認表示を行うように構成してもよ
い。これにより、使用者は安全圏内での燃焼により、給
湯を受けることができ、同時に給排気系のチェックを行
うので、安全であってかつ便利なガス給湯装置とするこ
とができる。
【0029】また、上記の説明では、給排気閉塞率が所
定値を上回った場合や、印加電圧が所定電圧値を上回っ
た場合などには、表示部18aにおいて異常表示を行う
ようにしたが、そのような場合、警報装置19を用いて
使用者に警報を発して知らせるように構成してもよい。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の燃焼制
御装置によれば、実際の閉塞状況に見合った給排気閉塞
率を決定し、その給排気閉塞率を用いて最適となる空気
量を決定するようにしたので、給排気閉塞率が変化して
も、現状の給排気閉塞率に応じた適切なモータ回転数を
維持でき、したがって、給排気閉塞率の変化に起因し
て、燃焼室の圧力変動が生じても、常に最適風量を維持
でき、空燃比を一定に維持することができる。この結
果、消火、不完全燃焼、火移り不良などの燃焼不良を回
避する事が可能となり、風速センサなども用いる必要も
なく、コスト面でもまた設置の面からも製造コストを増
大させることはなく、低コストに抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃焼制御装置が適用されるガス給湯装
置を概略的に示す図である。
【図2】燃焼制御装置での送風量制御に係る構成を示す
図である。
【図3】第1基準マップを示す図である。
【図4】第2基準マップを示す図である。
【図5】第3基準マップを示す図である。
【符号の説明】
1 燃焼部 1a 燃焼室 2 給気口 3 排気口 4 熱交換器 5 バーナ 6 給水管 7 ガス管 8 出湯管 10 燃焼制御装置 11 直流電源 12 NPNトランジスタ 13 PNPトランジスタ 15 定電圧駆動回路 16 電圧検出回路 17 回転数検出回路 18 燃焼制御回路 18a 表示部 19 警報装置 21 ファンモータ 22 ファン 61 給水サーミスタ 62 水量センサ 63 出湯サーミスタ 64 水比例弁 71 ガス電磁弁 72 ガス比例弁 M1 第1基準マップ M2 第2基準マップ M3 第3基準マップ

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼部におけるその時々の要求熱量に見
    合う最適空気量をファンにより強制送気するため、該フ
    ァンを駆動するファンモータを制御する燃焼制御装置に
    おいて、 予め基準器での燃焼部の給排気を全開状態に保持して得
    られた、ファンモータ印加電圧およびファンモータ基準
    回転数から成る第1基準マップと、 予め基準器での燃焼部の給排気閉塞率を変化させて得ら
    れた、ファンモータ印加電圧、ファンモータ基準回転数
    に対する給排気閉塞率変更時ファンモータ回転数の回転
    偏差率、および当該給排気閉塞率から成る第2基準マッ
    プと、 予め基準器での燃焼部の給排気閉塞率を変化させて得ら
    れた、当該給排気閉塞率、各種要求熱量、およびその各
    種要求熱量を達成させる最適空気量を確保可能とするフ
    ァンモータ印加電圧から成る第3基準マップと、 を記憶する基準マップ記憶手段と、 上記ファンモータの回転数を検出するファンモータ回転
    数検出手段と、 上記ファンモータに電圧を印加したとき、上記第1基準
    マップにおける当該印加電圧でのファンモータ基準回転
    数と、上記ファンモータ回転数検出手段による実際の回
    転数との回転偏差率を求める回転偏差率演算手段と、 上記回転偏差率演算手段で求めた回転偏差率と当該印加
    電圧とに対応する給排気閉塞率を上記第2基準マップを
    用いて決定する閉塞率決定手段と、 上記閉塞率決定手段で決定した給排気閉塞率と、今回の
    要求熱量とに対応する印加電圧を上記第3基準マップを
    用いて決定し、その印加電圧をファンモータに出力する
    印加電圧決定出力手段と、 を有することを特徴とする燃焼制御装置。
  2. 【請求項2】 上記回転偏差率演算手段は、上記ファン
    モータ回転数検出手段による実際の回転数としてその回
    転が安定している状態での平均値を採用する、 ことを特徴とする請求項1に記載の燃焼制御装置。
  3. 【請求項3】 上記第3基準マップにおける、各種要求
    熱量を達成させる最適空気量は、給排気閉塞率が高く、
    またファンモータ回転数も比較的高い状態で顕著に現れ
    る燃焼室圧力上昇での燃料流量減少の起こる範囲では、
    空燃比が維持でき、燃料流量の減少が最小限となる空気
    量であって、上記第3基準マップでのファンモータ印加
    電圧は、その空気量を確保可能とするものである、 ことを特徴とする請求項1または2に記載の燃焼制御装
    置。
  4. 【請求項4】 上記閉塞率決定手段で決定した給排気閉
    塞率が所定値を上回った場合、上記印加電圧決定出力手
    段で決定した印加電圧を通常通り出力するとともに、燃
    焼部の給排気系の確認を行うように情報通知を行う、 ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の燃
    焼制御装置。
  5. 【請求項5】 上記印加電圧決定出力手段で決定した印
    加電圧が所定電圧値を上回った場合、異常情報の通知を
    行い、燃焼を停止する、 ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の燃
    焼制御装置。
  6. 【請求項6】 上記燃焼部は、熱交換器内を通過する水
    を加熱するものであり、上記印加電圧決定出力手段で決
    定した印加電圧が所定電圧値を上回った場合、その熱交
    換器内を通過する通水量を制限して要求熱量を低減する
    ようにした、 ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の燃
    焼制御装置。
  7. 【請求項7】 上記燃焼部は、熱交換器内を通過する水
    を加熱するものであり、上記印加電圧決定出力手段で決
    定した印加電圧が所定電圧値を上回った場合、その熱交
    換器内を通過する通水量を制限して要求熱量を低減する
    とともに、燃焼部の給排気系の確認を行うように情報通
    知を行う、 ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の燃
    焼制御装置。
  8. 【請求項8】 上記印加電圧決定出力手段で決定した印
    加電圧が所定電圧値を上回った場合、異常情報の通知を
    行い、燃焼を停止し、その燃焼停止後の再着火時には、
    着火に係るシーケンスにファンモータを駆動することで
    上記給排気閉塞率を決定し、その着火時に決定した給排
    気閉塞率が所定値を上回って異常の場合、着火に係るシ
    ーケンスを停止する、 ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の燃
    焼制御装置。
  9. 【請求項9】 上記印加電圧決定出力手段で決定した印
    加電圧が所定電圧値を上回った場合、異常情報の通知を
    行い、燃焼を停止し、その燃焼停止後の再着火時には、
    着火に係るシーケンスにファンモータを駆動することで
    上記給排気閉塞率を決定し、その着火時に決定した給排
    気閉塞率が所定値以下で正常の場合、着火に係るシーケ
    ンスをそのまま継続する、 ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の燃
    焼制御装置。
  10. 【請求項10】 電源投入時の初期着火時には、着火に
    係るシーケンスにファンモータを駆動することで上記給
    排気閉塞率を決定し、その着火時に決定した給排気閉塞
    率が所定値を上回って異常の場合着火に係るシーケンス
    を停止し、所定値以下で正常の場合着火に係るシーケン
    スをそのまま継続する、 ことを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の燃
    焼制御装置。
JP9205639A 1997-07-31 1997-07-31 燃焼制御装置 Expired - Fee Related JP2982062B2 (ja)

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