JP3107156B2 - 石油瞬間式給湯装置の点火方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リターン回路を備
えた石油瞬間式給湯装置に緩点火動作を行わせる石油瞬
間式給湯装置の点火方法に関する。。

【０００２】

【従来の技術】石油瞬間式給湯装置において、燃料供給
管に設けられたポンプを作動して燃料を燃料噴射ノズル
に供給するとともに、リターン回路に設けられた流量制
御バルブの開度を調整して燃料噴霧量を制御するものは
知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のリター
ン回路を備えた石油瞬間式給湯装置は、点火動作時にポ
ンプを作動させるとともに、開閉弁を開くだけでは、石
油量を調整することが難しく、正確に緩点火できない課
題がある。

【０００４】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、その目的は確実に緩点火動作を行うこ
とができる石油瞬間式給湯装置の点火方法を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る石油瞬間式給湯装置の点火方法は、プリ
パージの後で噴射ノズルから燃料を噴射するとともに、
噴射した燃料のリターン回路に設けられた流量制御バル
ブの開度を調整することにより、燃料噴霧量を比例的に
制御する緩点火動作を行わせた石油瞬間式給湯装置の点
火方法において、電磁ポンプを作動してリターン回路の
流量制御バルブを最も点火し易い燃料噴射量となるよう
緩点火位置に駆動するとともに所定時間のプリパージを
終了させ、点火用の電極棒から連続的に放電を行ないな
がら噴射ノズルから燃料を噴射して点火させるが、点火
しなかった場合には再びプリパージを行なった後に、電
極棒による放電と噴射ノズルによる燃料の噴射を行なっ
て点火を試みることを特徴とする。

【０００６】この発明に係る石油瞬間式給湯装置の点火
方法では、リターン回路の流量制御バルブを緩点火位置
に駆動して油量の供給量を適切に調整して点火を実行す
る場合に、燃焼室内のプリパージを行なってから燃料の
緩点火が行なわれる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る点火方法
を適用する石油瞬間式給湯装置の概念的構成説明図であ
る。図１の石油瞬間式給湯装置１において、燃料である
石油は燃料タンク２から石油供給管３と燃料噴射手段４
を介して給湯機本体５に送られて燃焼され、水は給水管
６を介して給湯機本体５内に配置された熱交換器７へ送
られて加熱されて給湯管８を通って不図示の水栓、浴槽
等へ供給される。

【０００８】給水管６には給水量、給水温度の検出手段
であるそれぞれ水量センサ１１、給水温度センサ１２が
設けられ、給湯管８には出湯温度の検出手段である出湯
温度センサ１３と出湯量を調整する水量バルブ１４が夫
々設けられている。そして、水量センサ１１、給水温度
センサ１２、出湯温度センサ１３及び水量バルブ１４は
制御手段１５の入出力インターフェース１６にそれぞれ
電気的に接続している。

【０００９】制御手段１５は、入出力インターフェース
１６、マイクロプロセッサ(ＭＰＵ）１７、ＲＯＭおよ
びＲＡＭ等のメモリ１８を備え、石油瞬間式給湯装置１
の全体の動作制御を実行する。

【００１０】噴霧量を連続的に変化させる燃料噴射手段
４は、燃料噴射ノズル２１と、このノズル２１に燃料タ
ンク２から石油を供給する電磁ポンプ２２と、ノズル２
１からのリターン回路２３に設けられた流量制御バルブ
２４とから構成する。

【００１１】流量制御バルブ２４は、図３に示すよう
に、ニードル２５の駆動をマイクロアクチュエータ２６
で行い、リターン回路２３の開口面積を比例的に制御し
てリターン流量を制御する。なお、符号２８はリターン
回路２３に接続される入口であり、符号２９はタンク２
に接続される出口である。

【００１２】電磁弁３９は、電磁ポンプ２２から供給さ
れる石油（燃料）を燃料噴射ノズル２１に供給したり停
止したりする。なお、電磁弁３９、電磁ポンプ２２、マ
イクロアクチュエータ２６、ニードル２５の位置を検出
する位置センサ２７は、それぞれ制御手段１５の入出力
インターフェース１６に接続される。

【００１３】燃料噴射ノズル２１は、図４に示すような
リターン回路２３への流量が最大になるように固定され
た固定ニードル７０を設けたものや、図５に示すような
ディストリビュータ８０の中心軸８１から偏心した位置
にリターン孔８２を設けたものなどを採用し、幅広い流
量調整範囲の制御を行う。このような燃料噴射ノズル２
１を採用してリターン流への空気の巻込みを無くし、噴
霧量を比例的に制御可能とすることによって瞬間式の給
湯機を可能とするとともにし、フィードフォワード等の
演算制御を可能としたものである。さらに、燃料噴射ノ
ズル２１は、石油の燃焼に必要な空気を燃焼室３０に供
給するための給気ファンモータ３１と、このファンモー
タ３１を被包するファンカバー３２に連結して燃料噴射
ノズル２１の先端部を囲むように形成されたバーナ筒３
３とからバーナ３４を構成している。

【００１４】燃料噴射ノズル２１とバーナ筒３３に挟ま
れて燃料噴射ノズル２１の先端に臨むように点火用の電
極棒３５を設け、この電極棒３５に接続される点火トラ
ンス３６は、制御手段１５の入出力インターフェース１
６を介して点火制御される。

【００１５】また、ＣｄＳ等の光感知素子や熱電対等の
感熱素子を用いた燃焼感知センサ３７を燃料噴射ノズル
２１近傍に設け、ファンモータ３１とともに制御手段１
５のの入出力インターフェース１６に接続される。

【００１６】制御手段１５と接続されるリモートコント
ローラ４０は、電源スイッチ４１、電源表示ランプ４
２、燃焼表示ランプ４４、温度設定スイッチ４３、燃料
タンク液量表示ランプ４５等が具備されている。

【００１７】制御手段１５を構成するメモリ１８には、
水量センサ１１、給水温度センサ１２、出湯温度センサ
１３、位置センサ２７等からの出力信号や、リモートコ
ントローラ４０の温度設定スイッチ４３によって入力さ
れる設定温度に基づいて、水量バルブ１４、電磁弁３
９、電磁ポンプ２２、マイクロアクチュエータ２６を駆
動するための温度制御プログラムが記憶されている。

【００１８】従って、電源スイッチ４１をオンすると、
電源表示ランプ４２が点灯すると共に各センサ１１，１
２，１３，２７からの出力信号が入出力インターフェー
ス１６を介してＭＰＵ１７に入力され、メモリ１８に記
憶されている温度制御プログラムがＭＰＵ１７に読み出
されて装置の動作制御が実行される。

【００１９】以上のように構成した石油瞬間式給湯装置
の制御（手段）の制御動作を図６のフローチャートに従
って説明する。まず、ステップＳ１でコントローラ４０
の電源スイッチ４１を「入」にすると、ステップＳ２で
電源ランプ４２が点灯し、水量バルブ１４が全開になる
まで回転する。ステップＳ３では、給湯管８に設けられ
た給湯栓（不図示）が「開」であると判断されると、ス
テップＳ４に進む。ここで給湯栓が開かれることにより
水が給水温度センサ１２、水量センサ１１、熱交換器
７、出湯温度センサ１３、水量バルブ１４を通って給湯
栓から出る。

【００２０】ステップＳ４では、水量センサ１１、給水
温度センサ１２の検出値とコントローラ４０の温度設定
スイッチ４３で予め設定されている設定温度とから要求
熱負荷を演算する。例えば、要求熱負荷＝（設定温度−
給水温度）×水量である。

【００２１】ステップＳ５では、要求熱負荷の演算結果
が所定値を超えると、石油瞬間式給湯装置１は作動を開
始し、給気ファンモータ３１が回転を始め、燃焼室３０
内のプリパージを所定時間行なう。この時ファンモータ
３１は要求負荷には関係なく後述する緩点火動作に対応
する緩風量の回転になる。

【００２２】ステップＳ６では、出湯温度を早く上げる
ために、水量バルブ１４が所定時間の間水量を少なくす
る。また、風量センサ（不図示）が緩風量の回転数を検
出しなかったときは、以後の動作を停止する。

【００２３】ステップＳ７Ａでは、所定時間のプリパー
ジが終了すると、点火用の電極棒３５から連続的に放電
が開始され、ステップＳ７Ｂで電磁ポンプ２２の運転
（作動）を開始し、電磁ポンプ２２に設けた開閉弁（不
図示）を開き、この時噴射ノズル２１から燃料噴射が開
始されるとともに点火する。続いてステップ７Ｃで、リ
ターン回路２３の流量制御バルブ２４は最も点火し易
く、燃焼音も小さい燃料噴射量となるよう緩点火位置に
ニードル２５をマイクロアクチュエータ２６で駆動す
る。これが緩点火動作である。上記ステップＳ７Ａ〜Ｓ
７Ｃがこの発明に係る点火方法に相当する。

【００２４】ステップＳ８では、燃焼感知センサ３７が
火炎を検知すると、ステップＳ９へ進んで電極棒３５の
放電が止まり、燃焼ランプ４４が点灯する。一方、制御
手段１５は、電磁ポンプ２２が作動してから所定時間以
内に火炎を検知出来ないときは、ステップＳ１５で不着
火が何回目かを判断し、１回目であればステップＳ６に
進み、１回目でなければ点火異常と判断し、ステップＳ
１６に進んで電磁ポンプ２２の作動を停止し、電磁弁３
９を閉じ、電極棒３５の放電を止める制御を実行し、以
後の動作を停止する。この制御により、燃焼が開始され
ないのに燃料が燃料噴射ノズルから噴射し続けるという
点火異常を防止することができる。この時、燃焼ランプ
４４を点滅させ、異常であることを知らせる。続いて、
ステップＳ１４では、給気ファンモータ３１は所定時間
のポストパージ運転を行った後、停止する。

【００２５】ステップＳ１０では、着火後所定時間する
と要求熱負荷に修正熱負荷（出湯温度センサ１３により
検出された出湯温度とコントローラ４０で設定された設
定温度の差から演算）を加算し、ステップＳ１１では修
正した位置に流量制御バルブ２４のニードル２５、ファ
ンモータ３１回転数を移動させる。この時、水量バルブ
１４は、要求熱負荷が最大出力（例えば約２０号相当）
以下の場合は全開位置に、最大出力以上の場合は最大出
力位置（出力が約２０号となる水量位置）へ動く。

【００２６】なお、ファンモータ３１の回転数が所定時
間以内に規定の回転数に達しない場合は、以後の動作を
停止する。また、使用中に給水量や設定温度を変える
と、要求熱負荷を常に演算しているので、変化のあった
瞬間にステップＳ１０〜Ｓ１１の制御を行なう。

【００２７】ステップＳ１２では、給湯栓が「閉」であ
るか否かを判断し、閉でなければステップＳ１０へ進
み、閉と判断すればステップＳ１３へ進んで電磁ポンプ
２２を停止し、燃焼ランプ４４が消灯する。そして、ス
テップＳ１４では、給気ファンモータ３１は所定時間の
ポストパージ運転を行った後、停止する。

【００２８】また、出湯中においても給水量、給水温
度、設定温度及び給湯装置１の最大能力から演算判断し
て、その設定温度での限界給水量以上の水が流れないよ
うに水量バルブ１４に流量を絞る信号をＭＰＵ１７から
出力する。

【００２９】図７は、図６に示すフローチャートのステ
ップＳ１０〜Ｓ１２について、フィードフォワード制御
及びフィードバック制御を行う場合のフローチャートを
示したものである。まず、ステップＳ１００において、
設定温度ＴS、給水温度ＴW、給水量Ｑにより噴霧量が算
出される。

【００３０】ステップＳ１０１では、噴霧量に応じた駆
動信号を流量制御バルブ２４のマイクロアクチュエータ
２６に出力し、ニードル２５を駆動することにより噴霧
量を制御して燃焼させ、熱交換器７を介して出湯温度Ｔ
Mが迅速に設定温度ＴSに一致するようフィードフォワー
ド制御する。

【００３１】ステップＳ１０２では、出湯温度ＴMと設
定温度ＴSの偏差△Ｔ（＝ＴS−ＴM）が所定値以下であ
るか否かを判断し、所定値以下であればステップＳ１０
４へ進み、所定値以下でなければステップＳ１０３へ進
む。

【００３２】ステップＳ１０３では、偏差△Ｔの大きさ
及び変化の仕方に応じて制御動作を選定し、この制御動
作に従い噴霧量が算出され、噴霧量に応じた駆動信号を
流量制御バルブ２４のマイクロアクチュエータ２６へ出
力し、ニードル２５を駆動することにより噴霧量を制御
して燃焼させ、熱交換器７を介して出湯温度ＴMを設定
温度ＴSに一致させるフィードバック制御を継続する。

【００３３】ステップＳ１０４では、給湯栓が「閉」で
あるか否かを判断し、閉でなければステップＳ１００へ
進み、閉と判断すれば次のステップへと進む。

【００３４】図８は図６に示すフローチャートのステッ
プＳ１０〜Ｓ１２について、学習制御を行う場合のフロ
ーチャートを示したものである。まず、ステップＳ２０
０において、給水量Ｑ、給水温度ＴW及び設定温度ＴSで
必要噴霧量を算出する。

【００３５】ステップＳ２０１では、算出噴霧量に対応
する駆動信号をメモリ１８中に設定されている噴霧量と
ニードル２５位置との関係から算出して、マイクロアク
チュエータ２６へ出力し、ニードル２５を駆動すること
により噴霧量を制御して燃焼させ熱交換器７を介して出
湯温度ＴMを設定温度ＴSに近づける。

【００３６】続いて、ステップＳ２０２で設定温度ＴS
と出湯温度ＴMとの偏差が所定温度Ａ℃以内であるか否
かを判断し、所定温度Ａ℃以内ではないと判断すればス
テップＳ２０３に進み、所定温度Ａ℃以内と判断すれば
ステップＳ２０６へ進む。

【００３７】ステップＳ２０３では、給水温度ＴW、給
水量Ｑを考慮しつつ、設定温度ＴSと出湯温度ＴMとの偏
差の大きさ及び変化の仕方に応じて制御動作を選定し、
この制御動作に従い修正噴霧量が算出される。

【００３８】ステップＳ２０４では、算出された修正噴
霧量に対応する駆動信号をマイクロアクチュエータ２６
へ出力し、ニードル２５を駆動することにより噴霧量を
制御して燃焼させ熱交換器７を介して出湯温度ＴMを設
定温度ＴSに近づける。

【００３９】次に、ステップＳ２０５で設定温度ＴSと
出湯温度ＴMとの偏差が所定温度Ａ℃以内であるか否か
を判断し、所定温度Ａ℃以内ではないと判断すれば、ス
テップＳ２０３へ進み、所定温度Ａ℃以内と判断すれば
ステップＳ206へ進む。

【００４０】ステップＳ２０６では、位置センサ２７の
出力値とこれに対応するステップＳ２０３で算出された
修正噴霧量とをメモリ１８に記憶する。

【００４１】ステップＳ２０７では、給湯栓が「閉」で
あるか否かを判断し、閉でなければステップＳ２０２へ
進み、閉と判断すれば次のステップへ進む。

【００４２】本実施例では、流量制御バルブとしてニー
ドル式のものを示したが、図９に示すような電磁式圧力
制御弁３００を用いてもよい。電磁式圧力制御弁３００
は、鋼球製の弁体301がスプリング３０２で付勢された
磁性体の押圧ブッシュ３０３によって弁座３０４に押圧
されて流路３０５を閉鎖するように構成されている。

【００４３】そして、磁性体の押圧ブッシュ３０３に間
隙を設けて巻装したコイル３０６に流す電流の大きさを
調整し、この電流に比例してコイル３０６に発生する磁
界の強弱に対応して押圧ブッシュ３０３をスプリング３
０２の押圧力に抗して移動させ、弁体３０１と弁座３０
４との間に電流に比例して圧力を調整するものである。
ここで、３０７は入口、３０８は出口である。なお、球
状弁体の電磁式圧力制御弁は弾性体の弁に比べてヒステ
リシスが小さく燃焼量が一定に保てるメリットを有し、
又灯油及び灯油内の水によって腐食することなく性能が
維持できるメリットを有する。

【００４４】図２は燃料噴射手段の別実施例構成図であ
る。図２において、燃料噴射手段５０は、燃料噴射ノズ
ル５１と、このノズル５１に燃料タンク２から石油を供
給する電磁ポンプ５２と、燃料噴射ノズルノズル５１か
らのリターン回路５３とから構成する。

【００４５】燃料噴射ノズル５１は、図１０に示すよう
なディストリビュータ６０の中心軸から偏心した位置に
リターン孔を形成するニードル５４がリターン孔流路面
積を調整すべく進退自在に設けられ、そのニードル５４
を駆動するマイクロアクチュエータ５５とニードルの位
置を検出する位置センサ５６（図１０では不図示）とか
ら構成されている。

【００４６】電磁ポンプ５２、マイクロアクチュエータ
５５、位置センサ５６はそれぞれ入出力インターフェー
ス１６に接続されている。従って、各センサ１１，１
２，１３，５６からの出力信号が入出力インターフェー
ス１６を介してＭＰＵ１７に入力され、メモリ１８に記
憶されている図６，図７，図８のフローチャートに示す
温度制御プログラムに従って出湯温度を設定温度に制御
するのは図１に示す燃料噴射手段４を使用する場合と同
様である。なお、図１０において、６１はオリフィスデ
ィスク、６２は燃料の入口、６３は戻り口である。

【００４７】なお、給水量センサ１１に代えて、給水ス
イッチ（水の流れを検出して給湯装置が可動状態にある
かどうかチェックする。）を設けてもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る石
油瞬間式給湯装置の点火方法は、リターン回路の流量制
御バルブを緩点火位置に駆動して油量の供給量を適切に
調整するとともに、燃焼室内のプリパージを行なってか
ら燃料の点火を実行するので、確実な緩点火を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る点火方法を適用する石油瞬間式給
湯装置の概念的構成説明図

【図２】燃料噴射手段の別実施例構成図

【図３】流量制御バルブの断面図

【図４】固定ニードル噴射ノズルの断面図

【図５】噴射ノズルの要部縦断面図と要部平面図

【図６】この発明に係る制御手段の制御動作フローチャ
ート

【図７】フィードフォワード制御及びフィードバック制
御を行う場合のフローチャート

【図８】学習制御を行う場合のフローチャート

【図９】電磁式圧力制御弁を用いた流量制御バルブの断
面図

【図１０】ニードル駆動の燃料噴射ノズルの断面図

【符号の説明】

１…石油瞬間式給湯装置、４，５０…燃料噴射手段、１
１…水量センサ、１２…給水温度センサ、１３…出湯温
度センサ、１４…水量バルブ、１５…制御手段、２１，
５１…燃料噴射ノズル、２３…リターン回路、２４…流
量制御ノズル、２５，５４…ニードル、３９…電磁弁。

フロントページの続き (72)発明者 宮崎 肇 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番 １号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 林 良祐 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番 １号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 中村 譲 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番 １号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 有松 雅人 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番 １号 東陶機器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−6617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−92820（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−52908（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−55320（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−195534（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23N 1/00 105

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリパージの後で噴射ノズルから燃料を
   噴射するとともに、噴射した燃料のリターン回路に設け
   られた流量制御バルブの開度を調整することにより、燃
   料噴霧量を比例的に制御する緩点火動作を行わせた石油
   瞬間式給湯装置の点火方法において、 電磁ポンプを作動してリターン回路の流量制御バルブを
   最も点火し易い燃料噴射量となるよう緩点火位置に駆動
   するとともに所定時間のプリパージを終了させ、点火用
   の電極棒から連続的に放電を行ないながら噴射ノズルか
   ら燃料を噴射して点火させるが、点火しなかった場合に
   は再びプリパージを行なった後に、電極棒による放電と
   噴射ノズルによる燃料の噴射を行なって点火を試みるこ
   とを特徴とする石油瞬間式給湯装置の点火方法。