JP3292569B2 - 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、バーナへの燃料供給量
を調節する燃料調節手段が設けられている燃焼装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃焼装置では、バーナへ供給する
燃料供給量の調節範囲の最小値は、初期燃焼状態（燃焼
開始直後）において炎消えが生じない値に設定されてい
た。つまり、かかる燃焼装置では、初期燃焼状態のバー
ナ温度はまだ熱的平衡状態に達してなく低温であるた
め、初期燃焼状態の燃焼ガスの温度は、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（反応速度）が遅く、燃料
供給量を前記の如く設定された最小値より下げて使用す
ると、初期燃焼状態で、炎消えを生じてしまうという虞
があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃焼装置では、
燃料供給量の調節範囲の最小値を、初期燃焼状態におい
て炎消えが生じない値に設定していたため、定常燃焼状
態において、燃料供給量を充分に下げて燃焼させること
ができないものであり、改善が望まれていた。

【０００４】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、低い燃料供給量でも良好に燃焼
を維持することのできる燃焼装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の燃焼装置は、バ
ーナへの燃料供給量を調節する燃料調節手段が設けられ
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、前記燃料調節手
段が、前記判別手段の判別結果に基づいて、前記初期燃
焼状態よりも定常燃焼状態の方が、前記燃料供給量の調
節範囲の最小値を減少側に設定するように構成されてい
る点にある。第２特徴構成は、前記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、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するように構成され
ている点にある。第３特徴構成は、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４特徴構成は、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。

【０００６】

【作用】本発明の第１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、燃焼開始
直後の初期燃焼状態では燃料供給量を所定の調節範囲で
調節して燃焼を行い、その後初期燃焼状態より定常燃焼
状態に移行すると、燃料供給量の調節範囲の最小値を初
期燃焼状態の燃料供給量の最小値よりも減少側に設定し
て燃焼が行われる。つまり、初期燃焼状態よりも定常燃
焼状態の方が、バーナ温度が高く、燃焼ガス温度が高い
ため、燃焼速度が速くなり、その結果、定常燃焼状態の
燃料供給量の最小値を初期燃焼状態の燃料供給量の最小
値よりも低く設定することができるのである。

【０００７】燃焼時にＮＯｘの発生を極力抑えて良好な
燃焼を行おうとすると、定常燃焼状態と初期燃焼状態と
の燃焼速度の違いにより、定常燃焼状態におけるファン
の適正な目標通風量は初期燃焼状態におけるファンの適
正な目標通風量よりも高く設定する必要があるが、第２
特徴構成によれば、初期燃焼状態においては、ファンの
目標通風量を定常燃焼状態よりも低い値に設定して燃焼
を実行すると共に、初期燃焼状態より定常燃焼状態へと
移行すると、ファンの目標通風量を初期燃焼状態よりも
高い値に設定し直して燃焼を実行するのである。つま
り、ファンの通風量を、バーナの燃焼状態（初期燃焼状
態及び定常燃焼状態）に応じて、適正な値に設定するこ
とができるのである。

【０００８】第３特徴構成によれば、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４特徴構成によれば、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】第１特徴構成によれば、定常燃焼状態の
燃料供給量の調節範囲の最小値を初期燃焼状態の燃料供
給量の調節範囲の最小値よりも低く設定して、初期燃焼
状態の燃焼を良好に行なわせながらも、定常燃焼状態で
は、充分に低い燃料供給量での燃焼をも行なえるように
なったのであり、もって、定常燃焼状態における燃料供
給量の調節範囲を拡げて、良好に使用できるようになっ
た。

【００１１】第２特徴構成によれば、ファンの通風量
を、バーナの燃焼状態（初期燃焼状態及び定常燃焼状
態）夫々に応じて、適正な値に設定することができるの
で、何れの燃焼状態においても、更に良好な燃焼を行う
ことができるに至った。

【００１２】第３及び第４特徴構成によれば、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に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、Ｗ
４は給湯路である。バーナ２に対する燃料ガス供給路Ｇ
１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
側に設定す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３段階に設定
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Ｒ１に設定し、定常燃
焼状態のときは目標回転数ＲをＲ３に設定し、中間燃焼
状態のときは目標回転数ＲをＲ２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Ｒ１となるよ
うにファン３を制御し、中間燃焼状態のときは目標回転
数Ｒ２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Ｒ３となるようにファン３を制御する
こととなる。

【００２０】更に又、コントローラＨには、バーナ２へ
の燃料供給量Ｉｐを調節すべく、ガス量調整弁６の開度
を調節する燃料調節手段１０３が構成されている。そし
て、燃料調節手段１０３は、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定常燃焼状態
の方が、燃料供給量Ｉｐの調節範囲の最小値Ｉｐmin を
減少側に設定するように構成されている。詳述すると、
燃料調節手段１０３は、図２に示すように、バーナ２が
初期燃焼状態のときには燃料供給量Ｉｐの調節範囲の最
小値Ｉｐmin をＩｐmin １に設定し、中間燃焼状態のと
きは最小値Ｉｐmin をＩｐmin ２に設定し、定常燃焼状
態のときは最小値Ｉｐmin をＩｐmin ３に設定する（Ｉ
ｐmin １＞Ｉｐmin ２＞Ｉｐmin ３）。

【００２１】従って、初期燃焼状態のときには、燃料供
給量Ｉｐの調節範囲がＩｐmin １からＩｐmax まで変化
するに応じて、ファン３の目標回転数ＲはＲmin よりＲ
１max まで変化し、中間燃焼状態のときには、燃料供給
量Ｉｐの調節範囲がＩｐmin２からＩｐmax まで変化す
るに応じて、ファン３の目標回転数ＲはＲmin よりＲ２
max まで変化し、更に、定常燃焼状態のときには、燃料
供給量Ｉｐの調節範囲がＩｐmin ３からＩｐmax まで変
化するに応じて、ファン３の目標回転数ＲはＲmin より
Ｒ３max まで変化することとなる（Ｒ１max ＜Ｒ２max
＜Ｒ３max ）。

【００２２】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。

【００２３】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、例えば
種火状態などの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を緩点火用の目標回転数Ｒ１ｎにて作動させて、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、このときのガ
ス量調整弁６の開度は、緩点火用の燃料供給量Ｉｐｎと
なるように調節されている。

【００２４】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。

【００２５】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）。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】〔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。

【００２９】 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。

【００３０】 初期燃焼状態よりも定常燃焼状態の方
が目標回転数Ｒを増大側に設定し、且つ、初期燃焼状態
よりも定常燃焼状態の方が燃料供給量Ｉｐの調節範囲の
最小値Ｉｐmin を減少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、目標回転数ＲをＲ１（初期
燃焼状態）よりＲ３（定常燃焼状態）に変更し、燃料供
給量Ｉｐの調節範囲の最小値Ｉｐmin をＩｐmin １（初
期燃焼状態）よりＩｐmin ３に変更しているが、その方
法は種々変更することができる。

【００３１】例えば、図５〜図７に示すように、燃料調
節範囲全てに渡って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ようにしても良い
し、図８，図９に示すように、部分的（燃料供給量Ｉｐ
の最小側）にのみ目標回転数Ｒを増大側に設定するよう
にしても良い。尚、図中、Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃ，Ｒ
１ｄ，Ｒ１ｅは夫々初期燃焼状態における目標回転数Ｒ
を示しており、Ｒ３ａ，Ｒ３ｂ，Ｒ３ｃ，Ｒ３ｄ，Ｒ３
ｅは夫々定常燃焼状態における目標回転数Ｒを示してい
る。又、図５，図６，図８，図９は、初期燃焼状態と定
常燃焼状態とで、燃料供給量Ｉｐmax における目標回転
数が同じ（Ｒmax ）となるように設定されており、図
６，図７，図９は、初期燃焼状態と定常燃焼状態とで、
ファン目標回転数Ｒの最小値（Ｒ１min とＲ３min ）が
異なるように設定されている。

【００３２】更に又、図１０に示すように、定常燃焼状
態の燃料調節範囲が初期燃焼状態の燃料調節範囲（Ｉｐ
min １〜Ｉｐmax ）の間は、定常燃焼状態の目標回転数
Ｒを初期燃焼状態の目標回転数Ｒ１ｆと一致するように
設定し、定常燃焼状態の燃料調節範囲が初期燃焼状態の
燃料調節範囲の最小値Ｉｐmin １以下のときには、その
燃料調節範囲に対応する目標回転数Ｒ３ｆに設定するよ
うにしても良い。

【００３３】 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。

【００３４】 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。

【００３５】 又、図１１に示すように、ファン３を
一定回転数（Ｒ０）で回転させるようにし、あるいはフ
ァンを中止して一定の風量を供給するための開口部を設
けるようにして、その状態で、単に燃料調節範囲の最小
値を、初期燃焼状態よりも定常燃焼状態の方が減少側と
なるように設定しても良い。 尚、図中、Ｒ１ｇは初期燃焼状態における目標回転数
（Ｒ０）を示しており、Ｒ３ｇは定常燃焼状態における
目標回転数（Ｒ０）を示している。

【００３６】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】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７】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８】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９】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１０】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１１】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

【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 １０３ 燃料調節手段 Ｉｐ 燃料供給量 Ｉｐmin 最小値

───────────────────────────────────────────────────── 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 特開 平７−127850（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−251720（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−242015（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23N 1/02 F23N 5/02 350 F23N 5/20 103

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナ（２）への燃料供給量（Ｉｐ）を
   調節する燃料調節手段（１０３）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（１０
   ２）が設けられ、 前記燃料調節手段（１０３）は、 前記判別手段（１０２）の判別結果に基づいて、前記初
   期燃焼状態よりも定常燃焼状態の方が、前記燃料供給量
   （Ｉｐ）の調節範囲の最小値（Ｉｐmin ）を減少側に設
   定するように構成されている燃焼装置。
2. 【請求項２】 前記バーナ（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、 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又は２記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】 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１，２又は３記載の燃焼装置。