JP3596796B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼装置に関し、詳しくは比例制御弁により燃料ガス量を制御する燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器では、出湯温度が設定された目標出湯温度となるように燃料ガス量を制御する比例制御が行われる。
比例電磁弁は、図１のＭＶ２に示すように、燃料ガス流路に設けたシート部９と、シート部９と接離する可動弁体５と、この可動弁体５を閉弁方向に付勢する戻しばね１０と、燃料ガスの圧力を受圧して可動弁体５を閉弁方向に働くダイアフラム４と、通電されることにより電磁力を発生して可動弁体５を開弁方向に付勢するコイル３とを設け、コイル３への通電量を可変することによって、シート部９と可動弁体５との間隙を可変し、バーナ１８への燃料ガス量を制御している。
しかし、比例電磁弁ＭＶ２は、給湯器を長時間使用しないときに可動弁体５とシート部９とが固着していたり、可動弁体５とシート部９間にゴミを噛んで燃料ガス量を適切に制御できない場合がある。
そこで、給湯器が冷えた状態から運転を開始する時には（以下、コールドスタートと呼ぶ。）、一旦、比例電磁弁ＭＶ２を最大開度にして可動弁体５の固着を解消して（以下、粘着解除と呼ぶ。）閉弁後、緩点火用の開度にして燃焼を開始し、目標出湯温度が得られるよう可動弁体５の開度を制御している。
一方、給湯器が断続的に運転される間欠使用時には（以下、ホットスタートと呼ぶ。）、出湯温度を迅速に設定温度へ上昇することを優先させなければならないため、粘着解除することなく、直ちに緩点火動作を開始して、出湯温度制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コールドスタートと異なってホットスタートでは、着火が悪くなったり、燃焼炎が吹き消えし易い傾向があった。
これは、可動弁体５が移動する際の摺動抵抗によって、比例電磁弁ＭＶ２の制御特性にヒステリシスを生じて、着火または燃焼に最適な開度より小さな開度となってしまうからである。
例えば、図３に示すように、コイル３への電流を０→Ａ１にした場合に比例電磁弁ＭＶ２の二次側６ｂの圧力はＰ０となり、０→Ａ２→Ａ１の場合はＰ１となり、０→Ａ３→Ａ１の場合はＰ２となって、同じ電流値であっても燃料ガス量がヒステリシスにより異なってくる。（尚、Ｐ０、Ｐ１であっても時間が経過するにつれてＰ２に収束して安定する。しかし、点火または燃焼開始は、この安定前に開始されるためにヒステリシス分だけ燃料ガス量が異なってくる。）
点火に最適な圧力をＰ４、燃焼を維持する最小の圧力をＰ２とする場合に、コールドスタートでは、最大開度となる電流Ａ３を流して可動弁体５の固着を解除した後に、電流Ａ２で着火し、その後Ａ１の電流を流して最小能力にするので、着火時にＰ４、最小能力で燃焼してもＰ２となり、問題なく点火および燃焼が開始される。
一方、ホットスタートの場合には、電流Ａ３を流すことなく、直ちに電流Ａ２を流して着火し、その後Ａ１の電流に下げて最小能力にするので、着火時にＰ３、最小能力で燃焼するとＰ１となる。
従って、ホットスタートとなる間欠使用において、点火時または最小能力で燃焼する場合には、燃料ガス量が少なくなってしまい（Ｐ４＞Ｐ３、Ｐ２＞Ｐ１）、着火し難く、燃焼炎が吹き消えし易いことになる。
また、この対策として、ホットスタートの場合に、コールドスタートのように、一旦、最大開度にして着火するようにしてから緩点火した場合には、比例電磁弁ＭＶ２による温度制御の開始が遅れることとなる。
あるいは、比例電磁弁ＭＶ２による制御開始を早めると共に、最大開度として燃焼を開始する場合には、着火時の燃料ガス量が多くなり過ぎて緩点火ができないこととなってしまう。
そこで、本発明の燃焼装置は上記課題を解決し、間欠使用においても、着火が悪くなったり、燃焼炎が吹き消えしないようにすることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の燃焼装置は、
バーナへの燃料ガス流路を開閉する開閉弁と、
通電量を制御して燃料ガス流路の開度を変える比例制御弁と、
燃焼停止時間が所定時間以上経過している場合には、燃焼開始する前に、上記比例制御弁を一時的に最大開度にして弁の固着を防止する比例弁固着防止手段と、
上記開閉弁と上記比例制御弁とを制御する燃焼制御手段と、を備えた燃焼装置において、
燃焼停止指令による上記開閉弁の閉弁から所定時間の間、上記比例制御弁を燃焼を維持できる最小の開度で開弁待機させる開度保持手段を備えたことを要旨とする。
【０００５】
上記課題を解決する本発明の請求項２記載の燃焼装置は、
バーナへの燃料ガス流路を開閉する開閉弁と、
通電量を制御して燃料ガス流路の開度を変える比例制御弁と、
燃焼停止時間が所定時間以上経過している場合には、燃焼開始する前に、上記比例制御弁を一時的に最大開度にして弁の固着を防止する比例弁固着防止手段と、
上記開閉弁と上記比例制御弁とを制御する燃焼制御手段と、を備えた燃焼装置において、
燃焼停止指令による上記開閉弁の閉弁から所定時間の間、上記比例制御弁を点火に適切な開度で開弁待機させる開度保持手段を備えたことを要旨とする。
【０００６】
上記構成を有する本発明の燃焼装置は、燃焼制御手段が燃焼停止指令によって開閉弁を閉弁し、開閉弁の閉弁から所定時間の間、開度保持手段が比例制御弁を燃焼を維持できる最小の開度で開弁待機させる、あるいは、点火に適切な開度で開弁待機させる。
従って、一時的な燃焼停止後の再燃焼時（ホットスタート時）に、燃料ガス流量が所定流量以下とならない。
その結果、着火が悪くなったり、燃焼炎が吹き消えしない。
【０００８】
【発明の実施形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の給湯器の好適な実施例について説明する。
図１は一実施例としての給湯器１の概略図である。
給湯器は、燃焼用空気を燃焼室へ送り込むファンＦ、燃料ガスを燃焼するバーナ１８、燃焼熱を通水路内の通水に熱交換する熱交換器１７、この熱交換器１７とバーナ１８間で燃焼空間を形成する燃焼室１５、熱交換器１７の上方で排気を排出する排気筒１６から燃焼・給排気経路が構成されている。
給水経路は、給水路１１から熱交換器１７を経て、給湯路１２に設ける給湯カラン１４へ通じている。
給水路１１には、入水温を検知する入水温センサＳＳ１、所定水量以下に通水流量を制限する定流量弁Ｖ、通水流量を検知する流量センサＳＳ２が設けられ、給湯路１２には、熱交換後の出湯温度を検知する出湯温センサＳＳ３が設けられる。
【０００９】
また、ガス流路１３には、流路を開閉する元電磁弁ＭＶ１、燃料ガス量を制御する比例電磁弁ＭＶ２、その下流にメイン電磁弁ＭＶ３が設けられる。
更に、バーナ１８には放電により燃料ガスへ着火する電極１９、燃焼炎を検知するフレームロッド２０が設けられる。これらはコントローラ１と接続され点火・出湯・停止等所定の制御が行われる。
【００１０】
このコントローラ１には、使用者が目標出湯温度を設定する湯温設定部１ａと、入水温センサＳＳ１および出湯温センサＳＳ３からの信号により各々水温および出湯温度を検出すると共に、流量センサＳＳ２からの信号により通水流量を検出する検出部１ｂと、この検出結果から燃料ガス量を演算して比例電磁弁ＭＶ２の開度を制御し（フィードフォワード制御）、出湯温度の検出結果から演算値を補正して燃料ガス量を制御する（フィードバック制御）燃焼制御部１ｃとが設けられる。
【００１１】
次に比例電磁弁ＭＶ２について説明する。
比例電磁弁ＭＶ２には、合成ゴムで作製されて柔軟性をもつダイアフラム４が設けられ、このダイアフラム４は、全外周縁が気密に挟持され、ケーシング２の内部を燃料ガスが通過する弁室６と大気圧に開放された背圧室７とに区切っている。
また、弁室６を一次側６ａと二次側６ｂとに仕切る仕切壁８が設けられ、この仕切壁８には、ダイアフラム４と同軸に、一次側６ａと二次側６ｂとを連通して開口するシート部９が設けられる。
このシート部９に挿通する可動弁体５は、一端に傘部５ａが形成され、他端に細径部５ｂが形成される。傘部５ａはシート部９の下流側に設置されてシート部９と接離し、この傘部５ａには、可動弁体５を閉弁方向（図左方向）に付勢する戻しばね１０が設けられる。
また、シート部９に挿通する細径部５ｂは、ダイアフラム４の中心孔（図略）を挿通し、ダイアフラム４を同軸に固定する。
また、可動弁体５の細径部５ｂには図示しない磁石部が設けられ、その磁石部を可動自在に収納するケーシング２には、コントローラ１からの通電電流に応じて可動弁体５を開弁方向（図右方向）へ移動するように電磁力を発生するコイル３が設けられる。
【００１２】
コントローラ１の燃焼制御部１ｃは、検出部１ｂにより出湯温センサＳＳ３で検出された出湯温度を温度設定部１ａに設定された目標出湯温度と比較し、出湯温度が目標出湯温度となるように、比例電磁弁ＭＶ２のコイル３へ通電する。
比例電磁弁ＭＶ２の可動弁体５は、コイル３への通電量に応じて、電磁力と戻しばね１０力およびダイアフラム４による差圧力とに均衡する位置に移動し、シート部９と可動弁体５との間隙により、バーナ１８への燃料ガス量を制御する。また、比例電磁弁ＭＶ２は、ダイアフラム４の下面側に供給ガス圧が作用しているので、コイル３への通電電流が変化しない場合にも、弁室６の供給ガス圧の増減に応じて可動弁体５が移動して開度が変化し、供給ガス圧の変動にかかわらず、弁室６の二次側６ｂのガス圧をほぼ所定圧力に保つガバナ性能を備えている。
【００１３】
次に、上記コントローラ１による制御を図１、図２および図４に基づいて説明する。
給湯カラン１４を開くと、給湯器は、コントローラ１の検出部１ｂで通水を検出すると、比例制御ルーチンを起動し、比例電磁弁ＭＶ２のコイル３へ約０．５秒間通電して、可動弁体５を全開（Ｌｍａｘ）にする（Ｓ１）。これは、可動弁体５とシート部９との固着を解除するためである。続いて、最小能力の燃料ガス量となる開度（Ｌｍｉｎ）となるように、コイル３への通電量を減らした後（Ｓ２）、比例電磁弁ＭＶ２の開度を緩点火に適切な開度（Ｌｉｇ）にする（Ｓ３）。そして、元電磁弁ＭＶ１およびメイン電磁弁ＭＶ３を開弁し、電極１９からバーナ１８へ連続放電を開始して燃焼が開始される（Ｓ４）。
続いて、検出部１ｂにより検出された出湯温度を湯温設定部１ａに設定された目標出湯温度と比較し、出湯温度が目標出湯温度となるようにコイル３への通電電流を変えて、比例電磁弁ＭＶ２を適切な開度（Ｌｘ）に制御する（Ｓ５）。
こうした比例制御は、通水停止をする検知するまで継続される。
燃焼中に給湯カラン１４を閉じると、検出部１ｂで止水を検出し（Ｓ６）、元電磁弁ＭＶ１、メイン電磁弁ＭＶ３を閉弁して燃焼を停止（Ｓ７）し、比例電磁弁ＭＶ２の開度を最小能力の燃料ガス量となる開度（Ｌｍｉｎ）のまま維持する（Ｓ８）。そして、止水からｔｘ秒以内（Ｓ９）に給湯カラン１４が開かれた場合には（Ｓ１２）、ステップ３に戻って同様の制御を繰り返す。止水からｔｘ秒を越える場合には（Ｓ９）、コイル３への通電を断って閉弁し（Ｓ１０）、その後、再び給湯カラン１４が開かれた場合には、コールドスタートとしてステップ１より最初からやり直す（Ｓ１１）。
【００１４】
以上により、給湯カラン１４を閉じた場合に、従来では、比例電磁弁ＭＶ２の可動弁体５が直ちに閉じてしまうのに対して（図５）、本実施例では、所定時間にわたって可動弁体５が開弁している（図４）点が相違する。
従って、再び給湯カラン１４が開かれて、能力最小で燃焼を開始する場合に、従来では、可動弁体５が閉弁状態から能力最小の開度へ移動の際に、ケーシング２との摺動抵抗があるために、均衡する位置に達するまでに時間を要すこととなって、着火時に実際の開度が小さくなってしまうことになる。
一方、本実施例では、停止中であっても所定時間内（ｔｘ秒以内）では、最小開度を維持しており、再点火時に比例電磁弁ＭＶ２の開度を点火に適切な開度（Ｌｉｇ）にして燃焼を開始するので、燃料ガス量が最小能力を下回ることはない。また、燃焼開始後、直ちに出湯温度制御を開始し、迅速に目標出湯温度とすることができるので、従前の出湯機能を損ねることもない。
尚、ｔｘ秒は、コールドスタートとホットスタートとの境の時間として設定され、例えば３００秒に設定される。
以上により、この給湯器は、間欠使用での着火時、または能力最小で間欠燃焼をする場合に、不着火とか炎が立ち消える問題を生じない。
【００１５】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、燃焼停止から一定時間ｔｘの間での比例電磁弁ＭＶ２の保持開度を最小能力の燃料ガス量となる開度（Ｌｍｉｎ）とせずに点火に適切な開度（Ｌｉｇ）としても良い。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の燃焼装置によれば、ホットスタート時に、着火が悪くなったり、燃焼炎が吹き消えしないという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る給湯器の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例に係るコントローラによるフローを示す図である。
【図３】比例電磁弁による制御量と二次圧との関係を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例に係る比例電磁弁の制御を示すタイムチャート図である。
【図５】従来に係る比例電磁弁の制御を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
１ コントローラ
１３ ガス流路
１４ 給湯カラン
１７ 熱交換器
ＳＳ１ 入水温センサ
ＳＳ２ 流量センサ
ＳＳ３ 出湯温センサ
ＭＶ１ 元電磁弁
ＭＶ２ 比例電磁弁
ＭＶ３ メイン電磁弁

Claims (2)

1. バーナへの燃料ガス流路を開閉する開閉弁と、
   通電量を制御して燃料ガス流路の開度を変える比例制御弁と、
   燃焼停止時間が所定時間以上経過している場合には、燃焼開始する前に、上記比例制御弁を一時的に最大開度にして弁の固着を防止する比例弁固着防止手段と、
   上記開閉弁と上記比例制御弁とを制御する燃焼制御手段と、を備えた燃焼装置において、
   燃焼停止指令による上記開閉弁の閉弁から所定時間の間、上記比例制御弁を燃焼を維持できる最小の開度で開弁待機させる開度保持手段を備えたことを特徴とする燃焼装置。
2. バーナへの燃料ガス流路を開閉する開閉弁と、
   通電量を制御して燃料ガス流路の開度を変える比例制御弁と、
   燃焼停止時間が所定時間以上経過している場合には、燃焼開始する前に、上記比例制御弁を一時的に最大開度にして弁の固着を防止する比例弁固着防止手段と、
   上記開閉弁と上記比例制御弁とを制御する燃焼制御手段と、を備えた燃焼装置において、
   燃焼停止指令による上記開閉弁の閉弁から所定時間の間、上記比例制御弁を点火に適切な開度で開弁待機させる開度保持手段を備えたことを特徴とする燃焼装置。

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