JP3736929B2 - 燃焼装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等の燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６には燃焼装置として一般的に知られている給湯器１の室内設置による使用例が示されている。この種の給湯器１は、燃焼ファンを回転してバーナ燃焼の給排気の空気を室内から取り込むものであり、バーナ燃焼による排気ガスは排気ダクトを通して室外に排出される。この排気ガスの排気側には排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ28が設けられ、検出ＣＯ濃度が危険濃度に達したときに、燃焼停止等の安全動作が行われるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近の住居は気密性が高く、換気扇２やレンジフードが起動されると室内が負圧化し、給気が不足状態となって給湯器１の燃焼性能が低下するという問題があり、本発明者は、このような室内の負圧化による燃焼性能の低下現象を防止するための燃焼改善の開発に取り組んでいる。
【０００４】
この燃焼改善を行うためには、室内の負圧化現象を効果的に検出することが必要となるが、室内に負圧検出専用の負圧センサを別途設けることは装置構成が複雑化し、装置コストが高くなる等の問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明者は、バーナの火炎を検出するフレームロッドＦに着目し、フレームロッド電流と室内の負圧化現象との関係を実験により求めてみた。フレームロッドＦは、図７に示す如く、バーナ８に生じる火炎が接触する高さ位置に設置され、フレームロッドＦに電圧が印加されることで、内炎に電離するイオンを伝搬してフレームロッドＦからバーナ８側のアース端17にフレームロッド電流が流れる構成となっており、このことから、フレームロッドＦは、火炎に接触することで、フレームロッド電流を出力する火炎検出センサとして機能する。
【０００６】
本発明者の実験によれば、室内が負圧化して燃焼ファンによる給気量が減少すると、火炎が上側に伸び、フレームロッド電流が増加し、その逆に室内の負圧化が解消されることにより、火炎は元の状態に縮み、フレームロッド電流が減少する現象を突き止めるに至った。
【０００７】
この点に着目し、フレームロッド電流の変化を検出することにより、室内が負圧状態にあるか、あるいは負圧解消状態にあるかを判断することが可能となる。
【０００８】
例えば、良好な燃焼状態であるときにフレームロッドＦが、図７に示す燃焼火炎の外炎を検知している状態から、負圧状態が発生し負圧状態に起因した空気不足の燃焼状態になると、外炎と内炎が共に伸び、フレームロッドＦは内炎を検知するようになる。
【０００９】
上記外炎は電気抵抗率が高く、内炎は電気抵抗率が低いので、上記のように負圧状態発生に起因してフレームロッドＦが外炎検知の状態から内炎検知の状態に移行すると、電気抵抗率が低下し、フレームロッドＦから検出出力されるフレームロッド電流値が上昇する。
【００１０】
このように、フレームロッドＦの取り付け位置を設定することによって、室内が負圧状態になったときにはフレームロッド電流値が上昇するので、フレームロッド電流値が上昇したときには室内が負圧状態になったと検知することができる。
【００１１】
一般に、給湯器の燃焼制御を行う際には、燃焼熱量（燃焼能力）の制御範囲が予め設定されており、燃焼能力が小さい燃焼領域では、火炎が小さくなるので、フレームロッドＦを外炎に接触するように高さ位置を設定する関係上、フレームロッドＦはバーナ８の炎口形成面９に対して低い高さ位置に設置される。
【００１２】
このように、フレームロッドＦを低い高さ位置に配置することで、確かに、燃焼能力の低い領域においては、外炎がフレームロッドＦに接触し、室内が負圧化すると火炎が伸びて内炎がフレームロッドＦに接触するようになり、室内の負圧の程度に応じたフレームロッド電流が得られるのであるが、燃焼能力が大きい領域では、火炎が大きくなるので、フレームロッドＦは内炎の下半側に位置することとなるので、負圧の変化に対する内炎の変化を検出する感度が鈍くなり、燃焼能力の大きい領域では、フレームロッド電流によって室内の負圧状況を感度良く検出することができなくなるという問題に直面した。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃焼装置の燃焼熱量（燃焼能力）の全制御範囲に亙り、フレームロッドの電流によって室内の負圧状況を感度良く検出でき、このフレームロッド電流の検出結果に基づいて燃焼制御を好適に行うことが可能な燃焼装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。すなわち、第１の発明は、バーナ燃焼の火炎を検出するフレームロッドを備え、予め設定される燃焼熱量の制御範囲内で燃焼熱量を制御してバーナ燃焼を行う燃焼装置において、前記燃焼熱量の制御範囲を複数に区分して各区分ごとに一対一に対応させた複数のフレームロッドが設けられ、各燃焼熱量の区分を受け持つ各フレームロッドは受け持ち区分の燃焼熱量に達する際にその火炎の先端側領域に入り込むように燃焼熱量範囲の小側の区分から大側の区分に向かうにつれて順次高くなる高低差を設けて設置され、バーナの燃焼熱量を監視する燃焼熱量監視部と、燃焼熱量の各区分に対応させた受け持ち担当のフレームロッドのデータが予め与えられ前記燃焼熱量監視部によって監視された燃焼熱量の属する区分を判別し各フレームロッドの入力信号のうちから前記判別された区分を受け持つフレームロッドの信号を選択して出力する信号選択出力部とが設けられており、また、前記信号選択出力部から選択出力されるフレームロッドの信号を受けて室内燃焼環境の負圧状況を検出し、負圧状態のときには予め定められている負圧モードの運転を行う負圧モード運転制御部が設けられ、該負圧モード運転制御部は、フレームロッドの信号の上昇変化量が予め与えられている基準時間内で予め与えられている上昇変化基準値を越えたときに負圧状況と判断して前記負圧モードの運転を行う構成と、フレームロッドの信号の下降変化量が前記フレームロッドの信号の上昇変化量を判断する基準時間よりも時間幅が狭い予め与えられている微小設定時間内で予め与えられている下降変化基準値を越えて下降したときに負圧状況と判断して前記負圧モードの運転を行う構成との少なくとも一方の構成を有していることをもって課題を解決する手段としている。
【００１５】
また、第２の発明は、バーナ燃焼の火炎を検出するフレームロッドを備え、予め設定される燃焼熱量の制御範囲内で燃焼熱量を制御してバーナ燃焼を行う燃焼装置において、前記燃焼熱量の制御範囲を複数に区分して各区分ごとに一対一に対応させた複数のフレームロッドが設けられ、各燃焼熱量の区分を受け持つ各フレームロッドは受け持ち区分の燃焼熱量に達する際にその火炎の先端側領域に入り込むように燃焼熱量範囲の小側の区分から大側の区分に向かうにつれて順次高くなる高低差を設けて設置され、バーナの燃焼熱量を監視する燃焼熱量監視部と、燃焼熱量の各区分に対応させた受け持ち担当のフレームロッドのデータが予め与えられ前記燃焼熱量監視部によって監視された燃焼熱量の属する区分を判別し各フレームロッドの入力信号のうちから前記判別された区分を受け持つフレームロッドの信号を選択して出力する信号選択出力部とが設けられており、また、燃焼排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、燃焼熱量に応じてファン風量をファン風量制御データに基づいて制御する風量制御部とを備え、このファン風量制御部には燃焼熱量に対して風量を異にする複数のファン風量制御データが与えられ、この複数のファン風量制御データの中から使用するファン風量制御データを切り替え設定するファン風量制御データ切り替え制御部が設けられており、このファン風量制御データ切り替え制御部にはＣＯ濃度が高くなるにつれてファン風量制御データを風量アップ側に切り替える基本機能の他に、フレームロッド電流が予め設定される上側しきい値を上側に越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替えフレームロッド電流が予め設定される下側しきい値を下側に越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の上昇変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている上昇変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている下降変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が前記フレームロッド電流の上昇変化量を判断する基準時間よりも時間幅が狭い微小設定時間内で予め設定されている下降変化基準値を越えたときにはファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能との１つ以上の付加機能が備えられており、燃焼熱量制御範囲内の指定値以下の低燃焼能力範囲内の燃焼運転時には前記基本機能と付加機能の組み合わせによってファン風量制御データを切り替え制御する構成を有することをもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
さらに、第３の発明は、バーナ燃焼の火炎を検出するフレームロッドを備え、予め設定される燃焼熱量の制御範囲内で燃焼熱量を制御してバーナ燃焼を行う燃焼装置において、前記燃焼熱量の制御範囲を複数に区分して各区分ごとに一対一に対応させた複数のフレームロッドが設けられ、各燃焼熱量の区分を受け持つ各フレームロッドは受け持ち区分の燃焼熱量に達する際にその火炎の先端側領域に入り込むように燃焼熱量範囲の小側の区分から大側の区分に向かうにつれて順次高くなる高低差を設けて設置され、バーナの燃焼熱量を監視する燃焼熱量監視部と、燃焼熱量の各区分に対応させた受け持ち担当のフレームロッドのデータが予め与えられ前記燃焼熱量監視部によって監視された燃焼熱量の属する区分を判別し各フレームロッドの入力信号のうちから前記判別された区分を受け持つフレームロッドの信号を選択して出力する信号選択出力部とが設けられており、また、前記信号選択出力部から選択出力されるフレームロッドの信号を受けて室内燃焼環境の負圧状況を検出し、負圧状態のときには予め定められている負圧モードの運転を行う負圧モード運転制御部が設けられており、さらに、燃焼排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、燃焼熱量に応じてファン風量をファン風量制御データに基づいて制御する風量制御部とを備え、このファン風量制御部には燃焼熱量に対して風量を異にする複数のファン風量制御データが与えられ、この複数のファン風量制御データの中から使用するファン風量制御データを切り替え設定するファン風量制御データ切り替え制御部が設けられており、このファン風量制御データ切り替え制御部にはＣＯ濃度が高くなるにつれてファン風量制御データを風量アップ側に切り替える基本機能の他に、フレームロッド電流が予め設定される上側しきい値を上側に越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替えフレームロッド電流が予め設定される下側しきい値を下側に越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の上昇変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている上昇変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている下降変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が前記フレームロッド電流の上昇変化量を判断する基準時間よりも時間幅が狭い微小設定時間内で予め設定されている下降変化基準値を越えたときにはファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能との１つ以上の付加機能が備えられており、燃焼熱量制御範囲内の指定値以下の低燃焼能力範囲内の燃焼運転時には前記基本機能と付加機能の組み合わせによってファン風量制御データを切り替え制御する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
本発明においては、燃焼熱量の制御範囲を複数に区分し、各区分毎に一対一に対応させた複数のフレームロッドが設けられ、各燃焼熱量の区分を受け持つ各フレームロッドは、受け持ち区分の燃焼熱量のときにその火炎の先端側領域中に入り込むように（接触するように）配置されているので、各フレームロッドは、各自の受け持ち区分の燃焼熱量のとき、室内の負圧の状況を感度良く検出し、負圧の程度に応じたフレームロッド電流を出力することになる。
【００１８】
信号選択出力部は、燃焼熱量監視部によって得た燃焼熱量の情報に基づき、その監視された燃焼熱量の属する区分を受け持つフレームロッドの信号を選択してフレームロッドの正式な信号として出力する結果、燃焼熱量の制御範囲の全区間に亙って室内の負圧状況をフレームロッド電流によって高感度の下で検出可能となるものである。
【００１９】
そして、この高感度で検出されたフレームロッド電流に基づいて負圧モード運転制御部により室内の負圧燃焼状況が検出され、負圧燃焼状態のときには負圧モードの運転が行われる。また、ファン風量制御データ切り替え制御部により負圧の程度に応じてファン風量制御データが切り替え設定され、この切り替え設定されたファン風量制御データを用いて風量制御部により、負圧の程度に応じた燃焼風量の制御が行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づいて説明する。図２には本発明に係る一実施形態例の燃焼装置の機械的構成が示されている。本実施形態例の燃焼装置は、給湯器に関するもので、器具ケース３内には給湯器の本体部４が収容設置されている。なお、器具ケース３には給気口５が設けられ、この給気口５からフィルタ（図示せず）を通して空気が本体部４の空気導入口６に導かれるようになっている。
【００２１】
本体部４は燃焼室７を有し、この燃焼室７の下部側には一次空気と二次空気を利用して燃焼するタイプのセミブンゼンバーナ等のバーナ８が設置されており、このバーナ８にガス通路10が接続され、このガス通路10を通して燃料ガスがバーナ８に供給されるようになっている。
【００２２】
ガス通路10には通路の開閉を行う電磁弁11，12とバーナ８へのガス供給量を開弁量によって制御する比例弁13が設けられている。この比例弁13は制御装置14によって制御されて印加される開弁駆動電流の大きさに応じて開弁量（ガス供給量）、すなわち、バーナ８の燃焼熱量（燃焼能力）が制御される構成のものである。
【００２３】
バーナ８の近傍にはバーナ８の点火を行う点火プラグ１５と、バーナ８の火炎を検出するフレームロッドＦ１，Ｆ２が設けられている。フレームロッドＦ１はバーナ８の燃焼熱量の制御範囲の低燃焼能力側を受け持ち、フレームロッドＦ２ はバーナ８の燃焼熱量制御範囲の高燃焼能力側を受け持つものであり、このフレームロッドＦ１とＦ２は、その上下の配置位置が規定されており、その詳細な構成は後述する。
【００２４】
前記燃焼室７の上部側には給湯熱交換器18が設けられており、この給湯熱交換器18の入側には給水管20が接続され、給湯熱交換器18の出側には給湯管21が接続されている。この給湯管21は外部配管に接続され、この外部配管は台所等の所望の給湯場所に導かれ、出口側には給湯栓（図示せず）が設けられる。なお、図中、22は給水流量を検出する給水流量センサ、23は給水温を検出する給水温度センサ、24は出湯温度を検出する出湯温度センサ、25は給湯流量を制御する水量制御弁をそれぞれ示している。
【００２５】
前記燃焼室７の上部側にはバーナ燃焼の給排気を行う燃焼ファン26が設けられている。この燃焼ファン26の回転はファン回転検出センサ27によって検出されている。
【００２６】
前記燃焼ファン26の下流側の排気通路には、ＣＯセンサ28が設けられており、このＣＯセンサ28により排気ガス中のＣＯ濃度が検出される構成となっている。この実施形態例の給湯器が室内に設置される場合には、排気通路30の出口側に排気ダクトが接続されて、図６に示す如く、排気ガスは室外に排出される施工形態となる。
【００２７】
前記制御装置14にはリモコン31が信号接続されている。このリモコン31には給湯温度を設定する温度設定器や、制御装置14からの適宜の情報（例えば、給湯温度やエラーの信号）を表示する表示部を備えている。
【００２８】
図１は制御装置14の要部を示すもので、燃焼制御部32と、風量制御部33と、燃焼熱量監視部34と、信号選択出力部35と、データ格納部36と、負圧モード運転制御部37とを有して構成されており、負圧モード運転制御部37はファン風量制御データ切り替え制御部45を有している。
【００２９】
前記燃焼制御部32は、給水温度をリモコン31等で設定される給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワード熱量と、給湯設定温度に対する給湯温度のずれを修正するフィードバック熱量とを加算して得られるトータル熱量を算出し、バーナ８の燃焼熱量がこのトータル熱量となるように比例弁13への比例弁電流（開弁駆動電流）を制御する。
【００３０】
すなわち、燃焼制御部32には図５に示すような比例弁開度と燃焼熱量（燃焼能力）の関係を示す燃焼制御データが与えられており、燃焼制御部32は、最大燃焼熱量Ｍａｘと最小燃焼熱量Ｍｉｎとの燃焼能力の範囲内で比例弁開度を制御する。例えば、演算によって得られる燃焼熱量がＰのときには、図５の制御データから比例弁開度はＱとして求められ、この比例弁開度Ｑが得られるように比例弁13への比例弁電流を供給すべく制御するのである。なお、図５に示す制御データでは、最小燃焼熱量に対応する比例弁開度を０％とし、最大燃焼熱量に対応する比例弁開度を100 ％とし、比例弁開度を０％から100 ％の範囲内で制御して最小燃焼熱量と最大燃焼熱量の範囲内の燃焼熱量を得る制御形態が採られる。
【００３１】
風量制御部33には、図４に示すような風量制御データが与えられている。図４において、横軸は比例弁開度（燃焼熱量）を示し、縦軸はファン回転数（ファン風量）を示している。図４のＡのデータは通常の燃焼運転用の標準ファン風量制御データであり、Ｃのデータはこの標準ファン風量制御データよりもファン風量を増加する方向にシフトしたファン風量制御データであり、Ｂはこのファン風量制御データＣよりもさらにファン風量を増加させたファン風量制御データであり、Ｄ，Ｅのデータはさらに順次風量をアップ方向にシフトさせたファン風量制御データである。
【００３２】
この図４に示すデータから分かるように、最小インプット時（最小比例弁開度時）にはＢ〜Ｅのファン風量制御データを切り替えるとファン回転数が大きく変わるのに対して最大インプット時にはファン回転数はあまり変わらないようにしてある。これは一般的に行われている空燃比を一定にして燃焼させるものとは異なり本出願人が独自に見出したものである。つまり本来バーナは最大インプット（定格インプット）で燃やすことのできるバーナを用いて燃料を少なくしても消えないように風量制御を行っているものである。つまり低インプット（低燃焼熱量）ほど風量制御を正確に行わないと消えてしまうことを意味する。つまり空燃比を一定にした相関関係では各線は平行となるが、本願では比例弁開度小方向になるにしたがって各線間間隔は広がり、比例弁開度大方向になるにしたがって各線の間隔は狭くなる（各線が一点に集まる必要はなく各線の想像線が比例弁開度大方向のどこかで交差する）ようにしている。
【００３３】
風量制御部33は、通常の燃焼運転に際しては、Ａの制御データを用いて比例弁開度に対応するファン回転数（ファン風量）を求め、このファン回転数（ファン風量）が得られるように燃焼ファン26の回転制御を行う。この風量制御により、燃焼熱量（ガス供給量）に見合う風量が得られ、燃焼熱量と風量とがマッチングした燃焼制御が達成されるものとなる。
【００３４】
なお、ファン風量制御データは、図４に示されるような形態で与える他に、図８に示すように、図４のファン風量制御データＡに相当するＸ＝０のファン風量制御データに対し、Ｘ＝２，Ｘ＝４のファン風量制御データのように平行な制御ラインの形態で与えるようにしてもよいものである。
【００３５】
燃焼熱量監視部34は比例弁13に供給される比例弁電流の制御指令値（演算値）を監視し、燃焼運転中は常時比例弁電流値を取り込んで燃焼熱量の変化を監視し、その監視結果を信号選択出力部35に加える。
【００３６】
本実施形態例では、燃焼熱量（燃焼能力）の制御範囲、つまり、比例弁開度の制御範囲を２分割し、比例弁開度が０％以上Ｘ％未満を燃焼熱量範囲の小側の区分の前半側区分（低燃焼能力側）としており、比例弁開度のＸ％以上から100 ％以下の範囲を燃焼熱量範囲の大側の区分の後半側区分（高燃焼能力側）としている。なお、Ｘ％として例えば30％の値が設定される。
【００３７】
そして、フレームロッドＦ1 を前記前半側区分の受け持ち担当とし、フレームロッドＦ2 を後半側区分の受け持ち担当としている。フレームロッドＦ1 は図３の（ａ）に示すように、比例弁開度が前半側区分で燃焼するときに、その火炎の先端側領域（より好ましくは先端側の外炎領域）が接触する高さ位置に配置されており、フレームロッドＦ2 は、比例弁開度が後半側区分で燃焼して図３の（ｂ）に示す如く大となった火炎の先端側領域（より好ましくは先端側の外炎領域）に入り込む（接触する）位置に配置されている。すなわち、フレームロッドＦ2 はフレームロッドＦ1 に対して高低の段差を設けて上側に配設されている。
【００３８】
データ格納部36には、フレームロッドと燃焼熱量範囲の受け持ちの関係を示すデータが格納されている。つまり、フレームロッドＦ1 は比例弁開度の前半側区分の受け持ち担当であることを示すデータと、フレームロッドＦ2 が比例弁開度の後半側区分の受け持ち担当であることを示すデータが格納されている。
【００３９】
信号選択出力部35は、前記燃焼熱量監視部34で監視される燃焼熱量の情報を受け、バーナ８の燃焼熱量が比例弁開度制御範囲の前半側区分に属するか後半側区分に属するかを判別し、フレームロッドＦ1 とフレームロッドＦ2 から加えられるフレームロッド信号のうち、燃焼熱量範囲の受け持ち担当のフレームロッドの信号（フレームロッド電流）を選択し、その選択したフレームロッドの信号を出力する。
【００４０】
具体的には、燃焼熱量監視部34で監視された燃焼熱量が比例弁開度の前半側区分に属する場合には、その燃焼熱量の受け持ち担当のフレームロッドはＦ1 であるので、フレームロッドＦ1 の信号を選択して出力し、燃焼熱量監視部34で監視された燃焼熱量が比例弁開度の後半側区分に属するときには、その区分の受け持ち担当であるフレームロッドＦ2 の信号を選択して出力するのである。
【００４１】
次に本実施形態例におけるフレームロッド電流の検出動作について説明する。バーナ８の燃焼熱量が比例弁開度の制御範囲の前半側区分の範囲で燃焼させている場合には、図３の（ａ）に示すように、火炎の外炎はその燃焼熱量区分の受け持ち担当であるフレームロッドＦ1 のみに接触し、フレームロッドＦ2 には接触しておらず、室内の負圧状況の変化に応じたフレームロッド電流の変化が、フレームロッドＦ1 から出力される。
【００４２】
すなわち、室内が負圧化すると、火炎が伸びてフレームロッドＦ1 に内炎が接触し、火炎の電気抵抗が小さくなるのでフレームロッドＦ1 から出力されるフレームロッド電流が大きくなり、負圧が解除されると火炎が縮みフレームロッドＦ1 に外炎が接触するので、電気抵抗が大きくなりフレームロッドＦ1 から出力されるフレームロッド電流は小さくなる。
【００４３】
一方、燃焼熱量が増加し、バーナ８の燃焼熱量が比例弁開度の制御範囲が後半側区分になると、図３の（ｂ）に示すように火炎が大となり、フレームロッドＦ1 は内炎の下半部側に接触することとなって、室内の負圧状況を感度良く検出できない状態となる。これに対し、フレームロッドＦ2 は火炎先端側の外炎内に入り込み（接触し）、火炎の変化、つまり、室内の負圧状況の変化を感度良く検出するフレームロッド電流を出力する。
【００４４】
信号選択出力部35は燃焼熱量監視部34で監視される燃焼熱量（比例弁開度）とデータ格納部36に格納されているフレームロッドＦ1 ，Ｆ2 の受け持ち燃焼熱量区分の関係データを基に、燃焼熱量範囲が前半側区分のときにはフレームロッドＦ1 のフレームロッド電流を、燃焼熱量範囲が後半側区分に属するときにはフレームロッドＦ2 のフレームロッド電流をそれぞれ選択して負圧モード運転制御部37に加える結果、燃焼熱量の制御範囲の全域に亙って室内の負圧状況に応じたフレームロッド電流の変化を高感度の下で検出することが可能となる。
【００４５】
負圧モード運転制御部37は、フレームロッド電流やＣＯセンサ28のＣＯ濃度検出信号により、室内環境が負圧状態であると判断したときには、予め定められている負圧モード運転の制御を行う。この負圧モードの運転として様々な制御形態を採ることができ、例えば、第１の負圧モードの運転形態として、ファン風量の変更制御が行われる。このファン風量の変更制御は、例えば、図４に示す制御線Ａのライン上で燃焼させていたときに、負圧検出信号が出力されたときにはファン風量の不足状態を解消するために、ファン風量の制御ラインをＡから例えばＢの制御線に移行し、さらにこの制御線Ｂで燃焼させていたときに再び負圧検出信号が出力されたときにはさらに風量増加側の制御線Ｄに移行するという如く、負圧検出信号が出力されたときには風量増加側の制御ラインに移行し、負圧解除検出信号が出力されたときには、風量減少側の制御ラインに戻して風量制御を行う制御形態である。
【００４６】
このように、負圧検出信号が出力されたときには、風量増加側に燃焼ファンの回転を制御することで、室内負圧に起因する給気の不足を解消し、燃焼改善を図ることができるものとなる。
【００４７】
第２の負圧モードの運転形態は、例えば図４に示す如く、比例弁開度の制御範囲を０％〜100 ％の範囲から10％〜100 ％という如く、燃焼能力の下側をカットして燃焼熱量の制御範囲を狭める制御形態を採るものである。燃焼熱量の制御範囲をアンダーカットにより狭める制御形態とすることで、比例弁開度の最小開度が大きくなるので、室内が負圧化された場合においても、風量不足によってバーナ８の火炎が立ち消えるのを防止できるものとなる。
【００４８】
第３の負圧モードの運転形態は、バーナ８の燃焼を開始するときの点火を風量増加側の制御ライン上で行う制御形態を採るものである。例えば、通常の運転においては、図４の風量の制御データＡのライン上で点火を行うが、例えば燃焼停止前の、前回の燃焼運転時に室内の負圧が検出されたときには、風量増加側の制御ラインＢの線上で点火動作を行わせるものである。このように、風量を増加した側で点火を行うことで、給気不足による点火ミスを防止し、確実に点火を行わせることができるものとなる。
【００４９】
第４の負圧モードの運転形態は、給湯器の再出湯湯温の安定化制御の機能を持つ給湯器において、燃焼停止後のポストパージ期間での燃焼ファンの回転数を風量増加側にアップさせる制御形態を採るものである。給湯器の燃焼停止後には、燃焼室７内の排気ガスを確実に排出させるために、給湯燃焼停止後も引き続き所定時間燃焼ファン26を回転させるが、再出湯湯温の安定化機能を持つ給湯器では、そのポストパージ期間での燃焼ファンの回転による給湯熱交換器18内の湯温の冷却の程度を推定し、このファン冷却による条件を考慮に入れて再出湯湯温安定化の制御常数を定めているが、室内が負圧化されている環境の下では、同じファン回転数で燃焼ファン26を回転させても、風量が減少するため、給湯熱交換器18の冷却の度合いが小さくなり、再出湯湯温安定化の制御常数にずれが生じる結果となる。
【００５０】
この第４の負圧モードの運転形態では、前回の給湯燃焼運転の停止前に室内の負圧が検出されたときには、ポストパージ期間での燃焼ファンの回転を風量アップ側にすることで、室内の負圧化による風量の減少分が補償され、室内が負圧化状態でないときの通常の燃焼ファンの風量と同じ風量が得られることで、前記再出湯湯温安定化の制御常数のずれを防止し、室内負圧化による再出湯湯温の不安定化を防止できるものとなる。
【００５１】
負圧モード運転制御部37は予め定められた負圧モードの運転形態に従い、燃焼制御部32と風量制御部33を介して負圧モード運転形態の制御を行う。
【００５２】
次に、負圧モード運転制御部37による前記第１の負圧モードの運転形態の制御を詳述する。この運転形態の制御は負圧モード運転制御部37が装備するファン風量制御データ切り替え制御部45において行われる。このファン風量制御データ切り替え制御部45は、ＣＯセンサ28や、信号選択出力部35から加えられるフレームロッドの信号を受けて、風量制御部33が使用するファン風量制御データをＣＯセンサ28によって検出されるＣＯ濃度や、フレームロッドの電流で検出される室内燃焼環境の負圧状況に応じてファン風量制御データを切り替え制御するもので、以下の１つ以上の機能を備えている。
【００５３】
第１の機能は、ＣＯセンサ28で検出されるＣＯ濃度が高くなるにつれ、ファン風量制御データを段階的にファン風量アップ側に切り替え設定する機能である。この機能の動作例を図12のフローチャートに基づいて説明すると、まず、ステップ101 で、ＣＯ濃度が上限値以上か否かが判断され、上限値以上のときにはステップ102 でファン風量制御データが１段階高められる。このフローチャートにおいては、図８に示すファン風量制御データを例にして説明してあり、フローチャート中のＸの数字は図８に示す各ファン風量制御データのＸの値に対応している。
【００５４】
なお、このＣＯ濃度の上限値は、ＣＯセンサ28で検出されるＣＯ濃度の雰囲気中に人が晒されたときに、ＣＯ危険濃度に達する時間を上限値として与えてもよく、又は、高ＣＯ濃度のしきい値で与えてもよく、又は、ＣＯセンサ28で検出されるＣＯ濃度の雰囲気中に人が晒されたと仮定したときの血中ヘモグロビンのＣＯ濃度を求め、単位時間ｔ毎に算出されるその血中ヘモグロビンＣＯ濃度の危険到達時間Ｔに対する前記単位時間ｔとの比ｔ／Ｔの積算値の上限値で与えてもよいものである。
【００５５】
前記ステップ101 で、ＣＯ濃度が上限値未満のときには、ステップ103 でＣＯ濃度が規定値以下か否かが判断され、ＣＯ濃度が規定値以下のときにはファン風量制御データを１段階風量ダウン側に切り替える。このとき、ステップ105 でファン風量制御データがＸ＝０のデータになるか否かを判断し、Ｘ＝０のファン風量制御データになるときには、ファン風量制御データをＸ＝０のデータよりもファン風量が１段階上側のＸ＝１のデータに設定する。
【００５６】
ステップ107 では前記ステップ102 でファン風量制御データが１段階風量アップ側に切り替えられることでＸ＝５の値に達したか否かを判断し、Ｘ＝５の値に達したときにはファン風量をアップさせても高濃度のＣＯガスの発生の防止が期待できないので、ステップ108 で燃焼停止を行う。
【００５７】
前記ステップ107 でＸが５に達しないときには前記ステップ102 で風量を１段階アップさせたファン風量制御データに基づき、燃焼量（燃焼熱量）に応じたファン回転数（ファン風量）でもって燃焼ファンを回転させ、ステップ110 で室内の負圧強度としてＸの値を登録する。ステップ111 では給水流量センサ22からオン信号が加えられているかを判断し、オン信号が加えられているときにはステップ101 以降の動作を繰り返す。これに対し、給水流量センサ22からオフ信号が出力されたときには、給湯栓が閉じられたものと判断して燃焼停止を行う。そして、ステップ112 では、タイマ等を用いて燃焼停止時からの経過時間を測定し、燃焼停止後10分以内か否かを判断する。燃焼停止後10分以内で燃焼運転が再開されるときには、室内の負圧状態は前記ステップ110 で登録されたＸの値と同じであると推定し、その登録されたＸの値のファン風量制御データを用いて燃焼運転を行うが、燃焼停止後10分を経過したときには、標準モードのファン風量制御データであるＸ＝０のファン風量制御データを設定して次の燃焼運転に備える。
【００５８】
この図12に示すフローチャートにおいては、室内が負圧になると、給気の不足状態が生じ、室内の負圧の程度に応じてＣＯ濃度が上昇するので、このＣＯ濃度の上昇を検出して、室内の負圧の強度に応じたファン風量制御データを選択指定し、室内の負圧化に伴う給気不足を解消し、良好な燃焼運転を行うものである。
【００５９】
ファン風量制御データ切り替え制御部45によるファン風量制御の第２の機能は、信号選択出力部35から加えられるフレームロッド電流を検出し、このフレームロッド電流により室内の負圧の程度を判断し、ファン風量制御データを切り替え設定する機能である。すなわち、図９に示すように、比例弁開度（燃焼熱量）とフレームロッド電流の関係データをしきい値として与えておき、この関係データに基づき室内の負圧の程度が大きくなるにつれ、ファン風量制御データをファン風量アップ側に段階的に切り替え、負圧の程度が減少するにつれて、ファン風量制御データをファン風量ダウン側に段階的に切り替えるように制御する機能である。
【００６０】
図９に示す関係データは、フレームロッド電流の低位側に下側しきい値を与え、上位側に上側しきい値を与えている。この図９の例では、下側しきい値を下側固定しきい値と下側可変しきい値で与え、上側しきい値を上側可変しきい値と上側固定しきい値で与えている。これら上側と下側の固定しきい値は比例弁開度によって値が変動しない一定の値で与えるものであり、上側と下側の可変しきい値は比例弁開度が大きくなるにつれ、増加する方向に可変させた値で与えてあるが、これら下側しきい値は下側固定しきい値で与えてもよく下側可変しきい値で与えてもよく、あるいは比例弁開度の区分に応じ、下側固定しきい値と下側可変しきい値を使い分けるようにしてもよいものである。同様に、上側しきい値も、上側固定しきい値で与えてもよく、上側可変しきい値で与えてもよく、比例弁開度の区分に応じ上側固定しきい値と上側可変しきい値を使い分けてもよいものである。
【００６１】
ファン風量制御データ切り替え制御部45は、この第２の機能の動作に際し、信号選択出力部35からフレームロッド電流を取り込み、フレームロッド電流が上側しきい値を越えたときに、室内が負圧状況になったものと判断してファン風量制御データを風量アップ側に切り替え設定し、フレームロッド電流が下側しきい値を下回ったとき（下側に越えたとき）は室内の負圧が解除方向に変化したものと判断しファン風量制御データをファン風量ダウン側に切り替え設定するものである。
【００６２】
図13はこの第２の機能の動作をフローチャートで示したものである。すなわち、ステップ201 でフレームロッド電流が上側しきい値を越えたか否かを判断し、上側しきい値を越えたときにはファン風量制御データをファン風量増加側に１段階高め、ステップ203 でフレームロッド電流が下側しきい値を下側に越えたと判断されたときには室内の負圧状況が解除されたものと判断してファン風量制御データを１段階ファン風量ダウン側に切り替え設定するものである。ファン風量制御データのアップダウンの切り替え動作は前記図12に示す動作と同様であり、同じ動作には同じステップ番号を付してその重複説明は省略する。
【００６３】
この第２の機能の動作は、フレームロッド電流が上側しきい値を越えたときには室内の負圧が発生し、フレームロッド電流が下側しきい値を下側に越えたときには負圧解除あるいは負圧の程度が低下したものと判断し、室内の負圧の程度に応じてファン風量制御データを切り替え設定し、室内の負圧の程度に応じてファン風量を制御して良好な燃焼運転を確保するものである。
【００６４】
ファン風量制御データ切り替え制御部45によるファン風量制御構成の第３の機能は、フレームロッド電流の変化量によって室内の負圧状況と負圧解除状況を検出する機能である。図10の（ａ）はフレームロッド電流の上昇変化量によって室内の負圧発生状況を検出してファン風量制御データをファン風量アップ側に切り替え設定する例を示すもので、予め上昇変化基準値Ｆth1 （例えば1.1 μＡ）とその上昇変化基準値に対して与えられる基準時間Ｔth1 （例えば0.6 秒）のデータが与えられており、ファン風量制御データ切り替え制御部45は、フレームロッド電流の上昇変化量が基準時間Ｔth1 の時間内で、上昇変化基準値Ｆth1 を越えたときには、例えば燃焼運転中にレンジフードや換気扇が起動される等して室内が負圧化されたものと判断し、ファン風量制御データＸを風量アップ側（（Ｘ＋１）側）に切り替え設定する。
【００６５】
図１０の（ｂ）は、フレームロッド電流の下降変化量に基づいて室内の負圧解除を検出する機能の例を示すものであり、予めフレームロッド電流の下降変化基準値Ｆｔｈ２とこの下降変化基準値に対して与えられる基準時間Ｔｔｈ２とが与えられ、ファン風量制御データ切り替え制御部４５は、フレームロッド電流の下降変化量が前記判断時間Ｔｔｈ２の時間内で、下降変化基準値Ｆｔｈ２を越えたときには、室内の負圧状況は解除（又は負圧減少方向に変化）したものと判断し、ファン風量制御データＸをファン風量ダウン側（（Ｘ−１）側）に切り替え設定する。
【００６６】
図11はフレームロッド電流の急激減少変化量によって室内の急激な負圧変化を検出してファン風量を増加する方向にファン風量制御データを切り替え設定する機能を示すものである。この機能においては、フレームロッド電流の下降変化基準値Ｆth0 （例えば0.7 μＡ）のデータと前記図10の（ｂ）に示される判断時間Ｔth2 よりも時間幅が狭い微小設定時間ΔＴth（例えば0.1 秒）のデータが与えられており、ファン風量制御データ切り替え制御部45はフレームロッド電流が微小設定時間ΔＴthの時間内で下降変化基準値Ｆth0 を越えて下降したときには、例えば室内の戸が開けられている状態でレンジフードが起動状態で燃焼運転がされているときに、戸が急に閉められて室内が急激に負圧化して燃焼火炎が立ち消え寸前となって（火炎が極めて小さくなって）フレームロッド電流が急激に下降変化したものと判断する。そしてこの場合には、急激な負圧発生による給気の不足を解消するために、ファン風量制御データＸをファン風量アップ側（（Ｘ＋１）側）に切り替え設定するのである。
【００６７】
上記ファン風量制御データ切り替え制御部45により何れかの機能によってファン風量制御データが切り替え設定されたときには、風量制御部33は、その切り替え設定されたファン風量制御データを用いて燃焼ファン26の風量制御を行う。
【００６８】
ファン風量制御データ切り替え制御部45には前記複数の機能のうち、１つ以上の機能が設けられて室内の負圧状況に応じたファン風量制御データの設定が行われるが、特に、燃焼熱量（比例弁開度）が例えば制御範囲の指定値（例えば比例弁開度30％）以下の低燃焼能力範囲では燃焼性能が室内の負圧によってより影響を受け易いので、この低燃焼能力範囲においては、ＣＯセンサのＣＯ検出信号に基づく前記第１の機能（基本機能）とフレームロッド電流に基づく前記１つ以上の機能（付加機能）とを組み合わせ、ＣＯセンサによる室内の負圧程度の検出に基づくファン風量制御データの設定と、フレームロッド電流による室内負圧程度の検出に基づくファン風量制御データの切り替え設定とを併用することにより、室内の負圧の程度に応じたより正確なファン風量制御が可能となる。
【００６９】
すなわち、燃焼熱量が低い（比例弁開度が小側）領域では、風量不足により燃焼が悪化して放出されるＣＯをＣＯセンサで補集して燃焼悪化を検知していると、ＣＯが発生してからＣＯセンサで検出されるまでに時間がかかり、この間に失火してしまうおそれがある。この点、フレームロッド電流は燃焼悪化に瞬時に反応し、このフレームロッド電流の変化によって燃焼悪化を迅速に検出し、燃焼改善方向に風量がいち早く制御されることで、失火を防止することができる。一方、フレームロッドには燃焼悪化を感度よく検出できる取り付け位置と燃焼量との関係があり、燃焼量がこの範囲から外れると燃焼悪化の検出感度が低下するが、ＣＯセンサによるＣＯ濃度検出信号に基づく負圧検出とを併用することにより、燃焼熱量制御の全範囲において室内燃焼環境の負圧状況をより精度よく検出でき、室内の負圧の程度に応じたより正確なファン風量制御が可能となる。
【００７０】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では、フレームロッドＦ1 ，Ｆ2 を２個用いたが、これを３個以上用いたものでもよい。その場合には、燃焼熱量の制御範囲をより細分化し、それぞれのフレームロッドに燃焼熱量範囲の各区分を受け持ち担当させることにより、各フレームロッドをその受け持ち区分の燃焼熱量の火炎の中の高感度検出部分の領域にフレームロッドを接触させることができるので、より精度の高い室内燃焼環境の負圧状況およびその解除状況を検出することが可能となる。
【００７１】
さらに、本実施形態例では、燃焼装置として給湯器を例にして説明したが、本発明の燃焼装置は、ガスや石油を燃料とする給湯器以外の例えば風呂釜、暖房機、冷房機、冷暖房機、ファンヒータ等の様々な燃焼装置に適用されるものである。
【００７２】
さらに、上記実施形態例では図２に示す如く、燃焼ファン26を排気側に設けて吸い出し式としたが、例えば、燃焼ファン26をバーナ８の下方側に設けて押し出し式としてもよい。
【００７３】
さらに、図４や図８に示すファン風量制御データは比例弁開度とファン回転数の関係で与えてもよく、比例弁開度とファン風量の関係で与えてもよい。後者の場合にはファン風量を検出する風量センサ（例えば風速センサ）を設け、検出風量が比例弁開度に対応する目標風量になるようにファン回転数を制御する制御形態を採ることになる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明は、燃焼熱量の制御範囲を区分し、その区分の数に応じたフレームロッドを使用して燃焼熱量の各区分をそれぞれのフレームロッドに一対一に対応させて受け持たせ、各フレームロッドを、受け持ち区分の燃焼熱量範囲の火炎の変化を高感度に検出し得る火炎の先端側領域に接触するように互いに高低差の段差を設けて配置し、バーナの燃焼中は、その燃焼熱量が属する区分を受け持つフレームロッドの出力信号（フレームロッド電流）を選択して出力する構成としたものであるから、燃焼熱量の制御範囲の全領域に亙って室内の燃焼環境の負圧状況や負圧解除状況に対応したフレームロッド電流を室内燃焼環境の負圧状況の検出信号として高感度の下で検出出力することができるという効果を奏する。
【００７５】
したがって、このフレームロッド電流の選択出力信号を用いることによって、室内の負圧燃焼環境下に応じた負圧モード運転を室内負圧燃焼環境の状況に応じて的確に行うことが可能となり、これにより、燃焼装置の運転性能を格段にアップさせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態例の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態例における燃焼装置のシステム構成図である。
【図３】本実施形態例における燃焼熱量範囲に応じたフレームロッドによる火炎検出動作の説明図である。
【図４】本実施形態例における比例弁開度とファン回転数との関係を示すグラフである。
【図５】比例弁開度と燃焼熱量との関係を示す燃焼制御データの説明図である。
【図６】燃焼装置として一般的に知られている給湯器の室内設置使用例の説明図である。
【図７】フレームロッドによる火炎検出原理の説明図である。
【図８】ファン風量制御データの他の形態例の説明図である。
【図９】フレームロッド電流の上側しきい値と下側しきい値の設定例の説明図である。
【図１０】フレームロッド電流の変化量によって室内の負圧発生と負圧解除を検出する例の説明図である。
【図１１】フレームロッド電流の急激降下変化量に基づいて室内の急激負圧発生を検出する例の説明図である。
【図１２】ＣＯ濃度によって室内の負圧状況を検出して風量制御を行う動作のフローチャートである。
【図１３】フレームロッド電流によって室内の負圧状況を検出して風量制御を行う動作のフローチャートである。
【符号の説明】
32 燃焼制御部
33 風量制御部
34 燃焼熱量監視部
35 信号選択出力部
37 負圧モード運転制御部
45 ファン風量制御データ切り替え制御部
Ｆ1 ，Ｆ2 フレームロッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等の燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６には燃焼装置として一般的に知られている給湯器１の室内設置による使用例が示されている。この種の給湯器１は、燃焼ファンを回転してバーナ燃焼の給排気の空気を室内から取り込むものであり、バーナ燃焼による排気ガスは排気ダクトを通して室外に排出される。この排気ガスの排気側には排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ28が設けられ、検出ＣＯ濃度が危険濃度に達したときに、燃焼停止等の安全動作が行われるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近の住居は気密性が高く、換気扇２やレンジフードが起動されると室内が負圧化し、給気が不足状態となって給湯器１の燃焼性能が低下するという問題があり、本発明者は、このような室内の負圧化による燃焼性能の低下現象を防止するための燃焼改善の開発に取り組んでいる。
【０００４】
この燃焼改善を行うためには、室内の負圧化現象を効果的に検出することが必要となるが、室内に負圧検出専用の負圧センサを別途設けることは装置構成が複雑化し、装置コストが高くなる等の問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明者は、バーナの火炎を検出するフレームロッドＦに着目し、フレームロッド電流と室内の負圧化現象との関係を実験により求めてみた。フレームロッドＦは、図７に示す如く、バーナ８に生じる火炎が接触する高さ位置に設置され、フレームロッドＦに電圧が印加されることで、内炎に電離するイオンを伝搬してフレームロッドＦからバーナ８側のアース端17にフレームロッド電流が流れる構成となっており、このことから、フレームロッドＦは、火炎に接触することで、フレームロッド電流を出力する火炎検出センサとして機能する。
【０００６】
本発明者の実験によれば、室内が負圧化して燃焼ファンによる給気量が減少すると、火炎が上側に伸び、フレームロッド電流が増加し、その逆に室内の負圧化が解消されることにより、火炎は元の状態に縮み、フレームロッド電流が減少する現象を突き止めるに至った。
【０００７】
この点に着目し、フレームロッド電流の変化を検出することにより、室内が負圧状態にあるか、あるいは負圧解消状態にあるかを判断することが可能となる。
【０００８】
例えば、良好な燃焼状態であるときにフレームロッドＦが、図７に示す燃焼火炎の外炎を検知している状態から、負圧状態が発生し負圧状態に起因した空気不足の燃焼状態になると、外炎と内炎が共に伸び、フレームロッドＦは内炎を検知するようになる。
【０００９】
上記外炎は電気抵抗率が高く、内炎は電気抵抗率が低いので、上記のように負圧状態発生に起因してフレームロッドＦが外炎検知の状態から内炎検知の状態に移行すると、電気抵抗率が低下し、フレームロッドＦから検出出力されるフレームロッド電流値が上昇する。
【００１０】
このように、フレームロッドＦの取り付け位置を設定することによって、室内が負圧状態になったときにはフレームロッド電流値が上昇するので、フレームロッド電流値が上昇したときには室内が負圧状態になったと検知することができる。
【００１１】
一般に、給湯器の燃焼制御を行う際には、燃焼熱量（燃焼能力）の制御範囲が予め設定されており、燃焼能力が小さい燃焼領域では、火炎が小さくなるので、フレームロッドＦを外炎に接触するように高さ位置を設定する関係上、フレームロッドＦはバーナ８の炎口形成面９に対して低い高さ位置に設置される。
【００１２】
このように、フレームロッドＦを低い高さ位置に配置することで、確かに、燃焼能力の低い領域においては、外炎がフレームロッドＦに接触し、室内が負圧化すると火炎が伸びて内炎がフレームロッドＦに接触するようになり、室内の負圧の程度に応じたフレームロッド電流が得られるのであるが、燃焼能力が大きい領域では、火炎が大きくなるので、フレームロッドＦは内炎の下半側に位置することとなるので、負圧の変化に対する内炎の変化を検出する感度が鈍くなり、燃焼能力の大きい領域では、フレームロッド電流によって室内の負圧状況を感度良く検出することができなくなるという問題に直面した。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃焼装置の燃焼熱量（燃焼能力）の全制御範囲に亙り、フレームロッドの電流によって室内の負圧状況を感度良く検出でき、このフレームロッド電流の検出結果に基づいて燃焼制御を好適に行うことが可能な燃焼装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。すなわち、第１の発明は、バーナ燃焼の火炎を検出するフレームロッドを備え、予め設定される燃焼熱量の制御範囲内で燃焼熱量を制御してバーナ燃焼を行う燃焼装置において、前記燃焼熱量の制御範囲を複数に区分して各区分ごとに一対一に対応させた複数のフレームロッドが設けられ、各燃焼熱量の区分を受け持つ各フレームロッドは受け持ち区分の燃焼熱量に達する際にその火炎の先端側領域に入り込むように燃焼熱量範囲の小側の区分から大側の区分に向かうにつれて順次高くなる高低差を設けて設置され、バーナの燃焼熱量を監視する燃焼熱量監視部と、燃焼熱量の各区分に対応させた受け持ち担当のフレームロッドのデータが予め与えられ前記燃焼熱量監視部によって監視された燃焼熱量の属する区分を判別し各フレームロッドの入力信号のうちから前記判別された区分を受け持つフレームロッドの信号を選択して出力する信号選択出力部とが設けられており、また、前記信号選択出力部から選択出力されるフレームロッドの信号を受けて室内燃焼環境の負圧状況を検出し、負圧状態のときには予め定められている負圧モードの運転を行う負圧モード運転制御部が設けられ、該負圧モード運転制御部は、フレームロッドの信号の上昇変化量が予め与えられている基準時間内で予め与えられている上昇変化基準値を越えたときに負圧状況と判断して前記負圧モードの運転を行う構成と、フレームロッドの信号の下降変化量が前記フレームロッドの信号の上昇変化量を判断する基準時間よりも時間幅が狭い予め与えられている微小設定時間内で予め与えられている下降変化基準値を越えて下降したときに負圧状況と判断して前記負圧モードの運転を行う構成との少なくとも一方の構成を有していることをもって課題を解決する手段としている。
【００１５】
また、第２の発明は、バーナ燃焼の火炎を検出するフレームロッドを備え、予め設定される燃焼熱量の制御範囲内で燃焼熱量を制御してバーナ燃焼を行う燃焼装置において、前記燃焼熱量の制御範囲を複数に区分して各区分ごとに一対一に対応させた複数のフレームロッドが設けられ、各燃焼熱量の区分を受け持つ各フレームロッドは受け持ち区分の燃焼熱量に達する際にその火炎の先端側領域に入り込むように燃焼熱量範囲の小側の区分から大側の区分に向かうにつれて順次高くなる高低差を設けて設置され、バーナの燃焼熱量を監視する燃焼熱量監視部と、燃焼熱量の各区分に対応させた受け持ち担当のフレームロッドのデータが予め与えられ前記燃焼熱量監視部によって監視された燃焼熱量の属する区分を判別し各フレームロッドの入力信号のうちから前記判別された区分を受け持つフレームロッドの信号を選択して出力する信号選択出力部とが設けられており、また、燃焼排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、燃焼熱量に応じてファン風量をファン風量制御データに基づいて制御する風量制御部とを備え、このファン風量制御部には燃焼熱量に対して風量を異にする複数のファン風量制御データが与えられ、この複数のファン風量制御データの中から使用するファン風量制御データを切り替え設定するファン風量制御データ切り替え制御部が設けられており、このファン風量制御データ切り替え制御部にはＣＯ濃度が高くなるにつれてファン風量制御データを風量アップ側に切り替える基本機能の他に、フレームロッド電流が予め設定される上側しきい値を上側に越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替えフレームロッド電流が予め設定される下側しきい値を下側に越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の上昇変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている上昇変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている下降変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が前記フレームロッド電流の上昇変化量を判断する基準時間よりも時間幅が狭い微小設定時間内で予め設定されている下降変化基準値を越えたときにはファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能との１つ以上の付加機能が備えられており、燃焼熱量制御範囲内の指定値以下の低燃焼能力範囲内の燃焼運転時には前記基本機能と付加機能の組み合わせによってファン風量制御データを切り替え制御する構成を有することをもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
さらに、第３の発明は、バーナ燃焼の火炎を検出するフレームロッドを備え、予め設定される燃焼熱量の制御範囲内で燃焼熱量を制御してバーナ燃焼を行う燃焼装置において、前記燃焼熱量の制御範囲を複数に区分して各区分ごとに一対一に対応させた複数のフレームロッドが設けられ、各燃焼熱量の区分を受け持つ各フレームロッドは受け持ち区分の燃焼熱量に達する際にその火炎の先端側領域に入り込むように燃焼熱量範囲の小側の区分から大側の区分に向かうにつれて順次高くなる高低差を設けて設置され、バーナの燃焼熱量を監視する燃焼熱量監視部と、燃焼熱量の各区分に対応させた受け持ち担当のフレームロッドのデータが予め与えられ前記燃焼熱量監視部によって監視された燃焼熱量の属する区分を判別し各フレームロッドの入力信号のうちから前記判別された区分を受け持つフレームロッドの信号を選択して出力する信号選択出力部とが設けられており、また、前記信号選択出力部から選択出力されるフレームロッドの信号を受けて室内燃焼環境の負圧状況を検出し、負圧状態のときには予め定められている負圧モードの運転を行う負圧モード運転制御部が設けられており、さらに、燃焼排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、燃焼熱量に応じてファン風量をファン風量制御データに基づいて制御する風量制御部とを備え、このファン風量制御部には燃焼熱量に対して風量を異にする複数のファン風量制御データが与えられ、この複数のファン風量制御データの中から使用するファン風量制御データを切り替え設定するファン風量制御データ切り替え制御部が設けられており、このファン風量制御データ切り替え制御部にはＣＯ濃度が高くなるにつれてファン風量制御データを風量アップ側に切り替える基本機能の他に、フレームロッド電流が予め設定される上側しきい値を上側に越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替えフレームロッド電流が予め設定される下側しきい値を下側に越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の上昇変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている上昇変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている下降変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が前記フレームロッド電流の上昇変化量を判断する基準時間よりも時間幅が狭い微小設定時間内で予め設定されている下降変化基準値を越えたときにはファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能との１つ以上の付加機能が備えられており、燃焼熱量制御範囲内の指定値以下の低燃焼能力範囲内の燃焼運転時には前記基本機能と付加機能の組み合わせによってファン風量制御データを切り替え制御する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
本発明においては、燃焼熱量の制御範囲を複数に区分し、各区分毎に一対一に対応させた複数のフレームロッドが設けられ、各燃焼熱量の区分を受け持つ各フレームロッドは、受け持ち区分の燃焼熱量のときにその火炎の先端側領域中に入り込むように（接触するように）配置されているので、各フレームロッドは、各自の受け持ち区分の燃焼熱量のとき、室内の負圧の状況を感度良く検出し、負圧の程度に応じたフレームロッド電流を出力することになる。
【００１８】
信号選択出力部は、燃焼熱量監視部によって得た燃焼熱量の情報に基づき、その監視された燃焼熱量の属する区分を受け持つフレームロッドの信号を選択してフレームロッドの正式な信号として出力する結果、燃焼熱量の制御範囲の全区間に亙って室内の負圧状況をフレームロッド電流によって高感度の下で検出可能となるものである。
【００１９】
そして、この高感度で検出されたフレームロッド電流に基づいて負圧モード運転制御部により室内の負圧燃焼状況が検出され、負圧燃焼状態のときには負圧モードの運転が行われる。また、ファン風量制御データ切り替え制御部により負圧の程度に応じてファン風量制御データが切り替え設定され、この切り替え設定されたファン風量制御データを用いて風量制御部により、負圧の程度に応じた燃焼風量の制御が行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づいて説明する。図２には本発明に係る一実施形態例の燃焼装置の機械的構成が示されている。本実施形態例の燃焼装置は、給湯器に関するもので、器具ケース３内には給湯器の本体部４が収容設置されている。なお、器具ケース３には給気口５が設けられ、この給気口５からフィルタ（図示せず）を通して空気が本体部４の空気導入口６に導かれるようになっている。
【００２１】
本体部４は燃焼室７を有し、この燃焼室７の下部側には一次空気と二次空気を利用して燃焼するタイプのセミブンゼンバーナ等のバーナ８が設置されており、このバーナ８にガス通路10が接続され、このガス通路10を通して燃料ガスがバーナ８に供給されるようになっている。
【００２２】
ガス通路10には通路の開閉を行う電磁弁11，12とバーナ８へのガス供給量を開弁量によって制御する比例弁13が設けられている。この比例弁13は制御装置14によって制御されて印加される開弁駆動電流の大きさに応じて開弁量（ガス供給量）、すなわち、バーナ８の燃焼熱量（燃焼能力）が制御される構成のものである。
【００２３】
バーナ８の近傍にはバーナ８の点火を行う点火プラグ１５と、バーナ８の火炎を検出するフレームロッドＦ１，Ｆ２が設けられている。フレームロッドＦ１はバーナ８の燃焼熱量の制御範囲の低燃焼能力側を受け持ち、フレームロッドＦ２ はバーナ８の燃焼熱量制御範囲の高燃焼能力側を受け持つものであり、このフレームロッドＦ１とＦ２は、その上下の配置位置が規定されており、その詳細な構成は後述する。
【００２４】
前記燃焼室７の上部側には給湯熱交換器18が設けられており、この給湯熱交換器18の入側には給水管20が接続され、給湯熱交換器18の出側には給湯管21が接続されている。この給湯管21は外部配管に接続され、この外部配管は台所等の所望の給湯場所に導かれ、出口側には給湯栓（図示せず）が設けられる。なお、図中、22は給水流量を検出する給水流量センサ、23は給水温を検出する給水温度センサ、24は出湯温度を検出する出湯温度センサ、25は給湯流量を制御する水量制御弁をそれぞれ示している。
【００２５】
前記燃焼室７の上部側にはバーナ燃焼の給排気を行う燃焼ファン26が設けられている。この燃焼ファン26の回転はファン回転検出センサ27によって検出されている。
【００２６】
前記燃焼ファン26の下流側の排気通路には、ＣＯセンサ28が設けられており、このＣＯセンサ28により排気ガス中のＣＯ濃度が検出される構成となっている。この実施形態例の給湯器が室内に設置される場合には、排気通路30の出口側に排気ダクトが接続されて、図６に示す如く、排気ガスは室外に排出される施工形態となる。
【００２７】
前記制御装置14にはリモコン31が信号接続されている。このリモコン31には給湯温度を設定する温度設定器や、制御装置14からの適宜の情報（例えば、給湯温度やエラーの信号）を表示する表示部を備えている。
【００２８】
図１は制御装置14の要部を示すもので、燃焼制御部32と、風量制御部33と、燃焼熱量監視部34と、信号選択出力部35と、データ格納部36と、負圧モード運転制御部37とを有して構成されており、負圧モード運転制御部37はファン風量制御データ切り替え制御部45を有している。
【００２９】
前記燃焼制御部32は、給水温度をリモコン31等で設定される給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワード熱量と、給湯設定温度に対する給湯温度のずれを修正するフィードバック熱量とを加算して得られるトータル熱量を算出し、バーナ８の燃焼熱量がこのトータル熱量となるように比例弁13への比例弁電流（開弁駆動電流）を制御する。
【００３０】
すなわち、燃焼制御部32には図５に示すような比例弁開度と燃焼熱量（燃焼能力）の関係を示す燃焼制御データが与えられており、燃焼制御部32は、最大燃焼熱量Ｍａｘと最小燃焼熱量Ｍｉｎとの燃焼能力の範囲内で比例弁開度を制御する。例えば、演算によって得られる燃焼熱量がＰのときには、図５の制御データから比例弁開度はＱとして求められ、この比例弁開度Ｑが得られるように比例弁13への比例弁電流を供給すべく制御するのである。なお、図５に示す制御データでは、最小燃焼熱量に対応する比例弁開度を０％とし、最大燃焼熱量に対応する比例弁開度を100 ％とし、比例弁開度を０％から100 ％の範囲内で制御して最小燃焼熱量と最大燃焼熱量の範囲内の燃焼熱量を得る制御形態が採られる。
【００３１】
風量制御部33には、図４に示すような風量制御データが与えられている。図４において、横軸は比例弁開度（燃焼熱量）を示し、縦軸はファン回転数（ファン風量）を示している。図４のＡのデータは通常の燃焼運転用の標準ファン風量制御データであり、Ｃのデータはこの標準ファン風量制御データよりもファン風量を増加する方向にシフトしたファン風量制御データであり、Ｂはこのファン風量制御データＣよりもさらにファン風量を増加させたファン風量制御データであり、Ｄ，Ｅのデータはさらに順次風量をアップ方向にシフトさせたファン風量制御データである。
【００３２】
この図４に示すデータから分かるように、最小インプット時（最小比例弁開度時）にはＢ〜Ｅのファン風量制御データを切り替えるとファン回転数が大きく変わるのに対して最大インプット時にはファン回転数はあまり変わらないようにしてある。これは一般的に行われている空燃比を一定にして燃焼させるものとは異なり本出願人が独自に見出したものである。つまり本来バーナは最大インプット（定格インプット）で燃やすことのできるバーナを用いて燃料を少なくしても消えないように風量制御を行っているものである。つまり低インプット（低燃焼熱量）ほど風量制御を正確に行わないと消えてしまうことを意味する。つまり空燃比を一定にした相関関係では各線は平行となるが、本願では比例弁開度小方向になるにしたがって各線間間隔は広がり、比例弁開度大方向になるにしたがって各線の間隔は狭くなる（各線が一点に集まる必要はなく各線の想像線が比例弁開度大方向のどこかで交差する）ようにしている。
【００３３】
風量制御部33は、通常の燃焼運転に際しては、Ａの制御データを用いて比例弁開度に対応するファン回転数（ファン風量）を求め、このファン回転数（ファン風量）が得られるように燃焼ファン26の回転制御を行う。この風量制御により、燃焼熱量（ガス供給量）に見合う風量が得られ、燃焼熱量と風量とがマッチングした燃焼制御が達成されるものとなる。
【００３４】
なお、ファン風量制御データは、図４に示されるような形態で与える他に、図８に示すように、図４のファン風量制御データＡに相当するＸ＝０のファン風量制御データに対し、Ｘ＝２，Ｘ＝４のファン風量制御データのように平行な制御ラインの形態で与えるようにしてもよいものである。
【００３５】
燃焼熱量監視部34は比例弁13に供給される比例弁電流の制御指令値（演算値）を監視し、燃焼運転中は常時比例弁電流値を取り込んで燃焼熱量の変化を監視し、その監視結果を信号選択出力部35に加える。
【００３６】
本実施形態例では、燃焼熱量（燃焼能力）の制御範囲、つまり、比例弁開度の制御範囲を２分割し、比例弁開度が０％以上Ｘ％未満を燃焼熱量範囲の小側の区分の前半側区分（低燃焼能力側）としており、比例弁開度のＸ％以上から100 ％以下の範囲を燃焼熱量範囲の大側の区分の後半側区分（高燃焼能力側）としている。なお、Ｘ％として例えば30％の値が設定される。
【００３７】
そして、フレームロッドＦ1 を前記前半側区分の受け持ち担当とし、フレームロッドＦ2 を後半側区分の受け持ち担当としている。フレームロッドＦ1 は図３の（ａ）に示すように、比例弁開度が前半側区分で燃焼するときに、その火炎の先端側領域（より好ましくは先端側の外炎領域）が接触する高さ位置に配置されており、フレームロッドＦ2 は、比例弁開度が後半側区分で燃焼して図３の（ｂ）に示す如く大となった火炎の先端側領域（より好ましくは先端側の外炎領域）に入り込む（接触する）位置に配置されている。すなわち、フレームロッドＦ2 はフレームロッドＦ1 に対して高低の段差を設けて上側に配設されている。
【００３８】
データ格納部36には、フレームロッドと燃焼熱量範囲の受け持ちの関係を示すデータが格納されている。つまり、フレームロッドＦ1 は比例弁開度の前半側区分の受け持ち担当であることを示すデータと、フレームロッドＦ2 が比例弁開度の後半側区分の受け持ち担当であることを示すデータが格納されている。
【００３９】
信号選択出力部35は、前記燃焼熱量監視部34で監視される燃焼熱量の情報を受け、バーナ８の燃焼熱量が比例弁開度制御範囲の前半側区分に属するか後半側区分に属するかを判別し、フレームロッドＦ1 とフレームロッドＦ2 から加えられるフレームロッド信号のうち、燃焼熱量範囲の受け持ち担当のフレームロッドの信号（フレームロッド電流）を選択し、その選択したフレームロッドの信号を出力する。
【００４０】
具体的には、燃焼熱量監視部34で監視された燃焼熱量が比例弁開度の前半側区分に属する場合には、その燃焼熱量の受け持ち担当のフレームロッドはＦ1 であるので、フレームロッドＦ1 の信号を選択して出力し、燃焼熱量監視部34で監視された燃焼熱量が比例弁開度の後半側区分に属するときには、その区分の受け持ち担当であるフレームロッドＦ2 の信号を選択して出力するのである。
【００４１】
次に本実施形態例におけるフレームロッド電流の検出動作について説明する。バーナ８の燃焼熱量が比例弁開度の制御範囲の前半側区分の範囲で燃焼させている場合には、図３の（ａ）に示すように、火炎の外炎はその燃焼熱量区分の受け持ち担当であるフレームロッドＦ1 のみに接触し、フレームロッドＦ2 には接触しておらず、室内の負圧状況の変化に応じたフレームロッド電流の変化が、フレームロッドＦ1 から出力される。
【００４２】
すなわち、室内が負圧化すると、火炎が伸びてフレームロッドＦ1 に内炎が接触し、火炎の電気抵抗が小さくなるのでフレームロッドＦ1 から出力されるフレームロッド電流が大きくなり、負圧が解除されると火炎が縮みフレームロッドＦ1 に外炎が接触するので、電気抵抗が大きくなりフレームロッドＦ1 から出力されるフレームロッド電流は小さくなる。
【００４３】
一方、燃焼熱量が増加し、バーナ８の燃焼熱量が比例弁開度の制御範囲が後半側区分になると、図３の（ｂ）に示すように火炎が大となり、フレームロッドＦ1 は内炎の下半部側に接触することとなって、室内の負圧状況を感度良く検出できない状態となる。これに対し、フレームロッドＦ2 は火炎先端側の外炎内に入り込み（接触し）、火炎の変化、つまり、室内の負圧状況の変化を感度良く検出するフレームロッド電流を出力する。
【００４４】
信号選択出力部35は燃焼熱量監視部34で監視される燃焼熱量（比例弁開度）とデータ格納部36に格納されているフレームロッドＦ1 ，Ｆ2 の受け持ち燃焼熱量区分の関係データを基に、燃焼熱量範囲が前半側区分のときにはフレームロッドＦ1 のフレームロッド電流を、燃焼熱量範囲が後半側区分に属するときにはフレームロッドＦ2 のフレームロッド電流をそれぞれ選択して負圧モード運転制御部37に加える結果、燃焼熱量の制御範囲の全域に亙って室内の負圧状況に応じたフレームロッド電流の変化を高感度の下で検出することが可能となる。
【００４５】
負圧モード運転制御部37は、フレームロッド電流やＣＯセンサ28のＣＯ濃度検出信号により、室内環境が負圧状態であると判断したときには、予め定められている負圧モード運転の制御を行う。この負圧モードの運転として様々な制御形態を採ることができ、例えば、第１の負圧モードの運転形態として、ファン風量の変更制御が行われる。このファン風量の変更制御は、例えば、図４に示す制御線Ａのライン上で燃焼させていたときに、負圧検出信号が出力されたときにはファン風量の不足状態を解消するために、ファン風量の制御ラインをＡから例えばＢの制御線に移行し、さらにこの制御線Ｂで燃焼させていたときに再び負圧検出信号が出力されたときにはさらに風量増加側の制御線Ｄに移行するという如く、負圧検出信号が出力されたときには風量増加側の制御ラインに移行し、負圧解除検出信号が出力されたときには、風量減少側の制御ラインに戻して風量制御を行う制御形態である。
【００４６】
このように、負圧検出信号が出力されたときには、風量増加側に燃焼ファンの回転を制御することで、室内負圧に起因する給気の不足を解消し、燃焼改善を図ることができるものとなる。
【００４７】
第２の負圧モードの運転形態は、例えば図４に示す如く、比例弁開度の制御範囲を０％〜100 ％の範囲から10％〜100 ％という如く、燃焼能力の下側をカットして燃焼熱量の制御範囲を狭める制御形態を採るものである。燃焼熱量の制御範囲をアンダーカットにより狭める制御形態とすることで、比例弁開度の最小開度が大きくなるので、室内が負圧化された場合においても、風量不足によってバーナ８の火炎が立ち消えるのを防止できるものとなる。
【００４８】
第３の負圧モードの運転形態は、バーナ８の燃焼を開始するときの点火を風量増加側の制御ライン上で行う制御形態を採るものである。例えば、通常の運転においては、図４の風量の制御データＡのライン上で点火を行うが、例えば燃焼停止前の、前回の燃焼運転時に室内の負圧が検出されたときには、風量増加側の制御ラインＢの線上で点火動作を行わせるものである。このように、風量を増加した側で点火を行うことで、給気不足による点火ミスを防止し、確実に点火を行わせることができるものとなる。
【００４９】
第４の負圧モードの運転形態は、給湯器の再出湯湯温の安定化制御の機能を持つ給湯器において、燃焼停止後のポストパージ期間での燃焼ファンの回転数を風量増加側にアップさせる制御形態を採るものである。給湯器の燃焼停止後には、燃焼室７内の排気ガスを確実に排出させるために、給湯燃焼停止後も引き続き所定時間燃焼ファン26を回転させるが、再出湯湯温の安定化機能を持つ給湯器では、そのポストパージ期間での燃焼ファンの回転による給湯熱交換器18内の湯温の冷却の程度を推定し、このファン冷却による条件を考慮に入れて再出湯湯温安定化の制御常数を定めているが、室内が負圧化されている環境の下では、同じファン回転数で燃焼ファン26を回転させても、風量が減少するため、給湯熱交換器18の冷却の度合いが小さくなり、再出湯湯温安定化の制御常数にずれが生じる結果となる。
【００５０】
この第４の負圧モードの運転形態では、前回の給湯燃焼運転の停止前に室内の負圧が検出されたときには、ポストパージ期間での燃焼ファンの回転を風量アップ側にすることで、室内の負圧化による風量の減少分が補償され、室内が負圧化状態でないときの通常の燃焼ファンの風量と同じ風量が得られることで、前記再出湯湯温安定化の制御常数のずれを防止し、室内負圧化による再出湯湯温の不安定化を防止できるものとなる。
【００５１】
負圧モード運転制御部37は予め定められた負圧モードの運転形態に従い、燃焼制御部32と風量制御部33を介して負圧モード運転形態の制御を行う。
【００５２】
次に、負圧モード運転制御部37による前記第１の負圧モードの運転形態の制御を詳述する。この運転形態の制御は負圧モード運転制御部37が装備するファン風量制御データ切り替え制御部45において行われる。このファン風量制御データ切り替え制御部45は、ＣＯセンサ28や、信号選択出力部35から加えられるフレームロッドの信号を受けて、風量制御部33が使用するファン風量制御データをＣＯセンサ28によって検出されるＣＯ濃度や、フレームロッドの電流で検出される室内燃焼環境の負圧状況に応じてファン風量制御データを切り替え制御するもので、以下の１つ以上の機能を備えている。
【００５３】
第１の機能は、ＣＯセンサ28で検出されるＣＯ濃度が高くなるにつれ、ファン風量制御データを段階的にファン風量アップ側に切り替え設定する機能である。この機能の動作例を図12のフローチャートに基づいて説明すると、まず、ステップ101 で、ＣＯ濃度が上限値以上か否かが判断され、上限値以上のときにはステップ102 でファン風量制御データが１段階高められる。このフローチャートにおいては、図８に示すファン風量制御データを例にして説明してあり、フローチャート中のＸの数字は図８に示す各ファン風量制御データのＸの値に対応している。
【００５４】
なお、このＣＯ濃度の上限値は、ＣＯセンサ28で検出されるＣＯ濃度の雰囲気中に人が晒されたときに、ＣＯ危険濃度に達する時間を上限値として与えてもよく、又は、高ＣＯ濃度のしきい値で与えてもよく、又は、ＣＯセンサ28で検出されるＣＯ濃度の雰囲気中に人が晒されたと仮定したときの血中ヘモグロビンのＣＯ濃度を求め、単位時間ｔ毎に算出されるその血中ヘモグロビンＣＯ濃度の危険到達時間Ｔに対する前記単位時間ｔとの比ｔ／Ｔの積算値の上限値で与えてもよいものである。
【００５５】
前記ステップ101 で、ＣＯ濃度が上限値未満のときには、ステップ103 でＣＯ濃度が規定値以下か否かが判断され、ＣＯ濃度が規定値以下のときにはファン風量制御データを１段階風量ダウン側に切り替える。このとき、ステップ105 でファン風量制御データがＸ＝０のデータになるか否かを判断し、Ｘ＝０のファン風量制御データになるときには、ファン風量制御データをＸ＝０のデータよりもファン風量が１段階上側のＸ＝１のデータに設定する。
【００５６】
ステップ107 では前記ステップ102 でファン風量制御データが１段階風量アップ側に切り替えられることでＸ＝５の値に達したか否かを判断し、Ｘ＝５の値に達したときにはファン風量をアップさせても高濃度のＣＯガスの発生の防止が期待できないので、ステップ108 で燃焼停止を行う。
【００５７】
前記ステップ107 でＸが５に達しないときには前記ステップ102 で風量を１段階アップさせたファン風量制御データに基づき、燃焼量（燃焼熱量）に応じたファン回転数（ファン風量）でもって燃焼ファンを回転させ、ステップ110 で室内の負圧強度としてＸの値を登録する。ステップ111 では給水流量センサ22からオン信号が加えられているかを判断し、オン信号が加えられているときにはステップ101 以降の動作を繰り返す。これに対し、給水流量センサ22からオフ信号が出力されたときには、給湯栓が閉じられたものと判断して燃焼停止を行う。そして、ステップ112 では、タイマ等を用いて燃焼停止時からの経過時間を測定し、燃焼停止後10分以内か否かを判断する。燃焼停止後10分以内で燃焼運転が再開されるときには、室内の負圧状態は前記ステップ110 で登録されたＸの値と同じであると推定し、その登録されたＸの値のファン風量制御データを用いて燃焼運転を行うが、燃焼停止後10分を経過したときには、標準モードのファン風量制御データであるＸ＝０のファン風量制御データを設定して次の燃焼運転に備える。
【００５８】
この図12に示すフローチャートにおいては、室内が負圧になると、給気の不足状態が生じ、室内の負圧の程度に応じてＣＯ濃度が上昇するので、このＣＯ濃度の上昇を検出して、室内の負圧の強度に応じたファン風量制御データを選択指定し、室内の負圧化に伴う給気不足を解消し、良好な燃焼運転を行うものである。
【００５９】
ファン風量制御データ切り替え制御部45によるファン風量制御の第２の機能は、信号選択出力部35から加えられるフレームロッド電流を検出し、このフレームロッド電流により室内の負圧の程度を判断し、ファン風量制御データを切り替え設定する機能である。すなわち、図９に示すように、比例弁開度（燃焼熱量）とフレームロッド電流の関係データをしきい値として与えておき、この関係データに基づき室内の負圧の程度が大きくなるにつれ、ファン風量制御データをファン風量アップ側に段階的に切り替え、負圧の程度が減少するにつれて、ファン風量制御データをファン風量ダウン側に段階的に切り替えるように制御する機能である。
【００６０】
図９に示す関係データは、フレームロッド電流の低位側に下側しきい値を与え、上位側に上側しきい値を与えている。この図９の例では、下側しきい値を下側固定しきい値と下側可変しきい値で与え、上側しきい値を上側可変しきい値と上側固定しきい値で与えている。これら上側と下側の固定しきい値は比例弁開度によって値が変動しない一定の値で与えるものであり、上側と下側の可変しきい値は比例弁開度が大きくなるにつれ、増加する方向に可変させた値で与えてあるが、これら下側しきい値は下側固定しきい値で与えてもよく下側可変しきい値で与えてもよく、あるいは比例弁開度の区分に応じ、下側固定しきい値と下側可変しきい値を使い分けるようにしてもよいものである。同様に、上側しきい値も、上側固定しきい値で与えてもよく、上側可変しきい値で与えてもよく、比例弁開度の区分に応じ上側固定しきい値と上側可変しきい値を使い分けてもよいものである。
【００６１】
ファン風量制御データ切り替え制御部45は、この第２の機能の動作に際し、信号選択出力部35からフレームロッド電流を取り込み、フレームロッド電流が上側しきい値を越えたときに、室内が負圧状況になったものと判断してファン風量制御データを風量アップ側に切り替え設定し、フレームロッド電流が下側しきい値を下回ったとき（下側に越えたとき）は室内の負圧が解除方向に変化したものと判断しファン風量制御データをファン風量ダウン側に切り替え設定するものである。
【００６２】
図13はこの第２の機能の動作をフローチャートで示したものである。すなわち、ステップ201 でフレームロッド電流が上側しきい値を越えたか否かを判断し、上側しきい値を越えたときにはファン風量制御データをファン風量増加側に１段階高め、ステップ203 でフレームロッド電流が下側しきい値を下側に越えたと判断されたときには室内の負圧状況が解除されたものと判断してファン風量制御データを１段階ファン風量ダウン側に切り替え設定するものである。ファン風量制御データのアップダウンの切り替え動作は前記図12に示す動作と同様であり、同じ動作には同じステップ番号を付してその重複説明は省略する。
【００６３】
この第２の機能の動作は、フレームロッド電流が上側しきい値を越えたときには室内の負圧が発生し、フレームロッド電流が下側しきい値を下側に越えたときには負圧解除あるいは負圧の程度が低下したものと判断し、室内の負圧の程度に応じてファン風量制御データを切り替え設定し、室内の負圧の程度に応じてファン風量を制御して良好な燃焼運転を確保するものである。
【００６４】
ファン風量制御データ切り替え制御部45によるファン風量制御構成の第３の機能は、フレームロッド電流の変化量によって室内の負圧状況と負圧解除状況を検出する機能である。図10の（ａ）はフレームロッド電流の上昇変化量によって室内の負圧発生状況を検出してファン風量制御データをファン風量アップ側に切り替え設定する例を示すもので、予め上昇変化基準値Ｆth1 （例えば1.1 μＡ）とその上昇変化基準値に対して与えられる基準時間Ｔth1 （例えば0.6 秒）のデータが与えられており、ファン風量制御データ切り替え制御部45は、フレームロッド電流の上昇変化量が基準時間Ｔth1 の時間内で、上昇変化基準値Ｆth1 を越えたときには、例えば燃焼運転中にレンジフードや換気扇が起動される等して室内が負圧化されたものと判断し、ファン風量制御データＸを風量アップ側（（Ｘ＋１）側）に切り替え設定する。
【００６５】
図１０の（ｂ）は、フレームロッド電流の下降変化量に基づいて室内の負圧解除を検出する機能の例を示すものであり、予めフレームロッド電流の下降変化基準値Ｆｔｈ２とこの下降変化基準値に対して与えられる基準時間Ｔｔｈ２とが与えられ、ファン風量制御データ切り替え制御部４５は、フレームロッド電流の下降変化量が前記判断時間Ｔｔｈ２の時間内で、下降変化基準値Ｆｔｈ２を越えたときには、室内の負圧状況は解除（又は負圧減少方向に変化）したものと判断し、ファン風量制御データＸをファン風量ダウン側（（Ｘ−１）側）に切り替え設定する。
【００６６】
図11はフレームロッド電流の急激減少変化量によって室内の急激な負圧変化を検出してファン風量を増加する方向にファン風量制御データを切り替え設定する機能を示すものである。この機能においては、フレームロッド電流の下降変化基準値Ｆth0 （例えば0.7 μＡ）のデータと前記図10の（ｂ）に示される判断時間Ｔth2 よりも時間幅が狭い微小設定時間ΔＴth（例えば0.1 秒）のデータが与えられており、ファン風量制御データ切り替え制御部45はフレームロッド電流が微小設定時間ΔＴthの時間内で下降変化基準値Ｆth0 を越えて下降したときには、例えば室内の戸が開けられている状態でレンジフードが起動状態で燃焼運転がされているときに、戸が急に閉められて室内が急激に負圧化して燃焼火炎が立ち消え寸前となって（火炎が極めて小さくなって）フレームロッド電流が急激に下降変化したものと判断する。そしてこの場合には、急激な負圧発生による給気の不足を解消するために、ファン風量制御データＸをファン風量アップ側（（Ｘ＋１）側）に切り替え設定するのである。
【００６７】
上記ファン風量制御データ切り替え制御部45により何れかの機能によってファン風量制御データが切り替え設定されたときには、風量制御部33は、その切り替え設定されたファン風量制御データを用いて燃焼ファン26の風量制御を行う。
【００６８】
ファン風量制御データ切り替え制御部45には前記複数の機能のうち、１つ以上の機能が設けられて室内の負圧状況に応じたファン風量制御データの設定が行われるが、特に、燃焼熱量（比例弁開度）が例えば制御範囲の指定値（例えば比例弁開度30％）以下の低燃焼能力範囲では燃焼性能が室内の負圧によってより影響を受け易いので、この低燃焼能力範囲においては、ＣＯセンサのＣＯ検出信号に基づく前記第１の機能（基本機能）とフレームロッド電流に基づく前記１つ以上の機能（付加機能）とを組み合わせ、ＣＯセンサによる室内の負圧程度の検出に基づくファン風量制御データの設定と、フレームロッド電流による室内負圧程度の検出に基づくファン風量制御データの切り替え設定とを併用することにより、室内の負圧の程度に応じたより正確なファン風量制御が可能となる。
【００６９】
すなわち、燃焼熱量が低い（比例弁開度が小側）領域では、風量不足により燃焼が悪化して放出されるＣＯをＣＯセンサで補集して燃焼悪化を検知していると、ＣＯが発生してからＣＯセンサで検出されるまでに時間がかかり、この間に失火してしまうおそれがある。この点、フレームロッド電流は燃焼悪化に瞬時に反応し、このフレームロッド電流の変化によって燃焼悪化を迅速に検出し、燃焼改善方向に風量がいち早く制御されることで、失火を防止することができる。一方、フレームロッドには燃焼悪化を感度よく検出できる取り付け位置と燃焼量との関係があり、燃焼量がこの範囲から外れると燃焼悪化の検出感度が低下するが、ＣＯセンサによるＣＯ濃度検出信号に基づく負圧検出とを併用することにより、燃焼熱量制御の全範囲において室内燃焼環境の負圧状況をより精度よく検出でき、室内の負圧の程度に応じたより正確なファン風量制御が可能となる。
【００７０】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では、フレームロッドＦ1 ，Ｆ2 を２個用いたが、これを３個以上用いたものでもよい。その場合には、燃焼熱量の制御範囲をより細分化し、それぞれのフレームロッドに燃焼熱量範囲の各区分を受け持ち担当させることにより、各フレームロッドをその受け持ち区分の燃焼熱量の火炎の中の高感度検出部分の領域にフレームロッドを接触させることができるので、より精度の高い室内燃焼環境の負圧状況およびその解除状況を検出することが可能となる。
【００７１】
さらに、本実施形態例では、燃焼装置として給湯器を例にして説明したが、本発明の燃焼装置は、ガスや石油を燃料とする給湯器以外の例えば風呂釜、暖房機、冷房機、冷暖房機、ファンヒータ等の様々な燃焼装置に適用されるものである。
【００７２】
さらに、上記実施形態例では図２に示す如く、燃焼ファン26を排気側に設けて吸い出し式としたが、例えば、燃焼ファン26をバーナ８の下方側に設けて押し出し式としてもよい。
【００７３】
さらに、図４や図８に示すファン風量制御データは比例弁開度とファン回転数の関係で与えてもよく、比例弁開度とファン風量の関係で与えてもよい。後者の場合にはファン風量を検出する風量センサ（例えば風速センサ）を設け、検出風量が比例弁開度に対応する目標風量になるようにファン回転数を制御する制御形態を採ることになる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明は、燃焼熱量の制御範囲を区分し、その区分の数に応じたフレームロッドを使用して燃焼熱量の各区分をそれぞれのフレームロッドに一対一に対応させて受け持たせ、各フレームロッドを、受け持ち区分の燃焼熱量範囲の火炎の変化を高感度に検出し得る火炎の先端側領域に接触するように互いに高低差の段差を設けて配置し、バーナの燃焼中は、その燃焼熱量が属する区分を受け持つフレームロッドの出力信号（フレームロッド電流）を選択して出力する構成としたものであるから、燃焼熱量の制御範囲の全領域に亙って室内の燃焼環境の負圧状況や負圧解除状況に対応したフレームロッド電流を室内燃焼環境の負圧状況の検出信号として高感度の下で検出出力することができるという効果を奏する。
【００７５】
したがって、このフレームロッド電流の選択出力信号を用いることによって、室内の負圧燃焼環境下に応じた負圧モード運転を室内負圧燃焼環境の状況に応じて的確に行うことが可能となり、これにより、燃焼装置の運転性能を格段にアップさせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態例の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態例における燃焼装置のシステム構成図である。
【図３】本実施形態例における燃焼熱量範囲に応じたフレームロッドによる火炎検出動作の説明図である。
【図４】本実施形態例における比例弁開度とファン回転数との関係を示すグラフである。
【図５】比例弁開度と燃焼熱量との関係を示す燃焼制御データの説明図である。
【図６】燃焼装置として一般的に知られている給湯器の室内設置使用例の説明図である。
【図７】フレームロッドによる火炎検出原理の説明図である。
【図８】ファン風量制御データの他の形態例の説明図である。
【図９】フレームロッド電流の上側しきい値と下側しきい値の設定例の説明図である。
【図１０】フレームロッド電流の変化量によって室内の負圧発生と負圧解除を検出する例の説明図である。
【図１１】フレームロッド電流の急激降下変化量に基づいて室内の急激負圧発生を検出する例の説明図である。
【図１２】ＣＯ濃度によって室内の負圧状況を検出して風量制御を行う動作のフローチャートである。
【図１３】フレームロッド電流によって室内の負圧状況を検出して風量制御を行う動作のフローチャートである。
【符号の説明】
32 燃焼制御部
33 風量制御部
34 燃焼熱量監視部
35 信号選択出力部
37 負圧モード運転制御部
45 ファン風量制御データ切り替え制御部
Ｆ1 ，Ｆ2 フレームロッド
Claims (3)
- バーナ燃焼の火炎を検出するフレームロッドを備え、予め設定される燃焼熱量の制御範囲内で燃焼熱量を制御してバーナ燃焼を行う燃焼装置において、前記燃焼熱量の制御範囲を複数に区分して各区分ごとに一対一に対応させた複数のフレームロッドが設けられ、各燃焼熱量の区分を受け持つ各フレームロッドは受け持ち区分の燃焼熱量に達する際にその火炎の先端側領域に入り込むように燃焼熱量範囲の小側の区分から大側の区分に向かうにつれて順次高くなる高低差を設けて設置され、バーナの燃焼熱量を監視する燃焼熱量監視部と、燃焼熱量の各区分に対応させた受け持ち担当のフレームロッドのデータが予め与えられ前記燃焼熱量監視部によって監視された燃焼熱量の属する区分を判別し各フレームロッドの入力信号のうちから前記判別された区分を受け持つフレームロッドの信号を選択して出力する信号選択出力部とが設けられており、また、前記信号選択出力部から選択出力されるフレームロッドの信号を受けて室内燃焼環境の負圧状況を検出し、負圧状態のときには予め定められている負圧モードの運転を行う負圧モード運転制御部が設けられ、該負圧モード運転制御部は、フレームロッドの信号の上昇変化量が予め与えられている基準時間内で予め与えられている上昇変化基準値を越えたときに負圧状況と判断して前記負圧モードの運転を行う構成と、フレームロッドの信号の下降変化量が前記フレームロッドの信号の上昇変化量を判断する基準時間よりも時間幅が狭い予め与えられている微小設定時間内で予め与えられている下降変化基準値を越えて下降したときに負圧状況と判断して前記負圧モードの運転を行う構成との少なくとも一方の構成を有している燃焼装置。
- バーナ燃焼の火炎を検出するフレームロッドを備え、予め設定される燃焼熱量の制御範囲内で燃焼熱量を制御してバーナ燃焼を行う燃焼装置において、前記燃焼熱量の制御範囲を複数に区分して各区分ごとに一対一に対応させた複数のフレームロッドが設けられ、各燃焼熱量の区分を受け持つ各フレームロッドは受け持ち区分の燃焼熱量に達する際にその火炎の先端側領域に入り込むように燃焼熱量範囲の小側の区分から大側の区分に向かうにつれて順次高くなる高低差を設けて設置され、バーナの燃焼熱量を監視する燃焼熱量監視部と、燃焼熱量の各区分に対応させた受け持ち担当のフレームロッドのデータが予め与えられ前記燃焼熱量監視部によって監視された燃焼熱量の属する区分を判別し各フレームロッドの入力信号のうちから前記判別された区分を受け持つフレームロッドの信号を選択して出力する信号選択出力部とが設けられており、また、燃焼排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、燃焼熱量に応じてファン風量をファン風量制御データに基づいて制御する風量制御部とを備え、このファン風量制御部には燃焼熱量に対して風量を異にする複数のファン風量制御データが与えられ、この複数のファン風量制御データの中から使用するファン風量制御データを切り替え設定するファン風量制御データ切り替え制御部が設けられており、このファン風量制御データ切り替え制御部にはＣＯ濃度が高くなるにつれてファン風量制御データを風量アップ側に切り替える基本機能の他に、フレームロッド電流が予め設定される上側しきい値を上側に越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替えフレームロッド電流が予め設定される下側しきい値を下側に越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の上昇変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている上昇変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている下降変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が前記フレームロッド電流の上昇変化量を判断する基準時間よりも時間幅が狭い微小設定時間内で予め設定されている下降変化基準値を越えたときにはファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能との１つ以上の付加機能が備えられており、燃焼熱量制御範囲内の指定値以下の低燃焼能力範囲内の燃焼運転時には前記基本機能と付加機能の組み合わせによってファン風量制御データを切り替え制御する構成とした燃焼装置。
- バーナ燃焼の火炎を検出するフレームロッドを備え、予め設定される 燃焼熱量の制御範囲内で燃焼熱量を制御してバーナ燃焼を行う燃焼装置において、前記燃焼熱量の制御範囲を複数に区分して各区分ごとに一対一に対応させた複数のフレームロッドが設けられ、各燃焼熱量の区分を受け持つ各フレームロッドは受け持ち区分の燃焼熱量に達する際にその火炎の先端側領域に入り込むように燃焼熱量範囲の小側の区分から大側の区分に向かうにつれて順次高くなる高低差を設けて設置され、バーナの燃焼熱量を監視する燃焼熱量監視部と、燃焼熱量の各区分に対応させた受け持ち担当のフレームロッドのデータが予め与えられ前記燃焼熱量監視部によって監視された燃焼熱量の属する区分を判別し各フレームロッドの入力信号のうちから前記判別された区分を受け持つフレームロッドの信号を選択して出力する信号選択出力部とが設けられており、また、前記信号選択出力部から選択出力されるフレームロッドの信号を受けて室内燃焼環境の負圧状況を検出し、負圧状態のときには予め定められている負圧モードの運転を行う負圧モード運転制御部が設けられており、さらに、燃焼排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、燃焼熱量に応じてファン風量をファン風量制御データに基づいて制御する風量制御部とを備え、このファン風量制御部には燃焼熱量に対して風量を異にする複数のファン風量制御データが与えられ、この複数のファン風量制御データの中から使用するファン風量制御データを切り替え設定するファン風量制御データ切り替え制御部が設けられており、このファン風量制御データ切り替え制御部にはＣＯ濃度が高くなるにつれてファン風量制御データを風量アップ側に切り替える基本機能の他に、フレームロッド電流が予め設定される上側しきい値を上側に越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替えフレームロッド電流が予め設定される下側しきい値を下側に越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の上昇変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている上昇変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が予め設定されている基準時間内で予め与えられている下降変化基準値を越えたときにファン風量制御データを風量ダウン側に切り替える機能と、フレームロッド電流の下降変化量が前記フレームロッド電流の上昇変化量を判断する基準時間よりも時間幅が狭い微小設定時間内で予め設定されている下降変化基準値を越えたときにはファン風量制御データを風量アップ側に切り替える機能との１つ以上の付加機能が備えられており、燃焼熱量制御範囲内の指定値以下の低燃焼能力範囲内の燃焼運転時には前記基本機能と付加機能の組み合わせによってファン風量制御データを切り替え制御する構成とした燃焼装置。
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