JP3763953B2 - Combustion equipment - 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機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4には本出願人等が試作検討している開発中の高効率熱交換タイプの燃焼機器の一例がモデル図により示されている。この燃焼機器(器具)は給湯器であり、同図に示すように、器具ケース1内に燃焼室2が設けられ、該燃焼室2内にはバーナ3が設けられている。
【0003】
このバーナ3に燃料ガスを導くガス供給通路4が設けられ、該ガス供給通路4には通路の開閉を行う開閉弁5,6と、バーナ3に供給するガス量を弁開度でもって制御する比例弁7とが介設されている。燃料ガス供給源から上記ガス供給通路4を通って導かれた燃料ガスはガスノズルホルダー8を介してバーナ3に供給され、バーナ3は供給された燃料ガスを燃焼する。
【0004】
また、バーナ燃焼に空気を供給する燃焼ファン10が設けられ、燃焼室2の上方にはバーナ3の燃焼により発生した排気ガスを外部に排出するための排気通路11が連通されており、上記燃焼ファン10の駆動により空気がバーナ3に供給されると共に、排気ガスが排気通路11を通って外部に排出される。
【0005】
上記バーナ3の上方側には熱交換器が設けられている。この図に示す器具では、熱交換器はメイン熱交換器12と該メイン熱交換器12よりも排気側に設けられている(この図に示す器具では排気通路11内に設けられている)潜熱回収用熱交換器13とによって構成されており、メイン熱交換器12の入り側には潜熱回収用熱交換器13の出側が接続され、この潜熱回収用熱交換器13の入り側には水供給源から水を導く給水通路14が接続されている。また、上記メイン熱交換器12の出側には給湯通路15の一端側が接続され、この給湯通路15の他端側は台所や洗面所のシャワー等の給湯場所に導かれている。
【0006】
バーナ3の燃焼により発生した熱は殆どメイン熱交換器12に吸熱され(例えば、バーナ3により発生した熱のうちの約80%がメイン熱交換器12で吸熱され)、さらに潜熱回収用熱交換器13によって吸熱される構成となっており、バーナ3により発生した熱のうちの約95%以上を熱交換器の通水に吸熱させることが可能な高効率熱交換が達成される構成を有している。
【0007】
ところで、潜熱回収用熱交換器13には給水通路14から供給された水が入り込むので潜熱回収用熱交換器13の水管表面温度は低く、このため、バーナ3の燃焼により発生した排気ガス中の水蒸気成分が結露現象により潜熱回収用熱交換器13の水管表面に付着する。このように結露現象により潜熱回収用熱交換器13に付着する水滴(ドレン)の量は時間の経過と共に増加していき、ドレンの表面張力よりもドレンにかかる重力が大きくなったときに、潜熱回収用熱交換器13に付着しているドレンの殆どが潜熱回収用熱交換器13から落下する。この落下したドレンを受けるための雨返し16が設けられている。
【0008】
この雨返し16で受けられたドレンはドレン受け17とドレン排出通路18を順に介して外部に排出される構成となっており、雨返し16で受けられたドレンをスムーズにドレン受け17に導くために雨返し16にはドレン受け17に向かって下りの傾斜が付けられている。
【0009】
また、潜熱回収用熱交換器13に付着したドレンは排気ガスに晒されることから、排気ガス中のNOx等の酸性成分がドレンに含有されてドレンの酸性濃度は、例えばph2〜3という如く、非常に高くなっており、このように酸性濃度の高いドレンをその状態のまま排出するのは環境汚染の問題が発生するので、ドレンを中和するための中和処理手段20がドレン排出通路18に設けられており、中和処理が成されたドレンをドレン排出通路18から外部に排出する構成となっている。
【0010】
なお、図中に示す21は給水通路14の水の温度を検出する入水温センサを示し、22は給水通路14を流れる通水流量を検出する水量センサを示し、23は給湯通路15から給湯される出湯温度を検出する出湯温センサを示している。
【0011】
この給湯器には給湯運転を制御するための制御装置25が設けられており、該制御装置25には台所や洗面所等に設けられたリモコン26が信号接続されている。上記リモコン26には給湯温度を設定するための給湯温度設定手段等が設けられている。
【0012】
上記制御装置25は、例えば、次のようにして給湯運転を制御する。給湯通路15の先端側に設けられた給湯栓(図示せず)が開栓され、給水通路14の通水を水量センサ22が検出すると、開閉弁5,6を開弁しガス供給通路4を通してバーナ3に燃料ガスを供給すると共に、燃焼ファン10を回転駆動させてバーナ3に空気を供給してバーナ3の燃焼を開始する。
【0013】
そして、リモコン26に設定されている給湯設定温度となるようにバーナ3の燃焼熱量を制御して、つまり、比例弁7の弁開度を比例弁駆動電流により制御してバーナ3への燃料ガス供給量を制御し、給水通路14を流れてきた水を、潜熱回収用熱交換器13とメイン熱交換器12を順に通しバーナ3の燃焼熱によって加熱して湯を作り出し、この作り出した湯を給湯通路15を通して所望の給湯場所に給湯する。その後、給湯栓が閉栓され給水通路14の通水停止が水量センサ22によって検出されると、開閉弁6を閉弁してバーナ3の燃焼を停止し、燃焼ファン10の回転駆動を停止して、次の給湯運転に備える。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バーナ3が完全燃焼を行うための予め定まる空燃比(バーナ3に供給される燃料ガス量と空気量の比)でもってバーナ燃焼が行われることが望まれる。このことから、前記したような燃焼熱量制御が行われると共に、完全燃焼を行わせるために、燃焼熱量に適した空気をバーナ3に供給するための燃焼ファン10の回転制御が行われる。例えば、完全燃焼を行うための燃焼熱量と燃焼ファン10の回転数との関係データが上記空燃比に基づいて予め求め与えられており、燃焼中には、バーナ3の燃焼熱量に対応した燃焼ファン10の回転数を上記関係データに基づき検出し、該検出した回転数となるように燃焼ファン10の回転駆動を制御する。
【0015】
しかしながら、図4に示すように、潜熱回収用熱交換器13が設けられている構成の器具では、上記回転数制御により燃焼ファン10の回転制御を行うと、バーナ3の燃焼状態が次のような理由により変動するという問題が発生する。
【0016】
上記燃焼状態の変動の原因は、燃焼中に、潜熱回収用熱交換器13の水管表面に付着しているドレンの量が時間の経過と共に変動することにある。図5と図6には潜熱回収用熱交換器13の一部分が抜き出し拡大されて示されている。図5に示すように、燃焼中に、潜熱回収用熱交換器13の水管表面に付着し始めたドレンは時間の経過と共に増加していき、図6に示すようにドレンの表面張力よりもドレンにかかる重力が大きくなると、潜熱回収用熱交換器13の水管表面に付着していたドレンは殆ど全て落下し、その後、再び、潜熱回収用熱交換器13の水管表面にはドレンが付着し始めるというように、潜熱回収用熱交換器13の水管表面ではドレンの付着と落下が繰り返し行われ、潜熱回収用熱交換器13の水管表面に付着しているドレンの量は時間の経過と共に変動する。
【0017】
潜熱回収用熱交換器13は排気通路11内に配設されていることから、潜熱回収用熱交換器13に付着しているドレンは排気の負荷抵抗(排気抵抗)となり、上記の如くドレンの量は時間の経過と共に変動するので上記排気抵抗は時間の経過と共に変動することになる。
【0018】
このように排気抵抗が時間の経過に伴って変動するので、例えば、図5に示すように潜熱回収用熱交換器13に付着しているドレンの量が少ないときには排気抵抗が小さく、図7に示すファン風量Fmでもって燃焼熱量に適した空気をバーナ3に供給することができるが、潜熱回収用熱交換器13に付着するドレンの増加に伴って排気抵抗が増大し、一定の回転数でもって燃焼ファン10を回転駆動させていると、図7に示すように、バーナ3に供給されるファン風量は上記燃焼熱量に適したファン風量Fmよりも低下する。
【0019】
その後、潜熱回収用熱交換器13に付着していたドレンが落下すると、排気抵抗は小さくなり、ファン風量は上記燃焼熱量に適したファン風量Fmに回復する。上記のように、回転数制御により燃焼ファン10を制御すると、潜熱回収用熱交換器13に付着するドレン量の変動に起因してファン風量が時間の経過と共に変動することから、バーナ3は完全燃焼と空気不足による不完全燃焼とを繰り返し燃焼状態は変動する。
【0020】
このように燃焼状態が変動すると様々な問題が発生する。例えば、バーナ3は完全燃焼を安定的に行うことができず不完全燃焼を行うことから、完全燃焼が行われているときには燃焼により発生するCOガスは例えば70ppmであるのに対して、不完全燃焼が行われているときには燃焼により発生するCOガスは例えば2000ppmという如く、不完全燃焼時には発生するCOガス量が大幅に増大するという問題が生じたり、また、不完全燃焼時には異常音が発生するという問題やハイドロカーボンが発生するという問題が発生し、人体に与える悪影響が懸念される。
【0021】
さらに、不完全燃焼時には完全燃焼時に比べて燃焼効率が低下することから、上記の如く完全燃焼と不完全燃焼を繰り返す場合には燃焼効率が変動し、このことから、図8に示すように、出湯湯温が変動し、給湯設定温度の湯を安定供給することができず、湯の利用者に湯温変動による不快感を与えるという問題が発生する。
【0022】
また、上記の如く、完全燃焼と不完全燃焼とが繰り返されることによって、排気ガス中の酸性成分の含有率が変動することから、ドレンに含有される酸性成分量も変動してドレンの酸性濃度が変動する。このように、ドレンの酸性濃度が時間的に変動すると、前記中和処理手段20によりドレンを安定的に中和するのが非常に困難であるという問題が生じる。
【0023】
この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、潜熱回収用熱交換器に付着するドレン量の時間的な変動に拘わらず、完全燃焼状態を安定的に行うことが可能な高効率熱交換タイプの燃焼機器を提供することにある。
【0024】
【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は次のような構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、本発明は、燃焼ファンの回転駆動によって供給される空気を利用して燃料を燃焼させるバーナと、該バーナの燃焼により発生した熱を利用して通水を加熱する熱交換器とを有し、上記熱交換器はメイン熱交換器と該メイン熱交換器よりも排気側に配設される潜熱回収用熱交換器とから成り、バーナ燃焼により発生した熱はメイン熱交換器で吸熱され、さらに潜熱回収用熱交換器で吸熱されることで熱効率を向上させる高効率熱交換タイプの燃焼機器であって、上記バーナに供給される風量を検出する風量検出手段と;バーナに供給する風量とバーナの燃焼熱量との関係データが予め与えられ該関係データに基づき、要求される燃焼熱量に対応した目標風量を求める目標風量検出部と;上記風量検出手段により検出される風量が上記目標風量検出部により求められた目標風量となるように燃焼ファンの回転駆動を制御するファン風量制御部と;が設けられており、さらに、燃焼ファンの駆動による排気の負荷抵抗変動を監視し、負荷抵抗変動量が予め定めたしきい値を越えて変動したときには、燃焼ファンの回転制御量を増加させてファン風量を瞬間的に増加させ、結露現象によって潜熱回収用熱交換器に付着した水滴を吹き飛ばす構成を備えた構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【0026】
上記構成の発明において、完全燃焼を行わせるための空気をバーナに供給するためのファン風量のデータを燃焼熱量に対応させて与えておき、燃焼中に、目標風量検出部は、上記データに基づき、要求される燃焼熱量に対応する目標風量を検出し、ファン風量制御部は風量検出手段により検出される風量が上記目標風量となるように燃焼ファンの回転駆動を制御する。
【0027】
上記の如く、ファン風量に基づき燃焼ファンを駆動制御することから、潜熱回収用熱交換器に付着するドレンの量が変動しても、燃焼熱量に対応した目標風量をバーナに供給し続けることができるので、つまり、完全燃焼を行うことが可能な空気をバーナに安定して供給できるので、不完全燃焼と完全燃焼を繰り返す燃焼状態の変動を防止することができる。このように完全燃焼状態を継続できるので、燃焼状態の変動に起因した問題が回避され、前記課題が解決される。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づき説明する。
【0029】
本発明に係る燃焼装置の一実施形態例は図4に示すシステム構成とほぼ同様な構成を備え、図4の点線に示すように、燃焼ファン10の回転駆動によるファン風量を検出することができる風量センサ27(例えば、AFセンサ(風速センサ))を設け、該風量センサ27により検出されるファン風量を利用した燃焼ファン10の回転駆動制御を行う制御構成を備えている。なお、この実施形態例の説明において、前記図4に示す給湯器と共通する部分の重複説明は省略する。
【0030】
図1にはこの実施形態例の制御構成が示されている。この実施形態例に示す制御装置25は、図1の実線に示すように、燃焼熱量検出部30と、目標風量検出部31と、データ格納部32と、ファン風量制御部33とを有して構成されている。
【0031】
燃焼熱量検出部30は、入水温センサ21等の様々なセンサ出力や、リモコン26に設定されている給湯設定温度の情報等を取り込んで、給湯設定温度の湯を給湯するためのバーナ3の燃焼熱量を検出する。例えば、水量センサ22により検出される通水流量の水を入水温センサ21により検出される入水温からリモコン26に設定されている給湯設定温度まで高めるのに要するフィードフォワード熱量に、給湯設定温度に対する出湯温センサ23により検出される出湯温のずれを補正するためのフィードバック熱量を考慮して、バーナ3の燃焼熱量を検出する。
【0032】
なお、給湯設定温度の湯を給湯するためのバーナの燃焼熱量を求めるための検出手法には上記以外にも様々な手法があり、上記以外の燃焼熱量検出手法を採用してもよく、ここでは、それら検出手法の説明は省略する。
【0033】
データ格納部32には図2に示すような目標風量検出データが予め定め与えられている。この目標風量検出データは、完全燃焼を行わせることが可能な空気量をバーナ3に供給することができるファン風量のデータが燃焼熱量に対応させて与えられているデータであり、実験や演算等によって求められデータ格納部32に与えられている。なお、上記目標風量検出データは、図2に示すようなグラフデータで与えてもよいし、演算式データや表データ等のデータ形式により与えてもよい。
【0034】
燃焼熱量検出部30は上記の如く求めた燃焼熱量の情報を目標風量検出部31に出力し、目標風量検出部31は上記目標風量検出部31から加えられた燃焼熱量を上記データ格納部32の目標風量検出データに照らし合わせ、上記検出された燃焼熱量に対応する目標風量を求める。このように、求められた目標風量の情報を目標風量検出部31はファン風量制御部33に出力する。
【0035】
ファン風量制御部33は、風量センサ27により検出されるファン風量を時々刻々と取り込み、該検出されたファン風量が上記目標風量検出部31から加えられた目標風量となるように燃焼ファン10の回転駆動を制御する。例えば、風量センサ27の検出ファン風量が目標風量よりも少ないときには、燃焼ファン10に供給する電力を増加して(回転制御量を増加して)ファン風量を目標風量に向けて増加させ、反対に、風量センサ27の検出ファン風量が目標風量よりも多いときには燃焼ファン10に供給する電力を減少させて(回転制御量を減少させて)ファン風量を目標風量に向けて低下させる。
【0036】
この実施形態例によれば、ファン風量制御により燃焼ファン10の回転駆動制御を行うので、潜熱回収用熱交換器13に付着するドレンの量の変動に拘わらず、完全燃焼を行うためのファン風量をバーナ3に安定供給することができ、つまり、完全燃焼を行うことができる燃焼熱量に適した空気をバーナ3に安定供給することができるので、完全燃焼を安定して行うことができる。
【0037】
このように、完全燃焼状態を継続させることができるので、完全燃焼状態と不完全燃焼状態を繰り返す燃焼状態の変動に起因した様々な前記問題を回避することができる。つまり、不完全燃焼時に発生するCOガス量の増大の問題や、異常音発生の問題や、ハイドロカーボン発生の問題を防止することができる。
【0038】
また、燃焼効率変動の問題を回避することができることから、燃焼効率変動に起因した出湯湯温変動の問題も回避することができ、このことから、給湯設定温度の湯を安定して供給することができ、湯の利用者に快適な湯の使用を提供することができる。
【0039】
さらに、上記の如く、燃焼状態を安定させることができるので、バーナ3の燃焼により発生する排気ガス中の酸性成分の含有率がほぼ定まり、このことによって潜熱回収用熱交換器13に付着するドレンの酸性濃度もほぼ一定となりドレンの酸性濃度を予め求めることが可能となることから、中和処理手段20によるドレンの中和処理が容易となり、確実に中和されたドレンを外部に排出することができる。
【0040】
さらに、この実施形態例において特徴的なことは、前記構成に加えて、燃焼ファン10の駆動によるファン風量を瞬間的に増加させて潜熱回収用熱交換器13に付着しているドレンを吹き飛ばす制御構成を備えたことである。
【0041】
つまり、この実施形態例に示す制御装置25には、前記図1の実線に示す制御構成に加えて、図1の点線に示す負荷抵抗変動監視部34とドレン吹き飛ばし指令部35が設けられている。
【0042】
負荷抵抗変動監視部34は、潜熱回収用熱交換器13に付着するドレン量の時間的な変動に起因した排気の負荷抵抗(排気抵抗)の変動を監視する。例えば、ファン風量を一定に維持しようとする場合に、排気抵抗が大きくなるに従って燃焼ファン10は前記ファン風量制御部33の制御により回転数を増加する方向に制御され、排気抵抗が小さくなると燃焼ファン10は回転数を減少する方向に制御されるというように、排気抵抗の変動と共に燃焼ファン10の回転数が変動することから、燃焼ファン10の回転数の変動を監視することで、排気抵抗の変動を監視することができる。
【0043】
このことから、燃焼ファン10の回転数を検出するファン回転数検出センサを設け、負荷抵抗変動監視部34はそのファン回転数検出センサにより検出される燃焼ファン10の回転数を時々刻々と取り込んで燃焼ファン10の回転数の変動を排気抵抗の変動として監視する。
【0044】
あるいは、ファン風量を一定に維持しようとする場合に、排気抵抗が大きくなるに従って燃焼ファン10で消費される消費電力が増加し、排気抵抗が小さくなるに従って燃焼ファン10の消費電力が減少するというように、排気抵抗の変動と共に燃焼ファン10の消費電力が変動することから、燃焼ファン10の消費電力の変動を監視することで排気抵抗の変動を監視することができる。
【0045】
上記のことから、燃焼ファン10で消費される電力を検出する消費電力検出手段を設け、負荷抵抗変動監視部34は、その消費電力検出手段により検出される燃焼ファン10の消費電力を時々刻々と取り込んで、燃焼ファン10の消費電力の変動を排気抵抗の変動として監視するようにしてもよい。
【0046】
ところで、図6に示すように、潜熱回収用熱交換器13に付着しているドレンの量が非常に多くなると、ドレンによって排気通路11が殆ど塞がれた閉塞状態となり、前記のようにファン風量制御部33によってファン風量が目標風量となるように燃焼ファン10の回転制御を行おうとしても、ファン風量を目標風量に増加させることができず、このため空気不足によりバーナ3の燃焼は不完全燃焼状態となってしまう虞がある。
【0047】
この実施形態例では、上記問題を回避するために、ドレンによって排気通路11が閉塞状態になる前に、ファン風量を瞬間的に増加させて潜熱回収用熱交換器13に付着しているドレンを吹き飛ばす構成を備えた。
【0048】
図3には排気抵抗の時間的な変動例が示されている。図5に示すように潜熱回収用熱交換器13に付着しているドレンが少ないときの排気抵抗Rmnから、付着ドレンの増加により時間の経過と共に排気抵抗は大きくなり、潜熱回収用熱交換器13からドレンが落下すると排気抵抗は上記排気抵抗Rmnまで低下する。その排気抵抗の増加変動量と、潜熱回収用熱交換器13に付着しているドレン量との関係は予め定まり、その関係は予め実験や演算等によって求めることができることから、上記排気通路11の閉塞状態に起因した問題を回避するための適切な予め定めた付着ドレン量に基づき、ドレンを吹き飛ばすタイミングを決定するための排気抵抗の変動量を求め、この求めた変動量(例えば、図3に示すΔRst)はしきい値としてデータ格納部32に格納される。
【0049】
ドレン吹き飛ばし指令部35は、上記負荷抵抗変動監視部34の監視情報を時々刻々と取り込み、この監視情報に基づき、排気抵抗の変動量が上記データ格納部32に格納されている上記しきい値ΔRstを越えたときに、ドレン吹き飛ばし指令をファン風量制御部33に出力する。
【0050】
ファン風量制御部33は上記ドレン吹き飛ばし指令を受けると、燃焼ファン10の回転制御量を瞬間的に増加させファン風量を一時的に増加させて、潜熱回収用熱交換器13に付着しているドレンを吹き飛ばす。もちろん、この場合には、バーナ3の燃焼火炎を吹き消すのを防止することができるファン風量でもってドレンを吹き飛ばす。
【0051】
この実施形態例によれば、潜熱回収用熱交換器13に付着しているドレンを吹き飛ばす構成を備えたので、ドレンによって排気通路11が閉塞状態となる前に、潜熱回収用熱交換器13に付着しているドレンを吹き飛ばすことができることから、排気通路11の閉塞に起因したバーナの不完全燃焼を確実に防止することができる。
【0052】
なお、この発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例は、図4に示す給湯器を例にして説明したが、燃焼ファンの回転駆動によって供給される空気を利用して燃料を燃焼させるバーナと、メイン熱交換器と該メイン熱交換器よりも排気側に設けられる潜熱回収用熱交換器とを備えた高効率熱交換タイプの燃焼機器であれば、この発明は適用することができ、給湯器以外の風呂装置や暖房器等の燃焼機器に適用してもよい。
【0053】
また、上記実施形態例では、燃料として都市ガス等の燃料ガスを用いる給湯器を例にして説明したが、本発明は、例えば、灯油や重油等の液体燃料を用いる燃焼機器にも適用することができる。
【0054】
さらに、上記実施形態例では、風量センサ27として風速センサを用いたが、例えば、ダイヤフラム等を用いて検知された差圧を風量として検出する差圧センサや、風圧を利用して風量を検出する圧力センサ等を風量センサ27として用いてもよい。
【0055】
さらに、上記実施形態例では、図4の鎖線に示すように、風量センサ27はバーナに供給される前の空気を分流させて取り込む空気分流通路に介設されていたが、例えば、メイン熱交換器12に供給される風量を検出するように設けてもよいし(例えば、メイン熱交換器12よりもバーナ側の燃焼室と排気側の燃焼室とを結ぶバイパス通路を設け、該バイパス通路に風量センサを介設してもよいし)、潜熱回収用熱交換器13に供給される風量を検出するように設けてもよく、風量センサ27はバーナ3よりも排気側の風量を検出できる位置に設けてもよく、バーナ3よりも排気側の風量をバーナ1に供給される風量として検出するようにしてもよい。
【0056】
さらに、上記実施形態例では、燃焼ファン10の回転制御量を制御することでファン風量を制御していたが、ファン風量を制御するための風量ダンパー等を設け、該風量ダンパー等を制御することでファン風量を制御してもよい。
【0057】
【発明の効果】
この発明によれば、バーナに供給される風量検出手段を設け、該風量検出手段により検出される風量が、要求される燃焼熱量に対応した目標風量となるようにファン風量を制御する構成を備えたので、結露現象により潜熱回収用熱交換器に付着した水滴(ドレン)量の変動に起因した排気抵抗の変動に拘わらず、燃焼熱量に適したファン風量を安定的にバーナに供給することができることから、バーナの完全燃焼を安定して行わせることができる。
【0058】
このように、完全燃焼状態を安定して行うことができることから、完全燃焼と不完全燃焼を繰り返す燃焼状態の変動に起因した様々な問題を回避することができる。つまり、燃焼状態が不完全燃焼になることによりCOガスの発生量が増加して人体に与える悪影響が懸念されるという問題や、異常音が発生するという問題や、ハイドロカーボンが発生するという問題が発生するのを確実に回避することができる。
【0059】
また、完全燃焼状態が安定して行われるので、排気ガス中のNOx等の酸性成分の含有率がほぼ一定に定まることから、潜熱回収用熱交換器に付着するドレンの酸性濃度がほぼ一定となり、このことにより、ドレンの中和処理が容易となり、確実に中和されたドレンを外部に排出することができ、環境汚染の問題発生を防止することができる。
【0060】
さらに、この発明によれば、燃焼ファンの駆動によるファン風量を瞬間的に増加させ潜熱回収用熱交換器に付着した水滴(ドレン)を吹き飛ばす構成を備えているので、ドレンに起因した排気閉塞状態になる前に潜熱回収用熱交換器に付着したドレンを吹き飛ばすことができることから、排気閉塞状態に起因した問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係る一実施形態例において特徴的な制御構成を示すブロック図である。
【図2】バーナに供給する風量とバーナの燃焼熱量の関係データの一例を示すグラフである。
【図3】潜熱回収用熱交換器に付着するドレン量の時間的な変動に起因した排気の負荷抵抗の時間的な変動を示すタイムチャートである。
【図4】高効率熱交換タイプの燃焼機器の一例を示すモデル図である。
【図5】潜熱回収用熱交換器の水管表面上の水滴(ドレン)付着形態例を示すモデル図である。
【図6】排気閉塞状態となるときの潜熱回収用熱交換器の水滴付着形態例を示すモデル図である。
【図7】一定の回転数で燃焼ファンが回転駆動している場合に、潜熱回収用熱交換器に付着するドレン量の時間的な変動に起因したファン風量の時間的な変動を示すタイムチャートである。
【図8】潜熱回収用熱交換器に付着するドレン量の時間的な変動に起因した出湯湯温の変動例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
3 バーナ
10 燃焼ファン
12 メイン熱交換器
13 潜熱回収用熱交換器
27 風量センサ
31 目標風量検出部
33 ファン風量制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to combustion equipment such as a water heater.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a model diagram showing an example of a high-efficiency heat exchange type combustion device under development, which the applicant of the present application is studying as a prototype. This combustion device (equipment) is a water heater, and as shown in the figure, a
[0003]
A
[0004]
A
[0005]
A heat exchanger is provided above the
[0006]
Most of the heat generated by the combustion of the
[0007]
By the way, since the water supplied from the
[0008]
The drain received at the
[0009]
Further, since the drain adhering to the latent heat
[0010]
In the figure, 21 indicates a water temperature sensor for detecting the temperature of water in the
[0011]
This water heater is provided with a
[0012]
The
[0013]
Then, the combustion heat amount of the
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, it is desirable that the burner combustion is performed with a predetermined air-fuel ratio (ratio of the amount of fuel gas supplied to the
[0015]
However, as shown in FIG. 4, in the appliance having the latent heat
[0016]
The cause of the fluctuation of the combustion state is that the amount of drain adhering to the surface of the water tube of the latent heat
[0017]
Since the latent heat
[0018]
Thus, the exhaust resistance varies with time. For example, as shown in FIG. 5, when the amount of drain adhering to the latent heat
[0019]
Thereafter, when the drain adhering to the latent heat
[0020]
When the combustion state fluctuates in this way, various problems occur. For example, the
[0021]
Further, since the combustion efficiency is lower at the time of incomplete combustion than at the time of complete combustion, the combustion efficiency fluctuates when repeating complete combustion and incomplete combustion as described above. From this, as shown in FIG. The temperature of the hot spring water fluctuates, and it is impossible to stably supply hot water at a set temperature of the hot water supply.
[0022]
In addition, as described above, the complete content and the incomplete combustion are repeated, so that the content rate of the acidic component in the exhaust gas varies. Therefore, the amount of the acidic component contained in the drain also varies, and the acidic concentration of the drain varies. Fluctuate. Thus, when the acidic concentration of the drain fluctuates with time, there arises a problem that it is very difficult to stably neutralize the drain by the neutralization treatment means 20.
[0023]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to stably perform a complete combustion state regardless of temporal fluctuations of the amount of drain adhering to the latent heat recovery heat exchanger. The object is to provide a high efficiency heat exchange type combustion device.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the above problems. That is, Book The invention includes a burner that burns fuel using air supplied by rotation driving of a combustion fan, and a heat exchanger that heats water using heat generated by combustion of the burner, The heat exchanger comprises a main heat exchanger and a heat exchanger for recovering latent heat disposed on the exhaust side of the main heat exchanger. The heat generated by the burner combustion is absorbed by the main heat exchanger, and further the latent heat A high-efficiency heat exchange type combustion device that improves thermal efficiency by absorbing heat with a recovery heat exchanger, and an air volume detecting means for detecting the air volume supplied to the burner; and the air volume supplied to the burner and the burner A target air volume detection unit for obtaining a target air volume corresponding to the required combustion heat quantity based on the relation data given in advance with relation data with the combustion heat quantity; an air volume detected by the air volume detecting means is the target air volume detection And fan air volume control unit for controlling the rotation of the combustion fan so that the target air amount obtained by; is provided Furthermore, the load resistance fluctuation of the exhaust due to the driving of the combustion fan is monitored. When the load resistance fluctuation amount fluctuates beyond a predetermined threshold, the rotation amount of the combustion fan is increased and the fan air volume is instantaneously increased. It is equipped with a configuration that blows away water droplets that adhere to the heat exchanger for latent heat recovery due to condensation. The configuration serves as means for solving the above-described problems.
[0026]
In the invention of the above configuration, fan air volume data for supplying air for performing complete combustion to the burner is given in correspondence with the combustion heat volume, and during combustion, the target air volume detector is based on the above data. The target air volume corresponding to the required amount of combustion heat is detected, and the fan air volume control unit controls the rotational drive of the combustion fan so that the air volume detected by the air volume detecting means becomes the target air volume.
[0027]
Since the combustion fan is driven and controlled based on the fan air volume as described above, the target air volume corresponding to the combustion heat quantity can be continuously supplied to the burner even if the amount of drain adhering to the latent heat recovery heat exchanger fluctuates. In other words, since air capable of complete combustion can be stably supplied to the burner, fluctuations in the combustion state in which incomplete combustion and complete combustion are repeated can be prevented. Since the complete combustion state can be continued in this way, problems due to fluctuations in the combustion state are avoided, and the above-described problem is solved.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0029]
One of the combustion devices according to the present invention The embodiment has a configuration substantially similar to the system configuration shown in FIG.
[0030]
In FIG. this Example embodiment The control configuration is It is shown. As shown by the solid line in FIG. 1, the
[0031]
Combustion heat detection The
[0032]
There are various detection methods other than those described above for detecting the combustion heat quantity of the burner for supplying hot water at a hot water supply set temperature, and other combustion heat quantity detection techniques may be employed. Description of these detection methods is omitted.
[0033]
The target air volume detection data as shown in FIG. This target air volume detection data is data in which air volume data that can supply the
[0034]
The combustion heat
[0035]
The fan air volume control unit 33 takes in the fan air volume detected by the
[0036]
According to this embodiment, since the rotational drive control of the
[0037]
As described above, since the complete combustion state can be continued, various problems due to the change in the combustion state in which the complete combustion state and the incomplete combustion state are repeated can be avoided. That is, it is possible to prevent the problem of increase in the amount of CO gas generated during incomplete combustion, the problem of abnormal noise generation, and the problem of hydrocarbon generation.
[0038]
In addition, since the problem of fluctuations in combustion efficiency can be avoided, the problem of fluctuations in hot water temperature caused by fluctuations in combustion efficiency can also be avoided. It is possible to provide comfortable use of hot water to users of hot water.
[0039]
Further, since the combustion state can be stabilized as described above, the content of the acidic component in the exhaust gas generated by the combustion of the
[0040]
further, What is characteristic in this embodiment is that The configuration In addition, a control configuration is provided in which the amount of fan air generated by driving the
[0041]
That means In addition to the control configuration shown by the solid line in FIG. 1, the
[0042]
The load resistance
[0043]
Therefore, a fan rotation speed detection sensor for detecting the rotation speed of the
[0044]
Alternatively, when trying to keep the fan air volume constant, the power consumption consumed by the
[0045]
From the above, power consumption detection means for detecting the power consumed by the
[0046]
Incidentally, as shown in FIG. 6, when the amount of drain adhering to the latent heat
[0047]
Example of this embodiment Then, in order to avoid the above problem, before the exhaust passage 11 is blocked by the drain, the fan air volume is instantaneously increased to blow away the drain adhering to the latent heat
[0048]
FIG. 3 shows an example of temporal variation of the exhaust resistance. As shown in FIG. 5, from the exhaust resistance Rmn when the amount of drain adhering to the latent heat
[0049]
The drain
[0050]
When the fan air volume control unit 33 receives the drain blow command, the fan air volume control unit 33 instantaneously increases the rotation control amount of the
[0051]
In this example embodiment According to the latent heat
[0052]
In addition, this invention is Example of the above embodiment The present invention is not limited to this, and various embodiments can be adopted. For example, Example of the
[0053]
Also, Example of the above embodiment In the above description, a hot water heater that uses a fuel gas such as city gas as an example has been described. However, the present invention can also be applied to a combustion device that uses a liquid fuel such as kerosene or heavy oil.
[0054]
further, Example of the above embodiment In this embodiment, a wind speed sensor is used as the
[0055]
further, Example of the above embodiment Then, as shown by the chain line in FIG. 4, the
[0056]
further, Example of the above embodiment However, the fan air volume is controlled by controlling the rotation control amount of the
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a configuration in which the air volume detecting means supplied to the burner is provided, and the fan air volume is controlled so that the air volume detected by the air volume detecting means becomes a target air volume corresponding to the required combustion heat quantity. Therefore, it is possible to stably supply a fan air volume suitable for the combustion heat quantity to the burner regardless of fluctuations in exhaust resistance caused by fluctuations in the amount of water droplets (drain) adhering to the latent heat recovery heat exchanger due to condensation. Therefore, complete combustion of the burner can be stably performed.
[0058]
As described above, since the complete combustion state can be stably performed, various problems due to fluctuations in the combustion state in which complete combustion and incomplete combustion are repeated can be avoided. That is, there is a problem that the amount of generated CO gas is increased due to incomplete combustion and there is a concern about the adverse effect on the human body, a problem that abnormal noise is generated, and a problem that hydrocarbon is generated. It is possible to reliably avoid the occurrence.
[0059]
In addition, since the complete combustion state is performed stably, the content of acidic components such as NOx in the exhaust gas is determined to be substantially constant, so that the acidic concentration of drain adhering to the latent heat recovery heat exchanger becomes substantially constant. As a result, the neutralization treatment of the drain becomes easy, and the neutralized drain can be discharged to the outside, and the occurrence of environmental pollution problems can be prevented.
[0060]
Furthermore, according to the present invention, It has a structure that blows off water droplets (drain) adhering to the heat exchanger for latent heat recovery by instantaneously increasing the fan air volume by driving the combustion fan. Because Since the drain adhering to the latent heat recovery heat exchanger can be blown before the exhaust blockage state caused by the drain is reached, problems due to the exhaust blockage state can be avoided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 relates to the present invention. Example embodiment It is a block diagram which shows the characteristic control structure in FIG.
FIG. 2 is a graph showing an example of relationship data between the amount of air supplied to a burner and the amount of combustion heat of the burner.
FIG. 3 is a time chart showing temporal variation of exhaust load resistance caused by temporal variation of the amount of drain adhering to the latent heat recovery heat exchanger.
FIG. 4 is a model diagram showing an example of a high-efficiency heat exchange type combustion device.
FIG. 5 is a model diagram showing an example of the form of water droplet (drain) adhesion on the surface of the water tube of the heat exchanger for recovering latent heat.
FIG. 6 is a model diagram showing an example of water droplet adhesion in the latent heat recovery heat exchanger when the exhaust is closed.
FIG. 7 is a time chart showing the temporal variation of the fan air volume caused by the temporal variation of the amount of drain adhering to the latent heat recovery heat exchanger when the combustion fan is rotationally driven at a constant rotational speed. It is.
FIG. 8 is a time chart showing an example of fluctuations in tapping water temperature due to temporal fluctuations in the amount of drain adhering to the latent heat recovery heat exchanger.
[Explanation of symbols]
3 Burner
10 Combustion fan
12 Main heat exchanger
13 Heat exchanger for latent heat recovery
27 Airflow sensor
31 Target air volume detector
33 Fan air volume control unit
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