JP3799762B2

JP3799762B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP3799762B2
Application number: JP22430297A
Authority: JP
Inventors: 正博太田; 勝利高島
Original assignee: パロマ工業株式会社
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: JPH1151381A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼装置に関し、詳しくは強制燃焼装置における燃焼用空気の供給制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からガス給湯器は、出湯温度と設定温度との偏差に応じてガス量を調節し、それと合わせてファン回転数を変えることでそのガス量に見合った量の燃焼空気量を供給するように制御している。こうしたガス給湯器のうち強制排気式のものは、ファンの駆動により燃焼用空気を屋内から取入れると共に、ガス燃焼により発生した排ガスを排気管を介して強制的に屋外に排出するもので、換気の必要がなく広く一般に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような強制排気式ガス給湯器は高気密住宅に設置されると、室内負圧が大きくなって燃焼用空気が不足し、正常燃焼が維持できなくなる場合がある。特に最小ガス量で運転している状態では、ファン回転数が低いためその影響度合いが大きい。かといって、最小ガス量でのファン回転数を高く設定すると、室内負圧が小さい状態ではエアー過剰となり、リフト，ブローオフ等の不具合が発生する。最小ガス量を高く設定すればリフト，ブローオフ等を防止できるが、最小燃焼量が大きくなることで能力調整範囲が狭くなるため使い勝手が悪くなってしまう。
本発明の燃焼装置は上記課題を解決し、室内負圧が大きい状態でも正常に燃焼させ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、
燃料ガスを燃焼するバーナと、
上記バーナへの供給ガス量を調整するガス量調整手段と、
上記バーナに燃焼用空気を供給するファンと、
最小ガス量及びそれに対応する上記ファンの最小回転数が設定される最小ポイントと、最大ガス量及びそれに対応する該ファンの最大回転数が設定される最大ポイントとに基づいて、上記バーナへの供給ガス量に対する該ファンの回転数を制御する空燃比制御手段と、
上記バーナの燃焼により発生した排ガスを屋外に排出する排気通路と
を備えた燃焼装置において、
上記排気通路もしくは上記ファン下流の燃焼用空気の給気経路に、排気圧もしくは給気圧に応じた開度で開き、開度が大きいほど閉じる方向への力が小さくなる抵抗可変型ダンパーを備え、
最小ガス量と最大ガス量との間の任意のガス量及びそれに対応するファン回転数が設定される中間ポイントを記憶し、上記空燃比制御手段は上記最小ポイントから該中間ポイントまでと、該中間ポイントから上記最大ポイントまでとで、上記バーナへの供給ガス量に比例させて上記ファンの回転数を制御し、該最小ポイントから該中間ポイントまでの該ファンの回転数の上昇率を該中間ポイントから該最大ポイントまでの該ファンの回転数の上昇率より低くし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、請求項１記載の燃焼装置において、
上記中間ポイントを記憶する記憶媒体を着脱可能に設けたことを要旨とする。
【０００６】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の燃焼装置は、最小ガス量及びそれに対応するファンの最小回転数が設定される最小ポイントと、最大ガス量及びそれに対応するファンの最大回転数が設定される最大ポイントとに基づいて、バーナへの供給ガス量に対するファンの回転数を制御する。供給ガス量が少ない状態では回転数を低く制御するため、燃焼用空気の供給圧，排気圧が低くなる。従って、抵抗可変型ダンパーの開度が小さくなり、閉じる方向への力が大きくなり流路抵抗が大きくなるため、必要な空気量を供給するための回転数をその分大きく設定して負圧時の影響を少なくすることができる。また、供給ガス量が多い状態では回転数を高く制御するため、燃焼用空気の供給圧，排気圧が高くなる。従って、抵抗可変型ダンパーの開度が大きくなり、閉じる方向への力が小さくなり流路抵抗が小さくなるため、必要な空気量を供給するための回転数をあまり増大させることなく従来の回転数程度に抑えることができる。この結果、従来のものに比べて最大回転数や最小ガス量をあまり変えることなく負圧時にも正常に燃焼させることができる。
【０００７】
このように、ダンパー開度が最大開度に達していない状態では、ファン回転数を上昇させることによりダンパー開度が大きくなり流路抵抗が小さくなっていくため、その分燃焼用空気の供給量はファン回転数の上昇率より高い割合で増加する。一方、ダンパー開度が最大開度に達している状態では、ファン回転数を上昇させても流路抵抗が変化しないため、燃焼用空気の供給量はファン回転数の上昇率に応じて増加する。そのため、従来のように最小ポイントから最大ポイントまでの間で、バーナへの供給ガス量に比例させてファン回転数を制御しようとすると、低回転時の燃焼用空気の供給量が必要以上に大きくなってしまうといった不具合が発生してしまう。そこで、最小ガス量と最大ガス量との間の任意のガス量に対応するファン回転数が設定される中間ポイントを記憶し、最小ポイントから中間ポイントまでと、中間ポイントから最大ポイントまでとで、バーナへの供給ガス量に比例させてファンの回転数を制御し、最小ポイントから中間ポイントまでのファンの回転数の上昇率を中間ポイントから最大ポイントまでのファンの回転数の上昇率より低くした。このように制御することで、燃焼用空気の供給量を供給ガス量に適した量に制御することができる。
【０００８】
上記構成を有する本発明の請求項２記載の燃焼装置は、中間ポイントを記憶する記憶媒体を着脱可能に設けることにより、ガス種や構造等の条件が異なる装置に対してもそれに適したデータを記憶する記憶媒体を用いることで、容易に設定することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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、以下本発明の燃焼装置の好適な実施例について説明する。
図１は本発明の一実施例としての強制排気式ガス給湯器の概略構成図である。この強制排気式ガス給湯器は、外胴を形成するケース１と、ガス供給路２から供給されるガスを燃焼するバーナ３と、バーナ３の燃焼熱により給水管４から通水された水を加熱し出湯管５に送り出す熱交換器６と、給水管４内で入水流量を検出する流量センサ７と、出湯管５内で湯温を検出するサーミスタ８と、バーナ３及び熱交換器６を収納する燃焼室９と、燃焼により発生した排ガスを外に送り出す通路となる排気筒１０と、排気筒１０内に設けられる抵抗可変型ダンパー１１と、燃焼室９内に燃焼用空気を供給するファン１２と、燃焼制御を司どるコントローラ１３とから構成される。
【００１０】
ガス供給路２には元電磁弁１４，比例電磁弁１５，メイン電磁弁１６が直列に設けられる。元電磁弁１４とメイン電磁弁１６とはガス流路の開閉のみを行なう弁で、また比例電磁弁１５は制御信号に応じた開度に設定されて所望の供給ガス量に調整する制御弁である。
【００１１】
コントローラ１３は、図示しない周知の算術論理演算回路を構成するＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭと、各種センサからの信号を入力する入力インタフェースと、各種アクチュエータに駆動信号を出力する出力インタフェース等から構成され、燃焼制御だけでなく、湯温制御，点火制御等をも併せて行なうものであるが、本発明とは直接関係しない点火装置等に関しては、その説明，図示は省略する。またコントローラ１３には、図示しないがガス種等に応じたファン回転数を記憶するＥＥＰＲＯＭを内蔵したチップ（以下、ガス種コネクタと呼ぶ）が脱着可能に差込まれている。
【００１２】
抵抗可変型ダンパー１１は、図２に示すように排気筒１０内で回転軸１１ａにより揺動可能に軸支された軽量の円形板１１ｂ（本実施例では直径６０mm、厚さ０．３mmのアルミ製）の端部に重り１１ｃを固定したものである。また、排気筒１０には抵抗可変型ダンパー１１の揺動幅を制限するストッパー１０ａ，１０ｂが設けられる。重り１１ｃは、最小ガス量での燃焼に対応したファン回転数により抵抗可変型ダンパー１１がちょうど開き始め、最大ガス量での燃焼に対応したファン回転数に上昇するまでに開度が最大となるようにその重さ（本実施例では１０g ）及び固定位置を設定する。このように重り１１ｃを固定することにより閉方向に力がかかる。この力は抵抗可変型ダンパー１１が水平の時に最も大きくなり（Ｗ１）、ダンパー開度が大きくなるにつれて小さくなっていき（Ｗ２）、ダンパー開度が最大となった時に最小となる（Ｗ３）。
尚、従来の強制排気式ガス給湯器においても排気筒内にダンパーを用いたものは知られているが、これは寒冷地で冷風が室内に逆流しないためのもので、極めて軽量であり、最小ガス量での燃焼時の排気圧でも全開となり燃焼時の影響は無視できるので、本発明の抵抗可変型ダンパー１１とは全く異なるものである。
【００１３】
次に、本実施例の強制排気式ガス給湯器の動作について説明する。図示しない給湯栓が開かれ水が流れると、流量センサ７により通水を検出しファン１２を回転させてプリパージを行なう。プリパージの後、元電磁弁１４，メイン電磁弁１６を開弁し、比例電磁弁１５を緩点火動作のための開度に調節してバーナ３にガスを供給し、図示しない点火装置により点火する。そして、図示しない炎検知装置により炎を検知して燃焼していることを確認すると、緩点火動作を終了する。緩点火動作を終了すると比例制御を開始し、サーミスタ８で検出した湯温と設定温度との差に応じて、コントローラ１３から比例電磁弁１５へ信号を送り、ガス量を連続的に変化させて出湯温度を一定に保つ。そして、比例電磁弁１５によるガス量の変化に応じてファン１２の回転数を制御する。
【００１４】
次に、本実施例の抵抗可変型ダンパー１１を備えた強制排気式ガス給湯器と、抵抗可変型ダンパー１１を備えていない従来のものとを比較するため、従来のものの室内負圧が加わっていない時と加わっている時の圧損カーブａ，ｂ、本実施例のものの負圧が加わっていない時と加わっている時の圧損カーブｃ，ｄを図３のＰ−Ｑ特性図にそれぞれ示す。
【００１５】
従来のものでは、圧損カーブａのＡ点に示すように最小ガス量での必要風量０．３m³／min を得るためファン回転数は２０００rpm に設定されるが、その時のファン全閉圧が１０mmH₂O 弱であるため、例えば室内負圧が−１０mmH₂O となっている状況では、圧損カーブｂのＢ点に示すように燃焼用空気が送り込まれず消火してしまう。この不具合を解消するために、最小ファン回転数を例えば３０００rpm に設定すれば、Ｃ点に示すように風量が０．２７m³／min となり室内負圧が−１０mmH₂O となっている状況でも消火しないが、逆に負圧が加わっていない状況ではＤ点に示すように風量が０．４６m³／min となってエアー過剰となり、リフト、ブローオフ等の不具合が発生する。
【００１６】
それに対して、本実施例のように抵抗可変型ダンパー１１を設けたものでは、ファン回転数が小さいと排気抵抗が大きくなり、圧損カーブｃのＥ点に示すように最小ガス量の燃焼での必要風量０．３m³／min を得るためファン回転数を３３００rpm に設定できる。そのため、室内負圧が−１０mmH₂O となっている状況でも、圧損カーブｄのＦ点に示すように風量は０．２３m³／min となり、バーナ３が消火してしまうことなく燃焼を継続させることができる。
【００１７】
ここで、単に一定の排気抵抗を付加した場合について考えると、圧損カーブｅに示すような推移となり、最大ガス量の燃焼時での必要風量１．０m³／min を得るためにはファン回転数を大幅に上げなければならないことが分かる。それに対して本実施例のものでは、ファン回転数が上昇するにつれ抵抗可変型ダンパー１１の開度が大きくなって排気抵抗が減少する構成により、圧損カーブｃに示すように従来のダンパーの圧損カーブａに近づいていく。従って、最大ガス量での必要風量１．０m³／min を得るためのファン回転数は、Ｇ点に示すように従来と同じ回転数（６２００rpm ）に設定できる。
【００１８】
次に、本実施例のような排気抵抗可変型のものにおけるファン回転数の制御方法を従来の排気抵抗固定型ものと比較して説明する。
従来の排気抵抗固定型のものでは、ファン回転数の上昇率に応じて風量が増加する。従って、最小ガス量及びその燃焼時に最適な風量を供給する回転数が設定される最小ポイント（点Ｈ）と、最大ガス量及びその燃焼時に最適な風量を供給する回転数が設定される最大ポイント（点Ｉ）とを記憶し、最小ポイント（点Ｈ）から最大ポイント（点Ｉ）までの間で供給ガス量の増加に対するファン回転数の上昇分が比例関係となるように制御することで（直線ｆ）、任意の供給ガス量に対しても最適な風量を送風することができる。このような制御により、供給ガス量に対する空燃比λ（理論空気量に対する実際の空気量の割合）の値を、図４（ｂ）のグラフの変移ｇに示すように制御することができる。
【００１９】
それに対して、本実施例のように抵抗可変型ダンパー１１を設けたものでは、ダンパー開度が最大開度に達していない状態では、ファン回転数の上昇に伴ってダンパー開度が大きくなり排気抵抗が小さくなっていくため、その分風量はファン回転数の上昇率より高い割合で増加する。一方、ダンパー開度が最大開度に達している状態では、ファン回転数を上昇させても排気抵抗が変化しないため、風量はファン回転数の上昇割合に応じて増加する。そのため、供給ガス量に対するファン回転数を上述したように直線ｆ上で制御しようとすると、低回転時の風量の増加率が大きくなり、変移ｈに示すようにその範囲での空燃比λが必要以上に高くなってしまう。
【００２０】
このような不具合を防ぐため、最小ガス量と最大ガス量との間の所定ガス量及びその燃焼時の所定回転数が設定される中間ポイント（点Ｊ）を記憶し、最小ポイント（点Ｈ）から中間ポイント（点Ｊ）までと、中間ポイント（点Ｊ）から最大ポイント（点Ｉ）までとで、供給ガス量の増加分に対するファン回転数の上昇分がそれぞれ比例関係となるように制御する（直線ｉ，ｊ）。このように折れ線（直線ｉ，ｊ）上で制御することで、低回転時のファン回転数の上昇率を抑えて、変移ｇに示すように空燃比λを供給ガス量に適した値に制御することができる。
【００２１】
次に、中間ポイント（点Ｊ）の設定方法の例について説明する。まず、供給ガス量の増加に対するファン回転数の上昇分が最小ポイント（点Ｈ）から最大ポイント（点Ｉ）まで比例関係となるように制御したときの、ガス供給量に対する空燃比λを測定すると、変移ｈに示すように低回転時の空燃比λが必要以上に高くなる。そこで、この測定した変移ｈを理想の変移ｇに近づけるために空燃比λをどれだけ下げればよいかを複数のガス供給量において調べ、それらの値からファン回転数を求めてそれぞれのガス供給量毎にプロットする。そして、そのプロットした点を近似する折れ線となるような位置に中間ポイント（点Ｊ）を設定するのである。このように中間ポイント（点Ｊ）を設定して折れ線上で制御することにより、曲線で制御するのに比べ制御が複雑にならず、記憶するデータも少なくすることができる。また、この中間ポイント（点Ｊ）の位置のみにより制御パターンを変えるため、変更や微調整が容易である。
【００２２】
また、このような供給ガス量に対するファン回転数のデータは、コントローラ１３に差込まれたガス種コネクタのＥＥＰＲＯＭに記憶されているため、ガス種や構造等の条件が異なる器具に対しても、それぞれに対応した回転数データ（即ち最小ポイント，最大ポイント，中間ポイント）を記憶するガス種コネクタを用いることで容易に設定することができる。そして中間ポイントは、例えば最小ガス量を基準とした最大ガス量に対する割合として所定ガス量が記憶され、その所定ガス量での最小ポイント（点Ｈ）と最大ポイント（点Ｉ）とを結ぶファン回転数からどれだけ下げるかという値で所定回転数が記憶される。
【００２３】
このように本実施例の強制排気式ガス給湯器は、抵抗可変型ダンパー１１により排気抵抗が変化することで、その分風量はファン回転数の上昇率より高い割合で増加するが、供給ガス量に対するファン回転数の上昇率を低回転時には低くすることで、供給ガス量に適した風量を供給することができる。しかも、供給ガス量に対するファン回転数制御のために従来から記憶していた最小ポイント，最大ポイントに加えて新たに中間ポイントを記憶し、それらの間で比例関係となるような折れ線（直線ｉ，ｊ）上で制御するだけであるため、曲線上で制御する場合に比べ制御が複雑になることを防ぐことができる。更に、ガス種や構造等条件の異なる器具に対しても、その条件に応じたデータを記憶するガス種コネクタを差込むことで、それに適した制御にすることができる。
【００２４】
また、抵抗可変型ダンパーを設け排気抵抗を大きくすることにより、最小能力でのファン回転数を高く設定することができるため、室内負圧時にも必要な燃焼用空気を供給することができる。更に、最大能力時に必要な風量を得るためのファン回転数は従来のままであり、ファン回転数をより高く設定する必要がない。従って、最大能力時におけるファン騒音も問題とならない。
【００２５】
尚、本実施例では抵抗可変型ダンパーを排気筒内に設けたが、ファンからの燃焼用空気の給気通路に備えてもよい。
【００２６】
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、本発明の要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。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の燃焼装置によれば、抵抗可変型ダンパーにより流路抵抗が変化することで、その分燃焼用空気の供給量はファン回転数の上昇率より高い割合で増加するが、供給ガス量に対するファン回転数の上昇率を低回転時には低くすることで、燃焼用空気の供給量を供給ガス量に適した量に制御することができる。しかも、供給ガス量に対するファン回転数制御のために従来から記憶していた最小ポイント，最大ポイントに加えて新たに中間ポイントを記憶し、それらの間で比例関係となるように制御するだけであるため、複雑に制御する必要がない。また、抵抗可変型ダンパーを設け排気抵抗をつけることで最小能力でのファン回転数を高く設定できるため、室内負圧時にも正常に燃焼させることができる。更に、抵抗が変わることにより最大能力でのファン回転数をあまり高く設定しなくてもよく、従来と同じ能力幅を確保できるため大変使い勝手がよい。
【００２８】
更に、本発明の請求項２記載の燃焼装置によれば、条件が異なる装置に対してもそれに適したデータを記憶する記憶媒体を用いることで容易に設定することができるため、その条件に適した制御をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例としての強制排気式ガス給湯器の概略構成図である。
【図２】抵抗可変型ダンパーの動作説明図である。
【図３】本実施例の強制排気式ガス給湯器のＰ−Ｑ特性図である。
【図４】ガス供給量とファン回転数との関係を表わすグラフである。
【符号の説明】
１…ケース、２…ガス供給路、３…バーナ、４…給水管、５…出湯管、
６…熱交換器、１０…排気筒、１１…抵抗可変型ダンパー、
１２…ファン、１３…コントローラ。

Claims

燃料ガスを燃焼するバーナと、
上記バーナへの供給ガス量を調整するガス量調整手段と、
上記バーナに燃焼用空気を供給するファンと、
最小ガス量及びそれに対応する上記ファンの最小回転数が設定される最小ポイントと、最大ガス量及びそれに対応する該ファンの最大回転数が設定される最大ポイントとに基づいて、上記バーナへの供給ガス量に比例させて該ファンの回転数を制御する空燃比制御手段と、
上記バーナの燃焼により発生した排ガスを屋外に排出する排気通路と
を備えた燃焼装置において、
上記排気通路もしくは上記ファン下流の燃焼用空気の給気経路に、排気圧もしくは給気圧に応じた開度で開き、開度が大きいほど閉じる方向への力が小さくなる抵抗可変型ダンパーを備え、
最小ガス量と最大ガス量との間の任意のガス量及びそれに対応するファン回転数が設定される中間ポイントを記憶し、上記空燃比制御手段は上記最小ポイントから該中間ポイントまでと、該中間ポイントから上記最大ポイントまでとで、上記バーナへの供給ガス量に比例させて上記ファンの回転数を制御し、該最小ポイントから該中間ポイントまでの該ファンの回転数の上昇率を該中間ポイントから該最大ポイントまでの該ファンの回転数の上昇率より低くしたことを特徴とする燃焼装置。
上記中間ポイントを記憶する記憶媒体を着脱可能に設けたことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。