JP3958429B2 - 燃焼装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼時間や燃焼回数の積算値により使用限界前に予告を可能とした燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、給湯装置等に使用される燃焼装置は、燃料ガスを燃焼し燃焼ガスを外部に廃棄するため、火災や一酸化中毒等を未然に防止するため厳重な安全基準が設けられ、機器には様々な安全機構が設けられている。この安全機構は、例えば熱交換器の腐食による炎の漏洩は温度ヒューズの溶断に連動して燃料供給を遮断したり、また空気不足による不完全燃焼をCOセンサにより監視して、CO値が所定値まで上昇したときに燃料供給を停止させる。また、このような安全機構が動作前に、燃焼機器の寿命到達を燃焼時間又は燃焼回数を積算すれば、予め設定される使用限界を予知でき、積算値に応じて燃焼機器の着火を強制的に禁止することにより不慮の事故を防止することも可能である。例えば、特許第2621597号等がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、給湯機器では、燃焼装置が寿命に到達前に定期点検を促して熱交換器やCOセンサ等の劣化部品を交換することにより、燃焼機器の再使用が可能であり、また、使用時間や使用回数に応じた保全管理が燃焼機器の安全性を確保することにもつながる。
【0004】
そこで、本発明は、燃焼時間や燃焼回数の積算値に応じて使用限界前に予告をし、点検を経て積算値の初期値に戻して再使用可能とすることにより、安全性を高めた燃焼装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃焼装置は、ガスや石油等の燃料を燃焼させるバーナ(12)の燃焼時間や燃焼回数を積算し、その積算値が基準値(使用限界値又は限界予告値)に到達したか否かを監視することにより、点検の必要な告知又は着火を禁止し、点検を経て積算値を初期値に戻すことにより基準値を更新するとともに再使用を可能にしたものである。
【0006】
本発明の燃焼装置は、燃料を燃焼させるバーナ(12)と、このバーナの燃焼動作毎にその加熱時間又は燃焼回数を積算し、その積算値、前記バーナの使用限界値、この使用限界値より小さい限界予告値を記憶し、前記積算値が前記限界予告値に到達したとき、その到達を表す告知信号を発生するとともに前記バーナの最大燃焼量を減少させ、前記積算値が前記使用限界値に到達した後は前記バーナの着火を禁止する制御手段(制御装置50)とを備え、前記限界予告値に到達前に前記積算値を初期値に戻したとき、前記使用限界値及び前記限界予告値を更新するとともに、減少させている前記最大燃焼量を初期値に復帰させることを特徴とする。
【0007】
このような構成により、燃焼時間又は燃焼回数の積算値を更新、記憶することで、その積算値が限界予告値に到達したか否かを監視し、積算値が基準積算値に到達したとき、その到達を告知信号により知ることができる。このとき、最大燃焼量を制限して消耗部品にかかる負荷を低減させて耐久性を維持させるとともに使用時の不具合感を意図的に与えて使用者に点検、修理を促す。これに基づいて、機器を点検し、損耗部品の交換等を行う。消耗部品を交換の後、前記積算値を初期値に戻すことにより、使用限界値及び限界予告値は従前の値より小さい値に更新され、同時に、限界予告値に到達した時点で減少させていた前記バーナの最大燃焼量を初期状態に復帰させる。これにより、安全性の高い燃焼が確保されることとなる。
【0008】
本発明の燃焼装置において、前記積算値の初期値は、零値又は更新毎に段階的に増加した一定値であることを特徴とする。積算値の更新値は、零値又は零以外の一定値又は増加した値でよい。即ち、積算値の初期値は、使用限界値及び限界予告値との相対的な関係で決定され、使用時間に応じて両者の幅を小さくすることで、安全性が高められるとの仮定に基づいている。
【0009】
本発明の燃焼装置において、前記使用限界値及び前記限界予告値は、更新に無関係に一定値が設定され、又は更新毎に従前の値より小さい値に変更されることを特徴とする。即ち、積算値の初期値を零値に戻す場合には、更新回数に応じて前記使用限界値及び前記限界予告値を小さくすればよく、また、積算値の初期値を零値を越える一定値又は更新毎に増加した値に設定するのであれば、更新に無関係に前記使用限界値及び前記限界予告値は初期値又は一定値でよい。即ち、積算値の初期値と使用限界値及び限界予告値との幅を更新回数に応じて狭めることで、安全性が高められる。
【0010】
本発明の燃焼装置において、前記制御手段は、前記告知信号に基づき、前記積算値が前記限界予告値に到達したとき、前記バーナへの燃料の供給を減少させ、前記積算値が前記使用限界値に到達したとき、前記バーナへの燃料の供給を禁止することを特徴とする。即ち、使用限界前に点検を強制するので、高い安全性が実現できる。
【0011】
本発明の燃焼装置においては、前記告知信号を受け、前記積算値が前記基準積算値に到達したことを視覚的又は聴覚的に表示する表示手段(表示器128、スピーカ130)を備えたことを特徴とする。このような表示により、点検時期の到来を使用者に告知し、点検を促す。
【0012】
また、本発明の燃焼装置は、前記限界予告値に到達前に前記積算値を初期値に戻したとき、前記使用限界値及び前記限界予告値が更新されることを特徴とする。燃焼装置が、限界予告値に到達する前に故障することはあり得る。その場合、点検し、修理が行われる場合には、積算値を初期値に戻し、そのとき、使用限界値及び限界予告値も更新されることとした。このようにすることで、燃焼機器の安全性が高められる。
【0013】
そして、本発明の燃焼装置において、前記積算値は、部品の交換に基づき前記初期値に戻されることを特徴とする。このようにすれば、燃焼機器の安全性を高めることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図面に示した実施の形態を参照して詳細に説明する。
【0015】
図1は、本発明の燃焼装置の一実施形態である給湯装置を示している。
【0016】
給湯装置2は、ガスや石油等の燃料の燃焼を熱源とし、熱源の発生熱量を上水に与える熱交換器4に給水管6と出湯管8が接続されて水路を構成している。熱交換器4の下部には燃焼室10が設けられ、ここには燃料の燃焼を行うバーナ12、炎検出器14、イグナイタ16が設けられている。熱交換器4の上部にはバーナ12の燃焼ガスの排気筒18が設けられ、この排気筒18には排気ガス中の一酸化炭素の濃度を検出するCOセンサ20が設置されている。バーナ12の下方にはバーナ12の吸引口22に燃料及び燃焼空気を供給するファンモータ24と燃料ノズル26が備えられている。燃料供給管28は途中で分岐され、バーナ12には2系統の燃料供給が成されており、切換電磁弁30を開閉することによりバーナ12の燃焼数を切り換えることができる。燃料供給管28にはバーナ12への燃料供給量を調整する比例弁32と燃料の遮断、供給を司る燃料元弁34が備えられている。また給水管6には給水温センサ36と給水量センサ38が設けられ、出湯管8には出湯温センサ40と出湯量を規制、調整する水量制御弁42が設けられている。
【0017】
また、熱交換器4は接合部44より燃焼室10から着脱可能に構成され、給水管6と出湯管8は連結部46より熱交換器4と分離可能に構成されている。
【0018】
次に、図2は、本発明の燃焼装置における、制御装置50及び遠隔制御装置52の構成を示している。
【0019】
燃焼制御を行う制御装置50には制御演算部54が設けられている。制御演算部54は、演算、制御を司るCPU56、演算データ等の一時記憶を行うRAM58、CPU56の動作プログラム、使用限界値、限界予告値等の動作データを格納する読み出し専用メモリであるROM60、燃焼時間又は燃焼回数の積算値等を記憶し、停電等からデータ消去を保護するEEPROM62、センサ類からのアナログデータをデジタル値に変換するA/D変換器64を備えており、センサ類との入出力インターフェイスとしての入出力回路66等がデータバスによって連携されている。また、A/D変換器64には温度検出回路68、70が接続され、これらにはそれぞれ給水温センサ36、出湯温センサ40が接続されている。加えて入出力回路66には入力検出回路72、水量検出回路74、炎検出回路76、放電駆動回路78、弁駆動回路80、比例弁駆動回路82、元弁駆動回路84、弁駆動回路86、送受信回路88が接続され、これらには消去スイッチ90、給水量センサ38、炎検出器14、イグナイタ16、切換電磁弁30、比例弁32、燃料元弁34、水量制御弁42が接続されている。
【0020】
送受信回路88は遠隔制御装置52との双方向通信を司り、制御演算部54からの制御データをデジタル変調して有線又は無線によって送信し、遠隔制御装置52からの設定データ等のPWM信号をデジタル値に復調するものである。
【0021】
制御装置50を遠隔制御する手段として遠隔制御装置52が設けられる。この遠隔制御装置52には、制御演算部100が設けられ、この制御演算部100は、制御演算部54からの送信データの翻訳、出力及び各種設定スイッチからの入力信号を検出して設定データとして制御演算部54への送信を司るCPU102、設定データ、制御データ等を一時記憶させるRAM104、CPU102の動作プログラム等が格納されたROM106、入出力回路108を備える。入出力回路108には送受信回路110、入力検出回路112、114、116、表示駆動回路118、音声増幅器120が接続され、それぞれに運転スイッチ122、温度設定スイッチ124、寿命表示スイッチ126、表示手段として表示器128、スピーカ130が接続されている。寿命表示スイッチ126を押す事により基準積算値が表示器128に表示され、その確認が可能である。
【0022】
次に、本発明の燃焼装置の寿命監視について説明する。
【0023】
給湯装置等の燃焼装置における寿命は熱交換器の腐食、又はCOセンサの性能劣化等で決定されることが多い。例えば熱交換器の場合、給水管を流れる水によって冷却されて発生する結露に燃焼ガスに含まれる硫黄分が溶けた酸性液が腐食させる。また、高温と低温の繰り返しによる金属疲労によって破断することもある。COセンサの場合、高温による熱劣化が進行すると出力電圧値が大幅にシフトし、CPU56は正確なCO値を検出できなくなる。また、バーナの燃焼による熱履歴によって各部の熱劣化が進行する。そこで、熱交換器、COセンサ等が正常に動作できる燃焼時間又は燃焼回数の積算値TNを確認し、耐用時間又は耐用回数を使用限界値Dm、この使用限界値Dmより小さい限界予告値Dpを設定し、限界予告値Dpへの到達により点検を促して消耗部品の交換等の修理を促進することとした。
【0024】
本発明の燃焼装置では、初期値として試験の結果、熱交換器、COセンサは燃焼時間にして4000時間、燃焼回数として10万回まで異常なく動作する事が確認されている。
【0025】
ここで、例えば、燃焼時間が3500時間又は燃焼回数が9.5万回を限界予告値とし、その値への到達により予告し、バーナの最大燃焼量を規制して、熱交換器又はCOセンサ等の熱劣化を抑制する。最大燃焼量の規制は、号数と呼ばれる給湯装置の給湯能力を規制することにより達成できる。号数は25リットルの水を1゜C上昇させる事ができる加熱能力を表し、出湯温度、給水温度、給水量、設定温度等のパラメータにより演算し求められた号数が規制値を越えようとしたときには、規制する最大号数値に固定させてバーナに与える燃料量をこの最大号数値に相当する値に規制するものである。また、号数の規制は給水量を制限する事により達成する事ができる。号数は、次式(1)又は(2)により、
号数=(設定温度−給水温度)×給水量/25 ・・・・(1)
又は
号数=(出湯温度−給水温度)×給水量/25 ・・・・(2)
により算出できる。
【0026】
そこで、規制する最大号数値を決定し、各温度より最大給水量を算出し、給水量が最大級水量を越えないように水量制御弁によって規制すれば最大燃焼量を規制することができる。
【0027】
燃焼時間は炎検出器14が炎を検出して所定電圧以上に上昇したときから消火により炎検出器の出力値が所定電圧未満に低下したときまでの時間とし、これを積算する。また、燃焼回数は、この燃焼時間を単位として計数される。燃焼時間又は燃焼回数はEEPROM62等に記憶され、停電等による記憶消去から保護されている。燃焼開始毎にEEPROM62に格納された燃焼時間、燃焼回数はRAM58にコピーされ、燃焼時に計数された燃焼時間、燃焼回数を加算して、再びEEPROM62に転送して、燃焼時間、燃焼回数の積算値を更新する。これにより燃焼中に停電があっても、前回までの燃焼時間又は燃焼回数の積算値がEEPROM62に保持されており、以後の燃焼時間又は燃焼回数の積算に使用される。
【0028】
また、燃焼時間又は燃焼回数が予告基準積算値として限界予告値に到達する事により最大燃焼量の規制、すなわち燃焼量不足による湯温の設定温度への未到達、又は水量制御弁42による出湯量の規制により、使用者に故障を意識させてメインテナンスを促す事ができる。
【0029】
限界予告値に到達したことを告知されても、燃焼機器の使用が継続された場合には、積算値が使用限界値に到達することとなる。この場合には、CPU56は燃料元弁34の開弁を阻止して着火を強制的に禁止する。
【0030】
積算値が限界予告値に到達したことが告知され、その告知に基づいて熱交換器、COセンサ等の消耗部品が交換された後、消去スイッチ90を押すことにより、積算値を初期値に復帰させるとともに、最大燃焼量の規制又は燃焼の規制等を解除し、使用限界値及び限界予告値が更新される。即ち、CPU56は消去スイッチ90の入力を検出すると、EEPROM62に記憶されている燃焼時間、燃焼回数の積算値を消去し、初期値として零値又は一定値に更新し、燃焼時間又は燃焼回数の積算を開始する。ROM60より次の使用限界値及び限界予告値を読み出し、今後の制御値としてRAM58、EEPROM62に転送する。更新された使用限界値及び限界予告値は従前の値と同値又は従前値より小さい値に設定される。熱履歴による機器の耐久性の低下を考慮すると、従前値より小さい値とすることが好ましい。例えば、更新後の使用限界値は、例えば燃焼時間を4000時間から3500時間に、燃焼回数を10万回から9万回に縮小し、限界予告値は3000時間、8.5万回に減少させている。これら使用限界値及び限界予告値は更新毎に短くする。
【0031】
そして、寿命の更新、即ち、基準積算値の更新回数は例えばN回を限度とし、以後は燃焼を禁止させる。これは燃焼機器の各部の劣化が進み、部品交換程度では耐久性を回復できなくなる恐れがあるからである。この場合、CPU56は全ての入力検出又は出力を禁止して、プログラムによる疑似的な動作不能状態に移行させる。この時に消去スイッチ90を押してもこの動作不能状態を解除することはできない。寿命更新回数等の動作禁止データはEEPROM62に記憶保持させて、電源停止、リセット入力等のCPU56のプログラム動作を初期化させるリセット手段にも解除されないように保持される。
【0032】
図3は、以上述べた給湯装置2の動作フローチャートを示している。
【0033】
ステップS1において、CPU56は燃焼開始から燃焼終了までの間の時間又は燃焼回数を計数し、EEPROM62に燃焼時間又は燃焼回数の積算値を記憶する。ステップS2においてEEPROM62に記憶された燃焼時間又は燃焼回数の積算値が限界予告値に到達したかどうかを判定する。NOの場合にはステップS3に移行し、燃焼時間又は燃焼回数の積算値が限界予告値に到達したかどうかを判定する。NO場合にはステップS1に移行して燃焼時間等の積算を継続する。また、YESの場合にはステップS4に移行する。
【0034】
ステップS4では、積算値が限界予告値に到達したとき、告知信号を発生し、この告知信号により音声又は表示によってその到達を告知し、同時に最大燃焼量を減少させる。最大燃焼量は例えば24号の給湯装置であれば20号、16号程度まで規制して燃焼負荷を軽減させる。また、ステップS2で積算値が使用限界値に到達したときにはステップS5に移行して燃焼を禁止する。
【0035】
ステップS6では、今回の限界予告値又は使用限界値がEEPROM62に格納された前回までの更新回数Nに今回のカウント値を加えて、最大更新回数N回目に到達したかどうかを確認する。NOの場合にはステップS7に進み、YESの場合にはステップS10に移行する。
【0036】
ステップS7では、消去スイッチ90の入力が検出され、EEPROM62に積算記憶された燃焼時間、燃焼回数がクリアされたかどうかを確認する。NOの場合にはステップS1に移行して、寿命の告知、燃焼量の規制又は燃焼禁止を継続する。また、YESの場合にはステップS8に移行し、限界予告値への到達告知、燃焼量の規制又は燃焼禁止を解除する。続いてステップS9に移行し、限界予告値又は使用限界値を更新する。
【0037】
ステップS6において燃焼更新回数がNに到達したときにはステップS10に移行する。ステップS10では、燃焼装置の動作を完全に禁止する。
【0038】
図4は、横軸に時間t、縦軸に積算値TNを取って、積算値TNの推移と限界予告値Dp又は使用限界値Dmの更新を示している。この場合、積算値TNの初期値は0である。Dp1 は第1の限界予告値、Dm1 は第1の使用限界値、Dp2 は第2の限界予告値、Dm2 は第2の使用限界値、Dp3 は第3の限界予告値、Dm3 は第3の使用限界値、Dp4 は第4の限界予告値、Dm4 は第4の使用限界値であり、これらの大小関係は、Dp1 >Dm1 >Dp2 >Dm2 >Dp3 >Dm3 >Dp4 >Dm4 であり、更新回数N=3である。また、Fは最大燃焼量が低減される領域である。
【0039】
そこで、積算値TN=0から燃焼装置を使用し、予め設定されている第1の限界予告値Dp1 に到達して告知されることにより、点検を行って部品交換により積算値TNを初期値0に復帰させると、第2の限界予告値Dp2 及び第2の使用限界値Dm2 に更新される。同様に、積算値TNが限界予告値Dp2 又はDp3 に到達することにより、限界予告値Dp又は使用限界値Dmを更新し、その更新回数N=3を越える更新はできない。即ち、限界予告値Dp4 に到達してもその告知信号の発生はなく、使用限界値Dm4 に到達した後、着火禁止とする。
【0040】
そして、図5に示すように、積算値TNが限界予告値Dp1 に到達する前の時点Aで燃焼装置が故障した場合、その点検により部品交換等を行う場合には、第1の限界予告値Dp1 に到達して告知した場合(時点B)と同様に、点検を行って部品交換により積算値TNを初期値0に復帰させると、第2の限界予告値Dp2 及び第2の使用限界値Dm2 に更新される。また、使用限界値Dm1 に到達した後、点検をして部品交換等を行って、積算値TNを初期値0に復帰させると、第2の限界予告値Dp2 及び第2の使用限界値Dm2 に更新される。
【0041】
次に、本発明の燃焼装置について、他の実施形態を示す。
(A)積算値の初期値は、零値又は更新毎に段階的に増加した一定値としてもよい。
(B)使用限界値及び限界予告値は、更新に無関係に一定値が設定され、又は更新毎に従前の値より小さい値に変更されるようにしてもよい。
(C)積算値の初期値への復帰は、熱交換器、COセンサ等の部品の交換やファンモータの清掃により自動設定できるようにしてもよい。このようにすれば、消去スイッチ等のリセットスイッチの操作忘れによる不都合を防止できる。
(D)本発明の燃焼装置の実施形態では、限界予告値に到達すると燃焼量を規制していたが、限界予告値から使用限界値までの間に複数回、段階的に燃焼量を低減させても良い。また、寿命の更新後、寿命値を減少させず、最大燃焼量を若干低減させて燃焼による負荷を軽減しても良い。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
a.使用限界の到来を告知したのち、メインテナンスが行われるまでの間最大燃焼量を減少させて燃焼機器の能力を制限するので、機器の極端な損耗を緩和して使用限界までの機器の信頼性を維持することができ、かつ燃焼機器の能力を制限し、かつ寿命に到達したら燃焼を禁止させて使用者に定期点検を促すことができる。
b.積算値を消去することにより経年変化を考慮した新たな寿命が設定され、未交換の部品の劣化による故障を考慮して点検を促すことができるため、長期に渡り機器の正常動作を維持することができる。
c.寿命到来前に故障部品の交換を行ったときでも、積算値を初期値にすれば、機器の使用経歴を考慮した新たな限界予告値及び使用限界値が再設定されて、定期点検を確実に促し、安全性の高い燃焼を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃焼装置の一実施形態である給湯装置を示す図である。
【図2】本発明の燃焼装置の一実施形態である給湯装置の制御部を示すブロック図である。
【図3】本発明の燃焼装置の一実施形態である給湯装置の動作を示すフローチャートである。
【図4】本発明の燃焼装置の燃焼における積算値、限界予告値及び使用限界値の変遷を示す図である。
【図5】本発明の燃焼装置の燃焼における積算値、限界予告値及び使用限界値の変遷を示す図である。
【符号の説明】
12 バーナ
50 制御装置(制御手段)
128 表示器(表示手段)
130 スピーカ(表示手段)
TN 積算値
Dp 限界予告値
Dm 使用限界値
Claims (6)
- 燃料を燃焼させるバーナと、
このバーナの燃焼動作毎にその加熱時間又は燃焼回数を積算し、その積算値、前記バーナの使用限界値、この使用限界値より小さい限界予告値を記憶し、前記積算値が前記限界予告値に到達したとき、その到達を表す告知信号を発生するとともに前記バーナの最大燃焼量を減少させ、前記積算値が前記使用限界値に到達した後は前記バーナの着火を禁止する制御手段と、
を備え、前記限界予告値に到達前に前記積算値を初期値に戻したとき、前記使用限界値及び前記限界予告値を更新するとともに、減少させている前記最大燃焼量を初期値に復帰させることを特徴とする燃焼装置。 - 前記積算値の初期値は、零値又は更新毎に段階的に増加した一定値であることを特徴とする請求項1記載の燃焼装置。
- 前記使用限界値及び前記限界予告値は、更新に無関係に一定値が設定され、又は更新毎に従前の値より小さい値に変更されることを特徴とする請求項1記載の燃焼装置。
- 前記制御手段は、前記告知信号に基づき、前記積算値が前記限界予告値に到達したとき、前記バーナへの燃料の供給を減少させ、前記積算値が前記使用限界値に到達したとき、前記バーナへの燃料の供給を禁止することを特徴とする請求項1記載の燃焼装置。
- 前記告知信号を受け、前記積算値が前記限界予告値に到達したことを視覚的又は聴覚的に表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の燃焼装置。
- 前記積算値は、部品の交換に基づき前記初期値に戻されることを特徴とする請求項1記載の燃焼装置。
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