JP4081030B2 - 複合燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯暖房熱源機のようなバーナを内蔵する燃焼部を少なくとも２個設けた複合燃焼装置に関する。

従来、この種の複合燃焼装置では、各燃焼部に燃焼用空気を供給する各別の送風機を設け、各燃焼部にそのバーナの燃焼量に対応する基準空気量の燃焼用空気を供給するようにしている。また、各燃焼部からの燃焼排気を単一の排気通路に導く燃焼排気の合流部にＣＯセンサを配置し、ＣＯセンサにより検出された燃焼排気中のＣＯ濃度が所定値以上になったときに、燃焼運転中の各燃焼部の燃焼を停止するようにしたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、排気通路からの燃焼排気の排出が屋外の風の影響で妨げられる等の一時的な外乱による不完全燃焼を生じて、ＣＯ濃度が所定値以上になることがあり、この場合に直ちに燃焼を停止したのでは、使用者に不便をかける。

ここで、単一の燃焼部を設けた燃焼装置ではあるが、従来、ＣＯセンサの検出ＣＯ濃度が所定値以上になったときに、燃焼部への燃焼用空気の供給量を増加するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。これによれば、外乱による不完全燃焼を生じた場合、燃焼用空気の増量で燃焼状態が改善される可能性が高く、燃焼停止にまで至る頻度が低くなって、使用者に左程不便をかけずに済む。

従って、複合燃焼器においても、燃焼排気中のＣＯ濃度が所定値以上になったときに、燃焼運転中の燃焼部への燃焼用空気の供給量を増加して、ＣＯ濃度が所定値未満になるように燃焼状態を改善することが望まれる。

ここで、複合燃焼装置では、複数の燃焼部の同時燃焼運転中に、一部の燃焼部のみが不完全燃焼することがある。然し、燃焼排気の合流部に配置したＣＯセンサでは、何れの燃焼部が不完全燃焼しているかを判別できず、複数の燃焼部への燃焼用空気の供給量を全て増加せざるを得ない。この場合、正常燃焼している燃焼部では、空気過多になって炎の吹き飛び等を生じ、燃焼状態が悪化することがある。そのため、空気供給量を増加してもＣＯ濃度は低下せず、遂には、各燃焼部の燃焼が停止されてしまう。尚、燃焼部毎に個別にＣＯセンサを設けることも考えられるが、これではコストが高くなってしまう。
特公平４−３８９７３号公報（第３頁、第２図、第３図） 特開平１１−３３７０６０号公報（００１４、図２）

本発明は、以上の点に鑑み、複数の燃焼部の同時燃焼運転中に一部の燃焼部の不完全燃焼を生じても、この燃焼部の燃焼状態を、正常燃焼状態の燃焼部の燃焼状態を悪化させずに改善できるようにした複合燃焼装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、バーナを内蔵する燃焼部を少なくとも２個設けた複合燃焼装置であって、各燃焼部に燃焼用空気を供給する各別の送風機と、各燃焼部からの燃焼排気を単一の排気通路に導く燃焼排気の合流部に配置した、燃焼排気中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、ＣＯセンサの検出ＣＯ濃度に基づいて燃焼状態が悪化したと判別されたときに、燃焼運転中の各燃焼部への燃焼用空気の供給量が燃焼量に対応する基準空気量よりも増加されるように送風機を制御する制御手段とを備えるものにおいて、基準空気量に対する燃焼用空気の供給量の比率を表す係数を空気増量係数として、正常燃焼状態での燃焼用空気の増量による燃焼状態の悪化を生じないように各燃焼部毎に設定された空気増量係数の設定値を記憶する記憶手段を備え、制御手段は、燃焼状態が悪化したと判別されたときに、燃焼運転中の各燃焼部への燃焼用空気の供給量を、記憶手段に記憶されている当該各燃焼部の空気増量係数の設定値に合わせて増加するように構成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、複数の燃焼部の同時燃焼運転中に一部の燃焼部の不完全燃焼を生じて燃焼状態が悪化したと判別されると、燃焼用空気の供給量が増加されて、不完全燃焼状態の燃焼部の燃焼状態が改善される。この際、正常燃焼状態の燃焼部に供給する燃焼用空気も増加されるが、この増加量は、上記した空気増量係数の設定で、正常燃焼状態での燃焼用空気の増加による燃焼状態の悪化を生じないように制限されており、そのため、正常燃焼状態の燃焼部の燃焼状態が悪化することはない。尚、不完全燃焼を生じたときの燃焼改善のため、空気増量係数の設定値は、正常燃焼状態での燃焼用空気の増加による燃焼状態の悪化を生じない範囲で可及的に大きく設定すること、即ち、この範囲の上限または上限近傍の値に設定することが望ましい。

また、正常燃焼状態での燃焼用空気の増加による燃焼状態の悪化を生じない空気増量係数の上限は全ての燃焼部で同一とは限らないが、本発明では、燃焼部毎に空気増量係数を設定しているため、問題はない。

尚、燃焼状態が悪化したと判別されたときに、空気増量係数をその設定値に向けて段階的に増加するようにしても良い。

図１は、給湯暖房熱源機を示しており、給湯用燃焼部１と、暖房用燃焼部２とを備える。各燃焼部１，２は、燃焼筐１１，２１と、燃焼筐１１，２１の下部に収納したバーナ１２，２２と、燃焼筐１１，２１の上部に収納した熱交換器１３，２３とで構成されている。給湯用燃焼部１の熱交換器１３には、上流側の給水管１４と、下流側の出湯管１５とが接続されており、出湯管１５の下流端の出湯栓（図示せず）を開いて熱交換器１３に通水したとき、バーナ１２に着火されて、出湯栓から設定温度の湯が出湯される。暖房用燃焼部２の熱交換器２３は、往き管２４と戻り管２５とを介して床暖房等の暖房回路（図示せず）に接続されており、暖房回路に熱交換器２３を介して湯水を循環させて、暖房を行う。

各燃焼部１，２のバーナ１２，２２には、夫々、電磁開閉弁１６，２６と電磁比例弁１７，２７とを介してガスが供給され、電磁開閉弁１６，２６によりバーナ１２，２２の燃焼開始とその停止とが行われ、電磁比例弁１７，２７によりバーナ１２，２２の燃焼量が調節される。また、各燃焼部１，２の燃焼筐１１，２１には、夫々送風機１８，２８を介して燃焼用空気が供給される。これら電磁開閉弁１６，２６、電磁比例弁１７，２７、送風機１８，２８は制御手段たるコントローラ３により制御される。そして、各燃焼部１，２の燃焼運転時には、給湯負荷や暖房負荷に応じたバーナ１２，２２の燃焼量を演算し、この燃焼量に合わせて電磁比例弁１７，２７の開度を制御すると共に、この燃焼量に対応する量の燃焼用空気が供給されるように送風機１８，２８の回転数を制御する。

両燃焼部１，２からの燃焼排気は単一の排気通路４を介して外部に排出されるようになっている。そして、各燃焼部１，２からの燃焼排気を排気通路４に導く燃焼排気の合流部４ａに、燃焼排気中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ５を配置し、このＣＯセンサ５の検出信号をコントローラ３に入力している。コントローラ３は、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度に基づいて燃焼状態が悪化したと判別したとき、燃焼運転中の各燃焼部１，２への燃焼用空気の供給量を増加して、燃焼状態を改善する燃焼改善制御を実行する。

燃焼改善制御の詳細は図２に示す通りであり、電源投入時にＳ１のステップでコントローラ３の初期化を行った後、Ｓ２のステップでＣＯセンサ５に通電して、所定時間（約４０秒）ＣＯセンサ５のセルフクリーニングを行う。次に、Ｓ３のステップで給湯用燃焼部１の空気増量係数Ｋ１と、暖房用燃焼部２の空気増量係数Ｋ２とを共に「１」にセットする。空気増量係数Ｋ１，Ｋ２は、燃焼量に対応する基準空気量に対する燃焼用空気の供給量の比率を表す係数である。コントローラ３は、基準空気量に各空気増量係数Ｋ１，Ｋ２を乗算した量の燃焼用空気が各燃焼部１，２に供給されるように各送風機１８，２８を制御する。尚、基準空気量は、燃焼量に対応する理論空気量または理論空気量に所定の過剰率を乗算した値に設定されている。

次に、Ｓ４のステップにおいて、給湯用燃焼部１と暖房用燃焼部２の少なくとも一方が燃焼運転中であるか否かを判別し、燃焼運転中であれば、Ｓ５のステップでＣＯセンサ５が正常であるか否かをチェックする。そして、ＣＯセンサ５が正常でなければ、Ｓ６のステップでエラー停止処理を実行する。この停止処理では、ＣＯセンサ５が異常である旨を表示すると共に、燃焼運転を停止する。

ＣＯセンサ５が正常であれば、Ｓ７のステップでＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が所定時間(例えば２０秒)連続して所定値(例えば、３００ｐｐｍ)以上になっているか否かを判別する。具体的には、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が所定値以上になったときに計時動作を開始し、検出ＣＯ濃度が所定値を下回ったときに零リセットされるタイマを設け、このタイマの計時時間が所定時間に達したときに、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が所定時間連続して所定値以上になっていると判断する。そして、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が所定時間連続して所定値以上になっている場合は、燃焼状態が悪化したと判断し、Ｓ８のステップで各空気増量係数Ｋ１，Ｋ２が「１」にセットされているか否かを判別する。尚、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が所定値以上になったとき、直ちに燃焼状態が悪化したと判断することも可能であるが、制御の安定性を考慮して、一次的なＣＯ濃度の上では燃焼状態が悪化したと判断しないようにしている。また、Ｓ７のステップからＳ８のステップに進むときは、前記タイマを零リセットする。

ここで、電源投入後、最初にＳ８のステップまで進んだ場合、各空気増量係数Ｋ１，Ｋ２はＳ３のステップで「１」にセットされているため、Ｓ８のステップでの判別結果は「ＹＥＳ」となる。この場合はＳ９のステップに進み、各空気増量係数Ｋ１，Ｋ２を、コントローラ３に設けた記憶手段たるメモリ３ａに記憶されている各設定値ＹＫ１，ＹＫ２にセットした後、Ｓ４のステップに戻る。

各設定値ＹＫ１，ＹＫ２は、正常燃焼状態での燃焼用空気の増量による燃焼状態の悪化を生じない範囲の上限または上限近傍の値に設定されている。ここで、前記範囲の上限は、給湯用燃焼部１と暖房用燃焼部２とで異なること、例えば、給湯用燃焼部１では「１．０５」、暖房用燃焼部２では「１．０４」になることがある。そこで、給湯用燃焼部１における設定値ＹＫ１と、暖房用燃焼部２における設定値ＹＫ２とを個別に設定してメモリ３ａに記憶させている。

上記の如く各空気増量係数Ｋ１，Ｋ２が各設定値ＹＫ１，ＹＫ２にセットされると、各燃焼部１，２への燃焼用空気の供給量が基準空気量よりも増加され、不完全燃焼している燃焼部の燃焼状態が改善される。例えば、ＹＫ１＝１．０５、ＹＫ２＝１．０４であれば、給湯用燃焼部１への燃焼用空気の供給量は基準空気量の５％増しになり、暖房用燃焼部２への燃焼用空気の供給量は基準空気量の４％増しになる。また、両燃焼部１，２の同時燃焼運転時に、両燃焼部１，２の一方、例えば、給湯用燃焼部１のみが不完全燃焼を生じて、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が所定値以上になった場合、正常燃焼している暖房用燃焼部２への空気供給量も増加されるが、この増加量は暖房用燃焼部２の燃焼状態を空気過多で悪化させる程ではないため、暖房用燃焼部２は正常燃焼状態に維持される。その結果、多くの場合は、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が所定値よりも低くなり、再度Ｓ８のステップに進むことが回避される。

一方、燃焼用空気の供給量を上記の如く増加しても、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が所定値より低くならず、再度Ｓ８のステップに進んだときは、既に各空気増量係数Ｋ１，Ｋ２が各設定値ＹＫ１，ＹＫ２にセットされているため、ＹＫ１，ＹＫ２≠１と判別される。この場合は、Ｓ１０のステップに進み、不完全燃焼停止処理を実行する。この停止処理では、不完全燃焼を生じた旨を表示すると共に、燃焼運転を停止する。

尚、上記実施形態では、Ｓ７のステップでの１回目の「ＹＥＳ」の判定でＳ９のステップに進んだときに各空気増量係数Ｋ１，Ｋ２を各設定値ＹＫ１，ＹＫ２にセットしているが、各空気増量係数Ｋ１，Ｋ２を各設定値ＹＫ１，ＹＫ２に向けて段階的に増加させることも可能である。この場合は、Ｓ７のステップで「ＹＥＳ」と判定される度に各空気増量係数Ｋ１，Ｋ２を１段階宛増加させ、各空気増量係数Ｋ１，Ｋ２が各設定値ＹＫ１，ＹＫ２にまで増加されても、Ｓ７のステップで「ＹＥＳ」と判定されたときに、不完全燃焼停止処理を実行する。

以上、給湯暖房熱源機に本発明を適用した実施形態について説明したが、給湯用燃焼部と風呂の追焚き用燃焼部とを備える風呂給湯熱源機、更には、３個以上の燃焼部を備える複合燃焼装置にも同様に本発明を適用できる。

本発明の実施形態の複合燃焼装置の構成を示す説明図。 燃焼改善制御の内容を示すフロー図。

符号の説明

１…給湯用燃焼部、２…暖房用燃焼部、１２，２２…バーナ、１８，２８…送風機、３…コントローラ(制御手段)、３ａ…メモリ(記憶手段)、４…排気通路、４ａ…合流部、５…ＣＯセンサ。

Claims (2)

1. バーナを内蔵する燃焼部を少なくとも２個設けた複合燃焼装置であって、各燃焼部に燃焼用空気を供給する各別の送風機と、各燃焼部からの燃焼排気を単一の排気通路に導く燃焼排気の合流部に配置した、燃焼排気中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、ＣＯセンサの検出ＣＯ濃度に基づいて燃焼状態が悪化したと判別されたときに、燃焼運転中の各燃焼部への燃焼用空気の供給量が燃焼量に対応する基準空気量よりも増加されるように送風機を制御する制御手段とを備えるものにおいて、
   基準空気量に対する燃焼用空気の供給量の比率を表す係数を空気増量係数として、正常燃焼状態での燃焼用空気の増量による燃焼状態の悪化を生じないように燃焼部毎に設定された空気増量係数の設定値を記憶する記憶手段を備え、
   制御手段は、燃焼状態が悪化したと判別されたときに、燃焼運転中の各燃焼部への燃焼用空気の供給量を、記憶手段に記憶されている当該各燃焼部の空気増量係数の設定値に合わせて増加するように構成されていることを特徴とする複合燃焼装置。
2. 前記空気増量係数の設定値は、正常燃焼状態での燃焼用空気の増量による燃焼状態の悪化を生じない範囲の上限または上限近傍の値に設定されることを特徴とする請求項１記載の複合燃焼装置。

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