JP4082829B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、給湯装置や暖房装置等に利用される燃焼装置に関し、詳しくは、燃焼用のバーナと、燃焼用空気を通風する通風手段と、前記バーナの燃焼、及び、前記通風手段の通風作動を制御する制御手段とが備えられた燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記構成の燃焼装置において、従来では、前記制御手段は、前記バーナを燃焼するときは、適正な燃焼状態を維持するように、燃焼用空気を通風する通風作動を実行するように通風手段の動作を制御する構成となっていた。そして、前記制御手段は、前記バーナの燃焼を停止するときには、そのバーナの燃焼を停止させた後にも、通風手段による通風作動を継続して実行させるとともに、バーナの燃焼を停止してから設定時間が経過すると通風手段の通風作動を停止させるように、通風手段の動作を制御する構成となっていた。このような通風手段の作動を継続させる運転動作は、バーナの燃焼を停止したときに未燃成分等を装置外に排出する等の目的で行われるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来構成においては、次のような不利な面があり、改善すべき余地があった。
つまり、上記構成において、バーナが燃焼しているときには、燃焼に伴って発生する熱によってバーナの温度が高温（例えば、７００〜８００°Ｃ程度）になっているが、バーナの燃焼が停止すると、このような燃焼に伴う熱の発生が無くなるので、その後、バーナの温度は低下していくことになる。このとき、上記従来構成のように、通風手段による通風作動が継続して実行されることによって、上記したように高温になっているバーナに対して、このバーナの温度に比べて低い温度である空気が通風されることによってバーナが急激に冷却されることになる。
【０００４】
ところで、上記したようなバーナは、燃焼に伴って発生する高温度に耐える材質で構成する必要があり、このような材質としては、例えば、耐熱性合金材等の金属材やセラミック材等が代表的なものである。このような材質で構成されるバーナに対して、上記したように高温になっている状態から低温の空気が通風されることによって冷却されるような急激な温度変化が繰り返し発生すると、急激な温度変化に起因して内部応力がかかり歪みが生じることがある。その結果、例えば、表面に亀裂が発生する等の損傷が早期に生じてしまうおそれがあった。
【０００５】
本発明はかかる点に着目してなされたものであり、その目的は、バーナに上記したような損傷が早期に生じるおそれを抑制することが可能となる燃焼装置を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の特徴構成によれば、燃焼用のバーナと、燃焼用空気を通風する通風手段と、前記バーナの燃焼、及び、前記通風手段の通風作動を制御する制御手段とが備えられた燃焼装置において、前記制御手段は、前記バーナを燃焼するときは燃焼用空気を通風する通風作動を実行し、且つ、前記バーナの燃焼を停止するときには、その燃焼停止と同時に前記通風作動を停止する同時停止処理を実行すべく、前記通風手段の動作を制御するように構成されている。
【０００７】
つまり、バーナを燃焼するときは、燃焼用空気を通風する通風作動を実行するように通風手段の動作を制御することにより、バーナに対して燃焼用空気が通風されることで適正な燃焼状態を維持できることになる。
そして、バーナの燃焼を停止するときには、その燃焼停止と同時に通風手段による通風作動を停止するのである。バーナが燃焼しているときには、燃焼に伴って発生する熱によってバーナは高温になっているが、バーナの燃焼が停止して燃焼に伴う熱の発生が無くなると、その後、バーナの温度は低下していくことになる。このとき、バーナの燃焼停止と同時に通風作動を停止するようにしたから、バーナの温度に比べて低い温度である空気が通風されることによってバーナが急激に冷却されることが回避されることになる。
【０００８】
その結果、高温のバーナに対して空気が通風されることによりバーナが急激に冷却されるといった不都合がなく、急激な温度変化に起因して内部応力により歪みが発生して亀裂が発生する等、バーナが早期に損傷を受けるおそれを極力、少なくさせることができるものとなった。
【０００９】
尚、上記同時停止処理における「同時」とは、バーナの燃焼停止と全く同じタイミングであることに限らず、多少、時間的な融通を持つものであり、例えば、バーナが燃焼停止してから、熱的な影響が少ない数秒間程度の遅れをもって通風作動を停止させるような構成をも含むものである。
【００１０】
また、請求項１に記載の特徴構成によれば、前記バーナの温度を検出する温度検出手段が設けられ、前記制御手段は、前記同時停止処理を実行した後に、前記温度検出手段にて検出される前記バーナの温度が設定温度まで低下すると、前記通風作動を再開させて設定通風時間だけ前記通風作動を実行した後に通風作動を停止させるアフターパージ動作を実行すべく、前記通風手段の動作を制御するように構成されている。
【００１１】
つまり、バーナの燃焼を停止するときには、前記同時停止処理を実行して、バーナの燃焼停止と同時に通風手段による通風作動を停止することになるが、その同時停止処理を実行した後に、温度検出手段にて検出されるバーナの温度が設定温度まで低下すると、通風作動を再開させ、設定通風時間だけ通風作動を実行した後に通風作動を停止させるのである。
燃焼に伴う熱の発生が無くなると、その後、バーナの温度が低下していくことになるが、このときのバーナの温度を温度検出手段にて検出しながら、バーナが設定温度まで低下したことが検出されると、通風作動を再開させることで、例えば、装置内に残存している未燃成分を通風によって装置外に排出させることができる。このようにバーナの温度が設定温度にまで低下した状態では、バーナの燃焼停止直後に通風作動を実行する場合のように急激な温度変化が生じることがなく、早期に損傷が生じるおそれを抑制することが可能となる。
【００１２】
このように、燃焼停止後において、バーナの温度が通風作動によって急激な温度変化を生じないような温度になるまで待ってから通風作動を開始するようにすることで、急激な温度変化に起因してバーナが損傷を受けるおそれを極力、少なくさせるものでありながら、装置内に残存している未燃成分を通風によって装置外に排出させることができる。
【００２１】
請求項２に記載の特徴構成によれば、請求項１において、入水路を通して供給される水を前記バーナの燃焼により加熱して出湯路より出湯する水加熱用の熱交換器が備えられ、前記制御手段は、前記熱交換器への通水が開始されるに伴って前記バーナの燃焼を開始し、前記熱交換器への通水が停止されるに伴って前記バーナの燃焼を停止するように、前記バーナの燃焼を制御するように構成されている。
【００２２】
つまり、入水路を通して供給される水が、バーナの燃焼により水加熱用の熱交換器にて加熱された後に、出湯路より出湯されるのであるが、熱交換器への通水が開始されるに伴ってバーナの燃焼が開始され、熱交換器への通水が停止されるに伴ってバーナの燃焼が停止されることになる。
【００２３】
ところで、このような構成においては、例えば、熱交換器への通水が停止されてバーナの燃焼が停止されて後においても、バーナの加熱によって高温になっている熱交換器の内部に滞留している湯水が、高温の熱交換器にて更に加熱されてそれまでの出湯温度よりも高温になってしまうことがあり、その後、出湯動作が開始されると、このような高温の湯が出湯されてしまうことがある。
そこで、このような構成に請求項１に記載の構成を採用することにより、バーナの燃焼停止後において実行されるアフターパージ動作により、通風手段にて通風される空気によって熱交換器を冷却させることで、その内部に滞留している湯水の温度を極力、低い温度に抑制することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
〔参考実施形態〕
以下、本発明に係る燃焼装置を給湯装置に適用した場合について図面に基づいて説明する。
図１に燃焼装置の一例としての給湯装置を示している。この給湯装置は、水を加熱して給湯する給湯部Ｋ、この給湯部Ｋの動作を制御する制御部Ｈ、制御部Ｈに制御情報を指令するリモコン操作部Ｒとを備えて構成されている。
【００２５】
前記給湯部Ｋは、燃焼室１内にガス燃焼式のバーナ２、このバーナ２により加熱される水加熱用の熱交換器３、バーナ２に点火するイグナイタ４、バーナ２に着火されたか否かを検出するフレームロッド５等が設けられ、バーナ２に対して燃焼用空気を通風するとともに、その通風量を変更調節自在な通風手段としてのファン６が備えられている。尚、ファン６は図示しない電動モータにより駆動される構成であり、その実回転数を検出する回転数センサ１６が設けられている。
【００２６】
前記熱交換器３には、水が供給される入水路７及び図示しない給湯栓に出湯する出湯路８が夫々接続され、入水路７には入水温度を検出する入水温サーミスタ９と、通水量を検出する通水量センサ１５とが設けられ、出湯路８には出湯温度を検出する出湯温サーミスタ１０が設けられている。更に、バーナ２に対する燃料供給路１１には電磁操作式の安全弁１２及びメイン弁１３と、燃料供給量を変更調節自在な燃料供給量調節手段としての電磁操作式のガス比例弁１４とが設けられている。
【００２７】
前記リモコン操作部Ｒは、制御部Ｈに対して通信可能に接続されており、制御部Ｈに給湯運転の開始・停止を指令する運転スイッチ２０、目標給湯温度を設定する温度設定スイッチ２１、給湯温度等を表示する表示部２２、運転状態で点灯し運転停止状態で消灯する運転ランプ２３、バーナ２の燃焼状態中は点灯し、燃焼停止状態で消灯する燃焼ランプ２４等が備えられている。
【００２８】
前記制御部Ｈは、マイクロコンピュータを備えて構成され、前記通水量センサ１５、入水温サーミスタ９、出湯温サーミスタ１０、回転数センサ１６、フレームロッド５等の各検出手段の検出情報、並びに、リモコン操作部Ｒの制御情報が入力され、これらの情報に基づいて、前記安全弁１２、メイン弁１３、ガス比例弁１４、ファン６、イグナイタ４等の動作を制御するように構成されている。
【００２９】
そして、前記制御部Ｈは、熱交換器３への通水が開始されるに伴ってバーナ２の燃焼を開始させ、熱交換器３への通水が停止されるに伴ってバーナ２の燃焼を停止させるように、バーナ２の燃焼状態を制御するように構成されており、しかも、通水が実行されているとき、即ち、バーナ２が燃焼しているときには、燃焼用の燃料供給量を、目標燃焼量に対応する目標燃料供給量にするためにガス比例弁１４を制御するとともに、前記目標燃焼量に対応する目標通風量になるように通風量を変更すべくファン６の動作を制御する燃焼制御を実行するように構成されている。
【００３０】
燃焼制御について、具体的に説明すると、入水温度、出湯温度、通水量、目標給湯温度等に基づいてバーナ２の目標燃焼量を求め、その目標燃焼量にするためのバーナ２への目標燃料供給量（ガス供給量）を求めて、その求めた目標燃料供給量になるようにガス比例弁１４を調節制御するとともに、目標燃焼量に対応した目標通風量にするためのファン６の目標回転数を設定して、ファン６の実回転数が目標回転数になるようにファン６の作動を制御するように構成されている。
【００３１】
更に、前記制御部Ｈは、バーナの燃焼を停止するときには、その燃焼停止と同時に通風作動を停止する同時停止処理を実行すべく、ファン６の動作を制御するように構成されている。
【００３２】
次に、制御部Ｈの具体的な制御動作について制御フローチャートに基づいて説明する。
図２に示すように、運転スイッチ２０がオンしてから、給湯栓が開操作され通水量センサ１５の検出通水量が設定水量を越えて通水が検知されると（ステップ１，２）、ファン６による通風作動（プリパージ運転）を開始する（ステップ３）。回転数センサ１６にて検出される実際のファン回転数Ｎｘが点火用の設定回転数Ｎｓになったことが確認されると、安全弁１２、メイン弁１３を開弁するとともに、ガス比例弁１４を点火用開度に調節してバーナ２に燃料ガスの供給を開始するとともに、イグナイタ４による点火作動を実行する（ステップ４，５）。
フレームロッド５により着火が確認されなければ、安全弁１２、メイン弁１３を閉弁してバーナ２への燃料ガスの供給を停止させ、イグナイタ４による点火作動を停止する（ステップ６，７）。なお、フレームロッド５により着火が確認されない状態がｎ回（例えば２回）以上連続して発生しているときには、ファンの作動を停止して異常処理を実行する（ステップ８，９）。つまり、イグナイタ４の動作不良等の異常状態であるとして異常報知ランプを点灯させて、図示しないメンテナンススイッチが操作されてリセットされるまで制御を停止する。
【００３３】
フレームロッド５により着火が確認されると、イグナイタ４による点火作動を停止する（ステップ１０）。そして、出湯温度が目標給湯温度になるように、燃料供給量及びファン６による通風量を変更調節する燃焼制御を実行する（ステップ１１）。
先ず、目標給湯温度、入水温度、出湯温度の夫々の情報及び通水量情報等から必要となるバーナの目標燃焼量に対応するバーナ２へ供給すべき目標燃料供給量を、予め定められる演算式より求め、求めた目標燃料供給量からそれに対応するガス比例弁１３に供給すべき電流値と、燃料供給量に対応するファン６の目標回転数とを予め設定されている変化特性より求める。そして、出湯温度が目標給湯温度になるように、即ち、燃料供給量が目標燃料供給量になるように、ガス比例弁１４に対する供給電流値を上記電流値に調節するとともに、ファン回転数が前記目標回転数になるように、ファン６を駆動するモータに対する印加電圧を調整してファン６の回転数を変更調節するのである。
【００３４】
このような燃焼制御を実行しているときに、通水量センサ１５の検出値が設定水量を下回るか又は運転スイッチ２０がオフすると（ステップ１２，１３）、開閉弁１２、ガス比例弁１３を閉弁してバーナ２の燃焼を停止する（ステップ１４）とともに、その燃焼停止と同時にファン６の作動を停止する（ステップ１５）。この処理が同時停止処理に対応する。その後、制御動作が終了して、給湯運転の待機状態となる。
【００３５】
尚、制御動作について詳述はしないが、この給湯装置では、例えば、前記熱交換器３の近傍の温度を検知するセンサが通常の使用では生じないような高温になったような場合、あるいは、上記した各センサ類に動作異常が検出されたような場合には、制御部Ｈは、バーナ２の燃焼を緊急停止させて使用上の安全性を確保するようにしている。そして、このように動作異常によってバーナ２の燃焼を停止した場合にも、前記同時停止処理を実行してファン６の動作を停止する構成としている。但し、イグナイタ４による着火ミスにより動作異常が判断された場合、その回数がｎ回目に達していないときは、ファン６の運転（プリパージ運転）を停止することなく、次回の着火動作に備えるようにしている。
【００３６】
〔本発明の実施形態〕
次に本発明の実施形態について説明する。
この実施形態における給湯装置の構成は、図３に示すように、図１に示す参考実施形態の場合と比較して、バーナ２に温度検出手段としての温度センサＳｂが設けられる点と、制御部Ｈによるバーナ２の燃焼停止後における制御内容が異なっている以外は、その他の構成は同じであるから、以下、参考実施形態の構成と異なる部分についてのみ説明する。
【００３７】
前記バーナ２の温度を検出する温度検出手段としての温度センサＳｂが設けられ、この温度センサＳｂの検出情報も制御部Ｈに入力される構成としている。そして、制御部Ｈは、前記同時停止処理を実行した後に、前記温度センサＳｂにて検出されるバーナ２の温度が設定温度まで低下すると、通風作動を再開させて設定通風時間Ｔｕだけ通風作動を実行した後に通風作動を停止させるアフターパージ動作を実行すべく、ファン６の動作を制御するように構成されている。
【００３８】
図４を参照しながら、その制御動作について具体的に説明する。尚、この実施形態においても、通水に伴ってバーナの燃焼を開始するとともに、上記したような燃焼制御を実行する構成は、上記参考実施形態と同様であり、図２に示す制御フローチャートにおけるステップ１からステップ１３までの動作の手順は同じであるから図示は省略し、前記同時停止処理以降の処理について示している。
つまり、バーナ２の燃焼を停止すると同時にファン６の作動を停止（ステップ１４、ステップ１５）した後、前記温度センサＳｂにて検出されるバーナ２の温度ｔｘが設定温度ｔｓにまで低下したことが検出されると、ファン６による通風作動を開始する（ステップ１６，１７）。その後、設定通風時間Ｔｕ（例えば、数分間）だけ設定回転数（例えば、最大回転数）で通風作動を実行した後にその通風作動を停止させる（ステップ１８，１９）。上記設定温度ｔｓとしては、ファン６による通風によって内部応力が生じるような急激な温度変化とならない程度の温度であればよく、例えば、バーナの材質や燃料の種類等によって予め実験等により適切な値を求めて設定するとよい。
【００４６】
〔別実施形態〕
次に、上記実施形態以外の別実施形態を説明する。
【００４８】
（１）上記実施形態では、燃焼装置として給湯装置を例示したが、本発明は給湯装置に限らず、暖房用燃焼装置等、その他の燃焼装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 給湯装置の概略構成図
【図２】 制御動作のフローチャート
【図３】 本発明の実施形態の給湯装置の概略構成図
【図４】 本発明の実施形態の制御動作のフローチャート
【符号の説明】
２ バーナ
３ 熱交換器
６ 通風手段
７ 入水路
８ 出湯路
Ｈ 制御手段
Ｓｂ 温度検出手段

Claims (2)

1. 燃焼用のバーナと、燃焼用空気を通風する通風手段と、前記バーナの燃焼、及び、前記通風手段の通風作動を制御する制御手段とが備えられた燃焼装置であって、
   前記バーナの温度を検出する温度検出手段が設けられ、
   前記制御手段は、
   前記バーナを燃焼するときは燃焼用空気を通風する通風作動を実行し、且つ、前記バーナの燃焼を停止するときには、その燃焼停止と同時に前記通風作動を停止する同時停止処理を実行すべく、前記通風手段の動作を制御するように構成され、
   且つ、前記同時停止処理を実行した後に、前記温度検出手段にて検出される前記バーナの温度が設定温度まで低下すると、前記通風作動を再開させて設定通風時間だけ前記通風作動を実行した後に通風作動を停止させるアフターパージ動作を実行すべく、前記通風手段の動作を制御するように構成されている燃焼装置。
2. 入水路を通して供給される水を前記バーナの燃焼により加熱して出湯路より出湯する水加熱用の熱交換器が備えられ、
   前記制御手段は、
   前記熱交換器への通水が開始されるに伴って前記バーナの燃焼を開始し、前記熱交換器への通水が停止されるに伴って前記バーナの燃焼を停止するように、前記バーナの燃焼を制御するように構成されている請求項１記載の燃焼装置。

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