JP4129248B2 - 複合熱源機 - Google Patents

Description

本発明は、給湯用の熱交換器及びこの熱交換器を加熱するバーナを有する第１燃焼部と、給湯以外の用途(例えば暖房用)の熱交換器及びこの熱交換器を加熱するバーナを有する第２燃焼部とを備える複合熱源機に関する。

この種の複合熱源機では、第１と第２の各燃焼部に各別の燃焼ファンにより燃焼用空気を供給すると共に、両燃焼部からの燃焼排気を合流させる排気集合部を設けて、排気集合部から排気筒を介して両燃焼部からの燃焼排気を屋外に排出するようにしている。また、排気集合部に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(例えば、３００ｐｐｍ)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）。尚、各燃焼部に燃焼ファンにより燃焼用空気を供給して、燃焼排気を排気筒を介して屋外に排出する強制給排気式の熱源機においては、不完全燃焼でＣＯが発生しても安全上特に問題はないが、排気筒が万が一外れていた場合、燃焼排気が屋内に放出される可能性がある。ＣＯセンサの検出ＣＯ濃度に基づく上記制御は、このことを考慮した安全対策である。

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熱源機ではあるが、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あり、燃焼停止にまで至る頻度が低くなる。

従って、複合熱源機においても、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。然し、燃焼用空気を増量しても、燃焼排気中のＣＯ濃度が所定値以上のままである場合は、燃焼停止されることになり、使用者に不便をかける。

尚、複合熱源機では、第１燃焼部と第２燃焼部との一方の燃焼部のみでの燃焼を行う単独燃焼運転時、一方の燃焼部の燃焼排気が他方の燃焼部に逆流することを防止するために、他方の燃焼部に燃焼ファンから適量の空気を供給している。そのため、一方の燃焼部の燃焼排気が他方の燃焼部からの空気により希釈され、排気集合部に配置したＣＯセンサの検出ＣＯ濃度が所定値以上になることは殆どない。また、第１と第２の両燃焼部の同時燃焼時にＣＯ濃度が所定値以上になった場合、排気集合部に配置した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、各燃焼部への燃焼用空気の供給量を増加してもＣＯセンサの検出ＣＯ濃度が所定値以上である場合、両燃焼部の燃焼を共に停止せざるを得ない。
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、第１と第２の両燃焼部の同時燃焼時における燃焼状態の悪化で燃焼停止にまで至ることを可及的に回避できるようにした複合熱源機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、本発明は給湯用の熱交換器及びこの熱交換器を加熱するバーナを有する第１燃焼部と、給湯以外の用途の熱交換器及びこの熱交換器を加熱するバーナを有する第２燃焼部とを備え、第１と第２の各燃焼部に各別の燃焼ファンにより燃焼用空気を供給すると共に、第１と第２の両燃焼部からの燃焼排気を合流させる排気集合部を設けて、排気集合部から排気筒を介して両燃焼部からの燃焼排気を屋外に排出するようにした複合熱源機であって、排気集合部に燃焼排気中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサを配置し、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各燃焼部のバーナの燃焼量に対応する基準空気量から所定割合分だけ増加されるように各燃焼ファンを制御する制御手段を備えるものにおいて、制御手段は、第１と第２の両燃焼部の同時燃焼運転時において、燃焼状態が悪化したと判別されて各燃焼部への燃焼用空気の供給量を増加した後も、燃焼状態が悪化していると判別されたとき、第２燃焼部のバーナの燃焼量を減少させ、且つ、第２燃焼部への燃焼用空気の供給量を減少された燃焼量に対応する基準空気量から上記所定割合分だけ増加した量よりも多くする燃焼ダウン制御を行い、燃焼ダウン制御後も燃焼状態が悪化していると判別されたときに、第１と第２の両燃焼部の燃焼を停止させるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１と第２の両燃焼部の同時燃焼時に燃焼状態が悪化すると、先ず、各燃焼部への燃焼用空気の供給量が増加され、これでも燃焼状態が改善されないときは、第２燃焼部のバーナの燃焼量が減少される。更に、第２燃焼部への燃焼用空気の供給量は減少された燃焼量に対応する基準空気量から上記所定割合分だけ増加した量よりも多くなるため、第２燃焼部からの排気中の空気濃度が高くなり、排気中のＣＯ濃度が空気により希釈されて低くなる。その結果、ＣＯセンサの検出ＣＯ濃度も低くなり、両燃焼部の燃焼が強制停止されて、熱源機が使用不能になる事態に陥ることを可及的に回避できる。

尚、第１燃焼部のバーナの燃焼量を減少させると、給湯用の熱交換器の加熱不足で給湯温度が低下し、使用者に不快感を与えるが、第２燃焼部の熱交換器は給湯用ではないため、そのバーナの燃焼量の減少で使用者が受ける影響は、第１燃焼部のバーナの燃焼量を減少する場合に比し小さい。

また、前記制御手段は、燃焼ダウン制御を行うときに、異常の発生を報知する制御を併せて行うように構成されていることが望ましい。即ち、燃焼ダウン制御が行われるのは、何らかの異常で不完全燃焼を生じたときであり、これを報知することで使用者に修理を促すことができ、修理が行われる前に熱源機が使用不能になり、使用者に多大な不便をかけることを可及的に回避できる。

図１は、給湯暖房用の複合熱源機を示しており、給湯用の第１燃焼部１と、暖房用の第２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の上部に配置した熱交換器１３，２３とで構成されている。第１燃焼部１の熱交換器１３は給湯用であって、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に点火されて、出湯栓から設定温度の湯が出湯される。第２燃焼部２の熱交換器２３は暖房用であって、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、夫々燃焼ファン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、燃焼ファン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の必要燃焼量を演算し、この必要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、この必要燃焼量に対応する量の燃焼用空気が供給されるように燃焼ファン１８，２８の回転数を制御する。尚、第１と第２の両燃焼部１，２の一方の燃焼部のみでの燃焼を行う単独燃焼運転時には、一方の燃焼部の燃焼排気の他方の燃焼部への逆流を防止するのに必要な適量の空気が他方の燃焼部に供給されるように、他方の燃焼部用の燃焼ファンを制御する。

両燃焼部１，２からの燃焼排気は、単一の排気筒４を介して屋外に排出されるようになっている。そして、両燃焼部１，２からの燃焼排気を合流して排気筒４に導く排気集合部４ａを設け、この排気集合部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のステップで各燃焼部１，２における空気増量係数ＫＡを「１」にセットする。空気増量係数ＫＡ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、基準空気量に空気増量係数ＫＡ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燃焼ファン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、第１燃焼部１と第２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が異常である旨をリモコンにより音声及び画像で報知すると共に、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)の間所定値(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ている間計時時間を加算し、検出ＣＯ濃度が所定値を下回っている間計時時間を減算するタイマを設け、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濃度が所定時間の間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濃度が所定時間の間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のステップで空気増量係数ＫＡ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、一時的なＣＯ濃度の上昇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、空気増量係数ＫＡ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、空気増量係数ＫＡを「１」より大きな所定値ＹＫＡ(例えば、「１．０５」)にセットした後、Ｓ４のステップに戻る。

空気増量係数ＫＡが所定値ＹＫＡ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る。例えば、ＹＫＡ＝１．０５であれば、各燃焼部１，２への燃焼用空気の供給量は基準空気量の５％増しになる。このように燃焼用空気の供給量が増加されると、不完全燃焼している燃焼部の燃焼状態が改善され、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が所定値よりも低くなることが多い。

然し、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ないことも間々ある。そして、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が再び所定時間の間所定値以上になると、再度Ｓ８のステップに進むが、既に空気増量係数ＫＡが所定値ＹＫＡにセットされているため、ＫＡ≠１と判別され、今度は、Ｓ１０のステップに進み、第１と第２の両燃焼部１，２の同時燃焼運転中であるか否かを判別し、同時燃焼運転中でなければ、Ｓ１１のステップで第１の異常停止処理を行う。この停止処理では、燃焼中の一方の燃焼部の燃焼を停止すると共に、当該一方の燃焼部で異常が発生した旨をリモコンにより音声及び画像で報知する。

同時燃焼運転中であれば、Ｓ１２のステップでフラグＦが「１」にセットされているか否かを判別する。フラグＦは、Ｓ１のステップにおける初期化により「０」にリセットされ、そのため、最初はＦ≠１と判別されて、Ｓ１３のステップに進み、第２燃焼部２に対する燃焼ダウン処理が行われる。この燃焼ダウン処理では、第２燃焼部２への燃焼用空気の供給量を維持したまま、第２燃焼部２のバーナ２２の燃焼量をその時点での必要燃焼量に所定の減量係数（例えば、「０．５」）を乗算した量に減少させる。尚、第２燃焼部２への燃焼用空気の供給量を維持するというのは、第２燃焼部２のその時点での必要燃焼量に対応する基準空気量に上記空気増量係数ＫＡ（＝ＹＫＡ）を乗算した量の燃焼用空気を第２燃焼部２に供給することを意味する。

また、Ｓ１３のステップでの燃焼ダウン処理に続いて、Ｓ１４のステップでフラグＦを「１」にセットし、更に、Ｓ１５のステップでの異常報知処理を実行した後、Ｓ４のステップに戻る。異常報知処理では、第１と第２の両燃焼部１，２の少なくとも一方で異常が発生した旨をリモコンにより音声及び画像で報知する。その後も、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が低下せず、検出ＣＯ濃度が再び所定時間の間所定値以上になってＳ１２のステップまで進むと、今度は、フラグＦが「１」にセットされているため、Ｓ１６のステップに進んで第２の異常停止処理が行われる。この停止処理では、第１と第２の両燃焼部１，２の燃焼が停止され、熱源機は使用不能になる。

ここで、上記燃焼ダウン処理を実行すると、第２燃焼部２の排気中の空気濃度が増加し、例えば、燃料減量係数が０．５であれば、第２燃焼部２の排気中の空気濃度がそれまでの２倍になり、排気中のＣＯ濃度が空気により希釈されて低くなる。その結果、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が所定値未満になり、Ｓ４〜Ｓ７のステップでの処理が繰り返されて、使用停止処理にまで至らない可能性が高くなる。従って、Ｓ１５のステップでの異常報知処理により異常の発生を知った使用者が修理を要請した後、修理が行われるまでの間に熱源機が使用不能になることを可及的に回避できる。尚、燃焼ダウン処理が第１燃焼部１に対して行われると、第１燃焼部１の熱交換器１３の加熱不足で出湯温度が低下して、使用者に不便をかける。これに対し、本実施形態のように第２燃焼部２に対し燃焼ダウン処理を行うと、暖房温度が低下するが、使用者が受ける影響は出湯温度が低下する場合に比べ小さくなる。

ところで、第１と第２の両燃焼部１，２の一方のみの単独燃焼運転中は、空気増量係数ＫＡがＹＫＡに設定変更された後に、ＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が再び所定時間の間所定値以上になると、燃焼中の一方の燃焼部の燃焼が直ちに停止されるが、これは以下の理由による。即ち、単独燃焼運転中は、排気逆流を防止するために燃焼休止中の他方の燃焼部に供給する空気によりＣＯ濃度が希釈され、それにも拘らずＣＯセンサ５の検出ＣＯ濃度が所定値以上になるのは、燃焼中の一方の燃焼部に重大な異常が発生している蓋然性が高く、これ以上燃焼を継続すべきではないからである。

尚、上記実施形態では、Ｓ１３のステップでの燃焼ダウン処理により、第２燃焼部２のバーナ２２の燃焼量を必要燃焼量に所定の減量係数を乗算した量まで一気に減少させているが、この量まで所定回数(Ｎ回)に分けて段階的に減少させることも可能である。この場合、Ｓ１４のステップで燃焼ダウン処理の実行回数をカウントし、Ｓ１２のステップでこのカウント数の判別処理を行い、カウント数がＮであるときに、Ｓ１６のステップに進んで第２の異常停止処理を実行すれば良い。

また、上記実施形態では、燃焼ダウン処理に際し、第２燃焼部２への燃焼用空気の供給量を第２燃焼部２のその時点での必要燃焼量に対応する基準空気量に空気増量係数ＫＡ（＝ＹＫＡ）を乗算した量に維持しているが、これに限るものではない。例えば、空気増量係数ＫＡとしてＹＫＡより大きな第２の所定値ＹＫＡ´（例えば、「２」）を定めておき、燃焼ダウン処理に際し、第２燃焼部２の減少された燃焼量に対応する基準空気量にＹＫＡ´を乗算した量の燃焼用空気を第２燃焼部に供給するようにしても良い。要は、第２燃焼部２への燃焼用空気の供給量を減少された燃焼量に対応する基準空気量にＹＫＡを乗算した量よりも多くし、第２燃焼部２の燃焼排気中の空気濃度が燃焼ダウン処理前よりも高くなるようにすれば良い。

以上、第２燃焼部を暖房用とする複合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、第２燃焼部を風呂の追焚き用の燃焼部とする複合熱源機、更には、第２燃焼部を暖房兼風呂の追焚き用の燃焼部とす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熱源機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…第１燃焼部、２…第２燃焼部、１２，２２…バーナ、１８，２８…燃焼ファン、３…コントローラ(制御手段)、４…排気筒、４ａ…排気集合部、５…ＣＯセンサ。

Claims (2)

1. 給湯用の熱交換器及びこの熱交換器を加熱するバーナを有する第１燃焼部と、給湯以外の用途の熱交換器及びこの熱交換器を加熱するバーナを有する第２燃焼部とを備え、第１と第２の各燃焼部に各別の燃焼ファンにより燃焼用空気を供給すると共に、第１と第２の両燃焼部からの燃焼排気を合流させる排気集合部を設けて、排気集合部から排気筒を介して両燃焼部からの燃焼排気を屋外に排出するようにした複合熱源機であって、排気集合部に燃焼排気中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサを配置し、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各燃焼部のバーナの燃焼量に対応する基準空気量から所定割合分だけ増加されるように各燃焼ファンを制御する制御手段を備えるものにおいて、
   制御手段は、第１と第２の両燃焼部の同時燃焼運転時において、燃焼状態が悪化したと判別されて各燃焼部への燃焼用空気の供給量を増加した後も、燃焼状態が悪化していると判別されたとき、第２燃焼部のバーナの燃焼量を減少させ、且つ、第２燃焼部への燃焼用空気の供給量を減少された燃焼量に対応する基準空気量から上記所定割合分だけ増加した量よりも多くする燃焼ダウン制御を行い、燃焼ダウン制御後も燃焼状態が悪化していると判別されたときに、第１と第２の両燃焼部の燃焼を停止させるように構成されていることを特徴とする複合熱源機。
2. 前記制御手段は、前記燃焼ダウン制御を行うときに、異常の発生を報知する制御を併せて行うように構成されていることを特徴とする請求項１記載の複合熱源機。

Images