JP4231458B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、１又は複数本のバーナユニットで構成される複数のバーナユニット群の燃焼を切り替えて流体を加熱させる給湯器等の燃焼装置に関する。

例えば給湯器では、燃焼室内に設けたバーナの燃焼によって熱交換器を通過する水を加熱し、湯として供給する。このバーナとしては、複数のバーナユニットからなるバーナユニット群を、バーナユニットの本数を変えて複数段用意し、各バーナユニット群ごとに単独で燃焼可能としたものがあり、制御手段となるコントローラが、要求される熱量に応じて各バーナユニット群の燃焼を選択するようになっている。例えば特許文献１においては、このようなバーナを用いたものにおいて、予め設定された点火用の低インプット用のバーナユニット群の点火制御を行った（点火モード）後、設定時間が経過するまでの定常燃焼モードにおいて、指令される目標燃料供給量が、能力小側のバーナユニット群の最大目標燃料供給量と能力大側の最低目標燃料供給量との間の場合には、能力小側のバーナユニット群を選択して切替を実行する発明が記載されている。

特開平６−１１７６２４号公報

このような燃焼装置においては、点火モード（緩点火動作とも言う）終了直後に器具の最大能力を要求された場合には、全段のバーナユニット群を燃焼させることになるが、バーナや燃焼室の温度が低い状態からいきなり最大能力で燃焼を行うと、共鳴による燃焼振動が発生してしまう。

そこで、本発明は、点火直後の燃焼振動を効果的に防止できる燃焼装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、前回の通常燃焼制御の停止から第１所定時間経過している場合、制御手段は、緩点火動作終了後から第２所定時間にわたって、要求される熱量にかかわらず一部のバーナユニット群のみを用い、その一部のバーナユニット群で燃焼可能な最大燃焼量以下の範囲で通常燃焼制御を行うことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前回の燃焼熱量が所定値以下である場合、制御手段は、緩点火動作終了後から所定時間にわたって、要求される熱量にかかわらず一部のバーナユニット群のみを用い、その一部のバーナユニット群で燃焼可能な最大燃焼量以下の範囲で通常燃焼制御を行うことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前回の燃焼時における単位時間当たりのガス消費量が所定値以下である場合、制御手段は、緩点火動作終了後から所定時間にわたって、要求される熱量にかかわらず一部のバーナユニット群のみを用い、その一部のバーナユニット群で燃焼可能な最大燃焼量以下の範囲で通常燃焼制御を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、器具の温度が低い状態からの燃焼による共鳴を抑制でき、燃焼振動の発生を効果的に防止可能となる。
また、一部のバーナユニット群のみの燃焼を、燃焼振動の抑制に必要なタイミングで確実に実行可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は燃焼装置の一例である給湯器の概略図で、給湯器１は、燃焼室２内に収容されて複数のバーナユニット群４，５を備えた熱交換器３に、水道管からの水を供給する給水管６と、加熱後の湯を出湯する出湯管７とが夫々接続されてなり、給水管６と出湯管７との間には、熱交換器３をバイパスするバイパス管８が接続されている。９はバーナユニット群４，５へのガスの供給を行うガス管で、上流側から元電磁弁１０、ガス比例制御弁１１が夫々設けられ、ガス管９から各バーナユニット群４，５へ分岐される分岐管には、切替電磁弁１２，１３が夫々設けられている。また、給水管６の上流には、水量センサ１４が、出湯管７には、サーミスタ１５が設けられている。さらに、出湯管７の下流で器具の外部には、給湯栓１６が備えられている。１７は燃焼室２の下方に設置されてバーナユニット群４，５へ燃焼用空気を供給するファンである。

ここでのバーナユニット群４，５は、上方に炎孔を、下方に、分岐管のガスノズルを臨ませた混合管を夫々形成した偏平なバーナユニットを複数本（バーナユニット群４が６本、バーナユニット群５が１１本）水平方向に並設してなり、制御手段となるコントローラ１８によって夫々単独で燃焼可能となっている。１９はイグナイタ、２０はバーナユニット群４の近傍に設けられた点火電極、２１は炎を検知するフレームロッド、２２はリモコンである。

よって、この給湯器１においては、給湯栓１６の開栓による器具内の通水を水量センサ１４で検知すると、コントローラ１８は、まずファン１７を所定時間回転させて、燃焼室２内に貯留している燃焼ガスを排出させる（プリパージ）。その後、元電磁弁１０、各切替電磁弁１２，１３を開弁させ、ガス比例制御弁１１を所定のインプットとなる所定開度で開弁させて、各バーナユニット群４，５へガスを供給すると共に、イグナイタ１９を動作させて点火電極２０を連続放電させ、各バーナユニット群４，５に点火する（緩点火動作）。

フレームロッド２１によってバーナユニット群４，５の燃焼を確認すると、緩点火動作を終了し、通常燃焼制御（比例制御）を開始する。コントローラ１８は、出湯管７のサーミスタ１５によって出湯温度を監視し、出湯温度がリモコン２２によって指示された設定温度となるように、必要とされるインプット（単位時間当たりの発熱量）を演算し、それに応じて切替電磁弁１２，１３の開閉制御と、ガス比例制御弁１１の開度調整とを行うと共に、ファン１７の回転数制御によってガス量と空気量との関係を一定に保持する。
一方、給湯栓１６を閉じると、水量センサ１４からの検知信号が得られなくなるため、コントローラ１８は、元電磁弁１０及び切替電磁弁１２，１３、ガス比例制御弁１１を夫々閉弁させてバーナユニット群４，５を消火させた後、ファン１７を所定時間回転させるポストパージを行う。

そして、コントローラ１８は、上記緩点火動作の終了後の所定時間は、所定の条件でバーナユニット群４，５の燃焼を制限して、器具の温度が低い状態からの燃焼により発生する振動を抑制するようにしている。以下、この燃焼振動抑制制御を図２のフローチャートに基づいて説明する。

緩点火動作が終了すると、Ｓ１でリモコン２２で燃焼ランプを点灯させると共に、イグナイタ１９をＯＦＦさせて、タイマΔＴ（ここでは２０秒）をスタートさせる。次にＳ２で、前回の燃焼の停止から５分以下か否かを判別する。この間欠時間が５分を越えていれば、器具の温度が低い状態であるとして、Ｓ３で、バーナユニット群５のみを燃焼させて比例制御を行う。Ｓ４でタイマΔＴがタイムアップすると、Ｓ５でバーナユニット群４，５を用いた通常の比例制御を実行する。
図３は、各バーナユニット群４，５によるガスインプットとファン１７の回転数との関係を示すグラフで、Ａがバーナユニット群４のみで制御されるライン、Ｂがバーナユニット群５のみで制御されるライン、Ｃがバーナユニット群４，５で制御されるラインとなる。すなわち、緩点火動作終了後のタイマΔＴ間では、バーナユニット群５のみで比例制御を行うことで、要求されるインプットにかかわらず、最大インプットをラインＢにおけるＭａｘｂ点までに制限したものである。つまり、バーナユニット群５の最大燃焼量以下の範囲で燃焼させることになる。

また、この最大インプットの制限は、間欠時間に限らず、前回の燃焼熱量や平均ガス消費量（インプット）によっても選択される。まず、Ｓ２で間欠時間が５分以下であっても、Ｓ６の判別で、前回燃焼熱量が５００ｋｃａｌ以上でなければ、器具の温度は低い状態であるとして、Ｓ３，４でバーナユニット群５のみが燃焼制御され、前回燃焼熱量が５００ｋｃａｌ以上であっても、Ｓ７の判別で、前回平均インプットが７０００ｋｃａｌ／ｈを下回っていれば（バーナユニット群４のみの燃焼であったことを意味する）、同様にＳ３，４でバーナユニット群５のみが燃焼制御される。つまり、緩点火動作終了後は、間欠時間が５分以下、前回の燃焼熱量が５００ｋｃａｌ以上で、なおかつ前回平均インプットが７０００ｋｃａｌ／ｈ以上の場合のみそのまま通常の比例制御へ移行することになる。

このように、上記形態の給湯器１によれば、コントローラ１８は、緩点火動作終了後の所定時間は、要求されるインプットにかかわらずバーナユニット群５のみを用い、そのバーナユニット群５で燃焼可能な最大燃焼量以下の範囲で比例制御を行うようにしたことで、器具の温度が低い状態からの燃焼による共鳴を抑制でき、燃焼振動の発生を効果的に防止可能となる。
特に、バーナユニット群５のみの燃焼を、前回の燃焼停止から５分経過している場合や、前回の燃焼熱量が５００ｋｃａｌを下回る場合、そして前回平均インプットが７０００ｋｃａｌ／ｈを下回る場合に行うようにしたことで、バーナユニット群５のみによる比例制御を、燃焼振動の抑制に必要なタイミングで確実に実行可能となる。

なお、上記形態では、バーナユニット群を２段設けたものとしているが、３段以上のものであっても差し支えない。勿論各バーナユニット群におけるバーナユニットの本数も適宜設計変更可能である。
また、燃焼振動抑制制御において燃焼させるバーナユニット群の一部も適宜選択でき、バーナユニット群が３段以上の場合は、複数のバーナユニット群を本発明の一部のバーナユニット群として使用することもできる。さらに、一部のバーナユニット群は常に同じバーナユニット群に固定する必要はなく、燃焼させるバーナユニット群を器具使用の度や所定の使用回数ごとに変えても良い。

そして、燃焼振動抑制制御の条件も、上記形態以外に間欠時間や燃焼熱量等は適宜変更でき、何れか一つの条件に限らず、例えば間欠時間と前回の燃焼熱量との複数の条件を満たした場合にのみ燃焼振動抑制制御を行うようにしても良いし、逆にこのような条件をなくして、常に点火直後は燃焼振動抑制制御を行うようにすることも可能である。

給湯器の概略構成図である。 燃焼振動抑制制御のフローチャートである。 ガスインプットとファン回転数との関係を示すグラフである。

符号の説明

１‥給湯器、２‥燃焼室、３‥熱交換器、４，５‥バーナユニット群、６‥給水管、７‥出湯管、９‥ガス管、１１‥ガス比例制御弁、１２，１３‥切替電磁弁、１７‥ファン、１８‥コントローラ。

Claims (3)

1. １又は複数本のバーナユニットで構成される複数のバーナユニット群と、その各々のバーナユニット群の燃焼を個別に制御可能な制御手段とを備え、前記制御手段は、前記バーナユニット群の点火の際には、所定の低インプットで前記バーナユニット群を燃焼させる緩点火動作を行い、その緩点火動作終了後に、要求される熱量に応じて前記バーナユニット群の燃焼を選択する通常燃焼制御を行う燃焼装置であって、
   前回の通常燃焼制御の停止から第１所定時間経過している場合、前記制御手段は、前記緩点火動作終了後から第２所定時間にわたって、要求される熱量にかかわらず一部のバーナユニット群のみを用い、その一部のバーナユニット群で燃焼可能な最大燃焼量以下の範囲で前記通常燃焼制御を行うことを特徴とする燃焼装置。
2. １又は複数本のバーナユニットで構成される複数のバーナユニット群と、その各々のバーナユニット群の燃焼を個別に制御可能な制御手段とを備え、前記制御手段は、前記バーナユニット群の点火の際には、所定の低インプットで前記バーナユニット群を燃焼させる緩点火動作を行い、その緩点火動作終了後に、要求される熱量に応じて前記バーナユニット群の燃焼を選択する通常燃焼制御を行う燃焼装置であって、
   前回の燃焼熱量が所定値以下である場合、前記制御手段は、前記緩点火動作終了後から所定時間にわたって、要求される熱量にかかわらず一部のバーナユニット群のみを用い、その一部のバーナユニット群で燃焼可能な最大燃焼量以下の範囲で前記通常燃焼制御を行うことを特徴とする燃焼装置。
3. １又は複数本のバーナユニットで構成される複数のバーナユニット群と、その各々のバーナユニット群の燃焼を個別に制御可能な制御手段とを備え、前記制御手段は、前記バーナユニット群の点火の際には、所定の低インプットで前記バーナユニット群を燃焼させる緩点火動作を行い、その緩点火動作終了後に、要求される熱量に応じて前記バーナユニット群の燃焼を選択する通常燃焼制御を行う燃焼装置であって、
   前回の燃焼時における単位時間当たりのガス消費量が所定値以下である場合、前記制御手段は、前記緩点火動作終了後から所定時間にわたって、要求される熱量にかかわらず一部のバーナユニット群のみを用い、その一部のバーナユニット群で燃焼可能な最大燃焼量以下の範囲で前記通常燃焼制御を行うことを特徴とする燃焼装置。

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