JP4234690B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、バーナに対する給排気を強制的に行なう燃焼ファンを備えた燃焼装置に関し、特に該燃焼ファンの回転数の補正に関する。

従来より、バーナの燃焼量に応じた燃焼用空気がバーナに供給されるように、燃焼ファンの回転数を制御する燃焼装置が知られている。そして、かかる燃焼装置においては、燃焼ファンにより排気が行なわれる排気通路の出口から突風が流入（逆流）すると、バーナに供給される燃焼用空気の流量が減少して、バーナの燃焼状態が悪化するおそれがある。

ここで、排気通路の出口から突風が逆流すると、燃焼ファンの負荷が軽減するため、燃焼ファンを目標回転数で作動させるために必要な駆動電流は減少する。そこで、燃焼ファンを目標回転数で作動させたときの駆動電流を、予め設定した基準電流値と比較し、該駆動電流の該基準電流値からの減少分に応じて、燃焼ファンの回転数を増加させるようにした燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−３００２４６号公報

排気通路の出口から強い突風が流入した場合は、燃焼ファンの回転数を速やかに増加させることにより、バーナへの燃焼用空気の供給量の不足によりバーナの失火が生じることを防止することができる。

しかし、排気通路の出口から微小な風が流入したときにも、強い突風が流入した場合と同様に燃焼ファンの回転数を速やかに増加させると、風の流入量の変化に応じて燃焼ファンの回転数が頻繁に変わる。その結果、燃焼ファンの送風量の変化に伴う騒音が生じるという不都合がある。

また、風の流入量の変化に対する燃焼ファンの回転数制御の追従性の遅れにより、バーナに供給される燃焼用空気の過剰率が変化する。そして、燃焼用空気の過剰率の変化によりバーナの加熱量が変動し、これにより被加熱物（例えば、給湯器においては出湯される湯、温風暖房機においては送出される温風）の温度のハンチング（制御応答結果である被加熱物の温度の振動）が生じて使用者に不快感を与えるという不都合がある。

そこで、本発明は、上記不都合を解消し、燃焼ファンの騒音やバーナによる被加熱物の温度のハンチングが生じることを防止した燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、バーナを収容した燃焼室に連通した給気通路及び排気通路と、前記バーナに燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、該燃焼ファンの負荷を検出するファン負荷検出手段と、前記燃焼ファンの負荷が所定レベルであるときの前記バーナへの燃焼用空気の供給量と前記燃焼ファンの回転数との相間関係に基づいて、前記バーナの目標燃焼量に応じた前記燃焼ファンの目標回転数を決定する目標回転数決定手段と、前記燃焼ファンが前記目標回転数で回転するように前記燃焼ファンの駆動電流を制御するファン制御手段と、前記ファン負荷検出手段により検出される前記燃焼ファンの負荷のレベルと前記所定レベルとの乖離度合いに応じて、前記目標燃焼量が得られるように前記目標回転数を補正する回転数補正手段とを備えた燃焼装置の改良に関する。

そして、前記回転数補正手段は、前記ファン負荷検出手段により検出される前記燃焼ファンの負荷の所定時間あたりの変化度合いが、所定範囲から逸脱したときは、前記目標回転数を第１の変化率で変更して補正し、該変化度合いが該所定範囲内であるときには、前記目標回転数を前記第１の変化率よりも小さい第２の変化率で変更して補正することを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記ファン負荷検出手段により検出される前記燃焼のファンの負荷は、前記給気通路及び前記排気通路の閉塞度合いや、前記給気通路の入口又は前記排気通路の出口から吹き込む突風等により変化する。また、前記回転数補正手段は、前記目標回転数を前記第１の変化率と該第１の変化率よりも小さい第２の変化率で補正する。なお、前記第１の変化率及び前記第２の変化率における「変化率」は、単位時間あたりの前記目標回転数の変化量を意味する。

そして、前記回転数補正手段は、前記ファン負荷検出手段により検出される前記燃焼ファンの負荷の前記所定時間あたりの変化度合いが、前記所定範囲から逸脱したときは、前記目標回転数を変化率が大きい前記第１の変化率で変更して補正する。そのため、前記給気通路の入口又は前記排気通路の出口から吹き込む突風により、前記燃焼ファンの負荷が前記所定範囲を逸脱して急激に変化した場合は、前記回転数補正手段によって、前記目標回転数が前記第１の変化率により速やかに補正される。これにより、前記排気通路の出口から吹き込む突風により、前記バーナへの燃焼用空気の供給が妨げられて前記バーナが失火すること、及び、前記給気通路の入口から吹き込む突風により、前記バーナへの燃焼用空気の供給が過剰となって前記バーナが失火することを防止することができる。

また、前記回転数補正手段は、前記ファン負荷検出手段により検出される前記燃焼ファンの負荷の前記所定時間あたりの変化度合いが、前記所定範囲内であるときには、前記目標回転数を前記第１の変化率よりも小さい前記第２の変化率で変更して補正する。そのため、前記給気通路の入口又は前記排気通路の出口から微小な風が吹き込んだときには、前記回転数補正手段によって、前記目標回転数が前記第２の補正率により緩やかに変更される。これにより、前記給気通路の入口又は前記排気通路の出口から微小な風が吹き込んだときに、それに応じて前記目標回転数が頻繁に切り換わり、前記燃焼ファンの作動音の変化による耳障りな騒音や、前記バーナにより加熱される被加熱物のハンチングによる温度変化により、使用者に不快感を与えることを防止することができる。

本発明の実施の形態について、図１〜図８を参照して説明する。図１は本発明の燃焼装置である給湯装置の全体構成図、図２は図１に示した制御ユニットの制御ブロック図、図３〜図４は制御ユニットによる給湯運転のフローチャート、図５は補正係数を設定するサブルーチンのフローチャート、図６は燃焼ファンの回転数−電流特性を示したグラフ、図７は給気通路及び排気通路の閉塞率とファン電流の関係を示したグラフ、図８は補正係数の変化率の設定を説明したグラフである。

図１を参照して、本発明の燃焼装置である給湯装置Ａは、屋外に設置される給湯器本体Ｋと、台所等に設置され、給湯器本体Ｋと２線式の通信ケーブルＮにより接続されたリモコンＬとを備えている。

そして、給湯器本体Ｋは、熱交水路１、ガスバーナ２を収容した燃焼室３、燃焼用空気を燃焼室３内に導入する燃焼ファン４、及び給湯器本体Ｋの作動を制御する電子ユニットである制御ユニット５を備えている。

熱交水路１は、給水管１１、熱交換器管１２、バイパス管１３、及び出湯管１４により構成されている。給水管１１は、上流側が上水道に接続され、下流側が流量調節弁１５に接続されている。また、給水管１１には、上流側から、水フィルタ兼用水抜栓１１１、水量センサ１１２、給水サーミスタ１１３が配設されている。

熱交換器管１２は、上流側が流量調節弁１５に接続され、下流側が出湯管１４に接続されている。熱交換器１２１は、熱交換器管１２の途中のガスバーナ２の上方の箇所に配設され、内部を流通する水を加熱する。また、熱交換器１２１の外壁には熱交換器１２１の異常加熱を検出する過熱センサ１２２が設けられ、熱交換器１２１の出口付近に熱交換器１２１からの出湯温度を検出する熱交サーミスタ１２３が配設されている。

バイパス管１３は、入口側（上流側）が流量調節弁１５に接続され、出口側（下流側）が出湯管１４に接続されている。出湯管１４には、凍結防止ヒータ１４１、出湯温度を検出する出湯サーミスタ１４２、過圧安全弁兼水抜栓１４３、及び給湯栓１４４が配設されている。

流量調節弁１５は、給水管１１を流通する水の流量、及び熱交換器管１２を流通する水の流量とバイパス管１３を流通する水の流量との比率を調節する。給湯栓１４４は、台所や浴室に配される蛇口から吐出される湯の量を調節する湯栓である。水量センサ１１２は、給水管１１内を流通する水の流量に応じた周波数のパルス信号を出力する羽根車式のセンサである。

ガスバーナ２は、３段階の能力切替えが可能であり、燃焼ファン４により燃焼用空気が供給されると共に、ガス管６により燃料ガスが供給されて強制燃焼する。ガス管６には、元電磁弁６１、ガバナ比例電磁弁６２、及び能力切替電磁弁６３，６４が配設されている。さらに、給湯器本体Ｋには、ガスバーナ２に点火するための点火電極２１、点火電極に高電圧を印加するイグナイタ２２、ガスバーナ２の燃焼炎を検知するフレームロッド２３、過熱防止用の温度ヒューズ２４、及び凍結防止ヒータ１４１を作動させるための低温感知スイッチ２５が備えられている。

能力切替電磁弁６３，６４は、開弁と閉弁の組み合わせ（６３，６４共に開弁、６３のみ開弁、６４のみ開弁）により、ガスバーナ２に対する燃料ガスの供給量を３段階に切替える。ガバナ比例電磁弁６２は、通電量に比例してその開度が可変し、ガス管６を流通する燃料ガスの流量を連続的に可変する。能力切替電磁弁６３，６４とガバナ比例電磁弁６２との組み合わせにより、ガスバーナ２の燃焼量の変更範囲を広く設定して、より高精度の燃焼制御を行うことが可能となる。

また、燃焼室３は、上部にガスバーナ２の燃焼排ガスを捕集して外部に排出する排気ダクト３２を備えており、排気ダクト３２には、必要に応じて図示しない延長ダクトが接続される。リモコンＬは、出湯温度の設定を行う温度設定スイッチ（図示しない）、給湯運転の実行が可能な運転状態と給湯運転の実行が不能な待機状態との切替えを行う運転スイッチ７１、給湯装置Ａの作動状態等を表示する表示器７２、運転モードであるときに点灯する運転ランプ（図示しない）、ガスバーナ２の燃焼中に点灯する燃焼ランプ（図示しない）等を備えている。

次に、図２を参照して、制御ユニット５は、燃焼ファン４の駆動電流（以下、ファン電流という）を検出するファン電流検出手段５１、燃焼ファン４の回転数を検出する回転数検出手段５２、燃焼ファン４の回転数が目標回転数と一致するようにファン電流を制御するファン制御手段５３、ガスバーナ２の点火前にガスバーナ２の給気通路（燃焼ファン４の給気口から燃焼室３に至る通路）と排気通路（燃焼室３から排気ダクト３２の出口に至る通路）の高閉塞（例えば、閉塞率合いが９０％以上の閉塞状態）を監視する高閉塞監視手段５４、給気通路及び排気通路の閉塞率や給気通路又は排気通路への風の吹き込みに起因して変動する燃焼ファン４の負荷に応じて、目標回転数を補正するための補正係数を算出する補正係数算出手段５５（本発明のファン負荷検出手段の機能を含む）、燃焼ファン４の負荷のレベルに応じて燃焼ファン４の目標回転数を補正する回転数補正手段５６、設定温度での給湯を行うために必要となるガスバーナ２の燃焼量を算出する熱量算出手段５７、及び、電磁弁等の作動を制御するアクチュエータ制御手段５８を備えている。

ファン電流検出手段５１は、電流センサ４１の検出信号に基づいてファン電流を検出する。回転数検出手段５２は、燃焼ファン４に設けられた回転数センサ４２（ホール素子等）の検出信号に基づいて燃焼ファン４の回転数を検出する。

ファン制御手段５３は、ガスバーナ２の点火前に実行されるプリパージ時はプリパージ回転数（２７００rpm）で燃焼ファン４を回転させ、点火時は点火回転数（２２５０rpm）で燃焼ファン４を回転させ、給湯運転中は熱量算出手段５７により算出されるガスバーナ２の燃焼量に対応した目標回転数で回転させる。

高閉塞監視手段５４は、プリパージ中にファン電流検出手段５１により検出されるファン電流が、給気通路又は排気通路の閉塞率９０％に相当する閾値以下となったときに、ガスバーナ２の点火を中止する。

補正係数算出手段５５は、目標回転数と、給気通路及び排気通路の閉塞が生じておらず（閉塞率０％）、給気通路及び排気通路に突風が吹き込んでいない状態で、燃焼ファン４を目標回転数で回転させたとき（このときの燃焼ファン４の負荷の大きさが本発明の所定レベルに相当する）のファン電流（以下、基準電流という）との相間関係を示すデータを予め記憶している。

ここで、ファン制御手段５３により燃焼ファン４の回転数を目標回転数に制御したときのファン電流は、燃焼ファン４の負荷が大きいほど大きくなる。そのため、燃焼ファン４の回転数を目標回転数に制御したときのファン電流の大きさにより、燃焼ファン４の負荷を検出することができる。そこで、補正係数算出手段５５は、ファン制御手段５３によって燃焼ファン４の回転数を目標回転数に制御したときのファン電流をファン電流検出手段５１により検出する。そして、基準電流に対する検出電流の乖離度合（本発明における燃焼ファンの負荷のレベルと所定レベルとの乖離度合に相当する）に応じて、目標回転数を補正するための補正係数Ｈを算出する。

図６は、燃焼ファン４の回転数とファン電流との関係を示したグラフであり、横軸が回転数Ｎに設定され、縦軸がファン電流Ｉに設定されている。図中８０は、給気通路及び排気通路の閉塞が生じておらず（閉塞率０％）、給気通路及び排気通路への風の吹き込みもない状態での回転数−ファン電流（基準電流）特性を示す基準値ライン（以下、定常ラインという）である。また、８１は燃焼ファン４の負荷が軽減する方向（給気通路又は排気通路の閉塞率が高くなる方向、及び排気通路の出口側である排気ダクト３２から吹き込む風が増大する方向）の補正値Ｈ＝１．０の回転数−ファン電流特性を示す基準値ラインである。

基準値ライン８１は、目標回転数の補正を行うか否かを判断するための境界ラインであり、回転数補正手段５６は、補正係数Ｈが１．０以上となったときに、目標回転数の補正を行う。また、８２は補正係数Ｈ＝１．１における回転数−ファン電流特性を示し、給湯能力を制限するか否かを決定するための基準値ラインである。また、８３は補正係数Ｈ＝１．２における回転数−ファン電流特性を示し、給湯運転を停止するか否かを決定するための基準値ラインである。８７は補正係数Ｈを算出するために実験により決定した回転数−ファン電流特性を示す補助値ラインである。

一方、８４は燃焼ファン４の負荷が、定常ライン８０から増大する方向（給気通路の入口側である燃焼ファン４の給気口から吹き込む風が増大する方向）の補正係数Ｈ＝１．０の回転数−ファン電流特性を示す基準値ラインである。基準値ライン８４は、燃焼ファン４の負荷が増大したときに目標回転数の補正を行うか否かを判断するための境界ラインであり、回転数補正手段５６は、補正係数Ｈが１．０以下となったときに、目標回転数の補正を行う。また、８５は補正係数Ｈ＝０．９における回転数−ファン電流特性を示し、８６は補正係数Ｈ＝０．８における回転数−ファン電流特性を示している。

また、Ｎ₁はある燃焼量に対応した燃焼ファン４の目標回転数であり、Ｉ_bはＮ₁に応じた補助値ライン８７における電流値、Ｉ₁₀はＮ₁に応じた基準値ライン８１における電流値、Ｉ₁₁は燃焼ファン４の負荷が減少した状態（給気通路又は排気通路の閉塞率が高くなった状態、或いは排気通路の出口側から風が吹き込んでいる状況）で燃焼ファン４の回転数をＮ₁に制御したときのファン電流の検出値、Ｉ₂₀はＮ₁に応じた基準値ライン８４における電流値、Ｉ₂₁は燃焼ファン４の負荷が増大した状態（給気通路の入口側から風が吹き込んでいる状態）で燃焼ファン４の回転数をＮ₁に制御したときのファン電流の検出値である。

また、ａ₁＝Ｉ₁₀−Ｉ_b、ｂ₁＝Ｉ₁₁−Ｉ_b、ａ₂＝Ｉ₂₀−Ｉ_b、ｂ₂＝Ｉ₂₁−Ｉ_bであり、補正係数算出手段５５は、燃焼ファン４の回転数を目標回転数Ｎ₁に制御したときのファン電流の検出値Ｉsが、Ｉ₁₀＜Ｉs＜Ｉ₂₀であるときには目標回転数の補正を行わない。そして、補正係数算出手段５５は、Ｉs≦Ｉ₁₀（燃焼ファン４の負荷が減少）のときは以下の式（１）により補正係数Ｈを算出し、Ｉ₂₀≦Ｉs（燃焼ファン４の負荷が増大）のときには以下の式（２）により補正係数Ｈを算出する。

但し、α、β：０＜α，β≦１の範囲で設定された定数。

図７は補正係数Ｈと給気通路及び排気通路の閉塞率との関係を示したグラフであり、横軸が閉塞率に設定され、縦軸が補正係数Ｈに設定されている。回転数補正手段５６は、燃焼ファン４の負荷が減少して、補正係数算出手段５５により算出される補正係数Ｈが１．０以上となったときに、目標回転数に補正係数Ｈを乗じて目標回転数を補正する。また、補正係数Ｈが１．１以上１．２未満の場合は、目標回転数を補正すると共に、給湯器本体Ａの最大給湯能力を１４号〜１０号（１６号給湯器の場合）に制限し、補正係数Ｈが１．２以上となる状態が所定時間（例えば９０秒）以上継続したときに燃焼運転を中止する。

また、回転数補正手段５６は、燃焼ファン４の負荷が増大して、補正係数算出手段５５により算出される補正係数が１．０以下となったときに、目標回転数に補正係数Ｈを乗じて目標回転数を補正する。

また、回転数補正手段５６は、図８（ａ）、図８（ｂ）に示したように、補正係数Ｈを乗じて目標回転数を補正する際に、補正係数Ｈを２段階の変化率で変更する。図８（ａ）は、補正係数Ｈを１．０から１．２に増加させる例を示しており、縦軸が補正係数Ｈに設定され、横軸が時間ｔに設定されている。

図中ｘ₁は、第２の変化率である０．２／９０秒で補正係数Ｈを変更する場合を示しており、ｔ₁₁で補正係数Ｈの変更が開始され、ｔ₁₁から９０秒が経過したｔ₁₃で補正係数Ｈが１．２に達している。また、図中ｙ₁は、第１の変化率である０．２／４５秒で補正係数を変更する場合を示しており、ｔ₁₁で補正係数Ｈの変更が開始され、ｔ₁₁から４５秒が経過したｔ₁₂で補正係数Ｈが１．２に達している。

また、図８（ｂ）は、補正係数Ｈを１．０から０．８に減少させる例を示しており、縦軸が補正係数Ｈに設定され、横軸が時間ｔに設定されている。図中ｘ₂は、第２の変化率である０．２／９０秒で補正係数Ｈを変更する場合を示しており、ｔ₂₁で補正係数Ｈの変更が開始され、ｔ₂₁から９０秒が経過したｔ₂₃で補正係数Ｈが０．８に達している。また、図中ｙ₂は、第１の変化率である０．２／４５秒で補正係数Ｈを変更する場合を示しており、ｔ₂₁で補正係数Ｈの変更が開始され、ｔ₂₁から４５秒が経過したｔ₂₂で補正係数Ｈが０．８に達している。

このように、回転数補正手段５６による目標回転数の補正は、第１の変化率と第２の変化率という高／低２段階の変化率を用いて２段階の変化率で行なわれる。そして、これにより、給気通路又は排気通路に強い突風が吹き込んで燃焼用空気の供給量が急激に変化したときは、変化率が高い第１の変化率で補正係数Ｈを変更して速やかに燃焼用空気の過不足を補正することで、ガスバーナ２の失火を防止している。

一方、給気通路又は排気通路に微弱な風が吹き込んで燃焼用空気の供給量が緩やかに変化したときには、変化率が低い第２の変化率で補正係数Ｈを変更して緩やかに燃焼用空気の供給量を補正することで、燃焼用空気の供給量の頻繁な変化によりガスバーナ２の燃焼量の変動により、出湯温度のハンチングや燃焼ファン４の騒音が生じることを防止している。

熱量算出手段５７は、給水サーミスタ１１３により検出される給水温度と、水量センサ１１２により検出される給水量とに基づいて、出湯サーミスタ１４２により検出される出湯温度が設定温度となる必要燃焼量を算出する。そして、本実施の形態の給湯装置Ａは、必要燃焼量に対応した燃焼ファン４の目標回転数を決定し、燃焼ファン４の実際の回転数に応じてガバナ比例電磁弁６２の通電量を制御する、いわゆるファン先行型の燃焼制御を行なう。なお、このように、熱量算出手段５７が必要燃焼量に応じた燃焼ファン４の目標回転数を決定する機能が、本発明の目標回転数決定手段に相当する。

そのため、アクチュエータ制御手段５８は、目標回転数が補正されている場合、回転数検出手段５２により検出される回転数を補正係数Ｈで割ることにより、目標回転数の補正分を相殺する。そして、このようにして補正分を相殺した回転数に応じて、ガバナ比例電磁弁６２の通電量を制御する。

次に、制御ユニット５による給湯運転の実行手順について、図３〜図５に示したフローチャートに従って説明する。使用者は、リモコンＬの運転スイッチ７１を操作して給湯器本体Ｋを運転状態とし、給湯栓１４４を開栓して上水道から給水管１１への給水を開始させる。

そして、図３のＳＴＥＰ１で、水量センサ１１２の検出水量Ｗが２．７リットル/分以上となったときに、ＳＴＥＰ２に進む。ＳＴＥＰ２で、制御ユニット５は、フラグＦがセット（Ｆ＝１）されているときはＳＴＥＰ３に進み、フラグＦがリセット（Ｆ＝０）されているときにはＳＴＥＰ３０に分岐する。

ここで、フラグＦは、前回の給湯運転実行時に算出された補正係数Ｈが１．１未満（閉塞率６０％未満に相当する）であったときにリセットされる。また、電源投入後の初回運転時や、前回の給湯運転実行時に算出された補正係数Ｈが１．１以上（閉塞率６０％以上に相当する）であったときにセットされる。電源投入後の初回運転時にフラグＦがセットされるのは、未だ給気通路及び排気通路の閉塞状態が検出されていないため、ガスバーナ２の点火に先立って給気通路及び排気通路の閉塞状態を検出することが望ましいためである。

ＳＴＥＰ３０で、燃焼ファン４の目標回転数が第１所定回転数（プリパージ回転数、２７００rpm）に設定され、ファン制御部５３により燃焼ファン４の回転数が第１所定回転数となるようにファン電流が制御される。この場合は、前回の給湯運転時の補正係数Ｈが１．１未満であるので、点火前の閉塞状態の監視処理を省略し、ガスバーナ２の点火処理を行うＳＴＥＰ６に進む。

一方、フラグＦがセット（Ｆ＝１）されているときは、電源投入直後の初回運転か、或いは、前回の給湯運転時における補正係数Ｈが１．１以上（閉塞率が６０％以上に相当する）であるので、ＳＴＥＰ４で燃焼ファン４の目標回転数が第１所定回転数よりも高い第２所定回転数（プリパージ回転数、３０００rpm）に設定される。そして、次のＳＴＥＰ４で、高閉塞監視手段５４が給気通路及び排気通路の閉塞状態を検出する。具体的には、点火開始前にファン電流検出５１により、０．５秒毎に合計５回検出したファン電流の平均値と、閾値（例えば４００mA、閉塞率９０％に相当する）とを比較する。

そして、ファン電流の平均値≦閾値の場合（閉塞率９０％以上）は、ＳＴＥＰ４０に進み、高閉塞監視手段５４は、燃焼ファン４の作動を停止し、ＳＴＥＰ４１で表示器にエラー表示（“９０”）をして給湯運転を中止する。

また、ファン電流の平均値＞閾値の場合（閉塞率９０％未満）はＳＴＥＰ６に進み、制御ユニット５は、イグナイタ２２を作動させて点火電極２１に火花放電を生じさせた状態で、電磁弁（元電磁弁６１、能力切替電磁弁６３、６４）を開弁し、ガバナ比例電磁弁６２を点火開度に作動させてガスバーナ２の点火処理を行う。

続くＳＴＥＰ７で、制御ユニット５は、フレームロッド２３の検出信号によりガスバーナ２の着火の有無を判断し、着火が検知されたときに図４のＳＴＥＰ８に進んでイグナイタ２２の作動を停止する。そして、制御ユニット５は、次のＳＴＥＰ９で１秒タイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１７のループにより給湯運転を実行する。

制御ユニット５は、ＳＴＥＰ１０でガスバーナ２の燃焼量の比例制御を行う。具体的には、先ず、熱量算出手段５７により、給水サーミスタ１１３の検出温度と水量センサ１１２の検出水量とに基づいて、出湯温度が設定温度となる必要燃焼量を算出する。そして、ファン制御手段５３により、該必要燃焼量に応じた目標回転数で燃焼ファン４が作動するように、燃焼ファン４のファン電流が制御される。

また、アクチュエータ制御手段５８により、回転数検出手段５２により検出される燃焼ファン４の回転数に基づいてガスバーナ２の目標燃焼量が算出される（目標回転数が補正されている場合には、回転数検出手段５２による検出回転数を補正係数Ｈで割った回転数に基づいて、目標燃焼量が算出される）。そして、アクチュエータ制御手段５８により、該目標燃焼量が得られるように、能力切替電磁弁６３，６４の開閉とガバナ比例電磁弁６２の開度が制御される。また、必要に応じて、流量調節弁１５により、給水管１１から熱交換器管１２１及びバイパス管１３への給水流量と、熱交換器管１２１とバイパス管１３の分配比とが調節される。

次のＳＴＥＰ１１、ＳＴＥＰ１２は回転数補正手段５６による処理であり、回転数補正手段５６は、必要燃焼量に応じた目標回転数に補正係数Ｈ₀（次のＳＴＥＰ１２で算出される）を乗じて、目標回転数を補正する。また、ＳＴＥＰ１２で、回転数補正手段５６は、補正係数算出手段５５により算出される補正係数Ｈ（燃焼ファン４の負荷に応じて変動する）に向かって、燃焼ファン４の目標回転数に乗じる補正係数Ｈ₀を第１の変化率又は第２の変化率で増減させて設定する「補正係数Ｈ₀設定」処理を行う。

図５は、「補正係数Ｈ₀設定」処理のサブルーチンのフローチャートであり、回転数補正手段５６は、ＳＴＥＰ１００でファン電流検出手段５１によりファン電流を検出し、メモリ（図示しない）に保持する。そして、続くＳＴＥＰ１０１で１秒タイマがタイムアップしていなければ、ＳＴＥＰ１０８に分岐してサブルーチンを終了する。

そのため、ＳＴＥＰ１０１で１秒タイマがタイムアップするまで、ＳＴＥＰ１００でファン電流の検出とメモリへの保持が繰り返し実行される。そして、ＳＴＥＰ１０１で１秒タイマがタイムアップしたときにＳＴＥＰ１０２に進み、回転数補正手段５６は、１秒間（本発明の所定時間に相当する）に検出したファン電流の平均値Ｉaを算出する。

続くＳＴＥＰ１０３で、Ｉaが図６に示した燃焼ファン４の負荷が減少する方向の補正係数Ｈ＝１．０の基準値ライン８１上のＩ₁₀よりも大きく、燃焼ファン４の負荷が増大する方向の補正係数Ｈ＝１．０の基準値ライン８４上のＩ₂₀よりも小さいとき（Ｉ₁₀＜Ｉa＜Ｉ₂₀）は、ＳＴＥＰ１１０に分岐する。Ｉ₁₀＜Ｉa＜Ｉ₂₀のときは、定常ライン８０に対して燃焼ファン４の負荷変動が小さく、ガスバーナ２の燃焼量に対する影響が小さいため、回転数補正手段５６はＳＴＥＰ１１０で補正係数Ｈ₀を１．０（補正なし）に設定する。そして、ＳＴＥＰ１０７に進んで１秒タイマをスタート（再スタート）し、ＳＴＥＰ１０８に進んでサブルーチンを終了する。

また、ＳＴＥＰ１０３でＩ₁₀＜Ｉa＜Ｉ₂₀でないときにはＳＴＥＰ１０４に進む。ＳＴＥＰ１０４は補正係数算出手段５５による処理であり、補正係数算出手段５５は、上記式（１）又は式（２）により、補正係数Ｈを算出する。そして、次のＳＴＥＰ１０５で、回転数補正手段５６は、前回設定された補正係数Ｈ₀とＳＴＥＰ１０４で算出した補正係数Ｈとの比（Ｈ／Ｈ₀、本発明の燃焼ファンの負荷の所定時間あたりの変化度合いに相当する）が、０．９よりも小さいか否かを判断する。

そして、Ｈ／Ｈ₀が０．９よりも小さい（Ｈ／Ｈ₀＜０．９）であるときはＳＴＥＰ１０６に進む。ここで、Ｈ／Ｈ₀＜０．９であるときは、給気通路の入口側からの突風の吹き込みにより、燃焼ファン４の負荷が急激に増大したと認識できる。そのため、この場合はＳＴＥＰ１０６に進み、回転数補正手段５５は、高変化率である第１の変化率（０．００４４＝２／４５秒）で、補正係数Ｈ₀を減少させる。これにより、給気通路の入口側からの突風の吹き込みにより急激に増加した燃焼用空気の供給量を速やかに減少させて、ガスバーナ２の失火が生じることを防止している。

また、ＳＴＥＰ１０５でＨ／Ｈ₀＜０．９でなかったときはＳＴＥＰ１２０に分岐し、回転数補正手段５６は、Ｈ／Ｈ₀が１．０よりも小さいか否かを判断する。ここで、Ｈ／Ｈ₀が１．０よりも小さいとき（０．９≦Ｈ／Ｈ₀＜１．０、本発明の所定範囲に相当する）は、給気通路の入口側からの微量な風の吹き込みにより燃焼ファン４の負荷が増大したと認識できる。

そのため、この場合はＳＴＥＰ１２１に進み、ＳＴＥＰ１２１で補正係数Ｈ₀変更の終了条件であるＨ₀−Ｈ＜０．００２２が成立したか否かを判断する。そして、終了条件が成立していなければＳＴＥＰ１６０に分岐し、回転数補正手段５６は、低変化率である第２の変化率（０．００２２＝２／９０秒）で、補正係数Ｈ₀を減少させる。これにより、微量な風の吹き込みに対しては、燃焼ファン４の回転数を緩やかに減少させて、頻繁な燃焼ファン４の回転数の変動により、燃焼ファン４の騒音や出湯温度のハンチング（制御応答結果である出湯温度が振動すること）が生じることを防止している。

そして、ＳＴＥＰ１０７に進んで１秒タイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ１０８に進んでサブルーチンを終了する。また、ＳＴＥＰ１２１で補正係数Ｈ₀変更の終了条件が成立したときにも、ＳＴＥＰ１０７に進んで１秒タイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ１０８に進んでサブルーチンを終了する。

また、ＳＴＥＰ１２０でＨ／Ｈ₀が１．０以上であるときはＳＴＥＰ１３０に分岐し、回転数補正手段５６は、Ｈ／Ｈ₀が１．１よりも小さいか否かを判断する。ここで、Ｈ／Ｈ₀が１．１以上であるときは、排気通路の出口側からの突風の吹込みにより、燃焼ファン４の負荷が急激に減少したと認識できる。

そのため、この場合はＳＴＥＰ１４０に分岐し、回転数補正手段５６は、高変化率である第１の変化率（０．００４４＝２／４５秒）で、補正係数Ｈ₀を増加させる。これにより、排気通路の出口側からの突風の吹き込みにより急激に減少した燃焼用空気の供給量を速やかに増加させて、燃焼用空気の不足によりガスバーナ２の失火が生じることを防止している。

また、ＳＴＥＰ１３０でＨ／Ｈ₀が１．１よりも小さいとき（１．０≦Ｈ／Ｈ₀＜１．１、本発明の所定範囲に相当する）は、排気通路の出口側からの微量な風の吹き込みにより燃焼ファン４の負荷が減少したと認識できる。そのため、この場合はＳＴＥＰ１３１に進み、回転数補正手段５６は、ＳＴＥＰ１３１で補正係数Ｈ₀変更の終了条件であるＨ−Ｈ₀＜０．００２２が成立したか否かを判断する。

そして、終了条件が成立していなければＳＴＥＰ１５０に分岐し、回転数補正手段５６は、低変化率である第２の変化率（０．００２２＝２／９０秒）で、補正係数Ｈ₀を増加させる。これにより、微量な風の吹き込みに対しては、燃焼ファン４の目標回転数を緩やかに増加させて、頻繁な燃焼ファン４の回転数の変動により、燃焼ファン４の騒音や出湯温度のハンチングが生じることを防止している。

そして、ＳＴＥＰ１０７に進んで１秒タイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ１０８に進んでサブルーチンを終了する。また、ＳＴＥＰ１３１でＨ−Ｈ₀＜０．００２２の終了条件が成立したときにも、ＳＴＥＰ１０７に進んで１秒タイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ１０８に進んでサブルーチンを終了する。

また、ＳＴＥＰ１３０で、Ｈ／Ｈ₀が１．１以上（１．１≦Ｈ／Ｈ₀）であるときは、排気通路の出口側からの突風の吹き込みにより、燃焼ファン４の負荷が急激に減少したと認識できる。そのため、この場合はＳＴＥＰ１４０に分岐し、回転数補正手段５５は、高変化率である第１の変化率（０．０４４＝２／４５秒）で、補正係数Ｈ₀を増加させる。これにより、排気通路の出口側からの突風の吹き込みにより急激に減少した燃焼用空気の供給量を速やかに増加させて、ガスバーナ２の失火が生じることを防止している。そして、ＳＴＥＰ１０７に進んで１秒タイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ１０８に進んでサブルーチンを終了する。

次に、図４のＳＴＥＰ１３で、制御ユニット５は、図５のＳＴＥＰ１０４で算出された補正係数Ｈが１．１以上（閉塞率６０％以上に相当する）であるか否かを判断する。そして、補正係数Ｈが１．１未満（閉塞率６０％未満に相当する）のときはＳＴＥＰ５０に分岐し、フラグＦをリセットしてＳＴＥＰ１７に進む。

一方、ＳＴＥＰ１３で補正係数Ｈが１．１以上であるときにはＳＴＥＰ１４に進み、制御ユニット５は、フラグＦをセット（Ｆ＝１）してＳＴＥＰ１５に進む。そして、制御ユニット５は、給気通路及び排気通路の閉塞状態に応じて給湯能力（燃焼能力）を制限する。

例えば、給気通路及び排気通路の閉塞が生じていない定常状態での給湯器本体Ｋの最大給湯能力が１６号である場合は、以下のように給湯器本体Ｋの能力を制限する。給気通路又は排気通路の閉塞率が６０％以上６５％未満であるときは、給湯器本体Ｋの最大給湯能力を１４号に制限する。給気通路又は排気通路の閉塞率が６５％以上７０％未満であるときは、給湯器本体Ｋの最大給湯能力を１２号に制限する。給気通路又は排気通路の閉塞率が７０％以上７５％未満であるときは、給湯器本体Ｋの最大給湯能力を１１号に制限する。給気通路又は排気通路の閉塞率が７５％以上８０％未満であるときは、給湯器本体Ｋの最大給湯能力を１０号に制限する。

ＳＴＥＰ１６で、最大給湯能力が１０号未満（補正係数Ｈが１．２以上、閉塞率８０％以上に相当する）でないときは、ＳＴＥＰ１７に進む。そして、制御ユニット５は、ＳＴＥＰ１７で水量センサ１１２に検出水量Ｗが、２．３リットル／分以下（Ｗ≦２．３リットル／分）であるか否かを判断する。

水量センサ１１２の検出水量Ｗが２．３リットル／分以上であるときは、給水管１１から熱交換器管１２及びバイパス管１３への給水が継続されているため、ＳＴＥＰ１７からＳＴＥＰ１０に戻り、制御ユニット５はＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１６のループを実行して給湯運転を継続する。

一方、水量センサ１１２の検出水量Ｗが２．３リットル／分未満であるときには、給水管１１から熱交換器管１２及びバイパス管１３への給水が停止したと判断できる。そのため、ＳＴＥＰ１８に進み、制御ユニット５は、電磁弁（能力切替電磁弁６３，６４、元電磁弁６１）を閉弁し、ガバナ比例電磁弁６２の作動を停止し、燃焼ファン４の作動を停止して、ガスバーナ２の燃焼を停止する。そして、ＳＴＥＰ１９に進んで待機状態となり、再び給湯栓が開栓されて、図３のＳＴＥＰ１で、水量センサ１１２の検出水量Ｗが２．７リットル／分以上となるのを待つ。

また、ＳＴＥＰ１６で、給湯器本体Ｋの最大給湯能力が１０号未満に制限されているときはＳＴＥＰ６０に分岐する。そして、最大給湯能力が１０号に制限された状態が９０秒継続したときはＳＴＥＰ６１に進み、９０秒継続せずに最大給湯能力が１０号以上に回復したときはＳＴＥＰ１７に分岐する。

ＳＴＥＰ６１は上述したＳＴＥＰ１８と同様の処理であり、制御ユニット５はかかる処理によりガスバーナ２の燃焼を停止する。そして、ＳＴＥＰ６２に進み、制御ユニット５は、リモコンＬの表示器７２にエラー表示（“９９”）を行って、給気通路又は排気通路の高閉塞（閉塞率８０％以上）により給湯運転を強制終了したことを使用者に報知する。

なお、本実施の形態では、本発明の燃焼装置としてガスバーナを用いた給湯装置を示したが、燃焼ファンにより、バーナが収容された燃焼室に強制的に燃焼用空気を供給する燃焼装置であれば、温風暖房機等の他の種類の燃焼装置に対しても本発明の適用が可能である。

また、本実施の形態において、回転数補正手段５６は、第１の変化率及び第２の変化率という高／低２段階の変化率で目標回転数の補正を行ったが、目標回転数を補正する際の変化率を３段階以上に設定してもよい。

また、本実施の形態においては、補正係数算出手段５５により補正係数Ｈを算出し、回転数補正手段５６は、燃焼ファン４の目標回転数に該補正係数Ｈに向かって変化させた補正係数Ｈ₀を乗じて目標回転数を補正するようにしたが、例えば、燃焼ファン４の負荷のレベルと燃焼ファン４の目標回転数の補正値との相間関係を記憶したデータマップを予め備え、ファン電流から把握される燃焼ファン４の負荷のレベルを該データマップに適用して、直接的に目標回転数の補正値を求めるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、補正係数Ｈが１．０以上のとき（燃焼ファン４の負荷が増加したとき）と、補正係数Ｈが１．０以下のとき（燃焼ファン４の負荷が減少したとき）とで、補正係数Ｈの変化率（第１の変化率及び第２の変化率）を同一の値に設定したが、補正係数Ｈが１．０以上のときの補正係数Ｈの変化率と補正係数Ｈが１．０以下のときの補正係数Ｈの変化率を別の値に設定してもよい。

本発明の燃焼装置である給湯装置の全体構成図。 図１に示した制御ユニットの制御ブロック図。 制御ユニットによる燃焼制御のフローチャート。 制御ユニットによる燃焼制御のフローチャート。 補正係数を設定するサブルーチンのフローチャート。 燃焼の回転数−電流特性を示したグラフ。 給気通路及び排気通路の閉塞率とファン電流との関係を示したグラフ。 補正係数の変化率の設定を説明したグラフ。

符号の説明

Ａ…給湯装置、Ｋ…給湯器本体、１…熱交水路、２…ガスバーナ、３…燃焼室、４…燃焼ファン、５１…ファン電流検出手段、５２…回転数検出手段、５３…ファン制御手段、５５…補正係数算出手段、５６…回転数補正手段

Claims (1)

1. バーナを収容した燃焼室に連通した給気通路及び排気通路と、前記バーナに燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、該燃焼ファンの負荷を検出するファン負荷検出手段と、前記燃焼ファンの負荷が所定レベルであるときの前記バーナへの燃焼用空気の供給量と前記燃焼ファンの回転数との相間関係に基づいて、前記バーナの目標燃焼量に応じた前記燃焼ファンの目標回転数を決定する目標回転数決定手段と、前記燃焼ファンが前記目標回転数で回転するように前記燃焼ファンの駆動電流を制御するファン制御手段と、前記ファン負荷検出手段により検出される前記燃焼ファンの負荷のレベルと前記所定レベルとの乖離度合いに応じて、前記目標燃焼量が得られるように前記目標回転数を補正する回転数補正手段とを備えた燃焼装置において、
   前記回転数補正手段は、前記ファン負荷検出手段により検出される前記燃焼ファンの負荷の所定時間あたりの変化度合いが、所定範囲から逸脱したときは、前記目標回転数を第１の変化率で変更して補正し、該変化度合いが該所定範囲内であるときには、前記目標回転数を前記第１の変化率よりも小さい第２の変化率で変更して補正することを特徴とする燃焼装置。

Images