JP4240489B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯器等の燃焼装置に関するものである。

ガスや石油を燃料とする燃焼装置は、給湯器その他に広く利用されている。近年の燃焼装置の多くは、燃焼に要する空気を供給するための送風機を備えている。また近年では、より無駄のない燃焼を行わしめるために、燃焼装置を構成する各機器にセンサーが取り付けられたものが多い。
センサーには、例えば火炎の発生を検知するセンサーや、火炎の温度を検出するセンサー、燃焼装置によって加熱される水等の温度を検出するセンサー等がある。
さらに燃焼部に適切な量の空気を送風するために、送風機の回転数を検出するセンサーが設けられたものもある（特許文献１）。

送風機の回転数を検出する回転検出センサーには、光学的なものや磁気的なものがある。磁気的な作用によって回転を検出するセンサーにはホール素子を利用したホールＩＣがあり、これを利用した検知構造には、例えば直流モータのロータの近傍にホールＩＣ等を配置したものがある。即ち図３の様に、直流モータのロータ１００には複数個の永久磁石１０１〜１０８が設けられているものがある。この種の直流モータではロータ１００が回転することによってその近傍の磁界が変化する。そこでロータ１００の近傍にホールＩＣ１１０を配置して磁界の変化をホールＩＣ１１０で検知し、送風機の回転数を検知する。

この種の燃焼装置では、燃料への点火に先立ってプレチェック及びプレパージという工程が実行される。
即ち燃焼を要求する信号が入力された時、燃料への点火に先立って機器が正常に機能するか否かを確認する（プレチェック）。例えば、各センサーに通電し、センサーが正常に機能するか否かを確認する。
そして続いてプレパージが行われる。プレパージは、点火に先立って送風機を起動し、燃焼装置内に残留する未燃焼成分を除去する工程である。

特開平９−２６４５３３号公報

燃焼装置は、火炎を発生させるものであるから、当然に安全性が要求されるが、近年は、従来にも増して高い安全性が要求される。そこで本発明者らはプレチェックの際に送風機の回転が停止していることを確認する工程を付加した。即ちプレパージが実行されて送風機が回転されるよりも以前に、送風機が確実に停止していることを確認するチェック項目を加えた。
具体的には、プレチェックの際に制御装置から送風機の停止信号を出力する。そしてこの時の回転検出センサーの信号を確認する。回転検出センサーの信号によって送風機が停止していることが確認されれば、他のプレチェック項目の終了を待ってプレパージ工程に移行する。

ところが、本出願人らが、上記した構成の燃焼装置を試作したところ、送風機が停止していたにも係わらず回転検出センサーから送風機の回転を示す信号が出力される場合があり、本来正常であるにも係わらず異常の判定となり、点火工程に進めないという事態が発生した。
この主たる原因は次の通りであると考えられる。
即ち送風機の回転停止を検出する際における、回転検出センサー（ホールＩＣ）１１０とロータ１００との位置関係は成り行きであり、いろいろな場合があるが、たまたま図３の様に磁石の境界部分に回転検出センサー１１０が位置する状況の場合、回転検出センサー１１０の検知が不安定なものとなる。即ち回転検出センサー１１０は、磁極の変化に応じてＨ信号とＬ信号の出力が変化するが、図３の様に磁石の境界部分に回転検出センサー１１０がある場合は、言わばニュートラルの位置であり、僅かな外乱によって回転検出センサー１１０からの信号が変化する。即ち送風機の回転を示す信号が出力されてしまう。

外乱は、例えば物理的な振動であったり、トランス等からの磁界の漏れであったりと多様であり、特定は困難であるが、ロータ１００と回転検出センサー１１０との位置関係が図３の様な状態の時には、送風機が停止しているにも係わらず回転検出センサー１１０から送風機の回転を示す信号が出される場合があることは事実である。

本発明者らが試作した燃焼装置は、磁気的な作用によって送風機の回転数を検知するものであったが、光学的作用を応用して送風機の回転数を検知する構成においても同様の不具合が発生する懸念がある。即ち反射型の光センサーを活用する場合には、反射対象とセンサーとの位置関係によってセンサーの検知が不安定なものとなる場合が考えられる。また透過型の光センサーを活用する場合には、スリット等とセンサーとの位置関係によってセンサーの検知が不安定なものとなる場合が考えられる。

そこで本発明は、上記した問題点に注目し、送風機の停止を確認する際の精度を向上させ、安全性が高く、且つ不要な機器の停止を未然に防止することができる燃焼装置を提供することを課題とする。

そして上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、送風機と、送風機が回転しているか否かを検出可能な回転検出センサーを備え、燃料への点火に先立って回転検出センサーによって送風機の停止確認を行う制御装置を備えた燃焼装置であって、送風機の停止確認の前に送風機を回転させるプレ回転動作を行うことを特徴とする燃焼装置である。

本発明の燃焼装置では、送風機の停止確認の前に送風機を回転させるプレ回転動作を行う。そのため送風機の検出部位とセンサーとの位置関係が変化し、回転検出センサーが安定して回転の有無を検知する位置関係となる。

プレ回転動作は、送風機の停止確認前に、常に行われてもよいし、所定の条件下でのみ実行してもよい。
所定の条件下とは、例えば、制御装置が送風機を停止させる信号を出力していたにも係わらず回転検出センサーから送風機が回転している旨の信号があった場合にプレ回転動作を行わせしめ、回転を検知しなかった場合には、次工程に進ませる構成が考えられる。

また請求項２に記載の発明は、送風機と、送風機が回転しているか否かを検出可能な回転検出センサーを備え、燃料への点火に先立って回転検出センサーによって送風機の停止確認を行う制御装置を備えた燃焼装置であって、送風機の停止確認の際に、制御装置から送風機を停止する信号が出されていたにも係わらず回転検出センサーから送風機が回転している旨の信号があった場合、送風機を回転させるプレ回転動作を行い、その後に再度送風機の停止確認を行うことを特徴とする燃焼装置である。

なお、「制御装置から送風機を停止する信号が出されていた」とは、制御装置が積極的に送風機を停止させる旨の信号を出した場合に限定されず、送風機を回転させる旨の信号を出さない場合の様な、消極的な停止信号を出している場合を含む概念である。
本発明の燃焼装置では、制御装置から送風機を停止する信号が出されていたにも係わらず回転検出センサーから送風機が回転している旨の信号があった場合、送風機を回転させるプレ回転動作を行う。その結果、送風機の検出部位とセンサーとの位置関係が変化し、回転検出センサーが安定して回転の有無を検知する位置関係となる。そして本発明では、その後に再度送風機の停止確認を行うので、回転検出センサーの誤検知が解消される。

また請求項３に記載の発明は、プレ回転動作は微小時間行われ、さらに所定の時間の経過を待った後に送風機の停止確認を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置である。

プレ回転は、送風機の検出部位とセンサーとの位置関係を変化させる為に行われるものであり、送風が必要であるという訳ではない。またプレ回転は、燃料への点火に先立って行われるから、できるだけ短時間の内に終了することが望ましい。
上記した請求項３に記載の発明は、この要求に沿ったものであり、プレ回転動作は微小時間行われ、さらに所定の時間の経過を待った後に送風機の停止確認を行うものである。プレ回転動作の後に、所定時間の経過を待つこととした理由は、送風機の惰性回転の収束を待つためである。

また請求項４に記載の発明は、プレ回転動作と送風機の停止確認とを所定回数実行しても送風機の停止が確認できない場合は、所定の異常処理動作を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置である。

プレ回転動作と送風機の停止確認とを所定回数実行しても送風機の停止が確認できない場合は、何らかの故障が起きていることが予想される。そこで本発明では、プレ回転動作と送風機の停止確認とを所定回数実行しても送風機の停止が確認できない場合は、所定の異常処理動作を行う構成を採用した。

また異常処理動作は、異常である旨の表示をすることを含む構成とすることが望ましい。
本態様は、表示装置に異常である旨を表示することができるので、修理等の処置を行いやすい。

本発明の燃焼装置は、点火前に送風機の停止を確認することができ、安全性が高い。また本発明によると、送風機の停止を確認する際の精度が向上し、不要な機器の停止を未然に防止することができるので使い勝手がよい。

特に請求項３に記載の発明では、プレ回転動作の時間が極めて短いので点火までの待ち時間が短いという効果がある。

また請求項４に記載の発明は、本来の故障に限って所定の異常処理動作を行うので、安全性が高く、且つ使い勝手もよい。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の燃焼装置の概念図である。図２は、本発明の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャートである。

図１に示す燃焼装置１は、バーナ部（燃焼部）２に燃料ガス等を供給して火炎を発生させるものであり、バーナ部２に燃焼に必要な空気を供給する送風機３を備えている。
送風機３は、公知のそれと同様にモータ５によって駆動される。本実施形態で採用する送風機用のモータ５は、ブラシレスモーターであり、ロータ４側に複数の永久磁石６が設けられ、固定側に電磁コイル７が設けられている。
そして本実施形態の燃焼装置１で採用する送風機３は、送風機３自体の回転数を検出する回転数検知センサー（回転検出センサー）１０が設けられている。
回転数検知センサー１０は、具体的にはホールＩＣであり、磁界の変化を検知することによって送風機３の回転数を検出するものである。即ちホールＩＣは、近接する磁石の極がＮ又はＳのいずれかの場合にＨ信号を出力し、他方の極が近接した場合はＬ信号となる。

本実施形態では、モータ５のロータ４に取り付けられた永久磁石６の近傍に回転数検知センサー１０たるホールＩＣが設けられている。
従って送風機３が回転すると回転数検知センサー１０の近傍の磁界が変化し、ホールＩＣからの出力信号が変化する。より具体的には、モータ５のロータ４が回転し、回転数検知センサー１０の近傍に来た永久磁石６の極性が変わると、出力信号が、ＨからＬへ、又はＬからＨへと変化する。
逆に送風機３が停止すると、回転数検知センサー１０の出力信号が、Ｈ又はＬのままで停止し、変化しない。

また本実施形態の燃焼装置１は、制御装置２０を備えている。制御装置２０は、図示しないマイクロコンピュータを内蔵し、燃焼ガスの断続や流量制御、送風機３の回転数制御等を行う。また燃焼装置１は、液晶等からなる表示装置２１にも接続されている。

本実施形態で採用する制御装置２０は、通常の燃焼ガスの流量制御や、送風機３の回転数制御の他に、本実施形態に特有の機能を備えている。以下、本実施形態に特有の機能について、図２を参照しつつ説明する。
本実施形態の燃焼装置では、燃料ガスへの点火に先立って機器のプレチェックとプレパージを行うが、プレチェックの際に送風機３が停止していることを確認する。即ち本実施形態では、送風機３が完全に停止していることを確認した後、プレパージの工程に移行し、所定の回転数で送風機３を回転させ、その後に燃料に点火される。

本実施形態の燃焼装置１についても、所定の燃焼要求を待って一連の工程が開始される。即ち図２のステップ１の様に燃焼要求信号を待つ。燃焼要求信号は、例えば燃焼装置１を給湯装置に応用する場合であれば、カランを開く等の操作によって熱交換器に通水され、当該通水量が一定以上であることが検知された時に出力される。

ステップ１で燃焼要求があったことが確認されると、ステップ２に移行し、プレチェックが開始される。プレチェックは、燃焼に先立って各機器が正常に動作するか否かを確認する工程であり、各センサーへの通電状況を確認する等の方策によって実行される。

そして本実施形態では、通常のプレチェックと平行して送風機３が停止していることを確認する工程が行われる。
即ちプレチェックが開始されると、図示しない火炎検知手段によってバーナ部２に火炎が有るか否かを確認する。火炎があるならば、点火する以前に燃焼が既に行われていることとなり、明らかに異常であるからステップ１５に移行し、所定の異常処理を行う。異常処理は、燃焼装置１を停止して燃料の供給を遮断すると共に、表示装置２１に異常である旨の文字や記号を表示する。また場合によっては音声、ブザー、ランプその他を併用して異常を知らせる。

ステップ３でバーナ部２に火炎が無いことが確認されるとステップ４に移行し、送風機３を停止する信号を出力する。なお送風機３を停止する信号が既に出力されている場合は、ステップ４は省略される。即ち通常の燃焼装置では、燃焼が終了して暫くの間は、送風機３が回転されているが、一定の時間が経過すると送風機３は停止される。そのため制御の工程上、既に送風機３が停止しているはずであるならば、ステップ４で敢えて積極的な停止信号を出力する必要はない。なおこの場合は、消極的な停止信号が出力されていると言える。

ステップ４で送風機３の停止信号を出力した後、ステップ５に移行し、送風機３が停止されたか否かを確認する。より具体的には、回転数検知センサー１０からの出力信号が一定時間内に変化しているか否かを確認する。回転数検知センサー１０からの出力信号が、ＨからＬへ、又はＬからＨへと変化するならば信号の上では送風機３は回転しており、出力信号の変化が無いならば送風機３は停止している。

送風機３が停止しているならば、送風機３やその制御機能は正常であるから、通常の工程に従い、ステップ６でプレパージが行われ、さらにステップ７でイグナイタ等により燃焼ガスに点火される。さらにその後は、通常の燃焼制御が行われるが、詳細は省略する。

一方、ステップ５で送風機３が回転しているという信号を受けたならば、送風機３の停止を再度確認する初期ファンチェックモードに入る。図２のフローチャートでは、ステップ８〜ステップ１３が初期ファンチェックモードである。
初期ファンチェックモードでは、送風機３を微小時間回転し、その後、再度送風機３の停止を確認する。即ち送風機３をプレ回転動作させ、その後、再度送風機３の停止を確認する。
送風機３を微小時間回転させることにより、回転数検知センサー１０とロータ４側に設けられた永久磁石６との位置関係が変わる。そのため図３の様に磁石の境界部分に回転検出センサー１１０が位置していたとしても、ロータ４が回転することによって磁石が回転し、回転数検知センサー１０とロータ４側に設けられた永久磁石６との位置関係が変わって回転検出センサー１１０の検知信号が安定することが期待できる。

そして送風機３をプレ回転動作させ、その後、再度送風機３の停止を再確認した時、もし送風機３の停止が確認されたならば、通常の運転モードに復帰するが、送風機３の停止が確認できなければ、一定回数を限度に送風機３のプレ回転動作と停止確認を繰り返し、その間に送風機３の停止が確認できなければ異常処置を行う。

フローチャートの説明に戻ると、ステップ５で送風機３が回転しているという信号を受けたならば、ステップ８に移行し、前記した初期ファンチェックモードでの繰り返し動作が３回以内であるか否かを確認する。繰り返し動作が３回以内であるならば、ステップ９に移行し、送風機３を微小時間回転（プレ回転）させる。例えば制御装置２０から送風機３を回転させる信号を０．５秒程度出力する。なお送風機３を回転させる時間は、任意であるが、少なくともモータ５への通電によってロータ４が動き得る時間以上であることが必要であり、この条件を満足する限りにおいては、時間は短い方が望ましい。具体的には、０．３秒から０．８秒程度の間であり、１分を越えることは推奨できない。

そしてステップ１０で所定時間（本実施形態では、０．５秒）の経過を待つ。ステップ１０で所定の微小時間が経過したならばステップ１１に移行し、送風機３を停止させる信号を出力する。また或いは、送風機３を回転させる旨の信号を遮断する。
そしてステップ１２に移行し、所定時間の経過を待つ。ステップ１２の時間待ちは、送風機３の惰性による回転が収束することを待つために設けられたものである。即ち送風機３は当然に慣性を持つから、モータ５に対する送電を停止しても惰性で暫くの間、送風機３が回転する。そこで本実施形態では、惰性による回転が停止するのを待つ。この待ち時間は、２秒から５秒程度であり、本実施形態では、３秒の間、惰性による回転が停止するのを待つ。

そして３秒が経過するとステップ１３に移行し、送風機３が停止されたか否かを再度確認する。即ち先のステップ５と同様に、回転数検知センサー１０からの出力信号が一定時間内に変化しているか否かを確認する。出力信号が、ＨからＬへ、又はＬからＨへと変化するならば送風機３は信号上回転しており、出力信号の変化が無いならば送風機３は停止している。

ここで送風機３が停止していたならば、通常の運転モードに復帰する。即ちステップ６に移行してプレパージが行われ、さらにステップ７でイグナイタ等により燃焼ガスに点火され、その後は、通常の燃焼制御が行われる。

ステップ９〜１３の工程を経て送風機３が停止されたか否かを再確認しても、やはり回転数検知センサー１０からの出力信号が一定時間内に変化するならば、ステップ８に戻り、前記したステップ８〜１３の工程を繰り返す。
即ちステップ８に移行して初期ファンチェックモードでの繰り返し動作が３回以内であるか否かを確認し、繰り返し動作が３回以内であるならば、ステップ９，１０に移行して、送風機３を微小時間回転させ、ステップ１１で送風機３を停止し、ステップ１２で惰性回転の収束を待ってステップ１３に移行し、送風機３が停止されたか否かを再度確認する。

そして送風機３が停止していたならば、通常の運転モードに復帰させる。ステップ９〜１３の工程を経て送風機３が停止されたか否かを再確認しても、やはり回転数検知センサー１０からの出力信号が一定時間内に変化するならば、ステップ８に戻って初期ファンチェックモードでの処理を繰り返し、送風機３が停止していたならば、通常の運転モードに復帰させ、やはり回転数検知センサー１０からの出力信号が一定時間内に変化するならば、ステップ８に戻る。

この様に初期ファンチェックモードでの繰り返しを３回行ってもやはり回転数検知センサー１０からの出力信号が一定時間内に変化するならば、ステップ８に戻った際にステップ８がＮＯとなり、ステップ１４に移行して異常処理が行われる。即ち３回に渡って送風機３の停止を確認しても送風機３の回転を示す信号が出力されているので、送風機３やその制御或いは回転数検知センサー１０そのものに異常があることが疑われる。そのためステップ１４に移行して所定の異常処理を行う。異常処理は、燃焼装置１を停止して燃料の供給を遮断すると共に、表示装置２１に異常である旨の文字や記号を表示する。また場合によっては音声、ブザー、ランプその他を併用して異常を知らせる。

以上説明した様に本実施形態の燃焼装置１は、点火前に送風機３の停止を確認することができ、安全性が高い。また本実施形態によると、送風機の停止を確認する際の精度が向上し、不要な機器の停止を未然に防止することができるので使い勝手がよい。

上記した実施形態では、初期ファンチェックモードの際にのみ送風機３を微小時間回転させたが、送風機３の停止を確認する際には、常に事前に送風機３を微小時間回転させてもよい。

また本実施形態では、ホールＩＣを回転検出センサーとして採用したが、他の磁気的検知手段や光学的検知手段などを利用することもできる。

本発明の実施形態の燃焼装置の概念図である。 本発明の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャートである。 回転検出センサーが誤検知する場合におけるロータと回転検出センサーとの位置関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 燃焼装置
２ バーナ部
３ 送風機
４ ロータ
５ モータ
６ 永久磁石
１０ 回転数検知センサー（回転検出センサー）
２０ 制御装置
２１ 表示装置

Claims (4)

1. 送風機と、送風機が回転しているか否かを検出可能な回転検出センサーを備え、燃料への点火に先立って回転検出センサーによって送風機の停止確認を行う制御装置を備えた燃焼装置であって、送風機の停止確認の前に送風機を回転させるプレ回転動作を行うことを特徴とする燃焼装置。
2. 送風機と、送風機が回転しているか否かを検出可能な回転検出センサーを備え、燃料への点火に先立って回転検出センサーによって送風機の停止確認を行う制御装置を備えた燃焼装置であって、送風機の停止確認の際に、制御装置から送風機を停止する信号が出されていたにも係わらず回転検出センサーから送風機が回転している旨の信号があった場合、送風機を回転させるプレ回転動作を行い、その後に再度送風機の停止確認を行うことを特徴とする燃焼装置。
3. プレ回転動作は微小時間行われ、さらに所定の時間の経過を待った後に送風機の停止確認を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置。
4. プレ回転動作と送風機の停止確認とを所定回数実行しても送風機の停止が確認できない場合は、所定の異常処理動作を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置。

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