JP4240773B2

JP4240773B2 - 燃焼制御装置

Info

Publication number: JP4240773B2
Application number: JP2000212810A
Authority: JP
Inventors: 広輝金澤; 譲渡辺
Original assignee: パロマ工業株式会社
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: JP2002022152A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス給湯器，ガス風呂釜等における燃焼制御装置に関し、詳しくはバーナの燃焼状態を監視して、室内の酸欠や熱交換器のフィン詰り等による不完全燃焼を防止する燃焼装置に関する。
【従来の技術】
【０００２】
従来から、バーナへの供給ガス量と燃焼用空気量とを一定の関係に保って比例制御する燃焼装置が知られており、例えば、給湯器では出湯温度に応じてガス量を調節すると共に、ガス量に対応した空気がバーナに供給されるように空気量を制御している。
しかしながら、こうした空燃比制御を行っているにも関わらず、酸素量が不足することでバーナが不完全燃焼を起こし、一酸化炭素が発生することがある。その原因としては、主に以下の３つが挙げられる。
（１）燃焼装置の給排気系の不良（外的要因による）
（２）排ガス漏洩による室内の酸欠状態
（３）経時変化に伴う風量低下
▲１▼ファン８の吸引による給気経路内のほこり付着
▲２▼燃焼生成物による熱交換器１のフィン詰まり
これらはすべて燃焼用空気の不足（酸素量の不足）という一つの要因と考えられる。
【０００３】
不完全燃焼を解消する方法として、酸素量の不足に対してメインバーナよりも先に火炎状態が敏感に変化するセンサーバーナを設け、このセンサーバーナの火炎状態を熱電対の起電力値（ＴＣ出力と呼ぶ）から検知することにより、メインバーナが酸欠やフィン詰まり等により不完全燃焼を起こす前に、燃焼を停止したり、ファンの回転数を増加させて正常時の空気過剰率（理論空気量に対する燃焼用空気量の比）と同等の空気過剰率で燃焼するようにフィードバック制御を行うことが既に知られている。
【０００４】
しかし、燃焼装置が暖まっていない状態での初点火（以下、コールドスタートと呼ぶ）の場合に、燃焼状態の不安定さがあり、また、センサとしての熱電対自体が暖められるまでに時間を要すため、異常燃焼の検知をすぐに開始できない。尚、コールドスタートに対して、暖まっている状態での繰り返しによる再点火をホットスタートと呼ぶ。
【０００５】
コールドスタートの場合には、燃焼室が冷却しており、ガスの燃焼速度が遅いため、火炎はリフティング気味になってセンサーバーナになかなか保炎せず、安定しにくい。また、冷えた燃焼室では、燃焼用空気の流路抵抗も小さくなって燃焼用空気が過剰に供給される結果、火炎温度自体がそもそも低くなっている。
【０００６】
しかも、熱電対は、常温まで冷えていると、それ自体に熱容量があるため、火炎によりあぶられてから温度が上昇するには時間がかかる。従って、コールドスタート時のＴＣ出力の立ち上がりが遅くなる。
特に、センサーバーナはメインバーナよりもインプット（燃焼量）が低いため、なかなか熱電対が暖まらず、ＴＣ出力の立ち上がりが遅い。
【０００７】
例えば、コールドスタートでは、図４に２点鎖線で示されるＴＣ出力ＭＶｃ（Ｌ１制御）のように、熱電対の起電力は緩やかな上昇特性を示し、時間経過に伴って徐々に定常燃焼時の安定起電力になっていく。
ＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２より低下すると異常燃焼していると判定する制御を行うが、燃焼初期はＴＣ出力が不安定なので、安定するまで異常燃焼の判定を行わない。
ここで、点火からＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２を越えるまでの経過時間を点火状態で比較すると、コールドスタートのＣｔ１秒は、図５に示されるホットスタートのＨｔ１秒より圧倒的に長い。異常検知の開始が可能とみなせる程ＴＣ出力が確実に安定するまでには、異常燃焼判定値Ｖ２を越えてから所定時間ｔａ秒かかるため、実際に異常燃焼の判定を開始する時期は、点火からＣＴ１秒（＝Ｃｔ１＋ｔａ），ＨＴ１秒（＝Ｈｔ１＋ｔａ）経過した後である。
【０００８】
ところで、熱電対の起電力が安定するまでの待機時間を無視して、不完全燃焼防止のための起電力検知を早く開始すると、コールドスタートの場合には、正常に燃焼していてもＴＣ出力が十分に立ち上がっておらず、異常時のような低起電力しか出力していないので、異常燃焼していると誤検知しかねない。
【０００９】
そこで、この待機時間短縮のための対策として、特開平８−１４５５２号公報に示される燃焼制御装置では、コールドスタートの場合に適正な燃焼用空気量となるようにファンの回転数を低くして燃焼炎の安定を早めると共に、安定した燃焼炎が熱電対への加熱をスムーズに行っている。この対策方法によれば、図４に示すコールドスタートのＴＣ出力ＭＶｃ（Ｌ０制御）のように、起電力の立ち上げをＣＴ２秒（＝Ｃｔ２＋ｔａ）にまで早めることができる。
つまり、コールドスタートかホットスタートかという、各々の点火状態に応じて適正な空燃比で燃焼開始を行って、熱電対の起電力が検知可能状態となるまでの待機時間を短縮できる。
尚、これらの燃焼制御は、インプットに対応するファン回転数の制御線を用いて図３に示される。図中のＬ１制御は、定常燃焼時に最も良好な燃焼状態に維持される制御線である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、検知開始が可能となるまでの待機時間ＣＴ２，ＨＴ１には、異常燃焼の誤検知を確実に防止するために、余裕時間ｔａを含めて長めに設定されており、実際に起電力が安定した時点よりも遅れて検知を開始していた。
従って、燃焼状態が悪化しても迅速に不完全燃焼防止のための処理を行うことができなかった。
【００１１】
そこで、本発明の燃焼制御装置は上記課題を解決し、燃焼状態の異常が検出できるまでの待機時間を短縮して不完全燃焼を未然に防止する安全な燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の燃焼制御装置は、
燃料ガスを燃焼するバーナと、
上記バーナへの供給ガス量を調節するガス量調節手段と、
上記バーナへ燃焼用空気を供給する空気供給手段と、
上記バーナへ供給する燃焼用空気量を調節する空気量調節手段と、
上記ガス量調節手段によって調節されるガス量と上記空気量調節手段によって調節される空気量とを所定の目標空燃比で制御する燃焼制御手段と、
定常燃焼制御時の目標空燃比よりも上記空気量を減少させる初期燃焼制御を行う初期燃焼制御手段と、
上記バーナの燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、
上記燃焼状態検知手段からの検知信号に基づいて異常燃焼を検知すると不完全燃焼防止処理を行う不完全燃焼防止手段と、
上記燃焼状態検知手段の検知信号に基づいて上記バーナの燃焼安定状態を判定する安定判定手段と、
上記安定判定手段により燃焼が安定したと判定された時に上記初期燃焼制御から定常燃焼制御に移行する切替手段と、
定常燃焼制御に切り替えた後に上記不完全燃焼防止手段を作動状態に置く作動手段と
を備え、
上記燃焼状態検知手段として熱電対を用い、
上記安定判定手段は、上記熱電対の出力値の時間変化率が所定値以下である状態が所定時間以上継続して検知された場合に燃焼が安定したと判定することを要旨とする。
【００１４】
また、本発明の請求項２記載の燃焼装置は、上記請求項１記載の燃焼装置において、
燃焼用空気を強制的に取り込んで燃焼するメインバーナの空気供給路中に、該メインバーナが不完全燃焼を起こす前に異常燃焼するセンサーバーナを設け、上記熱電対で該センサーバーナの燃焼状態を検知することを要旨とする。
【００１８】
また、本発明の請求項３記載の燃焼装置は、上記請求項１または２に記載の燃焼装置において、
上記安定判定手段により燃焼が安定したと判定されなくても点火から所定時間経過した場合には、上記切替手段が作動するように、初期燃焼制御から定常燃焼制御への切替時期に上限時間を設けたことを要旨とする。
【００１９】
また、本発明の請求項４記載の燃焼装置は、上記請求項１〜３の何れかに記載の燃焼装置において、
点火から所定時間以上経過するまでは上記切替手段が作動しないように、初期燃焼制御から定常燃焼制御への切替時期に下限時間を設けたことを要旨とする。
【００２０】
また、本発明の請求項５記載の燃焼装置は、上記請求項３記載の燃焼装置において、
燃焼装置が室温に近い状態での初点火なのか、余熱を残存した状態の再点火なのかを判定する点火状態判定手段と、
再点火の場合、初点火に比べて上記上限時間を短く設定する上限時間設定手段を備えたことを要旨とする。
【００２１】
また、本発明の請求項６記載の燃焼装置は、上記請求項１〜５の何れかに記載の燃焼装置において、
燃焼装置が室温に近い状態での初点火なのか、余熱を残存した状態の再点火なのかを判定する点火状態判定手段を備え、
上記点火状態判定手段による判定結果によって再点火と判定する場合には、点火時から定常燃焼制御を行い、燃焼が安定したと判定された時に、上記不完全燃焼防止手段を作動状態に置くことを要旨とする。
【００２２】
また、本発明の請求項７記載の燃焼装置は、上記請求項１〜６の何れかに記載の燃焼装置において、
上記作動手段は、定常燃焼制御開始から所定時間後に作動することを要旨とする。
【００２３】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の燃焼装置によれば、初期燃焼制御手段が、定常燃焼制御時の目標空燃比よりも空気量を減少させる初期燃焼制御を行い、燃焼状態検知手段がバーナの燃焼状態を検知し、その検知信号に基づいてバーナの燃焼が安定したと安定判定手段が判定した時に、切替手段が初期燃焼制御から定常燃焼制御に移行させ、その後に、作動手段が不完全燃焼防止手段を作動状態に置き、燃焼状態検知手段の検知信号に基づいて異常燃焼を検知すると不完全燃焼防止処理を行う。
このように、燃焼安定の判定による燃焼制御の切替や異常燃焼の検知を同じ燃焼状態検知手段からの検知信号に基づいて行うため、不完全燃焼防止と燃焼制御とが関連付けられて動作する。
このため、余裕時間を含めた点火からの所定時間の経過を安定判定基準とする間接的な判定よりも早く初期燃焼制御から定常燃焼制御に切り替えて、不完全燃焼防止手段を作動状態に置き、早期に不完全燃焼防止処理を行うことができる。
【００２４】
また、熱電対の出力値に基づいて燃焼安定状態や異常燃焼を検知する実測型であるため、適切な時期に定常燃焼制御に切り替え、速やかに異常燃焼の検知を開始でき、正確に異常燃焼を検知することができる。また、安定判定手段は、熱電対の出力値の時間変化率が所定値以下である状態が所定時間以上継続して検知されて初めて燃焼安定と判定するため、出力値が振動した場合のように一時的に出力値の時間変化率が小さくなっても、燃焼が安定したという判定を行わず、燃焼制御を切り替えず、異常検知を開始しない。従って、燃焼状態が異常であると誤検知してしまうことはない。
【００２５】
また、本発明の請求項２記載の燃焼装置によれば、供給酸素量が減少してくると、メインバーナの燃焼状態が悪化する前にセンサーバーナが異常燃焼し始め、熱電対でセンサーバーナの燃焼状態を検知する。
こうしたセンサーバーナは、敏感に燃焼状態が悪化するものの、インプット（ガス供給量）がメインバーナよりも小さいため、センサーバーナに設けられる熱電対の出力値の立ち上がりは、メインバーナに設けられる熱電対の場合よりも遅い。
しかしながら、燃焼安定の判定を時間の経過ではなくセンサーバーナの熱電対の出力値に基づいて行うため、初期燃焼制御から定常燃焼制御への切替に無駄な待ち時間を設ける必要がなくなり、その後に行われる異常燃焼の検知を早期に開始できる。
この結果、出力値の立ち上がりの遅いセンサーバーナでも迅速に不完全燃焼防止処理を行うことができ、メインバーナの不完全燃焼を未然に防止できる。
【００２９】
また、本発明の請求項３記載の燃焼装置によれば、燃焼が安定したと判定されない場合においても、初期燃焼制御に上限時間を設けたため、点火から所定時間経過すれば、必ず定常燃焼制御に切り替わり、その後不完全燃焼防止手段が作動状態になる。つまり、不完全燃焼防止手段の不作動を防止できる。
【００３０】
また、本発明の請求項４記載の燃焼装置によれば、初期燃焼制御から定常燃焼制御の切替時期に下限時間を設けたため、初期燃焼制御を行う時には、熱電対の出力に関わらず、点火から所定時間以上経過するまで定常燃焼制御へ切り替えず、不完全燃焼防止手段を作動させない。従って、初期燃焼時に異常燃焼の誤検知を防止できる。
【００３１】
また、本発明の請求項５記載の燃焼装置によれば、点火状態に応じて初期燃焼制御の上限時間を設定するため、熱電対の出力が早く安定する再点火においては、初点火よりも早い時期に定常燃焼制御に切り替えることができ、不完全燃焼防止手段を速やかに作動させることができる。
【００３２】
また、本発明の請求項６記載の燃焼装置によれば、熱電対の出力が早く安定する再点火においては、点火時から定常燃焼制御を行い、燃焼が安定したと判定された時に不完全燃焼防止手段の検知を開始するため、異常検知の開始が初点火の場合よりも早くなる。このようにして、点火状態に応じて異常検知の開始時期を切り替え、迅速に不完全燃焼防止処理を行うことができる。
【００３３】
また、本発明の請求項７記載の燃焼装置によれば、作動手段が定常燃焼制御開始から所定時間後に不完全燃焼防止手段を作動状態に置くため、初期燃焼制御からの変更直後や点火時の定常燃焼制御の開始直後の燃焼が不安定な時に誤って異常燃焼していると判定しない。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の燃焼制御装置の好適な実施形態について説明する。
【００３５】
《第１実施形態》
図２は、一実施形態としての燃焼制御装置である給湯器の概略図である。
給湯器は、燃料ガスを燃焼するメインバーナ１２と、通水路の水をメインバーナ１２の燃焼により加熱する熱交換器２と、この熱交換器２，メインバーナ１２間で燃焼空間を形成する燃焼室３と、燃焼用空気を底部から燃焼室３へ送り込むファンＦと、排気を導き排出する排気筒１３と、燃焼室３内でメインバーナ１２よりも先に火炎状態が変化して異常燃焼を敏感に検知するセンサーバーナ１４とを備える。
【００３６】
メインバーナ１２，センサーバーナ１４へのガス供給経路には、ガス量を制御するガス比例弁１１と、ガス通路を開閉するガス電磁弁１０とが設けられる。
また、熱交換器１へ通じる通水経路には、入水温度センサ５，水流センサ４等の入水状態の検知部が設けられる。
【００３７】
センサーバーナ１４は、筒体１５内にセラミックプレート１６を設けた全一次空気式バーナで、セラミックプレート１６の火炎の燃焼状態を検出するために、筒体１５の内側面には、燃焼状態によって発生起電力を変化させる熱電対２が設けられ、その検出信号（ＴＣ出力）が燃焼コントローラ６へ送られるように構成される。このセンサーバーナ１４は、酸素の供給が不足すると、メインバーナ１２が不完全燃焼を起こす前に異常燃焼して、図２に破線で示されるように、火炎が筒体１５の上端へリフトし、熱電対２は、これを利用して燃焼状態を検知する。
【００３８】
メインバーナ１２には、点火電極と燃焼炎を検知するフレームロッド（図示略）とが設けられ、前記のセンサ・アクチュエータと共に燃焼コントローラ６へと電気的に接続され、出湯・運転・停止等の所定の制御が行われる。
【００３９】
次に、燃焼制御処理を図１に示したフローチャートに基づき説明する。
給湯カラン（図示略）を開くと給水管より給水され、水流センサ４からの検知信号が燃焼コントローラ６へ送信され、ファン８が回転する。それに伴って、ガス電磁弁１０が開いてメインバーナ１２，センサーバーナ１４に燃料ガスが供給され、図示しないイグナイタの放電によって燃料ガスが着火する。
【００４０】
出湯温度センサ９による検出温度と、燃焼コントローラ６に設定された設定温度との間に差があれば、燃焼コントローラ６からの指令信号によりガス比例弁１１の開度が調節されると共に、ガス量に応じた回転数で作動するようにファン８へも指令信号が送られ、燃焼が開始される（Ｓ１）。
【００４１】
それと同時に、熱電対２のＴＣ出力が点火状態判定値Ｖ１を越えているか否かを判断する（Ｓ２）。ＴＣ出力が点火状態判定値Ｖ１（例えば５ｍＶ）を越えている場合には、暖まっている状態での繰り返しによる再点火（ホットスタート）と判断して、後述のステップ６で用いられる上限時間にＨｔ４秒を選択して（Ｓ３）ステップ４へ進む。
一方、ステップ２でＴＣ出力が点火状態判定値Ｖ１以下の場合には、給湯器が室温程度まで冷えた状態である初点火（コールドスタート）と判断して、後述のステップ１５で用いられる上限時間にＣｔ４秒（＞Ｈｔ４）を選択して（Ｓ１２）ステップ１３へ進む。
【００４２】
ここで、コールドスタートかホットスタートかを判定する理由について説明する。コールドスタートの場合には、メインバーナ１２の燃焼炎の安定を早めると共に、安定した燃焼炎が熱電対２への加熱をスムーズに行い起電力の立ち上げを早めるために、図３，図４に示されるように、適正な燃焼用空気量となるようにファン８の回転数を低くする初期燃焼制御（Ｌ０制御）を行う。
燃焼制御は、Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２は、図３に示されるように、インプット（ガス供給量）に対応するファン回転数の制御線に基づいて行われ、インプットに対して回転数が最も低い制御がＬ０，最も高い制御がＬ２，その中間がＬ１である。
【００４３】
このコールドスタートでは、定常燃焼時と比較して、空気の各通路部およびセンサーバーナ１４の温度が低いため流路抵抗が小さく、また、単位体積当たりの酸素量が増加する。
もし、コールドスタートにも関わらず定常燃焼のファン８の回転制御（Ｌ１制御やＬ２制御）のままで燃焼用空気を供給すると、燃焼用空気量が過剰になってしまい、燃焼炎はリフトを起こして燃焼状態が悪くなる。
従って、コールドスタート時の燃焼状態を良好にするために、供給空気量の少ないＬ０制御を行う。
【００４４】
一方、ホットスタートでは、図５に示されるように、定常燃焼と同じＬ１制御を行う。
つまり、ホットスタートの場合には、流入する燃焼用空気は、燃焼室３によって暖められ膨張し、流路抵抗を増加させて、燃焼用空気の供給量が減少し、しかも、この空気の膨張により単位体積当たりの酸素量も減少する。従って、ホットスタート時や定常燃焼の場合には、温度による燃焼用空気量への影響を考慮してファン８の適正回転数が決められたＬ１制御を行う。
このように、コールドスタート時とホットスタート時とではインプットが同じでも異なる回転数で制御するため、つまり、燃焼制御方法が点火状態によって異なるため、ステップ２において、コールドスタートかホットスタートかを判断するのである。
【００４５】
そこで、ステップ２にてホットスタートと判断した場合には、Ｌ１制御の開始（Ｓ４）と同時にステップ５，６へ進んで、点火から最大Ｈｔ４秒経過するまでの間、ＴＣ出力が安定判定値Ｖ３（例えば１５ｍＶ）を越えた状態が２ｔｂ秒継続したか否かを判断する。尚、ステップ５の条件に所定時間継続を含める理由は後述する。
ＴＣ出力が安定判定値Ｖ３を越えれば、或いは、ＴＣ出力が安定判定値Ｖ３を越えなくても点火からＨｔ４秒経過すれば、ＴＣ出力が不完全燃焼を判定できる程度に安定したとみなし、ＴＣ出力が、異常燃焼を示す異常燃焼判定値Ｖ２（＜Ｖ３）以下であるか否かの検知をすぐに開始する（Ｓ７）。即ち、ＴＣ出力の安定判定直後に異常燃焼検知を開始し、不完全燃焼防止処理が作動できる状態にする。
【００４６】
従って、ステップ５においてＴＣ出力が安定していなくても、少なくとも点火からＨｔ４秒後には異常燃焼検知を開始するため、つまり、異常燃焼の検知開始時期に上限時間を設けたため、メインバーナ１２の不完全燃焼の兆候を見逃すことを防止できる。
【００４７】
ステップ７において、ＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２以下になって、熱電対２の出力が正常でない場合には、不完全燃焼の兆候があると判断して、図３に示すように、ファン８の回転数の制御線をＬ１→Ｌ２へ変更する（Ｓ８）。つまり、不完全燃焼の兆候をＴＣ出力の低下によって察知した場合には、ファン８の回転数の目標制御線を増大側にシフトし、定常燃焼時と比較して燃焼用空気量を増加する制御（Ｌ２制御）をして、燃焼改善運転を行う。
【００４８】
ステップ８において空燃比を制御線Ｌ２に変更してから安定待ち時間ｔｅ秒間が経過すると（Ｓ９）、もう一度熱電対２からの出力信号によりそのＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２を越えるか否かを判断し（Ｓ１０）、ＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２を越える場合には、燃焼が良好な状態に戻ったことになり、Ｌ２制御のまま燃焼は継続される。
しかし、ステップ１０において、ＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２以下である場合には、ファン８を停止させると共にガス電磁弁１０を閉じて燃焼を停止させ（Ｓ１１）、更には、この給湯器に設けられる赤ランプの点灯や警報器７のブザー鳴動等により異常出力を行わせて、燃焼異常が報知される。つまり、燃焼用空気量を増加したにもかかわらず、不完全燃焼の傾向が解消されない場合は燃焼停止を行う。
【００４９】
次に、コールドスタート時の燃焼制御を説明する。
ステップ２でコールドスタートと判断された場合には、ステップ１２を介してステップ１３へ進み、初期燃焼制御（Ｌ０制御）を行う。
【００５０】
そして、点火から最大Ｃｔ４秒経過するまでの間、ＴＣ出力が安定判定値Ｖ３を越えるか否かを判断し（Ｓ１４）、安定判定値Ｖ３を越えた時点でＴＣ出力が安定したと判断し、燃焼室３内が定常温度近くまで上昇したとみなして、ファン８の回転数をＬ０→Ｌ１制御、つまり、定常燃焼時のファン８の回転数に移行し（Ｓ１７）、Ｌ１制御開始から安定待ち時間ｔｂ秒経過したら（Ｓ１８）、Ｓ７へ進んで異常燃焼検知を開始し、不完全燃焼防止処理を行うことができるようにする。
【００５１】
例えば、図４に実線（Ｌ０制御）で示されるように、正常に燃焼している場合には、点火からＣｔ３秒（ＴＣ出力が安定判定値Ｖ３を越えて安定と判定した時点）後に初期燃焼制御（Ｌ０）を定常燃焼制御（Ｌ１）に切り替え、目標空燃比での制御を速やかに開始できる。そして、切替からｔｂ秒（つまり、点火からＣＴ３秒）経過後には、ＴＣ出力が検知可能レベルまで上昇したとして異常検知を開始できる。
このように、異常燃焼検知が可能になる定常燃焼制御へ切り替える時期を決めるための安定判定（Ｓ１４）をＴＣ出力に基づいて行うため、異常燃焼の検知開始までの待機時間ＣＴ３が、時間経過を安定判定基準とする間接的な従来例の所定時間ＣＴ２秒よりも短くなる。従って、異常燃焼の検知を受けて目標空燃比を変更する等して不完全燃焼を早期に解消することができる。
また、点火後のＴＣ出力が必ず異常燃焼判定値Ｖ２を越えた状態（安定判定値Ｖ３）から異常燃焼判定値Ｖ２まで低下した時に、異常燃焼していると判断するため、確実に異常燃焼を判断でき、異常燃焼の誤検知を防止できる。
【００５２】
一方、ステップ１４，１５において、点火から上限時間Ｃｔ４秒以内にＴＣ出力が安定判定値Ｖ３を越えない場合には、ＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２を越えるか否かを判断する（Ｓ１６）。ＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２を越える場合には、Ｌ０制御からＬ１制御へ移行し（Ｓ１７）上述の制御を行い、一方、ＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２を越えない場合には、Ｌ０制御からＬ２制御へ移行し燃焼改善運転を行い（Ｓ１９）、ステップ９を介してステップ１０へ進み、ホットスタート時と同様に異常燃焼検知を行い、異常燃焼が検知されれば、運転を停止して異常表示を行う（Ｓ１１）。
【００５３】
このようにステップ１５において、Ｌ０制御からの切替時期に上限時間Ｃｔ４を設けることによって、ＴＣ出力が低くても必ず異常燃焼の判定を行うので、不完全燃焼に確実に対応できる。
また、ステップ３，１２においては、異常燃焼の検知開始時期の上限時間が点火状態に応じて設定されているため、ＴＣ出力の立ち上がりの早いホットスタートでは、点火からＨｔ４（＜Ｃｔ４）秒後までには異常燃焼の検知を開始して、コールドスタートよりも迅速に不完全燃焼に対応できる。
尚、ステップ２で検出されるＴＣ出力値に応じて数種類の上限時間を設定しておき、ステップ３やステップ１２において上限時間をその中から選択できるようにしてもよい。
【００５４】
次に、熱電対２の出力値が安定判定値Ｖ３を越えた状態が所定時間継続すると（Ｓ５）、ステップ７で異常検知を開始する理由について、ホットスタートにおける点火遅れを例に挙げて、図１，図６を用いて説明する。
メインバーナ１２の燃焼中、給湯カランを閉めて止水すると水流センサ４からの検知信号によりガス電磁弁１０が閉弁して燃焼が停止される。その後、給湯カランを開いて出水させると、正常時は、すぐにメインバーナに点火し、図６に破線で示されるＴＣ出力特性が得られ、燃焼制御開始時のＴＣ出力がＶ１を越え、ホットスタートと判断され（Ｓ２）、上述したような制御により、速やかに異常検知を開始する（Ｓ７）。
【００５５】
しかし、給湯カランが開かれても、例えばイグナイタが本来と異なる場所へ放電してしまうことによって、点火が遅れてしまうと、図６に実線で示されるように、ＴＣ出力は降下し続ける。点火遅れ許容時間（図示略）を越えても点火されない場合には、異常とみなして器具を停止する制御が別に行われる。
一方、点火遅れ許容時間内に点火され、点火時のＴＣ出力が安定判定値Ｖ３を越えていても、その後ＴＣ出力が低下して異常燃焼判定値Ｖ２以下になる場合には、まだＴＣ出力が安定していないので異常燃焼の検知を開始すべきではない。そこで、ステップ５において、ＴＣ出力が安定判定値Ｖ３を越えた状態が２ｔｂ秒継続したか否かを判断することにより、ＴＣ出力が安定したと確実に判定して、その後、異常検知が開始される。
このステップ５の条件を単に、「ＴＣ出力が安定判定値Ｖ３を越えた後に２ｔｂ秒経過」としてしまうと、異常検知開始時のＴＣ出力が安定判定値Ｖ３以下の安定していない場合も含まれてしまい、望ましくない。尚、この安定待ち時間は、ｔｂの２倍の長さにしなくてもよい。
【００５６】
以上説明した第１実施形態によれば、ＴＣ出力がゆっくり安定するコールドスタートであっても、ＴＣ出力に基づいて燃焼の安定を判定するため、初期燃焼制御から定常燃焼制御に速やかに切り替えることができ、異常燃焼の検知開始までの待機時間が短縮できる。
つまり、不完全燃焼の傾向を判定することが点火直後の早い時期から可能となり、点火直後の燃焼状態に対する無監視時間を最小とすることができ、不完全燃焼防止に対する信頼性を増すことができる。
【００５７】
初点火か再点火かの判定や、燃焼安定の判定による燃焼制御の切替、および不完全燃焼防止制御に入ることを全て熱電対２の出力値に基づいて行うため、制御システムが簡素化され、制御の誤作動を抑制でき、しかも新たに各制御のための検出判定装置を設ける必要もなく、製造コストを抑えることができる。
また、コールドスタート時のＬ０制御からの切替時期の上限時間や、ホットスタート時の異常燃焼の検知開始時期の上限時間を設定することにより、確実に不完全燃焼防止処理に入ることができる。
更に、Ｓ９やＳ１８において、異常検知が、Ｌ１制御の開始後すぐに開始されるのではなく、安定待ち時間ｔｂやｔｅ秒経過後に開始されるため、ＴＣ出力の不安定時に異常燃焼であると誤検知することを防止できる。
【００５８】
また、ＴＣ出力が早く安定するホットスタート時においては、Ｌ０制御を行わずにＬ１制御を行って、燃焼が安定したと判定された時に異常燃焼の検知を開始するため、異常検知の開始がコールドスタートの場合よりも早くなる。このように点火状態に応じて異常検知の開始時期を切り替えることで、不完全燃焼に素早く対応することができる。
【００５９】
《第２実施形態》
次に、第２実施形態について図７を用いて説明する。尚、第１実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分に関しては同一符号，同一ステップ番号を付してその説明を省略する。第２実施形態は、コールドスタートのＬ０制御からの切替の判定方法およびホットスタートの異常燃焼検知の開始時期の判定方法が第１実施形態と異なる。
【００６０】
燃焼制御処理を図７に示したフローチャートに基づき説明する。
ステップ２でコールドスタートと判断された場合には、上限時間をＣｔ４として設定し（Ｓ１２）Ｌ０制御を行う（Ｓ１３）と共に、点火から下限時間Ｃｔ５秒経過するまで待つ（Ｓ２０）。
【００６１】
下限時間Ｃｔ５秒経過したら、点火から最大Ｃｔ４秒経過するまでの間にＴＣ出力値の時間変化率の絶対値が所定値Ｂ（ｍＶ／ｓ）以下か否かを判断し（Ｓ２１，Ｓ１５）、所定値Ｂ以下であればＴＣ出力が安定したとみなしてステップ１７へ進み、Ｌ０制御からＬ１制御に移行する（Ｓ１７）。このＬ１制御への切替時期を、点火からＣｔ６秒後として図８に示す。
そして、ステップ１８でＬ１制御開始からｔｂ秒（つまり、点火からＣＴ６秒）経過後（Ｓ６）、ＴＣ出力に基づいて異常燃焼検知を開始する（Ｓ７）。
【００６２】
一方、ステップ２１，１５において、点火から上限時間Ｃｔ４秒以内に時間変化率の絶対値が所定値Ｂ以下にならない場合でも、異常燃焼の検知を開始し、ＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２を越えるか否かを判断する（Ｓ１６）。
ＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２を越える場合には、Ｌ０制御からＬ１制御へ移行し（Ｓ１７）第１実施形態と同様な制御を行い、一方、ＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２を越えない場合には、Ｌ０制御からＬ２制御へ移行し（Ｓ１９）、第１実施形態と同様に、ステップ９を介してステップ１０へ進み、異常燃焼検知を行い、異常燃焼が検知されれば、運転を停止して異常表示を行う（Ｓ１１）。
【００６３】
このように、ステップ２１においてＴＣ出力値の時間変化率に基づいて燃焼状態の安定度合いを判断するため、燃焼が安定していれば、ＴＣ出力値が第１実施形態の安定判定値Ｖ３のような所定値に達していなくても、燃焼制御を切り替えることができ、速やかに異常燃焼の検知を開始し、不完全燃焼を早期に解消することができる。
【００６４】
また、ステップ２０においてＬ０制御からの切替時期に下限時間Ｃｔ５を設けたため、初期燃焼制御を行うコールドスタート時には、ＴＣ出力値に関係なく点火から所定時間以上経過するまで定常燃焼制御へ切り替えず、不完全燃焼防止処理に入らない。
従って、ＴＣ出力が安定しにくい点火初期に誤って燃焼状態が異常であると判定してしまうことを防止できる。
【００６５】
次に、ステップ２でホットスタートと判断された場合について図７，図９を用いて簡単に説明する。ホットスタートのＴＣ出力の安定判定方法も、コールドスタートと同様でＴＣ出力の時間変化に基づく。つまり、図１のステップ５の代わりに図７のステップ２２，２３（コールドスタートのステップ２０，２１に相当）が加わった点以外は第１実施形態と同様である。
【００６６】
ステップ４におけるＬ１制御の開始と同時に、ステップ２２へ進んで点火から下限時間Ｈｔ５秒経過するまで待つ。
下限時間Ｈｔ５秒経過したら、点火から最大Ｈｔ４秒経過するまでの間にＴＣ出力値の時間変化率の絶対値が所定値Ｂ以下か否かを判断し（Ｓ２３，Ｓ６）、所定値Ｂ以下であればＴＣ出力が安定したとみなして異常燃焼検知を開始する（Ｓ７）。この時刻を点火からＨＴ６秒後として図９に示す。
【００６７】
一方、ステップ２３，６において、点火から上限時間Ｈｔ４秒以内に時間変化率の絶対値が所定値Ｂ以下にならない場合でも、異常燃焼の検知を開始し、ＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２を越えるか否かを判断する（Ｓ７）。ステップ７以降は、第１実施形態と同じ処理を行う。
【００６８】
コールドスタートのステップ２１と同様に、ステップ２３においてＴＣ出力値の時間変化率に基づいて燃焼状態の安定度合いを判断するため、燃焼が安定していれば、ＴＣ出力値が所定値に達していなくても、異常燃焼の検知を開始でき、不完全燃焼を早期に解消することができる。
【００６９】
また、ステップ２２において、燃焼状態の安定判定の開始時期に下限時間Ｈｔ５を設けたため、ＴＣ出力が安定しにくい点火初期に燃焼が安定したと誤って判定することがなく、不完全燃焼の誤検知を防止できる。例えば、図９に示されるように、点火時のＴＣ出力が異常燃焼判定値Ｖ２以上であって、その後、点火失敗や失火により、一時的にＶ２よりも低下する場合であっても、この下限時間Ｈｔ５が設定されているため、ＴＣ出力が安定しにくい点火初期（点火からＨｔ５秒間）の間はステップ７へ進むことがなく、異常燃焼の誤検知を防止することができる。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、燃焼装置は給湯器に限定されず、ストーブ，オーブン等、ファンと不完全燃焼防止装置とを備えた様々な燃焼装置に適用することは自由である。
また、図３に示したＬ０およびＬ２の空燃比変更線は、各々について１段階に限らず数段階の制御であってもよく、そのようにすれば、より細かく空燃比を変更できる。
また、燃焼状態を検知する熱電対２は、燃焼状態を敏感に感知するセンサーバーナ１４に設ける代わりに、直接メインバーナ１２に設けてもよい。
【００７１】
また、コールドスタートにおいて初期燃焼制御から定常燃焼制御へ確実に切り替えるために、第２実施形態では切替時期に下限時間Ｃｔ５を設けていたが（Ｓ２０）、それに代えて、ＴＣ出力値の時間変化率の絶対値が所定値Ｂ以下である状態が所定時間以上継続して検知された場合に燃焼が安定していると判定して、燃焼制御を切り替えてもよい。
この方法によれば、点火初期にＴＣ出力値が振動して一時的にＴＣ出力値の時間変化率の絶対値が小さい場合には、燃焼が安定したという判定を行わないので、燃焼制御を切り替えず、異常検知を開始しない。従って、燃焼状態が異常であると誤検知してしまうことはない。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の燃焼装置によれば、バーナの燃焼の安定状態の判定や、異常燃焼の検知を同じ燃焼状態検知手段からの検知信号に基づいて行うため、不完全燃焼防止と燃焼制御とが関連付けられて動作する。このため、余裕時間を含めた点火からの所定時間の経過を安定判定基準とする間接的な判定よりも早く初期燃焼制御から定常燃焼制御に切り替えて、不完全燃焼防止手段を作動状態に置き、早期に不完全燃焼防止処理を行って不完全燃焼を未然に防ぐことができる。
【００７３】
また、熱電対の出力値に基づいて燃焼安定状態や異常燃焼を検知する実測型であるため、適切な時期に定常燃焼制御に切り替え、速やかに異常燃焼の検知を開始でき、正確に異常燃焼を検知することができる。更に、熱電対の出力値の時間変化率が所定値以下である状態が所定時間以上継続して検知されて初めて燃焼が安定したと判定するため、一時的に出力値の時間変化率が小さい場合には、異常検知を開始しない。従って、燃焼状態が異常であるという誤検知を防止できる。
【００７４】
更に、本発明の請求項２記載の燃焼装置によれば、燃焼安定の判定を時間の経過ではなくセンサーバーナの熱電対の出力値に基づいて行うため、初期燃焼制御から定常燃焼制御への切替に無駄な待ち時間を設ける必要がなくなり、その後に行われる異常燃焼の検知を早期に開始し、迅速に不完全燃焼防止処理を行うことができ、メインバーナの不完全燃焼を未然に防止できる。
しかも、酸素供給不足に対してメインバーナよりも敏感に燃焼状態が悪化するセンサーバーナに熱電対を設けるため、メインバーナが不完全燃焼を起こす前に、異常燃焼を検知して不完全燃焼防止処理を行い、不完全燃焼を未然に防止できる。
【００７８】
更に、本発明の請求項３記載の燃焼装置によれば、初期燃焼制御に上限時間を設けたため、燃焼状態が不安定であっても点火から所定時間経過後は確実に定常燃焼制御に切り替えることができ、不完全燃焼防止手段の不作動を防止できる。
【００７９】
更に、本発明の請求項４記載の燃焼装置によれば、初期燃焼制御から定常燃焼制御の切替時期に下限時間を設けたため、初期燃焼制御を行う時には、熱電対の出力に関わらず、点火から所定時間以上経過するまで定常燃焼制御へ切り替えず、不完全燃焼防止手段を作動させない。従って、初期燃焼時に異常燃焼の誤検知を防止できる。
【００８０】
更に、本発明の請求項５記載の燃焼装置によれば、点火状態に応じて初期燃焼制御の上限時間を設定するため、再点火においては、初点火よりも早く不完全燃焼防止手段を作動させることができる。
【００８１】
更に、本発明の請求項６記載の燃焼装置によれば、再点火の場合には、点火時から定常燃焼制御を行うため、初点火の場合よりも異常検知の開始が早まり、迅速に不完全燃焼処理を行うことができる。
【００８２】
更に、本発明の請求項７記載の燃焼装置によれば、不完全燃焼防止手段の検知開始時期を、定常燃焼制御開始から所定時間後としているため、燃焼が不安定な定常燃焼制御の開始直後の異常燃焼の誤検知を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における燃焼制御を表すフローチャートである。
【図２】一実施形態としての給湯器の概略構成図である。
【図３】インプットとファン回転数との関係を表すグラフである。
【図４】ＴＣ出力と不完全燃焼検知開始を表すグラフである。
【図５】ＴＣ出力と不完全燃焼検知開始を表すグラフである。
【図６】ＴＣ出力と不完全燃焼検知開始を表すグラフである。
【図７】第２実施形態における燃焼制御を表すフローチャートである。
【図８】ＴＣ出力と不完全燃焼検知開始を表すグラフである。
【図９】ＴＣ出力と不完全燃焼検知開始を表すグラフである。
【符号の説明】
２…熱電対、３…燃焼室、４…水流センサ、６…燃焼コントローラ、８…ファン、１２…バーナ、１４…センサーバーナ。

Claims

燃料ガスを燃焼するバーナと、
上記バーナへの供給ガス量を調節するガス量調節手段と、
上記バーナへ燃焼用空気を供給する空気供給手段と、
上記バーナへ供給する燃焼用空気量を調節する空気量調節手段と、
上記ガス量調節手段によって調節されるガス量と上記空気量調節手段によって調節される空気量とを所定の目標空燃比で制御する燃焼制御手段と、
定常燃焼制御時の目標空燃比よりも上記空気量を減少させる初期燃焼制御を行う初期燃焼制御手段と、
上記バーナの燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、
上記燃焼状態検知手段からの検知信号に基づいて異常燃焼を検知すると不完全燃焼防止処理を行う不完全燃焼防止手段と、
上記燃焼状態検知手段の検知信号に基づいて上記バーナの燃焼安定状態を判定する安定判定手段と、
上記安定判定手段により燃焼が安定したと判定された時に上記初期燃焼制御から定常燃焼制御に移行する切替手段と、
定常燃焼制御に切り替えた後に上記不完全燃焼防止手段を作動状態に置く作動手段と
を備え、
上記燃焼状態検知手段として熱電対を用い、
上記安定判定手段は、上記熱電対の出力値の時間変化率が所定値以下である状態が所定時間以上継続して検知された場合に燃焼が安定したと判定することを特徴とする燃焼制御装置。
燃焼用空気を強制的に取り込んで燃焼するメインバーナの空気供給路中に、該メインバーナが不完全燃焼を起こす前に異常燃焼するセンサーバーナを設け、上記熱電対で該センサーバーナの燃焼状態を検知することを特徴とする請求項１記載の燃焼制御装置。
上記安定判定手段により燃焼が安定したと判定されなくても点火から所定時間経過した場合には、上記切替手段が作動するように、初期燃焼制御から定常燃焼制御への切替時期に上限時間を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼制御装置。
点火から所定時間以上経過するまでは上記切替手段が作動しないように、初期燃焼制御から定常燃焼制御への切替時期に下限時間を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の燃焼制御装置。
燃焼装置が室温に近い状態での初点火なのか、余熱を残存した状態の再点火なのかを判定する点火状態判定手段と、
再点火の場合、初点火に比べて上記上限時間を短く設定する上限時間設定手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の燃焼制御装置。
燃焼装置が室温に近い状態での初点火なのか、余熱を残存した状態の再点火なのかを判定する点火状態判定手段を備え、
上記点火状態判定手段による判定結果によって再点火と判定する場合には、点火時から定常燃焼制御を行い、燃焼が安定したと判定された時に、上記不完全燃焼防止手段を作動状態に置くことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の燃焼制御装置。
上記作動手段は、定常燃焼制御開始から所定時間後に作動することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の燃焼制御装置。