JP4538171B2

JP4538171B2 - 気化式燃焼装置

Info

Publication number: JP4538171B2
Application number: JP2001238960A
Authority: JP
Inventors: 栄二本田
Original assignee: サンポット株式会社
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2021-08-07
Also published as: JP2003056846A

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、灯油等の液体燃料を気化して燃焼させる気化式燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
灯油等の液体燃料を気化して燃焼させる気化式燃焼装置は、液体燃料を燃料ポンプにより気化器に供給し、気化器において液体燃料を気化させ、その気化ガスを燃焼ファンから供給される燃焼用の空気と混合してバーナに送り、この混合ガスをバーナにて燃焼させている。また、気化式燃焼装置においては、バーナの点火時において着火性を向上させるため、種火バーナとメインバーナとからなるバーナユニットを備えたものがある。このような気化式燃焼装置では、点火時においては種火バーナにのみ混合ガスを供給して種火バーナに着火し、種火バーナの火炎が安定した後にメインバーナに混合ガスを供給してバーナユニット全体で燃焼させるようにしている。
【０００３】
また、気化式燃焼装置の運転開始時は、バーナユニットが低温であるために気化器において気化された気化ガスをバーナユニットに供給すると、バーナユニットの壁面で冷却されてバーナユニット内で燃料の結露が発生する。これに伴い、気化ガスの濃度が低下して種火バーナにおいて着火不良が生じるおそれがある。
このため、種火バーナの点火時には気化器に供給される液体燃料を増加させる初期運転が行われている。そして、この初期運転を所定時間続けて種火バーナの燃焼を安定させた後、メインバーナにも気化器において気化された気化ガスを供給し、種火バーナの火炎をメインバーナに火移りさせてメインバーナに点火し、メインバーナと種火バーナとにおいて燃焼を行う通常運転を行っている。
【０００４】
従来の気化式燃焼装置においては、前記初期運転により種火バーナに確実に着火されるが、種火バーナが燃焼するとバーナユニットが加熱されるためバーナユニット内で発生する結露の量が低下する。このため、初期運転の後半においては種火バーナに供給される燃料が過剰になり、種火バーナの燃焼が過剰燃焼になるという不都合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、液体燃料を気化して燃焼させる気化式燃焼装置の改良を目的とし、さらに詳しくは前記不都合を解消するために、初期運転時において種火バーナを安定して燃焼させることができる気化式燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の気化式燃焼装置は、液体燃料を気化させる気化器と、該気化器に液体燃料を供給する電動式のポンプと、種火バーナとメインバーナとを備え前記気化器から供給される液体燃料の気化ガスと空気との混合気を燃焼させるバーナユニットと、前記気化器の温度を検出する温度検出手段と、前記バーナユニットの燃焼制御を行う制御手段とを備えた気化式燃焼装置において、前記制御手段は、前記種火バーナのみを点火させる初期運転と、前記種火バーナと前記メインバーナとを共に燃焼させる通常運転とを行い、前記種火バーナが所定温度に暖機された状態で該種火バーナのみを燃焼させるために必要な燃料供給量を初期供給量として制御し、前記初期運転において、前記温度検出手段の温度データに応じて前記初期供給量に所定の補正量を加えた補正供給量を設定し、前記種火バーナへの点火指示に従って前記ポンプにより前記補正供給量の液体燃料を前記気化器に供給させると共に前記種火バーナに点火し、前記種火バーナの点火後は時間の経過に伴って前記補正供給量を徐々に減少させて前記初期供給量とすることを特徴とする。
【０００７】
本発明の気化式燃焼装置によれば、前記初期運転時においては、前記気化器の温度に応じて前記初期供給量よりも供給量の多い補正供給量が供給されるように前記ポンプを作動させ、前記種火バーナ着火後は前記ポンプの供給量を徐々に減らして前記初期供給量にする。これにより、前記種火バーナを含むバーナユニットの壁面で前記気化ガスが結露した場合であっても、当該結露の発生状態に応じた燃料が前記ポンプから前記気化器に供給されるため、前記種火バーナの燃焼は正常な状態に保たれる。また、前記種火バーナの点火後は、時間の経過と共に前記補正供給量を徐々に減少させて前記初期供給量とするため、種火バーナの点火後に該種火バーナの燃焼によってバーナユニットが徐々に加熱され、それに伴ってバーナユニット内での結露の発生が徐々に減少した場合であっても、前記種火バーナの燃焼が正常な状態に保たれる。
【０００８】
一方、前記ポンプにおいては、通電されるポンプ電源の周波数を変化させることにより供給される液体燃料の量を増減させるものが多く用いられている。このようなポンプを用いている場合は、前記初期運転時には種火バーナのみに燃料を供給すればよいため、前記初期供給量の供給を行う際には前記ポンプに通電される電源の周波数は非常に低い周波数となる。このため、前記ポンプから供給される液体燃料に脈動が生じて燃料がとぎれとぎれになるという不都合がある。これにより、気化器から種火バーナに供給される気化ガスも濃度が不安定となり、種火バーナの燃焼が不安定になるという不都合が生じる。
【０００９】
そこで、本発明の気化式燃焼装置において、前記ポンプは、通電されるポンプ電源の周波数と該ポンプ電源の１パルス当たりの単位通電時間を増減することにより液体燃料の供給量を増減するものであり、前記制御手段は、前記初期供給量の供給をするときに前記ポンプ電源を所定の初期周波数と所定の初期単位通電時間にして前記ポンプを作動させ、前記初期運転において、前記温度検出手段の温度データに応じて前記初期単位通電時間に所定の補正値を加えた補正単位通電時間を設定し、前記初期周波数と同一の周波数において前記補正単位通電時間で前記ポンプを作動させて前記補正供給量の液体燃料を供給させ、前記種火バーナの点火後は時間の経過に伴って前記補正単位通電時間を徐々に減少させて前記初期単位通電時間にすることにより前記ポンプの供給量を前記初期供給量とすることが好ましい。
【００１０】
本発明の気化式燃焼装置によれば、前記初期運転時に前記ポンプ電源の周波数を変化させることなく前記単位通電時間を変化させることにより燃料の供給量を調整するので、前記初期周波数を供給される燃料が脈動を起こさないような周波数とすることにより、前記種火バーナの燃焼を安定させることができる。
【００１１】
ところで、気化式燃焼装置の操作において、使用者がいったん運転開始を指示した直後に何らかの都合により運転を停止した場合、気化器は加熱されているがバーナユニットは加熱されていない状態となる。このような状態で使用者が再度運転開始を指示した場合、前記温度検出手段の温度データが高温となっているため、前記制御手段は前記気化ガスの結露が少ないものと判断し、前記ポンプ電源の補正供給量が少なくなり、前記種火バーナの燃焼が不良となってしまう。
【００１２】
そこで、本発明の気化式燃焼装置においては、前記制御手段は、少なくとも前回の初期運転時の前記温度検出手段の温度データと前回行った運転制御とを記憶する記憶手段を備え、前記初期運転時において、前記記憶手段に記憶された前回の運転制御が前記初期運転を行い且つその後に前記通常運転を行わなかったときは、前記記憶手段に記憶された前回の温度データと今回の温度データとを比較して、今回の温度データが前回の温度データを越えているときは、前回の温度データに基づいて前記補正供給量を設定することが好ましい。
【００１３】
本発明の気化式燃焼装置によれば、前記記憶手段に記憶された前回の運転制御が上記のような場合であっても、前回の気化器の温度データと今回の気化器の温度データとを比較し今回の温度データが高かった場合は、前記バーナユニットが加熱されていないものと判断し、前回の温度データに基づいて前記補正供給量を設定する。これにより、前記種火バーナに供給される液体燃料の気化ガスの濃度が適正なものとなる。なお、上記のような運転制御後で今回の温度データが前回の温度データ以下であった場合は、気化器のみが加熱されてから十分な時間が経過して前記気化器の温度が低下しているものと判断し、今回の温度データに基づいて前記補正供給量を設定する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の気化式燃焼装置の実施形態の一例について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の一例である気化式燃焼装置の構成を示す説明図、図２は本実施形態の気化式燃焼装置の機能的構成を示すブロック図、図３は本実施形態の気化式燃焼装置の作動を示すフローチャート、図４は本実施形態の気化式燃焼装置の補正制御時の作動を示すタイムチャートである。
【００１５】
本実施形態の気化式燃焼装置１はいわゆるＦＦ式の温風暖房装置に備えられたものであり、図１に示すように、液体燃料である灯油を気化させる気化器２と、気化器２に噴射ノズル３を介して灯油を供給する電動式の燃料ポンプ４と、気化器２の下流側に設けられ種火バーナ５とメインバーナ６とを有するバーナユニット７と、バーナユニット７に燃焼用の空気を送風する燃焼ファン８と、バーナユニット７による気化ガスの燃焼が行われる燃焼室９とを備えている。
【００１６】
気化器２は、図１においてバーナユニット７の右側上方且つ燃焼室９の右側壁に当接して設けられており、燃焼室９の側壁を貫通して燃焼室９内に突出する受熱フィン１０を備えている。また、気化器２には、気化器２を加熱するヒータ１１と、気化器２の温度を検出する温度センサ１２が設けられている。また、図１において気化器２の右側壁には燃焼ファン８から送られてくる燃焼用の空気を導入する空気導入口１３が設けられており、この空気導入口１３には燃料ポンプ４から供給される灯油を噴射する噴射ノズル３が挿入されている。また、気化器２の下端部は後述するバーナユニット７の切替室１５に接続されている。
【００１７】
燃料ポンプ４は、図１に示すように、灯油を貯蔵する定油面器１４の上部に取り付けられており、この定油面器１４は、室外に設けられている燃料タンク（図示せず）に接続されて当該燃料タンクから灯油が供給される。また、本実施形態では、燃料ポンプ４としてプランジャ式の電磁ポンプを用いている。この燃料ポンプ４は、通電されるポンプ電源の周波数と単位通電時間とによって灯油の供給量を調整するものである。なお、図１における符号１４ａは、バーナユニット７と定油面器１４とを接続し、バーナユニット７内で結露した灯油を定油面器１４に戻すドレン管である。
【００１８】
バーナユニット７は、図１に示すように、種火バーナ５とメインバーナ６とを備えており、この両バーナはその上流側において切替室１５で連通し、気化器２に接続されている。また、切替室１５内には、気化器２から送られてくる灯油の気化ガスと燃焼用空気との混合ガスを両バーナに振り分ける切替弁１６が設けられている。この切替弁１６は、図１において気化式燃焼装置１の右側壁に設けられた動弁機構１７により駆動される。
【００１９】
また、本実施形態の気化式燃焼装置１は、図２に示すように、バーナユニット７の燃焼制御の他、温風暖房装置の運転制御を行う制御装置１８を備えている。この制御装置１８は、マイクロコンピュータ等の電子回路により構成されたものであり、記憶手段であるＥＥＰＲＯＭ１９を内蔵し、気化器２の温度を検出する温度センサ１２と、室内の温度を検出する室温センサ２０に電気的に接続され、これらのセンサから温度データを受信するものである。また、制御装置１８は、気化器２に灯油を供給する燃料ポンプ４、気化器２を加熱するヒータ１１、バーナユニット７に燃焼用の空気を送風する燃焼ファン８、切替弁１６を駆動する動弁機構１７、種火バーナ５に点火を行うためのイグナイタ及び点火電極を含む点火装置２１、燃焼室９の下流側に設けられた図示しない熱交換機により加熱された空気を室内に送る対流ファン２２のそれぞれの機器に電気的に接続されている。また、ＥＥＰＲＯＭ１９には、制御装置１８の作動制御と温度センサ１２の温度データとが記憶されている。
【００２０】
次に、本実施形態の気化式燃焼装置１の作動について、図３及び図４を参照して説明する。使用者により図示しない運転スイッチがＯＮ操作されると、制御装置１８は、まず、温度センサ１２により現在の気化器２の検出温度を気化器温度として取得する（ＳＴＥＰ１）。次に、制御装置１８は、ＥＥＰＲＯＭ１９に記憶されている制御装置１８の前回の作動制御を読み出し、前回の作動制御が特定制御であったか否かをチェックする（ＳＴＥＰ２）。特定制御とは、前回の運転制御が後述する初期運転制御を行い且つその後に後述する通常運転制御を行わなかった場合の制御をいう。
【００２１】
ＥＥＰＲＯＭ１９に記憶されている前回の運転制御が特定制御のときは（ＳＴＥＰ２でＹＥＳ）、前回の作動制御において検出された初期運転開始時の気化器温度と今回の初期運転開始時の気化器温度とを比較する（ＳＴＥＰ３）。このとき、今回の気化器温度が前回の気化器温度よりも高い場合は（ＳＴＥＰ３でＹＥＳ）、前回の特定制御において気化器２のみが加熱されているものの、バーナユニット７の温度は低い状態であると予想されるため、制御装置１８は前回の気化器温度を今回の気化器温度としてそれ以降の制御を行う（ＳＴＥＰ４）。また、今回の気化器温度が前回の気化器温度以下であれば、前回の特定制御からかなりの時間が経過しており、気化器２の温度とバーナユニット７の温度に差がないものと予想されるため、今回の気化器温度を基礎としてそれ以降の制御を行う（ＳＴＥＰ３でＮＯ）。
【００２２】
一方、ＥＥＰＲＯＭ１９に記憶されている前回の運転制御が特定制御でなければ（ＳＴＥＰ２でＮＯ）、次に温度センサ１２により検出された気化器温度に応じて燃料ポンプ４に通電されるポンプ電源の補正単位通電時間を設定する（ＳＴＥＰ５）。例えば、本実施形態においては、２０℃から２００℃まで１０℃毎に補正単位通電時間を定めている。具体的には、気化器温度が低いほど補正単位通電時間を長くして（例えば約５．５ｍｓｅｃ）燃料ポンプ４から供給される灯油の量を多くし、気化器温度が高いほど補正単位通電時間を短くして（例えば約４．３ｍｓｅｃ）燃料ポンプ４から供給される灯油の量を少なくしている。
【００２３】
このとき、燃料ポンプ４に通電されるポンプ電源の周波数は初期周波数となっている。この初期周波数は、燃料ポンプ４から供給され、噴射ノズル３から気化器２内に噴射される灯油が脈動を起こさないような値（例えば約７Ｈｚ）に設定されている。また、初期供給量は、種火バーナ５が暖機された状態で種火バーナ５のみを燃焼させるために必要な燃料供給量であり、本実施形態ではポンプ電源を初期周波数とした状態で、初期供給量の燃料を供給させたときの単位通電時間を初期単位通電時間としている（例えば約４．２ｍｓｅｃ）。
【００２４】
次に、制御装置１８は、切替室１５内の切替弁１６を図１において右側に移動させることによりメインバーナ６側を遮断し、気化器２を種火バーナ５のみに連通させる。また、制御装置１８は、同時にヒータ１１によって気化器２の加熱を開始すると共に、燃焼ファン８を作動させて気化器２に燃焼用の空気を送風する（ＳＴＥＰ６）。そして、温度センサ１２によって検出される気化器温度が所定の暖機温度（例えば２００℃）に達したときは（ＳＴＥＰ７でＹＥＳ）、制御装置１８は初期周波数及び補正単位通電時間によって燃料ポンプ４を作動させると共に点火装置２１を作動させて種火バーナ５に火花を発生させる（ＳＴＥＰ８）。
【００２５】
気化器２には燃焼ファン８からの空気が空気導入口１３を介して導入されているため、気化器２内に噴射され気化ガスとなった灯油は燃焼ファン８からの空気と混合されて混合ガスとなり、切替室１５を介して種火バーナ５に供給される。
このように、種火バーナ５に混合ガスが供給されると、点火装置２１によって点火されて種火バーナ５の燃焼が開始される。なお、種火バーナ５の燃焼が行われると、種火バーナ５の火炎により受熱フィン１０を介して気化器２が加熱されるため、気化器２はヒータ１１及び種火バーナ５の火炎により加熱される。
【００２６】
このとき、制御装置１８は、ポンプ電源の周波数を初期周波数とし、単位通電時間を補正単位通電時間として燃料ポンプ４を作動させている。この補正単位通電時間は、運転開始時の気化器２の温度により定められるものであり、制御装置１８は、運転開始時の気化器２の温度が低ければ長く、気化器２の温度が高ければ短くしている。従って、運転開始時の気化器２の温度が低くバーナユニット７内で灯油の気化ガスの結露が多い場合であっても、長い補正単位通電時間により種火バーナ５には燃焼に必要な気化ガスが送られるため、種火バーナ５の燃焼が安定して行われる。逆に、運転開始時の気化器２の温度が高くバーナユニット７内での灯油の気化ガスの結露が少ない場合であっても、短い補正単位通電時間とすることにより種火バーナ５の燃焼が安定して行われる。
【００２７】
種火バーナ５の燃焼が開始されると、制御装置１８は補正制御を開始する（ＳＴＥＰ９）。ここで、図４においては、縦軸は単位通電時間、横軸は種火バーナ５の点火後の経過時間を示している。この補正制御においては、図４に示すように、種火バーナ５の燃焼開始時点（Ｔ0）においてはポンプ電源の単位通電時間は補正単位通電時間（Ｔｃ）となっている。そして、この状態から所定時間毎に補正単位通電時間を徐々に減少させていき、最終的に初期単位通電時間（Ｔｆ）にまで減少させる。これにより、種火バーナ５の点火直後に気化器２に供給される灯油の補正供給量が時間の経過と共に徐々に減少し、最終的には初期供給量の灯油が気化器２に供給されることになる。なお、補正制御において補正単位通電時間を徐々に減少させる際の時間や減少させる単位通電時間は、バーナの燃焼時の発生熱量やバーナ自体の熱容量等の特性に応じて適切な値とすることが望ましい。
【００２８】
本実施形態では、このように種火バーナ５の点火後に燃料ポンプ４を作動させるポンプ電源の単位通電時間を徐々に減らすことにより、気化器２に供給される灯油の量である補正供給量を徐々に減らしている。これにより、種火バーナ５の燃焼が開始されて時間の経過と共にバーナユニット７が加熱され、灯油の気化ガスのバーナユニット７内での気化ガスの結露が徐々に減少した場合であっても、種火バーナ５に供給される気化ガスが徐々に減少するので気化ガスの濃度はほぼ一定となり、種火バーナ５の燃焼が安定する。
【００２９】
また、本実施形態においては、種火バーナ５の燃焼を行う際のポンプ電源の周波数を、気化器２に供給される灯油の脈動が起こらない初期周波数としており、補正制御において燃料ポンプ４の供給量を徐々に減らす場合もポンプ電源の周波数は変化しないので、燃料ポンプ４から供給される燃料に脈動が生じることがない。これにより、補正制御時における種火バーナ５の燃焼の安定が図られる。
【００３０】
本実施形態においては、以上のステップ１からステップ９までが初期運転制御となる。そして、この初期運転制御が終了すると、通常運転制御に移行する（ＳＴＥＰ１０）。この通常運転制御においては、制御装置１８切替室１５内の切替弁１６を図１において左側に移動させ、切替室１５の略中間位置とすることにより、種火バーナ５とメインバーナ６とを気化器２に連通させ、種火バーナ５とメインバーナ６とを同時に燃焼させている。そして、この通常運転では、室温センサ２０からの温度データ等によって燃料ポンプ４に通電されるポンプ電源の周波数を変更し、気化器２に供給される灯油の量の調節を行っている。また、室内への温風の吹き出しは対流ファン２２により行われる。
【００３１】
なお、上記実施形態においては、燃料ポンプ４としてプランジャ式の電磁ポンプを例にしているため、燃料ポンプ４に通電されるポンプ電源の周波数と単位通電時間を変更することにより気化器２に供給される灯油の量を調節しているが、燃料ポンプ４はこのようなプランジャ式の電磁ポンプではなく例えばベーン式等の回転式の電磁ポンプを用いてもよい。このような回転式の電磁ポンプの場合は、ポンプ電源の電圧や電流あるいは周波数を変更することにより上記初期運転制御及び通常運転制御を行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例である気化式燃焼装置の構成を示す説明図。
【図２】本実施形態の気化式燃焼装置の機能的構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態の気化式燃焼装置の作動を示すフローチャート。
【図４】本実施形態の気化式燃焼装置の補正制御時の作動を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…気化式燃焼装置、２…気化器、４…燃料ポンプ、５…種火バーナ、６…メインバーナ、７…バーナユニット、１２…温度センサ（温度検出手段）、１８…制御装置（制御手段）。

Claims

液体燃料を気化させる気化器と、該気化器に液体燃料を供給する電動式のポンプと、種火バーナとメインバーナとを備え前記気化器から供給される液体燃料の気化ガスと空気との混合気を燃焼させるバーナユニットと、前記気化器の温度を検出する温度検出手段と、前記バーナユニットの燃焼制御を行う制御手段とを備えた気化式燃焼装置において、
前記制御手段は、前記種火バーナのみを点火させる初期運転と、前記種火バーナと前記メインバーナとを共に燃焼させる通常運転とを行い、前記種火バーナが所定温度に暖機された状態で該種火バーナのみを燃焼させるために必要な燃料供給量を初期供給量として制御し、
前記初期運転において、前記温度検出手段の温度データに応じて前記初期供給量に所定の補正量を加えた補正供給量を設定し、前記種火バーナへの点火指示に従って前記ポンプにより前記補正供給量の液体燃料を前記気化器に供給させると共に前記種火バーナに点火し、前記種火バーナの点火後は時間の経過に伴って前記補正供給量を徐々に減少させて前記初期供給量とすることを特徴とする気化式燃焼装置。
前記ポンプは、通電されるポンプ電源の周波数と該ポンプ電源の１パルス当たりの単位通電時間を増減することにより液体燃料の供給量を増減するものであり、
前記制御手段は、前記初期供給量の供給をするときに前記ポンプ電源を所定の初期周波数と所定の初期単位通電時間にして前記ポンプを作動させ、
前記初期運転において、前記温度検出手段の温度データに応じて前記初期単位通電時間に所定の補正値を加えた補正単位通電時間を設定し、前記初期周波数と同一の周波数において前記補正単位通電時間で前記ポンプを作動させて前記補正供給量の液体燃料を供給させ、前記種火バーナの点火後は時間の経過に伴って前記補正単位通電時間を徐々に減少させて前記初期単位通電時間にすることにより前記ポンプの供給量を前記初期供給量とすることを特徴とする請求項１に記載の気化式燃焼装置。
前記制御手段は、少なくとも前回の初期運転開始時の前記温度検出手段の温度データと前回行った運転制御とを記憶する記憶手段を備え、
前記初期運転時において、前記記憶手段に記憶された前回の運転制御が前記初期運転を行い且つその後に前記通常運転を行わなかったときは、
前記記憶手段に記憶された前回の温度データと今回の温度データとを比較して、今回の温度データが前回の温度データを越えているときは、前回の温度データに基づいて前記補正供給量を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の気化式燃焼装置。