JP5076193B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体等の気体以外の燃料を使用する燃焼装置に関するものである。本発明の燃焼装置は、暖房機器や給湯器に採用する燃焼装置として特に好適である。

都市ガスが普及していない地域で使用される給湯器や暖房機等には、灯油等の液体燃料を使用した燃焼装置が採用される場合が多い。またこの中でも、比較的発熱量が小さい用途に使用される場合は、気化部によって液体燃料を気化し、この気化ガスを燃焼部に送って燃焼させる形式のものが多用されている。

下記の特許文献１には、灯油等の液体燃料を使用した燃焼装置の代表的な構成が開示されている。
特許文献１に開示された燃焼装置は、炎孔ベースと気化器を備えている。炎孔ベースは炎孔が平面状に配された部材である。また気化器は炎孔ベースの中央に設けられている。特許文献１に開示された燃焼装置では、ポンプによって気化器に液体燃料が供給され、液体燃料は気化器で気化される。気化された液体燃料は、炎孔ベースの背面に設けられた燃料ガス流路を経て炎孔ベースの表面から放出される。

また特許文献１に開示された燃焼装置は、送風機及びダンパーによって構成される送風手段を備え、燃焼量に応じた空気が気化器内及び炎孔ベースの表面側に供給される。
炎孔ベースの表面に放出された燃料ガスに点火されると、炎孔ベースの表面側に火炎が発生する。

特許文献１に開示された燃焼装置では、気化器は碗状であり、その内部に電気ヒータが内蔵されている。そして燃焼初期においては、前記した電気ヒータに通電されて気化器が昇温される。また液体燃料は気化器の内面に衝突させられる。そして液体燃料は気化器の内面から熱を受けて昇温し、気化する。
また燃焼継続中は、自己の火炎によって気化器の温度が維持される。即ち、前記した様に気化器は炎孔ベースの中央に設けられており、また炎孔ベースには炎孔が面状に配されている。そのため、燃焼装置が燃焼している間は、気化器の外周部が高温雰囲気となり、気化器は高温状態に維持される。

特許文献１に開示された燃焼装置では、必要に応じて燃焼量を変更することができる。
即ち特許文献１に開示された燃焼装置では、前記した様にポンプによって気化器に液体燃料が供給されるが、ポンプに入力する信号を変化させることによって気化器に供給される燃料の量を調節することができる。
また送風手段についても、送風機のモータに入力する電圧を変更したり、ダンパーの開度を調節することによって供給される燃料量に応じた空気を供給することができる。

特許文献１に開示された燃焼装置においては、ポンプや送風機を制御する信号は、目標とする燃焼量に対して一定の制御ルールに則った相関関係をもって変化する。
即ち燃焼装置の制御装置は、一種類の制御ルールに則った制御テーブルを記憶している。例えばＡ号数の燃焼量が必要な場合には、ポンプのパルスがＢで送風機の供給電圧がＣ、ａ号数の燃焼量が必要な場合には、ポンプのパルスがｂで送風機の供給電圧がｃという様に予め決定されておりこの制御ルールに則って制御信号が変化する。

特許文献１に開示された燃焼装置では、気化器が炎孔ベースの中央に設けられているが、気化器が他の位置に設けられている燃焼装置もある。例えば、特許文献２に開示された燃焼装置では、コの字状の気化部が炎孔ベースの端部側に設けられている。

また特許文献３には、火炎の伝導度を検知するフレームセンサを備え、このフレームセンサの出力に基づいて燃料ポンプの駆動出力を制御する燃焼装置が開示されている。さらに特許文献４〜６には、供給される液体燃料の温度あるいは当該温度に関連する温度に基づいて燃焼制御する燃焼装置が開示されている。
特開２００２−２７６９３６号公報 特開２００１−１２４３０９号公報 特開平９−１４６４０号公報 特開２００４−２８４２５号公報 特開平４−６８２０９号公報 特開２００５−２５７１８３号公報

燃焼装置で使用する油種は、予め決められている（例えばＪＩＳ１号灯油）から、前記した様に一定の制御ルールに則った信号をポンプに発信すると、決まった量の燃料が気化器に供給されて気化されるはずである。
また油種によって発熱量が決まっているから、一定の制御ルールに則った信号をポンプに発信すると、決まった熱量が発生するはずである。
さらに油種によって発熱量が決まり、必要な空気量も決まる。従って一定の制御ルールに則った信号を送風手段に発信すると、決まった空気量が供給され、燃焼に寄与するはずである。
その結果、期待した大きさの火炎が生じ、気化器の外周部が期待した温度雰囲気となり、気化器は期待した温度に維持されるはずである。

ところが近年、表示上、ＪＩＳ１号灯油であるにも係わらず、粘度が著しく異なる灯油が出現した。即ち灯油は、航空機燃料または家庭用燃料として使用されるものがほとんどであり、従来、これ以外の用途に使用されるケースは極めて稀であった。

しかしながら近年、灯油の新たな用途として燃料電池の燃料として使用する用途が発生した。即ち、燃料電池においては、燃料電池用の灯油から水素を取り出し、空気中の酸素と反応させて発電する。ここで燃料電池に使用される灯油は、従来の灯油に比べて粘度が高い。
燃料電池に使用される灯油と通常の灯油の粘度の差は、従来の想定範囲を越えるものであった。

そのため燃料電池に使用される灯油を従来技術の燃焼装置に使用すると、ポンプの吐出量の相違が許容範囲を越えてしまい、使用するポンプの種類によっては気化器に過度の量の燃料が供給され、さらに炎孔ベースから過度の量の燃料が放出されるおそれがある。
その結果、気化器の周囲が想定を越える高温となり、気化器を傷めてしまうおそれがある。即ち、近年の燃焼装置は、小型で且つ高い発熱量を有する構造が求められており、正常な状態で運転されている場合でも、発熱密度は高く、気化器の周囲は相当の高温に晒されている。そのため正常な状態で運転されている場合でも、気化器は、限界に近い高温に晒される様に設計されており雰囲気温度が上昇する側に対する余裕は小さい。

従って燃料電池に使用される灯油を従来技術の燃焼装置に使用すると、粘度の相違に起因して炎孔ベースから過度の量の燃料が放出され、気化器の周囲が想定を越える高温となり、気化器を傷めてしまうこととなる。

また炎孔ベースから過度の量の燃料が放出されるにも係わらず、送風手段から供給される空気量は、設計時のままであるから、空気量が不足する。空気量が不足しても不完全燃焼を生じることはないが、火炎の温度が上昇することによって窒素酸化物が発生する懸念がある。

また前記した特許文献３に開示された様な、火炎の伝導度を検知するフレームセンサを備え、このフレームセンサの出力に基づいて燃料ポンプの駆動出力を制御する方策は、精度が低く、さらに制御が遅れるという点で採用しがたい。

即ち前記した特許文献３に開示された燃焼装置は、フレームセンサの出力によって燃料供給量を間接的に検知し、フレームセンサの出力を燃料ポンプの駆動出力にフィードバックするものである。
しかしながらフレームセンサは、火炎の電気伝導度を検知するものであるから、火炎の燃焼状況（不完全燃焼である等）を検知することはできるものの、フレームセンサの信号と火炎の大小との間には直接的な相関関係は無い。そのため燃料の供給量が増加しているのか減少しているのかを判断することは困難である。従って、今日の燃焼装置の様に、正常な状態で運転されている場合でも、気化器が限界に近い高温に晒される様な設計の燃焼装置に特許文献３の構造を採用することは躊躇される。

さらに大きな問題として、特許文献３に開示された燃焼装置は、制御スピードの点で家庭用給湯器には不向きである。
即ち、近年市販されている家庭用給湯器では、早期に設定温度の湯を出湯させるために、燃焼装置がフィードフォワード制御されている。具体的には、カラン等を開いたことによって発生する通水量と入水温度とを検知し、さらに設定された出湯温度から加熱に要する熱量を演算する。そしてこの熱量を発生するのに要する燃料を供給すべく、燃料ポンプに信号を送り、燃料ポンプを駆動させる。その結果、必要とされる熱量を発生させるだけの燃料が気化器に送られ、必要とされる熱量を発生させるだけの火炎が直ちに発生し、必要な熱量が瞬時に得られる。

しかしながら特許文献３に開示された燃焼装置は、前記した様に、発生した火炎の電気伝導度をフレームセンサで検知し、これを燃料ポンプにフィードバックするものである。そのため特許文献３に開示された燃焼装置では、発生した火炎が安定するまで現状の火炎の状況を判断することができず、さらにその状況から燃料ポンプの駆動状況を変化させて目標となる燃焼状態に至らせる。従って特許文献３に開示された燃焼装置は、設定温度の湯が出湯するまでに相当の時間がかかってしまう。

また特許文献４〜６に開示されている燃焼装置はいずれも、火炎の燃焼状況ではなく、供給される液体燃料の温度等に基づいて燃焼制御するものであり、油種の変化に十分対応できるものとはいえない。

そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、燃料の粘度に係わらず適切な状態で燃焼させることができ、且つ新たな不都合も無い燃焼装置の開発を課題とするものである。

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、液体燃料を気化させる気化器と、気化器に対して制御された量の液体燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼に必要な空気を供給する送風手段と、前記燃料供給手段及び／又は前記送風手段に対して制御信号を送信する制御装置とを有し、前記制御信号は目標とする燃焼量に対して所定の制御ルールに則った相関関係をもって変化し、さらに燃焼装置の一部であって被加熱物の上流側における温度を検知する温度検知手段を備えた燃焼装置において、前記制御装置は、予め複数の制御ルールを記憶しており、その内の特定の制御ルールに則って通常時の燃焼状態を制御するものであり、前記制御ルールを切り替える制御ルール切り替え機能を備え、所定の目標燃焼量で燃焼中における温度検知手段の検知温度に応じて前記制御ルールを切り替え、以後は変更された制御ルールに則って通常時の燃焼状態を制御するものであり、炎孔が平面的に配された炎孔ベースを備え、前記気化器は、炎孔ベースの中央に位置するものであって燃焼継続中は、自己の火炎によって気化器の温度が維持され、液体燃料は気化器の内部で熱によって気化させて燃料ガスとなり、気化された燃料ガスと送風手段から供給される一次空気とが気化器の内部で撹拌されるものであり、温度検知手段は前記気化器に取り付けられており、メインの電源を入れた後の最初の燃焼の際又は一定時間経過後に前記制御ルール切替え機能を動作させるものであることを特徴とする燃焼装置である。

燃料供給手段は、例えばポンプである。ポンプの例としては、プランジャポンプやギアポンプがあげられる。また渦巻きポンプであってもよい。例えば制御信号によってプランジャの駆動回数やギアの回転数を制御することによって燃料供給量を制御することができる。
燃料供給手段は、開閉弁を含むものであってもよい。また開閉弁をデューティ比に応じて開閉することによって燃料供給量を調整するものであってもよいし、開度を調整するものであってもよい。
送風手段は、例えば送風機であるが、ダンパーを備えるものであってもよい。例えば制御信号によって送風機のモータに印加される電圧を制御し、送風量を制御することができる。あるいはダンパーの開口面積や開口位置を変化させることによって空気の供給量を調節することができる。

請求項１に記載の燃焼装置では、制御装置が制御ルール切り替え機能を備えるので、燃料の種類が異なっても適切な量の燃料を気化器に供給することができる。
即ち請求項１に記載の燃焼装置は、従来技術と同様に、燃料供給手段等に対して制御信号を送信する制御装置を有し、前記制御信号は目標とする燃焼量に対して所定の制御ルールに則った相関関係をもって変化する。ただし請求項１に記載の燃焼装置は、予め複数の制御ルールを記憶しており、その内の特定の制御ルールに則って通常時の燃焼状態を制御する。
例えばＡ号数の燃焼量が必要な場合には、ポンプのパルスがＢで送風機の供給電圧がＣ、ａ号数の燃焼量が必要な場合には、ポンプのパルスがｂで送風機の供給電圧がｃという様に予め決定されておりこの制御ルールに則って制御信号が変化する。
そのため燃料の粘度が適切であるならば、想定された量の燃料が気化器に供給されて気化され、決まった空気量が供給されて燃焼し、期待した大きさの火炎が生じ、気化器の外周部が期待した温度雰囲気となり、気化器は期待した温度に維持される。即ち燃焼装置は正常に機能する。そのため温度検知手段の検知温度は、想定された範囲のものとなる。
一方、燃料の粘度が不適切であるならば、燃料供給手段から供給される燃料の量が想定の範囲を外れることとなり、温度検知手段の検知温度が想定された範囲から外れる。
ここで本発明の燃焼装置は、制御装置が制御ルール切り替え機能を備え、所定の目標燃焼量で燃焼中における温度検知手段の検知温度に応じて前記制御ルールを切り替えられ、火炎が適切な大きさとなる様に修正される。そして以後は変更された制御ルールに則って通常時の燃焼状態が制御される。
例えばＡ号数の燃焼量が必要な場合には、ポンプのパルスがＤで送風機の供給電圧がＥ、ａ号数の燃焼量が必要な場合には、ポンプのパルスがｄで送風機の供給電圧がｅという様な制御ルールに変更され、変更後の制御ルールに則って通常時の制御信号が変化する。
制御ルールは後記する様に制御テーブルとして記憶されていてもよいし、所定の演算式に基づいて演算するものであってもよい。
例えば前者の様に制御テーブルとして記憶される場合には、複数の制御テーブルを記憶することとなる。また後者の様に所定の演算式に基づいて演算する場合には、所定の演算式を複数記憶するか、一つの演算式と複数の定数を記憶することが考えられる。

また本発明の燃焼装置では、温度検知手段が燃焼装置の一部であって被加熱物の上流側における温度を検知するものである。「被加熱物」の例としては、給湯器の熱交換器が挙げられる。

また本発明の燃焼装置では、温度検知手段たる温度センサが気化器に取り付けられているので、気化器の温度異常を防止するという本発明の趣旨に沿う。

なお、制御ルール切り替え機能を動作させると、制御ルールが切り替わることを禁止していない状態（許容する状態）となるが、制御ルール切り替え機能については、頻繁に動作させるべきではなく、その動作時期を燃料の種類が変わることが予想される場合に限定することが望ましい。
そこで本発明の燃焼装置では、メインの電源を入れた後の最初の燃焼の際や、一定時間後に制御ルール切り替え機能を動作させる。これは燃焼装置が設置された最初の動作や、施工現場における試運転を終了した後を想定したものである。
即ち燃焼装置は日常的に使用されるが、メインの電源を切る機会は少ない。メインの電源を入れる場合としては、使用者の所に燃焼装置を設置し、運転を開始した場合が考えられる。この場合は、使用者が準備した燃料を使用して燃焼させる場合が多く、工場内で試運転した際の燃料と異なる燃料が使用されることが予想される。また使用者はその後もその燃料を使用するであろうと予想されるから、燃焼装置の設置時は制御ルール切り替え機能を動作させる時期として適切である。
またメインの電源を入れた後から一定時間後に制御ルール切り替え機能を動作させるのは、施工現場における試運転を想定している。即ち施工現場においてもある程度の試運転がなされる場合が多いが、この時の燃料は、施工業者が持参する場合もある。そのため施工業者が持参した燃料を使い終え、使用者が自ら準備した燃料で運転する時期を見計らって制御ルール切り替え機能を動作させることも適切である。

例えば、本発明の燃焼装置を、灯油を燃料とする燃料電池に使用される燃焼装置として設置する場合、通常、燃料電池用の灯油だけが使い続けられる。かかる事情を考慮すれば、灯油の種類が燃料電池用の灯油であるか否かを判断するタイミングとしては、燃焼装置が設置されてから初期のある期間内とすることが適切である。即ち、制御ルール切り替え機能を動作させるタイミングについても、燃焼装置が設置されてから初期のある期間内に限定することが適切である。このようにすると、燃焼装置が設置されてからかなりの期間が経過しているにもかかわらず制御ルール切り替え機能を動作可能な状態としていたために、予期せぬことによって制御ルールが切り替わり、燃焼制御が不安定になってしまう、といった不具合を未然に防ぐことができる。

請求項２に記載の発明は、温度検知手段の検知温度が所定値より高い場合は、燃料供給手段の燃料供給量が減少する様に及び／又は送風手段の空気供給量が増大する様に制御ルールを切り替え、温度検知手段の検知温度が所定値より低い場合は、燃料供給手段の燃料供給量が増大する様に及び／又は送風手段の空気供給量が減少する様に制御ルールを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置では、温度検知手段の検知温度が所定値より高い場合は、気化器周囲の雰囲気温度を低下させたり空気供給量を増加させる方向に制御ルールが切り替わる。そのため、気化器の傷みや窒素酸化物の発生が抑制される。
また逆に温度検知手段の検知温度が所定値より低い場合は、気化器周囲の雰囲気温度を増加させたり空気供給量を減少させる方向に制御ルールが切り替わる。そのため気化器は、気化に適する温度に維持される。また燃焼量が増加することとなるので、燃焼装置の最大能力が維持される。

請求項３に記載の発明は、燃料供給手段は燃料ポンプを有し、制御ルールの一つは、目標燃焼量に対する燃料ポンプの制御テーブルとして制御装置に記憶されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置では、制御ルールが制御テーブルの状態で記憶されるので、制御が正確である。

請求項４に記載の発明は、送風手段は送風機を有し、制御ルールの一つは、目標燃焼量に対する送風機の制御テーブルとして制御装置に記憶されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置についても、制御ルールが制御テーブルの状態で記憶されるので、制御が正確である。

請求項５に記載の発明は、温度検知手段は温度センサであり、前記温度センサは前記炎孔ベースにも取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置では、温度検知手段たる温度センサが炎孔ベースにも取り付けられているので、燃焼量に応じた適切な空気量を供給するという本発明の趣旨に沿う。

本発明の燃焼装置は、燃料の粘度に係わらず適切な状態で燃焼させることができる効果がある。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において上下の関係は、燃焼装置を給湯器等に設置した状態を基準とする。図１は、本発明の実施形態に係る燃焼装置の断面図である。図２は、図１に示す燃焼装置が採用する炎孔ベースの斜視図である。図３は、図２のＡ−Ａ矢視断面図である。図４は、気化器温度センサ取り付け部分の拡大斜視図である。図５は、図２に示す炎孔ベースの炎孔部分の拡大斜視図である。図６は、炎孔ベース温度センサ取り付け部分の拡大斜視図である。図７は、図１に示す燃焼装置が採用する空気量調節部の斜視図である。図８は、制御ルール切り替え処理の基本フローを示すフローチャート図である。

本実施形態の燃焼装置１は、炎孔を下に向けて給湯器などに内蔵されるもので、下方燃焼型（下方へ向けて火炎を噴出する所謂逆燃焼型）のものである。燃焼装置１は、上から送風機（送風手段）２、駆動機械部３、空気量調節部（送風手段）４、混合部５及び燃焼部６が順次積み重ねられて構成されている。また、混合部５及び燃焼部６の近傍には気化器７が設けられ、空気量調節部４と気化器７との間には、流路形成部材１３が配されて空気流路が形成されている。

図１に示すように、送風機２は、鋼板を曲げ加工して作られた凹状のハウジング２０の内部にファン２１が回転可能に配されたもので、ハウジング２０の中央部には、開口２２が設けられている。

駆動機械部３は箱体１０を有し、その底板１２の中央にモータ３０が取り付けられている。モータ３０は、両端部から回転軸３０ａ，３０ｂが突出しており、回転軸３０ａ，３０ｂは、燃焼装置１の略全長を上下へ向けて貫通している。そして、モータ３０の上方側の回転軸３０ａは、ファン２１に接続され、下方側の回転軸３０ｂは、気化器７の回転部材８に接続されている。則ち、モータ３０の回転駆動により、ファン２１が回転駆動されて下方へ向けて送風（空気供給）を行うと共に、回転部材８が同時に回転駆動される。

送風機２のモータ３０は、箱体１０の外壁に固定された制御回路部（制御装置）１００で生成された制御信号によって駆動され、回転数制御が行われて燃焼部６側への供給空気量を制御している。

空気量調節部４は、図１，図７に示すように、円板状の移動側板状部材４１と方形状の固定側板状部材４２によって構成され、固定側板状部材４２に対して移動側板状部材４１が回転可能に取り付けられたものである。移動側板状部材４１は円板形であり、中央部に軸挿通孔４１ａが設けられている。この軸挿通孔４１ａの周囲には、放射状に１２個の略３角形状の開口４１ｂが設けられ、更に外側に１２個の略方形状の開口４１ｃが設けられている。また、移動側板状部材４１の周縁部には、周縁部の一部を垂直に切り起こした係合部４１ｄが設けられている。

また、固定側板状部材４２は方形状であり、移動側板状部材４１よりも大きい。固定側板状部材４２の中央部にも軸挿通孔４２ａが設けられている。この軸挿通孔４２ａの周囲には、放射状に１２個の略３角形状の開口４２ｂが設けられ、更に外側に１２個の略方形状の開口４２ｃが設けられている。また、固定側板状部材４２には、駆動片４３を揺動自在に支持する支持部材４２ｄが固定されている。この駆動片４３の一端は、箱体１０の外壁に固定されたステップモータ４０の駆動軸４０ａに接続され、他端は移動側板状部材４１の係合部４１ｄへ係合している。

移動側板状部材４１は、固定側板状部材４２の上にあり、中央の軸挿通孔４１ａ，４２ａを中心として相対的に回転可能である。そして、ステップモータ４０を駆動すると、駆動軸４０ａに係合した駆動片４３が揺動し、移動側板状部材４１の係合部４１ｄを接線方向へ向けて押圧する。その結果、移動側板状部材４１が、固定側板状部材４２の上で中央の軸挿通孔４１ａを中心として相対的に回転する。

則ち、空気量調節部４は、ステップモータ４０を駆動して移動側板状部材４１を回転させることにより、移動側板状部材４１と固定側板状部材４２の開口４１ｂ，４２ｂ同士および開口４１ｃ，４２ｃ同士の重なり具合を変化させている。則ち、開口同士の重なり具合を変化させることで開口面積を変動させ、これによって、開口を介して上下に移動する空気量を調節するものである。この空気量調節部４により、送風機２から燃焼部６側に至る空気流路の開口面積を調節して、送風機２で発生した空気流の燃焼部６側への供給量を制御している。

流路形成部材１３は、図１に示すように、薄板を円錐形に曲げて作られたものであり、内部は空洞で上下に連通している。則ち、流路形成部材１３は、上部と下部に開口を有し、両者は連通しており、上部の開口は、前記した固定側板状部材４２の中心部へ当接し、下部の開口は、後述する一次空気導入筒１５へ連通している。

流路形成部材１３の内側には、燃料パイプ１４が固定されている。燃料パイプ１４は、流路形成部材１３の上部の開口から内部に入り、流路形成部材１３および一次空気導入筒１５を貫通して気化器７の回転部材８の内部に至るように取り付けられている。燃料パイプ１４は燃料ポンプ（燃料供給手段）１９に接続されており、気化器７へ灯油等の液体燃料を供給可能な構成となっている。

混合部５、燃焼部６及び気化器７は、図１に示すように炎孔ベース６０を中心として構成され、炎孔ベース６０の中央部に気化器７が設けられている。そしてこれらの構成部品がハウジング１１内に収納されている。炎孔ベース６０は、図２に示すように、アルミダイカストによって作られたもので、複雑な枠組と開口及び溝が設けられている。尚、図２では、炎孔ベース６０の上部に上面板６５を取り付けた状態で示している。

炎孔ベース６０の上面側は、図３〜図５に示すように、主として燃料ガス及び二次空気の流路形成面として機能し、下面側は炎孔取付け面として機能する。則ち、炎孔ベース６０の上面側には、多数のループ状の垂直壁６２で仕切られた溝６３が設けられており、隣接する垂直壁６２同士の間には、溝６４が設けられている。そして、気化器７で生成された燃料ガスは、上面壁６１と垂直壁６２との間を介して溝６４から下方側の炎孔へ噴出して火炎を発生させる。

炎孔ベース６０の下面側は、図５に示すように、多数のループ状の垂直壁６６が設けられており、この垂直壁６６で仕切られた各ループ内には多数の開口６７が配列されている。垂直壁６６は上面側の垂直壁６２と対応した位置に設けられており、垂直壁６６で仕切られた開口６７は、上面側の溝６３と連通して二次空気の供給路を形成している。また、隣接する垂直壁６６同士の間には、上面側から連通する溝６４が配されている。そして、隣接する垂直壁６６同士の間には、垂直壁６６を跨ぐように炎孔部材６８が被せられて固定されている。そして、溝６４を通じて供給される燃料ガス（混合ガス）が炎孔６８ａから噴出し、この燃料ガスに着火されて火炎を生じる。

また、炎孔ベース６０には、図２，図３に示すように、熱吸収壁６０ａ，６０ｂ，６０ｃが設けられている。これにより、火炎の状態に応じた熱をより正確に炎孔ベース６０の温度として検知することができる。

本実施形態の燃焼装置１では、図２，図３に示すように、炎孔ベース６０に炎孔ベース６０の温度を検知する炎孔ベース温度センサ（温度検知手段）９１が、気化器７に気化器７の温度を検知する気化器温度センサ（温度検知手段）９２が取り付けられている。即ち燃焼装置１では、その一部であって被加熱物（例えば、給湯器の熱交換器）の上流側における温度を検知する温度検知手段として、炎孔ベース温度センサ９１と気化器温度センサ９２を採用している。

気化器温度センサ９２は、図２〜図４に示すように、サーミスタＴＨから延伸するリード線９２ｂの端部にコネクタ９２ａを設けて形成され、サーミスタＴＨには固定板９２ｃが取り付けられている。この気化器温度センサ９２は、炎孔ベース６０の上面側から気化器７の周部７２へ突き刺すようにして固定される。則ち、炎孔ベース６０を貫通して気化器７の周部７２へ向けて嵌入孔６０ｄが設けられており、その近傍にネジ孔６０ｅが設けられている。そして、サーミスタＴＨを嵌入孔６０ｄに挿入し、ネジＮを固定板９２ｃを通してネジ孔６０ｅにねじ込んで締付固定される。気化器温度センサ９２をこのように固定することにより、気化器７の周部７２の温度を効率良く検知可能である。

一方、炎孔ベース温度センサ９１は、図２，図３，図６に示すように、熱吸収壁６０ａに沿った炎孔ベース６０の外縁角部であって、気化器７を間に挟んで気化器温度センサ９２から最も離れた部位に対向させて取り付けている。この配置により、炎孔ベース温度センサ９１と気化器温度センサ９２との物理的距離を最大としている。これにより、気化器の温度変動の影響を最も受けにくい状態で、火炎に応じた炎孔ベース温度を的確に把握することが可能となる。炎孔ベース温度センサ９１は、前記した気化器温度センサ９２と同一の構成を有する。則ち、サーミスタＴＨから延伸するリード線９１ｂの端部にコネクタ９１ａを設けて形成され、サーミスタＴＨには固定板９１ｃが取り付けられている。サーミスタＴＨは気化器温度センサ９２と同一のものである。

この炎孔ベース温度センサ９１は、上面板６５の上面から炎孔ベース６０の熱吸収壁６０ａへ突き刺すように固定される。則ち、上面板６５には開口６５ａが設けられ、炎孔ベース６０の熱吸収壁６０ａの対応した位置にも嵌入孔６０ｆが設けられている。また、上面板６５の開口６５ａの近傍には、ネジ孔６５ｂが設けられている。そして、サーミスタＴＨを開口６５ａを介して嵌入孔６０ｆに嵌入し、ネジＮを固定板９１ｃを通してネジ孔６５ｂにねじ込んで締付固定している。炎孔ベース温度センサ９１をこのように固定することにより、熱吸収壁６０ａによって吸収された熱に応じた温度を効率良く検知可能である。

ここで、本実施形態では、炎孔ベース温度センサ９１を、熱吸収壁６０ａに沿う部位であって、気化器温度センサ９２から最も離れた部位に取り付けた構成としているが、本発明はこのような配置に限定されるものではない。則ち、気化器７が円形である場合、気化器７の周部７２は全周に渡って略同一の温度変動を呈する。従って、炎孔ベース温度センサ９１の固定位置が気化器温度センサ９２に近接する場合であっても、炎孔ベース温度センサ９１は、熱吸収壁６０ａに沿う部位であって気化器７から最も離れた部位の近傍に設けることが望ましい。

気化器７は、図１，図４に示すように、気化室７０と回転部材８によって構成される。気化室７０は、底面部７１と周部７２を持つ円筒体であり、底面部７１は閉塞し、上部は開口している。則ち、気化室７０は窪んだ形状であり、底面部７１及び周部７２は閉塞していて気密・水密性を持ち、上部は開放されている。気化室７０は、前記した様に底面部７１及び周部７２を持ち、あたかもコップの様な形状であり、炎孔ベース６０の中央部分に取り付けられている。

気化室７０の底面部７１内には、気化器ヒータ７３が内蔵されている。この気化器ヒータ７３に通電することにより底面部７１が発熱し、さらにこの熱が気化室７０の壁を伝導し、気化室７０の内壁が全体的に加熱される機能を有する。これにより、回転部材８によって気化室７０の内部へ飛散された液体燃料を気化し易くする機能を有している。

回転部材８は、前記したモータ３０の回転軸３０ｂに取り付けられて一体的に回転するもので、円板の周縁を切り起こして多数の撹拌羽根８ａを設けた形状を有する。この回転部材８は、燃料パイプ１４を介して供給（滴下）される液体燃料を回転による遠心力によって飛散させるもので、飛散した燃料は気化室７０の内部で熱によって気化させて燃料ガスとなる。また、回転部材８は、気化された燃料ガスと送風機２から供給される一次空気とを撹拌して均一な混合ガスを生成する機能を併せ持っている。則ち、回転部材８は、気化室７０の内部で液体燃料を効率良く気化させるために、燃料パイプ１４から滴下された灯油等の液体燃料を微粒子状にして飛散させると共に、気化した燃料ガスと一次空気とを撹拌させて均一に混合する働きを行うものである。

制御回路部（制御装置）１００は、燃焼装置１の燃焼に伴う各種の制御を統括するもので、ＣＰＵを用いたデジタル回路で構成される。制御回路部１００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏポート、および、アナログのセンサ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、あるいは、生成されたデジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するＤ／Ａ変換回路などを備え、センサの検知信号やスイッチの切換信号を参照しつつ、燃焼量に応じた制御信号をプログラム処理によって生成するものである。制御に用いる各種の所定値は、予めＲＯＭに格納されており、ＣＰＵで随時データを参照することによって必要な判別処理を行う。

本実施形態の燃焼装置１では、制御回路部１００は燃料ポンプ（燃料供給手段）１９と送風機（送風手段）２の両方に制御信号を送信可能である。具体的には、制御回路部１００は、気化器温度センサ９２の検知温度と炎孔ベース温度センサ９１の検知温度の両方の信号を受信し、これらの検知温度に応じて、燃料ポンプ１９や送風機２に前記した様な制御信号を送信する。そして、当該制御信号は、所定の制御ルールに則った相関関係をもって目標とする燃焼量に対して変化する。
制御回路部１００は、予め複数の制御ルールを記憶しており、その内の特定の制御ルールに則って通常時の燃焼状態を制御する。燃焼装置１は前記した制御ルールを切り替える「制御ルール切り替え機能」を備えており、制御回路部１００が当該機能の動作を制御している。制御ルール切り替え機能が動作することにより、所定の目標燃焼量で燃焼中における温度検知手段の検知温度に応じて制御ルールを切り替え可能となる。このように、本実施形態の燃焼装置１では複数の制御ルールが設定されているが、その一つは、目標燃焼量に対する燃料ポンプ１９の制御テーブルとして記憶されている。さらに、目標燃焼量に対する送風機２の制御テーブルとしても記憶されている。

本実施形態の燃焼装置１は、気化器７が炎孔ベース６０の中央に位置するものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記した特許文献２に記載されているような、気化器（気化部）が炎孔ベースの端部側に位置する燃焼装置であってもよい。

次に、燃焼装置１の動作について説明する。前記した様に、本実施形態の燃焼装置１は「制御ルール切り替え機能」を備えており、当該機能が動作することによる処理（制御ルール切り替え処理）によって、所定の目標燃焼量で燃焼中における温度検知手段の検知温度に応じて制御ルールを切り替え可能である。制御ルール切り替え処理の基本フローは図８に示すとおりである。まず、制御ルール切り替え処理は、燃焼装置１の運転開始後、所望の時期に開始される。開始時期としては、前述した様に、例えば燃料の種類が切り替わる時期が挙げられる。

制御ルール切り替え処理が開始されると、燃焼装置１の所定箇所の温度を検知する（ステップ１）。本実施形態では所定箇所としては気化器７と炎孔ベース６０の２箇所があり、検知温度は気化器温度センサ９２の検知温度と炎孔ベース温度センサ９１の検知温度の２種類がある。なお、ステップ１においては、ある制御テーブル（初期制御テーブル）に従って、決まった燃料供給量と空気供給量の下で液体燃料が燃焼している。

次に、当該検知温度が所定の条件を満たすか否かを判断する（ステップ２）。所定の条件としては、「所定値（上限値）より低い」、「所定値（下限値）より高い」、「上限値より低く且つ下限値より高い」、の３パターンが考えられる。「上限値より低い」という条件は、気化器を保護するために燃焼量の過度の増大を抑えることを主目的とする場合に有効である。「下限値より高い」という条件は、適正な燃焼量を得るために燃焼量の減少を抑えることを主目的とする場合に有効である。なお「上限値より低く且つ下限値より高い」は、換言すれば、「一定の閾値内」ということである。
また、判断に当たっては、２種の検知温度の「両方」が所定の条件を満たすか否かをもって判断してもよいし、２種の検知温度の「少なくとも一方」が所定の条件を満たすか否かをもって判断してもよい。２種の検知温度のどちらか一方のみを採用することもできる。

そして、ステップ２において検知温度が所定の条件を満たしている場合には、制御テーブルの変更を行わず、初期制御テーブルに固定したまま運転を続行し（ステップ６）、制御ルール切り替え処理を終了する。

一方、検知温度が所定の条件を満たしていない場合には、制御テーブルを別のものに変更する（ステップ３）。このとき、検知温度が上限値より高い場合には、燃焼量を減少させるような制御テーブルを選択する。具体的には、燃料供給量を減少させる様に及び／又は空気供給量を増大させる様な制御テーブルを選択すればよい。一方、検知温度が下限値より低い場合には、燃焼量を増大させるような制御テーブルを選択する。具体的には、燃料供給量を増大させる様に及び／又は空気供給量を減少させる様な制御テーブルを選択すればよい。
なお、検知温度が上限値より高くなる場合の例としては、使用する液体燃料の種類が異なり液体燃料の粘度が初期の想定よりも低くなり、液体燃料の供給量が過大となっている状態が挙げられる。また、検知温度が下限値よりも低くなる場合の例としては、使用する液体燃料の種類が異なり液体燃料の粘度が初期の想定よりも高くなり、液体燃料の供給量が少なくなっている状態が挙げられる。

ステップ３で制御テーブルを変更した後、一定時間が経過するのを待ち（ステップ４）、再度、所定箇所の温度を検知する（ステップ５）。そして、ステップ２へ戻り、当該検知温度が所定の条件を満たすか否かを判断する。そして、検知温度が所定の条件を満たしている場合には、その後は制御テーブルの変更を行わず、その制御テーブルに固定したまま運転を続行し（ステップ６）、制御ルール切り替え処理を終了する。即ち、制御ルール切り替え処理終了後は、変更された制御テーブルに則って通常時の燃焼状態を制御することとなる。

一方、検知温度が所定の条件をなお満たしていない場合には、制御テーブルをさらに別のものに変更する（ステップ３）。その後、ステップ２で検知温度が所定の条件を満たすまでステップ２〜５を繰り返す。そして、ステップ２で検知温度が所定の条件を満たした場合には、その後は制御テーブルの変更を行わず、その制御テーブルに固定したまま運転を続行し（ステップ６）、制御ルール切り替え処理を終了する。制御ルール切り替え処理終了後は、変更された制御テーブルに則って通常時の燃焼状態を制御することとなる。

なお、ステップ６では固定された制御テーブルで運転を続行するが、この間に所定箇所の温度が所定の条件を満たしているか否かを監視してもよい。そして、途中で条件を満たさなくなった場合には、ステップ２に戻る構成としてもよい。

また、ステップ２で所定の条件を満たす制御テーブルが見つからなかった場合には、燃焼装置１の運転を停止するか、代表的な制御テーブル（例えば、初期制御テーブル）を採用して運転を続行することができる。

ステップ２における所定値のうち下限値については、使用する液体燃料の蒸発温度を考慮して設定することができる。例えば、液体燃料が蒸発温度の高いものである場合には、下限値を高めに設定してもよい。

なお関連の発明として、給油の度に制御ルール切り替え機能を動作させたり、燃料が増加したときに制御ルール切り替え機能を動作させてもよい。また、一定期間ごとや、定常燃焼が続いた場合といった一定の条件に至った時に繰り返し制御ルール切り替え機能を動作させてもよい。

また、燃焼装置は一般にその制御部に電気的に不揮発性の記憶手段（ＥＥＰＲＯＭなど）を備えており、停電等でメインの電源が切れた場合であっても、その積算通電時間や積算運転時間などを不揮発性の記憶手段に記憶している。そこで関連の発明として、この不揮発性の記憶手段に記憶された積算通電時間などを元に、適当なタイミングで制御ルール切り替え機能を動作させることも適切である。

本発明の実施形態に係る燃焼装置の断面図である。 図１に示す燃焼装置が採用する炎孔ベースの斜視図である。 図２のＡ−Ａ矢視断面図である。 気化器温度センサ取り付け部分の拡大斜視図である。 図２に示す炎孔ベースの炎孔部分の拡大斜視図である。 炎孔ベース温度センサ取り付け部分の拡大斜視図である。 図１に示す燃焼装置が採用する空気量調節部の斜視図である。 制御ルール切り替え処理の基本フローを示すフローチャート図である。

１ 燃焼装置
２ 送風機（送風手段）
４ 空気量調節部（送風手段）
７ 気化器
１９ 燃料ポンプ（燃料供給手段）
６０ 炎孔ベース
９１ 炎孔ベース温度センサ（温度検知手段）
９２ 気化器温度センサ（温度検知手段）
１００ 制御回路部（制御装置）

Claims (5)

1. 液体燃料を気化させる気化器と、気化器に対して制御された量の液体燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼に必要な空気を供給する送風手段と、前記燃料供給手段及び／又は前記送風手段に対して制御信号を送信する制御装置とを有し、前記制御信号は目標とする燃焼量に対して所定の制御ルールに則った相関関係をもって変化し、さらに燃焼装置の一部であって被加熱物の上流側における温度を検知する温度検知手段を備えた燃焼装置において、前記制御装置は、予め複数の制御ルールを記憶しており、その内の特定の制御ルールに則って通常時の燃焼状態を制御するものであり、前記制御ルールを切り替える制御ルール切り替え機能を備え、所定の目標燃焼量で燃焼中における温度検知手段の検知温度に応じて前記制御ルールを切り替え、以後は変更された制御ルールに則って通常時の燃焼状態を制御するものであり、
   炎孔が平面的に配された炎孔ベースを備え、前記気化器は、炎孔ベースの中央に位置するものであって燃焼継続中は、自己の火炎によって気化器の温度が維持され、液体燃料は気化器の内部で熱によって気化させて燃料ガスとなり、気化された燃料ガスと送風手段から供給される一次空気とが気化器の内部で撹拌されるものであり、温度検知手段は前記気化器に取り付けられており、メインの電源を入れた後の最初の燃焼の際又は一定時間経過後に前記制御ルール切替え機能を動作させるものであることを特徴とする燃焼装置。
2. 温度検知手段の検知温度が所定値より高い場合は、燃料供給手段の燃料供給量が減少する様に及び／又は送風手段の空気供給量が増大する様に制御ルールを切り替え、温度検知手段の検知温度が所定値より低い場合は、燃料供給手段の燃料供給量が増大する様に及び／又は送風手段の空気供給量が減少する様に制御ルールを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 燃料供給手段は燃料ポンプを有し、制御ルールの一つは、目標燃焼量に対する燃料ポンプの制御テーブルとして制御装置に記憶されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置。
4. 送風手段は送風機を有し、制御ルールの一つは、目標燃焼量に対する送風機の制御テーブルとして制御装置に記憶されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
5. 温度検知手段は温度センサであり、前記温度センサは前記炎孔ベースにも取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃焼装置。

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