JP5607900B2

JP5607900B2 - 屋内設置型燃焼装置

Info

Publication number: JP5607900B2
Application number: JP2009181719A
Authority: JP
Inventors: 英男岡本
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2029-08-04
Also published as: JP2011033298A

Description

本発明は、バーナを内蔵する燃焼筐と、燃焼筐内に燃焼用空気を供給する燃焼ファンとを有し、燃焼筐内の燃焼排ガスを排気筒を介して屋外に排出する屋内設置型燃焼装置に関する。

この種の屋内設置型燃焼装置では、バーナの燃焼不良でＣＯが発生しても、排気筒を介して屋外に排気されるため、健康被害は生じない。然し、万一、排気筒が外れていると、ＣＯが部屋内に放出されてしまう。

そこで、従来、屋内設置型燃焼装置として、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサを備え、ＣＯセンサによる検出ＣＯ濃度が所定の判定濃度以上になったときに、燃焼停止を含む安全制御を実行するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の安全制御では、検出ＣＯ濃度が判定濃度以上になったときに、燃焼ファンの回転数アップで空気供給量を一段階増加させる制御を行い、この制御を所定回数繰り返しても検出ＣＯ濃度が判定濃度を下回らない場合に、燃焼を停止している。

尚、ＣＯセンサは、酸化触媒を担持する検知素子を備え、検知素子上でのＣＯの酸化反応熱による抵抗変化でＣＯ濃度を検出するように構成されており、ＣＯ濃度が低いと酸化反応熱による抵抗変化が微小になって、ＣＯ濃度を正確に検出できなくなる。ＣＯセンサで正確に検出できるＣＯ濃度の下限は一般的に３００ｐｐｍ程度であり、安全制御を開始する判定濃度はこの下限濃度以上に設定されている。

上記の如く、ＣＯセンサによる検出ＣＯ濃度が判定濃度以上になったときに安全制御を行えば、排気筒が外れていても、高濃度のＣＯが部屋内に放出されることはない。然し、バーナを長時間継続して燃焼させると、燃焼排ガス中のＣＯ濃度がＣＯセンサでは正確に検出できない低濃度であっても、排気筒外れで燃焼排ガスが放出される部屋内にＣＯが蓄積されて、健康に影響が及ぶ可能性がある。

特開平１１−３３７０６０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、低濃度のＣＯが部屋内に長時間放出されても、健康に影響が及ぶことを防止できるようにした屋内設置型燃焼装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、バーナを内蔵する燃焼筐と、燃焼筐内に燃焼用空気を供給する燃焼ファンとを有し、燃焼筐内の燃焼排ガスを排気筒を介して屋外に排出する屋内設置型燃焼装置であって、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、ＣＯセンサによる検出ＣＯ濃度が所定の判定濃度以上になったときに、燃焼停止を含む安全制御を実行する制御手段とを備えるものにおいて、制御手段は、バーナの燃焼継続時間が所定の設定時間以上になったときには、ＣＯセンサによる検出ＣＯ濃度が判定濃度未満であっていくら低くても、燃焼ファンによる空気供給量とバーナの燃焼量との比である空燃比を増加する空燃比アップ制御を行うように構成されることを特徴とする。

本発明によれば、バーナの燃焼継続時間が設定時間以上になると、ＣＯ濃度が低くても空燃比アップ制御が行われるため、燃焼排ガス中の空気濃度（酸素濃度）が高くなる。従って、排気筒外れで部屋内に低濃度のＣＯが長時間放出されても、部屋内にはＣＯと共に酸素が蓄積されることになり、健康に影響が及ぶことを防止できる。

また、本発明においては、前記設定時間として、第１設定時間と第１設定時間よりも長い第２設定時間とが設定され、制御手段は、バーナの燃焼継続時間が第１設定時間以上で第２設定時間未満のとき、燃焼ファンによる空気供給量を増加させる第１段階の空燃比アップ制御を行い、燃焼継続時間が第２設定時間以上になったとき、バーナの燃焼量を減少させる第２段階の空燃比アップ制御を行うように構成されることが望ましい。第１段階の空燃比アップ制御では、空気供給量の増加により、バーナの燃焼量を減少させず空燃比を増加させるため、燃焼装置の加熱能力の低下で使用者に不便をかけることを回避できる。バーナの燃焼継続時間が第２設定時間以上になった場合は、第２段階の空燃比アップ制御による燃焼量の減少でＣＯの発生量が減少して、部屋内のＣＯ濃度の増加が効果的に抑制される。

また、本発明において、制御手段は、バーナの燃焼停止後も燃焼ファンを作動させてポストパージを行うように構成され、バーナの燃焼継続時間が設定時間以上になった状態でバーナの燃焼を停止した後に行うポストパージ中の総空気供給量を、バーナの燃焼継続時間が設定時間以上になる前にバーナの燃焼を停止した後に行うポストパージ中の総空気供給量よりも多くすることが望ましい。これによれば、バーナの燃焼継続時間が設定時間以上になった後にバーナの燃焼を停止したとき、部屋内にポストパージでより多量の空気が供給され、部屋内の環境が素早く改善される。

尚、設定時間として、上記の如く第１設定時間と第２設定時間とを設定する場合には、バーナの燃焼継続時間が第１設定時間以上で第２設定時間未満の状態でバーナの燃焼を停止した後に行うポストパージ中の総空気供給量を、バーナの燃焼継続時間が第１設定時間以上になる前にバーナの燃焼を停止した後に行うポストパージ中の総空気供給量よりも多くし、バーナの燃焼継続時間が第２設定時間以上になった状態でバーナの燃焼を停止した後に行うポストパージ中の総空気供給量を、バーナの燃焼継続時間が第１設定時間以上で第２設定時間未満の状態でバーナの燃焼を停止した後に行うポストパージ中の総空気供給量よりも多くすることが望ましい。これによれば、燃焼継続時間が長く、より多くのＣＯが蓄積されている可能性の有る部屋内の環境を確実に改善することができる。

本発明の実施形態の燃焼装置である屋内設置型の給湯用熱源機を示す説明図。図１の熱源機のコントローラが行う制御内容を示すフロー図。

以下、図１に示す屋内設置型の給湯用熱源機に本発明を適用した実施形態について説明する。この熱源機は、ハウジング１内に収納した燃焼筐２を備えている。燃焼筐２内には、下部にバーナ３が配置されると共に、上部にバーナ３で加熱される熱交換器４が配置されている。燃焼筐２の下端には、燃焼筐２内に燃焼用空気を供給する燃焼ファン５が接続されている。また、燃焼筐２の上端には、燃焼筐２内の燃焼排ガスを屋外に排出する排気筒６が接続されている。

バーナ３に燃料ガスを供給するガス供給路７には、開閉弁８と比例弁９とが介設されている。また、熱交換器４には、上流側の給水路１０と、下流側の出湯路１１とが接続されている。給水路１０には、水量センサ１２と水温センサ１３とが設けられ、出湯路１１には、湯温センサ１４が設けられている。また、出湯路１１から分岐する風呂用の注湯路１１ａが設けられており、この注湯路１１ａに注湯弁１５を介設している。

燃焼筐２の上端には、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ１６が収納されている。ＣＯセンサ１６は、酸化触媒を担持する検知素子上でのＣＯの酸化反応熱による抵抗変化でＣＯ濃度を検出する公知のものである。ＣＯセンサ１６で正確に検出できるＣＯ濃度の下限は３００ｐｐｍ程度である。

また、ハウジング１内には、燃焼ファン５、開閉弁８、比例弁９及び注湯弁１５等を制御する制御手段たるコントローラ１７が設けられている。そして、コントローラ１７に、水量センサ１２、水温センサ１３、湯温センサ１４及びＣＯセンサ１６の検出信号を入力している。

出湯路１１の下流端の出湯栓（図示せず）を開いて熱交換器４に通水すると、水量センサ１２の検出水量が所定の最低作動水量以上になったところで、コントローラ１７は、開閉弁８を開弁させると共に図外のイグナイタを作動させて、バーナ３に点火する。その後、水量センサ１２の検出水量と水温センサ１３の検出水温とから設定温度の湯を得るのに必要な目標燃焼量を演算し、バーナ３の燃焼量が目標燃焼量になるように比例弁９の開度を制御すると共に、燃焼ファン５による空気供給量とバーナ３の燃焼量との比である空燃比が所定の基準空燃比になるように燃焼ファン５の回転数を制御する。更に、湯温センサ１４の検出湯温が設定温度からずれているときには、この検出湯温と設定温度との偏差に応じて比例弁９の開度をフィードバック補正する。また、図外のリモコンで風呂への湯張りが指示されたときには、注湯弁１５を開弁させ、上記と同様の制御で設定温度に加熱した湯を浴槽に注湯する。尚、浴槽内の湯レベルが所定の設定レベルに達すると図外のレベルセンサからの信号で注湯弁１５が閉弁され、湯張りが停止される。

また、コントローラ１７は、ＣＯセンサ１６の検出ＣＯ濃度に基づいて安全制御を実行する。安全制御では、検出ＣＯ濃度が所定の判定濃度以上になったときに、検出ＣＯ濃度と時間との積を積算し、この積算値が所定の判定値以上になったときにバーナ３の燃焼を停止する。尚、検出ＣＯ濃度が判定濃度以上になったときに、空気供給量を増加又は燃焼量を減少させて、空燃比を基準空燃比より一段階増加させる制御を行い、この制御を所定回数繰り返しても検出ＣＯ濃度が判定濃度を下回らない場合に、燃焼を停止するようにしてもよい。判定濃度は、ＣＯセンサ１６で正確に検出できるＣＯ濃度の下限に合わせて例えば３００ｐｐｍに設定される。

ところで、浴槽の排水口を閉栓しないまま注湯する等してバーナ３が長時間継続して燃焼する事態になると、燃焼排ガス中のＣＯ濃度がＣＯセンサ１６では正確に検出できない低濃度であっても、排気筒６が外れて燃焼排ガスが放出される部屋内にＣＯが蓄積され、健康に影響が及ぶ可能性がある。

そこで、本実施形態では、バーナ３の燃焼継続時間が所定の設定時間以上になったときには、ＣＯセンサ１６による検出ＣＯ濃度が安全制御を開始する判定濃度未満であっても、空燃比を増加する空燃比アップ制御を行うようにしている。以下、空燃比アップ制御について、図２を参照して説明する。

コントローラ１７は、先ず、ＳＴＥＰ１において、燃焼開始指示が出されたか否か、即ち、水量センサ１２の検出水量が最低作動水量以上になったか否かを判別し、燃焼開始指示が出されたとき、ＳＴＥＰ２に進み、バーナ３への点火を含む上述した通常の燃焼制御を行う。この通常燃焼制御には、ＣＯセンサ１６の検出ＣＯ濃度が判定濃度以上になったときに開始する上述した安全制御も含まれる。

次に、ＳＴＥＰ３で燃焼継続時間Ｔが第１設定時間ＹＴ１（例えば、３０分）以上になったか否かを判別する。Ｔ＜ＹＴ１であれば、ＳＴＥＰ４に進み、燃焼停止指示が出されたか否か、即ち、水量センサ１２の検出水量が最低作動水量未満になったか否かを判別する。燃焼停止指示が出されていなければ、ＳＴＥＰ３に戻る。燃焼停止指示が出されたときは、ＳＴＥＰ５で開閉弁８を閉弁させてバーナ３の燃焼を停止する。次に、ＳＴＥＰ６に進み、燃焼停止後も燃焼ファン５を作動させて所定時間のポストパージを行う。その後、燃焼ファン５を停止してＳＴＥＰ１に戻る。

ＳＴＥＰ３でＴ≧ＹＴ１と判別されたときは、ＳＴＥＰ７に進み、燃焼ファン５の回転数を所定割合（例えば、７％）アップさせて空気供給量を増加させ、空燃比を基準空燃比よりも増加させる第１段階の空燃比アップ制御を行う。これによれば、燃焼排ガス中の空気濃度（酸素濃度）が高くなる。そのため、ＣＯセンサ１６の検出ＣＯ濃度が低く、上記安全制御が実行されないまま、排気筒外れで部屋内に低濃度のＣＯが長時間放出されても、部屋内にはＣＯと共に酸素が蓄積されることになり、健康に影響が及ぶことを防止できる。また、空気供給量の増加により、バーナ３の燃焼量を減少させず空燃比を増加できるため、給湯温度が低下して使用者に不便をかけることを回避できる。

ＳＴＥＰ７での上述した第１段階の空燃比アップ制御を行うとＳＴＥＰ８に進み、燃焼継続時間Ｔが第１設定時間ＹＴ１よりも長く設定する第２設定時間ＹＴ２（例えば、６０分）以上になったか否かを判別する。Ｔ＜ＹＴ２であれば、ＳＴＥＰ９に進み、燃焼停止指示が出されたか否かを判別する。燃焼停止指示が出されていなければ、ＳＴＥＰ８に戻る。燃焼停止指示が出されたときは、ＳＴＥＰ１０で開閉弁８を閉弁させてバーナ３の燃焼を停止させる。次に、ＳＴＥＰ１１で燃焼ファン５の回転数をアップさせると共に、上記所定時間よりも３分間延長したポストパージを行った後、燃焼ファン５を停止してＳＴＥＰ１に戻る。かくして、ＳＴＥＰ１１でのポストパージ中の総空気供給量は、ＳＴＥＰ６でのポストパージ中の総空気供給量よりも多くなる。そのため、排気筒外れで燃焼排ガスが放出される部屋内にポストパージでより多量の空気が供給され、部屋内の環境が素早く改善される。

ＳＴＥＰ８でＴ≧ＹＴ２と判別されたときは、ＳＴＥＰ１２に進み、比例弁９の開度を減少させてバーナ３の燃焼量を目標燃焼量よりも所定割合（例えば、７％）減少させて、空燃比を第１段階の空燃比アップ制御よりも更に増加させる第２段階の空燃比アップ制御を行う。これによれば、燃焼量の減少でＣＯの発生量が減少すると共に燃焼排気ガス中の酸素濃度が増加し、排気筒外れで燃焼排ガスが放出される部屋内のＣＯ濃度の増加が効果的に抑制される。

ＳＴＥＰ１２での上述した第２段階の空燃比アップ制御を行うとＳＴＥＰ１３に進み、燃焼停止指示が出されたか否かを判別する。そして、燃焼停止指示が出されたとき、ＳＴＥＰ１４で開閉弁８を閉弁させてバーナ３の燃焼を停止させる。次に、ＳＴＥＰ１５で燃焼ファン５の回転数をアップさせると共に、上記所定時間よりも１０分間延長したポストパージを行った後、燃焼ファン５を停止してＳＴＥＰ１に戻る。かくして、ＳＴＥＰ１５でのポストパージ中の総空気供給量は、ＳＴＥＰ１１でのポストパージ中の総空気供給量よりも多くなり、ＣＯがより多く蓄積されている可能性の有る部屋内の環境が確実に改善される。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、燃焼継続時間Ｔが第１設定時間ＹＴ１以上になったときに、燃焼ファン５の回転数アップと燃焼量減少との何れか少なくとも一方による空燃比アップ制御を行い、燃焼継続時間Ｔが第２設定時間ＹＴ２に達したときに、バーナ３の燃焼を強制的に停止することも可能である。また、上記実施形態では、ＳＴＥＰ１１，１５でのポストパージに際し、燃焼ファン５の回転数をアップすると共にパージ時間を延長するようにしたが、燃焼ファン５の回転数アップと時間延長との一方を行って、ポストパージ中の総空気供給量を増加するようにしてもよい。

また、上記実施形態は、屋内設置型の給湯用熱源機に本発明を適用したものであるが、暖房端末に温水を循環させる暖房用熱源機や、給湯兼暖房用や給湯兼風呂追い焚き用の複合熱源機や、更には、燃焼筐内の燃焼排ガスを室内空気を加熱する熱交換器を介して排気筒に導く温風暖房機等の他の屋内設置型燃焼装置にも同様に本発明を適用できる。

２…燃焼筐、３…バーナ、５…燃焼ファン、６…排気筒、１６…ＣＯセンサ、１７…コントローラ（制御手段）。

Claims

バーナを内蔵する燃焼筐と、燃焼筐内に燃焼用空気を供給する燃焼ファンとを有し、燃焼筐内の燃焼排ガスを排気筒を介して屋外に排出する屋内設置型燃焼装置であって、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、ＣＯセンサによる検出ＣＯ濃度が所定の判定濃度以上になったときに、燃焼停止を含む安全制御を実行する制御手段とを備えるものにおいて、
制御手段は、バーナの燃焼継続時間が所定の設定時間以上になったときには、ＣＯセンサによる検出ＣＯ濃度が判定濃度未満であっていくら低くても、燃焼ファンによる空気供給量とバーナの燃焼量との比である空燃比を増加する空燃比アップ制御を行うように構成され、
設定時間として、第１設定時間と第１設定時間よりも長い第２設定時間とが設定され、制御手段は、バーナの燃焼継続時間が第１設定時間以上で第２設定時間未満のとき、燃焼ファンによる空気供給量を増加させる第１段階の空燃比アップ制御を行い、燃焼継続時間が第２設定時間以上になったとき、バーナの燃焼量を減少させる第２段階の空燃比アップ制御を行うように構成されることを特徴とする屋内設置型燃焼装置。
前記制御手段は、前記バーナの燃焼停止後も前記燃焼ファンを作動させてポストパージを行うように構成され、バーナの燃焼継続時間が前記第１設定時間以上で前記第２設定時間未満の状態でバーナの燃焼を停止した後に行うポストパージ中の総空気供給量を、バーナの燃焼継続時間が第１設定時間以上になる前にバーナの燃焼を停止した後に行うポストパージ中の総空気供給量よりも多くし、バーナの燃焼継続時間が第２設定時間以上になった状態でバーナの燃焼を停止した後に行うポストパージ中の総空気供給量を、バーナの燃焼継続時間が第１設定時間以上で第２設定時間未満の状態でバーナの燃焼を停止した後に行うポストパージ中の総空気供給量よりも多くすることを特徴とする請求項１記載の屋内設置型燃焼装置。