JP5852458B2 - 複合燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、バーナ及び送風ファンを各別に有する複数の燃焼機と、複数の燃焼機を連結する集合排気筒とを備えた複合燃焼装置に関する。特に、本発明は、集合排気筒からの燃焼排気の逆流を防止可能な複合燃焼装置に関する。

従来、バーナ及び送風ファンを各別に有する燃焼機が複数台、並列に設置され、これらの燃焼機が集合排気筒で連結された複合燃焼装置が知られている。この種の複合燃焼装置は、負荷に応じて、燃焼機の運転台数が調節されるように運転制御される。そして、燃焼運転が行なわれると、各燃焼機からの燃焼排気は送風ファンの回転により集合排気筒を介して屋外に排出される。

ところで、上記複合燃焼装置では、負荷に応じて、必要な台数の燃焼機が燃焼運転されるため、複数の燃焼機のうち一部の燃焼機のみで燃焼運転が行われる場合がある。そのため、燃焼運転状態における燃焼機では送風ファンの回転により集合排気筒に燃焼排気が排出されるが、非燃焼運転状態における燃焼機では送風ファンが回転されないため、集合排気筒を介して燃焼運転状態の燃焼機から非燃焼運転状態の燃焼機に燃焼排気が逆流する虞がある。その結果、窒素分や硫黄分などを含む酸性の燃焼排気により、燃焼機内のバーナや送風ファンなどの構成機器が腐食しやすくなる。

上記事情に鑑み、燃焼運転状態にある燃焼機だけでなく、非燃焼運転状態にある燃焼機においても送風ファンを回転させることにより、集合排気筒からの燃焼排気の逆流を防止することが考えられる（例えば、特許文献１）。

しかしながら、上記の複合燃焼装置では、非燃焼運転状態の燃焼機でも送風ファンを回転する必要があるため、経済的に非効率であり、運転コストが嵩むという問題がある。また、非燃焼運転状態における燃焼機ではバーナが燃焼されないため、送風ファンの回転により燃焼機内が冷却され、それによって熱損失が生ずるだけでなく、冬季において燃焼機内に配設された熱交換器や配管内の水が凍結するという問題がある。特に、複合燃焼装置は大型の装置であり、ボイラー室や地下室などの温度の低い場所に設置されるため、上記のような凍結の問題が生じやすい。

特開２００１−１３２９４０号公報

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、燃焼運転状態の燃焼機から集合排気筒を介して非燃焼運転状態の燃焼機へ逆流する燃焼排気を効果的に防止可能な複合燃焼装置を提供することにある。

本発明によれば、バーナ、送風ファン、及び燃焼排気の逆流を検知する逆流検知部を各別に有する複数の燃焼機と、
前記複数の燃焼機を連結する集合排気筒と、
前記各燃焼機内に配設され、前記送風ファンの回転により開弁し、前記集合排気筒から前記各燃焼機内への燃焼排気の逆流を防止する逆止弁と、
前記複数の燃焼機の運転制御を行う制御装置とを備える複合燃焼装置であって、
前記制御装置は、前記複数の燃焼機のうち一部の燃焼機が燃焼運転状態にあり、他の燃焼機が非燃焼運転状態にある場合、前記他の燃焼機の逆流検知部が燃焼排気の逆流を検知すると、前記他の燃焼機の送風ファンを一定時間、回転させる送風運転を実行し、
前記送風運転が複数回実行された後、前記他の燃焼機の逆流検知部で燃焼排気の逆流が検知された場合、異常報知する複合燃焼装置が提供される。

上記複合燃焼装置によれば、各燃焼機内に、送風ファンの回転によって開弁する逆止弁を有するから、燃焼運転状態の燃焼機から燃焼排気が集合排気筒に排出されても、非燃焼運転状態の燃焼機への燃焼排気の逆流を防止することができる。一方、逆止弁を設けた場合、逆止弁の引っ掛かりや、逆止弁に異物が噛み込むことにより、逆止弁のシール性が低下する虞がある。しかしながら、上記複合燃焼装置によれば、各燃焼機が燃焼排気の逆流を検知する逆流検知部を有しており、非燃焼運転状態にある燃焼機の逆流検知部で燃焼排気の逆流が検知されると、一定時間、送風ファンが回転されるから、逆止弁のシール性が低下した場合でも、集合排気筒に燃焼機内の空気を排出させることができ、それによって燃焼排気の逆流を抑えることができる。また、逆流検知部で燃焼排気の逆流が検知された場合のみ、送風ファンを一定時間、回転させるから、送風ファンを連続運転する場合に比べて、燃焼排気の逆流を効率的に防止できるとともに、非燃焼運転状態の燃焼機内の凍結も防止できる。
さらに、非燃焼運転状態にある燃焼機の送風ファンを回転させて、燃焼機内の空気を排出させる送風運転を複数回実行しても、逆流検知部により燃焼排気の逆流が検知された場合、送風ファンを回転させるだけでは逆止弁の引っ掛かり等による逆止弁のシール性の低下を修復できない可能性がある。従って、上記複合燃焼装置によれば、逆止弁のシール性が低下した場合に、使用者に早期に燃焼排気の逆流に起因する異常を認識させることができる。

上記複合燃焼装置において、
前記逆止弁は、好ましくは、前記送風ファンを高回転数で回転させることにより開弁する第１弁と、前記送風ファンを低回転数で回転させることにより開弁する第２弁とを有する。

上記複合燃焼装置によれば、逆止弁が低回転数で送風ファンを回転させることにより開弁する第２弁を有するから、燃焼排気の逆流を効率的に防止できる。また、逆止弁は高回転数で送風ファンを回転させることにより開弁する第１弁を有するから、燃焼運転時に燃焼排気の排出が妨げられることもない。

上記複合燃焼装置において、
前記逆流検知部は、好ましくは、ＣＯセンサを有する。

ＣＯセンサは、温度センサや圧力センサよりも応答性に優れるため、燃焼排気の逆流を早期に検知することができる。

以上説明したように、本発明によれば、燃焼運転状態の燃焼機から集合排気筒を介して非燃焼運転状態の燃焼機へ逆流する燃焼排気を効果的に防止することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る複合燃焼装置の一例を示す概略構成図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る逆止弁を示す概略断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る複合燃焼装置における運転動作を示す制御フロー図である。 図４は、本発明の他の実施の形態に係る複合燃焼装置の一例を示す概略構成図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る複合燃焼装置の一例を示す概略構成図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る複合燃焼装置は、例えば、給湯器である３台の燃焼機２，２，・・・と、これらの燃焼機２を連結する集合排気筒１０とを備える、所謂、強制排気式の複合燃焼装置である。

各燃焼機２は、燃焼用空気が供給される給気口２１及び燃焼排気が排出される排気口２２が形成された缶体２０を有し、缶体２０内には、上部に熱交換器３が、その下方にバーナ４が配置されている。また、缶体２０の下部には、送風ファン５が配設されている。なお、本実施の形態では、同一の燃焼能力を有する燃焼機２が用いられているが、使用形態に応じて、異なる燃焼能力を有する燃焼機２が用いられてもよい。

バーナ４には、ガス回路４１が接続されており、ガス回路４１には、ガス比例電磁弁４２が挿入されている。このガス比例電磁弁４２の開度は、後述する制御装置Ｃからの燃焼量信号により、制御され、それによってバーナ４へのガス量が増減される。バーナ４には、図示しない、イグナイタや熱電対が隣接配置されている。

熱交換器３は、吸熱管３ａと、吸熱管３ａに対して交差するように並ぶ複数のフィン３ｂとを有している。吸熱管３ａは、入口側で給水管３１と接続され、出口側で出湯管３２と接続されている。給水管３１には、水量センサ３１及び給水温サーミスタ３４が設けられており、出湯管３２には、出湯温サーミスタ３５が設けられている。これら水量センサ３１で検知される水量、給水温サーミスタ３４で検知される給水温、及び出湯温サーミスタ３５で検知される出湯温の検知信号は、制御装置Ｃに出力される。

送風ファン５は、ファンモータ６と接続されており、該ファンモータ６は、制御装置Ｃからの燃焼量信号に応じた電圧が印加されることにより、駆動される。また、送風ファン５の回転数と燃焼量信号とは比例関係にあり、燃焼量の増加に従って送風ファン５の回転数が増加される。これにより、燃焼運転が行われると、燃焼機２内に燃焼用空気が供給されるとともに、バーナ４が燃焼することによって発生する燃焼排気が燃焼機２外に排出される。さらに、送風ファン５の回転数は、回転数センサ５１によって検知され、検知されるファン回転数の検知信号は、制御装置Ｃに出力される。

缶体２０の給気口２１には、送風ファン５の回転により、燃焼機２外の屋内の空気を燃焼用空気として缶体２０内に供給するための給気側通路２３が連設されている。また、缶体２０の排気口２２には、送風ファン５の回転により、燃焼機２内の燃焼排気を集合排気筒１０を介して屋外に排出するための排気側通路２４が連設されている。

排気側通路２４の下流端は、集合排気筒１０と連結されている。また、排気側通路２４には、排気側通路２４を連通及び遮断する逆止弁７が設けられている。これにより、燃焼運転状態の燃焼機２から燃焼排気が集合排気筒１０に排出されても、逆止弁７で未燃焼運転状態の燃焼機２内への燃焼排気の逆流を防止することができる。

図２に示すように、本実施の形態では、中央部及びその外周に透孔７３，７３を有する大径の第１弁７１と、中央部の透孔７３に挿入された小径の第２弁７２とを有する、ダブル弁タイプの逆止弁７が用いられている。具体的には、送風ファン５が回転していない状態では、自重により、第１弁７１の下面が排気側通路２４に設けられた係合部２５と、第２弁７２の下面が第１弁７１の上面と当接し、それによって排気側通路２４が遮断される。また、送風ファン５の回転数が所定の低回転数以上になると、第１弁７１は閉弁状態で、第２弁７２が第１弁７１から離間して開弁する。これにより、第１弁７１と第２弁７２との間に狭ギャップが形成され、透孔７３，７３を介して排気側通路２４が連通する。さらに、送風ファン５の回転数が所定の高回転数以上になると、第１弁７１が係合部２５から離間して開弁する。これにより、第１弁７１と排気側通路２４との間に広ギャップが形成され、排気側通路２４が連通する。

図１に戻って、缶体２０内上部の排気口２２近傍には、燃焼排気の逆流を検知するための逆流検知部として、燃焼機２内の一酸化炭素濃度を検知するＣＯセンサ８が配設されている。ＣＯセンサ８により検知される一酸化炭素濃度の検知信号は、常時、制御装置Ｃに出力される。なお、逆流検知部として、燃焼機２内の温度を検知する温度センサや、集合排気筒１０と燃焼機２内の各圧力を検知する圧力センサなどを用いてもよい。ただし、ＣＯセンサは、温度センサや圧力センサに比べて応答性に優れるため、より早期に燃焼排気の逆流を検知できる。

集合排気筒１０は、各燃焼機２の排気側通路２４と連結するために分岐しており、その下流端で屋外と連通している。これにより、燃焼運転中の燃焼機２から発生する燃焼排気は、集合排気筒１０を介して屋外に排出される。

複合燃焼装置は、制御装置Ｃとして、各燃焼機２の運転を制御する制御ユニットＣｃと、これらの制御ユニットＣｃの運転を制御する連結ユニットＣｐとを備える。図示しないが、制御ユニットＣｃは、燃焼機２の燃焼運転を行う燃焼運転制御部、及び送風ファンの運転を制御するファン制御部を備えており、連結ユニットＣｐは、負荷に応じて燃焼運転を行う燃焼機２の必要台数を決定し、各制御ユニットＣｃに燃焼運転の指示を行う運転制御部、非燃焼運転状態にある燃焼機２に送風運転の指示を行う送風運転制御部や、これらの運転を行うためのプログラムが記憶されたメモリ、タイマなどを備えている。また、各燃焼機２の制御ユニットＣｃは、イグナイタ、熱電対、ガス比例電磁弁４２、水量センサ３１、給水温サーミスタ３４、出湯温サーミスタ３５、ファンモータ６、回転数センサ５１、ＣＯセンサ８などと接続されており、これらの検知信号を連結ユニットＣｐに出力する。連結ユニットＣｐは、制御ユニットＣｃや屋内に設けられたリモコンＲなどと電気的に接続されている。

連結ユニットＣｐの運転制御部は、負荷に応じて、燃焼機２の燃焼運転台数を決定し、水量センサ３１で検知される水量、給水温サーミスタ３４で検知される給水温、及び出湯温サーミスタ３５で検知される出湯温に基づき、バーナ４の必要燃焼量を所定の演算式等を用いて算出する。また、制御ユニットＣｃの燃焼運転制御部は、バーナ４の燃焼中において、連結ユニットＣｐの運転制御部からの指示に基づき、求められた必要燃焼量に対応した適正量の燃焼用空気を燃焼機２内のバーナ４に給気するための送風ファン５の目標回転数を設定する。そして、送風ファン５に設けられた回転数センサ５１により検知されるファン回転数が目標回転数に一致するようにファンモータ６をフィードバック制御する。さらに、送風ファン５によりバーナ４に給気される燃焼用空気の量に整合した量のガスをバーナ４に供給すべく、回転数センサ５１により検知されるファン回転数に応じてガス比例電磁弁４２への通電量を決定し、その通電量でもってガス比例電磁弁４２を通電制御する。これにより、バーナ４への燃焼用空気の給気量に整合した量のガスがバーナ４に供給される。また、燃焼運転状態の燃焼機２内のＣＯセンサ８で検知される一酸化炭素濃度は常時、モニタされ、連結ユニットＣｐは、少なくとも１台の燃焼機２で一酸化炭素濃度が所定の燃焼運転基準濃度以上となった場合、燃焼不良が生じたと判断して、異常を報知するとともに、バーナ４へのガスの供給を停止し、燃焼運転を中止する。

また、連結ユニットＣｐの送風運転制御部は、非燃焼運転状態の燃焼機２内のＣＯセンサ８で検知される一酸化炭素濃度が所定の非燃焼運転基準濃度以上となった場合、制御ユニットＣｃに送風ファン５の送風運転を指示し、制御ユニットＣｃのファン制御部は、その非燃焼運転状態の燃焼機２の送風ファン５を最小回転数で一定時間、回転させる。なお、送風運転における送風ファン５の回転時間は、燃焼機２内部の容積と、送風ファン５の送風能力とを考慮して、適宜、選択される。また、連結ユニットＣｐは、上記の一酸化炭素濃度に基づく送風ファン５の回転が複数回行なわれた後、ＣＯセンサ８で検知される一酸化炭素濃度が非燃焼運転基準濃度以上となった場合、逆止弁７のシール性が低下したと判断して、異常を報知するとともに、バーナ４へのガスの供給を停止し、燃焼運転を中止する。

次に、本実施の形態の複合燃焼装置において、燃焼排気の逆流を防止するための制御動作を、図３に基づいて説明する。

システムの運転が開始されて、連結ユニットＣｐが、燃焼運転を行う必要台数の燃焼機２を決定すると、燃焼運転を指示された制御ユニットＣｃは、燃焼機２で上記した燃焼運転を開始し、連結ユニットＣｐは、各燃焼機２が燃焼運転を行っているかどうかを判断する（ステップＳＴ１）。そして、複数の燃焼機２の内、一部の燃焼機２のみが燃焼運転状態にあり、他の燃焼機２が非燃焼運転状態にある場合、連結ユニットＣｐの送風運転制御部は、ＣＯセンサ８から出力される一酸化炭素濃度をモニタし、非燃焼運転状態にある燃焼機２内の一酸化炭素濃度が所定の非燃焼運転基準濃度（例えば、５０ｐｐｍ）以上となっているかどうかを確認する（ステップＳＴ２）。これにより、逆止弁７のシール性が低下して、集合排気筒１０を介して燃焼排気が非燃焼運転状態の燃焼機２内に逆流してきたことを判断することができる。

燃焼機２が非燃焼運転状態であるにも関わらず、燃焼機２内の一酸化炭素濃度が所定の非燃焼運転基準濃度以上になると（ステップＳＴ２で、Ｙｅｓ）、その非燃焼運転状態にある燃焼機２の送風ファン５が最小回転数で一定時間（例えば、３秒間）、回転される（ステップＳＴ３）。これにより、排気側通路２４に配設された逆止弁７の第２弁７２が開弁し、燃焼機２内の空気が集合排気筒１０に排出されるから、逆止弁７のシール性が低下し、所定濃度以上の一酸化炭素を有する燃焼排気が非燃焼運転状態の燃焼機２内に逆流してきた場合でも、早期に燃焼排気を燃焼機２外に排出することができる。また、送風ファン５は短時間のみ回転させるから、送風ファン５を連続運転する場合に比べて、燃焼排気の逆流を効率的に防止できるとともに、冬季において非燃焼運転状態の燃焼機２内の凍結も防止できる。

送風ファン５が一定時間、回転すると、連結ユニットＣｐは、送風ファン５の回転履歴ＨをＨ＋１として記憶し（ステップＳＴ４）、次いで、回転履歴Ｈが所定の設定回数（例えば、３回）かどうかを確認する（ステップＳＴ５）。

上記の一酸化炭素濃度による燃焼排気の逆流の検知、及びそれに基づく送風ファン５の回転が繰り返され、送風ファン５の回転履歴Ｈが所定の設定回数（例えば、３回）になると（ステップＳＴ５で、Ｙｅｓ）、リモコンＲ等から燃焼排気の逆流による異常が報知され、燃焼運転が停止される（ステップＳＴ６）。すなわち、非燃焼運転状態の燃焼機２では、本来、送風ファン５が回転していないため、逆止弁７により排気側通路２４が遮断され、集合排気筒１０からの燃焼排気の逆流は防止されている。また、逆止弁７のシール性が低下して、ＣＯセンサ８で燃焼排気の逆流が検知された場合、送風ファン５を回転させて、燃焼排気の排出も行われる。それにも関わらず、非燃焼運転状態の燃焼機２内で一定濃度以上の一酸化炭素が複数回、検知されるということは、逆止弁７のシール性の低下により、燃焼排気が非燃焼運転状態の燃焼機２内に逆流しやすくなっていることが考えられる。従って、異常を報知することにより、早期に使用者に逆止弁７のシール性の低下を認識させることができる。

一方、燃焼機２が燃焼運転状態にある場合（ステップＳＴ１で、Ｙｅｓ）、ＣＯセンサ８から出力される燃焼機２内の一酸化炭素濃度が燃焼運転基準濃度（例えば、５００ｐｐｍ）以上となっているかどうかが判断される（ステップＳＴ７）。なお、燃焼運転基準濃度は、燃焼運転によりバーナ４でガスが燃焼されて、燃焼機２内の一酸化炭素濃度が非燃焼運転状態の燃焼機２内のそれよりも高くなるため、非燃焼運転基準濃度よりも高い値に設定される。

燃焼機２が燃焼運転を行っている間、上記一酸化炭素濃度のモニタが行われる。燃焼運転中の一酸化炭素濃度が燃焼運転基準濃度以上になると（ステップＳＴ７で、Ｙｅｓ）、燃焼機２内で燃焼不良が発生している可能性が高いから、上記と同様に、リモコンＲ等から異常が報知され、燃焼運転が停止される（ステップＳＴ８）。これにより、燃焼運転時における燃焼不良を早期に防止することができる。

（その他の実施の形態）
（１）上記実施の形態では、集合排気筒１０を有する強制排気式の複合燃焼装置について説明したが、本発明は、図４に示すように、複数の燃焼機２が集合排気筒１０及び集合給気筒１１で連結された強制給排気式の複合燃焼装置にも適用できる。この強制給排気式の複合燃焼装置では、燃焼用空気が屋外から集合給気筒を介して各燃焼機２に供給される。強制給排気式の複合燃焼装置における送風運転の制御構成は、上記の強制排気式の複合燃焼装置におけるそれと同様である。

（２）上記実施の形態では、燃焼排気の逆流を防止するために最小回転数で送風ファン５を回転させているが、送風ファン５の回転時間を短くするために、最小回転数より高い回転数で送風ファン５を回転させてもよい。

（３）上記実施の形態では、逆止弁７は排気側通路２４に設けられているが、給気側通路２３に設けられてもよい。

（４）上記実施の形態では、ダブル弁タイプの逆止弁７を設けたが、シングル弁タイプの逆止弁を用いてもよい。また、ダブル弁を用いる場合、弾性力の異なる２以上のバネを内蔵した逆止弁７を用いてもよい。

２ 燃焼機
４ バーナ
５ 送風ファン
７ 逆止弁
７１ 第１弁
７２ 弁２弁
８ ＣＯセンサ（逆流検知部）
１０ 集合排気筒
Ｃ 制御装置

Claims (3)

1. バーナ、送風ファン、及び燃焼排気の逆流を検知する逆流検知部を各別に有する複数の燃焼機と、
   前記複数の燃焼機を連結する集合排気筒と、
   前記各燃焼機内に配設され、前記送風ファンの回転により開弁し、前記集合排気筒から前記各燃焼機内への燃焼排気の逆流を防止する逆止弁と、
   前記複数の燃焼機の運転制御を行う制御装置とを備える複合燃焼装置であって、
   前記制御装置は、前記複数の燃焼機のうち一部の燃焼機が燃焼運転状態にあり、他の燃焼機が非燃焼運転状態にある場合、前記他の燃焼機の逆流検知部が燃焼排気の逆流を検知すると、前記他の燃焼機の送風ファンを一定時間、回転させる送風運転を実行し、
   前記送風運転が複数回実行された後、前記他の燃焼機の逆流検知部で燃焼排気の逆流が検知された場合、異常報知する複合燃焼装置。
2. 請求項１に記載の複合燃焼装置において、
   前記逆止弁は、前記送風ファンを高回転数で回転させることにより開弁する第１弁と、前記送風ファンを低回転数で回転させることにより開弁する第２弁とを有する複合燃焼装置。
3. 請求項１または２に記載の複合燃焼装置において、
   前記逆流検知部は、ＣＯセンサを有する複合燃焼装置。

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