JP5894901B2

JP5894901B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP5894901B2
Application number: JP2012227545A
Authority: JP
Inventors: 正志庭山; 和田　博; 博和田; 星次赤佐; 裕早津
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2012-10-13
Filing date: 2012-10-13
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-10-13
Also published as: JP2014081095A

Description

この発明は、石油等の燃料を燃焼させて暖房を行う暖房機等に用いられる燃焼装置に関するものである。

従来、この種のものにおいては、ヒータにより気化筒を加熱し、気化筒が所定の温度に加熱されたら、気化筒内に燃料供給用ノズルから燃料を噴射して気化させると共に、ノズルホルダーの燃焼用空気口から気化筒内に燃焼用空気を供給して、燃料の気化ガスと燃焼用空気が気化筒内で予め混合されて予混合気となり、その予混合気がバーナヘッドの炎孔から噴き出し、その噴き出した予混合気を点火プラグで着火することで燃焼を開始するものがある。（例えば、特許文献１）

又、本燃焼を開始する前にポットバーナ底部を過熱する予備燃焼を行うものがあり、この予備燃焼はポットバーナ底部に供給された燃油に直接点火し、保炎しながら小火力で燃焼させるもので、ポット底部が高温状態となりポット上部で燃焼される本燃焼に移行されるまでに時間がかかっていた。

そこで、予備燃焼から本燃焼への移行を早くするために、燃焼開始時、ヒータによる予熱から本燃焼までの間に、燃油量が少なく燃焼空気量過多の第１予備燃焼と、通常空燃比の第２予備燃焼との２段階の予備燃焼を行うものがあった。（例えば、特許文献２）

特開平１０−１８５１１８号公報特開平１０−２２０７４２号公報

ところでこの従来のものでは、燃焼開始時に、ポットバーナに小油量の燃油を供給すると共に、燃焼ファンの回転数を通常空燃比よりも燃焼空気量過多となる回転数で駆動させる第１予備燃焼と、ポットバーナに中油量の燃油を供給すると共に、燃焼ファンの回転数を通常空燃比の燃焼状態となる回転数で駆動させる第２予備燃焼を行うが、燃焼開始時に、第１予備燃焼としてポットバーナに小油量の燃油を供給して予備燃焼を行うと、燃焼が不安定になって振動燃焼が発生する場合があった。

又、燃焼開始時に振動燃焼が発生するのを防止するため、燃焼開始時に、予備燃焼としてポットバーナに中油量の燃油を供給して予備燃焼を行うと、ポットバーナ底部の温度が充分高温になっていないため、ポットバーナに気化しない燃油が溜まって赤火が発生してしまう場合があった。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１では、気化筒と、該気化筒を加熱するヒータと、前記気化筒に燃料を供給する電磁ポンプと、前記気化筒に燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、前記気化筒内で気化させた燃料と燃焼用空気とを混合した予混合気を着火する点火プラグと、燃焼を制御する制御部とを備えた燃焼装置に於いて、前記制御部は、通常空燃比で中火力で着火動作を行う第１予備燃焼と、該第１予備燃焼後に火力を中火力から小火力に変更すると共に、燃焼が常に通常空燃比よりも空気過多状態になるように燃焼用空気量を制御する第２予備燃焼と、該第２予備燃焼後に通常空燃比で小火力で燃焼を行う第３予備燃焼とを行うものである。

また、請求項２では、前記燃焼装置は燃焼ファンの回転数を検知する燃焼ファン回転数検知回路を備え、前記制御部は、第１予備燃焼では燃焼ファンの目標回転数を中火力に対応した回転数に設定して燃焼ファン回転数検知回路が検知した回転数に対応した火力になるように電磁ポンプを制御し、第２予備燃焼では燃焼ファンの目標回転数を小火力に対応した回転数よりも所定の割合で高い回転数に設定すると共に、燃焼ファン回転数検知回路が検知した回転数を目標回転数を設定する際の所定の割合分割り戻して算出し、その割り戻した回転数に対応した火力になるように電磁ポンプを制御し、第３予備燃焼時では燃焼ファンの目標回転数を小火力に対応した回転数に設定して燃焼ファン回転数検知回路が検知した回転数に対応した火力になるように電磁ポンプを制御するものである。

この発明の請求項１によれば、通常空燃比で中火力で着火動作を行う第１予備燃焼と、該第１予備燃焼後に火力を中火力から小火力に変更すると共に、燃焼が常に通常空燃比よりも空気過多状態になるように燃焼用空気量を制御する第２予備燃焼と、該第２予備燃焼後に通常空燃比で小火力で燃焼を行う第３予備燃焼とを行うので、まず第１予備燃焼により着火時に燃焼が不安定になって振動燃焼が発生するのを防止し、第１予備燃焼後の第３予備燃焼で気化筒内に気化しない燃油が溜まって赤火が発生してしまうのを防止し、更に第１予備燃焼後と第３予備燃焼との間に設けた第２予備燃焼で火力が中火力から小火力に変更するのに対して常に燃焼用空気量を多くして通常空燃比よりも空気過多状態で予備燃焼を行い、それにより火力が中火力から小火力に変更する間に空燃比が適正状態から外れて燃焼バランスが崩れ、赤火が発生したり燃焼に息継ぎ状態が発生するのを防止できるものである。

また、請求項２によれば、第１予備燃焼では燃焼ファンの目標回転数を中火力に対応した回転数に設定して燃焼ファン回転数検知回路が検知した回転数に対応した火力になるように電磁ポンプを制御し、第２予備燃焼では燃焼ファンの目標回転数を小火力に対応した回転数よりも所定の割合で高い回転数に設定すると共に、燃焼ファン回転数検知回路が検知した回転数を目標回転数を設定する際の所定の割合分割り戻して算出し、その割り戻した回転数に対応した火力になるように電磁ポンプを制御し、第３予備燃焼時では燃焼ファンの目標回転数を小火力に対応した回転数に設定して燃焼ファン回転数検知回路が検知した回転数に対応した火力になるように電磁ポンプを制御するので、第２予備燃焼で火力を中火力から小火力に変更する時、燃焼ファンの目標回転数を小火力に対応した回転数とする場合よりも常に燃焼用空気量が多く、更に燃料の油量は燃焼ファン回転数検知回路が検知する回転数を割り戻した回転数に対応した油量となって、常に空気が多い状態で燃焼し、それにより火力が中火力から小火力に変更する間に空燃比が適正状態から外れて燃焼バランスが崩れ、赤火が発生したり燃焼に息継ぎ状態が発生するのを防止できるものである。

この発明の一実施形態を示す燃焼装置の燃焼部を示す分解斜視図。同要部断面図。同燃焼装置のブロック図。同燃焼開始時の制御を示すフローチャート図。

次にこの発明に係る燃焼装置の燃焼部を図面に示す一実施例で説明する。
１は有底円筒状の気化筒で、その内部を燃料の気化可能温度まで加熱する加熱手段としてシーズヒータ２が埋設されており、気化させた燃料と燃焼用空気とを予め混合して予混合気とするものである。

３はノズルホルダーで、気化筒１内に燃焼用空気を供給するための燃焼用空気口４と、２次空気を供給するための２次空気用口５が設けられ、前記燃焼用空気口４の内部には燃料を噴出する燃料供給用ノズル６を配設し、その燃焼用空気口４を気化筒１の側壁の下方に形成してある差込口７に差し込んで固定し、前記燃料供給用ノズル６を気化筒１内に臨ませてあるものである。

８はバーナ取付台で、板状の取付面９の略中央に通気孔１０を形成し、その通気孔１０の近くに該通気孔１０に比べて小径でノズルホルダー３の２次空気用口５をＯリング１１を介在させて接続する２次空気孔１２が形成され、また、通気孔１０のまわりにはねじ止め用孔１３が多数形成されている。
また、取付面９を水平に位置させた時の正面部分の一辺を上向きに略直角に折り曲げて、その両端にユニット固定孔１４を形成した前面取付部１５を設け、更に取付面９を水平に位置させた時の左側部分の一辺を下向きに略Ｌ字状に折り曲げて案内部１６を設けたものである。

１７は有底円筒状のヒータカバーで、気化筒１を内設してその開口部分がバーナ取付台８の通気孔１０の下部に位置するようにバーナ取付台８にねじ１８にて固定し、さらに気化筒１とバーナ取付台８との間にポットパッキン１９を介在させて密着させて固定するものである。
また、ヒータカバー１７の底面には、気化筒１内にねじ込まれて気化筒１内の温度を検知するポットサーミスタ２０が固定され、更に下方のバーナサーモ取付板２１には気化筒１内の異常過熱を検知するバーナサーモスタット２２がねじ２３にて固定されているものである。

２４は有底円筒状のバーナヘッドで、バーナ取付台８の通気孔１０の上部に底面側を上にして上面として配設され、その上面には外周から中心に向かって主炎孔２５が同心円状に、そして外側と内側の該主炎孔２５が千鳥足状に形成され、該主炎孔２５の形成されたバーナヘッド２４の上面部分の内側の面には、金網からなる上部多孔部材２６が張設され、また、バーナヘッ２４の周壁には、横長の形状をした補助炎孔２７が略等間隔に複数形成され、該補助炎孔２７の内周及び外周には、筒状の金網からなる内周多孔部材２８と外周多孔部材２９とが、その該補助炎孔２７を覆うように張設されており、バーナ取付台８の通気孔１０の上部に位置して配設されるものである。

３０は抵抗板で、中央の開口部分が下方に向かって一体絞りされて開口突部３１が形成され、該開口突部３１の上面の開口部分には金網からなる抵抗板用多孔部材３２が張設され、そしてバーナヘッド２４内部上方に配設されて該バーナヘッド２４内部の空間を上下に仕切り、開口突部３１の内側の先端から抵抗板３０により仕切られたバーナヘッド２４内部の上方の空間を通って主炎孔２５までの予混合気の通過する主炎孔路ａを形成するものである。

３３は有底筒状のバーナ整流キャップで、その底面部分には抵抗板３０の開口突部３１の外径より大きい開口部３４が形成されており、また、底面の反対側の開放部分はその端部を断面Ｌ字状にして鍔部３５を形成しているものである。
そして開口部３４を上方にして、その開口部３４に抵抗板３０の開口突部３１の一部が挿入された状態でバーナヘッド２４内に配設され、それにより開口突部３１の外周と開口部３４との間にすき間が生じて補助炎孔路入口３６を形成すると共に、該補助炎孔路入口３６から抵抗板３０により仕切られたバーナヘッド２４内部の下方の空間を通って補助炎孔２７までの予混合気の通過する補助炎孔路ｂを形成するものである。

３７は整流筒で、中央の開口部分が下方に向かって一体絞りされて開口突起部３８が形成され、該開口突起部３８の上方の開口部分は、外側の第１鍔部３９と該第１鍔部３９より低い内側の第２鍔部４０の二段の鍔状部分により鍔状部４１が形成されているものである。

４２はバーナ整流板で、中央に整流孔４３が形成された円板部４４に断面Ｌ字状の脚部４５が略等間隔で３つ設けられ、整流孔４３の上方に抵抗板３０の開口突部３１の先端中央が位置するように脚部４５が整流筒３７の第２鍔部４０に固定されている。

そして、バーナ整流板４２の固定された整流筒３７の第１鍔部３９とバーナ整流キャップ３３の鍔部３５とが、カシメやスポット溶接などにより一体化され、整流筒３７の開口突起部３８が気化筒１内に臨むような状態でバーナヘッド２４内部から気化筒１の開放部分の内部にかけて配設されるものである。

４６はバーナヘッドリングで、バーナヘッド２４の周囲下方よりリング状に補助炎孔２７を覆うように配設したもので、バーナ取付台８にバーナヘッド２４と共にねじ４７にて固定され、バーナヘッド２４の補助炎孔２７に形成される炎により加熱され、シーズヒータ２により加熱されなくとも、気化筒１を燃料の気化可能温度に保つ、いわゆるヒートバックを取るものである。

４８は外筒で、一端を熱交換器（図示せず）と連通させ、他端にはバーナヘッド２４が筒内略中央に位置するようにバーナヘッド２４と気化筒１が取り付けられたバーナ取付台８が取り付けられるもので、バーナ取付台８が取り付けられる端部内側には、ノズルホルダー３の２次空気用口５と連通して２次空気を筒内のバーナヘッド２４の上方に噴き出す２次空気噴出部４９が形成され、また、バーナヘッド２４より噴き出す予混合気を点火する点火プラグ５０と、炎の状態を検知するフレームロッド５１とが外筒４８内に臨むように固定されている。
５２はマイコンを内蔵した制御部で、通電することにより気化筒１を加熱する、シーズヒータ２と、バーナヘッド２４より噴き出す予混合気を点火する点火プラグ５０と、気化筒１内に燃油を送る電磁ポンプ５３と、気化筒１内に燃焼用空気を送る燃焼ファン５４と、室内空気を送風して熱交換器（図示せず）と熱交換させて室内に温風として送風する送風ファン５５と、設定温度や運転状況等各種表示を行う表示部５６とを制御するものである。

又、制御部５２は、運転スイッチ５７等各種スイッチを備えた操作部５８と、フレームロッド５１からの検出値により着火の有無を判断する炎検知回路５９と、燃焼ファン５４の回転数を検出する回転センサ６０からの検出値により燃焼ファン５４の回転数を検知する燃焼ファン回転数検知回路６１と、時間を計時するタイマー回路６２と、気化筒１内の温度を検知するポットサーミスタ２０と、気化筒１内の異常過熱を検知するバーナサーモスタット２２が接続されているものである。

次にこの燃焼装置の運転開始時の動作について図４に示すフローチャートに従って説明する。
まず操作部５８の運転スイッチ５７がＯＮ操作されると（Ｓ１）、制御部５２はシーズヒータ２に通電を開始して（Ｓ２）、予備加熱を開始し、気化筒１の温度を上昇させる。

そして、ポットサーミスタ２０が検知する気化筒１内の温度が所定温度、本実施例では１５０℃に達すると（Ｓ３）、制御部５２はホットスタートを開始し、燃焼ファン５４の目標回転数を中火力、本実施例では中火力は４灯で、４灯に対応した回転数、本実施例では２５００ｒｐｍに目標回転数を設定して燃焼ファン５４の駆動を開始する。（Ｓ４）

そしてポットサーミスタ２０が検知する気化筒１内の温度が所定温度、本実施例では２１０℃に達すると（Ｓ５）、制御部５２は、回転センサ６０からの検出値により燃焼ファン５４の回転数を検知する燃焼ファン回転数検知回路６１の検知した回転数が、目標回転数に対して所定の範囲、本実施例では目標回転数に対して上下３０ｒｐｍの範囲内になっているかを確認し（Ｓ６）、燃焼ファン５４の回転数が所定の範囲内になっている時、点火プラグ５０をＯＮして着火動作を行う。（Ｓ７）

そして制御部５２は、点火プラグ５０をＯＮして着火動作を行うと同時に、燃焼ファン回転数検知回路６１の検知した回転数に対応した火力となるように電磁ポンプ５３を駆動させて（Ｓ８）第１予備燃焼を開始し、更にタイマー回路６２を動作させて計時を開始する。（Ｓ９）

電磁ポンプ５３により供給された燃油は、気化筒１内で気化して燃焼ファン５４により供給された燃焼用空気と混合されてバーナヘッド２４より予混合気として噴き出し、その噴き出した予混合気が点火プラグ５０により着火される。

制御部５２は、フレームロッド５１からの検出値により着火の有無を判断する炎検知回路５９が着火を検知したかを確認し（Ｓ１０）、炎検知回路５９が着火を検知しない場合は、その状態のままでタイマー回路６２の計時が所定時間、本実施例では１０秒を経過したら（Ｓ１１）、不着火と判断してタイマー回路６２の計時を停止し（Ｓ１２）、点火プラグ５０及び電磁ポンプ５３を停止する。（Ｓ１３）

そして制御部５２は、不着火回数として積算し（Ｓ１４）、積算した不着火回数が所定回数、本実施例では３回以上に達していなかったら、（Ｓ４）に戻って第１予備燃焼を再度開始し、３回以上に達していたら異常が発生していると判断して運転を停止し（Ｓ１６）、表示部５６に不着火エラーを表示する。（Ｓ１７）

又、（Ｓ１０）で炎検知回路５９が着火を検知した場合は、制御部５２はタイマー回路６２の計時を停止してリセットした後、再度計時を開始させる。（Ｓ１８）
そして制御部５２は、炎検知回路５９が着火を検知した状態でタイマー回路６２が再度計時を開始してから所定時間、本実施例では３秒を経過したら（Ｓ１９）、着火完了と判断して第１予備燃焼を終了させる。

このように中火力にて着火を開始するので、着火開始時の燃焼が安定して振動燃焼が発生するのを防止できるものである。

そして次に制御部５２は、次に第２予備燃焼を開始し、まず燃焼ファン５４の目標回転数を、小火力に対応した回転数より所定の割合高い回転数に変更する。（Ｓ２０）

尚、本実施例では小火力は２灯で、その２灯に対応した回転数が１９００ｒｐｍ、そしてその２灯に対応した回転数より所定の割合で高い回転数、本実施例では所定の割合が５％で、その所定の割合で高い回転数は２０００ｒｐｍである。

それにより燃焼ファン５４の回転数は中火力に対応した回転数より徐々に低くなっていくが、制御部５２は燃焼ファン回転数検知回路６１の検知した回転数を割り戻して回転数を算出し、その割り戻した回転数に対応した火力になるように電磁ポンプ５３の駆動を制御する。（Ｓ２１）

例えば、燃焼ファン回転数検知回路６１の検知した回転数が２１００ｒｐｍであれば、制御部５２はその燃焼ファン回転数検知回路６１が検知した回転数２１００ｒｐｍを１．０５で除算して割り戻した回転数として２０００ｒｐｍを算出し、その割り戻した回転数である２０００ｒｐｍに対応した火力になるように電磁ポンプ５３の駆動を制御するものであり、燃焼ファン回転数検知回路６１が検知した回転数は徐々に低下するので、それに対応して割り戻した回転数も低下し、火力が中火力から小火力変更される間、適正な空燃比に保つことができるものである。

つまり燃焼ファン５４の目標回転数を中火力に対応した回転数から小火力に対応した回転数に変更すると、燃焼ファン５４の風量の変化に対して電磁ポンプ５３の油量の変化が遅れてしまい、結果として油量過多となって燃焼バランスが崩れてしまうが、本実施例では燃焼ファン５４の目標回転数を中火力に対応した回転数から小火力に対応した回転数より所定割合高い回転数に変更すると共に、燃焼ファン回転数検知回路６１の検知した回転数を割り戻して回転数を算出し、その割り戻した回転数に対応した油量となるように電磁ポンプ５３を駆動するので、着火後中火力を小火力に変更する時も油量過多とならずに空燃比を適正にして燃焼バランスが崩れてしまうのを防止できるものである。

そして燃焼ファン回転数検知回路６１の検知した回転数が、目標回転数に対して所定の範囲、本実施例では目標回転数に対して上下５０ｒｐｍの範囲内になった時（Ｓ２２）、制御部５２は第２予備燃焼を終了させる。

そして次に制御部５２は、次に第３予備燃焼を開始し、まず燃焼ファン５４の目標回転数を、小火力に対応した回転数より所定の割合高い回転数２０００ｒｐｍから小火力に対応した回転数１９００ｒｐｍに変更し（Ｓ２３）、更に燃焼ファン回転数検知回路６１の検知した回転数に対応した油量となるように電磁ポンプ５３を駆動する。（Ｓ２４）

そして（Ｓ１８）でタイマー回路２が再度計時を開始してから所定時間、本実施例では６０秒を経過したら（Ｓ２５）、予備燃焼完了と判断して第３予備燃焼を終了させて本燃焼に移行するものである。（Ｓ２６）

このように中火力にて着火開始後に小火力に変更して予備燃焼を継続することで、中火力のままで予備燃焼を継続した場合に発生する気化筒１内の油溜まりによる赤火の発生を防止できるものである。

以上のように第１予備燃焼として通常空燃比で中火力にて着火開始後、第２予備燃焼で空気過多状態で中火力から小火力に変更することで燃焼バランスを崩すことなく火力を中火力から小火力に変更し、第３予備燃焼で通常空燃比で小火力で予備燃焼を行って燃焼を安定させてから本燃焼に移行するので、着火時に振動燃焼及び赤火が発生するのを防止し、更にそのために中火力で着火後小火力に変更する時も常に油量及び風量を制御して空燃比が崩れないように変更することができるものである。

１気化筒
２シーズヒータ
５０点火プラグ
５２制御部
５３電磁ポンプ
５４燃焼ファン

Claims

気化筒と、該気化筒を加熱するヒータと、前記気化筒に燃料を供給する電磁ポンプと、前記気化筒に燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、前記気化筒内で気化させた燃料と燃焼用空気とを混合した予混合気を着火する点火プラグと、燃焼を制御する制御部とを備えた燃焼装置に於いて、前記制御部は、通常空燃比で中火力で着火動作を行う第１予備燃焼と、該第１予備燃焼後に火力を中火力から小火力に変更すると共に、燃焼が常に通常空燃比よりも空気過多状態になるように燃焼用空気量を制御する第２予備燃焼と、該第２予備燃焼後に通常空燃比で小火力で燃焼を行う第３予備燃焼とを行うことを特徴とする燃焼装置。
前記燃焼装置は燃焼ファンの回転数を検知する燃焼ファン回転数検知回路を備え、前記制御部は、第１予備燃焼では燃焼ファンの目標回転数を中火力に対応した回転数に設定して燃焼ファン回転数検知回路が検知した回転数に対応した火力になるように電磁ポンプを制御し、第２予備燃焼では燃焼ファンの目標回転数を小火力に対応した回転数よりも所定の割合で高い回転数に設定すると共に、燃焼ファン回転数検知回路が検知した回転数を目標回転数を設定する際の所定の割合分割り戻して算出し、その割り戻した回転数に対応した火力になるように電磁ポンプを制御し、第３予備燃焼時では燃焼ファンの目標回転数を小火力に対応した回転数に設定して燃焼ファン回転数検知回路が検知した回転数に対応した火力になるように電磁ポンプを制御することを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。