JP6042272B2 - 液体燃料燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、ファンヒーター等の液体燃料燃焼装置における室温制御の方法に関するものである。

ファンヒーター等の液体燃料燃焼装置は、燃料を燃焼させるバーナと、その燃焼を制御する燃焼制御手段と、室温を検出する室温検出手段を備えており、燃焼制御手段は室温検知手段で検出した室内温度と予め設定した設定温度との差から燃焼量を算出し、室内温度が設定温度に維持されるようにバーナでの燃焼量を調節するようになっている。

バーナでの燃焼は最大燃焼から最小燃焼の間で可変できるようになっており、室内温度が設定温度より高いときに燃焼量を低下させ、室内温度が設定温度より低いときに燃焼量を増加することによって、設定温度を維持することができる。

ところが、狭い部屋で使用されたり、春先や秋口など外気温が比較的高い時期のように暖房負荷が小さいときには、上述のように決定される燃焼量が部屋の大きさや気温に対応する燃焼量よりも大きくなってしまうため、運転開始時には室内温度がオーバーシュートを起こし、設定温度よりも高い室内温度を維持したままとなるときがある。そこで、このようなオーバーシュートを低減させるために様々な手法が検討されている。

例えば、特許文献１では、燃焼開始時にはバーナを最大燃焼量で燃焼させ、室温と設定温度の差が所定の温度に達すると燃焼量を最大燃焼量より小さな燃焼量で制御するようにしている。これにより、最大燃焼量の運転とＰＩ制御運転との間で最適燃焼量の運転をすることになるので、室温がなだらかに設定温度に近づくようになるため、立ち上がり時のオーバーシュートを押さえることができるとしている。

また特許文献２では、外気温度センサを設け、燃焼量を算出するパラメータとして室内と室外の温度差を加味するように構成している。これにより、外気温の低い時にはすばやく室温を設定温度に近づけるとともに、春先や秋口など外気温が高い時にはオーバーシュートを起こさないような燃焼量で燃焼を行うことができるようになるので、燃焼量を最適に制御することができるようになる。

特開２００１−１７４０６７号公報 特開昭６３−２０４０６６号公報

しかしながら、春先や秋口のように外気温が高い時期ではある程度壁が暖まっているため、燃焼により放出された熱量が室温の上昇に反映され易く、室温の上昇度合いが高くなる。そのため特許文献１のように制御を行ったとしても、外気温の高い時期には依然としてオーバーシュートを抑えることは困難であった。

また、特許文献２では、外気温の影響を考慮してオーバーシュートを抑えた燃焼を行うことができるものの、外気温を検知するセンサが必要となるため製造コストの上昇につながる。さらには、室外と連通する給気筒を設けなければならないため、燃焼装置の設置場所が限定されてしまうことになる。

本発明は、上記課題を解決するためのもので、外気温センサ等の部品を追加することなく、オーバーシュートの発生を有効に抑制することのできる液体燃料燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明は、設定温度と室温の差から制御火力を決定して燃焼を制御する液体燃料燃焼装置であって、運転開始からの制御火力に基づいて決定されるデータを積算し、この積算値から室温が上昇し易い環境であるかを判断する環境判定手段を備え、室温が設定温度から所定値低い温度に達した時点で前記環境判定手段による判定を行い、室温が上昇し易い環境であると判断した場合には制御火力を低減させることを特徴とする液体燃料燃焼装置である。

また、設定温度と室温の差から燃焼量を決定して制御する燃焼量制御手段を備え、前記環境判定手段は、運転開始からの燃焼量を積算する燃焼量積算手段であって、室温が設定温度から所定値低い温度に達した時点で燃焼量の積算値が所定値以下であった場合には燃焼量を低減させることを特徴とする請求項１記載の液体燃料燃焼装置である。

また、設定温度と室温の差から燃焼量を決定して制御する燃焼量制御手段を備え、前記環境判定手段は、運転開始からの燃料の消費量を積算する消費量積算手段であって、室温が設定温度から所定値低い温度に達した時点で燃料消費量の積算値が所定値以下であった場合には燃焼量を低減させることを特徴とする請求項１記載の液体燃料燃焼装置である。

また、前記燃焼量制御手段は、運転開始時の設定温度と室温の差から決まる基本火力にオフセット量を加えた値を燃焼量として設定するものであり、室温が上昇し易い環境であると判断された場合にはオフセット量を減少させることを特徴とする請求項２または３記載の液体燃料燃焼装置である。

上述のように構成することにより、燃焼開始時には燃焼装置が使用される環境を判定して燃焼量を制御するため、運転開始時のオーバーシュートの発生を効果的に抑えることができる。

本発明の燃焼装置の構成図である。 本発明の実施例１における制御部のブロック図である。 本発明の実施例１における運転開始時の室温制御フローチャートである。 オフセット量のパターン表である 本発明の実施例２における制御部のブロック図である。 本発明の実施例２における運転開始時の室温制御フローチャートである。

好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用効果を示して簡単に説明する。

本発明は、設定温度と室温の差から制御火力を決定して燃焼を制御する液体燃料燃焼装置であって、室温の上昇し易さを判断する環境判定手段を備え、室温が設定温度から所定値低い温度に達した時点で前記環境判定手段による判定を行い、室温が上昇し易い環境であると判断した場合には制御火力を低減させるように構成した。

例えば春先や秋口など、燃焼装置が使用される環境が外気温が高く室温が上昇し易い場合には、設定温度と室温の差から決定される火力で燃焼を継続すると室温がオーバーシュートする可能性が高くなってしまう。そこで、室温が上昇し易い環境と判断した時には火力を低減させることで、燃焼開始時の室温のオーバーシュートを効果的に抑制することができる。

また、制御火力に基づいて決定されるデータを運転開始から積算し、このデータを基に室温の上昇し易さを判断するように構成した。室内環境や外気温によって、運転開始から室温が設定温度に近づくまでに燃焼装置が放出すべき熱量は決まっており、外部への放熱が少なかったり外気温が高かったりと室温が上昇し易い環境ほど熱量は少なくて済む。そのため、制御火力に基づいて決定されるデータを運転開始から積算することで室温が上昇し易いかを判断することができる。

また、環境判定手段として、運転開始からの燃焼量を積算する燃焼量積算手段を使用する。運転開始から室温が設定温度に近づくまでに燃焼装置が放出すべき熱量は燃焼量として算出されているため、運転開始からの燃焼量を積算することで室温が上昇し易いかを判断することができる。したがって、燃焼量の積算値が所定値以下であった場合には室温が上昇し易い環境にあると判断し、燃焼量を低減させることにより室温のオーバーシュートを抑制することができる。

また、環境判定手段として、運転開始からの燃料の消費量を積算する消費量積算手段を使用する。運転開始から室温が設定温度に近づくまでに燃焼装置が放出すべき熱量は決まっていることから、その熱量を生成するために運転開始から使用された燃料の消費量を積算することで室温が上昇し易いかを判断することができる。したがって、燃料消費量の積算値が所定値以下であった場合には室温が上昇し易い環境にあると判断し燃焼量を低減させることにより室温のオーバーシュートを抑制することができる。

また、燃焼量は基本火力にオフセット量を加えた値であって、室温が上昇し易い環境と判断された場合には基本火力はそのままでオフセット量を減少させるようにしている。基本火力とは、室温が上昇し易いか否かに関係なく室温を設定温度に上昇させるために最低限必要とされる火力であるため、基本火力まで下げてしまうと室温が設定温度に達するのに時間がかかってしまう。そこで、基本火力はそのままとしてオフセット量だけを変更することで、設定温度に到達するまでに要する時間が長くなってしまうこともなく、オーバーシュートを効果的に抑制することができる。

以下本発明の一実施例としての液体燃料燃焼装置を図面により説明する。

図１は燃焼装置の構成図であって、灯油等の液体燃料を加熱気化して気化ガスとする気化器１、気化ガスと空気との混合ガスを燃焼させるバーナ２、混合ガスに点火する点火手段３、図示しないカートリッジタンクから供給される燃料を蓄える油受皿４、油受皿４上に載置され気化器１へ液体燃料を供給する電磁ポンプ５、室内空気を取り入れる送風機６、バーナ２での燃焼により発生した燃焼排ガスを温風として吹き出す吹出口７を備えている。

図２は、燃焼装置の動作を制御する制御部の構成を示すブロック図である。マイコンからなる制御部８の入力側には、室温を検知する室温検知手段９、バーナ２での燃焼状態を検知する炎検知手段１０、使用者がボタンの操作を行う操作部１１が接続されており、操作部１１には運転の開始および停止を指示する運転ボタン１２や、温度を設定する温度設定ボタン１３などの各種ボタンが設けられている。

そして制御部８は、室温検知手段９と温度設定ボタン１３の操作によって設定された設定温度との差から燃焼量を決定して燃焼を制御する燃焼量制御手段１４、環境判定手段としての燃焼量積算手段１５を備えており、燃焼量積算手段１５は運転開始からの燃焼量を積算するようになっている。

また、制御部８の出力側には、点火手段３、電磁ポンプ５、気化器１、送風機６が接続されており、燃焼量制御手段１４が決定した燃焼量に基づき、これらの部品の動作が制御されて室温が設定温度になるように燃焼が行われる。

次に、上述の構成からなる燃焼装置の動作について説明する。

操作部１１に設けられた運転ボタン１２の操作により運転開始が指示されると、気化器１のヒータへ通電が行われ気化器１の加熱が開始される。気化器１が加熱されて液体燃料を気化することのできる温度まで上昇すると、電磁ポンプ５が始動して油受皿４内の液体燃料を汲み上げ、液体燃料が気化器１に供給される。

気化器１に供給された液体燃料は、加熱気化されて気化ガスとなり、気化器１の先端からバーナ２に向けて噴出される。バーナ２に向けて噴出された気化ガスは、噴出された際のエジェクタ効果により周囲の空気を一次空気として取り込むため、バーナ２内部で気化ガスと一次空気とが混合されて混合ガスとなる。この混合ガスはバーナ２から噴出して、点火手段３により点火され燃焼が開始される。

燃焼が開始されると、炎検知手段１０により燃焼状態が監視され、また燃焼量制御手段１４は室温検知手段９が検知する室温と設定温度との差から燃焼量を決定し、この燃焼量に基づいて燃焼が制御される。

図３は運転開始時の室温の制御方法を示すフローチャートである。運転開始の指示が行われると燃焼量制御手段１４が室温と設定温度に基づいて燃焼量を決定する（ステップ１）。燃焼量は運転開始時の室温と設定温度の差から決まる基本火力に、オフセット量を加えた値として設定されるものであって、基本火力とは室温を設定温度に上昇させるために最低限必要と考えられる燃焼量であり、オフセット量は図４に示すように室温や温度上昇度合いなどによって予めパターン化されて設定されている。

燃焼量制御手段１４は、この決められた燃焼量に基づき気化器１、電磁ポンプ５、送風機６の動作を制御して室温が設定温度になるように燃焼を行い、一方で燃焼量積算手段１５にて運転開始からの燃焼量が積算され、積算値が記憶される（ステップ２）。

次に制御部８では、設定温度と室温との差が所定値よりも小さいかどうか（実施例では温度差２℃）を判定する（ステップ３）。ここで、設定温度と室温との差が２℃よりも小さくなったときにはステップ４へ移行し、燃焼量積算手段１５に記憶されている運転開始からの燃焼量の積算値と予め設定された所定値との比較を行うことで室温が上昇し易い状況かどうかを判定する。

燃焼量は熱量（制御火力）を基に算出されているため、運転開始からの燃焼量の積算値とは、運転開始から室温が設定温度−２℃に到達するまでに放出した熱量のことであり、運転開始時において室温を設定温度に近づけるために部屋に放出すべき熱量は、壁の温度や気密性の高さ、または外気温の高さなどの使用環境によって異なってくる。したがって、燃焼量の積算値が小さい、つまり運転開始から室温を設定温度に近づけるために放出した熱量の総量が小さいということは、部屋の気密性が高く放熱が少なかったり春先や秋口で外気温が高いなどの要因により、室温が上昇し易い環境にあると判断できる。そして、室温が上昇し易ければ、加える熱量が小さくても室温は上昇してしまうので、設定温度付近ではオーバーシュートが発生し易くなる。

反対に燃焼量の積算値が大きい、つまり放出した熱量の総量が大きいということは、外部への放熱が大きかったり外気温が低いなど室温が上昇しにくい環境にあると判断でき、この場合には室温のオーバーシュートは発生しにくい。

そこで、燃焼量積算手段１５に記憶されている運転開始からの燃焼量の積算値と所定値とを比較して、室温が上昇し易いと判定した際には、燃焼量を通常の燃焼量よりも低減させて以降放出する熱量を少なくする（ステップ５）。具体的には、基本火力とオフセット量の和で設定された燃焼量のうち、基本火力はそのままでオフセット量だけを図４で設定されているパターンの最小値である＋５に変更する。これにより、オーバーシュートの発生に繋がる熱量分を減少させて、オーバーシュートの発生を抑制することができる。

このとき、いくらオーバーシュートが発生し易いからといって、例えばそれまで最大燃焼量や最大に近い燃焼量で燃焼していたところから最小燃焼量に変更するなど、あまり急激に燃焼量を下げ過ぎてしまうと、今度は設定温度に到達するまでに時間がかかってしまう虞がある。そこで、上述のように燃焼量を基本火力とオフセット量に分けて、オフセット量のみを最小値に変更するという方法が効果的である。このようにすることで、室温を設定温度に上昇させるために最低限必要な燃焼量は確保しつつ、オーバーシュートの発生に繋がる燃焼量分を減少させることとなるため、設定温度に到達するまでの時間を長くすることなくオーバーシュートの発生を抑制することができる。

一方、ステップ４で燃焼量の積算値が所定値よりも大きい場合には、室温が上昇しにくくオーバーシュートは発生しにくいと判断できるため、それまでと同様に基本火力に図４から決定されるオフセット量を加えた値を燃焼量に設定して燃焼を継続することで、室温をすばやく設定温度にまで上昇させる。

このように、本発明では、燃焼量の積算値を所定値と比較することで室温が上昇し易い環境かどうかを判断し燃焼量の制御を行わせることで、オーバーシュートの発生を抑えて使用者の快適性を向上させることができる。そして、従来は不必要に室温が上昇するため無駄に消費されていた燃料も節約することができる。

次に、本発明の実施例２について図５および図６を用いて説明する。

図５は燃焼装置の動作を制御する制御部の構成を示すブロック図であり、実施例１では環境判定手段として、燃焼量を積算する燃焼量積算手段１５を備えているのに対し、本実施例では環境判定手段として燃焼量を燃料の消費量に換算して積算する消費量積算手段１６を備えている点で異なる。

図６は上述の構成からなる燃焼装置の運転開始時の制御方法を示すフローチャートである。運転開始の指示が行われると燃焼量制御手段１４が室温と設定温度に基づき燃焼量を決定する（ステップ１）。燃焼量は運転開始時の室温と設定温度の差から決まる基本火力に、オフセット量を加えた値として設定されるものであって、基本火力とは室温を設定温度に上昇させるために最低限必要と考えられる燃焼量であり、オフセット量は図４に示すように室温や温度上昇度合いなどによって予め設定されている。

燃焼量制御手段１４は、この決められた燃焼量に基づき気化器１、電磁ポンプ５、送風機６の動作を制御して室温が設定温度になるように燃焼を行い、一方で消費量積算手段１６では燃焼量を燃料の消費量に換算して積算し、積算値が記憶される（ステップ２）。

次に制御部８では、設定温度と室温との差が所定値よりも小さいかどうか（実施例では温度差２℃）を判定する（ステップ３）。ここで、設定温度と室温との差が２℃よりも小さくなったときにはステップ４へ移行し、消費量積算手段１６に記憶されている運転開始からの燃料消費量の積算値と予め設定された所定値との比較を行うことで室温が上昇し易い状況かどうかを判定する。

運転開始からの燃料消費量の積算値とは、運転開始から室温が設定温度−２℃に到達するまでに放出した熱量を生成するために使われた燃料のことであり、運転開始時において室温を設定温度に近づけるために部屋に放出すべき熱量は、壁の温度や気密性の高さ、または外気温の高さなどの使用環境によって異なってくる。したがって、燃料消費量の積算値が小さい、つまり運転開始から室温を設定温度に近づけるために放出した熱量の総量が小さいということは、部屋の気密性が高く放熱が少なかったり春先や秋口で外気温が高いなどの要因により、室温が上昇し易い環境にあると判断できる。そして、室温が上昇し易ければ、加える熱量が小さくても室温は上昇してしまうので、設定温度付近ではオーバーシュートが発生し易くなる。

反対に燃料消費量の積算値が大きい、つまり放出した熱量の総量が大きいということは、外部への放熱が大きかったり外気温が低いなど室温が上昇しにくい環境にあると判断でき、この場合には室温のオーバーシュートは発生しにくい。

そこで、消費量積算手段１６に記憶されている運転開始からの燃料消費量の積算値と所定値とを比較して、室温が上昇し易いと判定した際には、燃焼量を通常の燃焼量よりも低減させて以降放出する熱量を少なくする（ステップ５）。具体的には、基本火力とオフセット量の和で設定された燃焼量のうち、基本火力はそのままでオフセット量だけを図４で設定されているパターンの最小値である＋５に変更する。これにより、オーバーシュートの発生に繋がる熱量分を減少させて、オーバーシュートの発生を抑制することができる。

このとき、いくらオーバーシュートが発生し易いからといって、例えばそれまで最大燃焼量や最大に近い燃焼量で燃焼していたところから最小燃焼量に変更するなど、あまり急激に燃焼量を下げ過ぎてしまうと、今度は設定温度に到達するまでに時間がかかってしまう虞がある。そこで、上述のように燃焼量を基本火力とオフセット量に分けて、オフセット量のみを最小値に変更するという方法が効果的である。このようにすることで、室温を設定温度に上昇させるために最低限必要な燃焼量は確保しつつ、オーバーシュートの発生に繋がる燃焼量分を減少させることとなるため、設定温度に到達するまでの時間を長くすることなくオーバーシュートの発生を抑制することができる。

一方、ステップ４で燃料消費量の積算値が所定値よりも大きい場合には、室温が上昇しにくくオーバーシュートは発生しにくいと判断できるため、それまでと同様に基本火力に図４から決定されるオフセット量を加えた値を燃焼量に設定して燃焼を継続することで、室温をすばやく設定温度にまで上昇させる。

このように、本発明では、燃料消費量の積算値を所定値と比較することで室温が上昇し易い環境かどうかを判断し燃焼量の制御を行わせることで、オーバーシュートの発生を抑えて使用者の快適性を向上させることができる。そして、従来は不必要に室温が上昇するため無駄に消費されていた燃料も節約することができる。

１４ 燃焼量制御手段
１５ 燃焼量積算手段（環境判定手段）
１６ 消費量積算手段（環境判定手段）

Claims (4)

1. 設定温度と室温の差から制御火力を決定して燃焼を制御する液体燃料燃焼装置であって、運転開始からの制御火力に基づいて決定されるデータを積算し、この積算値から室温が上昇し易い環境であるかを判断する環境判定手段を備え、室温が設定温度から所定値低い温度に達した時点で前記環境判定手段による判定を行い、室温が上昇し易い環境であると判断した場合には制御火力を低減させることを特徴とする液体燃料燃焼装置。
2. 設定温度と室温の差から燃焼量を決定して制御する燃焼量制御手段を備え、前記環境判定手段は、運転開始からの燃焼量を積算する燃焼量積算手段であって、室温が設定温度から所定値低い温度に達した時点で燃焼量の積算値が所定値以下であった場合には燃焼量を低減させることを特徴とする請求項１記載の液体燃料燃焼装置。
3. 設定温度と室温の差から燃焼量を決定して制御する燃焼量制御手段を備え、前記環境判定手段は、運転開始からの燃料の消費量を積算する消費量積算手段であって、室温が設定温度から所定値低い温度に達した時点で燃料消費量の積算値が所定値以下であった場合には燃焼量を低減させることを特徴とする請求項１記載の液体燃料燃焼装置。
4. 前記燃焼量制御手段は、運転開始時の設定温度と室温の差から決まる基本火力にオフセット量を加えた値を燃焼量として設定するものであり、室温が上昇し易い環境であると判断された場合にはオフセット量を減少させることを特徴とする請求項２または３記載の液体燃料燃焼装置。

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