JP6116418B2 - 複合燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のバーナが配設されたバーナユニット、及び燃焼ファンを各別に有する複数台の燃焼機と、複数台の燃焼機を連結する１つの集合排気筒とを備えた複合燃焼装置に関する。

従来、複数のバーナが配設されたバーナユニット、及びバーナユニットに燃焼用空気を供給する燃焼ファンを各別に有する複数台の燃焼機が並設され、各燃焼機から発生する燃焼排気を外部に排気するための集合排気筒でそれらの燃焼機が連結された複合燃焼装置が知られている（特許文献１）。例えば、複数のガスバーナを有するバーナユニット、燃焼ファン、及びガスバーナを燃焼させることによって発生する燃焼排気で加熱される熱交換器を各別に備える複数台の給湯器と、集合排気筒で給湯器が連結されたガス給湯装置が商品化されている。

ところで、最近の給湯器などの燃焼機では、燃焼量の調整可能範囲を広げるために、バーナユニットの複数のバーナを複数の燃焼領域に区分し、要求燃焼量の増減に従って、燃焼するバーナ数が複数段で切り替えられるように構成されたものがある。この種の燃焼機では、要求燃焼量が少ない場合には、１つの燃焼領域のバーナのみを燃焼させ、要求燃焼量の増加に伴って、２あるいはそれ以上の複数の燃焼領域のバーナを燃焼させるように燃焼制御が行われている。

上記のような燃焼するバーナ数を複数段で切り替え可能なバーナユニットが用いられる場合、要求燃焼量が所定の段の燃焼量範囲の最大燃焼量より大きくなると、燃焼するバーナ数を増加させて段数を１つ増加させる態様で燃焼運転が行われ、要求燃焼量が所定の段の燃焼量範囲の最小燃焼量より小さくなると、燃焼するバーナ数を減少させて段数を１つ減少させる態様で燃焼運転が行われる。従って、一つの燃焼領域のバーナを燃焼させたときに対応可能な燃焼量範囲を広く設定しようとすると、隣接する低燃焼量側の下段燃焼量範囲の最大燃焼量と、高燃焼量側の上段燃焼量範囲の最小燃焼量とを同一に設定することも考えられる。しかしながら、要求燃焼量が隣接する２段の燃焼量範囲の境界近傍である場合、燃焼機内の僅かな温度変化や燃焼状態の僅かな変動等により燃焼するバーナ数の増減が頻繁に行われ、燃焼状態が不安定となりやすい。そのため、低燃焼量側の下段燃焼量範囲と、それに隣接する高燃焼量側の上段燃焼量範囲との間には、低燃焼量側の下段燃焼量範囲の最大燃焼量が、高燃焼量側の上段燃焼量範囲の最小燃焼量よりも多くなるように一定の重ね代が設けられ、燃焼するバーナ数の頻繁な切り替りによるハンチングを防止している（例えば、特許文献２及び３）。

また、上記バーナユニットを有する燃焼機で燃焼量を増減する場合、各バーナへの燃料供給量の増減に従って、各バーナへの燃焼用空気の供給量が増減するように燃焼ファンの回転が制御されている。すなわち、低燃焼量側の下段燃焼量範囲では、燃焼量の増加に伴い、燃焼用空気の供給量が増加される。そして、さらに燃焼量が増加されて、低燃焼量側の下段燃焼量範囲から高燃焼量側の上段燃焼量範囲に段数が切り替えられると、燃焼するバーナ数が増加するため、各バーナあたりの燃料供給量の減少に伴って、燃焼用空気の供給量が一旦減少し、再度、燃焼量の増加に従って、増加されていく。

特開２００１−１３２９４０号公報 特開平８−７５１６０号公報 特開２００３−１６１４３８号公報

燃焼するバーナ数が複数段で切り替えられ、隣接する２段の燃焼量範囲の間に重ね代を設けて燃焼制御される燃焼機を用いることにより、ハンチングは防止できる。しかしながら、上記のような燃焼制御が行われる燃焼機を複数台、複合燃焼装置に使用した場合、各燃焼機の燃焼能力が同一であったとしても、各燃焼機内の温度の相違や使用されている構成部品の特性のバラツキ、さらには経年変化の相違等により、全ての燃焼機において同一のタイミングで燃焼するバーナ数を切り替えるように制御することは難しい。それゆえ、各燃焼機で、段数の切り替えのタイミングに時間差が生じる場合がある。その結果、一部の燃焼機では、高燃焼量側の上段燃焼量範囲の最小燃焼量近傍で燃焼運転が行われ、他の燃焼機では、低燃焼量側の下段燃焼量範囲の最大燃焼量近傍で燃焼運転が行われる状態が発生する。

既述したように、燃焼量を増減させる場合、各バーナへの燃料供給量の増減に従って、燃焼用空気の供給量が増減されるから、高燃焼量側の上段燃焼量範囲の最小燃焼量近傍で燃焼運転が行われている燃焼機から排気される燃焼排気の排気速度は、低燃焼量側の下段燃焼量範囲の最大燃焼量近傍で燃焼運転が行われている燃焼機から排気される燃焼排気のそれよりも遅くなる。それゆえ、前者の燃焼機から集合排気筒に排気される燃焼排気は、後者の燃焼機から集合排気筒に排気される燃焼排気による排気抵抗の影響を受け、燃焼排気が排気され難くなり、燃焼不良が発生しやすい。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、燃焼するバーナ数が複数段で切り替えられ、隣接する低燃焼量側の下段燃焼量範囲と高燃焼量側の上段燃焼量範囲との間に重ね代が設けられて燃焼制御される燃焼機が複数台、集合排気筒で連結された複合燃焼装置おいて、複数台の燃焼機を同時に稼働させた場合でも、各燃焼機から円滑に燃焼排気を排気させて、燃焼不良を防止することにある。

本発明によれば、
複数のバーナを有し、燃焼するバーナ数が複数段で切り替えられるように複数の燃焼領域に区分されたバーナユニット、及び前記バーナユニットに燃焼用空気を供給する燃焼ファンを各別に有する複数台の燃焼機と、
前記複数台の燃焼機を連結する集合排気筒と、
前記各燃焼機の燃焼運転を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記各燃焼機の燃焼量を増減するにあたり、前記バーナユニットへの燃料供給量の増減に従って、前記燃焼するバーナ数を増減させるとともに、
前記各バーナへの燃料供給量の増減に従って、前記各バーナへの燃焼用空気の供給量が増減するように前記燃焼ファンの回転数を増減させ、
前記燃焼するバーナ数の燃焼制御において、低燃焼量側の下段燃焼量範囲と、それに隣接する高燃焼量側の上段燃焼量範囲との間に、下段燃焼量範囲の最大燃焼量が上段燃焼量範囲の最小燃焼量よりも多くなるように重ね代を設けて、前記燃焼するバーナ数を切り替え、
前記複数台の燃焼機で燃焼運転が行われているときに、少なくとも一つの燃焼機の燃焼ファンの回転数が、他の燃焼機の燃焼ファンの回転数よりも所定の判定回転数以上、低い状態が所定の判定時間以上、継続している場合、
前記低回転数で回転している燃焼機で燃焼するバーナ数を減少させて、１段下の低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御する制御構成を備えた複合燃焼装置が提供される。

燃焼量の増加に伴い、低燃焼量側の下段燃焼量範囲から高燃焼量側の上段燃焼量範囲に燃焼するバーナの数が増加すると、燃焼ファンの回転数が低下する。従って、一部の燃焼機が高燃焼量側の上段燃焼量範囲で燃焼制御され、他の燃焼機が低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御されていると、燃焼機間で燃焼ファンの回転数の相違が顕著となる。それゆえ、上記回転数の相違の顕著な状態が一定時間以上継続すると、低回転数で燃焼ファンが回転している一部の燃焼機から排気される燃焼排気は、燃焼ファンが高回転数で回転している他の燃焼機から排気された燃焼排気による排気抵抗の影響を受け、燃焼機内から円滑に排気され難くなり、燃焼不良が生じやすい。

しかしながら、上記複合燃焼装置によれば、少なくとも一つの燃焼機の燃焼ファンの回転数が、他の燃焼機の燃焼ファンの回転数よりも所定の判定回転数以上、低い状態が所定の判定時間以上、継続している場合、低回転数で燃焼ファンが回転している燃焼機について、１段下の低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御されるように高燃焼量側の上段燃焼量範囲から燃焼するバーナ数を減少させるから、その燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機は低燃焼量側の下段燃焼量範囲の最大燃焼量近傍で燃焼制御されることとなる。その結果、燃焼する各バーナへの燃料供給量が増加され、それに伴って燃焼用空気の供給量が増加するように燃焼ファンの回転数が増加されるから、燃焼排気の排気速度を高くすることができる。これにより、他の燃焼機で燃焼ファンが高回転数で回転していても、各燃焼機から円滑に燃焼排気を排気させることができる。また、集合排気筒に外気が侵入した場合でも、排気不良の発生を抑えることができる。

さらに、低回転数で燃焼ファンが回転している燃焼機で燃焼するバーナ数を減少させて、１段下の低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御させると、燃焼するバーナ数を低下させた燃焼機では、高燃焼量側の上段燃焼量範囲と共通の燃焼量が設定されている低燃焼量側の下段燃焼量範囲における重ね代の範囲の燃焼量が得られる。その結果、切り替え前と略同一の燃焼量を確保できるから、燃焼量の変動も抑えることができる。

本発明の好適な態様によれば、
前記制御手段は、
前記燃焼するバーナ数を減少させた後、所定の保持時間内の前記燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機に要求される要求燃焼量の変動が所定の判定燃焼量未満である場合、前記燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機を、前記低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御する。

高燃焼量側の上段燃焼量範囲から低燃焼量側の下段燃焼量範囲に燃焼するバーナ数が切り替えられた場合、低燃焼量側の下段燃焼量範囲における重ね代の範囲で燃焼制御されるから、燃焼状態の僅かな変動により燃焼するバーナ数が切り替えられやすく、ハンチングが生じやすい。しかしながら、上記複合燃焼装置によれば、燃焼排気の排気速度を高めるために燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機は、所定の保持時間内の要求燃焼量の変動が小さければ、燃焼ファンを高回転数で回転させる低燃焼量側の下段燃焼量範囲での燃焼制御が維持されるから、円滑に燃焼排気を排気できるとともに、頻繁な燃焼するバーナ数の切り替えを防止できる。

本発明の他の好適な態様によれば、
前記制御手段は、
前記燃焼するバーナ数を減少させた後、所定の保持時間内の前記燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機に要求される要求燃焼量の変動が所定の判定燃焼量以上である場合、前記燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機で燃焼するバーナ数を再度増加させて、前記高燃焼量側の上段燃焼量範囲で燃焼制御する。

上記複合燃焼装置によれば、低回転数で燃焼ファンが回転していた燃焼機において、燃焼排気の排気速度を高めるために燃焼するバーナ数を減少させた後、所定の保持時間内の要求燃焼量の変動が大きければ、燃焼するバーナ数を再度増加させて、高燃焼量側の上段燃焼量範囲で燃焼運転が行われるから、短時間内に要求燃焼量が変動しても、所定の燃焼量を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、燃焼するバーナ数が複数段で切り替えられ、低燃焼量側の下段燃焼量範囲と、それに隣接する高燃焼量側の上段燃焼量範囲との間に重ね代を設けて燃焼制御される燃焼機が複数台、同時に稼働される場合でも、各燃焼機から円滑に燃焼排気を排気させることができる。しかも、燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機は低燃焼量側の下段燃焼量範囲における重ね代の範囲で燃焼制御されるから、切り替え前後で燃焼量の変化が少ない。従って、燃焼量の変動を抑えつつ、燃焼不良を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各燃焼機の燃焼量と燃焼ファンの回転数との関係を示す相関図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る複合燃焼装置の制御動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態に係る複合燃焼装置の他の一例を示す概略構成図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係る複合燃焼装置を具体的に説明する。

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、複合燃焼装置は、例えば、給湯器である３台の燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃと、これらの燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃを連結する集合排気筒１０及び集合給気筒１１とを備える、所謂、強制給排気式の複合燃焼装置である。なお、本実施の形態では、複数台の燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃで燃焼運転を行っている場合に、各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃの負荷が均一となるように、同一の構成を有する燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃが用いられているため、燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃの構成については主として燃焼機２ａを例に挙げて説明し、同一の構成については同様の引用番号を使用して説明を省略する。

燃焼機２ａは、屋外から燃焼用空気が供給される給気口及び燃焼排気である燃焼排ガスが排気される排気口が形成された缶体２０ａを有している。缶体２０ａ内には、上部に熱交換器３ａが、その下方にバーナユニット４ａが配置されている。また、缶体２０ａの下部には、燃焼ファン５ａが配設されている。

バーナユニット４ａには、１６本のガスバーナ４０ａが並設されている。これをより詳細に説明すると、バーナユニット４ａは、３本のガスバーナ４０ａにより構成される第１燃焼領域と、５本のガスバーナ４０ａにより構成される第２燃焼領域と、８本のガスバーナ４０ａにより構成される第３燃焼領域とに区分されている。また、各ガスバーナ４０ａは、燃焼領域に対応して区分されたガスマニホールドと連通しており、各ガスマニホールドには、分岐ガス管７０ａが接続されている。

燃焼機２ａのバーナユニット４ａに燃料ガスを供給する主ガス管７ａには、後述する制御装置Ｃからの制御信号により開閉される元ガス電磁弁４１ａと、制御装置Ｃからの制御信号によりその開度が調節される比例制御弁４２ａとが上流側から順に配設されている。また、主ガス管７ａから分岐し、バーナユニット４ａのマニホールドに接続されている３本の分岐ガス管７０ａにはそれぞれ、制御装置Ｃからの制御信号により開閉される第１〜第３切替電磁弁４３ａ，４４ａ，４５ａが配設されている。従って、本実施の形態のバーナユニット４ａは、元ガス電磁弁４１ａ及び第１〜第３切替電磁弁４３ａ，４４ａ，４５ａの開閉により、第１燃焼領域の３本のガスバーナ４０ａのみに燃料ガスを供給して燃焼させる第１段燃焼量範囲、第１及び第２燃焼領域の８本のガスバーナ４０ａに燃料ガスを供給して燃焼させる第２段燃焼量範囲、及び第１〜第３燃焼領域の１６本のガスバーナ４０ａに燃料ガスを供給して燃焼させる第３段燃焼量範囲の３段に燃焼するバーナ数が切り替え可能に構成されている。また、比例制御弁４２ａの開度を調節することにより、バーナユニット４ａへの燃料ガス供給量が増減されて、バーナユニット４ａ全体としての燃焼量が調整可能に構成されている。なお、第１燃焼領域のガスバーナ４０ａ近傍には、図示しない、イグナイタや熱電対が配置されている。

燃焼ファン５ａは、ファンモータ６ａと接続されており、ファンモータ６ａ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、後述するように、各ガスバーナ４０ａに供給される燃料ガス供給量の増減に従って燃焼ファン５ａの回転数が増減するように構成されている。これにより、燃焼運転が開始されると、燃焼機２ａ内に燃焼用空気が供給されるとともに、ガスバーナ４０ａが燃焼することによって発生する燃焼排気が燃焼機２ａ外に排気される。燃焼ファン５ａの回転数は、回転数センサ５１ａ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。なお、燃焼ファン５ａの回転数は、ファンモータ６ａへの印加電圧等によって検知してもよい。

熱交換器３ａは、吸熱管と、吸熱管に対して交差するように並ぶ複数のフィンとを有している。吸熱管は、入口側で副給水管３１ａと接続され、出口側で副出湯管３２ａと接続されている。なお、図示しないが、副給水管３１ａは、上流側で主給水管から分岐しており、副出湯管３２ａは、下流側で主出湯管に合流している。副給水管３１ａには、水量センサ３３ａ及び給水温サーミスタ３４ａが設けられており、副出湯管３２ａには、出湯温サーミスタ３５ａが設けられている。これら水量センサ３３ａで検知される給水量、給水温サーミスタ３４ａで検知される給水温度、及び出湯温サーミスタ３５ａで検知される出湯温度の検知信号は、制御装置Ｃに出力される。

缶体２０ａの給気口には、上流端で屋外と連通する集合給気筒１１から分岐した給気筒１１ａが接続されており、燃焼ファン５ａの回転により、屋外の空気が燃焼用空気として集合給気筒１１を介して缶体２０ａ内に供給される。また、缶体２０ａの排気口には、下流端で屋外と連通する集合排気筒１０から分岐した排気筒１０ａが接続されており、燃焼ファン５ａの回転により、燃焼機２ａ内の燃焼排気が集合排気筒１０を介して屋外に排気される。

屋内に配設されるリモコン操作部９は、図示しない、複合燃焼装置全体の運転の開始・停止を指令する運転スイッチ、出湯温度を設定するための温度設定スイッチ、出湯温度などを表示する表示部、運転状態であることを表示する運転ランプなどを備えている。

複合燃焼装置は、制御装置Ｃとして、各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃに設けられた制御ユニットＣａ，Ｃｂ，Ｃｃと、これらの制御ユニットＣａ，Ｃｂ，Ｃｃと電気配線あるいは無線により接続された連結ユニットＣｐとを備えている。また、燃焼機２ａに設けられた制御ユニットＣａは、リモコン操作部９と電気配線あるいは無線により接続されており、リモコン操作部９で設定された温度等の制御信号は、制御ユニットＣａを介して連結ユニットＣｐに入力され、連結ユニットＣｐは、各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃで設定条件に応じた燃焼運転が行われるよう、制御ユニットＣａ，Ｃｂ，Ｃｃに指示する。制御ユニットＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ、及び連結ユニットＣｐはそれぞれ、マイクロコンピュータ、メモリ、タイマなどの回路構成を備えている。

図示しないが、制御ユニットＣａ，Ｃｂ，Ｃｃはそれぞれ、燃焼運転中に、通常燃焼制御を実行する通常燃焼制御手段などを制御プログラム形式で備えており、メモリには、各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃで所定の燃焼量を得るための燃料ガス供給量、及び燃焼ファン５ａ，５ｂ，５ｃの回転数の設定値を含むデータテーブルが記憶されている。

また、連結ユニットＣｐは、燃焼運転中に、各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃの燃焼ファン５ａ，５ｂ，５ｃの回転数に基づき、燃焼不良の可能性を判定する判定手段と、燃焼不良の可能性がある場合、燃焼不良の発生を防止する防止手段などを制御プログラム形式で備えている。また、メモリには、燃焼不良の判定を行うための判定回転数や判定時間、燃焼するバーナ数が切り替えられた後の保持時間、さらには各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃで要求される要求燃焼量の変動の判定を行う判定燃焼量などの設定値を含むデータテーブルが記憶されている。

燃焼機２ａにおける通常燃焼制御について説明すると、制御ユニットＣａの通常燃焼制御手段は、燃焼機２ａが燃焼運転されている状態で、水量センサ３３ａで検知される給水量が所定の最低作動水量以上になると、ガスバーナ４０ａの燃焼を開始し、水量センサ３３ａで検知される給水量が所定の最低作動水量未満になると、ガスバーナ４０ａの燃焼を停止させるように制御する。また、通常燃焼制御手段は、リモコン操作部９で設定された設定温度の湯水が給湯端末で得られるように、水量センサ３３ａで検知される給水量、給水温サーミスタ３４ａで検知される給水温度、及び出湯温サーミスタ３５ａで検知される出湯温度に基づき、燃焼機２ａで要求される要求燃焼量を演算し、その求めた要求燃焼量が得られるように、比例制御弁４２ａの開度、及び第１〜第３切替電磁弁４３ａ，４４ａ，４５ａの開閉を制御することで、燃料ガス供給量（燃焼量）を制御し、且つ燃料ガス供給量に対応する燃焼用空気の供給量となるように燃焼ファン５ａの回転数を制御して、通常燃焼制御を実行するように構成されている。なお、本実施の形態の複合燃焼装置では、燃焼機２ａと同一の構成を有する燃焼機２ｂ，２ｃが用いられているため、制御ユニットＣｂ，Ｃｃの通常燃焼制御手段もそれぞれ、制御ユニットＣａと同様の通常燃焼制御を実行する。

また、本実施の形態において、燃焼機２ａの通常燃焼制御におけるガスバーナ４０ａと燃焼ファン５ａとの制御は、図２に示す、燃焼するバーナ数が異なる段数ごとに設定された燃料ガス供給量（燃焼量）と燃焼用空気の供給量（燃焼ファン５ａの回転数）との関係に基づいて実行されるように構成されている。

具体的には、通常燃焼制御は、要求燃焼量に応じて、第１燃焼領域のみの３本のガスバーナ４０ａを燃焼させる最も低燃焼量側の第１段燃焼量範囲Ｇ１と、第１及び第２燃焼領域の８本のガスバーナ４０ａを燃焼させる第１段燃焼量範囲Ｇ１よりも高燃焼量側の第２段燃焼量範囲Ｇ２と、第１〜第３燃焼領域の１６本のガスバーナ４０ａを燃焼させる最も高燃焼量側の第３段燃焼量範囲Ｇ３とを選択的に切り替えて実行可能に構成されている。これにより、燃焼量を第１段から第３段までの広い燃焼量範囲で調整することができる。従って、図２から理解されるように、隣接する第１段燃焼量範囲Ｇ１と第２段燃焼量範囲Ｇ２との間の段数の切り替えにおいては、第１段燃焼量範囲Ｇ１が低燃焼量側の下段燃焼量範囲に該当し、第２段燃焼量範囲Ｇ２が高燃焼量側の上段燃焼量範囲に該当する。また、隣接する第２段燃焼量範囲Ｇ２と第３段燃焼量範囲Ｇ３との間の段数の切り替えにおいては、第２段燃焼量範囲Ｇ２が低燃焼量側の下段燃焼量範囲に該当し、第３段燃焼量範囲Ｇ３が高燃焼量側の上段燃焼量範囲に該当する。

さらに、図２に示すように、第１段燃焼量範囲Ｇ１の最大燃焼量Ｇ１ｑは、第２段燃焼量範囲Ｇ２の最小燃焼量Ｇ２ｐよりも多くなるように設定され、第２段燃焼量範囲Ｇ２の最大燃焼量Ｇ２ｑは、第３段燃焼量範囲Ｇ３の最小燃焼量Ｇ３ｐよりも多くなるように設定されている。これにより、隣接する段の燃焼量範囲との間に重ね代が設けられて、燃焼するバーナ数が増減するように構成されている。

従って、要求燃焼量の増加に伴い、燃焼量を増加させる方向へ燃焼するバーナ数が切り替えられる場合について説明すると、第１切替電磁弁４３ａのみを開弁して、第１燃焼領域のガスバーナ４０ａのみを燃焼させた燃焼状態では、第１特性ラインＬ１に基づいて燃焼量を増加させるべく比例制御弁４２ａの開度を大きくしていくとともに、燃焼ファン５ａの回転数を増加させていく。そして、燃焼量が第１段燃焼量範囲Ｇ１の最大燃焼量Ｇ１ｑ近傍になると、さらに第２切替電磁弁４４ａを開弁して、第１及び第２燃焼領域のガスバーナ４０ａを燃焼させる。このとき、バーナユニット４ａ全体への燃料ガス供給量は増加されているが、燃焼するバーナ数の増加により各ガスバーナ４０ａへ供給される燃料ガス供給量は減少するため、それに従って燃焼ファン５ａの回転数を減少させる。そして、さらに要求燃焼量の増加に従って、第２特性ラインＬ２に基づいて燃焼量を増加させるべく、比例制御弁４２ａの開度を大きくするとともに、燃焼ファン５ａの回転数を増加させていく。第２段燃焼量範囲Ｇ２から第３段燃焼量範囲Ｇ３への切り替えも同様である。なお、最小燃焼量Ｇ１ｐ，Ｇ２ｐ，Ｇ３ｐ、及び最大燃焼量Ｇ１ｑ，Ｇ２ｑ，Ｇ３ｑは、燃焼機２ａの燃焼能力、燃焼するバーナ数の設定、使用するガスバーナ４０ａの特性などに基づいて適宜選択することができる。

一方、要求燃焼量の減少に伴い、燃焼量を減少させる方向へ燃焼するバーナ数が切り替えられる場合について説明すると、第１〜第３切替電磁弁４３ａ，４４ａ，４５ａを開弁して、第１〜第３燃焼領域のガスバーナ４０ａを燃焼させた燃焼状態から、第３特性ラインＬ３に基づいて燃焼量を減少させるべく、比例制御弁４２ａの開度を小さくしていくととともに、燃焼ファン５ａの回転数を減少させていく。そして、燃焼量が第３段燃焼量範囲Ｇ３の最小燃焼量Ｇ３ｐ近傍になると、第３切替電磁弁４５ａを閉弁して、第１及び第２燃焼領域のガスバーナ４０ａを燃焼させる。このとき、バーナユニット４ａ全体への燃料ガス供給量は減少されているが、燃焼するバーナ数の減少により各ガスバーナ４０ａへ供給される燃料ガス供給量は増加するため、それに従って燃焼ファン５ａの回転数を増加させる。そして、さらに要求燃焼量の減少に従って、第２特性ラインＬ２に基づいて燃焼量を減少させるべく、比例制御弁４２ａの開度を小さくするとともに、燃焼ファン５ａの回転数を減少させていく。第２段燃焼量範囲Ｇ２から第１段燃焼量範囲Ｇ１への切り替えも同様である。

このように、低燃焼量側の下段燃焼量範囲の最大燃焼量を、それに隣接する高燃焼量側の上段燃焼量範囲の最小燃焼量よりも多く設定し、下段燃焼量範囲と上段燃焼量範囲との間に重ね代を設けることにより、各燃焼機では燃焼するバーナ数の頻繁な変更が防止され、燃焼状態が安定して、ハンチングを防止できる。

しかしながら、上記のような燃焼制御が各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃで行われると、例えば、燃焼機２ａのみが高燃焼量側の上段燃焼量範囲で燃焼制御され、他の燃焼機２ｂ，２ｃは、低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御されている場合がある。このような各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃで燃焼するバーナ数の相違が生じると、各ガスバーナ４０ａへの燃料ガス供給量に従って設定された燃焼用空気の供給量が変わるから、各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃから排気される燃焼排気の排気速度が顕著に相違する状態が発生する。その結果、低回転数で燃焼ファン５ａ，５ｂ，５ｃが回転しているいずれかの燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃで排気不良が発生しやすくなり、燃焼排気が円滑に排気されず、燃焼不良が発生する虞がある。特に、各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃが重ね代の範囲内の燃焼量で燃焼制御されている場合、上記問題が長時間継続する。

このため、本実施の形態では、連結ユニットＣｐの判定手段により、各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃの燃焼ファン５ａ，５ｂ，５ｃの回転数に基づいて、燃焼不良の可能性を判定し、防止手段により、燃焼不良の可能性がある燃焼機について燃焼不良の発生を防止する制御が行われる。

図３は、本実施の形態の複合燃焼装置の燃焼運転の制御動作を示すフローチャートである。
まず、リモコン操作部９の運転スイッチがオン操作された後（ステップＳＴ１）、図示しない給湯栓などの給湯端末が開栓され、水量センサ３３ａで検知される給水量が所定の最低作動水量以上になると、既述した通常燃焼制御を実行する。すなわち、各燃焼ファン５ａ，５ｂ，５ｃが回転されて燃焼用空気が屋外から缶体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内に取り込まれるとともに、元ガス電磁弁４１ａ，４１ｂ，４１ｃ、比例制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、及び第１切替電磁弁４３ａ，４３ｂ，４３ｃのそれぞれが開弁調整され、イグナイタによりガスバーナ４０ａ，４０ｂ，４０ｃが点火される。

ガスバーナ４０ａ，４０ｂ，４０ｃが点火されると、各制御ユニットＣａ，Ｃｂ，Ｃｃはそれぞれ、リモコン操作部９で設定された設定温度、水量センサ３３ａ，３３ｂ，３３ｃで検知される給水量、給水温サーミスタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃで検知される給水温度、及び出湯温サーミスタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃで検知される出湯温度に基づいて、出湯温度が設定温度となるように、各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃの要求燃焼量を演算し、求めた要求燃焼量が得られるように、比例制御弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃの開度、及び第２〜第３切替電磁弁４４ａ〜４５ａ，４４ｂ〜４５ｂ，４４ｃ〜４５ｃの開閉を調整して燃料ガス供給量を制御するとともに、ファンモータ６ａ，６ｂ，６ｃへの印加電圧を調整して燃焼ファン５ａ，５ｂ，５ｃの回転数を制御する（ステップＳＴ２）。なお、既述したように、本実施の形態では、同一の燃焼能力を有する燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃが用いられているため、各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃで要求される要求燃焼量は略同一の燃焼量となるように設定される。

上記の通常燃焼制御が開始されると、連結ユニットＣｐは、各燃焼機２ａ，２ｂ，２ｃの燃焼ファン５ａ，５ｂ，５ｃの回転数Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃをモニタし、各回転数の差Ｒｉ−Ｒｊ（ｉ，ｊは、ａ，ｂ，ｃのいずれかであり、ｉ≠ｊである）を取得して、その回転数の差が所定の判定回転数Ｒｓ以上であるかどうかを判定する（ステップＳＴ３）。判定回転数Ｒｓは、例えば、低燃焼量側の下段燃焼量範囲における重ね代の範囲内の下限回転数と、これと共通の燃焼量が設定されている高燃焼量側の上段燃焼量範囲における重ね代の範囲内の上限回転数との差以上に設定することができる。

次いで、連結ユニットＣｐは、いずれかの燃焼機の関係で、判定回転数Ｒｓ以上の回転数の差が生じていた場合（ステップＳＴ３で、Ｙｅｓ）、その差が所定の判定時間（例えば、３０秒間）以上、継続するかどうかを判定する（ステップＳＴ４）。

上記判定回転数Ｒｓ以上の回転数の差が判定時間以上、継続している場合（ステップＳＴ４で、Ｙｅｓ）、連結ユニットＣｐは、低回転数で燃焼ファンが回転している燃焼機（ステップＳＴ３で、回転数がＲｊの燃焼機）について、現在の燃焼量Ｇが、第３段燃焼量範囲Ｇ３の最小燃焼量Ｇ３ｐ以上であるかどうかを確認する（ステップＳＴ５）。低回転数で燃焼ファンが回転している燃焼機の現在の燃焼量Ｇが、その燃焼機の最小燃焼量Ｇ３ｐ以上である場合（ステップＳＴ５で、Ｙｅｓ）、その燃焼機では第１〜第３燃焼領域の全てのガスバーナが燃焼しているから、第１及び第２燃焼領域のガスバーナを燃焼させるよう第３切替電磁弁が閉弁される（ステップＳＴ６）。これにより、低回転数で燃焼ファンが回転していた燃焼機は、燃焼するバーナ数が１６本の第３段燃焼量範囲から段数が１段減少されて燃焼するバーナ数が８本の第２段燃焼量範囲に変更されるから、各ガスバーナへの燃料ガス供給量が増加され、それに伴って燃焼ファンの回転数が増加される。

また、低回転数で燃焼ファンが回転している燃焼機の燃焼量Ｇが、最小燃焼量Ｇ３ｐ未満である場合（ステップＳＴ５で、Ｎｏ）、判定回転数Ｒｓ以上の回転数の差が生じていれば、その燃焼機では第１及び第２燃焼領域のガスバーナが燃焼しているから、第２切替電磁弁が閉弁される（ステップＳＴ７）。これにより、低回転数で燃焼ファンが回転していた燃焼機は、燃焼するバーナ数が８本の第２段燃焼量範囲から段数が１段減少されて燃焼するバーナ数が３本の第１段燃焼量範囲に変更されるから、各ガスバーナへの燃料ガス供給量が増加され、それに伴って燃焼ファンの回転数が増加される。

燃焼するバーナ数が減少されると、所定の保持時間（例えば、３０秒間）が経過するまでは、燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機で要求される要求燃焼量の変動△Ｇがモニタされる（ステップＳＴ８及びＳＴ９）。そして、保持時間内の要求燃焼量の変動△Ｇが所定の判定燃焼量Ｇｓ以上である場合（ステップＳＴ９で、Ｙｅｓ）、要求燃焼量に応じた所定の燃焼量が得られるように第２または第３切替電磁弁を再度開弁するため、通常燃焼制御に制御を戻す。判定燃焼量Ｇｓは、例えば、設定される重ね代の範囲の燃焼量以上の燃焼量に設定することができる。

上記の燃焼制御は、給湯端末である給湯栓が閉栓されて、水量センサで検知される給水量が最低作動水量未満になるまで行われ、水量センサで検知される給水量が最低作動水量未満になると、ガスバーナを消火して、燃焼運転を終了する。

上記複合燃焼装置によれば、複数台の燃焼機が同時に稼働している場合に、各燃焼機の燃焼ファンの回転数が対比され、少なくとも１つの燃焼機の燃焼ファンの回転数が、他の燃焼機の燃焼ファンの回転数よりも所定の判定回転数以上、低いかどうかを判定することにより、各燃焼機で燃焼するバーナ数の相違を判定することができる。

そして、判定回転数以上の回転数の差が生じた場合、一部の燃焼機では、低燃焼量側の下段燃焼量範囲から高燃焼量側の上段燃焼量範囲に切り替えられた後の低回転数で燃焼ファンが回転しており、他の燃焼機では、高燃焼量側の上段燃焼量範囲に切り替えられる前の高回転数で燃焼ファンが回転している状態と考えられる。従って、上記回転数の大きな差が生じた後、各燃焼機で要求される要求燃焼量の変動が少ないと、低回転数で燃焼ファンが回転している一部の燃焼機から集合排気筒に排気される燃焼排気が、高回転数で燃焼ファンが回転している燃焼機から集合排気筒に排気される燃焼排気による排気抵抗の影響を受け、燃焼排気が排気され難くなり、燃焼不良が発生しやすい。

しかしながら、上記実施の形態の複合燃焼装置では、低回転数で燃焼ファンが回転している燃焼機では、１段下の低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御されるように燃焼するバーナ数を減少させるから、その燃焼機は下段燃焼量範囲における最大燃焼量近傍の重ね代の範囲内で燃焼制御されることとなる。その結果、燃焼する各ガスバーナへの燃料ガス供給量が増加され、それに伴って燃焼用空気の供給量が増加するよう燃焼ファンの回転数が増加されるから、燃焼排気の排気速度を高くすることができる。これにより、他の燃焼機で燃焼ファンが高回転数で回転していても、各燃焼機から円滑に燃焼排気を排気させることができ、燃焼不良の発生を防止できる。また、集合排気筒に外気が侵入した場合でも、排気不良の発生を抑えることができる。

また、既述したように、判定回転数以上の回転数の差が生じた場合、低回転数で燃焼ファンが回転している燃焼機では、重ね代が設けられた低燃焼量側の下段燃焼量範囲から高燃焼量側の上段燃焼量範囲に切り替えられた後と考えられる。従って、この燃焼機において、燃焼排気の排気速度を上げるために１段下の低燃焼量側の下段燃焼量範囲に切り替えられると、低燃焼量側の下段燃焼量範囲における重ね代の範囲で燃焼制御されるから、燃焼するバーナ数が減少されても、燃焼量の変動が少なく、切り替え前後で略同一の燃焼量を得ることができる。しかも、他の燃焼機では所定の要求燃焼量が得られるように通常燃焼制御が行われているから、一部の燃焼機で僅かな燃焼量の変動があっても、複合燃焼装置全体としての燃焼量の変動も少ない。

さらに、低回転数で燃焼ファンが回転していた燃焼機で燃焼するバーナ数が減少されると、所定の保持時間内に、要求燃焼量が所定の判定燃焼量以上変動しなければ、低燃焼量側の下段燃焼量範囲での燃焼制御が継続されるから、要求燃焼量や燃焼状態の僅かな変動が生じても、燃焼するバーナ数の頻繁な切り替えを防止できる。

一方、所定の保持時間内に、要求燃焼量が大きく変動すると、高燃焼量側の上段燃焼量範囲で燃焼制御されるように燃焼するバーナ数を再度増加させるから、設定温度の変更や給水量の変更により短時間内に要求燃焼量が大きく変動した場合でも、所定の燃焼量を確保することができる。

（その他の実施の形態）
（１）上記実施の形態では、複数台の燃焼機が集合排気筒だけでなく、集合給気筒でも連結された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、複数台の燃焼機が集合排気筒のみで連結された、所謂、強制排気式の複合燃焼装置に用いることができる。この複合燃焼装置では、屋外と連通する空気取り入れ口から屋内に取り入れられた空気が燃焼用空気として各燃焼機に供給される。強制排気式の複合燃焼装置における燃焼制御の構成は、上記の強制給排気式の複合燃焼装置のそれと同様である。

（２）上記実施の形態では、燃焼するバーナ数が３段で切り替えられる燃焼機について説明したが、燃焼するバーナ数が２段あるいは４段以上で切り替えられる燃焼機を用いてもよい。なお、燃焼するバーナ数が４段以上で切り替えられる燃焼機でも、低回転数で回転している燃焼機の現在の燃焼量と各段の燃焼量範囲の最小燃焼量とを対比することにより、現在の燃焼領域を確認し、１段下の低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御するように燃焼するバーナ数を減少させればよい。

（３）上記実施の形態では、低回転数で燃焼ファンが回転している燃焼機の現在の燃焼量と各段の燃焼量範囲の最小燃焼量とを対比して現在の燃焼領域を確認しているが、現在の燃焼量が各段の燃焼量範囲内であるかどうかから現在の燃焼領域を確認してもよい。また、燃焼領域の確認に各燃焼機の指示値を用いてもよい。

（４）上記実施の形態では、ガスを燃料とするバーナを備えた複合燃焼装置を示したが、石油などを燃料とするバーナを備えた複合燃焼装置にも本発明を適用することができる。

（５）上記実施の形態では、各段の燃焼量範囲における燃焼量は、直線的に変更するように設定されているが、段階的に変更するように設定されてもよい。

（６）上記実施の形態では、燃焼するバーナ数に関係なく、燃焼ファンの回転数の差と単一の判定回転数とを対比しているが、図２に示すように段数ごとに燃焼ファンの回転数の増減の度合いが相違するため、燃焼するバーナ数に応じて、異なる判定回転数を用いてもよい。

（７）上記実施の形態では、一部の燃焼機が低燃焼量側の下段燃焼量範囲から高燃焼量側の上段燃焼量範囲に燃焼量が増加するように燃焼制御され、他の燃焼機が低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御される場合について説明したが、一部の燃焼機が高燃焼量側の上段燃焼量範囲から低燃焼量側の下段燃焼量範囲に燃焼量が減少するように燃焼制御され、他の燃焼機が高燃焼量側の上段燃焼量範囲で燃焼制御される場合でも同様に、低回転数で回転している高燃焼量側の上段燃焼量範囲で燃焼制御されている燃焼機で燃焼するバーナ数を減少させて、１段下の低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御することにより、燃焼不良の発生を防止できる。

２ａ，２ｂ，２ｃ 燃焼機
４ａ，４ｂ，４ｃ バーナユニット
５ａ，５ｂ，５ｃ 燃焼ファン
１０ 集合排気筒
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ ガスバーナ
Ｃ 制御装置（制御手段）

Claims (3)

1. 複数のバーナを有し、燃焼するバーナ数が複数段で切り替えられるように複数の燃焼領域に区分されたバーナユニット、及び前記バーナユニットに燃焼用空気を供給する燃焼ファンを各別に有する複数台の燃焼機と、
   前記複数台の燃焼機を連結する集合排気筒と、
   前記各燃焼機の燃焼運転を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記各燃焼機の燃焼量を増減するにあたり、前記バーナユニットへの燃料供給量の増減に従って、前記燃焼するバーナ数を増減させるとともに、
   前記各バーナへの燃料供給量の増減に従って、前記各バーナへの燃焼用空気の供給量が増減するように前記燃焼ファンの回転数を増減させ、
   前記燃焼するバーナ数の燃焼制御において、低燃焼量側の下段燃焼量範囲と、それに隣接する高燃焼量側の上段燃焼量範囲との間に、下段燃焼量範囲の最大燃焼量が上段燃焼量範囲の最小燃焼量よりも多くなるように重ね代を設けて、前記燃焼するバーナ数を切り替え、
   前記複数台の燃焼機で燃焼運転が行われているときに、少なくとも一つの燃焼機の燃焼ファンの回転数が、他の燃焼機の燃焼ファンの回転数よりも所定の判定回転数以上、低い状態が所定の判定時間以上、継続している場合、
   前記低回転数で回転している燃焼機で燃焼するバーナ数を減少させて、１段下の低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御する制御構成を備えた複合燃焼装置。
2. 請求項１に記載の複合燃焼装置であって、
   前記制御手段は、
   前記燃焼するバーナ数を減少させた後、所定の保持時間内の前記燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機に要求される要求燃焼量の変動が所定の判定燃焼量未満である場合、前記燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機を、前記低燃焼量側の下段燃焼量範囲で燃焼制御する複合燃焼装置。
3. 請求項１または２に記載の複合燃焼装置であって、
   前記制御手段は、
   前記燃焼するバーナ数を減少させた後、所定の保持時間内の前記燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機に要求される要求燃焼量の変動が所定の判定燃焼量以上である場合、前記燃焼するバーナ数を減少させた燃焼機で燃焼するバーナ数を再度増加させて、前記高燃焼量側の上段燃焼量範囲で燃焼制御する複合燃焼装置。

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