JP6853109B2

JP6853109B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP6853109B2
Application number: JP2017099480A
Authority: JP
Inventors: 寛之大畑; 万之赤木
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2037-05-19
Also published as: JP2018194245A

Description

本発明は、燃焼室に配置したバーナと、バーナに燃焼用空気を供給する燃焼ファンとを備える燃焼装置に関する。

この種の燃焼装置には、バーナ点火後、燃焼室内の温度がある程度上昇するまでの燃焼初期段階では、燃焼量が比較的大きな所定の共鳴音発生領域に入っているときに共鳴音が発生するものがある。

従来、このような燃焼装置において、バーナ点火後、燃焼室の温度がある程度上昇するのに必要な所定時間経過するまでは、燃焼量を比較的小さく設定される点火時の燃焼量である点火燃焼量に維持し、共鳴音の発生を抑制したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

然し、このものでは、要求燃焼量（例えば、バーナで加熱する被加熱物が給湯用熱交換器である場合は、熱交換器から設定温度の温水を出湯するのに必要な燃焼量）が高くても、バーナ点火後所定時間経過するまでは、燃焼量がかなり低く押えられて要求燃焼量との差が大きくなり、出湯温が低くなって使用者に迷惑をかけてしまう。

特開平２−１６１２１１号公報

本発明は、以上の点に鑑み、燃焼初期段階での燃焼量を点火燃焼量より高くして、且つ、共鳴音の発生を抑制できるようにした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、燃焼室に配置した複数のバーナと、バーナに燃焼用空気を供給する燃焼ファンとを備え、燃料ガスを供給するバーナの組み合わせを変更して、バーナ全体の燃焼能力を最低段たる第１段の燃焼能力と中間段たる第２段の燃焼能力と最高段たる第３段の燃焼能力とに切換えるようにした燃焼装置であって、バーナ点火後の燃焼初期段階に第３段の燃焼能力で燃焼量が所定の共鳴音発生領域に入っているときに共鳴音が発生するものにおいて、共鳴音発生領域の下限燃焼量より低く、バーナ点火時の燃焼量である点火燃焼量より高い所定の燃焼量であって、第２段の燃焼能力の上限燃焼量以下で第３段の燃焼能力の下限燃焼量以上の範囲に含まれる燃焼量を起点燃焼量として記憶しておき、バーナ点火後、要求燃焼量が起点燃焼量以上であるか否かを判別して、要求燃焼量が起点燃焼量以上であって、且つ、第２段の燃焼能力の上限燃焼量以下である場合は、バーナ点火後所定時間経過するまで第２段の燃焼能力で燃焼量を起点燃焼量に維持し、その後、第２段の燃焼能力で燃焼量を要求燃焼量まで増加し、要求燃焼量が第２段の燃焼能力の上限燃焼量を上回る場合は、バーナ点火後所定時間経過するまで第３段の燃焼能力で燃焼量を起点燃焼量に維持し、その後、第３段の燃焼能力で燃焼量を要求燃焼量まで増加することを特徴とする。

本発明によれば、要求燃焼量が起点燃焼量以上である場合、バーナ点火後所定時間経過するまで燃焼量を共鳴音発生領域の下限燃焼量より低い起点燃焼量に維持するため、共鳴音の発生を抑制できる。そして、起点燃焼量は、点火燃焼量より高いため、燃焼量を点火燃焼量に維持する場合に比して要求燃焼量との差が小さくなり、使用者にかける迷惑の程度を軽減できる。

本発明の実施形態の燃焼装置の構成を示す模式図。バーナ全体の燃焼量とファン回転数との関係を表す燃焼特性ラインを各段の燃焼能力について示したグラフ。実施形態の燃焼装置で行う点火後初期制御の内容を示すフロー図。

図１は、給湯用熱源機から成る本発明の実施形態の燃焼装置を示している。この燃焼装置は、燃焼筐１で囲われる燃焼室２を備えている。燃焼室２の下部には、第１バーナ３_１と第２バーナ３_２が配置されている。尚、第１バーナ３_１は、並設した５本の単位バーナ３ａで構成され、第２バーナ３_２は、並設した１０本の単位バーナ３ａで構成されている。また、第１バーナ３_１に臨む点火電極３１を備えている。そして、点火電極３１への高電圧印加源であるイグナイタ３２への通電により、点火電極３１でスパークさせて第１バーナ３_１に点火し、その後、第２バーナ３_２に火移りさせるようにしている。

また、燃焼室２の上部には、被加熱物たる給湯用の熱交換器４が配置されている。更に、燃焼筐１の下面には、バーナ３_１，３_２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。そして、バーナ３_１，３_２からの燃焼ガスにより熱交換器４の上流側の給水管４ａからの水を加熱し、熱交換器４の下流側の出湯管４ｂに所定の設定温度に加熱された温水が出湯されるようにしている。熱交換器４を通過した燃焼ガスは、燃焼筐１の上部に開設した排気口１ａから外部に排出される。

バーナ３_１，３_２に燃料ガスを供給するガス供給路６には、電磁開閉弁から成る元弁６１と、その下流側の比例弁６２とが介設されている。また、比例弁６２の下流側のガス供給路６の部分は、第１バーナ３_１に連なる第１分岐路６ａと、第２バーナ３_２に連なる第２分岐路６ｂとに分岐されている。これら第１と第２の各分岐路６ａ，６ｂには、夫々電磁開閉弁から成る第１と第２の各能力切換弁６３_１，６３_２が介設されている。そして、第１、第２能力切換弁６３_１，６３_２の開閉で燃料ガスを供給するバーナの組合せを変更して、バーナ全体の燃焼能力を複数段に切換えるようにしている。

具体的に説明すれば、第１能力切換弁６３_１を開弁して第１バーナ３_１のみに燃料ガスを供給することにより、バーナ全体の燃焼能力を最低段たる第１段の能力（単位バーナ５本分の能力）に切換え、第２能力切換弁６３_２を開弁して第２バーナ３_２のみに燃料ガスを供給することにより、バーナ全体の燃焼能力を第２段の能力（単位バーナ１０本分の能力）に切換え、第１と第２の両能力切換弁６３_１，６３_２を開弁して第１と第２の両バーナ３_１，３_２に燃料ガスを供給することにより、バーナ全体の燃焼能力を最高段たる第３段の能力（単位バーナ１５本分の能力）に切換えるようにしている。

燃焼装置は、更に、燃焼ファン５、元弁６１、比例弁６２、能力切換弁６３_１，６３_２及びイグナイタ３２を制御する制御手段たるマイクロコンピュータから成るコントローラ７を備えている。コントローラ７は、給湯負荷に応じた要求燃焼量（設定温度の温水を出湯するのに必要な燃焼量）を演算し、この要求燃焼量に合わせて第１と第２の能力切換弁６３_１，６３_２を開閉制御して、バーナ全体の燃焼能力を切換え、切換えた燃焼能力で要求燃焼量に等しい燃焼量が得られ、且つ、この燃焼量に応じた適切な量の空気が供給されるように、燃焼ファン５の回転数と比例弁６２に通電する比例弁電流とを要求燃焼量に応じて可変する制御を行う。

図２は、各段の燃焼能力で得られる燃焼量と燃焼ファン５の回転数（ファン回転数）との関係を表す燃焼特性ラインを示している。この燃焼特性ラインは、第１段の燃焼能力ではラインＬ１、第２段の燃焼能力ではラインＬ２、第３段の燃焼能力ではラインＬ３になる。ここで、ファン回転数の下限値Ｎｍｉｎに対応する比例弁電流の下限値とファン回転数の上限値Ｎｍａｘに対応する比例弁電流の上限値は、各段の燃焼能力で比例弁電流を上限値にしたときの燃焼量がそれより１段高い燃焼能力で比例弁電流を下限値にしたときの燃焼量を上回るように設定され、能力順位で隣接する燃焼能力間で重ね代を持つことになる。

そして、コントローラ７は、要求燃焼量が現時点の燃焼能力の上限燃焼量（ファン回転数を上限値Ｎｍａｘにしたときに得られる燃焼量）を上回ったときに、燃焼能力を１段高くする能力アップ制御を行い、要求燃焼量が現時点の燃焼能力の下限燃焼量（ファン回転数を下限値Ｎｍｉｎにしたときに得られる燃焼量）を下回ったときに、燃焼能力を１段低くする能力ダウン制御を行う。これによれば、一旦能力ダウン制御が行われると、要求燃焼量が重ね代以上増加しない限り能力アップ制御は行われず、また、一旦能力アップ制御が行われると、要求燃焼量が重ね代以上減少しない限り能力ダウン制御は行われず、要求燃焼量の微小変化で能力アップ制御と能力ダウン制御が短時間で繰り返される現象（ハンチング）が抑制される。

ここで、給湯開始時は、一般的に、第１段の燃焼能力で、燃焼量を比較的低い所定の点火燃焼量Ｑｉｇにして第１バーナ３_１に点火し、その後、要求燃焼量に応じた能力切換と燃焼量の調節とを行う。然し、本実施形態の燃焼装置においては、バーナ点火後、燃焼室２内の温度がある程度上昇するまでの燃焼初期段階では、第３段の燃焼能力で燃焼量が比較的大きな所定の共鳴音発生領域ＱＷに入っているときに共鳴音が発生する。

そこで、本実施形態では、共鳴音発生領域ＱＷの下限燃焼量より低く、点火燃焼量Ｑｉｇより高い所定の燃焼量、例えば、下限燃焼量よりも僅かに低く、第２段の燃焼能力の上限燃焼量以下で第３段の燃焼能力の下限燃焼量以上の範囲に含まれる燃焼量を起点燃焼量Ｑｓｔとしてコントローラ７に記憶しておき、第１バーナ３１に点火後、図３に示す点火後初期制御を行うようにした。

この点火後初期制御では、先ず、ＳＴＥＰ１で要求燃焼量Ｑｄｅを算出し、次に、ＳＴＥＰ２で要求燃焼量Ｑｄｅが起点燃焼量Ｑｓｔ以上であるか否かを判別する。Ｑｄｅ＜Ｑｓｔであれば、ＳＴＥＰ３に進み、燃焼量が要求燃焼量Ｑｄｅになるように通常の能力切換と燃焼量調節とを行う。

一方、Ｑｄｅ≧Ｑｓｔであれば、ＳＴＥＰ４に進んで燃焼量を起点燃焼量Ｑｓｔに調節すると共に、ＳＴＥＰ５でバーナ点火後所定時間（例えば、５秒）経過したか否かを判別し、所定時間経過するまではＳＴＥＰ４に戻ることを繰り返す。これにより、バーナ点火後所定時間経過するまで燃焼量は起点燃焼量Ｑｓｔに維持される。尚、要求燃焼量Ｑｄｅが第２段の燃焼能力の上限燃焼量以下である場合は、第２段の燃焼能力で起点燃焼量Ｑｓｔが得られるように制御し、要求燃焼量Ｑｄｅが第２段の燃焼能力の上限燃焼量を上回る場合は、第３段の燃焼能力で起点燃焼量Ｑｓｔが得られるように制御する。そして、バーナ点火後所定時間経過したとき、ＳＴＥＰ６に進んで燃焼量を要求燃焼量Ｑｄｅまで増加し、その後ＳＴＥＰ３に進む。

以上の点火後初期制御によれば、要求燃焼量Ｑｄｅが起点燃焼量Ｑｓｔ以上である場合、バーナ点火後所定時間経過するまで燃焼量を共鳴音発生領域ＱＷの下限燃焼量よりも低い起点燃焼量Ｑｓｔに維持するため、共鳴音の発生を抑制できる。そして、起点燃焼量Ｑｓｔは、点火燃焼量Ｑｉｇより高いため、燃焼量を点火燃焼量Ｑｉｇに維持する場合に比して要求燃焼量Ｑｄｅとの差が小さくなり、点火後初期制御中の出湯温と設定温度との差を小さくして使用者にかける迷惑の程度を軽減できる。

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、上記実施形態の燃焼装置は、給湯用熱源機であるが、暖房用といった給湯以外の用途の燃焼装置にも同様に本発明を適用できる。

２…燃焼室、３_１，３_２…バーナ、５…燃焼ファン、ＱＷ…共鳴音発生領域、Ｑｉｇ…点火燃焼量、Ｑｓｔ…起点燃焼量、Ｑｄｅ…要求燃焼量。

Claims

燃焼室に配置した複数のバーナと、バーナに燃焼用空気を供給する燃焼ファンとを備え、燃料ガスを供給するバーナの組み合わせを変更して、バーナ全体の燃焼能力を最低段たる第１段の燃焼能力と中間段たる第２段の燃焼能力と最高段たる第３段の燃焼能力とに切換えるようにした燃焼装置であって、バーナ点火後の燃焼初期段階に第３段の燃焼能力で燃焼量が所定の共鳴音発生領域に入っているときに共鳴音が発生するものにおいて、
共鳴音発生領域の下限燃焼量より低く、バーナ点火時の燃焼量である点火燃焼量より高い所定の燃焼量であって、第２段の燃焼能力の上限燃焼量以下で第３段の燃焼能力の下限燃焼量以上の範囲に含まれる燃焼量を起点燃焼量として記憶しておき、バーナ点火後、要求燃焼量が起点燃焼量以上であるか否かを判別して、要求燃焼量が起点燃焼量以上であって、且つ、第２段の燃焼能力の上限燃焼量以下である場合は、バーナ点火後所定時間経過するまで第２段の燃焼能力で燃焼量を起点燃焼量に維持し、その後、第２段の燃焼能力で燃焼量を要求燃焼量まで増加し、要求燃焼量が第２段の燃焼能力の上限燃焼量を上回る場合は、バーナ点火後所定時間経過するまで第３段の燃焼能力で燃焼量を起点燃焼量に維持し、その後、第３段の燃焼能力で燃焼量を要求燃焼量まで増加することを特徴とする燃焼装置。