JP7348011B2

JP7348011B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP7348011B2
Application number: JP2019175564A
Authority: JP
Inventors: 忠幸平賀
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2039-09-26
Also published as: JP2021050891A

Description

本発明は、バーナを内蔵する燃焼筐と、燃焼筐内に燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、バーナから噴出する混合気の燃焼で生ずる燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、制御手段とを備える燃焼装置に関する。

燃焼装置では、空燃比（燃焼用空気の供給量／燃料ガスの供給量）が適正値より大きくなっても小さくなっても、不完全燃焼によりＣＯ（一酸化炭素）が発生する。そして、燃焼排ガス中のＣＯ濃度は、空燃比の変化で図６に示す如く変化する。尚、図６には、空燃比が適正値から増加する場合と減少する場合の何れにおいても、同じような傾きでＣＯ濃度が増加するように図示されているが、これは分かり易くするためであって、実際には、空燃比が適正値から増加する場合と減少する場合とでＣＯ濃度が増加する傾きは異なる。

従来、ＣＯセンサの検出ＣＯ濃度が所定の閾値濃度を超えた場合に、燃焼ファンの回転数を上記現象に基づいて補正する回転数補正制御を行う燃焼装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この回転数補正制御は、燃焼ファンの回転数を所定の規定量だけ増加させる回転数変化処理と、回転数変化処理で生ずる検出ＣＯ濃度の変化方向と回転数変化処理後又は回転数変化処理前の検出ＣＯ濃度とに基づいて、燃焼ファンの回転数の補正量を決定する補正量決定処理と、補正量決定処理で決定された補正量に従って燃焼ファンの回転数を補正する補正実行処理とから成っている。

ここで、回転数変化処理で生ずる検出ＣＯ濃度の変化方向が増加方向となるのは、空燃比が過大の領域（適正値よりも大きな領域）に存する場合であり、検出ＣＯ濃度の変化方向が減少方向となるのは、空燃比が過小の領域（適正値よりも小さな領域）に存する場合である。そして、補正量決定処理では、検出ＣＯ濃度の変化方向が増加方向であれば、燃焼ファンの回転数が減少するように補正量を決定し、検出ＣＯ濃度の変化方向が減少方向であれば、燃焼ファンの回転数が増加するように補正量を決定している。

ところで、上記従来例のものでは、前回の回転数補正制御で燃焼ファンの回転数が上限回転数或いはその近傍まで増加補正されていると、次の回転数補正制御の回転数変化処理で燃焼ファンの回転数を規定量増加させようとしても、燃焼ファンの回転数が上限回転数を上回ってしまうため、回転数変化処理が実行不能となり、回転数補正制御を行えなくなってしまう。尚、特許文献１には、回転数変化処理で燃焼ファンの回転数を規定量だけ減少させてもよいと記載されている。然し、この場合には、前回の回転数補正制御で燃焼ファンの回転数が下限回転数或いはその近傍まで減少補正されていると、次の回転数補正制御の回転数変化処理で燃焼ファンの回転数を規定量減少させようとしても、燃焼ファンの回転数が下限回転数を下回ってしまうため、回転数変化処理が実行不能となり、回転数補正制御を行えなくなってしまう。

特開２０１４－２１４９２５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、回転数変化処理が実行不能となって回転数補正制御が行えなくなることを回避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、バーナを内蔵する燃焼筐と、燃焼筐内に燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、バーナから噴出する混合気の燃焼で生ずる燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、制御手段とを備える燃焼装置であって、制御手段は、ＣＯセンサの検出ＣＯ濃度が所定の閾値濃度を超えた場合に、燃焼ファンの回転数を所定の規定量だけ変化させる回転数変化処理と、回転数変化処理で生ずる検出ＣＯ濃度の変化方向と回転数変化処理後又は回転数変化処理前の検出ＣＯ濃度とに基づいて、燃焼ファンの回転数の補正量を決定する補正量決定処理と、補正量決定処理で決定された補正量に従って燃焼ファンの回転数を補正する補正実行処理とから成る回転数補正制御を行うように構成されるものにおいて、回転数補正制御の回転数変化処理は、現時点での燃焼ファンの回転数が要求燃焼量に応じて予め定められている標準回転数よりも増加補正されていれば、現時点での燃焼ファンの回転数よりも規定量だけ減少させることで行い、現時点での燃焼ファンの回転数が標準回転数よりも増加補正されていなければ、現時点での燃焼ファンの回転数よりも規定量だけ増加させることで行うことを特徴とする。

本発明によれば、前回の回転数補正制御で燃焼ファンの回転数（以下、ファン回転数と記す）が上限回転数或いはその近傍まで増加補正されていても、次の回転数補正制御の回転数変化処理は、現時点のファン回転数よりも規定量減少させることで行われるため、ファン回転数が上限回転数を上回って回転数変化処理が実行不能となることがなく、また、前回の回転数補正制御でファン回転数が下限回転数或いはその近傍まで減少補正されていても、次の回転数補正制御の回転数変化処理は、現時点のファン回転数よりも規定量増加させることで行われるため、ファン回転数が下限回転数を下回って回転数変化処理が実行不能となることがない。従って、回転数変化処理が実行不能となって回転数補正制御が行えなくなることを回避できる。

本発明の実施形態の燃焼装置を示す説明図。実施形態の燃焼装置が具備する制御手段が行う制御の内容を示すフロー図。図２のＳＴＥＰ４の回転数補正制御の詳細を示すフロー図。回転数変化処理でファン回転数を減少させる場合に補正量を決定するために参照するデータテーブルを示す説明図。回転数変化処理でファン回転数を増加させる場合に補正量を決定するために参照するデータテーブルを示す説明図。空燃比の変化による燃焼排ガス中のＣＯ濃度の変化を示すグラフ。

図１に示す本発明の実施形態の燃焼装置は、給湯用熱源機であって、ハウジング１内に収納した燃焼筐２を備えている。燃焼筐２は、下部にバーナ３を内蔵し、上部に給湯用の熱交換器４を内蔵しており、バーナ３から噴出する混合気の燃焼で生ずる燃焼排ガスとの熱交換で熱交換器４に流れる水を加熱する。燃焼筐２の下端には、燃焼筐２内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。また、燃焼筐２の上端には、燃焼排ガスを外部に排出する排気筒６が接続されている。

バーナ３に燃料ガスを供給するガス供給路７には、元弁８と比例弁９とが介設されている。また、熱交換器４には、上流側の給水路１０と、下流側の出湯路１１とが接続されている。給水路１０には、水量センサ１２と水温センサ１３と水量サーボ１４とが設けられ、出湯路１１には、湯温センサ１５が設けられている。

燃焼筐２内の上端部には、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ１６が設けられている。また、ハウジング１内には、燃焼ファン５、元弁８、比例弁９、水量サーボ１４等を制御する制御手段たるコントローラ１７が設けられている。そして、コントローラ１７に、水量センサ１２、水温センサ１３、湯温センサ１５及びＣＯセンサ１６の検出信号を入力している。

出湯路１１の下流端の出湯栓（図示せず）を開いて熱交換器４に通水すると、水量センサ１２の検出水量が所定の最低作動水量以上になったところで、コントローラ１７は、元弁８を開弁させると共に図外のイグナイタを作動させて、バーナ３に点火する。その後、設定給湯温度の湯を給湯するのに必要な要求燃焼量を演算し、バーナ３の燃焼量が要求燃焼量になるように比例弁９の開度を制御すると共に、ファン回転数を空燃比が適正値になるように要求燃焼量に応じて予め定められている標準回転数に基づいて制御する。尚、要求燃焼量は、給湯開始当初は、水量センサ１２で検出され給湯流量と水温センサ１３で検出される給水温度と設定給湯温度とからフィードフォワード方式で求められ、その後は、湯温センサ１５で検出される実際の給湯温度に基づいてフィードバック方式で求められる。尚、要求燃焼量がバーナ３の最大燃焼量を上回るときは、給湯流量を最大燃焼量で湯温が設定給湯温度になる量まで水量サーボ１４により減少させる。

ここで、ファン回転数を標準回転数に一致するように制御しても、機器の経時変化等により実際の空燃比が適正値からずれて、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加してしまうことがある。そこで、コントローラ１７は、ＣＯセンサ１６の検出ＣＯ濃度に基づいてファン回転数を補正する制御を行う。

この制御の詳細は、図２に示す通りであり、先ず、ＳＴＥＰ１でバーナ３の燃焼が開始されたか否かを判別し、燃焼が開始されるとＳＴＥＰ２に進み、ＣＯセンサ１６の検出ＣＯ濃度が所定の閾値濃度（例えば、３００ｐｐｍ）を超えた状態が所定の閾値時間（例えば、２０秒）以上継続したか否かを判別する。検出ＣＯ濃度が閾値濃度を閾値時間以上超えている場合は、ＳＴＥＰ４に進んで後述する回転数補正制御を行う。尚、ＳＴＥＰ２の判別で「閾値時間以上継続していること」を要件としているのは、何らかの理由で検出ＣＯ濃度が一時的に高くなった場合に、誤ってファン回転数を補正してしまうことを避けるためである。

検出ＣＯ濃度が閾値濃度を閾値時間以上超えていない場合は、ＳＴＥＰ３に進み、検出ＣＯ濃度が閾値濃度よりも高く設定される第２の閾値濃度（例えば、６００ｐｐｍ）を超えた状態が閾値時間よりも短い第２の閾値時間（例えば、１０秒）以上継続したか否かを判別する。検出ＣＯ濃度が第２の閾値濃度を超える場合は早めにファン回転数を補正すべきである。そこで、検出ＣＯ濃度が第２の閾値濃度を超えた状態の継続時間が第２の閾値時間に達した場合も、ＳＴＥＰ４に進んで回転数補正制御を行う。

一方、検出ＣＯ濃度が閾値濃度を閾値時間以上超えておらず、且つ、検出ＣＯ濃度が第２の閾値濃度を第２の閾値時間以上超えていない場合は、ＳＴＥＰ５に進んでバーナ３の燃焼が終了したか否かを判別する。そして、燃焼が終了するまでは、ＳＴＥＰ２に戻ることを繰り返す。燃焼が終了したときは、ＳＴＥＰ６に進み、ファン回転数を標準回転数に復帰させる処理を行う。

回転数補正制御の詳細は、図３に示す通りであり、先ず、ＳＴＥＰ４０１で現時点でのファン回転数が標準回転数よりも増加補正されているか否かを判別し、増加補正されていれば、ＳＴＥＰ４０２に進み、現時点でのファン回転数よりも規定量だけ減少するようにファン回転数を変化させる回転数変化処理を行う。この規定量は、回転数変化処理で検出ＣＯ濃度がどのように変化するかが明確に分かる量であればよく、例えば、現時点のファン回転数の３％に設定される。回転数変化処理を行ったら、ＳＴＥＰ４０３で回転数変化処理から所定の安定化時間（例えば、５秒）が経過したかを判別し、経過したところでＳＴＥＰ４０４に進み、回転数変化処理で検出ＣＯ濃度が減少したか否かを判別し、検出ＣＯ濃度が減少したときはＳＴＥＰ４０５に進み、検出ＣＯ濃度が増加したときはＳＴＥＰ４０６に進む。

ここで、ファン回転数を減少させる回転数変化処理で検出ＣＯ濃度が減少するのは、回転数変化処理前の空燃比が図６の空燃比過大領域に存する場合であり、検出ＣＯ濃度が増加するのは、回転数変化処理前の空燃比が図６の空燃比過小領域に存する場合である。そこで、ＳＴＥＰ４０５では、図４に示すデータテーブルの空燃比過大の欄を検索して、回転数変化処理後の検出ＣＯ濃度に対応する補正量を決定する補正量決定処理を行い、また、ＳＴＥＰ４０６では、図４に示すデータテーブルの空燃比過小の欄を検索して、回転数変化処理前の検出ＣＯ濃度に対応する補正量を決定する補正量決定処理を行う。例えば、現時点のファン回転数が標準回転数の６％増に補正されていて、ＳＴＥＰ４０２の回転数変化処理でファン回転数を３％減（標準回転数の３％増）に変化させたときに、検出ＣＯ濃度が減少した場合は、ＳＴＥＰ４０５に進んで図４（ａ）のデータテーブルの空燃比過大欄を検索し、回転数変化処理後の検出ＣＯ濃度が例えば３５０～７００ｐｐｍであれば、ファン回転数が標準回転数になるように補正量が決定され、また、検出ＣＯ濃度が増加した場合は、ＳＴＥＰ４０６に進んで図４（ａ）のデータテーブルの空燃比過小欄を検索し、回転数変化処理前の検出ＣＯ濃度が例えば３００～８００ｐｐｍであれば、ファン回転数が標準回転数の６％増になるように補正量が決定される。尚、燃焼ファンの上限回転数と下限回転数は、標準回転数の６％増と６％減に設定されている。

現時点でのファン回転数が標準回転数よりも増加補正されていなければ、ＳＴＥＰ４０１からＳＴＥＰ４０７に進み、現時点でのファン回転数よりも規定量（例えば、現時点でのファン回転数の３％）だけ増加するようにファン回転数を変化させる回転数変化処理を行う。回転数変化処理を行ったら、ＳＴＥＰ４０８で回転数変化処理から所定の安定化時間（例えば、５秒）が経過したかを判別し、経過したところでＳＴＥＰ４０９に進み、回転数変化処理で検出ＣＯ濃度が減少したか否かを判別し、検出ＣＯ濃度が減少したときはＳＴＥＰ４１０に進み、検出ＣＯ濃度が増加したときはＳＴＥＰ４１１に進む。

ここで、ファン回転数を増加させる回転数変化処理で検出ＣＯ濃度が減少するのは、回転数変化処理前の空燃比が図６の空燃比過小領域に存する場合であり、検出ＣＯ濃度が増加するのは、回転数変化処理前の空燃比が図６の空燃比過大領域に存する場合である。そこで、ＳＴＥＰ４１０では、図５に示すデータテーブルの空燃比過小の欄を検索して、回転数変化処理後の検出ＣＯ濃度に対応する補正量を決定する補正量決定処理を行い、また、ＳＴＥＰ４１１では、図５に示すデータテーブルの空燃比過大の欄を検索して、回転数変化処理前の検出ＣＯ濃度に対応する補正量を決定する補正量決定処理を行う。例えば、現時点のファン回転数が標準回転数の３％減に補正されていて、ＳＴＥＰ４０７の回転数変化処理でファン回転数を３％増（標準回転数）に変化させたときに、検出ＣＯ濃度が減少した場合は、ＳＴＥＰ４１０に進んで図５（ｂ）のデータテーブルの空燃比過小欄を検索し、回転数変化処理後の検出ＣＯ濃度が例えば３００ｐｐｍ未満であれば、ファン回転数が標準回転数を維持するように補正量が決定され、また、検出ＣＯ濃度が増加した場合は、ＳＴＥＰ４１１に進んで図５（ｂ）のデータテーブルの空燃比過大欄を検索し、回転数変化処理前の検出ＣＯ濃度が例えば３５０～７００ｐｐｍであれば、ファン回転数が標準回転数の６％減になるように補正量が決定される。

以上の如くＳＴＥＰ４０５、ＳＴＥＰ４０６、ＳＴＥＰ４１０、ＳＴＥＰ４１１での補正量決定処理を行うと、ＳＴＥＰ４１２に進み、補正量決定処理で決定された補正量に従ってファン回転数を補正する補正実行処理を行い、上述したＳＴＥＰ５に進む。

本実施形態によれば、前回の回転数補正制御でファン回転数が上限回転数或いはその近傍まで増加補正されていても、次の回転数補正制御の回転数変化処理は、ＳＴＥＰ４０２で現時点のファン回転数よりも規定量減少させることで行われるため、ファン回転数が上限回転数を上回って回転数変化処理が実行不能となることがない。また、前回の回転数補正制御でファン回転数が下限回転数或いはその近傍まで減少補正されていても、次の回転数補正制御の回転数変化処理は、ＳＴＥＰ４０７で現時点のファン回転数よりも規定量増加させることで行われるため、ファン回転数が下限回転数を下回って回転数変化処理が実行不能となることがない。従って、回転数変化処理が実行不能となって回転数補正制御が行えなくなることを回避できる。

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、上記実施形態では、ＳＴＥＰ４０５、ＳＴＥＰ４１０において、回転数変化処理後の検出ＣＯ濃度に基づいて補正量を決定し、ＳＴＥＰ４０６、ＳＴＥＰ４１１において、回転数変化処理前の検出ＣＯ濃度に基づいて補正量を決定しているが、ＳＴＥＰ４０５、ＳＴＥＰ４１０で回転数変化処理前の検出ＣＯ濃度に基づいて補正量を決定することも可能であり、また、ＳＴＥＰ４０６、ＳＴＥＰ４１１で回転数変化処理後の検出ＣＯ濃度に基づいて補正量を決定することも可能である。また、上記実施形態の燃焼装置は、給湯用熱源機であるが、バーナを内蔵する燃焼筐と燃焼ファンとＣＯセンサとを備えるものであれば、給湯用熱源機以外の燃焼装置にも同様に本発明を適用できる。

２…燃焼筐、３…バーナ、５…燃焼ファン、１６…ＣＯセンサ、１７…コントローラ（制御手段）。

Claims

バーナを内蔵する燃焼筐と、燃焼筐内に燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、バーナから噴出する混合気の燃焼で生ずる燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、制御手段とを備える燃焼装置であって、
制御手段は、ＣＯセンサの検出ＣＯ濃度が所定の閾値濃度を超えた場合に、燃焼ファンの回転数を所定の規定量だけ変化させる回転数変化処理と、回転数変化処理で生ずる検出ＣＯ濃度の変化方向と回転数変化処理後又は回転数変化処理前の検出ＣＯ濃度とに基づいて、燃焼ファンの回転数の補正量を決定する補正量決定処理と、補正量決定処理で決定された補正量に従って燃焼ファンの回転数を補正する補正実行処理とから成る回転数補正制御を行うように構成されるものにおいて、
回転数補正制御の回転数変化処理は、現時点での燃焼ファンの回転数が要求燃焼量に応じて予め定められている標準回転数よりも増加補正されていれば、現時点での燃焼ファンの回転数よりも規定量だけ減少させることで行い、現時点での燃焼ファンの回転数が標準回転数よりも増加補正されていなければ、現時点での燃焼ファンの回転数よりも規定量だけ増加させることで行うことを特徴とする燃焼装置。