JP7460489B2

JP7460489B2 - 燃焼装置

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Publication number: JP7460489B2
Application number: JP2020152179A
Authority: JP
Inventors: 健竹内
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2024-04-02
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Description

本発明は、燃焼室に配置され、燃焼用空気と燃料ガスとの混合ガスを燃焼させるバーナと、バーナに燃焼用空気を供給するファンと、バーナに燃料ガスを供給するガス供給路と、ガス供給路に設けられた比例弁と、バーナに点火させる点火動作を行う点火手段と、バーナの着火を検知する着火検知手段と、ファン、比例弁及び点火手段を夫々制御するコントローラとを備えた燃焼装置に関する。

従来、この種の燃焼装置として、コントローラには、バーナの着火に適した混合ガスの空気過剰率が初期値として予め設定され、コントローラは、バーナで混合ガスを燃焼させる燃焼が指示されると、混合ガスの空気過剰率を初期値にするように燃焼用空気の空気量と燃料ガスのガス量とを調整し、点火手段に点火動作を行わせてもバーナに着火しない場合、混合ガスの空気過剰率を初期値から段階的に低下させつつ、点火手段に再点火動作を繰り返し実行させるように構成されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、燃焼装置を新規に設置する等の場合、空気がガス供給路内に残存してガス供給路内が燃料ガスで十分に置換されていない状態では、実際にバーナに供給される混合ガスの空気過剰率は初期値よりも高く、点火手段に点火動作を行わせてもバーナに着火しないという不具合が発生する。このような不具合に対し、特許文献１記載の燃焼装置では、コントローラが、混合ガスの空気過剰率を初期値から段階的に低下させつつ、点火手段に再点火動作を繰り返し実行させることで対応することができる。

特開平６－２２１５４７号公報

しかし、実際にバーナに供給される混合ガスの空気過剰率が初期値であっても、例えば、点火電極でのスパークミス等の偶発的な要因によってバーナが未着火になる場合がある。この場合、特許文献１記載の燃焼装置のコントローラは、その時の混合ガスの空気過剰率が初期値よりも高いと誤判断して、空気過剰率を低下させるため、実際にバーナに供給される混合ガスの空気過剰率が過度に低くなる。このように空気過剰率が過度に低い混合ガスに対し、点火手段に再点火動作を実行させてバーナに点火させると、爆着や、一酸化炭素ガスが発生する燃焼不良等の不具合が起こる虞がある。

本発明は、以上の点に鑑み、実際にバーナに供給される混合ガスの空気過剰率を適正に調整し、バーナの着火に至りやすくすると共に、点火手段の再点火動作時に、爆着や、燃焼不良等の不具合が起こるのを抑制することができる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、燃焼室に配置され、燃焼用空気と燃料ガスとの混合ガスを燃焼させるバーナと、バーナに燃焼用空気を供給するファンと、バーナに燃料ガスを供給するガス供給路と、ガス供給路に設けられた比例弁と、バーナに点火させる点火動作を行う点火手段と、バーナの着火を検知する着火検知手段と、ファン、比例弁及び点火手段を夫々制御するコントローラとを備えた燃焼装置であって、コントローラには、バーナの着火に適した混合ガスの空気過剰率が初期値として予め設定され、コントローラは、バーナでの燃焼が指示されると、混合ガスの空気過剰率を初期値にするように燃焼用空気の空気量と燃料ガスのガス量とを調整し、点火手段に点火動作を行わせてもバーナに着火しない場合、混合ガスの空気過剰率を初期値から段階的に低下させつつ、点火手段に再点火動作を繰り返し実行させるように構成されるものにおいて、コントローラは、バーナの燃焼時間を累積して燃焼累積時間を記憶し、コントローラには、点火手段の再点火動作に際して初期値から低下させる混合ガスの空気過剰率の下限値として、燃焼累積時間が所定の設定時間未満である場合の第１下限値と、燃焼累積時間が前記設定時間以上である場合の、第１下限値よりも高い第２下限値とが、夫々、設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、燃焼累積時間が所定の設定時間未満であって、ガス供給路内の空気残存に起因して実際には初期値よりも高い空気過剰率の混合ガスがバーナに供給され、バーナに着火しないと推定される場合、コントローラは、混合ガスの空気過剰率を第１下限値に基づいて初期値から段階的に低下させ、点火手段の再点火動作を繰り返し実行させる。したがって、従前と同様に、バーナの着火に至りやすくなる。また、燃焼累積時間が所定の設定時間以上であって、ガス供給路内が混合ガスで置換されていると推定される場合、コントローラは、混合ガスの空気過剰率を第２下限値に基づいて初期値から段階的に低下させ、点火手段の再点火動作を繰り返し実行させる。したがって、混合ガスの空気過剰率を必要以上に低下させずに済み、点火手段の再点火動作時に、爆着や、一酸化炭素ガスが発生する燃焼不良等の不具合を抑制することができる。

なお、混合ガスの空気過剰率は、バーナの点火に適した初期値と、点火手段の再点火動作に際して低下させる値の２種類に大別される。これらの内、前者は、予めコントローラに設定される値であり、燃料ガスの種類、バーナの燃焼特性、ファンの給気能力等を考慮して推定される推定値である。一方、後者には、実測値を採用することもできるが、初期値と同様な推定値を採用することができる。バーナに供給される燃焼用空気はファンの回転数と相関関係があり、また、燃焼ガスのガス量は、比例弁に通電する比例弁電流とも相関関係があることが既知である。このため、点火手段の再点火動作に際して低下させる混合ガスの空気過剰率は、必ずしも実測値にする必要はなく、ファンの回転数と比例弁電流値とから推定可能である。したがって、上記２種類の混合ガスの空気過剰率は推定値で代用することができる。

本発明においては、上記コントローラは、上記点火手段の再点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率の上記初期値からの段階的な低下を、上記バーナに供給する燃料ガスのガス量を段階的に増加させることにより行うことが望ましい。ここで、コントローラが行う、点火手段の再点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率の初期値からの段階的な低下は、燃焼用空気の空気量を低減させることによっても行うことができる。燃料ガスのガス量を増加又は燃焼用空気の空気量を低減させる具体的な方法には、コントローラが行う制御に難易が生じる可能性があるが、以下の５つのパターンが想定される。

・パターン１
燃焼用空気の空気量を所定量で一定にして燃料ガスのガス量を増加させる。
・パターン２
燃焼用空気の空気量を増加させつつ、燃料ガスのガス量を、結果として混合ガスの空気過剰率が低下するように増加させる。
・パターン３
燃焼用空気の空気量を低減させつつ、燃料ガスのガス量を増加させる。
・パターン４
燃料ガスのガス量を所定量で一定にして燃焼用空気の空気量を低減させる。
・パターン５
燃料ガスのガス量を減少させつつ、燃焼用空気の空気量も、結果として混合ガスの空気過剰率が低下するように低減させる。

点火手段の再点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率の初期値からの段階的な低下を、バーナに供給する燃料ガスのガス量を段階的に増加させるのは、上記パターン１、パターン２及びパターン３に該当するが、こうすることによって、上記パターン４及びパターン５と比較すると、ガス供給路内をバーナに向かって通過する燃料ガスのガス量が増加するため、ガス供給路内に残存する空気をより早く燃料ガスで置換することができる。したがって、バーナの着火が早期に実現される。

また、本発明においては、上記コントローラは、上記点火手段の再点火動作の繰返し数をカウントし、当該繰返し数が所定回数になっても上記バーナに着火しない場合、点火エラーであると判断し、上記燃焼の指示をキャンセルして点火エラーを報知するように構成されるものにおいて、コントローラは、点火エラーの判断の直前に実行された点火手段の再点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率を記憶し、点火エラーの判断、燃焼の指示のキャンセル及び点火エラーの報知後、点火エラーの報知が解除されて燃焼が再指示されると、点火エラーの判断時又は点火エラーの報知解除時から燃焼の再指示時までの経過時間が所定の経過時間内である場合、コントローラは、点火手段の点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率を、記憶した上記空気過剰率以下に調整することが望ましい。これによれば、点火エラーの判断時又は点火エラーの報知解除時から燃焼の再指示時までの経過時間が所定の経過時間内である場合、燃焼の最初の指示及び燃焼の再指示が連続してなされた指示であると推定されるため、燃焼の再指示時の混合ガスの空気過剰率を初期値よりも低くすることができる。このため、第１下限値又は第２下限値に向けての混合ガスの空気過剰率の段階的な低下を早めることができ、バーナの着火により至りやすくなる。また、燃焼の再指示時の混合ガスの空気過剰率を、点火エラーの判断の直前に実行された点火手段の再点火動作に際して記憶した混合ガスの空気過剰率よりも低くする場合、混合ガスの空気過剰率の低下がより一層促進されるため、バーナの着火により有利になる。例えば、点火手段の再点火動作の繰返し数として設定される所定回数によっては、第１下限値又は第２下限値に到達することなく、点火手段の再点火動作の繰返し数が所定回数になり、コントローラが点火エラーであると判断する場合が想定される。このような場合、燃焼の再指示時の混合ガスの空気過剰率を上記の通りに調整することは、バーナの早期の着火に有利になる。

さらに、上記コントローラは、記憶した上記燃焼累積時間をクリアする燃焼累積時間クリア手段を備えることが望ましい。これによれば、燃焼装置を設置してから所定の燃焼累積時間経過後に、ガスタンクの再充填やガス供給路の更新等が行われることに伴い、ガス供給路内に空気が再び残存することに起因して実際にバーナに供給される混合ガスの空気過剰率が初期値よりも高くなる場合、燃焼累積時間クリア手段によってコントローラが記憶した燃焼累積時間をクリアすることができる。このため、点火手段の再点火動作に際して初期値から段階的に低下させる混合ガスの空気過剰率の下限値が、第２下限値から再び第１下限値に更新される。したがって、燃焼装置の新規な設置等の場合と同様に、バーナの着火に至りやすくなる。

本発明の燃焼装置の一実施形態である給湯用熱源機を示す模式図。図１に示す給湯用熱源機のコントローラが行う制御の第１形態を示すフローチャート。本発明の燃焼装置が備えるコントローラが行う制御の第２形態を示すフローチャート。

図１を参照して、本発明の燃焼装置１の実施形態である給湯用熱源機１ａの概要を説明する。給湯用熱源機１ａは、燃焼筐２で囲われる燃焼室２ａを備えている。燃焼室２ａの下部にはバーナ３が配置され、バーナ３は、５本の単位バーナ３ａが並設された第１部分３_１と、１０本の単位バーナ３ａが並設された第２部分３_２とを有している。また、燃焼室２ａには、バーナ３の第１部分３_１に臨む点火電極３１が設けられていると共に、点火電極３１への高電圧印加源であり、点火手段としてのイグナイタ３２が設けられている。イグナイタ３２は、通電により点火動作を行い、点火電極３１でスパークさせて第１部分３_１に点火させる。さらに、燃焼室２ａには、バーナ３の第１部分３_１の着火を検知する着火検知手段としてフレームロッド３３が設けられている。

燃焼室２ａの上部には、被加熱物として給湯用の熱交換器４が配置されている。また、燃焼筐２の下面には、バーナ３に燃焼用空気を供給するファン５が接続されている。ファン５が供給する燃焼用空気は、単位バーナ３ａに直接供給される１次空気と、燃焼室２ａの下部を通じて単位バーナ３ａの炎口付近に供給される２次空気とからなる。バーナ３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から所定の設定温度に加熱された温水が出湯する。熱交換器４を通過した燃焼ガスは、燃焼筐２の上面に接続された排気路６から燃焼室２ａの外部に排気される。

バーナ３に燃料ガスを供給するガス供給路７には、電磁開閉弁からなる元弁７１と、その下流側の比例弁７２とが介設されている。また、比例弁７２の下流側のガス供給路７の部分は、バーナ３の第１部分３_１に連なる第１分岐路７ａと、バーナ３の第２部分３_２に連なる第２分岐路７ｂとに分かれている。第１分岐路７ａ及び第２分岐路７ｂの夫々には、電磁開閉弁からなる第１能力切換弁７３ａ、第２能力切換弁７３ｂが介設されている。バーナ３には、第１能力切換弁７３ａ及び第２能力切換弁７３ｂの開閉によって燃料ガスが第１部分３_１、又は第１部分３_１及び第２部分３_２の両方に供給される。こうして、バーナ３の燃焼能力が２段階に切り換わるようにしている。なお、イグナイタ３２の点火動作に際してバーナ３には、燃料ガスと燃焼用空気の混合ガスが供給される。

また、給湯用熱源機１ａは、ファン５、元弁７１、比例弁７２、第１能力切換弁７３ａ、第２能力切換弁７３ｂ及びイグナイタ３２を制御するコントローラ８を備えている。コントローラ８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄコンバータ、インターフェース等を備えるマイクロコンピュータから構成される。フレームロッド３３は、コントローラ８に接続されている。

図２を参照して、図１に示すコントローラ８が実行する制御の第１形態を説明する。なお、「混合ガスの空気過剰率」とは、図１に示すバーナ３で燃料ガスを燃焼させるために必要な燃焼用空気の空気量の理論量に対する実際に供給されている燃焼用空気の空気量の乖離率である。この混合ガスの空気過剰率は、上述したように、実測することも可能であるが、バーナ３に供給する燃焼用空気の空気量は、ファン５の回転数と相関関係があることが既知である。また、バーナ３に供給する燃料ガスのガス量は、比例弁７２に通電する比例弁電流とも相関関係があることが既知である。このため、混合ガスの空気過剰率は、ファン５の回転数と比例弁７２に通電する比例弁電流とにより推定可能である。そこで、本実施形態では、後述する再点火動作に際して初期値から段階的に低下させる「混合ガスの空気過剰率」は、実測値ではなく、推定値にしている。また、コントローラ８に設定される、バーナ３の着火に適した混合ガスの空気過剰率の初期値は、燃料ガスの種類、バーナ３の燃焼特性、ファン５の給気能力等を考慮して推定されるバーナ３の着火に適した空気過剰率の推定値であり、この推定値は、給湯用熱源機１ａが定常的に使用され、燃焼を繰り返す場合に要求される混合ガスの空気過剰率に対応する。

以下に説明するコントローラ８の制御では、点火動作時のファン５の回転数を所定の回転数で一定にして比例弁電流を段階的に増大させることにより燃料ガスのガス量を段階的に増加させ、混合ガス中の空気量を相対的に低減させて空気過剰率を低下させる。そして、コントローラ８に、増加後の燃料ガスのガス量に対応する比例弁電流値を記憶させる。上述したように、混合ガスの空気過剰率は比例弁電流値で代用する。

コントローラ８は、バーナ３での燃焼が指示されると、後述するように、タイマーを停止し、点火エラーの判断時からの経過時間Ｔｅが、コントローラ８に予め設定された所定の経過時間（例えば、３０～６０秒）内であるか否かを判別する（ＳＴＥＰ１）。ここで、燃焼の指示は、コントローラ８に接続されるリモコンから給湯用熱源機１ａに燃焼許可（運転ＯＮ）が指示されると共に、出湯管４ｂの末端に設けられたカラン等の給湯栓が開栓されることにより行われる。経過時間Ｔｅが所定の経過時間内である場合、燃焼の指示が複数回目であると、今回の燃焼の指示よりも一つ前の回の燃焼の指示で行った制御で記憶した、後述するような、点火エラーの判断の直前に実行されたイグナイタ３２の再点火動作に際しての増加後の燃料ガスのガス量、すなわち、これに対応する比例弁電流値を読み込む（ＳＴＥＰ２）。一方、給湯用熱源機１ａの設置後の初回の燃焼の指示では、今回の燃焼の指示よりも一つ前の回の燃焼の指示は存在しないため、ＳＴＥＰ２では、上記比例弁電流値に代え、コントローラ８に予め設定された、バーナ３の着火に適した混合ガスの空気過剰率の初期値に対応する比例弁電流値にする。

次いで、ファン５を駆動させて空気を燃焼室２ａ内に供給し、燃焼室２ａ内に残存する混合ガス等を排気路６から外部に排気するプリパージを実行する（ＳＴＥＰ３）。この後、ファン５の回転数を所定の回転数で一定にし、元弁７１及び第１能力切換弁７３ａに通電して開弁させると共に、比例弁７２に通電して開弁させて、燃焼用空気と燃料ガスの混合ガスをバーナ３の第１部分３_１に供給する。初回の点火動作の場合、この時の比例弁７１の比例弁電流値は混合ガスの空気過剰率の初期値に対応する値であり、後述する再点火動作の場合、経過時間Ｔｅが所定の経過時間内であれば、この時の比例弁７１の比例弁電流値は、点火エラーの判断の直前に実行された再点火動作に際しての増加後の燃料ガスのガス量に対応する比例弁電流値である。一方、経過時間Ｔｅが所定の経過時間を超えていれば、この時の比例弁７１の比例弁電流値は、混合ガスの空気過剰率の初期値に対応する値である。次いで、イグナイタ３２に通電して点火動作を行わせて点火電極３１でスパークさせる（ＳＴＥＰ４）。そして、フレームロッド３３の着火検知の有無に基づいてバーナ３の第１部分３_１に着火したか否かを判別する（ＳＴＥＰ５）。バーナ３の第１部分３_１に着火した場合、タイマーを起動させて燃焼時間を計測する。この燃焼時間の計測は、燃焼の指示の各回で行い、コントローラ８は、計測した燃焼時間を累積して燃焼累積時間Ｔａを記憶し、更新する（ＳＴＥＰ６）。また、再点火動作によってバーナ３の第１部分３_１に着火した場合、着火に至る直前の再点火動作に際しての増加後の燃料ガスのガス量に対応する、記憶した比例弁電流値をクリアする（ＳＴＥＰ７）。初回の燃焼の指示では、燃料ガスのガス量は、コントローラ８に予め設定された混合ガスの空気過剰率の初期値に対応するガス量であるため、ＳＴＥＰ７を実行しても燃料ガスのガス量は変わらない。そして、第２能力切換弁７３ｂを開弁させてバーナ３の第２部分３_２に火移りさせる等して、燃焼能力を切り換える。

この後、コントローラ８は、燃焼の停止が指示されたか否かを判別する（ＳＴＥＰ８）。燃焼の停止が指示されない場合、ＳＴＥＰ５からＳＴＥＰ８を繰り返し実行する。燃焼の停止が指示された場合、タイマーを停止させると共に、後述するように、カウンターにカウントさせて記憶し、更新した再点火動作の繰返し数をクリアする（ＳＴＥＰ９）。この時、イグナイタ３２への通電を停止し、開弁している第１能力切換弁７３ａ、又は第１能力切換弁７３ａ及び第２能力切換弁７３ｂのいずれか一方と、比例弁７２及び元弁７１とを閉弁すると共に、ファン５を停止させて燃焼を終了する。そして、燃焼の再指示まで待機する。燃焼の停止の指示は、上記リモコンで給湯用熱源機１ａに燃焼禁止（運転ＯＦＦ）が指示されるか、又は給湯栓が閉栓されて止水される時と同時に行われる。

一方、ＳＴＥＰ４でイグナイタ３２に通電して点火動作を行わせ、点火電極３１でスパークさせても、ＳＴＥＰ５でバーナ３の第１部分３_１に着火しない場合、コントローラ８は、一旦、第１切換弁７３ａ、比例弁７２及び元弁７１を閉弁させ、ファン５を停止させると共に、イグナイタ３２の点火動作も停止させる。この後、コントローラ８は、カウンターにカウントさせて記憶及び更新した再点火動作の繰返し数が設定された所定回数であるか否かを判別する（ＳＴＥＰ１０）。ここで、再点火動作とは、イグナイタ３２が再度点火動作を実行する動作である。イグナイタ３２の再点火動作に際しては、コントローラ８は、閉弁させた元弁７１、比例弁７２及び第１切換弁７３ａを再度開弁し、ファン５を再駆動させる。イグナイタ３２の再点火動作の繰返し数が所定回数未満である場合、コントローラ８は、ＳＴＥＰ６で記憶及び更新した燃焼累積時間Ｔａが予め設定された設定時間未満であるか否かを判別する（ＳＴＥＰ１１）。なお、初回の燃焼の指示でバーナ３の第１部分３_１に着火しなかった場合、燃焼時間は計測されないため、燃焼累積時間Ｔａはゼロであり、設定時間未満であると判別される。

ＳＴＥＰ１１は、給湯用熱源機１ａが設置されて間もない状態であるのか、又は設置されてバーナ３での燃焼が複数回繰り返して行われた状態であるのかによって、混合ガスの空気過剰率を初期値から低下させる下限値を相違させ、混合ガスの空気過剰率の調整を適正に行うための判別である。つまり、給湯用熱源機１ａの設置後に初めて燃焼が指示される場合、ガス供給路７内に空気が存在し、ＳＴＥＰ４の点火動作に際して混合ガスの空気過剰率を初期値に調整して混合ガスをバーナ３の第１部分３_１に供給しても、実際にバーナ３の第１部分３_１に供給される混合ガスの空気過剰率は、ガス供給路７内に存在する空気によって高くなるため、バーナ３で混合ガスを燃焼させるためには空気過剰率を十分に低下させる必要がある。また、バーナ３での燃焼が複数回繰り返し行われた状態である場合、ガス供給路７内は燃料ガスで置換されているため、バーナ３の第１部分３_１に供給される混合ガスの空気過剰率の低下をバーナ３での爆着や、一酸化炭素ガスの発生等の不具合が起こらないように抑制する必要がある。

そこで、コントローラ８には、混合ガスの空気過剰率を低下させる際の空気過剰率の、初期値よりも低い下限値が２つ設定されている。すなわち、１つは、給湯用熱源機１ａが設置されて間もない状態に対応する第１下限値Ａであり、他の１つは、給湯用熱源機１ａが設置されて燃焼が複数回繰り返して行われた状態に対応する第２下限値Ｂである。第２下限値Ｂは第１下限値Ａよりも高く設定されている（Ａ＜Ｂ）。但し、第１下限値Ａも、バーナ３での爆着や、一酸化炭素ガスの発生等の不具合が起こらないと推定される値にしている。そして、コントローラ８は、ＳＴＥＰ１１で燃焼累積時間Ｔａが設定時間未満であると判別する場合、第１下限値Ａを選択し（ＳＴＥＰ１２）、燃焼累積時間Ｔａが設定時間以上であると判別する場合、第２下限値Ｂを選択する（ＳＴＥＰ１３）。

コントローラ８による混合ガスの空気過剰率の初期値からの低下は、上述したように、ファン５の回転数を所定の回転数で一定にして比例弁電流を段階的に増大させることにより燃料ガスのガス量を段階的に増加させ、混合ガス中の空気量を相対的に低減させて行われる。具体的には、ＳＴＥＰ４に際してコントローラ８に設定された混合ガスの空気過剰率の初期値から第１下限値Ａ又は第２下限値Ｂまでの低下量を、再点火動作の繰返し数に関して設定した所定回数以上で等分して求める、再点火動作の１回当たりの混合ガスの空気過剰率の低下量に対応する比例弁電流の増大値、又は再点火動作の繰返し数が所定回数以上で、混合ガスの空気過剰率が第１下限値Ａ又は第２下限値Ｂまで低下するように各回の空気過剰率の低下量を次第に大きくした、各回での比例弁電流の増大値が、コントローラ８に設定され、コントローラ８は、比例弁電流を所定の時間間隔で再点火動作を実行させる度に増大させる。

そして、コントローラ８は、現時点での混合ガスの空気過剰率が第１下限値Ａ又は第２下限値Ｂよりも高いか否か、すなわち、現時点での比例弁電流値が第１下限値Ａ又は第２下限値Ｂに対応する比例弁電流値よりも小さいか否かを判別する（ＳＴＥＰ１４）。現時点での混合ガスの空気過剰率が第１下限値Ａ又は第２下限値Ｂよりも高い場合、コントローラ８は、イグナイタ３２に再点火動作を実行させる際の燃料ガスのガス量が増加するように比例弁電流の増大量を決定する（ＳＴＥＰ１５）。一方、ＳＴＥＰ１４で、現時点での混合ガスの空気過剰率が第１下限値Ａ又は第２下限値Ｂ以下である場合、コントローラ８は、現時点での比例弁電流値のままとして混合ガスの空気過剰率を維持させる。こうすることで、何らかの要因によって、現時点での混合ガスの空気過剰率が第１下限値Ａ又は第２下限値Ｂを下回る事態が発生しても、爆着や、一酸化炭素ガスが発生する燃焼不良等の不具合をより抑制することができる。次いで、コントローラ８は、ＳＴＥＰ１４の判別に基づく燃料ガスのガス量に対応する比例弁電流値を記憶及び更新し（ＳＴＥＰ１６）、再点火動作の繰返し数をカウンターにカウントさせて記憶及び更新する（ＳＴＥＰ１７）。この後、ＳＴＥＰ３に戻り、ファン５を駆動させてプリパージを行い、次いで、元弁７１、比例弁７２及び第１能力切換弁７３ａを開弁させ、比例弁１２には、ＳＴＥＰ１６で記憶及び更新した比例弁電流値で通電して混合ガスの空気過剰率を低下させる。そして、イグナイタ３２に再点火動作を実行させ（ＳＴＥＰ４）、バーナ３の第１部分３_１の着火の有無を判別する（ＳＴＥＰ５）。再点火動作によってもバーナ３の第１部分３_１に着火しない場合、コントローラ８は、ＳＴＥＰ１０からＳＴＥＰ１７、ＳＴＥＰ３からＳＴＥＰ５を繰り返し実行する。なお、この場合、ＳＴＥＰ１６で記憶する比例弁電流値及びＳＴＥＰ１７で記憶する再点火動作の繰返し数は、再点火動作に際して逐次更新される。

以上の再点火動作によってバーナ３に着火した場合、上述したように、コントローラ８は、燃焼累積時間Ｔａの記憶及び更新を行い（ＳＴＥＰ６）、着火に至る直前の再点火動作に際しての増加後の燃料ガスのガス量に対応する、記憶した比例弁電流値をクリアする（ＳＴＥＰ７）。一方、再点火動作を所定回数繰り返し実行させてもバーナ３の第１部分３_１の着火に至らない場合、コントローラ８は、点火エラーであると判断し、燃焼の指示をキャンセルして点火エラーを報知する（ＳＴＥＰ１８）。この時、第１切換弁７３ａ、比例弁７２及び元弁７１を閉弁し、ファン５を停止させる。また、タイマーを起動させて点火エラーの判断時からの経過時間Ｔｅを計測する（ＳＴＥＰ１９）。計測した経過時間Ｔｅはコントローラ８に記憶され、逐次更新される。この後、コントローラ８は、点火エラーの報知が解除されたか否かを判別し（ＳＴＥＰ２０）、解除された場合、ＳＴＥＰ９に移行し、記憶した再点火動作の繰返し数をクリアする。なお、点火エラーの報知の解除は、リモコンを通じて行われるか、又は給湯栓の閉栓により行われる。

そして、コントローラ８は、点火エラーの報知が解除された後、燃焼が再指示されると、上述したように、ＳＴＥＰ１でタイマーを停止させ、経過時間Ｔｅが所定の経過時間内であるか否かの判別を行い、所定の経過時間内である場合、燃焼の再指示は、前回の燃焼の指示から連続してなされた指示であると推定されるため、点火エラーの判断の直前に実行された再点火動作に際しての増加後の燃料ガスのガス量に対応する、記憶した比例弁電流値を読み込む（ＳＴＥＰ２）。この時、タイマーをリセットする。一方、経過時間Ｔｅが所定の経過時間を超えている場合、当該比例弁電流値をクリアすると共に（ＳＴＥＰ２１）、タイマーをリセットして、燃焼が最初に指示された時と同一の、上記の通りの制御を実行する。すなわち、経過時間Ｔｅが所定時間を超えて燃焼が再指示されると、燃焼の再指示は、前回の燃焼の指示には関連しない新たな燃焼の指示であると推定されるため、イグナイタ３２の点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率は、再び初期値になる。

図３を参照して、本発明の燃焼装置１が備えるコントローラ８が実行する制御の第２形態を説明する。図３に示すコントローラ８の制御は、図２に示す制御と以下の２点で相違している。すなわち、図２に示すＳＴＥＰ１，ＳＴＥＰ２，ＳＴＥＰ１９及びＳＴＥＰ２１を省略している。また、ＳＴＥＰ２０とＳＴＥＰ９の間に、点火エラーの判断の直前に実行されたイグナイタ３２の再点火動作に際しての増加後の燃料ガスのガス量に対応する、記憶した比例弁電流値をクリアするＳＴＥＰ２２を追加している。すなわち、図２に示すＳＴＥＰ２１を、報知解除の指示の有無の判別（ＳＴＥＰ２０）の後に実行する。このような図３に示す、コントローラ８が実行する制御は、一般に、バーナ３の第１部分３_１の着火までに要する再点火動作の繰返し数が、図１に示す給湯用熱源機１ａよりも多い、例えば暖房用熱源機等の燃焼装置１に適用することができる。

そして、図１に示す給湯用熱源機１ａを含め、燃焼装置１のコントローラ８は、図１に示すように、図２及び図３に示すＳＴＥＰ６で記憶した燃焼累積時間Ｔａをクリアする燃焼累積時間クリア手段８１を備えることができる。燃料累積時間クリア手段８１は、コントローラ８にリモコンが接続されている場合、リモコンに設けることができる。

このような燃焼装置１では、燃焼累積時間Ｔａが所定の設定時間未満であって、ガス供給路７内の空気残存に起因して実際には初期値よりも高い空気過剰率の混合ガスがバーナ３の第１部分３_１に供給され、バーナ３の第１部分３_１に着火しないと推定される場合、コントローラ８は、混合ガスの空気過剰率を第１下限値Ａに基づいて初期値から段階的に低下させ、点火手段としてのイグナイタ３２の再点火動作を繰り返し実行させる。したがって、従前と同様に、バーナ３の第１部分３_１の着火に至りやすくなる。また、燃焼累積時間Ｔａが所定の設定時間以上であって、ガス供給路７内が混合ガスで置換されていると推定される場合、コントローラ８は、混合ガスの空気過剰率を第２下限値Ｂに基づいて初期値から段階的に低下させ、イグナイタ３２の再点火動作を繰り返し実行させる。したがって、混合ガスの空気過剰率を必要以上に低下させずに済み、イグナイタ３２の再点火動作時に、爆着や、一酸化炭素ガスが発生する燃焼不良等の不具合を抑制することができる。

また、コントローラ８は、イグナイタ３２の再点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率の初期値からの段階的な低下を、バーナ３の第１部分３_１に供給する燃料ガスのガス量を段階的に増加させることにより行う。ここで、イグナイタ３２の再点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率の初期値からの段階的な低下は、バーナ３の第１部分３_１に供給する燃焼用空気の空気量を段階的に低下させて行うこともできる。燃料ガスのガス量を増加又は燃焼用空気の空気量を低減させる具体的な方法には、コントローラ８が行う制御に難易が生じる可能性があるが、以下の５つのパターンが想定される。

・パターン１
燃焼用空気の空気量を所定量で一定にして燃料ガスのガス量を増加させる。
・パターン２
燃焼用空気の空気量を増加させつつ、燃料ガスのガス量を、結果として混合ガスの空気過剰率が低下するように増加させる。
・パターン３
燃焼用空気の空気量を低減させつつ、燃料ガスのガス量を増加させる。
・パターン４
燃料ガスのガス量を所定量で一定にして燃焼用空気の空気量を低減させる。
・パターン５
燃料ガスのガス量を低減させつつ、燃焼用空気の空気量も、結果として混合ガスの空気過剰率が低下するように低減させる。

イグナイタ３２の再点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率の初期値からの段階的な低下を、バーナ３の第１部分３_１に供給する燃料ガスのガス量を段階的に増加させるのは、上記パターン１、パターン２及びパターン３に該当するが、こうすることによって、上記パターン４及びパターン５と比較すると、ガス供給路７内をバーナ３の第１部分３_１に向かって通過する燃料ガスのガス量が増加するため、ガス供給路７内に残存する空気をより早く燃料ガスで置換することができる。したがって、バーナ３の第１部分３_１の着火が早期に実現される。また、バーナ３の第１部分３_１に供給する燃焼用空気の空気量を、上記実施形態のようにファン５の回転数を所定の回転数で一定にするか、又は増大させるかしつつ、比例弁電流を増大させて燃料ガスのガス量を段階的に増加させて混合ガスの空気過剰率を低下させれば（上記パターン１及びパターン２）、燃焼用空気の空気量を低減させずに済むため、燃焼装置１の耐風性能を良好に維持することもできる。

さらに、点火エラーの判断時又は点火エラーの報知解除時から燃焼の再指示時までの経過時間Ｔｅが所定の経過時間内である場合、燃焼の最初の指示及び燃焼の再指示が連続してなされた指示であると推定されるため、燃焼の再指示時の混合ガスの空気過剰率を燃焼の最初の指示時の混合ガスの空気過剰率を初期値よりも低くすることができる。このため、第１下限値Ａ又は第２下限値Ｂに向けての混合ガスの空気過剰率の段階的な低下を早めることができ、バーナ３の第１部分３_１の着火により至りやすくなる。また、燃焼の再指示時の混合ガスの空気過剰率を、点火エラーの判断の直前に実行されたイグナイタ３２の再点火動作に際して記憶した混合ガスの空気過剰率よりも低くする場合、混合ガスの空気過剰率の低下がより一層促進されるため、バーナ３の第１部分３_１の着火により有利になる。例えば、イグナイタ３２の再点火動作の繰返し数として設定される所定回数によっては、第１下限値Ａ又は第２下限値Ｂに到達することなく、イグナイタ３２の再点火動作の繰返し数が所定回数になり、コントローラ８が点火エラーであると判別する場合が想定される。このような場合、燃焼の再指示時の混合ガスの空気過剰率を上記の通りに調整することは、バーナ３の第１部分３_１の早期の着火に有利になる。一方、点火エラーの判断時又は点火エラーの報知解除時から燃焼の再指示時までの経過時間Ｔｅが所定の経過時間を超えている場合、燃焼の最初の指示及び燃焼の再指示は関連性のない別々の指示であると推定されるため、燃焼の再指示時の混合ガスの空気過剰率を初期値に戻し、点火動作を改めて行うことができ、点火動作の安全性を良好に保つことができる。

そして、燃焼装置１を設置してから所定の燃焼累積時間Ｔａの経過後に、ガスタンクの再充填やガス供給路７の更新等が行われることに伴い、ガス供給路７内に空気が再び残存することに起因して実際にバーナ３の第１部分３_１に供給される混合ガスの空気過剰率が初期値よりも高くなる場合、燃焼累積時間クリア手段８１によってコントローラ８が記憶した燃焼累積時間Ｔａをクリアすることができる。このため、イグナイタ３２の再点火動作に際して初期値から段階的に低下させる混合ガスの空気過剰率の下限値が、第２下限値Ｂから再び第１下限値Ａに更新される。したがって、燃焼装置１の新規な設置等の場合と同様に、バーナ３の第１部分３_１の着火に至りやすくなる。

以上、本発明を実施形態に関して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、バーナ３の構成やこれに伴うガス供給路７の構成には種々の態様が可能である。また、燃料ガスのガス量を調整するために、孔径の変更が可能な可変オリフィスがガス供給路７内に設けられる場合、この可変オリフィスをコントローラ８が制御するようにし、ファン５の回転数を所定の回転数で一定にして可変オリフィスの孔径を段階的に増大させて、燃料ガスのガス量を増加させることにより混合ガスの空気過剰率を初期値から段階的に減少させることができる。この場合、コントローラ８には、第１下限値Ａ及び第２下限値Ｂの夫々に対応する可変オリフィスの孔径が設定され、コントローラ８は、増加後の燃料ガスのガス量に対応する可変オリフィスの孔径を記憶し、更新する。

さらに、混合ガスの空気過剰率の初期値からの段階的な低下は、上述したように、バーナ３の第１部分３_１に供給する燃焼用空気の空気量を段階的に低減させることにより行うこともできる。この場合、燃焼用空気の空気量の低減は、バーナ３に供給する燃料ガスのガス量を所定量で一定にしてファン５の回転数を減少させることにより実現される（上記パターン４）。このように、燃焼用空気の空気量を低減させて混合ガスの空気過剰率を低下させる場合、コントローラ８には、第１下限値Ａ及び第２下限値Ｂの夫々に対応するファン５の回転数が設定され、コントローラ８は、減少後の燃焼用空気の空気量に対応するファン５の回転数を記憶し、更新する。

つまり、バーナ３の第１部分３_１に供給する混合ガスの空気過剰率を段階的に低下させる方法としては、バーナ３の第１部分３_１に供給される混合ガスの空気過剰率が低下する限り、上記パターン１からパターン５の５つのパターンの中から適宜なものを選択すればよい。

さらにまた、図２に示すコントローラ８が実行する制御では、ＳＴＥＰ１９を、ＳＴＥＰ１８とＳＴＥＰ２０の間ではなく、ＳＴＥＰ２０とＳＴＥＰ９の間に挿入することもできる。この場合、点火エラーの報知が解除された時にタイマーを起動させ、コントローラ８が記憶する経過時間Ｔｅは、点火エラーの報知解除時から燃焼の再指示時までの経過時間にすることができる。なお、ＳＴＥＰ１での判別の基準になる所定の経過時間は、点火エラーの報知解除時から燃焼の再指示時までの経過時間に関するものに変更する。

そして、点火エラーの判断時又は点火エラーの報知解除後、所定の経過時間に燃焼が再指示される場合、イグナイタ３２の点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率は、点火エラーの判断の直前に実行されたイグナイタ３２の再点火動作に際してコントローラ８が記憶した空気過剰率だけでなく、それ未満の値にすることもできる。この場合の混合ガスの空気過剰率としては、再点火動作の２回目等であって、且つ第１下限値Ａ又は第２下限値Ｂには至らない、コントローラ８が記憶した上記空気過剰率よりも低い値が例示される。

１…燃焼装置、２ａ…燃焼室、３…バーナ、３２…イグナイタ（点火手段）、３３…フレームロッド（着火検知手段）、５…ファン、７…ガス供給路、７２…比例弁、８…コントローラ、８１…燃焼累積時間クリア手段、Ｔａ…燃焼累積時間、Ａ…第１下限値、Ｂ…第２下限値、Ｔｅ…点火エラーの判断時又は点火エラーの報知解除時から燃焼の再指示時までの経過時間。

Claims

燃焼室に配置され、燃焼用空気と燃料ガスとの混合ガスを燃焼させるバーナと、バーナに燃焼用空気を供給するファンと、バーナに燃料ガスを供給するガス供給路と、ガス供給路に設けられた比例弁と、バーナに点火させる点火動作を行う点火手段と、バーナの着火を検知する着火検知手段と、ファン、比例弁及び点火手段を夫々制御するコントローラとを備えた燃焼装置であって、
コントローラには、バーナの着火に適した混合ガスの空気過剰率が初期値として予め設定され、
コントローラは、バーナでの燃焼が指示されると、混合ガスの空気過剰率を初期値にするように燃焼用空気の空気量と燃料ガスのガス量とを調整し、点火手段に点火動作を行わせてもバーナに着火しない場合、混合ガスの空気過剰率を初期値から段階的に低下させつつ、点火手段に再点火動作を繰り返し実行させるように構成されるものにおいて、
コントローラは、バーナの燃焼時間を累積して燃焼累積時間を記憶し、
コントローラには、点火手段の再点火動作に際して初期値から低下させる混合ガスの空気過剰率の下限値として、燃焼累積時間が所定の設定時間未満である場合の第１下限値と、燃焼累積時間が前記設定時間以上である場合の、第１下限値よりも高い第２下限値とが、夫々、設定されていることを特徴とする燃焼装置。
前記コントローラは、前記点火手段の再点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率の前記初期値からの段階的な低下を、前記バーナに供給する燃料ガスのガス量を段階的に増加させることにより行うことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
請求項１又は２記載の燃焼装置であって、
前記コントローラは、前記点火手段の再点火動作の繰返し数をカウントし、当該繰返し数が所定回数になっても前記バーナに着火しない場合、点火エラーであると判断し、前記燃焼の指示をキャンセルして点火エラーを報知するように構成されるものにおいて、
コントローラは、点火エラーの判断の直前に実行された点火手段の再点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率を記憶し、点火エラーの判断、燃焼の指示のキャンセル及び点火エラーの報知後、点火エラーの報知が解除されて燃焼が再指示されると、点火エラーの判断時又は点火エラーの報知解除時から燃焼の再指示時までの経過時間が所定の経過時間内である場合、コントローラは、点火手段の点火動作に際しての混合ガスの空気過剰率を、記憶した前記空気過剰率以下に調整することを特徴とする燃焼装置。
前記コントローラは、記憶した前記燃焼累積時間をクリアする燃焼累積時間クリア手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の燃焼装置。