JPH02302514A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野］ 本発明は、バーナの燃焼状態を制御する燃焼制御装置に
関し、特に燃焼量範囲を大きくするとともに、小燃焼量
時におけるドレンの発生を防止するための改良に関する
。

［従来の技術］ ガス給湯器、例えば、燃料と燃焼用空気とを予混合して
燃焼する全−次空気燃焼式の燃焼機器を備えたものでは
、バーナと熱交換器を一体化させることによって燃焼室
の容積を小さくするとともに、狭い燃焼室内でも燃焼を
確実に行うために、燃料と燃焼用空気との空燃比を！＆
適に制御した小型で高能率のものが開発されている。

［発明が解決しようとする課題］ このように空燃比が最適に制御されるガス給湯器では、
燃焼室内には、燃料の燃焼に必要な空気のみが供給され
、燃焼に不要な空気が供給されないため、燃焼室内の空
気比が低くなる。この結果、燃焼ガス中に含まれる水蒸
気が凝結してドレンを発生する場合がある。特に、熱交
換器を通過する水の温度が低い場合や、水量に対する燃
焼量が小さく、加熱量が少ない場合には、ドレンが発生
しやすい、従って、ドレンが発生することなく小燃焼量
を得ることが困難であるため、燃焼量範囲を広くするこ
とができないという問題がある。

本発明は、小燃焼１時にドレンの発生を抑えることがで
き、広い燃焼量範囲で燃焼させることができる燃焼制御
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、燃焼室内に配されたバーナへの燃料供給路中
に設けられ燃料供給を司る開閉弁と、前記燃焼室へ燃焼
用空気を供給する送風機と、前記バーナを点火する点火
手段とを備えた燃焼制御装置において、前記開閉弁は、
前記送風機の作動中に開閉して燃料供給と燃料供給停止
とを交互に行うとともに、前記点火手段は、少なくとも
前記開閉弁の開弁動作時に点火作動することを技術的手
段とする。

また、前記バーナへの燃料供給量を調節する燃料調節手
段を備えた場合には、前記バーナへの燃料供給量が少な
いときにのみ、燃料供給と燃料供給停止とを交互に行う
ようにすればよい。

［作用および発明の効果コ 本発明の第１発明では、燃焼用空気を供給する送風機の
作動中に、開閉弁が制御されてバーナへの燃料供給と燃
料供給停止とが交互に行われ、開閉弁の開弁動作時には
、点火手段によって点火が行われるため、バーナは、開
閉弁のＩＷＪ閏に応じて断続的に燃焼する。

このため、開閉弁が開状態の場合には、燃［１は送風機
によって供給される燃焼用空気によって燃焼し、開閉弁
が閉状態の場合には、燃料が供給されないため燃焼が停
止し、送風機によって空気のみが供給される。従って、
燃料供給時に燃焼に伴って発生した燃焼ガス中の水蒸気
は、熱交換器等に一旦凝結しかけるが、燃焼停止時に供
給される空気の露点が低いため、直ぐに蒸発する。従っ
て、燃焼量が小さい場合にも凝結しにくくなる。

また、第２発明では、バーナへの燃料供給量が少ない場
合にだけ燃焼を断続的に行うことによって、ドレンが発
生しにくい大燃焼量や中燃焼量においては燃焼状態を安
定させることができるとともに、小燃焼量においては、
ドレンが発生することなく燃焼量をより小さくすること
ができるため、燃焼量の範囲を広くすることができ、い
わゆる高ＴＤＲ（ｔｕｒｎ　ｃｌｏｗｎ　ｒａｔｉｏ　
）性を確保することができる。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図にその概略を示すガス給湯器１では、給湯器ケー
ス１０の内部にバーナプレート１１が配され、給湯器ケ
ース１０によって燃焼室１０ａと混合室１０ｂが形成さ
れて、給湯器ケース１０の下方に、燃焼用空気を供給す
る送風機１２を備えている。送風機１２は、スクロール
ケーシング１２ａ内に羽根車１２ｂを備え、図示しない
モータによって羽根車１２ｂを回転駆動する。スクロー
ルケーシング１２ａには燃料ガスを噴出するノズ°ル１
３が設けられ、給湯器ゲース１０およびバーナプレート
１１は、送風機１２によって供給される一次空気のみで
燃焼する全−次空気燃焼器を形成し、燃焼ガスは図示し
ない排気口から給湯器ケース１０外へ排出される。なお
混合室１０ｂ内には、送風機１２によって供給される混
合気を均等にバーナプレート１１へ供給するなめに、多
数の穴が設けられた整流板１０ｃが配されている。

燃焼室１０ａ内には、バーナプレート１１の近傍に、火
花放電を行うスパーカ電極１４、炎検知のためのサーモ
カップル１５が設けられている。

また燃焼室１０ａ内には、図示しない水供給源および給
湯口とそれぞれ接続された熱交換８１６が設けられ、熱
交換器１６の上流には、熱交換器１６へ流入する水の流
量と水温をそれぞれ検知する流量センサ１７と入水温サ
ーミスタ１８が、熱交換器１６の１流には、加熱された
湯水の温度を検知するための出湯温サーミスタ１９がそ
れぞれ備えられている。

燃料ガスをノズル１３へ供給する燃料管２０には、上流
側から順に燃料ガスを遮断するための元電磁弁２１、主
電磁弁２２と、燃料ガスの下流側の圧力を電流値に応じ
て調節するガバナ比例弁２３がそれぞれ設けられている
。

以下本発明にかかる第１実施例の制御装置４０を誂明す
る。

制御装置４０は、マイクロコンピュータ（マイコン）を
中心としてあらかじめ組み込まれたプログラムによって
必要な側御動作を行うもので、第２図に示すとおり、シ
ーケンス制御部４１、温調制御部４２、燃焼制御部５０
の各機能部からなり、使用者によって操作され希望する
出湯温度を設定するためのコントローラ４０ａと図示し
ない安全回路を備えている。

シーケンス制御部４１は、熱交換器１６への水の流入が
流量センサ１７によって検知されると、所定のシーケン
スで元電磁弁２１および燃焼制御部５０を緩点火制御し
て、バーナプレート１１での燃焼を開始する。

温調制御部４２は、コントローラ４０ａの設定信号、流
量センサ１７および各サーミスタの検知信号に基づいて
燃焼制御部５０を制御するための目標加熱量Ｈを決定す
る。

燃焼制御部５０は、温調補正部５１、送風機制御部５２
、比例弁制御部５３、空燃比補正部５４、断続制御部５
５の各機能部からなり、シーケンス制御部４１の制御に
よって燃焼が開始され、一定時間が経過すると、温調制
御部４２の目標加熱量Ｈに基づいた燃焼制御へ移る。

温調補正部５１は、温調制御部４２の目標加熱量Ｉ」に
応じた燃焼形態を設定して、送風機１２およびガバナ比
例弁２３を制御するための燃焼ｉｔＱを決定するととも
に、設定された燃焼形態の情報を断続制御部５５へ与え
る。

ここでは、第３図に示すとおり、目標加熱量目として決
定される最大加熱ｉｔ　Ｈｎａｘから加熱１ｉｔＨａま
での間では、通常燃焼として温調制御部４２の目標加熱
ＪｉＨに応じた燃焼ＩＱを決定し、加熱１．８ａ以下最
小加熱１ＨＩｌｌｉｎまでの目標加熱量Ｈに対しては、
目標加熱ｆｆ１Ｈに応じた燃焼ｆｆ１Ｑより所定の燃焼
量ΔＱだけ増加さぜた燃焼量Ｑを補正燃焼量として決定
する。

ただし、補正燃焼量は、加熱量Ｈａ以下の場合にのみ決
定されるものであり、その最大値は加熱量Ｈａのときの
補正燃焼量であり、このときの補正燃焼量は、図示のと
おり、加熱量Ｈａより大きく最大加熱量Ｈ１ｌｌａＸよ
り小さい加熱量Ｈｂにおける燃焼量Ｑｂに相当する。

送風機制御部５２は、第３図に燃焼ＪｉＱと合わせて示
すとおり、温調補正部５１で決定された燃焼Ｊ１．Ｑあ
るいは補正燃焼量に応じて送風機１２のモータへの印加
電圧を制御する。また、空燃比の補正が必要な場合には
、空燃比補正部５４の補正量に応じた補正電圧で送風ｖ
１１２を制御する。

比例弁制御部５３は、送風機１２のモータの回転数を検
出して、第４図に示すとおり、検出された回転数に応じ
てガバナ比例弁２３への電流値を制御する。また、空燃
比の補正が必要な場合には、空燃比補正部５４の補正量
に応じた補正電流値でガバナ比例弁２３を制御する。

空燃比補正部５４は、温調補正部５１で決定された燃焼
量Ｑと、燃焼室１０ａ内の燃焼温度を検知するサーモカ
ップル１５の出力電圧とに基づいて適正空燃比からのず
れを検出し、送風１１！ｉ１２とガバナ比例弁２３の制
御状態を補正するための印加電圧と通電電流値の各補正
量を決定し、送風機制御部５２の印加電圧および比例弁
制御部５３の電流値をそれぞれ補正する。

断続制御部５５は、温調制御部４２で決定される目標加
熱量Ｈが、加熱量Ｈａ以下最小加熱ｆｆｉＨｍｉｎまで
であり、そのために、温調補正部５１で決定される燃焼
量Ｑが補正燃焼量である場合に、温調補正部５１からの
指示に応じて燃焼を断続させるための機能部で、第５図
に示すとおり、開状態にする開時間τ１と開状態にする
閉時間τ２で制御して主電磁弁２２を交互に開閉させる
。

ここで、開閉周期］゛は、開時間τ１と閉時間τ２とか
ら、 Ｔ−τ１＋τ２　　　　　　　・・・■となり、また、
ガバナ比例弁２３が電、流値Ｉｂで継続して制御される
場合の燃焼量を燃焼ｆｆ１Ｑ））とすると、実効燃焼Ｊ
Ｌｑは、燃焼量Ｑｂに対して、ｑ＝Ｑｂｘｋｘ　（τ１
／’１”）−■の関係を有することになる。

ただし、ｋは実験によって実際の加熱量と合わせて決め
られる値。

また、この主電磁弁２２の開閉動作に伴って、スパーカ
電極１４で点火のための火花放電が行われる。ここでは
、断続制御部５５によって主電磁弁２２が開閉制御され
る場合には、主電磁弁２２の開閉に関係なく、継続して
火花放電が行われる。

この結果、決定される目標加熱ｆｆ１Ｈに対する実効燃
焼］、ｑは、第６図に示すとおり、加熱ｊｌＨａ以上の
ときの燃焼に対しては実線Ａで、加熱１ｉＨａ未満の燃
焼に対しては破線Ｂでそれぞれ示すとおり、目標加熱ｉ
Ｈに対応したものとなる。

以上の構成からなる本実施例のガス給湯器１は次のとお
り作動する。

使用者がコントローラ４０ａによって目標温度を設定し
、図示しない水栓を操作して給湯を開始すると、流量セ
ンサ１７からの検知信号に応じて所定のシーケンスで点
火動作が行われ、送風機１２およびガバナ比例弁２３が
緩点火制御され、燃焼が開始される。

燃焼を開始して所定時間が経過すると、燃焼制御部５０
では、温調制御部４２で決定される目標加熱量Ｈに応じ
て送風機１２、主電磁弁２２およびガバナ比例弁２３が
それぞれ制御される。

ア）目標加熱ｉＨが加熱ＪｉｌＨａ以上のとき温調補正
部５１では、燃焼量Ｑの補正は行われず、温調制御部４
２による目標加熱１ｔＨに応じた燃焼量Ｑが決定され、
送風機１２には燃焼１．Ｑで制御された電圧が印加され
、ガバナ比例弁２３には送風機１２の回転数に応じた電
流値で通電が行われる。このとき、主電磁弁２２は継続
して開状態に制御され、継続した燃焼が行われる。

この場合には、燃焼１Ｑは比較的大きい場合であるため
、燃焼ガスによるドレンは発生しにくい。

イ）目標加熱量Ｈが加熱ｉＨａ未溝のとき温調補正部５
１では、燃焼、ＩＱの補正が行われ、目標加熱量Ｈに応
じて補正された補正燃焼１が燃焼ＪｉＱとして決定され
、送風機１２には増加された補正燃焼量に応じた電圧が
印加され、ガバナ比例弁２３には送風機１２の回転数に
応じた電流値で通電が行われる。

このとき、主電磁弁２２への通電は断続され、開閉制御
されるため、主電磁弁２２が開状態のときには、燃焼、
！ｉ、Ｑｂに相当する燃料ガスが供給され、開状態のと
きには、燃料ガスは供給されない。

従って、開閉周期Ｔにおける平均燃焼量としての実効燃
焼量ｑは、第６図の破線Ｂに示すとおり、温調制御部４
２の目標加熱量Ｈに対応した量になり、小加熱量が得ら
れる。また、このとき、燃焼ガス中の水蒸気は、熱交換
器１６等に一旦凝結しかけるが、主電磁弁２２が閉状態
の閉時間τ２中に供給される空気の露点が低いため蒸発
し、ドレンが発生しにくくなる。

第７図に本発明の第２実施例の制御部′１１４０Ａを示
す。

ここでは、燃焼制御部５０ａにおいて、上記の温調補正
部５１を設けないで、断続制御部５５ａにおける主電磁
弁２２の開時間τ１と閉時間τ２を、温調制御部４２に
よる目標の目標加熱ｊｔＨに応じて変更するように制御
する。

すなわち、目標加熱量Ｈが加熱量Ｈａ以下の場合には、
燃焼ＪｉＱは、第８図に示すとおり、目標加熱量Ｈが加
熱量Ｈａ以上で最大加熱量Ｈｆｆ１ａＸまででは、各目
標加熱量Ｈに応じて決定し、最小加熱紙Ｈｍｉｎから加
熱量Ｈａ未満までの目標加熱量Ｈに対しては燃焼量Ｑｂ
とする。

この結果、送風機１２およびガバナ比例弁２３は、燃焼
量Ｑｂが得られるように一定の制御状態に維持される。

一方、主電磁弁２２に対しては、主電磁弁２２の開時間
τ１と閉時間τ２を、加熱量Ｈａ以下の目標加熱ｆｆ１
Ｈに対応した実効燃焼ｉｑが得られるように、目標加熱
量Ｈに応じて決定するようにしている。

以上のとおり、本発明によれば、ドレンを発生すること
なく小燃焼量が得られるため、燃焼量の範囲を広くする
ことができる。

なお、本実施例では小燃焼及時に燃焼を断続させるなめ
、出湯温度に変化が現れやすくなる。そのため、熱交換
器１６の下流に、出湯水を平均化するための混合タンク
を設けるとよい。

本実施例では、主電磁弁の開閉によって燃焼を断続さぜ
たが、ガバナ比例弁を開閉させて断続してもよい。

本実施例では、燃焼室内にバーナプレートを配したガス
給湯器を示したが、燃焼室内に複数のスリットバーナ、
リボンバーナを配置したものでもよい、また暖房機でも
よく、加熱源はガスに限定されず、石油等による燃焼機
器でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のガス給湯器の構成を示す概略図、第
２図は第１実施例の制御装置の機能構成を示す機能ブロ
ック図、第３図から第６図はいずれも第１実施例におけ
る作動説明に供するための特性図で、第３図は目標加熱
量に対する決定燃焼量および送風機への印加電圧を示す
特性図、第４図は送風機の回転数に対するガバナ比例弁
への電流値を示す特性図、第５図は主電磁弁の制御状態
を示すタイムヂャート、第６図は目標加熱量に対する実
効燃焼通を示す特性図、第７図は本発明の第２実施例の
制御装置の機能構成を示す機能ブロック図、第８図は第
２実施例における目標加熱量に対する決定燃焼量および
送風機への印加電圧を示す特性図である。 図中、１０ａ・・・燃焼室、１１・・・バーナプレート
（バーナ）、１２・・・送風機、２０・・・燃料管（燃
料供給管）、２２・・・主電磁弁（開閉弁）、１４・・
・スパーカ環ｆｉ（点火手段）、４０・・・制御袋Ｗ（
燃焼制御装置）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃焼室内に配されたバーナへの燃料供給路中に設け
   られ燃料供給を司る開閉弁と、前記燃焼室へ燃焼用空気
   を供給する送風機と、前記バーナを点火する点火手段と
   を備えた燃焼制御装置において、 前記開閉弁は、前記送風機の作動中に開閉して燃料供給
   と燃料供給停止とを交互に行うとともに、前記点火手段
   は、少なくとも前記開閉弁の開弁動作時に点火作動する
   ことを特徴とする燃焼制御装置、 ２）前記燃料供給路中に前記バーナへの燃料供給量を調
   節する燃料調節手段を備え、前記開閉弁は、前記バーナ
   への燃料供給量が少ないときにのみ燃料供給と燃料供給
   停止とを交互に行うことを特徴とする請求項１記載の燃
   焼制御装置。