JPH05231636A

JPH05231636A - 給湯機の燃焼制御方法

Info

Publication number: JPH05231636A
Application number: JP4234910A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Jinno; 秀幸神野
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1993-09-07
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JP2847227B2

Abstract

(57)【要約】【目的】給湯機の燃焼制御方法に関するもので、燃焼排
気に含まれる窒素酸化物の軽減を図りながらガスの不完
全燃焼を防止する。【構成】ガスバーナ(1) (1) で生じる炎(2）(2）の内
部に位置するように配設された第１熱交換体(51)と、該
第１熱交換体(51)より下流側の燃焼排気路(57)内に配設
された第２熱交換体(52)と、更に、給湯機内で発生させ
る燃焼熱量を増減する手段を具備する給湯機の燃焼制御
方法において、上記燃焼熱量を増減する手段で設定する
前記燃焼熱量が少ないほど点火するガスバーナ(1) (1)
の数を少なくし、これら限られた数のバーナ(1) (1) で
温水を加熱生成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は給湯機の燃焼制御方法に
関するもので、燃焼排気に含まれる窒素酸化物の軽減を
図りながらガスの不完全燃焼を防止するようにしたもの
である。

【０００２】

【従来技術及び課題】最近、燃焼排気に含まれる窒素酸
化物の軽減対策が施された給湯機が出現し、環境保護の
考慮された低公害性の給湯機が提供されるようになって
きた。かかる給湯機に関する発明として既に図３のもの
を提案した。これは、ブンゼン式のガスバーナ(1) に形
成される炎の温度低下を図って窒素酸化物の発生を抑え
るもので、上記炎の温度を低下させることにより、器具
燃焼部に供給される空気中の窒素が高温条件下で酸化す
ることによって発生する窒素酸化物の量を抑えるように
している。

【０００３】即ち、図３に示すように、熱交換器を構成
する缶体(50)の上下部には熱交換部(52)(51)が二段配設
されていると共に、各熱交換部(52)(51)は多数の吸熱フ
ィン(55)(54)とこれを貫通する通水パイプ(31)より構成
されている。そして、上記缶体(50)の下部に位置する第
１熱交換体(51)はガスバーナ(1) (1) 群で生成される炎
(2）(2）内に位置するように配設されている。

【０００４】このものでは、ガスバーナ(1) (1) 群で生
成される炎(2）(2）は先ず第１熱交換体(51)とこれを貫
通する通水パイプ(31)を加熱した後、その燃焼排気は缶
体(50)内の燃焼排気路(57)を流れて第２熱交換体(52)を
加熱し、これにより、通水パイプ(31)内の通水を暖め
る。そして、このものでは、ガスバーナ(1) (1) の炎
(2）は一次熱交換体(51)の吸熱フィン(54)やこれを貫通
する通水パイプ(31)に接触して温度低下せしめられるか
ら、そうでない場合に比べて窒素酸化物の発生量が抑え
られる。尚、このものは、ガスバーナ(1) (1) の炎口を
吸熱フィン(54)で囲って二次空気の供給を断ち、炎(2）
の冷却を確実にし、更に、ＮＯｘの低減を図っている。

【０００５】しかしながら、上記先行技術のものでは、
図示しない湯温設定器で低温設定して出湯操作したり少
量出湯操作をしてガス燃焼量を減ずると、ガスが不完全
燃焼して一酸化炭素の発生量が増加するという問題があ
った。上記問題点について更に詳述すると、低温水や少
量温水を取出すときは全てのガスバーナ(1) (1) の燃焼
量を一律に低下させる。すると、ガスバーナ(1) (1)に
全域に亘って生成される弱い炎は第１熱交換体(51)に接
触して熱吸収され、強火時に比べて第１熱交換体(51)に
接触した後に於ける炎(2）の温度が低くなる。このこと
から、高温時に活発化するガスの酸化反応が不完全とな
って一酸化炭素の発生量が増加するのである。

【０００６】本発明は、上記の点に鑑みて成されたもの
で、『ガスバーナ(1) (1) で生じる炎(2）(2）の内部に
位置するように配設された第１熱交換体(51)と、該第１
熱交換体(51)より下流側の燃焼排気路(57)内に配設され
た第２熱交換体(52)と、更に、給湯機内で発生させる燃
焼熱量を増減する手段を具備する給湯機の燃焼制御方
法』において、低温出湯時や少量出湯時に於けるガスバ
ーナ(1) (1) の不完全燃焼を抑制し得るようにすること
をその課題とする。

【０００７】

【手段】上記課題を解決するための本発明の技術的手段
は、『上記燃焼熱量を増減する手段で設定する前記燃焼
熱量が少ないほど点火するガスバーナ(1) (1) の数を少
なくし、これら限られた数のバーナ(1) (1) で温水を加
熱生成するようにした』ことである。

【０００８】

【作用】上記技術的手段は次のように作用する。先ず、
ガスバーナ(1) (1) で形成される炎は、これに接触する
第１熱交換体(51)で熱吸収され、これにより、既述先行
技術のものと同様に窒素酸化物の発生が抑えられる。

【０００９】さて、給湯機内で発生させる燃焼熱量を増
減する手段で少ない燃焼量が設定されたとき、即ち、設
定湯温が低い場合や出湯量が少ない場合等、給湯機内で
発生させる必要燃焼熱量が少ない場合には既述した不完
全燃焼の恐れがあることから、点火するガスバーナ(1)
(1) の数を少なくする。そして、これにより少数のガス
バーナ(1) (1) を比較的大火力で燃焼させて所望温度及
び所望水量の温水を取出せるようにする。すると、上記
大火力の炎が第１熱交換体(51)に接触した場合は、小火
力時に比べて第１燃焼体(51)に接触した後に於ける炎
(2）の温度が高温状態になる。

【００１０】

【効果】本発明は次の特有の効果を有する。炎(2）内に
位置する第１熱交換体(51)の吸熱作用によって窒素酸化
物の生成が抑えられると共に、低温出湯又は少量出湯時
でも上記第１熱交換体(51)に接触した後に於ける炎(2）
が所定の高温状態に維持されるから、ガスバーナ(1) の
不完全燃焼が抑制でき、高温から低温まで及び大量から
少量までの広い範囲に亘る出湯が安全確保の下に可能と
なる。

【００１１】

【実施例】次に上記した本発明の実施例を説明する。図
１に示すように、缶体(50)の下部に配設された第１熱交
換体(51)の更に下方にはガスバーナ(1) (1) 群が配設さ
れており、該ガスバーナ(1) (1) の炎の形成領域内に上
記第１熱交換体(51)が位置するように成っている。

【００１２】上記ガスバーナ(1) (1) 群は、この実施例
では２個一組になった燃焼ブロック(A) (A) に区分され
ており、これら燃焼ブロック(A) (A) 毎に燃焼量が制御
されるようになっている。又、この実施例では６組の燃
焼ブロック(A) (A) が設けられている。即ち、各燃焼ブ
ロック(A) (A) へのガス回路には夫々一つの比例弁(15)
(15)が挿入されており、これら比例弁(15)(15)は制御回
路(4) で各別に開度制御されるようになっているのであ
る。

【００１３】又、缶体(50)の上部に配設された第２熱交
換体(52)の下流側の通水パイプ(31)には温度センサ(41)
が添設されており、該温度センサ(41)で出湯温度を検知
するようになっていると共に通水パイプ(31)の上流部に
は水流スイッチ(S) が配設されている。又、台所の壁面
等に配設された湯温設定器(43)の出力は制御回路(4)に
印加されている。

【００１４】上記制御回路(4) を構成するマイクロコン
ピュータ内には図２のフローチャートに示す如き内容の
制御プログラムが書き込まれており、上記給湯機の動作
を図２に従って説明する。．先ず電源投入するとマイクロコンピュータ内の各メ
モリーをクリアする（図面符号(80)のステップ参照）。．出湯蛇口(58)が開放操作されたか否かを判断する為
に水流スイッチ(S) の出力を監視し（図面符号(81)のス
テップ参照）、水流スイッチ(S) がＯＮ動作した場合に
は変数Ｉの値を「１」にセットする（図面符号(82)のス
テップ参照）。．次に第Ｉ番目の燃焼ブロック(A) を点火してこれに
属するガスバーナ(1) (1) を点火状態にする（図面符号
(83)のステップ参照）。．次に温度センサ(41)が検知する出湯温度(T) と湯温
設定器(43)の設定温度(K) を比較して（図面符号(84)の
ステップ参照）出湯温度(T) が低い場合には第Ｉ番目の
燃焼ブロック(A) の燃焼量を一定量だけ増加させる。即
ち、燃焼ブロック(A) へのガス回路に挿入した比例弁(1
5)の開度を増加させるのである（図面符号(85)のステッ
プ参照）。．次に、第Ｉ番目の燃焼ブロック(A) が最大燃焼状態
にあるか否かを判断する。即ち、該燃焼ブロック(A) へ
のガス回路に挿入した比例弁(15)の開度が最大開度か否
かを判断するのである（図面符号(86)のステップ参
照）。そして、該第Ｉ番目の燃焼ブロック(A) が最大燃
焼状態に達していない場合は再び湯温設定器(43)の設定
温度と温度センサ(41)の検知温度を比較する図面符号(8
4)のステップに制御動作が移され、湯温設定器(43)によ
る設定温度(K) が温度センサ(41)の出湯温度(T) より高
い場合は更に第Ｉ番目の燃焼ブロック(A) の燃焼量を増
加させて出湯温度を高くしてゆく。

【００１５】他方、第Ｉ番目の燃焼ブロック(A) が最大
燃焼状態か否かを判断する図面符号(86)のステップを実
行した際にこれが最大燃焼状態にあると判断できたとき
は更に変数Ｉが「６」になっているか否か、即ち、全て
の燃焼ブロック(A) (A) が能力最大限で燃焼しているか
否かを判断する（図面符号(87)のステップ参照）。そし
て、変数Ｉが「６」未満で全ての燃焼ブロック(A) が燃
焼状態になっていない場合は、変数Ｉの値を「１」だけ
増加させ（図面符号(88)のステップ参照）、新たに増加
した第Ｉ番目の燃焼ブロック(A) を点火させる図面符号
(83)のステップが実行される。そして、湯温設定器(43)
の設定温度(K) と温度センサ(41)の出湯温度(T) が等し
くなるまで該Ｉ番目の燃焼ブロック(A) の燃焼量を増加
させる。．他方、湯温設定器(43)の設定温度(K) と温度センサ
(41)が検知する出湯温度(T) を比較した際（図面符号(8
4)のステップ参照）に出湯温度(T) が高い場合には、上
記とは逆に第Ｉ番目の燃焼ブロック(A) の燃焼量を低下
させる（図面符号(93)のステップ参照）と共に、該Ｉ番
目の燃焼ブロック(A) の燃焼量が最小燃焼状態にあると
き（図面符号(93)のステップでYES と判断されたと
き）、即ち、比例弁(15)が最小開度状態にあるときは、
変数Ｉが「１」になっているか否かを判断し（図面符号
(94)のステップ参照）、変数Ｉが「１」より大きい場合
は変数Ｉの値を「１」だけ減少させ（図面符号(95)のス
テップ参照）て燃焼させる燃焼ブロック(A) の数を１つ
だけ少なくする。そして、出湯温度(T) が設定温度(K)
より更に高いときは、新たな第Ｉ番目の燃焼ブロック
(A) の燃焼量を低くして出湯温度を低下させる。．「」と「」の制御動作によって出湯温度(T) と
設定温度(K) が等しくなると、その時点に於いて能力最
大限で燃焼している燃焼ブロック(A) の数（Ｉ−１）
と、能力最大限未満で燃焼している第Ｉ番目の燃焼ブロ
ック(A) の燃焼割合い（最大燃焼量に対する実際の燃焼
量の割合い）を判断する。そして、給湯機の全燃焼量を
一定に保ちながら燃焼している燃焼ブロック(A) (A) の
燃焼量を平均化する演算を実行する（図面符号(89)のス
テップ参照）。即ち、能力最大限で燃焼している（Ｉ−
１）個の燃焼ブロック(A) に対応する比例弁(15)の開度
を「１００％」と評価し、これに第Ｉ番目の燃焼ブロッ
ク(A) に対応する比例弁(15)の開度を加えてこれを変数
Ｉで割って平均開度(B) を求め、この平均開度(B) にな
るように、上記Ｉ組の燃焼ブロック(A) (A) の比例弁(1
5)(15)を均一開度に保持するのである（図面符号(90)の
ステップ参照）。尚、上記比例弁(15)(15)の開度は次の
条件の下で制御する。即ち、燃焼ブロック(A) (A) から
一酸化炭素が発生しない程度にこれらが強火燃焼を行う
こととなるような比例弁(15)(15)の開度、例えば５０％
以上の開度が確保できるように、これら比例弁(15)(15)
の開度制御を行うのである。

【００１６】尚、この実施例では、設定温度(K) の湯が
得られるまで各燃焼ブロック(A) の燃焼を順次増加・減
少させて、必要燃焼熱量を決定する動作( 図面符号(82)
〜(89)）を実行する制御回路(4) 内の機能部が既述技術
的手段の項に記載の「給湯機内で発生させる燃焼量を増
減する手段」に対応する。第１熱交換体(51)に接触した
後の炎(2）の温度は１０００℃〜１４００℃程度にする
のが、窒素酸化物の生成抑制及び不完全燃焼の防止の観
点から望ましく、本実施例では、前記温度となるときは
比例弁(15)(15)の開度が５０％以上の強火燃焼のときと
なるように設定した。

【００１７】これにより、点火している燃焼ブロック
(A) (A) が２組の場合に各組における比例弁(15)の開度
は必ず５０％以上，３組の場合は６６％以上，４組の場
合は７５％以上，５組の場合は８０％以上，更に６組の
場合は８６％以上となる。即ち、給湯機に組込まれた全
てのガスバーナ(1) (1) を燃焼させながら出湯温度を調
整する場合（比例弁開度が２０％〜１００％）に比べて
各ガスバーナ(1) (1) が必ず５０％以上の強火燃焼する
ことととなり、これにより、該ガスバーナ(1) (1) の炎
(2）が第１熱交換体(51)で吸熱されて温度低下しても、
該温度低下後に於ける炎(2）の温度が所定の高温状態に
維持され、不完全燃焼による一酸化炭素の発生を防止で
きる。尚、燃焼ブロック(A) を１組で燃焼する場合に
は、下限燃焼量を能力最大減の５０％に設定する。

【００１８】このように、ガスバーナ(1) (1) の炎(2）
は既述先行技術のものと同様に第１熱交換体(51)で温度
低下せしめられるから、窒素酸化物の発生も抑えられ
る。尚、上記実施例では全ガスバーナ(1) (1) を二個一
組にして燃焼ブロック(A)(A) を構成したが、該燃焼ブ
ロック(A) (A) を構成するガスバーナ(1) (1) の数は三
個以上であってもよい。又、燃焼ブロック(A) を単一の
ガスバーナ(1) で構成しても良い。

【００１９】更に、上記実施例では、出湯温度を検知す
る温度センサ(41)の出力を判断してフィードバック制御
しながら燃焼ブロック(A) (A) の燃焼量を制御するよう
にしたが、通水パイプ(31)に供給される水道水の温度
（以下、入水温という）を測定する入水温センサと、通
水パイプ(31)を流れる通水量を計測する流量カウンタを
設け、これらと湯温設定器(43)の設定温度(K) から、該
設定温度(K) の温水を得るのに必要なガスバーナ(1)
(1) の燃焼量を演算し、該必要燃焼量から燃焼させる燃
焼ブロック(A) の必要最小限の数を決定してこれを燃焼
させるようにしても良い（フィードホワード制御）。そ
して、燃焼ブロック(A) (A) が燃焼した後は、これらの
燃焼量を温度センサ(41)の出力で一律にフィードバック
制御するのである。

【００２０】尚、上記実施例では、第１熱交換体(51)は
第２熱交換体(52)より先に給水するようにしたが、この
逆、即ち、第２熱交換体(52)が第１熱交換体(51)より先
に給水されて通水上では上流側になるようにしてもよ
い。又、上記実施例では、各燃焼ブロック(A) (A) への
ガス回路に比例弁(15)(15)を設けたが、該比例弁に代え
て開・閉式（ＯＮ・ＯＦＦ式）の電磁弁を設けてもよ
い。かかる場合、各燃焼ブロク(A) (A) は１００％の強
火燃焼を行わせて、設定される必要な燃焼熱量の多少に
より、点火される燃焼ブロック(A) (A) の数を変更す
る。

【００２１】又、第１熱交換体(51)は吸熱フィン(54)を
備えず通水パイプ(31)のみで構成していも良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例に使用する給湯機の全体図

【図２】制御動作説明図

【図３】従来例の説明図

【符号の説明】

(1) ・・・ガスバーナ (2）・・・炎 (51)・・・第１熱交換体 (52)・・・第２熱交換体 (57)・・・燃焼排気路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスバーナ(1) (1) で生じる炎(2）(2）の
内部に位置するように配設された第１熱交換体(51)と、
該第１熱交換体(51)より下流側の燃焼排気路(57)内に配
設された第２熱交換体(52)と、更に、給湯機内で発生さ
せる燃焼熱量を増減する手段を具備する給湯機の燃焼制
御方法において、上記燃焼熱量を増減する手段で設定す
る前記燃焼熱量が少ないほど点火するガスバーナ(1)
(1) の数を少なくし、これら限られた数のバーナ(1)
(1) で温水を加熱生成するようにした給湯機の燃焼制御
方法。