JPH0611139A - 燃焼器具の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 給湯器や温風暖房器等の燃焼器具が燃焼系統
の器具内外における異常発生時に、加熱運転指示があっ
ても運転開始、着火燃焼開始、および加熱運転継続の各
運転シーケンス別に運転条件の不備を回避し、より安全
な運転を提供する。 【構成】 バーナ２５や熱交換器２２を気密に燃焼室２
６に収納して排気口３９からバーナ２５の燃焼ガスを排
出し、送風機２４の吸気閉塞や送風機能の異常低下、排
気口３９に接続する排気筒の損傷や熱交換器２２のフィ
ン２９への未然炭素付着等による排気閉塞、また加熱に
よる燃焼室２６の材料劣化に基づいた破損等、運転条件
の異常発生を圧力センサ２５で燃焼室圧力により検出
し、コントローラ４０がこの検出信号から判定して異常
条件下での運転の待機や禁止処置を指示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は屋外や機械室に設置す
る給湯器や屋内の居室で使用する温風暖房器等の燃焼器
具を安全かつ経済的に運転制御できる運転制御装置に係
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の燃焼器具、例えば給湯器
においては図５図６に示すように、送風機１の回転数を
検知する回転数検知器２の駆動回転数の検知信号を受信
した回転数判定器３が、送風機１が駆動信号に対応して
確かに駆動してバーナ４に燃焼用空気を送風しているか
否かを判定していた。

【０００３】また、燃焼室５に備えた過昇温度検知器６
の検知信号を受信した過昇温度判定器７は、熱交換器８
が燃料未燃物としての炭素Ｃの付着によってバーナ４の
燃焼ガスの排気閉塞を生じ、燃焼室５が異常に高温加熱
した使用危険を判定して運転継続を禁止制御していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た構成の回転数判定器３は単に送風機１の１構成要素に
過ぎないモータ８の回転数を検知し、例えばモータ８の
回転駆動軸９にビス・ナット１０で回転止めして嵌合固
定したファン１１が回転止めの緩みによって空転した
り、或るいはファン１１にかしめ１２で固定したブレー
ド１３が分解して外れたとき、送風機１は正常な送風が
できないにも拘らずに正常判定していた。そして、モー
タ８は回転駆動しても正常な送風が必ずしも実行されな
いことの検出が不能な欠点を有していた。

【０００５】また、過昇温度検知器６は未然物としての
炭素Ｃが熱交換器８の排気閉塞を発生するとき以外でも
動作し、例えば夏期の突発的な台風時の強風を受けた
り、冬期の異常な北風等を受けて熱交換器８の排気閉塞
を生じて誤動作することもあった。そして、この誤動作
を回避して感知性能を鈍くすると、それだけバーナ４の
排気閉塞による燃焼危険が高まるという欠点を有してい
た。

【０００６】そこで、本発明では器具内外の要因による
燃焼条件の異常を迅速かつより確かに検出し、運転の安
全性能を高めた燃焼器具の運転制御装置を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の燃焼器具の運転
制御装置の手段は、バーナと熱交換器を気密に収納した
燃焼室と、燃焼室内の気体圧力を検出する炉内圧検出器
と、炉内圧検出器からの気体圧力検出信号に応じて熱交
換器の加熱運転を制御指示する炉内圧判定器を備えた構
成である。

【０００８】

【作用】そして、上記した手段により本発明は、運転ス
イッチを入力操作した加熱運転の指示信号が炉内圧判定
器に入力される。この入力信号を受信した炉内圧判定器
は送風機構と燃料制御弁に駆動信号を出力する運転開始
前に、炉内圧検出器からの気体圧力検出信号によって燃
焼室の排気閉塞や送風機構の吸気閉塞による燃焼室の気
体圧力異常の有無を先ず判定する。そして、異常があれ
ば燃焼開始の環境条件が整っていないと判定し、運転の
待機や禁止を指示して着火燃焼危険を回避する。

【０００９】運転開始前の気体圧力が正常であれば、次
ぎに炉内圧力判定器は送風機構と燃料制御弁に順番に駆
動信号を出力する。この駆動に応じた気体圧力が炉内圧
検出器によって出力され、この信号を受信する炉内圧判
定器は各シーケンスに応じて気体圧力の異常の有無を判
定し、送風機構による燃焼用空気の実送風と燃料制御弁
からの正しい燃料供給が実行され、バーナが正常な燃焼
をして燃焼室が正常な気体圧力を出しているか否かを確
かに、かつ迅速に判定し、吸排気の突発的な閉塞や燃料
と燃焼用空気の供給異常による着火異常の発生等を防止
する。

【００１０】運転シーケンスが移行して加熱運転が継続
されているとき、炉内圧判定器は燃焼室の使用劣化によ
る破損やその進行に基づいたバーナ燃焼ガスの燃焼室外
への漏洩が生じ、気体圧力の低下が発生しないか、また
突発的な吸排気閉塞による気体圧力の異常はないかを更
に検出判定する。もし、異常を判定すると燃焼危険を回
避して運転禁止等の処置を指示する。

【００１１】こうして、炉内圧判定器は運転シーケンス
の移行に緻密に対応して各シーケンスで燃焼危険を判定
でき、かつシーケンス移行や運転継続の可否を迅速、か
つより確かに指示でき、加熱運転の安全性や、未然炭素
等による熱交換器の排気閉塞等に基づく燃焼不良や低効
率運転の継続に対して適切な処置が打てる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明による燃焼器具の運転制御装置
の実施例について、添付図面を参照しながら具体的に説
明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例としてのガス給湯
器を示し、２点鎖線で囲んだ給湯器の本体２０は遠隔操
作用のリモコン２１の信号によって運転指示を受ける。
本体２０は水道管等から給水を受けて湯に加熱し、給湯
栓等へ給湯する熱交換器２２、ガス供給管から供給され
る燃料としてのガスを比例制御する比例制御弁２３、こ
の比例制御弁２３からのガスと送風機２４からの燃焼用
空気の供給を受けて混合燃焼するバーナ２５、熱交換器
２２とバーナ２５を気密に収納した燃焼室２６を備え
る。

【００１４】熱交換器２２は給水の流量と温度を検出す
る入水センサ２７、給湯の温度を検出する湯温センサ２
８を有し、バーナ２５の燃焼ガスを通過して熱吸収する
多数のフィン２９を持っている。送風機２４はモータ３
１でファン３２を回転して外気を吸入し、送風ダクト３
３を介してバーナ２５へ１次空気、燃焼室２６へ２次空
気口３４から２次空気を供給する。また、送風ダクト３
３には燃焼室２６からはできるだけ遠ざけて燃焼室２６
の高温ガスの影響を受にくく、かつ、ファン２９の動圧
を受けにくい位置に、２次空気口３４を介して燃焼室内
の気体圧力（以下、炉内圧とも言う）を検知する圧力セ
ンサ３５を設ける。耐熱性を備えた圧力センサであれば
直接燃焼室２６に露出してもよい。

【００１５】燃焼室２６はガス供給用のガス管３７、送
風ダクト３３等とは気密に接合し、燃焼ガスが排気口３
９からだけ排気され、他の箇所から漏洩しないように構
成し、バーナ２５の燃焼を加圧条件下で高効率で安定燃
焼できる。入水センサ２７等からの検出信号は図の破線
で示すように炉内圧判定器としてのコントローラ４０に
入力する。コントローラ４０はこの検出信号とリモコン
２からの信号を受信して、加熱量制御や湯温制御等に比
例制御弁２３や送風機２４のモータ３１等へ駆動信号を
出力する。

【００１６】給湯栓からの給湯温度はリモコン２１の湯
温設定スイッチ４１で設定し、運転スイッチ４２は運転
開始の電源入力のオン指示をする。表示器４３は湯温設
定スイッチ４１の設定温度や湯温センサ２８の検出温度
等を必要都度に表示する。また、この給湯器は家庭用で
出力約３０，０００Ｋｃａｌ／時を有して合理的に設計
し、熱交換器２２や燃焼室２６等は薄板銅板を使用して
軽量かつ経済的に提供できる。排気口３９は排気方式に
応じて図示しない煙突、強制排気筒や図４に示すよう
に、機械室４４に本体２０を設置し、壁４５の貫通穴４
６から排気筒４７を接続して屋外に露出し、先端の排気
トップ４８から燃焼用空気Ｓを吸入し、かつ燃焼ガスを
Ｅとして排気する。吹き付ける風Ｗｐでは風圧帯Ｒはプ
ラス圧、吹き抜ける風Ｗｓでは風圧帯Ｒはマイナス圧と
なり、排気トップ４８が緩衝作用をする。

【００１７】次に、この給湯器の加熱運転動作につい
て、図２を参照して説明する。運転スイッチ４２をオン
操作して給湯栓を開栓すると、入水センサ２７が熱交換
器２２への通水を検出する。この通水検出信号を受信し
たコントローラ４０は、圧力センサ３５からの検出信号
を受信して所定範囲の炉内圧ａ以内かどうかを判定する
（Ｓ１として左肩に記号付与する）。炉内圧ａは排気口
３９に印加される排気トップ４８に作用した風ＷｐやＷ
ｓの圧力ｐに対する許容値を意味する。そして、前記検
出信号は未だ送風機２４を駆動前の圧力信号で、無風で
あったり排気筒への風の作用が無ければ０を示す。

【００１８】そして、炉内圧ａは図３に示すように０圧
力を挟んだ値となり、この炉内圧ａを超える上限のプラ
ス圧力や下限のマイナス圧力は、バーナ２５が全ての燃
焼範囲で良好な着火性能と燃焼性能が保証できるように
設定する。たゞし、このとき空気供給はないから横軸に
対しては一定値となる。もし、炉内圧ａを超えればコン
トローラ４０は突風等の偶発的で散発的な発生を考慮し
て運転禁止処置は取らず、所定時間の運転待機を指示す
る（Ｓ２）。そして、この待機期間はその旨を表示器４
３に表示して報知し、所定時間後の検出信号に異常が無
ければ次のシーケンスに移行し、着火失敗や異常燃焼に
基づく失火での無駄な運転試行を合理的に実行禁止でき
る。また、この圧力検出動作は、運転休止中において排
気トップ４８が排気筒４７から外れる等の何らかの物理
的損傷を受け、普通の風速状態でもバーナ２５の燃焼に
影響を受け、この状態で運転を開始すると未然炭素やＣ
Ｏガス等の排出を併う不良燃焼となる運転条件を未然に
検出できる。そして、従来からの一般的な使用条件であ
るにも拘らず、運転待機の報知を受けることにより、排
気筒４７に異常が発生したことを判定する情報を提供で
きる。

【００１９】運転の待機報知が何回も続いて正常に運転
に入れなければ、使用者も運転不能な環境と分かるが、
別に所定回数の連続した運転待機報知のときは運転禁止
処置をし、その旨を表示器４３に表示してもよい。運転
待機が偶発的に強い風で生じたときは、待機時間後の圧
力信号は正常に戻りシーケンスが移行する。

【００２０】Ｓ３ではコントローラ４０は湯温設定スイ
ッチ４１の設定信号、入水センサ２７の検出信号に基づ
いて加熱負荷を演算し、この加熱負荷を達成できるガス
供給量Ｆｉ、空気供給量Ａｉの駆動信号を定める。この
駆動信号Ｆｉ、Ａｉの前に着火動作として所定の駆動信
号Ａｏを出力し、Ｓ４で送風機２４がバーナ２５と燃焼
室２６へ燃焼用空気を供給し、所謂プリパージタイムに
入る。今、Ａｏ＝Ａｍｉｎ、Ｆｏ＝Ｆｍｉｎとする。

【００２１】このプリパージタイムは燃焼室２６に着火
動作が円滑化するように気流を排気口３９に向けて定常
化する作用を持ち、燃焼時よりは気体の流量が少いため
に圧力センサ３５の検出圧力も小さい。そして、着火動
作用の空気供給量Ａｏによる燃焼室２６の炉内圧ｂは、
炉内圧ａと同様に計測誤差等を考慮した値に、排気トッ
プ４８による風の影響の緩衝度合いを加え、良好な着火
性能が入手できる許容範囲に設定する。初期時の空気供
給量Ａｉに対しては曲線Ｍの特性を持ち、空気供給量Ａ
ｏのとき平均値

【００２２】

【外１】

【００２３】となる。このチェック作用Ｓ５は送風機３
２や送風ダクト３３が正常に動作すること、燃焼室２６
に前回の加熱停止後の自然冷却に併う熱変化によって亀
裂部が開口変形していないか、或るいはＳ１のチェック
後に偶発的に排気筒４７へ物理的損傷が加わっていない
かをチェックするために設定する。そして、この給湯器
のケースでは稀にしか発生しないが、室内設置して埃等
を吸入しやすい温風暖房器ではよく発生する例として、
例えば送風機２４の吸気口に埃侵入防止用のフィルター
を設置し、このフィルターが埃や散乱した紙片等で通気
性を障うことがある。このときは送風機２４が十分な送
風ができず、検出圧力は炉内圧ｂの下限以下となり運転
条件の不備を判定できる。

【００２４】そして、このシーケンスでは次に着火動作
に入るから、このまゝで着火動作すると空気量不足とな
り、爆発音を併った着火が起る。この爆発エネルギーが
多いときは薄板銅板製の燃焼室２６と熱交換器２２のフ
ィン２９は容易に変形破損して使用不能となる。そこ
で、炉内圧ｂ以下を判定したコントローラ４０は、表示
器４３に運転禁止の表示をし（Ｓ１０）、運転を禁止処
置し（Ｓ１１）、器具使用の安全を図りながら、かつ器
具の破損を防止できる。

【００２５】また、送風機２４が先に従来例として図６
で説明したように、回転軸９にビス・ナット１０で嵌合
固定しているときにビス・ナット１０が緩むとファン１
１が空転する。このとき、モータ８は回転しても送風が
されないことが発生する。しかし、この実施例では送風
作用自体を圧力センサ２５が検出し、この種の送風不能
事例は炉内圧ｂ以下として確実に判定でき、Ｓ１０とＳ
１１の処置をとれる。

【００２６】炉内圧ｂが正常なときはシーケンスはＳ６
へ移行し、コントローラ４０が着火用の所定ガス供給量
Ｆｏの駆動信号を出力し、Ｓ７で比例制御弁２３がバー
ナ２５へガスを供給して着火する。着火を確認したコン
トローラ４０は先に演算したＦｉ、Ａｉ信号をＦｏ、Ａ
ｏ信号と切替えて指示し、Ｓ８でバーナ２５は加熱負荷
に応じた燃焼に入る。この燃焼では湯温センサ２８の検
出信号と入水センサ２７の検出信号による加熱量の微調
整をする湯温制御動作が入るが、ここでは一般的制御で
もあり省略する。

【００２７】次に、Ｓ９のシーケンスフローでは、コン
トローラ４０は加熱燃焼によって燃焼室２６の亀裂や接
合部が高温による熱変形を受けて開口し、高温で器具内
の部品を加熱して火災を招かないか、Ｓ５のシーケンス
と同様にこの加熱運転中に突発的な排気筒４７および送
風機２４等への物理的損傷、例えば排気トップ４８への
打痕による排気通路径の減少や障害物の設置による吸排
気性能の障害等の異常の有無、および使用経過に併って
熱交換器２２のフィン２９への未然炭素の付着埋積によ
る通気不足が生じていないか等をチェックする。バーナ
２５の燃焼は着火時や消火時に未然炭素を発生し、フィ
ン２９は使用経過に併って次第に未然炭素が埋積する。
そして、燃焼ガスの通気抵抗が増えて圧力センサ２５の
検出圧力も順次増加し、送風機２４の送風量が低下する
と、バーナ２５は空気不足燃焼となって通常の加熱燃焼
時にも未然炭素を排出し、熱交換器２２のスス詰りが加
速されて熱吸収効率は低下していく。やがて寿命予測期
になると相当程度の熱効率の低下となり、運転の経済性
の損失を併い、かつ燃焼室２６を異常加熱して破損危険
を招く。

【００２８】このフローＳ９でも圧力センサ２５はフィ
ン２９のスス詰り度合いに応じた燃焼室２６の圧力上昇
を微妙、かつ正確に検出する。コントローラ４０は加熱
負荷に対応し、各Ａｉ、Ｆｉ信号毎に判定圧力Ｐｉとし
て予め設定したデータを記憶する。そして、危険の大き
な加熱負荷Ａｍａｘ、Ｆｍａｘのときは小さな許容範囲
ΔＰｍを設定する。この許容範囲ΔＰｍは計測誤差や風
速による排気筒４７の緩衝能力に若干の安全率を掛けた
値で定める。着火時や加熱負荷の小さなＡｍｉｎ、Ｆｍ
ｉｎに対しては大きな許容範囲ΔＰｏでも危険度が小さ
い。勿論、制御の簡略化を図って全て同一許容範囲に設
定もできる。判定圧力Ｐｉは初期正常時に曲線Ｌの特性
を空気供給量Ａｉに対応して平均的に示す。

【００２９】そして、もしこの運転中にコントローラ４
０が圧力異常を判定すると、燃焼室２６の破損変形によ
る火災危険を回避し、また熱交換器２９のスス詰り使用
劣化による不経済で危険を有した運転を確実にして速や
かに知ることができ、Ｓ１０で運転禁止の報知をしてＳ
１１で運転禁止処置を取れる。尚、このフローＳ７以下
では最も危険度が高く、かつ運転時間も長いため、Ｓ９
のチェックは所定時間毎、および駆動信号Ａｉ、Ｆｉの
変更毎に頻繁に繰り返して実施し、運転の安全をより確
かなものに高めることができる。

【００３０】また、図示はしないが他の実施例として、
シーケンスフロＳ９の判定指示に他の項目を加えること
もできる。フィン２９が未然炭素で詰ったり、設置条件
によっては季節的な風の影響を避けられないときも生じ
る。しかし、このとき単に運転禁止処置を取るのではな
く、可能な限り運転を継続させる。炉内圧が突風等によ
って短時間に繰り返すときは間欠運転となるが、風圧帯
Ｒにかなりの時間安定した圧力Ｐｉを超える圧力Ｐｘが
作用するケースでは、設計的に圧力Ｐｘに対する送風機
２４の空気供給量Ａｉの偏差ΔＡｉは把握できる。

【００３１】コントローラ４０はこの偏差ΔＡｉを判定
圧力Ｐｉを拡大した補正判定圧力Ｐｘに対して記憶す
る。偏差ΔＡｉはこの偏差ΔＡｉに比例してガス供給量
Ｆｉも偏差ΔＦｉだけ補正し、燃焼用空気とガス供給量
の燃焼バランスを維持して未然炭素やＣＯガス等を発生
しない良好な燃焼を指示し、偏差ΔＦｉ、ΔＡｉに応じ
た給湯出力の低下を所定率だけ許容する。また、この給
湯出力の低下を表示器４３に表示し、給湯出力が低下す
る運転である旨を表示し、暫定的な運転であることを報
知して使用上の誤解を除き、或るいは寿命時期に到達し
たことを徹底することもできる。

【００３２】

【発明の効果】以上に詳述したように、本発明による燃
焼器具の運転制御装置は各請求項に応じて次の効果を有
する。 （１）炉内圧検出器からの燃焼室に印加される気体圧力
検出信号により、排気筒の損傷事故や運転に不適な風速
条件を炉内圧判定器によって判定され、着火燃焼開始の
運転を待機または禁止することにより、運転開始の環境
条件の不備による爆発着火等の異常燃焼を回避して安全
な運転を開始できる。 （２）着火燃焼の運転シーケンスにおいて、炉内圧検出
器の気体圧力検出信号から送風機構による確かな送風動
作を確認し、その上で燃料を供給して着火動作に入るこ
とを炉内圧判定器が判定指示することにより、運転開始
から着火動作に至る期間の装置に加えられる突発的な吸
排気条件の変化を検出し、かつ送風機構に生じた送風能
力異常を検出して危険な爆発着火運転を回避できる。 （３）着火燃焼から加熱運転にシーケンスが移行したし
たとき、炉内圧検出器からの気体圧力検出信号を受信し
た炉内圧判定器は、着火燃焼以後に突発的に発生する吸
排気閉塞による燃焼条件の異常変化を迅速に判定でき、
また加熱燃焼による燃焼室の熱変形が生じる亀裂部の開
口から燃焼ガスの器内漏洩に基づく火災を防止でき、か
つ燃焼室の未然炭素等による閉塞も検出でき、より確か
な安全運転を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としてのガス給湯器の構成図

【図２】同器具の動作を示すフローチャート

【図３】同器具の送風特性図

【図４】同器具の設置事例図

【図５】従来の給湯器を示す構成図

【図６】送風機の断面構成図

【符号の説明】

２２ 熱交換器 ２３ 比例制御弁 ２４ 送風機 ２５ バーナ ２６ 燃焼室 ３５ 圧力センサ ４０ コントローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料を供給する燃料制御弁と、燃料の燃焼
   用空気を供給する送風機構と、燃料と燃焼用空気を混合
   燃焼するバーナと、バーナが混合燃焼した燃焼ガスによ
   り水または空気を加熱して供給する熱交換器と、バーナ
   と熱交換器を気密に収納してバーナの燃焼ガスを熱交換
   器に誘導し、熱交換後の燃焼ガスを排気する燃焼室と、
   熱交換器の加熱運転を入力指示する運転スイッチと、燃
   焼室内の気体圧力を検出する炉内圧検出器と、運転スイ
   ッチの運転指示信号を受信すると炉内圧検出器からの気
   体圧力検出信号に応じて前記加熱運転の開始実行を判定
   指示する炉内圧判定器を備えた燃焼器具の運転制御装
   置。
2. 【請求項２】燃料を供給する燃料制御弁と、燃料の燃焼
   用空気を供給する送風機構と、燃料と燃焼用空気を混合
   燃焼するバーナと、バーナが混合燃焼した燃焼ガスによ
   り水または空気を加熱して供給する熱交換器と、バーナ
   と熱交換器を気密に収納してバーナの燃焼ガスを熱交換
   器に誘導し、熱交換後の燃焼ガスを排気する燃焼室と、
   熱交換器の加熱運転を入力指示する運転スイッチと、燃
   焼室内の気体圧力を検出する炉内圧検出器と、運転スイ
   ッチの運転指示信号と炉内圧検出器からの気体圧力検出
   信号に応じて送風機構と燃料制御弁を順次駆動し、着火
   燃焼の実行を判定指示する炉内圧判定器を備えた燃焼器
   具の運転制御装置。
3. 【請求項３】燃料を供給する燃料制御弁と、燃料の燃焼
   用空気を供給する送風機構と、燃料と燃焼用空気を混合
   燃焼するバーナと、バーナが混合燃焼した燃焼ガスによ
   り水または空気を加熱して供給する熱交換器と、バーナ
   と熱交換器を気密に収納してバーナの燃焼ガスを熱交換
   器に誘導し、熱交換後の燃焼ガスを排気する燃焼室と、
   熱交換器の加熱運転を入力指示する運転スイッチと、燃
   焼室内の気体圧力を検出する炉内圧検出器と、熱交換器
   の加熱運転継続中に炉内圧検出器からの気体圧力検出信
   号に応じて運転継続を判定指示する炉内圧判定器を備え
   た燃焼器具の運転制御装置。