JPH0674891B2 - 強制送風式燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、送風機によりバーナへ燃焼用空気を供給する
強制給排気式あるいは強制給気式等の強制送風式燃焼装
置に関する。

［従来の技術］ 強制送風式燃焼装置では、必要燃焼量に応じて送風機お
よび比例弁を制御し、燃焼用空気および燃料ガスをバー
ナへそれぞれ供給している。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、例えばガス給湯器のように燃焼室を有するもの
では、燃焼用空気は、送風機の回転数が同じであって
も、燃焼室と連通された排気筒の太さや長さおよび形
状、あるいは機器が設置される場所によって実際の供給
量が異なってしまう。そのため、入水温や出湯温等に基
づいて必要燃焼量を計算し、それに応じて送風機を制御
しても、制御状態に応じた燃焼用空気が供給されないた
め、十分な熱量が得られないとともに、適正な空燃比に
することもできないという問題がある。

本発明は、設置条件によって燃焼用空気の吸入状態が異
なったり、排気筒の形状等によって排気状態が変化した
場合にも、必要燃焼量に応じた適正な量の燃焼用空気を
供給することができ、さまざまな場所に設置することが
できる強制送風式燃焼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、回転数に応じた燃焼用空気をバーナへ供給す
る送風機と、通電電流に応じて前記バーナへの燃料供給
量を調節する比例弁と、前記バーナに加熱される負荷の
目標温度を設定するための温度設定手段と、少なくとも
前記温度設定手段に設定される前記目標温度に基づいて
前記バーナの必要燃焼量を決定する燃焼量決定手段と、
前記必要燃焼量に対応して前記送風機を制御するための
必要燃焼量−回転数特性を燃焼用空気の吸入路負荷や燃
焼ガスの排気路負荷の違いに対応して複数種記憶した記
憶手段と、該記憶手段に記憶された前記必要燃焼量−回
転数特性を燃焼用空気の吸入路負荷や燃焼ガスの排気路
負荷の違いに対応して選択する選択手段と、前記送風機
の回転数を前記選択手段に選択された前記必要燃焼量−
回転数特性に基づいて前記必要燃焼量に対応して制御す
る送風機制御手段と、前記比例弁の電流値を制御するた
めに検出される前記送風機の回転数を前記選択手段に選
択された前記必要燃焼量−回転数特性に対応して補正す
る補正手段と、該補正手段により補正された補正回転数
に基づいて前記比例弁の電流値を制御する比例弁制御手
段とを具備することを技術的手段とする。

［作用］ 本発明では、目標温度が設定され、それに基づいて必要
燃焼量が決定されると、燃焼用空気の吸入路負荷や燃焼
ガスの排気路負荷の違いに対応した必要燃焼量−回転数
特性によって送風機の回転数が制御される。また、検出
された送風機の回転数が補正されてそれに基づいて比例
弁の電流値が制御される。

この結果、バーナには、燃焼用空気の吸入路負荷や燃焼
ガスの排気路負荷の違い関係なく、必要燃焼量に対応し
た量の燃焼用空気と燃料が供給される。

［発明の効果］ 本発明では、排気筒の有無等による燃焼用空気の吸入路
負荷や燃焼ガスの排気路負荷が、設置条件によって異な
っても、それぞれの負荷に応じて必要燃焼量に対応した
送風機の回転数特性に変更することができる。また、送
風機の回転数特性の変更に伴って燃焼量が変化すること
がない。

従って、機器の設置条件が緩和され、さまざまな場所に
設置することができる。

［実施例］ 次に本発明をガス給湯器の実施例に基づき説明する。

第２図に概略を示す本実施例のガス給湯器は、燃焼器10
と、燃料管20と、水管30と、制御装置40とから構成され
る。

燃焼器10は、給湯器ケース１内に設けられたバーナ群11
と燃焼用空気を供給する燃焼用ファン12とからなり、ノ
ズル13から供給される燃料ガスを燃焼用ファン12によっ
て供給される一次空気のみで燃焼する全一次空気燃焼を
行う。給湯器ケース１は燃焼室1aを形成しており、燃焼
室1a内の燃焼ガスは排気口２から排出される。

排気口２は図示しない排気筒を接続するための排気筒接
続筒2aに設けられたもので、燃焼室1a内の燃焼ガスは、
排気筒接続筒2aに接続される排気筒の形状、太さ、長さ
に応じて排出される。

バーナ群11は複数のリボンバーナを２列に配した２連式
バーナとなっており、燃焼室1a内のバーナ群11近傍の上
方には、点火装置のスパーカ14、炎検知のためのフレー
ムロッド15およびサーモカップル16がそれぞれ設けられ
ている。

燃料管20は、燃料ガスをノズル13へ供給するガス管で、
その上流側から順に元電磁弁21、主電磁弁22が、さらに
バーナ群11への燃料供給量を調節する比例弁23とがそれ
ぞれ設けられ、比例弁23の下流では２連式バーナの各連
にそれぞれ燃料ガスを供給するために燃料管20は分岐し
ており、分岐した一方の燃料管20には、バーナ群11のう
ち１連のみを燃焼させるために、切替弁24を備えてい
る。

水管30は、図示しない水供給源および給湯口とそれぞれ
接続された供給管31および給湯管31aと、これらを連通
して設けられた熱交換器32およびバイパス管32aとから
なり、供給管31から供給される水の一部は熱交換器32を
介して、残る部分はバイパス管32aを介して給湯管31aへ
導かれ、熱交換器32およびバイパス管32aの下流側の合
流部にはバイパス弁33が設けられ、熱交換器32によって
加熱される水と、バイパス管32aによってそのまま導か
れる水の割合を適切に調節して混合する。

一方、供給管31には上流側より水量制御弁34、水流セン
サ35および入水温サーミスタ36が、また熱交換器32の下
流には熱交換サーミスタ37が、給湯管31aには出湯温サ
ーミスタ38がそれぞれ備えられ、さらに給湯管31aには
図示しない凍結防止ヒータが備えられている。

なお、バイパス弁33および水量制御弁34は、それぞれ備
えられたギャドモータにより駆動され、また水流センサ
35は、供給管31内を通過する水流により回転する図示し
ない羽根車の回転数に応じた数のパルスを出力する。

制御装置40は、第１図に示すとおり、ガス給湯器に備え
られた上記の各部分との信号交換のためのインターフェ
ース41となる各回路と、制御装置40の中心となるマイク
ロコンピュータ42と、安全確保のための安全回路43およ
び電磁弁通電リレー回路44と、これらすべてに電力を供
給する電源部45とからなり、さらにガス給湯器の作動を
操作するためのコントローラ46と、マイクロコンピュー
タ42の作動モードを予め設定するためのモード設定回路
47を備えている。

インターフェース41には、スパーカ14に火花放電を行う
ための高電圧を発生する高電圧発生部と、スパーカ14で
の火花放電を検知するための放電検知部とからなるスパ
ーカ回路51、燃焼時の空燃比の制御のために検知する炎
の温度に応じたサーモカップル16の出力電圧を制御信号
として使用するために増幅する炎温度検出回路52、水管
30に配された各サーミスタの抵抗値からそれぞれの温度
信号を得るための水温検出回路53、水量制御弁34とバイ
パス弁33とをそれぞれ各弁の開度を検出するために備え
られた図示しないポテンショメータの抵抗値に基づいて
駆動するためのギャドモータ駆動回路54、マイクロコン
ピュータ42から伝送されるパルス信号に基づいて燃焼用
ファン12を駆動するファン回路55、燃料ガスを調節する
比例弁23への通電を行う比例弁回路56、通信回路57、フ
レームロッド15によって炎を検知して炎検知信号を得る
炎検知回路58、水管30内を通過する水量に応じて発生さ
れる水流センサ35からのパルス信号を、マイクロコンピ
ュータ42へ伝送するとともに、パルス信号に基づいて検
知される水量が一定量以上になったとき、スイッチング
信号を電源部45のリレー回路用電源45bへ送出し、水流
信号を安全回路43へ伝送する水流回路59が備えられてい
る。

マイクロコンピュータ42は、本実施例のガス給湯器だけ
でなく、給湯量や大きさが異なる他の給湯器にも兼用で
きるように設計され、その作動に必要なプログラムおよ
び各データを収容した記憶装置を内蔵したカスタムLSI
で、所定のシーケンス制御と、燃焼量制御および水量制
御を行う本発明の制御手段であり、また、必要燃焼量を
決定する本発明の燃焼量決定手段でもある。

燃焼量制御および水量制御では、入水温サーミスタ36、
熱交換サーミスタ37、コントローラ46、水流センサ35か
らの信号によって予め燃焼量および水量を制御するフィ
ードフォワード制御と、所定の条件になったときには、
さらに出湯温サーミスタ38によって燃焼量および水量を
補正するフィードバック制御を行っている。

燃焼量制御では、各サーミスタ等の信号から決定された
必要燃焼量に基づいて燃焼用ファン12を制御し、さらに
その回転数に応じて比例弁23の通電電流を制御してい
る。本実施例では、異なるガス種にも兼用できる機器と
して設計されており、燃焼用ファン12の回転数に対応さ
せてガス種毎に予め設定した比例弁23への電流値を示す
複数のデータ群をマイクロコンピュータ42内のROM42aに
設け、後述するモード設定回路47によってガス種に応じ
て選択されるデータ群に基づいてそれぞれ異なった電流
値で比例弁23を制御している。この結果、制御装置40
は、それぞれのガス種に合った細かい特性を比例弁23に
与えることができる。

また、本実施例では、異なった給湯能力を備えた給湯器
としても使用することができ、切替えによって燃焼用フ
ァン12の回転数および比例弁23の開度を制限し、所定燃
焼量以上の燃焼が行われないようにする。

さらに、本実施例では、ガス給湯器の設置条件によって
排気筒の長さ、太さあるいは形状が異なった場合にも、
適正量の燃焼用空気を供給するために、設置状態に応じ
て燃焼用ファン12の回転数特性を変更できるようにして
いる。

本実施例のガス給湯器は、強制送風式の燃焼器10を備え
ているが、燃焼用ファン12が同一回転数で回転していて
も、燃焼用空気の吸入路負荷や燃焼ガスの排気路負荷に
よって燃焼用空気の供給量が異なってしまう。このた
め、決定された必要燃焼量に応じて単純に回転数を決定
してしまうと、必要燃焼量に応じた燃焼用空気が供給さ
れなくなる。そこで、設置状態に応じて燃焼用ファン12
の必要燃焼量−回転数特性を制御して、必要燃焼量に応
じた燃焼用空気を供給するようにしている。

マイクロコンピュータ42内に本発明の記憶手段として設
けられているROM42aには、決定される必要燃焼量に対応
させて、予め設定した燃焼用ファン12への印加電圧を示
す複数のデータ群が備えられている。これら複数のデー
タ群は、排気筒が変更された場合等に変化する負荷に応
じて、適切な量の燃焼用空気が供給されるように設定さ
れた印加電圧値であり、例えば第３図に示すとおり必要
燃焼量Q1〜Q2に対応して、それぞれ実線Ａ、Ｂ、Ｃに示
す特性を有するものである。ここで、実線Ａ、Ｂ、Ｃは
それぞれ壁掛け型設置、扉内設置、排気筒使用設置の場
合を示し、それぞれ回転数N1〜N4、回転数N2〜N5、回転
数N3〜N6が得られる電圧値となっている。

そして、マイクロコンピュータ42によって必要燃焼量が
与えられると、それに応じて、各データ群においてその
必要燃焼量に相当する電圧値が読み出され、それに基づ
いて燃焼用ファン12が制御される。

これらのデータ群の読み出しの選択は、後述するモード
設定回路47によって行われる。

さらに、本実施例では、比例弁23への電流値は、燃焼用
ファン12の回転数に基づいて決定されているため、必要
燃焼量が同じ場合であっても設定状態により異なった回
転数で燃焼用ファン12が制御されるため、検出された回
転数に基づいてそのまま比例弁23への電流値を決定する
と、異なる量の燃料が供給されてしまう。そこで、マイ
クロコンピュータ42は、本発明の補正手段として、選択
された必要燃焼量−回転数特性に対応して、検出される
燃焼用ファン12の回転数を補正するための一定の演算処
理を行い、その補正された回転数に基づいて比例弁23を
通電を行うようにしている。そしてこの演算処理では、
モード設定回路47によって選択される燃焼用ファン12の
データ群に応じて、所定の演算式が選択され、その演算
式に基づいて行われる。

なおこのROM42aからのデータの読み出しの選択、設定
は、後述するモード設定回路47によって必要とされるガ
ス種や給湯能力に応じて行われ、その設定は工場出荷
時、あるいはガス給湯器の設置業者による設置時に行わ
れ、通常は一旦設定されれば設置後に変更の必要はな
い。

電磁弁通電リレー回路44は、元電磁弁21、主電磁弁22お
よひ切替弁24をマイクロコンピュータ42からの制御信号
によってそれぞれ通電するためのリレーからなる回路で
ある。

電源部45は、図示しないプラグをコンセントに差込むと
制御装置40の上記各回路を作動させるための電力を、そ
れぞれの回路に必要な電圧に変換して常時供給するもの
で、特に本実施例では、マイクロコンピュータ42へ電力
を供給するマイコン用電源45aと、電磁弁通電リレー回
路44へ電力を供給するリレー回路用電源45bには、安全
回路43からの通電停止信号によって電力供給を停止する
スイッチング機能があり、マイクロコンピュータ42の作
動を停止させるとともに各電磁弁への通電を停止して、
燃料の供給を停止する。

また、電磁弁通電リレー回路44へ電力を供給するリレー
回路用電源45bでは、水流回路59からのスイッチング信
号が伝送される場合にのみ各電磁弁の通電が可能になっ
ていて、水流が検知されない場合にはバーナ群11へ燃料
ガスが供給されないため、空焚きの心配がない。

なお、電源部45は商用電源と接続する電路中に、図示し
ない温度ヒューズ、オーバーヒートスイッチを備えてい
て、さらに安全を確保している。

コントローラ46は、ガス給湯器の作動状態を設定操作す
るためのものであるとともに、本発明の温度設定手段で
あり、マイクロコンピュータ42と信号交換をするため、
通信回路57からの電力によって作動する小容量のマイク
ロコンピュータと通信回路とを備え、設定信号を変調し
てマイクロコンピュータ42へ送出する。またコントロー
ラ46には表示機能があり、設定された本発明の目標温度
としての出湯温度を液晶等のディジタル数字によって表
示するとともに、燃焼器10での燃焼中をランプによって
表示する。

モード設定回路47は、マイクロコンピュータ42の作動モ
ードを、使用されるガス種、リモコンの有無、給湯能
力、排気設備等に応じて、工場からの出荷時やガス給湯
器の設置時に、予め設定しておくための回路であり、マ
イクロコンピュータ42をなすカスタムLSIの各端子に接
続されたディップスイッチによって設定される。

以上の構成からなる本実施例のガス給湯器は、設置業者
によってガス給湯器が設置されるとき、排気筒接続筒2a
には設置場所に応じた排気筒が接続される。このとき、
設置業者によってモード設定回路47の設定が行われる。
その後ガス給湯器は次のとおり作動する。

使用者がコントローラ46の図示しない運転スイッチを入
れ、出湯温度を設定すると燃焼用ファン12が回転を開始
する。また、図示しない水栓を操作すると、水管30内に
は水が流入し、供給管31によって供給される水は、水量
制御弁34、水流センサ35を通過して、熱交換器32および
バイパス管32aへ流入し、バイパス弁33でそれぞれの流
出量が調節されて、給湯管31aを介して図示しない給湯
口から流出する。

水流センサ35からのパルス信号が所定数以上検知される
と、マイクロコンピュータ42は燃焼器10の点火作動とし
て、スパーカ回路51の高電圧発生部を通電してスパーカ
14に火花放電を行い、それが検知されると、元電磁弁21
と主電電磁22は、電磁弁通電リレー回路44によって通電
され、燃料ガスはノズル13から噴出して燃焼用空気と混
合されてバーナ群11へ供給され、すでに作動しているス
パーカ14によって点火される。

着火がフレームロッド15によって検知されると、入水温
サーミスタ36、熱交換サーミスタ37、出湯温サーミスタ
38の各サーミスタおよび水流センサ35からの検知信号お
よびコントローラ46からの設定信号に基づいて必要な燃
焼量が計算され、その計算結果に基づいて燃焼用ファン
12が制御される。このとき、燃焼用ファン12は、データ
群の中からモード設定回路47によって選択された必要燃
焼量−回転数特性からなるデータ群に基づいて制御され
る。さらに、比例弁23は、検出される燃焼用ファン12の
回転数を所定の演算処理によって補正した補正回転数に
基づいた電流値で制御され、切替弁24、バイパス弁33お
よび水量制御弁34も必要燃焼量に基づいて制御される。
また、着火後には、サーモカップル16からの信号に基づ
いて空燃比の補正制御も行われるが、この制御はサーモ
カップル16の温度が安定するまでの一定時間には行われ
ない。

その後、出湯量や設定温度の変更があると、その変更に
応じて水量制御や燃焼量制御が行われる。水量制御で
は、バイパス弁33により熱交換器32とバイパス管32aと
の通電流量の割合が変更される。また燃焼量の変更で
は、計算された燃焼量に応じて燃焼用ファン12が制御さ
れる。

以上のとおり、本発明の強制送風式燃焼装置によれば、
燃焼用ファンは排気負荷に応じて制御されるため、ガス
給湯器の設置場所が限定されることがなく、さまざまな
場所に設置することができる。

本実施例では、ガス給湯器を示したが、燃焼室で燃焼を
行うFF式暖房機であってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のガス給湯器の制御装置を示すブロッ
ク図、第２図は本発明の実施例を示すガス給湯器の概略
構成図、第３図はマイクロコンピュータにより決定され
た必要燃焼量に対する燃焼用ファンの回転数特性の一例
を示す特性図である。 図中、12……燃焼用ファン（送風機）、23……比例弁、
42……マイクロコンピュータ（燃焼量決定手段、送風機
制御手段、補正手段、比例弁制御手段）42a……ROM（記
憶手段）、46……コントローラ（温度設定手段）、47…
…モード設定回路（選択手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転数に応じた燃焼用空気をバーナへ供給
   する送風機と、 通電電流に応じて前記バーナへの燃料供給量を調節する
   比例弁と、 前記バーナに加熱される負荷の目標温度を設定するため
   の温度設定手段と、 少なくとも前記温度設定手段に設定される前記目標温度
   に基づいて前記バーナの必要燃焼量を決定する燃焼量決
   定手段と、 前記必要燃焼量に対応して前記送風機を制御するための
   必要燃焼量−回転数特性を燃焼用空気の吸入路負荷や燃
   焼ガスの排気路負荷の違いに対応して複数種記憶した記
   憶手段と、 該記憶手段に記憶された前記必要燃焼量−回転数特性を
   燃焼用空気の吸入路負荷や燃焼ガスの排気路負荷の違い
   に対応して選択する選択手段と、 前記送風機の回転数を前記選択手段に選択された前記必
   要燃焼量−回転数特性に基づいて前記必要燃焼量に対応
   して制御する送風機制御手段と、 前記比例弁の電流値を制御するために検出される前記送
   風機の回転数を前記選択手段に選択された前記必要燃焼
   量−回転数特性に対応して補正する補正手段と、 該補正手段により補正された補正回転数に基づいて前記
   比例弁の電流値を制御する比例弁制御手段と を具備することを特徴とする強制送風式燃焼装置。