JPS6131787B2

JPS6131787B2 -

Info

Publication number: JPS6131787B2
Application number: JP17118380A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Hirayama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-12-03
Filing date: 1980-12-03
Publication date: 1986-07-22
Also published as: JPS5795543A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、液体燃料を電気ヒータで加熱され
た気化壁に噴霧し、液体燃料を気化させて燃焼さ
せるバーナを使用した温水ボイラに関する。

従来のこの種のバーナは第１図に示すように構
成されている。この第１図において、１はアルミ
合金材で形成されたバーナ本体で、この内部には
気化室２を形成する気化壁２ａと、この気化壁２
ａより径大の燃焼室３を形成する燃焼室壁３ａを
有している。

バーナ本体１にはヒータ４が埋設されている。
ヒータ４は気化室２側に位置している。また、燃
焼室３に通路５が連通している。通路５は燃焼室
３に１次燃焼用の空気を送るためのものである。
この通路５内において、燃焼室３に燃料通路６が
臨まされている。燃料通路６は液体燃料供給用の
ものである。なお、６ａは燃料通路６ａの気化室
２への開口面である。

また、バーナ本体１と一体的に通路７が形成さ
れている。この通路７は気化室２と燃料室３の中
央部を貫通して立ち上がらせた２次燃焼空気用の
通路である。この通路７の下端近傍の外周面には
絞り板９が設けられている。絞り板９の中心部分
には透孔９ａを有している。

通路７の下端の外周面には押え板１０が取り付
けられている。押え板１０と絞り板９の間には燃
焼板８が挾持されている。燃焼板８は互いに所定
の間隔をもつて、多数の円板状の薄板を積層し
て、中央部には透孔８ａが形成されている。透孔
８ａは上記透孔９ａよりも径大に形成されてい
る。また、燃焼板８には、多数の炎口８ｂが形成
されている。これらの燃焼板８、絞り板９、押え
板１０とともに、燃焼板組立１１を構成してい
る。

燃焼板組立１１は、絞り板９がバーナ本体１の
段部に設置されるように、透孔８ａ，９ａ，１０
ａ（押え板１０の透孔）を介して、通路７の壁に
装着される。したがつて、絞り板９によつて、バ
ーナ本体１の内部に気化室を燃焼室３とに区画す
るとともに、炎口８ｂが燃焼室壁３ａと対向して
設置されることになる。

また、１２は通路７から２次燃焼用空気を炎口
８ｂの近傍へ導く椀状のエアーガイドであり、１
３は炎口８ｂから流出する混合空気に着火させる
点火プラグである。さらに、バーナ本体１の温度
はサーモスタツト１４で検出され、それによつ
て、ヒータ４の開閉を行うようになつている。な
お、１５は１次火炎、１６は２次火炎である。

このように構成されたバーナにおいて、始動時
には、まず、サーモスタツト１４を通じてヒータ
４に通電し、バーナ本体１を加熱し、バーナ本体
１の温度が燃料を気化させる所定の温度に達する
と、サーモスタツト１４により、ヒータ４の通電
を止め、通路５を通して、１次燃焼用空気を気化
室２内に高速で吹き込むと、燃料通路６の開口部
６ａに作用する吸引力により液体燃料が吸引霧化
される。

霧化した液体燃料は気化壁２ａによつて加熱さ
れ、気化室２内を旋回する過程で気化して、１次
燃焼用空気と混合し、透孔９ａ，８ａを経て、炎
口８ｂにいたり、点火プラグ１３によつて点火さ
れ、炎口８ｂ近辺に１次火炎１５を形成する。

一方、通路７を通して供給された２次燃焼用空
気はエアーガイド１２によつて、炎口８ｂ近辺に
分配され、その近辺に完全燃焼の２次火炎１６を
形成する。また、燃焼熱の一部は燃焼室壁３ａを
介してバーナ本体１に伝わり、バーナ本体１の温
度は高温になるため、気化室２ａの温度は充分高
温になり、ヒータ４を通電させる必要のないもの
である。

この種のバーナを使用した温水ボイラは第２図
に示すような構成で示されている。この第２図に
おいて、１７はボイラ本体であり、その内部に
は、水１８を貯水する構造となつている。ボイラ
本体１７の上部に出湯口１７ａが設けられてい
る。出湯口１７ａはボイラ本体１７内で加温され
た温水を取り出すためのものである。

ボイラ本体１７の下部に給水口１７ｂが設けら
れている。そして、ボイラ本体１７とバーナ本体
１はバーナフランジ１７ｃで接続されている。

１７ｄはバーナ本体１で発生する熱とボイラ本
体１７内の水１８と熱交換する熱交換器であり、
１７ｅは熱交換した燃焼ガスを外部に放出する排
気口である。

さらに、ボイラ本体１７の側壁に湯温サーモス
タツト１９が取り付けられている。湯温サーモス
タツト１９は水１８の温度を検知し、バーナ本体
１の運転停止を行うためのものである。

２１はボイラ本体１７内の水１８を循環させる
ためのポンプであり、２２は温水を利用して室内
を暖房する放熱器であり、出湯口１７ａとポンプ
２１間を配管２０ａでポンプ２１と放熱器２２間
を配管２０ｂで、また、放熱器２２とボイラ本体
１７の給水口１７ｂ間を配管２０ｃで接続されて
いる。

このような構成において、ボイラ本体１７内の
加温された水１８はポンプ２１により放熱器２２
に送り、室内を暖房するものであり、ボイラ本体
１７内の水１８の温度が低下した場合、湯温サー
モスタツト１９でバーナ本体１を運転し、水１８
の温度が上昇した場合、湯温サーモスタツト１９
でバーナ本体１の運転を停止するものである。

第１図に示すようなバーナを利用した温水ボイ
ラは第２図に示すような構成で使用されるが、こ
れらの構成の制御方法は第３図に示すような方法
で制御されていた。

この第３図において、２３はボイラの運転スイ
ツチ、１４はバーナ本体１の温度を検知するサー
モスタツトであり、バーナ温度が低いときは、接
点１４ｂ側に閉路し、バーナ温度が所定値に達し
たとき、接点１４ａ側に閉路している。１９は湯
温サーモスタツトであり、湯温が低い場合に閉路
している。

この第３図に示す制御方法を第２図に示すシス
テムに使用した場合、動作パターンは第４図のよ
うになる。第４図ａは放熱器２２の放熱量が少な
い場合であり、第４図ｂは放熱量が多い場合を示
している。この第４図ａ、第４図ｂにおいて、Ｈ
_Tはヒータ通電タイミング、Ｔ_Bはバーナ温度、Ｔ
_Wは水温をそれぞれ示す。

つまり、第４図ａにおいて、運転スイツチ２３
をＡ時でオンすると、サーモスタツト１４の接点
１４ｂを通じてヒータ４が通電され、バーナ温度
Ｔ_Bが上昇し、バーナ温度が所定の温度Ｔ_B1に達
するＢ点でサーモスタツト１４の接点１４ｂが開
路し、接点１４ａが閉路するため、ヒータ４の通
電が停止され、湯温サーモスタツト１９を通じて
バーナ本体１が運転する。

バーナ本体１の運転により、ボイラ本体１７内
の水１８の温度Ｔ_Wが湯温サーモスタツト１９で
決まる所定の温度Ｔ_Wに達するＣ点で湯温サーモ
スタツト１９が開路し、バーナ本体１の運転を停
止する。

なお、バーナ本体１が燃焼中は図示のように、
バーナ温度Ｔ_Bはサーモスタツト１４の接点１４
ａが閉路する温度Ｔ_B1より高い温度のＴ_B3に達
し、燃焼が停止すると同時にバーナ温度Ｔ_Bが低
下し、バーナ温度がＴ_B2まで低下すると、サーモ
スタツト１４ｂが閉路して、ヒータ４に通電し、
バーナ温度Ｔ_Bを上昇させ、バーナ温度Ｔ_BがＴ_B1
に達すると、ヒータの通電を停止する。

このように、バーナ温度Ｔ_Bは常に液体燃料を
気化させるに必要な温度に保つている。

一方、放熱器２２により、ボイラ本体１７内の
水温が低下し、サーモスタツト１９が閉路する温
度Ｔ_W2に達すると、Ｄ点でバーナ本体１が再度運
転し、ボイラ本体１７内の水１８を加熱し、水温
がＴ_W1に達するＥ点で燃焼が停止する。

第４図ａに示すように、放熱器２２の放熱量が
少ない場合には、バーナ本体１の燃焼停止期間、
つまりＣ点とＤ点の間の時間ｔ_bが長く、燃焼時
間Ｄ点とＥ点間の時間が短くなり、燃焼停止時間
ｔ_b中にバーナ本体１の温度をＴ_B2以上の温度に
保つため、ヒータ４が頻繁に通電し、非常に無駄
な電力を消費する欠点がある。

しかしながら、第３図に示す制御方法は放熱器
２２の放熱量が大きいときは第４図ｂの動作パタ
ーンになる。つまり、Ａ点で運転スイツチ２３を
オンすると、サーモスタツト１４の接点１４ｂを
通じてヒータ４が通電され、バーナ温度Ｔ_Bが上
昇し、バーナ温度Ｔ_BがＴ_B1に達するＢ点でサー
モスタツト１４の接点１４ｂが開路し、接点１４
ａが閉路するため、ヒータ４の通電が停止され、
湯温サーモスタツト１９を通じてバーナ本体１を
運転する。

バーナ本体１の運転により、ボイラ本体１７内
の水１８の水温Ｔ_Wが湯温サーモスタツト１９で
決まる所定の温度Ｔ_W1に達するＣ点で湯温サーモ
スタツト１９が開路し、バーナ本体１の運転を停
止する。

なお、バーナ本体１が燃焼中に図示のように、
バーナ温度Ｔ_BはＴ_B1より高い温度Ｔ_B3に達し、
燃焼を停止するＣ点から低下し、バーナ温度Ｔ_B
がＴ_B2に達すると、サーモスタツト１４の接点１
４ｂが閉路し、常にバーナ温度Ｔ_BをＴ_B2以上の
温度に確保している。

また、放熱器２２により、ボイラ本体１内の水
温が低下し、湯温サーモスタツト１９が閉路する
Ｄ点でバーナ本体１は再度運転を開始し、Ｅ点で
運転を停止する。以上の動作パターンは第４図ａ
に示す放熱量の少ない場合の動作パターンと同一
であるが、第４図ａの動作パターンに対し、第４
図ｂの動作パターンは、バーナ本体１の非燃焼時
間がｔ_bよりｔ_b′に少なくなる。バーナ本体１の
燃焼時間がｔ_aよりｔ_a′に長くなる。また、ヒー
タ４の通電時間が短くなる点である。

つまり、第３図に示す制御方法は放熱量の少な
い動作パターン、すなわち、バーナ本体１の非燃
焼時間と燃焼時間の比ｔ_b／ｔ_aが大きい場合はヒ
ータ４の通電時間が長くなり、損失が大きくなる
欠点があつた。

このように、ｔ_b／ｔ_aが大きい場合、第５図に
示すような制御方法が適している。この第５図に
示す制御方法の動作パターンを第６図に示す。第
５図、第６図によつて作用を述べると、Ａ点で運
転スイツチ２３をオンし、サーモスタツト１４の
接点１４ｂを通してヒータ４に通電し、バーナ温
度Ｔ_BがＴ_B1に達するＢ点で、接点１４ｂが開路
し、接点１４ａが閉路し、ヒータ４の通電を止め
るとともに、バーナ本体１を運転する。

水温Ｔ_Wが湯温サーモスタツト１９の開路する
温度Ｔ_W1に達するＣ点で湯温サーモスタツト１９
が開路する。Ｃ点より水温Ｔ_Wは徐々に低下する
とともに、バーナ温度Ｔ_Bも低下し、バーナ温度
Ｔ_Bがサーモスタツト１４の接点１４ｂが閉路す
るＴ_B2に下降しても、湯温サーモスタツト１９が
開路しているため、ヒータ４には通電されること
がなく、バーナ温度はさらに低下して行く。

水温Ｔ_WがＴ_W2まで下がると、湯温サーモスタ
ツト１９が閉路するが、サーモスタツト１４の接
点１４ｂが閉路しているため、バーナ本体１が運
転せず、ヒータ４に通電され、バーナ温度Ｔ_Bが
Ｔ_B1に達し、Ｆ点で燃焼を開始することになる。

つまり、湯温サーモスタツト１９が閉路して
も、直ぐ燃焼せず、バーナ温度Ｔ_BをＴ_B1に上昇
させてから燃焼させる方法であり、このため、水
温Ｔ_Wが湯温サーモスタツトが閉路する水温Ｔ_W2
よりΔＴ_Wだけさらに低下することになる。

このような制御方法は、ヒータ４の通電時間が
短く、損失が少ないが、水温Ｔ_WがＴ_W1よりさら
にΔＴ_Wだけ低くなるが、放熱器２２の放熱量が
少ない場合、ΔＴ_Wは小さな値となるため、放熱
器２２の放熱特性には、ほとんど影響ないが、放
熱器２２の放熱量が多い場合、ΔＴ_Wが大きいた
め、放熱器２２の放熱特性を大きく損う欠点があ
つた。

換言すれば、第３図に示す制御方法は放熱器２
２の放熱量が少ない場合、ヒータ４の消費電力が
多くなる。また、第５図に示す制御方法は放熱器
２２の放熱量が多い場合、ヒータ４の消費電力は
少ないが、水温が大幅に変化するため、放熱器２
２の放熱特性を大きく損う欠点があつた。

この発明は、上記従来の欠点を除去するために
なされたもので、放熱器の放熱量に応じて第３図
と第５図に示す制御方法を自動的に切り換えて、
ヒータの消費電力を少なくし、かつ良好な放熱特
性を得ることのできる温水ボイラを提供すること
を目的とする。

以下、この発明の温水ボイラの実施例について
図面に基づき説明する。第７図はこの発明の温水
ボイラの制御方法を説明するための図であり、こ
の第７図において、第１図ないし第５図と同一部
分には同一符号を付して述べる。第７図におい
て、２４はリレー接点であり、常閉接点２４ｂと
常開接点２４ａを有しており、これらの切換えに
より、第３図の制御方法と第５図の制御方法の切
換えが可能となつている。

常閉接点２４ｂは運転スイツチ２３を介して電
源に接続されており、また、常開接点２４ａは湯
温センサ１９と運転スイツチ２３を介して電源に
接続されている。この常開接点２４ａと湯温セン
サ１９との接続点はバーナ本体１とリレー２５と
の並列回路を介してサーモスタツト１４の接点１
４ａに接続されている。このサーモスタツト１４
の接点１４ｂはヒータ４を介して上記リレー接点
２４に接続されている。サーモスタツト１４は電
源に接続されている。上記リレー２５はバーナ運
転中に励磁されるものである。

一方、第８図はこの発明の温水ボイラにおける
直流電源回路を示すものであり、電源端子T₁と
T₂間には直流電源E₁の正極と負極がそれぞれ接
続されている。電源端子T₁とT₂間には、リレー
接点２７、抵抗３５、コンデンサ３２の直列回路
が接続されている。リレー接点２７は第７図のリ
レー２５により作動するものである。

このリレー接点２７と抵抗３５との接続点は抵
抗４０を介して電源端子T₂に接続されている。
この抵抗４０と並列にコンデンサ３４と抵抗３９
の直列回路が接続されている。コンデンサ３４と
抵抗３９との接続点は抵抗３７を介してトランジ
スタ３１のベースに接続されているとともに、抵
抗３８を介してトランジスタ３０のベースに接続
されている。

トランジスタ３１のコレクタはICによるコン
パレータ２８の非反転入力端に接続されている。
また、トランジスタ３０のコレクタはコンパレー
タ２８の反転入力端に接続されている。この反転
入力端は上記抵抗３５とコンデンサ３２との接続
点に接続されている。そして、両トランジスタ３
１，３０のエミツタは電源端子T₂に接続されて
いる。

また、電源端子T₁とT₂間には、接点１９ｂ、
抵抗３６、コンデンサ３３の直列回路が接続され
ている。接点１９ｂは湯温サーモスタツト１９の
逆接点、つまり、湯の温度が低下したとき開とな
り、上昇したときに閉となるものである。抵抗３
６とコンデンサ３３との接続点はコンパレータ２
８の非反転入力端に接続されている。

コンパレータ２８の出力端は抵抗４１を介して
トランジスタ２９のベースに接続されている。こ
のトランジスタ２９のエミツタは電源端子T₂に
接続され、コレクタはリレー２６を介して電源端
子T₁に接続されている。リレー２６は第７図に
おけるリレー接点２４を動作させるためのもので
ある。

次に、以上のように構成されたこの発明の温水
ボイラの動作について説明する。まず、第７図に
おける運転スイツチ２３をオンにする。それによ
り、運転スイツチ２３−リレー接点２４の常閉接
点２４ｂ−リレー接点２４−ヒータ４−サーモス
タツト１４の接点１４ｂの回路が電源間に形成さ
れる。これにともない、ヒータ４に通電され、バ
ーナ本体１を加熱する。

バーナ本体１の加熱により、バーナ温度Ｔ_Bが
Ｔ_B1に達すると、サーモスタツト１４は接点１４
ｂから接点１４ａに切り換わる。このため、温度
サーモスタツト１９を通じて、バーナ本体１が運
転を開始するとともに、リレー２５が励磁され
る。リレー２５の励磁により、第８図のリレー接
点２７が閉成し、コンデンサ３４、抵抗３９の回
路により、抵抗３７，３８を通じてトランジスタ
３０，３１が一瞬オンするため、コンデンサ３
２，３３の残留電荷をこのトランジスタ３０，３
１を通して放電する。

コンデンサ３２，３３の残留電圧の放電が終る
と、リレー接点２７、抵抗３５を通してコンデン
サ３２が充電される。これにより、コンデンサ３
２の充電々圧が徐徐に上昇する。

次いで、湯温が上昇すると、湯温サーモスタツ
ト１９が開となるため、バーナ本体１は運転停止
するとともに、リレー２５が消磁される。したが
つて、リレー接点２７が開放し、コンデンサ３２
への充電が停止する。このときのコンデンサ３２
の電圧はVaになつている。この電圧Vaはバーナ
本体１の運転時間で決まる値である。

一方、湯温サーモスタツト１９の開放により、
その接点１９ｂが閉成するため、電源端子T₁よ
り接点１９ｂ−抵抗３６−コンデンサ３３−電源
端子T₂の閉回路が形成され、この接点１９ｂと
抵抗３６を介して、コンデンサ３３が充電され
る。コンデンサ３３の電圧は徐々に上昇する。こ
の電圧は接点１９ｂの閉時間、つまり、湯温の低
下が遅いほど高くなる。

また、放熱器２２（第２図）の放熱量が多く、
湯温の低下が大きいときは、コンデンサ３３の電
圧Vbがコンデンサ３２の電圧より低いため、コ
ンパレータ２８は出力せず、トランジスタ２９は
オンとはならない。したがつて、リレー２６は励
磁されることなく、リレー接点２４も切り換わら
ず、第３図の制御方法となる。

しかし、放熱器２２の放熱量が少なく、つま
り、湯温の低下が少ないときは、接点１９ｂの閉
時間がリレー接点２７の閉時間、すなわち、バー
ナ本体１の運転時間より長くなると、コンデンサ
３２の電圧Vaよりコンデンサ３３の電圧Vbが高
くなるため、コンパレータ２８が出力し、それに
よつて、トランジスタ２９がオンとなる。

トランジスタ２９がオンとなることにより、リ
レー２６が励磁され、リレー接点２４は常閉接点
２４ｂから常開接点２４ａに切り換わり、第５図
の制御方法になる。

上述のように、第７図、第８図による場合は、
バーナ本体１の運転時間、すなわち、第４図、第
６図（第６図のＨ_Tはヒータ通電タイミング、Ｔ_B
はバーナ温度、Ｔ_Wは水温をそれぞれ示す）に示
す時間ｔ_aと水温Ｔ_WからＴ_W1からＴ_W2へ下がる時
間ｔ_bを相対的に比較し、第３図と第５図に示す
制御方法を放熱器２２の放電量に応じて自動的に
切り換えるものである。このため、放熱量の増減
があつても、ヒータ４の通電を最小限にするとと
もに、放熱器２２の放熱特性を損うことのないも
のである。

なお、第８図において、抵抗３５，３６、コン
デンサ３２，３３を選定することにより、切り換
える時間を自由に選定できるとともに、これらを
可変にし、用途に応じて調節できるようにするこ
とも容易である。

以上詳述したように、この発明の温水ボイラに
よれば、バーナ本体を電気ヒータで加熱し、加熱
されたバーナ本体に液体燃料を噴霧して気化させ
て燃焼させる液体燃料燃焼バーナを使用した温水
ボイラにおいて、バーナ本体を常に液体燃料を気
化させるに必要な温度に保つように制御する場合
と、バーナ本体と燃焼させる場合のみヒータを通
電しバーナ本体を加熱する場合とを、バーナ本体
の稼動率とで切り換えるようにしたので、ヒータ
の消費電力を少なくできるとともに、良好な放熱
特性が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の温水ボイラに使用されるバ
ーナの構成を示す断面図、第２図は温水ボイラの
配管システムの構成を示す図、第３図および第５
図はそれぞれ従来の温水ボイラの制御方法に適用
される制御回路図、第４図ａは第２図の温水ボイ
ラにおける放熱器の放熱量が少ない場合の動作パ
ターンを示す図、第４図ｂは第２図の温水ボイラ
における放熱器の放熱量が多い場合の動作パター
ンを示す図、第６図は第５図の制御方法の動作パ
ターンを示す図、第７図はこの発明の温水ボイラ
の一実施例における制御方法に適用される制御回
路図、第８図はこの発明の温水ボイラにおける直
流電源回路の回路図である。１……バーナ本体、２……気化室、３……燃焼
室、４……ヒータ、１４……サーモスタツト、１
７……ボイラ、１８……水、１９……湯温サー
モ、２２……放熱器、２３……運転スイツチ、２
４，２７……リレー接点、２５，２６……リレ
ー、２８……コンパレータ、２９〜３１……トラ
ンジスタ、３２〜３４……コンデンサ、３５〜４
１……抵抗。なお、図中同一符号は同一または相
当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１電気ヒータで加熱するとともに液体燃料を噴
霧して気化させ燃焼させるバーナ、内部に貯水し
た水を上記バーナで加熱して温水にして放熱器で
熱交換を行うボイラ本体、ボイラ本体の温度が第
１の所定値以上になると開となり第１の所定値よ
り低い第２の所定値以下になると閉となる第１の
サーモスタツト、バーナの温度が第１の所定値以
上になると第１の接点が閉となり第１の所定値よ
り低い第２の所定値以下になると第２の接点が閉
になる第２のサーモスタツト、バーナと電気的に
並列に接続された第１のリレー、第１のリレーの
励磁により一たん放電された後充電される第１の
コンデンサ、第１のリレーの励磁により放電され
るとともに第１のサーモスタツトの開の間充電さ
れる第２のコンデンサ、第２のコンデンサの充電
電圧が第１のコンデンサの充電電圧より高くなる
と励磁される第２のリレーを備え、かつ第２のリ
レーの常閉接点と電気ヒータと第２のサーモスタ
ツトの第２の接点を電源に対して直列に接続する
とともに、第１のサーモスタツトと第２のリレー
の常開接点と電気ヒータと第２のサーモスタツト
の第２の接点を電源に対して直列に接続し、さら
に第１のサーモスタツトとバーナと第２のサーモ
スタツトの第１の接点を電源に対して直列に接続
したことを特徴とする温水ボイラ。