JP2009030907A - 燃焼装置、湯水暖房熱源機 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃焼装置の炎の状態を検知するフレームロッドが故障し、誤検知することにより、燃焼していないときに燃料を供給することを防止する。
【解決手段】 本発明の燃焼装置には、燃焼部の炎を検出する炎検出手段と、燃焼部で発生した燃焼ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段とを有している。そして、燃焼動作中に（ステップ１）、フレームロッドにより炎を検知している時に（ステップ２）、燃焼ガスの排気温度が温度低下条件を満たすと（ステップ３）、判定動作を行う。判定動作は、燃焼動作を強制停止して（ステップ４）、フレームロッドによって炎を検知しているかを確認する（ステップ５）。そして、炎を検知した場合には、安全動作を行う（ステップ７）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃焼手段の炎を検出する炎検出手段を備えて、炎の状態を監視することができる燃焼装置に関するものである。

従来より、使用中に火炎が消えたり、異常な燃焼が発生した場合に、燃料の供給を停止するなどして燃焼を止める燃焼装置がある。
そして、特許文献１には、フレームロッドを用い、燃焼炎中に配置されたフレームロッドに電圧を印加し、燃焼炎の異常などを検知することのできる燃焼装置が開示されている。

このような、フレームロッドでは、すすなどによってバーナとショートし、エラーを起こすことがある。このようなエラーが発生すると、火炎がない場合でも火炎があるかのごとく検知してしまうという問題があった。
そのため、特許文献１の燃焼装置では、すすなどによるフレームロッドのショートエラーを低減させるため、フレームロッドの通電を最小限に抑えて、すすが付着しにくくするようにしてショートエラーの頻度を低減させている。
特開２００２−２５７３３８号公報

しかしながら、このように通電を最小限に抑えても、使用を継続するとすすなどが発生して、フレームロッドがすすなどでショートするおそれがあった。そして、このような状態で使用すると、燃焼されていなくても火炎があると判断し、燃焼していなくても燃料を供給し続けてしまう問題があった。

そこで、本発明は、フレームロッドなどの炎を検知する手段が、ショートするなどによって誤検知する状態となった場合でも、上記のような問題が発生しない燃焼装置を提供することを課題とするものである。

そして、上記した目的を達成するための請求項１に記載の発明は、燃焼部と、燃焼部の炎を検出する炎検出手段と、燃焼部の制御を行う燃焼制御部とを有し、燃焼部により燃焼動作を行って炎を検知しているにもかかわらず、所定の温度低下条件を満たす場合には、燃焼動作を停止させて炎検出手段による炎の検出を行う判定動作を行うものであり、判定動作で炎検出手段による炎の検出が行われた場合には、所定の安全動作を行うことを特徴とする燃焼装置である。

請求項１に記載の発明によれば、燃焼部により燃焼動作を行って炎を検知しているにもかかわらず、所定の温度低下条件を満たす場合には、燃焼動作を停止させて炎検出手段による炎の検出を行う判定動作を行うものであり、判定動作で炎検出手段による炎の検出が行われた場合には、所定の安全動作を行うものであるので、炎検出手段の故障を確実に検知することができ、燃焼していなくても燃料を供給し続けてしまうことを防止することができる。

請求項２に記載の発明は、判定動作において、炎検出手段による炎の検出が行われない場合には燃焼動作を再開するものであることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置である。

請求項２に記載の発明によれば、判定動作において、炎検出手段による炎の検出が行われない場合には燃焼動作を再開するものであるので、炎検出手段が正常な場合には、燃焼を再開させて燃焼装置を継続して使用することができる。

請求項３に記載の発明は、燃焼部による燃焼を開始してから、所定の燃焼量で所定の燃焼時間が経過した後にのみ、判定動作を行うものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置である。

請求項３に記載の発明によれば、燃焼部による燃焼を開始してから、所定の燃焼量で所定の燃焼時間が経過した後にのみ、判定動作を行うものであるので、燃焼初期の温度が上昇しにくい状態を、温度低下条件を満たしたということと間違えることを防止することができる。

燃焼部で発生した燃焼ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段を有し、温度低下条件は燃焼ガスの排気温度により判断することができる（請求項４）。

また、判定動作を行う排気温度の所定の温度低下条件は、排気温度が一定の温度以下になること、排気温度の低下が一定の温度以上あること、排気温度の時間に対する低下温度の割合が一定の値以上となることの少なくともいずれか１つを用いることができる（請求項５）。

そして、排気温度検出手段に排気サーミスタを用い、排気サーミスタが断線したときに検出される値となった場合には、燃焼制御の停止、又は、燃焼動作を禁止状態とするものであってもよい（請求項６）。

さらに、戻り温度検出手段及び往き温度検出手段により検出される熱媒体の往き温度と戻り温度により、温度低下条件の判断を行うことができる（請求項７）。

所定の安全動作として、燃焼部の燃焼動作を禁止状態とすること、及び、異常の旨の報知を行うこと、の少なくともいずれか１つを用いることができる（請求項８）。

さらに、請求項１〜６のいずれかに記載の燃焼装置を備えた湯水暖房熱源機として使用することもできる（請求項９）。

本発明の燃焼装置によれば、炎を検知する手段がショートするなどによって誤検知する状態となった場合でも、誤動作などの問題を発生しないようにすることができる。

本発明の第１の実施形態における燃焼装置１は、図１に示されるように、燃焼部１０、熱交換部１１及び排気部１２を有している。そして、燃焼部１０で燃料を燃焼して燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスの熱によって、熱交換部１１で熱媒体を加熱し、熱交換部１１を通過した燃焼ガスは排気部１２から外部に排気される。

本実施形態の燃焼部１０は、気化器２０と炎孔部材２１とを有している。そして、オイル供給管２２から供給される燃料オイルを気化器２０で気化させ、炎孔部材２１の上部に設けられる炎孔（図示せず）で燃焼させる。

また、燃焼部１０の上部には、筒状体２３の周りに管２５を巻き付けた熱交換部１１が配置されている。そして、熱交換部１１の筒状体２３の内側に、燃料オイルを燃焼させることにより発生する燃焼ガスが通過し、また、管２５には、加熱を行う熱媒体が通過するものである。

熱交換部１１の管２５は、戻り配管３０及び往き配管３１に接続している。そして、熱媒体は、戻り配管３０から管２５を通過して往き配管３１から出るものであり、管２５を通過する際に、燃焼ガスの熱を奪って熱媒体の温度が上昇する。
また、管２５には、空だき検出手段２９が取り付けられており、管２５内の熱媒体が異常高温かを検出することができる。

戻り配管３０には、図示しない戻り温度検出手段が取り付けられており、戻り配管３０を通過する熱媒体の温度を検出することができる。
往き配管３１には、過熱防止装置３１ａや往き温度検出手段３１ｂが取り付けられており、往き配管３１を通過する熱媒体の温度を検出することができる。

また、戻り配管３０及び往き配管３１は、暖房装置などの熱を使用する装置（図示せず）に接続しており、加熱された熱媒体は、往き配管３１からこれらの装置へと移動して放熱し、再び戻り配管３０から管２５へと流れて循環している。

熱交換部１１の上側、すなわち、熱交換部１１の燃焼ガスの下流側には、排気部１２が設けられ、排気口２７から、燃焼ガスが排気される。そして、排気口２７よりも上流側に排気温度検出手段２８が設けられており、排気温度検出手段２８によって燃焼ガスの排気温度を検出することができる。
排気温度検出手段２８は、排気サーミスタが用いられており、温度変化による抵抗の変化により、燃焼ガスの排気温度を検出することができるものである。

また、燃焼装置１には、点火手段３３と、炎検出手段３５とが設けられている。
点火手段３３は、燃焼をはじめる際に、電気によって火花を飛ばして燃料オイルに引火させるものである。

炎検出手段３５は、具体的にはフレームロッドであり、フレームロッドの先端３５ａと炎孔部材２１との間の炎電流に基づく電圧信号（フレームロッド検出電圧）を確認することにより、燃焼時の炎の状態を確認するものである。
そして、炎が無い場合には、先端３５ａと炎孔部材２１との間の抵抗が大きくなって、フレームロッド検出電圧が低下し、炎が有る場合には抵抗が小さくなってフレームロッド検出電圧が上昇する。また、燃焼の状態によってもフレームロッド検出電圧が変化するものであり、着火時の炎やリフト時の炎に比べて、正常状態の炎のフレームロッド検出電圧は高くなる。
また、炎検出手段３５では、炎のある場合のフレームロッド検出電圧と、炎がない場合の間のフレームロッド検出電圧とで第１閾値Ｓ１が設定されている。

また、すすなどで先端３５ａと炎孔部材２１とがショートすると、炎の有無に関係なく、抵抗が非常に小さくなって、フレームロッド検出電圧が特に大きくなる。したがって、上記のショートが発生すると第１閾値Ｓ１より大きいフレームロッド検出電圧となり、炎検出手段３５による検知では、炎が有る場合と同じ検知を行うことになる。

なお、炎には整流効果があり、電流の方向によって通電の特性が異なる。そのため、炎による通電か、ショートによる通電かは、この特性を確認すれば分かる。しかし、本発明では、このような確認を行わなくても、ショートの発生を確認することができるので、炎検出手段３５として、より簡易なものを採用することができる。

上記した本実施形態の燃焼装置１は加熱された熱媒体を用いて、暖房をすることが可能な湯水暖房熱源機の一部として使用されるものであり、この湯水暖房熱源機は燃焼装置１を備えたものである。そして、燃焼装置１は他の用途に使用することもできる。
また、本実施形態の燃焼装置１では、燃料オイルを用いて気化器２０で気化させて燃焼させるものであったが、ガスを燃焼させるものであっても良い。

次に、燃焼装置１の燃焼制御について、図２を用いて説明する。なお、燃焼装置１の燃焼制御は、図示しない燃焼制御部によって行われる。
まず、ステップ１で燃焼部１０の燃焼動作の有無を判断する。具体的には、燃焼の要求があり、それに基づいて燃焼の指令が出されている場合などである。

そして、燃焼動作を行っている場合にはＹＥＳとなり、ステップ２に進む。また、燃焼部１０の燃焼動作を行っていない場合にはＮＯとなって再びステップ１に戻り、燃焼動作が開始されるまでステップ１で待っている状態となっている。

ステップ２では、炎検出手段３５により、フレームロッド検出電圧を確認する。そして、フレームロッド検出電圧が第１閾値Ｓ１を超えていない場合には、燃焼が行われていないので、ＮＯとなってステップ６に進み、再着火動作を行う。
一方、フレームロッド検出電圧が第１閾値Ｓ１を超えている場合には、ＹＥＳとなってステップ３に進む。このように、フレームロッド検出電圧が第１閾値Ｓ１を超えるということは、炎検出手段３５によって炎を検出している状態である。しかし、実際には、炎が発生している状態と、ショートしている状態とが考えられる。

ステップ３では、排気温度検出手段２８により、燃焼ガスの排気温度を確認する。そして、この燃焼ガスの排気温度が、「１５分間継続して１００℃以下」という温度低下条件を満たすかどうかを判断する。そして、「１５分間継続して１００℃以下」となった場合にはＹＥＳとなってステップ４に進み、１５分間継続して１００℃以下とならない場合には、ＮＯとなってステップ１に戻って、ステップ２、ステップ３の判断を繰り返す。

なお、この「１５分間継続して１００℃以下」という温度低下条件は、特に限定されるものではなく、使用条件などにより、継続時間や温度は他の条件を用いることができる。さらに、他の温度低下条件を用いることができる。
そして、この温度低下条件としては、燃焼が行われていないという疑いがある状態を確認する条件を用いることができる。例えば、温度低下条件として、排気温度が一定の温度以下になること、排気温度の低下の幅が一定の温度以上あること、排気温度の時間に対する低下温度の割合が一定の値以上となることを用いることができる。

また、ステップ３での判断を、燃焼部１０による燃焼を開始してから、所定の燃焼量で所定の燃焼時間が経過した後にのみ、判断を行うようにすることもできる。このようにすることにより、燃焼の初期の状態、特に外気温が低い場合に、温度低下条件を満たしたという誤った判断を防止することができる。

燃焼ガスの排気温度が「１５分間継続して１００℃以下」となった場合、ステップ４に進み、燃焼動作を強制的に停止し、さらに、ステップ５でフレームロッド検出電圧を確認するという判定動作が行われる。
ステップ５でフレームロッド検出電圧が第１閾値Ｓ１を超えている場合、ＮＯとなってステップ７に進み、安全動作が行われる。この安全動作は、燃焼部１０の燃焼動作を禁止状態とすることや、異常の旨の報知をランプやブザーなどで行うことができる。また、安全動作からは、再着火されないので燃焼は停止したままである。

また、ステップ５でフレームロッド検出電圧が第１閾値Ｓ１以下である場合、ＹＥＳとなってステップ６に進み、再度着火が行われる。この再着火動作は、燃焼要求がある場合に自動的に再度着火を行うようにすることができる。このように、ステップ６に進んで再度着火が行われるのは、ショート以外の原因で燃焼ガスの排気温度の低下が発生したことなどが考えられる。

このように、燃焼装置１では、ショートが発生している状態を、燃焼動作を行っていない状態でフレームロッド検出電圧が高いことにより確認するという判定動作を行うので、ショートが発生している場合に確実に安全動作を行うことができる。そのため、ショートが発生している状態で燃焼装置１を使用されることがなく、炎の状態を確実に検知することができ、失火などにより燃焼しなくなった場合に、燃料を供給し続けるということを防止することができる。

また、燃焼装置１の燃焼制御について、図３〜図５に示される他の制御を行うことができる。
図２に示される燃焼制御では、ショートが発生していない状態で温度低下条件が発生している場合には、ステップ５でＮＯとならずステップ７の安全動作に進まないので、ステップ１〜６を繰り返し、判定動作や再着火動作が無限に行われる可能性がある。また、排気温度検出手段２８の故障などにより、燃焼ガスの排気温度を誤検知している場合にも同様な現象が発生するおそれがある。

そこで、図３に示される燃焼制御では、ステップ５とステップ６との間に、ステップ１１を追加している。そして、ステップ５でフレームロッド検出電圧が第１閾値Ｓ１以下である場合、ＹＥＳとなってステップ１１に進み、燃焼動作の強制停止の回数をカウントし、３回を超えていれば、ステップ１１でＮＯとなってステップ１２に進み、ステップ７と同様な安全動作が行われる。
また、ステップ５でフレームロッド検出電圧が第１閾値Ｓ１を超えていれば、ステップ７に進む。

燃焼の状態が正常な状態ではないことにより燃焼ガスの排気温度が上昇しないことがある。このような場合、上記した温度低下条件を満たしてしまうと、判定動作を行うので、判定動作や再着火動作を繰り返してしまう。
図４に示される燃焼制御では、炎の状態を確認し、燃焼の状態が正常ではないが炎がある場合、判定動作を行わないようにしたものである。

図４に示される燃焼制御では、ステップ３とステップ４との間に、ステップ２０を追加している。そして、ステップ３で温度低下条件を満たす場合、ステップ２０に進み、炎の状態を確認する。
具体的には、ステップ２０では、フレームロッド検出電圧が第２閾値Ｓ２より大きいかどうかを確認する。この第２閾値Ｓ２は、正常状態の炎のときのフレームロッド検出電圧よりも小さい値であり、着火時の炎やリフト時の炎の時のフレームロッド検出電圧よりも大きい値としているものである。

そして、ステップ２０でフレームロッド検出電圧が第２閾値Ｓ２以下となっている場合、ＮＯとなってステップ１に戻って、ステップ２、ステップ３、ステップ４の判断を繰り返す。
このような判断をされるということは、燃焼していないか、燃焼していても正常状態の炎ではない状態である。また、ステップ２では、フレームロッド検出電圧が第１閾値Ｓ１以上である判定がされているので、温度低下条件を判断する間に燃焼が停止した場合を除いて、正常状態の炎ではない状態で燃焼が継続している状態である。
また、ショートが発生していると、炎の有無に関係なく、フレームロッド検出電圧が大きくなるので、ショートが発生していない状態であり、判定動作を行う必要が無く、不必要な判定動作や再着火動作の繰り返しを防止することができる。

別の温度低下条件を用いた例として、図５に示される燃焼制御を採用することができる。
図５に示される燃焼制御は、ステップ２とステップ４との間に、ステップ３０、ステップ３１を追加し、ステップ３の判断を無くしたものである。そして、ステップ３０、ステップ３１の両方の条件を満たした場合を、温度低下と判断するものである。

具体的には、ステップ３０では、排気温度検出手段２８により、燃焼ガスの排気温度を確認し、この燃焼ガスの排気温度が「１５０℃以上」かどうかを判断する。そして、排気温度が「１５０℃以上」の場合には、ＹＥＳとなってステップ３１に進む。

ステップ３１では、排気温度検出手段２８で検知された燃焼ガスの排気温度の低下速度を確認する。具体的には、排気温度が「５秒間の間に３０℃以上の低下がある」かどうかで判断する。燃焼ガスの排気温度が「５秒間の間に３０℃以上の低下がある」と、ＹＥＳとなってステップ４に進み、判定動作を行う。
ステップ３０、ステップ３１のいずれかで、ＮＯとなった場合には、ステップ１に戻る。

図５に示される燃焼制御のように、排気温度が一定温度以上の検知をした後に、排気温度の低下速度が一定以上となるという条件を温度低下条件にしているので、安定した燃焼状態とならなくても、判定動作を行うことができる。

なお、同じステップ番号の内容は、同じ内容であり、説明を省略している。また、図３〜図５の燃焼制御を組み合わせて、燃焼の制御を行うこともできる。

上記した燃焼制御は、排気温度検出手段２８が正常であることを前提にして行われるものである。そのため、排気温度検出手段２８に用いられている排気サーミスタが断線して故障すると、抵抗が非常に大きくなって正常な検出を行うことができない。
そこで、排気サーミスタが断線したときに検出される値となった場合、上記燃焼制御を停止したり、燃焼動作を禁止状態とすることができる。

また、上記の燃焼制御では、燃焼部１０で発生した燃焼ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段２８を有して、温度低下条件は燃焼ガスの排気温度により判断するものであったが、温度低下条件を熱媒体の温度により判断しても良い。
例えば、図示しない戻り温度検出手段や往き温度検出手段３１ｂによって、熱媒体の往き温度と戻り温度を検出し、これらの温度差や温度低下が一定の条件を満たすかどうかを温度低下条件とすることができる。

本発明の第１の実施形態の燃焼装置の作動原理図である。 本発明の燃焼装置の燃焼制御を示したフローチャートである。 本発明の燃焼装置の他の例の燃焼制御を示したフローチャートである。 本発明の燃焼装置の他の例の燃焼制御を示したフローチャートである。 本発明の燃焼装置の他の例の燃焼制御を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 燃焼装置
１０ 燃焼部
１２ 排気部
２８ 排気温度検出手段
３１ｂ 往き温度検出手段
３５ 炎検出手段
Ｓ１ 第１閾値
Ｓ２ 第２閾値

Claims (9)

1. 燃焼部と、燃焼部の炎を検出する炎検出手段と、燃焼部の制御を行う燃焼制御部とを有し、
   燃焼部により燃焼動作を行って炎を検知しているにもかかわらず、所定の温度低下条件を満たす場合には、燃焼動作を停止させて炎検出手段による炎の検出を行う判定動作を行うものであり、判定動作で炎検出手段による炎の検出が行われた場合には、所定の安全動作を行うことを特徴とする燃焼装置。
2. 判定動作において、炎検出手段による炎の検出が行われない場合には燃焼動作を再開するものであることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 燃焼部による燃焼を開始してから、所定の燃焼量で所定の燃焼時間が経過した後にのみ、判定動作を行うものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置。
4. 燃焼部で発生した燃焼ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段を有し、温度低下条件は燃焼ガスの排気温度により判断するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼装置。
5. 判定動作を行う排気温度の所定の温度低下条件は、排気温度が一定の温度以下になること、排気温度の低下が一定の温度以上あること、排気温度の時間に対する低下温度の割合が一定の値以上となることの少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項４に記載の燃焼装置。
6. 排気温度検出手段には、排気サーミスタが用いられており、排気サーミスタが断線したときに検出される値となった場合には、燃焼制御の停止、又は、燃焼動作を禁止状態とするものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の燃焼装置。
7. 熱交換部の熱によって加熱される熱媒体の往き温度と戻り温度をそれぞれ検出する戻り温度検出手段及び往き温度検出手段を有し、温度低下条件は、熱媒体の往き温度及び戻り温度により判断するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼装置。
8. 所定の安全動作は、燃焼部の燃焼動作を禁止状態とすること、及び、異常の旨の報知を行うこと、の少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃焼装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の燃焼装置を備えた湯水暖房熱源機。

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