JP2010185605A - 燃焼機器の燃焼制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼機器での不完全燃焼を長期に亘って防ぎ得る燃焼制御方法を提供する。
【解決手段】燃焼部の要求熱量を満たすに必要な送風空量を得るために、予め定められている関係式等に従い、ファンモータを所定の回転数となるように所定の印加電圧、所定の駆動電流で電力駆動したとき、実際にファンモータに印加されている実駆動電流を検出し、正常な燃焼が行われているときの予め定められている関係式等に基づき、検出された実駆動電流値の時に得られるべき風量相当熱量を求める。供給される燃料ガスの二次ガス圧と燃焼室圧との差圧を検出し、正常な燃焼が行われているときの予め定められている関係式等に基づき、差圧に相当する熱量を差圧相当熱量として求める。求めた差圧相当熱量と風量相当熱量との差を検出し、この差が所定の大きさ以上になった場合、流量制御弁への駆動電流を低下させて燃焼部への燃料ガス供給量を低減するか、燃料ガス供給を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼部に燃料と燃焼用空気を供給して燃焼させる燃焼機器の燃焼制御方法に関し、特に、不完全燃焼に伴う一酸化炭素の発生を確実に防げるようにするための改良に関する。

ガス瞬間湯沸かし器その他、各種の燃焼機器においては、その燃焼部における不完全燃焼の結果、排気口からの排ガスに一酸化炭素COが含まれるようになると、時として人の命にも関わるような極めて危険な状況を招くことは言うを俟たない。そのため、従来からも種々の安全対策，環境対策が図られては来た。

例えば、排ガス中の一酸化炭素濃度あるいは酸素濃度を測定し、排ガス悪化を防止する技術については、下記特許文献１に説明がある。

特開平9-287737号公報

確かにこの特許文献１には、排ガス中の一酸化炭素濃度や、これに代わり酸素濃度を直接に測定して制御する技術が開示されており、従ってそれら濃度検出センサ(排ガスセンサ)が正常に機能している限り、一酸化炭素排出量が異常な量となった場合には燃焼を停止させるような制御ができる。

しかし、この従来技術においては、排ガス中に多く含まれる水蒸気H₂Oによるセンサ自身の劣化には配慮がされておらず、これが問題となることが分った。すなわち、本発明者の知見によれば、水蒸気によるそうしたセンサの劣化が生じることは確かであり、それがために、このような従来技術だけでは、長期間に亘ってのセンサの信頼性、ひいては燃焼機器としての安全性を確保することは難しいとの結論を得た。

本発明はこの点に鑑みてなされたもので、排ガス中の水蒸気により信頼性が損なわれるような排ガスセンサ依存方式ではなくて、センサを用いるにしても汚染に強く、廉価なセンサを用いながら、さらに電気量次元での監視も含めて、排ガスの悪化低減を図り得る燃焼制御方法を提供せんとする。

本発明は上記目的を達成するため、
電動の流量制御弁であるガス比例弁からの燃料ガスと、電動のファンモータからの送風による空気とを燃焼部に供給し、当該燃焼部での燃焼にてその時々で必要とされる要求熱量を得る燃焼機器の燃焼制御方法であって；
当該要求熱量を満たすに必要な送風空気の風量を得るため、予め定められている関係式または関係表に従い、ファンモータを所定の回転数となるように所定の印加電圧、所定の駆動電流で電力駆動したとき、実際にファンモータに印加されている駆動電流の値である実駆動電流を検出し、燃焼部での正常な燃焼が行われているときの予め定められている関係式または関係表に基づき、その時に検出された実駆動電流の値の時に本来得られるべき風量相当熱量を求めると共に；
燃焼部に供給される燃料ガスの圧力である二次ガス圧と燃焼室内の圧力である燃焼室圧との差圧を検出し、燃焼部での正常な燃焼が行われているときの予め定められている関係式または関係表に基づき、その時の差圧に相当する熱量を差圧相当熱量として求め；
求めた差圧相当熱量と風量相当熱量との差を検出し、この差が所定の大きさ以上になった場合、流量制御弁への駆動電流を低下させて燃焼部への燃料ガス供給量を低減するか、燃料ガス供給を遮断すること；
を特徴とする燃焼制御方法を提案する。

本発明ではまた、この基本構成を満たした上で、燃料ガス供給の遮断は、燃料ガス供給量を低下させてもなお、上記の差圧相当熱量と風量相当熱量との差が所定の大きさ以上のままである状態が所定時間以上となった場合になすようにすることも提案する。

もちろん、燃料ガス供給を遮断するときには、可視的ないしは可聴的、あるいは可視的及び可聴的な異常警報手段を駆動するようにしても良い。

本発明によれば、ある意味では機械要素であるが故に不安定要因を含む排ガスセンサに頼ることなく、同じセンサであっても圧力センサという、信頼性も高く廉価なセンサを用いて、二次ガス圧と燃焼室圧との圧力差からその時々に燃焼部に与えられているガス流量を知ることができ、これにより排気系や吸気系の異常を知ることができる。そして、その異常の程度を実際にファンモータ制御に使用されている電気量の次元での監視に基づく監視結果と比較することで、不完全燃焼に対する効果的な防御策を講じることができる。すなわち本発明によると、比較的廉価な手段により、高い信頼性を保ったままでの燃焼機器自体の長寿命化を図ることができる。

本発明の燃焼制御方法の一実施形態におけるフロー・チャートである。 本発明方法を適用し得る燃焼制御装置の一例における概略構成図である。

図１には本発明燃焼制御方法の望ましい一実施形態のフロー・チャートを、図２には本発明を適用可能な燃焼機器の一例としてガス瞬間沸かし器等のガス給湯機を想定した場合の当該機器の概略構成が示されている。しかし、これに限定されることなく、暖房機器等であっても良く、要は燃焼部に燃料と燃焼用空気を供給して燃焼させる燃焼機器であれば本発明の適用が可能である。

まず図２を見るに、燃焼部(バーナ)11への燃料供給の開始，停止は制御回路10の指令により開閉するガス電磁弁13が司り、制御回路10の要求に基づくその時々の燃焼部11への要求燃量に応じたガス供給量の調整は電動のガス比例弁(流量制御弁)14が行う。そのための回路構成、部材構成等は最早既存の燃焼機器において周知であるため、これ以上、詳しくは述べないが、本発明では追加の部材として、バーナ11に供給される燃料ガスの圧力である二次ガス圧センサ31をガス比例弁13とバーナ11との間に設け、また燃焼室内には当該燃焼室内の圧力を検出する燃焼室圧センサ32を設けている。なお、制御回路10は昨今では一般にマイクロコンピュータを含んで構成でき、以下に述べる各種データや場合によりテーブル(関係表)はそれに付属の不揮発性メモリに読み出し可能に、あるいは書き換え可能に保存されて利用される。

また、給湯系に関しても、これ自体は公知既存の構造であって良く、図２中ではバーナ11での燃焼で加熱される熱交換器21と、それへの給水系、出湯系をのみ、模式的に示している。給水系には給水温センサ16と水量センサ17が設けられ、出湯系には出湯温センサ18が設けられている。水量センサ17は出湯系側に備えられていても良い。バーナ11に対して燃焼用空気を供給するのは制御装置10により印加電力(印加電圧，駆動電流)が制御されることで回転数の調整される電動のファンモータ14であって、これには回転数センサ15が備えられている。

しかるに、このような物的構成下で、本発明では次のような手法により、排ガスの悪化低減、安全性の確保を図る。図１に従い説明するに、燃焼機器に電源が通じると、制御装置10はステップ50でスタートと示すように、機能開始状態となる。この状態下では、制御装置10はステップ51で示すように、図示しない設定手段を介して使用者が設定している設定情報を読み込む。代表的な設定情報は使用者が希望する出湯温であり、これがその時々の燃焼機器における設定温となる。暖房機であれば当然、希望出風温が設定温となる。

使用者が図示しない蛇口を捻る等して出湯要求をなすと(水量センサが水量の発生を検出することで制御装置10はそれと分る)、燃焼制御開始(ステップ52)となり、図示しない着火機構によりバーナ11にての燃焼を開始させるに伴い、制御装置10はその時に給水温センサ16から得られる給水温、水量センサ17から得られる水量に応じ、まずは暫定的に目標熱量{(設定温-給水温)x水量}を算出する(ステップ53)。暖房機であれば、燃焼機器周辺温度ないしは室内温度が給水温に相当する温度となる。

実際には、その目標熱量では出湯温センサ18により検出される出湯温が設定温にならないことが多いので、さらに、出湯温センサ18から得られる実際の出湯温と設定温との差に基づき、目標熱量の補正熱量を加味した値である要求熱量{目標熱量+(設定温-出湯温)x水量}を算出する(ステップ54)。暖房機であるならば、実際に燃焼機器外に送り出される出風温が出湯温に対応する。

いずれにしても、制御装置10はその時々で必要とされるこの要求熱量に応じ、予め不揮発性メモリに格納してある関係式ないしは関係表を用い、バーナ11への燃料ガス供給量を定め、ガス比例弁13に対応する弁開度となるべき駆動電流を印加し(ステップ55)、さらに要求熱量を満たすために必要な風量(供給空気量)をバーナ11に与えるべく、これも予め不揮発性メモリに格納してある関係式ないしは関係表に従ってファンモータ14の目標回転数を決め、これが得られるように所定の電力、すなわち所定の印加電圧、所定の駆動電流を算出し、これをファンモータ14に印加する(ステップ56)。

それ以降、制御装置10は回転数検出センサ15を介して得られるその時々のファンモータ14の実際の回転数である実回転数を取り込み、これを先に定めた目標回転数と比較し(ステップ57)、差が所定値以上有る場合には、ステップ58にて示すように、ファンモータ14に与える駆動電流を調整して、ファンモータ実回転数を目標回転数に等しくする。

この状態下で、制御装置10はファンモータ14にその時に実際に印加されている駆動電流の値である実駆動電流を検出する。もし、燃焼機器に備えられている排気口19に閉塞が生じていると、その閉塞割合に応じ、同じ駆動電流値ならばファンモータ14の回転数は負荷が軽くなるので高くなり、実回転数を目標回転数と同じになるように制御するならば、正常な状態下において必要な駆動電流値よりも検出した実駆動電流の値は小さくなる。

そこで制御装置10は、まずステップ59-1で示すように、検出した実駆動電流値から、燃焼機器、特に排気口12を含む排気系に問題の無い、正常運転状態下の場合には、その実駆動電流の大きさの時に予定されるファンモータ14の送給する空気量、すなわち風量と、その風量に対して予め関係式もしくは関係表で対応付けられる熱量を風量相当熱量として求める。

次いで、ステップ59-2で示すように、二次ガス圧センサ31から得られるその時々の二次ガス圧と、燃焼室圧センサ32から得られる同じ時の燃焼室圧との差圧を検出し、燃焼部での正常な燃焼が行われているときの予め定められている関係式または関係表に基づき、その時の差圧に相当する熱量を差圧相当熱量として求める。

ちなみに、排気口19が閉塞気味になれば燃焼室圧は正常時に比して上昇し、吸気系が閉塞気味になれば逆に低下するので、燃焼室圧と二次ガス圧との差を見ることで、実際にその時にバーナ11に与えられているガスの流量を間接的に検出することができる。これまでは圧力差変化に伴うその時々の実際のガス流量変化と、それに伴う予期できる燃焼熱量変化との相関に注目した事例はなかった。

しかるに、上記の風量相当熱量と差圧相当熱量とを得たならば、次ぎにステップ60に示すように、差圧相当熱量と風量相当熱量との差を検出し、この差が、予め定めた許容値以上でないかどうか、比較する。吸排気系に問題がなければ、ファンモータの実回転数が目標回転数と大きな差が無い状態下で実駆動電流と先に決定した印加電流との間にも大きな差はないし、バーナ11に与えられるガス流量も予め正常と認める値範囲に入っている筈なので、この風量相当熱量と差圧相当熱量の差も許容範囲内に収る。従ってこの場合には、ステップ53に戻ってこれまでのルーティンを繰り返す。

しかし、ここで風量相当熱量と差圧相当熱量との間に許容値以上の差が生じたことが検出された場合には、吸排気系に何らかの問題が起きていると考えられるので、この実施形態ではまず、次のステップ61でその差に応じて予め定められている要求熱量(当初の要求熱量よりも小さな値になる)に適当なるような弁開度となるように、ガス比例弁13の駆動電流を算出し、低下調整して、燃焼量を当初の要求熱量よりも低い熱量に留めるように規制し、不完全燃焼の発生を予防する。当然、このときには、先に述べたステップ55でのガス比例弁電流算出は制限された電流値が上限となるようにされる。

この後、同じ監視ルーティンを繰り返し、駆動電流を調整してもなお、ガス比例弁13への印加電流の制限状態が所定時間、例えば3分程度以上に亘り解除し得ない場合には、望ましくはステップ62を設けて、ここでその旨を判断し、ステップ63で示すように、制御装置10をしてガス電磁弁12を閉じさせ、燃焼ガスの供給を遮断するか、少なくとも図示しないスピーカや圧電発音体等の可聴的な、ないしは発光ダイオードであるとか液晶ディスプレイ等の可視的な、あるいは可聴，可視双方の機能を持つ警報手段を共に稼働させて異常警報を発しさせる。

以上、本発明方法の望ましい一実施形態につき説明したが、本発明の要旨構成に即する限り、任意の改変は自由である。

10 制御装置
11 バーナ(燃焼部)
12 ガス電磁弁
13 ガス比例弁
14 ファンモータ
15 回転数センサ
16 給水温センサ
17 水量センサ
18 出湯温センサ
19 排気口
21 熱交換器
31 二次ガス圧センサ
32 燃焼室圧センサ

Claims (3)

1. 電動の流量制御弁であるガス比例弁からの燃料ガスと、電動のファンモータからの送風による空気とを燃焼部に供給し、該燃焼部での燃焼にてその時々で必要とされる要求熱量を得る燃焼機器の燃焼制御方法であって；
   上記要求熱量を満たすに必要な送風空気の風量を得るため、予め定められている関係式または関係表に従い、上記ファンモータを所定の回転数となるように所定の印加電圧、所定の駆動電流で電力駆動したとき、実際に該ファンモータに印加されている駆動電流の値である実駆動電流を検出し、上記燃焼部での正常な燃焼が行われているときの予め定められている関係式または関係表に基づき、その時に検出された該実駆動電流の値の時に本来得られるべき風量相当熱量を求めると共に；
   該燃焼部に供給される上記燃料ガスの圧力である二次ガス圧と燃焼室内の圧力である燃焼室圧との差圧を検出し、該燃焼部での正常な燃焼が行われているときの予め定められている関係式または関係表に基づき、その時の該差圧に相当する熱量を差圧相当熱量として求め；
   該求めた差圧相当熱量と風量相当熱量との差を検出し、この差が所定の大きさ以上になった場合、上記流量制御弁への上記駆動電流を低下させて上記燃焼部への上記燃料ガスの供給量を低減するか、該燃料ガスの供給を遮断すること；
   を特徴とする燃焼制御方法。
2. 上記燃料ガスの供給遮断は、該燃料ガスの供給量を低下させてもなお、上記差圧相当熱量と上記風量相当熱量との上記差が上記所定の大きさ以上のままである状態が所定時間以上となった場合になすこと；
   を特徴とする請求項１記載の燃焼制御方法。
3. 上記燃料ガスの供給を遮断するときには、可視的ないしは可聴的、あるいは可視的及び可聴的な異常警報手段を駆動すること；
   を特徴とする請求項１記載の燃焼制御方法。

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