JP3566765B2 - 燃焼装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、給湯器や風呂釜等の燃焼装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図7には燃焼装置として一般的な給湯器のシステム構成が示されている。同図において、燃焼室1の下方側にはバーナ2が設置され、そのバーナ2の下方側には給排気を行う燃焼ファン3が設けられている。そして、この燃焼ファン3にはファン回転を検出するホールIC等のファン回転検出センサ28が設けられている。燃焼室1の上方側には給湯熱交換器4が設けられ、この給湯熱交換器4の入口側には給水管5が接続されており、この給水管5には入水温度を検出するサーミスタ等の入水温度センサ6と、入水流量を検出する水量センサ7とが設けられている。
【0003】
また、給湯熱交換器4の出側には給湯管8が接続されており、この給湯管8には給湯熱交換器4からの給湯温度を検出するサーミスタ等の出湯温度センサ10と、出湯流量を制御する水量制御弁11が設けられている。
【0004】
前記バーナ2のガス供給通路12には電磁弁13と、ガス供給量を制御する比例弁14が設けらている。この比例弁14は印加される開弁駆動電流の大きさに比例した開弁量でもって弁を開く。バーナ2の下方側の空気室19とバーナ2の上方側の燃焼室1間には連通管路20が設けられており、この連通管路20には燃焼ファン3の給排気の風量を検出する差圧センサが風量検出センサ16として介設されている。
【0005】
制御装置15には給湯器の給湯運転を制御するシーケンスプログラムが内蔵されており、このシーケンスプログラムに従って給湯運転を制御する制御回路が設けられている。この制御回路は、図11に示すように、燃焼制御部17と、ファン回転制御部18を有している。燃焼制御部17は、入水温度センサ6の入水検出温度と、出湯温度センサ10の給湯検出温度と、水量センサ7で検出される入水水量と、リモコン(図示せず)等で設定される給湯の設定温度等の情報によって、フィードフォワードとフィードバックの制御演算(通常はPID演算)によって出湯温度を設定温度にするための要求燃焼熱量(要求燃焼能力)を求め、予め与えられている図9に示すようなガス供給量(比例弁への開弁駆動電流)と燃焼能力との制御データに基づき、要求燃焼熱量を得るための開弁駆動電流を比例弁14へ供給し、バーナ2の燃焼量を制御する。
【0006】
一方、ファン回転制御部18は、前記燃焼制御部17で求められる要求燃焼熱量に見合う燃焼空気をバーナ2に供給すべく燃焼ファン3の回転制御を行う。この燃焼ファン3の回転制御に際し、ファン回転制御部18には、予め、図10に示すような燃焼能力と燃焼空気の風量(風量検出センサ16のセンサ出力目標値)のデータと、図8に示すような、センサ出力目標値(風量)と燃焼ファン3のファン回転数との関係を示すファン制御特性データとが与えられており、ファン回転制御部18は、燃焼制御部17で求められる要求燃焼熱量に応じた風量検出センサ16のセンサ出力目標値を決定し、風量検出センサ16のセンサ出力がこの決定したセンサ出目標値となるように燃焼ファン3の回転制御を行う。このファン回転制御に際し、ファン回転の暴走を防止するために、ファン制御特性データの上下両側にはリミッターが与えられ、この上下のリミッターの範囲内でファン回転数の制御が行われる。
【0007】
この種の給湯器では給湯管8の先端側に設けられている給湯栓(図示せず)が開けられると、給水管5を通して水が入り込み、この給水の流れが水量センサ7で検出されたときに、制御装置15は、燃焼ファン3を回転し、電磁弁13と比例弁14を開け、バーナ2の点着火を行ってバーナ2の燃焼を行う。通常、点着火時には、フィードフォワードの演算により燃料ガスがバーナ2に供給されるが、点着火後、燃焼が安定し、出湯温度が設定温度に近づいた以降は、フィードフォワードとフィードバックの制御演算によりガス供給量(燃焼熱量)が燃焼制御部17により求められ、これに応じ、前記の如く、ファン回転制御部18により、燃焼ファン回転による風量制御が行われて燃焼熱量と風量とがマッチングした良好な燃焼運転が行われる。
【0008】
そして、給湯栓が閉められると、水量センサ7により、給水の水の流れの停止が検出され、制御装置15は電磁弁13を閉じてバーナ燃焼を停止し、その後、燃焼室1内の排気ガスが排出されるポストパージの期間にかけて、燃焼ファン3を引き続き回転し、このポストパージ期間が経過したときに燃焼ファン3を停止して次の給湯に備えるのである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、給湯器を長期に渡って使用するうちに、給湯熱交換器4のフィン9等にごみや煤等の詰まりが生じ、この詰まりが徐々に進行すると、空気の通気抵抗が徐々に大きくなり、最終的には、バーナ燃焼に必要な空気が得られず器具の寿命となる。従来においては、この器具の寿命の判定をバーナの燃焼回数や燃焼時間等によって判断しており、このような手法では的確な器具の寿命判断を行うことが困難であり、給湯熱交換器4等の詰まりがかなり進行して燃焼状態が悪くなっているにも拘わらず、燃焼回数や燃焼時間が寿命判断の基準値に達していないために、寿命と判定されずに、そのまま給湯器の使用が引き続き行われる場合が生じ、この場合には、当然に排気ガス中のCOガスの発生量も大きくなり、危険な状態となる。これに対し、給湯器が十分良好な燃焼性能を維持しているにも拘わらず、燃焼回数や燃焼時間が寿命判断の基準値に達したために、寿命と判断され、給湯器の燃焼運転が強制的に不能な状態にされて、給湯器が廃棄処分にされることがあり、この場合は給湯器の有効活用が図れず、経済的にも不利である。
【0010】
本発明は燃焼ファン3の回転によって風量制御を行うための風量検出センサ16に着目し、この風量検出センサ16の風量検出信号を用いて器具の寿命判定を的確に行うことができる燃焼装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、次のように構成されている。すなわち、本発明は、バーナ燃焼の給排気を行う燃焼ファンと、この燃焼ファンの給排気の風量を検出する風量検出センサと、燃焼ファンのファン回転を検出するファン回転検出センサと、要求燃焼能力に対応して風量検出センサのセンサ出力目標値を決定し風量検出センサのセンサ出力が決定したセンサ出力目標値に一致するように燃焼ファンの回転制御を行うファン回転制御部とを備えた燃焼装置において、ファン回転制御部の制御データとして、燃焼能力に対応する風量検出センサのセンサ出力目標値と燃焼ファンのファン回転数との関係を示すファン制御特性データと、このファン制御特性データの上下両側に設定されるリミッターとが与えられ、燃焼運転中にファン回転数が上側のリミッターを越えたあとに燃焼を停止して器具の寿命診断モードでの動作を行う診断モード動作部を備え、この寿命診断モードでの動作時における診断データとして前記ファン制御特性データよりも同じセンサ出力目標値に対してファン回転数を大の値としたインプットダウンデータと、このインプットダウンデータよりもファン回転数をさらに大の値とした寿命判定データとが与えられており、診断モード動作部は、診断のための1個以上のセンサ出力目標値を指定する目標値指定部と、風量検出センサのセンサ出力が指定された各センサ出力目標値となるように燃焼ファンを順次回転制御させるファン回転指令部と、各センサ出力目標値での燃焼ファンの回転数を1個以上検出記憶するファン回転モニタ部と、各センサ出力目標値毎に検出記憶された燃焼ファンの回転数の平均値を求め、各センサ出力目標値のファン回転数平均値のうち予め与えた設定基準個数のL1 個以上のデータが前記インプットダウンデータと寿命判定データの間の領域に入ったときに燃焼能力のダウン指令信号を出力し、予め与えた設定基準個数のL2 個以上のデータが寿命判定データを越えたときに器具寿命と判断して寿命信号を出力する寿命判定部とを有することを特徴として構成されている。
【0012】
また、前記寿命判定部により燃焼能力のダウン指令信号が出力された以降の燃焼運転時には燃焼能力をダウン制御する燃焼能力ダウン制御部が設けられていること、前記寿命診断モードでの動作時にファン回転モニタ部で各センサ出力目標値毎に検出記憶される燃焼ファンの回転数データのばらつき変動幅を算出し、算出変動幅が予め与えられる設定変動幅から外れたときには有風による不安定状況と判断し、そのセンサ出力目標値の検出記憶データを消去して当該センサ出力目標値での再度のファン回転数データの検出記憶を指令する検出記憶データの有効性判断部が設けられていることもそれぞれ本発明の特徴とするところである。
【0013】
【作用】
上記構成の本発明において、燃焼運転中には、時々刻々求められる要求燃焼能力に応じ、風量検出センサのセンサ出力目標値が決定され、風量センサのセンサ出力がこのセンサ出力目標値に一致するように燃焼ファンの回転制御が行われる。
【0014】
この燃焼運転中に、ファン回転数がファン制御特性データの上側に与えられているリミッターを超えたときには、通風詰まり劣化の状態が発生したものと推定され、その後、燃焼運転が停止されて寿命診断モードでの動作が行われる。
【0015】
この寿命診断モードの動作では、目標値指定部によって指定される各センサ出力目標値VS1〜VSN毎に、燃焼ファンの回転数が1個以上検出記憶される。
【0016】
この燃焼ファン回転数の検出記憶に際し、検出記憶データの有効性判断部を持つものにあっては、検出記憶されたファン回転数データのばらつき変動幅が算出され、このばらつき変動幅が予め与えられる設定変動幅から外れたときには、器具が設置されている周囲環境に風が吹いていて、データがばらついたものと判断し、取り込んだ検出記憶データを無効として消去し、再度データを取り込んでの検出記憶を行わせ、有風状況でない無風安定状況下で燃焼ファンの回転数検出データを検出記憶させる。
【0017】
寿命判定部では、各センサ出力目標値毎に、前記ファン回転モニタ部でモニタされた燃焼ファンの回転数の平均値を求め、各センサ出力目標値毎に、ファン回転数の平均値の値をインプットダウンデータおよび寿命判定データと比較する。そして、各センサ出力目標値のファン回転数平均値のうち、予め与えた設定基準個数のL1 個以上のデータがインプットダウンデータと寿命判定データとの間の領域に入ったときには燃焼能力のダウン指令信号が出力され、各センサ出力目標値のファン回転数平均値のうち、予め与えた設定基準個数のL2 個以上が寿命判定データを超えたときには、器具寿命と判断して寿命信号が出力される。
【0018】
前記寿命判定部から燃焼能力のダウン指令信号が出力されることにより、燃焼能力が減少方向に制御され、燃焼ファンの風量が低下しても、その低下した風量の範囲内で良好な燃焼性能を維持して燃焼運転を行う。一方、寿命判定部から寿命信号が出力されたときには、燃焼停止のロック状態と成し、風量不足の状態で燃焼運転が行われるのを回避し、CO発生量の増大に伴う危険防止が図られる。
【0019】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本実施例の燃焼装置は、図7に示すものと同様な給湯器を対象にしており、本実施例の説明において、従来例と同一の名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。本実施例が従来例と異なる特徴的なことは、風量検出センサ16の風量検出信号に基づいて、器具の寿命を判断する寿命判定手段を制御装置15に組み込んだことであり、それ以外の構成は従来例と同様である。
【0020】
図1には本実施例の特徴的な寿命判定手段のブロック構成が示されている。この特有な寿命判定手段は、燃焼制御部17と、ファン回転制御部18と、器具の寿命診断モードでの動作を行う診断モード動作部21とを有して構成されている。前記燃焼制御部17とファン回転制御部18の構成およびその動作は前記図11に示す従来例の燃焼制御部17およびファン回転制御部18と同様であり、その重複説明は省略する。
【0021】
診断モード動作部21は、目標値指定部22と、ファン回転指令部23と、ファン回転モニタ部24と、有効性判断部25と、燃焼能力ダウン制御部26と、寿命判定部27と、タイマ31とを有して構成されている。診断モード動作部21での動作は、燃焼運転中に、燃焼ファン3のファン回転数が前記図8に示すファン制御特性データの上側のリミッターを越えたことによって燃焼停止が行われた後にバーナ2が非燃焼状態で行われるものである。目標値指定部22は、寿命診断を行うに際し、風量検出センサ16のセンサ出力目標値を1個以上指定する。この目標値の指定に際しては、メモリ等に指定するセンサ出力目標値を予め入力格納しておくことにより指定してもよく、あるいは、キーボード、メモリカード等により外部から入力指定する構成としてもよい。この目標値指定部22で指定されたセンサ出力目標値VS1〜VSNはファン回転指令部23に加えられる。
【0022】
ファン回転指令部23は指定されたセンサ出力目標値VS1〜VSNを一括して又は順次所定の時間を介してファン回転制御部18に加える。例えば、ファン回転指令部23からセンサ出力目標値VS1が加えられることにより、ファン回転制御部18は風量検出センサ16のセンサ出力がセンサ出力目標値VS1となるように燃焼ファン3の回転制御を行い、ファン回転指令部23から加えられるセンサ出力目標値VS2に対しては、風量検出センサ16のセンサ出力がVS2となるように燃焼ファン3の回転を制御するという如く、ファン回転指令部23から加えられる各センサ出力値VS1〜VSNに対してそれぞれ所定の時間間隔をもって順次センサ出力目標値を異にした燃焼ファン3の回転制御が行われる。
【0023】
ファン回転モニタ部24は各センサ出力目標値VS1〜VSN毎に、1個以上の燃焼ファン3のファン回転数を取り込み検出してメモリに記憶する。このファン回転数の検出記憶に際しては、タイマ31が使用され、ファン回転モニタ部24はT秒間隔でファン回転数R1 〜RM を順次取り込んでメモリに記憶する。有効性判断部25は、前記ファン回転モニタ部24により各センサ出力目標値のファン回転数が検出記憶される毎に、検出記憶されたR1 〜RM のうち、最大の値と最小の値との差をばらつき変動幅として求め、この求めたばらつき変動幅が予め与えられている設定変動幅の範囲内に入っているか否かを判断する。
【0024】
ばらつき変動幅が設定変動幅の範囲内のときには、給湯器が設置されている周囲環境が無風状態であり、検出記憶したデータは信頼性のある有効なデータであると判断し、その旨をファン回転モニタ部24に知らせて次のセンサ出力目標値でのファン回転数の検出記憶に移らせる。これに対し、ファン回転数のばらつき変動幅が設定変動幅から外れたときには、有風による不安定状況と判断する。
【0025】
有効性判断部25はファン回転モニタ部24が検出記憶したファン回転数のデータのばらつき変動幅が設定変動幅から外れているときには繰り返し検出記憶データの消去と再度のファン回転数データの検出記憶を指令し、ファン回転数検出記憶データのばらつき変動幅が設定変動幅に入ったときに、次のセンサ出力目標値のファン回転数の検出記憶を指令して、各センサ出力目標値毎のファン回転数データを無風安定状況の下で検出記憶させる。
【0026】
図6は燃焼ファン3の停止状態で、給湯器を有風環境にさらし、そのときの風速の大きさと風量検出センサ16のセンサ出力との関係を実験により求めたグラフである。このグラフから分かるように、有風状況になると、風量検出センサの検出値がセンサの零点に対して上下非対称にばらつき、このばらつきの変動幅は風速が大きくなるにつれ大きくなる。
【0027】
有効性判断部25は、風量検出センサ16の検出値のばらつき変動幅を、設定変動幅と比較し、設定変動幅(この設定変動幅は上限レベルと下限レベルで与えられるが、場合によっては上限レベルのみで与えられることもある)からはずれたとき(設定変動幅が上限レベルのみで与えられるときは上限レベルを上に越えたとき)には有風状況と判定し、風量検出センサ16の検出値(センサ出力値)のばらつき変動幅が設定変動幅範囲内にあるときには無風安定状況と判定する。換言すれば、設定変動幅に対応する基準風速に対し、この基準風速よりも低い風速の環境下にあるときには無風安定状況と判定し、基準風速よりも給湯器設置環境下の風速が大きくなったときには有風状況と判定するのである。
【0028】
寿命判定部27には、図2に示すようなデータが予め与えられている。すなわち、通風詰まり劣化のない給湯器の設置施工初期時のファン制御特性データに対し、同じセンサ出力目標値に対してファン回転数が大となる側にインプットダウンデータが与えられ、さらに、このインプットダウンデータに対し、同じセンサ出力目標値に対してファン回転数が大となる側に寿命判定データが与えられている。寿命判定部27は、前記ファン回転モニタ部24で検出記憶された各センサ出力目標値VS1〜VSN毎に図3に示す如く、ファン回転数検出記憶データの平均値RA1 〜RAN を求め、この求めた各センサ出力目標値のファン回転数の平均値RA1 〜RAN を図2に示すデータと比較する。
【0029】
そして、各センサ出力目標値V S1〜V SNのファン回転数平均値RA1 〜RAN のうち、インプットダウンデータRBのラインと寿命判定データRCのラインとの間の領域に入った平均値の個数が予め与えられたL1 (L1 は1以上の整数)個以上が否かを判断し、L1 個以上のときには、風量不足気味の燃焼状態と判断し、燃焼能力のダウン指令信号を燃焼制御部17に加える。
【0030】
この燃焼能力のダウン量は、所定の一定量として与え、燃焼能力のダウン指令が出される毎に、段階的に燃焼能力を低減させるように構成してもよく、あるいは、インプットダウンデータと寿命判定データの間の領域にあるファン回転数平均値の個数に応じて、燃焼能力のダウン量を比例的に減少させる構成としてもよいものである。この燃焼能力ダウン制御部26からの燃焼能力ダウン指令を受け、燃焼制御部17は、比例弁14に加える開弁駆動電流を燃焼能力のダウン量だけ減少し、バーナ2へのガス供給量を減少する。
【0031】
また、寿命判定部27は、各センサ出力目標値VS1〜VSN毎のファン回転数平均値RA1 〜RAN のうち、寿命判定データ(寿命判定データのRCのライン)を越えるものがあるときにはその数を計数する。そして、予め与えた設定基準個数のL2 (L2 は1以上の整数)個を越えたときには、燃焼ファン3の回転数が上限リミッターに張り付いてそれ以上ファン回転数がアップできない回転制御範囲の最大回転数であるにもかかわらず、通風詰まり劣化により風量が不足していて燃焼性能が悪化の状態と判定し、寿命信号を出力する。この寿命信号が出力されることにより、電磁弁13が強制的に遮断保持されて、燃焼停止のロック状態となり、それ以降の燃焼運転が阻止される。
【0032】
なお、寿命判定部27により、各センサ出力目標値のファン回転数平均値がインプットダウンデータに達しないとき、あるいはインプットダウンデータを越えても、その越えた平均値データの個数がL1 個未満のときには通風詰まりが悪化状態に達していないものと判断し、適正(正常)の信号を出力する。
【0033】
報知部30は、寿命判定部27の各判定結果の信号を受けて、その判定結果を区別報知する。この報知手法としては、液晶画面に文字や記号で表示したり、あるいはランプ等の点灯、点滅等の各種態様に基づいて区別表示したり、さらには、寿命判定結果についてはブザー音を鳴らす等の適宜の仕様態様に基づいて寿命判定部27の判定結果を区別報知する。
【0034】
本実施例は上記のように構成されており、次に、図4および図5のフローチャートに基づき、寿命判定の動作を説明する。図4で、ステップ101 は給湯器の燃焼運転中を示しており、この状態においては、燃焼制御部17により、要求燃焼熱量に応じた開弁駆動電流が比例弁14に加えられ、その一方で、ステップ102 では要求燃焼熱量に応じた風量検出センサのセンサ出力目標値が決定され、ステップ103 では風量検出センサ16のセンサ出力がセンサ出力目標値に一致するように燃焼ファン3への印加電圧を制御し、燃焼ファン3の回転制御が行われる。
【0035】
そして、ステップ104 でファン回転数が検出される。ステップ105 では検出された燃焼ファン3のファン回転数が図8に示すファン制御特性データの上側のリミッターに達しているか否かを判断する。ファン回転数が上側のリミッターに達していないときには正常な風量制御状態にあるものと判断し、そのままの状態で燃焼運転を継続させる。これに対し、検出ファン回転数が上側のリミッターを越えたときには、ステップ106 で直ちに燃焼運転を停止し、図5の寿命診断モードの動作へ移行する。
【0036】
寿命診断モードの動作では、まず、図5のステップ201 でセンサ出力目標値VS1〜VSNが設定される。そして、ステップ202 で燃焼ファン3が回転起動され、まず、風量検出センサ16のセンサ出力が最初のセンサ出力目標値VS1に一致するようにファン回転数が制御される。次にステップ203 でタイマ31をリセット状態からオンし、時間Tが経過するのを待ってからファン回転検出センサ28により、燃焼ファン3の回転数R1 を検出してメモリに記憶する。この燃焼ファン3の回転数検出記憶動作をT秒間毎に繰り返し行い、M個のファン回転数検出データR1 〜RM (Mは1以上の整数)をメモリに格納記憶する。
【0037】
ステップ207 ではこの格納したファン回転数検出記憶データR1 〜RM のうち、最大の値と最小の値の差を求めて変動幅とし、その変動幅が予め与えられている設定変動幅εを下回るか否かを判断する。ばらつき変動幅がε以上のときには、有風状況と判断し、メモリに格納したセンサ出力目標値VS1のM個のファン回転数検出記憶データR1 〜RM を消去して再度ステップ201 でセンサ出力目標値VS1を指定してステップ202 以降のファン回転数検出記憶動作を行う。そして、ステップ207 で再び検出記憶データのばらつき変動幅が設定変動幅εを下回るか否かの判断を行い、設定変動幅εから外れたときには繰り返しそのセンサ出力目標値でのファン回転数の検出記憶動作を繰り返す。
【0038】
前記ステップ207 でばらつき変動幅が設定変動幅εの範囲に入ったことが確認されたときには、このセンサ出力目標値VS1でのファン回転数検出記憶データは有効なデータとして取り扱われ、ステップ208 で検出記憶データR1 〜RM の平均値RA1 が求められる。
【0039】
ステップ209 ではファン回転数平均値の個数Nがセンサ出力目標値VS1〜VSNの個数のNに達したか否かが判断される。この例では、センサ出力目標値VS1のファン回転数平均値RA1 が求められた段階ではN=1であるので、ステップ210 でNに1を加えたものをNとし、つまり、N=2とし、ステップ201 でセンサ出力目標値VS2が指定され、風量検出センサのセンサ出力値がVS2となるように燃焼ファン3の回転が制御される。そして、センサ出力目標値VS1の場合と同様に、センサ出力目標値VS2の下でのファン回転数R1 〜RM が検出記憶され、そのばらつき変動幅が設定変動幅εの範囲に入る無風安定状況の下でのファン回転数のデータが検出記憶され、その平均値RA2 がステップ208 で求められる。
【0040】
このようにして、センサ出力目標値VS1〜VSNに対応させてファン回転数の平均値RA1 〜RAN の値が求められた後に、ステップ211 での寿命判定動作が行われる。この寿命判定動作では、図3に示すように、各センサ出力目標値VS1〜VSNに対応するファン回転数検出データの平均値RA1 〜RAN がプロットされ、RA1 は図2のインプットダウンデータRB1 および寿命判定データRC1 とそれぞれ比較され、同様にセンサ出力目標値VS2におけるファン回転数平均値RA2 は同じセンサ出力目標値VS2のインプットダウンデータRB2 および寿命判定データRC2 とそれぞれ比較される。
【0041】
このように、各センサ出力目標値VS1〜VSNの各ファン回転数平均値RA1 〜RAN はそれぞれ対応するセンサ出力目標値におけるインプットダウンデータRB1 〜RBN および寿命判定データRC1 〜RCN と比較され、ファン回転数平均値RA1 〜RAN のうち、インプットダウンデータのRBラインと寿命判定データのRCライン間の領域に何個のファン回転数平均値のデータがあるかを算出し、その個数が予め与えられる設定基準個数のL1 個以上のときには燃焼能力ダウン指令信号が出力され、寿命判定データのRCラインを越える領域に予め与えられる設定基準個数のL2 個以上のファン回転数平均値データが入ったときには、器具寿命と判断され、寿命信号が出力される。
【0042】
そして、燃焼能力のダウン指令信号が出力されたときには、前記した如く、燃焼能力のダウン制御が行われ、ガス供給量を減らして空気量の不足を解消して次の燃焼運転を可能にし、前記寿命信号が出力されたときには、燃焼の停止状態をロックし(燃焼運転を受け付けない状態にし)通風詰まり劣化の燃焼悪化状態で燃焼運転が行われるのを防止する。そして、これら寿命判定動作での判定結果は、報知部30で区別報知される。
【0043】
本実施例によれば、風量制御を行う風量検出センサの風量検出値に基づき、器具の寿命を判定するようにしたので、この判定結果に基づき、器具の寿命を的確に知ることができ、これにより、器具が寿命になっているにも拘わらず器具の使用がそれ以降も継続され、COガスの過剰発生等の燃焼悪化を引き起こしたり、器具が未だ十分良好な燃焼性能を維持しているにも拘わらず器具の寿命と判断されて器具が廃棄処分にされるという無駄を防止することができる。
【0044】
しかも、器具の寿命判定は無風安定状況下で行われるので、器具設置環境下における逆風等の有風の影響(有風による風量検出センサ出力の変動の影響)を受けることなく行われるので、その寿命判定の精度が高まり、寿命判定の信頼性を格段に高めることができる。
【0045】
さらに、本実施例では、器具の寿命診断モードでの動作を行う際には、バーナ燃焼を停止した状態で行うので、その寿命診断動作の信頼性をより一層高めることができるという効果が得られる。周知のように、バーナ2の燃焼時と、燃焼停止中とでは、燃焼ファン3から排気通路29に至る風路(空気通路)の通気抵抗が異なり、バーナ2の燃焼停止中よりもバーナ燃焼中の通気抵抗が高まる現象が知られており、この通気抵抗の増加は燃焼熱量によって異なることから、バーナ燃焼状態の下で寿命判定の動作を行うことは望ましくない。この点、本実施例では、燃焼停止状態で寿命判定を行うので、風路の排気抵抗が変動することのない定常状態で行うことができるので、その寿命判定の精度と信頼性をさらに高めることができるという効果が得られる。
【0046】
さらに、本実施例では、器具寿命には到らないが、通風詰まりが多少進行し、空気が不足気味で燃焼運転が行われるような状態にあっては、燃焼能力のダウン指令信号が出力されて、燃焼能力のダウン制御が行われるので、空気量の不足状態を解消した状態で燃焼運転を引き続き行うことができ、給湯器が新しい製品と交換されるまでの間燃焼悪化を解消した状態で給湯器を支障なく使用することができるので、非常に好都合である。
【0047】
なお、本発明は上記実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施例では、風量検出センサ16を差圧センサによって構成し、バーナ2をはさむバーナ2の上下両側の区間の差圧を検出するようにしたが、この差圧は、バーナへの空気供給部から排気通路29に至る空気流通経路内の上流側と下流側の任意の経路区間の差圧を検出すればよく、例えば、燃焼ファンの吸気口と燃焼室の区間の差圧、燃焼ファンの送風出側部分と燃焼室の区間の差圧、あるいは、これら燃焼ファンの吸気口や送風出口部分と給湯熱交換器の上側の排気トップとの区間の差圧、燃焼室と排気トップ側の区間の差圧等、差圧検出の経路区間はそれ以外にも無数の区間を設定することができるものである。
【0048】
ただ、本実施例のようにバーナ2を挟んでバーナの下側と上側の区間で差圧を検出する構成とした場合には、給湯熱交換器等に比べ、バーナ2ではごみ等による詰まりはほとんど生じないので、バーナ2を通る空気抵抗の経時変化は殆どなく、燃焼ファン3から送出される風量を正確に差圧でもって検出できることとなり、この点から、本実施例のようにバーナ2を挟む経路区間で差圧を検出する方式とすることが望ましい。
【0049】
さらに、上記実施例では、風量検出センサ16として差圧センサを用いたが、この差圧センサの代わりに、例えば、熱線ヒータ式やカルマン渦方式の風速センサを用いてもよく、あるいは、風量を直接的に検出するプロペラ回転式の風量計を用いてもよく、風量を直接的又は間接的に検出できる様々なセンサを用いることができる。
【0050】
さらに、上記実施例ではセンサ出力目標値を複数指定したが1個のみのセンサ出力目標値を指定してもよい。また、実施例では各センサ出力目標値毎に複数のファン回転数R1 〜RM を検出したが、1個のファン回転数のみを検出するようにしてもよい。この場合は平均値を求める演算は省略され、検出データがそのまま本発明における平均値を意味することになる。つまり、ファン回転数の検出動作がファン回転数の平均値を求める動作を意味する。このように、1個のセンサ出力目標値を指定し、1個のファン回転数のみを検出して寿命判定を行うことにより、その判定動作を短時間で行うことができる。ただ、本実施例のようにセンサ出力目標値を複数指定し、ファン回転数の検出を複数にすることにより、寿命判定の精度を高めることができる。
【0051】
さらに、上記実施例では、燃焼ファン3のファン回転数がファン制御特性データの上側のリミッターを越えたときには直ちに燃焼を停止して寿命診断の動作に移行したが、これとは異なり、例えば、ファン回転数が上側のリミッターを越えたときに寿命診断指令のフラッグを立てる等の処理をして、その後、適宜の時期、例えば、器具の燃焼使用後の未使用時や、次回燃焼前に寿命診断を行うようにしてもよい。このように、器具使用後に寿命診断を行うようにする場合には、ファン回転数が上側リミッターを越えても燃焼停止が行われず、器具をひき続き使用できるので、使用者に不便をかけることがなく、使い勝手上有利となる。この場合、ファン回転数が上側のリミッターを越えた程度によって安全度を区分し、最も危険度が高い場合には直ちに燃焼停止して寿命診断を行うようにし、危険度が低い(小さい)場合には、そのまま燃焼運転を継続して燃焼使用後の適宜の時期に寿命診断を行う等の構成展開を図ることもできる。
【0052】
さらに、上記実施例では、寿命診断を行う基準となるファン回転数の上側リミッターとして、燃焼ファン3の暴走を防止するために設けられるファン制御特性データの上側のリミッターを代用したが、暴走防止用の上側リミッターとは別個独立の寿命診断専用の上側リミッターを設定し、ファン回転数がこの設定した寿命診断専用の上側リミッターを越えたあとで前記各場合の如く寿命診断を行うようにしてもよい。
【0053】
さらに、上記実施例では燃焼装置として単能給湯器(給湯機能のみの給湯器)を例にして説明したが、本発明は、給湯と追い焚き、あるいは、給湯と温水暖房等の両機能を備えた複合給湯器や、その他、風呂釜、暖房機、冷房機、冷暖房機、空調機等の様々なバーナを有する燃焼装置に適用されるものである。
【0054】
さらに、上記実施例では、燃焼ファン3を押し込み方式としたが、これを吸い出し方式としてもよいことはもちろんのことである。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼装置の風量制御を行うための風量検出センサの風量検出値を用いて器具の寿命を的確に判定することができ、器具が寿命になっているにも拘わらず引き続き使用されることによる危険を確実に防止することができると共に、器具が良好な燃焼性能を維持しているにも拘わらず器具寿命と誤判定されて廃棄処分にされるという器具使用の無駄を防止することができる。
【0056】
また、風量検出値を用いての器具の寿命判定を無風安定状況の下で行うようにした構成のものにあっては、器具設置環境下の風の影響による風量検出値の変動を受けない状態で器具の寿命判定を行い得るので、その寿命判定の精度が高められ、信頼性の高い寿命判定を行うことができる。
【0057】
さらに、寿命判定を行うための専用のセンサを別途設ける必要はなく、風量制御の風量検出センサをそのまま利用して寿命判定を行うことができるので、本発明の寿命判定機能を備えた燃焼装置の装置構成も簡易となり、これに伴い、装置のコスト低減を図ることが可能となる。
【0058】
さらに、寿命判定部からの燃焼能力のダウン指令信号を受けて燃焼能力をダウン制御する燃焼能力ダウン制御部を設けた構成のものにあっては、燃焼能力のダウン制御により、空気量の不足状態を解消し、良好な燃焼性能の下で燃焼運転を引き続き行うことができ、例えば、新規な燃焼装置が設置施工されるまでの間前記燃焼能力のダウン制御により支障なく燃焼運転を行わせることができるので、使い勝手上も非常に好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃焼装置の一実施例を示す要部構成のブロック図である。
【図2】本実施例の寿命診断モードでの動作において使用されるインプットダウンデータと寿命判定データとの関係を示す説明図である。
【図3】本実施例におけるセンサ出力目標値とその各センサ出力目標値において求められたファン回転数平均値との関係説明図である。
【図4】本実施例における燃焼装置の動作を示すフローチャートである。
【図5】図4のフローチャートに続く燃焼装置の寿命診断モードの動作を示すフローチャートである。
【図6】給湯器の設置環境下における風速と風量検出センサのセンサ出力との関係を示す有風時におけるセンサ出力のばらつき変動を示す説明図である。
【図7】燃焼装置として一般的な給湯器の模式構成図である。
【図8】風量検出センサのセンサ出力目標値とファン回転数との関係を示すファン制御特性データのグラフである。
【図9】給湯器におけるガス供給量(比例弁の開弁駆動電流)と燃焼能力との関係を示す制御データのグラフである。
【図10】風量検出センサのセンサ出力目標値と燃焼能力との関係を示すグラフである。
【図11】従来の一般的な給湯器の制御装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
3 燃焼ファン
16 風量検出センサ
17 燃焼制御部
18 ファン回転制御部
21 診断モード動作部
22 目標値指定部
23 ファン回転指令部
24 ファン回転モニタ部
25 有効性判断部
26 燃焼能力ダウン制御部
27 寿命判定部
28 ファン回転検出センサ
【産業上の利用分野】
本発明は、給湯器や風呂釜等の燃焼装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図7には燃焼装置として一般的な給湯器のシステム構成が示されている。同図において、燃焼室1の下方側にはバーナ2が設置され、そのバーナ2の下方側には給排気を行う燃焼ファン3が設けられている。そして、この燃焼ファン3にはファン回転を検出するホールIC等のファン回転検出センサ28が設けられている。燃焼室1の上方側には給湯熱交換器4が設けられ、この給湯熱交換器4の入口側には給水管5が接続されており、この給水管5には入水温度を検出するサーミスタ等の入水温度センサ6と、入水流量を検出する水量センサ7とが設けられている。
【0003】
また、給湯熱交換器4の出側には給湯管8が接続されており、この給湯管8には給湯熱交換器4からの給湯温度を検出するサーミスタ等の出湯温度センサ10と、出湯流量を制御する水量制御弁11が設けられている。
【0004】
前記バーナ2のガス供給通路12には電磁弁13と、ガス供給量を制御する比例弁14が設けらている。この比例弁14は印加される開弁駆動電流の大きさに比例した開弁量でもって弁を開く。バーナ2の下方側の空気室19とバーナ2の上方側の燃焼室1間には連通管路20が設けられており、この連通管路20には燃焼ファン3の給排気の風量を検出する差圧センサが風量検出センサ16として介設されている。
【0005】
制御装置15には給湯器の給湯運転を制御するシーケンスプログラムが内蔵されており、このシーケンスプログラムに従って給湯運転を制御する制御回路が設けられている。この制御回路は、図11に示すように、燃焼制御部17と、ファン回転制御部18を有している。燃焼制御部17は、入水温度センサ6の入水検出温度と、出湯温度センサ10の給湯検出温度と、水量センサ7で検出される入水水量と、リモコン(図示せず)等で設定される給湯の設定温度等の情報によって、フィードフォワードとフィードバックの制御演算(通常はPID演算)によって出湯温度を設定温度にするための要求燃焼熱量(要求燃焼能力)を求め、予め与えられている図9に示すようなガス供給量(比例弁への開弁駆動電流)と燃焼能力との制御データに基づき、要求燃焼熱量を得るための開弁駆動電流を比例弁14へ供給し、バーナ2の燃焼量を制御する。
【0006】
一方、ファン回転制御部18は、前記燃焼制御部17で求められる要求燃焼熱量に見合う燃焼空気をバーナ2に供給すべく燃焼ファン3の回転制御を行う。この燃焼ファン3の回転制御に際し、ファン回転制御部18には、予め、図10に示すような燃焼能力と燃焼空気の風量(風量検出センサ16のセンサ出力目標値)のデータと、図8に示すような、センサ出力目標値(風量)と燃焼ファン3のファン回転数との関係を示すファン制御特性データとが与えられており、ファン回転制御部18は、燃焼制御部17で求められる要求燃焼熱量に応じた風量検出センサ16のセンサ出力目標値を決定し、風量検出センサ16のセンサ出力がこの決定したセンサ出目標値となるように燃焼ファン3の回転制御を行う。このファン回転制御に際し、ファン回転の暴走を防止するために、ファン制御特性データの上下両側にはリミッターが与えられ、この上下のリミッターの範囲内でファン回転数の制御が行われる。
【0007】
この種の給湯器では給湯管8の先端側に設けられている給湯栓(図示せず)が開けられると、給水管5を通して水が入り込み、この給水の流れが水量センサ7で検出されたときに、制御装置15は、燃焼ファン3を回転し、電磁弁13と比例弁14を開け、バーナ2の点着火を行ってバーナ2の燃焼を行う。通常、点着火時には、フィードフォワードの演算により燃料ガスがバーナ2に供給されるが、点着火後、燃焼が安定し、出湯温度が設定温度に近づいた以降は、フィードフォワードとフィードバックの制御演算によりガス供給量(燃焼熱量)が燃焼制御部17により求められ、これに応じ、前記の如く、ファン回転制御部18により、燃焼ファン回転による風量制御が行われて燃焼熱量と風量とがマッチングした良好な燃焼運転が行われる。
【0008】
そして、給湯栓が閉められると、水量センサ7により、給水の水の流れの停止が検出され、制御装置15は電磁弁13を閉じてバーナ燃焼を停止し、その後、燃焼室1内の排気ガスが排出されるポストパージの期間にかけて、燃焼ファン3を引き続き回転し、このポストパージ期間が経過したときに燃焼ファン3を停止して次の給湯に備えるのである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、給湯器を長期に渡って使用するうちに、給湯熱交換器4のフィン9等にごみや煤等の詰まりが生じ、この詰まりが徐々に進行すると、空気の通気抵抗が徐々に大きくなり、最終的には、バーナ燃焼に必要な空気が得られず器具の寿命となる。従来においては、この器具の寿命の判定をバーナの燃焼回数や燃焼時間等によって判断しており、このような手法では的確な器具の寿命判断を行うことが困難であり、給湯熱交換器4等の詰まりがかなり進行して燃焼状態が悪くなっているにも拘わらず、燃焼回数や燃焼時間が寿命判断の基準値に達していないために、寿命と判定されずに、そのまま給湯器の使用が引き続き行われる場合が生じ、この場合には、当然に排気ガス中のCOガスの発生量も大きくなり、危険な状態となる。これに対し、給湯器が十分良好な燃焼性能を維持しているにも拘わらず、燃焼回数や燃焼時間が寿命判断の基準値に達したために、寿命と判断され、給湯器の燃焼運転が強制的に不能な状態にされて、給湯器が廃棄処分にされることがあり、この場合は給湯器の有効活用が図れず、経済的にも不利である。
【0010】
本発明は燃焼ファン3の回転によって風量制御を行うための風量検出センサ16に着目し、この風量検出センサ16の風量検出信号を用いて器具の寿命判定を的確に行うことができる燃焼装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、次のように構成されている。すなわち、本発明は、バーナ燃焼の給排気を行う燃焼ファンと、この燃焼ファンの給排気の風量を検出する風量検出センサと、燃焼ファンのファン回転を検出するファン回転検出センサと、要求燃焼能力に対応して風量検出センサのセンサ出力目標値を決定し風量検出センサのセンサ出力が決定したセンサ出力目標値に一致するように燃焼ファンの回転制御を行うファン回転制御部とを備えた燃焼装置において、ファン回転制御部の制御データとして、燃焼能力に対応する風量検出センサのセンサ出力目標値と燃焼ファンのファン回転数との関係を示すファン制御特性データと、このファン制御特性データの上下両側に設定されるリミッターとが与えられ、燃焼運転中にファン回転数が上側のリミッターを越えたあとに燃焼を停止して器具の寿命診断モードでの動作を行う診断モード動作部を備え、この寿命診断モードでの動作時における診断データとして前記ファン制御特性データよりも同じセンサ出力目標値に対してファン回転数を大の値としたインプットダウンデータと、このインプットダウンデータよりもファン回転数をさらに大の値とした寿命判定データとが与えられており、診断モード動作部は、診断のための1個以上のセンサ出力目標値を指定する目標値指定部と、風量検出センサのセンサ出力が指定された各センサ出力目標値となるように燃焼ファンを順次回転制御させるファン回転指令部と、各センサ出力目標値での燃焼ファンの回転数を1個以上検出記憶するファン回転モニタ部と、各センサ出力目標値毎に検出記憶された燃焼ファンの回転数の平均値を求め、各センサ出力目標値のファン回転数平均値のうち予め与えた設定基準個数のL1 個以上のデータが前記インプットダウンデータと寿命判定データの間の領域に入ったときに燃焼能力のダウン指令信号を出力し、予め与えた設定基準個数のL2 個以上のデータが寿命判定データを越えたときに器具寿命と判断して寿命信号を出力する寿命判定部とを有することを特徴として構成されている。
【0012】
また、前記寿命判定部により燃焼能力のダウン指令信号が出力された以降の燃焼運転時には燃焼能力をダウン制御する燃焼能力ダウン制御部が設けられていること、前記寿命診断モードでの動作時にファン回転モニタ部で各センサ出力目標値毎に検出記憶される燃焼ファンの回転数データのばらつき変動幅を算出し、算出変動幅が予め与えられる設定変動幅から外れたときには有風による不安定状況と判断し、そのセンサ出力目標値の検出記憶データを消去して当該センサ出力目標値での再度のファン回転数データの検出記憶を指令する検出記憶データの有効性判断部が設けられていることもそれぞれ本発明の特徴とするところである。
【0013】
【作用】
上記構成の本発明において、燃焼運転中には、時々刻々求められる要求燃焼能力に応じ、風量検出センサのセンサ出力目標値が決定され、風量センサのセンサ出力がこのセンサ出力目標値に一致するように燃焼ファンの回転制御が行われる。
【0014】
この燃焼運転中に、ファン回転数がファン制御特性データの上側に与えられているリミッターを超えたときには、通風詰まり劣化の状態が発生したものと推定され、その後、燃焼運転が停止されて寿命診断モードでの動作が行われる。
【0015】
この寿命診断モードの動作では、目標値指定部によって指定される各センサ出力目標値VS1〜VSN毎に、燃焼ファンの回転数が1個以上検出記憶される。
【0016】
この燃焼ファン回転数の検出記憶に際し、検出記憶データの有効性判断部を持つものにあっては、検出記憶されたファン回転数データのばらつき変動幅が算出され、このばらつき変動幅が予め与えられる設定変動幅から外れたときには、器具が設置されている周囲環境に風が吹いていて、データがばらついたものと判断し、取り込んだ検出記憶データを無効として消去し、再度データを取り込んでの検出記憶を行わせ、有風状況でない無風安定状況下で燃焼ファンの回転数検出データを検出記憶させる。
【0017】
寿命判定部では、各センサ出力目標値毎に、前記ファン回転モニタ部でモニタされた燃焼ファンの回転数の平均値を求め、各センサ出力目標値毎に、ファン回転数の平均値の値をインプットダウンデータおよび寿命判定データと比較する。そして、各センサ出力目標値のファン回転数平均値のうち、予め与えた設定基準個数のL1 個以上のデータがインプットダウンデータと寿命判定データとの間の領域に入ったときには燃焼能力のダウン指令信号が出力され、各センサ出力目標値のファン回転数平均値のうち、予め与えた設定基準個数のL2 個以上が寿命判定データを超えたときには、器具寿命と判断して寿命信号が出力される。
【0018】
前記寿命判定部から燃焼能力のダウン指令信号が出力されることにより、燃焼能力が減少方向に制御され、燃焼ファンの風量が低下しても、その低下した風量の範囲内で良好な燃焼性能を維持して燃焼運転を行う。一方、寿命判定部から寿命信号が出力されたときには、燃焼停止のロック状態と成し、風量不足の状態で燃焼運転が行われるのを回避し、CO発生量の増大に伴う危険防止が図られる。
【0019】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本実施例の燃焼装置は、図7に示すものと同様な給湯器を対象にしており、本実施例の説明において、従来例と同一の名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。本実施例が従来例と異なる特徴的なことは、風量検出センサ16の風量検出信号に基づいて、器具の寿命を判断する寿命判定手段を制御装置15に組み込んだことであり、それ以外の構成は従来例と同様である。
【0020】
図1には本実施例の特徴的な寿命判定手段のブロック構成が示されている。この特有な寿命判定手段は、燃焼制御部17と、ファン回転制御部18と、器具の寿命診断モードでの動作を行う診断モード動作部21とを有して構成されている。前記燃焼制御部17とファン回転制御部18の構成およびその動作は前記図11に示す従来例の燃焼制御部17およびファン回転制御部18と同様であり、その重複説明は省略する。
【0021】
診断モード動作部21は、目標値指定部22と、ファン回転指令部23と、ファン回転モニタ部24と、有効性判断部25と、燃焼能力ダウン制御部26と、寿命判定部27と、タイマ31とを有して構成されている。診断モード動作部21での動作は、燃焼運転中に、燃焼ファン3のファン回転数が前記図8に示すファン制御特性データの上側のリミッターを越えたことによって燃焼停止が行われた後にバーナ2が非燃焼状態で行われるものである。目標値指定部22は、寿命診断を行うに際し、風量検出センサ16のセンサ出力目標値を1個以上指定する。この目標値の指定に際しては、メモリ等に指定するセンサ出力目標値を予め入力格納しておくことにより指定してもよく、あるいは、キーボード、メモリカード等により外部から入力指定する構成としてもよい。この目標値指定部22で指定されたセンサ出力目標値VS1〜VSNはファン回転指令部23に加えられる。
【0022】
ファン回転指令部23は指定されたセンサ出力目標値VS1〜VSNを一括して又は順次所定の時間を介してファン回転制御部18に加える。例えば、ファン回転指令部23からセンサ出力目標値VS1が加えられることにより、ファン回転制御部18は風量検出センサ16のセンサ出力がセンサ出力目標値VS1となるように燃焼ファン3の回転制御を行い、ファン回転指令部23から加えられるセンサ出力目標値VS2に対しては、風量検出センサ16のセンサ出力がVS2となるように燃焼ファン3の回転を制御するという如く、ファン回転指令部23から加えられる各センサ出力値VS1〜VSNに対してそれぞれ所定の時間間隔をもって順次センサ出力目標値を異にした燃焼ファン3の回転制御が行われる。
【0023】
ファン回転モニタ部24は各センサ出力目標値VS1〜VSN毎に、1個以上の燃焼ファン3のファン回転数を取り込み検出してメモリに記憶する。このファン回転数の検出記憶に際しては、タイマ31が使用され、ファン回転モニタ部24はT秒間隔でファン回転数R1 〜RM を順次取り込んでメモリに記憶する。有効性判断部25は、前記ファン回転モニタ部24により各センサ出力目標値のファン回転数が検出記憶される毎に、検出記憶されたR1 〜RM のうち、最大の値と最小の値との差をばらつき変動幅として求め、この求めたばらつき変動幅が予め与えられている設定変動幅の範囲内に入っているか否かを判断する。
【0024】
ばらつき変動幅が設定変動幅の範囲内のときには、給湯器が設置されている周囲環境が無風状態であり、検出記憶したデータは信頼性のある有効なデータであると判断し、その旨をファン回転モニタ部24に知らせて次のセンサ出力目標値でのファン回転数の検出記憶に移らせる。これに対し、ファン回転数のばらつき変動幅が設定変動幅から外れたときには、有風による不安定状況と判断する。
【0025】
有効性判断部25はファン回転モニタ部24が検出記憶したファン回転数のデータのばらつき変動幅が設定変動幅から外れているときには繰り返し検出記憶データの消去と再度のファン回転数データの検出記憶を指令し、ファン回転数検出記憶データのばらつき変動幅が設定変動幅に入ったときに、次のセンサ出力目標値のファン回転数の検出記憶を指令して、各センサ出力目標値毎のファン回転数データを無風安定状況の下で検出記憶させる。
【0026】
図6は燃焼ファン3の停止状態で、給湯器を有風環境にさらし、そのときの風速の大きさと風量検出センサ16のセンサ出力との関係を実験により求めたグラフである。このグラフから分かるように、有風状況になると、風量検出センサの検出値がセンサの零点に対して上下非対称にばらつき、このばらつきの変動幅は風速が大きくなるにつれ大きくなる。
【0027】
有効性判断部25は、風量検出センサ16の検出値のばらつき変動幅を、設定変動幅と比較し、設定変動幅(この設定変動幅は上限レベルと下限レベルで与えられるが、場合によっては上限レベルのみで与えられることもある)からはずれたとき(設定変動幅が上限レベルのみで与えられるときは上限レベルを上に越えたとき)には有風状況と判定し、風量検出センサ16の検出値(センサ出力値)のばらつき変動幅が設定変動幅範囲内にあるときには無風安定状況と判定する。換言すれば、設定変動幅に対応する基準風速に対し、この基準風速よりも低い風速の環境下にあるときには無風安定状況と判定し、基準風速よりも給湯器設置環境下の風速が大きくなったときには有風状況と判定するのである。
【0028】
寿命判定部27には、図2に示すようなデータが予め与えられている。すなわち、通風詰まり劣化のない給湯器の設置施工初期時のファン制御特性データに対し、同じセンサ出力目標値に対してファン回転数が大となる側にインプットダウンデータが与えられ、さらに、このインプットダウンデータに対し、同じセンサ出力目標値に対してファン回転数が大となる側に寿命判定データが与えられている。寿命判定部27は、前記ファン回転モニタ部24で検出記憶された各センサ出力目標値VS1〜VSN毎に図3に示す如く、ファン回転数検出記憶データの平均値RA1 〜RAN を求め、この求めた各センサ出力目標値のファン回転数の平均値RA1 〜RAN を図2に示すデータと比較する。
【0029】
そして、各センサ出力目標値V S1〜V SNのファン回転数平均値RA1 〜RAN のうち、インプットダウンデータRBのラインと寿命判定データRCのラインとの間の領域に入った平均値の個数が予め与えられたL1 (L1 は1以上の整数)個以上が否かを判断し、L1 個以上のときには、風量不足気味の燃焼状態と判断し、燃焼能力のダウン指令信号を燃焼制御部17に加える。
【0030】
この燃焼能力のダウン量は、所定の一定量として与え、燃焼能力のダウン指令が出される毎に、段階的に燃焼能力を低減させるように構成してもよく、あるいは、インプットダウンデータと寿命判定データの間の領域にあるファン回転数平均値の個数に応じて、燃焼能力のダウン量を比例的に減少させる構成としてもよいものである。この燃焼能力ダウン制御部26からの燃焼能力ダウン指令を受け、燃焼制御部17は、比例弁14に加える開弁駆動電流を燃焼能力のダウン量だけ減少し、バーナ2へのガス供給量を減少する。
【0031】
また、寿命判定部27は、各センサ出力目標値VS1〜VSN毎のファン回転数平均値RA1 〜RAN のうち、寿命判定データ(寿命判定データのRCのライン)を越えるものがあるときにはその数を計数する。そして、予め与えた設定基準個数のL2 (L2 は1以上の整数)個を越えたときには、燃焼ファン3の回転数が上限リミッターに張り付いてそれ以上ファン回転数がアップできない回転制御範囲の最大回転数であるにもかかわらず、通風詰まり劣化により風量が不足していて燃焼性能が悪化の状態と判定し、寿命信号を出力する。この寿命信号が出力されることにより、電磁弁13が強制的に遮断保持されて、燃焼停止のロック状態となり、それ以降の燃焼運転が阻止される。
【0032】
なお、寿命判定部27により、各センサ出力目標値のファン回転数平均値がインプットダウンデータに達しないとき、あるいはインプットダウンデータを越えても、その越えた平均値データの個数がL1 個未満のときには通風詰まりが悪化状態に達していないものと判断し、適正(正常)の信号を出力する。
【0033】
報知部30は、寿命判定部27の各判定結果の信号を受けて、その判定結果を区別報知する。この報知手法としては、液晶画面に文字や記号で表示したり、あるいはランプ等の点灯、点滅等の各種態様に基づいて区別表示したり、さらには、寿命判定結果についてはブザー音を鳴らす等の適宜の仕様態様に基づいて寿命判定部27の判定結果を区別報知する。
【0034】
本実施例は上記のように構成されており、次に、図4および図5のフローチャートに基づき、寿命判定の動作を説明する。図4で、ステップ101 は給湯器の燃焼運転中を示しており、この状態においては、燃焼制御部17により、要求燃焼熱量に応じた開弁駆動電流が比例弁14に加えられ、その一方で、ステップ102 では要求燃焼熱量に応じた風量検出センサのセンサ出力目標値が決定され、ステップ103 では風量検出センサ16のセンサ出力がセンサ出力目標値に一致するように燃焼ファン3への印加電圧を制御し、燃焼ファン3の回転制御が行われる。
【0035】
そして、ステップ104 でファン回転数が検出される。ステップ105 では検出された燃焼ファン3のファン回転数が図8に示すファン制御特性データの上側のリミッターに達しているか否かを判断する。ファン回転数が上側のリミッターに達していないときには正常な風量制御状態にあるものと判断し、そのままの状態で燃焼運転を継続させる。これに対し、検出ファン回転数が上側のリミッターを越えたときには、ステップ106 で直ちに燃焼運転を停止し、図5の寿命診断モードの動作へ移行する。
【0036】
寿命診断モードの動作では、まず、図5のステップ201 でセンサ出力目標値VS1〜VSNが設定される。そして、ステップ202 で燃焼ファン3が回転起動され、まず、風量検出センサ16のセンサ出力が最初のセンサ出力目標値VS1に一致するようにファン回転数が制御される。次にステップ203 でタイマ31をリセット状態からオンし、時間Tが経過するのを待ってからファン回転検出センサ28により、燃焼ファン3の回転数R1 を検出してメモリに記憶する。この燃焼ファン3の回転数検出記憶動作をT秒間毎に繰り返し行い、M個のファン回転数検出データR1 〜RM (Mは1以上の整数)をメモリに格納記憶する。
【0037】
ステップ207 ではこの格納したファン回転数検出記憶データR1 〜RM のうち、最大の値と最小の値の差を求めて変動幅とし、その変動幅が予め与えられている設定変動幅εを下回るか否かを判断する。ばらつき変動幅がε以上のときには、有風状況と判断し、メモリに格納したセンサ出力目標値VS1のM個のファン回転数検出記憶データR1 〜RM を消去して再度ステップ201 でセンサ出力目標値VS1を指定してステップ202 以降のファン回転数検出記憶動作を行う。そして、ステップ207 で再び検出記憶データのばらつき変動幅が設定変動幅εを下回るか否かの判断を行い、設定変動幅εから外れたときには繰り返しそのセンサ出力目標値でのファン回転数の検出記憶動作を繰り返す。
【0038】
前記ステップ207 でばらつき変動幅が設定変動幅εの範囲に入ったことが確認されたときには、このセンサ出力目標値VS1でのファン回転数検出記憶データは有効なデータとして取り扱われ、ステップ208 で検出記憶データR1 〜RM の平均値RA1 が求められる。
【0039】
ステップ209 ではファン回転数平均値の個数Nがセンサ出力目標値VS1〜VSNの個数のNに達したか否かが判断される。この例では、センサ出力目標値VS1のファン回転数平均値RA1 が求められた段階ではN=1であるので、ステップ210 でNに1を加えたものをNとし、つまり、N=2とし、ステップ201 でセンサ出力目標値VS2が指定され、風量検出センサのセンサ出力値がVS2となるように燃焼ファン3の回転が制御される。そして、センサ出力目標値VS1の場合と同様に、センサ出力目標値VS2の下でのファン回転数R1 〜RM が検出記憶され、そのばらつき変動幅が設定変動幅εの範囲に入る無風安定状況の下でのファン回転数のデータが検出記憶され、その平均値RA2 がステップ208 で求められる。
【0040】
このようにして、センサ出力目標値VS1〜VSNに対応させてファン回転数の平均値RA1 〜RAN の値が求められた後に、ステップ211 での寿命判定動作が行われる。この寿命判定動作では、図3に示すように、各センサ出力目標値VS1〜VSNに対応するファン回転数検出データの平均値RA1 〜RAN がプロットされ、RA1 は図2のインプットダウンデータRB1 および寿命判定データRC1 とそれぞれ比較され、同様にセンサ出力目標値VS2におけるファン回転数平均値RA2 は同じセンサ出力目標値VS2のインプットダウンデータRB2 および寿命判定データRC2 とそれぞれ比較される。
【0041】
このように、各センサ出力目標値VS1〜VSNの各ファン回転数平均値RA1 〜RAN はそれぞれ対応するセンサ出力目標値におけるインプットダウンデータRB1 〜RBN および寿命判定データRC1 〜RCN と比較され、ファン回転数平均値RA1 〜RAN のうち、インプットダウンデータのRBラインと寿命判定データのRCライン間の領域に何個のファン回転数平均値のデータがあるかを算出し、その個数が予め与えられる設定基準個数のL1 個以上のときには燃焼能力ダウン指令信号が出力され、寿命判定データのRCラインを越える領域に予め与えられる設定基準個数のL2 個以上のファン回転数平均値データが入ったときには、器具寿命と判断され、寿命信号が出力される。
【0042】
そして、燃焼能力のダウン指令信号が出力されたときには、前記した如く、燃焼能力のダウン制御が行われ、ガス供給量を減らして空気量の不足を解消して次の燃焼運転を可能にし、前記寿命信号が出力されたときには、燃焼の停止状態をロックし(燃焼運転を受け付けない状態にし)通風詰まり劣化の燃焼悪化状態で燃焼運転が行われるのを防止する。そして、これら寿命判定動作での判定結果は、報知部30で区別報知される。
【0043】
本実施例によれば、風量制御を行う風量検出センサの風量検出値に基づき、器具の寿命を判定するようにしたので、この判定結果に基づき、器具の寿命を的確に知ることができ、これにより、器具が寿命になっているにも拘わらず器具の使用がそれ以降も継続され、COガスの過剰発生等の燃焼悪化を引き起こしたり、器具が未だ十分良好な燃焼性能を維持しているにも拘わらず器具の寿命と判断されて器具が廃棄処分にされるという無駄を防止することができる。
【0044】
しかも、器具の寿命判定は無風安定状況下で行われるので、器具設置環境下における逆風等の有風の影響(有風による風量検出センサ出力の変動の影響)を受けることなく行われるので、その寿命判定の精度が高まり、寿命判定の信頼性を格段に高めることができる。
【0045】
さらに、本実施例では、器具の寿命診断モードでの動作を行う際には、バーナ燃焼を停止した状態で行うので、その寿命診断動作の信頼性をより一層高めることができるという効果が得られる。周知のように、バーナ2の燃焼時と、燃焼停止中とでは、燃焼ファン3から排気通路29に至る風路(空気通路)の通気抵抗が異なり、バーナ2の燃焼停止中よりもバーナ燃焼中の通気抵抗が高まる現象が知られており、この通気抵抗の増加は燃焼熱量によって異なることから、バーナ燃焼状態の下で寿命判定の動作を行うことは望ましくない。この点、本実施例では、燃焼停止状態で寿命判定を行うので、風路の排気抵抗が変動することのない定常状態で行うことができるので、その寿命判定の精度と信頼性をさらに高めることができるという効果が得られる。
【0046】
さらに、本実施例では、器具寿命には到らないが、通風詰まりが多少進行し、空気が不足気味で燃焼運転が行われるような状態にあっては、燃焼能力のダウン指令信号が出力されて、燃焼能力のダウン制御が行われるので、空気量の不足状態を解消した状態で燃焼運転を引き続き行うことができ、給湯器が新しい製品と交換されるまでの間燃焼悪化を解消した状態で給湯器を支障なく使用することができるので、非常に好都合である。
【0047】
なお、本発明は上記実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施例では、風量検出センサ16を差圧センサによって構成し、バーナ2をはさむバーナ2の上下両側の区間の差圧を検出するようにしたが、この差圧は、バーナへの空気供給部から排気通路29に至る空気流通経路内の上流側と下流側の任意の経路区間の差圧を検出すればよく、例えば、燃焼ファンの吸気口と燃焼室の区間の差圧、燃焼ファンの送風出側部分と燃焼室の区間の差圧、あるいは、これら燃焼ファンの吸気口や送風出口部分と給湯熱交換器の上側の排気トップとの区間の差圧、燃焼室と排気トップ側の区間の差圧等、差圧検出の経路区間はそれ以外にも無数の区間を設定することができるものである。
【0048】
ただ、本実施例のようにバーナ2を挟んでバーナの下側と上側の区間で差圧を検出する構成とした場合には、給湯熱交換器等に比べ、バーナ2ではごみ等による詰まりはほとんど生じないので、バーナ2を通る空気抵抗の経時変化は殆どなく、燃焼ファン3から送出される風量を正確に差圧でもって検出できることとなり、この点から、本実施例のようにバーナ2を挟む経路区間で差圧を検出する方式とすることが望ましい。
【0049】
さらに、上記実施例では、風量検出センサ16として差圧センサを用いたが、この差圧センサの代わりに、例えば、熱線ヒータ式やカルマン渦方式の風速センサを用いてもよく、あるいは、風量を直接的に検出するプロペラ回転式の風量計を用いてもよく、風量を直接的又は間接的に検出できる様々なセンサを用いることができる。
【0050】
さらに、上記実施例ではセンサ出力目標値を複数指定したが1個のみのセンサ出力目標値を指定してもよい。また、実施例では各センサ出力目標値毎に複数のファン回転数R1 〜RM を検出したが、1個のファン回転数のみを検出するようにしてもよい。この場合は平均値を求める演算は省略され、検出データがそのまま本発明における平均値を意味することになる。つまり、ファン回転数の検出動作がファン回転数の平均値を求める動作を意味する。このように、1個のセンサ出力目標値を指定し、1個のファン回転数のみを検出して寿命判定を行うことにより、その判定動作を短時間で行うことができる。ただ、本実施例のようにセンサ出力目標値を複数指定し、ファン回転数の検出を複数にすることにより、寿命判定の精度を高めることができる。
【0051】
さらに、上記実施例では、燃焼ファン3のファン回転数がファン制御特性データの上側のリミッターを越えたときには直ちに燃焼を停止して寿命診断の動作に移行したが、これとは異なり、例えば、ファン回転数が上側のリミッターを越えたときに寿命診断指令のフラッグを立てる等の処理をして、その後、適宜の時期、例えば、器具の燃焼使用後の未使用時や、次回燃焼前に寿命診断を行うようにしてもよい。このように、器具使用後に寿命診断を行うようにする場合には、ファン回転数が上側リミッターを越えても燃焼停止が行われず、器具をひき続き使用できるので、使用者に不便をかけることがなく、使い勝手上有利となる。この場合、ファン回転数が上側のリミッターを越えた程度によって安全度を区分し、最も危険度が高い場合には直ちに燃焼停止して寿命診断を行うようにし、危険度が低い(小さい)場合には、そのまま燃焼運転を継続して燃焼使用後の適宜の時期に寿命診断を行う等の構成展開を図ることもできる。
【0052】
さらに、上記実施例では、寿命診断を行う基準となるファン回転数の上側リミッターとして、燃焼ファン3の暴走を防止するために設けられるファン制御特性データの上側のリミッターを代用したが、暴走防止用の上側リミッターとは別個独立の寿命診断専用の上側リミッターを設定し、ファン回転数がこの設定した寿命診断専用の上側リミッターを越えたあとで前記各場合の如く寿命診断を行うようにしてもよい。
【0053】
さらに、上記実施例では燃焼装置として単能給湯器(給湯機能のみの給湯器)を例にして説明したが、本発明は、給湯と追い焚き、あるいは、給湯と温水暖房等の両機能を備えた複合給湯器や、その他、風呂釜、暖房機、冷房機、冷暖房機、空調機等の様々なバーナを有する燃焼装置に適用されるものである。
【0054】
さらに、上記実施例では、燃焼ファン3を押し込み方式としたが、これを吸い出し方式としてもよいことはもちろんのことである。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼装置の風量制御を行うための風量検出センサの風量検出値を用いて器具の寿命を的確に判定することができ、器具が寿命になっているにも拘わらず引き続き使用されることによる危険を確実に防止することができると共に、器具が良好な燃焼性能を維持しているにも拘わらず器具寿命と誤判定されて廃棄処分にされるという器具使用の無駄を防止することができる。
【0056】
また、風量検出値を用いての器具の寿命判定を無風安定状況の下で行うようにした構成のものにあっては、器具設置環境下の風の影響による風量検出値の変動を受けない状態で器具の寿命判定を行い得るので、その寿命判定の精度が高められ、信頼性の高い寿命判定を行うことができる。
【0057】
さらに、寿命判定を行うための専用のセンサを別途設ける必要はなく、風量制御の風量検出センサをそのまま利用して寿命判定を行うことができるので、本発明の寿命判定機能を備えた燃焼装置の装置構成も簡易となり、これに伴い、装置のコスト低減を図ることが可能となる。
【0058】
さらに、寿命判定部からの燃焼能力のダウン指令信号を受けて燃焼能力をダウン制御する燃焼能力ダウン制御部を設けた構成のものにあっては、燃焼能力のダウン制御により、空気量の不足状態を解消し、良好な燃焼性能の下で燃焼運転を引き続き行うことができ、例えば、新規な燃焼装置が設置施工されるまでの間前記燃焼能力のダウン制御により支障なく燃焼運転を行わせることができるので、使い勝手上も非常に好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃焼装置の一実施例を示す要部構成のブロック図である。
【図2】本実施例の寿命診断モードでの動作において使用されるインプットダウンデータと寿命判定データとの関係を示す説明図である。
【図3】本実施例におけるセンサ出力目標値とその各センサ出力目標値において求められたファン回転数平均値との関係説明図である。
【図4】本実施例における燃焼装置の動作を示すフローチャートである。
【図5】図4のフローチャートに続く燃焼装置の寿命診断モードの動作を示すフローチャートである。
【図6】給湯器の設置環境下における風速と風量検出センサのセンサ出力との関係を示す有風時におけるセンサ出力のばらつき変動を示す説明図である。
【図7】燃焼装置として一般的な給湯器の模式構成図である。
【図8】風量検出センサのセンサ出力目標値とファン回転数との関係を示すファン制御特性データのグラフである。
【図9】給湯器におけるガス供給量(比例弁の開弁駆動電流)と燃焼能力との関係を示す制御データのグラフである。
【図10】風量検出センサのセンサ出力目標値と燃焼能力との関係を示すグラフである。
【図11】従来の一般的な給湯器の制御装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
3 燃焼ファン
16 風量検出センサ
17 燃焼制御部
18 ファン回転制御部
21 診断モード動作部
22 目標値指定部
23 ファン回転指令部
24 ファン回転モニタ部
25 有効性判断部
26 燃焼能力ダウン制御部
27 寿命判定部
28 ファン回転検出センサ
Claims (3)
- バーナ燃焼の給排気を行う燃焼ファンと、この燃焼ファンの給排気の風量を検出する風量検出センサと、燃焼ファンのファン回転を検出するファン回転検出センサと、要求燃焼能力に対応して風量検出センサのセンサ出力目標値を決定し風量検出センサのセンサ出力が決定したセンサ出力目標値に一致するように燃焼ファンの回転制御を行うファン回転制御部とを備えた燃焼装置において、ファン回転制御部の制御データとして、燃焼能力に対応する風量検出センサのセンサ出力目標値と燃焼ファンのファン回転数との関係を示すファン制御特性データと、このファン制御特性データの上下両側に設定されるリミッターとが与えられ、燃焼運転中にファン回転数が上側のリミッターを越えたあとに燃焼を停止して器具の寿命診断モードでの動作を行う診断モード動作部を備え、この寿命診断モードでの動作時における診断データとして前記ファン制御特性データよりも同じセンサ出力目標値に対してファン回転数を大の値としたインプットダウンデータと、このインプットダウンデータよりもファン回転数をさらに大の値とした寿命判定データとが与えられており、診断モード動作部は、診断のための1個以上のセンサ出力目標値を指定する目標値指定部と、風量検出センサのセンサ出力が指定された各センサ出力目標値となるように燃焼ファンを順次回転制御させるファン回転指令部と、各センサ出力目標値での燃焼ファンの回転数を1個以上検出記憶するファン回転モニタ部と、各センサ出力目標値毎に検出記憶された燃焼ファンの回転数の平均値を求め、各センサ出力目標値のファン回転数平均値のうち予め与えた設定基準個数のL1 個以上のデータが前記インプットダウンデータと寿命判定データの間の領域に入ったときに燃焼能力のダウン指令信号を出力し、予め与えた設定基準個数のL2 個以上のデータが寿命判定データを越えたときに器具寿命と判断して寿命信号を出力する寿命判定部とを有することを特徴とする燃焼装置。
- 寿命判定部により燃焼能力のダウン指令信号が出力された以降の燃焼運転時には燃焼能力をダウン制御する燃焼能力ダウン制御部が設けられている請求項1記載の燃焼装置。
- 寿命診断モードでの動作時にファン回転モニタ部で各センサ出力目標値毎に検出記憶される燃焼ファンの回転数データのばらつき変動幅を算出し、算出変動幅が予め与えられる設定変動幅から外れたときには有風による不安定状況と判断し、そのセンサ出力目標値の検出記憶データを消去して当該センサ出力目標値での再度のファン回転数データの検出記憶を指令する検出記憶データの有効性判断部が設けられている請求項1又は請求項2記載の燃焼装置。
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