JP3695386B2

JP3695386B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP3695386B2
Application number: JP2001362589A
Authority: JP
Inventors: 浩次岸尾; 弘樹森岡
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: JP2003161438A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば暖房熱源、給湯熱源、風呂熱源としてバーナおよび送風ファンを備えた燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば温水暖房用の熱源として利用される燃焼装置には、バーナや送風ファンなどで構成される燃焼ユニットのほか、燃焼状態の診断プログラムを実行可能なマイクロコンピュータを備えたものがある。このような燃焼装置では、マイクロコンピュータが上記診断プログラムを実行することでたとえば排気閉塞状態と判断した場合、送風ファンのファンモータ回転数を補正制御している。
【０００３】
ところで、経年劣化などによる排気閉塞により燃焼室炉圧上昇などが生じると、排気閉塞の無い通常の場合よりも実際のガス圧が下がる。さらに、排気閉塞によるファン風量の不足分を補うためのファンモータ回転数上昇補正制御を行うので、ファンモータ回転数上昇補正制御を行っていない場合よりも実際のガス圧が下がる。その状態で燃焼入力の低い領域での燃焼運転が要求されると、燃焼管からなるバーナの火炎が非常に小さくなる。ここで言う「燃焼入力」とは、燃焼装置の燃焼能力に応じた制御量としてのガス圧などを意味する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バーナの火炎が小さくなると炎部が燃焼管に近くなり、その状態がしばらく続くと燃焼管が焼けてしまうなど燃焼における不具合が起こるおそれがあった。
【０００５】
【発明の開示】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、燃焼制御中の状況に応じて燃焼に関する入力低下による不具合、たとえば燃焼管焼けを防ぐことができる燃焼装置を提供することを、その課題としている。
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００７】
すなわち、本発明の第１の側面によれば、バーナおよび送風ファン、ならびに燃焼状態を診断する燃焼状態診断手段を備え、燃焼状態診断手段による診断結果に基づいて送風ファンのファンモータ回転数を補正制御する燃焼装置であって、送風ファンのファンモータ回転数が補正制御されたことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下となる燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置が提供される。
【０００８】
本発明の第２の側面によれば、バーナおよび送風ファン、ならびに燃焼状態を診断する燃焼状態診断手段を備え、燃焼状態診断手段による診断結果に基づいて送風ファンのファンモータ回転数を補正制御する燃焼装置であって、送風ファンのファンモータ回転数が補正制御され、かつ、その補正量が所定量に達したことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下となる燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置が提供される。
【０００９】
好ましい実施の形態によれば、燃焼状態診断手段は、燃焼室内の温度を検出する温度検出手段からの検出信号に基づいて、燃焼状態の診断結果を得る。
【００１０】
他の好ましい実施の形態によれば、燃焼状態診断手段は、送風ファンのファンモータ電流を検出する電流検出手段からの検出信号に基づいて、燃焼状態の診断結果を得る。
【００１１】
本発明の第３の側面によれば、バーナおよび送風ファン、ならびにバーナ付近の火炎温度を検出する温度検出手段を備えた燃焼装置であって、温度検出手段からの検出信号に基づいてバーナ付近の火炎温度が所定温度まで上がったことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下となる燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置が提供される。
【００１２】
本発明の第４の側面によれば、バーナおよび送風ファン、ならびに燃焼状態を診断する燃焼状態診断手段を備え、燃焼状態診断手段による診断結果に基づいて送風ファンのファンモータ回転数を補正制御する燃焼装置であって、送風ファンのファンモータ回転数が補正制御されたことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下で、かつ所定時間以上にわたって継続するような燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置が提供される。
【００１３】
本発明の第５の側面によれば、バーナおよび送風ファン、ならびに燃焼状態を診断する燃焼状態診断手段を備え、燃焼状態診断手段による診断結果に基づいて送風ファンのファンモータ回転数を補正制御する燃焼装置であって、送風ファンのファンモータ回転数が補正制御され、かつ、その補正量が所定量に達したことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下で、かつ所定時間以上にわたって継続するような燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置が提供される。
【００１４】
好ましい実施の形態によれば、燃焼状態診断手段は、燃焼室内の温度を検出する温度検出手段からの検出信号に基づいて、燃焼状態の診断結果を得る。
【００１５】
他の好ましい実施の形態によれば、燃焼状態診断手段は、送風ファンのファンモータ電流を検出する電流検出手段からの検出信号に基づいて、燃焼状態の診断結果を得る。
【００１６】
本発明の第６の側面によれば、バーナおよび送風ファン、ならびにバーナ付近の火炎温度を検出する温度検出手段を備えた燃焼装置であって、温度検出手段からの検出信号に基づいてバーナ付近の火炎温度が所定温度まで上がったことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下で、かつ所定時間以上にわたって継続するような燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置が提供される。
【００１７】
本発明によれば、たとえばファンモータ回転数が補正制御されたり、その補正量が所定量に達したり、あるいはバーナの火炎温度が所定温度まで上がると、燃焼入力を所定の入力レベル以下とした燃焼制御、あるいはそのような状態が所定時間以上にわたって継続するような燃焼制御が禁止されるので、許容範囲内の燃焼入力でもバーナの火炎が相当小さくなるような入力レベルでは燃焼制御が行われないことになり、燃焼制御中の状況に応じて燃焼に関する入力低下による不具合、たとえば燃焼管焼けを防ぐことができる。
【００１８】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う発明の実施の形態の説明によって、より明らかになるであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃焼装置の全体構成図である。この図に示す燃焼装置は、図示しない温水暖房装置に対して循環温水を再加熱しながら供給するための温水暖房用の燃焼ユニット１０を内蔵したものである。
【００２１】
燃焼ユニット１０は、バーナ１１、ガス電磁弁１２、ガス比例弁１２Ａ、バーナセンサ１３、点火プラグ１４、送風ファン１５、回転数センサ（図１では省略）、および熱交換器１７などを具備して概略構成されている。
【００２２】
バーナ１１は、ガス配管２０を通じて導かれてきたガスを燃焼させるものであって、たとえば多数の燃焼管からなる。燃焼管は、複数のガス電磁弁１２のそれぞれに対して複数個ずつ備えられている。燃焼運転には、通常複数の燃焼能力段数が存在する。たとえば、燃焼能力１段目では、１つのガス電磁弁１２が開とされ、燃焼能力２段目では、２つのガス電磁弁１２，１２が開とされ、燃焼能力３段目では、３つのガス電磁弁１２，１２，１２が開とされる。つまり、開となっているガス電磁弁１２に対応する燃焼管だけが燃焼を行う。また、元ガス電磁弁（図示略）とガス電磁弁１２との間には、ガス比例弁１２Ａが設けられており、このガス比例弁１２Ａの開度を制御することで各能力段ごとに小能力から大能力までリニアに燃焼ガス圧を変更することができる。バーナセンサ１３は、たとえばサーミスタであって、バーナ１１の燃焼温度（火炎温度）を検出する。点火プラグ１４は、バーナ１１を着火させるために用いられる。送風ファン１５は、燃焼室内の給排気を行う。回転数センサは、図示しないファンモータの回転軸に取り付けられたロータリエンコーダなどにより構成され、送風ファン１５のファンモータ回転数を検出する。熱交換器１７は、入水側循環パイプ３０を通じて送られてきた温水をバーナ１１の燃焼熱により加熱する。加熱された温水は、出湯側循環パイプ３１を通じて温水暖房装置などに送り出される。なお、温水暖房装置では、温水の放熱効果により暖房が行われる。温水暖房装置で利用された温水は、再び入水側循環パイプ３０を通じて循環利用される。
【００２３】
図２は、図１に示す燃焼装置の回路ブロック図である。この燃焼装置は、相互にバス接続されたＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、およびＩ／Ｏ４などからなるマイクロコンピュータを有する。Ｉ／Ｏ４には、ガス電磁弁１２、ガス比例弁１２Ａ、バーナセンサ１３、点火プラグ１４、送風ファン１５のファンモータ１５Ａ、および回転数センサ１６が接続されている。
【００２４】
ＣＰＵ１は、燃焼装置全体の制御中枢として機能するものであって、ＲＯＭ２に記憶されている燃焼制御プログラムに基づいて各部の動作を制御する。ＲＯＭ２には、燃焼制御プログラムや各種のデータテーブルなどが記憶されている。ＲＡＭ３は、ＣＰＵ１にワーキングエリアを提供する。
【００２５】
次に、燃焼装置の動作について説明する。
【００２６】
燃焼ユニット１０は、基本的に以下に説明するような手順にしたがってＣＰＵ１により制御される。
【００２７】
たとえば、ＣＰＵ１は、燃焼能力としての目標号数「Ｇ」から目標ガス圧「Ｐ２」を求める。ここで言う目標ガス圧「Ｐ２」とは、ガス電磁弁１２から開放される前のガス圧を指す。
【００２８】
次に、目標ガス圧「Ｐ２」からは、ファンモータ回転数データテーブルに基づいて、送風ファン１５のファンモータ１５Ａに関する標準回転数（単位：ｒｐｍ）が求められる。一例として、下記表１には、ファンモータ回転数データテーブルに基づく能力１段での目標ガス圧「Ｐ２」とファンモータ１５Ａの標準回転数との関係を示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
つまり、燃焼ユニット１０では、目標ガス圧「Ｐ２」に応じてガス電磁弁１２の開閉とともにガス比例弁１２Ａの開度を調整しながら燃焼が行われ、それと同時に、送風ファン１５のファンモータ１５Ａが標準回転数で回転するように制御され、この送風ファン１５により燃焼室内の給排気が行われる。
【００３１】
ここで、燃焼ユニット１０においては、送風ファン１５のファンモータ１５Ａが標準回転数で回転させられるが、経年劣化などにより排気口がゴミや埃などである程度塞がった状態にある場合、排気閉塞による影響を受けることとなる。つまり、排気閉塞状態では、燃焼室炉圧上昇などが生じることで排気閉塞のない状態よりも燃焼温度が上昇する。
【００３２】
そのため、ＣＰＵ１は、燃焼ユニット１０のバーナセンサ１３を通じて燃焼温度が所定温度以上にまで上昇した状態を検出すると、自己診断機能によりファンモータ１５Ａの回転数を上昇するように補正制御している。このようなモータ回転数の補正制御は、具体的な数値を挙げて説明すると、たとえば６００度以上の燃焼温度が検出された場合、ＣＰＵ１は、自己診断結果として排気閉塞状態にあると認識し、標準としたモータ回転数から２％ずつ上昇するように補正制御を行い、その上限が１２０％になるまで補正制御を行う。なお、例示した数値は、あくまで一例である。
【００３３】
ところで、排気閉塞により燃焼室炉圧上昇などが生じると、排気閉塞の無い通常の場合よりも実際のガス圧（燃焼入力）が下がってしまう。このとき、排気閉塞による送風ファン１５の風量不足分を補うべくファンモータ１５Ａの回転数が上昇するように補正制御されるので、ファンモータ１５Ａの回転数上昇補正制御が行われない場合よりも実際のガス圧が下がる。このような状態で燃焼入力の低い領域での燃焼運転が要求されると、燃焼管からなるバーナ１１の火炎が非常に小さくなる。バーナ１１の火炎が小さくなると炎部が燃焼管に近くなり、その状態がしばらく続くと燃焼管が焼けてしまうなどの燃焼不具合が起こるおそれがある。
【００３４】
そのため、本実施形態では、ファンモータ１５Ａの補正制御が行われた際、燃焼管焼けなどの燃焼不具合を防止する観点から、以下に説明する内容に基づいてＣＰＵ１が燃焼状態を制御している。
【００３５】
図３は、燃焼制御を説明するための説明図である。なお、この説明図は、横軸に燃焼能力を示し、縦軸にガス圧「Ｐ２」を示す。ガス圧「Ｐ２」は、一例として最小レベルＡ１，Ｂ１から最大レベルＡ２，Ｂ２までを可変許容範囲とされる。また、ガス圧「Ｐ２」をリニアに上昇させる場合、燃焼管は、能力１段に係るものが燃焼運転された後、続いて能力２段に係るものが燃焼運転開始されるとする。
【００３６】
まず、バーナ１１の燃焼管が能力１段により燃焼運転中、ファンモータ１５Ａの補正制御が行われたとする。すると、ＣＰＵ１は、標準としたモータ回転数から２％ずつ補正制御を行うが、あらかじめ決められた割合に達すると、それ以降は、Ａ１からＡ２までの可変許容範囲のうち、Ａ１からＡ３までの破線で示す目標ガス圧「Ｐ２」を無視し、この領域での燃焼制御を行わない。
【００３７】
もちろん、実線で示すＡ３からＡ２までのガス圧「Ｐ２」とする場合、ＣＰＵ１は、それに従いガス圧「Ｐ２」を調整しながら燃焼制御を行う。つまり、通常時にはガス圧「Ｐ２」がＡ１からＡ２まで上昇させられるも、ファンモータ１５Ａの補正制御がある割合に達すると、ガス圧「Ｐ２」をＡ３からＡ２の範囲で制御することになる。
【００３８】
そして、バーナ１１の燃焼管が能力１段から能力２段による燃焼運転に切り替えられる際、ＣＰＵ１は、通常Ｂ１からＢ２へとガス圧「Ｐ２」を上昇させるところ、Ｂ１からＢ３までの破線で示す目標ガス圧「Ｐ２」を無視し、この領域での燃焼制御を行わない。このような燃焼制御とは別に、通常の燃焼制御において能力１段から能力２段に切り替える際には、能力段数の切り替えハンチングを防ぐため、図３にハッチングで示すように、能力１段と能力２段との間に重なる領域（能力ラップ代）が存在する。そのため、ガス圧「Ｐ２」がリニアに上昇する場合、Ａ２からＢ１に切り替えられるのではなく、Ｂ１より上のポイントに切り替えられる。ただし、その切り替えポイントは、Ｂ３とは無関係で、Ｂ３より上の場合もあれば下の場合もある。逆に、ガス圧「Ｐ２」がリニアに下降する場合、Ｂ１からＡ２に切り替えられるのではなく、Ａ２より下のポイントに切り替えられる。
【００３９】
そして、実線で示すＢ３からＢ２までのガス圧「Ｐ２」とする場合、ＣＰＵ１は、それに従いガス圧「Ｐ２」を調整しながら燃焼制御を行う。つまり、通常時には、能力１段によるＡ２までの燃焼制御を経た後、能力段数の切り替えによっても燃焼能力が連続的に変化するように、能力２段によるＢ１より若干上のポイントから燃焼制御が開始されるが、ファンモータ１５Ａの補正制御がある割合に達した状態では、Ａ２からＢ３へと燃焼能力が不連続的に変化させられるのである。このような不連続的な燃焼能力の変化があっても、温水暖房用の燃焼装置では、温水が利用者に直接使用されるものではなく、精確な温度変化がそれほど求められないため、不連続的な燃焼能力の変化が問題視されることはない。
【００４０】
要するに、排気閉塞によりファンモータ１５Ａの補正制御が行われる状況下においては、その排気閉塞を一因として実際のガス圧が下がってしまい、通常の燃焼制御ではバーナ１１の火炎が非常に小さくなってしまうが、このような燃焼制御が行われることなく、ある程度ファンモータ１５Ａの補正制御が続くような状態、すなわち排気閉塞によりガス圧の下がった状態では、燃焼入力を所定の入力レベル以下とした燃焼制御がカットされるのである。
【００４１】
したがって、上記した燃焼装置によれば、ファンモータ１５Ａの回転数が補正制御され、しかもその補正量がある程度の割合に達すると、能力１段あるいは能力２段による燃焼運転のいずれにしても、ガス圧「Ｐ２」（燃焼入力）を最小レベル付近で調整する燃焼制御が禁止されるので、許容範囲内のガス圧「Ｐ２」でもバーナ１１の火炎が相当小さくなるような状態ではそもそも燃焼自体が行われることなく、燃焼管焼けを効果的に防止することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
上記実施形態では、図３に示すように、Ａ１からＡ３までの範囲、あるいはＢ１からＢ３までの範囲における燃焼制御をカットしたが、他の実施形態としては、Ａ１からＡ３までの範囲あるいはＢ１からＢ３までの範囲でも、燃焼制御を行うようにし、このような燃焼制御が所定時間以上にわたって継続すれば、上記した範囲での燃焼制御をカットし、Ａ３，Ｂ３以上での燃焼状態となるように上方修正するようにしても良い。このような燃焼制御によれば、バーナ１１の火炎が非常に小さい状態がしばらく続いて燃焼管焼けを起こすような事態を防ぎつつも、たとえば瞬間的にはガス圧「Ｐ２」を低レベルにすることができ、連続的に燃焼能力を変化させることができる。
【００４４】
また、上記実施形態では、ファンモータ１５Ａの回転数が補正制御され、しかもその補正量がある程度の割合に達することにより、ガス圧「Ｐ２」が所定範囲内での燃焼制御を禁止するとしたが、ファンモータ１５Ａの回転数が補正制御された時点でそのような燃焼制御を禁止するとしても良い。また、ファンモータ１５Ａの回転数補正制御とは関係なく、バーナセンサ１３を介して燃焼温度が所定温度以上になったことが検出された時点でそのような燃焼制御を禁止するとしても良い。
【００４５】
また、上記実施形態では、所定温度以上の燃焼温度が検出された場合、自己診断結果として排気閉塞状態を認識するとしたが、ファンモータ１５Ａの駆動電流を検出する電流検出回路を設け、この電流検出回路を介してファンモータ１５Ａの駆動電流が所定値以下まで低下した状態が検出されれば、自己診断結果として排気閉塞状態を認識し、ファンモータ１５Ａの回転数補正制御を行うとしても良い。このような電流検出回路によれば、排気閉塞によりファンモータ１５Ａの駆動電流の低下を精確に検出することができ、その分、排気閉塞状態を確実に認識することができる。
【００４６】
ガス圧「Ｐ２」は、各能力段ごとにガス比例弁１２Ａの開度を調整することでリニアに変化させられるとしたが、非線形的に変化させても良い。
【００４７】
上記実施形態では、温水暖房用の燃焼装置としたが、一般給湯用や風呂追い焚き用の燃焼装置であっても良く、また、温水暖房用、一般給湯用、風呂追い焚き用の燃焼ユニットをそれぞれ別に内蔵したものであっても良い。
【００４８】
燃焼ユニット１０は、燃焼燃料をガスとしたが、たとえば石油を燃料とするものであっても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、たとえばファンモータ回転数が補正制御されたり、その補正量が所定量に達したり、あるいはバーナの火炎温度が所定温度まで上がると、燃焼入力を所定の入力レベル以下とした燃焼制御、あるいはそのような状態が所定時間以上にわたって継続するような燃焼制御が禁止されるので、許容範囲内の燃焼入力でもバーナの火炎が相当小さくなるような入力レベルでは燃焼制御が行われないことになり、燃焼制御中の状況に応じて燃焼に関する入力低下による不具合、たとえば燃焼管焼けを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃焼装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す燃焼装置の回路ブロック図である。
【図３】燃焼制御を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ＣＰＵ
２ＲＯＭ
３ＲＡＭ
４Ｉ／Ｏ
１０燃焼ユニット
１１バーナ
１２ガス電磁弁
１２Ａガス比例弁
１３バーナセンサ
１４点火プラグ
１５送風ファン
１６回転数センサ

Claims

バーナおよび送風ファン、ならびに燃焼状態を診断する燃焼状態診断手段を備え、前記燃焼状態診断手段による診断結果に基づいて前記送風ファンのファンモータ回転数を補正制御する燃焼装置であって、
前記送風ファンのファンモータ回転数が補正制御されたことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下となる燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置。
バーナおよび送風ファン、ならびに燃焼状態を診断する燃焼状態診断手段を備え、前記燃焼状態診断手段による診断結果に基づいて前記送風ファンのファンモータ回転数を補正制御する燃焼装置であって、
前記送風ファンのファンモータ回転数が補正制御され、かつ、その補正量が所定量に達したことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下となる燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置。
前記燃焼状態診断手段は、燃焼室内の温度を検出する温度検出手段からの検出信号に基づいて、燃焼状態の診断結果を得る、請求項１または２に記載の燃焼装置。
前記燃焼状態診断手段は、前記送風ファンのファンモータ電流を検出する電流検出手段からの検出信号に基づいて、燃焼状態の診断結果を得る、請求項１または２に記載の燃焼装置。
バーナおよび送風ファン、ならびに前記バーナ付近の火炎温度を検出する温度検出手段を備えた燃焼装置であって、
前記温度検出手段からの検出信号に基づいて前記バーナ付近の火炎温度が所定温度まで上がったことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下となる燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置。
バーナおよび送風ファン、ならびに燃焼状態を診断する燃焼状態診断手段を備え、前記燃焼状態診断手段による診断結果に基づいて前記送風ファンのファンモータ回転数を補正制御する燃焼装置であって、
前記送風ファンのファンモータ回転数が補正制御されたことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下で、かつ所定時間以上にわたって継続するような燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置。
バーナおよび送風ファン、ならびに燃焼状態を診断する燃焼状態診断手段を備え、前記燃焼状態診断手段による診断結果に基づいて前記送風ファンのファンモータ回転数を補正制御する燃焼装置であって、
前記送風ファンのファンモータ回転数が補正制御され、かつ、その補正量が所定量に達したことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下で、かつ所定時間以上にわたって継続するような燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置。
前記燃焼状態診断手段は、燃焼室内の温度を検出する温度検出手段からの検出信号に基づいて、燃焼状態の診断結果を得る、請求項６または７に記載の燃焼装置。
前記燃焼状態診断手段は、前記送風ファンのファンモータ電流を検出する電流検出手段からの検出信号に基づいて、燃焼状態の診断結果を得る、請求項６または７に記載の燃焼装置。
バーナおよび送風ファン、ならびに前記バーナ付近の火炎温度を検出する温度検出手段を備えた燃焼装置であって、
前記温度検出手段からの検出信号に基づいて前記バーナ付近の火炎温度が所定温度まで上がったことを条件として、燃焼入力が所定の入力レベル以下で、かつ所定時間以上にわたって継続するような燃焼制御を禁止する燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、燃焼装置。