JP3695386B2 - 燃焼装置 - Google Patents
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Description
【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】
1 CPU
2 ROM
3 RAM
4 I/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 (10)
- 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。
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