JP3745008B2 - バーナの燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料と一次空気とを混合して燃焼させるバーナの燃焼方法及び燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料と一次空気とを混合して燃焼させるバーナの燃焼装置（例えばガス給湯器）にあっては、その一次空気を送風ファンにより給気するものが一般に知られており、その給気に際しては、バーナの燃焼量に対応した給気量となるように送風ファンの回転数を制御する。この場合、バーナの燃焼量に対応した給気量、あるいはその給気量に対応した送風ファンの回転数は、バーナの定常的な燃焼運転時にバーナの良好な燃焼が得られるように定められている。
【０００３】
この種の燃焼装置においては、従来、バーナの燃焼開始時から、バーナの定常的な燃焼運転が行われるとの前提の基で、上記のように定められれる送風ファンの回転数でバーナへの給気を行うようにしていた。
【０００４】
しかしながら、このようなものでは、特に燃焼開始時にバーナ付近の温度が低い場合に、燃焼の初期段階で一時的に燃焼炎のリフトを生じて、燃焼不良を生じ易いということが本願発明者等の検討により判明した。
【０００５】
この点について、本願発明者等が各種の検討を行った結果、次のような知見を得た。
【０００６】
すなわち、燃焼運転の開始時にバーナ付近の温度が低い状態では、該バーナの燃料と混合する一次空気の温度がバーナの定常的な燃焼運転時に較べて低いため、燃焼炎の燃焼速度も定常的な燃焼運転時に較べて遅い。このため、バーナ付近の温度が低い状態で、燃焼運転を開始した時に、定常的な燃焼運転用の給気量でバーナに給気すると、該給気量が燃焼運転の初期では過剰となり、バーナの混合気の噴出速度が燃焼速度よりもかなり大きくなって、燃焼炎のリフトを生じやすい。尚、燃焼運転の開始後、バーナの燃焼が継続すれば、その放射熱によって、一次空気の温度が上昇して、燃焼速度も早くなっていく。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、燃焼開始時に燃焼炎のリフトを生じることなく良好な燃焼運転を行うことができるバーナの燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のバーナの燃焼装置はかかる目的を達成するために、バーナにその燃料と混合する一次空気を給気する送風ファンを具備したバーナの燃焼装置において、前記送風ファンによる前記バーナへの給気温度を該バーナの近傍箇所で検出する温度検出手段と、前記バーナの燃焼運転の開始時に該温度検出手段により検出された給気温度が所定温度以下であるとき、前記バーナの定常燃焼用のファン回転数よりも小さい燃焼開始回転数を前記検出された給気温度に応じて設定する燃焼開始回転数設定手段と、前記バーナの燃焼運転の開始時に前記設定された燃焼開始回転数で前記送風ファンを回転させ、該バーナの燃焼開始後に前記送風ファンの回転数を該燃焼開始回転数から前記定常燃焼用のファン回転数に向かって徐々に上昇せしめるファン制御手段とを備え、前記燃焼開始回転数設定手段は、前記検出された給気温度が高いほど、前記燃焼開始回転数を大きく設定し、前記ファン制御手段は、前記バーナの燃焼開始後、前記送風ファンの回転数を前記燃焼開始回転数から、あらかじめ定められた所定の時間的増加率で前記定常燃焼用のファン回転数に向かって上昇させることを特徴とするものである。
【００１４】
かかる本発明によれば、前記バーナの燃焼運転の開始時に前記温度検出手段により検出された給気温度が前記所定温度以下の低温状態では、前記燃焼開始回転数設定手段によって、前記バーナの定常燃焼用のファン回転数よりも小さい燃焼開始回転数が前記検出された給気温度に応じて設定される。このとき、燃焼開始回転数は、検出された給気温度が高いほど、大きくなるように設定される。そして、前記ファン制御手段によって、その設定された燃焼開始回転数で前記送風ファンを回転させ、その後に該送風ファンの回転数をあらかじめ定められた所定の時間的増加率で徐々に前記定常燃焼用のファン回転数に向かって上昇させる。このため、燃焼運転の開始時から給気温度に整合した給気量でバーナへの給気が行われ、バーナの混合気の噴出速度が給気温度に応じた燃焼速度に対応する適切な噴出速度に維持される。
【００１５】
これにより、本発明のバーナの燃焼装置によれば、燃焼開始時に燃焼速度が小さくても、それに対応するように噴出速度が制限されるため、燃焼炎のリフトを生じることなく良好な燃焼運転を行うことができる。
【００１７】
また、燃焼運転の開始時の前記燃焼開始回転数に対応する給気量やその後のファン回転数の上昇に対応して増加する給気量に対応する噴出速度を確実に燃焼速度に整合したものに維持することができ、燃焼開始時に良好な燃焼運転を確実に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本実施形態のバーナの燃焼装置を備えたガス給湯器のシステム構成図、図２は図１のガス給湯器の要部のブロック図、図３は図１のガス給湯器のバーナの燃焼作動を説明するための線図である。
【００１９】
図１を参照して、本実施例の給湯器は、給湯器本体１とそれに接続されたリモコン２とを備える。
【００２０】
給湯器本体１は、給水路３と、ガスバーナ４と、ガスバーナ４を収容した燃焼室５と、燃焼用空気を燃焼室５内に給気する送風ファン６と、給湯器の作動制御を行う制御ユニット７と、ガスバーナ４に燃料ガスを供給するための給燃路８とを具備する。
【００２１】
給水路３は、その上流側から下流側に順次直列的に接続された元給水管９、熱交換器管１０及び出湯管１１と、熱交換器管１０に並列に接続されたバイパス管１２とにより構成されている。元給水管９から熱交換器管１０及びバイパス管１２に至る分岐箇所には、制御ユニット７の指示により熱交換器管１０及びバイパス管１２に流れる水量の割合を調整する電動水量制御弁１３が設けられている。
【００２２】
元給水管９は、上流側が上水道に接続され、下流側が電動水量制御装置１３の入口に接続されている。この元給水管９には、上流側から水フィルタ兼水抜栓１４と、給水路３の通水の有無や該給水路３を流れる水の流量を検出する水量センサ１５と、給水温を検出する給水サーミスタ１６とが配されている。
【００２３】
熱交換器管１０は、上流入口側が電動水量制御装置１３の一方出口側に接続され、その中間部分がガスバーナ４の上方に設けられた熱交換器１７を通り、下流出口側が出湯管１１に接続されている。熱交換器１７は、ガスバーナ４の燃焼により加熱され、それにより熱交換器管１０の内部を流れる水が熱交換器１７を通る過程で加熱される。また、熱交換器１７の外壁には該熱交換器１７の過熱を防止するための過熱防止装置１８が配設され、熱交換器管１０の下流出口側には熱交換器１７を通過した水の出湯温を検出する缶体サーミスタ１９が配設されている。
【００２４】
バイパス管１２は、上流入口側が電動水量制御装置１３の他方出口側に接続されて元給水管９から分流され、下流端が出湯管１１の上流側（熱交換器管１０の下流端側）に合流・接続されている。
【００２５】
出湯管１１には、凍結を防止するための凍結防止ヒータ２０と、熱交換器管１０とバイパス管１２との合流箇所の下流側で給水路３の出湯管１１を流れる湯の出湯温を検出する出湯サーミスタ２１と、過圧安全弁兼水抜栓２２と、湯を出すための給湯栓２３が上流側から下流側にわたって配設されている。給湯栓２３は、キッチンや浴室に配される蛇口（図示せず）から吐出する湯の量を調節する湯栓である。
【００２６】
給燃路８には、その上流側から順に、制御ユニット７の制御により開閉する元電磁弁２４と、制御ユニット７の通電制御によりその通電量に応じて燃料ガスの給燃量を連続的に可変するガバナ比例電磁弁２５とが配設されている。
【００２７】
ガスバーナ４を収容した燃焼室５には、上部に燃焼排ガスを捕集して外に排出する排気通路２６が延設されると共に、ガスバーナ４の燃焼用空気を燃焼室５に給気するための給気通路２７が連通され、この給気通路２７に前記送風ファン６が設けられている。
【００２８】
この場合、送風ファン６により給気通路２７を介してガスバーナ４に供給される燃焼用空気は、その一部が一次空気として、ガスバーナ４に給燃路８から供給される燃料ガスと図示しないダンパー等を介して混合され、その混合気がガスバーナ４で燃焼するようになっている。そして、送風ファン６により供給される燃焼用空気の残部は、ガスバーナ４の燃焼炎の二次空気として使用されるようになっている。尚、二次空気の供給通路には、バーナ４への空気の分布を良くすると共に一次空気供給圧を高める分布板４ａが設けられている。また、燃焼室５内には、給気通路２７からガスバーナ４に供給される一次空気の給気温度を検出するための温度センサ２８（温度検出手段）がガスバーナ４の近傍箇所（例えば、一次空気と燃料ガスとを混合する箇所の近傍）に設けられている。
【００２９】
尚、図１において、２９はガスバーナ４の点火用の火花放電を生じる点火電極、３０は制御ユニット７の制御により点火電極２９を駆動するイグナイタ、３１はガスバーナ４の燃焼炎を検知するためのフレームロッド、３２は燃焼室５内の過熱防止用の温度ヒューズ、３３は凍結防止ヒータ２０を作動させるための低温感知スイッチである。また、リモコン２には、出湯温を設定するための温度設定スイッチ３４や運転スイッチ３５等が設けられている。
【００３０】
次に、図２を参照して、前記制御ユニット７は、マイクロコンピュータ等により構成されたものであり、その主要な機能的構成として、ガスバーナ４への燃料ガスの給燃を制御する給燃制御部３６と、送風ファン６を制御するファン制御部３７（ファン制御手段）と、ガスバーナ４の燃焼量を設定する燃焼量設定部３８と、ガスバーナ４の燃焼運転の開始時に前記温度センサ２８により検出される給気温度に応じて燃焼開始時の送風ファン６の回転数（燃焼開始回転数）を後述するように設定する燃焼開始回転数設定部３９（燃焼開始回転数設定手段）とを具備する。
【００３１】
この場合、燃焼量設定部３８は、給湯運転に際して出湯温サーミスタ２１により検出される出湯温がリモコン２の温度設定スイッチ３４により設定された設定温度に一致するようにガスバーナ４の燃焼量を設定し、それを給燃制御部３６やファン制御部３７に付与する。但し、燃焼量設定部３８は、ガスバーナ４の燃焼開始時には、あらかじめ定められた所定の燃焼量を設定する。
【００３２】
そして、給燃制御部３６は、設定された燃焼量に対応した給燃量をガスバーナ４に供給するようにガバナ比例電磁弁２５への通電量を決定して、その決定した通電量で該比例電磁弁２５を通電制御し、また、給湯運転の開始及び停止に際して、元電磁弁２４を開閉せしめる。
【００３３】
また、ファン制御部３７は基本的には、燃焼量設定部３８により設定された燃焼量に対応した給気量をガスバーナ４に給気するように送風ファン６の回転数を決定し、その決定した回転数で送風ファン６を作動せしめる。但し、ファン制御部３７は、バーナ２の燃焼運転の開始時に前記温度センサ２８により検出される給気温度が所定温度（リフトが発生する虞れがある温度）以下の低温状態であるときには、後述するように燃焼開始回転数設定部３９により設定される送風ファン６の燃焼開始回転数に基づき送風ファン６の回転数を制御する。
【００３４】
尚、上記のように燃焼量設定部３８により設定される燃焼量に対応して給燃制御部３６やファン制御部３７により規定される、給燃量や送風ファン６の回転数は、燃焼室５内の温度が十分に高くなって、ガスバーナ４への給気温度も十分に高くなるガスバーナ２の定常的な燃焼運転時に、その燃焼を良好に行うことができるように定められたものである。
【００３５】
また、図２では詳細な図示を省略するが、制御ユニット７には、前記温度センサ２８の検出信号の他に、出湯温サーミスタ２１や、給水温サーミスタ１６、水量センサ１５等の各センサの検出信号が燃焼量設定部３８による燃焼量の設定等を行うためのデータとして入力される。
【００３６】
次に、本実施例の給湯器の給湯時（ガスバーナ４の燃焼時）の作動を説明する。まず、給湯器の基本的作動を説明する。
【００３７】
給水路３の通水が開始されると、これが水量センサ１５を介して制御ユニット７により検知され、この時、制御ユニット７は、燃焼量設定部３８によりガスバーナ４の燃焼開始時の所定の燃焼量を設定しつつ後述するように送風ファン６や元電磁弁２４、ガバナ比例電磁弁２５等を制御して、ガスバーナ４の燃焼運転を開始せしめる。そして、ガスバーナ４の燃焼運転が開始すると、制御ユニット７は、出湯温サーミスタ２１により検出される出湯温（熱交換器管１０を流れる水とバイパス管１２を流れる水を合流してなる水の出湯温）をリモコン２の温度設定スイッチ３４により設定された設定温度に一致させるようにガスバーナ４の燃焼量を燃焼量設定部３８により設定しつつ送風ファン６やガバナ比例電磁弁２５を制御して、ガスバーナ４への送風量や給燃量を制御する。
【００３８】
これにより、給水路３を給湯栓２３に向かって流れる水が、熱交換器管１０においてガスバーナ４の燃焼熱によって熱交換器１７を介して所要の熱量で加熱される。そして、熱交換器管１０で加熱された水は、バイパス管１２を流れる非加熱の水と合流して設定温度に一致するような湯となり、給湯栓２３への出湯が設定温度で行われる。
【００３９】
尚、給水路３の通水が停止されると、これが水量センサ１５を介して制御ユニット７により検知され、この時、制御ユニット７は、ガスバーナ４の燃焼運転を停止せしめる。
【００４０】
このような給湯運転において、ガスバーナ４の燃焼運転は次のように行われる。
【００４１】
まず、ガスバーナ４の燃焼開始に際して、温度センサ２８によりガスバーナ４への給気温度が検出され、その検出温度に応じて、制御ユニット７の燃焼開始回転数設定部３９により送風ファン６の燃焼開始回転数が設定される。この燃焼開始回転数は、図３（ｂ）に示すようにガスバーナ４の定常燃焼用の回転数（燃焼量設定部３８により燃焼開始時に設定される所定の燃焼量に対応した回転数）よりも小さく、また、給気温度の検出温度が高い程、大きく（検出温度が低い程、小さく）設定される。尚、ガスバーナ４の燃焼停止直後の燃焼再開時等、燃焼室５内の温度が十分に高温となっていて、温度センサ２８の検出温度が所定の温度以上である場合には、定常燃焼用の回転数が燃焼開始回転数として設定される。
【００４２】
このようにして燃焼開始回転数が設定されると、制御ユニット７は、ファン制御部３７により、設定された燃焼開始回転数で送風ファン６を回転させると共に、給燃制御部３６が元電磁弁２４を開弁した後、燃焼量設定部３８により設定された燃焼量に対応した給燃量でガスバーナ４に給燃路８から燃料ガスを給燃するようにガバナ比例電磁弁２５の通電量を制御する。そして、この状態で、制御ユニット７は、イグナイタ３０を介して点火電極２９に一定時間、火花放電を生ぜしめ、ガスバーナ４の炎口から噴出する混合気に点火して燃焼を開始せしめる。
【００４３】
この燃焼開始後、給燃制御部３６は、出湯温等に応じて燃焼量設定部３８により設定された燃焼量に対応した給燃量でガスバーナ４への給燃を継続せしめるようにガバナ比例電磁弁２５の通電制御を継続する一方、ファン制御部３７は、図３（ｂ）に示すように、例えば所定の時間的増加率で送風ファン６の回転数を定常燃焼用の回転数に向かって増加させる。そして、送風ファン６の回転数が最終的に定常燃焼用の回転数まで増加した後は、ファン制御部３６は、燃焼量設定部３８により設定される燃焼量に対応した回転数で送風ファン６を作動させる。
【００４４】
このようなガスバーナ４の燃焼運転によって、燃焼開始時の温度センサ２８の検出温度が所定温度以下で、送風ファン６によるガスバーナ４への一次空気の給気温度が低いものとなる場合には、燃焼開始時の送風ファン６の回転数が定常燃焼用の回転数よりも小さな燃焼開始回転数に制御されるため、低い給気温度に整合した少なめの給気量で、換言すれば、低い燃焼速度に整合した少なめの給気量で、ガスバーナ４に燃料ガスと混合する一次空気が供給される。従って、ガスバーナ４の炎口から噴出する混合気の噴出速度がガスバーナ４の定常的な燃焼時と同様に、該混合気の燃焼速度に整合したものとなり、燃焼炎のリフトを生じることのなくガスバーナ４の燃焼を開始することができる。
【００４５】
そして、ガスバーナ４の燃焼開始後には、温度センサ２８で検出される給気温度は、ガスバーナ４の燃焼熱によって、図３（ａ）に示すように上昇し、従って、燃焼速度も同様に上昇していくのであるが、この燃焼速度の上昇に合わせるようにして、送風ファン６の回転数が定常燃焼用の回転数に向かって増加されて、ガスバーナ４への給気量も増加されていくので、図３（ｃ）に示すように、ガスバーナ４の燃焼開始後には、徐々に上昇する燃焼速度に整合するようにして、混合気の噴出速度も増加されていく。
【００４６】
これにより、ガスバーナ２の燃焼運転の開始初期において、給気温度が低くて、ガスバーナ４の混合気の燃焼速度が遅い状態でも、それに整合した混合気の噴出速度となるため、燃焼炎のリフトを生じることのない良好な燃焼運転を行うことができる。
【００４７】
また、燃焼運転の開始時に温度センサ２８により検出される給気温度が所定温度以下の低温状態であるとき、該給気温度が高い程、送風ファン３の燃焼開始回転数を高く設定する（給気温度が低い程、燃焼開始回転数を低く設定する）ので、換言すれば、燃焼速度が高い程、送風ファン３の燃焼開始回転数を高く設定するので、燃焼運転の開始時から確実に給気温度に整合した給気量でバーナ本体５に燃料ガスと混合する一次空気が供給されて、該混合気の噴出速度が確実に燃焼速度に整合したものとなり、確実に良好な燃焼運転を行うことができる。
【００４８】
さらに、ガスバーナ４の燃焼停止直後に燃焼運転を再開した場合等、温度センサ２８で検出される給気温度が所定温度以上となっている場合には、燃焼開始時から定常燃焼用の回転数で送風ファン６が作動するので、本来、良好な燃焼運転を確保する上で、燃焼運転の開始時から定常燃焼用の回転数で送風ファン６によるガスバーナ４への給気を行うべき状態では、それよりも低い回転数で送風ファン６が作動して、ガスバーナ４の給気量が少なすぎるような状態でガスバーナ４の燃焼運転が開始されてしまうような事態を回避することができる。
【００４９】
従って、本実施形態の給湯器では、ガスバーナ４の燃焼開始時から燃焼炎のリフト等を生じることのない良好な燃焼運転を確実に行うことができる。
【００５０】
尚、以上説明した実施形態では、給湯器に備えたガスバーナ４を例にとって説明したが、これに限らず、他の燃焼装置に本発明を適用してもよい。また、本実施形態では、ブンゼン式のバーナについて説明したが、セミブンゼン式や全一次空気式のバーナについても本発明を適用することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、バーナの燃焼運転の開始後、給気量を予め定められた増加率で増加せしめるものを示したが、一次空気の検出温度に応じて給気量を増加させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のバーナの燃焼装置を備えたガス給湯器の構成図。
【図２】図１のガス給湯器の要部のブロック図。
【図３】図１のガス給湯器のバーナの燃焼作動を説明するための線図。
【符号の説明】
４…ガスバーナ、６…送風ファン、２８…温度センサ（温度検出手段）、３７…ファン制御部（ファン制御手段）、３９…燃焼開始回転数設定部（燃焼開始回転数設定手段）。

Claims (1)

1. バーナにその燃料と混合する一次空気を給気する送風ファンを具備したバーナの燃焼装置において、前記送風ファンによる前記バーナへの給気温度を該バーナの近傍箇所で検出する温度検出手段と、前記バーナの燃焼運転の開始時に該温度検出手段により検出された給気温度が所定温度以下であるとき、前記バーナの定常燃焼用のファン回転数よりも小さい燃焼開始回転数を前記検出された給気温度に応じて設定する燃焼開始回転数設定手段と、前記バーナの燃焼運転の開始時に前記設定された燃焼開始回転数で前記送風ファンを回転させ、該バーナの燃焼開始後に前記送風ファンの回転数を該燃焼開始回転数から前記定常燃焼用のファン回転数に向かって徐々に上昇せしめるファン制御手段とを備え、前記燃焼開始回転数設定手段は、前記検出された給気温度が高いほど、前記燃焼開始回転数を大きく設定し、前記ファン制御手段は、前記バーナの燃焼開始後、前記送風ファンの回転数を前記燃焼開始回転数から、あらかじめ定められた所定の時間的増加率で前記定常燃焼用のファン回転数に向かって上昇させることを特徴とするバーナの燃焼装置。

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