JP3889199B2 - 燃焼方法及び燃焼装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ガス、プロパンガス等の燃料ガスや石油等の燃料を燃焼させて熱源とする燃焼方法及び燃焼装置に係り、燃焼状態の監視に関する。
【0002】
【従来の技術】
都市ガス、プロパンガス等の燃料ガスや石油等の燃料を完全燃焼させるには、適当な空気の流通が不可欠である。空気の供給が不十分な場合には、COガス等の不完全燃焼による有害ガスが発生し、人体に危険である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、家庭用の燃焼装置には、家屋の外壁等に設置される給湯装置がある。この種の燃焼装置を屋外に設置するのは、空気の通流を良好にし、完全燃焼をさせるためである。
【0004】
しかしながら、家屋が密集して空気の流通を妨げ、或いは、燃焼装置が設置された壁面を覆う等して燃焼装置への空気の流通が妨げられると、その燃焼状態を悪化させ、場合によっては不完全燃焼を来たし、COガス等の有害ガスを発生させるおそれがある。
【0005】
そこで、本発明は、有害ガスを生じる燃焼状態を察知し、安全性を高めた燃焼方法及び燃焼装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃焼方法及び燃焼装置は、ガス等の気体燃料や石油等の液体燃料を燃焼させる燃焼方法及び燃焼装置であって、その燃焼によって発生する熱量の変化を検出し、その動向から燃焼状態を監視し、異常な燃焼状態に移行時、それを表示させて異常燃焼を告知し、又は、着火の禁止を以て安全燃焼を確保したものである。
【0007】
本発明の燃焼方法(請求項1)は、燃料ガス、石油等を燃料とし、燃料に過剰な空気を混合した混合気を燃焼させるバーナと、燃料に少ない空気を混合した混合気を燃焼させるバーナとを併用する燃焼方法であって、前記バーナで燃焼する前記混合気から発生した熱量を検出する工程と、 前記熱量の検出値を単位時間毎に取り込んで保持し、取り込んだ前記検出値と保持している前回検出値とを比較し、前記検出値のレベルが前回検出値のレベルより下回る前記検出値が得られた回数を計数する工程と、その計数値が所定数に到達したか否かを判定し、計数値が所定数に到達した場合には、又は前記計数値が所定数に到達していない場合であっても取り込んだ前記検出値が所定レベル以下の場合には、燃焼強制停止を告知する工程とを含むことを特徴とする。また、本発明の燃焼装置(請求項5)は、燃料ガス、石油等を燃料とし、燃料に過剰な空気を混合した混合気を燃焼させるバーナと、燃料に少ない空気を混合した混合気を燃焼させるバーナとを併用する燃焼装置であって、前記混合気の燃焼により発生する熱量を検出する検出手段と、この検出手段の出力を所定の時間間隔で取り込み、前記検出手段の出力レベルと保持している前回出力レベルとを比較し、前記検出手段の出力レベルが保持している前回出力レベルを下回る回数を計数する計数手段と、この計数手段が計数した計数値を蓄積する蓄積手段と、この蓄積手段に蓄積された計数値が所定値に到達したとき、強制燃焼停止を告知する表示手段とを備えたことを特徴とする。即ち、このような構成とすることにより、燃焼状態の状況を時系列的に追うことができ、異常な燃焼状態を的確に察知でき、表示手段の表示により異常燃焼への突入を知ることができる。
【0008】
ところで、表示手段の表示には、警報音等の聴覚的表示、ランプや表示器による視覚的表示、身体に感じる振動等の触覚に訴える触覚的表示等の各種のものを含む。このような表示により、需要者は、燃焼異常を確実に認識でき、必要な対策を施すことができる。
【0009】
本発明の燃焼方法(請求項2)は、一定時間間隔で前記検出値を取り込み、前記検出値の平均値を求め、前記平均値と保持している前回平均値とを比較し、前記平均値のレベルが前回平均値レベルを下回る前記平均値が得られた回数を計数し、その計数値が所定数に到達したとき、燃焼強制停止を告知することを特徴とする。また、本発明の燃焼装置(請求項6)は、前記計数手段は、前記検出手段の出力を一定時間間隔で取り込み、前記出力の平均値を算出し、その平均値である出力レベルと保持している前回平均値レベルとを比較し、前記平均値レベルが保持している前回平均値レベルを下回る回数を計数することを特徴とする。即ち、検出手段が発生する出力について平均値を取ることによって、より正確に燃焼状態を知ることができる。
【0010】
本発明の燃焼方法(請求項3)は、前記燃焼強制停止の回数が所定数に到達したとき、着火を禁止することを特徴とする。また、本発明の燃焼装置(請求項9)は、前記燃焼強制停止の回数が所定数に到達したとき、着火禁止をする制御手段を備えたことを特徴とする。即ち、燃焼強制停止の回数が所定数に到達したとき、着火を禁止するので、異常燃焼による事故を未然に防止できる。
【0011】
本発明の燃焼方法(請求項4)は、前記検出値のレベルが所定レベルに移行したとき、前記検出値のレベルが所定レベルに移行したことを表示することを特徴とする。また、本発明の燃焼装置(請求項8)は、前記表示手段は、前記検出手段の出力レベルが所定レベルに移行したとき、前記検出手段の出力レベルが所定レベルに移行したことを表示することを特徴とする。即ち、突風等の外的要因で検出手段の出力レベルが所定レベルに移行した場合、それを表すレベル出力を発生することにより異常判断をしている。また、内的要因として検出手段の機械的又は電気的な劣化は検出精度を悪化させることになるので、その場合の検出異常の発見にも寄与し、その燃焼異常の検出について、信頼性を高めることができる。
【0012】
本発明の燃焼装置(請求項7)は、前記蓄積手段が、前記出力レベルが前回出力レベル以上のとき、蓄積している前記計数値を初期値に復帰させることを特徴とする。即ち、燃焼状態は、空気の通流変化等の影響を受けるので、前回まで数値的に異常傾向を呈していても、その燃焼状態が復帰することを予測した計数値をリセットすることとしたので、慎重な異常判断ができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図面に示した実施の形態を参照して詳細に説明する。
【0014】
図1は、本発明の燃焼方法及び燃焼装置の一実施形態として給湯装置を示している。燃焼装置である給湯装置の装置本体1には、給水管2より上水Wが導入され、その上水Wは熱交換器4により加熱され、湯HWが出湯管6より出湯する。バーナユニット8は、熱交換器4を加熱する加熱手段であって、燃料としては都市ガス等の気体燃料、石油等の液体燃料を使用できるが、この実施形態では燃料ガスを燃焼させ、2種のバーナ、即ち、淡バーナ10と濃バーナ12とを備えている。淡バーナ10は燃料ガスに過剰な空気を混合した混合気を燃焼させ、濃バーナ12は燃料ガスに少ない空気を混合した混合気を燃焼させる。
【0015】
このバーナユニット8には、ガス供給管14を通して燃料ガスGが供給されているが、このガス供給管14には電磁弁ユニット16が設けられている。電磁弁ユニット16は、燃料の遮断、供給を行う燃料元弁18、燃料供給量を調整する比例弁20、燃焼すべきバーナの数を段階的に変える燃料量切換弁22を含む。また、このバーナユニット8には、燃焼用空気Arがファンモータ24を通して強制的に供給される。電磁弁ユニット16からの燃料ガスGはノズル26、28より噴射されてバーナユニット8に供給される。
【0016】
ノズル26からの燃料ガスは淡バーナ10の供給口30に向けて供給され、供給口30の口径はノズル26からの燃料ガス量の1.5倍程度の空気をファンモータ24から圧送可能な太径に形成されている。また、ノズル28は濃バーナ12の供給口32に向けられており、ノズル28よりの燃料供給量に比較して約0.6倍程度の空気量が供給できるように供給口32の口径は小径である。また、ノズル28の燃料供給量はノズル26の65%程度に抑制されている。即ち、淡バーナ10には燃料量が多い主炎となる燃焼火炎が形成され、濃バーナ12の燃焼火炎における余剰燃料は隣接する淡バーナ10の燃焼に使用されて主炎の種火となる補炎を行っている。淡バーナ10の主炎は、燃焼用空気が過剰であるため、炎温度が低く抑制され、NOxの発生が抑制される。
【0017】
燃焼室34には、発生する熱量の検出手段として、この実施形態である燃焼温度を検出する検出手段として熱電対36、バーナユニット8に放電して燃料に着火させるイグナイタ38、バーナユニット8の燃焼、即ち、着火を確認するための炎検出手段であるフレームロッド40が備えられている。熱電対36は炎温度の変化が顕著に現れる淡バーナ10の炎孔の近傍に配置されており、発生する熱量、即ち、燃焼温度に応じたレベルの電圧を発生する。この発生電圧が検出手段の出力となる。また、イグナイタ38、フレームロッド40は火炎が安定している濃バーナ12の炎孔の付近に配置される。
【0018】
バーナユニット8のガス燃焼によって熱交換器4が加熱されると、上水Wは熱交換器4によって加熱され、温水が出湯管6から出湯する。上水Wの温度は給水管2に設けられた給水温度センサ42によって検出されるが、出湯温度は、水量センサ44の検出水量、出湯管6に設けられた出湯温度センサ46の検出温度を参照し、比例弁20の開度及びファンモータ24の回転数の制御により、設定温度に調整される。
【0019】
次に、図2及び図3は、給湯装置の制御系統を示している。この制御系統は制御装置100及び外部リモコン装置150等を備えており、制御演算部102には各種センサ、検出回路、駆動装置等が接続されている。
【0020】
制御演算部102は、計数手段等を構成しており、CPU104、演算データ等を一時記憶するRAM106、CPU104の動作プログラム及び制御データを格納したROM108、ROM108に格納された動作プログラムの動作アドレスを指定するプログラムカウンタ110、計時を行うウォッチタイマ112、アナログデータをディジタルデータに変換するA/D変換器114、入力パルス数をカウントするタイマイベントカウンタ116、外部回路とのインターフェイスとしての入出力ポート118、外部リモコンからのデータを読み込むためのインタラプトコントロール部120を備えている。A/D変換器114には、温度検出回路122、124、電圧増幅器126が接続されており、温度検出回路122を通して給水温度センサ42の検出温度、温度検出回路124を通して出湯温度センサ46の検出温度、電圧増幅器126を通して熱電対36が発生する電圧が加えられている。タイマイベントカウンタ116には、パルス波形成型器128を通して水量センサ44からの検出流水量を表す検出信号が加えられている。入出力ポート118には、炎検出回路130を通してフレームロッド40の炎検出信号が加えられ、比例弁駆動回路132を通して比例弁20の駆動出力、燃料元弁駆動回路134を通して燃料元弁18に駆動出力、燃料量切換弁駆動回路136を通して燃料量切換弁22の駆動出力、ファン駆動回路138を通してファンモータ24の駆動出力、イグナイタ駆動回路140を通してイグナイタ38の駆動出力が発せられるとともに、外部リモコン装置150に対する制御信号を変調器142に出力する。変調器142は、リモコンに送出する制御情報ディジタルデータをPWM信号に変換させ、そのPWM信号は送信回路146に加えられる。この送信回路146の出力は、光、電波等の伝達媒体により外部リモコン装置150に向けて制御情報を伝送させる。インタラプトコントロール部120には、受信回路148にて受信した外部リモコン装置150からの制御通信データで変調されたPWM信号を復調器144でディジタル信号に変換して加えられている。
【0021】
外部リモコン装置150には制御演算部152が設けられており、この制御演算部152は、CPU154、RAM156、ROM158、インタラプトコントロール部160、入出力ポート162、164を備えている。入出力ポート164には、検出回路166を通してスイッチ168のオン、オフ信号からなる設定情報が加えられている。また、この入出力ポート164から駆動回路170を通じて出力される駆動表示出力は、表示器172に加えられる。表示器172は、設定温度、異常報知、時刻等を表示する表示手段であって、蛍光表示管、液晶表示器で構成されている。また、スイッチ168から加えられた設定データは入出力ポート164からディジタル信号として送出され、このディジタル信号は変調器174でPWM信号に変換され、送信回路176から制御装置100に向けて送信される。また、制御装置100からの送出信号は、受信回路178で受信し、そのPWM信号を復調器180でディジタル信号に変換させ、インタラプトコントロール部160に入力している。
【0022】
次に、図4〜図7は、燃焼装置の燃焼系統を構成するバーナユニット8の具体的な構成例について説明する。
【0023】
このバーナユニット8において、図4はその平面図、図5はその正面図、図6は淡バーナの側面図、図7は濃バーナの側面図である。このバーナユニット8は、淡バーナ10、12を備えているが、これら淡バーナ10と濃バーナ12は交互に配置されている。淡バーナ10の炎孔の近傍には、温度検出手段である熱電対36が設置され、淡バーナ10の燃焼温度を検出している。
【0024】
また、火炎形成力が強い濃バーナ12側には、着火手段であるイグナイタ38、燃焼確認のためのフレームロッド40が設置されている。フレームロッド40は、炎の整流作用(電気通電)を利用し、電極から濃バーナ12への導通により炎を検出する。
【0025】
そして、バーナユニット8の正面側には、複数の淡バーナ10に対応する淡バーナ口200が配列され、その上側には複数の濃バーナ12に対応する濃バーナ口202が設けられ、空気と燃料が供給される。淡バーナ口200、濃バーナ口202の口径は、空気と燃料との比率に対応している。
【0026】
また、図6及び図7に示すように、淡バーナ10の淡バーナ口200側には燃料供給系統からの燃料ガスを噴射する燃料ノズル204、濃バーナ12の濃バーナ口202側には燃料供給系統からの燃料ガスを噴射する燃料ノズル206がそれぞれ設けられており、それぞれの燃料ガスの噴射により、空気とともに燃料ガスが淡バーナ10、濃バーナ12に加えられる。なお、濃バーナ12の燃料量は、淡バーナ10より少ないため、燃料ノズル206の口径は淡バーナ10側の燃料ノズル204の口径より小さい。
【0027】
次に、図8は、燃焼装置である給湯装置の設置例を示している。給湯装置の装置本体1は、家屋の外壁部に設置され、燃焼によって生じる排ガスは外気に放出される。しかしながら、給湯装置を設置した当初は露出していた外壁を、壁面材210や屋根材212で囲い込み、装置本体1が閉塞空間214に置かれると、給湯装置への通風が妨げられて燃焼に必要な酸素量が不足し、酸欠等の事故を招来するおそれがある。
【0028】
次に、図9〜図14は、燃焼状態と酸欠状態との関係を示している。
【0029】
図9及び図10は正常な燃焼状態を示している。例えば、淡バーナ10の燃料量対空気量の比率は、
燃料量:空気量=1:1.5
であり、また、濃バーナ12の燃料量対空気量の比率は、
燃料量:空気量=1:0.4
であり、必要な酸素量が供給されている。なお、淡バーナ10側の燃料量と濃バーナ12側の燃料量の比率は、
淡バーナ燃料量:濃バーナ燃料量=1.5:1
である。このような比率設定及び酸素量では、図10に示すような燃焼状態が得られる。F1は淡バーナ火炎、F2は濃バーナ火炎である。
【0030】
図11及び図12は、酸欠時の燃焼状態を示し、図11の場合は、図9の場合に比較し、空気量は変わらないが、酸素量が減少した状態である。この場合、酸素が消費されるものの、排気ガスが充満するため、燃料量と空気量との比率に大きな変動はない。しかし、燃焼によって酸素が少なくなるため、濃バーナ12の火炎形成が難しくなり、濃バーナ12の補炎力が弱くなり、淡バーナ10側も酸素不足のために燃焼力が低下する。このため、炎の輪郭が不鮮明となり、図12に示すように、淡バーナ火炎F1、濃バーナ火炎F2は共にバーナ炎孔から浮き上がり、いわゆる「リフト」を伴う燃焼状態を呈する。216は炎の透明部を示している。この結果、燃焼力の低下から炎温度が低下することとなり、熱電対36には燃焼温度の低下が起電圧の低下として検出される。即ち、検出温度から酸欠状態を推測することが可能となる。
【0031】
図13及び図14は、空気量不足時の燃焼状態を示している。これは、ファンモータ24の異常や吸気口の閉塞状態による空気不足での燃焼状態となる。
【0032】
この場合、淡バーナ10側の空気量は、適正値に近くなり、通常の燃焼状態と同じ輪郭の鮮明な正常火炎となり、火炎温度が上昇する。このため、熱電対36の起電圧が増加する。このとき、濃バーナ12側は、空気量の不足により燃焼不良が顕在化して、炎長が長くなり、赤熱の輪郭の不鮮明な火炎を呈する。
【0033】
次に、図15及び図16は、熱電対36の出力レベルの変化から燃焼状態の判定原理を示す。
【0034】
熱電対36は、淡バーナ10の火炎温度を検出している。ところで、実施形態として示した給湯装置は、給水量の変化、給水温度の変化、設定温度の変更に合わせて比例弁20の開度を調整しており、熱電対36の出力レベルが変動する。また、ファンモータ24からの送風によっても、その熱電対36の出力レベルが変動する。また、排気口から侵入する逆風の影響によっても、熱電対36の出力レベルが低下する。完全な閉塞状態にある環境下では、急激な酸素の消耗によって、熱電対36の出力レベルは急激に低下することとなる。
【0035】
ところが、図8に示すような、不完全な密閉状態では、僅かながらも外気と繋がっており、僅かながら酸素補給されるので、酸欠状態への移行は緩やかなものとなり、熱電対36の出力レベルは、その状態に比例したものとなる。このような出力レベルの変化は、急激な酸欠状態や給湯装置の制御やファンモータ24の送風による変化とは明らかに異なるものである。
【0036】
そこで、このような酸欠状態への移行を検出するため、所定時間毎に熱電対36の出力をサンプリングし、その前回出力を基準値とし、この基準値より低い出力が得られたとき、その出力の計数を行うとともにその出力を保持、これを繰り返して計数値が所定値に積算されたとき、酸欠状態が発生したことを判定する。このような判定結果に基づいて、燃焼停止を行う。このような判定に基づく燃焼停止によれば、通気状態の変化に伴う熱電対36の出力レベルの低下ないし回復による誤動作を防止できる。
【0037】
また、熱電対36の出力が危険値である所定値を下回ったとき、同様に燃焼停止を行うこととした。
【0038】
即ち、図15に示すように、燃焼開始からしばらくの間は、淡バーナ10、燃焼室34、熱電対36等が冷えているため、熱電対36の出力レベルは炎を受けても緩やかに上昇する。そこで、熱電対36の出力レベルが上昇しきったころからその出力の取込みを行う。燃焼開始から一定時間の後、例えば、1分45秒経過した時点から熱電対36の出力の取込みを行う。
【0039】
このとき、サンプリングされた出力値を最大値Cmax としてRAM106に記憶する。出力値は、一定時間毎、即ち、外乱による不適正な制御を防止するため、例えば、5秒おきにサンプリングする。そのサンプリング時の出力が最大値Cmax より大きければ、そのCmax に更新するが、その出力値が前回出力値、即ち、基準値より低ければ、それを基準値C1としてRAM106に格納し、同時に、その計数値を「1」としてRAM106に記憶する。
【0040】
このような動作を5秒毎に繰り返し、前回出力値である基準値C1と今回出力とを比較する。基準値C1より低い出力値が現れたらカウントを「2」として基準値をC2に更新する。図15では、基準値C3まで更新したが、出力レベルが低下しなかったので、酸欠状態はないとし、出力計数を停止している。
【0041】
ところが、逆風の影響により、熱電対36の出力レベルが急激に低下し、C4、C5、C6が計数されるが、計数値が所定値、例えば、「15」を越えていないため、出力値が所定値V2 (>V1 )以下になっても、酸欠状態ではないと判定し、バーナ燃焼を持続させている。
【0042】
そして、熱電対36の出力値が最大値Cmax を越えたことが確認されると、そのCmax を更新し、新たにC1、C2、C3が検出され、更新される。
【0043】
熱電対36の検出電圧は常に燃料調整によって変動し、さらに、ファンモータ24の影響により図示できない微振動を呈するので、熱電対36の出力を一定の時間間隔、例えば、0.5秒毎に取り込み、所定数のデータをRAM106に格納し、取り込むタイミング毎に古いデータを新出力値に更新し、その最大値と最小値を省いた平均値Hを算出してRAM106に記憶、保持している。
【0044】
CPU104は一定時間5秒おきにこの平均値をRAM106より読み出し、そのデータを制御情報とした。図15の点によって表される値はRAM106から読み込まれた平均値Hを表すものである。この平均値Hの算出によって、熱電対36の出力に比較して変動の少ない緩やかな制御データを得ており、このようなデータ処理により信頼性のある燃焼制御を実現している。
【0045】
次に、図16は、酸欠状態の検出状態を示している。緩やかな酸欠状態を呈するとき、熱電対36の出力は緩やかに減少する。この傾向は、燃焼によって消費される酸素量と外部から補給される酸素量によって大きく異なるが、概ねその傾向から酸欠状態を判定できることが実験により確認されている。
【0046】
そこで、熱電対36の出力値が前回出力値未満の場合に、それを計数し、その計数値が所定値を越えたかどうかを監視することにより、緩やかに酸欠状態に移行していることを判定する。
【0047】
この実施形態では、計数値が所定値、例えば、「15」を越え、かつ、検出平均値Hが所定値V2 以下に低下したら酸欠の危険があるものとして燃焼を強制停止させる。
【0048】
また、計数値が「15」に満たなくとも、検出平均値Hが所定値V1 (<V2 )以下になったときには、給湯装置が密室状態となり、急激な酸素量の低下を来したものと判定して燃焼を停止させる。
【0049】
そして、燃焼停止時には外部リモコン装置150の表示器172に異常を表す表示として、例えば「901」「911」等の異常警告表示をして告知する。また、計数値が所定値「15」を越えたときには表示器172に異常表示である「901」「911」を表示させ、かつ、点滅させて酸欠状態への移行を告知してもよい。
【0050】
また、計数値が「15」を越えたら、最大燃焼号数を例えば24号から15号に移行させて酸素の消費量を緩和させても良い。
【0051】
次に、図17に示すフローチャートは、給湯装置の基本動作を表している。
【0052】
ステップS1は、酸欠状態が検出されていない使用初期の状態であって、燃焼動作は禁止されていない。ステップS2では、水量センサ44により水流が検出されたかどうかを判定する。これは、パルス波形成型器128からのパルス出力によりタイマイベントカウンタ116で所定時間内に所定値以上の計数値に到達したか否かを判定する。水流が検出されたときにはステップS4へ移行し、水流が検出されなかったときにはステップS3に移行して燃焼停止に移行又は燃焼停止状態を保持する。
【0053】
ステップS4では、水流が確認されると、ファンモータ24を動作させ、燃料元弁18、比例弁20を開き、イグナイタ38を放電させてバーナユニット8を点火する。フレームロッド40より炎が検出されるまで、イグナイタ38の放電を繰り返す。炎が検出されると、熱電対36にはその検出温度を表す起電圧が得られる。設定温度に出湯温度を調整するため、給水温度センサ42の検出温度、水量センサ44の検出水量、出湯温度センサ46に基づき、比例弁20の開度を調整し、燃焼制御が行われる。
【0054】
ステップS5では、CPU104は所定時間、例えば1分45秒経過後にRAM106に熱電対36の出力の検出平均値Hの読込みを開始し、読込み平均値Hより低下した出力が現れたら、それを計数する。計数値をRAM106に直接書き込むことにより計数値を蓄積する。
【0055】
ステップS6では、計数値が所定値、即ち、「15」以上になったかどうかを判定する。所定値に到達したとき、ステップS7に移行し、熱電対36の出力の平均値Hが2mV以下に低下したかどうかを判定する。低下していなければ、ステップS2に移行し、燃焼状態を維持する。また、その出力値が2mV以下に低下していたら、ステップS9に移行する。ステップS6で計数値が所定値に到達しない場合は、ステップS8に移行する。
【0056】
ステップS8では熱電対36の出力の平均値Hが1.5mV以下に低下していないかどうかを判定する。低下していなければ、ステップS2に移行して燃焼を継続し、低下していたならば、密閉度の高い空間に装置本体1が配置されていて急速に酸欠状態に移行しているものと判定し、ステップS9に移行する。
【0057】
ステップS9では、酸欠状態の持続を防止するため、燃焼を強制的に停止し、表示器172に酸欠状態を示す表示として「901」「911」コードを表示して使用者に告知する。
【0058】
ステップS10では、強制的に燃焼停止をした回数を計数する。この計数値もRAM106に書き込む。
【0059】
ステップS11では、強制燃焼停止の解除入力がなされたかどうかを判定する。この場合、強制燃焼停止は、例えば台所で出湯中又は浴室でシャワー使用中に、蛇口を閉じて水流の停止により解除できる。また、浴槽への注湯時には、リモコンの運転スイッチを押して運転解除により燃焼停止解除ができる。
【0060】
ステップS12では、強制的に燃焼停止をさせた回数が3回目かどうかを判定する。3回に到達していなければ、ステップS13に移行して燃焼停止及び告知を解除し、起電圧のカウント値をクリアする。また、強制燃焼停止回数が3回に到達したならば、ステップS14に移行し、給湯装置が酸欠の危険のある箇所に設置されているものとして燃焼を禁止する。この燃焼禁止は、例えば電源供給等の動作プログラムを初期化しなければ解除されない。
【0061】
次に、図18に示すフローチャートは、熱電対36の出力の平均値が低下したことを計数するルーチンを表している。
【0062】
ステップS20では、燃焼を開始してフレームロッド40により炎が確認されたならば、燃焼時間を計測する。その燃焼時間が所定時間、例えば、約1分45秒経過後にバーナ、その他が十分加熱されたときの熱電対36の出力の平均値HをRAM106から読み込み、最大値Cmax 及び比較基準値Co としてRAM106に記憶する。
【0063】
ステップS21では、ウォッチタイマ112から一定の時間間隔、例えば5秒間隔のフラグが立っているかどうかを確認する。フラグがあればステップS22に移行してRAM106より平均値Hを読み込む。
【0064】
ステップS23では、最大値Cmax が平均値Hより小さいかどうかを判定する。平均値Hが大きいときにはステップS24に移行して平均値Hを最大値Cmax と基準値Co に更新し、カウントをクリアさせる。平均値Hが小さいときにはステップS25に移行する。
【0065】
ステップS25では、平均値Hが基準値Cn より低いかどうかを判定する。低くなければステップS21に移行する。また、低ければステップS26に移行する。
【0066】
ステップS26では、平均値Hを新しい基準値Cn に書き換え、RAM106に記憶させる。また、ステップS27において計数値に1を加算する。
【0067】
次に、図19及び図20に示すフローチャートは、一定時間として例えば、0.5秒毎に熱電対36の出力をサンプリングし、最大値、最小値又は平均値を演算するサブルーチンを表している。図19及び図20のa、bは連結子を示している。
【0068】
ステップS30は、熱電対36の出力を検出するサンプリング時間の計時、到達を確認するルーチンである。ステップS30では、ウォッチタイマ112より0.5秒経過したときのフラグが立っているかどうかを判定する。フラグがあればステップS31以下のプログラムを実行する。
【0069】
ステップS31〜ステップS33は、熱電対36の出力値をRAM106の10個の格納箇所に割り振りするルーチンである。ステップS31では、今回の格納箇所nを演算する。ステップS32において、nが10以上でなければそのn番地を指定する。nが10を越えていたらnの指定を0にする。
【0070】
ステップS34は、熱電対36の起電圧を検出し、RAM106の格納箇所nに検出データhn として格納するルーチンである。
【0071】
ステップS35〜ステップS43は、RAM106に格納された10個の起電圧値の最大値hmax 、最小値hmin 、合計値hsum を演算するルーチンである。
【0072】
ステップS35は、格納箇所を指定するため初期化したものである。プログラムの都合上、格納箇所nをmに置き換えて説明する。n=mである。
【0073】
続いて、ステップS36にてhmax 、hmin 、hsum の値にho の値を代入し、比較計算による最大値、最小値、合計値算出の基準値とする。
【0074】
ステップS37にて最小値hmin と検出値hm とが比較される。hm がhmin より小さいときにはステップS38にてhm をhmin として更新し、これをh0 からh9 まで繰り返して最小値を求める。
【0075】
ステップS39では、最大値hmax と検出値hm とを比較し、ステップS40にて最大値hmax を決定する。
【0076】
ステップS41では、hm を積算することにより、その合計値hsum を求める。そして、ステップS42では回数mが所定数、例えば、9に到達したか否かを判定し、m=9に到達していない場合にはステップS43に移行し、その回数mを1だけ進め、ステップS37に戻る。また、ステップS42でm=9であると判定した場合には、次のステップS44に移行する。
【0077】
ステップS44、ステップS45は、最大値hmax と最小値hmin を除いた検出値hm の合計値hsum を算出、平均値Hを求めるルーチンである。
【0078】
ステップS44では、合計値hsum より最大値hmax と最小値hmin を除いた8個の検出値hm の合計値hsum を求める。熱電対36の出力に乗るノイズ等の極端なピーク信号を除いて誤動作を防止する。
【0079】
そして、ステップS45では、合計値hsum を回数、即ち、この場合には8で割って平均値Hが求められる。
【0080】
表1及び表2は、RAM106に記憶される検出値及び演算データを示している。
【0081】
【表1】
【0082】
【表2】
【0083】
即ち、RAM106に格納する熱電対36の出力、即ち、燃焼温度の格納状態とその検出値を基に演算したデータの格納状態を示し、RAM106のデータ番号nには、それぞれh0 からh9 までの10個の検出値が格納される。これらは、0.5秒毎に検出されて最新のものと更新される。平均値Hは、現在から最大5秒前までの古い検出データを基に算出された値である。
【0084】
以上説明したように、屋外給湯器が増築等により屋内設置になってしまった場合等の酸欠検出及び燃焼停止を行って、事故を未然に防止したものである。即ち、燃焼温度、即ち、熱量を検出して酸欠状態の判定を行う。例えば、空気流入が少ない空間に設置された燃焼機器の酸欠状態を検出して燃焼停止させる。燃焼に必要な酸素の消耗と排気に対して、外部からの酸素補給と換気が少ない空間において、緩やかな酸欠状態への移行を検出し、その際の、センサの誤差、風の影響、燃焼制御における燃焼量の変化による検出誤差を排除している。即ち、サンプリングによる検出と計数値による誤動作を排除している。そして、緩やかな酸欠状態への移行がされているかどうかを確認し、酸欠状態に移行していると判断したら、検出値が所定値未満に低下したときに燃焼停止とする。その具体的手段として、酸欠状態への移行の確認は熱電対36の出力のレベル低下の計数値が所定値になっていることを基準とする。その確認ができたとき、熱電対36の出力レベルが2mV以下に到達したときにも燃焼停止とする。加えて、バーナの火炎を検出し、熱電対36の出力値が基準値を越えたら、この出力値を更新し、その計数値が所定値に到達前に所定レベルとして例えば、1.5mVまで低下したら、完全密閉空間と同様であるから燃焼停止を行う。
【0085】
このように、燃焼状態を熱量、実施形態では熱電対36の出力レベルの連続的な低下を計数し、その計数値が所定値を越えた場合に燃焼停止をする。また、熱電対36の出力が所定電位以下に低下したら燃焼停止とする。これにより、安全性の高い燃焼を維持し、事故を未然に防止できる。
【0086】
ところで、この燃焼停止は、蛇口を閉じると回復できるので、使用者は、それに馴れることが予想される。そこで、3回燃焼停止が発生したら完全に燃焼禁止とする。これにより、不心得な使用者の事故を防止できる。但し、電源を切ることによりリセットを行うことができる。
【0087】
なお、CPU104のリセット端子又は通電を停止してプログラムを初期化したときには燃焼禁止が解除される。
【0088】
また、検出手段として熱電対36を用いた場合を示したが、例えば、サーミスタ、その他の検温素子を用いてもよい。
【0089】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、次のような効果が得られる。
a 燃焼状態の状況を時系列的に追って、異常な燃焼状態を的確に察知でき、その表示出力により、酸欠状態となる異常燃焼を即座に知ることができ、安全性の高い燃焼制御を実現できる。また、異常を表す計数値が所定数に到達したことを表示すれば、その表示から燃焼装置の異常発生の履歴を数量的に確認でき、安全性を高めることができる。
b 検出手段の出力の平均値を取ることにより、外的要因等での変動を吸収でき、正確な燃焼状態を知り、信頼性の高い燃焼制御を実現できる。
c 燃焼状態が空気の通流変化等に影響を受けて変動することを予定し、レベル低下の計数値をリセットすることとしたので、慎重な異常判断ができ、誤動作を防止できる。
d 突風等の外的要因で検出手段の出力レベルが所定レベルに移行した場合、それを表すレベル出力を発生することにより異常判断をしている。また、内的要因として検出手段の機械的又は電気的な劣化は検出精度を悪化させることになるので、その場合の検出異常の発見にも寄与し、その燃焼異常の検出について、信頼性を高めることができる。
e 警報音等の聴覚的表示、ランプや表示器による視覚的表示、身体に感じる振動等の触覚に訴える触覚的表示等により、需要者は、燃焼異常を確実に認識でき、必要な対策を施すことができる。
f 異常判定の回数が所定数に到達したとき、着火を禁止するので、異常燃焼による事故が未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃焼方法及び燃焼装置の一実施形態である給湯装置の構成を示している。
【図2】給湯装置の本体側に設けられる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図3】制御装置における外部リモコン装置の構成を示すブロック図である。
【図4】バーナユニットを示す平面図である。
【図5】バーナユニットを示す正面図である。
【図6】バーナユニットの淡バーナを示す側面図である。
【図7】バーナユニットの濃バーナを示す側面図である。
【図8】給湯装置の設置形態を示す斜視図である。
【図9】正常時の燃焼状態における空燃比を示す図である。
【図10】正常時の燃焼状態を示す図である。
【図11】酸欠時の燃焼状態における空燃比を示す図である。
【図12】酸欠時の燃焼状態を示す図である。
【図13】空気量不足時の燃焼状態における空燃比を示す図である。
【図14】空気量不足時の燃焼状態を示す図である。
【図15】正常時の燃焼状態における熱電対出力の推移を示す図である。
【図16】酸欠時の燃焼状態における熱電対出力の推移を示す図である。
【図17】給湯装置の燃焼制御の基本動作を示すフローチャートである。
【図18】熱電対出力の平均値が低下したことを計数するルーチンを示すフローチャートである。
【図19】熱電対出力をサンプリングし、最大値、最小値又は平均値を演算するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図20】図19に続くサブルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
36 熱電対(検出手段)
100 制御装置(制御手段)
104 CPU(計数手段)
106 RAM(蓄積手段)
172 表示器(表示手段)
Claims (9)
- 燃料ガス、石油等を燃料とし、燃料に過剰な空気を混合した混合気を燃焼させるバーナと、燃料に少ない空気を混合した混合気を燃焼させるバーナとを併用する燃焼方法であって、
前記バーナで燃焼する前記混合気から発生した熱量を検出する工程と、
前記熱量の検出値を単位時間毎に取り込んで保持し、取り込んだ前記検出値と保持している前回検出値とを比較し、前記検出値のレベルが前回検出値のレベルより下回る前記検出値が得られた回数を計数する工程と、
その計数値が所定数に到達したか否かを判定し、計数値が所定数に到達した場合には、又は前記計数値が所定数に到達していない場合であっても取り込んだ前記検出値が所定レベル以下の場合には、燃焼強制停止を告知する工程と、
を含むことを特徴とする燃焼方法。 - 一定時間間隔で前記検出値を取り込み、前記検出値の平均値を求め、前記平均値と保持している前回平均値とを比較し、前記平均値のレベルが前回平均値レベルを下回る前記平均値が得られた回数を計数し、その計数値が所定数に到達したとき、燃焼強制停止を告知することを特徴とする請求項1記載の燃焼方法。
- 前記燃焼強制停止の回数が所定数に到達したとき、着火を禁止することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の燃焼方法。
- 前記検出値のレベルが所定レベルに移行したとき、前記検出値のレベルが所定レベルに移行したことを表示することを特徴とする請求項1又は2記載の燃焼方法。
- 燃料ガス、石油等を燃料とし、燃料に過剰な空気を混合した混合気を燃焼させるバーナと、燃料に少ない空気を混合した混合気を燃焼させるバーナとを併用する燃焼装置であって、
前記バーナで燃焼する前記混合気から発生した熱量を検出する検出手段と、
この検出手段の出力を所定の時間間隔で取り込み、前記検出手段の出力レベルと保持している前回出力レベルとを比較し、前記検出手段の出力レベルが保持している前回出力レベルを下回る回数を計数する計数手段と、
この計数手段が計数した計数値を蓄積する蓄積手段と、
この蓄積手段に蓄積された計数値が所定値に到達したとき、強制燃焼停止を告知する表示手段と、
を備えたことを特徴とする燃焼装置。 - 前記計数手段は、前記検出手段の出力を一定時間間隔で取り込み、前記出力の平均値を算出し、その平均値である出力レベルと保持している前回平均値レベルとを比較し、前記平均値レベルが保持している前回平均値レベルを下回る回数を計数することを特徴とする請求項5記載の燃焼装置。
- 前記蓄積手段は、前記出力レベルが前回出力レベル以上のとき、蓄積している前記計数値を初期値に復帰させることを特徴とする請求項5記載の燃焼装置。
- 前記表示手段は、前記検出手段の出力レベルが所定レベルに移行したとき、前記検出手段の出力レベルが所定レベルに移行したことを表示することを特徴とする請求項5記載の燃焼装置。
- 前記燃焼強制停止の回数が所定数に到達したとき、着火禁止をする制御手段を備えたことを特徴とする請求項5又は6記載の燃焼装置。
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