JP4670516B2

JP4670516B2 - 石油給湯機の着火制御装置

Info

Publication number: JP4670516B2
Application number: JP2005193115A
Authority: JP
Inventors: 和豊山田; 智大平野; 忠夫瀬口; 剛伸三田村
Original assignee: 株式会社トヨトミ
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: JP2007010248A

Description

この発明は石油給湯機の着火性能を向上した軟着火制御装置に関するものである。

石油給湯機の熱源として使われる圧力噴霧バーナは送風機による送風空気量と、電磁ポンプで加圧されて噴霧ノズルから吹出す燃料流量とをバーナに送ると共に、放電点火装置の放電電極から発生する火花で瞬間的に着火燃焼を開始するものであるから、着火時には爆発音に近い音と振動、また、不完全燃焼にかかる臭気や煙を発生させるものであった。

この為、電磁ポンプは位相制御などの通電制御手段によって吐出圧力を少しずつ増加させて、少ない燃料流量でもバランスして着火できる空気量を得るように制御して、吐出圧力の低いときに着火を行い、その後、規定の燃料流量まで吐出圧力を徐々に上昇させて着火時の爆発音や臭気を低減する着火制御が行われている。

給湯機の設置後初めて使用するときや燃料切れを起こしたときは、電磁ポンプから噴霧ノズルまでの燃料パイプ中に空気が混ざっており、運転操作によって電磁ポンプを駆動すると、始めは燃料パイプ中の空気を排出するだけで燃料が噴霧されず、バーナは着火ミスを起こして停止する。リセットスイッチや運転スイッチの操作で再度運転を行うと電磁ポンプは再運転するが、電磁ポンプの吐出圧力を低圧力の状態で着火する制御は燃料パイプ中の空気が排出しきれず、燃焼を開始するまでに時間がかかってしまう。

この為、通常は着火時の電磁ポンプの吐出圧力を低圧力で駆動し、着火動作開始後から着火を検出できない時間が所定時間継続したときは、電磁ポンプの吐出圧力を低圧力よりも高い圧力に変更して保持し、燃料パイプ中に溜まった空気を強制的に排出させることで確実な着火を計った提案がある（特許文献１参照）。

特開２００５−９７８３号公報

上記従来の制御は、着火を確認した時点で着火動作を終了して通常の燃焼中の制御に移行するものであるが、圧力噴霧バーナは燃料パイプ中に空気が残っていても着火できることがあり、この場合は着火後に空気混じりの燃料が噴霧されるため、バーナ内が空気過剰の状態となり、炎の形成が不完全なまま燃焼を継続して臭気や騒音を発生させることがあった。

また、気温が低いときは燃料の粘性が増して噴霧燃料の粒径が大きくなり、空気中の酸素濃度が高くなる。このため、気温が低いときに圧力噴霧バーナを使用すると、正常な噴霧が形成できなくなると共に、酸素濃度の高い空気が供給されるので、着火ミスを起こしやすく、着火しても炎の形成が不完全なまま燃焼を継続して臭気や騒音を発生させることがあった。

また、着火動作中は着火が確認できないときは着火動作を数回繰り返すものであるが、着火動作を数回繰り返す間に燃料がバーナ内に溜まってしまうことがあり、何回目かに着火できたときにはバーナ内に溜まった燃料が燃焼して大きな燃焼音と共に煤を発生させる問題があった。

また、点火装置の異常によって着火ミスを起こしているときは、着火動作を繰り返す間に燃料が正常に供給されているとバーナ内に多量に溜まってしまうため、バーナ内に溜まった燃料の処理が問題となるものであり、着火動作を何度も繰り返す方法は好ましくない。

この発明は上記の課題を解決するもので、吐出噴霧燃料流量を可変する機能を持った電磁ポンプ１と、可変する燃料流量に対応した空気量を供給可能な送風機２と、放電する火花によって噴霧燃料に着火する放電点火装置３とを設け、前記電磁ポンプ１には噴霧燃料流量を徐々に増加させて規定燃料流量に至る点火時位相制御手段４を設け、点火操作によって作動する前記放電点火装置３は噴霧燃料流量が規定燃料流量よりも少ないときに着火を行い、着火後に噴霧燃料流量を規定燃料流量まで増加する給湯機の軟着火装置において、前記軟着火装置には着火の有無を検出する着火検出手段５を設け、前記位相制御手段４は前記送風機２の空気量とバランスする前記規定燃料流量よりも燃料流量を多くする設定燃料流量が設定され、前記位相制御手段４によって駆動する前記電磁ポンプ１の噴霧燃料流量は前記規定燃料流量を経て前記設定燃料流量まで増加した後、前記着火検出手段５からの着火の検出出力によって規定燃料流量まで戻すことを特徴とする。

また、前記電磁ポンプ１の噴霧燃料流量を前記規定燃料流量から前記設定燃料流量に増加したときに、前記着火検出手段５の読み込みを開始することにより、電磁ポンプ１は着火の有無にかかわらず設定燃料流量まで増加するものである。

また、電磁ポンプ１の噴霧燃料流量を設定燃料流量まで増加した後、着火検出手段５が着火を検出したときは、電磁ポンプ１の噴霧燃料を所定時間Ｔ１保持した後、噴霧燃料流量を規定燃料流量に戻すもので、着火後に噴霧ノズルから空気混じりの燃料が噴霧されたときや気温が極端に低いときでも炎を安定させることができる。

また、電磁ポンプ１の噴霧燃料流量を設定燃料流量まで増加した後、着火検出手段５が着火を不検出のときは、電磁ポンプ１の噴霧燃料流量を設定燃料流量のまま所定時間Ｔ２保持し、所定時間Ｔ２内に着火の検出がないときは警報手段６を作動すると共に、給湯機の運転を停止するもので、電磁ポンプ１の吐出圧力を設定燃料流量のまま所定時間Ｔ２保持しても着火できないときはバーナ内に燃料が多量に溜まる前に使用者に機器の異常を伝えることができる。

圧力噴霧式バーナの軟着火制御は、電磁ポンプ１の吐出圧力が低いときに着火を行い、着火後に燃料流量を規定燃料流量まで増加することで着火時の燃焼音を低く抑えることができたものであるが、燃料パイプ中に空気が溜まっているときや、気温が低いときには、空気過剰の状態となって着火ミスを起こしやすく、着火しても炎が安定しないまま燃焼を継続することがあった。

この発明では電磁ポンプ１の吐出圧力を送風機２の空気量とバランスする規定燃料流量より高い設定燃料流量まで増加した後、規定燃料流量まで戻すものであり、軟着火のポイントで着火できなくても、電磁ポンプ１の吐出圧力が設定燃焼流量まで増加したときに着火できるから、着火ミスを起こすことはほとんどなくなった。

また、電磁ポンプ１の吐出圧力を設定燃料流量まで増加したときは、空気量に対して燃料流量が多くなるので、空気過剰の状態が解消されて炎が安定してから通常の燃焼中の制御に移行するので、燃料パイプに空気が残っているときや、気温が低いときでも不完全燃焼を起こすことはなくなった。

また、電磁ポンプ１の吐出圧力を設定燃料流量まで増加した後、着火検出手段５によって着火を確認できたときに、電磁ポンプ１の吐出圧力を規定燃料流量に戻すようにすることで、軟着火ポイントでの着火の有無にかかわらず電磁ポンプ１の吐出圧力を設定燃料流量まで増加するから、複雑な制御を行うことなく着火ミスや着火後の不完全燃焼を確実に防ぐことができるものとなった。

また、電磁ポンプ１の吐出圧力を設定燃料流量まで増加した後、着火検出手段５によって着火が確認できたときは、電磁ポンプ１の吐出圧力を設定燃料流量のまま所定時間Ｔ１保持してから規定燃料流量へ戻すようにしたので、着火後に空気混じりの燃料が噴霧されたときや、気温が低いときでも確実に炎を安定させてから通常の燃焼中の制御へ移行できるものとなった。

また、電磁ポンプ１の吐出圧力を設定燃料流量まで増加した後、着火の検出がないときは設定燃料流量のまま所定時間Ｔ２保持することで、燃料パイプ中の空気を強制的に吐出すことができ、１回の着火動作で確実に着火できるものとなった。一方、所定時間Ｔ２が経過しても着火の検出が得られないときは、給湯機の運転を停止すると共に、警報手段６を作動して使用者に機器の異常を伝えるので、点火装置の異常によって着火ミスを起こしているときには、バーナ内に燃料が多量に溜まる前に使用者が異常に気付くことができ、修理等の対応が簡単にできるものとなった。

図に示す実施例によってこの発明を説明すると、７は給湯機の熱源となるバーナ、８はバーナ７内にのぞませた燃料噴霧ノズル、９は図示せざる燃料タンクと燃料噴霧ノズル８との間を接続する燃料パイプ、１は燃料パイプ９に取付けた電磁ポンプ、３は燃料噴霧ノズル８の前方に先端を配置した放電点火装置、２はバーナ７へ燃焼空気を供給する為の送風機である。

図３に示す石油給湯機のバーナ７において、１０は送風機２から燃焼空気が送られる送風筒、１１は送風筒１０内に配置した有底筒状の燃焼筒、１１ａは燃焼筒１１の底板の中央に設けた燃料流入口、１２は燃料流入口１１ａの周囲の底板に配置した旋回羽根であり、燃料流入口１１ａには燃料噴霧ノズル８がのぞませてあり、電磁ポンプ１によって加圧された燃料は燃料噴霧ノズル８に送られ、霧状の燃料となって燃焼筒１１内に吹込まれ、送風機２の燃焼空気は燃焼筒１１の側壁の空気孔と旋回羽根１２から燃焼筒１１内に供給される。

１３は送風機２の為の送風制御手段、４はバーナ７に供給する燃料流量を制御する為の電磁ポンプ１の位相制御手段、１４は放電点火装置３・送風制御手段１３・位相制御手段４などを制御するバーナコントローラであり、該バーナコントローラ１４は好ましくは送風制御手段１３と位相制御手段４との働きで、バーナ７に送られる空気と燃料が最適空燃比を維持して完全燃焼できるようにしている。

５はバーナ７の燃焼炎の明るさを検出するＣｄＳなどで構成する着火検出手段であり、燃料噴霧ノズル８から送られる霧状燃料が放電点火装置３の放電火花によって着火し、着火検出手段５がこれを検出すると、バーナコントローラ１４は放電点火装置３の放電を停止して、通常の燃焼制御に移行するものであり、着火後の炎は旋回羽根１２に引き寄せられてリング状の炎を形成しており、放電点火装置３の放電を停止してもリング状の火種によって燃焼炎が途切れることなく維持できる。

１５はバーナ７の火炎が吹き込まれる燃焼室、１６は燃焼室１５に続く熱交換室、１７は熱交換室１６を通過した燃焼排気ガスを排出する排気筒、１８は燃焼室１５と熱交換室１６の外方を覆う給湯機の缶体を構成する水室であり、該水室１８には給水管１８ａと出湯管１８ｂが取付けられている。

１９はバーナコントローラ１４に石油給湯機の起動を指示する点火手段、２０は運転中の石油給湯機の停止を指示する消火手段、２１は給湯機の水室１８内の温水の温度を検出する湯温検出手段であり、点火手段１９によって給湯機が起動すると、バーナコントローラ１４は湯温検出手段２１によって温水温度を検出しながらバーナ７の運転を開始し、湯温検出手段２１が設定温度を検出すると、バーナ７の運転を停止する。このように水室１８内は一定温度に沸き上げられるので、給水管１８ａから送られた水は温水となって出湯管１８ｂから取出すことができる。

このような圧力噴霧バーナを備えた石油給湯機では、点火操作時に規定の燃料・空気流量をバーナ７に送っても着火できるが、点火直後から規定の燃焼が行なわれると、限られた空間の燃焼室１５の内圧は点火直後に高圧力となり、ドーンという燃焼開始音と振動、また、煙や悪臭を発生するものである。この対策として電磁ポンプ１の位相制御手段４や送風機２の送風制御手段１３によって燃料噴霧ノズル８に送られる燃料を点火操作直後は少なくし、この少ない燃料流量でもバランスして着火できる空気量を得るように制御することによって、燃焼量が少ないときに着火して燃焼室１５の圧力上昇を抑えた軟着火装置が実用化されている。

ところで、給湯機を設置した直後や燃料切れを起こした後などで、燃料パイプ９中に空気が入っているときは、点火時に燃料噴霧ノズル８から空気混じりの燃料が噴霧され、着火できないことがある。特に上記のような軟着火装置では点火時の電磁ポンプ１の吐出圧力が低いため、燃料パイプ９中の空気を吐出して燃料が安定して噴霧できるようになるまでに時間がかかってしまい、燃焼できるまでに何回も運転操作を行う必要があった。

この発明は上記の課題を解決するもので、着火時の位相制御手段４によって駆動する電磁ポンプ１の吐出圧力を設定燃料流量まで増加した後、規定燃料流量に変更する構成にしたものであり、この設定燃料流量の吐出圧力は着火時の送風機の回転数で供給される空気量とバランスする規定燃料流量よりも高く設定したから、着火時に空気混じりの燃料が供給されて軟着火のポイントで着火できなくても、電磁ポンプ１の吐出圧力が設定燃料流量まで増加したときは、軟着火ポイントの吐出圧力では排出できなかった燃料パイプ９中の空気を強制的に吐出すことができ、その後は安定した霧状燃料が噴霧されるので、確実に着火できるものとなった。

また、バーナ７は燃料パイプ９中に空気が残っている状態でも着火できることがあり、着火検出手段５が燃焼炎を検出したときは通常の燃焼制御に移行するが、この場合は着火後に空気混じりの燃料が供給されるため、空気と燃料の空燃比のバランスが崩れて空気過剰の状態となる。

また、使用される燃料は温度が低くなると粘性が高くなり、空気は温度が低くなると酸素濃度が高くなる。このため、使用時の気温が低いときは燃料噴霧ノズル８から噴霧される霧状燃料の噴霧粒径が大きくなって燃料が気化しにくい状態となり、供給される空気の酸素濃度も高くなるから、空気と燃料の空燃比のバランスが崩れて空気過剰の状態となる。

そして、バーナ７が空気過剰の状態のまま通常の燃焼に移行すると、燃焼炎が旋回羽根１２に引き寄せられず、リング状の炎が形成されないまま燃焼するため、不完全燃焼を起こして臭気の発生や燃焼音の増大などのトラブルにつながることがあった。

この発明では、電磁ポンプ１の吐出圧力を設定燃料流量に増加したときの信号で着火検出手段５の読み込みを開始して、着火検出手段５から炎ありの信号が出力されたときに規定燃料流量に変更するようにしたものである。このため、着火検出手段５が着火検出した時点で電磁ポンプ１は必ず設定燃料流量まで増加しており、送風機２によって供給される空気量に対して燃料流量が多くなるので、燃料パイプ９中に空気が残っている状態で着火したときや気温の低いときに着火したときでも空気過剰を解消することができ、燃焼炎は確実に旋回羽根に引き寄せられてリング状の炎を形成することができるから、電磁ポンプ１を規定燃料流量に戻して通常燃焼に移行した後に不完全燃焼を起こすことがなくなった。

このように、着火検出手段５の読込みを電磁ポンプ１の燃料流量が設定燃料流量まで増加させた後に開始することで、電磁ポンプ１は着火の有無にかかわらず、必ず設定燃料流量まで増加するものであるから、複雑な制御を行う必要はなく、制御装置を大幅に変更することなく実施できる。

また、この発明の他の実施例において、２２は着火検出手段５の炎ありの出力信号によって作動する第１タイマでもあり、電磁ポンプ１が設定燃料流量まで増加して着火検出手段５からの炎ありの信号を入力したときは、第１タイマ２２が所定時間Ｔ１カウントするまで電磁ポンプ１を設定燃料流量のまま保持し、第１タイマ２２のカウントアップ出力で電磁ポンプ１を規定燃料流量に変更するものであり、着火後に旋回羽根１２に引き寄せられた炎を安定させてから通常燃焼に移行するので、不完全燃焼を確実に防ぐことができるものとなった。

また、２３は着火検出手段５の炎なしの出力信号で作動する第２タイマであり、電磁ポンプ１を設定燃料流量まで増加したときに着火検出手段５の炎なしの信号を入力したときは、第２タイマ２３が所定時間Ｔ２カウントするまで電磁ポンプ１を設定燃料流量のまま保持するものであり、電磁ポンプ１が設定燃料流量を保持することで燃料パイプ９中の空気を排出して１回の点火操作で確実に着火できるようにしたから、従来のように点火操作を何回も繰り返す必要がなく、使い勝手が向上できた。

更に、６は給湯機の異常時に作動する警報手段であり、電磁ポンプ１の吐出圧力が設定燃料流量まで増加した後、着火検出手段５から炎ありの出力がないまま第２タイマ２３がカウントアップしたときは、警報手段６を作動して取扱者に異常を知らせると共に、給湯機の運転を停止する。

第２タイマ２３が所定時間Ｔ２カウントしても着火の検出がないときは、放電点火装置３の異常によって着火できないときであり、放電点火装置３の異常が発生しているときに点火操作を何回も繰り返すとバーナ７内に多量に燃料が溜まってしまうが、この制御では取扱者が放電点火装置３の異常にすぐに気付くことができ、バーナ７内に燃料が溜まる前であるから修理等の対応が容易にできるものとなった。

この発明の実施例の構成を示すブロック図である。この発明の実施例の送風量と燃料流量との関係を示すグラフである。この発明の実施例を示す給湯機の断面図である。

符号の説明

１電磁ポンプ
２送風機
３放電点火装置
４位相制御手段
５着火検出手段
６警報手段

Claims

吐出噴霧燃料流量を可変する機能を持った電磁ポンプ１と、可変する燃料流量に対応した空気量を供給可能な送風機２と、放電する火花によって噴霧燃料に着火する放電点火装置３とを設け、前記電磁ポンプ１には噴霧燃料流量を徐々に増加させて規定燃料流量に至る点火時位相制御手段４を設け、
点火操作によって作動する前記放電点火装置３は噴霧燃料流量が規定燃料流量よりも少ないときに着火を行い、着火後に噴霧燃料流量を規定燃料流量まで増加する給湯機の軟着火装置において、
前記軟着火装置には着火の有無を検出する着火検出手段５を設け、
前記位相制御手段４は前記送風機２の空気量とバランスする前記規定燃料流量よりも燃料流量を多くする設定燃料流量が設定され、
前記位相制御手段４によって駆動する前記電磁ポンプ１の噴霧燃料流量は前記規定燃料流量を経て前記設定燃料流量まで増加した後、前記着火検出手段５からの着火の検出出力によって規定燃料流量まで戻すことを特徴とする石油給湯機の軟着火制御装置。
前記電磁ポンプ１の噴霧燃料流量を前記規定燃料流量から前記設定燃料流量に増加したときに、前記着火検出手段５の読み込みを開始することを特徴とする請求項１に記載した石油給湯機の軟着火制御装置。
前記電磁ポンプ１の噴霧燃料流量を前記設定燃料流量まで増加した後、前記着火検出手段５が着火を検出したときは、前記電磁ポンプ１の噴霧燃料を所定時間Ｔ１保持した後、噴霧燃料流量を前記規定燃料流量に戻すことを特徴とする請求項１または２に記載した石油給湯機の軟着火制御装置。
前記電磁ポンプ１の噴霧燃料流量を前記設定燃料流量まで増加した後、前記着火検出手段５が着火を不検出のときは、前記電磁ポンプ１の噴霧燃料流量を前記設定燃料流量のまま所定時間Ｔ２保持し、所定時間Ｔ２内に着火の検出がないときは警報手段６を作動すると共に、給湯機の運転を停止することを特徴とする請求項１から３に記載した石油給湯機の軟着火制御装置。