JP6545554B2 - 燃焼装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼装置、特に、熱交換器の上方にバーナが配設され、バーナにより生成された燃焼排ガスを熱交換器に対して上方から供給するように構成された燃焼装置に関する。
従来、給湯器や暖房用熱源機などの燃焼装置において、バーナの燃焼運転が停止した後も一定時間燃焼ファンを作動させ続け、筐体内の燃焼排ガスを外部へ排出させるポストパージ運転を実行するように構成されたものが知られている(例えば、特許文献1から3参照)。
特開2013−242096号公報 特開2008−2701号公報 特開平11−101449号公報
この種の燃焼装置では、燃焼運転中、熱交換器の表面で燃焼排ガス中の水分が凝縮し、強酸性のドレンが生成されるが、ポストパージ運転終了後の熱交換器周辺の温度状態やドレン量によっては、上記ドレンが再び蒸発して水蒸気となる場合がある。
熱交換器の下方にバーナが配設され、バーナにより生成された燃焼排ガスを熱交換器に対して下方から上方へ供給するように構成された所謂上向き燃焼式の燃焼装置の場合、ポストパージ運転の終了後、熱交換器の周辺で発生した水蒸気は、筐体内を上昇してそのまま排気口側へ流れるため、他の構成部品へ悪影響を与えない。しかしながら、熱交換器の上方にバーナが配設され、バーナにより生成された燃焼排ガスを熱交換器に対して上方から下方へ供給するように構成された所謂下向き燃焼式の燃焼装置では、ポストパージ運転の終了後、上記水蒸気が筐体内を上方へ逆流し、燃焼ファンや予混合器などバーナの上流側に配設された構成部品の腐食を招く虞がある。
この問題を考慮し、上記ドレンの蒸発が終息するまでポストパージ運転を延長して行う方法も考えられるが、ポストパージ運転を長時間継続して行えば、熱交換器内部の水が冷却され過ぎて、燃焼運転が再開されてから温水利用先へ所望温度の湯が供給されるまでのタイムラグが大きくなるし、寒冷環境下においては熱交換器内部で水が凍結して出湯不良を招く可能性もある。しかも、燃焼ファンを長時間作動させ続ける分、消費電力も多くなるし、騒音の問題もある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、給湯器や暖房用熱源機などの燃焼装置において、再出湯性能の向上および運転時の消費電力、騒音の低減を図ることにある。
本発明は、燃料ガスを燃焼させるバーナと、筐体内へバーナの燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、バーナにより生成された燃焼排ガス中の熱を回収して給水源から供給される水を加熱する熱交換器とを備え、筐体内におけるバーナの下方に熱交換器が配設され、前記燃焼排ガスを熱交換器に対して上方から供給するように構成された燃焼装置であって、バーナの燃焼運転の停止後、燃焼ファンを所定時間継続して作動させ、筐体内に滞留する燃焼排ガスを外部に排出させるポストパージ運転の実行手段と、ポストパージ運転の終了後、燃焼ファンの作動および停止を所定の間隔で複数回繰り返し、熱交換器の周辺で発生する水蒸気を外部に排出させる間欠給気運転の実行手段とを備える。
下向き燃焼式の燃焼装置の場合、ポストパージ運転の終了後に熱交換器の周辺で発生する水蒸気は、筐体内を比較的ゆっくりと上昇する。従って、上記間欠給気運転のように、燃焼ファンを作動させた後、所定時間停止させても、上記水蒸気はバーナの上流側まで容易に達しない。しかも、燃焼ファンを所定間隔毎に停止させることで、熱交換器内部の水が過度に冷却されないから、温水利用先へ所望温度の湯が供給されるまでのタイムラグを小さくできるし、熱交換器内部の水の凍結も防止できる。また、上記水蒸気の逆流防止に要する燃焼ファンの作動時間も短縮されるから、運転時の消費電力および騒音も低減できる。
本発明は、燃料ガスを燃焼させるバーナと、筐体内へバーナの燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、バーナにより生成された燃焼排ガス中の熱を回収して給水源から供給される水を加熱する熱交換器とを備え、筐体内におけるバーナの下方に熱交換器が配設され、前記燃焼排ガスを熱交換器に対して上方から供給するように構成された燃焼装置であって、バーナの燃焼運転の停止後、燃焼ファンを所定時間作動させるポストパージ運転の実行手段と、ポストパージ運転の終了後、燃焼ファンの作動および停止を所定の間隔で複数回繰り返す間欠給気運転の実行手段とを備え、間欠給気運転における燃焼ファンの停止時間を初回停止時から徐々に大きく設定する。
ポストパージ運転の終了後、熱交換器の周辺で発生する水蒸気の量や上昇速度は、熱交換器の温度が低くなるに従って低下する。しかしながら、このものでは、間欠給気運転中、燃焼ファンの作動および停止を繰り返す毎にその停止時間が大きくなっていくから、熱交換器内部の水が過度に冷却されるのをより確実に防止できる。これにより、温水利用先へ所望温度の湯が供給されるまでのタイムラグをより小さくできるし、熱交換器内部の水の凍結もより確実に防止できる。また、燃焼ファンの作動時間もより短縮されるから、運転時の消費電力および騒音も一層低減できる。
好ましくは、上記燃焼装置において、間欠給気運転の実行中に熱交換器の温度が基準温度より低くなれば、間欠給気運転を停止させる給気停止動作の実行手段を備える。
熱交換器の温度が一定の温度まで下がると、熱交換器の周辺で水蒸気が発生し難くなる。従って、このものでは、間欠給気運転の実行中に熱交換器の温度が基準より低くなれば、間欠給気運転を停止し、以降の筐体内への給気を中止する。これにより、熱交換器内部の水が過度に冷却されるのをより確実に防止できるから、温水利用先へ所望温度の湯が供給されるまでのタイムラグをより小さくできるし、熱交換器内部の水の凍結もより確実に防止できる。また、燃焼ファンの作動時間もより短縮されるから、運転時の消費電力および騒音も一層低減できる。
好ましくは、上記燃焼装置において、間欠給気運転における燃焼ファンの作動時間もしくは回転数の少なくとも何れか一方を初回作動時から徐々に小さく設定する。
ポストパージ運転の終了後、熱交換器の周辺で発生する水蒸気の量や上昇速度は、熱交換器の温度が低くなるに従って低下する。しかしながら、このものでは、間欠給気運転中、燃焼ファンの作動および停止を繰り返す毎にその作動時間もしくは回転数の少なくとも何れか一方が小さくなっていくから、熱交換器内部の水が過度に冷却されるのをより確実に防止できる。これにより、温水利用先へ所望温度の湯が供給されるまでのタイムラグをより小さくできるし、熱交換器内部の水の凍結もより確実に防止できる。また、燃焼ファンの稼働量もより低下するから、運転時の消費電力および騒音も一層低減できる。
好ましくは、上記燃焼装置において、熱交換器の温度が低いほど、間欠給気運転における燃焼ファンの停止時間を大きく設定する、又は、間欠給気運転における燃焼ファンの作動時間もしくは回転数の少なくとも何れか一方を小さく設定する。
ポストパージ運転の終了後、熱交換器の周辺で発生する水蒸気の量や上昇速度は、熱交換器の温度が低くなるに従って低下する。しかしながら、このものでは、熱交換器の温度が低いほど、間欠給気運転における燃焼ファンの停止時間が大きくなる、又は、作動時間もしくは回転数の少なくとも何れか一方が小さくなるから、熱交換器内部の水が過度に冷却されるのをより確実に防止できる。これにより、温水利用先へ所望温度の湯が供給されるまでのタイムラグをより小さくできるし、熱交換器内部の水の凍結もより確実に防止できる。また、燃焼ファンの稼働量もより低下するから、運転時の消費電力および騒音も一層低減できる。
好ましくは、上記燃焼装置において、燃焼運転時のバーナの燃焼時間もしくは積算燃焼熱量が小さいほど、間欠給気運転における燃焼ファンの停止時間を大きく設定する、又は、間欠給気運転における燃焼ファンの作動時間もしくは回転数の少なくとも何れか一方を小さく設定する。
燃焼運転時のバーナの燃焼時間や積算燃焼熱量が小さいほど、熱交換器の表面で発生するドレンの量が少なくなる。従って、その分、ポストパージ運転の実行後に熱交換器の周辺で発生する水蒸気の量や上昇速度も低下する。しかしながら、このものでは、燃焼運転時のバーナの燃焼時間もしくは積算燃焼熱量が小さいほど、間欠給気運転における燃焼ファンの停止時間が大きくなる、又は、作動時間もしくは回転数の少なくとも何れか一方が小さくなるから、熱交換器内部の水が過度に冷却されるのをより確実に防止できる。これにより、温水利用先へ所望温度の湯が供給されるまでのタイムラグをより小さくできるし、熱交換器内部の水の凍結もより確実に防止できる。また、燃焼ファンの稼働量もより低下するから、運転時の消費電力および騒音も一層低減できる。
以上のように、本発明によれば、燃焼運転が再開されるまでの間に、熱交換器内部の水が過度に冷却されないから、温水利用先へ所望温度の湯が供給されるまでのタイムラグを小さくできるし、熱交換器内部の水の凍結も防止できる。よって、再出湯性能が向上する。また、燃焼ファンの作動時間も短縮されるから、運転時の消費電力および騒音の低減を図ることも可能である。
図1は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の概略構成図である。 図2は、本発明の第1の実施形態に係る燃焼装置の燃焼運転停止後の作動フローチャートである。 図3は、本発明の第1の実施形態に係る燃焼装置の間欠給気運転時における燃焼ファンのオンオフ動作と筐体内湿度との関係を示すグラフである。 図4は、本発明の第2の実施形態に係る燃焼装置の燃焼運転停止後の作動フローチャート(1)である。 図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃焼装置の燃焼運転停止後の作動フローチャート(2)である。 図6は、本発明の第3の実施形態に係る燃焼装置の燃焼運転停止後の作動フローチャート(1)である。 図7は、本発明の第3の実施形態に係る燃焼装置の燃焼運転停止後の作動フローチャート(2)である。 図8は、本発明の第4の実施形態に係る燃焼装置の燃焼運転停止後の作動フローチャート(1)である。 図9は、本発明の第4の実施形態に係る燃焼装置の燃焼運転停止後の作動フローチャート(2)である。
次に、上記した本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳述する。
図1に示すように、本発明の実施の形態に係る燃焼装置は、給水配管L1から熱交換器12内に供給される水をバーナ11の燃焼排ガスにより加熱し、給湯配管L2を通じてカランやシャワーなどの温水利用先Pへ供給する給湯器1である。
給湯器1の外装ケース10内には、バーナ11や熱交換器12を収容する略矩形箱状の筐体20が設けられている。外装ケース10には、装置外部の空気を外装ケース10内に取り込むための給気口101と、筐体20内の空気を装置外部に排出するための排気口102とが設けられている。
筐体20は、筐体20の上部を構成する下部開放箱状の燃焼室21と、筐体20の下部を構成する上部開放箱状の熱交換室22とで構成されており、熱交換室22の下部に設けられた空気導出口221に、排気口102が排気通路23を通じて繋がっている。
燃焼室21内には、ガス配管L3から供給される燃料ガスを燃焼させて燃焼排ガスを生成するバーナ11が組み込まれている。一方、熱交換室22には、バーナ11により生成された燃焼排ガス中の熱を回収し、給水配管L2から供給される水を加熱する熱交換器12が組み込まれている。
燃焼室21の上部に設けられた空気導入口211には、装置外部の空気をバーナ11の燃焼用空気として給気口101から外装ケース10内に取り込み、燃焼室21内に送り込む燃焼ファン13が連設されている。また、燃焼ファン13の吸込口131には、給気口101から外装ケース10内に取り込まれた空気とガス配管L3から供給される燃料ガスとを混合する予混合器14が連設されている。さらに、燃焼室21の空気導入口211には、筐体20内の空気が燃焼ファン13側、即ち、上流側へ逆流するのを阻止する逆流防止弁15が設けられている。
このように、外装ケース10内には、給気口101から筐体20内を通って排気口102に至る給排気経路が画成されており、予混合器14、燃焼ファン13、逆流防止弁15、バーナ11、および熱交換器12は、上記給排気経路に上流側からこの順序で配設されている。従って、燃焼ファン13を作動させれば、装置外部の空気が給気口101から外装ケース10の内部空間に取り込まれた後、予混合器14を介して燃焼室21内へ導入され、バーナ11の配設部、熱交換器12の配設部を順に通って排気口102から外部へ排出される。
バーナ11は、下面に複数の炎孔(図示しない)を有しており、予混合器14で混合された燃料ガスと空気の混合ガスを上記炎孔から下向きに放出し、燃焼させる。即ち、バーナ11は、下面が燃焼面となるように構成されている。
熱交換器12は、熱交換室22の上部空間に縦向き横並びで複数設けられる板状の伝熱フィン120と、各伝熱フィン120に貫挿され、熱交換室22の上部空間において上下に複数列で略水平に並設される第1伝熱管121と、熱交換室22の下部空間において上下に複数列で略水平に並設される第2伝熱管122とで構成されており、燃焼室21から熱交換室22内に導入された燃焼排ガス中の顕熱を第1伝熱管121で回収した後、さらに第2伝熱管122にて上記燃焼排ガス中の顕熱および潜熱を回収するように構成されている。
各第1伝熱管121は、管端相互が図示しない連結ヘッダにより接続され、熱交換室22の上部空間で蛇行する一つの顕熱熱交換管路12Aを構成している。各第2伝熱管122も同様、管端相互が図示しない連結ヘッダにより接続され、熱交換室22の下部空間で蛇行する一つの潜熱熱交換管路12Bを構成している。
潜熱熱交換管路12Bの入口側の管端は、入水管路26を介して給水配管L1に繋がっており、潜熱熱交換管路12Bの出口側の管端は、顕熱熱交換管路12Aの入口側の管端に接続されている。また、顕熱熱交換管路12Aの出口側の管端は、出湯管路27を介して給湯配管L2に繋がっている。従って、給水配管L1から入水管路26に供給される水は、潜熱熱交換管路12B、顕熱熱交換管路12Aの順に流通した後、出湯管路27から給湯配管L2へ導出される。
入水管路26には、熱交換器12への給水量を検出する水量センサ16が設けられている。一方、出湯管路27には、顕熱熱交換管路12Aからの出湯温度を検出する熱交温度センサ17が設けられている。
熱交換室22の底部には、熱交換器12で燃焼排ガス中の顕熱や潜熱を回収する際に伝熱フィン120や第1伝熱管121、第2伝熱管122の表面に凝縮生成され、熱交換室22の底部に滴下した強酸性のドレンを回収して中和するドレン中和器18が連結されている。
外装ケース10内には、給湯器1全体の動作を制御する制御回路3が組み込まれており、バーナ11の図示しない点火電極、燃焼ファン13のファンモータ130、予混合器14の図示しない混合弁、水量センサ16、および熱交温度センサ17は、制御回路3に電気配線を通じて接続されている。
図示しないが、制御回路3は、バーナ11の点火や消火、燃焼量の調整を行う燃焼制御部、燃焼ファン13の作動や停止、回転数の調整を行う給排気制御部、水量センサ16の検知水量に基づいて温水利用先Pへ給水が行われているか否かを判定する給水判定部、熱交温度センサ17の検出温度に基づいて熱交換器12の温度(以下、「熱交温度」という)T1を判定する熱交温度判定部、燃焼ファン13の作動時間や停止時間を計測する計時部、間欠給気運転時における燃焼ファン13の設定作動時間や設定停止時間、作動回数を記憶するメモリ等の回路構成を有している。
さらに、本発明の第1の実施形態に係る給湯器1の制御回路3は、温水利用先Pへの給水が開始された場合に、燃焼ファン13を作動させてバーナ11へ混合ガスを供給し、バーナ11を点火させる一方、温水利用先Pへの給水が停止された場合には、バーナ11への燃料ガスの供給を遮断してバーナ11を消火させる燃焼運転の実行部、バーナ11の燃焼運転が停止されてからさらに所定時間、燃焼ファン13を作動させるポストパージ運転の実行部、ポストパージ運転の終了後、燃焼ファン13の作動および停止を所定の間隔で複数回繰り返す間欠給気運転の実行部、間欠給気運転の実行中、熱交温度T1が基準温度Tsより低くなった時点で間欠給気運転を停止させる給気停止動作の実行部、間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間を、燃焼ファン13の作動回数に応じて設定する給気間隔設定部、間欠給気運転における燃焼ファン13の作動時間および回転数を、燃焼ファン13の作動回数に応じて設定する給気量設定部等の回路構成を有している。
本発明の第1の実施形態に係る給湯器1の燃焼運転停止後の制御動作を、図2のフローチャートに従って説明する。尚、図示しないが、上記給湯器1では、水量センサ16の検知水量が所定値以上になれば、温水利用先Pへの給水が開始されたとして、燃焼ファン13を作動させてバーナ11へ混合ガスを供給し、バーナ11を点火させる一方、水量センサ16の検知水量が所定値未満になれば、温水利用先Pへの給水が停止されたとして、バーナ11への燃料ガスの供給を予混合器14にて遮断し、バーナ11を消火させる。
燃焼運転の実行中に温水利用先Pへの給水が停止され、バーナ11が消火されると、その時点からさらに所定時間Ap(ここでは、180秒間)継続して、燃焼ファン13を所定のパージ回転数Mp(ここでは、200Hz)で作動させるポストパージ運転を行う。これにより、装置外部の空気が筐体20内へ取り込まれると共に、筐体20内に滞留する燃焼排ガスが装置外部へ排出される(ST101)。
ポストパージ運転を行った結果、熱交温度T1が基準温度Ts(ここでは、30℃)より低くなった場合は、熱交換器12の表面に付着したドレンが水蒸気になり難い状態であるとして、間欠給気運転を行わず、メモリに記憶された燃焼ファン13の作動回数C1を「0」にリセットした上で、温水利用先Pへの給水が再開されるのを待機した状態に戻る(ST102〜ST103)。
一方、ポストパージ運転が終了した時点で、熱交温度T1が基準温度Ts以上であれば(ST102のステップでYes)、熱交換器12の表面に付着したドレンが水蒸気になり易く、逆流防止弁15にごみ噛みや故障などの機能不良が生じている場合に、熱交換室22から燃焼室21の上流側へ逆流する可能性がある。従って、この場合は、燃焼ファン13の作動および停止を所定の間隔で複数回繰り返す間欠給気運転を行う。具体的には、間欠給気運転時の燃焼ファン13の作動回数C1が「0」であれば、燃焼ファン13を第1の設定作動時間A1(ここでは、180秒間)、第1の設定回転数M1(ここでは、250Hz)で作動させた後、第1の設定停止時間B1(ここでは、500秒間)停止させ、メモリに記憶された燃焼ファン13の作動回数C1に「1」を加算記憶させる(ST104〜ST107)。
そして再び、熱交温度T1が基準温度Ts以上であるか否かの判定を行い、その結果、熱交温度T1が基準温度Ts以上であって(ST102のステップでYes)、且つ、上記作動回数C1が「1」であれば(ST104のステップでNo)、燃焼ファン13を第1の設定作動時間A1より小さい第2の設定作動時間A2(ここでは、140秒間)、第1の設定回転数M1より小さい第2の設定回転数M2(ここでは、230Hz)で作動させた後、第1の設定停止時間B1より大きい第2の設定停止時間B2(ここでは、700秒間)停止させ、メモリに記憶された燃焼ファン13の作動回数C1に「1」を加算記憶させる。即ち、上記ST105からST106の基準オンオフ動作のステップより一段階、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく、停止時間を大きくしてオンオフ動作を行う(ST108〜ST110,ST107)。
そして再び、熱交温度T1が基準温度Ts以上であるか否かの判定を行い、その結果、熱交温度T1が基準温度Ts以上であって(ST102のステップでYes)、且つ、上記作動回数C1が「0」でも「1」でもなければ(ST104,ST108のステップで何れもNo)、燃焼ファン13を第2の設定作動時間A2より小さい第3の作動時間A3(ここでは、100秒間)、第2の設定回転数M2より小さい第3の設定回転数M3(ここでは、200Hz)で作動させた後、第2の設定停止時間B2より大きい第3の停止時間B3(ここでは、900秒間)停止させ、熱交温度T1が基準温度Ts以上であるか否かの判定に戻る。即ち、ST109からST110のオンオフ動作のステップよりさらに一段階、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく、停止時間を大きくしてオンオフ動作を行う(ST111〜ST112)。
上記のように間欠給気運転を行っている間に、熱交温度T1が基準温度Tsより低くなれば(ST102のステップでNo)、熱交換器12からのドレンの蒸発が終息したとして、メモリに記憶された燃焼ファン13の作動回数C1を「0」にリセットし、間欠給気運転を終了する(ST103)。
図3のグラフ41は、上記給湯器1における間欠給気運転時の燃焼ファン13のオンオフ動作と熱交温度T1との関係特性を示しており、グラフ42は、上記オンオフ動作と筐体20内の湿度との関係特性を示している。これらのグラフ41,42が示すように、間欠給気運転の実行中、熱交換器12の温度(熱交温度)T1は、徐々に低下していく。一方、筐体20内の湿度は、燃焼ファン13の作動および停止に合わせて上昇降下を繰り返しながら徐々に低下し、熱交温度T1が基準温度Ts(30℃)に近くなれば、燃焼ファン13が停止されていても殆ど上昇しなくなる。
このように、上記第1の実施形態に係る給湯器1によれば、ポストパージ運転の終了後に熱交換器12の周辺で発生する水蒸気を、間欠給気運転によって外部へ排出させるから、熱交換器12内部の水が過度に冷却されない。これにより、温水利用先Pへ所望温度の湯が供給されるまでのタイムラグを小さくできるし、熱交換器12内部の水の凍結も防止できる。よって、再出湯性能が向上する。また、上記水蒸気の逆流防止に要する燃焼ファン13の作動時間も短縮されるから、運転時の消費電力および騒音の低減を図ることも可能である。
しかも、このものでは、間欠給気運転の実行中に熱交温度T1が基準温度Tsより低くなれば、間欠給気運転を停止し、以降の筐体20内への給気を中止させるから、熱交換器12内部の水がより冷却され難い。これにより、上記タイムラグをより小さくできるし、熱交換器12内部の水の凍結もより確実に防止できる。よって、再出湯性能が一層向上する。また、水蒸気の逆流防止に要する燃焼ファン13の作動時間もより短縮されるから、運転時の消費電力および騒音を一層低減することも可能である。
また、ポストパージ運転の終了後、熱交換器12の周辺で発生する水蒸気の量や上昇速度は、熱交換器12の温度が低くなるに従って低下するが、このものでは、間欠給気運転中、燃焼ファン13の停止時間が初回停止時から徐々に大きく設定される、即ち、燃焼ファン13の作動および停止を繰り返す毎にその停止時間が大きくなっていくから、熱交換器12内部の水がより冷却され難い。これにより、上記タイムラグをより小さくできるし、熱交換器12内部の水の凍結もより確実に防止できる。よって、再出湯性能が一層向上する。また、水蒸気の逆流防止に要する燃焼ファン13の作動時間もより短縮されるから、運転時の消費電力および騒音を一層低減することも可能である。
さらに、このものでは、間欠給気運転中、燃焼ファン13の作動時間および回転数が初回停止時から徐々に小さく設定される、即ち、燃焼ファン13の作動および停止を繰り返す毎にその作動時間および回転数が小さくなっていくから、熱交換器12内部の水がより冷却され難い。これにより、上記タイムラグをより小さくできるし、熱交換器12内部の水の凍結もより確実に防止できる。よって、再出湯性能が一層向上する。また、間欠給気運転中の燃焼ファン13の稼働量もより低下するから、運転時の消費電力および騒音を一層低減することも可能である。
本発明の第2の実施形態に係る給湯器1は、熱交温度T1が低いほど、間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間を大きく、作動時間および回転数を小さく設定する機能をさらに備えている。詳述すると、制御回路3の給気間隔設定部は、間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間を、熱交温度T1に応じて設定する回路構成をさらに有しており、給気量設定部は、間欠給気運転における燃焼ファン13の作動時間および回転数を、熱交温度T1に応じて設定する回路構成をさらに有している。
本発明の第2の実施形態に係る給湯器1の燃焼運転停止後の制御動作を、図4および図5のフローチャートに従って説明する。
燃焼運転の実行中に温水利用先Pへの給水が停止され、バーナ11が消火されると、上記第1の実施形態と同様、ポストパージ運転を行う。その結果、熱交温度T1が基準温度Tsより低くなった場合は、間欠給気運転を行わずに、メモリに記憶された所定温度条件毎の燃焼ファン13の作動回数C1,C2,C3を「0」にリセットし、温水利用先Pへの給水が再開されるのを待機した状態に戻る(ST201〜ST203)。
一方、ポストパージ運転が終了した時点で、熱交温度T1が基準温度Ts以上である場合(ST202のステップでYes)は、熱交換器12の表面に付着したドレンが水蒸気になり易い状態であるとして、燃焼ファン13の作動および停止を所定の間隔で複数回繰り返す間欠給気運転を行う。具体的には、熱交温度T1が基準温度Ts以上であれば、さらに熱交温度T1が第1の判定温度Ta(ここでは、70℃)以上であるか否かを判定する(ST204)。
その結果、熱交温度T1が第1の判定温度Ta以上である場合(ST204のステップでYes)は、熱交換器12からの水蒸気の発生量が比較的多い状態であるとして、第1の実施形態におけるST104からST112のステップと同様、その第1の温度条件における燃焼ファン13の作動回数(第1作動回数)C1が増加する毎に、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく、停止時間を大きくしながら間欠給気運転が行われる(ST205〜ST213)。
上記のように間欠給気運転を行っている間、或いは、ポストパージ運転が終了した時点で、熱交温度T1が第1の判定温度Taより低くなれば(ST204のステップでNo)、さらに熱交温度T1が第2の判定温度Tb(ここでは、50℃)以上であるか否かを判定する(ST214)。
その結果、熱交温度T1が第2の判定温度Tb以上であって(ST214のステップでYes)、且つ、その第2の温度条件における燃焼ファン13の作動回数(第2作動回数)C2が「0」であれば(ST215のステップでYes)、燃焼ファン13を第3の設定作動時間A3より小さい第4の設定作動時間A4(ここでは、90秒間)、第3の設定回転数M3より小さい第4の設定回転数M4(ここでは、180Hz)で作動させた後、第3の設定停止時間B3より大きい第4の設定停止時間B4(ここでは、1000秒間)停止させ、メモリに記憶された第2作動回数C2に「1」を加算記憶させる。即ち、第1の温度条件におけるST212からST213のオンオフ動作のステップよりさらに一段階、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく、停止時間を大きくしてオンオフ動作を行う(ST215〜ST218)。
そして再び、熱交温度T1が基準温度Ts以上であるか否かの判定を行い、その結果、熱交温度T1が基準温度Ts以上であって(ST202のステップでYes)、且つ、第2の判定温度Tb以上であり(ST204のステップでNo、ST214のステップでYes)、上記第2作動回数C2が「1」であれば(ST215のステップでNo、ST219のステップでYes)、燃焼ファン13を第4の設定作動時間A4より小さい第5の設定作動時間A5(ここでは、70秒間)、第4の設定回転数M4より小さい第5の設定回転数M5(ここでは、160Hz)で作動させた後、第4の設定停止時間B4より大きい第5の設定停止時間B5(ここでは、1200秒間)停止させ、メモリに記憶された第2作動回数C2に「1」を加算記憶させる(ST219〜ST221,ST218)。
そして再び、熱交温度T1が基準温度Ts以上であるか否かの判定を行い、その結果、熱交温度T1が基準温度Ts以上であって(ST202のステップでYes)、且つ、第2の判定温度Tb以上であり(ST204のステップでNo、ST214のステップでYes)、上記第2作動回数C2が「0」でも「1」でもなければ(ST215,ST219のステップで何れもNo)、燃焼ファン13を第5の設定作動時間A5より小さい第6の設定作動時間A6(ここでは、50秒間)、第5の設定回転数M5より小さい第6の設定回転数M6(ここでは、140Hz)で作動させた後、第5の設定停止時間B5より大きい第6の設定停止時間B6(ここでは、1400秒間)停止させ、熱交温度T1が基準温度Ts以上であるか否かの判定に戻る(ST222〜ST223)。
上記のように間欠給気運転を行っている間、或いは、ポストパージ運転が終了した時点で、熱交温度T1が第2の判定温度Tbより低くなった場合に(ST214のステップでNo)、その第3の温度条件における燃焼ファン13の作動回数(第3作動回数)C3が「0」であれば(ST224のステップでYes)、燃焼ファン13を第6の設定作動時間A6より小さい第7の設定作動時間A7(ここでは、40秒間)、第6の設定回転数M6より小さい第7の設定回転数M7(ここでは、130Hz)で作動させた後、第6の設定停止時間B6より大きい第7の設定停止時間B7(ここでは、1600秒間)停止させ、メモリに記憶された第3作動回数C3に「1」を加算記憶させる。即ち、第2の温度条件におけるST222からST223のオンオフ動作のステップよりさらに一段階、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく、停止時間を大きくしてオンオフ動作を行う(ST225〜ST227)。
そして再び、熱交温度T1が基準温度Ts以上であるか否かの判定を行い、その結果、熱交温度T1が基準温度Ts以上であって(ST202のステップでYes)、且つ、第2の判定温度Tb未満であり(ST204,ST214のステップで何れもNo)、上記第3作動回数C3が「1」であれば(ST224のステップでNo、ST228のステップでYes)、燃焼ファン13を第7の設定作動時間A7より小さい第8の設定作動時間A8(ここでは、30秒間)、第7の設定回転数M7より小さい第8の設定回転数M8(ここでは、100Hz)で作動させた後、第7の設定停止時間B7より大きい第8の設定停止時間B8(ここでは、1800秒間)停止させ、メモリに記憶された第3作動回数C3に「1」を加算記憶させる(ST228〜ST230,ST227)。
そして再び、熱交温度T1が基準温度Ts以上であるか否かの判定を行い、その結果、熱交温度T1が基準温度Ts以上であって(ST202のステップでYes)、且つ、第2の判定温度Tb未満であり(ST204,ST214のステップで何れもNo)、上記第3作動回数C3が「0」でも「1」でもなければ(ST224,ST228のステップで何れもNo)、燃焼ファン13を第8の設定作動時間A8より小さい第9の設定作動時間A9(ここでは、20秒間)、第8の設定回転数M8より小さい第9の設定回転数M9(ここでは、70Hz)で作動させた後、第8の設定停止時間B8より大きい第9の設定停止時間B9(ここでは、2000秒間)停止させ、熱交温度T1が基準温度Ts以上であるか否かの判定に戻る(ST231〜ST232)。
このように、上記第2の実施形態に係る給湯器1によれば、熱交換器12の温度が低いほど、間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間が大きくなり、且つ、作動時間および回転数が小さくなるから、熱交換器12内部の水が過度に冷却されるのをより確実に防止できる。これにより、上記タイムラグをより小さくできるし、熱交換器12内部の水の凍結もより確実に防止できる。よって、再出湯性能が一層向上する。また、燃焼ファン13の稼働量もより低下するから、運転時の消費電力および騒音を一層低減することも可能である。
上記第2の実施形態では、熱交温度T1が低いほど、間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間を大きく、且つ、作動時間および回転数を小さく設定するように構成されたものを説明したが、本発明の第3の実施形態に係る給湯器1は、燃焼運転時におけるバーナ11の燃焼時間F1が小さいほど、間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間を大きく、且つ、作動時間および回転数を小さく設定するように構成されている。詳述すると、制御回路3の計時部は、燃焼運転時におけるバーナ11の燃焼時間F1を計測する回路構成をさらに有している。また、給気間隔設定部は、熱交温度T1に代えて、燃焼時間F1に応じて間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間を設定する回路構成を有しており、給気量設定部は、熱交温度T1に代えて、燃焼時間F1に応じて間欠給気運転における燃焼ファン13の作動時間および回転数を設定する回路構成を有している。
本発明の第3の実施形態に係る給湯器1の燃焼運転停止後の制御動作を、図6および図7のフローチャートに従って説明する。尚、図示しないが、上記給湯器1では、温水利用先Pへの給水が開始され、バーナ11が点火された時点から、温水利用先Pへの給水が停止され、バーナ11が消火されるまでの燃焼時間F1の計測が行われる。
燃焼運転の実行中に温水利用先Pへの給水が停止され、バーナ11が消火されると、上記第2の実施形態と同様、ポストパージ運転を行う。その結果、熱交温度T1が基準温度Tsより低くなった場合は、間欠給気運転を行わずに、メモリに記憶された所定燃焼条件毎の燃焼ファン13の作動回数C1,C2,C3を「0」にリセットし、温水利用先Pへの給水が再開されるのを待機した状態に戻る(ST301〜ST303)。
一方、ポストパージ運転が終了した時点で、熱交温度T1が基準温度Ts以上である場合(ST302のステップでYes)は、熱交換器12の表面に付着したドレンが水蒸気になり易い状態であるとして、燃焼ファン13の作動および停止を所定の間隔で複数回繰り返す間欠給気運転を行う。具体的には、熱交温度T1が基準温度Ts以上であれば、さらに燃焼運転時におけるバーナ11の燃焼時間F1が第1の判定時間Fa(ここでは、10分)以上であるか否かを判定する(ST304)。
そして、燃焼時間F1が第1の判定時間Fa以上である場合(ST304のステップでYes)は、熱交換器12の表面に比較的多くのドレンが付着しており、水蒸気の発生量が比較的多い状態であるとして、第2の実施形態におけるST205からST213のステップと同様、その第1の燃焼条件における燃焼ファン13の作動回数(第1作動回数)C1が増加する毎に、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく、停止時間を大きくしながら間欠給気運転が行われる(ST305〜ST313)。
また、燃焼時間F1が第1の判定時間Fa未満であり(ST304のステップでNo)、且つ、第1の判定時間Faより小さい第2の判定時間Fb(ここでは、5分)以上である場合(ST314のステップでYes)は、第2の実施形態におけるST215からST223のステップと同様、ST312からST313のオンオフ動作のステップよりさらに一段階、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく、停止時間を大きくした状態から、その第2の燃焼条件における燃焼ファン13の作動回数(第2作動回数)C2が増加する毎に、燃焼ファン13の作動時間および回転数をさらに小さく、停止時間を大きくしながら間欠給気運転が行われる(ST315〜ST323)。
さらに、燃焼時間F1が第2の判定時間Fb未満である場合(ST314のステップでNo)は、第2の実施形態におけるST224からST232のステップと同様、ST322からST323のオンオフ動作のステップよりさらに一段階、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく、停止時間を大きくした状態から、その第3の燃焼条件における燃焼ファン13の作動回数(第3作動回数)C3が増加する毎に、燃焼ファン13の作動時間および回転数をさらに小さく、停止時間を大きくしながら間欠給気運転が行われる(ST324〜ST332)。
このように、上記第3の実施形態に係る給湯器1によれば、燃焼運転時のバーナ11の燃焼時間F1が小さいほど、間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間が大きくなり、且つ、作動時間および回転数が小さくなるから、第2の実施形態に係る給湯器1と同様、再出湯性能が一層向上すると共に、運転時の消費電力および騒音を一層低減することも可能である。
上記第3の実施形態では、燃焼運転時のバーナ11の燃焼時間F1が小さいほど、間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間を大きく、且つ、作動時間および回転数を小さく設定するように構成されたものを説明したが、本発明の第4の実施形態に係る給湯器1は、燃焼運転が終了するまでの所定時間におけるバーナ11の積算燃焼熱量Q1が小さいほど、間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間を大きく、且つ、作動時間および回転数を小さく設定するように構成されている。詳述すると、制御回路3は、燃焼運転が終了する所定時間前から終了するまでのバーナ11の積算燃焼熱量Q1を算出する燃焼熱量算出部をさらに有している。また、給気間隔設定部は、燃焼時間F1に代えて、上記積算燃焼熱量Q1に応じて間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間を設定する回路構成を有しており、給気量設定部は、燃焼時間F1に代えて、上記積算燃焼熱量Q1に応じて間欠給気運転における燃焼ファン13の作動時間および回転数を設定する回路構成を有している。
本発明の第4の実施形態に係る給湯器1の燃焼運転停止後の制御動作を、図8および図9のフローチャートに従って説明する。尚、図示しないが、上記給湯器1では、温水利用先Pへの給水が開始され、バーナ11が点火されると同時に、バーナ11が消火されるまでの所定時間(ここでは、10分間)におけるバーナ11の積算燃焼熱量Qの算出が開始される。
燃焼運転の実行中に温水利用先Pへの給水が停止され、バーナ11が消火されると、上記第3の実施形態と同様、ポストパージ運転を行う。その結果、熱交温度T1が基準温度Tsより低くなった場合は、間欠給気運転を行わずに、メモリに記憶された所定燃焼条件毎の燃焼ファン13の作動回数C1,C2,C3を「0」にリセットし、温水利用先Pへの給水が再開されるのを待機した状態に戻る(ST401〜ST403)。
一方、ポストパージ運転が終了した時点で、熱交温度T1が基準温度Ts以上である場合(ST402のステップでYes)は、熱交換器12の表面に付着したドレンが水蒸気になり易い状態であるとして、燃焼ファン13の作動および停止を所定の間隔で複数回繰り返す間欠給気運転を行う。具体的には、熱交温度T1が基準温度Ts以上であれば、さらに燃焼運転が終了したときの上記積算燃焼熱量Q1が第1の判定熱量Qa(ここでは、34.9kW)以上であるか否かを判定する(ST404)。
そして、積算燃焼熱量Q1が第1の判定熱量Qa以上である場合(ST404のステップでYes)は、熱交換器12の表面に比較的多くのドレンが付着しており、水蒸気の発生量が比較的多い状態であるとして、第3の実施形態におけるST305からST313のステップと同様、その第1の燃焼条件における燃焼ファン13の作動回数(第1作動回数)C1が増加する毎に、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく、停止時間を大きくしながら間欠給気運転が行われる(ST405〜ST413)。
また、積算燃焼熱量Q1が第1の判定熱量Qa未満であり(ST404のステップでNo)、且つ、第1の判定熱量Qaより小さい第2の判定熱量Qb(ここでは、11.6kW)以上である場合(ST414のステップでYes)は、第3の実施形態におけるST315からST323のステップと同様、ST412からST413のオンオフ動作のステップよりさらに一段階、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく、停止時間を大きくした状態から、その第2の燃焼条件における燃焼ファン13の作動回数(第2作動回数)C2が増加する毎に、燃焼ファン13の作動時間および回転数をさらに小さく、停止時間を大きくしながら間欠給気運転が行われる(ST415〜ST423)。
さらに、積算燃焼熱量Q1が第2の判定熱量Qb未満である場合(ST414のステップでNo)は、第3の実施形態におけるST324からST332のステップと同様、ST422からST423のオンオフ動作のステップよりさらに一段階、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく、停止時間を大きくした状態から、その第3の燃焼条件における燃焼ファン13の作動回数(第3作動回数)C3が増加する毎に、燃焼ファン13の作動時間および回転数をさらに小さく、停止時間を大きくしながら間欠給気運転が行われる(ST424〜ST432)。
このように、上記第4の実施形態に係る給湯器1によれば、燃焼運転が終了するまでの所定時間におけるバーナ11の積算燃焼熱量Q1が小さいほど、間欠給気運転における燃焼ファン13の停止時間が大きくなり、且つ、作動時間および回転数が小さくなるから、第3の実施形態に係る給湯器1と同様、再出湯性能が一層向上すると共に、運転時の消費電力および騒音を一層低減することも可能である。
尚、上記各実施の形態では、ポストパージ運転が終了した後、熱交温度T1が基準温度Ts以上であれば、その時点から引き続き間欠給気運転が開始されるものを説明したが、ポストパージ運転が終了してから所定の待機時間(例えば、180秒)経過後に間欠給気運転が開始されるように構成されたものとしてもよい。また、このものにおいて、上記待機時間は、ポストパージ運転終了時の熱交温度T1が低いほど、或いは、燃焼運転時のバーナ11の燃焼時間F1もしくは積算燃焼熱量Q1が小さいほど、大きく設定されるものとしてもよい。これにより、燃焼ファン13の稼働量が一層低下するから、運転時の消費電力および騒音をより一層低減することが可能である。
上記各実施の形態では、間欠給気運転において、燃焼ファン13の作動および停止が繰り返される毎に、燃焼ファン13の作動時間および回転数を小さく設定し、且つ、停止時間を大きく設定するように構成されたものを説明したが、燃焼ファン13の作動および停止が繰り返される毎に、燃焼ファン13の停止時間のみを大きく設定するように構成されたものとしてもよいし、燃焼ファン13の作動時間もしくは回転数の何れか一方のみを小さく設定するように構成されたものとしてもよい。
上記各実施の形態では、出湯管路27の温度(出湯温度)から熱交換器12の温度を検出するものを説明したが、伝熱フィン120の表面温度や顕熱熱交換管路12Aの出口側付近の温度、潜熱熱交換管路12Bの出口側付近の温度、熱交換室22の周壁の表面温度から熱交換器12の温度を検出するように構成されたものとしてもよい。
本発明は、燃焼室21の空気導入口211に逆流防止弁15が設けられていない燃焼装置にも適用できる。また、本発明は、給湯機能のみ有する給湯器に限らず、風呂追焚機能を有する給湯器にも適用できるし、温水暖房端末へ温水を循環供給する暖房用熱源機、貯湯式給湯システムの熱源機、顕熱熱交換器のみ有する熱源機にも適用できる。
1 給湯器(燃焼装置)
11 バーナ
12 熱交換器
13 燃焼ファン
15 逆流防止弁
17 熱交温度センサ
20 筐体
3 制御回路

Claims (6)

  1. 燃料ガスを燃焼させるバーナと、筐体内へバーナの燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、バーナにより生成された燃焼排ガス中の熱を回収して給水源から供給される水を加熱する熱交換器とを備え、筐体内におけるバーナの下方に熱交換器が配設され、前記燃焼排ガスを熱交換器に対して上方から供給するように構成された燃焼装置であって、
    バーナの燃焼運転の停止後、燃焼ファンを所定時間継続して作動させ、筐体内に滞留する燃焼排ガスを外部に排出させるポストパージ運転の実行手段と、
    ポストパージ運転の終了後、燃焼ファンの作動および停止を所定の間隔で複数回繰り返し、熱交換器の周辺で発生する水蒸気を外部に排出させる間欠給気運転の実行手段とを備えた、燃焼装置。
  2. 燃料ガスを燃焼させるバーナと、筐体内へバーナの燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、バーナにより生成された燃焼排ガス中の熱を回収して給水源から供給される水を加熱する熱交換器とを備え、筐体内におけるバーナの下方に熱交換器が配設され、前記燃焼排ガスを熱交換器に対して上方から供給するように構成された燃焼装置であって、
    バーナの燃焼運転の停止後、燃焼ファンを所定時間作動させるポストパージ運転の実行手段と、
    ポストパージ運転の終了後、燃焼ファンの作動および停止を所定の間隔で複数回繰り返す間欠給気運転の実行手段とを備え
    間欠給気運転における燃焼ファンの停止時間を初回停止時から徐々に大きく設定する、燃焼装置。
  3. 請求項1または2に記載の燃焼装置において、
    間欠給気運転の実行中に熱交換器の温度が基準温度より低くなれば、間欠給気運転を停止させる給気停止動作の実行手段を備えた、燃焼装置。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載の燃焼装置において、
    間欠給気運転における燃焼ファンの作動時間もしくは回転数の少なくとも何れか一方を初回作動時から徐々に小さく設定する、燃焼装置。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載の燃焼装置において、
    熱交換器の温度が低いほど、間欠給気運転における燃焼ファンの停止時間を大きく設定する、又は、間欠給気運転における燃焼ファンの作動時間もしくは回転数の少なくとも何れか一方を小さく設定する、燃焼装置。
  6. 請求項1から4のいずれかに記載の燃焼装置において、
    燃焼運転時のバーナの燃焼時間もしくは積算燃焼熱量が小さいほど、間欠給気運転における燃焼ファンの停止時間を大きく設定する、又は、間欠給気運転における燃焼ファンの作動時間もしくは回転数の少なくとも何れか一方を小さく設定する、燃焼装置。
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