JP6593632B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は燃料ガスの燃焼により発生した熱で湯水を加熱可能な燃焼装置に関し、特に火炎の温度によって燃焼状態を制御する燃焼装置に関する。

従来の燃焼装置では、火炎の温度を検知するバーナセンサとして熱電対が設けられ、このバーナセンサと制御手段が離れて配置され、中継コネクタを介してバーナセンサと燃焼装置の制御手段が接続されていた。バーナセンサと中継コネクタは温度補償導線で接続され、中継コネクタと制御手段は温度補償導線ではない安価な信号線で接続されていた。制御手段にはバーナセンサの基準接点補償手段を備えていなかった為、中継コネクタの温度がバーナセンサの基準接点温度になり、実際の火炎温度と制御手段が取得する火炎温度との間にズレが生じ、制御手段は火炎温度を正確には取得できていなかった。

この温度のズレを解消する中継コネクタとして、基準接点補償手段となる補償用温度センサをコネクタ内部に搭載した中継コネクタが特許文献１に開示されている。

特開平８−１６２２２０号公報

しかし、特許文献１のような中継コネクタは複数の温度センサを一括して計測器に接続する為のものであり、バーナセンサを１つ接続するだけの燃焼装置に用いるには適しておらず、また、コネクタ内部に補償用温度センサを備えているので製作コストが高価になるといった問題がある。

また、バーナセンサと補償用温度センサのうち一方が故障した場合に中継コネクタごと交換すると、故障していない他方のセンサも交換することになって無駄が生じる。

本発明の目的は、安価で簡単に設けることができる基準接点補償手段を備え、正確な火炎温度を取得して燃焼制御可能な燃焼装置を提供することである。

請求項１の燃焼装置は、燃焼部と、この燃焼部で生じた火炎温度を検知する火炎温度検知手段と、雰囲気の温度を検知する雰囲気温度検知手段と、検知された火炎温度によって燃焼状態を制御する制御手段とを備えた燃焼装置であって、前記火炎温度検知手段は、この火炎温度検知手段から中継コネクタまでは温度補償導線で接続されると共に、前記中継コネクタから前記制御手段までは信号線により接続され、前記雰囲気温度検知手段は、前記火炎温度検知手段の基準接点補償手段として兼用する為に、前記雰囲気温度検知手段は、前記制御手段から前記中継コネクタまでの信号線と結束されることにより前記中継コネクタ近傍に配置され、前記制御手段は、前記雰囲気温度検知手段により検知された雰囲気温度によって前記火炎温度検知手段により検知された火炎温度を補正することを特徴とする。

請求項２の燃焼装置は、請求項１の発明において、前記雰囲気温度検知手段は、前記中継コネクタに対して固定金具を介して固定されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段が、火炎温度検知手段の基準接点補償手段を兼ねるので、専用の基準接点補償手段を別途設ける必要がなく、雰囲気温度検知手段から取得した雰囲気温度によって安価に簡単に火炎温度検知手段から取得した火炎温度を補正することができる。

また、雰囲気温度検知手段と火炎温度検知手段は別々に制御手段に接続されるので、一方を交換する場合に他方も一緒に交換する事態にはならず、夫々別々に交換することができる。

そして、中継コネクタと制御手段を接続する信号線と雰囲気温度検知手段の信号線が結束されたので、簡単に雰囲気温度検知手段を中継コネクタの近傍に配置することができる。

請求項２の発明によれば、雰囲気温度検知手段が固定金具を介して中継コネクタに固定されたので、簡単に雰囲気温度検知手段を中継コネクタの近傍に配置することができる。

本発明の実施例に係る給湯装置の概略構成図である。 給湯装置の正面図である。 給湯装置の縦断面図である。 雰囲気温度検知手段と中継コネクタの斜視図である。 雰囲気温度検知手段と別の中継コネクタの斜視図である。 燃焼装置の燃焼制御を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

最初に本発明の燃焼装置を備えた給湯装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、給湯装置１は燃焼装置２と熱交換器部３により構成され、燃焼装置２において燃料ガスを燃焼させて発生させた燃焼ガスの熱を熱交換器部３において湯水の加熱に利用して給湯する。

燃焼装置２は、上方に燃焼ガスを供給可能に上面が開放された箱状のバーナ缶体１２の内部に燃料ガスを燃焼させるバーナ部５等が収容され、このバーナ缶体１２の下端部に燃焼用空気をバーナ部５に供給するための送風ファン４を備えている。

熱交換器部３は、燃焼装置２からの燃焼ガスを導入可能に底面が開放された箱状の熱交換器缶体６の内部に、バーナ部５から供給された燃焼ガスと水との間で熱交換する熱交換器８（顕熱回収用熱交換器８ａ、潜熱回収用熱交換器８ｂ）を備え、この熱交換器８による熱交換後の燃焼ガスを熱交換器缶体６から排出する排気口９、熱交換器８に上水を供給する入水管１０ａ、熱交換器８で加熱された湯水を出湯する出湯管１０ｂ等の各種配管類、湯水の温度等を検知する温度センサや湯水の流量センサ等（図示略）を備えている。

また、給湯装置１は、燃焼装置２と熱交換器部３に備えられた各種センサ等からの信号を受信し各種機器を駆動制御する制御ユニット７（制御手段）を備えている。

次に、バーナ部５について説明する。
バーナ部５は、燃料供給管（図示略）から供給される燃料ガスと送風ファン４から供給される燃焼用空気を混合して燃焼するバーナユニット１１と、このバーナユニット１１を収容したバーナ缶体１２と、このバーナ缶体１２内におけるバーナユニット１０の上方の燃焼空間１３等を備えている。

図１〜図３に示すように、バーナユニット１１は、前後方向に延びる燃焼管１４が左右方向に複数配置され、例えば３段の燃焼段１１ａ〜１１ｃからなる多段式に構成されている。各燃焼段１１ａ〜１１ｃは、例えば５本、２本、３本の燃焼管１４を夫々備え、対応する燃料供給管に夫々接続されている。各燃焼段１１ａ〜１１ｃは、制御ユニット７によって夫々燃焼制御可能であり、給湯温度等に応じて燃焼作動される燃焼段１１ａ〜１１ｃの段数及びその出力が調整される。

燃焼作動時には給湯温度等に応じて、例えば、中央の燃焼段１１ｂの２本の燃焼管１４のみを燃焼作動させる１段燃焼段階、中央と右側の燃焼段１１ｂ，１１ｃの５本の燃焼管１４を燃焼作動させる２段燃焼段階、左側と中央の燃焼段１１ａ，１１ｂの７本の燃焼管１４を燃焼作動させる３段燃焼段階、全ての燃焼段１１ａ〜１１ｃの１０本の燃焼管１４を燃焼作動させる４段燃焼段階の４段階に燃焼段階を切り換えて燃焼作動可能である。尚、中央の燃焼段１１ｂは、燃焼作動時には常時燃焼される燃焼部に相当する。

図２に示すように、燃焼段１１ｂの上方に対応するバーナ缶体１２の前面部分に、左から順にイグナイタ１５、バーナセンサ１７、フレームロッド１６がバーナ缶体１２の前面側から夫々取り付けられている。図３に示すように、燃焼空間１３には、イグナイタ１５とバーナセンサ１７とフレームロッド１６が夫々突き出している。

イグナイタ１５は、バーナユニット１１に設けられた点火ターゲットとの間で点火スパークを生じさせることで、バーナユニット１１から供給される燃料空気混合気に点火するものであり、燃焼空間１３に突き出すように且つ斜め下方に向かって延びるように取り付けられている。

フレームロッド１６は、バーナユニット１１の燃焼作動時に火炎に電圧を印加し、火炎のイオン化による導電性や整流作用を利用して、フレームロッド１６から火炎へ流れる電流を検知することで、火炎の有無を検出するものであり、燃焼空間１３に突き出すように略水平に延びるように取り付けられている。

図２、図３に示すように、バーナセンサ１７は、燃焼作動時にバーナユニット１１の火炎温度を検知する火炎温度検知手段に相当し、燃焼空間１３に突き出すように略水平に延びるように取り付けられている。バーナセンサ１７は、熱電対１７ａと、この熱電対１７ａから延びる１対の温度補償導線１７ｂ等から構成されている。１対の温度補償導線１７ｂは中継コネクタ１８を介して銅線等からなる信号線１９により制御ユニット７に接続され、制御ユニット７はバーナセンサ１７の検知信号を受信してバーナユニット１１の火炎温度を取得する。

次にサーミスタ２０について説明する。
サーミスタ２０は雰囲気温度検知手段に相当し、燃焼作動していない時に熱交換器８等の配管内の水が凍結する虞がある雰囲気温度が検知されると、凍結防止ヒータの作動等の凍結防止制御が行われる。また、後述の燃焼制御においてサーミスタ２０をバーナセンサ１７の基準接点補償手段として兼用する為、図２、図４、図５に示すように、抵抗素子を有する温度検知部２０ａが中継コネクタ１８の近傍に配置され、検知した雰囲気温度を制御ユニット７が取得可能なように信号線２０ｂにより制御ユニット７に接続されている。

図４に示すように、サーミスタ２０の信号線２０ｂは、中継コネクタ１８と制御ユニット７とを接続する信号線１９と結束具２１により結束されて、サーミスタ２０の温度検知部２０ａが中継コネクタ１８の近傍に配置される。結束具２１の代わりに粘着テープ等により結束してもよい。

また、図５に示すように、サーミスタ２０は固定金具２２を介して中継コネクタ１８の近傍に配置されてもよい。固定金具２２は前面に係合孔２２ａを有し、サーミスタ２０の信号線２０ｂを保持する係合部２２ｂが係合孔２２ａに挿入されてサーミスタ２０が固定金具２２に固定され、この固定金具２２を中継コネクタ１８の側面溝１８ａに係合させることでサーミスタ２０の温度検知部２０ａが中継コネクタ１８の近傍に配置される。図示しないが、サーミスタ２０は中継コネクタ１８に粘着テープや接着剤等により固定されていてもよい。

次に、制御ユニット７について説明する。
図１，図２に示す制御ユニット７は、給湯装置１の制御を行うものであって燃焼装置２の制御手段に相当し、各種センサが電気的に接続され、これらのセンサの検知信号を受信するように構成されている。制御ユニット７は、燃焼作動時には設定された給湯温度や給湯量、各種センサから受信した検知信号等に基づいて、送風ファン４やバーナユニット１１等を制御する。また、燃焼作動していない時にサーミスタ２０が配管凍結の虞がある雰囲気温度を検知すると、凍結防止ヒータの作動等の凍結防止制御を行う。

次に、制御ユニット７によるサーミスタ２０を基準接点補償手段として使用した燃焼制御について図６に基づいて説明する。尚、図中の符号Ｓｉ（ｉ＝１，２，・・・）は各ステップを表す。

給湯栓の開栓等が検知されると、燃焼装置２に燃焼作動を開始させる。燃焼作動が始まると、ファン補正数Ｎを初期値「０」に設定し（Ｓ１）、バーナセンサ１７に検知された火炎の検知温度Ｔ１を取得し（Ｓ２）、サーミスタ２０に検知された中継コネクタ１８の近傍の雰囲気の検知温度Ｔ２を取得する（Ｓ３）。尚、ファン補正数Ｎは、１増加するごとに予め設定された回転数だけ送風ファン４の回転数を増加させ、１減少するごとに予め設定された回転数だけ送風ファン４の回転数を減少させる為の指標である。

次に、Ｓ１，Ｓ２で取得した検知温度Ｔ１と検知温度Ｔ２から、補正された火炎温度となる燃焼制御使用温度ＴをＴ＝Ｔ１＋Ｔ２として算出する（Ｓ４）。

次に、燃焼制御使用温度Ｔが、送風ファン４の回転数を増加させる判定基準となるファン回転数増加判定温度Ｔｕｐ以上の温度を１０秒間継続しているか否か判定する（Ｓ５）。

Ｓ５の判定がＹｅｓの場合には、ファン補正数Ｎが所定のファン補正数上限Ｎｍａｘか否か、例えばＮが「８」か否か判定する（Ｓ６）。Ｓ６の判定がＹｅｓの場合は送風ファン４の回転数を変更せずにＳ８に進み、Ｓ６の判定がＮｏの場合はファン補正数Ｎを１増やして送風ファン４の回転数を現在の回転数から所定の回転数だけ、例えば送風ファン４の初期回転数の２％に相当する回転数だけ増加させて（Ｓ７）、Ｓ８に進む。尚、送風ファン４の初期回転数は、燃焼段数等に応じて予め設定されている。

Ｓ８において燃焼制御使用温度Ｔが、安全に燃焼作動可能と判定される上限温度である安全燃焼可否判定温度Ｔｃｕｔ以上の温度を６０秒間継続しているか否か判定する。判定がＹｅｓの場合は燃焼を停止する等の安全動作を実行して（Ｓ９）燃焼制御を終了し、Ｎｏの場合はＳ２に戻る。

一方、Ｓ５の判定がＮｏの場合は、燃焼制御使用温度Ｔが、送風ファン４の回転数を減少させる判定基準となるファン回転数減少判定温度Ｔｄｏｗｎ未満であるか否か判定する（Ｓ１０）。

Ｓ１０の判定がＮｏの場合にはＳ２に戻り、Ｙｅｓの場合には送風ファン４のファン補正数Ｎが下限の「０」であるか否か判定する（Ｓ１１）。Ｓ１１の判定がＹｅｓの場合には送風ファン４の回転数を変更せずにＳ２に戻り、Ｎｏの場合にはファン補正数Ｎを１減らして送風ファン４の回転数を現在の回転数から所定の回転数だけ、例えば初期回転数の２％に相当する回転数だけ減少させて（Ｓ１２）、Ｓ２に戻る。

以上説明した燃焼制御のように、制御ユニット７は補正された火炎温度である燃焼制御使用温度Ｔに基づいて送風ファンの回転数を制御し、燃焼装置２の燃焼状態を調節する。

次に、本発明の燃焼装置２の作用及び効果について説明する。
本発明の燃焼装置２は、凍結防止制御等に使用されている雰囲気温度検知手段であるサーミスタ２０を、燃焼制御時に火炎温度検出手段であるバーナセンサ１７の基準接点補償手段として兼用することにより、バーナセンサ１７で検知された火炎の検知温度を補正してバーナユニット１１で燃焼する火炎温度を正確に取得することができ、補正された火炎温度により送風ファン４を制御して燃焼状態を調節することができる。また、サーミスタ２０は配管の凍結防止制御等の為に備えられているものであり、特に専用機器を追加することなく安価に簡単に基準接点補償手段を設けることができる。

また、サーミスタ２０とバーナセンサ１７は別々に制御ユニット７に接続されるので、一方を交換する場合に他方も一緒に交換する事態にはならず、別々に交換することができる。

さらに、中継コネクタ１８と制御ユニット７を接続する信号線１９とサーミスタ２０の信号線２０ｂが結束されたので、簡単にサーミスタ２０を中継コネクタ１８の近傍に配置することができる。

また、中継コネクタ１８に固定金具２２を介してサーミスタ２０が固定されたので、簡単にサーミスタ２０を中継コネクタ１８の近傍に配置することができる。

当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ 給湯装置
２ 燃焼装置
３ 熱交換器部
４ 送風ファン
５ バーナ部
６ 熱交換器缶体
７ 制御ユニット（制御手段）
８ 熱交換器
８ａ 顕熱回収用熱交換器
８ｂ 潜熱回収用熱交換器
９ 排気口
１０ａ 入水管
１０ｂ 出湯管
１１ バーナユニット
１１ｂ 燃焼部
１２ バーナ缶体
１３ 燃焼空間
１４ 燃焼管
１５ イグナイタ
１６ フレームロッド
１７ バーナセンサ（火炎温度検知手段）
１７ａ 熱電対
１７ｂ 温度補償導線
１８ 中継コネクタ
１８ａ 側面溝
１９ 信号線
２０ サーミスタ（雰囲気温度検知手段）
２０ａ 温度検知部
２０ｂ 信号線
２１ 結束具
２２ 固定金具
２２ａ 係合孔
２２ｂ 係合部

Claims (2)

1. 燃焼部と、この燃焼部で生じた火炎温度を検知する火炎温度検知手段と、雰囲気の温度を検知する雰囲気温度検知手段と、検知された火炎温度によって燃焼状態を制御する制御手段とを備えた燃焼装置であって、
   前記火炎温度検知手段は、この火炎温度検知手段から中継コネクタまでは温度補償導線で接続されると共に、前記中継コネクタから前記制御手段までは信号線により接続され、
   前記雰囲気温度検知手段は、前記火炎温度検知手段の基準接点補償手段として兼用する為に、前記制御手段から前記中継コネクタまでの信号線と結束されることにより前記中継コネクタ近傍に配置され、
   前記制御手段は、前記雰囲気温度検知手段により検知された雰囲気温度によって前記火炎温度検知手段により検知された火炎温度を補正することを特徴とする燃焼装置。
2. 前記雰囲気温度検知手段は、前記中継コネクタに対して固定金具を介して固定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。