JPH11108346A

JPH11108346A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH11108346A
Application number: JP28458897A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Ikeuchi; 康秀池内
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス比例制御弁を調節する負担が無く、また
ガスの一次圧力が低下したような場合であっても適正な
送風が行われる燃焼装置の開発する。【解決手段】比例制御弁１５の二次側に、圧力センサ
１６が設けられており、バーナケース２内の圧力と、比
例制御弁１５の二次側との間の差圧を測定する。ガス比
例制御弁を、比例制御弁１５の二次側とバーナケース２
内の間の差圧に基づいて制御する。またファンも同様に
差圧に基づいて制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、給湯器等に使用さ
れる燃焼装置に関するものである。

【０００２】近年、一般家庭においても給湯器が普及し
ている。そして家庭用の給湯器に使用される燃焼装置
は、湯の温度や湯量に応じてガス等の燃料の燃焼量を変
化させる機能を有するものが多い。燃焼量を変化させる
方策としては、一般にガス比例制御弁が用いられる。ガ
ス比例制御弁は、信号電流の大小によって開度が変化す
るものである。

【０００３】また給湯器等に使用される燃焼装置では、
バーナに空気を供給するファンを有するものが多い。ま
たこの種の燃焼装置では、燃焼量に応じて適正な量の空
気を供給する必要があるため、燃料の供給量に応じてフ
ァンモータの回転数を増減させる構成が採用されてい
る。すなわちファンモータの回転数と駆動電流又は電
圧、及び送風量の関係を予め記憶しておき、燃料の供給
量に対応する送風量となるようにファンモータの回転数
と駆動電流又は電圧を制御する。ここで従来技術の燃焼
装置においては、前記したガス比例制御弁の開度を基準
として燃料の供給量を決定し、ファンモータの回転数を
変化せさていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ガス比例制
御弁は、前記した様に信号電流によって開度が変化する
ものであり、実際にガス比例制御弁から供給されるガス
は、ガスの一次圧力等によって相違する。そのため燃焼
装置の設置現場において、供給されるガス量が所定のも
のとなるように、ガス比例制御弁を調節する必要があ
り、面倒であった。またガス比例制御弁を交換する場合
についても、再度調節をやり直す必要があり、メンテナ
ンスを行う者の負担が大きいという問題があった。また
ガス比例制御弁の調節は、一般にボリュームを操作する
ことにより行われるが、一般消費者が誤ってそのボリュ
ームを操作することによって、ガス比例制御弁が正常に
機能しないこともあった。

【０００５】さらに別の問題点として、ガス比例制御弁
の開度を基準としてファンモータの回転数を変化せさる
構成の燃焼装置では、空燃比が変化してしまう懸念もあ
った。すなわち前述の様に、従来技術の燃焼装置では、
ガス比例制御弁の開度を基準として燃料の供給量を決定
し、ファンモータの回転数を変化せさていた。従来技術
の方策は、ガス比例制御弁の開度が同一であるさえすれ
ば、常に同一量のガスが供給されることを前提としてい
る。しかしながら、何らかの理由で、ガスの一次圧力が
低下した場合、ガス比例制御弁から供給されるガスが所
定の量に満たない事態が起こる。そして従来技術の構成
では、ガスの供給量が少ない場合でも、ファンモータの
回転数はガス量が正常な場合と同一である。そのため従
来技術の燃焼装置では、ガスの一次圧力が低下した場合
に空気過剰状態となってしまう問題があった。

【０００６】そこで本発明は、従来技術の上記した問題
点に注目し、ガス比例制御弁を調節する負担が無く、ま
たガスの一次圧力が低下したような場合であっても適正
な送風が行われる燃焼装置の開発を課題とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そして上記した課題を解
決するための請求項１記載の発明は、バーナと、バーナ
に燃料を供給する燃料供給路に設けられた制御弁と、制
御弁の開度を調節する弁制御手段を有する燃焼装置にお
いて、制御弁に二次側に圧力センサが設けられ、該圧力
センサの信号に応じて制御弁の開度が調節されることを
特徴とする燃焼装置である。

【０００８】制御弁からバーナに供給される燃料の量
は、制御弁の二次側の圧力によって決まる。本発明の燃
焼装置は、制御弁の二次側に圧力センサが設けられてい
るので、当該圧力センサの信号によって、燃料の供給量
を知ることができる。そして本発明の燃焼装置では、圧
力センサの信号に応じて制御弁の開度が調節され、所望
の燃焼量を得ることができる。

【０００９】また本発明の目的を達成する請求項２に記
載の発明は、バーナと、バーナに燃料を供給する燃料供
給路に設けられた制御弁と、制御弁の開度を調節する燃
料制御手段と、バーナに空気を供給するファンと、ファ
ンの回転数を制御する回転数制御手段を有し、燃焼量に
応じてファンの回転数が増減される燃焼装置において、
制御弁の二次側に圧力センサが設けられ、該圧力センサ
の信号に応じてファンの回転数が調節されることを特徴
とする燃焼装置である。

【００１０】本発明の燃焼装置では、制御弁に二次側の
圧力に基づいてファンの回転数を調節する。そのため、
バーナに供給される燃料の量がより正確に把握され、フ
ァンを適正な回転数で回転させることができる。

【００１１】また上記した発明を発展させた請求項３に
記載の発明は、バーナは、バーナケース内に配され、圧
力センサは、バーナケースと制御弁の二次側との差圧を
検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼
装置である。

【００１２】バーナから出る燃料の量は、バーナ内外の
圧力差の関数である。本発明の燃焼装置は、圧力センサ
によってバーナケースと制御弁の二次側との差圧を検出
するので、バーナ内外の圧力差を正確に検知することが
でき、燃料の量をより正確に把握することができる。

【００１３】また上記した発明をさらに発展させた請求
項４に記載の発明は、制御弁は、積分制御を含む制御が
なされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
記載の燃焼装置である。

【００１４】本発明の燃焼装置では、制御弁が比例制御
されると共に積分制御される。従って燃料の供給量は、
速やかに目標値に到達する。

【００１５】また上記した発明をさらに発展させた請求
項５に記載の発明は、実際のバーナの発熱量と、当該発
熱量を発生させる際に予想される圧力センサの信号と、
現実の圧力センサの信号とを比較し、圧力センサの信号
を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載の燃焼装置である。

【００１６】本発明では、実際の発熱量に基づいて圧力
センサの信号を補正するので、各段階で起こる誤差を修
正することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下さらに本発明の実施形態につ
いて説明する。図１は、本発明の実施形態の燃焼装置の
ブロック図である。図２は、図１に示す弁制御手段の具
体的回路図である。図３は、本発明の実施形態のブロッ
ク線図である。図４は、本発明の他の実施形態のブロッ
ク線図である。図５は、本発明の他の実施形態の圧力セ
ンサ取付け部分を示す断面図である。図６は、本発明の
他の実施形態の弁制御手段の具体的回路図である。

【００１８】図１において、１は本発明の実施形態の燃
焼装置を示す。本実施形態の燃焼装置１は、給湯器の一
部をなすものであり、機械的構成は次の通りである。す
なわち燃焼装置１は、バーナケース２を持ち、バーナケ
ース２内に二基のバーナ３，４と、熱交換器５が内蔵さ
れている。またバーナケース２には、ファン７が取り付
けられており、ファンモータ８の回転によりバーナケー
ス２内に強制的に送風が行われる。

【００１９】バーナ３，４は、燃焼量に応じて双方、或
いは一方だけを選択的に燃焼させるものであり、それぞ
れのガス供給路には、電磁弁１０，１１が設けられてい
る。また電磁弁１０，１１の一次側は一本の燃料供給路
１３に集合され、ガス比例制御弁１５に接続されてい
る。そして本発明の特徴的構成として、ガス比例制御弁
１５の二次側、より具体的にはガス比例制御弁１５と電
磁弁１０，１１との間に、圧力センサ１６が設けられて
いる。この圧力センサ１６は、接続部分と導圧管１７部
分との差圧を測定するものである。そして本実施形態で
は、基準圧力を検知する導圧管１７は、バーナケース２
の内部に延びている。従って圧力センサ１６によって、
バーナケース２内の圧力と、ガス比例制御弁１５の二次
側との間の差圧が測定される。

【００２０】熱交換器５には、公知の給湯器と同様に、
入側に入水量を測定する流量センサ２０と、入水温度セ
ンサ２１が設けられ、出側に出湯温度センサー２２が設
けられている。

【００２１】一方、燃焼装置１の制御は、マイクロコン
ピュータを内蔵した制御演算部２５を中心に行われる。
制御演算部２５は、公知の給湯器が備える機能に加え
て、特に回転数制御手段を持つ。回転数制御手段は、フ
ァン７の適正な回転数を演算し、ファンモータ８を制御
するものである。

【００２２】本実施形態の燃焼装置１では、制御演算部
２５に流量センサ２０と、入水温度センサ２１及び出湯
温度センサー２２の信号が入力される。またファンモー
タ８の回転数が回転数検出手段２６によって検知され、
その信号が制御演算部２５に入力される。制御演算部２
５からは、ファン駆動手段２に信号が送られ、さらにフ
ァン駆動手段２はファンモータ８に接続されている。

【００２３】また制御演算部２５からは、弁制御手段２
７に出力され、さらに弁制御手段はガス比例制御弁１５
と接続されている。なお、制御演算部２５はマイクロコ
ンピュータを内蔵するものであるが、弁制御手段２７に
送られる信号は、アナログ信号に変換されている。

【００２４】圧力センサ１６の信号は、直接的に弁制御
手段２７と制御演算部２５に入力される。弁制御手段２
７は、具体的には図２の様に、３個のオペレーションア
ンプ３０，３１，３２によって構成されている。ここで
最初のオペレーションアンプ３０は、非反転増幅回路を
構成し、圧力センサ１６の信号Ｖ_Sが入力されていて、
圧力センサ１６の信号Ｖ_Sを単に増幅するために使用さ
れている。また二段目のオペレーションアンプ３１は、
差動増幅回路を構成し、圧力センサ１６の増幅信号と、
制御演算部２５から出力された基準電圧Ｖ_Pが入力さ
れ、両者の差に応じた信号が出力される。また当該部位
にはコンデンサＣ₁が設けられ、積分回路を構成してい
る。オペレーションアンプ３２は、差動増幅回路を構成
し、積分値と比例制御弁電流との差を出力する。オペレ
ーションアンプ３２の部分は、本実施形態では、比例弁
駆動回路として機能する。

【００２５】制御演算部２５では、設定温度、入水量、
入水温度等から燃焼ガス量が演算され、当該ガス量を排
出する際における、ガス比例制御弁１５の二次側部分の
ガスの圧力およびバーナの本数が決定される。ここでガ
ス量を排出する際における、ガス比例制御弁１５の二次
側部分のガスの圧力は、多くの場合、実験式に基づいて
定められる。そして決定されたガス圧を目標にガス圧制
御端子から弁制御手段に基準電圧Ｖ_Pが出力される。ま
た同時に圧力センサ１６から、ガス比例制御弁１５の二
次側の圧力信号Ｖ_Sが弁制御手段２７に入力され、その
差が増幅され、積分回路に充電される。そして充電され
た積分値と、比例制御弁の電流との差によって動作する
比例弁駆動回路の出力によりガス比例制御弁１５が駆動
される。したがってガス比例制御弁１５の二次側のガス
圧は制御演算部２５で決定された圧力に近づく。この一
連の動作によって、バーナ３，４からのガス量は、ほぼ
目標通りに制御される。これらの一連の制御をブロック
線図で表すと、図３の通りとなる。

【００２６】また必要に応じて、制御演算部２５に補正
手段を設けてもよい。補正手段は、実際のバーナの発熱
量と、当該発熱量を発生させる際に予想される圧力セン
サの信号と、現実の圧力センサの信号とを比較し、圧力
センサの信号を補正するものである。すなわち前記した
弁制御手段７を採用する場合、オペレーションアンプ３
０，３１及びＲ₁〜Ｒ₂で構成される回路のオフセット
等により誤差が生じる場合があるので、この誤差を制御
演算部２５で補正する。これらの一連の制御をブロック
線図で表すと、図４の通りとなる。

【００２７】また本実施形態では、ファン７の回転数の
決定にも圧力センサ１６の信号が活用される。すなわち
制御演算部２５では、圧力センサ１６の信号と、バーナ
３，４の稼働数によって、供給ガス量が演算される。続
いて回転数制御手段によって、このガス量に見合う送風
を実現するためのファンモータ８の回転数が演算され
る。そして当該回転数に相当する信号がファン駆動手段
２に出力され、ファン駆動手段２からファンモータ８に
所定の電流が供給されてファン７が回転される。この時
のファン７の回転数は、圧力センサ１６の信号に基づい
て演算されたガス量を基準としているので、適切な送風
量が得られる。

【００２８】以上説明した実施形態では、圧力センサ１
６をバーナケース２の外に置き、導圧管１７をバーナケ
ース２内に配する構成を採用したが、外圧と接続部分の
圧力差を測定する通常形式の圧力センサ用い、この圧力
センサ自体をバーナケース２の中に配しても同様の効果
が得られる。図５は、バーナケース２内のノズル３５近
くのガス流路３６に圧力センサ３７を取り付けた例を示
すものである。なお圧力センサの取り付け位置は、ガス
比例制御弁１５の二次側でありさえすればどこでも良い
が、できるたけガス比例制御弁１５に近い位置に取り付
けることが望ましい。また圧力センサによって、バーナ
ケース２とガス比例制御弁１５間の差圧を測定すること
が望ましいが、大気圧に対するガス比例制御弁１５の二
次側のガスの圧力を測定し、この信号を利用する構成と
しても相当の効果が期待できる。

【００２９】また以上の実施形態では、アナログ回路た
る弁制御手段２７に、積分回路と比例弁駆動回路を設け
たが、積分機能をマイクロコンピュータ側（制御演算部
側）で行うことも可能である。図６は、積分機能をマイ
クロコンピュータ側（制御演算部側）で行う場合の弁駆
動手段の回路図である。

【００３０】

【発明の効果】請求項１記載の燃焼装置は、制御弁とバ
ーナとの間に圧力センサが設けられているので、当該圧
力センサの信号によって、燃料の正確な供給量を知るこ
とができる。そのため発明の燃焼装置では、所望の燃焼
量を得ることができる効果がある。また本発明の構成に
よれば、燃焼装置の設置時や制御弁の取り替え時に制御
弁を調節する必要が無い。

【００３１】請求項２に記載の発明では、制御弁の二次
側の圧力に基づいてファンの回転数を調節するので、バ
ーナに供給される燃料の量がより正確に把握され、ファ
ンを適正な回転数で回転させることができる効果があ
る。

【００３２】また請求項３に記載の発明ではバーナ内外
の圧力差を正確に検知することができ、燃料の量をより
正確に把握することができる効果がある。

【００３３】請求項４記載の燃焼装置では、制御弁が比
例制御されると共に積分制御されるので燃料の供給量
は、速やかに目標値に到達する。

【００３４】さらに請求項５記載の燃焼装置では、各段
階で起こる誤差を修正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施形態の燃焼装置のブロッ
ク図である。

【図２】図１に示す弁制御手段の具体的回路図である。

【図３】本発明の実施形態のブロック線図である。

【図４】本発明の他の実施形態のブロック線図である。

【図５】本発明の他の実施形態の圧力センサ取付け部分
を示す断面図である。

【図６】本発明の他の実施形態の弁制御手段の具体的回
路図である。

【符号の説明】

１燃焼装置２バーナケース３，４バーナ５熱交換器７ファン８ファンモータ１５比例制御弁１６圧力センサ１７導圧管２５制御演算部２７弁制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナと、バーナに燃料を供給する燃料
供給路に設けられた制御弁と、制御弁の開度を調節する
弁制御手段を有する燃焼装置において、制御弁の二次側
に圧力センサが設けられ、該圧力センサの信号に応じて
制御弁の開度が調節されることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】バーナと、バーナに燃料を供給する燃料
供給路に設けられた制御弁と、制御弁の開度を調節する
燃料制御手段と、バーナに空気を供給するファンと、フ
ァンの回転数を制御する回転数制御手段を有し、燃焼量
に応じてファンの回転数が増減される燃焼装置におい
て、制御弁の二次側に圧力センサが設けられ、該圧力セ
ンサの信号に応じてファンの回転数が調節されることを
特徴とする燃焼装置。
【請求項３】バーナは、バーナケース内に配され、圧
力センサは、バーナケースと制御弁の二次側との差圧を
検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼
装置。
【請求項４】制御弁は、積分制御を含む制御がなされ
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
燃焼装置。
【請求項５】実際のバーナの発熱量と、当該発熱量を
発生させる際に予想される圧力センサの信号と、現実の
圧力センサの信号とを比較し、圧力センサの信号を補正
する補正手段を有することを特徴とする請求項１乃至４
のいずれかに記載の燃焼装置。