JP2008292039A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンチング現象の発生を抑えて点火初期の共鳴音の発生を確実に防止することができる燃焼装置を提供する。
【解決手段】燃焼部１０ａ〜１０ｃを切替えて複数段の燃焼量範囲を得るバーナと、バーナ３に燃焼用空気を供給するファン４と、バーナ３の燃焼量を制御する制御手段２５とを備える。制御手段２５は、全燃焼部１０ａ〜１０ｃが燃焼状態の段の燃焼量範囲の小燃焼量側と、燃焼部数の減少側に隣接する段の燃焼量範囲の大燃焼量側との間に、同一の燃焼量が得られる重ね領域を設けて制御を行なう。制御手段２５は、点火初期に全燃焼部１０ａ〜１０ｃが燃焼状態となったとき、全燃焼部１０ａ〜１０ｃの燃焼開始から予め定められた共鳴音回避時間が経過するまで、最小燃焼量を共鳴音の発生領域を回避すべく予め定められた燃焼量に増加させる共鳴音回避制御部２６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯器等の燃焼装置に関する。

従来、給湯器等の燃焼装置においては、複数の燃焼部により構成されたバーナを備え、燃焼させる燃焼部の数を切替えることによって複数段の燃焼量範囲が得られるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種のバーナにおける燃焼部の切替えについて、図５を用いて３つの燃焼部により燃焼量範囲が３段階に切替えられる構成で説明すると、目標燃焼量が小さい場合には３つの燃焼部のうちの１つの燃焼部を燃焼させて小インプットラインＡに沿って制御され、目標燃焼量が中くらいの場合には３つの燃焼部のうちの２つの燃焼部を燃焼させて中インプットラインＢに沿って制御され、目標燃焼量が大きい場合は全燃焼部を燃焼させて大インプットラインＣに沿って制御される。そして、中インプットラインＢにおける最大燃焼量Ｂｍａｘを、大インプットラインＣにおける最小燃焼量Ｃｍｉｎよりも大きくすることにより、中インプットラインＢと大インプットラインＣとの間に同一の燃焼量が得られる重ね領域Ｗｂを設けるようにしている。同様にして、小インプットラインＡにおける最大燃焼量Ａｍａｘを、中インプットラインＢにおける最小燃焼量Ｂｍｉｎよりも大きくすることにより、小インプットラインＡと中インプットラインＢとの間に同一の燃焼量が得られる重ね領域Ｗａを設けるようにしている。

ところで、点火初期にバーナが冷えていると、冷えた状態のバーナにおいて点火時から全燃焼部を燃焼させて大インプットラインＣにおける最小燃焼量Ｃｍｉｎを得たときに共鳴音が発生する。この共鳴音発生領域ＳＬは、図５に示すように、点火初期に大インプットラインＣにおける最小燃焼量Ｃｍｉｎと交わる位置に生じ、バーナ温度が上昇すると消失する。そこで、点火初期における共鳴音の発生を防止するために、バーナが低ＮＯｘを得る濃淡バーナである場合には濃バーナのダンパを小さくして燃焼部の濃火炎形状を変えることで共鳴音発生領域ＳＬを最小燃焼量Ｃｍｉｎから燃焼量大側へ離反させることが考えられるが、この場合、大インプットラインＣにおける最大燃焼量Ｃｍａｘ近傍に発生する他の共鳴音発生領域ＳＨが燃焼量小側に移行して最大燃焼量Ｃｍａｘに交わるために、バーナの最大燃焼時の共鳴音が発生してしまう。また、大インプットラインＣにおける最小燃焼量Ｃｍｉｎを増加させてＣ´ｍｉｎとし、共鳴音発生領域ＳＬから離間させることが考えられるが、これに伴って、中インプットラインＢにおける最大燃焼量Ｂｍａｘと、大インプットラインＣにおける最小燃焼量Ｃ´ｍｉｎとの重ね領域が図中Ｗｂ´のように狭くなり、バーナ温度が上昇して共鳴音発生領域ＳＬが消失した後にも、中インプットラインＢと大インプットラインＣとで点火と消火を繰り返しながら切替わるハンチング現象を起こすおそれがある。
特開平１０−１０３６６８号公報（第１図）

かかる不都合を解消して、本発明は、ハンチング現象の発生を抑えて点火初期の共鳴音の発生を確実に防止することができる燃焼装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、複数の燃焼部を備え、燃焼させる燃焼部の数を切替えることによって複数段の燃焼量範囲を得るバーナと、該バーナに燃焼用空気を供給するファンと、各段毎に燃焼量を制御すると共に各段の燃焼量に応じてファンの風量を制御する制御手段とを備え、該制御手段は、少なくとも全燃焼部が燃焼状態となる段の燃焼量範囲の小燃焼量側と、燃焼部数の減少側に隣接する段の燃焼量範囲の大燃焼量側との間に、同一の燃焼量が得られる所定の重ね領域を設けて制御を行なう燃焼装置において、前記制御手段は、点火初期に全燃焼部が燃焼状態となったとき、全燃焼部の燃焼開始から予め定められた共鳴音回避時間が経過するまで、全燃焼部が燃焼する段における最小燃焼量を、共鳴音の発生領域を回避すべく予め定められた燃焼量に増加させる共鳴音回避制御部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、前記制御手段に備える前記共鳴音回避制御部により、バーナが点火され、全燃焼部が燃焼状態となった場合に、その最小燃焼量が前記共鳴音回避時間が経過するまで共鳴音の発生領域を回避すべく予め定められた燃焼量に増加させる。これにより、点火時にバーナが冷えているときに、全燃焼部が燃焼する段における最小燃焼量で燃焼が行なわれても、共鳴音の発生を確実に防止することができる。そして、共鳴音回避時間の経過によってバーナ温度が十分に上昇して共鳴音の発生しない状態となったときに、前記最小燃焼量の増加が解除されるので、前記所定の重ね領域が得られ、ハンチング現象の発生を防止することができる。

また、本発明において、前記共鳴音回避制御部は、点火時に全燃焼部が燃焼する段における最小燃焼量を共鳴音の発生領域を回避すべく予め定められた燃焼量に増加させ、前記共鳴音回避時間内に、前記所定の重ね領域が形成されるまで該燃焼量を徐々に減少させることを特徴とする。

本発明によれば、前記共鳴音回避制御部が、点火時に増加させた前記最小燃焼量を前記共鳴音回避時間内に徐々に減少させるので、前記最小燃焼量の増加に伴う重ね領域の狭い状態が前記共鳴音回避時間内に徐々に解消され、前記共鳴音回避時間内においてもハンチング現象を発生し難くすることができる。

また、本発明においては、外気温を検出する外気温検出手段を設け、前記制御手段は、前記外気温検出手段によって検出された外気温に応じて、前記共鳴音回避時間を補正する補正部を備えることを特徴とする。

外気温が低い場合には、その影響でバーナが極度に冷えていることが考えられる。そこで、本発明においては、補正部により共鳴音回避時間を長くして点火後のバーナ温度を十分に上昇させるので、共鳴音の発生を確実に防止できる。また、外気温が比較的高い場合には、点火後のバーナ温度の上昇も早いので、補正部により共鳴音回避時間を短縮し、早期に前記所定の重ね領域が形成されるようにしてハンチング現象を防止することができる。

また、本発明においては、前記制御手段は、前記バーナの燃焼停止時間を計時する停止時間計時部を備え、該停止時間計時部によって計時されたバーナの燃焼停止時間に応じて、前記共鳴音回避時間を補正する補正部を備えることを特徴とする。

バーナの燃焼停止時間が長い場合には、バーナが冷え切っていることが考えられ、点火後のバーナ温度の上昇が比較的遅くなるおそれがある。そこで、本発明においては、例えば、前記停止時間計時部によって計時されたバーナの燃焼停止時間が長い場合には、補正部により共鳴音回避時間を長くすることで、点火後のバーナ温度を十分に上昇させることができ、共鳴音の発生を確実に防止できる。また、バーナの燃焼停止時間が短い場合には、バーナが冷え切っていなく点火後のバーナ温度の上昇が比較的早いので、補正部により共鳴音回避時間を短縮し、早期に前記所定の重ね領域が形成されるようにしてハンチング現象を防止することができる。

本発明の燃焼装置の一実施形態である給湯装置１は、図１に示すように、筐体２の内部に、バーナ３と、バーナ３に燃焼用空気を供給するファン４と、給湯装置１の運転を総合的に制御する制御装置５とを備えている。バーナ３は、その上方に位置する熱交換器６を加熱する。熱交換器６は、上流端部が水道管等に接続された入水管７と、下流端部が図示しない出湯カラン等に接続された出湯管８との間に接続されている。また、制御装置５には、出湯温度等の設定を行なうリモコン９が接続される。

バーナ３は、燃焼量の異なる３つの燃焼部（第１燃焼部１０ａ，第２燃焼部１０ｂ，第３燃焼部１０ｃ）により構成されて各燃焼部の組み合わせにより複数段の燃焼量範囲が得られるようになっている。バーナ３には、ガス供給管１１により燃料ガスが供給される。ガス供給管１１には、その上流側から順に、元ガス電磁弁１２、ガス比例弁１３、切替ガス電磁弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられている。各切替ガス電磁弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃの開弁により夫々の燃焼部１０ａ，１０ｂ，１０ｃが燃焼される。バーナ３は、イグナイタ１５により駆動される点火プラグ１６により点火され、点火後の着火状態はフレームロッド１７により検出されるようになっている。

前記入水管７には、入水管７から出湯管８にわたる水流量を検出する流量センサ１８とその下流で水量を調節する水量サーボ１９とが設けられている。熱交換器６には複数の過熱防止装置（バイメタルスイッチ２０及び温度ヒューズ２１）が設けられ、出湯管８には熱交換器６の出口近傍の湯温を検出する出口温度センサ２２と、下流側の出湯温度を検出する出湯温度センサ２３とが設けられている。また、筐体２には、外気温を検出する外気温センサ２４（本発明の外気温検出手段）が設けられている。

制御装置５は、バーナ３の燃焼を制御する燃焼制御手段２５（本発明の制御手段）を備え、燃焼制御手段２５は、共鳴音回避制御部２６と、停止時間計時部２７と、第１の補正部２８と、第２の補正部２９とを備えている。停止時間計時部２７は、バーナ３の燃焼が停止された時間から次に点火されるまでの時間を計時する。第１の補正部２８には外気温センサ２４によって検出された外気温度が入力され、第２の補正部２９は停止時間計時部２７によって計時された停止時間が入力される。

燃焼制御手段２５による燃焼運転の制御を説明すれば、電源が投入されている状態で、出湯管８の下流に接続されている出湯カラン等が使用者により開けられると、流量センサ１８が水流を検出してパルス信号を出す。燃焼制御手段２５は、流量センサ１８から出力されたパルス信号に基づいて点火動作水量を検出し、先ず、ファン４を回転させる。次いで、燃焼制御手段２５は、元ガス電磁弁１２、及び切替ガス電磁弁１４ａを開弁し、イグナイタ１５を作動させる。そして、イグナイタ１５が点火プラグ１６を駆動してバーナ３の第１燃焼部１０ａが点火される。

燃焼制御手段２５は、出湯温度センサ２３や流量センサ１８からの信号に基づいて、出湯温度がリモコン９で設定された設定温度になるように、ガス比例弁１３の弁開度調節（燃料ガスの供給量）、切替ガス電磁弁１４ｂ、１４ｃの開閉（第２燃焼部１０ｂや第３燃焼部１０ｃの点火及び消火）、ファン４の回転数（燃焼空気の供給量）を制御する。このとき、燃焼制御手段２５は、リモコン９により設定された設定温度に基づく目標燃焼量に応じて、点火初期から切替ガス電磁弁１４ｂ及び切替ガス電磁弁１４ｃが開弁し、第１燃焼部１０ａ、第２燃焼部１０ｂ及び第３燃焼部１０ｃの燃焼を組み合わせることによって燃焼量範囲を３段階に切替える。更に詳しくは、図２を参照して、燃焼制御手段２５は、目標燃焼量が小さい場合には第１燃焼部１０ａのみを燃焼させて小インプットラインＡに沿った制御を行なう。また、目標燃焼量が中くらいの場合には第１燃焼部１０ａと第２燃焼部１０ｂとを燃焼させて中インプットラインＢに沿った制御を行なう。更に、目標燃焼量が大きい場合は全燃焼部（第１燃焼部１０ａ、第２燃焼部１０ｂ及び第３燃焼部１０ｃの全部）を燃焼させて大インプットラインＣに沿った制御を行なう。また、こうした制御のなかで、中インプットラインＢにおける最大燃焼量Ｂｍａｘを、大インプットラインＣにおける最小燃焼量Ｃｍｉｎよりも大きくすることにより、中インプットラインＢと大インプットラインＣとの間に同一の燃焼量が得られる重ね領域Ｗｂを設けて、第３燃焼部１０ｃの点火と消火とが繰り返されるハンチング現象を防止している。同様に、小インプットラインＡにおける最大燃焼量Ａｍａｘを、中インプットラインＢにおける最小燃焼量Ｂｍｉｎよりも大きくすることにより、小インプットラインＡと中インプットラインＢとの間に同一の燃焼量が得られる重ね領域Ｗａを設けて、第２燃焼部１０ｂの点火と消火とが繰り返されるハンチング現象を防止している。そして、出湯カラン等が使用者により閉じられると、流量センサ１８による水流の検出が停止し、燃焼制御手段２５は、元ガス電磁弁１２、及び切替ガス電磁弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃを閉弁してバーナ３を消火させる。

ここで、共鳴音回避制御部２６の作動について説明する。点火初期にバーナ３の第１燃焼部１０ａ、第２燃焼部１０ｂ及び第３燃焼部１０ｃの全部が燃焼状態となったとき、燃焼制御手段２５は、図２における大インプットラインＣに沿った燃焼量の制御を行なう。このとき、バーナ３が冷えていた場合には、図２に示すように、大インプットラインＣにおける最小燃焼量Ｃｍｉｎ（本実施形態においては約１３０００Kcal/h）に交わる位置に共鳴音発生領域ＳＬが存在する。従って、この状態で大インプットラインＣにおける最小燃焼量Ｃｍｉｎでの燃焼を行なうと共鳴音が発生する。なお、大インプットラインＣにおける最大燃焼量Ｃｍａｘの近傍にも他の共鳴音発生領域ＳＨが現れるが、大インプットラインＣにおける最大燃焼量Ｃｍａｘには交わらず共鳴音が発生する燃焼状態にはならない。そこで、共鳴音回避制御部２６は、図３に示す手順で共鳴音発生領域ＳＬにおける共鳴音を回避する制御を行なう。即ち、ＳＴＥＰ１で点火した直後にＳＴＥＰ２に進み、バーナ３の第１燃焼部１０ａ、第２燃焼部１０ｂ及び第３燃焼部１０ｃの全部が燃焼状態である場合（切替ガス電磁弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃの全部が開弁された状態である場合）にはＳＴＥＰ３に進む。ＳＴＥＰ３では、予め定められた共鳴音回避時間が経過するまで（本実施形態では１０秒間）、共鳴音発生領域ＳＬを回避すべく大インプットラインＣにおける最小燃焼量をＣｍｉｎから予め定められた燃焼量Ｃ´ｍｉｎ（本実施形態においては約１４５００Kcal/h）に増加させる燃焼量下限増加処理を行なう。具体的には、ガス比例弁１３の開度が所定の開度より小さくならないように制御する。なお、ここで用いられる共鳴音回避時間は、図２における大インプットラインＣの最小燃焼量Ｃｍｉｎに交わる共鳴音発生領域ＳＬがバーナ３の温度上昇により消失するまでの時間であり、発明者が行なった試験に基づき、バーナ３が有する能力（最大燃焼量）や燃料ガスのガス種等の条件に応じて予め定めたものである。次いで、共鳴音回避時間にわたる燃焼量下限増加処理が終了したときＳＴＥＰ４に進み、最小燃焼量をＣｍｉｎに戻して大インプットラインＣに沿った通常の制御を行なう。これにより、共鳴音回避時間が経過した後には、中インプットラインＢと大インプットラインＣとの重ね領域Ｗｂを広く確保することができる。また、ＳＴＥＰ２においてバーナ３の第１燃焼部１０ａ、第２燃焼部１０ｂ及び第３燃焼部１０ｃの一部が燃焼状態である場合（切替ガス電磁弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃの一部が閉弁された状態である場合）には、図２における中インプットラインＢ又は小インプットラインＡに沿った制御が行なわれて共鳴音発生領域ＳＬに交わることがなく、共鳴音が発生するおそれは極めて少ないので、共鳴音回避制御部２６による制御を行なわずにＳＴＥＰ４に進む。これにより、点火直後から中インプットラインＢと大インプットラインＣとの重ね領域Ｗｂを広く確保することができる。

また、ＳＴＥＰ３の燃焼量下限増加処理においては、共鳴音回避時間の補正処理が行なわれる。即ち、図４に示すように、ＳＴＥＰ３−１で共鳴音回避制御部２６による燃焼量下限増加処理が開始されると、先ず、ＳＴＥＰ３−２に進んで第１の補正部２８が作動し、外気温センサ２４により検出された外気が０℃より低いとき、ＳＴＥＰ３−３に進む。外気の温度が０℃より低い場合には、その影響によりバーナ３の温度が低く冷えていることが考えられるので、ＳＴＥＰ３−３では共鳴音回避制御部２６において予め定められていた共鳴音回避時間を長くするように補正（本実施形態では１０秒であったものを２０秒に補正）し、補正された共鳴音回避時間が経過したとき、ＳＴＥＰ３−４に進んで燃焼量下限増加処理を終了させる。

また、ＳＴＥＰ３−２において、外気温センサ２４により検出された外気が０℃以上のときには、ＳＴＥＰ３−５に進む。ＳＴＥＰ３−５では第２の補正部２９が作動し、停止時間計時部２７によって計時されたバーナ３の停止時間が３０分以上であるとき、ＳＴＥＰ３−３に進む。停止時間が３０分以上であった場合には、バーナ３の温度が冷えきっていることが考えられるので、ＳＴＥＰ３−３では共鳴音回避制御部２６において予め定められていた共鳴音回避時間を長くするように補正（本実施形態では１０秒であったものを２０秒に補正）し、補正された共鳴音回避時間が経過したとき、ＳＴＥＰ３−４に進んで燃焼量下限増加処理を終了させる。また、ＳＴＥＰ３−５において、停止時間が３０分未満であった場合にはバーナ３が冷えていないと考えられるので、ＳＴＥＰ３−６に進み、共鳴音回避制御部２６において予め定められていた共鳴音回避時間（本実施形態では１０秒）とし、この共鳴音回避時間が経過したとき、ＳＴＥＰ３−４に進んで燃焼量下限増加処理を終了させる。

このように、共鳴音回避制御部２６による燃焼量下限増加処理を行なうことにより、バーナ３が冷えた状態で図２における大インプットラインＣに沿った制御が行なわれても、その最小燃焼量での燃焼時に共鳴音が発生することを防止することができ、しかも、共鳴音回避時間が経過してバーナ３が共鳴音の発生しない温度に上昇した後に最小燃焼量をＣｍｉｎに戻して大インプットラインＣに沿った通常の制御を行なうので、十分な重ね領域Ｗｂを設けることができ、ハンチング現象を防止することができる。

なお、ＳＴＥＰ３−２において示した外気の温度に基づく補正の判断と、ＳＴＥＰ３−５において示したバーナ３の停止時間に基づく補正の判断とは、何れを先に行なってもよく、何れか一方のみであってもよい。

また、共鳴音回避制御部２６は、ＳＴＥＰ３の燃焼量下限増加処理において、点火時から共鳴音回避時間にわたって、図２に示す大インプットラインＣにおける最小燃焼量をＣ´ｍｉｎからＣｍｉｎにかけて徐々に減少させるようにしてもよい。これによれば、共鳴音の発生は、時間が経過するに従ってバーナ温度が上昇して起こり難くなるため、共鳴音回避時間内に次第に重ね領域Ｗｂが広がってハンチング現象を可及的に起こり難くすることができる。

本発明の実施装置の概略構成を示す説明図。 本実施形態におけるファン回転数と燃焼量との関係を示す説明図。 共鳴音回避制御部の作動を示すフローチャート。 共鳴音回避時間の補正処理を示すフローチャート。 従来のファン回転数と燃焼量との関係を示す説明図。

符号の説明

１…給湯装置（燃焼装置）、３…バーナ、４…ファン、１０ａ…第１燃焼部（燃焼部）、１０ｂ…第２燃焼部（燃焼部）、１０ｃ…第３燃焼部（燃焼部）、２４…外気温センサ（外気温検出手段）、２５…燃焼制御手段（制御手段）、２６…共鳴音回避制御部、２７…停止時間計時部、２８…第１の補正部（補正部）、２９…第２の補正部（補正部）。

Claims (4)

1. 複数の燃焼部を備え、燃焼させる燃焼部の数を切替えることによって複数段の燃焼量範囲を得るバーナと、該バーナに燃焼用空気を供給するファンと、各段毎に燃焼量を制御すると共に各段の燃焼量に応じてファンの風量を制御する制御手段とを備え、該制御手段は、少なくとも全燃焼部が燃焼状態となる段の燃焼量範囲の小燃焼量側と、燃焼部数の減少側に隣接する段の燃焼量範囲の大燃焼量側との間に、同一の燃焼量が得られる所定の重ね領域を設けて制御を行なう燃焼装置において、
   前記制御手段は、点火初期に全燃焼部が燃焼状態となったとき、全燃焼部の燃焼開始から予め定められた共鳴音回避時間が経過するまで、全燃焼部が燃焼する段における最小燃焼量を、共鳴音の発生領域を回避すべく予め定められた燃焼量に増加させる共鳴音回避制御部を備えることを特徴とする燃焼装置。
2. 前記共鳴音回避制御部は、点火時に全燃焼部が燃焼する段における最小燃焼量を共鳴音の発生領域を回避すべく予め定められた燃焼量に増加させ、前記共鳴音回避時間内に、前記所定の重ね領域が形成されるまで該燃焼量を徐々に減少させることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 外気温を検出する外気温検出手段を設け、
   前記制御手段は、前記外気温検出手段によって検出された外気温に応じて、前記共鳴音回避時間を補正する補正部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼装置。
4. 前記制御手段は、前記バーナの燃焼停止時間を計時する停止時間計時部を備え、該停止時間計時部によって計時されたバーナの燃焼停止時間に応じて、前記共鳴音回避時間を補正する補正部を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の燃焼装置。

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