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発明の名称 全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−235140(P2001−235140A)
公開日 平成13年8月31日(2001.8.31)
出願番号 特願2000−45653(P2000−45653)
出願日 平成12年2月23日(2000.2.23)
代理人 【識別番号】100107308
【弁理士】
【氏名又は名称】北村 修一郎
【テーマコード(参考)】
3K003
【Fターム(参考)】
3K003 AA01 AB03 AB06 AC02 BA01 BB01 BC06 CA03 CB05 CC01 DA03 EA02 FA01 FB05 GA03 HA01 
発明者 谷村 愛隆
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 加熱対象物を燃焼により加熱する全一次予混合型のバーナと、燃焼用空気を通風路を通して前記バーナに通風し、かつ、その通風に伴って、供給される燃料を前記燃焼用空気と混合して供給する通風ファンと、前記通風ファンの通風作用により吸引力が作用するように前記通風路に接続されて、燃料を供給する燃料供給路と、前記燃料供給路に設置されて、その設置箇所よりも下流側の燃料供給圧力を設定圧力に維持する圧力調整手段と、前記バーナの燃焼を制御する燃焼制御手段とが設けられ、前記燃焼制御手段が、前記加熱対象物の加熱後の熱状態の検出情報に基づいて、前記加熱対象物が目標加熱状態になるように前記通風ファンの回転速度を制御する燃焼制御処理を実行するように構成されている全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置であって、前記圧力調整手段よりも燃料供給方向の下流側に設置されて、前記通風路における燃料と燃焼用空気との混合比を調整する混合比調整手段と、燃料と燃焼用空気との混合比を検出する混合比検出手段と、前記通風ファンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記バーナの燃焼量とその燃焼量での燃焼を実現するための前記通風ファンの基準回転速度との関係を基準関係として記憶する記憶手段とが設けられ、前記燃焼制御手段が、前記燃焼制御処理と併行して、前記加熱対象物を前記目標加熱状態に加熱するのに必要とする前記バーナの燃焼量をその加熱対象物の加熱前の熱状態の検出情報から求めて、その求めた前記バーナの燃焼量と前記基準関係とに基づいて、前記加熱対象物を前記目標加熱状態にするための前記基準回転速度を求める基準回転速度演算処理を実行するとともに、その回転速度演算処理にて求めた前記基準回転速度と、前記回転速度検出手段にて検出される、前記燃焼制御処理の実行による前記通風ファンの実際の回転速度との偏差が設定許容範囲から外れ、かつ、前記混合比検出手段により検出される混合比が適正範囲から外れていると、その混合比検出手段の検出情報に基づいて、前記通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように前記混合比調整手段を制御する混合比調整処理を実行するように構成されている全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置。
【請求項2】 前記燃焼制御手段が、前記回転速度演算処理にて求めた前記基準回転速度と、前記回転速度検出手段にて検出される、前記燃焼制御処理の実行による前記通風ファンの実際の回転速度との偏差が設定許容範囲であり、かつ、前記混合比検出手段により検出される混合比が適正範囲を外れていると、前記混合比検出手段の異常と判別するように構成されている請求項1に記載の全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置。
【請求項3】 前記混合比調整手段が、前記燃料供給路に設置されて、前記通風路への燃料供給量を調整する燃料調整弁である又は前記通風路に燃焼用空気を吸引する吸引部に設置されて、燃焼用空気の通過抵抗の変更により前記通風路への燃焼用空気供給量を調整する吸引抵抗変更手段である請求項1または2に記載の全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置。
【請求項4】 前記混合比調整手段が、前記燃料供給路に設置されて、前記通風路への燃料供給量を調整する燃料調整弁と、前記通風路に燃焼用空気を吸引する吸引部に設置されて、燃焼用空気の通過抵抗の変更により前記通風路への燃焼用空気供給量を調整する吸引抵抗変更手段とから構成されている請求項1または2に記載の全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置。
【請求項5】 前記混合比検出手段が、前記バーナの燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段である請求項1〜4のいずれか1項に記載の全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加熱対象物を燃焼により加熱する全一次予混合型のバーナと、燃焼用空気を通風路を通して前記バーナに通風し、かつ、その通風に伴って、供給される燃料を前記燃焼用空気と混合して供給する通風ファンと、前記通風ファンの通風作用により吸引力が作用するように前記通風路に接続されて、燃料を供給する燃料供給路と、前記燃料供給路に設置されて、その設置箇所よりも下流側の燃料供給圧力を設定圧力に維持する圧力調整手段と、前記バーナの燃焼を制御する燃焼制御手段とが設けられ、前記燃焼制御手段が、前記加熱対象物の加熱後の熱状態の検出情報に基づいて、前記加熱対象物が目標加熱状態になるように前記通風ファンの回転速度を制御する燃焼制御処理を実行するように構成されている全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】上記のような全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置は、高発熱量のガスグループや低発熱量のガスグループなどのガスグループを燃焼させるのに使用されるものであり、そして、それらのガスグループのうちのいずれかのガスグループを選択したときには、そのガスグループに属する異なる発熱量のガスのうちのひとつを選択し、その選択したガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように調整されて使用されることになるが、調整されているガスと異なるガスを使用する場合などには、通風路における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲にならず、安定な燃焼が行えないので、燃料と燃焼用空気との混合比を適正範囲になるように調整する必要があった。
【0003】したがって、従来、燃料供給路に設けられた燃料供給圧力をゼロに維持する圧力調整手段と並列になるように、燃料と燃焼用空気との混合比を調整する混合比調整手段が設けられて、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサやバーナの燃焼時の輻射熱を検出する熱電対などの混合比検出手段の検出情報に基づいて、混合比調整手段により通風路への燃料供給量を調整して、燃料と燃焼用空気との混合比を適正範囲にするようにしていた(例えば、特開平5−312315号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置では、圧力調整手段と並列になるように混合比調整手段が設けられているために、圧力調整手段への一次燃料供給圧力が変化すると、混合比調整手段を介して通風路に供給される燃料供給圧力が一次燃料供給圧力の変化の影響をそのまま受けることになり、燃料と燃焼用空気との混合比を適正範囲に調整することができないことがあった。
【0005】そこで、本出願人は、上述の不利を解消するものとして、上述の全一次式燃焼装置において、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比を調整する混合比調整手段を、圧力調整手段よりも燃料供給方向の下流側に設置し、燃料と燃焼用空気との混合比を検出する混合比検出手段を設けて、その混合比検出手段により検出される混合比が適正範囲になるように混合比調整手段を制御するものを先に出願している(特願平10−312217号参照)。説明を加えると、上記特願平10−312217号に記載のものは、混合比調整手段を圧力調整手段よりも燃料供給方向の下流側に設置することによって、圧力調整手段への一次燃料供給圧力が変化しても、圧力調整手段によって通風路に供給される燃料供給圧力を設定圧力に維持することができることとなって、燃料供給圧力が一次燃料供給圧力の変化の影響を受けることなく、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように調整できるようにしたものである。
【0006】しかしながら、上記特願平10−312217号に記載のものでは、混合比検出手段により検出される混合比が適正範囲を外れると、その混合比が適正範囲になるように混合比調整手段を制御することとなっているので、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲であっても、経年劣化などにより、混合比検出手段が誤った信号を出力してしまうと、その誤った信号の情報に基づいて、混合比調整手段が誤って作動してしまい、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲を外れてしまう虞があった。ちなみに、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲を外れる要因としては、上述のように、通風路における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように調整されているガスと異なる発熱量のガスを使用する場合の他に、通風路に燃焼用空気を吸引する吸引部に異物や埃などが付着して吸引部の通路面積が小さくなる通風異常や、燃料供給路に異物や埃などが付着して燃料供給路の通路面積が小さくなる燃料供給異常などが考えられる。
【0007】本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比を適正範囲になるように確実に調整し、かつ、その混合比が適正範囲であるときの混合比調整手段の誤った作動を防止することが可能となる全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置を提供する点にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために、請求項1に記載の発明によれば、加熱対象物を燃焼により加熱する全一次予混合型のバーナと、燃焼用空気を通風路を通して前記バーナに通風し、かつ、その通風に伴って、供給される燃料を前記燃焼用空気と混合して供給する通風ファンと、前記通風ファンの通風作用により吸引力が作用するように前記通風路に接続されて、燃料を供給する燃料供給路と、前記燃料供給路に設置されて、その設置箇所よりも下流側の燃料供給圧力を設定圧力に維持する圧力調整手段と、前記バーナの燃焼を制御する燃焼制御手段とが設けられ、前記燃焼制御手段が、前記加熱対象物の加熱後の熱状態の検出情報に基づいて、前記加熱対象物が目標加熱状態になるように前記通風ファンの回転速度を制御する燃焼制御処理を実行するように構成されている全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置において、前記圧力調整手段よりも燃料供給方向の下流側に設置されて、前記通風路における燃料と燃焼用空気との混合比を調整する混合比調整手段と、燃料と燃焼用空気との混合比を検出する混合比検出手段と、前記通風ファンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記バーナの燃焼量とその燃焼量での燃焼を実現するための前記通風ファンの基準回転速度との関係を基準関係として記憶する記憶手段とが設けられ、前記燃焼制御手段が、前記燃焼制御処理と併行して、前記加熱対象物を前記目標加熱状態に加熱するのに必要とする前記バーナの燃焼量をその加熱対象物の加熱前の熱状態の検出情報から求めて、その求めた前記バーナの燃焼量と前記基準関係とに基づいて、前記加熱対象物を前記目標加熱状態にするための前記基準回転速度を求める基準回転速度演算処理を実行するとともに、その回転速度演算処理にて求めた前記基準回転速度と、前記回転速度検出手段にて検出される、前記燃焼制御処理の実行による前記通風ファンの実際の回転速度との偏差が設定許容範囲から外れ、かつ、前記混合比検出手段により検出される混合比が適正範囲から外れていると、その混合比検出手段の検出情報に基づいて、前記通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように前記混合比調整手段を制御する混合比調整処理を実行するように構成されている。
【0009】すなわち、前記混合比検出手段により検出される混合比が適正範囲から外れていることに加えて、回転速度演算処理にて求めた前記基準回転速度と、前記回転速度検出手段にて検出される、前記燃焼制御処理の実行による前記通風ファンの実際の回転速度との偏差が設定許容範囲から外れていると、混合比検出手段の検出情報に基づいて、前記通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように前記混合比調整手段を制御する混合比調整処理を実行することができることとなる。したがって、混合比検出手段により検出された混合比が適正範囲を外れていても、基準回転速度と燃焼制御処理の実行による前記通風ファンの実際の回転速度との偏差が設定許容範囲から外れなければ、混合比調整手段を作動しないようにすることができることとなって、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲であるときに、混合比検出手段が誤った信号を出力して、その混合比検出手段により検出される混合比が適正範囲から外れても、混合比調整手段の制御が誤って行われないようにすることができることとなる。
【0010】つまり、通風路における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように調整されているガスを使用し、通風異常や燃料供給異常などが発生していなければ、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲となることはもちろんのこと、燃焼制御処理の実行による通風ファンの実際の回転速度は、加熱対象物の加熱前の熱量の検出情報を基にして、記憶されている基準関係を用いて求められる基準回転速度に近い値となって、基準回転速度と燃焼制御処理の実行による前記通風ファンの実際の回転速度との偏差が設定許容範囲となる。逆に、通風路における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように調整されているガスと発熱量の異なるガスを使用していたり、通風路における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように調整されているガスを使用していても、通風異常や燃料供給異常などが発生していると、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲から外れることはもちろんのこと、燃焼制御処理の実行による通風ファンの実際の回転速度は、加熱対象物の加熱前の熱量の検出情報を基にして、記憶されている基準関係を用いて求められる基準回転速度から大きくずれることとなって、基準回転速度と燃焼制御処理の実行による前記通風ファンの実際の回転速度との偏差が設定許容範囲から外れることとなる。
【0011】したがって、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲であるときに、混合比検出手段が誤った信号を出力して、その混合比検出手段により検出される混合比が適正範囲から外れても、基準回転速度と燃焼制御処理の実行による前記通風ファンの実際の回転速度との偏差が設定許容範囲となっており、このときに、混合比調整手段の制御が誤って行われないようにすることができることとなって、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲であるときの混合比調整手段の誤った作動を防止することができることとなる。
【0012】しかも、混合比調整手段を圧力調整手段よりも燃料供給方向の下流側に設置することによって、圧力調整手段への一次燃料供給圧力が変化しても、圧力調整手段によって通風路に供給される燃料供給圧力を設定圧力に維持することができることとなって、燃料供給圧力が一次燃料供給圧力の変化の影響を受けることなく、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように調整できることとなる。
【0013】以上のことをまとめると、請求項1に記載の発明によれば、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比を適正範囲になるように確実に調整し、かつ、その混合比が適正範囲であるときの混合比調整手段の誤作動を防止することが可能となる全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置を提供できるに到った。
【0014】請求項2に記載の発明によれば、前記燃焼制御手段が、前記回転速度演算処理にて求めた前記基準回転速度と、前記回転速度検出手段にて検出される、前記燃焼制御処理の実行による前記通風ファンの実際の回転速度との偏差が設定許容範囲であり、かつ、前記混合比検出手段により検出される混合比が適正範囲を外れていると、前記混合比検出手段の異常と判別するように構成されている。
【0015】すなわち、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲であるときに、混合比検出手段が異常となって、混合比検出手段が誤った信号を出力すると、その混合比検出手段により検出される混合比が適正範囲から外れ、かつ、基準回転速度と燃焼制御処理の実行による前記通風ファンの実際の回転速度との偏差が設定許容範囲となるので、混合比検出手段の異常を的確に判別することができることとなる。したがって、混合比検出手段の異常を的確に判別することによって、その異常を使用者に報知することが可能となって、混合比検出手段が異常のまま使用されることを防止することができ、全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置の安全性を向上することが可能となった。
【0016】請求項3に記載の発明によれば、前記混合比調整手段が、前記燃料供給路に設置されて、前記通風路への燃料供給量を調整する燃料調整弁である又は前記通風路に燃焼用空気を吸引する吸引部に設置されて、燃焼用空気の通過抵抗の変更により前記通風路への燃焼用空気供給量を調整する吸引抵抗変更手段である。
【0017】すなわち、混合比検出手段の検出情報に基づいて、燃料調整弁の開度を調整し、通風路への燃料供給量を調整することによって、または、吸引抵抗変更手段により吸引部の燃焼用空気の通過抵抗を変更させて、通風路への燃焼用空気供給量を調整することによって、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比を適正範囲になるように確実に調整することができることとなって、通風路への燃料供給量および燃焼用空気供給量の両方を調整することによって混合比を調整するものと比較して、混合比を調整するときの制御を容易にすることができ、構成の簡素化を図ることが可能となる。
【0018】請求項4に記載の発明によれば、前記混合比調整手段が、前記燃料供給路に設置されて、前記通風路への燃料供給量を調整する燃料調整弁と、前記通風路に燃焼用空気を吸引する吸引部に設置されて、燃焼用空気の通過抵抗の変更により前記通風路への燃焼用空気供給量を調整する吸引抵抗変更手段とから構成されている。
【0019】すなわち、燃料調整弁の開度を調整し、通風路への燃料供給量を調整するとともに、吸引抵抗変更手段により吸引部の燃焼用空気の通過抵抗を変更させて、通風路への燃焼用空気供給量を調整することによって、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比を適正範囲になるように確実に調整することができることとなって、通風路への燃料供給量および燃焼用空気供給量のいずれか一方を調整することによって混合比を調整するものと比較して、短時間で混合比を適正範囲に調整することができ、混合比を短時間でかつ確実に調整することができることとなる。
【0020】請求項5に記載の発明によれば、前記混合比検出手段が、前記バーナの燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段である。すなわち、通風路における燃料と燃焼用空気との混合比が適正範囲であると、バーナの燃焼状態が安定な状態となるので、例えば、フレームロッドなどの汎用センサでバーナの燃焼状態を検出することによって通風路における燃料と燃焼用空気との混合比を確実に検出することが可能となって、コストの低減を図ることが可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明にかかる全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置を給湯装置に適応した例を図面に基づいて説明する。
〔第1実施形態〕この給湯装置は、図1に示すように、供給される水を加熱して図外の出湯栓に給湯する給湯部K、この給湯部Kの動作を制御する燃焼制御手段としての制御部H、この制御部Hに動作情報を指令するリモコン操作部Rを備えて構成されている。
【0022】前記給湯部Kは、燃焼室1内に設けられた水加熱用の熱交換器2、この熱交換器2を加熱するガス燃焼式の全一次予混合型のバーナ3などから構成され、このバーナ3の上流側から燃焼用空気を通風路7を通して通風し、かつ、その通風に伴って、供給される燃料ガスを燃焼用空気と混合して供給する通風ファン4も設けられ、この通風ファン4の回転速度を検出する回転速度検出手段としての回転速度センサ4aが設けられている。すなわち、加熱対象物としての水をバーナ3の燃焼により加熱するように構成されている。そして、バーナ3の燃焼面は金属製のプレート3aで構成され、熱交換器2には、例えば家庭用の水道などから水が供給される入水路5、加熱後の湯水を出湯する出湯路6がそれぞれ接続され、前記入水路5には、熱交換器2への通水量を検出する通水量センサ8、入水路5を通して供給される水の温度を検出する入水温サーミスタ9が設けられている。また、出湯路6には、図外の出湯栓から出湯される湯水の温度を検出する出湯温サーミスタ10が設けられている。
【0023】前記通風路7に対して燃料を供給する燃料供給路11は、通風ファン4の通風作用により吸引力が作用するように、通風路7に接続されている。つまり、通風ファン4の通風量が大きくなるほど、通風路7に供給される燃料ガス供給量が大きくなるようになっている。そして、この燃料供給路11には、燃料供給方向の上流側から、燃料供給を断続する電磁操作式の安全弁12およびメイン弁13、その設置箇所よりも下流側の燃料供給圧力を大気圧に維持する圧力調整手段としてのゼロガバナ14、通風路7への燃料供給量を調整する混合比調整手段としての燃料調整弁15のそれぞれが設けられている。つまり、燃料調整弁15は、ゼロガバナ14よりも燃料供給方向の下流側で、かつ、ゼロガバナ14と直列になるように、燃料供給路11に設けられている。
【0024】また、バーナ3の近くには、バーナ3に対する点火動作を実行するイグナイタ16と、バーナ3が着火されているか否かを検出する燃焼状態検出手段としてのフレームロッド17とがそれぞれ備えられている。すなわち、フレームロッド17が、混合比検出手段として作用するように構成されている。前記フレームロッド17は、燃焼炎と金属製プレート3aとにより検出される電流値を検出するもので、バーナ3の燃焼状態に応じてその電流値が変化するように構成されている。
【0025】前記ゼロガバナ14について説明を加えると、図2に示すように、ガス通路の開度を調整する弁体14a、大気圧Ptとゼロガバナ出口圧力P2の圧力差を受けるダイヤフラム14b、弁体14aおよびダイヤフラム14bを支えるスプリング14c、スプリング14cを調節する調節機構14dなどから構成されている。そして、例えば、ゼロガバナ入口圧力P1が上昇側に圧力変動したときには、その圧力変動に伴ってゼロガバナ出口圧力P2も上昇側に圧力変動するが、ゼロガバナ出口圧力P2の圧力変動に伴って、弁体14aが下方移動し、ゼロガバナ出口圧力P2を下降側に圧力変動させて、ゼロガバナ出口圧力P2が大気圧Ptになるように調整する。また、大気圧Ptが上昇側に圧力変動したときには、その圧力変動に伴って弁体14aが上方移動し、ゼロガバナ出口圧力P2が上昇側に変動した大気圧Ptになるように調整する。このようにして、ゼロガバナ14への一次燃料供給圧力P1や大気圧Ptが変動した場合においても、ゼロガバナ出口圧力P2が大気圧Ptになるように調整される。
【0026】前記燃料調整弁15について説明を加えると、図3に示すように、ステッピングモータ15a、ステッピングモータ15aの調整に対応してガス通路を開閉する閉子機構15bから構成されている。そして、設置初期などに、ステッピングモータ15aの調整により閉止機構15bを回転作動させて、通風路7における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように調整するようにしている。ちなみに、図3の(ロ)に示すものでは、通風路7における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように、ガス通路の通路面積を小さい面積になるように調整している。
【0027】前記リモコン操作部Rは、給湯部Kの運転の開始・停止を指令する運転スイッチ18、出湯用目標温度を変更設定自在な温度設定スイッチ20、出湯温度や出湯用目標温度などを表示する表示部21、運転状態であることを表示する運転ランプ22、バーナ3が燃焼状態であることを表示する燃焼ランプ23などを備えて構成されている。
【0028】前記制御部Hは、マイクロコンピュータを備えて構成され、出湯中にリモコン操作部Rの操作指令に基づいて出湯温度が出湯用目標温度になるように制御する燃焼制御処理、通風路7における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように制御する混合比調整処理のそれぞれを実行するように構成されている。
【0029】前記燃焼制御処理は、熱交換器2への通水が開始されるに伴ってバーナ3の燃焼を開始する点火処理を実行して、熱交換器2への通水が停止されるに伴ってバーナ3の燃焼を停止させる燃焼停止処理を実行するとともに、熱交換器2への通水が検出されているときには、水の加熱後の熱状態の検出情報に基づいて、出湯温度が出湯用目標温度になるように通風ファン4の回転速度を制御する燃焼量制御処理を実行するように構成されている。
【0030】具体的に説明すると、運転スイッチ18のON操作に伴って運転状態に設定された後に、図外の出湯栓の開操作に伴って通水量センサ8にて検出される通水量が設定水量を超えると、通風ファン4による通風作動を開始し、かつ、安全弁12およびメイン弁13を開弁させて点火用ガス量になるように通風ファン4の回転数を調整するとともに、イグナイタ14によってバーナ3の点火動作を行い、フレームロッド17によってバーナ3の着火を確認する点火処理を実行する。
【0031】その後、入水温サーミスタ9、出湯温サーミスタ10、通水量センサ8のそれぞれの検出情報、および、温度設定スイッチ20にて設定されている出湯用目標温度の情報に基づいて、出湯温度を出湯用目標温度にするために必要なガス量になるように通風ファン4の回転速度を調整するフィードフォワード制御を実行するとともに、出湯温サーミスタ10の検出温度と出湯用目標温度との偏差に応じて通風ファン4の回転速度を微調整するフィードバック制御を実行する燃焼量制御処理を実行する。
【0032】そして、燃焼量制御処理を実行しているときに、運転スイッチ18がOFF操作されたり、図外の出湯栓の閉操作に伴って通水量センサ8にて検出される通水量が設定水量未満になると、安全弁12とメイン弁13を閉弁して、通風ファン4を設定時間通風作動させたのち停止させて、バーナ3の燃焼を停止させる燃焼停止処理を実行する。
【0033】前記フィードフォワード制御について説明を加えると、水を出湯用目標温度に加熱するのに必要とするバーナ3の燃焼量を水の加熱前の熱状態の検出情報から求めて、その求めたバーナ3の燃焼量と記憶手段Mに記憶されている基準関係(図5に示す基準ファンコントロールラインLt)とに基づいて、水を出湯用目標温度にするための基準回転速度を求める基準回転速度演算処理を実行して、その演算された基準回転速度となるように通風ファン4の回転速度を制御するようにしている。このようにして、入水路5からの水は、熱交換器2によって加熱されて、図外の出湯栓から出湯用目標温度の湯水が出湯されることになる。前記基準関係(図5に示す基準ファンコントロールラインLt)は、バーナ3の燃焼量とその燃焼量での燃焼を実現するための通風ファン4の基準回転速度との関係を示すものであり、その基準関係が記憶手段Mに予め記憶されている。
【0034】前記混合比調整処理は、上述の燃焼制御処理と併行して実行される上述の基準回転速度演算処理にて求めた基準回転速度と、回転速度センサ4aにて検出される、燃焼制御処理の実行による通風ファン4の実際の回転速度との偏差が設定許容範囲から外れ、かつ、フレームロッド17により検出される混合比が適正範囲から外れていると、そのフレームロッド17の検出情報に基づいて、通風路7における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように燃料調整弁15を制御するように構成されている。
【0035】前記フレームロッド17により検出される混合比の適正範囲について説明を加えると、全一次式燃焼バーナの空気比λの適正範囲は、1.3〜1.4となっており、図4に示す如く、フレームロッド17が検出する電流値と空気比λ(理論空燃比に対する実際空燃比の割合)との関係により、フレームロッド17が検出する電流値が4.0〜4.5μAの間が適正範囲となっている。すなわち、フレームロッド17が検出する電流値が4.0〜4.5μAの間から外れていると、フレームロッド17により検出する混合比が適正範囲を外れていることとなる。ちなみに、フレームロッド17の検出情報から混合比を検出するときには、バーナ3の燃焼量が、フレームロッド17が検出する電流値と空気比との関係が図4に示すような特性を示すような燃焼量で行うようにしている。
【0036】また、基準回転速度演算処理にて求めた基準回転速度と、回転速度センサ4aにて検出される、燃焼制御処理の実行による通風ファン4の実際の回転速度との偏差の設定許容範囲について説明を加えると、図5に示す如く、バーナ3の燃焼量と通風ファン4の回転速度との関係を示すと、記憶手段Mに記憶されている基準関係が基準ファンコントロールラインLtとして示されることとになる。そして、基準回転速度は、この基準ファンコントロールラインLtから求まるので、燃焼制御処理の実行による通風ファン4の実際の回転速度が、基準ファンコントロールラインLtからファン回転速度の減少側に所定量(例えば、3%)ずれた減少側ファンコントロールラインLmと、基準ファンコントロールラインLtからファン回転速度の増大側に所定量(例えば、3%)ずれた増大側ファンコントロールラインLhとの間が適正範囲となっている。すなわち、燃焼制御処理の実行による通風ファン4の実際の回転速度が、減少側ファンコントロールラインLmよりも小さい、又は、増大側ファンコントロールラインLhよりも大きいと、基準回転速度と、燃焼制御処理の実行による通風ファン4の実際の回転速度との偏差が設定許容範囲から外れていることとなる。
【0037】そして、基準回転速度と燃焼制御処理の実行による通風ファン4の実際の回転速度との偏差が設定許容範囲から外れ、かつ、フレームロッド17により検出される混合比が適正範囲から外れていると、そのフレームロッド17の検出情報に基づいて、通風路7における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように、すなわちフレームロッド17が検出する電流値が4.5μ程度になるように燃料調整弁15の開度を制御するように構成されている。
【0038】また、回転速度演算処理にて求めた基準回転速度と、回転速度センサ4aにて検出される、燃焼制御処理の実行による通風ファン4の実際の回転速度との偏差が設定許容範囲であり、かつ、フレームロッド17により検出される混合比が適正範囲を外れていると、フレームロッドの異常と判別して、燃焼ランプ23を点滅させたり、図外の警報ブザーを作動させて、上述の燃焼停止処理を実行する。
【0039】制御部Hの制御動作について、図6のフローチャートに基づいて説明する。まず、リモコン操作部Rの運転スイッチ18がON操作されて、給湯装置が運転状態に設定された状態において、図外の出湯栓の開操作に伴って通水量センサ8にて検出される通水量が設定水量を超えて通水検知すると、上述のバーナ3の点火処理および燃焼量制御処理を順に行う(ステップ1〜4)。そして、バーナ3の燃焼量が、フレームロッド17が検出する電流値と空気比との関係が図4に示すような特性を示すような燃焼量で、バーナ3の燃焼時間が設定時間経過するか、あるいは、前回混合比調整処理を実行してから設定時間経過した混合比調整処理実行タイミングであるときに、上述の混合比調整処理を実行する(ステップ5,6)。
【0040】このようにして、上述の各種処理が、運転スイッチ18がOFF操作されるか、図外の出湯栓の閉操作に伴って通水量センサ8にて検出される通水量が設定水量未満になり通水検知しなくなるまで実行される。そして、運転スイッチ18がOFF操作されるか、図外の出湯栓の閉操作に伴って通水量センサ8にて検出される通水量が設定水量未満になり通水検知しなくなると、上述の燃焼停止処理を実行する(ステップ7〜9)。
【0041】前記混合比調整処理について図7のフローチャートに基づいて説明を加えると、フレームロッド17の検出情報に基づいて、通風路7における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲であるか判別し、その混合比が適正範囲から外れていると、フラグをONし、混合比が適正範囲であると、フラグをOFFする(ステップ11〜13)。そして、基準回転速度演算処理にて求めた基準回転速度と、回転速度センサ4aにて検出される、燃焼制御処理の実行による通風ファン4の実際の回転速度との偏差Qが設定許容範囲から外れているか判別する(ステップ14)。
【0042】前記偏差Qが適正範囲から外れているときには、フラグがONされていると、フレームロッド17の検出情報に基づいて、通風路7における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように、燃料調整弁15の開度を調整する(ステップ15,16)。また、前記偏差Qが適正範囲であるときには、フラグがONされていると、フレームロッド17の異常として、燃焼ランプ23を点滅させたり、図外の警報ブザーを作動させて、燃焼停止処理を実行してエラー停止する(ステップ17,18)。
【0043】〔第2実施形態〕この第2実施形態は、上記第1実施形態における混合比調整手段についての別実施形態であり、その他の構成および動作については、上記第1実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。つまり、図8に示すように、吸引抵抗変更手段としての可動ダンパー24が、ゼロガバナ14よりも燃料供給方向の下流側であり、かつ、通風路7に燃焼用空気を吸引する吸引部25を開閉するように設けられて、燃焼用空気の通過抵抗の変更により通風路7への燃焼用空気量を調整するように構成されている。なお、図8に示すように、燃料供給路11に接続され燃料ガスを吸引するガス孔26が通風路7内に設けられている。
【0044】そして、制御部Hが、混合比調整処理において、燃焼制御処理と併行して、実行される基準回転速度演算処理にて求めた基準回転速度と、回転速度センサ4aにて検出される、燃焼制御処理の実行による通風ファン4の実際の回転速度との偏差が設定許容範囲から外れ、かつ、フレームロッド17により検出される混合比が適正範囲から外れていると、そのフレームロッド17の検出情報に基づいて、通風路7における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように可動ダンパー24の開度を調整するようにしている。
【0045】〔別実施形態〕
(1)上記第1および2実施形態では、燃焼状態を検出するフレームロッド17の検出情報に基づいて、通風路7における燃料と燃焼用空気との混合比を検出するようにしているが、燃焼室1からの排ガス中における酸素濃度を検出する酸素センサやバーナ3の燃焼状態を検出する熱電対などにより通風路7における燃料と燃焼用空気との混合比を検出するようにしてもよい。ちなみに、熱電対を用いた場合には、熱電対が検出する起電力値と空気比λとの関係が、図9に示されているように、熱電対が検出する起電力値が、空気比λが1.3〜1.4に対応する約12〜14mVの間が適正範囲となる。
【0046】(2)上記第1および2実施形態では、燃焼制御処理において、水の加熱前の熱状態の検出情報に基づいて、通風ファン4の回転速度を制御するフィードフォワード制御を実行するとともに、水の加熱後の熱状態の検出情報に基づいて、通風ファン4の回転速度を制御するフィードバック制御を実行するようにしているが、燃焼制御処理において、上述のフィードバック制御をのみを実行するようにして実施することも可能である。ちなみに、この場合には、フィードバック制御と併行して、基準回転速度演算処理を実行することになる。
【0047】(3)上記第1および2実施形態では、入水路5からの水量が変化するために、水の加熱前の熱状態の検出情報として、その水の温度に加えて、入水路5からの水量を検出するようにしているが、入水路5からの水量が一定のものでは、その水の温度のみを水の加熱前の熱状態の検出情報として実施することも可能である。
【0048】(4)上記第1および2実施形態では、混合比調整処理において、通風路7における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように、通風路7への燃料供給量または燃焼用空気供給量のどちらか一方を調整するようにしているが、混合比調整処理において、通風路7における燃料ガスと燃焼用空気との混合比が適正範囲になるように、通風路7への燃料供給量および燃焼用空気供給量の両方を調整するようにしてもよい。
【0049】(5)上記第1および2実施形態では、混合比調整処理実行タイミングになると、混合比調整処理を実行するようにしているが、例えば、混合比調整処理を給湯装置の試運転時に行うことも可能であり、混合比調整処理を実行するタイミングは適宜変更が可能である。
【0050】(6)上記第1および2実施形態では、燃料供給路11に圧力調整手段としてゼロガバナを設けるようにしているが、ゼロガバナに限るものではなく、ガバナ付き比例弁などの一般的なガスガバナでもよい。
【0051】(7)上記第1および2実施形態では、金属製のプレートで燃焼面を構成したバーナを用いるものとしたが、例えば、セラミック製のプレートで燃焼面を構成するものなども適応可能であり、金属製のプレートのものに限られるものではなく、バーナが全一次式のものであればよい。
【0052】(8)上記第1および2実施形態では、本発明にかかる全一次式燃焼バーナの燃焼制御装置を給湯装置に適応した例を示しているが、暖房装置などのその他各種の装置に適応可能であり、例えば、暖房装置に適応したときには、加熱対象物が空気となる。




 

 


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