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発明の名称 予混合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2001−289437(P2001−289437A)
公開日 平成13年10月19日(2001.10.19)
出願番号 特願2000−104883(P2000−104883)
出願日 平成12年4月6日(2000.4.6)
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 BC09 CA05 CB05 CC01 DA03 
発明者 石川 善克
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予混合型のバーナと、前記バーナに燃焼用空気を通風する通風ファンと、前記通風ファンの通風作動に伴って、供給される燃料を前記燃焼用空気と混合する混合部と、前記通風ファンの通風作動により吸引力が作用するように前記混合部に接続されて、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調整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、前記バーナへの燃料供給量に対応した適正通風量になるように、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予混合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下流側の燃料供給圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、前記燃焼制御手段が、前記燃焼制御処理を実行したのち、前記圧力検出手段の検出情報に基づいて、前記圧力調整手段により調整される燃料供給圧力が目標燃料供給圧力になるように制御する圧力調整処理を実行するように構成されている予混合式燃焼バーナの燃焼制御装置。
【請求項2】 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回転速度用基準関係として記憶する基準回転速度記憶手段と、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圧力調整手段の基準調整状態との関係を調整状態用基準関係として記憶する基準調整状態記憶手段とが設けられ、前記燃焼制御手段が、前記燃焼制御処理において、前記加熱対象物を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回転速度用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と、前記加熱対象物を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調整状態用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調整状態を求める基準調整状態演算処理とを併行して実行するとともに、前記基準回転速度演算処理において求められた前記基準回転速度になるように前記通風ファンの回転速度を制御する基準回転速度調整処理を実行し、かつ、前記基準調整状態演算処理において求められた前記基準調整状態になるように前記圧力調整手段を制御する基準調整状態調整処理を実行するように構成されている請求項1に記載の予混合式燃焼バーナの燃焼制御装置。
【請求項3】 前記燃焼制御手段が、前記圧力調整処理において、前記圧力調整手段により調整される燃料供給圧力が目標燃料供給圧力になるように前記圧力調整手段を制御するように構成されている請求項1または2に記載の予混合式燃焼バーナの燃焼制御装置。
【請求項4】 前記燃焼制御手段が、前記圧力調整処理において、前記圧力調整手段により調整される燃料供給圧力が目標燃料供給圧力になるように前記通風ファンの回転速度を制御するように構成されている請求項2に記載の予混合式燃焼バーナの燃焼制御装置。
【請求項5】 前記目標燃料供給圧力が略ゼロに設定されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の予混合式燃焼バーナの燃焼制御装置。
【請求項6】 前記燃焼制御手段が、前記バーナが燃焼を停止している非燃焼状態において、前記通風ファンの通風作動が停止しているときに、前記圧力検出手段の検出値が略一定値であると、そのときの検出値を基準値として記憶する基準値記憶処理を実行し、その基準値記憶処理において記憶された前記基準値と前記圧力検出手段の検出値とから前記圧力調整手段により調整される燃料供給圧力を検出する燃料供給圧力検出処理を実行するように構成されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の予混合式燃焼バーナの燃焼制御装置。
【請求項7】 前記燃焼制御手段が、前記バーナの燃焼を開始するために前記通風ファンを通風作動させる前に、前記基準値記憶処理を実行するように構成されている請求項6に記載の予混合式燃焼バーナの燃焼制御装置。
【請求項8】 前記バーナの燃焼における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が設けられ、前記燃焼制御手段が、前記混合比検出手段により検出した混合比と目標混合比との関係に基づいて、前記目標燃料供給圧力を補正する補正処理を実行するように構成されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の予混合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予混合型のバーナと、前記バーナに燃焼用空気を通風する通風ファンと、前記通風ファンの通風作動に伴って、供給される燃料を前記燃焼用空気と混合する混合部と、前記通風ファンの通風作動により吸引力が作用するように前記混合部に接続されて、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調整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、前記バーナへの燃料供給量に対応した適正通風量になるように、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予混合式燃焼バーナの燃焼制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】上記のような予混合式燃焼バーナの燃焼制御装置は、例えば、圧力調整手段として流量調整弁を用いて、その流量調整弁により流量調整弁の設置箇所よりも下流側への燃料の流量を調整することによって、流量調整弁の設置箇所よりも下流側の燃料供給圧力(以下、二次燃料供給圧力と略称する)を調整し、その調整された圧力と通風ファンの作動により混合部に生じる負圧との圧力差によって混合部に燃料を供給するものであり、バーナの燃焼に要求されている燃焼量になるように、圧力調整手段による二次燃料供給圧力の調整を行うとともに、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しているものである。
【0003】しかしながら、上述のものでは、圧力調整手段よりも上流側の燃料供給圧力(以下、一次燃料供給圧力と略称する)が変化すると、その変化に伴って二次燃料供給圧力が変化するので、混合部への燃料供給量が変化することとなり、燃焼用空気供給量に対する燃料供給量の割合が変化して、理論空気量に対する実際の空気量の割合、すなわち空気比が適正範囲から外れ、良好な燃焼が行えなくなる虞があった。
【0004】上述の一次燃料供給圧力の変化により空気比が所定範囲から外れる問題を解消するものとして、例えば、特開平11−108346号公報に示されているように、燃料供給路にその設置箇所よりも下流側への燃料流量を調整するガス比例弁を設け、二次燃料供給圧力を検出する二次燃料供給圧力検出手段を設け、その二次燃料供給圧力検出手段の検出値が実験式などにより予め求められている目標二次燃料供給圧力に近づくように、ガス比例弁の開度を調整するものがあった。そして、特開平11−108346号公報に記載のものでは、上述の如く、ガス比例弁の開度を調整するとともに、二次燃料供給圧力の検出値に基づいて燃料供給量を演算し、その求めた燃料供給量に対して空気比を適正範囲に維持できる燃焼用空気供給量が予め求められている通風ファンの回転速度と燃料用空気供給量との関係から求められ、その求めた通風ファンの回転速度となるように通風ファンの回転速度を制御することによって、空気比を適正範囲に維持しながら、バーナの燃焼において要求される燃焼量が得られるようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来のものでは、通風ファンのブレードなどに塵埃などが付着する通風異常が発生すると、通風ファンの回転速度と燃焼用空気供給量との関係が予め求められている関係から外れることとなって、予め求められている関係に基づいて通風ファンの回転速度を制御しても、燃料供給量に見合った燃焼用空気供給量が得られず、空気比が適正範囲から外れることがあった。
【0006】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、一次燃料供給圧力の変化および通風異常が発生しても、空気比を適正範囲に維持することが可能となる予混合式燃焼バーナの燃焼制御装置を提供する点にある。
【0007】
【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予混合型のバーナと、前記バーナに燃焼用空気を通風する通風ファンと、前記通風ファンの通風作動に伴って、供給される燃料を前記燃焼用空気と混合する混合部と、前記通風ファンの通風作動により吸引力が作用するように前記混合部に接続されて、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調整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、前記バーナへの燃料供給量に対応した適正通風量になるように、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予混合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下流側の燃料供給圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、前記燃焼制御手段が、前記燃焼制御処理を実行したのち、前記圧力検出手段の検出情報に基づいて、前記圧力調整手段により調整される燃料供給圧力が目標燃料供給圧力になるように制御する圧力調整処理を実行するように構成されている。
【0008】すなわち、バーナの燃焼において要求される燃焼量に対応した燃焼用空気供給量となるように通風ファンの回転速度を制御したのち、バーナの燃焼において要求される燃焼量に対応した燃料供給量となるように、圧力検出手段の検出値に基づいて検出される二次燃料供給圧力が目標燃料供給圧力となるように圧力調整処理を実行することができることとなる。そして、混合部への燃料供給量は、二次燃料供給圧力と通風ファンの作動により混合部に生じる負圧との圧力差によって決まるので、二次燃料供給圧力が目標燃料供給圧力となるように圧力調整処理を実行することによって、一次燃料供給圧力が変化しても、混合部への燃料供給量を適正量に維持することができ、空気比を適正範囲に維持することが可能となる。
【0009】しかも、通風ファンの作動により混合部に生じる負圧は、通風ファンの作動による燃焼用空気の流れに伴って発生することになるので、上述の通風異常が発生したときには、燃焼用空気の流量が減少して混合部への燃焼用空気供給量が減少することになるが、二次燃料供給圧力が目標燃料供給圧力となるように圧力調整処理を実行することによって、二次燃料供給圧力と通風ファンの作動により混合部に生じる負圧との圧力差が小さくなって、混合部への燃料供給量も減少することとなる。したがって、上述の通風異常が発生しても、混合部への燃料供給量に対する燃焼用空気供給量の割合を適正な割合に維持することができることとなって、空気比を適正範囲に維持することが可能となる。
【0010】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、一次燃料供給圧力の変化および通風異常が発生しても、空気比を適正範囲に維持することが可能となる予混合式燃焼バーナの燃焼制御装置を提供することができるに到った。
【0011】請求項2に記載の発明によれば、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回転速度用基準関係として記憶する基準回転速度記憶手段と、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圧力調整手段の基準調整状態との関係を調整状態用基準関係として記憶する基準調整状態記憶手段とが設けられ、前記燃焼制御手段が、前記燃焼制御処理において、前記加熱対象物を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回転速度用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と、前記加熱対象物を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調整状態用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調整状態を求める基準調整状態演算処理とを併行して実行するとともに、前記基準回転速度演算処理において求められた前記基準回転速度になるように前記通風ファンの回転速度を制御する基準回転速度調整処理を実行し、かつ、前記基準調整状態演算処理において求められた前記基準調整状態になるように前記圧力調整手段を制御する基準調整状態調整処理を実行するように構成されている。
【0012】すなわち、燃焼制御処理において、基準回転速度演算処理と基準調整状態演算処理とを併行して実行するとともに、基準回転速度調整処理を実行し、かつ、基準調整状態調整処理を実行したのち、圧力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、燃焼制御処理において、バーナの燃焼において要求されている燃焼量のバーナの燃焼を実現すべく、通風ファンの回転速度および圧力調整手段の調整を制御したのち、バーナの燃焼において要求されている燃焼量のバーナの燃焼を実際に実現すべく、圧力調整処理を実行することができるので、空気比を適正範囲に維持した実際のバーナの燃焼を極力早く実現することが可能となる。
【0013】請求項3に記載の発明によれば、前記燃焼制御手段が、前記圧力調整処理において、前記圧力調整手段により調整される燃料供給圧力が目標燃料供給圧力になるように前記圧力調整手段を制御するように構成されている。すなわち、請求項3に記載の構成は、上述の請求項1を特定するものであって、圧力調整手段の調整状態を調整することによって、圧力検出手段の検出値に基づいて検出される二次燃料供給圧力が目標燃料供給圧力となるように圧力調整処理を実行するものである。
【0014】請求項4に記載の発明によれば、前記燃焼制御手段が、前記圧力調整処理において、前記圧力調整手段により調整される燃料供給圧力が目標燃料供給圧力になるように前記通風ファンの回転速度を制御するように構成されている。すなわち、請求項4に記載の構成は、上述の請求項1を特定するものであって、通風ファンの回転速度を調整することによって、圧力検出手段の検出値に基づいて検出される二次燃料供給圧力が目標燃料供給圧力となるように圧力調整処理を実行するものである。
【0015】請求項5に記載の発明によれば、前記目標燃料供給圧力が略ゼロに設定されている。すなわち、バーナの燃焼において要求されている燃焼量にかかわらず、圧力検出手段の検出値に基づいてより検出される二次燃料供給圧力が略ゼロとなるように圧力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、バーナの燃焼において要求されている燃焼量によって、目標燃料供給圧力が複数の値に設定されているものと比べて、圧力調整処理の制御が容易になり、とくに、空気比の適正範囲が比較的狭い全一次燃焼式バーナのものに適応し易いものとなる。しかも、バーナの燃焼において要求されている燃焼量によって、目標燃料供給圧力が複数の値に設定されているものでは、圧力検出手段が検出する圧力がバーナの燃焼において要求されている燃焼量によって変化するので、圧力検出手段の測定範囲が広くなって、測定範囲が広いものを使用しなければならないなど、コストアップを招くものとなっているのに対して、圧力検出手段が検出する圧力をゼロに近い圧力のみとすることができ、コストの低減を図ることが可能となる。
【0016】請求項6に記載の発明によれば、前記燃焼制御手段が、前記バーナが燃焼を停止している非燃焼状態において、前記通風ファンの通風作動が停止しているときに、前記圧力検出手段の検出値が略一定値であると、そのときの検出値を基準値として記憶する基準値記憶処理を実行し、その基準値記憶処理において記憶された前記基準値と前記圧力検出手段の検出値とから前記圧力調整手段により調整される燃料供給圧力を検出する燃料供給圧力検出処理を実行するように構成されている。
【0017】すなわち、経時的な変化により装置の状況が変化しても、基準値記憶処理を実行することによって、経時的な変化を加味した圧力検出手段の基準値を記憶することができ、燃料供給圧力検出処理を実行することによって、経時的な変化を加味した状態で圧力調整手段により調整される燃料供給圧力を検出することができることとなる。したがって、経時的な変化を加味した情報に基づいて、圧力調整処理を実行することができることとなって、経時的な変化を発生しても、空気比を適正範囲に維持しながら、良好な燃焼を行うことが可能となる。
【0018】請求項7に記載の発明によれば、前記燃焼制御手段が、前記バーナの燃焼を開始するために前記通風ファンを通風作動させる前に、前記基準値記憶処理を実行するように構成されている。すなわち、請求項6との協働作用により、バーナの燃焼を開始させる前に、常に、基準値記憶処理を実行させることができることとなって、バーナの燃焼を開始する直前の情報に基づいて、圧力調整処理を実行することができることとなって、より的確に空気比を適正範囲に維持しながら、良好な燃焼を行うことが可能となる。
【0019】請求項8に記載の発明によれば、前記バーナの燃焼における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が設けられ、前記燃焼制御手段が、前記混合比検出手段により検出した混合比と目標混合比との関係に基づいて、前記目標燃料供給圧力を補正する補正処理を実行するように構成されている。
【0020】すなわち、経時的な変化やガス種の変更などにより、バーナの燃焼における燃料と燃焼用空気との混合比が目標混合比から外れると、空気比が適正範囲から外れることとなるが、補正処理を実行することによって、目標燃料供給圧力を補正することにより、バーナの燃焼における燃料と燃焼用空気との混合比を目標混合比に維持することができ、空気比も適正範囲に維持することが可能となる。したがって、経時的な変化やガス種の変更などが起こっても、空気比を適正範囲に維持しながら、良好な燃焼を行うことが可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】〔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出湯栓1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、排気通路2を備えた燃焼室3内に設けられた水加熱用の熱交換器4、この熱交換器4を加熱するガス燃焼式の全一次予混合型のバーナ5などから構成され、このバーナ5の上流側から燃焼用空気を通風し、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手段としての通風ファン6(例えば、ターボファン)も設けられている。すなわち、加熱対象物としての水をバーナ5の燃焼により加熱するように構成されている。
【0023】そして、前記熱交換器4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8、加熱後の湯水を出湯する出湯路9が夫々接続され、前記入水路8には、その上流側から順に、熱交換器4への通水量を検出する通水量センサ10、入水路8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11が設けられている。前記出湯路9には、出湯栓1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12が設けられている。
【0024】前記通風ファン6の通風作動に伴って、供給される燃料ガスを燃焼用空気と混合する混合部Tとしてのミキシングチャンバー13が通風ファン6の吸引部7に接続され、通風ファン6の通風作動により吸引力が作用するようにミキシングチャンバー13に接続されて、燃料ガスを供給する燃料供給路14が設けられている。前記燃料供給路14には、その設置箇所よりも下流側の燃料供給圧力を調整する圧力調整手段としての流量調整弁15と、流量調整弁15の上流側においてバーナ5への燃料ガスの供給を断続する第1断続弁16aおよび第2断続弁16bからなる二連電磁弁16と、流量調整弁15よりも下流側の燃料供給圧力(以下、二次燃料供給圧力と略称する)を検出する圧力センサ17と、圧力センサ17の下流側に通過抵抗を調整する可変ノズル18の夫々が設けられている。そして、流量調整弁15にて二次燃料供給圧力を調整し、通風ファン6の通風量が大きくなるほど、二次燃料供給圧力と通風ファン6の通風作動により発生する圧力との圧力差が大きくなるようにして、ミキシングチャンバー13への燃料ガス供給量が大きくなるようになっている。
【0025】ちなみに、可変ノズル18は、ガス種に応じたノズル開度、すなわち使用するガス種に応じた通路面積となるように調整するようにしている。例えば、13Aのガス種を使用する場合とLPのガス種を使用する場合では、13Aのときの通路面積とLPのときの通路面積の比が、約1.5:1となるように可変ノズル18のノズル開度が調整される。
【0026】前記流量調整弁15について説明を加えると、図2に示すように、燃料入口15aと燃料出口15bとを備えたケースに、ステッピングモーター15cの駆動によりガス通路の開度を調整するバルブ15dなどを設けて構成されている。そして、ステッピングモーター15cの駆動によりバルブ15dを作動させることによって、ガス通路の開度を調整して、二次燃料供給圧力P2を調整するようにして、流量調整弁15よりも上流側の燃料供給圧力(以下、一次燃料供給圧力)P1の変化にかかわらず、二次燃料供給圧力P2を調整できるように構成されている。ちなみに、図中のP1は、流量調整弁15よりも上流側の燃料供給圧力(以下、一次燃料供給圧力)を示し、圧力センサ17が、二次燃料供給圧力P2を検出するように設けられている。
【0027】前記圧力センサ17について説明を加えると、圧力センサ17は、図3に示すように、ガラス土台17a上にシリコンが設けられて基準圧力室17bが形成され、燃料供給路14におけるゼロガバナ15よりも下流側の通路内の圧力を受けるシリコンダイヤフラム17c、基準圧力室17b内の蒸着電極17d、集積回路17eなどから構成されている。前記シリコンダイヤフラム17cに圧力がかかっていない状態において、蒸着電極17d間には、蒸着電極17d間の距離、電極面積、および、誘電率によって決まる電荷が蓄えられることとなる。そして、シリコンダイヤフラム17cに圧力がかかると、シリコンダイヤフラム17cが歪んで蒸着電極17d間の距離が小さくなり、蒸着電極17d間に蓄えられる電荷が大きくなり、この蒸着電極17d間に蓄えられる電荷の変化を集積回路17eによってセンサ信号に変換して出力することとなる。このようにして、蒸着電極17d間に蓄えられる電荷の変化によって、燃料供給路14におけるゼロガバナ15よりも下流側の通路内の圧力を検出するようにしている。ちなみに、詳述はしないが、圧力センサ17の雰囲気温度を検出する温度センサを設けて、その温度センサの情報に基づいて出力値を補正することにより、センサの出力値の精度を向上するようにしている。
【0028】また、バーナ5の近くには、バーナ5に対する点火動作を実行するイグナイタ19と、バーナ5が着火されているか否かを検出するフレームロッド20とがそれぞれ備えられ、通風ファン6の回転速度を検出する回転速度センサ6aも設けられている。そして、混合比検出手段としての酸素センサ26が、バーナ5の燃焼排ガスに対して検出作用して、燃焼排ガス中の酸素ガス濃度を検出するように設けられている。
【0029】前記酸素センサ26は、ジルコニア限界電流型のセンサで、図4に示すように、センサエレメント27、端子28、端子台29、メッシュカバー30から構成されている。前記センサエレメント27は、図5に示すように、ディスク状の安定化ジルコニア27aの両側に白金電極27bを形成し、その片側に小孔27cが設けられたキャップ27dを接合して構成されている。両電極27b間に電圧を印加すると、ポンピング作用により酸素イオンをキャリアとする電流が流れる。そして、キャップ27d内への空気の流入が小孔27cによって制限されることから電圧の所定領域で電流がほぼ一定(限界電流)になり、この限界電流は空気中の酸素濃度に比例して変化するので、一定電圧(監視電圧)を両電極27b間に印加しておき、そのときの電流値から酸素濃度を検出することができることとなる。また、ポンピング作用は、高温(例えば、500℃程度)において発生するので、キャップ27d上部にヒータ27eを一体形成し、ヒータ27eへの通電によりセンサエレメント27を加熱するように構成されている。
【0030】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21、出湯用目標温度を変更設定自在な温度設定スイッチ22、出湯温度や出湯用目標温度などを表示する表示部23、運転状態であることを表示する運転ランプ24、バーナ5が燃焼状態であることを表示する燃焼ランプ25などを備えて構成されている。
【0031】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、バーナ5に点火する点火処理、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、圧力センサ17の検出情報に基づいて、流量調整弁15により調整される燃料供給圧力が目標燃料供給圧力になるように制御する圧力調整処理、バーナ5の燃焼を停止する燃焼停止処理のそれぞれを実行するように構成されている。
【0032】前記点火処理は、運転スイッチ21のON操作に伴って運転状態に設定されるた後に、出湯栓1の開操作に伴って通水量センサ10にて検出される通水量が設定水量を超えると実行され、具体的には、二連電磁弁16を閉弁した状態で、回転速度センサ6aの検出情報に基づいて、プレパージ用の設定通風作動状態としてプレパージ用の設定回転速度にて通風ファン6をプレパージ用設定時間だけ通風作動させるプレパージを実行する。そして、上述のプレパージを実行した後、二連電磁弁16を開弁させて、点火用ガス量になるように流量調整弁15の開度を調整するとともに、回転速度センサ6aの検出情報に基づいて通風ファン6の回転速度を調整し、イグナイタ19によってバーナ5の点火動作を行い、フレームロッド20によってバーナ5の着火を確認する。
【0033】前記燃焼制御処理は、水の加熱前の熱状態の検出情報に基づいて、流量調整弁15の開度および通風ファン6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、流量調整弁15の開度および通風ファン6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構成されている。説明を加えると、入水温サーミスタ11、通水量センサ10のそれぞれの検出情報、および、温度設定スイッチ22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流量調整弁15の開度および通風ファン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12の検出温度と出湯用目標温度との偏差に応じて流量調整弁15の開度および通風ファン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ようにしている。
【0034】前記フィードフォワード制御における処理について説明を加える。まず、通風ファン6の基準回転速度を求める基準回転速度演算処理と、流量調整弁15の基準調整状態を求める基準調整状態演算処理を併行して実行するとともに、基準回転速度演算処理において求められた基準回転速度になるように通風ファン6の回転速度を制御する基準回転速度調整処理を実行し、かつ、基準調整状態演算処理において求められた基準調整状態になるように流量調整弁15を制御する基準調整状態調整処理を実行するように構成されている。
【0035】前記基準回転速度演算処理について説明を加えると、水を目標熱状態としての出湯用目標温度に加熱するのに必要とするバーナ5の燃焼量を、水の加熱前の熱状態の検出情報、すなわち入水温サーミスタ11、通水量センサ10のそれぞれの検出情報、および、温度設定スイッチ22にて設定されている出湯用目標温度の情報から求めて、その求めたバーナ5の燃焼量と記憶手段Mに記憶されている回転速度用基準関係とに基づいて、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ようにしている。前記基準調整状態演算処理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5の燃焼量を、水の加熱前の熱状態の検出情報、すなわち入水温サーミスタ11、通水量センサ10のそれぞれの検出情報、および、温度設定スイッチ22にて設定されている出湯用目標温度の情報から求めて、その求めたバーナ5の燃焼量と記憶手段Mに記憶されている調整状態用基準関係とに基づいて、水を出湯用目標温度にするための基準調整状態を求めるようにしている。
【0036】前記回転速度用基準関係は、バーナ5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6の基準速度との関係を示すものであり、また、前記調整状態用基準関係は、バーナ5の燃焼量とその燃焼量での燃焼を実現するための流量調整弁15の基準調整状態との関係を示すものであり、回転速度用基準関係および調整状態用基準関係は、記憶手段Mに記憶されている。すなわち、記憶手段Mは、基準回転速度記憶手段と基準調整状態記憶手段とを兼用するように構成されている。
【0037】前記圧力調整処理は、前記燃焼制御処理が実行されたのち、実行されるように構成され、圧力センサ17の検出情報に基づいて、流量調整弁15により調整される燃料供給圧力(二次燃料供給圧力)を求め、その求められた二次燃料供給圧力が目標燃料供給圧力として略ゼロとなるように、ステッピングモーター15cを作動させて流量調整弁15の開度を調整するように構成されている。
【0038】前記二次燃料供給圧力を求める処理について説明を加えると、装置の設置初期などには、圧力センサ17に予め設定されている基準値と実際の圧力センサ17の検出値とから二次燃料供給圧力を求めるようにしている。そして、装置の設置初期の後においては、バーナ5が燃焼を停止している非燃焼状態において、通風ファン6の通風作動が停止しているときに、圧力センサ17の検出値が略一定値であると、その検出値を基準値として記憶する基準値記憶処理を実行し、その基準値記憶処理において記憶された基準値と圧力センサ17の検出値とから二次燃料供給圧力を検出する燃料供給圧力検出処理を実行するようにしている。前記基準値記憶処理は、バーナ5の燃焼を開始するために通風ファン6を作動させる前に、すなわちプレパージを実行する前に、実行されるように構成され、バーナ5の燃焼を開始する度に実行されるようにしている。
【0039】前記燃焼停止処理は、上述の燃焼制御処理および圧力調整処理を実行しているときに、運転スイッチ21がOFF操作されたり、出湯栓1の閉操作に伴って通水量センサ10にて検出される通水量が設定水量未満になると、二連電磁弁16を閉弁してバーナ5の燃焼を停止させるとともに、通風ファン6をポストパージ用の設定回転速度にてポストパージ用設定時間だけ通風作動させるポストパージを行うようにしている。
【0040】また、前記制御部Hは、酸素センサ26の検出情報に基づいてバーナ5の燃焼における燃料と燃焼用空気との混合比を求め、その求めた混合比と目標混合比との関係に基づいて、圧力調整処理における目標燃料供給圧力を補正する補正処理を実行するように構成されている。具体的に説明すると、酸素センサ26の検出情報に基づいてバーナ5の燃焼における燃料と燃焼用空気との混合比を検出し、その混合比が目標混合比よりも燃料の割合が高いときには、目標燃料供給圧力が設定量だけ小さくなるように補正し、また、混合比が目標混合比よりも燃焼用空気の割合が高いときには、目標燃料供給圧力が設定量だけ大きくなるように補正するようにしている。
【0041】このようにして、燃焼制御処理を実行したのち、圧力調整処理を実行することによって、一次燃料供給圧力が変化したり、通風ファン6のブレードに塵埃などが付着する通風異常などが発生しても、混合部への燃料供給量および燃焼用空気との割合を適正な割合に維持することが可能となって、理論空気量に対する実際の空気量の割合、すなわち空気比を適正範囲に維持することができることとなる。
【0042】実際に圧力調整処理を実行したときの実験データに基づいて、上述の圧力調整処理を実行したときの空気比について説明する。図6は、上述の圧力調整処理を実行したときの燃料ガスの流量とミキシングチャンバー13の内圧との関係を示すグラフである。図7は、図6のデータを用いて、天然ガス(13A−1)が流れたときのバーナ5のインプットと空気比との関係を示すものである。
【0043】そして、実際に圧力調整処理を実行したときにおける空気比は、図7の実験結果から略1.3〜1.4の範囲に収まっていることが言えるので、空気比を適正範囲内に維持できることが言えることとなる。すなわち、この実施形態におけるバーナ5は、全一次予混合式燃焼バーナを用いており、このバーナの空気比の適正範囲は、1.3〜1.4となっており、図7の実験結果より、空気比が略1.3〜1.4の範囲内に収まっているので、空気比を適正範囲内に維持できることが言えることとなる。
【0044】前記制御部Hの制御動作について図8〜10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21がON操作されて運転状態に設定されている状態において、出湯栓1の開操作に伴って通水量センサ10にて検出される通水量が設定水量を越えて通水量が検知されると、基準値記憶処理を実行し、点火処理を実行する(ステップ1〜3)。そして、基準回転速度演算処理および基準調整状態演算処理の演算処理、基準回転速度調整処理および基準調整状態調整処理の調整処理、フィードバック制御を実行したのち、圧力調整処理、補正処理を順に実行するようにしている(ステップ4〜7)。
【0045】このようにして、出湯栓1の閉操作に伴って通水量センサ10にて検出される通水量が設定水量以下となって通水量OFFとなるか、運転スイッチ21がOFF操作されるまでのバーナ5を燃焼させる燃焼状態においては、演算処理、調整処理、圧力調整処理、補正処理を順次実行する。そして、出湯栓1の閉操作に伴って通水量センサ10にて検出される通水量が設定水量以下となって通水量OFFとなるか、運転スイッチ21がOFF操作されると、燃焼停止処理を実行する(ステップ8〜10)。
【0046】前記圧力調整処理について、図9のフローチャートに基づいて説明を加える。上述の燃料供給圧力検出処理などを実行することによって、二次燃料供給圧力P2を演算し、その求められた二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力最小値PLと目標燃料供給圧力最大値PHの間にあるか否かを判別し、二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力としての略ゼロとなっているか否かを判別する(ステップ11,12)。
【0047】そして、二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力最小値PLよりも小さいときには、流量調整弁15の開度が最大でなければ、流量調整弁15の開度を設定量だけ開く開作動を実行する(ステップ13〜15)。二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力最小値PLよりも小さくても、流量調整弁15の開度が最大であるときには、上述の燃焼停止処理を実行し、運転ランプ24および燃焼ランプ25を点滅させ、その後のバーナ5の燃焼を開始させないようにインターロックして異常停止する。ちなみに、この場合には、一次燃料供給圧力の異常、通風異常、流量調整弁の異常などが考えられ、これらの異常であることを表示部23に表示するようにしてもよい。
【0048】また、二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力最大値PHよりも大きいときには、流量調整弁15の開度が最小でなければ、流量調整弁15の開度を設定量だけ閉じる閉作動を実行する(ステップ16,17)。なお、二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力最大値PHよりも大きくても、流量調整弁15の開度が最小であるときには、上述の如く、異常停止する。
【0049】前記補正処理について、図10のフローチャートに基づいて説明を加える。酸素センサ26の検出値により燃焼排ガス中の酸素濃度O2 を演算し、その求められたO2 が目標最小値O2 Lと目標最大値O2 Hとの間にあるか否か判別することによって、バーナ5の燃焼における燃料と燃焼用空気との混合比が目標混合比となっているか否かを判別する(ステップ21,22)。
【0050】そして、酸素濃度O2 が目標最小値O2 Lよりも小さいときには、目標燃料供給圧力最小値PLが最小となっていなければ、目標燃料供給圧力最大値PHを設定量ΔPHだけ小さくするとともに、目標燃料供給圧力最小値PLを設定量ΔPLだけ小さくして、目標燃料供給圧力を補正する(ステップ23〜25)。酸素濃度O2 が目標最小値O2 Lよりも小さくても、目標燃料供給圧力最小値PLが最小となっていれば、上述の燃焼停止処理を実行し、運転ランプ24および燃焼ランプ25を点滅させ、その後のバーナ5の燃焼を開始させないようにインターロックして異常停止する。ちなみに、この場合には、ガス種の異常が考えられ、ガス種異常であることを表示部23に表示するようにしてもよい。
【0051】また、酸素濃度O2 が目標最大値O2 Hよりも大きいときには、目標燃料供給圧力最大値PHが最大となっていなければ、目標燃料供給圧力最大値PHを設定量ΔPHだけ大きくするとともに、目標燃料供給圧力最小値PLを設定量ΔPLだけ大きくして、目標燃料供給圧力を補正する(ステップ26,27)。なお、酸素濃度O2 が目標最大値O2 Hよりも大きくても、目標燃料供給圧力最大値PHが最大となっていれば、上述の如く、異常停止する。
【0052】〔第2実施形態〕この第2実施形態は、上記第1実施形態の混合部Tの別実施形態を示すものであり、図面に基づいて説明する。なお、制御部Hの制御動作など上記第1実施形態と同様の構成については、同符号を記すなどにより、その詳細な説明は省略する。
【0053】つまり、図11に示すように、通風ファン6の通風作動によりバーナ5に燃焼用空気を供給する通風路27が設けられ、通風ファン6の通風作動に伴って、供給される燃料ガスを燃焼用空気と混合する混合部Tとしての通風路27に接続されて、燃料ガスを供給する燃料供給路14が設けられている。そして、通風ファン6の通風量が大きくなるほど、通風路27に発生する圧力が大きくなるようになっている。
【0054】〔別実施形態〕(1)上記第1および2実施形態では、圧力調整処理において、二次燃料供給圧力が目標燃料供給圧力になるように流量調整弁15の開度を制御する例を示したが、圧力調整処理において、二次燃料供給圧力が目標燃料供給圧力になるように通風ファン6の回転速度を制御するようにして実施することも可能である。
【0055】以下、圧力調整処理において、通風ファン6の回転速度を制御する例について、図12のフローチャートに基づいて説明を加える。上述の燃料供給圧力検出処理などを実行することによって、二次燃料供給圧力P2を演算し、その求められた二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力最小値PLと目標燃料供給圧力最大値PHの間にあるか否かを判別し、二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力としての略ゼロとなっているか否かを判別する(ステップ31,32)。
【0056】そして、二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力最小値PLよりも小さいときには、通風ファン6の回転速度が最小でなければ、通風ファン6の回転速度を所定量だけ減少させる回転速度減少作動を実行する(ステップ33〜35)。二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力最小値PLよりも小さくても、通風ファン6の回転速度が最小であると、上述の燃焼停止処理を実行し、運転ランプ24および燃焼ランプ25を点滅させ、その後のバーナ5の燃焼を開始させないようにインターロックして異常停止する。ちなみに、この場合には、一次燃料供給圧力の異常、通風異常、流量調整弁の異常などが考えられ、これらの異常であることを表示部23に表示するようにしてもよい。
【0057】また、二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力最大値PHよりも大きいときには、通風ファン6の回転速度が最大でなければ、通風ファン6の回転速度を設定量だけ増加させる回転速度増加作動を実行する(ステップ36,37)なお、二次燃料供給圧力P2が目標燃料供給圧力最大値PHよりも大きくても、通風ファン6の回転速度が最大であると、上述の如く、異常停止する。ちなみに、上述の動作における通風ファン6の回転速度の検出は、回転速度センサ6aの検出情報に基づいて検出するように構成されている。
【0058】(2)上記第1および2実施形態では、燃焼制御処理おいて通風ファン6の回転速度および流量調整弁15の開度の調整を行い、圧力調整処理において流量調整弁15の開度の調整を行う例を示しているが、燃焼制御処理において通風ファン6の回転速度のみを調整し、圧力調整処理において流量調整弁15の開度の調整を行うようにして実施することも可能である。すなわち、バーナ5の燃焼量を実現するための燃焼用空気供給量となるように通風ファン6を通風作動させる燃焼制御処理を実行したのち、圧力センサ17の検出情報に基づいて、二次燃料供給圧力が目標燃料供給圧力になるように流量調整弁15の開度を調整することになる。
【0059】(3)上記第1および2実施形態では、燃焼制御処理において、フィードフォワード制御を実行するとともに、フィードバック制御を実行する例を示しているが、燃焼制御処理において、フィードフォワード制御のみを実行して実施することもでき、または、フィードバック制御のみを実行して実施することも可能である。
【0060】(4)上記第1および2実施形態では、圧力調整処理において二次燃料供給圧力の目標となる目標燃料供給圧力を略ゼロとする例を示しているが、目標燃料供給圧力は、略ゼロに限るものではなく、バーナ5の燃焼量に対応して任意に設定することが可能である。
【0061】(5)上記第1および2実施形態では、基準値記憶処理、燃料供給圧力検出処理、補正処理のそれぞれの処理を実行するようにしているが、例えば、基準値記憶処理、燃料供給圧力検出処理のみを実行したり、補正処理のみを実行したり、基準値記憶処理、燃料供給圧力検出処理、補正処理のすべての処理を実行しなくてもよい。また、基準値記憶処理の実行タイミングについては、上記第1および2実施形態の如く、バーナ5の燃焼を開始するために通風ファン6を通風作動させる前に限らず、非燃焼状態において、通風ファン6の通風作動が停止しているときであればいつでもよい。
【0062】(6)上記第1および2実施形態では、記憶手段Mが基準回転速度記憶手段と基準調整状態記憶手段を兼用するように構成されているが、基準回転速度記憶手段と基準調整状態記憶手段を各別に設けて実施することも可能である。
【0063】(7)上記第1および2実施形態では、混合比検出手段として酸素センサ26を用いた例を示したが、これに限るものではなく、燃焼排ガス中の二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素センサなど各種のセンサを適応することが可能である。
【0064】(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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