JP2000240937A

JP2000240937A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2000240937A
Application number: JP11042785A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Watanabe; 譲渡辺; Koichi Koto; 公一光藤
Original assignee: Paloma Kogyo KK
Current assignee: Paloma Kogyo KK
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2000-09-08
Anticipated expiration: 2019-02-22
Also published as: JP4106148B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の燃焼装置は、給排気抵抗を精度良く
検出できるようにすることを目的とする。【解決手段】コントローラ９に給排気抵抗検出部９ｇ
が設けられ、その給排気抵抗検出部９ｇには、ファンモ
ータＭの回転数を変化させて、各回転数での電流値およ
び電圧値を検出する負荷データ検出部９ｉと、負荷デー
タ検出部９ｉによる検出値により、電流値を回転数のｎ
次関数の関係式として算出する関係式算出部９ｈとが設
けられ、給排気抵抗検出部９ｇが、関係式の項によって
ファンモータ固有抵抗と給排気抵抗とを区別し、給排気
抵抗に係る項の係数によって給排気抵抗を検出し、回転
数補正部９ｄが検出された給排気抵抗に応じてファンＦ
の回転数を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は給気流路に配置され
たファンを備えた燃焼装置に関し、詳しくは給排気抵抗
に応じてファンの回転数を補正する燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファンにより燃焼用空気を吸入して燃焼
する燃焼装置においては、ホコリ、油等により給気フィ
ルタが詰ることにより、給排気抵抗が変化するため、単
に燃料ガス量に応じてファンの回転数を制御するだけで
は、所定の空燃比を維持できなくなってくる。このた
め、このままでは燃焼用空気量が不足して不完全燃焼の
傾向に進行していく。また、これに伴ってすすが発生し
熱交換器のフィンが詰って排気不良を起こすこともあ
る。このため、給湯器では、ファンモータの電流値と回
転数とを検出し、ファンが所定回転数で回転している時
の電流値が所定値以下になった場合には、給排気抵抗が
増加したとして回転数を増したり、停止したり、また、
電流値が所定値となるように回転数を制御したりするも
のがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、給排気
抵抗以外の要因、例えば、ファンモータに組み込まれて
いるベヤリングや塗布されているグリス等の抵抗が変化
し、ファンモータの電流値が変動したりすることがあ
り、給排気抵抗の検出精度を低下させる要因になってい
た。更に、ファンモータの電流値は色々な条件で絶えず
変化しており、一時的に特異な状態のときであっても、
敏感に電流値を検出して回転数を制御すると、却って、
風量が少なくなったり、反対に過多になって失火してし
まう等の問題があった。そこで、本発明の燃焼装置は、
上記課題を解決し、給排気抵抗を精度良く検出すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項１記載の燃焼装置は、バーナに燃焼用空気を
供給するファンと、燃料ガス量に応じてファンの回転数
を制御するファンモータ制御手段と、給排気抵抗を検出
する給排気抵抗検出手段とを備えた燃焼装置において、
ファンの回転数を変化させて、各回転数に対するファン
モータの電流値および電圧値を複数ポイント検出する負
荷データ検出手段と、上記負荷データ検出手段による検
出値により、電流値を回転数のｎ次関数（ｎ＝２又は３
又は４）の関係式として算出する関係式算出手段とを設
け、上記給排気抵抗検出手段は、上記関係式の項によっ
てファンモータ固有抵抗と給排気抵抗とを区別し、給排
気抵抗に係る項の係数によって給排気抵抗を検出するこ
とを要旨とする。

【０００５】また、上記課題を解決する本発明の請求項
２記載の燃焼装置は、請求項１記載の燃焼装置において上記給排気抵抗検出手段により検出した給排気抵抗が所
定レベル以上の場合には、燃料ガス量の上限を制限し、
または燃焼を停止することを要旨とする。

【０００６】また、上記課題を解決する本発明の請求項
３記載の燃焼装置は、請求項１または２記載の燃焼装置
においてポストパージ中に上記負荷データ検出手段と、上記関係
式算出手段と、上記給排気抵抗検出手段とを働かせるこ
とを要旨とする。

【０００７】また、上記課題を解決する本発明の請求項
４記載の燃焼装置は、請求項３記載の燃焼装置において上記給排気抵抗検出手段は、ポストパージ前の燃焼時の
燃料ガス量と燃焼時間の積に応じて、ポストパージ時に
検出した給排気抵抗を補正することを要旨とする。

【０００８】また、上記課題を解決する本発明の請求項
５記載の燃焼装置は、請求項３または４記載の燃焼装置
において上記関係式算出手段がポストパージ中に算出した関係式
からファンモータ固有抵抗に係る係数を記憶し、プリパ
ージまたは燃焼中に、上記記憶したファンモータ固有抵
抗に係る係数を用いて関係式を算出することを要旨とす
る。

【０００９】また、上記課題を解決する本発明の請求項
６記載の燃焼装置は、請求項１乃至５記載の燃焼装置に
おいて上記関係式算出手段は、所定レベル以上の高回転数とな
るポイント間の電流値の差を、該ポイントの回転数のｎ
次関数（ｎ＝２又は３又は４）の関係式として算出する
ことを要旨とする。

【００１０】また、上記課題を解決する本発明の請求項
７記載の燃焼装置は、請求項１乃至６記載の燃焼装置に
おいて検出された給排気抵抗に応じてファンの回転数を補正す
る回転数補正手段を備えたことを要旨とする。

【００１１】また、上記課題を解決する本発明の請求項
８記載の燃焼装置は、請求項７記載の燃焼装置において上記回転数補正手段は、プリパージまたはポストパージ
時に検出した給排気抵抗を記憶して、燃焼時のファンの
回転数を補正することを要旨とする。

【００１２】また、上記課題を解決する本発明の請求項
９記載の燃焼装置は、請求項７または８記載の燃焼装置
において上記回転数補正手段は、給排気抵抗に応じてファンの回
転数を補正するにあたって、燃焼室内の圧力変化に伴っ
て燃料ガス量が変化することを加味し、燃料ガスに対す
る空燃比を一定にするようにファンの回転数を補正する
ことを要旨とする。

【００１３】また、上記課題を解決する本発明の請求項
１０記載の燃焼装置は、請求項１乃至９記載の燃焼装置
において給気温度に応じて上記電流値を補正する温度補正手段を
備えたことを要旨とする。

【００１４】上記構成を有する本発明の請求項１記載の
燃焼装置は、負荷データ検出手段がファンモータの回転
数を複数の回転数に変化させて、回転数に対するファン
モータの電流値および電圧値を複数ポイント検出し、関
係式算出手段が、負荷データ検出手段による検出値によ
り、電流値を回転数のｎ次関数の関係式として算出し、
給排気抵抗検出手段が、関係式の項によってファンモー
タ固有抵抗と給排気抵抗とを区別し、給排気抵抗に係る
項の係数によって給排気抵抗を検出する。従って、ファ
ンモータ固有抵抗を排除して、給排気抵抗だけを精度良
く検出することができる。

【００１５】また、上記構成を有する本発明の請求項２
記載の燃焼装置は、給排気抵抗検出手段は、検出した給
排気抵抗が所定レベル以上の場合には、燃料ガス量の上
限を制限し、または燃焼を停止する。従って、給排気抵
抗が所定レベル以上となった場合に、無理に運転をし続
けないので燃焼装置を破損させない。

【００１６】また、上記構成を有する本発明の請求項３
記載の燃焼装置は、負荷データ検出手段と、関係式算出
手段と、給排気抵抗検出手段とを、ポストパージ中に働
かせる。従って、ポストパージ中では、ファンの回転数
を自由に変化させることができるため、給排気抵抗を精
度良く検出できる。

【００１７】また、上記構成を有する本発明の請求項４
記載の燃焼装置は、給排気抵抗検出手段が、ポストパー
ジ前の燃焼時の燃料ガス量と燃焼時間の積に応じて、ポ
ストパージ時に検出した給排気抵抗を補正する。燃焼終
了後のポストパージ時には、余熱によって給気が膨張し
て給排気抵抗が増加しており、ポストパージ時に検出し
た給排気抵抗は、ポストパージ直前まで燃焼していた燃
料ガス量と燃焼時間とに関係して誤差を生じる。このた
め、ポストパージ時に検出した給排気抵抗を燃焼時の燃
料ガス量と燃焼時間との積に応じて補正する。従って、
ポストパージ時に検出した給排気抵抗の精度を高めるこ
とができる。

【００１８】また、上記構成を有する本発明の請求項５
記載の燃焼装置は、関係式算出手段が、プリパージまた
は燃焼中に、電流値を回転数の関係式として算出する際
に、ポストパージ時に検出したファンモータ固有抵抗に
係る係数を記憶してそのまま用いる。従って、プリパー
ジまたは燃焼中には、ポストパージ時に検出したファン
モータ固有抵抗に係る係数を記憶してそのまま用いるの
で、関係式の演算処理を容易にできる。

【００１９】また、上記構成を有する本発明の請求項６
記載の燃焼装置は、関係式算出手段が、所定レベル以上
の高回転数となるポイント間の電流値の差を該ポイント
の回転数のｎ次関数（ｎ＝２又は３又は４）の関係式と
する。このため、関係式は、ファンモータ固有抵抗が相
殺されて、単純な式になる。例えば、モータの制御方式
がＰＷＭの場合に、電流値を回転数の４次関数の関係式
として求めるときの係数は５つであるが、ファンモータ
固有抵抗の係数を相殺すると、求める係数は２つとな
る。従って、関係式の算出が容易となる。更に、所定レ
ベル以上の高回転数検出値に基づいて関係式を求めるの
で、ファンモータ固有抵抗による負荷が給排気抵抗によ
る負荷に対して小さくなり、たとえ、ファンモータ固有
抵抗がばらついても検出電流値の変化は小さくなり、精
度良く給排気抵抗を検出できる。

【００２０】また、上記構成を有する本発明の請求項７
記載の燃焼装置は、回転数補正手段が検出された給排気
抵抗に応じてファンの回転数を補正する。従って、給排
気抵抗が増加した場合に、ファンモータ固有抵抗と区別
して、回転数を適切に補正してファンを回転させること
ができる。

【００２１】また、上記構成を有する本発明の請求項８
記載の燃焼装置は、回転数補正手段が、プリパージまた
はポストパージ時に検出した給排気抵抗を記憶して、燃
焼時のファンの回転数を補正する。従って、燃焼開始前
からファンを適切に回転させることができる。

【００２２】また、上記構成を有する本発明の請求項９
記載の燃焼装置は、回転数補正手段が給排気抵抗に応じ
てファンの回転数を補正するにあたり、燃焼室内の圧力
変化に伴って燃料ガス量が変化することを加味し、燃料
ガスに対する空燃比を一定にするようにファンの回転数
を補正する。従って、給排気抵抗が変化した場合に、燃
焼状態を最適に保ちながら、ファンの回転数を補正でき
る。

【００２３】また、上記構成を有する本発明の請求項１
０記載の燃焼装置は、温度補正手段が給気温度に応じて
上記電流値を補正する。つまり、給気温度が高いと給気
が膨張して給排気抵抗が増大するため、給気温度に応じ
て、温度補正手段が検出したファンモータの電流値を補
正する。従って、給排気抵抗をより精度良く検知するこ
とができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の給湯器の好適
な実施形態について説明する。図１は一実施形態として
の給湯器１の概略図である。給湯器１は、燃焼用空気を
燃焼室３へ送り込むファンＦ、燃料ガスを燃焼するバー
ナ１３、通水路内の水をバーナの燃焼炎で加熱する熱交
換器２、この熱交換器２とバーナ１３間で燃焼空間を形
成する燃焼室３を備える。

【００２５】また、通水路は、給水路５から熱交換器２
を経て、給湯路６に設けられる図示しない給湯カランに
通じている。給水路５には、入水温を検知する入水温セ
ンサＳ１、入水量を検知する流量センサＳ２が設けら
れ、給湯路６には、熱交換後の出湯温度を検知する出湯
温センサＳ３が設けられる。

【００２６】また、バーナ１３へのガス流路１０には、
上流側から流路を開閉する元電磁弁ＭＶ１、燃料ガス量
を制御する比例電磁弁ＭＶ２、メイン電磁弁ＭＶ３が設
けられる。更に、バーナ１３には連続放電によりガスへ
着火する電極１２、燃焼炎を検知するフレームロッド１
１が設けられる。これらはコントローラ９と電気的に接
続され点火・出湯・停止等所定の制御が行われる。

【００２７】燃焼室３の底部に配置されるファンＦは、
シロッコファンで、ＤＣブラシレスモータにより駆動さ
れ、このファンモータＭが回転数制御されて、燃料ガス
量に応じた量の燃焼用空気を燃焼室３に供給する。この
ファンＦの給気口には、給気温度Ｔｚを検知する給気温
センサＳ４が設けられる。

【００２８】コントローラ９は、図示しない周知の算術
論理演算回路を構成するＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを有す
るマイコンと、各種のセンサからの信号を入力する入力
インタフェースと、ファンモータＭ等の各種のアクチュ
エータに駆動信号を出力する出力インタフェース等から
構成される。また、このコントローラ９には、遠隔操作
用のリモコン（図略）が接続され、リモコンには、運転
スイッチ、出湯温度設定部の他に、給排気抵抗の異常を
報知する警報ランプ（警報ブザーであっても良い）が設
けられる。

【００２９】コントローラ９は、マイコンを主要部とし
て構成されるが、その機能に着目すると、目標出湯温度
となるように、バーナ１３の燃料ガス量を出湯温、入水
温、通水量を検出して燃焼を制御する給湯制御部９ａ
と、給湯制御部９ａからの信号によりファンＦの回転数
を制御して燃料ガス量に応じた燃焼用空気を供給するフ
ァンモータ制御部９ｃと、給排気抵抗を検出する給排気
抵抗検出部９ｇと、検出された給排気抵抗が所定レベル
以上の場合に、警報を発して燃焼を停止する異常処理部
９ｐとに大別される。また、給排気抵抗検出部９ｇに
は、ファンモータＭによる負荷データ（モータ電流、モ
ータ電圧、回転数、）を検出する負荷データ検出部９ｉ
と、検出された負荷データから後述する関係式を算出す
る関係式算出部９ｈとが設けられる。この負荷データ検
出部９ｉには、ファンモータＭからの回転パルスに基づ
いてファンモータＭの回転数を検出する回転数検出部９
ｊと、ファンモータＭのモータ電流を検出するモータ電
流検出部９ｋと、ファンモータＭに印加される電圧を検
出するモータ電圧検出部９ｎとが設けられ、モータ電流
検出部９ｋには、モータ電圧検出部９ｎにより検出され
た印加電圧と給気温センサＳ４により検出された給気温
度Ｔｚとによってモータ電流を補正する電圧・温度補正
部９ｍが設けられる。また、上述したファンモータ制御
部９ｃには、給排気抵抗検出部９ｇによる検出結果によ
り、ファン回転数を補正する回転数補正部９ｄが設けら
れ、給湯制御部９ａには、給排気抵抗検出部９ｇにより
検出された給排気抵抗が増大し過ぎた場合に、給湯器１
の最大能力をその６５％に制限する能力制限部９ｂが設
けられる。

【００３０】次に、コントローラ９の給排気抵抗検出部
９ｇについて説明する。この給排気抵抗検出部９ｇは、
検出された回転数、モータ電流、モータ電圧の負荷デー
タから関係式を算出し、この関係式から検出された給排
気抵抗のレベルによって、異常処理部９ｐ、能力制限部
９ｂに検出結果を伝達する。

【００３１】ここで、本実施形態で用いる関係式と、関
係式の給排気抵抗に係る係数について、更に詳しく説明
する。一般にファンモータでは、次の関係式が成り立つ
ことが知られている。

【数１】

【００３２】式において、ＢＮ＋Ｉ_０′は、ファンモ
ータＭの内部で消費されるエネルギーであって、ファン
回転軸のベアリングの抵抗や、グリスの抵抗であり、環
境条件により変化する。一方、シロッコファンの圧力係
数α、ファン効率ηは実使用の回転数範囲でほぼ一定で
あり、トルク定数Ｋｔは一定温度で変らない。従って、
風量の変化によって変化するのは、流量係数βだけであ
り、流量係数βは、給排気抵抗に係る係数ということが
できる。そこで、判りやすくするため式を書き替える
と次式が得られる。

【数２】従って、モータ電流Ｉは回転数Ｎの２次関数関係にあ
り、式の係数Ａの変化から給排気抵抗を検出すること
ができ、内部消費に係る係数Ｂと内部消費されるモータ
電流Ｉ_０′との変化からファンモータ固有抵抗の変化を
検出することができる。つまり、回転数の複数ポイント
におけるモータ電流Ｉと回転数Ｎとの負荷データから、
最小二乗法により式を算出し、この式の２次項の係
数Ａから給排気抵抗を検出し、１次項のＢと０次項のＩ
_０′ とからファンモータ固有抵抗を検出することがで
きる。

【００３３】但し、モータの制御方式によって、モータ
電流Ｉが異なるため、式の２次関数関係が成り立つの
は、モータの制御方式がパルス振幅変調制御方式（ＰＡ
Ｍ：Pulse-Amplitude-Modulation）の場合である。パル
ス幅変調制御方式（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）
の場合には、モータ電流は、回転数の４次関数関係にあ
り、次式に示す関係式が成り立つ。

【数３】尚、ＰＷＭの場合には、４次項が非常に小さい値である
ために、式の４次項を省いて次式の３次関数関係が成
り立つとしても良い。

【数４】

【００３４】ここで、このような関係式から給排気抵抗
とファンモータ固有抵抗とを区別して検出できること
を、実験データから説明する。図４は、回転数とモータ
電流との関係を実験的に測定したグラフであり（但し、
モータの制御方式はＰＡＭである）、同種類のモータＦ
１とモータＦ２について、給湯器１からモータにシロッ
コファンを組み込んだまま取り出して測定した回転数−
電流特性と、シロッコファンを取り外してモータ単体で
測定した回転数−電流特性とを示す。図では、モータＦ
１とモータＦ２とが、シロッコファンを組み込んだ状態
で、３０００回転時に６０ｍＡ（＝４５７−３９７）の
差がある。また、それぞれのモータ単体の回転数−電流
特性を比較すると、モータＦ１とモータＦ２とのモータ
電流が異なっている。これは、モータ固有抵抗が各々モ
ータＦ１とモータＦ２とで異なっていることを示してい
る。このように、モータ固有抵抗が異なるとモータ電流
が異なるため、モータ電流だけから給排気抵抗を精度良
く検出できないことが分る。一方、モータ電流は、モー
タの制御方式がＰＡＭ制御の場合に、式に示すよう
に、回転数の２次関数関係にあることが知られており、
給排気抵抗が２次項に、ファンモータ固有抵抗が１次項
に関わる関数関係にある。そこで、回転数とモータ電流
とのデータ（図４のデータ）から最小二乗法により、電
流値に対する回転数の２次関数の関係式（表１）を求め
てみると、モータＦ１とモータＦ２と関係式の１次項の
係数が異なるのに対して２次項の係数が３．２０でほぼ
同じになる。

【表１】つまり、関係式から、モータＦ１とモータＦ２とで給排
気抵抗が同一であり、ファンモータ固有抵抗が異なって
いることが読み取れる。従って、関係式の項の係数から
給排気抵抗とファンモータ固有抵抗とを区別して検出で
きる。

【００３５】更に、図５および表２は、回転初期のモー
タ電流と１時間アイドリング後のモータ電流とを同一モ
ータで比較した場合を示している（シロッコファンは組
み込まれていない状態）。図から分るように、モータ電
流は、ファンモータ固有抵抗が変動してアイドリング前
後で変化する。

【表２】このことから、同一のファンモータＭであっても、給排
気抵抗とファンモータ固有抵抗を区別しないと、給排気
抵抗を精度良く検出できないことが判る。

【００３６】更に、図６では、同一のファンモータＭ
で、給排気抵抗が異なる場合の回転数−電流特性を示し
ている。このデータから式により電流値に対する回転
数の２次関数の関係式を求めると、表３の関係式が算出
され、給排気抵抗を増加したことにより、２次項の係数
が３．２７８から２．４５７に小さくなっているのが判
る。（尚、給排気抵抗に係る係数は、給排気抵抗が大き
い場合に小さく、給排気抵抗が小さい場合に大きい。）

【表３】従って、２次項の係数を監視することにより、給排気抵
抗の増大を精度良く検出することができることが判る。

【００３７】次に、本実施形態におけるコントローラ９
の給排気抵抗検出部９ｇが実行する給排気抵抗検出処理
を説明する（尚、以下の実施形態では、モータの制御方
式は、ＰＷＭとする）。本実施形態における燃焼装置で
は、燃焼が開始される前のプリパージ中、燃焼中、ポス
トパージ中の３段階で給排気抵抗の検出処理を行なう。
まず、燃焼が開始される前のプリパージ中と燃焼中の給
排気抵抗検出ルーチンＡを図２に示すフローチャートに
基づいて説明する。リモコンの運転スイッチがＯＮさ
れ、給湯カランを開栓して流量センサＳ２が通水状態を
検出すると、コントローラ９の給湯制御部９ａは、ファ
ンモータ制御部９ｃにファンＦの回転を指令して、燃焼
前に燃焼室３内に残留する燃焼排ガスを排出するプリパ
ージを行う。ファンモータ制御部９ｃは、ファンモータ
Ｍを回転してプリパージを開始し、同時に、給排気抵抗
検出部９ｇは、給排気抵抗検出ルーチンＡをスタートす
る。まず、ファンモータＭの回転が安定するｔ１秒後
（Ｓ１）に、回転数検出部９ｊがファンモータＭの回転
数Ｎｐを検出し、モータ電流検出部９ｋがモータ電流Ｉ
ｐを検出し、モータ電圧検出部９ｎがモータ電圧Ｖｐを
検出する（Ｓ２）。次いで、電圧・温度補正部９ｍが次
式により、電流値Ｉｐを基準電圧Ｖｓ時の電流値Ｉｃに
換算する（以下、電圧補正と呼ぶ）。

【数５】

【００３８】更に、給気温度Ｔｚに応じて空気密度が変
化してモータの負荷が異なるため、電圧・温度補正部９
ｍが電流値Ｉｃを次式により温度補正して電流値Ｉｃ′
を算出する（以下、温度補正と呼ぶ）。

【数６】

【００３９】続いて、関係式算出部９ｈが負荷データ検
出部９ｉによるデータに基づいて、式を変形した次式
により給排気抵抗に係る３次項の係数ａ_３を求める（Ｓ
３）。

【数７】尚、この場合に、３次項の係数ａ_３以外の２次、１次、
０次項の係数は、後述するように、前回のポストパージ
時に算出した係数ａ_０′、ａ_１′、ａ_２′をそのまま用
いる。これは、給排気抵抗の算出時間を短縮するため
と、そのまま利用しても、給排気抵抗の算出に大きな影
響が無いためである。

【００４０】そして、給排気抵抗検出部９ｇは、算出さ
れた係数ａ_３を所定値ａ_ＰＲＥ以上か否かについて判定
する（Ｓ４）。所定値ａ_ＰＲＥ未満の場合には、給排気
抵抗が大き過ぎると判断してプリパージの最初からやり
直す（Ｓ５）。また、再度行っても所定値ａ_ＰＲＥ以上
とならない場合は、異常処理部９ｐに信号を送って給湯
器１を異常停止する（Ｓ６）。

【００４１】係数ａ_３が所定値ａ_ＰＲＥ以上の場合に
は、給排気抵抗が許容内であると判断して、給湯制御部
９ａに信号を送り、給湯制御部９ａは、元電磁弁ＭＶ
１、メイン電磁弁ＭＶ３を開弁し、バーナ１３の電極１
２より連続放電を開始して燃料ガスに着火して燃焼を開
始し（Ｓ７）、出湯温度が目標出湯温度となるように比
例電磁弁ＭＶ２を制御して燃料ガス量を制御する。

【００４２】続いて、給排気抵抗検出部９ｇは、燃焼が
開始されてファン回転数Ｎ_ｍが所定の回転数Ｎ_６以上に
達して（Ｓ８）、２秒以上安定して回転していることを
確認すると（Ｓ９）、負荷データ検出部９ｉは、燃焼に
影響のない範囲（±１００〜１５０ｒｐｍ）で回転数を
数段階に変化させて各々回転数Ｎ_ｍ、電流値Ｉ_ｍ、電圧
値Ｖ_ｍを検出する（Ｓ１０）。そして、プリパージ時と
同様に、電圧・温度補正部９ｍが電流値Ｉ_ｍを電圧およ
び温度によって補正を行い、式により給排気抵抗に係
る３次係数ａ_３を求める（Ｓ１１）。尚、この場合に
も、３次係数ａ_３以外の２次、１次、０次係数は、ポス
トパージ時に算出した係数ａ_０′、ａ_１′、ａ_２′をそ
のまま用いる。

【００４３】そして、給排気抵抗検出部９ｇは、算出さ
れた係数ａ_３が所定値ａ_ＲＣＶ以下か否かを判定する
（Ｓ１２）。所定値ａ_ＲＣＶを越える場合には、給排気
抵抗が許容内であるためステップ８に戻って同様の処理
を繰り返す。所定値ａ_ＲＣＶ以下の場合には、給排気抵
抗が大き過ぎると判断して、回転数補正部９ｄに信号を
送って、給排気抵抗の増大に対応する改善運転を行う。
この改善運転では、給排気抵抗の増大に伴う風量の低下
により不完全燃焼となるのを防止するため、ファンモー
タＭの回転数Ｎ_ｍを、空燃比が一定となるように、後述
する燃焼室内の圧力の上昇に伴う燃料ガスの低下を加味
して、次式で算出する回転数Ｎ_ｍ′へと増加させること
を行う（Ｓ１３）。尚、空燃比維持係数Ｋ_ｕｐは、給排
気抵抗の変化と、給排気抵抗の変化に伴う燃料ガス量の
変化により決定される係数である。

【数８】

【００４４】次に、この改善運転について更に詳細に説
明をする。図７は、ファンＦにおける風圧と風量との関
係であるＰ−Ｑ特性を示している。今、「イ」点でファ
ンが回転している場合に、給排気抵抗が増加すると、
「ロ」点まで風量が減少するため、燃料ガス量が過多と
なって不完全燃焼を生じてしまう。そこで、給排気抵抗
が増大した場合には、ファン回転数を増して風量を増す
ことを行う。この場合に、「ニ」点まで回転数をＮ_ｍか
らＮ_ｍ″まで増して元の風量を確保しようとすると、却
って風量過多となって燃焼炎がリフティング傾向になっ
てしまう。これは、バーナのノズルから噴出する燃料ガ
ス圧がそのままにもかかわらず、ファン回転数の増加に
伴って燃焼室３内の圧力が上昇するため、却って、燃料
ガス量が減少してしまうためである。そこで、給排気抵
抗が増加した場合には、回転数Ｎ_ｍを増加して風量を元
に戻すのではなく、空燃比が一定となるような回転数Ｎ
_ｍ′にすることを行う。例えば、「イ」点で燃焼中に、
給排気抵抗が上昇して「ロ」点まで風量が低下すると、
回転数をＮ_ｍ→Ｎ_ｍ″に増して風量を元に戻すのではな
く、ファン圧の上昇に伴って燃料ガス量が減少するた
め、燃料ガス量の減少相当分だけ少ない風量である
「ハ」点になるように、式により回転数をＮ_ｍ→
Ｎ_ｍ′にする。

【００４５】更に、ステップ１４で、後述する能力制限
運転中か否かを判定し、能力制限運転中でない場合に
は、改善運転によって増加した回転数Ｎ_ｍ′が所定の回
転数Ｎ _７に達したか否かを判定する。回転数Ｎ_ｍ′が所
定の回転数Ｎ_７より小さい場合には、そのままステップ
８に戻り、同様の処理を繰り返す。改善運転によって増
加した回転数Ｎ_ｍ′が所定の回転数Ｎ_７を越える場合に
は（Ｓ１５）、燃料ガス量の上限を当初の６５％に制限
する能力制限運転を開始してステップ８に戻る。（Ｓ１
６）。尚、この能力制限運転は、給排気抵抗が所定レベ
ル以上に増加した場合に、直ちに給湯器を使用できなく
するのではなく、最大燃料ガス量を６５％までに制限し
て、しばらく給湯器を使用できるようにするために行
う。ステップ１４で、既に能力制限運転中の場合には
（Ｓ１４）、増加した回転数Ｎ_ｍ′が所定の回転数Ｎ_８
を越えるか否かを判定し（Ｓ１７）、所定の回転数Ｎ _８
以下の場合にはステップ８に戻り、所定の回転数Ｎ_８を
越えると、給排気抵抗が増大して回転数の増加が限界に
達したと判断して、異常処理部９ｐが給湯器１を異常停
止する（Ｓ１８）。このように、改善運転では、給排気
抵抗が増大した場合に、回転数Ｎ_ｍ′を増し、燃料ガス
量を低下させることを行う。尚、回転数Ｎ_８は、回転数
Ｎ_７より大きな値に設定され、例えば、排気抵抗が初期
状態で、回転数が３５００ｒｐｍ程度である１６号の給
湯器では、回転数Ｎ _７が５０００ｒｐｍ、回転数Ｎ_８が
５５００ｒｐｍに設定される。また、改善運転は、燃焼
停止信号によりクリアにされる。

【００４６】リモコンで目標出湯温度が変更されたり、
給湯カランの開度を変えて出湯量を変更した場合には、
ファンモータ制御部９ｃは燃料ガス量に応じてファンＦ
の回転数を制御すると共に、回転数補正部９ｄは記憶し
ている給排気抵抗により回転数を適切に補正する。

【００４７】次に、燃焼停止後のポストパージ時に行う
給排気抵抗検出について、図３に示すフローチャートを
用いて説明する。燃焼中に給湯カランを閉栓して流量セ
ンサＳ２が止水状態を検出すると、コントローラ９の給
湯制御部９ａは、燃焼を停止し、ファンモータ制御部９
ｃに信号を送って所定時間にわたってファンＦだけ回転
状態を維持するポストパージを行う。このポストパージ
に入ると、コントローラ９の給排気抵抗検出部９ｇは、
給排気抵抗検出ルーチンＢをスタートする。まず、ファ
ンモータＭの回転数を段階的に切り替え、Ｎ_１〜Ｎ_５の
５ポイントの各回転数毎に、回転数が安定するｔ２秒後
に、回転数Ｎｐ、電流値Ｉｐ、電圧値Ｖｐを検出する
（Ｓ３１→Ｓ３２→Ｓ３３→Ｓ３１）。そして、検出し
た電流値を式で電圧補正を行うと共に、式で温度補
正を行う。

【００４８】そして、回転数Ｎｐと電流値Ｉｐとを式
の関数関係式に代入し、最小二乗法により関係式を求め
る。更に、この関係式による３次項の係数ａ_３と、前回
計算された係数ａ_３″とで平滑計算を行って係数ａ_３′
を求める（Ｓ３４）。今回算出した係数ａ_３をそのまま
用いない理由は、例えば、排気筒に一時的に風圧がかか
るといった一時的な現象を敏感に反応して燃焼装置が誤
作動してしまうのを避けるためである。殊に、ポストパ
ージで算出する関係式の係数は、プリパージ、燃焼中の
給排気抵抗検出の基準となることから、一時的な給排気
抵抗の増大に敏感に反応しないようにする。同様に、算
出された関係式の２次項、１次項、０次項の係数ａ_２、
ａ_１、ａ_０を平滑計算して係数ａ_２′、ａ_１′、ａ_０′
を求める。

【００４９】次に、給排気抵抗検出部９ｇは、ステップ
３５において、給排気抵抗に係る３次項の係数ａ_３′が
所定値ａ_ＳＴＰ以下か否かを判定する。所定値ａ_ＳＴＰ
未満の場合には、給排気抵抗が大き過ぎると判断して、
異常処理部９ｐに信号を送って、異常停止する（Ｓ３
６）と共に、次回の運転を開始させない。また、所定値
ａ_ＳＴＰ以上の場合には、更に、所定値ａ_ＩＰＤ未満か
否かを判定する（Ｓ３７）。所定値ａ_ＩＰＤ未満の場合
には、能力制限部９ｂに信号を送って、次回の運転開始
時に、最大能力を制限すると共に、回転数補正部９ｄに
信号を送って回転数を増す改善運転を行うように記憶す
る。（Ｓ３８）。所定値ａ_ＩＰＤを越える場合には、給
排気抵抗が許容内であると判断して、回転数補正部９ｄ
に信号を送って、次回の運転開始時に、給排気抵抗に応
じた回転数に補正する通常運転を行うように関係式を記
憶する（Ｓ３９）。

【００５０】以上説明したように、本実施形態の燃焼装
置によれば、ファンモータ固有抵抗と給排気抵抗とを区
別するため、給排気抵抗を精度良く検出することができ
る。また、複数ポイントの回転数での検出データを用
い、しかも最小二乗法で給排気抵抗に係る関係式を求め
るため、たとえ、検出値の１つが大きく外れた値であっ
てもそのことによって誤作動しない。また、関係式によ
り給排気抵抗を算出するので、給排気抵抗を検出するた
めに、燃焼中は、無理に特定の回転数に設定する必要は
なく、色々な条件下であっても給排気抵抗を簡便にかつ
精度良く検出できる。また、ポストパージ時には、関係
式の係数のうち、給排気抵抗に無関係な係数ａ_２′、ａ
_１′、ａ_０′だけを予め求めておくため、燃焼中および
プリパージ中の給排気抵抗の検出が容易になる。殊に、
ポストパージ中には、自由に回転数を切り替えて容易に
関係式を求めることができる。また、燃焼中にも、時々
刻々に、関係式から給排気抵抗を検出するので、たとえ
燃料ガス量等の条件が変っても、直ちに適切な回転数で
ファンを回転させることができる。

【００５１】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこうした実施形態に何等限定されるもので
はなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々
なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、本実
施形態では、モータの制御方式がパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）の場合に、関係式を回転数の３次関数の関係式に
し、３次項の係数によって給排気抵抗を算出していた
が、回転数の４次関数の関係式にし、３次項および４次
項の係数によって給排気抵抗を算出しても良い。

【００５２】また、燃焼終了後のポストパージ時に、給
排気抵抗をより精度良く検知するため、ポストパージ時
に検出した給排気抵抗を直前燃焼時の燃料ガス量と燃焼
時間の積に応じて温度補正しても良い。これは、給排気
抵抗は給気温度によって変り、空気が膨張すると実質的
には酸素濃度が低くなり、給気温度が高いほど給気量を
増す必要があって給排気抵抗が増大することになるから
である。外気温である給気温度ＴｚはファンＦ上流の給
気温センサＳ４により検出されるが、ファンＦ下流の給
気温度Ｔは、直前に行われた燃焼条件によって異なって
くる。例えば、図８に示すように、ファンＦ下流の給気
温度Ｔは、燃焼開始直後から除々に上昇してほぼ一定温
度Ｔ_０となり、一定温度Ｔ_０となる時間ｔは燃料ガス量
によって異なる。一方、燃料ガス量Ｉｐと一定温度Ｔ_０
となる燃焼時間ｔの積は、燃料ガス量が異なってもほぼ
一定である。つまり、燃焼熱により上昇したファンＦ下
流の給気温度Ｔは、燃料ガス量Ｉｐと燃焼時間ｔに関係
する。このため、例えば、ＰＷＭの場合では、次の式
および(10)式により給排気抵抗に係る係数ａ_３′を給気
温度補正して給排気抵抗に係る係数Ａ_３を求めることが
でき、給排気抵抗の検出精度を向上させることができ
る。但し、所定時間経過後は、ファンＦ下流の給気温度
Ｔを一定温度Ｔ_０とする。

【数９】

【数１０】

【００５３】また、コントローラ９の回転数補正部９ｄ
は、ポストパージ時に検出した給排気抵抗に応じて、運
転開始時に回転数を補正し、あるいは、プリパージ時に
検出した給排気抵抗によって燃焼開始時の回転数を補正
するようにしても良い。

【００５４】また、コントローラ９の関係式算出部９ｈ
は、所定レベル以上の高回転数検出値に基づいて、各回
転数での電流値の差を回転数のｎ次関数の関係式として
求めても良い。殊に、ＰＷＭのように４次関数の関係式
となる場合には、求める係数が５つとなり計算が複雑に
なる。このため、式から次式のように、ファンモータ
固有抵抗分の負荷を相殺して除外するようにして関係式
を求め、この簡略式から給排気抵抗に係る係数Ａ′と
Ｂ′とを求めても良い。

【数１１】この関係式では、電流値の差を回転数の関係式にするこ
とにより、ファンモータ固有抵抗に係る係数Ｃ′、
Ｄ′、Ｅ′のうち、Ｅ′が相殺され、また、Ｃ′および
Ｄ′の項は無視できるほど小さい。従って、算出した簡
略式の係数Ａ′とＢ′とから給排気抵抗が判定できる。
（尚、給排気抵抗に係る係数Ａ′も小さいため、更に係
数Ａ′を無視し係数Ｂ′だけで給排気抵抗を判定しても
良い）。このように、電流値の差で関係式を求めると、
関係式が簡略化されるため、計算が容易になり、簡便に
給排気抵抗を検出できる。尚、この場合に、ファンモー
タ固有抵抗は、回転数が高いほど電流値全体に占める割
合が小さくなるため、所定レベル以上の高回転数検出値
から関係式を求めることにより、ファンモータ固有抵抗
を無視できるようになって、給排気抵抗の検出精度をよ
り増すことができる。

【００５５】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の請求項
１記載の燃焼装置は、ファンモータ固有抵抗による影響
を除いて、給排気抵抗だけを検出できるため、器具の給
排気抵抗を精度良く検出できるという優れた効果を奏す
る。

【００５６】また、本発明の請求項２記載の燃焼装置
は、給排気抵抗が所定レベル以上に上昇した場合に、最
大能力を制限したり、または燃焼を停止するので、安全
性が向上する。

【００５７】また、本発明の請求項３記載の燃焼装置
は、給排気抵抗の検出をポストパージ中に行うことによ
り、給排気抵抗を精度良く検出することができる。

【００５８】また、本発明の請求項４記載の燃焼装置
は、ポストパージ時に検出した給排気抵抗をポストパー
ジ前の燃焼時の燃料ガス量と燃焼時間の積に応じて補正
するので、ポストパージ時に検出した給排気抵抗の精度
を高めることができる。

【００５９】また、本発明の請求項５記載の燃焼装置
は、プリパージまたは燃焼中には、ポストパージ時に検
出したファンモータ固有抵抗に係る係数を記憶してその
まま用いるので、関係式の演算処理を容易にできる。

【００６０】また、本発明の請求項６記載の燃焼装置
は、ファンモータ固有抵抗を相殺する関係式から給排気
抵抗を検出するため、給排気抵抗を容易に検出すること
ができる。

【００６１】また、本発明の請求項７記載の燃焼装置
は、給排気抵抗が増加した場合に、ファンモータ固有抵
抗と区別して、ファンの回転数を適切に補正し、正常な
燃焼を維持できる。

【００６２】また、本発明の請求項８記載の燃焼装置
は、燃焼時に適切な回転数でファンを回転させることが
できる。

【００６３】また、本発明の請求項９記載の燃焼装置
は、給排気抵抗が変化した場合に、燃焼室内の圧力が変
化しても、燃焼状態を最適に保ちながら、ファンの回転
数を補正できる。

【００６４】また、本発明の請求項１０記載の燃焼装置
は、給気温度に応じて変化する給排気抵抗を補正するた
め、給排気抵抗を精度良く検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態としての燃焼装置の概略構成図であ
る。

【図２】給排気抵抗検出ルーチンＡを表すフローチャー
トである。

【図３】給排気抵抗検出ルーチンＢを表すフローチャー
トである。

【図４】モータＦ１、Ｂについて、実験上で比較したグ
ラフである。

【図５】アイドリング前後について、実験上で比較した
グラフである。

【図６】給排気抵抗が異なる場合について、実験上で比
較したグラフである。

【図７】ファンのＰ−Ｑ特性と給排気抵抗との関係を示
すグラフである。

【図８】給気温度Ｔと燃焼時間ｔとの関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

ファンＦファンモータＭ熱交換器２燃焼室３給水路５給湯路６コントローラ９給排気抵抗検出部９ｇ負荷データ検出部９ｉ関係式算出部９ｈ回転数補正部９ｄガス流路１０バーナ１３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナに燃焼用空気を供給するファン
と、燃料ガス量に応じてファンの回転数を制御するファンモ
ータ制御手段と、給排気抵抗を検出する給排気抵抗検出手段とを備えた燃
焼装置において、ファンの回転数を変化させて、各回転数に対するファン
モータの電流値および電圧値を複数ポイント検出する負
荷データ検出手段と、上記負荷データ検出手段による検出値により、電流値を
回転数のｎ次関数（ｎ＝２又は３又は４）の関係式とし
て算出する関係式算出手段とを設け、上記給排気抵抗検出手段は、上記関係式の項によってフ
ァンモータ固有抵抗と給排気抵抗とを区別し、給排気抵
抗に係る項の係数によって給排気抵抗を検出することを
特徴とする燃焼装置。
【請求項２】上記給排気抵抗検出手段により検出した
給排気抵抗が所定レベル以上の場合には、燃料ガス量の
上限を制限し、または燃焼を停止することを特徴とする
請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】ポストパージ中に上記負荷データ検出手
段と、上記関係式算出手段と、上記給排気抵抗検出手段
とを働かせることを特徴とする請求項１または２記載の
燃焼装置。
【請求項４】上記給排気抵抗検出手段は、ポストパー
ジ前の燃焼時の燃料ガス量と燃焼時間の積に応じて、ポ
ストパージ時に検出した給排気抵抗を補正することを特
徴とする請求項３記載の燃焼装置。
【請求項５】上記関係式算出手段がポストパージ中に
算出した関係式からファンモータ固有抵抗に係る係数を
記憶し、プリパージまたは燃焼中に、上記記憶したファ
ンモータ固有抵抗に係る係数を用いて関係式を算出する
ことを特徴とする請求項３または４記載の燃焼装置。
【請求項６】上記関係式算出手段は、所定レベル以上
の高回転数となるポイント間の電流値の差を、該ポイン
トの回転数のｎ次関数（ｎ＝２又は３又は４）の関係式
として算出することを特徴とする請求項１乃至５記載の
燃焼装置。
【請求項７】検出された給排気抵抗に応じてファンの回
転数を補正する回転数補正手段を備えたことを特徴とす
る請求項１乃至６記載の燃焼装置。
【請求項８】上記回転数補正手段は、プリパージまた
はポストパージ時に検出した給排気抵抗を記憶して、燃
焼時のファンの回転数を補正することを特徴とする請求
項７記載の燃焼装置。
【請求項９】上記回転数補正手段は、給排気抵抗に応
じてファンの回転数を補正するにあたって、燃焼室内の
圧力変化に伴って燃料ガス量が変化することを加味し、
燃料ガスに対する空燃比を一定にするようにファンの回
転数を補正することを特徴とする請求項７または８記載
の燃焼装置。
【請求項１０】給気温度に応じて上記電流値を補正す
る温度補正手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至
９記載の燃焼装置。