JP2010203704A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ファン回転数−電流特性が変動する場合に、ファン回転数−電流特性に個体差によるばらつきがあってもそのファンの特性に応じた正確な風量補正ができる燃焼装置を提供する。
【解決手段】 給湯器１では、ファン制御手段３２によりファンモータのファン電流を制御するとき、まず、演算処理部３３によって算出した第１ファン補正係数を記憶部３４に記憶する。次いで、演算処理部３３によって第１補正係数及び火炎サーミスタ８ａの出力に基づく第２補正係数により算出したファン補正係数を記憶部３４に記憶する。その後、補正部３５により、ファン補正係数に基づくファンの風量補正が行われる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスバーナに燃焼用空気を供給するファンの回転数がガスバーナの燃焼量に応じた目標回転数に一致するようにファン電流が制御される燃焼装置に関する。

従来、上記のような燃焼装置としては、ガスバーナに燃焼用空気を供給するファンの作動を制御する次のようなファン制御手段を設けたものが知られている（特許文献１参照）。

そのファン制御手段は、ファンの電流のばらつきの下限を示すファン電流特性に対応して予め定められたファン回転数−電流特性を基準とし、検出電流値と基準電流値との差からファン電流修正値を算出する第１演算手段と、検出電流値とファン電流修正値との差であるファン電流認識値を算出する第２演算手段と、ファン電流認識値に基づいてファン補正値を算出する第３演算手段と、基準電流値、ファン電流修正値、ファン電流認識値、及びファン補正値をそれぞれ記憶する記憶手段と、ファン補正値に基づいてファンの風量を補正する補正手段とを備えている。

この燃焼装置では、ファン制御手段によりファンモータのファン電流を制御するとき、まず、第１演算手段によって算出したファン電流修正値を記憶手段に記憶する。次いで、第２演算手段によって算出したファン電流認識値を記憶手段に記憶する。続いて、第３演算手段によって算出したファン補正値を記憶手段に記憶する。そして、補正手段により、ファン補正値に基づくファンの風量補正が行われる。

従って、上記燃焼装置によれば、ファン回転数−電流特性に個体差によるばらつきがあってもそのファンの特性に応じた風量補正が行なわれ、作業者による調整作業を軽減して精度の高い風量補正を行うことができる。

特開２００６−０９４５７５号公報

上記の燃焼装置においては、ファン回転数−電流特性は、ファンの電流のばらつきの下限を示すファン電流特性に対応して予め定められたファン回転数−電流特性を基準としているため、気温変動、経時変動、及び高／低回転時のモータの傾向等によりファン回転数−電流特性が変動する場合に正確な風量補正ができないという問題がある。

本発明は、ファン回転数−電流特性が変動する場合に、ファン回転数−電流特性に個体差によるばらつきがあってもそのファンの特性に応じた正確な風量補正ができる燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明の燃焼装置は、ガスバーナと、前記ガスバーナに燃焼用空気を供給するファンと、前記ファンを回転駆動するファンモータと、前記ファンモータのファン電流値を検出する電流検出手段と、前記ファンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記ガスバーナの火炎温度を検出する火炎温度検出手段と、前記ファンの回転数が前記ガスバーナの燃焼量に応じた目標回転数に一致するように前記ファンモータのファン電流を制御するファン制御手段とを備え、前記ファン制御手段は、前記ファン電流のばらつきの下限を示すファン電流特性に対応して予め定められたファン回転数−電流特性を基準とし、前記電流検出手段により検出されたファン電流検出値及び前記ファン回転数−電流特性による基準電流値に基づいて第１補正値を算出する第１演算手段と、前記第１補正値及び前記火炎温度検出手段の出力に基づく第２補正値によりファン補正値を算出する第２演算手段と、前記ファン電流値、前記基準電流値、前記第１補正値、前記第２補正値、及び前記ファン補正値を記憶する記憶手段と、前記ファン補正値に基づいて前記ファンの風量を補正する補正手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、ファン制御手段によりファンモータのファン電流を制御するとき、まず、第１演算手段によって算出した第１補正値を記憶手段に記憶する。次いで、第２演算手段によって第１補正値及び火炎温度検出手段の出力に基づく第２補正値により算出したファン補正値を記憶手段に記憶する。その後、補正手段により、ファン補正値に基づくファンの風量補正が行われる。従って、ファン補正値は第１補正値及び火炎温度検出手段の出力に基づく第２補正値により算出するので、ファン回転数−電流特性が変動する場合に、ファン回転数−電流特性に個体差によるばらつきがあってもそのファンの特性に応じた正確な風量補正ができる。

本発明において、前記火炎温度検出手段は、前記ファンモータのファン電流を制御するか否かの上限出力値と下限出力値を有し、前記ファン制御手段は、前記第２補正値により前記ファンの風量を増加する補正を所定の回数繰り返しても前記火炎温度検出手段の出力が前記上限出力値を超える場合に前記ファンを停める燃焼停止することが好ましい。

この好ましい形態によれば、ファンの故障等によりファン電流の制御ができない状態になった場合に燃焼装置を安全に停止することができる。

また、本発明において、前記ファン制御手段は、燃焼停止した後においても前記ファン補正値を記憶し、次回の燃焼においては、前記ファン補正値に基づいて前記ファンの風量を補正することが好ましい。

この好ましい形態によれば、次回の燃焼においては、点火及び点火初期からの燃焼を良好にすることができる。

また、本発明において、前記ファン制御手段は、燃焼開始後であり所定の熱量以上の領域で前記火炎温度検出手段の出力に基づく前記第２補正値により前記ファン補正値を算出することが好ましい。

この好ましい形態によれば、火炎温度検出手段の出力の精度が高い領域を使用することで精度の高い補正をすることができる。

また、本発明において、前記ファン制御手段は、前記火炎温度検出手段が存在しない領域の燃焼においても前記ファン補正値に基づいて前記ファンの風量を補正することが好ましい。

この好ましい形態によれば、火炎温度検出手段が存在しない領域の燃焼も良好に保つことができる。

本発明に係る燃焼装置を適用した給湯器の概略構成を示す説明図である。 実施形態の給湯器におけるファン回転数−電流特性の基準ラインを示す図である。 実施形態の給湯器におけるファン制御手段の作動を示すフローチャートである。 実施形態の給湯器におけるファン制御手段が火炎サーミスタの出力によりファン電流を制御する火炎サーミスタの出力を示す図である。 実施形態の給湯器におけるファン制御手段が火炎サーミスタの出力によりファン電流を制御する状態を示す図である。 実施形態の給湯器におけるファン制御手段の補正に用いられるサーミスタの補正係数を示す図である。

図１に示す燃焼装置は給湯器１であり、ガスバーナ２と、ガスバーナ２を含む通気系３と、通気系３に設けられガスバーナ２に燃焼用空気を強制的に供給するファン４と、通水路５と、リモコン６の給湯温度の設定等に基づいて給湯運転を制御する制御ユニット７とを備えている。

ガスバーナ２はガス通路８を介して供給されるガスに、点火電極９を介してイグナイタ１０により点火されることで燃焼し、その燃焼炎の状態はフレームロッド１１により検知される。また、ガスバーナ２の上方で所定の熱量以上の領域に燃焼炎の温度を測定する火炎サーミスタ（火炎温度検出手段）８ａが設けられている。火炎サーミスタ８ａはガスバーナ２の燃焼温度に応じた信号を出力する。ガス通路８には上流から下流に向かって順に、元電磁弁１２と、ガバナ比例電磁弁１３とが設けられている。ガバナ比例電磁弁１３は、制御ユニット７により通電制御されて通電量に応じた開度を呈し、ガス通路８を流れるガス量を連続的に調節する。

ガスバーナ２を収納する燃焼室１４の下部には、ガスバーナ２に燃焼用空気を送る吸気口１５が設けられ、燃焼室１４の上部には、ガスバーナ２からの燃焼排気を排出する排気口１６が設けられている。そして、吸気口１５から排気口１６までの空気経路により通気系３が構成されている。

また、ファン４はファンモータ１７を備えており、制御ユニット７に備える回転数検出手段１８及び電流検出手段１９によりファン４の回転数及び電流値が検出される。

通水路５は上流で上水道（図示省略）に接続された給水路２０と、上流で給水路２０に連続する熱交換通水路５ａと、上流で熱交換通水路５ａに連続し下流で蛇口２１に接続された給湯路２２と、給水路２０から分岐して給湯路２２に合流するバイパス路２３とより構成されている。給水路２０とバイパス路２３との分岐位置上流には電動水量制御装置２４が設けられている。電動水量制御装置２４は、制御ユニット７により通電制御され、熱交換通水路５ａの流水量とバイパス路２３の流水量とを制御する。

給水路２０には上流から下流に向かって順に流水量センサ２５と、給水サーミスタ２６とが設けられている。流水量センサ２５は流水量に応じた信号を出力し、給水サーミスタ２６は給水温度に応じた信号を出力する。熱交換通水路５ａでは、燃焼室１４内においてガスバーナ２の上方に設けられた熱交換器２７のフィン２８を介してガスバーナ２の燃焼排気により水が加熱されて温水となる。熱交換通水路５ａにおいて熱交換器２７の下流には出湯温に応じた信号を出力する出湯温サーミスタ２９が設けられている。給湯路２２にはバイパス路２３との合流位置より下流に給湯温に応じた信号を出力する給湯温サーミスタ３０が設けられている。

制御ユニット７は、ガスバーナ２の燃焼量を制御する燃焼制御手段３１と、ファン４によりガスバーナ２に燃焼用空気を供給する風量を制御するファン制御手段３２とを備えている。

燃焼制御手段３１は、リモコン６において設定される給湯温度に基づいてガスバーナ２の目標燃焼量を設定し、当該目標燃焼量に一致するようにガスバーナ２の燃焼量を制御する。

ファン制御手段３２は、目標燃焼量に応じてファン４の目標回転数を設定し、回転数検出手段１８により検出されるファン４の回転数が目標回転数に一致するようにファンモータ１７のファン電流を制御する。更に詳しく説明すれば、ファン制御手段３２は、演算処理部３３（第１演算手段、第２演算手段）と、記憶部３４（記憶手段）と、補正部３５（補正手段）とを備えている。演算処理部３３は、後述するが、第１補正係数（第１補正値）、及びファン補正係数（ファン補正値）を算出する機能を有している。

記憶部３４は、ファン電流検出値、第１補正係数、第２補正係数（第２補正値）、及びファン補正係数を記憶する。更に、記憶部３４には、図２に示すように、予めファン回転数−電流特性の基準ラインＬ（実線）が記憶されている。基準ラインＬは、ファンのばらつきの下限を示すファン回転数−電流特性に対応して予め定められる。本実施形態においては、ファンのばらつきの下限を示すファン回転数−電流特性ラインＬｓ（一点鎖線）の下側近傍に沿って基準ラインＬが設定されており、これにより、基準ラインＬはファン電流以外のばらつき（例えば、通気系３等のばらつき）による誤差を排除している。尚、通気系３等に十分な精度が得られれば、その誤差による影響が極めて小さくなるので、基準ラインＬは、ファンのばらつきの下限を示すファン回転数−電流特性ラインＬｓと一致させることもできる。補正部３５は、記憶部３４に記憶されているファン補正係数に基づいてファン４の目標回転数を補正する。

次に、前記構成の燃焼装置の機能について説明する。まず、蛇口２１が開かれることで通水路５に水が流れ、流水量センサ２５により測定される流水量が所定量以上になったとき、ガスバーナ２が燃焼を開始する。このとき、リモコン６において設定された給湯温度の温水を供給するため、ガスバーナ２の目標燃焼量が燃焼制御手段３１により設定される。また、ファン制御手段３２がガスバーナ２の目標燃焼量に応じてファン４の目標回転数を設定した上で、ファン回転数を目標回転数に一致するように制御する。更に、燃焼制御手段３１が、ファン制御手段３２により制御されるファン回転数に応じ、ガバナ比例電磁弁１３の通電量を制御することでガス通路８からガスバーナ２へのガス供給量を制御する。こうしてまずファン４により燃焼用空気が供給され、次いでイグナイタ１０により点火電極９が作動され、ガスバーナ２にガスが供給されてガスバーナ２が燃焼を開始する。そして、ガスバーナ２の燃焼排気により熱交換通水路５ａを流れる水が熱交換器２７を介して加熱されて温水となり、給湯路２２を介して外部に供給される。このとき、燃焼制御手段３１は給湯サーミスタ３０により測定される給湯温度が設定値に一致するようにガスバーナ２の目標燃焼量を適宜変更する。

次に、ファン制御手段３２の作動を図３のフローチャートに基づいて詳しく説明する。まず、ＳＴＥＰ１において点火信号がＯＮとされ、点火電極９を介してイグナイタ１０によりガスバーナ２に点火される。

次いで、ＳＴＥＰ２では、補正部３５によって記憶部３４に予め記憶されている第１補正係数Ｒｆｃ及び第２補正係数Ｒｔｈを用いてファン回転数が補正され、ガスバーナ２の燃焼運転が行われる。尚、このときの補正回転数は、設定回転数とファン補正係数（第１補正係数×第２補正係数）とから算出される。

そして、ＳＴＥＰ３では、火炎サーミスタ８ａで検出されたガスバーナ２の燃焼温度が、燃焼制御手段３１により設定された目標燃焼量の燃焼温度に対して高い状態が２０秒以上経過したか否かを判定する。具体的には、火炎サーミスタ８ａで検出されたガスバーナ２の燃焼温度が、図４に示す上限出力値（補正ＵＰ判定温度）を超えて２０秒以上経過したか否かを判定する。

その後、ＳＴＥＰ３での判定がＮＯである場合、ＳＴＥＰ４では、火炎サーミスタ８ａで検出されたガスバーナ２の燃焼温度が、燃焼制御手段３１により設定された目標燃焼量の燃焼温度に対して低い状態が１０秒以上経過したか否かを判定する。具体的には、火炎サーミスタ８ａで検出されたガスバーナ２の燃焼温度が、図４に示す下限出力値（補正ＤＯＷＮ判定温度）から下がって１０秒以上経過したか否かを判定する。

一方、ＳＴＥＰ３での判定がＹＥＳである場合、ＳＴＥＰ５では、図５に示す第２補正係数Ｒｔｈの程度である補正カウンタの値が５であるか否かを判定する。補正カウンタの値が５でない場合、ＳＴＥＰ６では、補正カウンタに１を加算する。一方、補正カウンタの値が５である場合、ＳＴＥＰ７では、給湯器１の燃焼運転を停止する。また、ＳＴＥＰ４での判定がＹＥＳである場合、ＳＴＥＰ８では、補正カウンタから１を減算する。尚、第２補正係数Ｒｔｈの初期設定値は補正カウンタが１である。

本実施形態では、ＳＴＥＰ５では、補正カウンタの値が５であるか否かを判定し、補正カウンタの値が５である場合、ＳＴＥＰ７で、給湯器１の燃焼運転を停止する。具体的には、図６に示すように、ファン制御手段３２は、火炎サーミスタ８ａの出力に基づく第２補正係数によりファン４の風量を増加する補正を所定の回数（図示の場合は２回）繰り返しても火炎サーミスタ８ａの出力が上限出力値を超える場合にファン４を停める燃焼停止する。

次いで、ＳＴＥＰ４での判定がＮＯである場合、ＳＴＥＰ９では、第１補正係数Ｒｆｃが更新されたか否かを判定する。

そして、ＳＴＥＰ９での判定がＮＯである場合、ＳＴＥＰ１０では、ファン補正係数をＲｆｃ×Ｒｔｈとしてガスバーナ２を燃焼運転する。

その後、ＳＴＥＰ１１において、演算処理部３３により更新ファン補正係数Ｒｆｃ×Ｒｔｈが算出され、補正部３５により更新ファン補正係数を用いてファン回転数が補正されてガスバーナ２の燃焼運転が行われる。尚、演算処理部３３は、電流検出手段１９により検出されたファン電流検出値と図２に示す基準電流値とによって第１ファン補正係数を算出する。そして、算出された第１ファン補正係数は記憶部３４に記憶される。

尚、ファン制御手段３２は、燃焼停止した後においてもファン補正係数を記憶部３４に記憶し、次回の燃焼においては、記憶部３４に記憶したファン補正係数に基づいてファン４の風量を補正する。

また、ファン制御手段３２は、ガスバーナ２の上方で所定の熱量以上の領域に燃焼炎の温度を測定する火炎サーミスタ８ａの出力に基づく第２補正係数によりファン補正係数を算出する。

また、ファン制御手段３２は、火炎サーミスタ８ａが存在しない領域の燃焼運転においても記憶部３４で記憶しているファン補正係数に基づいてファン４の風量を補正する。

次いで、ＳＴＥＰ１２では、ガスバーナ２の燃焼停止信号がＯＮ（燃焼運転の終了）か否かを判定する。ＳＴＥＰ１２での判定がＮＯである場合、ＳＴＥＰ３に戻る。一方、ＳＴＥＰ１２での判定がＹＥＳである場合、ＳＴＥＰ１３では、更新したファン補正係数を記憶する。そして、ファン制御手段３２によるファン電流の制御を終了する。

本実施形態によれば、ファン制御手段３２によりファンモータのファン電流を制御するとき、まず、演算処理部３３によって算出した第１ファン補正係数を記憶部３４に記憶する。次いで、演算処理部３３によって第１補正係数及び火炎サーミスタ８ａの出力に基づく第２補正係数により算出したファン補正係数を記憶部３４に記憶する。そして、補正部３５により、ファン補正係数に基づくファンの風量補正が行われる。従って、ファン補正係数は第１補正係数及び火炎温度検出手段の出力に基づく第２補正係数により算出ので、ファン回転数−電流特性が変動する場合に、ファン回転数−電流特性に個体差によるばらつきがあってもそのファンの特性に応じた正確な風量補正ができる。

また、火炎サーミスタ８ａは、ファンモータ１７のファン電流を制御するか否かの上限出力値と下限出力値を有し、ファン制御手段３２は、火炎サーミスタ８ａの出力に基づく第２ファン補正係数によりファン４の風量を増加する補正を所定の回数繰り返しても火炎サーミスタ８ａの出力が上限出力値を超える場合にファン４を停める燃焼停止するため、ファン４の故障等によりファン電流の制御ができない状態になった場合に給湯器１を安全に停止することができる。

また、ファン制御手段３２は、燃焼停止した後においてもファン補正係数を記憶し、次回の燃焼においては、ファン補正係数に基づいてファン４の風量を補正するため、次回の燃焼においては、点火及び点火初期からの燃焼を良好にすることができる。

また、ファン制御手段３２は、燃焼開始後であり所定の熱量以上の領域で火炎サーミスタ８ａの出力に基づく第２補正係数によりファン補正係数を算出するため、火炎サーミスタ８ａの出力の精度が高い領域を使用することで精度の高い補正をすることができる。

また、ファン制御手段３２は、火炎サーミスタ８ａが存在しない領域の燃焼においてもファン補正係数に基づいてファン４の風量を補正するため、火炎サーミスタ８ａが存在しない領域の燃焼も良好に保つことができる。

１…給湯器、２…ガスバーナ、３…通気系、４…ファン、５…通水路、５ａ…熱交換通水路、６…リモコン、７…制御ユニット、８…ガス通路、８ａ…火炎サーミスタ、９…点火電極、１０…イグナイタ、１１…フレームロッド、１２…元電磁弁、１３…ガバナ比例電磁弁、１４…燃焼室、１５…吸気口、１６…排気口、１７…ファンモータ、１８…回転数検出手段、１９…電流検出手段、２０…給水路、２１…蛇口、２２…給湯路、２３…バイパス路、２４…電動水量制御装置、２５…流水量センサ、２６…給水サーミスタ、２７…熱交換器、２８…フィン、２９…出湯温サーミスタ、３０…給湯温サーミスタ、３１…燃焼制御手段、３２…ファン制御手段、３３…演算処理部（第１演算手段、第２演算手段）、３４…記憶部（記憶手段）、３５…補正部（補正手段）、Ｌ，Ｌｓ…ファン回転数−電流特性ライン。

Claims (5)

1. ガスバーナと、
   前記ガスバーナに燃焼用空気を供給するファンと、
   前記ファンを回転駆動するファンモータと、
   前記ファンモータのファン電流値を検出する電流検出手段と、
   前記ファンの回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記ガスバーナの火炎温度を検出する火炎温度検出手段と、
   前記ファンの回転数が前記ガスバーナの燃焼量に応じた目標回転数に一致するように前記ファンモータのファン電流を制御するファン制御手段とを備え、
   前記ファン制御手段は、
   前記ファン電流のばらつきの下限を示すファン電流特性に対応して予め定められたファン回転数−電流特性を基準とし、
   前記電流検出手段により検出されたファン電流検出値及び前記ファン回転数−電流特性による基準電流値に基づいて第１補正値を算出する第１演算手段と、
   前記第１補正値及び前記火炎温度検出手段の出力に基づく第２補正値によりファン補正値を算出する第２演算手段と、
   前記ファン電流検出値、前記基準電流値、前記第１補正値、前記第２補正値、及び前記ファン補正値を記憶する記憶手段と、
   前記ファン補正値に基づいて前記ファンの風量を補正する補正手段とを有することを特徴とする燃焼装置。
2. 請求項１記載の燃焼装置において、
   前記火炎温度検出手段は、前記ファンモータのファン電流を制御するか否かの上限出力値と下限出力値を有し、
   前記ファン制御手段は、前記第２補正値により前記ファンの風量を増加する補正を所定の回数繰り返しても前記火炎温度検出手段の出力が前記上限出力値を超える場合に前記ファンを停める燃焼停止することを特徴とする燃焼装置。
3. 請求項１又は２記載の燃料装置において、
   前記ファン制御手段は、燃焼停止した後においても前記ファン補正値を記憶し、次回の燃焼においては、前記ファン補正値に基づいて前記ファンの風量を補正することを特徴とする燃焼装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の燃焼装置において、
   前記ファン制御手段は、燃焼開始後であり所定の熱量以上の領域で前記火炎温度検出手段の出力に基づく前記第２補正値により前記ファン補正値を算出することを特徴とする燃焼装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の燃焼装置において、
   前記ファン制御手段は、前記火炎温度検出手段が存在しない領域の燃焼においても前記ファン補正値に基づいて前記ファンの風量を補正することを特徴とする燃焼装置。
   

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