JP4354374B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、バーナを含む通気系に設けられて該バーナに燃焼用空気を供給するファンの回転数が該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。

この種の燃焼装置において、バーナの燃焼用空気を供給するファンは、その回転数がバーナを良好に燃焼させる目標回転数に一致するようにファンモータの電流が制御される。しかし、ファンが設けられた通気系に閉塞が生じた場合、ファンの回転数が目標回転数に一致するようにファン電流が制御されてもバーナに供給される燃焼用空気が不足し、バーナの燃焼が不良となる。そのため、通気系の閉塞度の増大を表すファン回転数−ファン電流特性の変動に基づき、通気系の閉塞に伴い減少したバーナへの燃焼用空気を補償すべくファンの目標回転数が増大補正される。具体的には、通気系の閉塞度が増大するとファンの負荷が減少し、ファン回転数が一定に維持されているがファン電流が低減するという性質を利用し、ファン電流の低減に応じてファンの目標回転数が増大補正される。

ところが、ファンには個体差があるため、通気系に閉塞がない状態であるときにファン回転数が同一であってもファンモータのファン電流が相違するといった、ファン回転数−ファン電流特性を表すラインにばらつきが生じる。そして、ファン電流を補正するための補正値にもファンの個体差が影響し、補正値に基づいて目標回転数に制御しても、それによって得られる燃焼用空気が通気系の閉塞度に応じたものにならず、バーナの燃焼が不良となるおそれが高くなる。

そこで、従来、ファンの個体差に対応してファン電流に対する複数の補正データを予め記憶させておき、その記憶されている補正データのなかから、使用されているファンの特性に対応する補正データを選択して採用す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）。しかし、補正データの選択作業は作業者の手作業によるため、作業が煩わしいだけでなく人為的選択ミスが生じるおそれがある。更に、ファン電流の補正精度を向上させるためにはより多くの補正データをメモリ等の記憶手段に記憶させておかなければならず大きな記憶容量を確保するためにコストが増加する不都合がある。

また、それ以外には、ファン電流を一定時間毎に検出してその一定時間における特定の値又は最大値を基準電流値とし、検出された電流値と基準電流値とを比較して電流値が一定の割合を越えて減少したときファンの回転数を増加させるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、これによると、使用する中で基準電流値が特定の値とされるので、例えば、経年劣化（埃詰まり）によって通気系が徐々に狭くなり、風量が徐々に低下していく状況では基準電流値も低下してしまい、所望の風量が正確に得られない不都合がある。
特開２００３−２０７１２７号公報 特開平６−３００２４６号公報

かかる不都合を解消して、本発明は、作業者による調整作業を軽減してファンモータの個体差に応じた精度の高い風量補正を行う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、バーナを含む通気系に設けられ該バーナに燃焼用空気を強制的に供給するファンと、該ファンを回転駆動するファンモータと、該ファンモータの電流を検出する電流測定手段と、前記ファンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記ファンの回転数が該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た燃焼装置において、前記ファン制御手段は、ファンの個体差によるファン電流のばらつきの下限を示すファン回転数−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−ファン電流特性を基準とし、ファンの作動時に前記回転数検出手段が検出したファンの回転数に対応して前記電流測定手段により検出された検出電流値とその回転数における基準となるファン回転数−ファン電流特性に基づく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、該ファン電流修正値が算出された後のファンの作動時に前記回転数検出手段が検出したファンの回転数に対応して前記電流測定手段によって検出された検出電流値と該第１演算手段によって算出された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、該ファン電流認識値の算出に用いた検出電流値が検出された際のファンの回転数における基準となるファン回転数−ファン電流特性に基づく基準電流値を該第２演算手段によって算出されたファン電流認識値で除してファン補正値を算出する第３演算手段と、前記基準電流値、前記ファン電流修正値、前記ファン電流認識値、及び前記ファン補正値をそれぞれ記憶する記憶手段と、該記憶手段の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ることを特徴とする。

本発明によれば、前記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、先ず、第１演算手段によって算出した前記ファン電流修正値を前記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前記ファン電流認識値を前記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前記ファン補正値を前記記憶手段に記憶する。そして、前記補正手段により、前記ファン補正値に基づくファンの風量補正が行われる。このように、各演算手段によって算出された値に基づいてファンの風量が補正されるので、ファンの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自動的に行なわれ、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。更に、前記ファン電流修正値及び前記ファン補正値を算出する際に用いられる前記基準電流値が、ファンのばらつきの下限を示すファン回転数−ファン電流特性に対応して定められたものであるので、ファンが下限品（ファン回転数−ファン電流特性のばらつきの下限となる製品）のときには僅かな風量の低下であっても、確実に風量の補正を行うことができる。また、ファンが上限品（ファン回転数−ファン電流特性のばらつきの下限となる製品）のときであっても、前記ファン電流修正値により当該ファンが下限品と認識され、僅かな風量の低下であっても、確実に風量の補正を行うことができる。

本発明において更に具体的には、前記ファン制御手段は、ファンの個体差によるファン電流のばらつきの下限を示すファン回転数−ファン電流特性を基準とすることが挙げられる。これにより、わずかな風量の変化を検出してファンの風量を確実に補正することができる。

また、それ以外に、前記ファン制御手段は、ファンの個体差によるファン電流のばらつきの下限を示すファン回転数−ファン電流特性より下側における所定の誤差に基づいて定められたファン回転数−ファン電流特性を基準とすることが挙げられる。これによれば、例えばファン以外の通気系に伴う誤差を排除することができ、一層精度の高い風量の補正を行うことができる。

また、本発明において、前記ファン制御手段は、前記基準電流値に対する前記ファン電流認識値の大小を判定し、前記ファン電流認識値が前記基準電流値より大であることが判定されたとき、第１演算手段を介してファン電流修正値を求めると共に前記記憶手段のファン電流修正値を更新することを特徴とする。

ファン電流認識値が前記基準電流値より大であるときには、何らかの原因により極めて不正確なファン電流修正値となっていることが考えられる。そこで、新たにファン電流修正値を求めて前記記憶手段のファン電流修正値を更新することで不正確なファン電流修正値を訂正することができ、風量補正の精度を保つことができる。

更に、前記ファン制御手段は、前記ファン電流認識値が前記基準電流値より大であることを判定したとき、前記ファン電流認識値が所定の上限値を越えない場合に、前記記憶手段のファン電流修正値を更新することが好ましい。例えば、給湯器等に本発明の燃焼装置を採用したとき、給湯器等の点検作業中に給湯器のハウジングの前板が取り外された状態で運転が行われたときには通気系が開放されてファン電流認識値が極度に大きくなることがある。そこで、点検作業等における通気系の開放に伴うファン電流認識値の上限値を設定し、この上限値を越えない場合に、前記記憶手段のファン電流修正値を更新することによって、点検作業等の影響を排除することができる。

また、本発明において前記ファン制御手段は、所定時間燃焼運転後に、前記記憶手段の前記ファン電流修正値、前記ファン電流認識値、及び前記ファン補正値を算出することが好ましい。これにより、ファンモータの電流が安定した後に当該電流を検出することができ、前記ファン電流修正値、前記ファン電流認識値、及び前記ファン補正値を正確に算出して風量補正の精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の燃焼装置の概略構成を示す説明図、図２は本実施形態の燃焼装置の機能を説明する線図、図３は本実施形態の燃焼装置におけるファン制御手段の作動を示すフローチャート、図４は本実施形態の燃焼装置におけるファン制御手段の作動の他の例を示すフローチャートである。

図１に示す燃焼装置１は給湯器であり、バーナ２と、バーナ２を含む通気系３と、通気系３に設けられバーナ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。

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。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。

バーナ２を収納する燃焼室１４の下部には、バーナ２へ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、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及び電流測定手段１９によりファン４の回転数及び電流が測定される。

通水路５は上流で上水道（図示略）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水量センサ２５と、給水サーミスタ２６とが設けられている。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、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によるバーナ２への燃焼用空気の供給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により測定されるファン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、第３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、ファン電流修正定数（ファン電流修正値）、ファン電流認識値、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、ファン電流修正定数、ファン電流認識値、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−ファン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−ファン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−ファン電流特性ライン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。なお、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−ファン電流特性ライン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電流修正定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、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、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。さらに、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からバーナ２へのガス供給量を制御する。こうして先ずファン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、バーナ２にガスが供給されてバーナ２が燃焼を開始する。そして、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バーナ２の目標燃焼量を適宜変更する。

ここで、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。図３に示すように、先ず、ＳＴＥＰ１によりファン電流修正定数がクリアされているとき、ＳＴＥＰ２のようにファン電流修正定数が０とされる。ファン電流修正定数のクリアは、図示しないクリアスイッチを作業者が操作することにより行われ、ファンモータ１７の修理や交換、又は、熱交換器２７の掃除等が行われた際にファン電流修正定数がクリアされる。次いで、ＳＴＥＰ３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によりバーナ２に点火される。一方、ＳＴＥＰ１によりファン電流修正定数がクリアされていない場合には、ＳＴＥＰ４で記憶部３４に記憶されてるファン電流修正定数が採用される。

続いて、ＳＴＥＰ５では、補正部３５によって記憶部３４に予め記憶されてるファン補正係数を用いてファン回転数が補正され、バーナ２の燃焼運転が行われる。なお、このときの補正回転数は、設定回転数とファン補正係数とから算出（設定回転数×ファン補正係数）する。そして、ＳＴＥＰ５によるバーナ２の燃焼運転はＳＴＥＰ６により１０分間継続され、１０分経過するとＳＴＥＰ７に進む。このように、バーナ２の燃焼開始後所定時間（本実施形態では１０分）を経ることで、ファンモータ１７の熱が上昇しファン電流が比較的安定する。

ＳＴＥＰ７においては、前記演算処理部３３により新たにファン補正係数（更新ファン補正係数）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バーナ２の燃焼運転が行われる。なお、演算処理部３３は、先ず、前記電流測定手段１９により測定されたファン電流実測値とファン電流修正電流との差からファン電流認識値を算出（ファン電流実測値−ファン電流修正電流）し、次いで、図２に示す基準電流値とファン電流認識値とによって更新ファン補正係数を算出（基準電流値／ファン電流認識値）する。そして、ここで算出されたファン電流認識値は前記記憶部３４に記憶される。ＳＴＥＰ７においては、ＳＴＥＰ６によりバーナ２の燃焼開始から１０分間経過した後に更新ファン補正係数の算出を行うのでファンモータ１７の電流が比較的安定し、更新ファン補正係数を高精度に算出される。更に、更新ファン補正係数の算出に採用される基準電流値が、図２に示すように、ファン４のばらつきの下限を示すファン回転数−ファン電流特性ラインＬｓ（一点鎖線）の下側近傍に沿った基準ラインＬ（実線）によって設定されているので、使用されているファン４の電流が下限品のときには通気系３に埃が付着して僅かに風量が低下しても確実に風量の補正を行うことができ、使用されているファン４の電流が上限品のときであってもファン電流認識値により下限品として認識されて僅かな風量の低下であっても確実に風量の補正を行うことができる。

続いて、ＳＴＥＰ８においてバーナ２の燃焼停止信号がＯＮ（燃焼運転の終了時）となったときＳＴＥＰ９へ進む。ＳＴＥＰ９においては、前記記憶部３４のファン電流認識値が所定の上限値より小であるときＳＴＥＰ１０へ進み、ファン電流認識値が所定の上限値より大であるときＳＴＥＰ１１へ進む。ファン電流認識値が所定の上限値より大であるときは、例えば、図示しないが、点検作業中に給湯器のハウジングの前板が取り外された状態で運転が行われていることが考えられる。そこで、ＳＴＥＰ１１に進んで記憶部３４においては前回のファン補正係数を記憶し、更にＳＴＥＰ１４に進んで燃焼が停止する。

ＳＴＥＰ１０においては、前記記憶部３４のファン電流認識値が基準電流値より大であるときＳＴＥＰ１２へ進み、ファン電流認識値が基準電流値より小であるときＳＴＥＰ１３へ進む。即ち、ＳＴＥＰ１０においてファン電流認識値が基準電流値より小であるときは何らかの原因により極めて不正確なファン電流認識値が算出されたことが考えられる。そこで、ＳＴＥＰ１３に進んで記憶部３４のファン電流修正定数は更新せず、同時に、ＳＴＥＰ７において算出された更新ファン補正係数により記憶部３４のファン補正係数を更新する。ＳＴＥＰ１０において前記記憶部３４のファン電流認識値が基準電流値より大であるときには、例えば、ファン電流修正定数が異常な数値である場合が考えられる。このため、ＳＴＥＰ１２において演算処理部３３がファン電流実測値と基準電流値とから新たなファン電流修正定数を算出（ファン電流実測値−基準電流値）して記憶部３４のファン電流修正定数を更新し、ファン補正係数をリセットする（ファン補正係数＝１とする）。これにより、ファン電流修正定数を正常な数値とされて補正の精度が保たれる。そして、ＳＴＥＰ１２又はＳＴＥＰ１３を経た後にＳＴＥＰ１４によりバーナ２の燃焼が停止される。

次に、ファン制御手段３２の作動について図４のフローチャートに基づいて他の例を説明する。図４においてＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６は、図３におけるＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６と同様であるのでその説明を省略する。図４において、ＳＴＥＰ６を経て、ＳＴＥＰ７においてバーナ２の燃焼停止信号がＯＮ（燃焼運転の終了時）となったとき、ＳＴＥＰ８へ進んでバーナ２の燃焼が停止される。次いで、ＳＴＥＰ９にてアフターパージが開始される。

このアフターパージ中に、先ず、ＳＴＥＰ１０へ進み、前記記憶部３４のファン電流認識値が所定の上限値より小であるときＳＴＥＰ１１へ進み、ファン電流認識値が所定の上限値より大であるときＳＴＥＰ１２へ進む。ＳＴＥＰ１２においては前回のファン補正係数を記憶し、ＳＴＥＰ１４に進んでアフターパージが完了する。

ＳＴＥＰ１１においては、前記記憶部３４のファン電流認識値が基準電流値より大であるときＳＴＥＰ１３へ進み、ファン電流認識値が基準電流値より小であるときＳＴＥＰ１４へ進む。ＳＴＥＰ１４においては、前記演算処理部３３によりファン電流認識値と新たにファン補正係数（更新ファン補正係数）とが算出され、この更新ファン補正係数が記憶部３４に記憶される。アフターパージ中にファン補正係数を算出することによって、燃焼中のようにファン回転数が過剰に低い場合に比べて誤差の影響が少なく、ファン補正係数を正確に算出することが可能となる。また、ＳＴＥＰ１３においては、演算処理部３３がファン電流実測値と基準電流値とから新たなファン電流修正定数を算出（ファン電流実測値−基準電流値）して記憶部３４のファン電流修正定数を更新し、ファン補正係数をリセットする（ファン補正係数＝１とする）。そして、ＳＴＥＰ１３又はＳＴＥＰ１４を経た後にＳＴＥＰ１５によりアフターパージが完了する。

本発明の実施形態の燃焼装置の概略構成を示す説明図。 本実施形態の燃焼装置の機能を説明する線図。 本実施形態の燃焼装置におけるファン制御手段の作動を示すフローチャート。 本実施形態の燃焼装置におけるファン制御手段の作動の他の例を示すフローチャート。

符号の説明

１…燃焼装置、２…バーナ、３…通気系、４…ファン、１７…ファンモータ、１８…回転数検出手段、１９…電流測定手段、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、第３演算手段）、３４…記憶部（記憶手段）、３５…補正部（補正手段）。

Claims (6)

1. バーナを含む通気系に設けられ該バーナに燃焼用空気を強制的に供給するファンと、該ファンを回転駆動するファンモータと、該ファンモータの電流を検出する電流測定手段と、前記ファンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記ファンの回転数が該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た燃焼装置において、
   前記ファン制御手段は、ファンの個体差によるファン電流のばらつきの下限を示すファン回転数−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−ファン電流特性を基準とし、ファンの作動時に前記回転数検出手段が検出したファンの回転数に対応して前記電流測定手段により検出された検出電流値とその回転数における基準となるファン回転数−ファン電流特性に基づく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、該ファン電流修正値が算出された後のファンの作動時に前記回転数検出手段が検出したファンの回転数に対応して前記電流測定手段によって検出された検出電流値と該第１演算手段によって算出された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、該ファン電流認識値の算出に用いた検出電流値が検出された際のファンの回転数における基準となるファン回転数−ファン電流特性に基づく基準電流値を該第２演算手段によって算出されたファン電流認識値で除してファン補正値を算出する第３演算手段と、前記基準電流値、前記ファン電流修正値、前記ファン電流認識値、及び前記ファン補正値をそれぞれ記憶する記憶手段と、該記憶手段の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ることを特徴とする燃焼装置。
2. 前記ファン制御手段は、ファンの個体差によるファン電流のばらつきの下限を示すファン回転数−ファン電流特性を基準とすることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 前記ファン制御手段は、ファンの個体差によるファン電流のばらつきの下限を示すファン回転数−ファン電流特性より下側における所定の誤差に基づいて定められたファン回転数−ファン電流特性を基準とすることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
4. 前記ファン制御手段は、前記基準電流値に対する前記ファン電流認識値の大小を判定し、前記ファン電流認識値が前記基準電流値より大であることが判定されたとき、第１演算手段を介してファン電流修正値を求めると共に前記記憶手段のファン電流修正値を更新す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。
5. 前記ファン制御手段は、前記ファン電流認識値が前記基準電流値より大であることを判定したとき、前記ファン電流認識値が所定の上限値を越えない場合に、前記記憶手段のファン電流修正値を更新することを特徴とする請求項４記載の燃焼装置。
6. 前記ファン制御手段は、所定時間燃焼運転後に、前記記憶手段の前記ファン電流修正値、前記ファン電流認識値、及び前記ファン補正値を算出することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の燃焼装置。

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