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技術 燃焼装置およびこれを備える給湯装置

出願人 株式会社ノーリツ
発明者 田中良彦奥田康成桑原宏和長谷川宏樹原人志神田宣儀
出願日 1998年8月25日 (22年2ヶ月経過) 出願番号 1998-238531
公開日 2000年3月14日 (20年8ヶ月経過) 公開番号 2000-074367
状態 拒絶査定
技術分野 燃焼システム
主要キーワード ミキシング構造 許容出力 最適混合 拡散羽根 定流量ポンプ 熱交換管路 燃焼制御処理 入水管路
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年3月14日)のものです。
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図面 (4)

課題

点火時の良好な着火性を確保しながら異臭発生を抑制できる燃焼装置の提供。

解決手段

空気と気化燃料とを混合した混合燃料燃焼させる燃焼装置Aであって、点火時において燃焼部30に供給する混合燃料の混合比が、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比を基準として、燃料リッチ側に設定されている。これにより、燃焼部30による点火時に良好な着火性を確保しながら異臭の発生を抑制できるようになる。

概要

背景

従来の燃焼装置として、例えば液体燃料気化式の燃焼装置があるが、この種の燃焼装置では、燃焼部に対し、灯油等の燃料を気化した気化燃料と、空気とを混合して供給し、該燃焼部で点火燃焼させるようになっている。

従来、点火時に、即座に要求燃焼能力に対応する混合燃料を供給するのでなく、着火定性を図るために、機器に設定される下限の燃焼能力に対応する混合燃料を供給し、点火後において要求燃焼能力に対応する混合燃料にまで徐々に増やすように制御している。

なお、前述した混合燃料の混合比は、燃焼継続時など安定した燃焼状態完全燃焼する最適値に設定される。この最適値は、実験にて決定される。ちなみに、混合燃料の混合比を燃料リーン側燃料供給量小側)にすると異臭が発生しやすい傾向となり、また、混合比を燃料リッチ側(燃料供給量大側)にするとが発生しやすい傾向となる。

概要

点火時の良好な着火性を確保しながら異臭発生を抑制できる燃焼装置の提供。

空気と気化燃料とを混合した混合燃料を燃焼させる燃焼装置Aであって、点火時において燃焼部30に供給する混合燃料の混合比が、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比を基準として、燃料リッチ側に設定されている。これにより、燃焼部30による点火時に良好な着火性を確保しながら異臭の発生を抑制できるようになる。

目的

このような事情に鑑み、本発明では、点火時の良好な着火性を確保しながら異臭発生を抑制できる燃焼装置ならびに給湯装置の提供を目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

空気と気化燃料とを混合した混合燃料燃焼させる燃焼装置であって、点火時において燃焼部に供給する混合燃料の混合比が、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比を基準として、燃料リッチ側に設定されている、ことを特徴とする燃焼装置。

請求項2

空気と気化燃料とを混合した混合燃料を燃焼する燃焼部と、燃焼部に空気を供給する空気供給手段と、前記燃焼部に気化燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃焼部での燃焼動作を制御する管理手段とを含み、前記管理手段が、点火時において燃焼部に供給する混合燃料の混合比を、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比を基準として、燃料リッチ側に設定するものである、ことを特徴とする燃焼装置。

請求項3

空気と気化燃料とを混合した混合燃料を燃焼する燃焼部と、燃焼部に空気を供給する空気供給手段と、前記燃焼部に気化燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃焼部での燃焼動作を制御する管理手段とを含み、前記管理手段が、燃焼要求を受けたとき、まず要求燃焼能力よりも小さい燃焼能力での初期燃焼処理を行い、徐々に要求燃焼能力へと立ち上げ燃焼制御を行うものであって、前記初期燃焼処理での点火時において燃焼部に供給する混合燃料の混合比を、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比を基準として、燃料リッチ側に設定するものである、ことを特徴とする燃焼装置。

請求項4

空気と気化燃料とを混合した混合燃料を燃焼する燃焼部と、燃焼部に空気を供給する空気供給手段と、前記燃焼部に気化燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃焼部での燃焼動作を制御する管理手段とを含み、前記管理手段が、燃焼要求を受けたとき、まず要求燃焼能力よりも小さい燃焼能力での初期燃焼処理を行い、徐々に要求燃焼能力へと立ち上げる燃焼制御を行うものであって、前記初期燃焼処理での点火時において燃焼部に供給する混合燃料の混合比を、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する混合比を基準として、燃料リッチ側に設定する他、点火後に、燃焼部に供給する混合燃料の混合比を、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比に合わせるよう補正するものである、ことを特徴とする燃焼装置。

請求項5

請求項1ないし4いずれかの燃焼装置と、一端側から他端側へ水が通過させられかつ途中部が前記燃焼装置の燃焼部に対して貫通される熱交換管路とを備える、ことを特徴とする給湯装置

技術分野

0001

本発明は、燃焼部に空気を供給して燃焼運転を行う燃焼装置ならびにこの燃焼装置を備える給湯装置に関する。

背景技術

0002

従来の燃焼装置として、例えば液体燃料気化式の燃焼装置があるが、この種の燃焼装置では、燃焼部に対し、灯油等の燃料を気化した気化燃料と、空気とを混合して供給し、該燃焼部で点火燃焼させるようになっている。

0003

従来、点火時に、即座に要求燃焼能力に対応する混合燃料を供給するのでなく、着火定性を図るために、機器に設定される下限の燃焼能力に対応する混合燃料を供給し、点火後において要求燃焼能力に対応する混合燃料にまで徐々に増やすように制御している。

0004

なお、前述した混合燃料の混合比は、燃焼継続時など安定した燃焼状態完全燃焼する最適値に設定される。この最適値は、実験にて決定される。ちなみに、混合燃料の混合比を燃料リーン側燃料供給量小側)にすると異臭が発生しやすい傾向となり、また、混合比を燃料リッチ側(燃料供給量大側)にするとが発生しやすい傾向となる。

発明が解決しようとする課題

0005

上記従来の燃焼装置では、例えば頻繁に点火を繰り返すような状況において、異臭が発生しやすくなることが分かった。例えば、上記燃焼装置を備える給湯装置の場合だと、短時間での給湯を繰り返し行うという使われ方をする状況が多々あり、そのようなときに燃焼部から異臭が発生するのである。このような異臭の発生は、ユーザーに対して不信感を抱かせることになりかねない。

0006

そもそも、点火直後は炎が揺らぎやすいなど燃焼状態が不安定になるために、不完全燃焼が発生しやすい。にもかかわらず、従来では、点火時についても、混合燃料の混合比を、燃焼継続時など安定した燃焼状態で完全燃焼する最適混合比と同じに設定しているから、上述したような異臭発生という不具合が起こっていたと言える。このことからすると、点火時において燃焼部に供給する混合燃料の混合比が、最適でないと言え、ここに改良の余地がある。

0007

このような事情に鑑み、本発明では、点火時の良好な着火性を確保しながら異臭発生を抑制できる燃焼装置ならびに給湯装置の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0008

請求項1の発明にかかる燃焼装置は、空気と気化燃料とを混合した混合燃料を燃焼させるもので、点火時において燃焼部に供給する混合燃料の混合比が、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比を基準として、燃料リッチ側に設定されている。

0009

請求項2の発明にかかる燃焼装置は、空気と気化燃料とを混合した混合燃料を燃焼する燃焼部と、燃焼部に空気を供給する空気供給手段と、前記燃焼部に気化燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃焼部での燃焼動作を制御する管理手段とを含み、前記管理手段が、点火時において燃焼部に供給する混合燃料の混合比を、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比を基準として、燃料リッチ側に設定するものである。

0010

請求項3の発明にかかる燃焼装置は、空気と気化燃料とを混合した混合燃料を燃焼する燃焼部と、燃焼部に空気を供給する空気供給手段と、前記燃焼部に気化燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃焼部での燃焼動作を制御する管理手段とを含み、前記管理手段が、燃焼要求を受けたとき、まず要求燃焼能力よりも小さい燃焼能力での初期燃焼処理を行い、徐々に要求燃焼能力へと立ち上げ燃焼制御を行うものであって、前記初期燃焼処理での点火時において燃焼部に供給する混合燃料の混合比を、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比を基準として、燃料リッチ側に設定するものである。

0011

請求項4の発明にかかる燃焼装置は、空気と気化燃料とを混合した混合燃料を燃焼する燃焼部と、燃焼部に空気を供給する空気供給手段と、前記燃焼部に気化燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃焼部での燃焼動作を制御する管理手段とを含み、前記管理手段が、燃焼要求を受けたとき、まず要求燃焼能力よりも小さい燃焼能力での初期燃焼処理を行い、徐々に要求燃焼能力へと立ち上げる燃焼制御を行うものであって、前記初期燃焼処理での点火時において燃焼部に供給する混合燃料の混合比を、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する混合比を基準として、燃料リッチ側に設定する他、点火後に、燃焼部に供給する混合燃料の混合比を、燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比に合わせるよう補正するものである。

0012

請求項5の発明にかかる給湯装置は、上記請求項1ないし4いずれかの燃焼装置と、一端側から他端側へ水が通過させられかつ途中部が前記燃焼装置の燃焼部に対して貫通される熱交換管路とを備える。

0013

以上、要するに、本発明では、燃焼部に供給する混合燃料の混合比を、点火時と燃焼継続時とで同じにせずに、点火時の混合比を燃焼継続時の最適混合比に対して燃料リッチ側に設定するようにしている。これにより、点火時における良好な着火性を確保しながら、異臭発生を抑制することが可能になる。

0014

また、請求項4の発明では、点火後に混合比を燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比に補正するようにしているから、初期燃焼処理から要求燃焼能力での燃焼制御処理移行する過渡期における異常燃焼を回避できるようになる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。

0016

図1ないし図3は本発明の一実施形態にかかり、図1は、給湯装置の全体を示す図、図2は、図1中の燃焼装置を示す図、図3は、動作説明に用いる制御フローを示す図である。

0017

図中、Aは燃焼装置の全体を示し、この燃焼装置Aは、熱交換缶体10と、気化器20と、燃焼部に相当するバーナ30と、燃料供給手段40と、空気供給手段に相当する送風機50と、ダンパ60とを備えている。この燃焼装置Aに対し、給湯回路70と、風呂追い炊き回路80と、管理手段に相当するコントローラ90とが付設されており、これによって給湯装置が構成されている。

0018

熱交換缶体10の下部には、気化器20とバーナ30とが配置されていて、この熱交換缶体10の上部には、給湯回路70および風呂追い炊き回路80の各熱交換管路72,82が貫通されている。

0019

気化器20は、燃料供給手段40から供給される灯油などの液体燃料を気化するものであり、拡散羽根21、気化ヒータ22、気化器温度センサ23、気化壁面24、混合室25、混合室ヒータ26、モータ27、給気温度センサ28、モータ回転数センサ29などを備えている。この気化器20では、供給されてきた液体燃料を拡散羽根21をモータ27で回転させることによってその周囲の気化壁面24に飛散させるとともに、気化ヒータ22および混合室ヒータ26での熱によって気化させるようになっている。なお、給気温度センサ28は、気化器20やバーナ30に送る空気の温度を検出するものである。

0020

バーナ30は、気化器20から供給される気化燃料と送風機50から供給される空気とを点火燃焼させるもので、点火器31と炎検出器32とから構成されている。

0021

燃料供給手段40は、不図示の液体燃料タンクからの液体燃料を気化器20に供給するものであり、汲み上げポンプ41、サブタンク42、定流量ポンプ43などを備えている。なお、定流量ポンプ43の詳細な構造は周知であるので図示を省略している。

0022

送風機50は、気化器20およびバーナ30に対して空気を供給するものであり、送風ファン51、駆動モータ52、回転数センサ53などを備えている。

0023

ダンパ60は、気化器20と送風機50とを連通する通風路の途中に設けられており、該通風路の開度を制御して前記燃焼部であるバーナ30への通風量を制御するものである。このダンパ60は、不図示のモータ等の駆動手段によって通風路を閉止する位置(図2実線参照)と、通風路を開放する位置(図2破線参照)との2状態に変位させられる。ここでのダンパ60は、閉止位置において通風路を完全に閉塞せずに所要通風を可能とする状態になり、開放位置において通風路を開放して最大の通風を可能とする状態になる。そして、このダンパ60の開閉位置を検知するためにダンパ60の閉止位置側に、リミットスイッチ62が設けられている。このリミットスイッチ62は、ダンパ60が閉止位置に位置するときには接点が閉じてオン状態となり、開放位置に位置するときには接点が開いてオフ状態となる。

0024

このような構成要素10〜60を有する燃焼装置Aでは、燃料供給手段40から供給される灯油等の液体燃料を気化器20で気化し、この気化燃料を送風機50から供給される空気と所要比率で混合してバーナ30に送って燃焼させるようになっている。

0025

この燃焼熱によって熱交換缶体10内の給湯回路70および風呂追い炊き回路80の各熱交換管路72,82を通る水が加熱される。なお、送風機50から供給されてダンパ60を通過した空気は、一次空気として気化器20側に送られる他、二次空気としてバーナ30に直接的に供給され、二次空気の一部は無効空気となって熱交換缶体10内を通過する。

0026

給湯回路70は、例えば水道水などを燃焼装置Aで加熱された湯と水道水の一部とを混合して給湯カラン(破線参照)などから出湯させるバイパスミキシング構造である。この給湯回路70は、入水管路71、熱交換管路72、出湯管路73、バイパス管路74、給湯管路75、入水流量センサ76、入水温度センサ77、出湯温度センサ78、給湯温度センサ79などを備えている。給湯管路75は途中で一般給湯管路75aと風呂落とし込み給湯管路75bとに分岐されている。

0027

風呂追い炊き回路80は、不図示の浴槽浴槽水を取り出して燃焼装置Aで所要温度に加熱して浴槽に戻すもので、給湯回路70から所要温度の湯を混合させることもできるような構造となっている。この風呂追い炊き回路80は、風呂戻り管路81、熱交換管路82、風呂往き管路83、バイパス管路84、循環ポンプ86などを備えている。

0028

コントローラ90は、少なくとも図3に示す給湯運転を実行する。この給湯運転では、例えば給湯カランが開放されるなどして入水量センサ76で最低動作水量MOQ以上を検出したときに、前記各センサから入力される要求給湯流量要求給湯温度入水温度のデータに基づき必要出力号数つまり必要燃焼熱量演算し、その必要出力号数に対応した燃焼制御を行う。この燃焼制御では、FFフィードフォワード)制御による燃焼熱量にFB(フィードバック)制御による燃焼熱量を加えることで実際の燃焼熱量が必要燃焼熱量(必要出力号数)に近付くように、ダンパ60の開閉動作と、送風機50による空気供給量(送風ファン51による回転数)と、定流量ポンプ43による燃料供給量とを制御する。この実施形態では、演算した必要出力号数つまり総燃焼熱量(FF燃焼号数+FB燃焼号数)を、予め決定した第1基準値と第2基準値(第1基準値+所要値)とに対してそれぞれ比較し、ダンパ60を開放位置と閉止位置とのどちらにするかを決定する。このように2つの基準値を用いる理由は、必要出力号数が第1基準値以上になっても第2基準値以上とならない場合はダンパ60を閉止位置に保持することでダンパ60の切り換えにおけるヒステリシスを実質的に大きくし、ダンパ60が頻繁に開閉するハンチング現象の発生を防止するためである。

0029

本発明の特徴は、給湯を開始するにあたって必要出力号数に対応した燃焼制御を行うまでの初期燃焼処理を工夫していることである。

0030

次に、上記給湯装置の動作を図3の制御フローに基づいて説明する。

0031

テップn1で不図示の運転スイッチがオンになると、ステップn2,n3で気化器20に予熱を付与する。ここでは、気化器温度センサ23による検出値が所要の設定温度になるまで気化ヒータ22を駆動する。この後、ステップn4で燃焼指令が入力されるのを待つ。この燃焼指令としては、給湯要求や追い炊き要求がある。

0032

ここで、燃焼指令が入力されると、ステップn5で要求燃焼能力つまり必要出力号数を演算して求めてから、下記するステップn6〜n12で点火などの初期燃焼に関する初期燃焼処理を実行し、さらにステップn13で要求燃焼能力へと徐々に立ち上げる燃焼制御処理を実行する。

0033

上述した初期燃焼処理では、ステップn6,n7で送風ファン51を駆動して許容出力号数(例えば4.8号〜26号)の下限出力号数(4.8号)に相当する回転数(例えば2200rpm)に維持しておいて、ステップn8で定流量ポンプ43を駆動して下限出力号数(4.8号)よりも大きい出力号数(例えば7.8号)に相当する量の燃料を気化器20に供給して、ステップn9で点火器31を点火する。要するに、上記ステップn6〜n8では、点火時の着火安定性を確保しながら異臭発生を抑制するために、点火時に燃焼部に供給する混合燃料の混合比を燃焼リッチ側、つまり、送風ファン51による空気供給量を4.8号相当として、定流量ポンプ43による燃料供給量を7.8号相当に設定している。ちなみに、空気供給量と燃料供給量とを共に同じ出力号数相当とすれば、燃焼継続時にほぼ完全燃焼させることができ、このような混合比のことを最適混合比と言う。

0034

この後は、ステップn10で実際に点火されるまで待つ。この点火の有無判定は、炎検出器32で燃焼炎を検出することで行われる。点火したことを検出すると、ステップn11で燃料供給量を7.8号相当から4.8号相当に下げるように定流量ポンプ43を駆動する。ここでは、燃料供給量と空気供給量とを共に4.8号相当にすることにより、最適混合比に補正しており、これによって、下記ステップn13による要求燃焼能力に対応する燃焼制御処理に移行する過渡期に異常燃焼させにくくくしている。

0035

この点火の後、ステップn12で点火した炎が安定するのに要する所要時間(例えば1秒間)が経過するのを待ち、その経過後にステップn13で上記ステップn5で演算した要求燃焼能力にまで立ち上げるよう制御する。この制御は、従来から行っている制御と同一であるので、その詳細な説明を省略する。

0036

ところで、上記初期燃焼処理時において燃焼部に供給する混合燃料の混合比を燃焼リッチ側とする場合の許容範囲について説明する。

0037

つまり、混合比を燃料リッチ側にするには、燃料供給量を4.8号相当よりも大きく設定すればよいのであるが、燃料供給量をあまり大きく設定すると、煤が発生しやすい傾向となるなど別の不具合が発生する。

0038

そこで、煤発生の臨界点を実験により調べた。結果は、燃料供給量が8号相当未満であれば煤が発生しにくいことが判った。このようなことから、点火時において異臭発生を抑制しながら煤発生も防止する燃料リッチ側の許容範囲として、燃料供給量が4.8号相当よりも大きくかつ8号相当よりも小さいという範囲を見いだした。なお、上記実施形態において燃料供給量を前記許容範囲の上限手前の7.8号相当に設定した理由は、燃焼装置Aの燃焼能力のばらつきを考慮しているのであり、この7.8号相当という数値はあくまでも一例に過ぎない。

0039

以上説明したように、本実施形態の給湯装置では、その燃焼装置Aの点火時において燃焼部に供給する混合燃料の混合比を燃焼継続時に最適となる関係とせずに、燃料リッチ側に設定する初期燃焼処理を実行するようにしているから、点火時に良好な着火性を確保しながら、異臭発生を抑制できるようになる。

0040

しかも、上記初期燃焼処理では、点火してから要求燃焼能力での燃焼制御処理へ移行する前に、混合燃料の混合比を燃焼継続時に最適となる関係に戻すよう補正しているから、補正しない場合に比べて要求燃焼能力での燃焼制御処理に移行する過渡期における異常燃焼を回避できるようになる。

0041

特に、上記実施形態では、点火時における送風ファン51の駆動回転数を下限出力号数である4.8号相当の2200rpmにしているから、静粛性を確保できるうえ、万一強風(例えば18m/s程度)を受けても燃焼炎が立ち消えする現象を回避できるというメリットが得られる。これにより、本実施形態の給湯装置では、屋内型であっても屋外型であっても問題なく使用できる。

0042

なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。

0043

(1) 上記実施形態では、初期燃焼処理での空気供給量を下限出力号数相当に設定しているが、その号数設定は、要求出力号数に応じて変えるようにしてもよい。これはつまり、仮に要求出力号数が上限出力号数例えば26号など大きくなる場合には、初期燃焼処理での空気供給量を下限出力号数相当よりも高く設定してもよいということである。その場合、前述の空気供給量に対して燃料供給量を燃料リッチ側に設定する必要がある。

発明の効果

0044

請求項1ないし4の発明にかかる燃焼装置では、点火時において燃焼部に対して供給する混合燃料の混合比を、燃焼継続時の最適混合比と同一にせずに燃料リッチ側に設定しているから、点火時の着火性を確保しながら燃焼性を良好にさせることができて、特に頻繁に点火を繰り返すようなときでも異臭発生を抑制できるようになるなど、ユーザーに対して不信感を与えずに済むようになる。

0045

特に、請求項4の発明にかかる燃焼装置では、初期燃焼処理で点火後に混合比を燃焼継続時にほぼ完全燃焼する最適混合比に補正するようにしているから、初期燃焼処理から要求燃焼能力での燃焼制御処理へ移行する過渡期における異常燃焼を回避できるようになる。ちなみに、初期燃焼処理でも点火後には炎が安定するので、前記補正をせずに点火時の燃料リッチの混合比のままにしていれば、煤が発生する異常燃焼になりやすいと予想されるが、請求項4の発明ではこのような懸念も回避できるのである。

0046

請求項5の発明にかかる給湯装置では、上記のような燃焼装置を有しているから、例えば給湯要求が短時間のうちに頻繁に繰り返されても異臭発生を防止できて安定した給湯が可能になるなど、ユーザーに対して不信感を与えずに済むようになる。

図面の簡単な説明

0047

図1本発明の給湯装置の一実施形態を示す構成図
図2図1中の燃焼装置を示す構成図
図3図1の給湯装置の動作説明に用いる制御フローを示す図

--

0048

A燃焼装置
20気化器
30バーナ
32炎検出器
40燃料供給手段
43 燃料供給手段の定流量ポンプ
50送風機
90 コントローラ

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