(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴霧する噴霧手段と、燃料が流通する燃料回路とを有し、当該燃料回路の中途に燃料を前記噴霧手段に送る燃料ポンプを設けた燃焼装置において、前記燃料回路の中途には、周期的に開閉可能な間欠開閉弁が設けられており、当該間欠開閉弁はデューティー比制御により開閉され、燃焼量が少ない場合において間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期は、燃焼量が多い場合における前記デューティー比制御の周期よりも大きいことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
燃料を噴霧する噴霧手段と、燃料が流通する燃料回路とを有し、当該燃料回路の中途に燃料を前記噴霧手段に送る燃料ポンプを設けた燃焼装置において、前記燃料回路の中途で前記噴霧手段より上流側には、周期的に開閉可能な間欠開閉弁が設けられており、当該間欠開閉弁は、デューティー比制御により開閉され、燃焼量が少ない場合において間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期は、燃焼量が多い場合における前記デューティー比制御の周期よりも大きいことを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段に燃料を供給する燃料往路とを有し、当該燃料往路の中途に燃料を前記噴霧手段に送る燃料ポンプを設けた燃焼装置において、前記噴霧手段は、燃料を噴霧する噴霧開口を有し、内部に噴霧開口に至る往き側流路と、噴霧開口から戻る戻り側流路とを有する戻り型ノズルであり、前記噴霧手段には、前記燃料往路から前記噴霧手段に供給された燃料の一部を、前記戻り側流路を経て前記燃料往路に設けられた燃料ポンプよりも上流側に戻す燃料復路が接続されており、当該燃料復路の中途には、周期的に開閉可能な間欠開閉弁が設けられており、当該間欠開閉弁は、デューティー比制御により開閉され、燃焼量が少ない場合において間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期は、燃焼量が多い場合における前記デューティー比制御の周期よりも大きいことを特徴とする燃焼装置。
【請求項４】
間欠開閉弁を断続的あるいは周期的に開閉する弁制御手段を具備し、当該弁制御手段は、前記間欠開閉弁を開閉するタイミングを制御することにより単位時間当たりの燃料の流量を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項５】
弁制御手段は、燃焼量に応じて複数の弁開閉時間テーブルを有し、間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期は、前記弁開閉時間テーブルによって異なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項６】
弁制御手段は、燃料ポンプを駆動する交流電源のゼロクロス信号のタイミングに基づいて弁体を開閉させることを特徴とする請求項４又は５に記載の燃焼装置。
【請求項７】
弁制御手段は、燃料ポンプを駆動する交流電源のゼロクロス信号を検知すると、弁体を開状態とすることを特徴とする請求項４又は５に記載の燃焼装置。
【請求項８】
燃焼部と、水を加熱する熱交換部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを熱交換部に送り、熱交換部で水を加熱する湯水加熱装置において、燃焼部には請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置を具備していることを特徴とする湯水加熱装置。
【請求項９】
燃焼ケースを有し、当該燃焼ケースに燃焼装置が取り付けられ、さらに燃焼ケースに水管が挿通されて熱交換部が構成されていることを特徴とする請求項８に記載の湯水加熱装置。
【請求項１０】
水が溜められる貯湯部と、貯湯部を貫通する燃焼ガス通路部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを燃焼ガス通路部に導入して貯湯部内の水を加熱することを特徴とする請求項８に記載の湯水加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼装置および当該燃焼装置を備えた湯水加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、給湯装置等に代表される湯水加熱装置には、石油等の液体燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置が多用されている。図１３は、燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置を内蔵した給湯装置の断面図である。図１３において、１００は給湯装置であり、１０１は燃焼装置である。図１３に示す燃焼装置１０１は、燃焼ケース１０２を有し、燃焼ケース１０２の下方に、熱交換器１０３が設けられている。熱交換器１０３は、燃焼ケース１０２内に水管が挿通されたものである。
【０００３】
燃焼装置１０１は、燃料噴射ノズル１０５とノズル収納筒１０６と燃焼筒１０７と送風機１０８とを具備している。燃料噴射ノズル１０５は、ノズル収納筒１０６内に収納され、外部から供給された燃料を燃焼筒１０７内に噴霧するものである。
【０００４】
図１４は、燃焼装置１０１における燃料系統を示す概念図である。燃料噴射ノズル１０５は、燃料を噴霧する噴霧開口を有し、内部に噴霧開口に至る往き側流路と、噴霧開口から戻る戻り側流路が設けられている。燃料噴射ノズル１０５の入り側には、第１ポンプ１１０及び第２ポンプ１１１が直列的に接続されており、電磁弁１１２を介して燃料タンク１１３に接続されている。ここで第１ポンプ１１０は吐出量を任意に変更できる電磁ポンプであり、第２ポンプ１１１は定差圧ポンプである。一方、燃料噴射ノズル１０５の戻り側には、逆止弁１１５及び比例弁１１６が直列的に接続されており、往き側流路の第１ポンプ１１０よりも上流側に接続されている。
【０００５】
図１５は、従来の燃焼装置１０１に採用されている比例弁１１６の模式図である。比例弁１１６は、ケーシング１２０内に燃料流路１２１が形成されている。ケーシング１２０には、戻り側流路中を流れる燃料の圧力を緩衝すべく、アキュームレータ１２４が取り付けられ一体化されている。燃料流路１２１の端部には逆止弁１１５が接続される燃料流入口１２２と、燃料が流出する燃料流出口１２３とが形成されており、燃料流路１２１の中途には、弁座１２５が設けられている。弁座１２５には、接離自在なように球状の弁体１２６が配設されている。弁体１２６に当接する位置には、プランジャ１２７が配置されている。プランジャ１２７の周囲には、コイル１２８が設けられている。コイル１２８に通電すると、プランジャ１２７は、ケーシング１２０の軸線上を進退し、弁体１２６を押し動かす。
【０００６】
弁体１２６がプランジャ１２７に押し動かされると、燃料流路１２１の流路面積が変化し、燃料流入口１２２から燃料流出口１２３へと流れ出る燃料の流量が変化する。よって、比例弁１１６は、図示しない電力調整手段によりコイル１２８に流す電力を変化させることで戻り側流路を流れる燃料の流量を調整することができる。
【０００７】
従来技術の燃焼装置１０１では、燃料タンク１１３から供給された燃料が第１ポンプ１１０によって加圧され、第２ポンプ１１１の吸入側に供給される。燃料は、第２ポンプ１１１によってさらに加圧され、燃料噴射ノズル１０５へと流入する。
【０００８】
加圧され高圧状態の燃料は、燃料噴射ノズル１０５突端の噴霧開口に至り、その一部が外部に開放されて霧状に噴射される。燃料噴射ノズル１０５に供給されたものの噴霧されなかった残余の燃料は、逆止弁１１５を通過して比例弁１１６の燃料流入口１２２に流入する。燃料流入口１２２から比例弁１１６内に流入した燃料は、コイル１２８に流される電流量に応じた流量で往き側流路の上流側へと戻される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃焼装置１０１において、燃料噴霧ノズル１０５から噴霧される燃料の噴霧量の調整は、比例弁１１６から往き側流路に戻される燃料の流量の調整により行われていた。即ち、従来の燃焼装置１０１は、要求される燃焼量に応じて、比例弁１１６のコイル１２８に所定の電力を印加することにより、弁体１２６の開度を調整し、燃料の噴霧量を調整していた。
【００１０】
燃焼装置１０１を燃焼駆動させると、雰囲気温度の変化などにより次第に比例弁１１６の温度が変化し、ケーシング１２０内のコイル１２８の温度も変化する。コイル１２８は、温度変化によりその抵抗値が増減する。そのため、コイル１２８の温度が不安定な場合には、コイル１２８に流れる電流量が不安定となり、戻り流路を流れる燃料の流量の調整が困難である。よって、従来の燃焼装置１０１は、燃料の噴霧量を精度よく調整し、燃焼状態を安定化することが困難であり、供給電流量を安定化すべく定電流回路を別途設ける必要があった。
【００１１】
また、比例弁１１６は、プランジャ１２７を進退させることにより、弁体１２６と燃料流路１２１との隙間を微調整し、燃料の流量を調整するものである。そのため、比例弁１１６は、燃料流路１２１や弁体１２６の形状などの機械的バラツキにより、燃料の流量が大きく変化してしまう。そのため、従来の燃焼装置１０１では、燃料を安定燃焼させるために、コイル１２８に接続された電力調整手段に上記した機械的バラツキを調整するための調整手段を別途設ける必要があった。
【００１２】
そこで、上記した問題を解決すべく、本発明者らは、燃料の流量制御弁として図３に示すようなインジェクター弁１０を採用し、実験を行った。ここで、インジケーター弁１０とは、極めて短い時間で断続的に弁体３３を開閉できるものである。さらに詳細には、インジェクター弁１０は、ケーシング３０の内部にアクチュエーター３１と、電磁コイル３２と、弁体３３とを備えている。インジェクター弁１０は、電磁コイル３２に電流が流れると、アクチュエーター３１が駆動し、弁体３３が開く。
【００１３】
上記したインジェクター弁１０を流量制御弁として用いれば、比例弁等を流量制御弁として採用する場合に比べて、より一層精度よく燃焼量を調整できる。しかし、インジェクター弁１０を採用した場合、燃焼装置１０１が燃焼駆動すると、弁体３３の開閉に伴う騒音が発生する。燃焼装置１０１の燃焼量が多い場合、この騒音は燃焼騒音に掻き消されるが、燃焼装置１０１の燃焼量が少ない場合には、インジェクター弁１０の開閉に伴う騒音が際だつ。インジェクター弁１０の開閉に伴い発生する騒音は、弁体３３とケーシング３０との衝突により発生する金属的で耳障りな騒音であり、使用者等に不快感を与えるものである。
【００１４】
そこで本発明は、上記した問題に鑑み、燃料の噴霧量を精度よく調整でき、燃焼駆動時に発生する騒音が小さい燃焼装置および当該燃焼装置を具備した湯水加熱装置を提供することを目的とした。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、燃料が流通する燃料回路とを有し、当該燃料回路の中途に燃料を前記噴霧手段に送る燃料ポンプを設けた燃焼装置において、前記燃料回路の中途には、周期的に開閉可能な間欠開閉弁が設けられており、当該間欠開閉弁はデューティー比制御により開閉され、燃焼量が少ない場合において間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期は、燃焼量が多い場合における前記デューティー比制御の周期よりも大きいことを特徴とする燃焼装置である。
【００１６】
かかる構成によれば、燃焼量に応じて単位時間当たりの間欠開閉弁の開弁回数を変動させることができる。一方、本発明の燃焼装置において、間欠開閉弁はデューティー比制御されるものであり、デューティー比制御の周期が変動しても単位時間当たりに噴霧され、燃焼される燃料の量は大きく変動しない。従って、上記した構成によれば、燃焼量をほぼ一定に保持しつつ、間欠開閉弁の開弁回数を変動させることができる。即ち、上記した構成によれば、間欠開閉弁の開弁回数を減少させることにより、間欠開閉弁の開閉時に発生する騒音を低減することができる。
【００１７】
また、本発明の燃焼装置は、間欠開閉弁を開閉させ、燃料回路内を流れる燃料の流量を変更することにより、噴霧手段から噴霧される燃料の量を調整するものである。前記燃焼装置に採用されている間欠開閉弁は、弁体の開閉により単位時間当たりの燃料の流量を変更するものであり、その流量は極めて安定している。よって、本発明の燃焼装置は、噴霧手段から噴霧される燃料の量を精度よく調整することができ、要求される燃焼量に応じた量の燃料を噴霧し、完全燃焼することができる。そのため、本発明の燃焼装置は、エネルギー効率が高い。
【００１８】
本発明の燃焼装置は、燃焼量が少ない場合の間欠開閉弁の開閉の周期が、燃焼量が多いときに比べて長い。即ち、燃焼量が少ない場合、燃焼量が多い場合に比べて間欠開閉弁の開閉の周波数が小さい。そのため、上記した構成によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉回数を減少させることにより、騒音を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有毒ガスやススの発生量を最低限に抑制できる。よって、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる燃焼装置の故障も少ない。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、燃料が流通する燃料回路とを有し、当該燃料回路の中途に燃料を前記噴霧手段に送る燃料ポンプを設けた燃焼装置において、前記燃料回路の中途で前記噴霧手段より上流側には、周期的に開閉可能な間欠開閉弁が設けられており、当該間欠開閉弁は、デューティー比制御により開閉され、燃焼量が少ない場合において間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期は、燃焼量が多い場合における前記デューティー比制御の周期よりも大きいことを特徴とする燃焼装置である。
【００２１】
本発明の燃焼装置に採用されている間欠開閉弁は、燃焼量に応じてデューティー比制御の周期を変動させ、単位時間当たりの間欠開閉弁の開弁回数を変動させることができる。間欠開閉弁は、デューティー比制御の周期が変動しても単位時間当たりに噴霧される燃料の量はほとんど変動せず、ほぼ一定である。従って、上記した構成によれば、燃料の噴霧量をほぼ一定に保持しつつ、間欠開閉弁の開弁回数を増加あるいは減少させることが可能である。よって、本発明の燃焼装置は、間欠開閉弁の開弁回数を減少させることにより、間欠開閉弁の開閉時に発生する騒音を最小限に抑制することができる。
【００２２】
また、間欠開閉弁は、開弁時に流出する燃料の流量が極めて安定している。よって、本発明の燃焼装置は、噴霧手段に供給される燃料の量を精度よく調整することができ、要求される燃焼量に応じた量の燃料を噴霧し、完全燃焼することができる。
【００２３】
本発明の燃焼装置は、燃焼量が少ない場合の間欠開閉弁の開閉の周期が、燃焼量が多いときに比べて長い。即ち、燃焼量が少ない場合、燃焼量が多い場合に比べて間欠開閉弁の開閉の周波数が小さい。そのため、上記した構成によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉回数を減少させることにより、騒音を抑制することができる。
【００２４】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有毒ガスやススなどの発生量が極めて少なくなる。よって、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる燃焼装置の故障も少ない。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段に燃料を供給する燃料往路とを有し、当該燃料往路の中途に燃料を前記噴霧手段に送る燃料ポンプを設けた燃焼装置において、前記噴霧手段は、燃料を噴霧する噴霧開口を有し、内部に噴霧開口に至る往き側流路と、噴霧開口から戻る戻り側流路とを有する戻り型ノズルであり、前記噴霧手段には、前記燃料往路から前記噴霧手段に供給された燃料の一部を、前記戻り側流路を経て前記燃料往路に設けられた燃料ポンプよりも上流側に戻す燃料復路が接続されており、当該燃料復路の中途には、周期的に開閉可能な間欠開閉弁が設けられており、当該間欠開閉弁は、デューティー比制御により開閉され、燃焼量が少ない場合において間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期は、燃焼量が多い場合における前記デューティー比制御の周期よりも大きいことを特徴とする燃焼装置である。
【００２６】
本発明の燃焼装置に設けられている間欠開閉弁は、燃焼量に応じて単位時間当たりの間欠開閉弁の開弁回数を変動させることができる。一方、間欠開閉弁は、デューティー比制御の周期が変動しても単位時間当たりに噴霧される燃料の量はほぼ一定である。そのため、本発明の燃焼装置は、所定量の燃料を噴霧しつつ、間欠開閉弁の開弁回数を増加・減少させることが可能である。よって、本発明の燃焼装置は、間欠開閉弁の開弁回数を減少させれば間欠開閉弁の開閉時に発生する騒音を最小限に抑制することができる。
【００２７】
本発明の燃焼装置は、間欠開閉弁を開閉し、燃料復路内を流れる燃料の流量を変更することにより、噴霧手段から噴霧される燃料の量を調整するものである。前記燃焼装置に採用されている間欠開閉弁は、弁体の開閉により単位時間当たりの燃料の流量を変更するものである。そのため、弁体が開いた際に燃料復路内を流れる燃料の流量は、間欠開閉弁やその近傍の温度変化などによらず常に安定している。よって、本発明の燃焼装置は、噴霧手段から噴霧される燃料の量を精度がよく調整でき、要求される燃焼量に対して的確な量の燃料を噴霧し、完全燃焼することができる。
【００２８】
本発明の燃焼装置は、燃焼量が少ない場合の間欠開閉弁の開閉の周期が、燃焼量が多いときに比べて長い。即ち、燃焼量が少ない場合、燃焼量が多い場合に比べて間欠開閉弁の開閉の周波数が小さい。そのため、上記した構成によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉回数を減少させることにより、騒音を抑制することができる。
【００２９】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有毒ガスやススの発生量を最低限に抑制できる。よって、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる燃焼装置の故障も少ない。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、間欠開閉弁を断続的あるいは周期的に開閉する弁制御手段を具備し、当該弁制御手段は、前記間欠開閉弁を開閉するタイミングを制御することにより単位時間当たりの燃料の流量を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３１】
かかる構成によれば、弁制御手段により間欠開閉弁の開閉のタイミングを制御することにより、燃料回路中を流れる燃料の脈動を抑制することができる。従って、本発明の燃焼装置は、燃料を噴霧手段からスムーズに噴霧し、安定燃焼することができる。そのため、本発明の燃焼装置は、燃焼駆動に伴い発生する燃焼騒音が小さい。
【００３２】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有毒ガスやススの発生を最低限に抑制できる。よって、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる燃焼装置の故障も少ない。
【００３３】
請求項５に記載の発明は、弁制御手段が、燃焼量に応じて複数の弁開閉時間テーブルを有し、間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期が、前記弁開閉時間テーブルによって異なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３４】
かかる構成によれば、弁制御手段が燃焼量に応じて間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期を的確に調整することができる。
【００３５】
請求項６に記載の発明は、弁制御手段が、燃料ポンプを駆動する交流電源のゼロクロス信号のタイミングに基づいて弁体を開閉させることを特徴とする請求項４又は５に記載の燃焼装置である。
【００３６】
かかる構成によれば、弁体をポンプの交流電源に同期した一定の周期で開閉することができるため、噴霧手段に供給される燃料の圧力変動が最小限に抑制される。そのため、本発明の燃焼装置は、燃料を常にほぼ一定の圧力およびタイミングで噴霧することができる。よって、本発明の燃焼装置は、燃料を安定燃焼することができ、燃焼騒音を最小限に抑制することができる。
【００３７】
また、本発明の燃焼装置において、噴霧手段から噴霧される燃料は、燃焼量によらずほぼ一定の噴霧圧で噴霧される。噴霧手段から噴霧された燃料は、噴霧量に関わらずほぼ一定のパターンで拡散され、空気と混合される。そのため、本発明の燃焼装置は、燃料の噴霧量によらず燃料と空気との混合状態がほぼ一定であり、燃料を安定燃焼することが可能である。
【００３８】
本発明の燃焼装置は、燃焼量に関わらず燃焼駆動が安定しているため、一酸化炭素などの有害ガスや、ススなどの発生量が極めて少ない。そのため、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススなどの堆積に伴う装置の故障を最小限に抑制することができる。
【００３９】
請求項７に記載の発明は、弁制御手段が、燃料ポンプを駆動する交流電源のゼロクロス信号を検知すると、弁体を開状態とすることを特徴とする請求項４又は５に記載の燃焼装置である。
【００４０】
かかる構成によれば、燃料ポンプによる燃料の圧力変動を最小限に抑制することができる。よって、本発明の燃焼装置は、燃焼量の多少に関わらず、ほぼ一定の圧力およびタイミングで燃料を噴霧することができる。そのため、本発明の燃焼装置は、燃料を安定燃焼することが可能であり、燃焼騒音の発生を最小限に抑制することができる。
【００４１】
また、本発明の燃焼装置において、燃料は、噴霧量に関わらずほぼ一定の噴霧圧で噴霧され、ほぼ一定のパターンで拡散する。そのため、燃料と空気との混合状態が常に一定であり、燃料を安定燃焼することが可能である。さらに、本発明の燃焼装置は、燃焼量に関わらず燃焼駆動が安定しているため、一酸化炭素などの有害ガスや、ススなどの発生量が極めて少ない。
【００４２】
請求項８に記載の発明は、燃焼部と、水を加熱する熱交換部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを熱交換部に送り、熱交換部で水を加熱する湯水加熱装置において、燃焼部には請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置を具備していることを特徴とする湯水加熱装置である。
【００４３】
上記した燃焼装置は、要求される燃焼量の大小にかかわらず、安定した燃焼駆動が可能であり、要求される燃焼量に相応した熱エネルギーを放出することができる。即ち、上記した燃焼装置は、燃焼量が変化しても、要求に応じて的確に熱エネルギーを熱交換部に付与することができる。よって、かかる燃焼装置を備えた本発明の湯水加熱装置は、燃焼部における燃焼可能範囲が広く、湯水を幅広い温度範囲で精度よく加熱できる。
【００４４】
また、上記した燃焼装置は、燃焼量が小さい場合に間欠開閉弁から発生する騒音が小さく、燃焼騒音に紛れてしまう。そのため、本発明の燃焼装置は、燃焼量が少なく燃焼騒音が小さい場合であっても、間欠開閉弁が開閉する際に発生する騒音が目立たない。よって、本発明の湯水加熱装置は、燃焼装置における燃焼量が小さい場合でも、間欠開閉弁の駆動による耳障りな騒音が際だたない。
【００４５】
また、上記した燃焼装置は、要求される燃焼量の大小にかかわらず、安定した燃焼駆動が可能であり、要求される燃焼量に相応した熱エネルギーを放出することができる。即ち、上記した燃焼装置は、燃焼量が変化しても、要求に応じて的確に熱エネルギーを熱交換部に付与することができる。よって、上記した燃焼装置を備えた本発明の湯水加熱装置は、燃焼部における燃焼可能範囲が広く、湯水を幅広い温度範囲で精度よく加熱できる。
【００４６】
また、上記した湯水加熱装置は、燃焼ケースを有し、当該燃焼ケースに燃焼装置が取り付けられ、さらに燃焼ケースに水管が挿通されて熱交換部が構成されていることを特徴とするものであってもよい。（請求項９）
【００４７】
さらに、上記した湯水加熱装置は、水が溜められる貯湯部と、貯湯部を貫通する燃焼ガス通路部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを燃焼ガス通路部に導入して貯湯部内の水を加熱することを特徴とするものとすることもできる。（請求項１０）
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である給湯装置（湯水加熱装置）および燃焼装置について説明する。図１は、本実施形態の給湯装置の要部の一部を破断した正面図である。また、図２は、本実施形態の燃焼装置における燃料系統を示す模式図である。図３は、本実施形態の燃焼装置が具備しているインジェクター弁の断面図である。
【００４９】
図１において、１は本実施形態の給湯装置（湯水加熱装置）であり、２は本実施形態の給湯装置１に用いられる燃焼装置である。３は本実施形態の燃焼装置２に採用される燃料噴射ノズルである。本実施形態の給湯装置１は、燃焼ケース４を有し、その下方に熱交換器５が設けられたものである。熱交換器５は、燃焼ケース４内に水管が挿通されたものである。本実施形態の燃焼装置２は、従来の燃焼装置１０１と同様に、空気ケース６の内部に端部が開放したノズル収納筒７と、ノズル収納筒７の端部に接続された燃焼筒８とを備えている。空気ケース６には、燃焼筒８内に空気を送り込む送風機９が接続されている。
【００５０】
本実施形態の燃焼装置２は、従来の燃焼装置１０１の燃料系統が備えている比例弁１１６に代わってインジェクター弁１０が採用されている点が大きく異なる。本実施形態の燃焼装置２は、図２に示すような燃料系統に接続されている。燃焼装置２のノズル収納筒７に収納されている燃料噴射ノズル３は、燃料を噴霧する噴霧開口を有する。燃料噴射ノズル３は、内部に噴霧開口に至る往き側流路と、噴霧開口から戻る戻り側流路とを有する。
【００５１】
燃料噴射ノズル３に接続されている燃料系統は、従来の燃焼装置１０１に採用されている燃料系統とほぼ同一である。即ち、燃料噴射ノズル３の入り側には、燃料往路１１が接続されている。燃料往路１１は、燃料タンク１２、電磁弁１３およびポンプ１５が直列的に接続されたものである。一方、燃料噴射ノズル３の戻り側には、噴霧されずに残った燃料を燃料往路１１に戻す燃料復路１７が接続されている。燃料復路１７は、逆止弁１８とアキュームレータ２０とインジェクター弁１０とが直列的に接続されたものである。アキュームレータ２０は、燃料復路１７中を流れる燃料の圧力を緩衝するものである。燃料復路１７は、燃料往路１１の電磁弁１３とポンプ１５との間に接続されている。
【００５２】
本実施形態の燃焼装置２は、図３に示すようなインジェクター弁１０を具備しており、極めて短い時間で断続的に開閉する機能を備えている。インジェクター弁１０は、ケーシング３０内にアクチュエータ３１と、アクチュエータ３１を駆動させるための電磁コイル３２と、アクチュエータ３１に連動する弁体３３とを有する。ケーシング３０の両端部には、ケーシング３０内に燃料を供給するための燃料流入口３５と、燃料を流出する燃料流出口３６とが設けられている。また、ケーシング３０の内部には、燃料流入口３５から流入した燃料が流通する燃料流路３７が設けられている。
【００５３】
ケーシング３０には、接続端子３８が設けられている。接続端子３８は、電磁コイル３２に接続されており、接続端子３８に電流を供給すると電磁コイル３２が励磁される。その結果、ケーシング３０内のアクチュエータ３１が駆動し、アクチュエータ３１と連動して弁体３３が開く。即ち本実施形態で採用する燃料噴射ノズル３は、接続端子３８に電流が供給されている間、弁体３３が開き、電流が停止すると弁体３３が閉じる。弁体３３は、極めて鋭敏に反応し、瞬間的に開閉される。
【００５４】
また接続端子３８には、図２に示すように弁体３３の開閉を制御するための弁制御手段４０が接続されている。弁制御手段４０は、弁体３３の開閉周期Ｌと、当該開閉周期における開弁時間をデューティー比制御することにより、弁体３３の開閉を制御し、燃料噴射ノズル３からの燃料の噴霧量を調整する。即ち、弁制御手段４０は、燃焼装置２に要求される燃焼量（以下、要求燃焼量Ｑと称す）に応じて弁体の開閉周期Ｌと開閉周期Ｌ中に占める開弁時間の比率（開閉時間比Ｔ）を制御し燃料の噴霧量を調整する。さらに具体的には、弁制御手段４０は、
開弁時間比Ｔを大きくして弁体３３を長く開けておくことにより、燃料復路１７内の燃料の流量を増加させ、燃料噴射ノズル３からの燃料の噴霧量を減少させる。逆に、弁制御手段４０は、開弁時間比Ｔを小さくすることにより、弁体３３の開いている時間を相対的に短縮し、燃料噴射ノズル３からの燃料の噴霧量を増加させる。
【００５５】
弁制御手段４０には、図４に示すような要求燃焼量Ｑとインジェクター弁１０の開弁時間比Ｔとの相関関係が、テーブルＡ，Ｂとして入力されている。テーブルＡは、要求燃焼量Ｑが所定の燃焼領域（以下、境界燃焼領域Ｑf と称す）内の所定の燃焼量（以下、境界燃焼量と称す）以上である場合に適用されるテーブルであり、テーブルＢは、要求燃焼量Ｑが前記境界燃焼量未満である場合に適用されるテーブルである。
【００５６】
本実施形態の燃焼装置２において、要求燃焼量Ｑが増加傾向にある場合と、減少傾向にある場合とでは、境界燃焼量が異なる。即ち、本実施形態の燃焼装置２は、燃焼要求量Ｑと開弁時間Ｔとの間には一定のヒステリシスがある。さらに詳細には、本実施形態の燃焼装置２において、要求燃焼量Ｑが増加傾向にある場合の境界燃焼量Ｑupは上記した境界燃焼領域Ｑf の上限値に設定されており、要求燃焼量Ｑが減少傾向にある場合の境界燃焼量Ｑdownは境界燃焼領域Ｑf の下限値に設定されている。
【００５７】
テーブルＡにおける弁体３３の開閉周期ＬA は、テーブルＢにおける弁体３３の開閉周期ＬB に比べて短い。さらに詳細には、テーブルＡにおける弁体３３の開閉周期ＬA は、テーブルＢにおける弁体３３の開閉周期ＬB の半分である。弁制御手段４０は、要求燃焼量Ｑに応じてテーブルＡまたはテーブルＢを選択し、開弁時間比Ｔを決定する。
【００５８】
弁制御手段４０は、ポンプ１５の電源に同期したパルス電流を電磁コイル３２に供給し、インジェクター弁１０の開閉を行う。以下において、弁制御手段４０から発信されるパルス電流について説明する。
【００５９】
ポンプ１５には、図５（ａ）に示すように一定周期で位相変化する交流電源が供給されており、この交流電源が図５（ｃ）に示すように整流された後に印加されている。そのため、ポンプ１５が燃料を送り出す圧力は、図５（ｄ）に示すようにポンプ１５に印加される電源の位相変化に追従して一定の周期で変化する。弁制御手段４０は、ポンプ１５に印加されている交流電源の電流がゼロとなる点を検出し、図５（ｂ）に示すようなゼロクロス信号を検知する。
【００６０】
弁制御手段４０は、燃焼装置２の要求燃焼量に応じて、テーブルＡまたはＢを選択する。要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown以上である場合、弁制御手段４０はテーブルＡを選択し、交流電源の１周期分に相当する時間ＬA をデューティー比制御の１周期として認識する。弁制御手段４０は、時間ＬA および開弁時間比Ｔに基づきパルス発信時間ｔA を決定する。さらに具体的には、弁制御手段４０は、時間ＬA と開弁時間比Ｔとを乗じることによりパルス発信時間ｔA を決定する。弁制御手段４０は、図５（ｅ）に示すように、ゼロクロス信号の立ち上がりからパルス発信時間ｔA だけパルス信号を発信する。
【００６１】
一方、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown未満である場合、弁制御手段４０はテーブルＢを選択し、交流電源の２周期分に相当する時間ＬB をデューティー比制御の１周期として認識する。弁制御手段４０は、時間ＬB および開弁時間比Ｔに基づきパルス発信時間ｔB を決定する。さらに具体的には、弁制御手段４０は、時間ＬA と開弁時間比Ｔとを乗じることによりパルス発信時間ｔA を決定する。そして、弁制御手段４０は、時間ＬB 中における最初のパルス信号の立ち上がりからパルス発信時間ｔB だけパルス信号を発信する。
【００６２】
上記した様に、本実施形態で採用されるインジェクター弁１０は、接続端子３８に電流が供給されている間、弁体３３が開き、電流が停止すると弁体３３が閉じる。従って、接続端子３８に供給されるパルスがＯＮである時に瞬間的に弁体３３が開き、ＯＦＦになると瞬間的に弁体３３が閉じる。
【００６３】
インジェクター弁１０は、要求燃焼量Ｑに応じて弁制御手段４０によりデューティー比制御される。即ち、要求燃焼量Ｑに応じて開弁時間比Ｔが変化し、弁３３が開いている時間が変わる。より具体的には、要求される燃焼量が少ない場合は、パルス周期あたりのＯＮ時間が長く、弁体３３が長時間にわたって開いている。逆に要求される燃焼量が多い場合は、パルス周期あたりのＯＦＦ時間が長く、弁体３３が閉止している時間が相対的に長い。本実施形態で採用するインジェクター弁１０は、こうして燃料の流出を断続し、断続のタイミングを制御することにより燃料往路１１を流れる燃料の量を調整する。
【００６４】
本実施形態の燃焼装置２において、燃料噴霧ノズル３には、ポンプ１５により加圧された燃料が供給されている。ここで、ポンプ１５は、燃料の流量にかかわらず常に一定の吐出圧を付している。そのため、燃焼装置２において、インジェクター弁１０の弁体３３には常時一定の圧力が作用している。
【００６５】
接続端子３８にパルス電流が流れると、弁体３３が開き燃料流出口３６から燃料が流れ出る。ここで上記したように、燃料の噴射量に係わらず、弁体３３には常時一定の圧力が掛かっているため、接続端子３８にパルス電流が流れ、弁体３３が開いた際に燃料流出口３６から流れ出る燃料の圧力は常時一定である。そのため接続端子３８に供給されるパルス電流がＯＮになると、常に一定量（単位時間あたり）の燃料が一定圧力で流出される。従って、インジェクター弁１０から流出する燃料の流量は、弁体３３が開いている時間の長短、即ち開弁時間比Ｔによって調整できる。よって、インジェクター弁１０からの燃料の流出量は、弁制御手段４０によりデューティー比制御することにより調整することができる。
【００６６】
上記した燃料噴霧ノズル３は、図１に示すように従来の燃焼装置１０１と同様のノズル収納筒７内に収納されている。ノズル収納筒７は、燃料噴射ノズル３を直接内蔵するノズル収納内筒５０と、その外側に設けられたノズル収納外筒５１とによる２重構造となっている。ノズル収納内筒５０は内部に、燃料噴霧ノズル３と、燃料噴霧ノズル３から噴霧された燃料を点火するための点火プラグ５２とを収納している。ノズル収納筒７は、燃焼筒８と接続されて一体化されている。ノズル収納内筒５０およびノズル収納外筒５１の側面には、燃焼筒８の内部に空気を導入するための空気導入孔（図示せず）が設けられている。
【００６７】
燃焼筒８は図１に示す様に二段形状の筒体であり、ノズル収納筒７に接続された第１燃焼筒５３と、当該第１燃焼筒５３に連続し、第１燃焼筒５３よりも大径の第２燃焼筒５５とから構成されている。第１燃焼筒５３の周部には、燃焼筒６内に空気を導入するための空気導入口５６が複数設けられている。また同様に、第２燃焼筒５５の周部にも、燃焼筒６内に空気を導入するための空気導入口５７が複数設けられている。また、第２燃焼筒５５の下方には、燃焼筒８内における燃料の攪拌を促進するための燃料拡散部材５８が取り付けられている。
【００６８】
燃料噴霧ノズル３から噴霧された燃料は燃焼筒８および燃焼ケース４内において所定のパターンで拡散した後燃焼し、高温の燃焼ガスを発生する。この燃焼ガスは、燃焼ケース４の下方に配置された熱交換器５において熱交換を行い、熱交換器５内の水を加熱する。
【００６９】
熱交換器５には、図６に示すように流水回路６０が接続されている。流水回路６０は、カランなどに接続され外部に湯水を流出する、いわゆる給湯回路である。流水回路６０は、熱交換器５に外部から水を給水する給水回路６１と、熱交換器５において加熱された湯水が流れる給湯回路６２と、給水回路６１から分岐されたバイパス回路６３とを有し、要求に応じて外部に湯水を供給するものである。そしてバイパス回路６３を流れる冷水のバイパス水量と給湯回路２０に流れる高温の湯水の量とをバイパス水量調節弁６５によって調節し、これらの湯水を混合して湯水の温度を調節する。また給湯回路６２とバイパス回路６３との混合部分の下流側には水量調節弁６６と出湯センサ６７が設けられている。出湯センサ６７によって検知された温度が前記したバイパス水量調節弁６５等にフィードバックされると共に、水量調節弁６６によって総水量が調節される。給水回路６１には、水量センサ６８と、温度センサ６９が設けられ、高温湯の温度が８０℃程度となるように燃焼装置２における燃焼量が調節される。
【００７０】
続いて、本実施形態の給湯装置１および燃焼装置２の駆動制御部分について説明する。本実施形態の燃焼装置２は、弁制御手段４０により燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料の量が調整され、燃焼量が調整される。弁制御手段４０は、給湯装置１の駆動制御を行う駆動制御装置４１の一部である。駆動制御装置４１は、ＣＰＵを中心として構成されており、当該ＣＰＵには、前記した配管回路全ての電気機器が直接的に、あるいはリレー等を介して間接的に接続されている。駆動制御装置４１のＣＰＵには、熱交換器５内の水を加熱するのに必要な熱量（要求燃焼量Ｑ）から燃焼装置２のインジェクター弁１０を開弁する時間（所定時間当たり）を決定する開弁時間決定プログラムが入力されている。即ち、開弁時間決定プログラムは、図４に示す要求燃焼量Ｑと開弁時間比Ｔとの相関関係であるテーブルＡ，Ｂに基づき、インジェクター弁１０を開弁する開弁時間比Ｔを決定する。また、駆動制御装置４１には、開弁時間比Ｔに基づき決定されたインジェクター弁１０の開弁時間ｔA ，ｔB を計時する開弁時間タイマ４５が内蔵されている。
【００７１】
続いて、本実施形態の給湯装置１および燃焼装置２の動作について説明する。図７は、本実施形態の燃焼装置２における、弁制御手段４０によるインジェクター弁１０の制御方法を示すフローチャートである。給湯装置１が運転を開始すると、ステップ１において、要求される湯温に基づき、駆動制御装置４１により熱交換器５内の湯水を所望の温度まで加熱するのに必要な熱量（要求燃焼量Ｑ）が算出される。要求燃焼量Ｑが決定されると、制御フローはステップ２に移行し、要求燃焼量Ｑが境界燃焼領域Ｑf 内で上昇傾向にあるのか否かを検出する。ステップ２において、要求燃焼量Ｑが境界燃焼領域Ｑf 内にあり、上昇傾向であると判断されると、制御フローはステップ３へと移行する。
【００７２】
ステップ３において、弁制御手段４０は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑu p 以上か否かを判断する。ここで、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑu p 以上であれば、制御フローはステップ４へと移行する。ステップ４において、弁制御手段４０は、燃焼装置２の出力パターンがＡパターンであるとのフラグを作成し、制御フローをステップ５へと移行させる。弁制御手段４０は、ステップ５において、要求燃焼量Ｑおよび弁制御手段４０に予め入力されているテーブルＡに基づいて開弁時間ｔA を算出し、制御フローをステップ６へと移行する。
【００７３】
一方、ステップ３において、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup未満である場合は、制御フローはステップ４’へと移行する。ステップ４’において、弁制御手段４０は、燃焼装置２の出力パターンがＢパターンであるとのフラグを作成し、制御フローをステップ５’へと移行する。弁制御手段４０は、ステップ５’において、要求燃焼量ＱおよびテーブルＢに基づいて開弁時間ｔB を算出し、制御フローをステップ６へと移行する。
【００７４】
ステップ６において、弁制御手段４０は燃焼装置２の出力パターンがＡパターンであるか否かを判断する。ここで、出力パターンがＡパターンである場合、制御フローはステップ７に進行し、出力パターンがＢパターンである場合は、制御フローはステップ６’へと進行する。ステップ６’において、弁制御手段４０がゼロクロス信号を検知すると、制御フローはステップ７へと移行する。一方、弁制御手段４０がゼロクロス信号を検知しない場合は、制御フローはステップ９へと移行する。
【００７５】
ステップ７において、弁制御手段４０がゼロクロス信号を検知すると、制御フローはステップ８へと移行し、開弁時間タイマ４５が要求燃焼量Ｑに応じたパルス発信時間が設定される。即ち、出力パターンがＡパターンである場合、パルス発信時間がｔA に設定され、出力パターンがＢパターンである場合、パルス発信時間がｔB に設定される。一方、ステップ７においてゼロクロス信号が検出されない場合、制御フローはステップ９へと移行する。
【００７６】
ステップ８において開弁時間タイマー４５に開弁時間がセットされると、制御フローはステップ９へと移行し、所定の開弁時間ｔA あるいはｔB からカウントダウンを開始する。開弁時間のカウントダウンが開始すると、ステップ１０において開弁時間ｔA ，ｔB の残り時間が確認される。ステップ１０において開弁時間ｔA ，ｔB が残っている場合は、ステップ１１において駆動制御装置４１から弁制御手段４０に開弁指令が出される。弁制御手段４０は、開弁指令に基づいてインジェクター弁１０の電磁コイル３２にパルス信号を発信することで弁体３３を開状態とし、制御フローがステップ１へと戻る。一方、ステップ１０において開弁時間ｔA ，ｔB がゼロである場合は、制御フローがステップ１１’へ進行する。ステップ１１’において、駆動制御装置４１は弁制御手段４０への開弁指令を停止し、弁体３３を閉状態とし、制御フローがステップ１へと戻る。
【００７７】
上記した制御フローにおいて、ステップ２で要求燃焼量Ｑが境界燃焼領域Ｑf 内で、減少傾向にあると判断された場合は、上記したステップ３以降の制御フローと略同一のフローで制御される。即ち、要求燃焼量Ｑが減少傾向にある場合、ステップ３において要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑdownと比較される点のみが上記した制御フローと異なる。なお、要求燃焼量Ｑが減少傾向にある場合の制御フローは、上記したステップ３以降の制御フローと略同一であるため、図示および詳細の説明については省略する。
【００７８】
また、上記した制御フローのステップ２において、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑf 外の場合は、弁制御手段４０はステップ４あるいは４’に移行する。即ち、要求燃焼量Ｑf が境界燃焼量Ｑu p 以上である場合、制御フローはステップ４へと移行する。逆に、要求燃焼量Ｑf が境界燃焼量Ｑdown未満である場合、制御フローはステップ４’へと移行する。ステップ４、４’以降の制御フローは、上記した制御フローと同一であるため、図示および詳細の説明については省略する。
【００７９】
上記した制御フローにおいて、出力パターンがＡパターンである場合、即ち要求燃焼量ＱがＱup，Ｑdown以上である場合、弁制御手段４０は、弁体３３の開閉を制御するデューティー比制御の１周期が交流電流の１周期分に相当するＬA となる。即ち、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown以上である場合、インジェクター弁１０は、交流電源と同一の周波数で開閉する。また、この場合、弁制御手段４０は、要求燃焼量ＱおよびテーブルＡから算出される開弁時間比Ｔに基づき、開弁時間ｔA を決定する。本実施形態において、インジェクター弁１０は、ポンプ１５に印加されている交流電源の周期変動に同期して開弁されるため、燃料復路１７内の燃料の流量が脈動せずスムーズに流れる。従って、燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動が極めて小さく、常に一定の圧力およびタイミングで燃料が噴霧される。よって、燃焼装置２は、境界燃焼量Ｑup，Ｑdown以上の燃焼量において燃料を安定燃焼することができ、燃焼駆動時に発生する燃焼騒音も最小限に抑制することができる。
【００８０】
一方、上記した制御フローにおいて、出力パターンがＢパターンである場合、即ち要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown未満である場合、弁制御手段４０は、弁体３３の開閉周期Ｌが交流電流の２周期分に相当するＬA となる。即ち、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown未満である場合、インジェクター弁１０は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown以上である場合の半分の周波数で開閉する。そのため、インジェクター弁１０の開閉時に、ケーシング３０と弁体３３とが衝突するなどして発生する金属的な騒音が半減される。従って、本実施形態の燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが小さい場合であってもインジェクター弁１０の駆動に伴い発生する金属的な騒音が燃焼騒音に掻き消される程度にまで抑制される。
【００８１】
また、上記した燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼領域Ｑf 以下である場合に限ってデューティー比制御の周期を長く取る構成である。即ち、燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼領域Ｑf より小さい場合にのみ、インジェクター弁の開閉周波数を小さくする。ここで、本実施形態の燃焼装置２に採用されているインジェクター弁１０の開弁時間比Ｔと、燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料の噴霧量とは、図８に示すように指数関数的な関係を有する。開弁時間比Ｔが同一である場合、インジェクター弁１０の開閉周波数を小さくすると、燃料の噴霧量が所定の噴霧量よりも減少してしまう。しかし、要求燃焼量Ｑが小さく、燃料の噴霧量が少ない場合においては、インジェクター弁１０の開閉周波数にかかわらずほぼ同一量の燃料を噴霧することができる。本実施形態の燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdownより多い場合には開閉周波数の大きなテーブルＡを採用し、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdownより少ない場合に開閉周波数の小さなテーブルＢを採用しているため、要求燃焼量Ｑがいかなる量であっても所望の燃焼量を得ることができる。
【００８２】
また、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown未満である場合、弁制御手段４０は、要求燃焼量ＱおよびテーブルＢから算出される開弁時間比Ｔに基づき、開弁時間ｔB を決定する。本実施形態において、インジェクター弁１０の開閉は、ポンプ１５に印加されている交流電源の周期変動に同期しているため、燃料は燃料復路１７内をスムーズに流れる。従って、燃焼装置２は、境界燃焼量Ｑf 以下の燃焼量においても、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動が極めて小さく、常に一定の圧力およびタイミングで燃料が噴霧される。よって、燃焼装置２は、Ｑup，Ｑdown未満の燃焼量において燃料を安定燃焼することができる。
【００８３】
本実施形態の給湯装置１において、燃焼装置２の燃料復路１７にはインジェクター弁１０が設けられているため、周囲の温度変化に関わらず燃焼量に応じた量の燃料を的確に噴霧し、燃焼することができる。また、燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料は、燃焼量によらず一定の噴霧圧で噴霧される。そのため、燃焼筒８内に噴霧された燃料は、常に一定のパターンで拡散し、空気と十分混合される。よって、本実施形態の燃焼装置２は、燃料を完全燃焼することができる。
【００８４】
上記したように、燃焼装置２は、燃焼量に関わらず燃焼駆動が安定しているため、一酸化炭素などの有害ガスや、ススなどの発生量が極めて少ない。そのため、給湯装置１および燃焼装置２は、燃焼駆動時に発生するススなどの堆積に伴う装置の故障がほとんどない。
【００８５】
また、燃焼装置２において、ポンプ１５の圧力は、電源の位相変化に対して瞬時にポンプ１５の圧力が変動する。そのため、本実施形態において弁制御手段４０は、交流電源のゼロクロス信号を検知すると直ちに接続端子３８にパルス信号を発信する構成とした。しかし、ポンプ１５の交流電源の周期変動と、ポンプ１５の圧力変動との間に遅延がある場合は、弁制御手段４０がゼロクロス信号を検知し、接続端子３８にパルス信号を発信するまでに一定の遅延時間を設けることが好ましい。かかる構成によれば、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動を低減することができ、燃焼駆動をより一層安定化することができる。
【００８６】
続いて、本発明の第２実施形態の給湯装置について説明する。なお、本実施形態の給湯装置において、上記第１実施形態の給湯装置１と共通する部分については同一の符号を付し、詳細の説明については省略する。
【００８７】
図９は、本実施形態の給湯装置を示す模式図である。図９において、７０は本実施形態の給湯装置である。給湯装置７０は、いわゆる貯湯式給湯装置である。給湯装置７０は、大別して本体部７１と燃焼部７２と消音器７３により構成されている。
【００８８】
本体部７１は、大きく燃焼空間部７５と貯湯部７６とに分かれている。燃焼部７２と燃焼空間部７５とは、貯湯部７６内に貯留される熱媒体を加熱する加熱手段７７として機能する。本体部７１は、全体形状が円筒形であり、２重構造となっており、その内部に湯水を貯留するための貯湯部７６が形成されている。貯湯部７６には、複数の燃焼ガス通路７８が形成されている。燃焼ガス通路７８は、貯湯部７６を軸方向に貫通する貫通孔である。
【００８９】
燃焼部７２には、上記実施形態におけるものと同一の燃焼装置２が採用されており、本体部７１の下方に位置する燃焼空間部７５に接続されている。燃焼装置２は、ノズル収納筒７と燃焼筒８と送風機９とを有し、燃焼筒８の開口端が燃焼空間部７５側を向くように配置されている。
【００９０】
一方、本体部７１の上部には、消音器７３が設けられている。消音器７３は、内部がラビリンス構造となっており、燃焼音を低減させるものである。なお、図９において、消音器７３のラビリンス構造は図示せず省略している。
【００９１】
貯湯部７６には、上記第１実施形態の給湯装置１におけるのと同様の流水回路６０が接続されている。即ち、貯湯部７６の入水口８１には、外部から水を給水する給水回路６２が接続され、貯湯部７６の出湯口８３には、貯湯部７６において加熱された湯水が流れ出る給湯回路６１が接続されている。
【００９２】
燃焼装置２は、貯湯部７６内の湯水の温度が８０℃程度となる様に燃焼量が調整される。即ち、貯湯部７６内の湯水の温度に基づき、駆動制御装置４１およびその一部である弁制御手段４０により、インジェクター弁１０の電磁コイル３２に流す電流がデューティー比制御される。駆動制御装置４１のＣＰＵには、上記第１実施形態と同様に、開弁時間決定プログラムが入力されている。開弁時間決定プログラムは、上記第１実施形態と同様に、図７に示すフローチャートに則り、インジェクター弁１０の開閉を行う。
【００９３】
上記した給湯装置７０についても、要求燃焼量ＱがＱup，Ｑdown以上である場合において、インジェクター弁１０は、ポンプ１５に印加されている交流電源の周期変動に同期して開弁されるため、燃料復路１７内の燃料の流量が脈動せずスムーズに流れる。従って、燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動が極めて小さく、燃料を安定燃焼することができる。
【００９４】
一方、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown未満である場合、インジェクター弁１０は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown以上である場合の半分の周波数で開閉する。そのため、インジェクター弁１０の開閉時に、ケーシング３０と弁体３３とが衝突するなどして発生する金属的な騒音が半減される。従って、本実施形態の燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが小さい場合であってもインジェクター弁１０の駆動に伴い発生する騒音を燃焼騒音に掻き消される程度にまで抑制することが可能である。また、上記した燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown以下である場合に限ってデューティー比制御の周期を長く取る構成であるため、要求燃焼量Ｑが変化しても常に所望の燃焼量を安定して得ることができる。
【００９５】
本実施形態の給湯装置７０は、燃焼装置２の燃料復路１７にインジェクター弁１０を設けているため、燃料の噴霧量を的確に調整し、燃焼することができる。また、燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料は、常時ほぼ一定の噴霧圧で噴霧される。そのため、燃料は、燃焼筒８内に一定のパターンで拡散し、空気と十分混合される。よって、本実施形態の給湯装置７０は、燃料を完全燃焼し、湯水を所望の温度まで的確に昇温できる。
【００９６】
また、燃焼装置２は、燃焼量にかかわらず燃焼状態が安定しており、一酸化炭素などの有害ガスや、ススなどの発生量が極めて少ない。そのため、燃焼装置２は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、燃焼駆動時に発生するススなどの堆積に伴う装置の故障もほとんどない。
【００９７】
また、燃焼装置２において、ポンプ１５の圧力は、電源の位相変化に対して瞬時にポンプ１５の圧力が変動する。そのため、本実施形態において弁制御手段４０は、交流電源のゼロクロス信号を検知すると直ちに接続端子３８にパルス信号を発信する構成とした。しかし、ポンプ１５の交流電源の周期変動と、ポンプ１５の圧力変動との間に遅延がある場合は、弁制御手段４０がゼロクロス信号を検知し、接続端子３８にパルス信号を発信するまでに一定の遅延時間を設けることが好ましい。かかる構成によれば、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動を低減することができ、燃焼駆動をより一層安定化することができる。
【００９８】
また、上記実施形態の給湯装置１，７０の燃焼装置２において、インジェクター弁１０は、燃料噴射ノズル３側から流入した燃料を、燃料復路１７の下流側に流出するものであったが、インジェクター弁１０と燃料タンク１２とを接続し、燃料タンク１２内に直接燃料を戻す構成としてもよい。
【００９９】
また、上記した各実施形態の給湯装置１，７０に採用されている燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３には噴霧開口から戻る戻り側流路を有する戻り型ノズルが採用されているが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、燃焼装置２の燃料噴射ノズル３には、内部に噴霧開口に至る往き側流路のみを有する、ノズル（以下、加圧型ノズルと称する）を採用することができる。この場合、燃料噴霧ノズル３に連結される燃料回路８０を図１０に示す。
【０１００】
燃料噴射ノズル３が加圧型ノズルである場合、燃料噴射ノズル３の燃料流入口には、燃料タンク１２、電磁弁１３およびインジェクター弁１０を直列に接続した燃料回路が連結されている。この際、インジェクター弁１０の開弁時間Ｔと燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料の量との関係は図１１に示すように指数関数的な関係を有する。燃料噴射ノズル３が加圧型ノズルである場合、駆動制御装置４１のＣＰＵに入力されている開弁時間決定プログラムは、図１２に示すテーブルＡ，Ｂに基づきインジェクター弁１０を開弁する開弁時間比Ｔを決定する。燃焼装置２を上記したような構成とした場合においても、インジェクター弁１０は、上記した実施形態と同様に噴霧制御手段４０により図７に示すフローチャートに則って制御される。
【０１０１】
燃料噴射ノズル３が加圧型ノズルである場合についても、要求燃焼量ＱがＱup，Ｑdown以上である場合において、インジェクター弁１０は、ポンプ１５に印加されている交流電源の周期変動に同期して開弁されるため、燃料回路内を燃料が脈動せずスムーズに流れる。従って、燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動が極めて小さく、燃料の噴霧状態が安定安定している。
【０１０２】
また、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown未満である場合、インジェクター弁１０は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown以上である場合の半分の周波数で開閉する。そのため、インジェクター弁１０の開閉により発生する騒音が半減される。また、上記した燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑup，Ｑdown以下である場合に限ってデューティー比制御の周期を長く取る構成であるため、要求燃焼量Ｑが変化しても所望の燃焼量を安定して得ることができる。
【０１０３】
図１０に示す燃料回路を有する燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３には常時ほぼ一定の圧力で燃料が供給されている。そのため、燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料は、燃焼筒８内に一定のパターンで拡散し、空気と十分混合される。よって、燃料噴射ノズル３を加圧型ノズルとした場合であっても、燃焼量にかかわらず、燃料を安定燃焼することができる。
【０１０４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、間欠開閉弁の開弁回数を減少させることにより、当該弁の開閉に伴う騒音を抑制しつつ、要求に見合った燃焼量を得ることができる。また、請求項１に記載の発明によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉によって発生する騒音を最小限に抑制できる。
【０１０５】
請求項２に記載の発明によれば、間欠開閉弁の開閉により発生する騒音を最小限に抑制しつつ、十分な発熱量を得ることができる。また、請求項２に記載の発明によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉によって発生する騒音を最小限に抑制できる。
【０１０６】
請求項３に記載の発明によれば、単位時間当たりの間欠開閉弁の開閉回数を増減することができる。間欠開閉弁の開閉回数を減少させることにより、当該弁の開閉による騒音を抑制できる。また、請求項３に記載の発明によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉によって発生する騒音を最小限に抑制できる。
【０１０７】
請求項４に記載の発明によれば、燃料回路中を流れる燃料の脈動を抑制し、燃料を安定燃焼することができる。
【０１０８】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼量に応じて間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期を的確に調整できる。
【０１０９】
請求項６に記載の発明によれば、燃料を安定燃焼し、燃焼騒音を低減できる。
【０１１０】
請求項７に記載の発明によれば、燃焼量の多少にかかわらず、ほぼ一定の圧力およびタイミングで燃料を噴霧でき、燃料を安定燃焼することができる。
【０１１１】
請求項８乃至１０に記載の湯水加熱装置は、間欠開閉弁の開閉に伴う騒音が燃焼騒音に紛れる程度に小さい。さらに、前記湯水加熱装置によれば、湯水を幅広い温度範囲で精度よく加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態である給湯装置の要部の一部を破断した正面図である。
【図２】  図１に示す給湯装置が具備している燃焼装置における燃料系統を示す模式図である。
【図３】  図２に示す燃焼装置が具備しているインジェクター弁の断面図である。
【図４】  図２に示す燃焼装置における要求燃焼量とインジェクター弁の開弁時間比の関係を示すグラフである。
【図５】  （ａ）は本発明の一実施形態である燃焼装置におけるポンプに印加される電源の周期変動を示すグラフであり、同（ｂ）は同（ａ）に基づき発信されるゼロクロス信号を示すグラフである。また、同（ｃ）は同（ａ）に示す電源を整流した場合の周期変動を示すグラフであり、同（ｄ）は同（ｃ）に示す電源が印可された際におけるポンプの圧力変動を示すグラフである。同（ｅ），（ｆ）は、インジェクター弁に印可されるパルス信号を示すグラフである。
【図６】  図１に示す給湯装置の配管系統を示す模式図である。
【図７】  図２に示す燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。
【図８】  図２に示す燃焼装置におけるインジェクター弁の開弁時間比と燃料噴射ノズルから噴霧される燃料の噴霧量の関係を示すグラフである。
【図９】  本発明の一実施形態である給湯装置の配管系統を示す模式図である。
【図１０】  本発明の一実施形態である燃焼装置における燃料系統を示す模式図である。
【図１１】  燃料噴射ノズルを加圧型ノズルとした場合におけるインジェクター弁の開弁時間比と、燃料噴射ノズルから噴霧される燃料の噴霧量との関係を示すグラフである。
【図１２】  燃料噴射ノズルを加圧型ノズルとした場合における要求燃焼量とインジェクター弁の開弁時間比との関係を示すグラフである。
【図１３】  従来の給湯装置を示す正面図である。
【図１４】  従来の燃焼装置における燃料系統を示す模式図である。
【図１５】  従来の燃焼装置が具備している比例弁の断面図である。
【符号の説明】
１，７０  給湯装置（湯水加熱装置）
２  燃焼装置
３  燃料噴射ノズル（噴霧手段）
４  燃焼手段
５  熱交換器
１０  インジェクター弁
１１  燃料往路
１７  燃料復路
３３  弁体
４０  噴霧制御手段
７６  貯湯部
７８  燃焼ガス通路
８０  燃料回路
【図１】
0003661649.tif 000002
【図２】
0003661649.tif 000003
【図３】
0003661649.tif 000004
【図４】
0003661649.tif 000005
【図５】
0003661649.tif 000006
【図６】
0003661649.tif 000007
【図７】
0003661649.tif 000008
【図８】
0003661649.tif 000009
【図９】
0003661649.tif 000010
【図１０】
0003661649.tif 000011
【図１１】
0003661649.tif 000012
【図１２】
0003661649.tif 000013
【図１３】
0003661649.tif 000014
【図１４】
0003661649.tif 000015
【図１５】
0003661649.tif 000016