(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒加熱用の熱交換器（１３）を加熱するバーナ（１２）と、
そのバーナ（１２）への燃料供給量を調節する燃料供給量調節手段（２１）と、
前記バーナ（１２）への燃焼用空気供給量を調節する空気供給量調節手段（１４）と、
燃焼用空気供給量を、燃料供給量に応じて、燃料供給量が大になるほど空気過剰率が大になるように設定する空気供給量設定手段（２Ａ）と、
その空気供給量設定手段（２Ａ）にて設定された燃焼用空気供給量になるように、前記空気供給量調節手段（１４）の作動を制御する制御手段（２Ｂ）が設けられた燃焼装置であって、
前記空気供給量設定手段（２Ａ）は、前記バーナ（１２）に供給された燃料が燃焼して発生する発熱量のうちの、前記熱交換器（１３）において熱媒に与えられる授熱量の割合を示す熱効率を、燃料供給量がその調節範囲内の最小のときの値を燃料供給量がその調節範囲内の最大のときの値よりも大にするように、且つ、燃料供給量がその調節範囲内の最大と最小の間にあるときには、燃料供給量がその調節範囲内の最大のときの値以上で、燃料供給量がその調節範囲内の最小のときの値以下にするように、燃焼用空気供給量を設定するように構成され、
前記制御手段（２Ｂ）は、前記熱効率の実際の値を求め、その求めた実際の熱効率が、前記燃料供給量に応じて設定された熱効率になるように、前記空気供給量調節手段（１４）の作動を制御するように構成されている燃焼装置。
【請求項２】
前記空気供給量設定手段（２Ａ）は、燃料供給量がその調節範囲内の途中部分に対応する設定値以上のときは、前記熱効率を燃料供給量が大になるほど小にするように、且つ、燃料供給量が前記設定値よりも小のときは、前記熱効率を燃料供給量が前記設定値のときの値に維持するように、燃焼用空気供給量を設定するように構成されている請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記熱交換器（１３）によって加熱された熱媒を、熱源として暖房装置（Ｍ）に供給するように構成されている請求項１又は２記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記暖房装置（Ｍ）が床暖房装置である請求項３記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱媒加熱用の熱交換器を加熱するバーナと、
そのバーナへの燃料供給量を調節する燃料供給量調節手段と、
前記バーナへの燃焼用空気供給量を調節する空気供給量調節手段と、
燃焼用空気供給量を、燃料供給量に応じて、燃料供給量が大になるほど空気過剰率が大になるように設定する空気供給量設定手段と、
その空気供給量設定手段にて設定された燃焼用空気供給量になるように、前記空気供給量調節手段の作動を制御する制御手段が設けられた燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、空気供給量設定手段を、下記のように、燃焼用空気供給量を設定するように構成していた。
即ち、図５に示すように、燃料供給量Ｆにかかわらず、熱効率Ｒを一定に維持するように、空気過剰率αを燃料供給量Ｆに応じて燃料供給量Ｆが大になるほど大になるように設定し、そのように設定した空気過剰率αになるように、燃焼用空気供給量を燃料供給量Ｆに応じて設定していた。
【０００３】
尚、熱効率は、バーナに供給された燃料が燃焼して発生する発熱量のうちの、熱交換器において熱媒に与えられる授熱量の割合によって示される。つまり、燃料供給量をＦ、単位量の燃料を燃焼させたときに発生する発熱量をＣ、熱交換器への熱媒の流入温度をＴｉ、熱交換器からの熱媒の流出温度をＴｏ、熱媒の流量をＱｉ、熱媒の熱容量をＤで夫々示すと、熱効率Ｒは、次の式から求められる。
Ｒ＝｛（Ｔｏ−Ｔｉ）×Ｑｉ×Ｄ｝÷（Ｆ×Ｃ）……………（１）
【０００４】
つまり、熱効率を大にするということは空気過剰率を小にするということである。従って、熱効率を大にするほど、バーナの燃焼ガスの温度が高くなるため、熱交換器からの熱媒の流出温度が高くなって、省エネの面では有利であるが、その反面、窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）や熱交換器を腐食させる凝縮水（以下、ドレン）の発生量が増大するので問題となる。
【０００５】
そこで、従来では、図５に示すように、燃料供給量Ｆがその調節範囲内における最大のとき（以下、最大燃料供給量Ｆｍａｘ  と称する場合がある）において、ドレンやＮＯｘ発生量が問題とならない許容値以下になるように、熱効率Ｒを設定し（例えば、８０％程度、以下、このように設定した熱効率Ｒを最大インプット時熱効率値Ｒａ  と称する場合がある）、燃料供給量Ｆにかかわらず、熱効率Ｒをその最大インプット時熱効率値Ｒａ  に維持するように、燃焼用空気供給量を調節するようにして、ドレンやＮＯｘ発生量が問題とならないようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃焼装置は、ドレンやＮＯｘ発生量の面では問題とならないが、省エネの面では未だ改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドレンやＮＯｘ発生量の面では問題とならないようにしながら、省エネを向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
熱効率が同一であれば、燃料供給量が少なくなるほど、ドレンやＮＯｘ発生量は少なくなる。従って、燃料供給量が最大値よりも少ないときは、ドレンやＮＯｘ発生量を許容値以下に抑えた状態で、熱効率を最大インプット時熱効率値よりも大きい値に設定することができる。
【０００９】
本発明は、上述の如き観点に基づくものであり、請求項１に記載の特徴構成では、ドレンやＮＯｘ発生量を許容値以下に抑えた状態で、熱効率を、燃料供給量がその調節範囲内の最小のときの値を燃料供給量がその調節範囲内の最大のときの値、即ち、前記最大インプット時熱効率値よりも大にするように、且つ、燃料供給量がその調節範囲内の最大と最小の間にあるときには、前記最大インプット時熱効率値以上で、燃料供給量がその調節範囲内の最小のときの値以下にするように、燃焼用空気供給量を設定するのである。そして、制御手段が、前記熱効率の実際の値を求め、その求めた実際の熱効率が、前記燃料供給量に応じて設定された熱効率になるように、前記空気供給量調節手段の作動を制御するのである。
尚、上述の観点に基づくと、燃料供給量がその調節範囲内の最小のときに、熱効率を最大に設定することができるので、熱効率を、燃料供給量がその調節範囲内の最小のときの値を最大に設定し、燃料供給量がその調節範囲内の最大と最小の間にあるときには、燃料供給量がその調節範囲内の最小のときの値以下に設定すると、省エネの面で効果的となる。
従って、ドレンやＮＯｘ発生量の面では問題とならないようにしながら、省エネを向上させることができるようになった。
【００１０】
ところで、燃料供給量が少なくなるほど熱効率を大きくすることができるが、熱効率を大にするほど空気過剰率が小さくなり、空気過剰率が小さくなり過ぎるとバーナの安定燃焼性が損なわれるという不具合が発生する。従って、熱効率を大にするにしても、バーナの安定燃焼性を確保する必要がある。
【００１１】
そこで、請求項２に記載の特徴構成では、図２に示すように、燃料供給量Ｆがその調節範囲内の最小のとき（以下、最小燃料供給量Ｆｍｉｎ  と称する場合がある）において、バーナの安定燃焼が可能な空気過剰率αの最小値αｍｉｎ  を求め、その最小空気過剰率αｍｉｎ  に対応する熱効率Ｒを最大熱効率値Ｒｍａｘ  として設定する。更に、燃料供給量Ｆの調節範囲内において、熱効率Ｒを前記最大熱効率値Ｒｍａｘ  にしたときに、ドレンやＮＯｘ発生量を許容値以下に抑えることができる燃料供給量Ｆの最大の値を求め、その最大の値を設定値ＦＳ  として設定する。
そして、熱効率Ｒを、燃料供給量Ｆが前記設定値ＦＳ  以上のときは、ドレンやＮＯｘ発生量を許容値以下に抑えた状態で、燃料供給量Ｆが大になるほど小にし、且つ、燃料供給量Ｆが最大燃料供給量Ｆｍａｘ  のときは、前記最大インプット時熱効率値Ｒａ  にし、且つ、燃料供給量Ｆが前記設定値ＦＳ  よりも小のときは、前記最大熱効率値Ｒｍａｘ  に維持するように設定する。そして、そのように設定した熱効率Ｒになるように、燃料供給量Ｆに応じて空気過剰率αを設定し、そのように設定した空気過剰率αになるように燃焼用空気供給量を設定するのである。
【００１２】
ちなみに、バーナの安定燃焼性を確保した状態で、熱効率Ｒを設定する場合、例えば、図３に示すように、熱効率Ｒを，燃料供給量Ｆが最小燃料供給量Ｆｍｉｎ  のときの値を前記最大熱効率値Ｒｍａｘ  に設定し、燃料供給量Ｆが最大燃料供給量Ｆｍａｘ  のときの値を前記最大インプット時熱効率値Ｒａ  に設定し、燃料供給量Ｆが最小燃料供給量Ｆｍｉｎ  と最大燃料供給量Ｆｍａｘ  との間のときは、燃料供給量Ｆが大になるに伴って小にするように設定する場合や、図４に示すように、熱効率Ｒを，燃料供給量Ｆが前記設定値Ｆｓより小のときは前記最大熱効率値Ｒｍａｘ  に維持するように、且つ、燃料供給量Ｆが前記設定値Ｆｓ以上のときは、前記最大インプット時熱効率値Ｒａ  に維持するように設定する場合が想定される。
【００１３】
しかしながら、熱効率を、図３や図４に示すように設定する場合に比べて、請求項２に記載の特徴構成のように、図２に示すように設定すると、バーナの安定燃焼性を確保した状態で、熱効率を可及的に大に設定することができる。
従って、請求項２に記載の特徴構成によれば、ドレンやＮＯｘ発生量の面では問題とならないようにしながら、省エネを可及的に向上させることができるようになった。
【００１４】
請求項３に記載の特徴構成によれば、熱交換器によって加熱された熱媒が熱源として暖房装置に供給される。
暖房装置は、長時間にわたって運転されるものであるので、本発明を暖房装置への熱媒供給用の燃焼装置に適用すると、省エネの面で好適である。
【００１５】
請求項４に記載の特徴構成によれば、熱交換器によって加熱された熱媒が熱源として床暖房装置に供給される。
床暖房装置の運転形態は、暖房装置の中でも、特に長時間にわたって、しかも、燃料供給量が少ない低インプット状態で運転されるものである。
従って、本発明を暖房装置の中でも特に床暖房装置への熱媒供給用の燃焼装置に適用すると、省エネの面で最適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を床暖房装置用の熱源機に適用した実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明に係る燃焼装置の一例としての床暖房装置用の熱源機Ｈは、温水発生器１と、温水発生器１の動作を制御する制御部２と、その制御部２に制御動作を指令する操作部３とから構成してあり、温水発生器１にて生成された熱媒を暖房装置としての床暖房装置Ｍに循環供給して、室内を暖房するように構成してある。
【００１７】
温水発生器１は、燃焼室１１と、燃焼室１１の内部に備えられているガスバーナ１２と、そのガスバーナ１２によって加熱されて、熱媒としての水を加熱する熱交換器１３と、ガスバーナ１２に燃焼用空気を供給するファン１４と、熱交換器１３に加熱用の熱媒を供給する暖房戻り水路１５と、熱交換器１３において加熱された熱媒を送出する暖房往き水路１６と、ガスバーナ１２に対して燃料ガスを供給する燃料供給路１７とを備えて構成されている。
【００１８】
暖房戻り水路１５には、熱交換器１３を流れる熱媒の流量Ｑｉを検出する給水量センサ１８、及び、熱交換器１３への熱媒の流入温度Ｔｉを検出する入水温センサ１９を備え、暖房往き水路１６には、熱交換器１３からの熱媒の流出温度Ｔｏを検出する出湯温センサ２０を備えてある。
燃料供給路１７は、一般家庭用のガス供給管に接続され、この燃料供給路１７には、ガスバーナ１２への燃料供給量Ｆを調節する電磁式のガス量調整弁２１と、ガスバーナ１２への燃料ガスの供給を断続する電磁式の開閉弁２２とを備えてある。
ガスバーナ１２の近くにはガスバーナ１２に点火するイグナイタ２３と、着火したことを検出するフレームロッド２４を備えてある。
又、暖房戻り水路１５には、暖房往き水路１６から湯を送出するためのポンプ２５を介装してある。
【００１９】
つまり、ガス量調整弁２１は燃料供給量調節手段に相当し、ファン１４は空気供給量調節手段に相当する。
【００２０】
操作部３は、熱源機Ｈの運転及び停止を指令する運転スイッチ２６、目標給湯温度Ｔｓを設定する温度設定スイッチ２７、設定された目標給湯温度Ｔｓを表示する表示部２８、点灯によって熱源機Ｈが運転されている状態を表示する運転表示ランプ２９等を備えてある。
【００２１】
制御部２は、マイクロコンピュータを備えて構成し、操作部３、給水量センサ１８、入水温センサ１９、出湯温センサ２０及びフレームロッド２４夫々の検出情報、並びに、予め設定して記憶させてある各種の記憶情報に基づいて、制御プログラムに基づいて、ファン１４、ガス量調整弁２１、開閉弁２２、イグナイタ２３及びポンプ２５夫々の作動を制御するように構成してある。
【００２２】
床暖房装置Ｍは、床に敷設するマット状体４の内部に、熱媒が流動する温水流動路５を、マット状体４の略全面にわたって蛇行状に巡らせた状態で埋め込んで構成してある。
温水流動路５の入口部を温水発生器１の暖房往き水路１６に、温水流動路５の出口部を温水発生器１の暖房戻り水路１５に夫々接続してある。
そして、温水発生器１にて、温度設定スイッチ２６にて設定された目標給湯温度Ｔｓに加熱された熱媒を、暖房往き水路１６を通じて温水流動路５に供給し、温水流動路５を流動させた後、その戻り熱媒を暖房戻り水路１５を通じて再び温水発生器１に供給するように構成してある。
【００２３】
次に、制御部２に制御作動について説明する。
運転スイッチ２６によって、運転が指令されると、ポンプ２５を作動させる。そして、給水量センサ１８により検出される流量Ｑｉが設定水量以上になると、ガスバーナ１２の点火制御、及び、流出温度Ｔｏが目標給湯温度Ｔｓになるようにガスバーナ１２への燃料供給量Ｆを調節すると共に、後述するようにファン１４を制御する給湯制御を実行する。そして、運転スイッチ２６によって、停止が指令されると、ポンプ２５を停止させるとともに、ガスバーナ２の燃焼を停止させる消火制御を実行する。
【００２４】
点火制御においては、開閉弁２２及びガス量調整弁２１を開弁させて燃料ガスをガスバーナ２に供給すると共に、イグナイタ１８による点火を行う。フレームロッド２４により着火が確認されると点火制御を停止して、続いて、給湯制御を実行する。
【００２５】
以下、給湯制御について説明する。
予め、図２に示すように、燃料供給量Ｆに応じて、熱効率Ｒ及び空気過剰率αを設定する。
説明を加えると、図２中において、αｍｉｎ  は、燃料供給量Ｆが最小燃料供給量Ｆｍｉｎ  のときにおいて、ガスバーナ１２の安定燃焼が可能な空気過剰率αの最小値であり、最大熱効率値Ｒｍａｘ  は、その最小空気過剰率αｍｉｎ  に対応する熱効率Ｒである。ＦＳ  は、燃料供給量Ｆの調節範囲内において、熱効率Ｒを前記最大熱効率値Ｒｍａｘ  にしたときに、ドレンやＮＯｘ発生量を許容値以下に抑えることができる燃料供給量Ｆの最大の値であり、設定値に相当する。
そして、熱効率Ｒを、燃料供給量Ｆが前記設定値ＦＳ  以上のときは、ドレンやＮＯｘ発生量を許容値以下に抑えた状態で、燃料供給量Ｆが大になるほど小に、且つ、燃料供給量Ｆが前記設定値ＦＳ  よりも小のときは、前記最大熱効率値Ｒｍａｘ  に維持するように設定する。Ｒａ  は、燃料供給量Ｆが最大燃料供給量Ｆｍａｘ  のときの熱効率Ｒの値であり、最大インプット時熱効率値に相当する。
又、そのように設定した熱効率Ｒになるように、燃料供給量Ｆに応じて空気過剰率αを設定してある。
【００２７】
尚、例えば、最大燃料供給量Ｆｍａｘ  が、熱量に換算した値で１２０００キロカロリー／時間の能力の熱源機Ｈの場合、設定値ＦＳ  は８０００キロカロリー／時間に、最大インプット時熱効率値Ｒａ  は８０％に、最大熱効率値Ｒｍａｘ  を８５％に夫々設定する。その場合、燃料供給量Ｆが最大燃料供給量Ｆｍａｘ  のときの空気過剰率αは１．８になり、燃料供給量Ｆが設定値ＦＳ  のときの空気過剰率αは１．６になる。
【００２８】
制御部２は、前記熱効率の実際の値を求め、その求めた実際の熱効率が、前記燃料供給量に応じて図２に示すように設定された熱効率になるように、ファン１４の作動を制御するように構成されている。
すなわち、制御部２は、温度設定スイッチ２７にて設定された目標給湯温度Ｔｓ、給水量センサ１８にて検出された流量Ｑｉ、及び、入水温センサ１９にて検出された流入温度Ｔｉに基づいて、燃料供給量Ｆを求め、その求めた燃料供給量Ｆになるように、ガス量調整弁２１を制御する。並びに、求めた燃料供給量Ｆ、給水量センサ１８にて検出された流量Ｑｉ、入水温センサ１９にて検出された流入温度Ｔｉ、及び、出湯温センサ２０にて検出された流出温度Ｔｏに基づいて、上記の式（１）により、熱効率Ｒを求め、その求めた熱効率Ｒが図２に示す如き燃料供給量Ｆに応じた値になるように、ファン１４を制御する。
【００２９】
消火制御では、開閉弁２２及びガス量調整弁２１を閉弁して、ガスバーナ２に対する燃料ガス供給を断って、ガスバーナ２を消火させる。
【００３０】
従って、制御部２を利用して、燃焼用空気供給量を、燃料供給量Ｆに応じて、燃料供給量Ｆが大になるほど空気過剰率αが大になるように設定する空気供給量設定手段２Ａ、及び、その空気供給量設定手段２Ａにて設定された燃焼用空気供給量になるように、ファン１４の作動を制御する制御手段２Ｂを構成してある。
【００３１】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（１）設定値ＦS 、最大インプット時熱効率値Ｒa 、最大熱効率値Ｒmax 、燃料供給量Ｆが最大燃料供給量Ｆmax のときの空気過剰率α、燃料供給量Ｆが設定値ＦS のときの空気過剰率α夫々は、熱源機Ｈの仕様に応じて、適宜設定することができる。
【００３２】
（２）燃料供給量Ｆと熱効率Ｒとの関係は、図２に示す関係に限定されるものではない。
例えば、図３に示すように、熱効率Ｒを、燃料供給量Ｆが最小燃料供給量Ｆmin のときの値を最大熱効率値Ｒmax に設定し、燃料供給量Ｆが最大燃料供給量Ｆmax のときの値を最大インプット時熱効率値Ｒa に設定し、燃料供給量Ｆが最小燃料供給量Ｆmin と最大燃料供給量Ｆmax との間のときは、燃料供給量Ｆが大になるに伴って小にするように設定してもよい。
又、図４に示すように、燃料供給量Ｆが設定値Ｆｓより小のときは最大熱効率値Ｒmax に維持するように、且つ、燃料供給量Ｆが設定値Ｆｓ以上のときは、最大インプット時熱効率値Ｒa に維持するように設定してもよい。
【００３５】
（３）上記の発明の実施の形態では、バーナとして、ガス燃料を燃焼させるガスバーナ１２を適用する場合について例示したが、この他に、バーナとしては、重油や石油等の液体燃料を燃焼させる液体燃料バーナを適用することができる。
【００３６】
（４）上記の発明の実施の形態では、熱媒として水を適用したが、熱媒は水に限定されるものではなく、熱交換可能で、且つ、流動性のある物質であれば、その他の熱媒専用の化学物質を適用することができる。
【００３７】
（５）上記の発明の実施の形態では、本発明を床暖房装置用の熱源機に適用する場合について例示したが、この他に、本発明は、種々の暖房装置用の熱源機や、給湯装置等に適用することができる。
【００３８】
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】床暖房装置用の熱源機のブロック図
【図２】燃料供給量と熱効率及び空気過剰率夫々との関係を示す図
【図３】別実施形態における燃料供給量と熱効率及び空気過剰率夫々との関係を示す図
【図４】別実施形態における燃料供給量と熱効率及び空気過剰率夫々との関係を示す図
【図５】従来の燃焼装置における燃料供給量と熱効率及び空気過剰率夫々との関係を示す図
【符号の説明】
１２  バーナ
１３  熱交換器
１４  空気供給量調節手段
２１  燃料供給量調節手段
２Ａ  空気供給量設定手段
２Ｂ  制御手段
Ｍ    暖房装置
【図１】
0003578547.tif 000002
【図２】
0003578547.tif 000003
【図３】
0003578547.tif 000004
【図４】
0003578547.tif 000005
【図５】
0003578547.tif 000006