(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に設けられた気化筒から前記燃焼室に飛散された液体燃料を着火して噴霧燃焼を行い、この噴霧燃焼の燃焼熱で気化筒を加熱することで当該気化筒内の液体燃料を気化し、当該気化した燃料をガス室を経て燃焼盤の炎孔から噴出させて気化燃焼を行う燃焼部と、
前記燃焼部に液体燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃焼部に空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料供給手段と空気供給手段を所定制御して空燃比を制御するコントローラとを含む液体燃料燃焼装置において、
前記コントローラは、液体燃料燃焼装置の熱出力を変更している間の空燃比を、定常燃焼時の空燃比よりも下げる制御モードを備え、
熱出力を上げる場合には燃料量だけを増やした後に、空燃比を下げた関係が維持される範囲で燃料量と空気量とを共に増やす一方、熱出力を下げる場合には空燃比を下げた関係が維持される範囲で燃料量と空気量とを同時に減らした後に燃料量を更に減らすことを特徴とする液体燃料燃焼装置。
【請求項２】
燃焼室内に設けられた気化筒から前記燃焼室に飛散された液体燃料を着火して噴霧燃焼を行い、この噴霧燃焼の燃焼熱で気化筒を加熱することで当該気化筒内の液体燃料を気化し、当該気化した燃料をガス室を経て燃焼盤の炎孔から噴出させて気化燃焼を行う燃焼部と、
前記燃焼部に液体燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃焼部に空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料供給手段と空気供給手段を所定制御して空燃比を制御するコントローラとを含む液体燃料燃焼装置において、
前記コントローラは、液体燃料燃焼装置の熱出力を変更している間の空燃比を、定常燃焼時の空燃比よりも下げる制御モードを備え、
熱出力を上げる場合には空燃比を下げた関係が維持される範囲で燃料量と空気量とを同時に増やし、その後に空気量だけを増やす一方、熱出力を下げる場合には空気量を減らした後に、燃料量と空気量とを同時に減らすことを特徴とする液体燃料燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料燃焼装置に係り、更に詳しくは、液体燃料の供給量を変更する際、すなわち、熱出力を変更する際に生じ得る火炎の吹き消しを防止することのできる液体燃料燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯機等に用いられる液体燃料燃焼装置は、燃焼部と、この燃焼部に対して液体燃料及び空気を供給する燃料供給手段及び空気供給手段と、要求される熱出力に応じて燃料供給量と当該燃料供給量に対応する空気供給量になるように燃料供給手段と空気供給手段を所定制御するコントローラとを備えた構成が知られている。ここで、燃焼部は、燃焼室内に設けられた気化筒から前記燃焼室に飛散された液体燃料を着火して噴霧燃焼を行い、この噴霧燃焼の燃焼熱で気化筒を加熱することで当該気化筒内の液体燃料を気化し、当該気化した燃料をガス室を経て燃焼盤の炎孔から噴出させて気化燃焼を可能とする構成とされている。この気化燃焼に際しては、要求される熱出力に対応して予め設定された燃料量及び空燃比に基づいて燃焼が行われるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
燃焼室内に燃料を直接供給するタイプの液体燃料燃焼装置であれば、熱出力変更の際に、適正な空燃比となるよう、燃料供給量と空気供給量を同時に変更してもあまり問題にはならない。しかしながら、前述したタイプの液体燃料燃焼装置にあっては、燃料が気化筒で気化された後に、ガス室を経由して炎孔から燃焼室内に噴出される構造であるため、燃焼室に至るまでに若干の時間を要するものとなる。この一方、供給される空気も同様に燃焼室内に送られるが、空気供給手段を構成する送風機のファン回転数が変化すれば、燃焼室内に供給される空気量も略同時に変化するという追従性の良さがある。つまり、熱出力を変更した場合に、燃焼室内に供給される空気量は直ちに設定された空気量に変化することができるが、燃料供給量は設定された燃料量に達するまでに若干の時間的遅れが見られるという特質を有する。従って、低出力から高出力側に熱出力を変更する場合、変更する間及び変更した直後は、燃焼室内に供給される燃料量が少ない状態で空気量のみが相対的に増加し、これに起因して火炎が吹き消えてしまう不都合を招来する。
【０００５】
更に、高出力側から低出力側に熱出力を変更する場合は、液体燃料燃焼装置を搭載した給湯機の排気経路中の排気ガスの慣性力によって、制御する供給空気量以上の空気が燃焼室内に導入されることになり、これによって、火炎のリフト、火炎の吹き消えを生じることがある。
【０００６】
ところで、従来の液体燃料燃焼装置のなかには、特定の時期に空燃比を下げた条件で燃焼を行うタイプのものが存在する（例えば、特開平２０００−７４３６７号公報、特開平２０００−１４６１６６号公報参照）。しかしながら、これら各公報に開示されたものは、点火時に空燃比を下げることで初期の燃焼状態を安定させようとするものであり、熱出力を変更した際に起こり得る火炎の吹き消えを防止する機能は全く備えていない。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、前記従来例における不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、定常燃焼の状態で熱出力を変更する際に、火炎が吹き消える原因を解消することのできる液体燃料燃焼装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、燃焼室内に設けられた気化筒から前記燃焼室に飛散された液体燃料を着火して噴霧燃焼を行い、この噴霧燃焼の燃焼熱で気化筒を加熱することで当該気化筒内の液体燃料を気化し、当該気化した燃料をガス室を経て燃焼盤の炎孔から噴出させて気化燃焼を行う燃焼部と、
前記燃焼部に液体燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃焼部に空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料供給手段と空気供給手段を所定制御して空燃比を制御するコントローラとを含む液体燃料燃焼装置において、
前記コントローラは、前記液体燃料燃焼装置の熱出力を変更している間の空燃比を、定常燃焼時の空燃比よりも下げる制御モードを備え、
熱出力を上げる場合には燃料量だけを増やした後に、空燃比を下げた関係が維持される範囲で燃料量と空気量とを共に増やす一方、熱出力を下げる場合には空燃比を下げた関係が維持される範囲で燃料量と空気量とを同時に減らした後に燃料量を更に減らす、という構成を採っている。このような構成とすることで、燃焼室内に供給される燃料量の変化が空気量の変化に対して遅れるという構造上の特質が、燃料リッチの関係を維持することでバックアップされることとなり、これによって火炎の吹き消えを効果的に防止することが可能となる。
【０００９】
また、本発明は、燃焼室内に設けられた気化筒から前記燃焼室に飛散された液体燃料を着火して噴霧燃焼を行い、この噴霧燃焼の燃焼熱で気化筒を加熱することで当該気化筒内の液体燃料を気化し、当該気化した燃料をガス室を経て燃焼盤の炎孔から噴出させて気化燃焼を行う燃焼部と、
前記燃焼部に液体燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃焼部に空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料供給手段と空気供給手段を所定制御して空燃比を制御するコントローラとを含む液体燃料燃焼装置において、
前記コントローラは、液体燃料燃焼装置の熱出力を変更している間の空燃比を、定常燃焼時の空燃比よりも下げる制御モードを備え、
熱出力を上げる場合には空燃比を下げた関係が維持される範囲で燃料量と空気量とを同時に増やし、その後に空気量だけを増やす一方、熱出力を下げる場合には空気量を減らした後に、燃料量と空気量とを同時に減らす、という構成を採っている。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１には、本実施例に係る液体燃料燃焼装置が給湯機に適用された概略構成図が示されている。この図において、給湯機は、液体燃料燃焼装置１０と、この液体燃料燃焼装置１０に接続された給水管１２及び給湯管１３とを備えて構成されている。液体燃料燃焼装置１０は、燃焼部１４と、この燃焼部１４の上部に設けられるとともに、前記給水管１２及び給湯管１３に連通する熱交換管１５を巻装してなる熱交換器１６と、前記燃焼部１４内に液体燃料、本実施例では灯油を供給する燃料供給手段としての電磁ポンプ１８と、前記燃焼部１４内に空気を供給する空気供給手段としての送風機１９と、これら電磁ポンプ１８及び送風機１９を所定制御するとともに、装置各部に設けられた各種センサ類に接続されたコントローラ２０と、当該コントローラ２０を室内で遠隔操作するとともに、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ、設定温度等の各種設定ボタン、タイマースイッチ等を有するリモートコントローラ２１とを備えて構成されている。
【００１２】
前記給水管１２には、ギヤードモータ２２によって制御される供給水量調節弁２３と、水量センサ２４、凍結防止ヒータ２５及び水温サーミスタ２６がそれぞれ配置されている。この一方、前記給湯管１３には、給湯サーミスタ２８、ミキシングタンク２９及び凍結防止ヒータ３０がそれぞれ配置されている。また、前記熱交換器１６の外側面の適所には、凍結防止ヒータ３１、３２、３３が配置されている他、燃焼部１４の底部には、バーナーサーミスタ３４が配置されている。
【００１３】
前記燃焼部１４は、前記送風機１９の上部位置に配置された有底筒状の外筒３５と、この外筒３５の内側に設けられて当該外筒３５との間にガス室３６を形成する一方、上部内側空間を燃焼室３７とする有底筒状の燃焼盤３８と、当該燃焼盤３８の内側略中央に設けられた釣鐘型の気化筒３９と、この気化筒３９の内側に配置された送風筒４０とを含んで構成されている。燃焼盤３８には多数の炎孔３８Ａが形成されており、当該炎孔３８Ａから燃料と空気との混合気が燃焼室３７内に供給されるようになっている。なお、前記燃焼室３７内にはイグナイタ４２と、燃焼室３７内の火炎を検知するフレームロッド４３がそれぞれ配置されている。
【００１４】
前記気化筒３９の内側上部には、下端部が燃料受け溝４４Ａとされた燃料拡散体４４が設けられており、燃料受け溝４４Ａには、灯油を供給するパイプ４６の吐出口が臨んで配置されている。気化筒３９は、これの中心を上下方向に延びる回転軸４８に支持されており、この回転軸４８は、送風機１９を駆動するブロワーモータ５０によって回転可能に設けられている。
【００１５】
本実施例における燃焼部１４は、二つの燃焼形態を実行するタイプとして構成されている。すなわち、気化筒３９の上下各部に形成された微細な隙間から燃焼室３７内に燃料を送って燃焼を行う初期の噴霧燃焼と、この噴霧燃焼で加熱された気化筒３９内の熱によって気化した燃料を、空気と混合して前記炎孔３８Ａから燃焼室３７内に送って燃焼を行う気化燃焼を実行する。また、本実施例に係る液体燃料燃焼装置１０の能力は、特に限定されるものではないが、１６．８×１０６Ｊ〜１０．８×１０７Ｊであり、燃料供給量は時間当たり０．５〜５リットル、空気供給量すなわち送風機のファン回転数は２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍのものが採用されている。
【００１６】
前記コントローラ２０は、電磁ポンプ１８及び送風機１９等の装置各部を作動制御する他、各種センサ類の出力を入力としてシステム全体の運転状態を種々の条件に応じて最適に制御する。また、このコントローラ２０は、給湯温度、給湯量、給水温度、熱効率に基づいて必要な熱出力（熱量）を演算する機能を備えているとともに、熱出力に応じて燃料供給量、空気供給量すなわち送風機の回転数を基準設定値としてマトリックス状に記憶するメモリを備えて構成されている。
【００１７】
なお、図１中符号５１は、図示しない燃料タンクから送られた燃料を一定レベルに保つ定油面器であり、その入り口にはフィルター５２が配置されている。また、符号５３はイグナイタートランスを示す。
【００１８】
次に、本実施例の作用について図２を参照しながら説明する。
【００１９】
初めに、リモートコントローラ２１を操作して運転スイッチをＯＮするとともに、給湯温度を設定する（図２中Ｓ１、Ｓ２）。この状態で、図示しない給湯栓が開放されて所定給水流量を越えたことが水量センサ２４によって検出されると、水温サーミスタ２６を介して給水温度がコントローラ２０に取り込まれるとともに、設定された温度がコントローラ２０に取り込まれる（Ｓ３、Ｓ４）。
【００２０】
次いで、ブロワーモーター５０とイグナイター４２がそれぞれ作動して空気供給と点火を行うとともに、前記気化筒３９が回転する。この一方、電磁ポンプ１８の作動による燃料供給で噴霧燃焼が開始され、その後にイグナイターの作動が停止される（Ｓ５〜Ｓ７）。この際、噴霧燃焼によって気化筒３９が加熱されると、当該気化筒３９内に供給された燃料が気化して空気との混合気となり、この混合気はガス室３６を経て炎孔３８Ａから噴出し、以後、気化燃焼へと移行することになる。
【００２１】
燃焼室内での燃焼状態は、フレームロッド４３の電流値変化によって把握される（Ｓ８）。ここで、電流値が異常であるときには電磁ポンプ１８の作動を停止してその後にブロワーモーター５０を停止させるが（Ｓ９、Ｓ１０）、電流値が正常であるときは、運転継続が可能と判断してブロワーモーター５０及び電磁ポンプ１８が要求された熱出力に対応する空燃比を目標として空気量と燃料量を燃焼部１４内に供給し（Ｓ１１）、要求された熱出力に到達したときに、その空燃比を維持して定常燃焼が開始継続されることとなる。そして、給水流量が設定水量以上であることを条件に定常燃焼が継続される（Ｓ１２）。
【００２２】
今、設定温度を高い方向に、例えば、図３に示されるように、出力制御目標を示すＢ位置からＡ位置に対応する位置に熱出力が変更されたと仮定すると（図２中Ｓ１３）、給水温度、設定温度、給湯量等に基づいて演算された必要な熱出力に対応して、予め設定された空燃比、すなわち燃料供給量と空気供給量とをコントローラ２０が特定する。そして、図３中実線で示されるように、先ず、燃料量のみを増やして空燃比を下げ、その後に空気量を増やすという小刻みなステップを複数回繰り返し、目標とするＡ位置まで燃料量と空気量とを段階的に調整することとなる。この一方、Ａ位置からＢ位置に対応する位置に要求熱出力が変更された場合には、図３中点線で示されるように、先ず、空気量のみを減らして空燃比を下げ、その後に燃料量を減らすステップを複数繰り返すこととなる。
【００２３】
給水流量が所定流量以下となった場合には、電磁ポンプ１８が停止され、所定時間経過後に、ブロワーモーター５０が停止する（図２中Ｓ１３、Ｓ１０）。ここで、ブロワーモーター５０が遅れて停止されるのは、未燃焼ガスを残さないように後処理を行うためである。
【００２４】
なお、本発明において、熱出力が変更された際の制御方式は、図３に示される方式に限定されるものではない。例えば、図４に示されるように、空燃比制御のステップをシンプル化して、各一回の供給量増加若しくは減少で対応するようにしてもよい。
【００２５】
また、図５中実線で示されるように、空燃比を先ず下げた状態の後に、空燃比を下げた関係が維持される範囲、すなわち燃料リッチの関係が維持される範囲で燃料量と空気量とを共に増やすようにする一方、同図中点線で示されるように、空燃比を下げた関係が維持される範囲で燃料と空気量とを同時に減らした後に燃料を更に減らすようにしてもよい。
【００２６】
更に、図６中実線で示されるように、空燃比を下げた関係が維持される範囲で燃料と空気量とを同時に増やし、その後に空気量を増やすようにする一方、同図中点線で示されるように、空気量を先ず減らした後に、燃料と空気量とを同時に減らすようにすることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃料供給手段と空気供給手段をそれぞれ制御するコントローラが、液体燃料燃焼装置の熱出力を変更している間の空燃比を、定常燃焼時の空燃比よりも下げる制御モードを備えて構成されているため、燃焼室内に供給される燃料量の変化の遅れが実質的に問題とならなくなり、これによって火炎の吹き消えを防止できる、という従来にない優れた効果を奏する液体燃料燃焼装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体燃料燃焼装置が給湯機に適用された実施例を示す概略構成図。
【図２】前記液体燃料燃焼装置の動作を示すフローチャート。
【図３】定常燃焼後に出力変更した際の空燃比制御を示す線図。
【図４】定常燃焼後に出力変更した際の他の空燃比制御を示す線図。
【図５】定常燃焼後に出力変更した際の更に他の空燃比制御を示す線図。
【図６】定常燃焼後に出力変更した際の他の空燃比制御を示す線図。
【符号の説明】
１０・・・液体燃料燃焼装置、１４・・・燃焼部、１８・・・電磁ポンプ（燃料供給手段）、１９・・・送風機（空気供給手段）、２０・・・コントローラ、
３６・・・ガス室、３７・・・燃焼室、３８・・・気化筒
【図１】
0003550534.tif 000002
【図２】
0003550534.tif 000003
【図３】
0003550534.tif 000004
【図４】
0003550534.tif 000005
【図５】
0003550534.tif 000006
【図６】
0003550534.tif 000007