(57)【要約】【課題】プレート式バーナの制御装置であって、バーナプレートの温度を検出する温度検出手段を備え、燃料ガスの供給量とファンの回転数とから算定される混合気の空気過剰率を算定空気過剰率として、点火時に温度検出手段の検出温度が所定の基準温度に達するまで、算定空気過剰率を定常燃焼時の空気過剰率の適正値よりも小さな値に減少補正する保炎制御を行うものにおいて、点火時の燃焼不良を確実に防止できるようにする。【解決手段】定常燃焼時の空気過剰率の適正値と保炎制御時の算定空気過剰率との差である減少補正量Δλを、点火当初の初期値Δλｓから所定時間ｔａ後に初期値よりも小さな所定の保持値Δλｈになるように減少させ、その後、温度検出手段の検出温度Ｔが所定の基準温度Ｔａに達するまで保持値Δλｈに維持する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス製のバーナプレートを有し、燃料ガスとファンから供給される一次空気との混合気をバーナプレートに形成した多数の炎孔から噴出させて全一次燃焼させるプレート式バーナの制御装置であって、
バーナプレートの温度を検出する温度検出手段を備え、燃料ガスの供給量とファンの回転数とから算定される混合気の空気過剰率を算定空気過剰率として、点火時に温度検出手段の検出温度が所定の基準温度に達するまで、算定空気過剰率が定常燃焼時の空気過剰率の適正値よりも小さな値に減少補正されるように燃料ガス供給量を増加し又はファン回転数を減少する保炎制御を行うものにおいて、
定常燃焼時の空気過剰率の適正値と保炎制御時の算定空気過剰率との差である減少補正量を、点火当初の初期値から所定時間後に初期値よりも小さな所定の保持値になるように減少させ、その後、温度検出手段の検出温度が所定の基準温度に達するまで保持値に維持することを特徴とするプレート式バーナの制御装置。
【請求項２】
前記減少補正量を前記保持値に維持している状態で失火して再点火する場合は、保炎制御で使用する保持値を前回よりも所定量大きな値に更新することを特徴とする請求項１記載のプレート式バーナの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス製のバーナプレートを有し、燃料ガスとファンから供給される一次空気との混合気をバーナプレートに形成した多数の炎孔から噴出させて全一次燃焼させるプレート式バーナの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
点火時は、バーナプレートの温度が低く、プレート温度が高くなる定常燃焼時に比し、バーナプレートの通気抵抗が低くなる。そのため、ファン回転数が同じでも、一次空気の供給量は定常燃焼時よりも点火時のほうが多くなる。そして、燃料ガスの供給量とファンの回転数とから算定される混合気の空気過剰率（一次空気量／燃料ガスの燃焼に必要な理論空気量）を算定空気過剰率として、点火時に、算定空気過剰率が定常燃焼時の空気過剰率の適正値に等しくなるように燃料ガス供給量とファン回転数を制御すると、バーナプレートから噴出する混合気の実際の空気過剰率が過大になって火炎リフトを生ずる。
【０００３】
そこで、従来、バーナプレートの温度を検出する温度検出手段を備え、点火時に温度検出手段の検出温度が所定の基準温度に達するまで、算定空気過剰率が定常燃焼時の空気過剰率の適正値よりも小さな値に減少補正されるように燃料ガス供給量を増加し又はファン回転数を減少する保炎制御を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、従来は、定常燃焼時の空気過剰率の適正値と保炎制御時の算定空気過剰率との差である減少補正量を、温度検出手段の検出温度が基準温度に達するまで、点火当初の初期値から検出温度の上昇に応じて減少させているが、これでは以下の不具合を生ずる。即ち、セラミックス製のバーナプレートは熱伝導率が低く、温度検出手段を配置するバーナプレートの部分とそこから離れたプレート部分とで温度差を生じ、温度検出手段の検出温度が基準温度に上昇するまでは、温度検出手段の配置部分から離れたプレート部分の温度が検出温度よりも低くなってしまうことがある。そして、検出温度の上昇に応じて減少補正量を減少させたのでは、検出温度よりも温度の低いプレート部分から噴出する混合気の実際の空気過剰率が過大になって、燃焼不良を生じてしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２６７４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、点火時の燃焼不良を確実に防止できるようにしたプレート式バーナの制御装置を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、セラミックス製のバーナプレートを有し、燃料ガスとファンから供給される一次空気との混合気をバーナプレートに形成した多数の炎孔から噴出させて全一次燃焼させるプレート式バーナの制御装置であって、バーナプレートの温度を検出する温度検出手段を備え、燃料ガスの供給量とファンの回転数とから算定される混合気の空気過剰率を算定空気過剰率として、点火時に温度検出手段の検出温度が所定の基準温度に達するまで、算定空気過剰率が定常燃焼時の空気過剰率の適正値よりも小さな値に減少補正されるように燃料ガス供給量を増加し又はファン回転数を減少する保炎制御を行うものにおいて、定常燃焼時の空気過剰率の適正値と保炎制御時の算定空気過剰率との差である減少補正量を、点火当初の初期値から所定時間後に初期値よりも小さな所定の保持値になるように減少させ、その後、温度検出手段の検出温度が所定の基準温度に達するまで保持値に維持することを特徴とする。
【０００８】
ここで、バーナに点火されると、バーナプレートの温度は経時的に上昇するが、温度検出手段の熱容量の影響で検出温度の上昇が遅れる。本発明によれば、保炎制御による空気過剰率の減少補正量が、検出温度の上昇遅れに拘りなく、点火当初の初期値から経時的に減少されるため、バーナプレートの経時的な温度上昇に応じて減少補正量が減少されることになり、点火初期段階での燃焼不良を防止できる。
【０００９】
更に、本発明によれば、減少補正量が保持値まで減少すると、以後、温度検出手段の検出温度が基準温度に上昇するまで、減少補正量は保持値に維持される。ここで、基準温度を、バーナプレートの温度上昇が収まったときの温度と同等に設定しておけば、温度検出手段の検出温度が基準温度に上昇したときは、温度検出手段の配置部分から離れたプレート部分も含めてバーナプレート全体が基準温度に近い温度になる。そして、温度検出手段の配置部分から離れたプレート部分の温度が低くても、このプレート部分から噴出する混合気の実際の空気過剰率が燃焼不良を生ずるほど過大にならないように保持値を設定しておくことにより、検出温度が基準温度に上昇するまでの間に燃焼不良を生ずることを有効に防止できる。
【００１０】
また、本発明において、減少補正量を保持値に維持している状態で失火して再点火する場合は、保炎制御で使用する保持値を前回よりも所定量大きな値に更新することが望ましい。ここで、減少補正量を保持値に維持している状態で失火するのは、保持値が小さ過ぎてバーナプレートから噴出する混合気の実際の空気過剰率が過大になり、火炎リフトを生ずるためである。上記の如く保持値を大きな値に更新することにより、再点火後に減少補正量を保持値に維持している状態で失火することを可及的に回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の制御装置で制御するプレート式バーナを備える燃焼装置の斜視図。
【図２】図１の燃焼装置の切断側面図
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線で切断した拡大切断平面図。
【図５】混合気の空気過剰率と燃焼排気中のＣＯ濃度（ＣＯａｆ）との関係を示すグラフ。
【図６】本実施形態の制御装置による保炎制御の内容を示すフロー図。
【図７】保炎制御による減少補正量の変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜図３を参照して、１は、給湯用熱源機等の燃焼装置に設けられたプレート式バーナを示している。このバーナ１は、上方に開口する箱形に形成されたバーナ本体２の上面に装着されたセラミックス製のバーナプレート３を有している。
【００１３】
バーナ本体２内には、バーナプレート３の下面に面する分布室２１と、分布室２１の底壁２１１下の混合室２２とが設けられている。また、混合室２２の下側には、バーナ本体２の下面に取付けたケース２３１で囲われる給気室２３が設けられている。給気室２３の横方向一端にはファン２４が接続されている。
【００１４】
分布室２１の底壁２１１の後部には、分布室２１と混合室２２とを連通する開口部２１２が形成されている。また、分布室２１は、仕切り板２１３により上下２つの空間に仕切られている。そして、混合室２２から開口部２１２を介して分布室２１の下部空間に流入した混合気が仕切り板２１３に形成した多数の分布孔２１３ａと分布室２１の上部空間とを介してバーナプレート３に導かれるようにしている。バーナプレート３に導かれた混合気は、バーナプレート３に形成した多数の炎孔３ａから噴出して全一次燃焼する。
【００１５】
混合室２２の前面は、バーナ本体２に一体の前壁２２１で閉塞されている。前壁２２１には、横方向の間隔を存して複数のノズル孔２２２が形成されている。また、前壁２２１の前面には、これらノズル孔２２２に連通するノズル通路２２３を前壁２２１との間に画成する仕切板２５１を介してガスマニホールド２５が取り付けられている。仕切板２５１には、ガスマニホールド２５内のガス通路２５２とノズル通路２２３とを連通する開口（図示せず）が形成されており、この開口を開閉する電磁弁２５３がガスマニホールド２５に取り付けられている。そして、電磁弁２５３を開弁させたときに、ノズル通路２２３に燃料ガスが供給され、各ノズル孔２２２から燃料ガスが噴射されるようにしている。
【００１６】
混合室２２の底面は、バーナ本体２とは別体の底板２２４で閉塞されている。底板２２４の前端部には、前壁２２１に通気空間を存して対向し、各ノズル孔２２２から噴出する燃料ガスが衝突する壁板２２５が曲成されている。また、混合室２２の底面の通気空間に臨む部分には、給気室２３に連通する空気導入口２２６が開設されている。そして、ファン２４から給気室２３に送風される空気が空気導入口２２６を介して通気空間に一次空気として供給され、壁板２２５に衝突して拡散する燃料ガスと一次空気とが混合室２２で混合して混合気が生成されるようにしている。
【００１７】
尚、本実施形態では、分布室２１及び混合室２２を、バーナ本体２に一体の仕切り壁２６で比較的大きな♯１の分布室２１及び混合室２２と、比較的小さな♯２と♯３の分布室２１及び混合室２２とに３分割し、実質的に３個のバーナを組み合わせた構造にしている。そして、ガスマニホールド２５に、３分割した♯１〜♯３の混合室２２に個々に燃料ガスを供給できるように、３個の電磁弁２５３を設けている。また、バーナプレート３を、比較的大きな♯１の分布室２１を覆う♯１のバーナプレート３と、比較的小さな♯２と♯３の分布室２１，２１を覆う♯２のバーナプレート３とに２分割している。
【００１８】
また、燃焼装置は、バーナプレート３の上方の燃焼空間を囲う燃焼筐４を備えている。燃焼筐４は、被加熱物たる給湯用の熱交換器４１を収納した上部筺体４２と、上部筺体４２の下端に連結される下部筺体４３とで構成されている。下部筺体４３の前板部には、ガラスを嵌め込んだ覗き窓４４が設けられると共に、熱電対５と点火電極６とフレームロッド７とが装着されている。
【００１９】
熱電対５は、バーナプレート３の温度を検出する温度検出手段として機能するものであり、図２〜図４に示す如く、♯２のバーナプレート３に接するように配置されている。尚、♯２のバーナプレート３の熱電対５が接する部分には炎孔３ａが形成されていない。また、点火電極６は熱電対５の一側方に配置され、フレームロッド７は熱電対５の他側方に配置されている。
【００２０】
ところで、バーナプレート３の炎孔３ａから噴出する混合気を全一次燃焼させるため、混合気の空気過剰率を１よりも大きくする。但し、図５に示す如く、空気過剰率が約１．６以上になると、火炎リフトを生じてＣＯａｆ（理論乾燥燃焼ガス中のＣＯ濃度）が急増する。また、空気過剰率が約１．１以下になると、混合気の混合ムラに起因してバーナプレート３から噴出する一部の混合気の実際の空気過剰率が１未満になり、不完全燃焼でＣＯａｆが急増する。また、燃料ガスの供給量とファン２４の回転数とから算定される混合気の空気過剰率を算定空気過剰率として、燃料ガスのガス種が同じでも成分のバラツキで、混合気の実際の空気過剰率が算定空気過剰率よりも小さくなったり大きくなったりすることがある。
【００２１】
そこで、算定空気過剰率の制御目標となる適正値λｍを、ガス成分のバラツキで実際の空気過剰率が１．１以下になったり１．６以上になることがないように、１．３程度に設定している。そして、図示省略したコントローラにより、ガスマニホールド２５の上流側のガス供給路に介設する比例弁（図示せず）を制御して要求燃焼量に合わせて燃料ガスの供給量を可変すると共に、ファン２４の回転数を算定空気過剰率が適正値λｍになるように燃料ガス供給量と所定の比例関係で可変する。
【００２２】
ところで、点火時は、バーナプレート３の温度が低く、プレート温度が高くなる定常燃焼時に比し、バーナプレート３の通気抵抗が低くなる。そのため、ファン回転数が同じでも、一次空気の供給量は定常燃焼時よりも点火時のほうが多くなる。そして、点火時に、算定空気過剰率が定常燃焼時の空気過剰率の適正値λｍに等しくなるように燃料ガス供給量とファン回転数を制御すると、バーナプレート３から噴出する混合気の実際の空気過剰率が過大になって火炎リフトを生ずる。
【００２３】
そこで、本実施形態では、点火時に熱電対５によるバーナプレート３の検出温度が所定の基準温度に達するまで、算定空気過剰率が定常燃焼時の空気過剰率の適正値λｍよりも小さな値に減少補正されるように燃料ガス供給量を増加し又はファン回転数を減少する保炎制御をコントローラが行うようにしている。
【００２４】
保炎制御の詳細は、図６に示す通りであり、先ず、ＳＴＥＰ１において、定常燃焼時の空気過剰率の適正値λｍと保炎制御時の算定空気過剰率との差である減少補正量Δλについて定められた所定の保持値Δλｈを読み込む。そして、ＳＴＥＰ２でバーナ１に点火した後、ＳＴＥＰ４で減少補正量Δλが保持値Δλｈに減少したと判別されるまで、ＳＴＥＰ３での減少補正量Δλの減算処理を行う。この減算処理により、減少補正量Δλは、図７に示す如く、点火当初の初期値Δλｓから所定時間ｔａ(例えば、３０秒)後に保持値Δλｈまで減少する。尚、初期値Δλｓは、バーナプレート３の温度が低いときに実際の空気過剰率が適正値λｍに近い値になるように設定される。
【００２５】
減少補正量Δλが保持値Δλｈに減少すると、次に、ＳＴＥＰ５で熱電対５によるバーナプレート３の検出温度Ｔが所定の基準温度Ｔａに上昇したか否かを判別する。そして、Ｔ＜Ｔａである間は、ＳＴＥＰ６で減少補正量Δλが保持値Δλｈに減少してから所定時間経過したか否か判別し、所定時間経過するまでは、ＳＴＥＰ７に進んで、フレームロッド７により火炎が検知されなくなったか否か、即ち、失火したか否かを判別する。そして、失火していなければ、ＳＴＥＰ５に戻る。そのため、検出温度Ｔが基準温度Ｔａに達するまでは、原則的に減少補正量Δλは保持値Δλｈに維持される。
【００２６】
検出温度Ｔが基準温度Ｔａに達したとき、或いは、検出温度Ｔが基準温度Ｔａに達していなくても減少補正量Δλが保持値Δλｈに減少してから所定時間（バーナプレート３の温度ムラが十分に解消される時間であって例えば１０分）経過したときは、ＳＴＥＰ９で減少補正量Δλが０まで減少したと判別されるまで、ＳＴＥＰ８での減少補正量Δλの減算処理を行う。この減算処理では、減少補正量Δλを経時的に一定勾配で減少させる。そして、減少補正量Δλが０になったところで、ＳＴＥＰ１０に進み、算定空気過剰率を適正値λｍに維持しつつ燃焼を継続する。
【００２７】
ＳＴＥＰ７で失火したと判別された場合、即ち、減少補正量Δλを保持値Δλｈに維持している状態で失火した場合には、ＳＴＥＰ１１で保持値Δλｈを前回よりも所定量大きな値に更新する。次に、ＳＴＥＰ１２に進んで、更新した保持値Δλｈが所定の上限値Δλｈｍａｘに達したか否かを判別し、Δλｈ＜Δλｈｍａｘであれば、ＳＴＥＰ１に戻り、更新した保持値Δλｈを今回の制御に用いる保持値として読み込む。一方、Δλｈ≧Δλｈｍａｘになったときは、ＳＴＥＰ１３に進んで異常表示を行う。
【００２８】
ここで、バーナ１に点火されると、バーナプレート３の温度は経時的に上昇するが、温度検出手段たる熱電対５の熱容量の影響で検出温度の上昇が遅れる。上述した本実施形態の保炎制御によれば、保炎制御による空気過剰率の減少補正量Δλが、検出温度の上昇遅れに拘りなく、点火当初の初期値Δλｓから経時的に減少されるため、バーナプレート３の経時的な温度上昇に応じて減少補正量Δλが減少されることになり、点火初期段階での燃焼不良を防止できる。
【００２９】
また、本実施形態の保炎制御よれば、減少補正量Δλが保持値Δλｈまで減少すると、以後、検出温度Ｔが基準温度Ｔａに上昇するまで、或いは所定時間経過するまで、原則的に減少補正量Δλは保持値Δλｈに維持される。ここで、基準温度Ｔａを、バーナプレート３の温度上昇が収まったときの温度と同等に設定しておけば、検出温度Ｔが基準温度Ｔａに上昇したときは、熱電対５の配置部分から離れたプレート部分も含めてバーナプレート３全体が基準温度Ｔａに近い温度になる。そして、熱電対５の配置部分から離れたプレート部分の温度がある程度低くても、このプレート部分から噴出する混合気の実際の空気過剰率が燃焼不良を生ずるほど過大、即ち、１．６以上にならないように保持値Δλｈを設定しておくことにより、検出温度Ｔが基準温度Ｔａに上昇するまでの間に燃焼不良を生ずることを有効に防止できる。
【００３０】
尚、検出温度Ｔが基準温度Ｔａに上昇するまでの保持値Δλｈの維持は、最大でも所定時間が経過するまでであるから、熱電対５の故障等で検出温度が上昇しない場合においても、実際のプレート温度が基準温度Ｔａに上昇した状態で過大な減少補正量を出し続けずに、適正な空気過剰率での燃焼とすることができ有利である。
【００３１】
また、本実施形態の保炎制御によれば、減少補正量Δλを保持値Δλｈに維持している状態で失火して再点火する場合は、保炎制御で使用する保持値Δλｈが前回よりも所定量大きな値に更新される。ここで、減少補正量Δλを保持値Δλｈに維持している状態で失火するのは、保持値Δλｈが小さ過ぎて混合気の実際の空気過剰率が過大になり、火炎リフトを生ずるためである。本実施形態の如く保持値Δλｈを大きな値に更新することにより、再点火後に減少補正量Δλを保持値Δλｈに維持している状態で失火することを可及的に回避できる。尚、失火が繰り返されて更新した保持値Δλｈが上限値Δλｈｍａｘに達したときは、安全対策のため、再点火せずに異常表示を行う。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、バーナ１を消火してから然程時間が経っておらずバーナプレート３の温度が高い状態で点火する場合にも、上述した保炎制御を行うようにしているが、この場合には、検出温度Ｔが基準温度Ｔａに達するまで点火当初から減少補正量Δλを保持値Δλｈに維持するようにしてもよい。また、上記実施形態では、バーナプレート３の温度を検出する温度検出手段として熱電対５を用いているが、サーミスタ等の他のセンサを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１…プレート式バーナ、３…バーナプレート、５…熱電対（温度検出手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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