(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ア）複数の燃焼領域を有する燃焼部と、
（イ）上記燃焼領域毎に燃料を供給する燃料供給手段と、
（ウ）上記燃焼部からの燃焼熱を受ける熱交換部と、
（エ）上記燃料供給手段を制御することにより、要求燃焼熱量に応じ、ヒステリシス特性をもって複数の燃焼領域への選択的燃料供給を行うとともに各燃焼領域への燃料供給量を制御する制御手段と、
（オ）上記燃焼部に燃焼空気を供給する送風手段と、
（カ）上記熱交換部を通る配管内を流れる水量を調節するための流量調節手段と、
（キ）燃焼状態での共鳴の発生を検出する検出手段と、
を備えた燃焼装置において、上記制御手段は、上記検出手段で共鳴を検出した時に、
ａ．総燃焼熱量が上記ヒステリシス特性の上限と下限の範囲にあるときにのみ、燃料供給を行なう燃焼領域の数を増減するとともに、この燃焼領域数の増減時に、上記熱交換部に付与される総燃焼熱量を実質的に変えないように、各燃焼領域への燃料供給量を制御し、
ｂ．総燃焼熱量が上記ヒステリシス特性の上限と下限の範囲から外れている場合、または上記燃焼領域数の切換により共鳴非検出状態にならなかった場合には、上記送風手段を制御し、送風量を、上記最適空燃比に対応する送風量から、空燃比の許容範囲内において、共鳴非検出状態になるまで漸増または漸減し、
ｃ．送風量が上記空燃比の許容範囲を超えても共鳴非検出状態にならない場合には、上記燃焼領域への燃料供給量を減らすとともに、出湯温度が設定温度に維持されるように、上記流量調節手段を制御して上記配管内の水量を減らすことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
上記共鳴検出手段が、音センサ、上記燃焼部を収容するケーシング内の圧力を検出する圧力センサ、このケーシングまたはケーシング内に収容された上記燃焼部を含む構成要素の振動を検出する振動センサ、ケーシングを流れる風量を検出する風量センサ、ガス供給路に設けたガス圧センサのうちの１つであることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共鳴防止機能を備えた燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス給湯装置等の燃焼装置において、新製品開発の際に考慮すべき点の一つとして共鳴防止がある。すなわち、ある特定の燃焼条件の元で共鳴（振動燃焼）が生じることがあり、これを避ける必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、試作品を用いて種々の燃焼条件下で燃焼実験を繰り返し、共鳴が発生しないように、装置寸法を変えたり燃焼条件を回避するような制御プログラムを作成しており、開発に要する時間とコストが増大する一因となっていた。また、工場出荷の段階で共鳴を回避できる製品であっても、実際に設置する際に煙突の長さ等の条件によっては、共鳴が発生する可能性があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、
（ア）複数の燃焼領域を有する燃焼部と、
（イ）上記燃焼領域毎に燃料を供給する燃料供給手段と、
（ウ）上記燃焼部からの燃焼熱を受ける熱交換部と、
（エ）上記燃料供給手段を制御することにより、要求燃焼熱量に応じ、ヒステリシス特性をもって複数の燃焼領域への選択的燃料供給を行うとともに各燃焼領域への燃料供給量を制御する制御手段と、
（オ）上記燃焼部に燃焼空気を供給する送風手段と、
（カ）上記熱交換部を通る配管内を流れる水量を調節するための流量調節手段と、
（キ）燃焼状態での共鳴の発生を検出する検出手段と、
を備えた燃焼装置において、上記制御手段は、上記検出手段で共鳴を検出した時に、
ａ．総燃焼熱量が上記ヒステリシス特性の上限と下限の範囲にあるときにのみ、燃料供給を行なう燃焼領域の数を増減するとともに、この燃焼領域数の増減時に、上記熱交換部に付与される総燃焼熱量を実質的に変えないように、各燃焼領域への燃料供給量を制御し、
ｂ．総燃焼熱量が上記ヒステリシス特性の上限と下限の範囲から外れている場合、または上記燃焼領域数の切換により共鳴非検出状態にならなかった場合には、上記送風手段を制御し、送風量を、上記最適空燃比に対応する送風量から、空燃比の許容範囲内において、共鳴非検出状態になるまで漸増または漸減し、
ｃ．送風量が上記空燃比の許容範囲を超えても共鳴非検出状態にならない場合には、上記燃焼領域への燃料供給量を減らすとともに、出湯温度が設定温度に維持されるように、上記流量調節手段を制御して上記配管内の水量を減らすことを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の燃焼装置において、上記共鳴検出手段が、音センサ、上記燃焼部を収容するケーシング内の圧力を検出する圧力センサ、このケーシングまたはケーシング内に収容された上記燃焼部を含む構成要素の振動を検出する振動センサ、ケーシングを流れる風量を検出する風量センサ、ガス供給路に設けたガス圧センサのうちの１つであることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、ガス給湯装置（燃焼装置）は、燃焼部１０と、この燃焼部１０での燃焼熱を受ける熱交換部２０と、燃焼排ガスが排出される排気部３０とを、下から順に配設することにより、構成されている。これら燃焼部１０，熱交換部２０，排気部３０を囲むフレームを連設することにより、ケーシング１が構成されている。
上記ケーシング１の底部には、燃焼空気を供給するファン４０（送風手段）が設けられている。
【０００８】
上記ケーシング１には、燃焼部１０の下流側と上流側を連ねるバイパス管５が設けられており、このバイパス管５には風量センサ６が設けられている。この風量センサ６は、上記ファン４０による送風量を検出するためのものであり、例えばホットワイヤ式のセンサである。
【０００９】
上記燃焼部１０は、複数例えば２つの燃焼領域１１，１２に分けられている。燃焼部１０に燃料となるガスを供給するガス供給手段５０（燃料供給手段）は、主管５１と、この主管５１から分岐した２つの分岐管５２，５３を有している。分岐管５２．５３は、それぞれ燃焼領域１１，１２に接続されている。主管５１には、主開閉弁５４と比例弁５５が設けられ、分岐管５２，５３にはそれぞれ副開閉弁５６，５７が設けられている。
【００１０】
上記熱交換部２０は、多数のフィン２１を有している。給湯のための配管６０は、熱交換部２０を通る受熱管６１と、この受熱管６１の入口端に接続された給水管６２と、受熱管６１の出口端に接続された給湯管６３と、受熱管６１と並列をなして給水管６２と給湯管６３との間に接続されたバイパス管６４とを備えている。
給水管６２には入水温度センサ６６とフローセンサ６８とが設けられている。給湯管６３には、出湯温度センサ６７と流量調節弁６５とが設けられるとともに、その下流端に給湯栓６９が設けられている。
【００１１】
給湯装置は、更に、マイクロコンピュータを含む制御ユニット７０（制御手段）と、この制御ユニット７０にユーザー設定温度の情報を送るリモートコントローラ（図示しない）とを備えている。制御ユニット７０は、このリモートコントローラからの設定温度、風量センサ６からの検出風量、上記温度センサ６６，６７の検出温度、フローセンサ６８からの検出流量等に基づいて、点火機構，ガス供給のための弁５４〜５７，ファン４０，流量調節弁６５等を制御するようになっている。
【００１２】
上記制御ユニット７０による燃焼制御について説明する。給湯栓６９の開によりフローセンサ６８で水流を検出した時には、これに応答して点火動作を行うとともに主開閉弁５４および副開閉弁５６を開き、必要に応じて副開閉弁５７も開いて、燃焼を開始する。そして、フローセンサ６８で検出された流量と入水温度センサ６６で検出された入水温度とリモートコントローラで設定された設定温度に基づいてフィードフォワード制御成分を演算し、出湯温度センサ６７で検出された出湯温度と設定温度に基づいてフィードバック制御成分を演算する。そして、このフィードフォワード制御成分にフィードバック制御成分を加算した制御値に基づいて、出湯温度が設定温度になるように、比例弁５５を制御する。これにより、供給ガス量を制御し、ひいては燃焼熱量を制御する。
【００１３】
要求する燃焼熱量が比較的小さい場合には、一方の副開閉弁５６だけを開き、一方の燃焼領域１１のみで燃焼を行う（一面燃焼）。要求燃焼熱量が増大するにしたがって比例弁５５の開度を増大させる。この比例弁５５の開度が所定の第１開度に達しても、要求燃焼熱量が得られない場合には、他方の副開閉弁５６をも開いて、両方の燃焼領域１１，１２で燃焼を行う（二面燃焼）。この二面燃焼への切り替え時には、一旦比例弁５５の開度を減じて燃焼熱量の連続性を担保する。そして、要求燃焼熱量が増大するにしたがって、二面燃焼のまま比例弁５５の開度を増大させる。
なお、要求燃焼熱量が最大燃焼能力を越える場合には、流量調節弁６５を絞り、出湯量を最大燃焼能力に見合った量に抑制し、出湯温度を確実に設定温度にする。
【００１４】
上記とは逆に二面燃焼状態で要求燃焼熱量が減少した場合には、比例弁５５の開度を減少させ、所定の第２開度に達しても、要求燃焼熱量まで低減させることができない場合には、副開閉弁５７を閉じて、燃焼領域１１だけの一面燃焼に切り換える。この一面燃焼への切り替え時には、一旦比例弁５５の開度を増大させて燃焼熱量の連続性を担保する。そして、要求燃焼熱量が減少するにしたがって、一面燃焼のまま比例弁５５の開度を減少させる。
【００１５】
上記一面燃焼から二面燃焼への切り換え時の燃焼部１０での総燃焼熱量は、二面燃焼から一面燃焼への切り換え時の総燃焼熱量より高く、この切り換えにヒステリシス特性を持たせている。
【００１６】
上記比例弁５５の開度，換言すれば各燃焼領域１１，１２へのガス供給量に対応して、最適燃焼が行えるように、ファン４０を制御する。この際、風量センサ６からの検出風量がガス供給量に見合った風量となるように、すなわち最適空燃比での燃焼が行えるように、ファン４０を制御する。
【００１７】
次に、本発明の重要な特徴について説明する。ケーシング１には、マイクロホン等からなる音センサ８０（共鳴検出手段）が設けられている。この音センサ８０は、ケーシング１内に発生した共鳴に伴う音波を検出し、これを制御ユニット７０に送る。
制御ユニット７０では、音センサ８０からの音波情報から、単位時間当たりの音波エネルギーが閾値を越えているか否かを判断し、肯定判断した時には、共鳴が発生したとして、燃焼条件を変える。すなわち、通常モードの燃焼制御から共鳴回避モードの燃焼制御に移行する。
【００１８】
上記共鳴回避モードについて具体的に説明する。前述したように、燃焼面数の切り換えのヒステリシス特性により、一面燃焼から二面燃焼への切り換え時の燃焼熱量を上限とし、二面燃焼から一面燃焼への切り換え時の燃焼熱量を下限とする所定の燃焼熱量の範囲では、燃焼面数が異なっても燃焼部１０での総燃焼熱量が等しくすることができる。そこで、まず現時点での燃焼熱量がこの所定の燃焼熱量の範囲にあるか否かを判断する。ここで肯定判断した時には、燃焼面の数を増減する。例えば二面燃焼を実行している時には一面燃焼に切り換え、一面燃焼を実行している時には二面燃焼に切り換える。この切り換えに際して、熱交換部１０に付与される総燃焼熱量を実質的に変えないようにする。すなわち、燃焼面を切り換えた後に、前述した通常モードの燃焼制御に戻る。これにより、比例弁５５の開度は、燃焼面数が増える時には小さくなり、燃焼面数が減る時には大きくなる。
【００１９】
上記共鳴検出時に燃焼熱量が上記所定の燃焼熱量の範囲にない場合、または上記燃焼面数の増減によって共鳴非検出状態にならない場合には、ファン４０の回転速度を変えて、共鳴が発生しない燃焼条件にする。すなわち、ファン４０の回転速度を漸増（または漸減）させ、音センサ８０で共鳴が検出されなくなった時点で、ファン４０の回転速度を固定する。このようにして最適空燃比からのオフセット量を最小限にする。
上記検出風量の漸増（または漸減）によって共鳴非検出状態にならずに空燃比の許容範囲を越える場合には、送風量変化による共鳴解消をあきらめて、供給ガス量（燃料供給量）を漸減させる。この場合、供給ガス量の減少分に対応して流量調節弁６５を制御することにより、出湯量を減らし、出湯温度が設定温度に維持されるようにする。この場合、ファン４０の送風量をも減少させて最適空燃比を確保するのが好ましい。この供給ガス量の漸減の過程で、共鳴非検出状態なった時点で供給ガス量をほぼ固定する。このようにして、出湯量の減少量を抑制することができる。
【００２０】
ユーザーが給湯栓６９を操作して、出湯量を変えた時には、共鳴回避モードから通常モードの燃焼制御に戻る。
なお、共鳴回避に際して、供給ガス量を送風量より優先して変化させてもよい。
【００２１】
本発明は、上記実施形態に制約されず、種々の態様が可能である。例えば、上記音センサ８０はケーシング１の外であってもよい。
音センサ８０の代わりに、ケーシング１内の圧力を検出する圧力センサを、共鳴検出手段として用いてもよい。共鳴が生じた時にケーシング１内の圧力が例えば５ｍｍＡＱから１００ｍｍＡＱへと急上昇するからである。
音センサ８０の代わりに、半導体加速度センサ等の振動センサを、共鳴検出手段としてケーシング１に取り付けてもよい。共鳴が生じた時に、ケーシング１が振動するからである。なお、共鳴発生時には、ケーシング１のみならず燃焼部１０やこの燃焼部１０に対峙するガスノズルや、排気部３０に配置された雨返しボード（図示しない）等も振動するので、これら構成要素に振動センサを取り付けて、共鳴を検出してもよい。
共鳴検出手段として、主管５１（ガス供給路）に設けたガス圧センサ８１を用いてもよい、共鳴が生じた時に、ガス圧が変動するからである。
【００２２】
また、風量センサ６を共鳴検出手段として用いてもよい。共鳴発生時に風量が小刻みに変動し、これに対応して風量センサ６の出力が小刻みに変動するからである。この小刻みな変動を制御ユニット６０で分析して共鳴発生の判断を下すのである。風量センサ６はファン４０の制御のために用いるので、新たに共鳴検出手段のためのセンサを用いずに済む。
制御ユニット６０は学習機能を有していてもよい。すなわち、過去に共鳴が生じた燃焼条件を記憶しておき、この燃焼条件を回避するようにして燃焼制御を行うのである。
【００２３】
本発明は、燃焼装置として、風呂追焚装置や、風呂追焚と給湯を兼用する装置に適用することもできる。風呂追焚の場合、上記と同様の共鳴回避制御を行うことができる。なお、風呂追焚では、供給ガス量（燃料供給量）を増やすことによって共鳴を回避することもできる。また、風呂追焚用配管を流れる水量は、流量調節手段としてのポンプの回転数を変えることによって、変えることができる。本発明は、暖房用の燃焼装置に適用することもできる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、共鳴検出手段を備えて、共鳴検出時に燃焼条件を変えるようにしたので、製品開発段階での共鳴防止対策に費やす時間とコストを削減することができ、また製品設置条件に左右されずに共鳴防止を確実に行うことができる。しかも燃焼条件として燃焼領域数、送風量を変えることにより共鳴防止を行える場合には、燃焼熱量を変えずに済む。
請求項２の発明によれば、音センサ，圧力センサ，振動センサ，風量センサ，ガス圧セ
ンサを用いることにより、共鳴検出を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる給湯装置の概略図である。
【符号の説明】
１  ケーシング
６  風量センサ（共鳴検出手段）
１０  燃焼部
２０  熱交換部
４０  ファン（送風手段）
５０  ガス供給手段（燃料供給手段）
６０  配管
６５  流量調節弁（流量調節手段）
７０  制御ユニット（制御装置）
８０  音センサ（共鳴検出手段）
８１  ガス圧センサ（共鳴検出手段）
【図１】
0003935261.tif 000002