(57)【要約】      （修正有）【課題】給・排気路の閉塞率が大きくなった場合でも実際の発熱量に対応する正確なガス量の制御を行うことができる燃焼装置を提供する。【解決手段】燃焼装置は、燃焼中の給・排気路の閉塞度合いに対応する燃焼ファン４の目標回転数の補正値を算出する補正値算出部５５と、ガスバーナに供給されるガスの量を、燃焼中の給・排気路の閉塞度合いに対応させて制御するアクチュエータ制御部５８とを備える。アクチュエータ制御部５８は、ガスバーナに供給されるガスの量を、予め取得した目標回転数の補正値に対応するガス量の減少率に基づき、該ガス量の減少が相殺されるように制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナを収容する燃焼室と、
前記燃焼室に連通する給・排気路と、
前記バーナに燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、
前記給・排気路の閉塞度合を検出する閉塞度合検出部と、
前記バーナにおける必要な発熱量に対応する燃焼用空気量が得られる目標回転数になるように前記燃焼ファンを制御するファン制御部と、
前記閉塞度合検出部が検出する燃焼中の給・排気路の閉塞度合いに対応する前記目標回転数の補正値を算出する補正値算出部と、
前記バーナに供給されるガスの量を、前記閉塞度合検出部が検出する燃焼中の給・排気路の閉塞度合いに対応させて制御するガス量制御部とを備え、
前記ガス量制御部は、前記バーナに供給されるガスの量を、予め取得した前記目標回転数の補正値に対応するガス量の減少率に基づき、該ガス量の減少が相殺されるように制御するものであることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記ガス量の減少率は、前記バーナに供給されるガスの量に応じて異な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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯器等に適用される燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バーナを収容する燃焼室と、燃焼室に連通する給・排気路と、バーナに燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、バーナにガスを供給するためのガス管とを備え、給湯器等に使用される燃焼装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の燃焼装置は、必要な発熱量に対応する燃焼用空気量が得られる目標回転数になるように燃焼ファンを制御するファン制御手段と、燃焼中の給・排気路の閉塞度合いに対応する燃焼ファンの目標回転数の補正値を算出する補正値算出部とを備える。そして、給・排気路の閉塞が進み、これに応じて目標回転数の補正値が大きくなると、給湯能力の大きい（発熱量の多い）状態では運転できないように、給湯能力が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−２４７４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記燃焼装置によれば、燃焼ファンの目標回転数の補正値が大きくなり、給・排気路の閉塞が進行した状態では、上記のように給湯能力が制限される他、給・排気路の閉塞の進行及び燃焼ファンの回転数の増加により、燃焼室の内圧が増大する。これにより、バーナからのガスの噴射が抑制され、発熱量が低下する。
【０００６】
この低下は、燃焼装置では認識されないので、燃焼装置が制御を通じて認識し得る発生熱量と、実際の発生熱量とにずれが生じ、実際の発熱量は、認識している発熱量より小さい値となる。このずれは、給・排気路の閉塞が進行して燃焼室の内圧が増大した状態となるほど大きくなる。
【０００７】
また、発熱量が大きい場合には給・排気路の閉塞率が、例えば８０％になるとエラー停止し、発熱量が小さい場合には閉塞率が、例えば９０％になると、エラー停止する制御が行われる。そして、燃焼ファンの目標回転数は、発熱量（ガス量）にほぼ比例して設定される。
【０００８】
この場合、例えば、閉塞率が８５％であるとすれば、エラー停止とならないように、発熱量が抑えられる。このとき、上記のように、実際の発熱量が、装置が認識している発熱量より小さいと、出水温の測定温度が、装置が認識している値より低くなるので、装置は発熱量が増加するように制御を行い、燃焼ファンの目標回転数を増大させる。
【０００９】
そうすると、上記の閉塞率が８０％でエラー停止となる発熱量に近付くので、今度は逆に、発熱量が減少するように制御を行い、燃焼ファンの目標回転数が減少する。かくして、燃焼ファンの回転数が不安定になるという不都合が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、給・排気路の閉塞率が大きくなった場合でも実際の発熱量に対応する正確なガス量の制御を行うことができる燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃焼装置は、バーナを収容する燃焼室と、前記燃焼室に連通する給・排気路と、前記バーナに燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、前記給・排気路の閉塞度合を検出する閉塞度合検出部と、前記バーナにおける必要な発熱量に対応する燃焼用空気量が得られる目標回転数になるように前記燃焼ファンを制御するファン制御部と、前記閉塞度合検出部が検出する燃焼中の給・排気路の閉塞度合いに対応する前記目標回転数の補正値を算出する補正値算出部と、前記バーナに供給されるガスの量を、前記閉塞度合検出部が検出する燃焼中の給・排気路の閉塞度合いに対応させて制御するガス量制御部とを備え、前記ガス量制御部は、前記バーナに供給されるガスの量を、予め取得した前記目標回転数の補正値に対応するガス量の減少率に基づき、該ガス量の減少が相殺されるように制御するものであることを特徴とする。
【００１２】
かかる燃焼装置において、給・排気路の閉塞度合が大きくなると、必要な発熱量を維持するために、燃焼ファンの目標回転数に対する補正値が大きくなる。したがって、給・排気路の閉塞と、燃焼ファンの目標回転数の増大とにより、燃焼室の内圧が高まり、バーナからガスが噴出しにくくなって、供給されるガスの量が、実際には少なくなり、発熱量も少なくなる。
【００１３】
この点、本発明では、目標回転数の補正値に対応するガス量の減少率が予め取得され、これを考慮して、かかるガス量の減少が相殺されるように、供給するガス量が制御される。このため、給・排気路の閉塞率が大きくなった場合でも、目標とする発熱量が実際の発熱量に対応する正確なガス量の制御を行うことができる。
【００１４】
本発明において、前記ガス量の減少率は、前記バーナに供給されるガスの量に応じて異なっていてもよい。
【００１５】
バーナに供給されるガスの量が多いほど、給・排気路の閉塞によって、実際にバーナから噴出するガス量の減少率が大きい。すなわち、供給されるガス量によって、ガス量の減少率が異なる。したがって、ガス量の減少率として、バーナに供給されるガスの量に応じて異なるもの用いることにより、より正確に実際の発熱量に対応するように、バーナに供給されるガスの量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る給湯装置の構成を示す構成図。
【図２】図１の給湯装置の制御ユニットの構成を示すブロック図。
【図３】図１の給湯装置における燃焼ファンの回転数−ファン電流特性を示すグラフ。
【図４】図１の給湯装置における閉塞率と補正値との関係を示すグラフ。
【図５】図１の給湯装置における主要な動作を示すフローチャート。
【図６】図１の給湯装置における給・排気路の閉塞が無い正常時の発熱量と、給・排気路の閉塞が進行したときの発熱量との比である熱量比と、補正値Ｈとの関係の一例を示す図。
【図７】給・排気路の閉塞が無い場合及び給・排気路の閉塞がある場合に給湯能力が変化するときの発熱量減少率βを考慮した発熱量と燃焼ファンのファン回転数との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、本発明の燃焼装置を適用した実施形態の給湯装置Ａは、屋外に設置される給湯器本体Ｋと、キッチン等に設置され、給湯器本体Ｋと二線ワイヤーＮにより接続されるリモコンＬとを備える。  
【００１８】
給湯器本体Ｋは、熱交水路１と、ガスバーナ２と、燃焼室３と、燃焼用の空気を燃焼室３内に導入する燃焼ファン４と、制御ユニット５とを具備する。
【００１９】
熱交水路１は、給水管１１、熱交換器管１２、バイパス管１３、及び出湯管１４で構成される。給水管１１は、上流側が上水道に接続され、下流側が電動水量制御装置１５の入口に接続される。この給水管１１には、上流側から水フィルタ兼水抜栓１１１及び水量センサ１１２が設けられる。
【００２０】
熱交換器管１２は、上流入口側が電動水量制御装置１５の一方の出口側に接続され、途中でガスバーナ２の上方に設けられた熱交換器１２１を通過し、下流出口側が出湯管１４に接続される。熱交換器１２１は、内部を通過する水を加熱するものであり、外壁には過熱防止装置１２２が設けられ、下流出口側には缶体サーミスタ１２３が設けられる。
【００２１】
バイパス管１３は、上流入口側が電動水量制御装置１５の他方の出口側に接続され、下流端が出湯管１４の上流側（熱交換器管１２の下流端側）に接続される。出湯管１４には、凍結を防止する凍結防止ヒータ１４１、出湯温を検出する出湯サーミスタ１４２、過圧安全弁兼水抜栓１４３、及び湯を出す為の給湯栓１４４が上流側から下流側に渡って設けられる。
【００２２】
電動水量制御装置１５は、アクチュエータ制御部５８（図２参照）により通電制御され、給水管１１を通過する水量、及び熱交換器管１２を通過する熱交水量と、熱交換器管１２を経ずに出湯管１４に到達するバイパス管１３を流れるバイパス水量との割合を制御する。給湯栓１４４は、キッチンや浴室に配置される蛇口から吐出する湯の量を調節する湯栓である。水量センサ１１２は、羽根車式であり、給水管１１中を流れる水量に応じたパルスを送出する。
【００２３】
能力三段切替え式のガスバーナ２は、燃焼室３内に配置され、燃焼ファン４により燃焼用空気が送り込まれるとともに、ガス管６により供給されるガスを強制燃焼する。このガス管６には、元電磁弁６１、ガバナ比例電磁弁６２、及び能力切替電磁弁６３、６４が設けられる。
【００２４】
さらに、給湯器本体Ｋには、ガスバーナ２に点火するための火花放電を発生する点火電極２１、点火電極２１を駆動するイグナイタ２２、ガスバーナ２の燃焼炎を検知する炎検知センサとしてのフレームロッド２３、過熱防止用の温度ヒューズ２４、凍結防止ヒータ１４１を作動させるための低温感知スイッチ２５等が設けられる。
【００２５】
出湯サーミスタ１４２は出湯温を検出する。また、缶体サーミスタ１２３は、熱交換器１２１を通過した水の温度を検知する。
【００２６】
能力切替電磁弁６３、６４は、後述のアクチュエータ制御部５８（図２）により通電制御され、開弁と閉弁との組合せ（６３、６４が共に開弁、６３のみ開弁、６４のみ開弁）により、ガスバーナ２への供給量を三段階に切り替える。なお、フレームロッド２３は能力切替電磁弁６３のみが開弁した場合も、能力切替電磁弁６４のみが開弁した場合も、燃焼炎を検出できるように、能力切替電磁弁６３に対応したバーナと能力切替電磁弁６４に対応したバーナとにわたって設けられる。
【００２７】
ガバナ比例電磁弁６２は、アクチュエータ制御部５８により通電制御され、通電量に応じた開度を示し、ガス管６を流れるガス量を連続的に変化させる。したがって、能力切替電磁弁６３、６４とガバナ比例電磁弁６２とを組み合わせることにより、燃焼制御幅を大きく、かつ細かくすることができる。この場合、アクチュエータ制御部５８は、本発明のガス量制御部に相当する。
【００２８】
燃焼室３の上部には、燃焼排ガス３１を補集して外に排出する排気ダクト３２が設けられる。リモコンＬは、運転の開始や停止の指示を行う運転スイッチ７１や表示器７２を備え、更に、図示しないが、設定温度変更の指示を行う押しボタンスイッチ、運転ランプ、燃焼ランプ等を備えている。
【００２９】
マイクロコンピュータを有する制御ユニット５は、図２に示す様に、ファン電流を検出するファン電流検出部５１と、燃焼ファン４の回転数を検出する回転数検出部５２と、燃焼ファン４をフィードバック制御するファン制御部５３と、燃焼中、排気ダクト３２等で構成される給・排気路の閉塞度合を検出する閉塞度合検出部５４と、閉塞度合に対応した回転数の補正値Ｈを算出する補正値算出部５５と、閉塞度合に対応して点火中止や給湯能力（燃焼能力）の制限等を行う安全運転部５６と、必要発熱量を算出する熱量算出部５７と、ガバナ比例電磁弁６２等を制御するアクチュエータ制御部５８とを具備する。
【００３０】
ファン電流検出部５１は、電流センサ４１の出力に基づいてファン電流を検出する。回転数検出部５２は、燃焼ファン４に設けられた回転数センサ４２（ホール素子等）の出力に基づいてファン回転数を検出する。
【００３１】
ファン制御部５３は、点火開始前はプリパージ回転数であるファン所定回転数（２７００ｒｐｍ）で燃焼ファン４を回転させ、点火時は点火回転数（２２５０ｒｐｍ）で燃焼ファン４を回転させ、給湯中は熱量算出部５７が算出した必要発熱量に応じた、予め設定された目標回転数で回転するように、燃焼ファン４を回転数センサ４２の出力に基づいてフィードバック制御する。その際に、後述する補正値算出部５５が算出した補正値Ｈが１以上１．２未満の場合、目標回転数に補正値Ｈを乗じて目標回転数を補正する。
【００３２】
閉塞度合検出部５４は、給湯中（燃焼中）における燃焼ファン４の所定回転数に対する検出ファン電流の低下割合に基づき給・排気路の閉塞度合を検出する。
【００３３】
補正値算出部５５は、以下に示す方法により、給・排気路の閉塞度合に対応する補正値Ｈを算出する。すなわち、図３において、給・排気路が閉塞していない場合のファン回転数−ファン電流特性を示す定常ライン８１と、補正値１．０におけるファン回転数−ファン電流特性を示し、補正を行うか否かを決める基準値ライン８２と、補正値１．１におけるファン回転数−ファン電流特性を示し、給湯能力を制限するか否かを決める基準値ライン８３と、補正値１．２におけるファン回転数−ファン電流特性を示し、給湯を停止するか否かを決める基準値ライン８４と、補正値を求めるために実験により決めたファン回転数−ファン電流特性を示す補助値ライン８５とが示されている。
【００３４】
また、図３中のＩ１及びＩ２は、それぞれファン回転数がある値のときの補助値ライン８５及び基準値ライン８２におけるファン電流値であり、Ｉ０は、ファン電流検出部５１が検出したファン電流値、ａはＩ２−Ｉ１、ｂはＩ０−Ｉ１である。補正値算出部５５は、このときの補正値Ｈを｛（ａ／ｂ）−１｝×α＋１の式により求める。なお、αは１以下の定数である。
【００３５】
安全運転部５６は、補正値算出部５５が算出した補正値Ｈが１．０（第１所定値）以上１．１（第２所定値）未満の場合には目標回転数を補正値Ｈで補正し、１．１（第２所定値）以上１．２（第３所定値）未満の場合には目標回転数を補正値Ｈで補正するとともに、最大給湯能力（燃焼能力）を１４号〜１０号（１６号給湯器の場合）に制限し、１．２（第３所定値）以上の場合には燃焼の停止を指示する。なお、補正値Ｈと給・排気路の閉塞度合（閉塞率）とは、図４に示す関係となっている。
【００３６】
熱量算出部５７は、水量センサ１１２が検出する検出給水量に基づき、出湯サーミスタ１４２が検出する出湯温が設定温度となる必要発熱量を算出する。
【００３７】
給湯装置Ａは必要発熱量に基づいて燃焼ファン４の目標回転数を決定し、燃焼ファン４の実際の回転数に応じてガバナ比例電磁弁６２の通電量を制御する、所謂、ファン先行型の制御を行う。このため、アクチュエータ制御部５８は、目標回転数が補正されている場合、回転数検出部５２が検出した回転数を補正値Ｈで割ることにより補正を相殺し、必要発熱量となる様に、能力切替電磁弁６３、６４を切り替え、ガバナ比例電磁弁６２への通電量を制御する。また、必要に応じ電動水量制御装置１５を制御し、分配比を調節する。
【００３８】
図５は、給湯装置Ａにおける主要な動作を示すフローチャートである。ユーザが運転スイッチ７１を押して給湯器本体Ｋを運転状態とし、給湯栓１４４を開けると、ＳＴＥＰ１において、燃焼開始動作が行われる。
【００３９】
すなわち、制御ユニット５は、水量センサ１１２による検出水量が所定値以上であることを確認してから、イグナイタ２２を作動状態にし、元電磁弁６１、能力切替電磁弁６３、６４を開弁し、ガバナ比例電磁弁６２を点火開度に開いてガスバーナ２に点火する。このときの燃焼ファン４の回転数は、ガバナ比例電磁弁６２の点火開度に対応した点火回転数（２２５０ｒｐｍ）に設定される。
【００４０】
そして、フレームロッド２３により燃焼炎を検知できた場合にはイグナイタ２２を停止する。これにより、ガスバーナ２の燃焼が開始される。このとき、熱量算出部５７が、水量センサ１１２が検出する検出給水量に基づいて、出湯温が設定温度となる必要発熱量を算出する。そして、この必要発熱量に応じて予め設定された目標回転数で回転するように、ファン制御部５３は、回転数センサ４２の出力に基づく燃焼ファン４のフィードバック制御を開始する。そして、回転数検出部５２が検出した回転数に基づいてアクチュエータ制御部５８が発熱量を逆算し、該発熱量が得られるように、能力切替電磁弁６３、６４を切り替え、ガバナ比例電磁弁６２への通電量を制御する。かかる制御のもとで、燃焼が続行される。
【００４１】
この間、ＳＴＥＰ２において、給・排気路の閉塞等に起因して燃焼ファン４の目標回転数の補正が必要となるまで待機する。すなわち、上述のように、補正値算出部５５により補正値Ｈを算出し、算出した補正値Ｈが１以上１．２未満の場合には、補正が必要となる。
【００４２】
ＳＴＥＰ２において補正が必要であると判定した場合には、ＳＴＥＰ３の処理を行う。ＳＴＥＰ３においては、予め取得した補正値Ｈで目標回転数を補正するとともに、補正値Ｈに応じた発熱量減少率β（ガス量減少率）を考慮したガス量の供給を行うように、上述の電磁弁への通電量を制御し、燃焼を続行する。
【００４３】
すなわち、補正値算出部５５が算出した補正値が１以上１．２未満の場合は、設定温度に対応する目標回転数に補正値Ｈを乗じて補正した目標回転数となるように、ファン制御部５３により、回転数センサ４２の出力に基づく燃焼ファン４のフィードバック制御を行う。そして、回転数検出部５２が検出した回転数に基づいてアクチュエータ制御部５８が発熱量を逆算する。この逆算に際しては、目標回転数が補正されているので、回転数検出部５２が検出した回転数を補正値Ｈで除した回転数が用いられる。
【００４４】
このとき、実際の発熱量は、上述の発熱量減少率（ガス量減少率）β分だけ低下するので、この低下が生じないように、算出された発熱量を発熱量減少率βを用いて補正した発熱量が得られるように、能力切替電磁弁６３、６４を切り替えるとともに、ガバナ比例電磁弁６２への通電量を制御する。かかる制御のもとで、燃焼が続行される。
【００４５】
この間、ＳＴＥＰ４において、上述の図３における給湯能力に関する基準値ライン８３及び給湯を停止するか否かを決める基準値ライン８４に基づき、補正値算出部５５が算出する補正値Ｈが、（１．１≦補正値Ｈ＜１．２）の範囲の値となるかどうかを判定する。そして、補正値Ｈが上記範囲の値になったと判定した場合には、ＳＴＥＰ５において、上述のように給湯能力を制限され、又制限されたことを示すエラー表示を行う。そして、かかる制限下で、燃焼が続行される。
【００４６】
この間、ＳＴＥＰ６において、図３における給湯を停止するか否かを決める基準値ライン８４に基づき、補正値Ｈが、（１．２≦補正値Ｈ）の範囲の値となるかどうかを待機する。そして、補正値Ｈがこの範囲の値になったと判定した場合には、ＳＴＥＰ７において給湯を停止する旨のエラー表示を行い、燃焼を停止する。
【００４７】
図６は、熱量比と、補正値Ｈとの関係の一例を示す。ここで、熱量比とは、上述の図５の処理において、給・排気路の閉塞が無い正常時のアクチュエータ制御部５８により算出され発熱量と、発熱量減少率（ガス量減少率）βを考慮して電磁弁６２〜６４（供給ガス量）を制御する場合（１．０≦補正値Ｈ＜１．２）の発熱量減少率βで補正された発熱量との比である。
【００４８】
この例では、正常時の発熱量を６００［Ｋｃａｌ／ｍｉｎ］として燃焼させているときに、ファン回転数の補正値Ｈが１．２となって燃焼がエラー停止される場合、熱量比が０．６となっている。したがって、この場合、エラー停止時には、６００×０．６＝３６０［Ｋｃａｌ／ｍｉｎ］となるように、電磁弁６２〜６４（供給ガス量）が制御されることになる。
【００４９】
図７は、給・排気路の閉塞が無い（閉塞率がゼロ）場合の発熱量（両端が◆のラインで表示）、及び給・排気路の閉塞がある程度の閉塞率で生じている場合に発熱量減少率βを考慮して補正された発熱量（両端が■のラインで表示）について、給湯能力が変化するときの燃焼ファン４のファン回転数との関係を示す。
【００５０】
図７から、ファン回転数が３００［Ｈｚ］で、給湯能力が大きいときの発熱量は、閉塞が無い場合が６００［Ｋｃａｌ／ｍｉｎ］で、閉塞が有る場合が３６０［Ｋｃａｌ／ｍｉｎ］であり、発熱量減少率βは４０［％］である。一方、ファン回転数が１５０［Ｈｚ］で、給湯能力が小さいときの発熱量は、閉塞が無い場合が１００［Ｋｃａｌ／ｍｉｎ］で、閉塞が有る場合が８０［Ｋｃａｌ／ｍｉｎ］であり、発熱量減少率βは２０［％］である。
【００５１】
このように、給湯能力（供給ガス量）によって発熱量減少率（ガス量減少率）βが変化するので、図５のＳＴＥＰ３で用いる発熱量減少率βとしては、給湯能力（供給されるガス量）に応じた発熱量減少率βを取得し、温調制御に使用するのが好ましい。このような給湯能力減少率βは、例えば、試験により給・排気路を閉塞させながら、供給ガス量を測定することにより得ることができる。
【００５２】
以上のように、本実施形態によれば、目標回転数の補正値に対応するガス量の減少率（給湯能力減少率）βが予め取得され、これに基づいて、バーナ２から噴出するガス量の減少分が相殺されるように、温調制御が行われる。このため、給・排気路の閉塞率が大きくなった場合でも、必要発熱量が実際の発熱量に対応するように、正確な温調制御を行うことができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態として給湯器本体Ｋが屋外に設置される給湯装置Ａを挙げたが、屋内設置のＦＦ式やＦＥ式等の給湯装置であっても本発明を適用することができる。また、リモコンＬはワイヤーレスで構成されていてもよく、或いは、給湯器本体ＫにリモコンＬと同様の機能部を設けてリモコンＬを設けなくてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、本発明の燃焼装置が適用された給湯装置を示したが、風呂給湯器や給湯暖房機等に本発明を適用してもよい。また、上記実施形態中で用いたガス量減少率βや、補正値Ｈの数値は、これらに限定されない。また、補正値Ｈに基づいて閉塞度合いを検出する代わりに、ファン電流の低下割合に基づいて直接閉塞度合いを検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…熱交水路、２…ガスバーナ、３…燃焼室、４…燃焼ファン、３２…排気ダクト（給・排気路）、５３…ファン制御部、５４…閉塞度合検出部、５５…補正値算出部、５８…アクチュエータ制御部（ガス量制御部）。
【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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