(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が供給量変更可能に供給される燃焼器と、この燃焼器に対し燃焼用空気を供給量変更可能に供給する送風機と、上記燃焼器からの燃焼熱を吸熱し導入された被加熱媒体を加熱する熱交換器とをそれぞれ有する第１及び第２の二つの熱交換回路を備え、この両熱交換回路からの燃焼排気が集合して排気される部位に上記燃焼器の燃焼異常により変動する燃焼排気中の特定成分の濃度を検出する排気成分検出手段が設けられている複合燃焼機器の燃焼改善方法であって、
上記第１及び第２の両熱交換回路での燃焼作動が単独で実行されている状態で、上記排気成分検出手段からの検出濃度が予め設定した判定値を超えたとき、上記第１及び第２の内のいずれか一方の送風機の回転数を燃焼改善側に増減変更することにより補正して、燃焼状態を改善させる燃焼改善ステップと、
上記燃焼改善ステップが行われた回数をカウントし記憶するカウンター部を設け、該カウンター部のカウント数が予め設定した設定値を越えた場合には、それ以降の燃焼運転においては、対応する送風機の回転数を、燃焼の初期段階から恒常的に補正する恒常的改善ステップと、
第１及び第２の両熱交換回路が同時燃焼作動状態にある場合に、上記排気成分検出手段からの検出濃度が予め設定した判定値を超えたとき、上記第１及び第２のカウンター部を比較して、カウント数の大なる側の燃焼状態を異常と判定し、燃焼異常と判定された側の送風機の回転数を燃焼改善側に増減変更することにより補正して、燃焼状態を改善させる同時燃焼改善ステップと
を備えていることを特徴とする複合燃焼機器の燃焼改善方法。
【請求項２】
請求項１に記載の複合燃焼器の燃焼改善方法において、
単独燃焼または同時燃焼において、燃焼異常が検出されず、正常な燃焼状態が予め定められた一定時間以上連続で行われた場合には、上記請求項１に記載のカウント数を減じることを特徴とする複合燃焼機器の燃焼改善方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば給湯器付風呂釜もしくは給湯器付暖房機等のように給湯熱交換回路に対し風呂追焚熱交換回路もしくは暖房用熱交換回路を組み合わせてなる複合燃焼機器において、各熱交換回路を同時燃焼作動させている場合の燃焼改善を行うために用いられる燃焼改善方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の複合燃焼機器として給湯熱交換回路に暖房用熱交換回路とを組み合わせたものが知られている（例えば、特開平１０−１２２５７９号公報参照）。このものでは、給湯熱交換回路と暖房用熱交換回路とのそれぞれに送風ファン、燃焼バーナ及び熱交換器が個別に設けられており、各熱交換回路からの燃焼排気は個別の排気筒を通して外部に排気されている。また、給湯熱交換回路と風呂の追焚熱交換回路とを組み合わせた複合燃焼機器において、それぞれからの燃焼排気を同一の排気筒を通して排気させるようにし、その共通の排気筒にＣＯセンサを設けたものも知られている（例えば特公平４−３８９７３号公報参照）。このものでは、ＣＯセンサの特性変化をそのＣＯセンサが晒される燃焼排気の温度変化に応じて補償することにより、不完全燃焼状態を正しく検知し得るようにし、不完全燃焼状態の発生により両燃焼器への燃料供給を停止するようにしている。
【０００３】
また、通常、上記の給湯熱交換回路では目標出湯能力に基づくフィードフォワード制御（以下、「ＦＦ制御」という）とフィードバック制御（以下、「ＦＢ制御」という）による追随補正との組み合わせによる燃焼作動制御が行われる一方、暖房用もしくは追焚熱交換回路では固定値による一段階もしくは複数段階への切換えによる燃焼作動制御が行われるというように各燃焼器の燃焼に対する燃焼作動の特性が大きく異なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の各熱交換回路においては、主として熱交換器の吸熱フィン詰まり等の長期的な経時変化に起因する不完全燃焼の他に、燃焼排気の排気筒側から屋外の風が燃焼室内に逆流する等の一時的（ある時間範囲で継続的）な外乱による不完全燃焼（燃焼異常）が生じる場合がある。このような一時的な外乱による不完全燃焼状態は、給湯用と他の追焚用等との両熱交換回路での燃焼作動制御が上記の如く大きく異なっているため、その外乱の程度もしくは燃焼作動の如何により双方の熱交換回路にではなく一方の熱交換回路にのみ発生する場合がある。
【０００５】
ところが、上記の如き二つの熱交換回路からの燃焼排気が共通の排気筒から排出されるように構成された複合燃焼機器においては、その二つの熱交換回路が同時に燃焼作動されている場合には、両熱交換回路の各燃焼器からの燃焼排気が混合された状態で排出されることになる。このため、その共通の排気筒にたとえＣＯセンサが設けられてＣＯ濃度の増大により不完全燃焼状態の発生が分かっても、その不完全燃焼状態がいずれの側の燃焼器で発生しているのかの判別は困難もしくは不能となる。
【０００６】
このため、同時燃焼作動状態の複合燃焼機器においては、上記の如き一時的な外乱により一方の側の熱交換回路に燃焼異常（不完全燃焼）が生じたとしても、その燃焼改善を図ることは困難となる。一方、ＣＯ濃度の増大により不完全燃焼状態の発生を検知することによって同時燃焼作動中の両熱交換回路の双方を一律に燃焼停止させることとすると、ユーザーにとっては困惑と不便を招くことになる。また、両熱交換回路の双方を一律に燃焼改善を行うものとすれば、正常に燃焼している側の燃焼状態を悪化させる危険性があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、各熱交換回路からの燃焼排気を集合させて排気させる複合燃焼機器において、同時燃焼作動中に燃焼異常が生じた場合であっても、燃焼異常が生じている燃焼装置の特定を精度よく行い、それによって適切な燃焼改善を行い得る燃焼改善方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、燃料が供給量変更可能に供給される燃焼器と、この燃焼器に対し燃焼用空気を供給量変更可能に供給する送風機と、上記燃焼器からの燃焼熱を吸熱し導入された被加熱媒体を加熱する熱交換器とをそれぞれ有する第１及び第２の二つの熱交換回路を備え、この両熱交換回路からの燃焼排気が集合して排気される部位に上記燃焼器の燃焼異常により変動する燃焼排気中の特定成分の濃度を検出する排気成分検出手段が設けられている複合燃焼機器の燃焼改善方法であって、
上記第１及び第２の両熱交換回路での燃焼作動が単独で実行されている状態で、上記排気成分検出手段からの検出濃度が予め設定した判定値を超えたとき、上記第１及び第２の内のいずれか一方の送風機の回転数を燃焼改善側に増減変更することにより補正して、燃焼状態を改善させる燃焼改善ステップと、
上記燃焼改善ステップが行われた回数をカウントし記憶するカウンター部を設け、該カウンター部のカウント数が予め設定した設定値を越えた場合には、それ以降の燃焼運転においては、対応する送風機の回転数を、燃焼の初期段階から恒常的に補正する恒常的改善ステップと、
第１及び第２の両熱交換回路が同時燃焼作動状態にある場合に、上記排気成分検出手段からの検出濃度が予め設定した判定値を超えたときは、上記第１及び第２のカウンター部を比較して、カウント数の大なる側の燃焼状態を異常と判定し、燃焼異常と判定された側の送風機の回転数を燃焼改善側に増減変更することにより補正して、燃焼状態を改善させる同時燃焼改善ステップと
を備えていることを第１の特徴とする。
また本発明の第２の特徴としては、第１の特徴に示された複合燃焼器の燃焼改善方法に加えて、単独燃焼または同時燃焼において、燃焼異常が検出されず、正常な燃焼状態が予め定められた一定時間以上連続で行われた場合には、上記カウンター部のカウント数を減じることが挙げられる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る燃焼改善方法を適用した複合燃焼機器の概略図である。まず、この複合燃焼機器の基本構造及び基本制御について説明する。
【００１０】
本複合燃焼機器は、給湯熱交換回路１０１と、風呂の追焚熱交換回路２０１とが複合されてなり、水もしくは湯水を被加熱媒体とするものである。
【００１１】
上記給湯熱交換回路１０１は、一般家庭用水道管に接続された給水管路２１から給湯側熱交換器２２に導入される水を燃焼器としての給湯側燃焼バーナ２３の燃焼熱により加熱し、加熱後の湯水を出湯管路２４を通して下流端の給湯栓２５まで出湯させるようになっている。上記給水管路２１と出湯管路２４とには上記給湯側熱交換器２２をバイパスするバイパス管路２６がそれぞれ連通され、このバイパス管路２６に介装された水量調整弁２７の開度制御により上記熱交換器２２からの湯水に水を流入させて給湯栓２５から出る湯水の温度調整が行われるようになっている。
【００１２】
上記バイパス管路２６の分岐位置よりも熱交換器２２側（下流側）の給水管路２１には、上記熱交換器２２に流入する流量を検出する入水量センサ２８と、その流入する水の温度を検出する入水温度センサ２９とが配設されている。一方、上記バイパス管路２６の合流位置によりも熱交換器２２側（上流側）の出湯管路２４には熱交換器２２から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度センサ３０が配設されている。また、上記合流位置よりも下流側の出湯管路２４には水量調整弁３１と、上記給湯栓２５もしくは後述の風呂注湯管路４１に供給される湯水の温度を検出する給湯温度センサ３２とが配設されている。
【００１３】
上記追焚熱交換回路２０１は、戻し管路３３から循環用ポンプ３４の吸い込み作動により追焚用熱交換器３５に戻される浴槽３６内の湯水を燃焼器としての追焚側燃焼バーナ３７の燃焼熱によりさらに加熱し、加熱後の湯水を往き管路３８を通して再び上記浴槽３６内に戻して循環・追焚させるようになっている。上記ポンプ３４の吐出側（下流側）の戻し管路３３には、水流スイッチ３９と、追焚側熱交換器３５に流入される湯水の温度を検出する風呂湯温度センサ４０とが配設されている。
【００１４】
上記浴槽３６内への注湯は、上記出湯管路２４の下流側から分岐して上記ポンプ３４の吐出側位置の戻し管路３３に連通する風呂注湯管路４６を通して上記給湯熱交換回路１０１からの湯水が供給されるようになっている。この風呂注湯管路４１には、上記出湯管路２４との分岐位置から戻し管路３３との合流位置にかけて、開閉制御により注湯させる注湯用電磁弁４３と、浴槽３６に注湯される湯水の流量を検出する注湯量センサ４２と、浴槽３６側湯水の給湯側への混入を防止する二段配置の逆止弁４４，４５とが順に配設されている。
【００１５】
なお、上記の各温度センサ２９，３０，３２，４０は例えばサーミスタにより構成すればよく、また、上記の入水量センサ２８もしくは注湯量センサ４２は例えば管路内の水もしくは湯水の流れにより回転する羽根車の回転数検出により流量を検出するように構成すればよい。
【００１６】
給湯熱交換回路１０１において、吸熱フィン２２１付の熱交換器２２は独立した給湯側ケーシング４７内の燃焼室４８の上部に配設され、この燃焼室４８の下部に燃焼器としての燃焼バーナ２３が配設されている。そして、上記給湯側ケーシング４７の下端部には送風機としての給湯側送風ファン７４の送風筒７４ａが連通しファンモータ７５の回転駆動による送風が上記燃焼室４８に対し燃焼用空気として供給されるようになっている。
【００１７】
追焚熱交換回路２０１において、吸熱フィン３５１付の熱交換器３５も独立した追焚側ケーシング４９内の燃焼室５０の上部に配設され、この燃焼室５０の下部に燃焼器としての燃焼バーナ３７が配設されている。そして、上記追焚側ケーシング４９の下端部には送風機としての追焚側送風ファン７７の送風筒７７ａが連通しファンモータ７８の回転駆動による送風が上記燃焼室５０に対し燃焼用空気として供給されるようになっている。
【００１８】
上記の給湯側のファンモータ７５にはその回転数を検出する回転数センサ７６が設けられ、追焚側ファンモータ７７にも同様の回転数センサ７９が設けられている。
【００１９】
また、上記給湯側及び追焚側の２つのケーシング４７，４９の上端部が共に集合されて集合排気筒７２とされ、この集合排気筒７２には給湯側及び追焚側の双方から集合された燃焼排気中の特定成分としてのＣＯの濃度を検出する排気成分検出手段としてのＣＯセンサ７１が配設されている。
【００２０】
給湯側及び追焚側の両燃焼バーナ２３，３７には燃料供給管５５が途中で分岐して接続され、この燃料供給管５５には燃料源側から順に元栓としての燃料用電磁弁５６と、燃料供給量を調整する電磁比例弁５７とが配設されている。加えて、この燃料供給管５５の給湯側分岐管の下流端には、給湯側燃焼バーナ２３への燃料供給を選択的に切換えて加熱能力を段階的に増大させる複数（図例では３つ）の電磁弁５９，６０，６１が設けられている。また、上記燃料供給管５５の電磁弁５６と電磁比例弁５７との中間位置から分岐する追焚側分岐管には上流側から燃料供給を開閉する電磁弁５８、圧力調整用のガバナー５８ｂ、及び、燃焼能力を切換えるための電磁弁５８ａが設けられている。
【００２１】
なお、図１中６２は点火用トランス、６３，６４はそれぞれ燃焼バーナ点火用の点火プラグ、６５，６６は着火確認用のフレームロッドである。
【００２２】
以上の基本構造を有する複合燃焼機器はＭＰＵ及びメモリー等により構成されたコントローラ３０１によって、給湯、注湯及び追焚の各運転動作が、上記の各種センサからの出力等に基づいて制御されるようになっている。上記コントローラ３０１はメモリー等に書き込まれた所定の制御プログラムに従って各電磁弁等に作動指令を発することにより、上記の各運転動作の制御が行われるように構成されている。以下、これらの運転動作についての基本的な作動制御を説明する。
【００２３】
給湯熱交換回路１０１の給湯作動制御は、ユーザーによりリモートコントローラ（以下、「リモコン」という）８０の給湯スイッチがＯＮ操作されかつ給湯栓２５が開かれて入水量センサ２８が予め定められた最低作動水量以上の流量を検出することにより開始される。まず、リモコン８０に設定された給湯温度を実現するのに必要な出湯号数（目標号数）を演算する。そして、演算された目標号数を実現させる目標燃料供給量及びこの目標燃料供給量に対し所定の空燃比となる目標送風量についての各ＦＦ制御量を演算し、この各ＦＦ制御量に基づいて燃料供給管５５の各種電磁比例弁５７，５９〜６１及び送風ファン７４のファンモータ７５の回転数をそれぞれＦＦ制御する。次に、給湯側燃焼バーナ２３の燃焼後に実際の出湯号数（実号数）を入水量センサ２８、入水温度センサ２９及び出湯温度センサ３０からの各検出値に基づいて演算し、上記目標号数と実号数との号数差（ＦＢ制御量）をゼロにするように目標燃料供給量をＦＢ制御により順次補正する。
【００２４】
一方、追焚熱交換回路２０１の追焚作動制御は、リモコン８０の追焚スイッチがＯＮ操作されると開始され、リモコン８０に設定された沸き上がり温度に対応する燃焼段階の燃焼量となるように段階的切換え制御が行われる。すなわち燃料供給量及び送風量の組み合わせが複数段階の燃焼量に応じて予め設定されており、その所定段階の燃焼量となるように各種電磁弁５６，５８，５８ａ及びファンモータ７８とが切換制御されるようになっている。そして、風呂湯温度センサ４０からの検出湯温が上記沸き上がり温度に到達すると燃焼バーナ３７による燃焼が停止される。
【００２５】
上記給湯熱交換回路１０１及び追焚熱交換回路２０１が同時運転される場合には、上記の給湯作動制御と追焚作動制御とが互いに独立して制御されることになる。
【００２６】
本発明による燃焼改善方法を、フローチャートを用いて説明する。
図２は本発明による単独運転時の燃焼改善制御方法を示すフローチャートである。ここでは単独運転の例として給湯の単独運転について説明する。
【００２７】
まず上述のように、給湯運転の開始が指令されると（ステップＳ０）、給湯熱交換器回路１０１での燃焼が開始される（ステップＳ１）。ここで給湯燃焼改善回数Ｑが、予め定められた基準回数Ｑｋよりも多いかどうか比較され、ＱがＱｋ以上であれば（ステップＳ２でＹＥＳ）、恒常的な燃焼異常（熱交換器の吸熱フィン詰まりによる排気閉塞等）が引き起こされる状態にあると判断して給湯送風機の回転数を補正した状態で燃焼運転を行い（ステップＳ３）、その後ステップＳ４に進行する。ＱがＱｋ以下であれば（ステップＳ２でＮＯ）、異常なしとしてステップＳ４に進行する。
【００２８】
ステップＳ４では、ＣＯセンサ７１の検出したＣＯ濃度を基準値Ｘと比較してＣＯ濃度がＸ以上であれば（ステップＳ４でＹＥＳ）、ステップＳ６に進行し、ＣＯ濃度と時間の積を積算する。これは一時的な外乱（例えば突風など）の影響を排除するためである。ＣＯ濃度が基準値Ｘを越えなければ（ステップＳ４でＮＯ）、ステップＳ５に進行してＣＯ積算値があれば積算値をリセットし、ステップＳ４に戻る。
【００２９】
ステップＳ７にて積算値が積算基準値Ｙを越えると（ステップＳ７でＹＥＳ）、燃焼異常が発生していると判断して、給湯送風機の回転数を上昇させることで燃焼状態の正常化を計る（ステップＳ８）。回転数の補正が行われた場合には、給湯燃焼改善回数Ｑを１だけ増加させて（ステップＳ９）、ステップＳ４に戻り、燃焼を継続させる。
【００３０】
次に給湯停止時の処理について説明する。ステップＳ１０において給湯栓２５の閉止によって給湯運転が停止されると、給湯熱交換回路１０１での燃焼が停止する（ステップＳ１１）。ステップＳ１２では、この給湯運転中に給湯送風機の回転数補正が行われたかどうかを判定し、補正有り（ステップＳ１２でＹＥＳ）であればステップＳ１５に進行し給湯運転の待機状態となる。補正がなければ（ステップＳ１２でＮＯ）ステップＳ１３に進行し、今回の給湯運転時間を基準運転時間ｔと比較する。ここで燃焼時間が基準運転時間ｔ以下であれば（ステップＳ１３でＮＯ）、ステップＳ１５に進行する。もし燃焼時間が基準運転時間ｔ以上であれば（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ある程度のまとまった時間以上の間、正常な燃焼状態を継続していると判断されるため、恒常的な燃焼異常状態にはなっていないとして給湯燃焼改善回数Ｑを１だけ減じ（ステップＳ１４）、ステップＳ１５に進行する。ここでＱは０以下にはならないものとする。
【００３１】
図３は本発明による同時運転時の燃焼改善制御方法を示すフローチャートである。ここでは給湯運転中に風呂の追焚運転が開始される状況について説明する。給湯燃焼中に風呂の追焚指令が出されると（ステップＳ２０）、ステップＳ２１で追焚熱交換回路２０１燃焼を開始し、同時燃焼運転状態となる。
【００３２】
ここで追焚燃焼改善回数Ｆが、予め定められた基準回数Ｆｋよりも多いかどうか比較され、ＦがＦｋ以上であれば（ステップＳ２２でＹＥＳ）、恒常的な燃焼異常（熱交換器の吸熱フィン詰まりによる排気閉塞等）が引き起こされる状態にあると判断して風呂送風機の回転数を補正した状態で燃焼運転を行い（ステップＳ２３）、その後ステップＳ２４に進行する。ＦがＦｋ以下であれば（ステップＳ２２でＮＯ）、異常なしとしてステップＳ２４に進行する。このとき給湯側は同時運転移行前の状態を継続しており、同時運転移行前に給湯送風機の回転数補正があれば、その補正状態を同時運転中も継続する。
【００３３】
ステップＳ２４では、ＣＯセンサ７１の検出したＣＯ濃度を基準値Ｘｄと比較してＣＯ濃度がＸｄ以上であれば（ステップＳ２４でＹＥＳ）、ステップＳ２６に進行し、ＣＯ濃度と時間の積を積算する。ＣＯ濃度が基準値Ｘｄを越えなければ（ステップＳ２４でＮＯ）、ステップＳ２５に進行してＣＯ積算値があれば積算値をリセットし、ステップＳ２４に戻る。
【００３４】
ステップＳ２７にて積算値が積算基準値Ｙｄを越えると（ステップＳ２７でＹＥＳ）、燃焼異常が発生していると判断して燃焼状態の改善を計る。このときステップＳ２８にて給湯燃焼改善回数Ｑと追焚燃焼改善回数Ｆを比較して、ＱがＦ以上であれば（ステップＳ２８でＹＥＳ）、給湯燃焼が燃焼異常に陥っている可能性が高いと判断して、ステップＳ２９にて給湯側の送風機の回転数を補正し、ＱがＦよりも少なければ（ステップＳ２８でＮＯ）、ステップＳ３０にて風呂側の送風機の回転数を補正して同時燃焼を継続する（ステップＳ３１）。
【００３５】
上記は本発明の好適な一実施例を示すものであり、これに限定されるものではない。例えばステップＳ２８にて給湯燃焼改善回数Ｑと追焚燃焼改善回数Ｆを単純に比較しているが、給湯運転と追焚運転の総運転時間もしくは運転回数を考慮して燃焼改善率をもって比較することもできる。また本実施例では燃焼改善回数を定数で増減させたが、これもＣＯ積算値の大小、正常燃焼時間の長短によりアナログ的に取り扱うことも可能である。
【発明の効果】
本発明は以上の構成、作用からなり、請求項１に記載の複合燃焼機器の燃焼改善方法では、各熱交換回路における単独燃焼時の燃焼改善回数をカウントし、その総回数が予め定められた一定回数に達した場合には、その熱交換回路における燃焼状態が恒常的に悪化しているものと判断して、その燃焼の開始直後から燃焼送風機の回転数補正を行うため、燃焼初期段階から良好な燃焼状態を保つことができる。また同時燃焼時において、排気成分検出手段により燃焼不良が検知された場合には、各熱交換回路における燃焼改善回数を比較することで、燃焼不良状態にある熱交換回路を特定することが可能になるため、不要な燃焼補正を行うことなく同時燃焼時の燃焼状態を改善することができる。そして請求項２に記載の燃焼改善方法によれば、正常な燃焼状態が予め定められた一定時間以上連続して行われた場合には、上記燃焼改善回数のカウント数を減じるような制御方法を採用した。これは、例えば連続した強風が予想される状況（高層マンションのベランダ等）に設置された器具の場合は、その器具本体の不具合以外の要因で燃焼状態の悪化が引き起こされるので、そのような場合には一方的に燃焼改善回数を増加させていくと、器具には不具合がない場合でも、恒常的に燃焼不良と判断するような誤判定をしてしまう。このような誤判定を防止し、燃焼状態の悪化状況を的確に検知することが、請求項２に記載の制御によって可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における複合燃焼器を示す概略図。
【図２】本発明における単独燃焼時の燃焼改善方法を示すフローチャート。
【図３】本発明における同時燃焼時の燃焼改善方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
２３，３７        燃焼バーナ（燃焼器）
７４，７７        送風ファン（送風機）
７１              ＣＯセンサ（排気成分検出手段）
７２              集合排気筒（燃焼排気が集合して排出される部位）
１０１            給湯熱交換回路
２０１            追焚熱交換回路
【図１】
0004110665.tif 000002
【図２】
0004110665.tif 000003
【図３】
0004110665.tif 000004