(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナと、
バーナにより加熱される熱交換器を備えた燃焼室と、
燃料ガスを供給する燃料供給部と、
燃焼用空気を供給する空気供給部と、
燃料供給部及び空気供給部からの燃料ガス及び燃焼用空気を混合・整圧してバーナに送出する混合部と、
燃料供給部の下流にて、振動を検出する検出手段と、
検出手段が振動を検出したとき、その振動の周期より遅らせた周期にて、燃焼用空気量を可変して供給するように制御する制御部と
を備えており、
前記検出手段が、圧力変動を検出する圧力センサであり、
前記制御部が、燃焼用ファンの回転数を制御して前記燃焼用空気量を可変する構成であり、
かつ、前記圧力センサによる検出圧力が高まろうとする途中から、圧力が高まって最大になってから下降する期間では、圧力が平均して高いから、この期間は、供給空気量を徐々に減少するようにし、
検出圧力ＳＶが下がろうとする途中から、圧力が下降して最低の圧力となり、やがて上昇する途中までの期間では、平均圧力が低いから、この期間は、供給空気量を徐々に増大させる
ことを特徴とする、燃焼装置。
【請求項２】
前記圧力センサが、混合部内の圧力変動を検出する圧力センサであることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記圧力センサが、バーナ内の圧力変動を検出する圧力センサであることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記圧力センサが、燃焼室内の圧力変動を検出する圧力センサ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、給湯器，送風暖房器等の熱交換器を備えた燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような燃焼装置は、例えば図５に示すように、構成されている。
図５において、燃焼装置１は、下部の通気孔２ａ及び上部の排気筒２ｂを備えたハウジング２と、ハウジング２内の中間部分にて、下方から順に配設された混合部３，バーナ４及び燃焼室５と、混合部３内に燃料ガスを供給する燃料供給部６と、混合部３内に燃焼用空気を供給する空気供給部７と、燃焼室５内に配設された熱交換器８とを備えている。
【０００３】
上記混合部３は、燃料供給部６から供給される燃料ガスと空気供給部７から供給される空気を混合して、混合気を生成すると共に、この混合気を所定圧力に整圧するようになっている。
上記バーナ４は、混合部３で整圧された混合気を燃焼させるための複数個の炎口４ａを有しており、混合気の燃焼によって炎口４ａから燃焼室５内に向かって形成される炎により、燃焼室５内の熱交換器８を加熱するようになっている。
上記燃焼室５は、その下端が、バーナ４に接続されると共に、その上端が、ハウジング２の排気筒２ｂに接続されており、燃焼室５内で燃焼により発生する排気ガスが排気筒２ｂを介して外部に排出されるようになっている。
【０００４】
上記燃料供給部６は、図示しない燃料ガス源から、例えば電磁式開閉弁６ａ及び電磁式制御弁６ｂを介して、先端のノズル６ｃから、燃料ガスを混合部３内に供給するようになっている。
また、上記空気供給部７は、例えば直流式ファンにより構成されており、その回転によって混合部３内に燃焼用空気を供給するようになっている。
さらに、上記熱交換器８は、例えば給湯器の場合には、燃焼室５内に引き回された給水管を有し、この給水管内を流れる水が、上述した混合気の燃焼によって加熱されることにより、温められて、出口から湯が送出されるようになっている。
【０００５】
このような構成の燃焼装置１によれば、燃料供給部６から供給される燃料ガスと、空気供給部７から供給される燃焼用空気が、混合部３内で混合され且つ整圧されることにより、所定圧力の混合気が生成される。そして、この混合気が、バーナ４で燃焼することにより、燃焼による炎が、バーナ４の炎口４ａから燃焼室５内に向かって形成されることになる。
従って、燃焼室５は、上記炎によって加熱されることになり、燃焼室５内に配設された熱交換器８も加熱され、熱交換器８内を流れる流体が加熱され、外部に送出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成された燃焼装置１においては、燃焼反応による圧力変動によって、振動燃焼が発生することがある。
このような燃焼振動の対策を行うものとして、特開平１−３０２０２２号に開示された燃焼装置がある。この発明に係る燃焼装置は、燃焼振動により生じる圧力変動をとらえ、圧力変動を検出したら、燃焼空気を供給する送風機のファン回転を制御して、空気量を増加させ、振動がおさまったら減らすことにより、振動を抑止しようとするものである。しかしながら、このような方法では、振動に応じた制御になっておらず、その効果はあまり期待できないものであった。
【０００７】
このような振動燃焼は、図６に示すように、燃料供給部６及び空気供給部７の下流である混合部３，バーナ４及び燃焼室５内の圧力変動によって生ずるものである。ここで、燃焼室５内の圧力変動は、図７（Ａ）に示すように、所定圧力Ｐに対して、変動幅ΔＰで周期的に変動する。
これに対して、燃料供給部６及び空気供給部７の上流部における圧力（即ち、燃料ガスにおけるガス供給圧、燃焼用空気における大気圧）は、ほぼ一定である。
従って、上述した下流側の各部の圧力変動によって、燃料供給部６及び空気供給部７による供給量も、図７（Ｂ）に示すように変動してしまうので、燃焼量が変動することになる。
【０００８】
これにより、バーナ４における熱発生速度も、図７（Ｃ）に示すように、変動するので、燃焼室５内の圧力に対してさらに変動をもたらすことになる。そして、この圧力変動が上流側に伝達されることにより、バーナ４内の圧力も変動し、これらの圧力変動によって、振動騒音が生ずると共に、装置を構成するハウジング２や混合部３，バーナ４，燃焼室５，熱交換器８等との共振によっても、振動騒音が生じてしまうという問題があった。
そこで、従来は、バーナ４，燃焼室５，熱交換器８等の各部に対して、固有振動数を変更するために、各部の寸法を変更するようにしているが、設計変更が必要となり、製造コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、以上の点を解決するためになされたもので、下流側の圧力変動を強制的に抑止することにより、振動燃焼が発生しないようにした、燃焼装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１の発明によれば、バーナと、バーナにより加熱される熱交換器を備えた燃焼室と、燃料ガスを供給する燃料供給部と、燃焼用空気を供給する空気供給部と、燃料供給部及び空気供給部からの燃料ガス及び燃焼用空気を混合・整圧してバーナに送出する混合部と、燃料供給部の下流にて、振動を検出する検出手段と、検出手段が振動を検出したとき、その振動の周期より遅らせた周期にて、燃焼用空気量を可変して供給するように制御する制御部とを備えており、前記検出手段が、圧力変動を検出する圧力センサであり、前記制御部が、燃焼用ファンの回転数を制御して前記燃焼用空気量を可変する構成であり、かつ、前記圧力センサによる検出圧力が高まろうとする途中から、圧力が高まって最大になってから下降する期間では、圧力が平均して高いから、この期間は、供給空気量を徐々に減少するようにし、
検出圧力ＳＶが下がろうとする途中から、圧力が下降して最低の圧力となり、やがて上昇する途中までの期間では、平均圧力が低いから、この期間は、供給空気量を徐々に増大させる燃焼装置により、達成される。
【００１３】
請求項２の発明は、前記圧力センサが、混合部内の圧力変動を検出する圧力センサであることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、前記圧力センサが、バーナ内の圧力変動を検出する圧力センサであることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、前記圧力センサが、燃焼室内の圧力変動を検出する圧力センサであることを特徴とする。
【００１６】
請求項１の構成によれば、装置内で振動燃焼が発生したとき、燃料供給部の下流にて、混合部，燃焼室またはバーナ等の圧力変動を生じる箇所で起こる振動が、検出手段によって検出される。そして、検出手段によって検出された振動の周期に関して、その周期より遅らせた周期にて、燃焼に必要な空気の供給量を、例えば燃焼ファンの回転数の制御により可変して供給する。これにより、圧力変動の予測を行って、変動を収束させるタイミングにて、燃焼用空気を供給することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図１を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１９】
図１は、本発明による燃焼装置の一実施形態を示すブロック構成図であり、図２は、このような燃焼装置を給湯器として構成した場合の系統図である。
図１において、燃焼装置１０は、燃料ガスを供給する燃料供給部１４と、混合部１１と、混合気を燃焼させるバーナ１２及び燃焼室１３と、混合部１１及び燃焼室１３内に燃焼用空気を供給する空気供給部１５と、燃焼室１３の上部に配置された熱交換器と、燃焼排気を外部へ排出するための排気部１６と、検出手段１７と、制御部１８とを備えている。
【００２０】
これらの構成は、図２の給湯器として構成された場合には、例えば以下のような構成となる。
上記バーナ１２は、例えば多数のブンゼン式のプレスバーナ等を収容したバーナユニットでなっており、各バーナは混合部１１からの混合気を燃焼させるための複数個の炎口を有している。この混合気の燃焼によって炎口１２ａから燃焼室１３内に向かって形成される炎により、熱交換器２１を加熱するようになっている。
【００２１】
燃料供給部１４は器具の外部から燃料ガスを引き込んで、電磁式開閉弁１４ａ及び電磁式制御弁１４ｂを介して、バーナ１２に供給するようになっている。
上記混合部１１は、燃料供給部１４から供給される燃料ガスと、空気供給部１５から供給される一次空気を予混合して、混合気を形成する。この混合気は例えばバーナ１２の炎口１２ａの手前等に設けた整流手段もしくは整圧部で所定圧力に整圧するようになっている。
また、バーナ１２においては、炎口１２ａから噴出する混合気が燃焼するに際して、周囲から燃焼用の２次空気が供給され、燃焼排気は排気筒１６から排出される。
【００２２】
上記燃焼室１３は、上記バーナ１２を収容すると共に、その上部には熱交換器２１が配置されている。そして、燃焼室１３内で燃焼により発生した排気ガスは、熱交換器２１を通って、さらに上記排気筒を介して外部に排出されるようになっている。
【００２３】
上記燃料供給部１４は、燃料ガスの供給源から、燃料ガスを混合部１１内に供給するようになっている。
また、上記空気供給部１５は、例えば直流式ファンにより構成されており、その回転によって混合部１１内に燃焼用空気を供給するようになっている。
さらに、上記熱交換器２１には、器具の外部から水を引き込むための給水管２１ａを備えており、この給水管２１は燃焼室１３内で熱交換器２１に引き回される水管と連続している。この給水管内を流れる水が、上述した混合気の燃焼によって熱交換器２１により加熱されることにより、温められて、給湯管２１ｂから給湯されるようになっている。
【００２４】
上記圧力検出手段としては例えば圧力センサ１７が用いられる。この場合圧力センサ１７は、例えば燃料ガスと燃焼用の１次空気を予混合するための混合部１１に設定されている。
ここで、燃焼装置１０がその燃焼にともなってヘルムホルツ型の振動を生じる場合には、燃料供給部１４の下流のいずれの箇所においても同様の振動を生じると考えられる。このため、本実施形態では、燃料供給部１４の下流において、振動の発生する箇所の全てにおいて、等しい圧力振動を観測できることに着目し、上記圧力センサ１７は、燃料供給毛手段１４の下流のいずれの振動発生箇所に配置してもよい。したがって、圧力センサ１７を設定する箇所は、上記混合部１１以外に、例えばバーナ１２、燃焼室１３等が考えられる。
【００２５】
図２の給湯器としての燃焼装置１０は以上のように構成されており、これをブロック構成として表すと図１に示すようになる。
図１の燃焼装置１０において、燃料供給系１４は、図２の燃料供給手段１４に対応している。整圧・混合部１１は図２の混合部とバーナ内の整流手段と対応している。バーナ１２は、図２のバーナもしくはバーナユニット１２と対応しており、燃焼室１３，熱交換・排気部２１，１６は、図２の燃焼室１３，熱交換器２１，排気筒１６にそれぞれ対応している。
また、燃焼用空気の供給系１５は図２のファン１５に対応している。
【００２６】
さらに、図１の制御部１８は、圧力検出手段としての図２の圧力センサ１７により検出された圧力の変動に基づいて、上記燃料供給部１４を制御して、例えば圧力が高いときには、燃料ガスの供給量を増大させ、また圧力が低いときには、燃料ガスの供給量を減少させる。このため、燃料供給部１４の下流である混合部１１の圧力変動が抑制され、これにより、バーナ１２，燃焼室１３の圧力変動も抑制され、バーナ１２での燃焼による熱発生速度の変動も抑制されるようになっている。
【００２７】
本実施形態による燃焼装置１０は、以上のように構成されており、燃料供給部１４から供給される燃料ガスと、空気供給部１５から供給される燃焼用空気が、混合部１１内で混合され且つ整圧されることにより、所定圧力の混合気が生成される。そして、この混合気が、バーナ１２で燃焼することにより、燃焼による炎が、バーナ１２から燃焼室５内に向かって形成されることになる。
従って、燃焼室１３は、上記炎によって加熱されることになり、熱交換・排気部１６内の熱交換器も加熱され、熱交換器内を流れる水，空気等の流体が加熱され、外部に送出されることになる。また、燃焼室５内の排気ガスは、熱交換・排気部１６の排気管を介して、外部に排出されることになる。
【００２８】
制御部１８は、必要熱量に応じて、燃料ガスの供給量を制御する。
ここで、圧力センサ１７が、混合部１１の圧力変動を検出すると、制御部１８は、この圧力変動に基づいて、燃焼空気の供給系，具体的には、ファン１５の回転数を制御することによって、圧力変動の静定制御を行い、燃料供給部１４の下流側の圧力変動を強制的に抑制することになる。これにより、燃焼装置１０の振動燃焼が抑止され、振動騒音が排除されることになる。
【００２９】
図３及び図４は、上述のファン１５の具体的な制御方法を示す説明図である。
図３では、燃焼装置１０の燃焼が正常に行われており、圧力センサ１７の出力が安定している状態を示している。図において、Ｌで示すラインは、例えば制御部１８において、リミッターとして設定したラインであり、このリミッター値Ｌを越えた場合に、本実施形態によるファン１５の変動静定制御が行われる。
図４の上部に示すように、圧力センサ１７の出力値ＳＶが変動し、リミッター値Ｌを越えた時点で、制御部１８は、上記静定制御を開始する。
【００３０】
ここで、圧力センサ１７の検出値ＳＶの変動は、図７で説明したように周期的変動であり、制御部１８は、圧力センサ１７の検出値ＳＶの上記周期的変動に関して，例えばその周期Ｔよりも遅れた周期で、ファン１５の回転数を可変する。
つまり、制御部１８は、圧力センサ１７の検出圧力ＳＶの変動に関して、図４に示すように、検出圧力ＳＶが高まろうとする途中から、圧力が高まって最大になってから下降する間ｔ１では、圧力が平均して高いから、この間は、供給空気量が徐々に減少するように制御する。また、検出圧力ＳＶが下がろうとする途中から、圧力が下降して最低の圧力となり、やがて上昇する途中までの間ｔ２では、平均圧力が低いから、供給空気量が徐々に増大するように制御する。このように、周期的にファン回転数を制御することで、圧力変動が次第に収束するように制御することができる。
【００３１】
このように、上述の実施形態によれば、制御部１８が、上述した燃料供給部１４の下流にて圧力変動が生じた場合には、その変動周期よりも遅らせた周期でファン１５の回転数を制御することにより、燃料供給部の下流の圧力変動が抑制され、ほぼ一定に保持されることになる。これにより、燃焼中の全期間にわたって振動燃焼が抑止され、振動騒音が排除されることになる。すなわち、言い換えれば、振動燃焼の振動と同一の周波数で、これと半周期ずらして燃焼用空気の供給量を変化させることで、振動燃焼を抑止することができる。
【００３２】
尚、上述した実施形態においては、圧力センサ１７は、燃料供給部１４の下流側の振動として、混合部１１の圧力変動を検出するように構成されているが、図１にて点線で示すように、バーナ１２の圧力変動を検出するようにしてもよく、また図１にて鎖線で示すように、燃焼室１３の圧力変動を検出するようにしてもよい。これら何れの場合も、バーナ１２または燃焼室１３の圧力変動を介して、燃料供給部１４の下流側の振動が検出されると共に、制御部１８が、振動を抑制するように、燃料供給部１４を制御できることになる。
また、上述した実施形態においては、振動を検出するための手段として、圧力センサ１７が設けられていて、圧力センサ１７により検出された圧力変動に基づいて振動を検出するようにしているが、これに限らず、燃焼による振動を直接的または間接的に検出できるものであれば、他の検出手段が採用されることは明らかである。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、下流側の圧力変動を強制的に抑止することにより、振動燃焼が発生しないようにした、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】本発明による燃焼装置の一実施形態の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の燃焼装置の一例として給湯器により構成した燃焼装置の系統図である。
【図３】図１の燃焼装置において、圧力検出手段の検出結果の一例を示す図である。
【図４】図１の燃焼装置において、圧力検出手段により検出された周期的圧力変動に対して、これよりもずらした周期で燃焼用空気を可変する様子を示す図である。
【図５】従来の燃焼装置の一例を示す概略断面図である。
【図６】図５の燃焼装置の構成及び振動発生の原理を示す概略ブロック図である。
【図７】図５の燃焼装置における燃焼室内の圧力，燃料供給量及び熱発生速度の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０        燃焼装置
１１        混合部
１２        バーナ
１３        燃焼室
１４        燃料供給部
１５        空気供給部
１６        熱交換・排気部
１７        圧力センサ
１８        制御部
【図１】
0004067200.tif 000002
【図２】
0004067200.tif 000003
【図３】
0004067200.tif 000004
【図４】
0004067200.tif 000005
【図５】
0004067200.tif 000006
【図６】
0004067200.tif 000007
【図７】
0004067200.tif 000008