JPH02169919A - 強制送風式燃焼装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、燃焼用空気を送風機によって供給する強制送
風式燃焼装置の制御装置に関し、特に、燃焼機器の設置
条件によって異なる種々の排気方式に容易に対応するた
めの改良に関する。

［従来の技術］ 燃焼用空気を送風機によって供給する強制送風式燃焼装
置、例えば、燃焼室内に熱交換器を配したガス給湯器で
は、使用されるガス種によってガス量を制御する制御弁
の制御特性が異なるとともに、その設置場所により設置
方式（屋外設置、屋内設置、パイプシャフト扉設置、パ
イプシャフト扉内設置等）や排気方式（ＰＳ設置上方排
気型、ｐｓ設置後方排気型、ｐｓ扉内上方排気型、ｐｓ
扉内後方排気型、ＦＦ式上方排気型、ＦＦ式後方排気型
、ＦＥ式排気型等）が異なるため、各設置条件に対応し
た送風特性を有するガス給湯器が用意されている。

また、各条件下で設置される同一のガス給湯器であって
も、排気筒の長さを変更すると、燃焼ガスの排気能力が
変化するため、それに伴って燃焼室内へ供給される燃焼
用空気量が変化する。このため、強制送風式燃焼装置で
は、送風機の送風特性をそれぞれの排気筒の長さに応じ
て変更しなければならない。

このため、従来では、送風機の給気Ｌ−Ｊ、吐出口等に
風量変更用のダンパ（いわゆるファンダンパ）を設けて
、排気筒の長さに合わせ°Ｃダンパ開度を変更したり、
あるいは、送風機の駆動モータへの印加電圧の電圧範囲
を排気筒の長さに合わせて切り替えたりして、燃焼室内
への送風量を変更し、それぞれの排気筒に対応させてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来のものでは、設置時に排気筒の長さに応じ
て確実に切り替えが行われないと、適正な燃焼用空気が
供給されないため、設置業者に対して確実な対応が要求
されるとともに、例えば設置後に使用者によって排気変
更等が行われた場合には、送風特性の切り替えが行われ
ない場合がありうる。

また、排気筒の変更に伴う送風量の変化は、排気筒の径
が一定であっても、単に排気筒の長さのみでは決定され
ず、排気路を形成する排気筒の形状等によっても大きく
変化するため、従来のように、排気筒の長さのみによっ
て対応するものでは、実際の送風量変化に対して十分な
対応ができない。

特に、燃焼室内にバーナを配した、予混合式の全−次空
気式燃焼装置では、排気筒が延長されて風量の送風能力
が低下すると、燃焼用空気の供給量が不足して、空燃比
が適切に維持されないため、燃焼不良を生じ、必要な加
熱量が得られないという問題がある。

本発明は、強制送風式燃焼装置において、燃焼用空気の
供給量を適切に制御でき、安定した燃焼が行われるとと
もに、必要な加熱量に応じた燃焼量が得られる制御装置
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、燃焼室内にバーナを配し、送風機によって前
記燃焼室内に燃焼用空気を供給する強制送風式燃焼装置
の制御装置において、前記燃焼室内の圧力を検知する圧
力検知手段を備え、該圧力検知手段によって検知された
圧力に基づいて前記送風機を制御することを技術的手段
とする。

［作用］ 本発明では、燃焼室内に圧力検知手段が設けられており
、検知される燃焼室内の圧力に基づいて、送風機が制御
される。

この結果、例えば排気筒が接続されて通過抵抗が上昇し
た場合には、排気筒の接続に伴う燃焼室内の圧力」−昇
が検知され、通過抵抗の士、昇分を補うように、延長さ
れた排気筒に対応して送風機の制御量が変更されるため
、バーナには適正量の燃焼用空気が供給される。

［発明の効果］ 本発明では、燃焼室内の圧力に応じて送風機が制御され
るため、燃焼機器に排気筒が接続あるいは延長された場
合にも、燃料供給量に相応した適正な燃焼用空気が供給
され、必要な燃焼量が得られる。

また、燃焼機器に排気筒が延長された場合には、圧力検
知手段によってそれが検知されるため、排気筒の延長時
に設置業者や使用者によって、制御特性の切り替え等の
設定変更をする必要がない。

従って、設置事情が変化して排気筒が必要になった場合
にも、単に排気筒の延長を行うだけで、そのまま使用す
ることができる。

［実施例］ 次に本発明の強制送風式燃焼装置の制御装置を、実施例
に基づき説明する。

第２図にその概略を示すガス給湯器では、燃焼器１０は
、燃焼器ケース１の内部に燃焼室２を形成し、燃焼室２
にはバーナプレート１１が配され、燃焼用空気を供給す
る送風機１２を備えている。

送風８１１２は、ＤＣブラシレスモータによって回転駆
動される羽根車をスクロールケーシング１２ａ内に備え
たもので、送風機１２の作動によって燃焼用空気がスク
ロールケーシング１２ａからバーナケースｌｌａへ供給
される。スクロールケーシング１２ａには燃料ガスを噴
出するノズル１３が設けられ、燃焼器１０は、送風機１
２によって供給される一次空気のみで燃焼する全−次空
気燃焼を行う。

燃焼器ケース１の上方には排気筒接続口３が設けられ、
排気筒接続口３には、ガス給湯器の設置条件に応じた長
さの排気筒４が接続され、燃焼ガスは排気筒４に導かれ
て図示しない排気口から燃焼器ケース１外へ排出される
。

燃焼器ケース１内には、バーナプレート１１の近傍に、
火花放電を行うスパーカ１４、炎検知のためのフレーム
ロッド１５、燃焼温度を検知するサーモカップル１６が
それぞれ設けられている。

燃料ガスをノズル１３へ供給する燃料管２０には、上流
側から順に元電磁弁２１、主電磁弁２２、燃料ガスの下
流側の圧力を電流値に応じて調節するガバナ比例弁２３
、燃料ガスを遮断するための電磁弁２４がそれぞれ設け
られ、電磁弁２４の上流と下流とはオリフィス２５を備
えた燃料管２０によって連通されている。オリフィス２
５は絞り性能を高めるために設けられたもので、電磁弁
２４が閉状態の場合には、ノズル１３に代わってオリフ
ィス２５によって燃料供給量が制限され、小燃焼量が得
られる。

木管３０は、図示しない水供給源および給湯口とそれぞ
れ接続された供給管３１および給湯管３１ａと、これら
の間を連通して設けられた熱交換器３２およびバイパス
管３２ａとからなり、供給管３１から供給される水の一
部は熱交換器３２を通過し、残りはバイパス管３２ａを
通過して給湯管３１ａへ導かれる。熱交換器３２および
バイパス管３２ａの合流部には、熱交換器３２によって
加熱される水と、バイパス管３２ａによってそのまま導
かれる水の割合を調節するバイパス弁３３が設けられて
いる。

供給管３１には上流側より水量制御弁３４、水量センサ
３５および入水温サーミスタ３６が、また熱交換器３２
の下流には加熱された湯水の温度を検知する熱交換サー
ミスタ３７が、さらに給湯管３１ａには出湯温サーミス
タ３８がそれぞれ備えられている。

制御部ｆｉ４０は、マイクロコンピュータ（以下「マイ
コン」とする）を中心するもので、第１図に示すとおり
、点火制御部４１、温調制御部４２、燃焼制御部４３、
水量制御部４４の各機能部から構成され、さらに使用者
によって操作されるコントローラ５０および図示しない
安全回路を備え、それぞれ次のとおり機能する。

点火制御部４１は、水量センサ３５により通水が検知さ
れると、所定のシーケンスで点火制御を行って燃焼を開
始し、通水が停止すると燃焼を停止する。

ここでは、水量センサ３５による通水検知に応じて送風
機１２を作動させてプリパージを行い、送風機１２の回
転数を所定の緩点火回転数に制御するとともに、緩点火
回転数の検出後にはスパーカ１４を作動させて火花放電
を行い、元電磁弁２１および主電磁弁２２をともに開状
態にして点火を行う。

点火作動によって着火すると、フレームロッド１５によ
って検知され、着火検知後に燃焼器１０の炎が安定する
ための微小所定時間が経過すると、設定温度等に基づい
て燃焼量の制御が行われる。

温調制御部４２は、水管３０に配された各サーミスタの
抵抗値から得られる温度信号と、木管３０内を通過する
水量に応じて発生される水量センサ３５からのパルス信
号およびコントローラ５０による設定温度Ｔｓｅｔの各
信号に基づいて熱交換器３２が水を目的温度に加熱する
ために必要な燃焼量Ｑを決定する。

ここでは、運転開始後に出湯温サーミスタ３８で検知さ
れる出湯温度’ｌ’ｏｕｔが、設定温度ＴＳｅｔに対し
て所定条件になるまでの間には、フィードフォワード制
＃（ＦＦ制御）が行われ、出湯温度ＴＯｕｔが設定温度
’ｒｓｅｔに対して所定条件の範囲内になると、フィー
ドバック制御（ＦＢ制御）が行われる。

ＦＦ制御としては、コントローラ５０による設定温度’
ｒｓｅｔ　、入水温サーミスタ３６で検知される入水温
度Ｔｉｎ、水量センサ３５で検知される入水量Ｗ、熱交
換率１　／ｅｒｒとから。

ＱＦＦ（Ｔｓｅｔ　−Ｔｉｎ）　ｘＷ／ｅｆｆで、ＦＦ
制御における必要燃焼量ＱＦＦを計算し、この必要燃焼
ｆ、ＱＦＦに基づいて燃３ＲｆｆｉＱを決定する。

また、ＦＢ制御としては、出湯温サーミスタ３８で検知
される出湯温度ＴＯＬＩｔ　、入水温度Ｔｉｎ、入水量
Ｗとから、 ｑ＝　（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）ｘＷ で、燃焼器１０の実際の加熱ｊｌｑを計算し、必要燃焼
量ＱＦＦと加熱量ｑとから、燃焼１ｔＱを決定する。

燃焼制御部４３は、上記温調制御部４２で決定された燃
焼量Ｑに応じて送風８１１２への印加電圧を制御し、送
風ｌ１１１２に備えられた図示しない回転数センサによ
って検出される送風機１２の回転数が燃焼ｆｆ１Ｑに応
じた回転数Ｎになるように、送風８１１２のモータへの
印加電圧を制御する。

また、ガバナ比例弁２３への電流値を、制御された送風
機１２の回転数Ｎに応じて制御し、送風量に応じた燃料
が供給されるようにする。

本実施例では、送風機１２による送風量を、排気筒接続
口３に接続される排気筒４の長さや通路形状に応じて異
なる送風能力に対応して補正するために、燃焼器ケース
１によって形成される燃焼室２内の」一方に圧力センサ
１７を設け、検知される燃焼室２内の圧力Ｐに応じて送
風機１２の回転数を制御して、燃焼量Ｑに応じて必要な
燃焼用空気が供給されるようにしている。

燃焼室２内の圧力は、送風８１１２のモータへ、例えば
同一の電圧Ｖａを印加したとき、第３図に示すとおり、
排気通路等の条件によって決まる排気負荷Ｌ１、Ｌ２、
Ｌ３、・・・、Ｌｎに応じてそれぞれ異なった圧力Ｐ１
、Ｐ２、Ｐ３、・・・、Ｐｎを示すことから、ここでは
、例えばブリパージにおいて検知される圧力、あるいは
燃焼中において検知される圧力と、そのとき送風機１２
へ印加される電圧■とから、設置されたガス給湯器の排
気筒４があらかじめ記憶されたどの排気負荷に最も近い
状態にあるかを特定し、特定された排気負荷に応じて、
送風１ａ１２の回転数を制御する。

そのために、第４図に示すように、燃焼量Ｑに対応して
排気負荷毎にあらかじめ設定された回転数特性を送風機
１２の制御データとして記憶装置としてのＲＯＭに記憶
してあり、例えば燃焼量Ｑａが与えられると、それに対
応した回転数データが、使用されるガス種および特定さ
れた排気負荷に応じてマイコンの演算処理により読み出
され、特定された排気負荷Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・、
Ｌｎに応じて、送風機１２の回転数が、回転数Ｎ１、Ｎ
２、Ｎ３、・・・、Ｎｎとなるように、送風機１２への
印加電圧■が制御される。

従って、燃焼室２内には、排気負荷が変化しても常に燃
焼量Ｑに応じて必要な燃焼用空気が供給される。

またガバナ比例弁２３への通電電流値は、検出される送
風機１２の回転数に基づいて決定される。

ここでは、各ガス種毎、排気負荷毎に、検出回転数に対
応したガバナ比例弁２３の通電電流データがＲＯＭにそ
れぞれ記憶されていて、送風機１２の検出回転数が与え
られると、それに対応したデータが使用されるガス種お
よび排気負荷に応じてマイコンの演算処理により読み出
され、それに基づいてガバナ比例弁２３への電流値が制
御される。

従って、送風機１２の回転数が同じであっても、圧力セ
ンサ１７によって検知される燃焼室２内の圧力に応じて
異なった電流値がガバナ比例弁２３に通電され、それに
よって、燃焼ＪｉＱに対応した燃料を供給することがで
きる。

さらに、燃焼制御では、燃焼温度に応じて出力されるサ
ーモカップル１６の出力電圧に基づいて空燃比の誤差を
求め、それに基づいて送風機１２の印加電圧を補正し、
供給される燃焼用空気量を補正することにより、適正な
空燃比に維持する。

また、補正によって変化した送風ｔｌ１１２の回転数に
対応して、ガバナ比例弁２３への電流値を修正する。

なお、燃焼制御部４３における排気負荷の特定は、マイ
コンに組み込まれたプログラムによって、検知される圧
力に基づいて燃焼中にも逐次性われ、常に排気負荷の状
態が把握される。

水量制御部４４は、水量制御では、入水温サーミスタ３
６によって検知される入水温度に基づいて、バイパス弁
３３の開度および水量制御弁３４の開度を調節し、加熱
能力以上の水量が熱交換器３２内へ流入するのを制限す
る。なお、各開度の検出は図示しないポテンショメータ
により行われる。

以上の構成からなる本実施例のガス給湯器は次のとおり
作動する。

使用者がコントローラ５０によって設定温度Ｔｓｅｔを
設定し、図示しない水栓を挽作すると、供給管３１によ
って供給される水は、水層制御弁３４、水量センサ３５
を通過して、熱交換器３２およびバイパス管３２ａへ流
入し、バイパス弁３３でそれぞれの流出量が調節されて
、給湯管３１ａを介して図示しない給湯口から流出する
。供給管３１内の水の通過が水量センサ３５で検知され
ると、送風機１２が制御された回転数で回転を開始する
。

このとき、燃焼室２内の圧力が圧力センサ１７で検知さ
れて排気負荷が特定され、送風１１２の回転数は、その
排気負荷およびガス種に応じた回転数に緩点火制御され
る。

また、水量センサ３５からの信号に基づいて点火制御が
開始され、スパーカ１４に火花放電が行われる。このと
き同時に、熱交換器３２から流出する水（湯）の温度が
熱交換サーミスタ３７によって検知され、所定時間が経
過すると元電磁弁２１および主電磁弁２２が開状態にさ
れ、ガバナ比例弁２３にガス種および排気負荷に応じた
所定の緩点火電流値が通電されると、ノズル１３からは
緩点火燃焼量に応じた燃料ガスが噴出し、燃焼用空気と
混合され、スパーカ１４によって点火され、安全かつ確
実に着火にする。

着火がフレームロッド１５によって検知されると、コン
トローラ５０、各センサおよびサーミスタの信号に基づ
いてＦＦ制御の必要燃焼量ＱＦＦが計算され、それに基
づいて送風機１２、ガバナ比例弁２３がそれぞれ排気負
荷に応じて制御され、必要燃焼量ＱＦＦに応じた燃料ガ
スが供給される。

その後、出湯温度Ｔｏｕｔが所定条件になると、出湯温
度ＴＯｕｔに基づいてＦＢ制御が行われ、出湯温度ＴＯ
Ｕｔ等に基づいて実際の加熱量ｑが求められ、ＦＢ制御
における燃焼量Ｑが決定され、それに基づいて送風機１
２、ガバナ比例弁２３がそれぞれ排気負荷に応じて制御
される。

従って、燃焼室２内には、燃焼ｉＱに応じた燃焼用空気
および燃料ガスが供給されるため、確実に燃焼するとと
もに、必要な加熱量が得られる。

以上のとおり、本実施例のガス給湯器では、排気負荷に
よって異なる燃焼室内の圧力が圧力センサで検知され、
それに基づいて送風機が制御されるため、必要呈の燃焼
用空気が供給される。

この結果、安定した燃焼が行われるとともに、必要な加
熱量が得られる。

また、燃焼機器に排気筒が延長された場合には、制御特
性の切り替え等の設定変更をする必要がない、従って、
設置事情が変化しても、単に排気筒の延長あるいは取り
外しを行うだけでよい。

本実施例では、ガス給湯器を示したが、暖房機等の他の
燃焼機器でもよい、また、加熱源はガスに限定されず、
石油等による燃焼機器でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すガス給湯器の制御装置の
機能的構成を示す機能ブロック図、第２図は本実施例の
ガス給湯器の構成を示す概略図、第３図は本実施例にお
ける送風機への印加電圧と燃焼器内の圧力との関係を排
気負荷毎に示した特性図、第４図は本実施例における決
定された燃焼蓋と送風機の回転数との関係を排気負荷毎
に示した特性図である。 図中、２・・・燃焼室、１１・・・バーナプレート（バ
ーナ）、１２・・・送風機、１７・・・圧力センサ（圧
力検知手段）、４０・・・制御装置（強制送風式燃焼装
置の制御装置）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃焼室内にバーナを配し、送風機によつて前記燃焼
   室内に燃焼用空気を供給する強制送風式燃焼装置の制御
   装置において、 前記燃焼室内の圧力を検知する圧力検知手段を備え、該
   圧力検知手段によって検知された圧力に基づいて前記送
   風機を制御することを特徴とする強制送風式燃焼装置の
   制御装置。