JPH0742934A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼ファン２からバーナ３側に供給される燃
焼空気流量を精度よく計測する。 【構成】 燃焼ファン２の送風出口側に空気導入孔５を
設けてバイパス通路６を分岐形成し、バイパス通路の出
口側の空気排出口９を給湯器の排気孔７から外側に向け
て開口する。バイパス通路６にはストレート部10を設
け、このストレート部10の出口側に風速センサ８を設置
する。燃焼ファン２から送出される空気の一部はバイパ
ス通路６に入り、ストレート部10を通るときに整流され
て空気の流れの方向が揃えられ、流速分布のばらつきが
取り除かれて風速センサ８側に供給される。風速センサ
８はこの整流された空気により精度の高い風速検出デー
タを得る。この風速検出データを空気流量に換算するこ
とにより、精度の高い空気流量の計測データが得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼空気供給量の計測
手段を備えた燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図15には燃焼装置として一般的に知られ
ている給湯器の模式構成が示されている。同図におい
て、１は器具ケース、２は燃焼ファン、３はバーナ、４
は給湯熱交換器をそれぞれ示している。この種の給湯器
では、給水管（図示せず）から給湯熱交換器４に供給さ
れる水がバーナ３の燃焼火力でもって加熱されて湯が作
り出され、この湯が給湯熱交換器４の出口側から給湯管
（図示せず）を通して所望の給湯場所に導かれる。

【０００３】給湯器の燃焼運転は制御装置により制御さ
れており、制御装置は、入水温度と、入水量と、出湯温
度の各情報を受け、入水温度が設定温度となるように燃
焼量を制御するとともに、その燃焼量に合うように燃焼
空気の供給量が制御されている。

【０００４】この燃焼空気の供給量を制御するために、
この種の給湯器では、燃焼ファン２からバーナ３に供給
される空気量を、例えば、風速センサを用いて計測す
る。この計測値に基づき、燃焼ファン２の回転数を制御
することにより燃焼量に対応する空気量制御が行われて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記空気量を計測する
センサの設置候補場所として、一般的には、図15のＡ〜
Ｅの何れかの位置が考えられている。

【０００６】Ａは燃焼ファン２の吸い込み口の領域、Ｂ
は燃焼ファン２の吹き出し口領域、Ｃはエアーチャンバ
内、Ｄはバーナ３の一次空気（バーナ３内に導入される
空気）と燃料ガスを混合する混合領域、Ｅは排気トップ
領域をそれぞれ示している。Ｄの部分にセンサを設けた
場合には、ガスノズル（図示ぜず）からバーナ３内に噴
出される燃料ガスの影響が危惧されることとなり、ま
た、Ｅの部分に設けたときには、空気量を直接的に計測
せずに、燃焼排気ガスの流速を検出して間接的に供給空
気量を計測することとなるが、この場所での計測は、排
気ガスの流れ方向や流速分布が必ずしも一様でなく、時
間的にも変動し、センサの設置位置の違いによって検出
値にばらつきが生じるという問題がある。

【０００７】また、Ａの位置も空気の流れの向きが複雑
であり、Ｂの位置はその場所および時間によって空気の
流れの流速のばらつきが大きく、Ｃの場所も同様に空気
の流れの方向が整っておらず、これら何れの場所にセン
サを設ける場合も、正確な空気供給量を計測することが
困難になるという問題が生じる。

【０００８】本発明者は、このような空気の流れ方向や
流速分布の場所的変動に起因して生じる風速センサの検
出出力のばらつき発生状態を実験により確かめてみた。
図５〜図８はこの実験結果を示したもので、図５は燃焼
ファン２の送風出口（吹き出し口）に熱線ヒータタイプ
の風速センサを配置し、この風速センサを図９に示す如
く、送風出口の四角形をした平面上の下辺をＸ辺、左右
の左端の辺をＹ辺とし、Ｙ軸原点から６mm，12mm，18m
m，30mm，36mm，42mmの位置をＹ方向の各定点位置と
し、各Ｙ方向の定点位置で、風速センサをＸ軸方向に移
動していったときの各移動位置での風速センサの風速検
出値をプロットしてグラフに表したものである。

【０００９】また、図６のグラフは、図５の場合とは逆
に、Ｘ軸原点から６mm，12mm，18mm，30mm，42mm，48mm
の各位置を定点位置とし、このＸ軸方向の各定点位置上
で、風速センサをＹ軸方向に移動し、各Ｙ軸方向の移動
位置における風速センサの風速検知データをプロットし
てグラフに表したものであり、図７は、Ｘ軸上の６mm，
12mm，18mm，30mm，36mm，42mmの各位置をＸ方向の定点
位置とし、この各定点位置上で、風速センサをＹ軸方向
に移動して風速検知データを求め、この風速検知データ
に基づき空気流れの乱れ強さ、つまり、空気流れの平均
流速Ｕに対する風速実効値を乱れ強さとしてプロット
し、グラフに表したものである。

【００１０】図８に示すグラフは、Ｘ軸方向の位置が24
mm，Ｙ軸方向の位置が24mmの点、つまり、送風出口の中
心点の位置と、Ｘ軸方向に30mm，Ｙ軸方向に24mmの位置
との２点の位置で、風速センサにより、風速を検出し、
この風速と、吹き込み口に配置したオリフィスの前後差
圧から求めた空気流量との関係を示したものである。こ
れら図５〜図７のグラフから明らかな如く、燃焼ファン
吹き出し口領域Ｂにおいては風速センサの設置位置によ
って風速検知データにばらつきがある。また、図８のグ
ラフから明らかな如く、風速センサの設置位置によって
空気流量に対する風速検出値がばらついているものの、
空気体積と風速の間には一次の関係にあることが確認で
きた。

【００１１】本発明者はこのようなデータのばらつきが
空気流れの方向や流速のばらつきに起因して生じている
ものと考え、これを確認するために、図10に示すよう
に、燃焼ファン２の送風出口部に長さ160 mmの整流筒を
延長形成し、この整流筒の出側で、同様に、風速センサ
を移動して、風速の場所的ばらつきがどの程度改善され
るかの実験を試みた。その実験結果が図11〜図14に示さ
れている。図11は前記図５に、図12は前記図６に、図13
は前記図７に、図14は前記図８にそれぞれ対応してい
る。この実験結果から明らかなように、整流筒を設ける
ことにより、燃焼ファンの送風出口から送出される空気
は整流筒により整流されて空気の流れ方向のばらつきと
流速分布のばらつきが抑制され、その結果として、整流
筒を設けない場合のデータに比べ、整流筒を設けたこと
により、ばらつきの小さいデータが得られている。ま
た、図13から160 mmの延長筒は速度変動乱れを低減して
いることが分かる。

【００１２】このように、燃焼ファンの送風出口側に整
流筒を設けることにより、ばらつきの小さい検出データ
を得ることができる。しかしながら、整流筒を設ける
と、その分、給湯器の高さ方向の寸法が大きくなり、給
湯器が大型化してしまうという新たな問題が生じる。

【００１３】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、前記整流筒を設けることに
よる装置の大型化を避けることができ、しかも、空気の
流れの方向や流速のばらつき等に影響されず、供給空気
量を正確に計測することができる燃焼装置を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、バーナの上流側に給排気用の燃焼ファンが設け
られている燃焼装置において、前記燃焼ファンの送風出
口から排気トップ部に至る空気流路に空気導入口を設
け、この空気導入口よりも下流側に空気排出口を設けて
空気のバイパス通路を形成し、このバイパス通路にファ
ン送風の空気量を計測するためのセンサが設けられてい
ることを特徴として構成されている。

【００１５】

【作用】上記構成の本発明において、燃焼ファンから送
出された空気は燃焼ファンの送風出口から排気トップ部
に至る空気流路に沿って流れるが、その空気の流れの一
部はバイパス通路に分岐して流れる。このバイパス通路
を流れる空気は整流されてその流れの向きが整えられ、
流速が均一化されてセンサ設置領域を通る。このときに
センサによりその空気の流速等の空気量計測情報が検出
されることで、流速のばらつきや流れ方向のばらつきの
影響のない正確な空気量計測が達成される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１には本発明に係る燃焼装置の一実施例の模式
構成が示されている。本実施例の燃焼装置も、従来例と
同様に、給湯器を例にして示されており、従来例と同一
の部分には同一符号を付して、重複説明は省略する。

【００１７】本実施例が従来例と異なる特徴的なこと
は、燃焼ファン２の出側の側壁に空気導入孔５を設け
て、バイパス通路６を分岐形成し、このバイパス通路６
の出口（空気排出口）９を排気トップ側の排気孔７から
外側に導出し、このバイパス通路６の途中に空気量を計
測するための風速センサ８を設けたことである。そし
て、本実施例では、この風速センサ８の上流側を長い区
間Ｌにかけて通路が真直なストレート部10を形成し、燃
焼ファン２側からこのバイパス通路６に入り込んだ空気
の流れをこのストレート部10で整流し、空気の流れの向
きを揃え、バイパス通路６内の流速の分布を均一化して
おり、この整流した空気の流れを風速センサ８側に供給
するようにしている。

【００１８】このように、本実施例では、燃焼ファン２
からバーナ３側に供給される空気の一部がバイパス通路
６に取り込まれ、整流されてその風速が風速センサ８に
より検出されるので、空気の流れ方向のばらつきや流速
分布のばらつきの影響を受けない正確な風速を検出する
ことができる。そして、この風速センサ８により検出さ
れた風速検出信号は、制御装置（図示せず）側に供給さ
れ、制御装置のマイクロコンピュータ等により、空気量
に換算され、燃焼制御の空気供給量情報として利用され
ることとなる。なお、バイパス通路６を流れる空気量
は、燃焼ファン２から送出される総空気量の一部の空気
量であり、その一部の空気量がセンサにより求められる
が、バイパス通路６を通る空気量と燃焼ファン２からバ
ーナ３側に供給される基幹空気量との間には一定の比例
相関関係を有するので、制御装置側の演算処理により、
風速センサ８の風速情報に基づいて、燃焼ファン２から
バーナ３に供給される空気量が正確に求められることと
なる。

【００１９】図２および図３は本実施例の装置を用いた
空気量計測の実験データを示したものである。図２は、
空気流量と各空気流量に対するセンサ出力の関係を示し
たもので、空気流量に対し、センサ出力が直線関係を有
している。

【００２０】図３は横軸に空気流量をとり、縦軸に風速
をとって表したグラフであり、風速の値は、センサ出力
電圧を風速の値に換算することにより求めたものであ
る。この図３のグラフからも分かるように、各空気流量
に対して風速が直線関係を有しており、精度の高い検出
データが得られていることが実証されている。この図３
から分かるように、風速と送風量（空気流量）は比例関
係を有しているので、風速値を空気流量に換算すること
により、風速センサ８の検出出力から精度の高い空気供
給量のデータが得られることが理解できる。

【００２１】本実施例によれば、バイパス通路６側に空
気の一部を分流し、この分流空気をストレート部10で整
流したことにより、空気流れの速度や方向の場所的およ
び時間的ばらつきがなくなり、非常に精度のよい空気量
計測が可能となっている。前記ストレート部10の長さ
は、あまり短いと整流作用が不十分となり、あまり長す
ぎると空気の流れの圧力損失が大きくなくなるので、ス
トレート部10の長さは短すぎたり長すぎたりしない適切
な長さにする必要がある。本発明者は、実験によりその
ストレート部10の長さに対する整流効果を調べたとこ
ろ、ストレート部10の長さをＬ，バイパス通路６の直径
をＤとしたとき、空気流れの圧力損失が問題とならない
範囲で、Ｌ≧３ｄの関係を満足するように設定するのが
望ましいという結果を得ており、本実施例はこの結果に
基づいてストレート部10の長さを設定している。

【００２２】また、本実施例では、燃焼ファン２からバ
ーナ３に至る基幹空気通路からバイパス通路６を分岐形
成しているので、たとえ、送風空気中にダストが含まれ
ていても、このダストはその慣性によって基幹空気通路
に沿って流れようとするため、バイパス通路６側にダス
トが入り込むのを避けることができ、このダストが風速
センサの風速検知素子（ホット抵抗ワイヤ）に付着堆積
してセンサ性能が悪くなるという不具合を防止すること
ができる。

【００２３】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例ではバイパス通路６の空気導入口を燃焼ファン２
の送風出口部に設け、バイパス通路の空気排出口９を排
気トップ側の排気孔７側に形成したが、バイパス通路６
の空気導入口５は燃焼ファン２の送風出口部から排気ト
ップ部に至る空気流路の適宜の位置に設け、バイパス通
路の空気排出口９はこの空気導入口５よりも下流側に設
置すればよく、本実施例以外の様々なバイパス通路の構
成態様とすることができる。

【００２４】図４は、バイパス通路６の他の各種構成態
様を示したもので、バイパス通路６ａは、空気導入口５
と空気排出口９をともに燃焼ファン２の送風出口領域に
設けたものであり、バイパス通路６ｂは空気導入口５を
燃焼ファン２の送風出口部に設け、空気排出口９をエア
ーチャンバに設けたものであり、バイパス通路６ｃは空
気導入口５を燃焼ファン２の送風出口側に設け、空気排
出口９を燃焼室に設けたものであり、バイパス通路６ｄ
は空気導入口５を同様に燃焼ファン２の送風出口部に設
け、空気排出口９を排気トップ側に設けたものである。

【００２５】バイパス通路６ｅは空気導入口５を燃焼フ
ァン２の送風出口部に設け、空気排出口９を器具ケース
１内の大気に開放したものであり、バイパス通路６ｆは
空気導入口５を送風出口部に設け、空気排出口９を器具
ケース１外の大気に開放したものであり、バイパス通路
６ｇは空気導入口５をエアーチャンバ内に設け、空気排
出口９を燃焼室内に設けたものであり、バイパス通路６
ｈは空気導入口をエアーチャンバ内に設け、空気排出口
９を排気トップ側に設けたものであり、バイパス通路６
ｉは空気導入口５をエアーチャンバ内に設け、空気排出
口９を器具ケース１内の大気に開放したものであり、バ
イパス通路６ｊは空気導入口５をエアーチャンバ内に設
け、空気排出口９を器具ケース１外の大気に開放したも
のであり、このように、様々な構成態様でバイパス通路
を形成することができる。

【００２６】これらの通路の中で、前記バイパス通路６
ａ，６ｂのように、空気排出口９を燃焼ファン２からバ
ーナ３に至る空気流路に設けることにより、バイパス通
路に入り込んだ空気は本流の基幹空気の流れに戻るの
で、燃焼空気量の損失を防止することができる。また、
バイパス通路６ｃ〜６ｊの場合は、空気導入口５から空
気排出口９までの距離を十分とれるので、空気流れのス
レート部10による整流効果を十分に高めることができ
る。特に、バイパス通路６ｃ，６ｇの構成としたときに
は、前記の如くバイパス通路を流れる空気の整流効果が
十分期待できる上に、バイパス通路を通った空気が燃焼
室内に排出されるため、給湯熱交換器４の排気ガス通路
が煤により多少閉塞気味になっても、風速（風量）検出
を正確に行うことができるという効果が得られる。

【００２７】すなわち、バイパス通路の空気排気口９を
排気トップ側や外部の大気に開放して設けたときには、
給湯熱交換器４に煤が付着堆積すると、その煤の空気抵
抗によってバーナ３側に流れる基幹空気流量が減少する
が、これに対し、バイパス通路には煤の空気抵抗が作用
しないので、むしろ通常時以上の空気量が流れ、バイパ
ス通路を流れる空気量と基幹空気流量との比例関係が崩
れ、風速センサによる風量検出結果に誤差が生じる。こ
れに対し、バイパス通路の空気排気口９を燃焼室に設け
た場合には、給湯熱交換器４の付着煤がバイパス通路を
流れる空気の抵抗成分となるので、バイパス通路の空気
流量も減少して、基幹空気流量とバイパス通路の空気流
量との比例関係が保たれることとなり、これにより、煤
の付着が生じても、空気流量の検出を正確に行うことが
できるという効果が得られるのである。

【００２８】また、上記実施例における風速センサ８は
ホットワイヤタイプのもの（ヒータワイヤに風が当たる
とき、その風速の大きさに対応した冷却による抵抗変化
に基づき風速を検知するタイプのもの）を用いている
が、カルマン渦を利用して風速を検知するタイプのもの
や、上流側と下流側の差圧を利用して風速を検知するタ
イプのもの等、様々なタイプの風速センサを用いること
ができる。

【００２９】さらに、上記実施例では空気流量を計測す
るためのセンサとして風量を間接的に検出する風速セン
サを用いたが、もちろん、風量を直接検出するセンサを
用いてもよい。

【００３０】さらに、上記実施例では燃焼装置として、
給湯器を例にして説明したが、本発明は、風呂釜や、ガ
スあるいは石油を燃料とする暖房機等の他の種類の燃焼
装置にも適用されるものである。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、燃焼ファンの送風出口から排
気トップ部に至る空気流路に空気導入口を設けてバイパ
ス通路を形成し、このバイパス通路にファン送風の空気
量を計測するためのセンサを設けたものであるから、バ
イパス通路を通る間にその空気を整流化して、空気の流
れの方向と流速分布を場所的および時間的に均一化して
空気流量の情報を得ることができるので、これら空気の
流れの方向や流速分布のばらつきの影響を受けることな
く、燃焼供給空気量を精度よく正確に検出することが可
能となる。

【００３２】また、バイパス通路は燃焼装置の狭い空間
を通して形成できるので、このバイパス通路を設けるこ
とによって装置が大型化するということもなく、燃焼装
置内の空間を利用して、空気を整流するのに必要なバイ
パス通路の長さも十分に確保でき、小型の燃焼装置にお
いても、精度の高い空気量計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃焼装置の一実施例を示す模式構
成図である。

【図２】同実施例の装置を用いて求めた空気流量とセン
サ出力との実験データのグラフである。

【図３】同実施例における空気流量と風速との関係実験
データのグラフである。

【図４】バイパス通路の他の各種形態例を示す説明図で
ある。

【図５】従来例の燃焼装置を用いて燃焼ファンの送風出
口部で、風速センサをＸ軸方向に移動して風速を検出し
たときの風速検知データのばらつき状態を示すグラフで
ある。

【図６】従来例の装置を用い、燃焼ファンの送風出口部
で風速センサをＹ軸方向に移動して風速を検出したとき
の風速検出データのばらつき状態を示すグラフである。

【図７】従来の装置を用いて横軸に風速センサのＹ軸方
向の移動量をとり、縦軸に空気流れの乱れ強さをとって
表した実験データのグラフである。

【図８】従来の装置の風速と空気流量との関係データを
２点位置の測定比較状態で示すグラフである。

【図９】風速測定実験時の風速センサの移動位置を説明
するための図である。

【図10】燃焼ファンの送風出口に整流筒を接続した状態
の説明図である。

【図11】従来の燃焼装置の燃焼ファン送風出口部に整流
筒を設けて風速センサのＸ軸方向の移動位置と風速検出
データとの関係を示した図５に対応するグラフである。

【図12】同じく従来の装置の燃焼ファンの送風出口側に
整流筒を設けたときの風速センサのＹ軸方向の移動位置
と風速検知データとの関係を示す図６に対応するグラフ
である。

【図13】従来の装置の燃焼ファン送風出口側に整流筒を
設けたときの風速センサのＹ軸方向の移動位置と各移動
位置における空気流れの乱れ強さとの関係を示す図７に
対応するグラフである。

【図14】従来の燃焼装置の燃焼ファン排気出口側に整流
筒を設けて整流筒の出側の２点位置で空気流量と風速の
関係を測定した図８に対応するグラフである。

【図15】燃焼装置として一般的に知られている給湯器の
模式構成を示す説明図である。

【符号の説明】

２ 燃焼ファン ４ 給湯熱交換器 ５ 空気導入孔 ６，６ａ〜６ｈ バイパス通路 ８ 風速センサ ９ 空気排出口 10 ストレート部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナの上流側に給排気用の燃焼ファン
   が設けられている燃焼装置において、前記燃焼ファンの
   送風出口から排気トップ部に至る空気流路に空気導入口
   を設け、この空気導入口よりも下流側に空気排出口を設
   けて空気のバイパス通路を形成し、このバイパス通路に
   ファン送風の空気量を計測するためのセンサが設けられ
   ている燃焼装置。