特許 6853110 燃焼装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6853110

(24)【登録日】2021年3月15日

(45)【発行日】2021年3月31日

(54)【発明の名称】燃焼装置

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/24 20060101AFI20210322BHJP

   F23N 5/20 20060101ALI20210322BHJP

【ＦＩ】

   F23N5/24 Z

   F23N5/20 A

【請求項の数】1

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2017-99511(P2017-99511)

(22)【出願日】2017年5月19日

(65)【公開番号】特開2018-194247(P2018-194247A)

(43)【公開日】2018年12月6日

【審査請求日】2020年1月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000115854

【氏名又は名称】リンナイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】特許業務法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】大畑 寛之

(72)【発明者】

【氏名】赤木 万之

【審査官】 西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３５１５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１２−００６５５０９（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開平２−１６１２１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｎ ５／２０

Ｆ２３Ｎ ５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室に配置した複数のバーナを有するバーナユニットと、バーナユニットに燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、バーナユニットに燃料ガスを供給するガス供給路に設けられた比例弁と、比例弁よりも下流側のガス供給路の部分に設けられ、燃料ガスを供給するバーナの組合せを変更してバーナユニット全体の燃焼能力を複数段に切換える能力切換弁とを備え、最低段の燃焼能力で燃焼量を所定の点火燃焼量にしてバーナユニットに点火するようにした燃焼装置であって、点火後の燃焼初期段階に、最低段以外の所定段の燃焼能力で燃焼量が所定の共鳴音発生領域に入っているときに共鳴音が発生するものにおいて、
点火後、要求燃焼量が所定段より１段低い燃焼能力での上限燃焼量を上回る共鳴音発生領域に入っているか否かを判別し、要求燃焼量がこの共鳴音発生領域に入っている場合は、点火後所定時間経過するまで、所定段よりも１段低い燃焼能力で燃焼量を点火燃焼量より高い所定の待機燃焼量に維持し、その後、所定段の燃焼能力に切換えて、燃焼量を要求燃焼量にするようにし、所定段より１段低い燃焼能力で燃焼量を一時的に当該燃焼能力での上限燃焼量よりも高くすることを可能として、待機燃焼量を要求燃焼量に一致させることを特徴とする燃焼装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼室に配置した複数のバーナを有するバーナユニットと、バーナユニットに燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、バーナユニットに燃料ガスを供給するガス供給路に設けられた比例弁と、比例弁よりも下流側のガス供給路の部分に設けられ、燃料ガスを供給するバーナの組合せを変更してバーナユニット全体の燃焼能力を複数段に切換える能力切換弁とを備える燃焼装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の燃焼装置では、爆発的な点火を防止するため、最低段の燃焼能力で燃焼量を比較的低い所定の点火燃焼量にしてバーナユニットに点火し、その後、最低段より高い段の燃焼能力に切換えるようにしている。但し、点火後、燃焼室内の温度がある程度上昇するまでの燃焼初期段階では、最低段以外の所定段（例えば、最高段）の燃焼能力で燃焼量が所定の共鳴音発生領域に入っているときに共鳴音が発生することがある。

【0003】

そのため、従来、点火後、燃焼室の温度がある程度上昇するのに必要な所定時間経過するまでは、最低段の燃焼能力で燃焼量を点火燃焼量に維持し、共鳴音の発生を抑制した燃焼装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

然し、このものでは、要求燃焼量（例えば、バーナで加熱する被加熱物が給湯用熱交換器である場合は、熱交換器から設定温度の温水を出湯するのに必要な燃焼量）が高くても、点火後所定時間経過するまでは、燃焼量がかなり低く抑えられて要求燃焼量との差が大きくなり、出湯温が低くなって使用者に迷惑をかけてしまう。また、燃焼量がかなり低く抑えられるので、燃焼室の温度がある程度上昇するまでに時間がかかり、上記所定時間を長く設定せざるを得なくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平２−１６１２１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、以上の点に鑑み、燃焼初期段階での燃焼量を点火燃焼量より高くして、且つ、共鳴音の発生を抑制できるようにした燃焼装置を提供することをその課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は、燃焼室に配置した複数のバーナを有するバーナユニットと、バーナユニットに燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、バーナユニットに燃料ガスを供給するガス供給路に設けられた比例弁と、比例弁よりも下流側のガス供給路の部分に設けられ、燃料ガスを供給するバーナの組合せを変更してバーナユニット全体の燃焼能力を複数段に切換える能力切換弁とを備え、最低段の燃焼能力で燃焼量を所定の点火燃焼量にしてバーナユニットに点火するようにした燃焼装置であって、点火後の燃焼初期段階に、最低段以外の所定段の燃焼能力で燃焼量が所定の共鳴音発生領域に入っているときに共鳴音が発生するものにおいて、点火後、要求燃焼量が所定段より１段低い燃焼能力での上限燃焼量を上回る共鳴音発生領域に入っているか否かを判別し、要求燃焼量がこの共鳴音発生領域に入っている場合は、点火後所定時間経過するまで、所定段よりも１段低い燃焼能力で燃焼量を点火燃焼量より高い所定の待機燃焼量に維持し、その後、所定段の燃焼能力に切換えて、燃焼量を要求燃焼量にするようにし、更に、所定段より１段低い燃焼能力で燃焼量を一時的に当該燃焼能力での上限燃焼量よりも高くすることを可能とし、待機燃焼量を要求燃焼量に一致させることを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、要求燃焼量が所定段より１段低い燃焼能力での上限燃焼量を上回る共鳴音発生領域に入っていても、点火後所定時間経過するまで、燃焼能力を所定段より１段低い燃焼能力にして、燃焼量を待機燃焼量に維持するため、共鳴音の発生を抑制できる。そして、待機燃焼量は、点火燃焼量より高いため、燃焼量を点火燃焼量に維持する場合に比して要求燃焼量との差が小さくなり、使用者にかける迷惑の程度を軽減できる。更に、燃焼量を点火燃焼量に維持する場合に比して、燃焼室の温度が共鳴音の発生が抑制される温度まで早く上昇するため、待機燃焼量に維持する上記所定時間を短く設定でき、この点でも使用者にかける迷惑の程度を軽減できる。

【0010】

更に、本発明では、上記の如く所定段より１段低い燃焼能力で燃焼量を一時的に当該燃焼能力での上限燃焼量よりも高くすることを可能とし、待機燃焼量を要求燃焼量に一致させるため、使用者に迷惑をかけることがない。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態の燃焼装置の構成を示す模式図。

【図2】バーナ全体の燃焼量とファン回転数との関係を表す燃焼特性ラインを各段の燃焼能力について示したグラフで、（ａ）は待機燃焼量を第２段の燃焼能力での上限燃焼量に設定した場合を示す図、（ｂ）は待機燃焼量を要求燃焼量に設定した場合を示す図。

【図3】実施形態の燃焼装置で行う点火後初期制御の内容を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、給湯用熱源機から成る本発明の実施形態の燃焼装置を示している。この燃焼装置は、燃焼筐１で囲われる燃焼室２を備えている。燃焼室２の下部には、第１バーナ３_１と第２バーナ３_２とを有するバーナユニット３が配置されている。尚、第１バーナ３_１は、並設した５本の単位バーナ３ａで構成され、第２バーナ３_２は、並設した１０本の単位バーナ３ａで構成されている。また、第１バーナ３_１に臨む点火電極３１を備えている。そして、点火電極３１への高電圧印加源であるイグナイタ３２への通電により点火電極３１でスパークさせて第１バーナ３_１に点火し、その後、第２バーナ３_２に火移りさせるようにしている。

【0013】

また、燃焼室２の上部には、被加熱物たる給湯用の熱交換器４が配置されている。更に、燃焼筐１の下面には、バーナユニット３に燃焼用空気を供給する燃焼ファン５が接続されている。そして、バーナユニット３からの燃焼ガスにより熱交換器４の上流側の給水管４ａからの水を加熱し、熱交換器４の下流側の出湯管４ｂに所定の設定温度に加熱された温水が出湯されるようにしている。熱交換器４を通過した燃焼ガスは、燃焼筐１の上部に開設した排気口１ａから外部に排出される。

【0014】

バーナユニット３に燃料ガスを供給するガス供給路６には、電磁開閉弁から成る元弁６１と、その下流側の比例弁６２とが介設されている。また、比例弁６２の下流側のガス供給路６の部分は、第１バーナ３_１に連なる第１分岐路６ａと、第２バーナ３_２に連なる第２分岐路６ｂとに分岐されている。これら第１と第２の各分岐路６ａ，６ｂには、夫々電磁開閉弁から成る第１と第２の各能力切換弁６３_１，６３_２が介設されている。そして、第１、第２能力切換弁６３_１，６３_２の開閉で燃料ガスを供給するバーナの組合せを変更して、バーナユニット全体の燃焼能力を複数段に切換えるようにしている。

【0015】

具体的に説明すれば、第１能力切換弁６３_１を開弁して第１バーナ３_１のみに燃料ガスを供給することにより、バーナユニット全体の燃焼能力を最低段たる第１段の能力（単位バーナ５本分の能力）に切換え、第２能力切換弁６３_２を開弁して第２バーナ３_２のみに燃料ガスを供給することにより、バーナユニット全体の燃焼能力を第２段の能力（単位バーナ１０本分の能力）に切換え、第１と第２の両能力切換弁６３_１，６３_２を開弁して第１と第２の両バーナ３_１，３_２に燃料ガスを供給することにより、バーナユニット全体の燃焼能力を最高段たる第３段の能力（単位バーナ１５本分の能力）に切換えるようにしている。

【0016】

燃焼装置は、更に、燃焼ファン５、元弁６１、比例弁６２、能力切換弁６３_１，６３_２及びイグナイタ３２を制御する制御手段たるマイクロコンピュータから成るコントローラ７を備えている。コントローラ７は、給湯負荷に応じた要求燃焼量（設定温度の温水を出湯するのに必要な燃焼量）を演算し、この要求燃焼量に合わせて第１と第２の能力切換弁６３_１，６３_２を開閉制御して、バーナユニット全体の燃焼能力を切換え、切換えた燃焼能力で要求燃焼量に等しい燃焼量が得られ、且つ、この燃焼量に応じた適切な量の空気が供給されるように、燃焼ファン５の回転数と比例弁６２に通電する比例弁電流とを要求燃焼量に応じて可変する制御を行う。

【0017】

図２は、各段の燃焼能力で得られるバーナユニット全体の燃焼量と燃焼ファン５の回転数（ファン回転数）との関係を表す燃焼特性ラインを示している。この燃焼特性ラインは、第１段の燃焼能力ではラインＬ１、第２段の燃焼能力ではラインＬ２、第３段の燃焼能力ではラインＬ３になる。ここで、ファン回転数の下限値Ｎｍｉｎに対応する比例弁電流の下限値とファン回転数の上限値Ｎｍａｘに対応する比例弁電流の上限値は、各段の燃焼能力で比例弁電流を上限値にしたときの燃焼量がそれより１段高い燃焼能力で比例弁電流を下限値にしたときの燃焼量を上回るように設定され、能力順位で隣接する燃焼能力間で重ね代を持つことになる。

【0018】

そして、コントローラ７は、要求燃焼量が現時点の燃焼能力の上限燃焼量（ファン回転数を上限値Ｎｍａｘにしたときに得られるバーナユニット全体の燃焼量）を上回ったときに、燃焼能力を１段高くする能力アップ制御を行い、要求燃焼量が現時点の燃焼能力の下限燃焼量（ファン回転数を下限値Ｎｍｉｎにしたときに得られるバーナユニット全体の燃焼量）を下回ったときに、燃焼能力を１段低くする能力ダウン制御を行う。これによれば、一旦能力ダウン制御が行われると、要求燃焼量が重ね代以上増加しない限り能力アップ制御は行われず、また、一旦能力アップ制御が行われると、要求燃焼量が重ね代以上減少しない限り能力ダウン制御は行われず、要求燃焼量の微小変化で能力アップ制御と能力ダウン制御が短時間で繰り返される現象（ハンチング）が抑制される。

【0019】

ところで、給湯開始時は、一般的に、第１段の燃焼能力で、燃焼量を比較的低い所定の点火燃焼量Ｑｉｇにして第１バーナ３_１に点火し、その後、要求燃焼量に応じた能力切換と燃焼量の調節とを行う。然し、本実施形態の燃焼装置においては、点火後、燃焼室２内の温度がある程度上昇するまでの燃焼初期段階では、第３段の燃焼能力で燃焼量が比較的大きな所定の共鳴音発生領域ＱＷに入っているときに共鳴音が発生する。尚、第２段の燃焼能力の上限燃焼量Ｑ２ｍａｘは、共鳴音発生領域ＱＷの下限より大きいが、第２段の燃焼能力では、燃焼していない第１バーナ３_１に流れる空気によって燃焼振動が軽減されるため、第２段の燃焼能力で燃焼量が共鳴音発生領域ＱＷの下限より大きくなっても共鳴音は発生しない。

【0020】

ここで、本実施形態では、上記共鳴音の発生を抑制するために、第１バーナ３_１に点火後、図３に示す点火後初期制御を行うようにした。この点火後初期制御では、先ず、ＳＴＥＰ１で要求燃焼量Ｑｄｅを算出し、次に、ＳＴＥＰ２で要求燃焼量Ｑｄｅが第２段の燃焼能力での上限燃焼量Ｑ２ｍａｘを上回る共鳴音発生領域ＱＷに入っているか否か、即ち、要求燃焼量Ｑｄｅが第２段の燃焼能力での上限燃焼量Ｑ２ｍａｘを上回っているか否かを判別する。Ｑｄｅ≦Ｑ２ｍａｘであれば、ＳＴＥＰ３に進み、燃焼量が要求燃焼量Ｑｄｅになるように通常の能力切換と燃焼量調節とを行う。

【0021】

一方、図２に示す如くＱｄｅ＞Ｑ２ｍａｘであれば、ＳＴＥＰ４に進んで、第２段の燃焼能力に切換えると共に燃焼量を点火燃焼量Ｑｉｇよりも高い所定の待機燃焼量Ｑｗｅに調節し、更に、ＳＴＥＰ５でバーナ点火後所定時間（例えば、５秒）経過したか否かを判別し、所定時間経過するまではＳＴＥＰ４に戻ることを繰り返して、第２段の燃焼能力で燃焼量を待機燃焼量Ｑｗｅに維持する。そして、バーナ点火後所定時間経過したとき、ＳＴＥＰ６に進んで、第３段の燃焼能力に切換えると共に燃焼量を要求燃焼量Ｑｄｅまで増加し、その後ＳＴＥＰ３に進む。

【0022】

以上の点火後初期制御によれば、要求燃焼量Ｑｄｅが第２段の燃焼能力での上限燃焼量Ｑ２ｍａｘを上回っている場合、バーナ点火後所定時間経過するまで第２段の燃焼能力で燃焼量を待機燃焼量Ｑｗｅに維持するため、共鳴音の発生を抑制できる。そして、待機燃焼量Ｑｗｅは、点火燃焼量Ｑｉｇより高いため、燃焼量を点火燃焼量Ｑｉｇに維持する場合に比して要求燃焼量Ｑｄｅとの差が小さくなり、点火後初期制御中の設定温度と出湯温との差を小さくして使用者にかける迷惑の程度を軽減できる。更に、燃焼量を点火燃焼量Ｑｉｇに維持する場合に比して、燃焼室２の温度が共鳴音の発生が抑制される温度まで早く上昇するため、待機燃焼量Ｑｗｅに維持する上記所定時間を短く設定でき、この点でも使用者にかける迷惑の程度を軽減できる。

【0023】

ここで、待機燃焼量Ｑｗｅは、図２（ａ）に示す如く、第２段の燃焼能力での上限燃焼量Ｑ２ｍａｘに設定することが望ましい。これによれば、要求燃焼量Ｑｄｅと待機燃焼量Ｑｗｅとの差をより小さくして、点火後初期制御中の設定温度と出湯温との差を一層小さくすることができる。

【0024】

また、一時的であれば、第２段の燃焼能力で燃焼量を上限燃焼量Ｑ２ｍａｘより高くしても、耐久性に悪影響は及ばない。そのため、待機燃焼量Ｑｗｅを、図２（ｂ）に示す如く要求燃焼量Ｑｄｅに一致させてもよい。これによれば、点火初期制御中から設定温度の温水を出湯でき、使用者に迷惑をかけることがない。

【0025】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態は、燃焼能力を３段に切換えるものであるが、４段以上に切換えるものであって、燃焼初期段階に第４段以上の燃焼能力で共鳴音が発生する燃焼装置や、燃焼能力を２段に切換えるものであって、燃焼初期段階に第２段の燃焼能力で共鳴音が発生する燃焼装置にも同様に本発明を適用できる。更に、上記実施形態の燃焼装置は、給湯用熱源機であるが、暖房用といった給湯以外の用途の燃焼装置にも同様に本発明を適用できる。

【符号の説明】

【0026】

２…燃焼室、３…バーナユニット、３_１，３_２…バーナ、５…燃焼ファン、６…ガス供給路、Ｑ２ｍａｘ…第２段の燃焼能力（所定段より１段低い燃焼能力）での上限燃焼量、ＱＷ…共鳴音発生領域、Ｑｉｇ…点火燃焼量、Ｑｄｅ…要求燃焼量、Ｑｗｅ…待機燃焼量。

【図1】

【図2】

【図3】