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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023088161
(43)【公開日】2023-06-26
(54)【発明の名称】予混合装置
(51)【国際特許分類】
F23N 5/00 20060101AFI20230619BHJP
F23N 5/12 20060101ALI20230619BHJP
F23D 14/62 20060101ALI20230619BHJP
【ＦＩ】
F23N5/00 J
F23N5/00 S
F23N5/12 Z
F23D14/62
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021202855
(22)【出願日】2021-12-14
(71)【出願人】
【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】弁理士法人青莪
(72)【発明者】
【氏名】則竹 克哉
【テーマコード（参考）】
3K003
3K005
3K017
【Ｆターム（参考）】
3K003FA04
3K003FB03
3K003FC04
3K003GA03
3K005WA01
3K005WB04
3K005WC06
3K017CA04
3K017CB09
3K017CC01
(57)【要約】
【課題】空気に燃料ガスを混合し、混合気をファンを介してバーナに供給する予混合装置であって、混合気の空気過剰率が適正値になるようにガス供給路に介設した可変絞り弁の開度を調節する制御を行うものにおいて、可変絞り弁の調節に、ヒステリシス量の変化に起因して時間がかかってしまうことを防止できるようにする。
【解決手段】検出空気過剰率が合格範囲から一方、例えば、大きい側に外れている場合は、検出空気過剰率が適正値λｍになるまでモータを開度増加方向に単位角度ずつ回転させることを繰り返す。検出空気過剰率が合格範囲から他方、例えば、小さい側に外れている場合は、モータを、空気過剰率が合格範囲から大きい側に一定量外れた値λｋになると想定される第１位置Ｐ１まで開度減少方向に高速回転させてから、目標位置Ｐｍの手前の第２位置Ｐ２まで開度増加方向に高速回転させ、その後、開度増加方向に単位角度ずつ回転させる。
【選択図】図３
【解決手段】検出空気過剰率が合格範囲から一方、例えば、大きい側に外れている場合は、検出空気過剰率が適正値λｍになるまでモータを開度増加方向に単位角度ずつ回転させることを繰り返す。検出空気過剰率が合格範囲から他方、例えば、小さい側に外れている場合は、モータを、空気過剰率が合格範囲から大きい側に一定量外れた値λｋになると想定される第１位置Ｐ１まで開度減少方向に高速回転させてから、目標位置Ｐｍの手前の第２位置Ｐ２まで開度増加方向に高速回転させ、その後、開度増加方向に単位角度ずつ回転させる。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
空気に燃料ガスを混合し、混合気をファンを介してバーナに供給する予混合装置であって、ファンの上流側の空気供給路と、空気供給路に設けられたガス吸引部に下流端が接続されたガス供給路と、ガス供給路に介設された、二次ガス圧を大気圧に調圧するゼロガバナと、ゼロガバナの下流側のガス供給路の部分に介設された、ステッピングモータで駆動される可変絞り弁と、混合気の空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段と、制御手段とを備え、
制御手段は、ファンの回転数を要求燃焼量に応じて可変する制御を行うと共に、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が所定の適正値になるように可変絞り弁の開度を調節する制御を行うように構成されるものにおいて、
可変絞り弁の開度を増加と減少の一方に変化させるステッピングモータの回転方向を正転方向、可変絞り弁の開度を増加と減少の他方に変化させるステッピングモータの回転方向を逆転方向として、
制御手段は、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が、適正値を含む所定の合格範囲外で、可変絞り弁の開度を前記一方に変化させることで適正値になるような値になっている場合には、ステッピングモータを所定の単位角度だけ正転方向に回転させた状態で、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になっているか否かを判別することを、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になるまで繰り返す制御を行い、空気過剰率検出手段で検出される混合気の空気過剰率が、合格範囲外で、可変絞り弁の開度を前記他方に変化させることで適正値になるような値になっている場合には、ステッピングモータを逆転方向に回転させたときのステッピングモータの回転位置と可変絞り弁の開度との関係を表す逆転方向の変化特性線に基づいて設定される、混合気の空気過剰率が合格範囲から可変絞り弁の開度を前記他方に変化させたときの変化方向に一定量外れた調節基準値になると想定される所定の第１基準回転位置まで、ステッピングモータを逆転方向に回転させ、次に、ステッピングモータを正転方向に回転させたときのステッピングモータの回転位置と可変絞り弁の開度との関係を表す正転方向の変化特性線に基づいて算出される、混合気の空気過剰率が適正値になると想定される目標回転位置に対し正転方向で所定角度手前の第２基準回転位置まで、ステッピングモータを第１基準回転位置から正転方向に回転させ、その後、ステッピングモータを正転方向に所定の単位角度回転させた状態で、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になっているか否かを判別することを、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になるまで繰り返す制御を行うように構成されることを特徴とする予混合装置。
制御手段は、ファンの回転数を要求燃焼量に応じて可変する制御を行うと共に、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が所定の適正値になるように可変絞り弁の開度を調節する制御を行うように構成されるものにおいて、
可変絞り弁の開度を増加と減少の一方に変化させるステッピングモータの回転方向を正転方向、可変絞り弁の開度を増加と減少の他方に変化させるステッピングモータの回転方向を逆転方向として、
制御手段は、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が、適正値を含む所定の合格範囲外で、可変絞り弁の開度を前記一方に変化させることで適正値になるような値になっている場合には、ステッピングモータを所定の単位角度だけ正転方向に回転させた状態で、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になっているか否かを判別することを、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になるまで繰り返す制御を行い、空気過剰率検出手段で検出される混合気の空気過剰率が、合格範囲外で、可変絞り弁の開度を前記他方に変化させることで適正値になるような値になっている場合には、ステッピングモータを逆転方向に回転させたときのステッピングモータの回転位置と可変絞り弁の開度との関係を表す逆転方向の変化特性線に基づいて設定される、混合気の空気過剰率が合格範囲から可変絞り弁の開度を前記他方に変化させたときの変化方向に一定量外れた調節基準値になると想定される所定の第１基準回転位置まで、ステッピングモータを逆転方向に回転させ、次に、ステッピングモータを正転方向に回転させたときのステッピングモータの回転位置と可変絞り弁の開度との関係を表す正転方向の変化特性線に基づいて算出される、混合気の空気過剰率が適正値になると想定される目標回転位置に対し正転方向で所定角度手前の第２基準回転位置まで、ステッピングモータを第１基準回転位置から正転方向に回転させ、その後、ステッピングモータを正転方向に所定の単位角度回転させた状態で、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になっているか否かを判別することを、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になるまで繰り返す制御を行うように構成されることを特徴とする予混合装置。
【請求項2】
前記制御手段は、前記ステッピングモータを前記第１基準回転位置まで逆転方向に回転させた状態で、前記空気過剰率検出手段により混合気の空気過剰率を検出し、検出された混合気の空気過剰率が前記調節基準値になっていない場合は、前記逆転方向の変化特性線に基づいて第１基準回転位置を混合気の空気過剰率が調節基準値になるように補正する制御を行うように構成されることを特徴とする請求項１記載の予混合装置。
【請求項3】
請求項１又は２記載の予混合装置であって、前記空気過剰率検出手段は、前記バーナで発生する火炎内に挿入される、フレーム電流値を検出するフレームロッドで構成されるものにおいて、
前記制御手段は、前記ステッピングモータを前記第１基準回転位置まで逆転方向に回転させる際に、前記可変絞り弁の開度の前記他方への変化が開度を減少する変化である場合は、フレームロッドで検出されたフレーム電流値が上昇したときに、また、可変絞り弁の開度の前記他方への変化が開度を増加する変化である場合は、フレームロッドで検出されたフレーム電流値が下降したときに、異常であると判断してバーナの燃焼を停止するエラー停止を行うように構成されることを特徴とする予混合装置。
前記制御手段は、前記ステッピングモータを前記第１基準回転位置まで逆転方向に回転させる際に、前記可変絞り弁の開度の前記他方への変化が開度を減少する変化である場合は、フレームロッドで検出されたフレーム電流値が上昇したときに、また、可変絞り弁の開度の前記他方への変化が開度を増加する変化である場合は、フレームロッドで検出されたフレーム電流値が下降したときに、異常であると判断してバーナの燃焼を停止するエラー停止を行うように構成されることを特徴とする予混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空気に燃料ガスを混合し、混合気をファンを介してバーナに供給する予混合装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の予混合装置として、ファンの上流側の空気供給路と、空気供給路に設けられたガス吸引部に下流端が接続されたガス供給路と、ガス供給路に介設された、二次ガス圧を大気圧に調圧するゼロガバナとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、燃料ガスの供給量は、二次ガス圧である大気圧とガス吸引部に作用する負圧との差圧に応じて変化する。そして、ガス吸引部に作用する負圧がファン回転数に応じて変化するため、燃料ガスの供給量はファン回転数、即ち、空気の供給量に比例して変化する。従って、要求燃焼量に応じてファン回転数を制御することにより、要求燃焼量に応じた量の混合気がバーナに供給され、混合気の空気過剰率（一次空気量／化学量論的空気量）は一定になる。
【0003】
ところで、国によっては、燃料ガスとして同じガス種を使用していても、時間により燃料ガスの発熱量（ウォッベ指数）が変動することがある。上記従来例のものでは、燃料ガスの発熱量が変動しても、空気の供給量に対する燃料ガスの供給量の比は一定であるため、燃料ガスの発熱量の変動で混合気の空気過剰率が変動して、燃焼不良が発生してしまう。
【0004】
そこで、従来、ゼロガバナの下流側のガス供給路の部分に介設された、ステッピングモータで駆動される可変絞り弁と、混合気の空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段とを備え、空気過剰率検出手段で検出される混合気の空気過剰率が一定になるように可変絞り弁の開度を調節する制御を行うようにした予混合装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【0005】
ここで、可変絞り弁の開度を増加と減少の一方に変化させるステッピングモータの回転方向を正転方向、可変絞り弁の開度を増加と減少の他方に変化させるステッピングモータの回転方向を逆転方向として、ステッピングモータを正転方向に回転させたときのステッピングモータの回転位置と可変絞り弁の開度との関係を表す正転方向の変化特性線に対し、ステッピングモータを逆転方向に回転させたときのステッピングモータの回転位置と可変絞り弁の開度との関係を表す逆転方向の変化特性線は、ステッピングモータから可変絞り弁の弁体までの間の駆動機構のバックラッシュによるヒステリシス量だけ逆転方向にずれる。そして、前回の調節時に可変絞り弁の開度を例えば前記一方に変化させ、今回の調節では、可変絞り弁の開度を前記他方に変化させる必要を生じた場合、ステッピングモータを逆転方向に回転させても、回転角度がヒステリシス量以内であれば可変絞り弁の開度は変化しない。そのため、可変絞り弁の開度調節に要する時間を短縮するには、ステッピングモータを逆転方向にヒステリシス量だけ素早く回転させることが必要になる。
【0006】
但し、ヒステリシス量は、個体差があり、更には、経時的に変化する。そのため、ステッピングモータの逆転方向への回転角度が所定のヒステリシス量に達する前に可変絞り弁の開度が前記他方に変化し始めて、ステッピングモータの逆転方向への回転角度が所定のヒステリシス量に達したときには、可変絞り弁の開度が前記他方に過度に変化してしまうことがある。この場合には、ステッピングモータを正転方向に回転させて、可変絞り弁の開度を前記一方に変化させることが必要になる。そして、ステッピングモータを正転方向に所定のヒステリシス量だけ素早く回転させた時点で、可変絞り弁の開度が前記一方に過度に変化して、可変絞り弁の開度を再度前記他方に変化させることが必要になることもある。その結果、可変絞り弁の開度を前記他方と前記一方とに変化させることが繰り返されて、可変絞り弁の調節に時間がかかってしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０１８－１７９４４７号公報
【特許文献2】特開２０２１－２５７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、以上の点に鑑み、可変絞り弁の調節に、ヒステリシス量の変化に起因して時間がかかってしまうことを防止できるようにした予混合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】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明は、空気に燃料ガスを混合し、混合気をファンを介してバーナに供給する予混合装置であって、ファンの上流側の空気供給路と、空気供給路に設けられたガス吸引部に下流端が接続されたガス供給路と、ガス供給路に介設された、二次ガス圧を大気圧に調圧するゼロガバナと、ゼロガバナの下流側のガス供給路の部分に介設された、ステッピングモータで駆動される可変絞り弁と、混合気の空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段と、制御手段とを備え、制御手段は、ファンの回転数を要求燃焼量に応じて可変する制御を行うと共に、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が所定の適正値になるように可変絞り弁の開度を調節する制御を行うように構成されるものにおいて、可変絞り弁の開度を増加と減少の一方に変化させるステッピングモータの回転方向を正転方向、可変絞り弁の開度を増加と減少の他方に変化させるステッピングモータの回転方向を逆転方向として、制御手段は、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が、適正値を含む所定の合格範囲外で、可変絞り弁の開度を前記一方に変化させることで適正値になるような値になっている場合には、ステッピングモータを所定の単位角度だけ正転方向に回転させた状態で、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になっているか否かを判別することを、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になるまで繰り返す制御を行い、空気過剰率検出手段で検出される混合気の空気過剰率が、合格範囲外で、可変絞り弁の開度を前記他方に変化させることで適正値になるような値になっている場合には、ステッピングモータを逆転方向に回転させたときのステッピングモータの回転位置と可変絞り弁の開度との関係を表す逆転方向の変化特性線に基づいて設定される、混合気の空気過剰率が合格範囲から可変絞り弁の開度を前記他方に変化させたときの変化方向に一定量外れた調節基準値になると想定される所定の第１基準回転位置まで、ステッピングモータを逆転方向に回転させ、次に、ステッピングモータを正転方向に回転させたときのステッピングモータの回転位置と可変絞り弁の開度との関係を表す正転方向の変化特性線に基づいて算出される、混合気の空気過剰率が適正値になると想定される目標回転位置に対し正転方向で所定角度手前の第２基準回転位置まで、ステッピングモータを第１基準回転位置から正転方向に回転させ、その後、ステッピングモータを正転方向に所定の単位角度回転させた状態で、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になっているか否かを判別することを、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になるまで繰り返す制御を行うように構成されることを特徴とする。
【0010】
本発明によれば、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が合格範囲から可変絞り弁の開度を前記一方に変化させることで適正値になるような側に外れている場合、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になっているか否かを判別しつつステッピングモータを所定の単位角度ずつ正転方向に回転させることを繰り返すことにより、可変絞り弁を混合気の空気過剰率が適正値になるように左程時間をかけずに調節できる。また、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が、合格範囲から可変絞り弁の開度を前記他方に変化させることで適正値になるような側に外れている場合、ステッピングモータを第１基準回転位置まで逆転方向に回転させてから第２基準回転位置まで正転方向に回転させることにより、ヒステリシス量の変化で逆転方向へのヒステリシス量分の回転角度が変化しても、この変化は、正転方向へのヒステリシス量分の回転角度の変化で相殺される。そのため、ステッピングモータを第２基準回転位置まで正転方向に回転させたときに、可変絞り弁の開度は、ヒステリシス量の変化に影響されずに、正転方向の変化特性線で規定される第２基準回転位置に対応する開度になり、開度が前記一方に過度に変化することはない。従って、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が合格範囲から可変絞り弁の開度を前記他方に変化させることで適正値になるような側に外れている場合でも、ステッピングモータを第１基準回転位置と第２基準回転位置とに素早く回転させ、その後、空気過剰率検出手段で検出された混合気の空気過剰率が適正値になっているか否かを判別しつつステッピングモータを第２基準回転位置から所定の単位角度ずつ正転方向に回転させることを繰り返すことにより、可変絞り弁を混合気の空気過剰率が適正値になるように左程時間をかけずに調節できる。即ち、可変絞り弁の調節に、ヒステリシス量の変化に起因して時間がかかってしまうことを防止できる。
【0011】
また、本発明において、制御手段は、ステッピングモータを第１基準回転位置まで逆転方向に回転させた状態で、空気過剰率検出手段により混合気の空気過剰率を検出し、検出された混合気の空気過剰率が調節基準値になっていない場合は、逆転方向の変化特性線に基づいて第１基準回転位置を混合気の空気過剰率が調節基準値になるように補正する制御を行うように構成されることが望ましい。これによれば、ステッピングモータを第１基準回転位置に回転させたときの可変絞り弁の開度がヒステリシス量の変化で変化して、混合気の空気過剰率が調節基準値からずれても、第１基準回転位置の補正により、次に、ステッピングモータを第１基準回転位置に回転させたときは、混合気の空気過剰率が調節基準値になり、バーナの燃焼状態が過度に悪化することを防止できる。
【0012】
ところで、空気過剰率検出手段は、バーナで発生する火炎内に挿入される、フレーム電流値を検知するフレームロッドで構成することができる。フレーム電流値は、混合気の空気過剰率が１．０であるときに最大になり、空気過剰率が１．０から増加したり減少したりするのに伴い減少する。そして、可変絞り弁の開度の前記他方への変化が開度を減少する変化である場合、混合気の空気過剰率が１．０よりも小さくガスリッチであると、ステッピングモータを第１基準回転位置まで逆転方向に回転させて、可変絞り弁の開度を減少させる際に、混合気の空気過剰率が１．０に向けて増加して、フレーム電流値は上昇する。また、可変絞り弁の開度の前記他方への変化が開度を増加する変化である場合、混合気の空気過剰率が１．０よりも小さくガスリッチであると、ステッピングモータを第１基準回転位置まで逆転方向に回転させて、可変絞り弁の開度を増加させる際に、混合気の空気過剰率がより減少して、フレーム電流値は減少する。
【0013】
そこで、空気過剰率検出手段をフレームロッドで構成する場合、制御手段は、ステッピングモータを第１基準回転位置まで逆転方向に回転させる際に、可変絞り弁の開度の前記他方への変化が開度を減少する変化である場合は、フレームロッドで検出されたフレーム電流値が上昇したときに、また、可変絞り弁の開度の前記他方への変化が開度を増加する変化である場合は、フレームロッドで検出されたフレーム電流値が下降したときに、異常であると判断してバーナの燃焼を停止するエラー停止を行うように構成されることが望ましい。これによれば、混合気の空気過剰率が１．０よりも小さな場合にエラー停止することができ、安全である。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施形態の予混合装置とこの予混合装置から混合気が供給されるバーナを具備する燃焼装置とを示す説明図。
【図2】混合気の空気過剰率とフレームロッドで検出されるフレーム電流値との関係を示すグラフ。
【図3】可変絞り弁を駆動するステッピングモータの回転位置と可変絞り弁の開度及び混合気の空気過剰率との関係を示すグラフ。
【図4】実施形態の予混合装置の制御手段が実行する可変絞り弁の開度調節制御の内容を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図１に示す燃焼装置は、全一次燃焼式のバーナ１と、バーナ１の燃焼面１ａから噴出する混合気の燃焼空間を囲う燃焼筐２と、燃焼筐２内に配置した熱交換器３とを備える熱源機である。混合気の燃焼で生ずる燃焼ガスは、熱交換器３を加熱した後に燃焼筐２の端部に接続される排気筒４を介して外部に排出される。また、本発明の実施形態の予混合装置Ａにより、空気に燃料ガスを混合し、混合気をファン５とその下流側の混合気供給路５１とを介してバーナ１に供給している。
【0016】
予混合装置Ａは、ファン５の上流側の空気供給路６と、燃料ガスを供給するガス供給路７と、ファン５、後述するバタフライ弁６２、元弁７２及び可変絞り弁７４を制御する制御手段たるコントローラ８とを備えている。ガス供給路７の下流端は、空気供給路６に設けられたガス吸引部６１に接続されている。ガス吸引部６１の上流側に隣接する空気供給路６の部分には、バタフライ弁６２を配置した部分よりも小径なベンチュリ部６３が設けられている。ベンチュリ部６３の下流側に隣接する空気供給路６の部分は、ベンチュリ部６３より大径の筒部６４で囲われている。そして、ベンチュリ部６３の下流端部を筒部６４の上流端部に環状の隙間を存して挿入し、この隙間でガス吸引部６１を構成している。ガス供給路７の下流端には、筒部６４を囲うようにして、ガス吸引部６１に連通するガス室７１が設けられている。また、ガス供給路７には、上流側から順に、元弁７２と、二次ガス圧を大気圧に調圧するゼロガバナ７３と、ステッピングモータ７４ａで駆動される可変絞り弁７４とが介設されている。
【0017】
ガス吸引部６１を介して供給される燃料ガスの量は、二次ガス圧である大気圧とガス吸引部６１に作用する負圧との差圧に応じて変化する。ここで、ガス吸引部６１に作用する負圧は、ファン５の回転数に応じて変化する。そのため、燃料ガスの供給量はファン５の回転数、即ち、空気の供給量に比例して変化する。また、燃料ガスの供給量と空気の供給量との比率は、可変絞り弁７４の開度によって変化する。可変絞り弁７４の開度を使用するガス種に応じた所定の基準開度にすることで、混合気の空気過剰率が所定の適正値（例えば、１．３）になる。そして、要求燃焼量（設定湯温の温水を出湯するために必要な燃焼量）に応じてファン５の回転数を制御することにより、空気過剰率が適正値で要求燃焼量に応じた量の混合気がバーナ１に供給される。
【0018】
尚、排気筒４への風の侵入で排気不良を生じないようにするため、即ち、耐風性能を確保するため、ファン５の下限回転数をあまり低く設定することはできない。そして、要求燃焼量がファン５の下限回転数に対応する所定値以下になった場合には、要求燃焼量に対応する量の空気を供給できなくなる。
【0019】
そこで、ガス吸引部６１より上流側の空気供給路６の部分に、当該部分の通気抵抗を大小２段に切換えるために、図１に実線で示す閉じ姿勢と仮想線で示す開き姿勢とに切換えられるバタフライ弁６２を配置している。そして、要求燃焼量が上記所定値以下になった場合には、バタフライ弁６２を閉じ姿勢にして、空気供給路６の通気抵抗を大きくし、ファン５の回転数を下限回転数以下にせずに、所定値以下の要求燃焼量に対応する量の空気を供給できるようにしている。但し、バタフライ弁６２を閉じ姿勢にして、空気供給路６の通気抵抗を大きくするだけでは、空気供給路６内の負圧が増加して、燃料ガスの供給量が過大となり、バーナ１に供給される混合気の空気過剰率が適正値を下回ってしまう。そのため、要求燃焼量が比較的小さな場合には、バタフライ弁６２を閉じ姿勢にして、空気供給路６の通気抵抗を大きくすると共に、可変絞り弁７４を基準開度から所定開度分だけ絞って、ゼロガバナ７３の下流側のガス供給路７の部分の通気抵抗を大きくした小能力状態として、空気過剰率が適正値で比較的小さな要求燃焼量に対応する量の混合気がバーナ１に供給されるようにし、要求燃焼量が比較的大きな場合には、バタフライ弁６２を開き姿勢にして、空気供給路６の通気抵抗を小さくすると共に、可変絞り弁７４を基準開度まで開いて、ゼロガバナ７３の下流側のガス供給路７の部分の通気抵抗を小さくした大能力状態として、空気過剰率が適正値で比較的大きな要求燃焼量に対応する量の混合気がバーナ１に供給されるようにしている。
【0020】
また、燃料ガスとして同じガス種を使用していても、時間により燃料ガスの発熱量（ウォッベ指数）が変動することがある。この場合、空気の供給量に対する燃料ガスの供給量の比が一定であると、燃料ガスの発熱量の変動で混合気の空気過剰率が変動して、燃焼不良が発生してしまう。
【0021】
そこで、混合気の空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段を設けている。本実施形態では、バーナ１で発生する火炎内に挿入される、フレーム電流値を検出するフレームロッド９で空気過剰率検出手段を構成している。フレーム電流値は、図２に示す如く、混合気の空気過剰率が１．０であるときに最大になり、空気過剰率が１．０から増加したり減少したりするのに伴い減少する。従って、フレームロッド９で検出したフレーム電流値に基づいて混合気の空気過剰率を検出できる。そして、空気過剰率の検出信号をコントローラ８に入力し、検出された空気過剰率が適正値になるように、コントローラ８により可変絞り弁７４の開度を調節する制御を行う。
【0022】
以下、可変絞り弁７４の開度調節の制御について説明するが、その前に、可変絞り弁７４を駆動するステッピングモータ７４ａの回転位置と可変絞り弁７４の開度との関係を表す変化特性について、可変絞り弁７４の開度を増加方向に変化させるステッピングモータ７４ａの回転方向を正転方向、可変絞り弁７４の開度を減少方向に変化させるステッピングモータ７４ａの回転方向を逆転方向として説明する。ステッピングモータ７４ａを正転方向に回転させたときのステッピングモータ７４ａの回転位置と可変絞り弁７４の開度との関係を表す正転方向の変化特性線は、図３にＬａで示す線になり、ステッピングモータ７４ａを逆転方向に回転させたときのステッピングモータ７４ａの回転位置と可変絞り弁７４の開度との関係を表す逆転方向の変化特性線は、正転方向の変化特性線に対しステッピングモータ７４ａから可変絞り弁７４の弁体までの間の駆動機構のバックラッシュによるヒステリシス量ｈｓ分だけ逆転方向にずれた図３にＬｂで示す線になる。また、混合気の空気過剰率は、可変絞り弁７４の開度を増加すると減少し、可変絞り弁７４の開度を減少すると増加する。図３に示す例では、混合気の空気過剰率が適正値λｍになるときの可変絞り弁７４の開度がθｍになっている。尚、正転方向及び逆転方向の変化特性線Ｌａ，Ｌｂの傾きを含む変化特性線Ｌａ，Ｌｂを特定するための数値はコントローラ８に記憶されている。
【0023】
図４を参照して、可変絞り弁７４の開度調節の制御について説明する。この制御では、先ず、ＳＴＥＰ１において、フレームロッド９による検出フレーム電流値に基づいて検出される混合気の空気過剰率（以下、検出空気過剰率と記す）λｓが適正値λｍを含む所定の合格範囲に入っている以下否か、即ち、合格範囲の下限と上限を夫々λｍｌ、λｍｕとして、λｍｌ≦λｓ≦λｍｕであるか否かを判別する。合格範囲外であれば、ＳＴＥＰ２に進んで、検出空気過剰率λｓが可変絞り弁７４の開度を減少方向に変化させることで適正値λｍになる値、即ち、合格範囲の下限λｍｌを下回っているか否かを判別する。そして、現在のステッピングモータ７４ａの回転位置と可変絞り弁７４の開度とが、夫々、図３のＰｎｏｗ，θｎｏｗであって、検出空気過剰率λｓが合格範囲の下限λｍｌを下回っていれば、ＳＴＥＰ３に進む。
【0024】
ＳＴＥＰ３では、正転方向の変化特性線Ｌａに基づいて、混合気の空気過剰率が適正値λｍになると想定される目標回転位置Ｐｍを、次式、
Ｐｍ＝Ｐｎｏｗ－（λｍ－λｓ）／変化特性線の傾き
で算出する。そして、この目標回転位置Ｐｍに対し正転方向で所定量手前の位置、例えば、全閉位置から目標回転位置Ｐｍまでの回転角度の１０％手前の位置を第２基準回転位置Ｐ２に設定する。尚、混合気の空気過剰率が合格範囲から可変絞り弁７４の開度を減少方向に変化させたときの変化方向、即ち、増加方向に一定量外れた調節基準値λｋ（例えば、１．４５）になると想定される所定の第１基準回転位置Ｐ１が逆転方向の変化特性線Ｌｂに基づいて予め設定されている。
Ｐｍ＝Ｐｎｏｗ－（λｍ－λｓ）／変化特性線の傾き
で算出する。そして、この目標回転位置Ｐｍに対し正転方向で所定量手前の位置、例えば、全閉位置から目標回転位置Ｐｍまでの回転角度の１０％手前の位置を第２基準回転位置Ｐ２に設定する。尚、混合気の空気過剰率が合格範囲から可変絞り弁７４の開度を減少方向に変化させたときの変化方向、即ち、増加方向に一定量外れた調節基準値λｋ（例えば、１．４５）になると想定される所定の第１基準回転位置Ｐ１が逆転方向の変化特性線Ｌｂに基づいて予め設定されている。
【0025】
ＳＴＥＰ３での処理を終了すると、ＳＴＥＰ４に進んで、ステッピングモータ７４ａの逆転方向への高速回転を開始する。次に、ＳＴＥＰ５において、フレームロッド９により検出したフレーム電流値が下降したか否かを判別する。フレーム電流値が下降していれば、ＳＴＥＰ６において、ステッピングモータ７４ａの回転位置が第１基準回転位置Ｐ１に到達したか否かを判別し、第１基準回転位置Ｐ１に到達するまでＳＴＥＰ４～６の処理を繰り返す。ここで、混合気の空気過剰率が１．０よりも小さくガスリッチであると、ステッピングモータ７４ａを第１基準回転位置Ｐ１まで逆転方向に回転させて、可変絞り弁７４の開度を減少させる際に、混合気の空気過剰率が１．０に向けて増加して、フレーム電流値は上昇する。この場合、ＳＴＥＰ５において、フレーム電流値が上昇したと判別されて、ＳＴＥＰ７に進み、異常であると判断してバーナの燃焼を停止するエラー停止が行われる。そのため、混合気の空気過剰率が１．０より小さい状態で燃焼を継続することを防止でき、安全である。
【0026】
ステッピングモータ７４ａを第１基準回転位置Ｐ１まで逆転方向に高速回転させると、ＳＴＥＰ８に進んで、検出空気過剰率λｓが上記調節基準値λｋになっているか否かを判別する。λｓ≠λｋであれば、ＳＴＥＰ９に進み、第１基準回転位置Ｐ１を、逆転方向の変化特性線Ｌｂに基づいて、混合気の空気過剰率が調節基準値λｋになるように、次式、
Ｐ１＝現在のＰ１－（λｋ－λｓ）／変化特性線の傾き
に従って補正し、その後、ＳＴＥＰ１０に進む。λｓ＝λｋであれば、ＳＴＥＰ８からＳＴＥＰ１０に直接進む。
Ｐ１＝現在のＰ１－（λｋ－λｓ）／変化特性線の傾き
に従って補正し、その後、ＳＴＥＰ１０に進む。λｓ＝λｋであれば、ＳＴＥＰ８からＳＴＥＰ１０に直接進む。
【0027】
ここで、ステッピングモータ７４ａをＰｎｏｗの位置から第１基準回転位置Ｐ１まで逆転方向に回転させる際、回転開始からの回転角度が上記ヒステリシス量ｈｓに達するまでは、可変絞り弁７４の開度は変化しない。そして、ヒステリシス量ｈｓは、個体差があり、更に、経時的に変化する。そのため、ステッピングモータ７４ａの回転位置が第１基準回転位置Ｐ１に達したときの可変絞り弁７４の開度θ１は、ヒステリシス量の変化で変化し、混合気の空気過剰率が調節基準値λｋからずれてしまう。第１基準回転位置Ｐ１を上記の如く補正することにより、次に、ステッピングモータ７４ａを第１基準回転位置Ｐ１に回転させたときは、混合気の空気過剰率が調節基準値λｋになり、バーナ１の燃焼状態が過度に悪化することを防止できる。
【0028】
ＳＴＥＰ１０では、第１基準回転位置Ｐ１からのステッピングモータ７４ａの正転方向への高速回転を開始する。そして、ＳＴＥＰ１１でステッピングモータ７４ａの回転位置が第２基準回転位置Ｐ２に到達したと判別されるまで、ステッピングモータ７４ａの正転方向の高速回転を継続する。次に、ＳＴＥＰ１２に進んで、ステッピングモータ７４ａを所定の単位角度だけ正転方向に回転させた後、ＳＴＥＰ１３に進んで、検出空気過剰率λｓが適正値λｍになっているか否かを判別する。そして、ＳＴＥＰ１２，１３の処理をλｓ＝λｍになるまで繰り返す。また、ＳＴＥＰ２で検出空気過剰率λｓが合格範囲の上限λｍｕを上回っていると判別されたときも、ＳＴＥＰ１２，１３の処理をλｓ＝λｍになるまで繰り返す。
【0029】
ここで、ステッピングモータ７４ａを第１回転基準位置Ｐ１まで逆転方向に回転させる際に、ヒステリシス量ｈｓの変化で逆転方向へのヒステリシス量ｈｓ分の回転角度が変化しても、この変化は、第２基準回転位置Ｐ２まで正転方向に回転させる際の正転方向へのヒステリシス量ｈｓ分の回転角度の変化で相殺される。従って、ステッピングモータ７４ａを第２基準回転位置Ｐ２まで正転方向に回転させたときに、可変絞り弁７４の開度は、ヒステリシス量ｈｓの変化に影響されずに、正転方向の変化特性線Ｌａで規定される第２基準回転位置Ｐ２に対応する開度θ２になる。そのため、可変絞り弁７４の開度が増加方向に過度に変化することはない。その後、検出空気過剰率λｓが適正値λｍになっているか否かを判別しつつステッピングモータ７４ａを第２基準回転位置Ｐ２から所定の単位角度ずつ正転方向に回転させることを繰り返すことにより、可変絞り弁７４を混合気の空気過剰率が適正値λｍになるように左程時間をかけずに調節できる。即ち、可変絞り弁７４の調節に、ヒステリシス量ｈｓの変化に起因して時間がかかってしまうことを防止できる。
【0030】
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、ステッピングモータ７４ａの正転方向と逆転方向を、上記実施形態とは逆に、夫々可変絞り弁７４の開度を減少方向に変化させる回転方向と増加方向に変化させる回転方向にしてもよい。この場合は、検出空気過剰率λｓが、合格範囲外で、可変絞り弁７４の開度を減少方向に変化させることで適正値λｍになるような値になっている場合、即ち、合格範囲の下限λｍｌを下回っている場合にＳＴＥＰ１２に進み、合格範囲の上限λｍｕを上回っている場合にＳＴＥＰ３に進む。また、ＳＴＥＰ５では、フレーム電流値が上昇したか否かを判別し、フレーム電流値が下降したときに、ＳＴＥＰ７に進んでエラー停止させる。
【0031】
また、空気過剰率検出手段を上記実施形態のフレームロッド９以外のもので構成することも可能である。即ち、混合気の空気過剰率に応じて火炎が燃焼面１ａに近づいたり離れたりするため、燃焼面１ａの裏面温度が混合気の空気過剰率に応じて変化する。従って、燃焼面１ａの裏面温度を検出する温度センサで空気過剰率検出手段を構成することも可能である。また、上記実施形態では、ガス吸引部６１よりも上流側の空気供給路６の部分にバタフライ弁６２を設けているが、バタフライ弁を省略することも可能である。
【符号の説明】
【0032】
Ａ…予混合装置、１…バーナ、５…ファン、６…空気供給路、６１…ガス吸引部、７…ガス供給路、７３…ゼロガバナ、７４…可変絞り弁、７４ａ…ステッピングモータ、８…コントローラ（制御手段）、９…フレームロッド（空気過剰率検出手段）、Ｌａ…正転方向の変化特性線、Ｌｂ…逆転方向の変化特性線、λｍ…空気過剰率の適正値、λｋ…調節基準値、Ｐ１…第１基準回転位置、Ｐ２…第２基準回転位置、Ｐｍ…目標回転位置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2022-04-25
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図3】