2024-160431 燃焼装置

(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】P2024160431

(43)【公開日】2024-11-14

(54)【発明の名称】燃焼装置

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/24 20060101AFI20241107BHJP

【ＦＩ】

F23N5/24 106A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023075396

(22)【出願日】2023-05-01

(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】竹内 健

(72)【発明者】

【氏名】恒川 良将

(72)【発明者】

【氏名】水谷 浩司

【テーマコード（参考）】

3K003

【Ｆターム（参考）】

3K003SA01

3K003SA07

3K003SB01

3K003SC02

(57)【要約】

【課題】混合気をファン２を介してバーナ１に供給する燃焼装置であって、燃料ガス供給量を調節するガス量調節手段４４と、第１フレームロッド６と、制御手段５とを備え、第１フレームロッド６で検出される火炎抵抗値に基づいて求められる混合気の空気過剰率が所定の適正値になるように、ガス量調節手段４４により燃料ガス供給量を調節する制御を行うものにおいて、混合気の空気過剰率の検知性能と着火（火炎の有無）の検知性能との両者を確保できるようにする。
【解決手段】第１フレームロッド６とは別の第２フレームロッド７を配置する。火炎の有無を第２フレームロッド７により検知し、第１フレームロッド６は、混合気の空気過剰率の検出専用に用いる。
【選択図】図１

【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燃焼装置であって、燃料ガス供給量を調節するガス量調節手段と、バーナから噴出する混合気の燃焼で形成される火炎に触れるように配置された第１フレームロッドと、制御手段とを備え、制御手段は、第１フレームロッドに電圧を印加することで検出される火炎抵抗値に基づいて求められる混合気の空気過剰率が所定の適正値になるように、ガス量調節手段により燃料ガス供給量を調節する制御を行うように構成されるものにおいて、
バーナから噴出する混合気の燃焼で形成される火炎に触れるように第１フレームロッドとは別の第２フレームロッドが配置され、火炎の有無を第２フレームロッドにより検知し、第１フレームロッドは、混合気の空気過剰率の検出専用に用いることを特徴とする燃焼装置。

【請求項2】

前記第１フレームロッドへの電圧印加と前記第２フレームロッドへの電圧印加とは同時に行わずに、交互に行うことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。

【請求項3】

前記第２フレームロッドに対する１回当たりの電圧印加時間を前記第１フレームロッドに対する１回当たりの電圧印加時間よりも長くすることを特徴とする請求項２記載の燃焼装置。

【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燃焼装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の燃焼装置として、燃料ガス供給量を調節するガス量調節手段と、バーナから噴出する混合気の燃焼で形成される火炎に触れるように配置されたフレームロッドと、制御手段とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このもので、制御手段は、フレームロッドに電圧を印加することで検出される火炎抵抗値に基づいて求められる混合気の空気過剰率（一次空気量／化学量論的空気量）が所定の適正値になるように、ガス量調節手段により燃料ガス供給量を調節する制御を行うように構成されている。

【0003】

ところで、フレームロッドは、着火及び失火検知のためにも用いられている。ここで、フレームロッドが劣化した状態では、コールド点火時（器具が冷えた状態での点火時）や極めて低ガス量での点火時に検出される火炎抵抗値が２０，０００ｋΩと非常に高くなる。そして、着火の検知性能を確保するには、このような高いレンジでの火炎抵抗値の変化を捉えることが必要になる。一方、混合気の空気過剰率の検知性能を確保するには、２，０００ｋΩ以下の低いレンジでの火炎抵抗値の変化を捉えることが必要になる。然し、高いレンジでの火炎抵抗値の検出精度と低いレンジでの火炎抵抗値の検出精度とを両立させることは困難である。そのため、従来は、混合気の空気過剰率の検知性能と着火の検知性能との一方を犠牲にせざるを得なかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】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】

【0005】

本発明は、以上の点に鑑み、混合気の空気過剰率の検知性能と着火の検知性能との両者を確保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】

【0006】

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燃焼装置であって、燃料ガス供給量を調節するガス量調節手段と、バーナから噴出する混合気の燃焼で形成される火炎に触れるように配置された第１フレームロッドと、制御手段とを備え、制御手段は、第１フレームロッドに電圧を印加することで検出される火炎抵抗値に基づいて求められる混合気の空気過剰率が所定の適正値になるように、ガス量調節手段により燃料ガス供給量を調節する制御を行うように構成されるものにおいて、バーナから噴出する混合気の燃焼で形成される火炎に触れるように第１フレームロッドとは別の第２フレームロッドが配置され、火炎の有無を第２フレームロッドにより検知し、第１フレームロッドは、混合気の空気過剰率の検出専用に用いることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、第１フレームロッドでは、低いレンジでの火炎抵抗値の検出精度を高め、第２フレームロッドでは、高いレンジでの火炎抵抗値の検出精度を高めることにより、混合気の空気過剰率の検知性能と着火（火炎の有無）の検知性能との両者を確保できる。

【0008】

ところで、第１と第２の両フレームロッドに同時に電圧を印加すると、両フレームロッド間に火炎を介して電流が流れてしまう。そして、第１と第２の各フレームロッドで検出される火炎抵抗値に、両フレームロッド間に流れる電流の影響で誤差を生じてしまう。

【0009】

そのため、本発明においては、第１フレームロッドへの電圧印加と第２フレームロッドへの電圧印加とは同時に行わずに、交互に行うことが望ましい。これによれば、第１と第２の両フレームロッド間に電流が流れることはなく、この電流の影響で第１と第２の各フレームロッドで検出される火炎抵抗値に誤差を生ずることを防止できる。

【0010】

また、この場合、第２フレームロッドに対する１回当たりの電圧印加時間を第１フレームロッドに対する１回当たりの電圧印加時間よりも長くすることが望ましい。これによれば、第２フレームロッドで火炎の有無を検知する期間が長くなる。そのため、失火したときにこれを素早く検知でき、安全である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態の燃焼装置を示す説明図。

【図2】実施形態の燃焼装置における第１フレームロッドと第２フレームロッドとへの電圧印加のタイミングを示すタイムチャート。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１を参照して、本発明の実施形態の燃焼装置は、混合気が噴出して燃焼する燃焼面１ａを有する全一次燃焼式のバーナ１を備えている。そして、空気に燃料ガスを混合し、混合気をファン２を介してバーナ１に供給している。

【0013】

また、この燃焼装置は、ファン２の上流側の空気供給路３と、燃料ガスを供給するガス供給路４とを備えている。ガス供給路４の下流端は、空気供給路３に設けられたガス吸引部３１に接続されている。ガス吸引部３１の上流側に隣接する空気供給路３の部分には、後述するバタフライ弁３２を配置した部分よりも小径なベンチュリ部３３が設けられている。ベンチュリ部３３の下流側に隣接する空気供給路３の部分は、ベンチュリ部３３より大径の筒部３４で囲われている。そして、ベンチュリ部３３の下流端部を筒部３４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３１を構成している。ガス供給路４の下流端には、筒部３４を囲うようにして、ガス吸引部３１に連通するガス室４１が設けられている。また、ガス供給路４には、上流側から順に、元弁４２と、二次ガス圧を大気圧に調圧するゼロガバナ４３と、ガス量調節手段たる流量調節弁４４とが介設されている。

【0014】

ガス吸引部３１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空気供給路３内の負圧との差圧に応じて変化する。ここで、空気供給路３内の負圧は、ファン２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２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、流量調節弁４４の開度によって変化する。流量調節弁４４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、制御手段たるコントローラ５により、要求燃焼量に応じてファン２の回転数を制御し、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に供給されるようにしている。

【0015】

尚、燃焼排ガスを排出する排気筒（図示せず）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２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２の下限回転数に対応する所定の閾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。

【0016】

そこで、ガス吸引部３１より上流側の空気供給路３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、図外のモータにより図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空気抵抗切換手段たるバタフライ弁３２を配置している。そして、コントローラ５により、要求燃焼量が上記閾値以下になった場合には、バタフライ弁３２を閉じ姿勢にして、空気供給路３の通気抵抗を大きくし、ファン２の回転数を下限回転数以下にせずに、閾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。

【0017】

但し、バタフライ弁３２を閉じ姿勢にして、空気供給路３の通気抵抗を大きくするだけでは、空気供給路３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、要求燃焼量が閾値以下の場合には、バタフライ弁３２を閉じ姿勢にして、空気供給路３の通気抵抗を大きくすると共に、流量調節弁４４を基準開度から所定開度分だけ絞って、ゼロガバナ４３の下流側のガス供給路４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閾値以下の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、要求燃焼量が閾値を超える場合には、バタフライ弁３２を開き姿勢にして、空気供給路３の通気抵抗を小さくすると共に、流量調節弁４４を基準開度まで開いて、ゼロガバナ４３の下流側のガス供給路４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閾値を超える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。

【0018】

ところで、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、空気供給量に対する燃料ガス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。

【0019】

ここで、バーナ１から噴出する混合気の燃焼で形成される火炎の電気抵抗値である火炎抵抗値は、混合気の空気過剰率と相関関係がある。そこで、バーナ１から噴出する混合気の燃焼で形成される火炎に触れるように第１フレームロッド６を配置して、火炎抵抗値を検出している。具体的には、第１フレームロッド６に接続した第１フレームロッド回路６１により、第１フレームロッド６に電圧を印加して、第１フレームロッド６に流れるフレーム電流と第１フレームロッド６への印加電圧とから火炎抵抗値を検出している。そして、検出した火炎抵抗値をコントローラ５の空気過剰率検知部５１に送信し、検出した火炎抵抗値に基づいて求められる混合気の空気過剰率が適正値になるように、流量調節弁４４により燃料ガス供給量を調節するフィードバック制御を行う。

【0020】

また、本実施形態では、バーナ１から噴出する混合気の燃焼で形成される火炎に触れるように第１フレームロッド６とは別の第２フレームロッド７を配置している。そして、火炎の有無を第２フレームロッド７により検知し、第１フレームロッド６は、混合気の空気過剰率の検出専用に用いている。具体的には、第２フレームロッド７に、これに接続した第２フレームロッド回路７１から電圧を印加し、図外の点火プラグで火花放電を行う点火制御中に、第２フレームロッド７に火炎が触れることでフレーム電流が流れて、第２フレームロッド７からコントローラ５の火炎検知部５２に送信される検出抵抗値が低下したときに、火炎有り、即ち、着火したと判断して、点火制御を完了し、また、検出抵抗値が急増したときに、火炎無し、即ち、失火したと判断して、元弁４２を閉弁し、生ガスの放出を防止している。

【0021】

上述したように、混合気の空気過剰率の検知性能を確保するには、低いレンジでの火炎抵抗値の検出精度を高める必要があり、着火（火炎の有無）の検知性能を確保するには、高いレンジでの火炎抵抗値の検出精度を高める必要がある。本実施形態では、第１フレームロッド回路６１を、低いレンジでの火炎抵抗値の検出精度を高めたものとし、第２フレームロッド回路７１を、高いレンジでの火炎抵抗値の検出精度を高めたものとすることで、混合気の空気過剰率の検知性能と着火の検知性能との両者を確保できる。尚、第２フレームロッド７への印加電圧は、高いレンジでの火炎抵抗値の検出精度を高めるため、第１フレームロッド６への印加電圧よりも高くしている。

【0022】

ところで、第１と第２の両フレームロッド６，７に同時に電圧を印加した場合、両フレームロッド６，７間に火炎を介して電流が流れてしまう。そして、第１と第２の各フレームロッド６，７で検出される火炎抵抗値に、両フレームロッド６，７間に流れる電流の影響で誤差を生じてしまう。

【0023】

そこで、本実施形態では、図２に示す如く、第１フレームロッド６への電圧印加と第２フレームロッド７への電圧印加とは同時に行わずに、交互に行っている。更に、第２フレームロッド７に対する１回当たりの電圧印加時間を第１フレームロッド６に対する１回当たりの電圧印加時間よりも長くしている。例えば、１秒を１周期として、第２フレームロッド７に対する電圧印加時間を０．９秒、第１フレームロッド６に対する電圧印加時間を０．１秒にしている。

【0024】

これによれば、第１と第２の両フレームロッド６，７間に電流が流れることはなく、この電流の影響で第１と第２の各フレームロッド６，７で検出される火炎抵抗値に誤差を生ずることを防止できる。また、第２フレームロッド７で火炎の有無を検知する期間が長くなる。そのため、失火したときにこれを素早く検知でき、安全である。

【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、上記実施形態では、ガス供給路４に、ゼロガバナ４３とその下流側のガス量調節手段たる流量調節弁４４とを介設しているが、ゼロガバナに代えて比例弁を設けることも可能であり、この場合、比例弁をガス量調節手段に兼用してもよい。

【符号の説明】

【0026】

１…バーナ、２…ファン、４４…流量調節弁（ガス量調節手段）、５…コントローラ（制御手段）、６…第１フレームロッド、７…第２フレームロッド。

【図1】

【図2】