特開 2024-2212 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】P2024002212

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】燃焼装置

(51)【国際特許分類】

   F23N 3/08 20060101AFI20231228BHJP

   F23D 14/62 20060101ALI20231228BHJP

   F23N 5/24 20060101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

F23N3/08

F23D14/62

F23N5/24 101A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022101279

(22)【出願日】2022-06-23

(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】今井 誠士

【テーマコード（参考）】

3K003

3K017

【Ｆターム（参考）】

3K003JA01

3K003KA05

3K003KB02

3K003LA02

3K003NA04

3K017CA04

3K017CB08

3K017CC01

(57)【要約】

【課題】バーナ１に連なる給気路２１に介設したファン２２と、給気路２１に設けられたガス吸引部２１１に下流端が接続されるガス供給路２３に介設した開閉弁２４及びゼロガバナ２５とを有する予混合装置２と、排気口３１を有する燃焼筐３とを備える燃焼装置において、バーナ点火時に放出される生ガスの量を低減して、且つ、排気口３１に外部から大きな風圧が作用している状態でもバーナ１に点火できるようにする。
【解決手段】点火時のファン回転数である点火回転数として、排気口３１に作用する外部からの風圧が所定値を超えてもバーナ１に点火可能な第１点火回転数と、第１点火回転数よりも小さな第２点火回転数とを設定する。バーナ１に点火する際、ファン回転数を初めは第２点火回転数にした状態で点火動作を行い、点火動作を所定回数行ってもバーナ１に点火しないときに、ファン回転数を第１点火回転数に増加して点火動作を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

全一次燃焼式のバーナと、空気に燃料ガスを混合して、混合気をバーナに供給する予混合装置と、バーナから噴出する混合気の燃焼空間を囲うと共に、混合気の燃焼で生ずる燃焼ガスを排出する排気口を有する燃焼筐と、制御手段とを備える燃焼装置であって、
予混合装置は、バーナに連なる給気路と、給気路に介設したファンと、ファンの上流側の給気路の部分に設けられたガス吸引部に下流端が接続された燃料ガスを供給するガス供給路と、ガス供給路に直列に介設された開閉弁及びゼロガバナとを備え、ファンの回転により給気路に流れる空気にガス吸引部から吸引される燃料ガスが混合されて混合気が生成されるように構成され、
制御手段は、バーナに点火する際、開閉弁を開弁させると共にバーナに付設した点火電極で所定時間火花放電させる点火動作をファンの回転数を点火回転数にした状態で行うように構成されるものにおいて、
点火回転数として、排気口に作用する外部からの風圧が所定値を超えてもバーナに点火可能な第１点火回転数と、第１点火回転数よりも小さな第２点火回転数とが設定され、
制御手段は、バーナに点火する際、ファンの回転数を初めは第２点火回転数にした状態で点火動作を行い、点火動作を所定回数行ってもバーナに点火しないときに、ファンの回転数を第１点火回転数に増加して点火動作を行うように構成されることを特徴とする燃焼装置。

【請求項2】

前記排気口に作用する外部からの風圧を判別する風圧判別手段を備え、前記制御手段は、排気口に作用する風圧が前記所定値を超えていると風圧判別手段で判別されたときには、前記ファンの回転数を初めから前記第１点火回転数にした状態で前記点火動作を行うように構成されることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、全一次燃焼式のバーナと、空気に燃料ガスを混合して、混合気をバーナに供給する予混合装置と、バーナから噴出する混合気の燃焼空間を囲うと共に、混合気の燃焼で生ずる燃焼ガスを排出する排気口を有する燃焼筐と、制御手段とを備える燃焼装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の燃焼装置において、予混合装置を、バーナに連なる給気路と、給気路に介設したファンと、ファンの上流側の給気路の部分に設けられたガス吸引部に下流端が接続された燃料ガスを供給するガス供給路と、ガス供給路に直列に介設された開閉弁及びゼロガバナとを備え、ファンの回転により給気路に流れる空気にガス吸引部から吸引される燃料ガスが混合されて混合気が生成されるように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

このものでは、ゼロガバナによりその下流側の二次ガス圧が大気圧に調圧されるため、燃料ガスの供給量は、大気圧とガス吸引部に作用する給気路内の負圧との差圧に応じて変化する。そして、給気路内の負圧がファンの回転数に応じて変化するため、燃料ガスの供給量は、ファンの回転数、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の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は一定になる。

【0004】

ところで、バーナに点火する際は、開閉弁を開弁させると共にバーナに付設した点火電極で火花放電させる点火動作をファンの回転数を所定の点火回転にした状態で行う。従来は、排気口に外部から大きな風圧が作用して排気が妨げられる状態でもバーナに点火できるように、点火回転数を比較的大きな回転数に設定している。ここで、点火動作の開始からバーナに実際に点火されるまでには若干の遅れがあり、この遅れ時間の間、生ガスが放出される。そして、点火回転数を上記の如く大きな回転数に設定することで、バーナ点火時に放出される生ガスの量が多くなってしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－１８７１８５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、バーナ点火時に放出される生ガスの量を低減して、且つ、排気口に外部から大きな風圧が作用している状態でもバーナに点火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、全一次燃焼式のバーナと、空気に燃料ガスを混合して、混合気をバーナに供給する予混合装置と、バーナから噴出する混合気の燃焼空間を囲うと共に、混合気の燃焼で生ずる燃焼ガスを排出する排気口を有する燃焼筐と、制御手段とを備える燃焼装置であって、予混合装置は、バーナに連なる給気路と、給気路に介設したファンと、ファンの上流側の給気路の部分に設けられたガス吸引部に下流端が接続された燃料ガスを供給するガス供給路と、ガス供給路に直列に介設された開閉弁及びゼロガバナとを備え、ファンの回転により給気路に流れる空気にガス吸引部から吸引される燃料ガスが混合されて混合気が生成されるように構成され、制御手段は、バーナに点火する際、開閉弁を開弁させると共にバーナに付設した点火電極で所定時間火花放電させる点火動作をファンの回転数を点火回転数にした状態で行うように構成されるものにおいて、点火回転数として、排気口に作用する外部からの風圧が所定値を超えてもバーナに点火可能な第１点火回転数と、第１点火回転数よりも小さな第２点火回転数とが設定され、制御手段は、バーナに点火する際、ファンの回転数を初めは第２点火回転数にした状態で点火動作を行い、点火動作を所定回数行ってもバーナに点火しないときに、ファンの回転数を第１点火回転数に増加して点火動作を行うように構成されることを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、ファンの回転数を比較的小さな第２点火回転数にした状態で点火動作を行うため、バーナ点火時に放出される生ガスの量を低減することができる。また、排気口に外部から大きな風圧が作用していて、ファンの回転数を第２点火回転数にしての点火動作ではバーナに点火しない場合、ファンの回転数を比較的大きな第１点火回転数に増加して点火動作を行うことになり、バーナに点火される。即ち、排気口に外部から大きな風圧が作用している状態でもバーナに点火できる。

【0009】

また、本発明においては、排気口に作用する外部からの風圧を判別する風圧判別手段を備え、制御手段は、排気口に作用する風圧が上記所定値を超えていると風圧判別手段で判別されたときには、ファンの回転数を初めから第１点火回転数にした状態で点火動作を行うように構成されることが望ましい。これによれば、排気口に外部から大きな風圧が作用している状態でもバーナに応答性よく点火することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【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の制御手段が行う制御内容を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１に示す本発明の実施形態の燃焼装置は、全一次燃焼式のバーナ１と、空気に燃料ガスを混合して、混合気をバーナ１に供給する予混合装置２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３と、燃焼筐３内に配置した熱交換器４と、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５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４を加熱した後に燃焼筐３の端部の排気口３１を介して外部に排出される。また、バーナ１には、燃焼面１ａに臨ませて、点火電極１１と火炎検知のためのフレームロッド１２とが付設されている。点火電極１１には、点火電極１１に高電圧を印加して点火電極１１で火花放電させるイグナイタ１１ａが接続されている。

【0012】

予混合装置２は、バーナ１に連なる給気路２１と、給気路２１に介設したファン２２と、ファン２２の上流側の給気路２１の部分に設けられたガス吸引部２１１に下流端が接続された燃料ガスを供給するガス供給路２３と、ガス供給路２３に直列に介設された開閉弁２４及びゼロガバナ２５とを備えている。ゼロガバナ２５は、その下流側の二次ガス圧を大気圧に調圧する。また、ゼロガバナ２５の下流側のガス供給路２３の部分には可変絞り弁２６が介設されている。ファン２２と開閉弁２４と可変絞り弁２６はコントローラ５により制御される。

【0013】

ガス吸引部２１１の上流側に隣接する空気供給路２１の部分には、後述するバタフライ弁２７を配置した部分よりも小径なベンチュリ部２１２が設けられている。ベンチュリ部２１２の下流側に隣接する空気供給路２１の部分は、ベンチュリ部２１２より大径の筒部２１３で囲われている。そして、ベンチュリ部２１２の下流端部を筒部２１３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２１１を構成している。ガス供給路２３の下流端には、筒部２１３を囲うようにして、ガス吸引部２１１に連通するガス室２３１が設けられている。

【0014】

ガス吸引部２１１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２１１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２１１に作用する負圧は、ファン２２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２２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２６の開度によって変化する。可変絞り弁２６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２２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。

【0015】

尚、排気口３１に外部から風圧が作用しても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２２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２２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。

【0016】

そこで、ガス吸引部２１１より上流側の給気路２１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、コントローラ５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バタフライ弁２７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２７を閉じ姿勢にして、ガス吸引部２１１より上流側の給気路２１の部分の通気抵抗を大きくし、ファン２２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。

【0017】

但し、バタフライ弁２７を閉じ姿勢にして、ガス吸引部２１１より上流側の給気路２１の部分の通気抵抗を大きくするだけでは、ガス吸引部２１１に作用する負圧が増加して、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２７を閉じ姿勢にして、ガス吸引部２１１より上流側の給気路２１の部分の通気抵抗を大きくすると共に、可変絞り弁２６を基準開度から所定開度分だけ絞って、ゼロガバナ２５の下流側のガス供給路２３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２７を開き姿勢にして、ガス吸引部２１１より上流側の給気路２１の部分の通気抵抗を小さくすると共に、可変絞り弁２６を基準開度まで開いて、ゼロガバナ２５の下流側のガス供給路２３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。

【0018】

コントローラ５には、フレームロッド１２からの信号と、熱交換器４に連なる通水路に介設した図外の水量センサからの信号と、熱交換器４への給水温度を検出する図外の給水温センサ及び熱交換器４からの出湯温度を検出する図外の出湯温センサからの信号と、排気口３１に作用する風圧を判別する風圧判別手段６からの信号とが入力される。コントローラ５は、熱交換器４への通水時に、バーナ１に点火してから、水量センサと給水温センサと出湯温センサとからの信号に基づいて要求燃焼量を算出して、要求燃焼量に応じて小能力状態と大能力状態とへの能力切換を行うと共に、ファン２２の回転数（以下、ファン回転数と記す）を要求燃焼量に対応する回転数になるように制御する。尚、風圧判別手段６は、例えば、排気口３１に配置した風圧センサで構成される。

【0019】

ここで、バーナ１に点火する際は、小能力状態にすると共に、ファン回転数を所定の点火回転数にする。この点火回転数として、本実施形態では、排気口３１に作用する外部からの風圧が所定値（例えば、排気口３１に風速５ｍ／ｓの風が侵入したときの風圧）を超えてもバーナ１に点火可能な第１点火回転数（例えば、３１００ｒｐｍ）と、第１点火回転数よりも小さな第２点火回転数（例えば、１３５０ｒｐｍ）とが設定されている。

【0020】

以下、コントローラ５が行う制御について図２を参照して説明する。先ず、ＳＴＥＰ１において、熱交換器４に通水されたか否かを水量センサからの信号に基づいて判別し、通水されたときに、ＳＴＥＰ２でファン２２を駆動して、ファン回転数を所定のプリパージ回転数（例えば、４７８０ｒｐｍ）にし、更に、ＳＴＥＰ３で小能力状態に切換える。次に、ＳＴＥＰ４において、風圧判別手段６からの信号に基づいて、排気口３１に作用する風圧が上記所定値以下か否かを判別し、風圧が所定値以下であれば、ＳＴＥＰ５でファン回転数を第２点火回転数に低下させると共に、ＳＴＥＰ６でイグナイタ１１ａをオンして、点火電極１１で火花放電させ、更に、ＳＴＥＰ７で開閉弁２４を開弁させる。そして、ＳＴＥＰ８において、フレームロッド１２からの信号に基づいてバーナ１に点火したか否かを判別し、点火したときに、ＳＴＥＰ９でイグナイタ１１ａをオフすると共に後述する回数カウンタＣの値を零にリセットする。

【0021】

次に、ＳＴＥＰ１０において、熱交換器４への通水が停止されたか否かを水量センサからの信号に基づいて判別する。そして、通水が停止されるまでは、ＳＴＥＰ１１において、要求燃焼量に応じて能力切換を行うと共に、ファン回転数を要求燃焼量に応じた回転数にする。ＳＴＥＰ１０で熱交換器４への通水が停止されたと判別されたときは、ＳＴＥＰ１２で開閉弁２４を閉弁させると共に、ＳＴＥＰ１３でファン２２を停止させて、ＳＴＥＰ１に戻る。

【0022】

ＳＴＥＰ８でバーナ１に点火したと判別されないときは、ＳＴＥＰ１４でイグナイタ１１ａのオン開始から所定時間（例えば、２秒）経過したか否かを判別し、所定時間経過したときは、ＳＴＥＰ１５で開閉弁２４を閉弁させると共に、ＳＴＥＰ１６でイグナイタ１１１ａをオフし、更に、ＳＴＥＰ１７で回数カウンタＣの値をそれまでの値に「１」を加算した値にする。次に、ＳＴＥＰ１８において、回数カウンタＣの値が所定回数（例えば、３回）になったか否かを判別し、所定回数になるまでは、ＳＴＥＰ６に戻ることを繰り返す。回数カウンタＣの値が所定回数になったとき、即ち、開閉弁２４を開弁させると共に点火電極１１で所定時間火花放電させる点火動作を所定回数行ってもバーナ１に点火しないときは、ＳＴＥＰ１９で回数カウンタＣの値を零にリセットした後、ＳＴＥＰ２０に進んで、ファン回転数が第１点火回転数であるか否かを判別する。

【0023】

最初にＳＴＥＰ２０に進むときは、ファン回転数がＳＴＥＰ５での処理で第２点火回転数になっているため、ＳＴＥＰ２０で「ＮＯ」と判定される。この場合は、ＳＴＥＰ２１でファン回転数を第１点火回転数に増加してからＳＴＥＰ６に戻って点火動作を行う。また、ＳＴＥＰ４において、風圧判別手段６からの信号に基づいて、排気口３１に作用する風圧が上記所定値を超えていると判別されたときは、ＳＴＥＰ４からＳＴＥＰ２０に直接進む。この場合も、ＳＴＥＰ２０で「ＮＯ」と判定されるため、ＳＴＥＰ２１でファン回転数を第１点火回転数にしてからＳＴＥＰ６に戻って点火動作を行う。

【0024】

ファン回転数を第１点火回転数にした状態での点火動作を所定回数行ってもバーナ１に点火しないときは、ＳＴＥＰ２０に進んで「ＹＥＳ」と判定される。この場合は、ＳＴＥＰ２２でファン２２を停止し、更に、ＳＴＥＰ２３で点火不良を報知する等のエラー処理を行う。

【0025】

上記の制御によれば、排気口３１に作用する外部からの風圧が上記所定値以下である場合、ファン回転数を比較的小さな第２点火回転数にした状態で点火動作が行われることになる。そのため、バーナ１点火時に放出される生ガスの量を低減することができる。また、排気口３１に作用する外部からの風圧が上記の点火動作中に増加して、ファン回転数を第２点火回転数にしての点火動作ではバーナ１に点火しない場合、ファン回転数を比較的大きな第１点火回転数に増加して点火動作が行われ、この点火動作でバーナ１に点火される。即ち、排気口３１に作用する外部からの風圧が増加した状態でもバーナ１に点火できる。また、排気口３１に作用する外部からの風圧が当初から上記所定値を超えている場合は、ファン回転数を初めから第１点火回転数にした状態で点火動作が行われることになる。そのため、排気口３１に外部から大きな風圧が作用している状態でもバーナ１に応答性よく点火することができる。

【0026】

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、風圧判別手段６を上記実施形態の風圧センサ以外のもので構成することも可能である。即ち、排気口３１に作用する外部からの風圧が大きくなると、排気の妨げでバーナ１への混合気の供給も妨げられて、ファン回転数が一定でもファンモータへの通電電流値（以下、ファン電流値）が低下する。そのため、排気口３１に作用する外部からの風圧をファン電流値に基づいて判別するように風圧判別手段６を構成することも可能である。

【0027】

また、上記実施形態における制御のＳＴＥＰ４を省略し、排気口３１に作用する外部からの風圧が所定値を超える場合でも、ファン回転数を初めは第２点火回転数にして点火動作を行うようにしてもよい。この場合、風圧判別手段６は不要である。更に、上記実施形態では、可変絞り弁２６とバタフライ弁２７とを設けて、能力切換を行うようにしているが、能力切換を行わなければ、可変絞り弁２６及びバタフライ弁２７は省略できる。

【符号の説明】

【0028】

１…バーナ、１１…点火電極、２…予混合装置、２１…給気路、２１１…ガス吸引部、２２…ファン、２３…ガス供給路、２４…開閉弁、２５…ゼロガバナ、３…燃焼筐、３１…排気口、５…コントローラ（制御手段）、６…風圧判別手段。

【図1】

【図2】