特許 7421427 燃焼機器

(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】

(24)【登録日】2024-01-16

(45)【発行日】2024-01-24

(54)【発明の名称】燃焼機器

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/24 20060101AFI20240117BHJP

   F23N 5/20 20060101ALI20240117BHJP

【ＦＩ】

F23N5/24 106A

F23N5/20 102Z

F23N5/24 104

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020112926

(22)【出願日】2020-06-30

(65)【公開番号】P2022011644

(43)【公開日】2022-01-17

【審査請求日】2022-11-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(72)【発明者】

【氏名】赤佐 星次

(72)【発明者】

【氏名】今井 啓介

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 寛明

【審査官】大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－０７１１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０９７９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１９５１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３５３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０４７６７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｎ ５／２４

Ｆ２３Ｎ ５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼を行う燃焼バーナと、
前記燃焼バーナに燃焼用空気を送る燃焼ファンと、
前記燃焼バーナの燃焼炎を検出するフレームロッドと、
燃焼開始以後に、前記フレームロッドの検出レベルが、第１の検出レベル未満となったとき、燃焼時間のカウントを開始する第１のタイマと、
燃焼開始以後に、前記フレームロッドの検出レベルが、前記第１の検出レベルより小さい第２の検出レベル未満となったとき、前記燃焼時間のカウントを開始する第２のタイマと、
前記第２のタイマが所定時間Ａ以上となったとき、前記燃焼バーナの燃焼を停止させるエラー停止手段と、
前記第２のタイマが前記所定時間Ａ以上となったとき、あるいは、前記フレームロッドの検出レベルが前記第２の検出レベル未満となったとき、前記第１のタイマが所定時間Ｂ以上であるか否かで燃焼停止の原因判定を行う燃焼停止原因判定手段と、を備え、
燃焼開始以後に、前記フレームロッドの検出レベルが、前記第１の検出レベル以上の検出レベルである第３の検出レベル以下となったときに、
前記燃焼ファンの回転数を所定の割合減少させ、
その後、前記フレームロッドの検出レベルが、前記第３の検出レベルより大きい第４の検出レベル超となったときに、
前記燃焼ファンの回転数を所定の割合減少させる前の回転数に復帰させる燃焼ファン補正制御と、
を備えたことを特徴とする燃焼機器。

【請求項2】

前記燃焼停止原因判定手段は、不完全燃焼か否かを判定し、
前記燃焼停止原因判定手段が、前記不完全燃焼と判定した場合にのみ、前記不完全燃焼判定の回数をカウントし、
前記回数を記憶する不完全燃焼回数記憶部を有し、
前記不完全燃焼回数記憶部の前記回数が第１の回数以上の場合にインターロックを行う
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼機器。

【請求項3】

前記燃焼機器の本体もしくは本体以外の場所に操作部が設けられており、
前記操作部に燃焼停止時に所定のエラーコードによるエラー表示を行い、
使用者に燃焼を停止した原因を報知する旨の報知手段をさらに備え、
前記報知手段は、前記不完全燃焼回数記憶部の前記回数が前記第１の回数より少ない第２の回数以上の場合に、
燃焼停止から所定時間Ｃが経過するまでは、前記エラー表示を行う報知の解除を行わないとする
ことを特徴とする請求項２に記載の燃焼機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、暖房機器や給湯機器などの燃焼機器に関し、特に燃焼バーナの不完全燃焼を検知する機能を備えた燃焼機器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、フレームロッド電圧によって不完全燃焼が検出された回数が所定の回数以上となると、燃焼を禁止するインターロック状態とするものがあった。

【0003】

給排気がＦＦ式の場合は、排気筒の穴あき等の機器の異常によって、室内空気を給排気する状況となると、室内の酸素濃度が低下して不完全燃焼が生じ、不完全燃焼状態を複数回検知するとインターロック状態となり、以後運転を再開できないようにしたものである。（例えば、特許文献１参照）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許５６４７４８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

インターロック状態とすることで、修理業者によって点検修理が行われるまで運転が禁止されるので、安全が確保できるものの、フレームロッドの検出レベルによって検出される不完全燃焼状態には、例えば、給排気筒の先端への雪氷固着が原因の場合があり、付着している雪氷を取り除くことで正常な燃焼状態へ復帰させることができる。
しかし、機器の異常が原因の不完全燃焼と区別がつけられず、正常な状態へ復帰可能な状態にも関わらずインターロック状態となり、点検修理が完了するまで、暖房もしくは給湯のための燃焼運転が行えず、使用者に不便を強いるという課題があった。

【0006】

本発明はかかる背景を鑑みてなされたものであり、給排気筒の不具合が原因の不完全燃焼によるフレームロッドの検出レベルの降下か、給排気筒氷結などの給排気筒の閉塞が原因の不完全燃焼によるフレームロッドの検出レベルの降下かを区別できる燃焼機器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１では、燃焼を行う燃焼バーナと、前記燃焼バーナに燃焼用空気を送る燃焼ファンと、前記燃焼バーナの燃焼炎を検出するフレームロッドと、燃焼開始以後に、前記フレームロッドの検出レベルが、第１の検出レベル未満となったとき、燃焼時間のカウントを開始する第１のタイマと、燃焼開始以後に、前記フレームロッドの検出レベルが、第１の検出レベルより小さい第２の検出レベル未満となったとき、燃焼時間のカウントを開始する第２のタイマと、前記第２のタイマが所定時間Ａ以上となったとき、前記燃焼バーナの燃焼を停止させるエラー停止手段と、前記第２のタイマが所定時間Ａ以上となったとき、あるいは、前記フレームロッドの検出レベルが第２の検出レベル未満となったとき、前記第１のタイマが所定時間Ｂ以上であるか否かで燃焼停止の原因判定を行う燃焼停止原因判定手段と、を備えたことを特徴とした。

【0011】

請求項１では、燃焼開始以後に、前記フレームロッドの検出レベルが、第１の検出レベル以上の検出レベルである第３の検出レベル以下となったときに、前記燃焼ファンの回転数を所定の割合減少させ、その後、前記フレームロッドの検出レベルが、第３の検出レベルより大きい第４の検出レベル超となったときに、前記燃焼ファンの回転数を所定の割合減少させる前の回転数に復帰させる燃焼ファン補正制御と、を備えたことを特徴とした。

【0012】

請求項２では、前記燃焼停止原因判定手段は、不完全燃焼か否かを判定し、前記燃焼停止原因判定手段が、不完全燃焼と判定した場合にのみ、前記不完全燃焼判定の回数をカウントし、前記回数を記憶する不完全燃焼回数記憶部を有し、前記不完全燃焼回数記憶部の回数が第１の回数以上の場合にインターロックを行うことを特徴とした。

【0013】

請求項３では、燃焼機器の本体もしくは本体以外の場所に操作部が設けられており、前記操作部に燃焼停止時に所定のエラーコードによるエラー表示を行い、使用者に燃焼を停止した原因を報知する旨の報知手段をさらに備えたことを特徴とし、前記報知手段は、前記不完全燃焼回数記憶部の回数が第１の回数より少ない第２の回数以上の場合に、燃焼停止から所定時間Ｃが経過するまでは、前記エラー表示を行う報知の解除を行わないとすることを特徴とした。

【発明の効果】

【0014】

請求項１によれば、前記フレームロッドの検出レベルが降下して、第１の検出レベル未満となった時に第１のタイマを開始し、第２の検出レベル未満になったときに、第２のタイマを開始し、第２のタイマが所定時間Ａ以上となったとき、あるいは、前記フレームロッドの検出レベルが第２の検出レベル未満となったとき、第１のタイマが所定時間Ｂ以上であるか否かによって、前記フレームロッドの検出レベルの降下による燃焼停止の原因判定を行うとしたので、給排気筒の氷結や煤詰まり等の給排気筒の閉塞が原因の不完全燃焼による検出レベルの降下か、給排気筒の脱落および機器の施工異常やメンテナンスの不具合に起因する不完全燃焼による検出レベルの降下かを区別して、燃焼バーナの不完全燃焼を検知することができる。

【0018】

請求項１によれば、燃焼ファン補正制御により、給排気筒の閉塞が原因か、給排気筒の脱落が原因かを、より明確に区別して、燃焼バーナの不完全燃焼を検知できる。これは次の理由による。
給排気筒が脱落した状態で燃焼が継続させると、室内の酸素濃度が低下し、燃焼速度の低下と未燃ガスの発生により燃焼がリフト傾向となり、徐々にフレームロッドの検出レベルが降下する。その後、燃焼ファンの回転数を低下させると、リフトが軽減しフレームロッドの検出レベルが回復傾向となる。その後、燃焼ファンの回転数を復帰させると再びフレームロッドの検出レベルが降下する。
一方、給排気筒が閉塞された状態で燃焼が継続させると、吸気経路が空気不足となり、燃焼が崩れることでフレームロッドの検出レベルが降下する。その後、燃焼ファンの回転数を低下させると、吸気不足が加速して、フレームロッドの検出レベルがさらに降下し、比較的短時間で第２の検出レベルに到達する。
ゆえに、請求項１によれば、給排気筒の氷結や煤詰まり等の給排気筒の閉塞が原因の不完全燃焼による検出レベルの降下か、給排気筒の脱落と機器の施工異常やメンテナンスの不具合に起因する不完全燃焼による検出レベルの降下かを、より明確に区別して、燃焼バーナの不完全燃焼を検知することができる。

【0019】

請求項２によれば、給排気筒の脱落や施工異常、屋外に設置され囲いを設けて設置され換気不足などの理由により、燃焼バーナの不完全燃焼が生じやすくなっている場合や、機器の使用状態が不適切な状態で燃焼バーナの燃焼が継続されていることを、インターロック状態にすることで禁止することができる。

【0020】

請求項3によれば、燃焼機器の本体もしくは本体以外の場所に操作部が設けられており、前記操作部に燃焼停止時に所定のエラーコードによるエラー表示を行い、使用者に燃焼を停止した原因を報知する旨の報知手段を備えたので、前記操作部に、エラーコードの表示やスピーカーによる報知をすることができ、使用者に停止の原因を報知することができる。また、前記インターロック状態となる前に、同様の事象がすでに繰り返し発生していることと、今後インターロック状態となり機器が継続使用できなくなる可能性を、エラー表示のタイミングで報知し、使用者が機器の点検や修理サービスを行うことを確実に促すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る燃焼機器の一例を示す概略構成図

【図2】本発明の要部の電気回路図

【図3】本発明の異常検出手段を表したフローチャート

【図4】本発明の燃焼ファン補正制御を表したフローチャート

【図5】本発明の異常検出時のフレームロッドの検出レベルの推移を表す説明図

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１～図５を参照して、本発明の実施形態に係る燃焼機器を説明する。
なお、各図において、共通する構成要素や同種の構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。

【0023】

図１に示すように、１は内部に燃焼ガスによって加熱された熱交換器２に対流ファン３で送風することで室内空気と熱交換を行い吹き出し口４から温風を室内空間に放出する燃焼機器である。

【0024】

５は壁６を貫通して設置され内部に室外空気を取り込む給気管７と熱交換器２内で熱交換された低温の燃焼ガスを室外へ放出する排気管９を備えた二重管構造の給排気管であり、１０は給気管７で取り込んだ室外空気を燃焼筒１１内部に燃焼空気として送風する燃焼ファンである。

【0025】

１２は燃油を一定油面に貯留するオイルレベラで、電磁ポンプ１３で燃油を汲み上げて供給パイプ１４から燃焼筒１１下部にある気化部１５に供給する。

【0026】

１７は気化部１５底部裏面に取り付けられた温度センサから成るポットサーミスタであり、気化部１５内の温度を監視して予熱や加熱動作が必要な場合は、棒状のセラミックヒータからなるポットヒータ１８に指示を出すことで気化部１５内を適当な温度にする。

【0027】

１９は燃焼筒１１の下部に位置し気化部１５を底部に内装した燃焼バーナであり、気化部１５内でガス化された燃油と燃焼空気を均一に混合して点火することで燃焼を行い燃焼ガスを排出する。

【0028】

２０は燃焼バーナ１９で発生した火炎に触れるように設置したフレームロッドであり、火炎に流れる電流により生じるフレームロッド電圧を検出し、その検出レベルに基づいて、着火ミス、途中失火、あるいは酸欠による異常等を判断して燃焼を停止させるものである。

【0029】

対流ファン３によって燃焼機器１に取り込まれた室内空気は、熱交換器２によって加熱され温風となって吹き出し口４から室内に放出される。

【0030】

次に、この実施例の要部の電気回路図を図２を用いて説明する。
２２はＣＰＵ、メモリ、タイマ、入出力回路等を備え熱交換器２下方に設置されたマイコンからなる制御部であり、２３は燃焼運転開始と終了を指示する運転スイッチである。

【0031】

２４はフレームロッド２０で検知されるフレームロッドの検出レベルを制御部２２に出力する炎検知回路である。また、入力側にはポットサーミスタ１７が接続されており、気化部１５の温度を検知した結果を制御部２２に出力する。

【0032】

２５は駆動部品を制御する駆動部であり、制御部２２からの出力を受けてポットヒータ１８の電源をＯＮ・ＯＦＦする。

【0033】

２７は制御部２２の出力側に接続された表示部で、操作部４０の近傍に位置し、制御部２２からの出力を受けて時刻及び室温、設定温度等を表示すると共に、フレームロッドの検出レベルが異常であることをエラー表示する。

【0034】

次に、この燃焼機器の動作について図３から図５に従って説明する。
まず、図３のＳ１では、燃焼バーナ１９の燃焼炎を検出するフレームロッド２０の検出レベルの降下にともない、燃焼ファン補正制御を実施する。
図４のＳ１９および図５に示すように、フレームロッド２０のフレームロッド電圧Ｖが４．３Ｖ以下となるまで検出レベルを監視し、もしフレームロッド電圧Ｖが４．３Ｖ以下となった場合、Ｓ２０で燃焼ファン回転数Ｒを▲３％減じた回転数に調整する。

【0035】

以降の燃焼ファン補正制御について、（前者）給排気筒が脱落した状態の様態と、（後者）給排気筒が閉塞された状態の様態とに分けて説明する。
前者の給排気筒が脱落した状態の様態は、Ｓ２０の燃焼ファン回転数の減少で燃焼炎のリフトが軽減するため、図５のＡ給排気筒脱落の曲線グラフ（破線部）に示すように、フレームロッド電圧が回復傾向となる。次にＳ２１でフレームロッド電圧Ｖが４．５Ｖ超となった場合、Ｓ２２で燃焼ファン回転数Ｒを初期回転数に復帰させる。これにより、給排気筒が脱落した状態に変化が無いとすれば、再びフレームロッド電圧Ｖは降下する。Ｓ２３、Ｓ２４によってＳ１９からＳ２２までの処理を指定回数繰り返し、燃焼ファン補正制御Ｓ１を終了する。
後者の給排気筒が閉塞された状態の様態は、Ｓ２０の燃焼ファン回転数の減少を行っても吸気経路が空気不足となり燃焼が崩れるため、図５のＢ給排気筒閉塞の曲線グラフに示すように、フレームロッド電圧Ｖは回復することなく降下する。そして、Ｓ２５の判定によって燃焼ファン補正制御Ｓ１を終了する。

【0036】

以上の燃焼ファン補正制御によって、（前者）給排気筒の氷結や煤詰まり等の給排気筒の閉塞が原因の不完全燃焼による電圧降下か、（後者）給排気筒の脱落と機器の施工異常やメンテナンスの不具合に起因する不完全燃焼による電圧降下か、前者と後者の電圧降下の時間的な差異を広げ、より明確に電圧降下時間によって二者を区別することが可能となる。

【0037】

次に、Ｓ２からＳ３では、フレームロッド電圧Ｖがさらに降下して４．０Ｖ未満となったとき、第１のタイマをスタートさせる。
ついで、Ｓ４からＳ５では、フレームロッド電圧Ｖがさらに降下して３．５Ｖ未満となったとき、第２のタイマをスタートさせる。
さらに、第２のタイマが１８０秒以上となったとき、エラー停止手段により電磁ポンプ１３、ポットヒータ１８、対流ファン３、燃焼ファン１０を通電停止して、燃焼バーナを停止する。

【0038】

Ｓ８では、燃焼バーナ停止時の火力が所定火力未満であったならばＳ９へ、所定火力以上であったならばＳ１０へ分岐させる。
これにより、後述するが、比較的火力が大きい場合には、フレームロッド電圧の時間的変化が、給排気筒の閉塞の場合と、給排気筒の脱落による不完全燃焼とを区別しにくく、所定の火力未満の場合と同じ閾値を適用すると、かえって検出すべき不完全燃焼を見逃す可能性があり、これを見逃すことなく不完全燃焼と判断することができる。

【0039】

Ｓ９では、第１のタイマが１２００秒以上である場合（図５のＡ給排気筒脱落）は、給排気筒の脱落および機器の施工異常やメンテナンスの不具合に起因する不完全燃焼と判定し、Ｓ１０でエラーコードを表示する報知を行う。これにより、使用者に燃焼を停止した原因を確実に報知することができる。
もし、第１のタイマが１２００秒未満である場合（図５のＢ給排気筒閉塞）は、給排気筒の氷結や煤詰まり等の給排気筒の閉塞が原因の不完全燃焼と判定し、Ｓ１７に遷移し途中消火したことをエラーコードで表示し、Ｓ１８にて運転停止する。

【0040】

Ｓ１１で、不完全燃焼の発生回数をカウントアップし、Ｓ１２で発生回数が指定回数以上か判定し、第２の回数以上の場合は、Ｓ１３で報知した不完全燃焼防止エラーの表示を所定時間Ｃの間は解除しない処理を行う。これにより、インターロック状態となる前に、同様の事象がすでに繰り返し発生していることと、今後インターロック状態となり機器が継続使用できなくなる可能性があることを、エラー表示のタイミングで報知し、使用者が機器の点検や修理サービスを行うことを確実に促すことができる。
そして、Ｓ１４で不完全燃焼防止エラーの表示の解除を可能とする。

【0041】

Ｓ１５で不完全燃焼の発生回数を判定し、第１の回数未満の場合はＳ１８に遷移し、第１の回数以上の場合は、Ｓ１６にてインターロック状態とする。
これにより、給排気筒の脱落や施工異常、屋外に設置され囲いを設けて設置され換気不足などの理由により、燃焼バーナの不完全燃焼が生じやすくなっている場合や、機器の使用状態が不適切な状態で燃焼バーナの燃焼が継続されていることを、インターロック状態にすることで禁止することができる。

【0042】

別の実施形態として、燃焼開始して、前記燃焼ファン補正制御の後、フレームロッド電圧Ｖが降下して４．０Ｖ未満となったとき、第１のタイマをスタートさせ、フレームロッド電圧Ｖが第２の検出レベル未満となったとき、すなわち、フレームロッド電圧Ｖが３．５Ｖ未満となったときに、第１のタイマが１０２０秒（＝１２００秒－１８０秒）以上であるかを判定し、第１のタイマが１０２０秒以上の場合は不完全燃焼防止エラー、第１のタイマが１０２０秒未満の場合は途中消火エラーと判定してもよい。

【0043】

なお、本実施形態で用いたその他の構成は一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図しておらず、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0044】

１ 燃焼機器
１０ 燃焼ファン
１９ 燃焼バーナ
２０ フレームロッド
４０ 操作部
４１ 不完全燃焼回数記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】