JP3661649B2

JP3661649B2 - Combustion device and hot water heater

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Publication number: JP3661649B2
Application number: JP2002027714A
Authority: JP
Inventors: 公明朝野; 人志原; 哲郎濱田
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: JP2003227609A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼装置および当該燃焼装置を備えた湯水加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、給湯装置等に代表される湯水加熱装置には、石油等の液体燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置が多用されている。図１３は、燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置を内蔵した給湯装置の断面図である。図１３において、１００は給湯装置であり、１０１は燃焼装置である。図１３に示す燃焼装置１０１は、燃焼ケース１０２を有し、燃焼ケース１０２の下方に、熱交換器１０３が設けられている。熱交換器１０３は、燃焼ケース１０２内に水管が挿通されたものである。
【０００３】
燃焼装置１０１は、燃料噴射ノズル１０５とノズル収納筒１０６と燃焼筒１０７と送風機１０８とを具備している。燃料噴射ノズル１０５は、ノズル収納筒１０６内に収納され、外部から供給された燃料を燃焼筒１０７内に噴霧するものである。
【０００４】
図１４は、燃焼装置１０１における燃料系統を示す概念図である。燃料噴射ノズル１０５は、燃料を噴霧する噴霧開口を有し、内部に噴霧開口に至る往き側流路と、噴霧開口から戻る戻り側流路が設けられている。燃料噴射ノズル１０５の入り側には、第１ポンプ１１０及び第２ポンプ１１１が直列的に接続されており、電磁弁１１２を介して燃料タンク１１３に接続されている。ここで第１ポンプ１１０は吐出量を任意に変更できる電磁ポンプであり、第２ポンプ１１１は定差圧ポンプである。一方、燃料噴射ノズル１０５の戻り側には、逆止弁１１５及び比例弁１１６が直列的に接続されており、往き側流路の第１ポンプ１１０よりも上流側に接続されている。
【０００５】
図１５は、従来の燃焼装置１０１に採用されている比例弁１１６の模式図である。比例弁１１６は、ケーシング１２０内に燃料流路１２１が形成されている。ケーシング１２０には、戻り側流路中を流れる燃料の圧力を緩衝すべく、アキュームレータ１２４が取り付けられ一体化されている。燃料流路１２１の端部には逆止弁１１５が接続される燃料流入口１２２と、燃料が流出する燃料流出口１２３とが形成されており、燃料流路１２１の中途には、弁座１２５が設けられている。弁座１２５には、接離自在なように球状の弁体１２６が配設されている。弁体１２６に当接する位置には、プランジャ１２７が配置されている。プランジャ１２７の周囲には、コイル１２８が設けられている。コイル１２８に通電すると、プランジャ１２７は、ケーシング１２０の軸線上を進退し、弁体１２６を押し動かす。
【０００６】
弁体１２６がプランジャ１２７に押し動かされると、燃料流路１２１の流路面積が変化し、燃料流入口１２２から燃料流出口１２３へと流れ出る燃料の流量が変化する。よって、比例弁１１６は、図示しない電力調整手段によりコイル１２８に流す電力を変化させることで戻り側流路を流れる燃料の流量を調整することができる。
【０００７】
従来技術の燃焼装置１０１では、燃料タンク１１３から供給された燃料が第１ポンプ１１０によって加圧され、第２ポンプ１１１の吸入側に供給される。燃料は、第２ポンプ１１１によってさらに加圧され、燃料噴射ノズル１０５へと流入する。
【０００８】
加圧され高圧状態の燃料は、燃料噴射ノズル１０５突端の噴霧開口に至り、その一部が外部に開放されて霧状に噴射される。燃料噴射ノズル１０５に供給されたものの噴霧されなかった残余の燃料は、逆止弁１１５を通過して比例弁１１６の燃料流入口１２２に流入する。燃料流入口１２２から比例弁１１６内に流入した燃料は、コイル１２８に流される電流量に応じた流量で往き側流路の上流側へと戻される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃焼装置１０１において、燃料噴霧ノズル１０５から噴霧される燃料の噴霧量の調整は、比例弁１１６から往き側流路に戻される燃料の流量の調整により行われていた。即ち、従来の燃焼装置１０１は、要求される燃焼量に応じて、比例弁１１６のコイル１２８に所定の電力を印加することにより、弁体１２６の開度を調整し、燃料の噴霧量を調整していた。
【００１０】
燃焼装置１０１を燃焼駆動させると、雰囲気温度の変化などにより次第に比例弁１１６の温度が変化し、ケーシング１２０内のコイル１２８の温度も変化する。コイル１２８は、温度変化によりその抵抗値が増減する。そのため、コイル１２８の温度が不安定な場合には、コイル１２８に流れる電流量が不安定となり、戻り流路を流れる燃料の流量の調整が困難である。よって、従来の燃焼装置１０１は、燃料の噴霧量を精度よく調整し、燃焼状態を安定化することが困難であり、供給電流量を安定化すべく定電流回路を別途設ける必要があった。
【００１１】
また、比例弁１１６は、プランジャ１２７を進退させることにより、弁体１２６と燃料流路１２１との隙間を微調整し、燃料の流量を調整するものである。そのため、比例弁１１６は、燃料流路１２１や弁体１２６の形状などの機械的バラツキにより、燃料の流量が大きく変化してしまう。そのため、従来の燃焼装置１０１では、燃料を安定燃焼させるために、コイル１２８に接続された電力調整手段に上記した機械的バラツキを調整するための調整手段を別途設ける必要があった。
【００１２】
そこで、上記した問題を解決すべく、本発明者らは、燃料の流量制御弁として図３に示すようなインジェクター弁１０を採用し、実験を行った。ここで、インジケーター弁１０とは、極めて短い時間で断続的に弁体３３を開閉できるものである。さらに詳細には、インジェクター弁１０は、ケーシング３０の内部にアクチュエーター３１と、電磁コイル３２と、弁体３３とを備えている。インジェクター弁１０は、電磁コイル３２に電流が流れると、アクチュエーター３１が駆動し、弁体３３が開く。
【００１３】
上記したインジェクター弁１０を流量制御弁として用いれば、比例弁等を流量制御弁として採用する場合に比べて、より一層精度よく燃焼量を調整できる。しかし、インジェクター弁１０を採用した場合、燃焼装置１０１が燃焼駆動すると、弁体３３の開閉に伴う騒音が発生する。燃焼装置１０１の燃焼量が多い場合、この騒音は燃焼騒音に掻き消されるが、燃焼装置１０１の燃焼量が少ない場合には、インジェクター弁１０の開閉に伴う騒音が際だつ。インジェクター弁１０の開閉に伴い発生する騒音は、弁体３３とケーシング３０との衝突により発生する金属的で耳障りな騒音であり、使用者等に不快感を与えるものである。
【００１４】
そこで本発明は、上記した問題に鑑み、燃料の噴霧量を精度よく調整でき、燃焼駆動時に発生する騒音が小さい燃焼装置および当該燃焼装置を具備した湯水加熱装置を提供することを目的とした。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、燃料が流通する燃料回路とを有し、当該燃料回路の中途に燃料を前記噴霧手段に送る燃料ポンプを設けた燃焼装置において、前記燃料回路の中途には、周期的に開閉可能な間欠開閉弁が設けられており、当該間欠開閉弁はデューティー比制御により開閉され、燃焼量が少ない場合において間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期は、燃焼量が多い場合における前記デューティー比制御の周期よりも大きいことを特徴とする燃焼装置である。
【００１６】
かかる構成によれば、燃焼量に応じて単位時間当たりの間欠開閉弁の開弁回数を変動させることができる。一方、本発明の燃焼装置において、間欠開閉弁はデューティー比制御されるものであり、デューティー比制御の周期が変動しても単位時間当たりに噴霧され、燃焼される燃料の量は大きく変動しない。従って、上記した構成によれば、燃焼量をほぼ一定に保持しつつ、間欠開閉弁の開弁回数を変動させることができる。即ち、上記した構成によれば、間欠開閉弁の開弁回数を減少させることにより、間欠開閉弁の開閉時に発生する騒音を低減することができる。
【００１７】
また、本発明の燃焼装置は、間欠開閉弁を開閉させ、燃料回路内を流れる燃料の流量を変更することにより、噴霧手段から噴霧される燃料の量を調整するものである。前記燃焼装置に採用されている間欠開閉弁は、弁体の開閉により単位時間当たりの燃料の流量を変更するものであり、その流量は極めて安定している。よって、本発明の燃焼装置は、噴霧手段から噴霧される燃料の量を精度よく調整することができ、要求される燃焼量に応じた量の燃料を噴霧し、完全燃焼することができる。そのため、本発明の燃焼装置は、エネルギー効率が高い。
【００１８】
本発明の燃焼装置は、燃焼量が少ない場合の間欠開閉弁の開閉の周期が、燃焼量が多いときに比べて長い。即ち、燃焼量が少ない場合、燃焼量が多い場合に比べて間欠開閉弁の開閉の周波数が小さい。そのため、上記した構成によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉回数を減少させることにより、騒音を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有毒ガスやススの発生量を最低限に抑制できる。よって、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる燃焼装置の故障も少ない。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、燃料が流通する燃料回路とを有し、当該燃料回路の中途に燃料を前記噴霧手段に送る燃料ポンプを設けた燃焼装置において、前記燃料回路の中途で前記噴霧手段より上流側には、周期的に開閉可能な間欠開閉弁が設けられており、当該間欠開閉弁は、デューティー比制御により開閉され、燃焼量が少ない場合において間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期は、燃焼量が多い場合における前記デューティー比制御の周期よりも大きいことを特徴とする燃焼装置である。
【００２１】
本発明の燃焼装置に採用されている間欠開閉弁は、燃焼量に応じてデューティー比制御の周期を変動させ、単位時間当たりの間欠開閉弁の開弁回数を変動させることができる。間欠開閉弁は、デューティー比制御の周期が変動しても単位時間当たりに噴霧される燃料の量はほとんど変動せず、ほぼ一定である。従って、上記した構成によれば、燃料の噴霧量をほぼ一定に保持しつつ、間欠開閉弁の開弁回数を増加あるいは減少させることが可能である。よって、本発明の燃焼装置は、間欠開閉弁の開弁回数を減少させることにより、間欠開閉弁の開閉時に発生する騒音を最小限に抑制することができる。
【００２２】
また、間欠開閉弁は、開弁時に流出する燃料の流量が極めて安定している。よって、本発明の燃焼装置は、噴霧手段に供給される燃料の量を精度よく調整することができ、要求される燃焼量に応じた量の燃料を噴霧し、完全燃焼することができる。
【００２３】
本発明の燃焼装置は、燃焼量が少ない場合の間欠開閉弁の開閉の周期が、燃焼量が多いときに比べて長い。即ち、燃焼量が少ない場合、燃焼量が多い場合に比べて間欠開閉弁の開閉の周波数が小さい。そのため、上記した構成によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉回数を減少させることにより、騒音を抑制することができる。
【００２４】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有毒ガスやススなどの発生量が極めて少なくなる。よって、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる燃焼装置の故障も少ない。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段に燃料を供給する燃料往路とを有し、当該燃料往路の中途に燃料を前記噴霧手段に送る燃料ポンプを設けた燃焼装置において、前記噴霧手段は、燃料を噴霧する噴霧開口を有し、内部に噴霧開口に至る往き側流路と、噴霧開口から戻る戻り側流路とを有する戻り型ノズルであり、前記噴霧手段には、前記燃料往路から前記噴霧手段に供給された燃料の一部を、前記戻り側流路を経て前記燃料往路に設けられた燃料ポンプよりも上流側に戻す燃料復路が接続されており、当該燃料復路の中途には、周期的に開閉可能な間欠開閉弁が設けられており、当該間欠開閉弁は、デューティー比制御により開閉され、燃焼量が少ない場合において間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期は、燃焼量が多い場合における前記デューティー比制御の周期よりも大きいことを特徴とする燃焼装置である。
【００２６】
本発明の燃焼装置に設けられている間欠開閉弁は、燃焼量に応じて単位時間当たりの間欠開閉弁の開弁回数を変動させることができる。一方、間欠開閉弁は、デューティー比制御の周期が変動しても単位時間当たりに噴霧される燃料の量はほぼ一定である。そのため、本発明の燃焼装置は、所定量の燃料を噴霧しつつ、間欠開閉弁の開弁回数を増加・減少させることが可能である。よって、本発明の燃焼装置は、間欠開閉弁の開弁回数を減少させれば間欠開閉弁の開閉時に発生する騒音を最小限に抑制することができる。
【００２７】
本発明の燃焼装置は、間欠開閉弁を開閉し、燃料復路内を流れる燃料の流量を変更することにより、噴霧手段から噴霧される燃料の量を調整するものである。前記燃焼装置に採用されている間欠開閉弁は、弁体の開閉により単位時間当たりの燃料の流量を変更するものである。そのため、弁体が開いた際に燃料復路内を流れる燃料の流量は、間欠開閉弁やその近傍の温度変化などによらず常に安定している。よって、本発明の燃焼装置は、噴霧手段から噴霧される燃料の量を精度がよく調整でき、要求される燃焼量に対して的確な量の燃料を噴霧し、完全燃焼することができる。
【００２８】
本発明の燃焼装置は、燃焼量が少ない場合の間欠開閉弁の開閉の周期が、燃焼量が多いときに比べて長い。即ち、燃焼量が少ない場合、燃焼量が多い場合に比べて間欠開閉弁の開閉の周波数が小さい。そのため、上記した構成によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉回数を減少させることにより、騒音を抑制することができる。
【００２９】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有毒ガスやススの発生量を最低限に抑制できる。よって、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる燃焼装置の故障も少ない。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、間欠開閉弁を断続的あるいは周期的に開閉する弁制御手段を具備し、当該弁制御手段は、前記間欠開閉弁を開閉するタイミングを制御することにより単位時間当たりの燃料の流量を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３１】
かかる構成によれば、弁制御手段により間欠開閉弁の開閉のタイミングを制御することにより、燃料回路中を流れる燃料の脈動を抑制することができる。従って、本発明の燃焼装置は、燃料を噴霧手段からスムーズに噴霧し、安定燃焼することができる。そのため、本発明の燃焼装置は、燃焼駆動に伴い発生する燃焼騒音が小さい。
【００３２】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有毒ガスやススの発生を最低限に抑制できる。よって、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる燃焼装置の故障も少ない。
【００３３】
請求項５に記載の発明は、弁制御手段が、燃焼量に応じて複数の弁開閉時間テーブルを有し、間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期が、前記弁開閉時間テーブルによって異なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３４】
かかる構成によれば、弁制御手段が燃焼量に応じて間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期を的確に調整することができる。
【００３５】
請求項６に記載の発明は、弁制御手段が、燃料ポンプを駆動する交流電源のゼロクロス信号のタイミングに基づいて弁体を開閉させることを特徴とする請求項４又は５に記載の燃焼装置である。
【００３６】
かかる構成によれば、弁体をポンプの交流電源に同期した一定の周期で開閉することができるため、噴霧手段に供給される燃料の圧力変動が最小限に抑制される。そのため、本発明の燃焼装置は、燃料を常にほぼ一定の圧力およびタイミングで噴霧することができる。よって、本発明の燃焼装置は、燃料を安定燃焼することができ、燃焼騒音を最小限に抑制することができる。
【００３７】
また、本発明の燃焼装置において、噴霧手段から噴霧される燃料は、燃焼量によらずほぼ一定の噴霧圧で噴霧される。噴霧手段から噴霧された燃料は、噴霧量に関わらずほぼ一定のパターンで拡散され、空気と混合される。そのため、本発明の燃焼装置は、燃料の噴霧量によらず燃料と空気との混合状態がほぼ一定であり、燃料を安定燃焼することが可能である。
【００３８】
本発明の燃焼装置は、燃焼量に関わらず燃焼駆動が安定しているため、一酸化炭素などの有害ガスや、ススなどの発生量が極めて少ない。そのため、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススなどの堆積に伴う装置の故障を最小限に抑制することができる。
【００３９】
請求項７に記載の発明は、弁制御手段が、燃料ポンプを駆動する交流電源のゼロクロス信号を検知すると、弁体を開状態とすることを特徴とする請求項４又は５に記載の燃焼装置である。
【００４０】
かかる構成によれば、燃料ポンプによる燃料の圧力変動を最小限に抑制することができる。よって、本発明の燃焼装置は、燃焼量の多少に関わらず、ほぼ一定の圧力およびタイミングで燃料を噴霧することができる。そのため、本発明の燃焼装置は、燃料を安定燃焼することが可能であり、燃焼騒音の発生を最小限に抑制することができる。
【００４１】
また、本発明の燃焼装置において、燃料は、噴霧量に関わらずほぼ一定の噴霧圧で噴霧され、ほぼ一定のパターンで拡散する。そのため、燃料と空気との混合状態が常に一定であり、燃料を安定燃焼することが可能である。さらに、本発明の燃焼装置は、燃焼量に関わらず燃焼駆動が安定しているため、一酸化炭素などの有害ガスや、ススなどの発生量が極めて少ない。
【００４２】
請求項８に記載の発明は、燃焼部と、水を加熱する熱交換部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを熱交換部に送り、熱交換部で水を加熱する湯水加熱装置において、燃焼部には請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置を具備していることを特徴とする湯水加熱装置である。
【００４３】
上記した燃焼装置は、要求される燃焼量の大小にかかわらず、安定した燃焼駆動が可能であり、要求される燃焼量に相応した熱エネルギーを放出することができる。即ち、上記した燃焼装置は、燃焼量が変化しても、要求に応じて的確に熱エネルギーを熱交換部に付与することができる。よって、かかる燃焼装置を備えた本発明の湯水加熱装置は、燃焼部における燃焼可能範囲が広く、湯水を幅広い温度範囲で精度よく加熱できる。
【００４４】
また、上記した燃焼装置は、燃焼量が小さい場合に間欠開閉弁から発生する騒音が小さく、燃焼騒音に紛れてしまう。そのため、本発明の燃焼装置は、燃焼量が少なく燃焼騒音が小さい場合であっても、間欠開閉弁が開閉する際に発生する騒音が目立たない。よって、本発明の湯水加熱装置は、燃焼装置における燃焼量が小さい場合でも、間欠開閉弁の駆動による耳障りな騒音が際だたない。
【００４５】
また、上記した燃焼装置は、要求される燃焼量の大小にかかわらず、安定した燃焼駆動が可能であり、要求される燃焼量に相応した熱エネルギーを放出することができる。即ち、上記した燃焼装置は、燃焼量が変化しても、要求に応じて的確に熱エネルギーを熱交換部に付与することができる。よって、上記した燃焼装置を備えた本発明の湯水加熱装置は、燃焼部における燃焼可能範囲が広く、湯水を幅広い温度範囲で精度よく加熱できる。
【００４６】
また、上記した湯水加熱装置は、燃焼ケースを有し、当該燃焼ケースに燃焼装置が取り付けられ、さらに燃焼ケースに水管が挿通されて熱交換部が構成されていることを特徴とするものであってもよい。（請求項９）
【００４７】
さらに、上記した湯水加熱装置は、水が溜められる貯湯部と、貯湯部を貫通する燃焼ガス通路部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを燃焼ガス通路部に導入して貯湯部内の水を加熱することを特徴とするものとすることもできる。（請求項１０）
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である給湯装置（湯水加熱装置）および燃焼装置について説明する。図１は、本実施形態の給湯装置の要部の一部を破断した正面図である。また、図２は、本実施形態の燃焼装置における燃料系統を示す模式図である。図３は、本実施形態の燃焼装置が具備しているインジェクター弁の断面図である。
【００４９】
図１において、１は本実施形態の給湯装置（湯水加熱装置）であり、２は本実施形態の給湯装置１に用いられる燃焼装置である。３は本実施形態の燃焼装置２に採用される燃料噴射ノズルである。本実施形態の給湯装置１は、燃焼ケース４を有し、その下方に熱交換器５が設けられたものである。熱交換器５は、燃焼ケース４内に水管が挿通されたものである。本実施形態の燃焼装置２は、従来の燃焼装置１０１と同様に、空気ケース６の内部に端部が開放したノズル収納筒７と、ノズル収納筒７の端部に接続された燃焼筒８とを備えている。空気ケース６には、燃焼筒８内に空気を送り込む送風機９が接続されている。
【００５０】
本実施形態の燃焼装置２は、従来の燃焼装置１０１の燃料系統が備えている比例弁１１６に代わってインジェクター弁１０が採用されている点が大きく異なる。本実施形態の燃焼装置２は、図２に示すような燃料系統に接続されている。燃焼装置２のノズル収納筒７に収納されている燃料噴射ノズル３は、燃料を噴霧する噴霧開口を有する。燃料噴射ノズル３は、内部に噴霧開口に至る往き側流路と、噴霧開口から戻る戻り側流路とを有する。
【００５１】
燃料噴射ノズル３に接続されている燃料系統は、従来の燃焼装置１０１に採用されている燃料系統とほぼ同一である。即ち、燃料噴射ノズル３の入り側には、燃料往路１１が接続されている。燃料往路１１は、燃料タンク１２、電磁弁１３およびポンプ１５が直列的に接続されたものである。一方、燃料噴射ノズル３の戻り側には、噴霧されずに残った燃料を燃料往路１１に戻す燃料復路１７が接続されている。燃料復路１７は、逆止弁１８とアキュームレータ２０とインジェクター弁１０とが直列的に接続されたものである。アキュームレータ２０は、燃料復路１７中を流れる燃料の圧力を緩衝するものである。燃料復路１７は、燃料往路１１の電磁弁１３とポンプ１５との間に接続されている。
【００５２】
本実施形態の燃焼装置２は、図３に示すようなインジェクター弁１０を具備しており、極めて短い時間で断続的に開閉する機能を備えている。インジェクター弁１０は、ケーシング３０内にアクチュエータ３１と、アクチュエータ３１を駆動させるための電磁コイル３２と、アクチュエータ３１に連動する弁体３３とを有する。ケーシング３０の両端部には、ケーシング３０内に燃料を供給するための燃料流入口３５と、燃料を流出する燃料流出口３６とが設けられている。また、ケーシング３０の内部には、燃料流入口３５から流入した燃料が流通する燃料流路３７が設けられている。
【００５３】
ケーシング３０には、接続端子３８が設けられている。接続端子３８は、電磁コイル３２に接続されており、接続端子３８に電流を供給すると電磁コイル３２が励磁される。その結果、ケーシング３０内のアクチュエータ３１が駆動し、アクチュエータ３１と連動して弁体３３が開く。即ち本実施形態で採用する燃料噴射ノズル３は、接続端子３８に電流が供給されている間、弁体３３が開き、電流が停止すると弁体３３が閉じる。弁体３３は、極めて鋭敏に反応し、瞬間的に開閉される。
【００５４】
また接続端子３８には、図２に示すように弁体３３の開閉を制御するための弁制御手段４０が接続されている。弁制御手段４０は、弁体３３の開閉周期Ｌと、当該開閉周期における開弁時間をデューティー比制御することにより、弁体３３の開閉を制御し、燃料噴射ノズル３からの燃料の噴霧量を調整する。即ち、弁制御手段４０は、燃焼装置２に要求される燃焼量（以下、要求燃焼量Ｑと称す）に応じて弁体の開閉周期Ｌと開閉周期Ｌ中に占める開弁時間の比率（開閉時間比Ｔ）を制御し燃料の噴霧量を調整する。さらに具体的には、弁制御手段４０は、
開弁時間比Ｔを大きくして弁体３３を長く開けておくことにより、燃料復路１７内の燃料の流量を増加させ、燃料噴射ノズル３からの燃料の噴霧量を減少させる。逆に、弁制御手段４０は、開弁時間比Ｔを小さくすることにより、弁体３３の開いている時間を相対的に短縮し、燃料噴射ノズル３からの燃料の噴霧量を増加させる。
【００５５】
弁制御手段４０には、図４に示すような要求燃焼量Ｑとインジェクター弁１０の開弁時間比Ｔとの相関関係が、テーブルＡ，Ｂとして入力されている。テーブルＡは、要求燃焼量Ｑが所定の燃焼領域（以下、境界燃焼領域Ｑ_fと称す）内の所定の燃焼量（以下、境界燃焼量と称す）以上である場合に適用されるテーブルであり、テーブルＢは、要求燃焼量Ｑが前記境界燃焼量未満である場合に適用されるテーブルである。
【００５６】
本実施形態の燃焼装置２において、要求燃焼量Ｑが増加傾向にある場合と、減少傾向にある場合とでは、境界燃焼量が異なる。即ち、本実施形態の燃焼装置２は、燃焼要求量Ｑと開弁時間Ｔとの間には一定のヒステリシスがある。さらに詳細には、本実施形態の燃焼装置２において、要求燃焼量Ｑが増加傾向にある場合の境界燃焼量Ｑ_upは上記した境界燃焼領域Ｑ_fの上限値に設定されており、要求燃焼量Ｑが減少傾向にある場合の境界燃焼量Ｑ_downは境界燃焼領域Ｑ_fの下限値に設定されている。
【００５７】
テーブルＡにおける弁体３３の開閉周期Ｌ_Aは、テーブルＢにおける弁体３３の開閉周期Ｌ_Bに比べて短い。さらに詳細には、テーブルＡにおける弁体３３の開閉周期Ｌ_Aは、テーブルＢにおける弁体３３の開閉周期Ｌ_Bの半分である。弁制御手段４０は、要求燃焼量Ｑに応じてテーブルＡまたはテーブルＢを選択し、開弁時間比Ｔを決定する。
【００５８】
弁制御手段４０は、ポンプ１５の電源に同期したパルス電流を電磁コイル３２に供給し、インジェクター弁１０の開閉を行う。以下において、弁制御手段４０から発信されるパルス電流について説明する。
【００５９】
ポンプ１５には、図５（ａ）に示すように一定周期で位相変化する交流電源が供給されており、この交流電源が図５（ｃ）に示すように整流された後に印加されている。そのため、ポンプ１５が燃料を送り出す圧力は、図５（ｄ）に示すようにポンプ１５に印加される電源の位相変化に追従して一定の周期で変化する。弁制御手段４０は、ポンプ１５に印加されている交流電源の電流がゼロとなる点を検出し、図５（ｂ）に示すようなゼロクロス信号を検知する。
【００６０】
弁制御手段４０は、燃焼装置２の要求燃焼量に応じて、テーブルＡまたはＢを選択する。要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down以上である場合、弁制御手段４０はテーブルＡを選択し、交流電源の１周期分に相当する時間Ｌ_Aをデューティー比制御の１周期として認識する。弁制御手段４０は、時間Ｌ_Aおよび開弁時間比Ｔに基づきパルス発信時間ｔ_Aを決定する。さらに具体的には、弁制御手段４０は、時間Ｌ_Aと開弁時間比Ｔとを乗じることによりパルス発信時間ｔ_Aを決定する。弁制御手段４０は、図５（ｅ）に示すように、ゼロクロス信号の立ち上がりからパルス発信時間ｔ_Aだけパルス信号を発信する。
【００６１】
一方、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down未満である場合、弁制御手段４０はテーブルＢを選択し、交流電源の２周期分に相当する時間Ｌ_Bをデューティー比制御の１周期として認識する。弁制御手段４０は、時間Ｌ_Bおよび開弁時間比Ｔに基づきパルス発信時間ｔ_Bを決定する。さらに具体的には、弁制御手段４０は、時間Ｌ_Aと開弁時間比Ｔとを乗じることによりパルス発信時間ｔ_Aを決定する。そして、弁制御手段４０は、時間Ｌ_B中における最初のパルス信号の立ち上がりからパルス発信時間ｔ_Bだけパルス信号を発信する。
【００６２】
上記した様に、本実施形態で採用されるインジェクター弁１０は、接続端子３８に電流が供給されている間、弁体３３が開き、電流が停止すると弁体３３が閉じる。従って、接続端子３８に供給されるパルスがＯＮである時に瞬間的に弁体３３が開き、ＯＦＦになると瞬間的に弁体３３が閉じる。
【００６３】
インジェクター弁１０は、要求燃焼量Ｑに応じて弁制御手段４０によりデューティー比制御される。即ち、要求燃焼量Ｑに応じて開弁時間比Ｔが変化し、弁３３が開いている時間が変わる。より具体的には、要求される燃焼量が少ない場合は、パルス周期あたりのＯＮ時間が長く、弁体３３が長時間にわたって開いている。逆に要求される燃焼量が多い場合は、パルス周期あたりのＯＦＦ時間が長く、弁体３３が閉止している時間が相対的に長い。本実施形態で採用するインジェクター弁１０は、こうして燃料の流出を断続し、断続のタイミングを制御することにより燃料往路１１を流れる燃料の量を調整する。
【００６４】
本実施形態の燃焼装置２において、燃料噴霧ノズル３には、ポンプ１５により加圧された燃料が供給されている。ここで、ポンプ１５は、燃料の流量にかかわらず常に一定の吐出圧を付している。そのため、燃焼装置２において、インジェクター弁１０の弁体３３には常時一定の圧力が作用している。
【００６５】
接続端子３８にパルス電流が流れると、弁体３３が開き燃料流出口３６から燃料が流れ出る。ここで上記したように、燃料の噴射量に係わらず、弁体３３には常時一定の圧力が掛かっているため、接続端子３８にパルス電流が流れ、弁体３３が開いた際に燃料流出口３６から流れ出る燃料の圧力は常時一定である。そのため接続端子３８に供給されるパルス電流がＯＮになると、常に一定量（単位時間あたり）の燃料が一定圧力で流出される。従って、インジェクター弁１０から流出する燃料の流量は、弁体３３が開いている時間の長短、即ち開弁時間比Ｔによって調整できる。よって、インジェクター弁１０からの燃料の流出量は、弁制御手段４０によりデューティー比制御することにより調整することができる。
【００６６】
上記した燃料噴霧ノズル３は、図１に示すように従来の燃焼装置１０１と同様のノズル収納筒７内に収納されている。ノズル収納筒７は、燃料噴射ノズル３を直接内蔵するノズル収納内筒５０と、その外側に設けられたノズル収納外筒５１とによる２重構造となっている。ノズル収納内筒５０は内部に、燃料噴霧ノズル３と、燃料噴霧ノズル３から噴霧された燃料を点火するための点火プラグ５２とを収納している。ノズル収納筒７は、燃焼筒８と接続されて一体化されている。ノズル収納内筒５０およびノズル収納外筒５１の側面には、燃焼筒８の内部に空気を導入するための空気導入孔（図示せず）が設けられている。
【００６７】
燃焼筒８は図１に示す様に二段形状の筒体であり、ノズル収納筒７に接続された第１燃焼筒５３と、当該第１燃焼筒５３に連続し、第１燃焼筒５３よりも大径の第２燃焼筒５５とから構成されている。第１燃焼筒５３の周部には、燃焼筒６内に空気を導入するための空気導入口５６が複数設けられている。また同様に、第２燃焼筒５５の周部にも、燃焼筒６内に空気を導入するための空気導入口５７が複数設けられている。また、第２燃焼筒５５の下方には、燃焼筒８内における燃料の攪拌を促進するための燃料拡散部材５８が取り付けられている。
【００６８】
燃料噴霧ノズル３から噴霧された燃料は燃焼筒８および燃焼ケース４内において所定のパターンで拡散した後燃焼し、高温の燃焼ガスを発生する。この燃焼ガスは、燃焼ケース４の下方に配置された熱交換器５において熱交換を行い、熱交換器５内の水を加熱する。
【００６９】
熱交換器５には、図６に示すように流水回路６０が接続されている。流水回路６０は、カランなどに接続され外部に湯水を流出する、いわゆる給湯回路である。流水回路６０は、熱交換器５に外部から水を給水する給水回路６１と、熱交換器５において加熱された湯水が流れる給湯回路６２と、給水回路６１から分岐されたバイパス回路６３とを有し、要求に応じて外部に湯水を供給するものである。そしてバイパス回路６３を流れる冷水のバイパス水量と給湯回路２０に流れる高温の湯水の量とをバイパス水量調節弁６５によって調節し、これらの湯水を混合して湯水の温度を調節する。また給湯回路６２とバイパス回路６３との混合部分の下流側には水量調節弁６６と出湯センサ６７が設けられている。出湯センサ６７によって検知された温度が前記したバイパス水量調節弁６５等にフィードバックされると共に、水量調節弁６６によって総水量が調節される。給水回路６１には、水量センサ６８と、温度センサ６９が設けられ、高温湯の温度が８０℃程度となるように燃焼装置２における燃焼量が調節される。
【００７０】
続いて、本実施形態の給湯装置１および燃焼装置２の駆動制御部分について説明する。本実施形態の燃焼装置２は、弁制御手段４０により燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料の量が調整され、燃焼量が調整される。弁制御手段４０は、給湯装置１の駆動制御を行う駆動制御装置４１の一部である。駆動制御装置４１は、ＣＰＵを中心として構成されており、当該ＣＰＵには、前記した配管回路全ての電気機器が直接的に、あるいはリレー等を介して間接的に接続されている。駆動制御装置４１のＣＰＵには、熱交換器５内の水を加熱するのに必要な熱量（要求燃焼量Ｑ）から燃焼装置２のインジェクター弁１０を開弁する時間（所定時間当たり）を決定する開弁時間決定プログラムが入力されている。即ち、開弁時間決定プログラムは、図４に示す要求燃焼量Ｑと開弁時間比Ｔとの相関関係であるテーブルＡ，Ｂに基づき、インジェクター弁１０を開弁する開弁時間比Ｔを決定する。また、駆動制御装置４１には、開弁時間比Ｔに基づき決定されたインジェクター弁１０の開弁時間ｔ_A，ｔ_Bを計時する開弁時間タイマ４５が内蔵されている。
【００７１】
続いて、本実施形態の給湯装置１および燃焼装置２の動作について説明する。図７は、本実施形態の燃焼装置２における、弁制御手段４０によるインジェクター弁１０の制御方法を示すフローチャートである。給湯装置１が運転を開始すると、ステップ１において、要求される湯温に基づき、駆動制御装置４１により熱交換器５内の湯水を所望の温度まで加熱するのに必要な熱量（要求燃焼量Ｑ）が算出される。要求燃焼量Ｑが決定されると、制御フローはステップ２に移行し、要求燃焼量Ｑが境界燃焼領域Ｑ_f内で上昇傾向にあるのか否かを検出する。ステップ２において、要求燃焼量Ｑが境界燃焼領域Ｑ_f内にあり、上昇傾向であると判断されると、制御フローはステップ３へと移行する。
【００７２】
ステップ３において、弁制御手段４０は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_{u p}以上か否かを判断する。ここで、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_{u p}以上であれば、制御フローはステップ４へと移行する。ステップ４において、弁制御手段４０は、燃焼装置２の出力パターンがＡパターンであるとのフラグを作成し、制御フローをステップ５へと移行させる。弁制御手段４０は、ステップ５において、要求燃焼量Ｑおよび弁制御手段４０に予め入力されているテーブルＡに基づいて開弁時間ｔ_Aを算出し、制御フローをステップ６へと移行する。
【００７３】
一方、ステップ３において、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up未満である場合は、制御フローはステップ４’へと移行する。ステップ４’において、弁制御手段４０は、燃焼装置２の出力パターンがＢパターンであるとのフラグを作成し、制御フローをステップ５’へと移行する。弁制御手段４０は、ステップ５’において、要求燃焼量ＱおよびテーブルＢに基づいて開弁時間ｔ_Bを算出し、制御フローをステップ６へと移行する。
【００７４】
ステップ６において、弁制御手段４０は燃焼装置２の出力パターンがＡパターンであるか否かを判断する。ここで、出力パターンがＡパターンである場合、制御フローはステップ７に進行し、出力パターンがＢパターンである場合は、制御フローはステップ６’へと進行する。ステップ６’において、弁制御手段４０がゼロクロス信号を検知すると、制御フローはステップ７へと移行する。一方、弁制御手段４０がゼロクロス信号を検知しない場合は、制御フローはステップ９へと移行する。
【００７５】
ステップ７において、弁制御手段４０がゼロクロス信号を検知すると、制御フローはステップ８へと移行し、開弁時間タイマ４５が要求燃焼量Ｑに応じたパルス発信時間が設定される。即ち、出力パターンがＡパターンである場合、パルス発信時間がｔ_Aに設定され、出力パターンがＢパターンである場合、パルス発信時間がｔ_Bに設定される。一方、ステップ７においてゼロクロス信号が検出されない場合、制御フローはステップ９へと移行する。
【００７６】
ステップ８において開弁時間タイマー４５に開弁時間がセットされると、制御フローはステップ９へと移行し、所定の開弁時間ｔ_Aあるいはｔ_Bからカウントダウンを開始する。開弁時間のカウントダウンが開始すると、ステップ１０において開弁時間ｔ_A，ｔ_Bの残り時間が確認される。ステップ１０において開弁時間ｔ_A，ｔ_Bが残っている場合は、ステップ１１において駆動制御装置４１から弁制御手段４０に開弁指令が出される。弁制御手段４０は、開弁指令に基づいてインジェクター弁１０の電磁コイル３２にパルス信号を発信することで弁体３３を開状態とし、制御フローがステップ１へと戻る。一方、ステップ１０において開弁時間ｔ_A，ｔ_Bがゼロである場合は、制御フローがステップ１１’へ進行する。ステップ１１’において、駆動制御装置４１は弁制御手段４０への開弁指令を停止し、弁体３３を閉状態とし、制御フローがステップ１へと戻る。
【００７７】
上記した制御フローにおいて、ステップ２で要求燃焼量Ｑが境界燃焼領域Ｑ_f内で、減少傾向にあると判断された場合は、上記したステップ３以降の制御フローと略同一のフローで制御される。即ち、要求燃焼量Ｑが減少傾向にある場合、ステップ３において要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_downと比較される点のみが上記した制御フローと異なる。なお、要求燃焼量Ｑが減少傾向にある場合の制御フローは、上記したステップ３以降の制御フローと略同一であるため、図示および詳細の説明については省略する。
【００７８】
また、上記した制御フローのステップ２において、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_f外の場合は、弁制御手段４０はステップ４あるいは４’に移行する。即ち、要求燃焼量Ｑ_fが境界燃焼量Ｑ_{u p}以上である場合、制御フローはステップ４へと移行する。逆に、要求燃焼量Ｑ_fが境界燃焼量Ｑ_down未満である場合、制御フローはステップ４’へと移行する。ステップ４、４’以降の制御フローは、上記した制御フローと同一であるため、図示および詳細の説明については省略する。
【００７９】
上記した制御フローにおいて、出力パターンがＡパターンである場合、即ち要求燃焼量ＱがＱ_up，Ｑ_down以上である場合、弁制御手段４０は、弁体３３の開閉を制御するデューティー比制御の１周期が交流電流の１周期分に相当するＬ_Aとなる。即ち、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down以上である場合、インジェクター弁１０は、交流電源と同一の周波数で開閉する。また、この場合、弁制御手段４０は、要求燃焼量ＱおよびテーブルＡから算出される開弁時間比Ｔに基づき、開弁時間ｔ_Aを決定する。本実施形態において、インジェクター弁１０は、ポンプ１５に印加されている交流電源の周期変動に同期して開弁されるため、燃料復路１７内の燃料の流量が脈動せずスムーズに流れる。従って、燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動が極めて小さく、常に一定の圧力およびタイミングで燃料が噴霧される。よって、燃焼装置２は、境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down以上の燃焼量において燃料を安定燃焼することができ、燃焼駆動時に発生する燃焼騒音も最小限に抑制することができる。
【００８０】
一方、上記した制御フローにおいて、出力パターンがＢパターンである場合、即ち要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down未満である場合、弁制御手段４０は、弁体３３の開閉周期Ｌが交流電流の２周期分に相当するＬ_Aとなる。即ち、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down未満である場合、インジェクター弁１０は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down以上である場合の半分の周波数で開閉する。そのため、インジェクター弁１０の開閉時に、ケーシング３０と弁体３３とが衝突するなどして発生する金属的な騒音が半減される。従って、本実施形態の燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが小さい場合であってもインジェクター弁１０の駆動に伴い発生する金属的な騒音が燃焼騒音に掻き消される程度にまで抑制される。
【００８１】
また、上記した燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼領域Ｑ_f以下である場合に限ってデューティー比制御の周期を長く取る構成である。即ち、燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼領域Ｑ_fより小さい場合にのみ、インジェクター弁の開閉周波数を小さくする。ここで、本実施形態の燃焼装置２に採用されているインジェクター弁１０の開弁時間比Ｔと、燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料の噴霧量とは、図８に示すように指数関数的な関係を有する。開弁時間比Ｔが同一である場合、インジェクター弁１０の開閉周波数を小さくすると、燃料の噴霧量が所定の噴霧量よりも減少してしまう。しかし、要求燃焼量Ｑが小さく、燃料の噴霧量が少ない場合においては、インジェクター弁１０の開閉周波数にかかわらずほぼ同一量の燃料を噴霧することができる。本実施形態の燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_downより多い場合には開閉周波数の大きなテーブルＡを採用し、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_downより少ない場合に開閉周波数の小さなテーブルＢを採用しているため、要求燃焼量Ｑがいかなる量であっても所望の燃焼量を得ることができる。
【００８２】
また、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down未満である場合、弁制御手段４０は、要求燃焼量ＱおよびテーブルＢから算出される開弁時間比Ｔに基づき、開弁時間ｔ_Bを決定する。本実施形態において、インジェクター弁１０の開閉は、ポンプ１５に印加されている交流電源の周期変動に同期しているため、燃料は燃料復路１７内をスムーズに流れる。従って、燃焼装置２は、境界燃焼量Ｑ_f以下の燃焼量においても、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動が極めて小さく、常に一定の圧力およびタイミングで燃料が噴霧される。よって、燃焼装置２は、Ｑ_up，Ｑ_down未満の燃焼量において燃料を安定燃焼することができる。
【００８３】
本実施形態の給湯装置１において、燃焼装置２の燃料復路１７にはインジェクター弁１０が設けられているため、周囲の温度変化に関わらず燃焼量に応じた量の燃料を的確に噴霧し、燃焼することができる。また、燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料は、燃焼量によらず一定の噴霧圧で噴霧される。そのため、燃焼筒８内に噴霧された燃料は、常に一定のパターンで拡散し、空気と十分混合される。よって、本実施形態の燃焼装置２は、燃料を完全燃焼することができる。
【００８４】
上記したように、燃焼装置２は、燃焼量に関わらず燃焼駆動が安定しているため、一酸化炭素などの有害ガスや、ススなどの発生量が極めて少ない。そのため、給湯装置１および燃焼装置２は、燃焼駆動時に発生するススなどの堆積に伴う装置の故障がほとんどない。
【００８５】
また、燃焼装置２において、ポンプ１５の圧力は、電源の位相変化に対して瞬時にポンプ１５の圧力が変動する。そのため、本実施形態において弁制御手段４０は、交流電源のゼロクロス信号を検知すると直ちに接続端子３８にパルス信号を発信する構成とした。しかし、ポンプ１５の交流電源の周期変動と、ポンプ１５の圧力変動との間に遅延がある場合は、弁制御手段４０がゼロクロス信号を検知し、接続端子３８にパルス信号を発信するまでに一定の遅延時間を設けることが好ましい。かかる構成によれば、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動を低減することができ、燃焼駆動をより一層安定化することができる。
【００８６】
続いて、本発明の第２実施形態の給湯装置について説明する。なお、本実施形態の給湯装置において、上記第１実施形態の給湯装置１と共通する部分については同一の符号を付し、詳細の説明については省略する。
【００８７】
図９は、本実施形態の給湯装置を示す模式図である。図９において、７０は本実施形態の給湯装置である。給湯装置７０は、いわゆる貯湯式給湯装置である。給湯装置７０は、大別して本体部７１と燃焼部７２と消音器７３により構成されている。
【００８８】
本体部７１は、大きく燃焼空間部７５と貯湯部７６とに分かれている。燃焼部７２と燃焼空間部７５とは、貯湯部７６内に貯留される熱媒体を加熱する加熱手段７７として機能する。本体部７１は、全体形状が円筒形であり、２重構造となっており、その内部に湯水を貯留するための貯湯部７６が形成されている。貯湯部７６には、複数の燃焼ガス通路７８が形成されている。燃焼ガス通路７８は、貯湯部７６を軸方向に貫通する貫通孔である。
【００８９】
燃焼部７２には、上記実施形態におけるものと同一の燃焼装置２が採用されており、本体部７１の下方に位置する燃焼空間部７５に接続されている。燃焼装置２は、ノズル収納筒７と燃焼筒８と送風機９とを有し、燃焼筒８の開口端が燃焼空間部７５側を向くように配置されている。
【００９０】
一方、本体部７１の上部には、消音器７３が設けられている。消音器７３は、内部がラビリンス構造となっており、燃焼音を低減させるものである。なお、図９において、消音器７３のラビリンス構造は図示せず省略している。
【００９１】
貯湯部７６には、上記第１実施形態の給湯装置１におけるのと同様の流水回路６０が接続されている。即ち、貯湯部７６の入水口８１には、外部から水を給水する給水回路６２が接続され、貯湯部７６の出湯口８３には、貯湯部７６において加熱された湯水が流れ出る給湯回路６１が接続されている。
【００９２】
燃焼装置２は、貯湯部７６内の湯水の温度が８０℃程度となる様に燃焼量が調整される。即ち、貯湯部７６内の湯水の温度に基づき、駆動制御装置４１およびその一部である弁制御手段４０により、インジェクター弁１０の電磁コイル３２に流す電流がデューティー比制御される。駆動制御装置４１のＣＰＵには、上記第１実施形態と同様に、開弁時間決定プログラムが入力されている。開弁時間決定プログラムは、上記第１実施形態と同様に、図７に示すフローチャートに則り、インジェクター弁１０の開閉を行う。
【００９３】
上記した給湯装置７０についても、要求燃焼量ＱがＱ_up，Ｑ_down以上である場合において、インジェクター弁１０は、ポンプ１５に印加されている交流電源の周期変動に同期して開弁されるため、燃料復路１７内の燃料の流量が脈動せずスムーズに流れる。従って、燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動が極めて小さく、燃料を安定燃焼することができる。
【００９４】
一方、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down未満である場合、インジェクター弁１０は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down以上である場合の半分の周波数で開閉する。そのため、インジェクター弁１０の開閉時に、ケーシング３０と弁体３３とが衝突するなどして発生する金属的な騒音が半減される。従って、本実施形態の燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが小さい場合であってもインジェクター弁１０の駆動に伴い発生する騒音を燃焼騒音に掻き消される程度にまで抑制することが可能である。また、上記した燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down以下である場合に限ってデューティー比制御の周期を長く取る構成であるため、要求燃焼量Ｑが変化しても常に所望の燃焼量を安定して得ることができる。
【００９５】
本実施形態の給湯装置７０は、燃焼装置２の燃料復路１７にインジェクター弁１０を設けているため、燃料の噴霧量を的確に調整し、燃焼することができる。また、燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料は、常時ほぼ一定の噴霧圧で噴霧される。そのため、燃料は、燃焼筒８内に一定のパターンで拡散し、空気と十分混合される。よって、本実施形態の給湯装置７０は、燃料を完全燃焼し、湯水を所望の温度まで的確に昇温できる。
【００９６】
また、燃焼装置２は、燃焼量にかかわらず燃焼状態が安定しており、一酸化炭素などの有害ガスや、ススなどの発生量が極めて少ない。そのため、燃焼装置２は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、燃焼駆動時に発生するススなどの堆積に伴う装置の故障もほとんどない。
【００９７】
また、燃焼装置２において、ポンプ１５の圧力は、電源の位相変化に対して瞬時にポンプ１５の圧力が変動する。そのため、本実施形態において弁制御手段４０は、交流電源のゼロクロス信号を検知すると直ちに接続端子３８にパルス信号を発信する構成とした。しかし、ポンプ１５の交流電源の周期変動と、ポンプ１５の圧力変動との間に遅延がある場合は、弁制御手段４０がゼロクロス信号を検知し、接続端子３８にパルス信号を発信するまでに一定の遅延時間を設けることが好ましい。かかる構成によれば、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動を低減することができ、燃焼駆動をより一層安定化することができる。
【００９８】
また、上記実施形態の給湯装置１，７０の燃焼装置２において、インジェクター弁１０は、燃料噴射ノズル３側から流入した燃料を、燃料復路１７の下流側に流出するものであったが、インジェクター弁１０と燃料タンク１２とを接続し、燃料タンク１２内に直接燃料を戻す構成としてもよい。
【００９９】
また、上記した各実施形態の給湯装置１，７０に採用されている燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３には噴霧開口から戻る戻り側流路を有する戻り型ノズルが採用されているが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、燃焼装置２の燃料噴射ノズル３には、内部に噴霧開口に至る往き側流路のみを有する、ノズル（以下、加圧型ノズルと称する）を採用することができる。この場合、燃料噴霧ノズル３に連結される燃料回路８０を図１０に示す。
【０１００】
燃料噴射ノズル３が加圧型ノズルである場合、燃料噴射ノズル３の燃料流入口には、燃料タンク１２、電磁弁１３およびインジェクター弁１０を直列に接続した燃料回路が連結されている。この際、インジェクター弁１０の開弁時間Ｔと燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料の量との関係は図１１に示すように指数関数的な関係を有する。燃料噴射ノズル３が加圧型ノズルである場合、駆動制御装置４１のＣＰＵに入力されている開弁時間決定プログラムは、図１２に示すテーブルＡ，Ｂに基づきインジェクター弁１０を開弁する開弁時間比Ｔを決定する。燃焼装置２を上記したような構成とした場合においても、インジェクター弁１０は、上記した実施形態と同様に噴霧制御手段４０により図７に示すフローチャートに則って制御される。
【０１０１】
燃料噴射ノズル３が加圧型ノズルである場合についても、要求燃焼量ＱがＱ_up，Ｑ_down以上である場合において、インジェクター弁１０は、ポンプ１５に印加されている交流電源の周期変動に同期して開弁されるため、燃料回路内を燃料が脈動せずスムーズに流れる。従って、燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３に供給される燃料の圧力変動が極めて小さく、燃料の噴霧状態が安定安定している。
【０１０２】
また、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down未満である場合、インジェクター弁１０は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down以上である場合の半分の周波数で開閉する。そのため、インジェクター弁１０の開閉により発生する騒音が半減される。また、上記した燃焼装置２は、要求燃焼量Ｑが境界燃焼量Ｑ_up，Ｑ_down以下である場合に限ってデューティー比制御の周期を長く取る構成であるため、要求燃焼量Ｑが変化しても所望の燃焼量を安定して得ることができる。
【０１０３】
図１０に示す燃料回路を有する燃焼装置２において、燃料噴射ノズル３には常時ほぼ一定の圧力で燃料が供給されている。そのため、燃料噴射ノズル３から噴霧される燃料は、燃焼筒８内に一定のパターンで拡散し、空気と十分混合される。よって、燃料噴射ノズル３を加圧型ノズルとした場合であっても、燃焼量にかかわらず、燃料を安定燃焼することができる。
【０１０４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、間欠開閉弁の開弁回数を減少させることにより、当該弁の開閉に伴う騒音を抑制しつつ、要求に見合った燃焼量を得ることができる。また、請求項１に記載の発明によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉によって発生する騒音を最小限に抑制できる。
【０１０５】
請求項２に記載の発明によれば、間欠開閉弁の開閉により発生する騒音を最小限に抑制しつつ、十分な発熱量を得ることができる。また、請求項２に記載の発明によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉によって発生する騒音を最小限に抑制できる。
【０１０６】
請求項３に記載の発明によれば、単位時間当たりの間欠開閉弁の開閉回数を増減することができる。間欠開閉弁の開閉回数を減少させることにより、当該弁の開閉による騒音を抑制できる。また、請求項３に記載の発明によれば、燃焼量が少ない場合に間欠開閉弁の開閉によって発生する騒音を最小限に抑制できる。
【０１０７】
請求項４に記載の発明によれば、燃料回路中を流れる燃料の脈動を抑制し、燃料を安定燃焼することができる。
【０１０８】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼量に応じて間欠開閉弁を開閉するデューティー比制御の周期を的確に調整できる。
【０１０９】
請求項６に記載の発明によれば、燃料を安定燃焼し、燃焼騒音を低減できる。
【０１１０】
請求項７に記載の発明によれば、燃焼量の多少にかかわらず、ほぼ一定の圧力およびタイミングで燃料を噴霧でき、燃料を安定燃焼することができる。
【０１１１】
請求項８乃至１０に記載の湯水加熱装置は、間欠開閉弁の開閉に伴う騒音が燃焼騒音に紛れる程度に小さい。さらに、前記湯水加熱装置によれば、湯水を幅広い温度範囲で精度よく加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である給湯装置の要部の一部を破断した正面図である。
【図２】図１に示す給湯装置が具備している燃焼装置における燃料系統を示す模式図である。
【図３】図２に示す燃焼装置が具備しているインジェクター弁の断面図である。
【図４】図２に示す燃焼装置における要求燃焼量とインジェクター弁の開弁時間比の関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）は本発明の一実施形態である燃焼装置におけるポンプに印加される電源の周期変動を示すグラフであり、同（ｂ）は同（ａ）に基づき発信されるゼロクロス信号を示すグラフである。また、同（ｃ）は同（ａ）に示す電源を整流した場合の周期変動を示すグラフであり、同（ｄ）は同（ｃ）に示す電源が印可された際におけるポンプの圧力変動を示すグラフである。同（ｅ），（ｆ）は、インジェクター弁に印可されるパルス信号を示すグラフである。
【図６】図１に示す給湯装置の配管系統を示す模式図である。
【図７】図２に示す燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。
【図８】図２に示す燃焼装置におけるインジェクター弁の開弁時間比と燃料噴射ノズルから噴霧される燃料の噴霧量の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態である給湯装置の配管系統を示す模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態である燃焼装置における燃料系統を示す模式図である。
【図１１】燃料噴射ノズルを加圧型ノズルとした場合におけるインジェクター弁の開弁時間比と、燃料噴射ノズルから噴霧される燃料の噴霧量との関係を示すグラフである。
【図１２】燃料噴射ノズルを加圧型ノズルとした場合における要求燃焼量とインジェクター弁の開弁時間比との関係を示すグラフである。
【図１３】従来の給湯装置を示す正面図である。
【図１４】従来の燃焼装置における燃料系統を示す模式図である。
【図１５】従来の燃焼装置が具備している比例弁の断面図である。
【符号の説明】
１，７０給湯装置（湯水加熱装置）
２燃焼装置
３燃料噴射ノズル（噴霧手段）
４燃焼手段
５熱交換器
１０インジェクター弁
１１燃料往路
１７燃料復路
３３弁体
４０噴霧制御手段
７６貯湯部
７８燃焼ガス通路
８０燃料回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a combustion device and a hot water heater provided with the combustion device.
[0002]
[Prior art]
  2. Description of the Related Art Conventionally, a hot water heating apparatus represented by a hot water supply apparatus or the like has frequently used a combustion apparatus that sprays and burns liquid fuel such as petroleum. FIG. 13 is a cross-sectional view of a hot water supply device incorporating a combustion device for spraying and burning fuel. In FIG. 13, 100 is a hot water supply device, and 101 is a combustion device. A combustion apparatus 101 shown in FIG. 13 has a combustion case 102, and a heat exchanger 103 is provided below the combustion case 102. The heat exchanger 103 has a water tube inserted through the combustion case 102.
[0003]
  The combustion apparatus 101 includes a fuel injection nozzle 105, a nozzle storage cylinder 106, a combustion cylinder 107, and a blower 108. The fuel injection nozzle 105 is housed in the nozzle housing tube 106 and sprays fuel supplied from the outside into the combustion tube 107.
[0004]
  FIG. 14 is a conceptual diagram showing a fuel system in the combustion apparatus 101. The fuel injection nozzle 105 has a spray opening for spraying fuel, and is provided with a forward flow path leading to the spray opening and a return flow path returning from the spray opening. A first pump 110 and a second pump 111 are connected in series on the inlet side of the fuel injection nozzle 105, and are connected to the fuel tank 113 via an electromagnetic valve 112. Here, the first pump 110 is an electromagnetic pump whose discharge amount can be arbitrarily changed, and the second pump 111 is a constant differential pressure pump. On the other hand, a check valve 115 and a proportional valve 116 are connected in series on the return side of the fuel injection nozzle 105 and are connected upstream of the first pump 110 in the forward flow path.
[0005]
  FIG. 15 is a schematic diagram of the proportional valve 116 employed in the conventional combustion apparatus 101. In the proportional valve 116, a fuel flow path 121 is formed in the casing 120. An accumulator 124 is attached to and integrated with the casing 120 in order to buffer the pressure of fuel flowing in the return-side flow path. A fuel inlet 122 to which a check valve 115 is connected and a fuel outlet 123 through which fuel flows out are formed at the end of the fuel passage 121, and a valve seat 125 is provided in the middle of the fuel passage 121. Is provided. A spherical valve body 126 is disposed in the valve seat 125 so as to be freely contacted and separated. A plunger 127 is disposed at a position where it abuts on the valve body 126. A coil 128 is provided around the plunger 127. When the coil 128 is energized, the plunger 127 moves forward and backward on the axis of the casing 120 and pushes and moves the valve body 126.
[0006]
  When the valve body 126 is pushed and moved by the plunger 127, the flow path area of the fuel flow path 121 changes, and the flow rate of the fuel flowing out from the fuel inlet 122 to the fuel outlet 123 changes. Therefore, the proportional valve 116 can adjust the flow rate of the fuel flowing through the return side flow path by changing the power flowing through the coil 128 by the power adjusting means (not shown).
[0007]
  In the conventional combustion apparatus 101, the fuel supplied from the fuel tank 113 is pressurized by the first pump 110 and supplied to the suction side of the second pump 111. The fuel is further pressurized by the second pump 111 and flows into the fuel injection nozzle 105.
[0008]
  The pressurized and high-pressure fuel reaches the spray opening at the tip of the fuel injection nozzle 105, a part of which is opened to the outside and sprayed in the form of a mist. The remaining fuel that has been supplied to the fuel injection nozzle 105 but not sprayed passes through the check valve 115 and flows into the fuel inlet 122 of the proportional valve 116. The fuel that has flowed into the proportional valve 116 from the fuel inlet 122 is returned to the upstream side of the forward flow path at a flow rate corresponding to the amount of current flowing through the coil 128.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
  In the conventional combustion apparatus 101, the fuel spray amount sprayed from the fuel spray nozzle 105 is adjusted by adjusting the fuel flow rate returned from the proportional valve 116 to the forward flow path. That is, the conventional combustion apparatus 101 adjusts the opening degree of the valve body 126 and adjusts the fuel spray amount by applying predetermined power to the coil 128 of the proportional valve 116 according to the required combustion amount. Was.
[0010]
  When the combustion apparatus 101 is driven to burn, the temperature of the proportional valve 116 gradually changes due to a change in ambient temperature, and the temperature of the coil 128 in the casing 120 also changes. The resistance value of the coil 128 increases / decreases due to a temperature change. Therefore, when the temperature of the coil 128 is unstable, the amount of current flowing through the coil 128 becomes unstable, and it is difficult to adjust the flow rate of the fuel flowing through the return flow path. Therefore, it is difficult for the conventional combustion apparatus 101 to accurately adjust the fuel spray amount and stabilize the combustion state, and it is necessary to separately provide a constant current circuit in order to stabilize the supply current amount.
[0011]
  The proportional valve 116 finely adjusts the gap between the valve body 126 and the fuel flow path 121 by advancing and retracting the plunger 127 to adjust the fuel flow rate. Therefore, the flow rate of the fuel in the proportional valve 116 changes greatly due to mechanical variations such as the shape of the fuel flow path 121 and the valve body 126. Therefore, in the conventional combustion apparatus 101, in order to stably burn the fuel, it is necessary to separately provide an adjustment means for adjusting the mechanical variation in the power adjustment means connected to the coil 128.
[0012]
  Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present inventors conducted an experiment by adopting an injector valve 10 as shown in FIG. 3 as a fuel flow control valve. Here, the indicator valve 10 can open and close the valve body 33 intermittently in a very short time. More specifically, the injector valve 10 includes an actuator 31, an electromagnetic coil 32, and a valve body 33 inside the casing 30. In the injector valve 10, when a current flows through the electromagnetic coil 32, the actuator 31 is driven and the valve body 33 is opened.
[0013]
  If the above-described injector valve 10 is used as a flow control valve, the combustion amount can be adjusted with higher accuracy than when a proportional valve or the like is employed as the flow control valve. However, when the injector valve 10 is employed, noise associated with opening and closing of the valve body 33 is generated when the combustion device 101 is driven to burn. When the combustion amount of the combustion device 101 is large, this noise is canceled out by the combustion noise, but when the combustion amount of the combustion device 101 is small, the noise accompanying opening and closing of the injector valve 10 is conspicuous. The noise generated when the injector valve 10 is opened and closed is a metallic and annoying noise generated by the collision between the valve element 33 and the casing 30, which gives the user an unpleasant feeling.
[0014]
  In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a combustion apparatus that can accurately adjust the amount of fuel spray and that generates less noise during combustion drive, and a hot water heater equipped with the combustion apparatus.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  Accordingly, the invention according to claim 1 provided to solve the above-described problem has a spray means for spraying fuel and a fuel circuit through which fuel flows, and the fuel is sprayed in the middle of the fuel circuit. In the combustion apparatus provided with a fuel pump to be sent to the means, an intermittent on-off valve that can be periodically opened and closed is provided in the middle of the fuel circuit, and the intermittent on-off valve is opened and closed by duty ratio control,The duty ratio control cycle for opening and closing the intermittent on-off valve when the combustion amount is small is longer than the cycle of the duty ratio control when the combustion amount is largeIt is a combustion device.
[0016]
  According to such a configuration, it is possible to vary the number of opening times of the intermittent on-off valve per unit time according to the combustion amount. On the other hand, in the combustion apparatus of the present invention, the intermittent on-off valve is duty ratio controlled, and even if the cycle of duty ratio control varies, the amount of fuel sprayed and burned per unit time does not vary greatly. Therefore, according to the above configuration, it is possible to vary the number of times the intermittent on-off valve is opened while keeping the combustion amount substantially constant. That is, according to the above-described configuration, it is possible to reduce noise generated when the intermittent opening / closing valve is opened / closed by reducing the number of times the intermittent opening / closing valve is opened.
[0017]
  Moreover, the combustion apparatus of this invention adjusts the quantity of the fuel sprayed from a spraying means by opening and closing an intermittent on-off valve, and changing the flow volume of the fuel which flows through the inside of a fuel circuit. The intermittent on-off valve employed in the combustion device changes the flow rate of fuel per unit time by opening and closing the valve body, and the flow rate is extremely stable. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can accurately adjust the amount of fuel sprayed from the spraying means, and can spray the amount of fuel according to the required combustion amount and complete combustion. Therefore, the combustion apparatus of the present invention has high energy efficiency.
[0018]
  In the combustion apparatus of the present invention, the cycle of opening and closing the intermittent on-off valve when the combustion amount is small is longer than when the combustion amount is large. That is, when the combustion amount is small, the frequency of opening and closing the intermittent on-off valve is smaller than when the combustion amount is large. Therefore, according to the configuration described above, noise can be suppressed by reducing the number of times the intermittent on-off valve is opened and closed when the combustion amount is small.
[0019]
  Further, since the combustion state of the combustion apparatus of the present invention is stable, it is possible to minimize the generation amount of toxic gases such as carbon monoxide and soot due to incomplete combustion of fuel. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can be driven in harmony with the environment, and there are few failures of the combustion apparatus due to soot accumulation.
[0020]
  The invention according to claim 2 is a combustion apparatus comprising a spray means for spraying fuel and a fuel circuit through which the fuel flows, and provided with a fuel pump for sending fuel to the spray means in the middle of the fuel circuit. An intermittent on-off valve that can be periodically opened and closed is provided on the upstream side of the spraying means in the middle of the fuel circuit, and the intermittent on-off valve is opened and closed by duty ratio control,The duty ratio control cycle for opening and closing the intermittent on-off valve when the combustion amount is small is longer than the cycle of the duty ratio control when the combustion amount is largeIt is a combustion device.
[0021]
  The intermittent on-off valve employed in the combustion apparatus of the present invention can vary the duty ratio control cycle according to the amount of combustion, and can vary the number of times the intermittent on-off valve is opened per unit time. In the intermittent on-off valve, the amount of fuel sprayed per unit time hardly fluctuates even if the duty ratio control cycle fluctuates, and is almost constant. Therefore, according to the above-described configuration, it is possible to increase or decrease the number of times the intermittent on-off valve is opened while keeping the fuel spray amount substantially constant. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can suppress the noise generated when the intermittent on-off valve is opened and closed to a minimum by reducing the number of times the intermittent on-off valve is opened.
[0022]
  Further, the intermittent on-off valve has a very stable flow rate of fuel flowing out when the valve is opened. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can accurately adjust the amount of fuel supplied to the spraying means, and can spray the amount of fuel corresponding to the required amount of combustion and complete combustion.
[0023]
  In the combustion apparatus of the present invention, the cycle of opening and closing the intermittent on-off valve when the combustion amount is small is longer than when the combustion amount is large. That is, when the combustion amount is small, the frequency of opening and closing the intermittent on-off valve is smaller than when the combustion amount is large. Therefore, according to the configuration described above, noise can be suppressed by reducing the number of times the intermittent on-off valve is opened and closed when the combustion amount is small.
[0024]
  Moreover, since the combustion state of the combustion apparatus of the present invention is stable, the generation amount of toxic gas such as carbon monoxide and soot due to incomplete combustion of fuel is extremely reduced. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can be driven in harmony with the environment, and there are few failures of the combustion apparatus due to soot accumulation.
[0025]
  According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel pump that has a spraying means for spraying fuel and a fuel forward path for supplying fuel to the spraying means, and sends fuel to the spraying means in the middle of the fuel forward path. In the combustion apparatus, the spray means is a return type nozzle having a spray opening for spraying fuel, and having a forward flow path leading to the spray opening and a return flow path returning from the spray opening. A fuel return path is connected to the means for returning a part of the fuel supplied from the fuel forward path to the spraying means to the upstream side of the fuel pump provided in the fuel forward path via the return side flow path. In the middle of the fuel return path, an intermittent on-off valve that can be periodically opened and closed is provided, and the intermittent on-off valve is opened and closed by duty ratio control.The duty ratio control cycle for opening and closing the intermittent on-off valve when the combustion amount is small is longer than the cycle of the duty ratio control when the combustion amount is largeIt is a combustion device.
[0026]
  The intermittent on-off valve provided in the combustion apparatus of the present invention can vary the number of times the intermittent on-off valve is opened per unit time according to the amount of combustion. On the other hand, the intermittent on-off valve has a substantially constant amount of fuel sprayed per unit time even if the cycle of duty ratio control varies. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can increase / decrease the number of times the intermittent on-off valve is opened while spraying a predetermined amount of fuel. Therefore, the combustion apparatus of this invention can suppress the noise which generate | occur | produces at the time of opening / closing of an intermittent on-off valve to the minimum if the number of times of opening of an intermittent on-off valve is decreased.
[0027]
  The combustion apparatus of the present invention adjusts the amount of fuel sprayed from the spraying means by opening and closing the intermittent on-off valve and changing the flow rate of fuel flowing in the fuel return path. The intermittent on-off valve employed in the combustion device changes the flow rate of fuel per unit time by opening and closing the valve body. For this reason, the flow rate of the fuel flowing in the fuel return path when the valve element is opened is always stable regardless of the temperature of the intermittent on-off valve and the vicinity thereof. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can accurately adjust the amount of fuel sprayed from the spraying means, and can spray a precise amount of fuel with respect to the required amount of combustion and complete combustion.
[0028]
  In the combustion apparatus of the present invention, the cycle of opening and closing the intermittent on-off valve when the combustion amount is small is longer than when the combustion amount is large. That is, when the combustion amount is small, the frequency of opening and closing the intermittent on-off valve is smaller than when the combustion amount is large. Therefore, according to the configuration described above, noise can be suppressed by reducing the number of times the intermittent on-off valve is opened and closed when the combustion amount is small.
[0029]
  Further, since the combustion state of the combustion apparatus of the present invention is stable, it is possible to minimize the generation amount of toxic gases such as carbon monoxide and soot due to incomplete combustion of fuel. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can be driven in harmony with the environment, and there are few failures of the combustion apparatus due to soot accumulation.
[0030]
  According to a fourth aspect of the present invention, there is provided valve control means for intermittently or periodically opening and closing the intermittent on-off valve, and the valve control means controls the timing at which the intermittent on-off valve is opened and closed per unit time. The combustion apparatus according to claim 1, wherein the flow rate of the fuel is changed.
[0031]
  According to such a configuration, the pulsation of the fuel flowing in the fuel circuit can be suppressed by controlling the opening / closing timing of the intermittent opening / closing valve by the valve control means. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can spray fuel smoothly from the spraying means and perform stable combustion. For this reason, the combustion apparatus of the present invention generates a small amount of combustion noise that accompanies combustion driving.
[0032]
  Moreover, since the combustion state of the present invention is stable, the generation of toxic gases such as carbon monoxide and soot due to incomplete combustion of fuel and soot can be minimized. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can be driven in harmony with the environment, and there are few failures of the combustion apparatus due to soot accumulation.
[0033]
  According to a fifth aspect of the present invention, the valve control means has a plurality of valve opening / closing time tables according to the amount of combustion, and the cycle of duty ratio control for opening / closing the intermittent opening / closing valve differs depending on the valve opening / closing time table. A combustion apparatus according to any one of claims 1 to 4.
[0034]
  According to such a configuration, it is possible to accurately adjust the cycle of duty ratio control in which the valve control means opens and closes the intermittent open / close valve according to the combustion amount.
[0035]
  Claim6According to the invention described in item 4, the valve control means opens and closes the valve body based on the timing of the zero cross signal of the AC power source that drives the fuel pump.Or 5It is a combustion apparatus as described in above.
[0036]
  According to such a configuration, the valve body can be opened and closed at a constant period synchronized with the AC power supply of the pump, so that the pressure fluctuation of the fuel supplied to the spraying means is minimized. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can always spray fuel at a substantially constant pressure and timing. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can stably burn the fuel and can suppress the combustion noise to the minimum.
[0037]
  In the combustion apparatus of the present invention, the fuel sprayed from the spraying means is sprayed at a substantially constant spray pressure regardless of the combustion amount. The fuel sprayed from the spraying means is diffused in a substantially constant pattern regardless of the spray amount and mixed with air. Therefore, in the combustion apparatus of the present invention, the mixed state of fuel and air is substantially constant regardless of the amount of fuel spray, and the fuel can be stably burned.
[0038]
  Since the combustion apparatus of the present invention has a stable combustion drive regardless of the combustion amount, the generation amount of harmful gases such as carbon monoxide and soot is extremely small. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can perform combustion driving in harmony with the environment, and can suppress a failure of the apparatus accompanying accumulation of soot or the like to a minimum.
[0039]
  Claim7The invention according to claim 4 is characterized in that when the valve control means detects a zero cross signal of an AC power source for driving the fuel pump, the valve body is opened.Or 5It is a combustion apparatus as described in above.
[0040]
  According to this configuration, it is possible to minimize fuel pressure fluctuations caused by the fuel pump. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can spray fuel at a substantially constant pressure and timing regardless of the amount of combustion. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can stably burn the fuel and can suppress the generation of combustion noise to the minimum.
[0041]
  In the combustion apparatus of the present invention, the fuel is sprayed at a substantially constant spray pressure regardless of the spray amount, and diffuses in a substantially constant pattern. Therefore, the mixed state of fuel and air is always constant, and the fuel can be stably burned. Furthermore, since the combustion apparatus of the present invention has a stable combustion drive regardless of the combustion amount, the generation amount of harmful gas such as carbon monoxide and soot is extremely small.
[0042]
  Claim8In the hot water heater which has a combustion part and a heat exchange part which heats water, sends combustion gas generated in the combustion part to the heat exchange part, and heats water in the heat exchange part, the combustion part Claims 1 to7A hot water heating apparatus comprising the combustion apparatus according to any one of the above.
[0043]
  The above-described combustion apparatus is capable of stable combustion driving regardless of the required amount of combustion, and can release heat energy corresponding to the required amount of combustion. That is, the above-described combustion apparatus can accurately apply heat energy to the heat exchange unit as required even when the amount of combustion changes. Therefore, the hot water heater of the present invention provided with such a combustion device has a wide combustible range in the combustion section, and can accurately heat hot water in a wide temperature range.
[0044]
  Further, the above-described combustion apparatus has a small noise generated from the intermittent on-off valve when the combustion amount is small, and is lost in the combustion noise. Therefore, in the combustion apparatus of the present invention, even when the combustion amount is small and the combustion noise is small, the noise generated when the intermittent on-off valve opens and closes is not noticeable. Therefore, even if the amount of combustion in the combustion apparatus is small, the hot and cold water heating apparatus of the present invention does not make annoying noise due to the driving of the intermittent on-off valve.
[0045]
  Further, the above-described combustion apparatus can be driven stably regardless of the required amount of combustion, and can release heat energy corresponding to the required amount of combustion. That is, the above-described combustion apparatus can accurately apply heat energy to the heat exchange unit as required even when the amount of combustion changes. Therefore, the hot water heating apparatus of the present invention provided with the above-described combustion device has a wide combustible range in the combustion section, and can accurately heat hot water in a wide temperature range.
[0046]
  Further, the hot water heater described above has a combustion case, the combustion device is attached to the combustion case, and a water pipe is inserted into the combustion case to constitute a heat exchange part. May be. (Claims9)
[0047]
  Further, the hot water heating apparatus described above has a hot water storage part in which water is stored and a combustion gas passage part that penetrates the hot water storage part, and introduces the combustion gas generated in the combustion part into the combustion gas passage part so that the water in the hot water storage part It can also be characterized by heating. (Claims10)
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, a hot water supply apparatus (hot water heater) and a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. Drawing 1 is a front view which fractured a part of important section of a hot-water supply device of this embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing a fuel system in the combustion apparatus of the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of an injector valve provided in the combustion apparatus of the present embodiment.
[0049]
  In FIG. 1, 1 is a hot water supply apparatus (hot water heating apparatus) of this embodiment, and 2 is a combustion apparatus used for the hot water supply apparatus 1 of this embodiment. 3 is a fuel injection nozzle employed in the combustion apparatus 2 of the present embodiment. The hot water supply apparatus 1 of the present embodiment has a combustion case 4 and a heat exchanger 5 provided below the combustion case 4. In the heat exchanger 5, a water pipe is inserted into the combustion case 4. Like the conventional combustion apparatus 101, the combustion apparatus 2 of the present embodiment includes a nozzle storage cylinder 7 whose end is opened inside the air case 6, and a combustion cylinder 8 connected to the end of the nozzle storage cylinder 7. It has. A blower 9 that sends air into the combustion cylinder 8 is connected to the air case 6.
[0050]
  The combustion apparatus 2 of the present embodiment is greatly different in that the injector valve 10 is employed instead of the proportional valve 116 provided in the fuel system of the conventional combustion apparatus 101. The combustion apparatus 2 of this embodiment is connected to a fuel system as shown in FIG. The fuel injection nozzle 3 housed in the nozzle housing cylinder 7 of the combustion device 2 has a spray opening for spraying fuel. The fuel injection nozzle 3 has an outward flow path that reaches the spray opening and a return flow path that returns from the spray opening.
[0051]
  The fuel system connected to the fuel injection nozzle 3 is substantially the same as the fuel system employed in the conventional combustion apparatus 101. That is, the fuel forward path 11 is connected to the entrance side of the fuel injection nozzle 3. The fuel forward path 11 is a fuel tank 12, a solenoid valve 13, and a pump 15 connected in series. On the other hand, the return side of the fuel injection nozzle 3 is connected with a fuel return path 17 for returning the fuel remaining without being sprayed to the fuel forward path 11. The fuel return path 17 is formed by connecting a check valve 18, an accumulator 20, and an injector valve 10 in series. The accumulator 20 buffers the pressure of the fuel flowing through the fuel return path 17. The fuel return path 17 is connected between the solenoid valve 13 and the pump 15 in the fuel forward path 11.
[0052]
  The combustion device 2 of this embodiment includes an injector valve 10 as shown in FIG. 3 and has a function of opening and closing intermittently in a very short time. The injector valve 10 includes an actuator 31 in the casing 30, an electromagnetic coil 32 for driving the actuator 31, and a valve body 33 that is linked to the actuator 31. At both ends of the casing 30, a fuel inlet 35 for supplying fuel into the casing 30 and a fuel outlet 36 for flowing out the fuel are provided. In addition, a fuel flow path 37 through which the fuel flowing in from the fuel inflow port 35 circulates is provided inside the casing 30.
[0053]
  A connection terminal 38 is provided in the casing 30. The connection terminal 38 is connected to the electromagnetic coil 32, and when a current is supplied to the connection terminal 38, the electromagnetic coil 32 is excited. As a result, the actuator 31 in the casing 30 is driven, and the valve element 33 is opened in conjunction with the actuator 31. That is, in the fuel injection nozzle 3 employed in the present embodiment, the valve body 33 is opened while the current is supplied to the connection terminal 38, and the valve body 33 is closed when the current is stopped. The valve body 33 reacts very sensitively and opens and closes instantaneously.
[0054]
  The connection terminal 38 is connected to a valve control means 40 for controlling the opening and closing of the valve element 33 as shown in FIG. The valve control means 40 controls the opening and closing of the valve body 33 by controlling the opening and closing cycle L of the valve body 33 and the valve opening time in the opening and closing cycle, thereby controlling the amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle 3. adjust. That is, the valve control means 40 determines the ratio of the valve opening / closing cycle L to the valve opening time (open / close) in the opening / closing cycle L according to the combustion amount required for the combustion device 2 (hereinafter referred to as the required combustion amount Q). The fuel spray amount is adjusted by controlling the time ratio T). More specifically, the valve control means 40 includes:
By increasing the valve opening time ratio T and keeping the valve element 33 open longer, the flow rate of fuel in the fuel return path 17 is increased, and the amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle 3 is decreased. Conversely, the valve control means 40 reduces the valve opening time ratio T to relatively shorten the time during which the valve element 33 is open, and increases the amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle 3.
[0055]
  The correlation between the required combustion amount Q and the valve opening time ratio T of the injector valve 10 as shown in FIG. 4 is input to the valve control means 40 as tables A and B. Table A shows that the required combustion amount Q is a predetermined combustion region (hereinafter, boundary combustion region Q_fThe table B is applied when the combustion amount is equal to or greater than a predetermined combustion amount (hereinafter referred to as boundary combustion amount), and the table B is applied when the required combustion amount Q is less than the boundary combustion amount. It is a table.
[0056]
  In the combustion apparatus 2 of the present embodiment, the boundary combustion amount differs between the case where the required combustion amount Q is in an increasing tendency and the case where it is in a decreasing tendency. That is, the combustion apparatus 2 of the present embodiment has a certain hysteresis between the required combustion amount Q and the valve opening time T. More specifically, in the combustion apparatus 2 of the present embodiment, the boundary combustion amount Q when the required combustion amount Q tends to increase._upIs the above-mentioned boundary combustion region Q_fBoundary combustion amount Q when the required combustion amount Q tends to decrease_downIs the boundary combustion region Q_fThe lower limit is set.
[0057]
  Opening / closing cycle L of the valve body 33 in the table A_AIs the opening / closing cycle L of the valve element 33 in the table B_BShorter than More specifically, the opening / closing cycle L of the valve element 33 in the table A_AIs the opening / closing cycle L of the valve element 33 in the table B_BHalf of that. The valve control means 40 selects the table A or the table B according to the required combustion amount Q and determines the valve opening time ratio T.
[0058]
  The valve control means 40 supplies a pulse current synchronized with the power supply of the pump 15 to the electromagnetic coil 32 to open and close the injector valve 10. Hereinafter, a pulse current transmitted from the valve control means 40 will be described.
[0059]
  As shown in FIG. 5A, the pump 15 is supplied with AC power whose phase changes at a constant cycle, and this AC power is applied after being rectified as shown in FIG. 5C. Therefore, the pressure at which the pump 15 delivers the fuel changes at a constant cycle following the phase change of the power source applied to the pump 15 as shown in FIG. The valve control means 40 detects a point where the current of the AC power supply applied to the pump 15 becomes zero, and detects a zero cross signal as shown in FIG.
[0060]
  The valve control means 40 selects the table A or B according to the required combustion amount of the combustion device 2. Required combustion amount Q is boundary combustion amount Q_up, Q_downIn the above case, the valve control means 40 selects the table A, and the time L corresponding to one cycle of the AC power supply_AIs recognized as one cycle of the duty ratio control. The valve control means 40 is_AAnd the pulse transmission time t based on the valve opening time ratio T_ATo decide. More specifically, the valve control means 40 performs the time L_AAnd the valve opening time ratio T are multiplied by the pulse transmission time t_ATo decide. As shown in FIG. 5 (e), the valve control means 40 detects the pulse transmission time t from the rising edge of the zero cross signal._AOnly send a pulse signal.
[0061]
  On the other hand, the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q_up, Q_downIf it is less, the valve control means 40 selects the table B, and the time L corresponding to two cycles of the AC power supply_BIs recognized as one cycle of the duty ratio control. The valve control means 40 is_BAnd the pulse transmission time t based on the valve opening time ratio T_BTo decide. More specifically, the valve control means 40 performs the time L_AAnd the valve opening time ratio T are multiplied by the pulse transmission time t_ATo decide. And the valve control means 40 is time L_BThe pulse transmission time t from the rise of the first pulse signal_BOnly send a pulse signal.
[0062]
  As described above, in the injector valve 10 employed in the present embodiment, the valve body 33 is opened while the current is supplied to the connection terminal 38, and the valve body 33 is closed when the current is stopped. Accordingly, the valve body 33 is instantaneously opened when the pulse supplied to the connection terminal 38 is ON, and the valve body 33 is instantaneously closed when the pulse is OFF.
[0063]
  The injector valve 10 is duty ratio controlled by the valve control means 40 in accordance with the required combustion amount Q. That is, the valve opening time ratio T changes according to the required combustion amount Q, and the time during which the valve 33 is open changes. More specifically, when the required amount of combustion is small, the ON time per pulse cycle is long, and the valve element 33 is open for a long time. Conversely, when the required amount of combustion is large, the OFF time per pulse period is long, and the time during which the valve element 33 is closed is relatively long. The injector valve 10 employed in the present embodiment intermittently discharges the fuel in this way, and adjusts the amount of fuel flowing through the fuel forward path 11 by controlling the intermittent timing.
[0064]
  In the combustion apparatus 2 of the present embodiment, the fuel spray nozzle 3 is supplied with fuel pressurized by the pump 15. Here, the pump 15 always applies a constant discharge pressure regardless of the fuel flow rate. Therefore, in the combustion apparatus 2, a constant pressure is always acting on the valve body 33 of the injector valve 10.
[0065]
  When a pulse current flows through the connection terminal 38, the valve element 33 opens and the fuel flows out from the fuel outlet 36. As described above, since a constant pressure is always applied to the valve body 33 regardless of the fuel injection amount, a pulse current flows to the connection terminal 38 and the fuel outlet port is opened when the valve body 33 is opened. The pressure of the fuel flowing out from 36 is always constant. Therefore, when the pulse current supplied to the connection terminal 38 is turned on, a constant amount (per unit time) of fuel is always discharged at a constant pressure. Therefore, the flow rate of the fuel flowing out from the injector valve 10 can be adjusted by the length of time during which the valve element 33 is open, that is, the valve opening time ratio T. Therefore, the amount of fuel outflow from the injector valve 10 can be adjusted by the duty ratio control by the valve control means 40.
[0066]
  The fuel spray nozzle 3 described above is housed in a nozzle housing cylinder 7 similar to the conventional combustion apparatus 101 as shown in FIG. The nozzle housing cylinder 7 has a double structure of a nozzle housing inner cylinder 50 that directly houses the fuel injection nozzle 3 and a nozzle housing outer cylinder 51 provided outside thereof. The nozzle housing inner cylinder 50 houses therein the fuel spray nozzle 3 and a spark plug 52 for igniting the fuel sprayed from the fuel spray nozzle 3. The nozzle storage cylinder 7 is connected to and integrated with the combustion cylinder 8. An air introduction hole (not shown) for introducing air into the combustion cylinder 8 is provided on the side surfaces of the nozzle storage inner cylinder 50 and the nozzle storage outer cylinder 51.
[0067]
  The combustion cylinder 8 is a two-stage cylinder as shown in FIG. 1, and is connected to the first combustion cylinder 53 connected to the nozzle housing cylinder 7 and the first combustion cylinder 53. The second combustion cylinder 55 has a large diameter. A plurality of air inlets 56 for introducing air into the combustion cylinder 6 are provided in the periphery of the first combustion cylinder 53. Similarly, a plurality of air introduction ports 57 for introducing air into the combustion cylinder 6 are also provided in the peripheral portion of the second combustion cylinder 55. A fuel diffusion member 58 for promoting the stirring of the fuel in the combustion cylinder 8 is attached below the second combustion cylinder 55.
[0068]
  The fuel sprayed from the fuel spray nozzle 3 diffuses in a predetermined pattern in the combustion cylinder 8 and the combustion case 4 and then burns to generate high-temperature combustion gas. The combustion gas exchanges heat in the heat exchanger 5 disposed below the combustion case 4 and heats the water in the heat exchanger 5.
[0069]
  As shown in FIG. 6, a flowing water circuit 60 is connected to the heat exchanger 5. The flowing water circuit 60 is a so-called hot water supply circuit that is connected to a currant or the like and discharges hot water to the outside. The flowing water circuit 60 includes a water supply circuit 61 that supplies water to the heat exchanger 5 from the outside, a hot water supply circuit 62 through which hot water heated in the heat exchanger 5 flows, and a bypass circuit 63 branched from the water supply circuit 61. However, hot water is supplied to the outside as required. Then, the amount of cold water flowing through the bypass circuit 63 and the amount of hot hot water flowing through the hot water supply circuit 20 are adjusted by the bypass water amount adjustment valve 65, and the temperature of the hot water is adjusted by mixing these hot water and water. Further, a water amount adjustment valve 66 and a hot water sensor 67 are provided downstream of the mixed portion of the hot water supply circuit 62 and the bypass circuit 63. The temperature detected by the hot water sensor 67 is fed back to the bypass water amount adjustment valve 65 and the like, and the total water amount is adjusted by the water amount adjustment valve 66. The water supply circuit 61 is provided with a water amount sensor 68 and a temperature sensor 69, and the amount of combustion in the combustion device 2 is adjusted so that the temperature of the hot water becomes about 80 ° C.
[0070]
  Then, the drive control part of the hot water supply apparatus 1 and the combustion apparatus 2 of this embodiment is demonstrated. In the combustion apparatus 2 of the present embodiment, the amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle 3 is adjusted by the valve control means 40, and the combustion amount is adjusted. The valve control means 40 is a part of a drive control device 41 that performs drive control of the hot water supply device 1. The drive control device 41 is configured around a CPU, and all the electrical devices of the above-described piping circuit are directly or indirectly connected to the CPU via a relay or the like. The CPU of the drive control device 41 determines the time (per predetermined time) for opening the injector valve 10 of the combustion device 2 from the amount of heat (required combustion amount Q) required to heat the water in the heat exchanger 5. A valve opening time determination program is input. That is, the valve opening time determination program determines the valve opening time ratio T for opening the injector valve 10 based on the tables A and B which are correlations between the required combustion amount Q and the valve opening time ratio T shown in FIG. To do. Further, the drive control device 41 has a valve opening time t of the injector valve 10 determined based on the valve opening time ratio T._A, T_BA valve opening time timer 45 that counts the time is incorporated.
[0071]
  Then, operation | movement of the hot water supply apparatus 1 and the combustion apparatus 2 of this embodiment is demonstrated. FIG. 7 is a flowchart showing a method for controlling the injector valve 10 by the valve control means 40 in the combustion apparatus 2 of the present embodiment. When the hot water supply device 1 starts operation, in step 1, based on the required hot water temperature, the amount of heat (required combustion amount Q required for heating the hot water in the heat exchanger 5 to a desired temperature by the drive control device 41). ) Is calculated. When the required combustion amount Q is determined, the control flow proceeds to step 2 where the required combustion amount Q is equal to the boundary combustion region Q._fIt is detected whether or not there is an upward trend. In step 2, the required combustion amount Q is changed to the boundary combustion region Q._fIf it is determined that there is an upward trend, the control flow proceeds to step 3.
[0072]
  In step 3, the valve control means 40 determines that the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q._upIt is determined whether or not this is the case. Here, the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q_upIf so, the control flow proceeds to step 4. In step 4, the valve control means 40 creates a flag that the output pattern of the combustion device 2 is the A pattern, and shifts the control flow to step 5. In step 5, the valve control means 40 determines the valve opening time t based on the required combustion amount Q and the table A previously input to the valve control means 40._AAnd the control flow proceeds to step 6.
[0073]
  On the other hand, in step 3, the required combustion amount Q is changed to the boundary combustion amount Q._upIf not, the control flow moves to step 4 '. In step 4 ', the valve control means 40 creates a flag that the output pattern of the combustion device 2 is the B pattern, and the control flow proceeds to step 5'. In step 5 ′, the valve control means 40 determines the valve opening time t based on the required combustion amount Q and the table B._BAnd the control flow proceeds to step 6.
[0074]
  In step 6, the valve control means 40 determines whether or not the output pattern of the combustion device 2 is the A pattern. Here, when the output pattern is the A pattern, the control flow proceeds to step 7, and when the output pattern is the B pattern, the control flow proceeds to step 6 ′. In step 6 ′, when the valve control means 40 detects the zero cross signal, the control flow proceeds to step 7. On the other hand, if the valve control means 40 does not detect the zero cross signal, the control flow proceeds to step 9.
[0075]
  In step 7, when the valve control means 40 detects the zero cross signal, the control flow moves to step 8, and the valve opening time timer 45 sets the pulse transmission time corresponding to the required combustion amount Q. That is, when the output pattern is A pattern, the pulse transmission time is t_AWhen the output pattern is B pattern, the pulse transmission time is t_BSet to On the other hand, if the zero cross signal is not detected in step 7, the control flow proceeds to step 9.
[0076]
  When the valve opening time is set in the valve opening time timer 45 in step 8, the control flow proceeds to step 9, and the predetermined valve opening time t is reached._AOr t_BThe countdown starts from. When the countdown of the valve opening time starts, in step 10, the valve opening time t_A, T_BThe remaining time of is confirmed. In step 10, the valve opening time t_A, T_BIs left, a valve opening command is issued from the drive control device 41 to the valve control means 40 in step 11. The valve control means 40 transmits a pulse signal to the electromagnetic coil 32 of the injector valve 10 based on the valve opening command to open the valve body 33, and the control flow returns to step 1. On the other hand, in step 10, the valve opening time t_A, T_BIf is zero, the control flow proceeds to step 11 '. In step 11 ′, the drive control device 41 stops the valve opening command to the valve control means 40, closes the valve body 33, and the control flow returns to step 1.
[0077]
  In the control flow described above, in step 2, the required combustion amount Q is changed to the boundary combustion region Q._fIf it is determined that the control flow is decreasing, the control flow is substantially the same as the control flow after step 3 described above. That is, when the required combustion amount Q tends to decrease, the required combustion amount Q becomes the boundary combustion amount Q in step 3._downIs different from the control flow described above only in that it is compared. Since the control flow when the required combustion amount Q tends to decrease is substantially the same as the control flow after step 3 described above, illustration and detailed description are omitted.
[0078]
  Further, in step 2 of the control flow described above, the required combustion amount Q becomes the boundary combustion amount Q._fOtherwise, the valve control means 40 proceeds to step 4 or 4 '. That is, the required combustion amount Q_fBoundary combustion amount Q_upIf so, the control flow proceeds to step 4. Conversely, required combustion amount Q_fBoundary combustion amount Q_downIf it is, the control flow moves to step 4 '. Since the control flow after Steps 4 and 4 'is the same as the control flow described above, illustration and detailed description thereof will be omitted.
[0079]
  In the control flow described above, when the output pattern is the A pattern, that is, the required combustion amount Q is Q._up, Q_downIn the case described above, the valve control means 40 is configured such that one cycle of the duty ratio control for controlling the opening and closing of the valve element 33 corresponds to one cycle of the alternating current._AIt becomes. That is, the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q_up, Q_downIn the above case, the injector valve 10 opens and closes at the same frequency as the AC power supply. In this case, the valve control means 40 determines the valve opening time t based on the required combustion amount Q and the valve opening time ratio T calculated from the table A._ATo decide. In the present embodiment, the injector valve 10 is opened in synchronism with the periodic fluctuation of the AC power applied to the pump 15, so that the flow rate of the fuel in the fuel return path 17 flows smoothly without pulsation. Therefore, in the combustion device 2, the pressure fluctuation of the fuel supplied to the fuel injection nozzle 3 is extremely small, and the fuel is always sprayed at a constant pressure and timing. Therefore, the combustion apparatus 2 has the boundary combustion amount Q_up, Q_downThe fuel can be stably burned with the above combustion amount, and the combustion noise generated during the combustion drive can be suppressed to the minimum.
[0080]
  On the other hand, in the control flow described above, when the output pattern is the B pattern, that is, the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q._up, Q_downIf it is less than the value, the valve control means 40 indicates that the opening / closing cycle L of the valve element 33 is L corresponding to two cycles of the alternating current._AIt becomes. That is, the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q_up, Q_downIf it is less than that, the injector valve 10 indicates that the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q._up, Q_downIt opens and closes at half the frequency of the above case. Therefore, when the injector valve 10 is opened and closed, the metallic noise generated due to the collision between the casing 30 and the valve body 33 is halved. Therefore, the combustion apparatus 2 of the present embodiment is suppressed to such an extent that the metallic noise generated by driving the injector valve 10 is canceled out by the combustion noise even when the required combustion amount Q is small.
[0081]
  Further, in the combustion apparatus 2 described above, the required combustion amount Q is equal to the boundary combustion region Q._fOnly in the following cases, the cycle of the duty ratio control is increased. That is, the combustion apparatus 2 has a required combustion amount Q that is equal to the boundary combustion region Q._fOnly when it is smaller, the opening / closing frequency of the injector valve is reduced. Here, the valve opening time ratio T of the injector valve 10 employed in the combustion apparatus 2 of the present embodiment and the amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle 3 are exponential as shown in FIG. Have a good relationship. When the valve opening time ratio T is the same, if the opening / closing frequency of the injector valve 10 is decreased, the fuel spray amount is reduced from a predetermined spray amount. However, when the required combustion amount Q is small and the fuel spray amount is small, almost the same amount of fuel can be sprayed regardless of the opening / closing frequency of the injector valve 10. In the combustion apparatus 2 of the present embodiment, the required combustion amount Q is a boundary combustion amount Q._up, Q_downIf there are more, the table A having a large switching frequency is adopted, and the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q._up, Q_downSince the table B having a small switching frequency is employed when the number is smaller, a desired combustion amount can be obtained regardless of the required combustion amount Q.
[0082]
  Further, the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q._up, Q_downIf it is less, the valve control means 40 determines the valve opening time t based on the required combustion amount Q and the valve opening time ratio T calculated from the table B._BTo decide. In the present embodiment, since the opening and closing of the injector valve 10 is synchronized with the periodic fluctuation of the AC power supply applied to the pump 15, the fuel flows smoothly in the fuel return path 17. Accordingly, the combustion apparatus 2 is configured to perform the boundary combustion amount Q_fEven in the following combustion amount, the pressure fluctuation of the fuel supplied to the fuel injection nozzle 3 is extremely small, and the fuel is always sprayed at a constant pressure and timing. Therefore, the combustion device 2_up, Q_downThe fuel can be stably burned at a combustion amount of less than.
[0083]
  In the hot water supply apparatus 1 of the present embodiment, since the injector valve 10 is provided in the fuel return path 17 of the combustion apparatus 2, an amount of fuel corresponding to the amount of combustion is accurately sprayed and burned regardless of the surrounding temperature change. can do. In the combustion apparatus 2, the fuel sprayed from the fuel injection nozzle 3 is sprayed at a constant spray pressure regardless of the combustion amount. Therefore, the fuel sprayed in the combustion cylinder 8 always diffuses in a constant pattern and is sufficiently mixed with air. Therefore, the combustion apparatus 2 of the present embodiment can completely burn the fuel.
[0084]
  As described above, the combustion device 2 has a stable combustion drive regardless of the amount of combustion, and therefore generates very little harmful gas such as carbon monoxide and soot. Therefore, the hot water supply device 1 and the combustion device 2 have almost no failure of the device due to accumulation of soot or the like generated during combustion driving.
[0085]
  Moreover, in the combustion apparatus 2, the pressure of the pump 15 fluctuates instantaneously with respect to the phase change of the power source. For this reason, in this embodiment, the valve control means 40 is configured to transmit a pulse signal to the connection terminal 38 immediately after detecting the zero cross signal of the AC power supply. However, if there is a delay between the periodic fluctuation of the AC power supply of the pump 15 and the pressure fluctuation of the pump 15, the valve control means 40 detects a zero cross signal and is constant until a pulse signal is transmitted to the connection terminal 38. It is preferable to provide a delay time of According to this configuration, it is possible to reduce the pressure fluctuation of the fuel supplied to the fuel injection nozzle 3, and to further stabilize the combustion drive.
[0086]
  Then, the hot water supply apparatus of 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. In addition, in the hot water supply apparatus of this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the part which is common in the hot water supply apparatus 1 of the said 1st Embodiment, and it abbreviate | omits about detailed description.
[0087]
  FIG. 9 is a schematic diagram showing the hot water supply apparatus of the present embodiment. In FIG. 9, reference numeral 70 denotes a hot water supply apparatus of the present embodiment. The hot water supply device 70 is a so-called hot water storage type hot water supply device. The hot water supply device 70 is roughly divided into a main body portion 71, a combustion portion 72, and a silencer 73.
[0088]
  The main body 71 is largely divided into a combustion space 75 and a hot water storage 76. The combustion unit 72 and the combustion space unit 75 function as a heating unit 77 that heats the heat medium stored in the hot water storage unit 76. The main body 71 has a cylindrical shape as a whole and has a double structure, and a hot water storage 76 for storing hot water is formed therein. A plurality of combustion gas passages 78 are formed in the hot water storage section 76. The combustion gas passage 78 is a through hole that penetrates the hot water storage section 76 in the axial direction.
[0089]
  The combustion unit 72 employs the same combustion device 2 as in the above-described embodiment, and is connected to a combustion space 75 located below the main body 71. The combustion device 2 includes a nozzle housing cylinder 7, a combustion cylinder 8, and a blower 9, and is arranged so that the open end of the combustion cylinder 8 faces the combustion space 75.
[0090]
  On the other hand, a silencer 73 is provided on the upper portion of the main body 71. The silencer 73 has a labyrinth structure inside and reduces combustion noise. In FIG. 9, the labyrinth structure of the silencer 73 is not shown and is omitted.
[0091]
  The hot water storage section 76 is connected with a flowing water circuit 60 similar to that in the hot water supply apparatus 1 of the first embodiment. That is, a water supply circuit 62 for supplying water from the outside is connected to the water inlet 81 of the hot water storage section 76, and a hot water supply circuit 61 through which hot water heated in the hot water storage section 76 flows is connected to the hot water outlet 83 of the hot water storage section 76. Has been.
[0092]
  The combustion amount of the combustion device 2 is adjusted so that the temperature of the hot water in the hot water storage section 76 is about 80 ° C. That is, based on the temperature of the hot water in the hot water storage section 76, the duty ratio of the current flowing through the electromagnetic coil 32 of the injector valve 10 is controlled by the drive control device 41 and the valve control means 40 which is a part thereof. A valve opening time determination program is input to the CPU of the drive control device 41 as in the first embodiment. The valve opening time determination program opens and closes the injector valve 10 in accordance with the flowchart shown in FIG. 7 as in the first embodiment.
[0093]
  Also for the hot water supply device 70 described above, the required combustion amount Q is Q._up, Q_downIn the above case, the injector valve 10 is opened in synchronism with the periodic fluctuation of the AC power applied to the pump 15, so that the flow rate of the fuel in the fuel return path 17 flows smoothly without pulsation. Therefore, in the combustion device 2, the pressure fluctuation of the fuel supplied to the fuel injection nozzle 3 is extremely small, and the fuel can be stably burned.
[0094]
  On the other hand, the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q_up, Q_downIf it is less than that, the injector valve 10 indicates that the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q._up, Q_downIt opens and closes at half the frequency of the above case. Therefore, when the injector valve 10 is opened and closed, the metallic noise generated due to the collision between the casing 30 and the valve body 33 is halved. Therefore, the combustion apparatus 2 of the present embodiment can suppress the noise generated by driving the injector valve 10 to the extent that the combustion noise cancels even when the required combustion amount Q is small. Further, in the combustion apparatus 2 described above, the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q._up, Q_downSince the cycle of the duty ratio control is long only in the following cases, a desired combustion amount can always be stably obtained even if the required combustion amount Q changes.
[0095]
  Since the hot water supply apparatus 70 of the present embodiment is provided with the injector valve 10 in the fuel return path 17 of the combustion apparatus 2, the fuel spray amount can be accurately adjusted and burned. In the combustion device 2, the fuel sprayed from the fuel injection nozzle 3 is always sprayed at a substantially constant spray pressure. Therefore, the fuel diffuses in a certain pattern in the combustion cylinder 8 and is sufficiently mixed with air. Therefore, the hot water supply device 70 of the present embodiment can completely burn the fuel and accurately raise the hot water to a desired temperature.
[0096]
  Moreover, the combustion apparatus 2 has a stable combustion state regardless of the amount of combustion, and generates very little harmful gas such as carbon monoxide and soot. For this reason, the combustion device 2 can be driven by combustion in harmony with the environment, and there is almost no failure of the device due to accumulation of soot or the like generated during the combustion drive.
[0097]
  Moreover, in the combustion apparatus 2, the pressure of the pump 15 fluctuates instantaneously with respect to the phase change of the power source. For this reason, in this embodiment, the valve control means 40 is configured to transmit a pulse signal to the connection terminal 38 immediately after detecting the zero cross signal of the AC power supply. However, if there is a delay between the periodic fluctuation of the AC power supply of the pump 15 and the pressure fluctuation of the pump 15, the valve control means 40 detects a zero cross signal and is constant until a pulse signal is transmitted to the connection terminal 38. It is preferable to provide a delay time of According to this configuration, it is possible to reduce the pressure fluctuation of the fuel supplied to the fuel injection nozzle 3, and to further stabilize the combustion drive.
[0098]
  Moreover, in the combustion apparatus 2 of the hot water supply apparatus 1, 70 of the above embodiment, the injector valve 10 flows the fuel flowing in from the fuel injection nozzle 3 side to the downstream side of the fuel return path 17. 10 and the fuel tank 12 may be connected to return the fuel directly into the fuel tank 12.
[0099]
  Further, in the combustion apparatus 2 employed in the hot water supply apparatuses 1 and 70 of the above-described embodiments, the fuel injection nozzle 3 employs a return type nozzle having a return side flow path that returns from the spray opening. The invention is not limited to this. That is, for the fuel injection nozzle 3 of the combustion apparatus 2, a nozzle (hereinafter referred to as a pressure type nozzle) having only a forward flow path leading to the spray opening can be employed. In this case, the fuel circuit 80 connected to the fuel spray nozzle 3 is shown in FIG.
[0100]
  When the fuel injection nozzle 3 is a pressure type nozzle, a fuel circuit in which a fuel tank 12, an electromagnetic valve 13, and an injector valve 10 are connected in series is connected to the fuel inlet of the fuel injection nozzle 3. At this time, the relationship between the valve opening time T of the injector valve 10 and the amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle 3 has an exponential relationship as shown in FIG. When the fuel injection nozzle 3 is a pressure type nozzle, the valve opening time determination program input to the CPU of the drive control device 41 is the valve opening time for opening the injector valve 10 based on the tables A and B shown in FIG. The ratio T is determined. Even when the combustion apparatus 2 is configured as described above, the injector valve 10 is controlled by the spray control means 40 according to the flowchart shown in FIG. 7 as in the above-described embodiment.
[0101]
  Even when the fuel injection nozzle 3 is a pressure type nozzle, the required combustion amount Q is Q_up, Q_downIn the above case, the injector valve 10 is opened in synchronism with the periodic fluctuation of the AC power applied to the pump 15, so that the fuel flows smoothly without pulsating in the fuel circuit. Therefore, in the combustion apparatus 2, the pressure fluctuation of the fuel supplied to the fuel injection nozzle 3 is extremely small, and the fuel spray state is stable and stable.
[0102]
  Further, the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q._up, Q_downIf it is less than that, the injector valve 10 indicates that the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q._up, Q_downIt opens and closes at half the frequency of the above case. Therefore, the noise generated by opening and closing the injector valve 10 is halved. Further, in the combustion apparatus 2 described above, the required combustion amount Q is the boundary combustion amount Q._up, Q_downSince the cycle of the duty ratio control is long only in the following cases, a desired combustion amount can be stably obtained even if the required combustion amount Q changes.
[0103]
  In the combustion apparatus 2 having the fuel circuit shown in FIG. 10, the fuel is always supplied to the fuel injection nozzle 3 at a substantially constant pressure. Therefore, the fuel sprayed from the fuel injection nozzle 3 diffuses in a certain pattern in the combustion cylinder 8 and is sufficiently mixed with air. Therefore, even when the fuel injection nozzle 3 is a pressure type nozzle, the fuel can be stably burned regardless of the combustion amount.
[0104]
【The invention's effect】
  According to the first aspect of the present invention, by reducing the number of times the intermittent open / close valve is opened, it is possible to obtain a combustion amount that meets the demand while suppressing noise associated with the opening / closing of the valve.In addition, According to the invention described in claim 1, when the amount of combustion is small, noise generated by opening and closing of the intermittent on-off valve can be minimized.
[0105]
  According to the invention described in claim 2, it is possible to obtain a sufficient calorific value while minimizing noise generated by opening and closing the intermittent on-off valve.According to the second aspect of the present invention, it is possible to minimize noise generated by opening and closing the intermittent on-off valve when the combustion amount is small.
[0106]
  According to the third aspect of the present invention, the number of opening / closing of the intermittent on-off valve per unit time can be increased or decreased. By reducing the number of times the intermittent open / close valve is opened and closed, noise due to the opening and closing of the valve can be suppressed.According to the third aspect of the present invention, it is possible to minimize noise generated by opening and closing of the intermittent on-off valve when the combustion amount is small.
[0107]
  According to invention of Claim 4, the pulsation of the fuel which flows through the fuel circuit can be suppressed, and fuel can be burned stably.
[0108]
  According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to accurately adjust the cycle of duty ratio control for opening and closing the intermittent on-off valve according to the combustion amount.
[0109]
  Claim6According to the invention described in, fuel can be stably burned and combustion noise can be reduced.
[0110]
  Claim7According to the invention described in, fuel can be sprayed at a substantially constant pressure and timing regardless of the amount of combustion, and the fuel can be stably burned.
[0111]
  Claim8Thru10The hot and cold water heating device described in 1 is so small that the noise accompanying opening and closing of the intermittent on-off valve is mixed with combustion noise. Furthermore, according to the hot water heater, hot water can be accurately heated in a wide temperature range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view in which a part of a main part of a hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention is broken.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a fuel system in a combustion apparatus provided in the hot water supply apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional view of an injector valve provided in the combustion apparatus shown in FIG.
4 is a graph showing the relationship between the required combustion amount and the valve opening time ratio of the injector valve in the combustion apparatus shown in FIG. 2;
FIG. 5 (a) is a graph showing periodic fluctuations of a power source applied to a pump in a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 (b) is a zero cross signal transmitted based on the same (a). It is a graph which shows. Further, (c) is a graph showing periodic fluctuation when the power source shown in (a) is rectified, and (d) shows the pressure fluctuation of the pump when the power source shown in (c) is applied. It is a graph to show. (E) and (f) are graphs showing pulse signals applied to the injector valve.
6 is a schematic diagram showing a piping system of the hot water supply apparatus shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the combustion apparatus shown in FIG.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the valve opening time ratio of the injector valve and the spray amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle in the combustion apparatus shown in FIG. 2;
FIG. 9 is a schematic diagram showing a piping system of a hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a fuel system in a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the valve opening time ratio of the injector valve and the amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle when the fuel injection nozzle is a pressurized nozzle.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the required combustion amount and the valve opening time ratio of the injector valve when the fuel injection nozzle is a pressurized nozzle.
FIG. 13 is a front view showing a conventional hot water supply apparatus.
FIG. 14 is a schematic diagram showing a fuel system in a conventional combustion apparatus.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a proportional valve provided in a conventional combustion apparatus.
[Explanation of symbols]
    1,70 Hot water supply device (hot water heating device)
    2 Combustion device
    3 Fuel injection nozzle (spraying means)
    4 Combustion means
    5 Heat exchanger
  10 Injector valve
  11 Fuel outbound
  17 Fuel return
  33 Disc
  40 Spray control means
  76 Hot water storage
  78 Combustion gas passage
  80 Fuel circuit

Claims

In a combustion apparatus having a spraying means for spraying fuel and a fuel circuit through which the fuel flows, and having a fuel pump for sending fuel to the spraying means in the middle of the fuel circuit, a period in the middle of the fuel circuit When the intermittent open / close valve is opened and closed by duty ratio control and the combustion amount is small, the cycle of duty ratio control for opening and closing the intermittent open / close valve is high A combustion apparatus characterized by being longer than a cycle of the duty ratio control .

A combustion apparatus having a spraying means for spraying fuel and a fuel circuit through which the fuel flows, and having a fuel pump for sending fuel to the spraying means in the middle of the fuel circuit, the spraying means in the middle of the fuel circuit On the upstream side, an intermittent on-off valve that can be opened and closed periodically is provided. The intermittent on-off valve is opened and closed by duty ratio control, and duty ratio control for opening and closing the intermittent on-off valve when the amount of combustion is small. A combustion apparatus characterized in that a cycle is larger than a cycle of the duty ratio control when the combustion amount is large .

In a combustion apparatus having a spray means for spraying fuel and a fuel forward path for supplying fuel to the spray means, and provided with a fuel pump for sending fuel to the spray means in the middle of the fuel forward path, the spray means includes: A return type nozzle having a spray opening for spraying fuel and having a return side flow path leading to the spray opening inside and a return side flow path returning from the spray opening; A fuel return path is connected to return a part of the fuel supplied to the spraying means to the upstream side of the fuel pump provided in the fuel forward path through the return side flow path, and in the middle of the fuel return path, An intermittent on-off valve that can be opened and closed periodically is provided.The intermittent on-off valve is opened and closed by duty ratio control, and the duty ratio control cycle for opening and closing the intermittent on-off valve when the combustion amount is small is the amount of combustion. Many Combustion apparatus being greater than the period of the duty ratio control in the mix.

Valve control means for intermittently or periodically opening and closing the intermittent on-off valve, the valve control means changing the flow rate of fuel per unit time by controlling the timing of opening and closing the intermittent on-off valve; The combustion apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the combustion apparatus is characterized.

The valve control means has a plurality of valve opening / closing time tables according to the combustion amount, and the cycle of duty ratio control for opening and closing the intermittent opening / closing valve varies depending on the valve opening / closing time table. The combustion apparatus in any one of.

Valve control means, a combustion apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that opening and closing the valve body based on the timing of the AC power supply zero crossing signal for driving the fuel pump.

The combustion apparatus according to claim 4 or 5 , wherein the valve control means opens the valve body when detecting a zero cross signal of an AC power source for driving the fuel pump.

In the hot water heating apparatus which has a combustion part and the heat exchange part which heats water, sends the combustion gas which generate | occur | produced in the combustion part to a heat exchange part, and heats water in a heat exchange part, the combustion part has Claim 1 thru | or A hot water heating apparatus comprising the combustion apparatus according to any one of 7 above.

The hot water heater according to claim 8 , further comprising a combustion case, wherein a combustion device is attached to the combustion case, and a water pipe is inserted into the combustion case to constitute a heat exchange unit.

A hot water storage part in which water is stored and a combustion gas passage part penetrating the hot water storage part, and the combustion gas generated in the combustion part is introduced into the combustion gas passage part to heat the water in the hot water storage part. Item 9. A hot water heater according to Item 8 .