JP3072466B2 - ガス器具の燃焼安全装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼量が強弱切替
自在のバーナに熱電対を臨ませると共に、燃焼状態を例
えば弱燃焼状態から強燃焼状態に断続的に切り替え、熱
電対が発電する熱起電力が基準値を下回ったことにより
酸欠状態であることを検知するガス器具の燃焼安全装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、バーナの燃焼ガスを空気と混合
し温風として室内に送風する温風ファンヒータの場合に
は、室内の換気が悪くて空気中の酸素濃度が低下し、い
わゆる酸欠状態になると燃焼が不安定になるので、酸素
濃度が所定の酸欠濃度（例えば１８％）以下になると自
動的に燃焼を停止することが望まれる。ところで、バー
ナに熱電対を臨ませておくと、酸素濃度の低下と共に熱
起電力が低下することが知られている。酸素濃度の低下
に伴う熱起電力の低下は弱燃焼状態の場合より酸素を多
く必要とする強燃焼状態の場合のほうが顕著に現れる。
ところで、酸素濃度が十分な正常燃焼状態では強燃焼状
態での熱起電力の方が弱燃焼状態での熱起電力より大で
あるが、熱電対の取付位置によっては酸素濃度が上記酸
欠濃度まで低下した際に、強燃焼状態での熱起電力を弱
燃焼状態での熱起電力より高いままにも、あるいは低く
なるようにもすることができる。例えば、該酸欠濃度で
の熱起電力が、強燃焼状態のほうが弱燃焼状態より低く
なる場合には、熱電対の熱起電力が該酸欠濃度での強燃
焼状態の熱起電力の値（基準値）まで低下すると酸欠状
態と判断して温風ファンヒータの作動を停止するように
設定し、弱燃焼状態では酸素濃度が酸欠濃度まで下がっ
ても熱起電力は基準値より高いので、弱燃焼状態中に断
続的に燃焼状態を強燃焼状態に切り替えて熱起電力が基
準値まで下がるか否かをチェックする必要がある。すな
わち、弱燃焼状態で基準値を設定すると強燃焼状態では
酸素濃度が酸欠濃度より高いのに早切れする。また、強
燃焼状態及び弱燃焼状態の各々に基準値を設定すると強
燃焼状態から弱燃焼状態への切り替え時に基準値は即座
に切り替わるものの熱起電力の変化が緩慢であるため同
じく早切れする。

【０００３】尚、酸欠濃度での熱起電力が、強燃焼状態
のほうが高い場合には、逆に酸欠濃度における弱燃焼状
態での熱起電力の値を基準値として弱燃焼状態での熱起
電力が該基準値まで低下すると温風ファンヒータの作動
を停止させると共に、強燃焼状態では断続的に燃焼状態
を弱燃焼状態に切り替えて熱起電力が基準値まで低下す
るか否かをチェックする必要がある。

【０００４】ところで、熱電対の取付位置によっては酸
欠濃度における熱起電力を、強燃焼状態と弱燃焼状態と
で相互に同じにすることもでき、その場合には燃焼状態
の強弱にかかわらず熱起電力が基準値まで低下すると温
風ファンヒータの作動を停止させれば良い。但し、酸素
濃度の減少に伴う熱起電力の低下の度合いは強燃焼状態
のほうが大きいので、弱燃焼状態時に断続的に強燃焼状
態に切り替えたほうが正確に酸欠状態を検知することが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、弱燃焼状態
の途中で断続的に強燃焼状態に切り替えると発熱量が所
望する値より多くなり、逆に強燃焼状態の途中で断続的
に弱燃焼状態に切り替えると発熱量が所望する値より少
なくなる。従って、温風ファンヒータの場合であれば、
発熱量が所望する値から外れるため室温が所望する温度
にならず快適性が損なわれるという不具合が生じる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
すべく、燃焼量が強弱切替自在のバーナに熱電対を臨ま
せると共に、燃焼状態を弱燃焼状態から強燃焼状態に断
続的に切り替え、熱電対が発電する熱起電力が基準値を
下回ったことにより酸欠状態であることを検知するガス
器具の燃焼安全装置において、酸素濃度の低下による熱
起電力の減少度合が弱燃焼状態の場合より強燃焼状態の
場合のほうが大きく、かつ、酸素濃度が所定の酸欠濃度
より高い濃度である反転濃度より低い濃度で強燃焼状態
での熱起電力が弱燃焼状態での熱起電力を下回るように
熱電対を取り付けると共に、弱燃焼状態から強燃焼状態
への切り替えによる熱起電力の変化度合いによって酸素
濃度が該反転濃度を中心にして所定の範囲内で設定され
る基準濃度より高いと判断された場合には強燃焼状態へ
の切り替えを解除し燃焼状態を弱燃焼状態に戻し、該基
準濃度以下と判断された場合には所定時間強燃焼状態を
継続することを特徴とする。

【０００７】尚、上記基準濃度を上記反転濃度に一致さ
せてもよい。

【０００８】また、燃焼量が強弱切替自在のバーナに熱
電対を臨ませると共に、燃焼状態を強燃焼状態から弱燃
焼状態に断続的に切り替え、熱電対が発電する熱起電力
が基準値を下回ったことにより酸欠状態であることを検
知するガス器具の燃焼安全装置において、酸素濃度の低
下による熱起電力の減少度合が弱燃焼状態の場合より強
燃焼状態の場合のほうが大きく、かつ、酸素濃度が酸欠
状態より高い状態では常に強燃焼状態での熱起電力が弱
燃焼状態での熱起電力を上回るように熱電対を取り付け
ると共に、強燃焼状態から弱燃焼状態に切り替えた際の
熱起電力の減少速度が所定速度より速い場合に弱燃焼状
態への切り替えを解除し燃焼状態を強燃焼状態に戻し、
減少速度が該所定速度以下の場合には所定時間弱燃焼状
態を継続することを特徴とする。

【０００９】また、燃焼量が強弱切替自在のバーナに熱
電対を臨ませると共に、熱電対が発電する熱起電力から
酸欠状態であることを検知するガス器具の燃焼安全装置
において、酸欠状態における熱起電力が強燃焼状態の場
合と弱燃焼状態の場合とで相違するように熱電対を取り
付けると共に、酸欠状態における熱起電力が高いほうの
燃焼状態継続中に、所定時における熱起電力を比較値と
して該比較値に対して所定時間後の熱起電力の低下量が
所定値を超えると他方の燃焼状態に所定時間切り替える
ようにしたことを特徴とする。

【００１０】尚、上記他方の燃焼状態に切り替え燃焼状
態を戻した後に上記比較値を更新するようにしてもよ
い。

【００１１】酸素濃度が正常な状態から酸欠濃度まで減
少する間に上記反転濃度が存在する場合には、酸素濃度
が反転濃度近傍であれば酸素濃度は酸欠濃度より大であ
るためバーナを消火する必要がない。そこで、反転濃度
近傍に基準濃度を設定し、弱燃焼状態から強燃焼状態へ
の切り替えによる熱起電力の変化度合いによって酸素濃
度が基準濃度より高いと判断された場合には弱燃焼状態
から強燃焼状態への切り替えを途中で解除し弱燃焼状態
に戻すことによって発熱量の増加を抑制するようにし
た。

【００１２】尚、基準濃度を反転濃度に一致するように
設定すると、強燃焼状態への切り替えにより熱起電力が
増加するのか低下するのかで、その時点での酸素濃度が
基準濃度に対して高低いずれかがわかり、強燃焼状態へ
の切り替えを解除するタイミングを早くできる。

【００１３】また、酸欠濃度より高い範囲に反転濃度が
存在せず、酸素濃度が正常な状態から酸欠濃度まで減少
する間は常に強燃焼状態での熱起電力が弱燃焼状態での
熱起電力を上回る場合には、酸素濃度が低下するに伴っ
て両状態での熱起電力の差が縮まる。すると、酸素濃度
が減少するに従って強燃焼状態から弱燃焼状態に切り替
えた際の熱起電力の減少速度が遅くなる。従って、熱起
電力の減少速度が所定速度より速い場合には酸欠の心配
がないので弱燃焼状態への切り替えを解除し燃焼状態を
強燃焼状態に戻すことによって発熱量が減少することを
防止することとした。

【００１４】ところで、酸欠状態における熱起電力が強
燃焼状態の場合と弱燃焼状態の場合とで相違するように
熱電対を取り付けると、低いほうの燃焼状態で熱起電力
が基準値を下回るか否かを見なければない。但し、高い
ほうの燃焼状態での熱起電力がある程度低下するまでは
酸欠濃度より酸素濃度が上であることがわかるので、高
いほうの燃焼状態継続中に、所定時における熱起電力を
比較値として、該比較値に対して所定時間後の熱起電力
の低下量が所定値を超えるまでは燃焼状態を切り替え
ず、切り替え回数を減らすようにした。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１を参照して、１はガス温風フ
ァンヒータであり、内部に燃焼筐２を備えている。該燃
焼筐２内にはバーナ３が設けられており、燃焼筐２の出
口２１から排出されるバーナ３の燃焼ガスとファンヒー
タ１の背面に開口する吸気口１１から吸引される空気と
が混合された温風が送風ファン４により温風吹出口１２
から室内へと吹き出される。ところで、バーナ３に臨む
ように熱電対５が設けられており、熱電対５の先端近傍
の温度に対応して熱電対５から発生する熱起電力の電圧
が変化する。

【００１６】ここで、該バーナ３は図２に示すようにガ
ス供給管６に対して安全弁６１及び電磁式の開閉弁６２
を介して接続されている。該開閉弁６２にはバイパス路
６３が並列に設けられており、開閉弁６２が開弁状態で
は開閉弁６２及びバイパス路６３を通ってガスがバーナ
３に供給されるのでバーナ３の燃焼状態は強燃焼状態に
なる（図２（ａ））。また、開閉弁６２を閉弁するとバ
イパス路６３を介してしかガスはバーナ３に供給されな
いので弱燃焼状態になる（図２（ｂ））。該開閉弁６２
は制御装置７により制御される駆動部７１からの信号に
より開閉されるものであり、該制御装置７は設定温度と
実際の室温との偏差等に基づいて駆動部７１の作動を制
御し、バーナ３の燃焼状態を強燃焼状態と弱燃焼状態と
に切り替えるものである。

【００１７】強燃焼状態及び弱燃焼状態での炎の様子は
酸素濃度が十分である正常燃焼状態では、図２（ａ）
（ｂ）のＦＨ・ＦＬのようになり、室内換気が悪い場合
のように酸素濃度が低下してくると、燃焼速度が遅くな
っていわゆるリフトアップ現象により炎が伸び、ＦＨ′
・ＦＬ′のようになる。本実施形態では正常燃焼状態
で、熱電対５の先端が、弱燃焼状態ではＦＬの外炎中に
位置し、強燃焼状態ではＦＨの内炎中に位置するように
配置されている。尚、ＦＨの内炎の温度はＦＬの外炎の
温度より高い。次に酸欠状態になると炎がリフトアップ
して、熱電対５の先端は、弱燃焼状態ではＦＬ′の内炎
中に位置することになり、強燃焼状態ではＦＨ′とバー
ナとの間に形成されるきわめて温度の低い未燃焼部中に
位置することになる。尚、反転濃度を変更する場合には
熱電対５の先端を例えば外炎に近づけると高温の外炎の
影響を受けて反転濃度は図において右側、すなわち濃度
の低い方へずれる。そして、酸素濃度の減少に伴う熱電
対５の熱起電力の低下は酸素をより多く必要とする強燃
焼状態のほうが顕著である。このように熱電対５の位置
を調節すると、熱電対５の熱起電力は図３に示すよう
に、酸素濃度の減少に伴って低下するが、強燃焼状態で
の熱起電力の変化を示すＨは、弱燃焼状態での熱起電力
の変化を示すＬより減少度合いが大きいため、酸素濃度
が十分な状態では弱燃焼状態よりも強燃焼状態のほうが
熱起電力が大きいが、ＣＩで示す反転濃度を境にして熱
起電力の高低関係が逆転し、図３では２本の線が交差す
る。そこで、酸素濃度が酸欠濃度である１８％まで減少
したときの強燃焼状態での熱起電力を基準値ｔａとして
予め設定しておき、弱燃焼状態であっても周期的に燃焼
状態を強燃焼状態に切り替えて、強燃焼状態での熱起電
力が該ｔａまで低下すると酸素濃度が１８％（酸欠濃
度）以下になったものと判断してファンヒータ１の作動
を停止させるようにした。ところで、酸素濃度が反転濃
度ＣＩ近傍の濃度より高い場合にはファンヒータ１の作
動を停止させる必要はない。そこで、該反転濃度ＣＩを
中心とする所定範囲Ａ内に位置するように基準濃度を設
定し、酸素濃度が該基準濃度より多い場合にはファンヒ
ータ１の作動を停止させないこととした。

【００１８】ところで、図３に示すように基準濃度を反
転濃度ＣＩに一致させると、弱燃焼状態から強燃焼状態
に切り替えることによって熱起電力が上昇すれば酸素濃
度は基準濃度より多く、逆に熱起電力が低下すれば酸素
濃度は基準濃度より少ないと判断できる。従って、図４
に示すように、弱燃焼状態（ＬＢ）から強燃焼状態（Ｈ
Ｂ）に切り替えることによって熱起電力が上昇し始める
と酸素濃度はＣＩより高いと判断して直ちに強燃焼状態
への切り替え作動を解除し、燃焼状態を弱燃焼状態に戻
すようにした。また、強燃焼状態に切り替えることによ
り熱起電力が低下すると酸素濃度が基準濃度を下回り酸
欠状態に近いと判断し、強燃焼状態への切り替えを解除
することなく所定時間（例えば１分間）強燃焼状態を保
持する。そして、強燃焼状態に切り替えても熱起電力が
基準値ｔａより高い場合には酸素濃度が酸欠濃度以上あ
るものとして再び弱燃焼状態に戻すが、強燃焼状態に切
り替えることにより熱起電力が基準値ｔａを下回わる
と、その時点で直ちにファンヒータ１の作動を停止させ
るようにした（ＳＢ）。このように強燃焼状態への切り
替えで熱起電力が上昇すると直ちに強燃焼状態への切り
替えを解除することにより、強燃焼状態へ切り替えられ
ている延べ時間を最小限に減らすことができるので、部
屋が暖まり弱燃焼状態で十分である時は強燃焼状態の時
間が短くなり、部屋が更に暖まることが極力避けられ
る。また更に、弱燃焼状態から強燃焼状態への切り替え
は一定の周期で行なっても良いが、酸素濃度が十分であ
るため切り替えを途中で解除した場合には、次の切り替
えまでの周期を延ばし、例えば一定周期を１０分間とす
ると、切り替えを解除した後の次の切り替えまでの時間
を２０分間程度にしても良い。

【００１９】尚、上記実施形態では図３に示すように基
準濃度を反転濃度ＣＩに一致させたが、範囲Ａ内であれ
ば他の濃度を基準濃度に設定しても良い。この場合、反
転濃度ＣＩより高い濃度を基準濃度として設定すると、
弱燃焼状態から強燃焼状態に切り替えた際の熱起電力が
上昇したとしても熱起電力の変化度合いとしてその上昇
速度が所定速度以下であったり、上昇幅が所定値以下で
ある場合に、酸素濃度が基準濃度を下回ったことを知る
ことができる。また、基準濃度を反転濃度ＣＩより低い
濃度に設定した場合には、弱燃焼状態から強燃焼状態に
切り替えることによる熱起電力の低下速度が所定速度以
上であったり、低下幅が所定値以下である場合に酸素濃
度が基準濃度を下回ったことを知ることができる。

【００２０】一方、熱電対５の設置位置によっては、図
５に示すように、酸素濃度が酸欠濃度（１８％）より高
い状態では常に強燃焼状態での熱起電力が弱燃焼状態で
の熱起電力を上回るようにすることができる。この場合
には、酸欠濃度で弱燃焼状態にしたときの熱起電力を基
準値ｔａとして設定し、強燃焼状態では断続的に弱燃焼
状態に切り替えて熱起電力をチェックすることとなる。
但し、酸素濃度が十分に多い場合には両状態での熱起電
力の差が大きいため強燃焼状態から弱燃焼状態への切り
替えによる熱起電力の低下量が大きいため低下速度が大
きく（θ１）、酸素濃度が減少すると低下量が小さいた
め低下速度が小さくなる（θ２）。従って、図６に示す
ように強燃焼状態から弱燃焼状態に切り替え、熱起電力
の低下速度が所定速度以上であれば、酸素濃度は高いと
判断して弱燃焼状態への切り替えを解除し元の強燃焼状
態に戻す。これにより室温が低いため強燃焼を行なって
いる途中に酸欠状態を見るための弱燃焼状態の時間を酸
素濃度が高い時（すなわち酸素濃度の検出をそれ以上続
ける必要のない時）は、直ちに強燃焼状態に戻すので室
温の低下がなくて良い、一方、熱起電力の低下速度が所
定速度を下回るとそのまま上記所定時間弱燃焼状態を継
続し、弱燃焼状態での熱起電力が基準値ｔａを下回った
時点で直ちにファンヒータ１の作動を停止させる。

【００２１】また、図示しないが熱電対５の設置位置に
よっては上記図３の反転濃度ＣＩを酸欠濃度に一致させ
ることができる。その場合には燃焼状態の強弱にかかわ
らず熱起電力が基準値ｔａを下回ればファンヒータ１の
作動を停止させるようにすれば良く、従って、燃焼状態
を断続的に切り替える必要はない。但し、強燃焼状態で
の酸素濃度変化に対する熱起電力の変化のほうが弱燃焼
状態の場合の変化より大きいため、弱燃焼状態から断続
的に強燃焼状態に切り替えて熱起電力をチェックしたほ
うが酸欠状態を正確に検知することができる。この場合
には弱燃焼状態から強燃焼状態への切り替えによる熱起
電力の上昇速度の大小により切り替え操作を途中で解除
するか否かを判断する。

【００２２】ところで、上記図３に示したように、弱燃
焼状態であっても酸素濃度が減少すると熱起電力が低下
することに着目して、図７に示すように弱燃焼状態にお
けるある時点Ｐ１での熱起電力を比較値として記憶し、
所定周期後の時点Ｐ２の熱起電力の低下量が所定値低下
したか否かを判断し、低下していない場合には更に所定
周期後の時点Ｐ３の熱起電力と上記比較値とを比較す
る。そして比較値に対して所定値以上低下している場合
には燃焼状態を強燃焼状態に所定時間切り替える。そし
て強燃焼状態に切り替えた時点Ｐ３での熱起電力を新た
な比較値として記憶し、更に所定周期後の時点Ｐ４でＰ
３と比較し、低下していない場合にはＰ５での熱起電力
がＰ３の比較値に対して所定値以上低下した場合には再
び燃焼状態を強燃焼状態に切り替える。これによりＰ３
までは強燃焼状態に切り替えなくて済むので、強燃焼状
態への切り替え回数を最小限にすることができる。

【００２３】尚、上記図５に示した場合のものに採用す
るのであれば、強燃焼状態での熱起電力の低下量が所定
値より多くなった場合に弱燃焼状態に切り替えるように
する。

【００２４】ところで上記実施形態では温風ファンヒー
タに本発明を適用した場合について説明したが、その他
の形式の暖房器に適用しても良い。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、断続的に燃焼状態を切り替えて熱電対が発電
する熱起電力から酸欠状態を検知する場合に、燃焼状態
の切り替え回数や切り替えられた燃焼状態の延べ時間を
最小限にすることができるので、特に暖房器に適用した
場合には発熱量が所望する量から外れず、室温を設定温
度に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の構成を示す図

【図２】バーナと熱電対との位置関係を示す図

【図３】酸素濃度と熱起電力との関係を示す図

【図４】熱起電力の経時変化を示す図

【図５】酸素濃度と熱起電力との他の関係を示す図

【図６】熱起電力の他の経時変化を示す図

【図７】熱起電力の経時変化の他の形態を示す図

【符号の説明】

１ 温風ファンヒータ ２ 燃焼筐 ３ バーナ ４ 送風ファン ５ 熱電対 ６ ガス供給管 ７ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−223248（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−43213（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−31258（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−91658（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−23054（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−45554（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23N 5/10 F23N 5/24 106

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼量が強弱切替自在のバーナに熱電
   対を臨ませると共に、燃焼状態を弱燃焼状態から強燃焼
   状態に断続的に切り替え、熱電対が発電する熱起電力が
   基準値を下回ったことにより酸欠状態であることを検知
   するガス器具の燃焼安全装置において、酸素濃度の低下
   による熱起電力の減少度合が弱燃焼状態の場合より強燃
   焼状態の場合のほうが大きく、かつ、酸素濃度が所定の
   酸欠濃度より高い濃度である反転濃度より低い濃度で強
   燃焼状態での熱起電力が弱燃焼状態での熱起電力を下回
   るように熱電対を取り付けると共に、弱燃焼状態から強
   燃焼状態への切り替えによる熱起電力の変化度合いによ
   って酸素濃度が該反転濃度を中心にして所定の範囲内で
   設定される基準濃度より高いと判断された場合には強燃
   焼状態への切り替えを解除し燃焼状態を弱燃焼状態に戻
   し、該基準濃度以下と判断された場合には所定時間強燃
   焼状態を継続することを特徴とするガス器具の燃焼安全
   装置。
2. 【請求項２】 上記基準濃度を上記反転濃度に一致さ
   せたことを特徴とする請求項１記載のガス器具の燃焼安
   全装置。
3. 【請求項３】 燃焼量が強弱切替自在のバーナに熱電
   対を臨ませると共に、燃焼状態を強燃焼状態から弱燃焼
   状態に断続的に切り替え、熱電対が発電する熱起電力が
   基準値を下回ったことにより酸欠状態であることを検知
   するガス器具の燃焼安全装置において、酸素濃度の低下
   による熱起電力の減少度合が弱燃焼状態の場合より強燃
   焼状態の場合のほうが大きく、かつ、酸素濃度が酸欠状
   態より高い状態では常に強燃焼状態での熱起電力が弱燃
   焼状態での熱起電力を上回るように熱電対を取り付ける
   と共に、強燃焼状態から弱燃焼状態に切り替えた際の熱
   起電力の減少速度が所定速度より速い場合に弱燃焼状態
   への切り替えを解除し燃焼状態を強燃焼状態に戻し、減
   少速度が該所定速度以下の場合には所定時間弱燃焼状態
   を継続することを特徴とするガス器具の燃焼安全装置。
4. 【請求項４】 燃焼量が強弱切替自在のバーナに熱電
   対を臨ませると共に、熱電対が発電する熱起電力から酸
   欠状態であることを検知するガス器具の燃焼安全装置に
   おいて、酸欠状態における熱起電力が強燃焼状態の場合
   と弱燃焼状態の場合とで相違するように熱電対を取り付
   けると共に、酸欠状態における熱起電力が高いほうの燃
   焼状態継続中に、所定時における熱起電力を比較値とし
   て該比較値に対して所定時間後の熱起電力の低下量が所
   定値を超えると他方の燃焼状態に所定時間切り替えるよ
   うにしたことを特徴とするガス器具の燃焼安全装置。
5. 【請求項５】 上記他方の燃焼状態に切り替え燃焼状
   態を戻した後に上記比較値を更新するようにしたことを
   特徴とする請求項４記載のガス器具の燃焼安全装置。