JP3418464B2 - 排気閉塞検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は排気閉塞検知装置に関
し、詳しくは熱電対の起電力レベルに基づいて排気閉塞
を検出する排気閉塞検知装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、燃焼室の側壁に排ガスの一部
を流出させる通孔を設け、この通孔に熱電対の温接点を
臨ませ、排ガス流路が燃焼生成物等によって閉塞された
場合に、通孔から流出する排ガスにより熱電対に起電力
を発生し、この起電力レベルに基づいて閉塞傾向を検出
し、不完全燃焼を生じる前に燃焼を停止する排気閉塞検
知装置が知られている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た排気閉塞検知装置では、熱電対と通孔との関係位置に
ついて、精度を上げて製造しなければならない問題があ
った。なぜなら、燃焼室側壁の通孔から流出する排ガス
の流出量は通孔全体にわたって一様でなく、開口部の上
方ほど多く、排ガスの温度も開口部の上方ほど高温とな
るので、通孔に対する熱電対の温接点の位置関係が適正
位置から外れた場合には、熱電対の発生起電力特性が変
わりやすいためである。また、通孔の排ガス流出分布が
不均一であることに加え、通孔における熱電対の臨み量
が変ると排ガスによる熱電対の加熱面積が変わるためで
ある。例えば、実公平４−２４２８１号公報に示される
排気閉塞検知装置は、図４に示すように、温接点２を支
持する温接点支持部５、６の通孔３側縁よりの突出し量
を調節し、この温接点支持部５、６の受熱長さを変える
ことによって発生起電力を適正値に調整できることを利
点としている。しかし、この利点の反面、位置関係が少
しずれただけで発生起電力が変わってしまうことにな
る。更に、熱交換器等の修理の際に、熱電対１を燃焼室
１６から取り外した後に再組み立てを行い、適正関係位
置から外れると、起電力特性が変ってしまう懸念もあっ
た。 【０００４】従って、排気閉塞検知装置の作製に細心の
注意を払い、例えば、熱電対１の温接点２の位置が通孔
３の適正位置に組み込まれるように、各部品の加工精度
を上げて、組み合せ寸法のばらつきを小さくし、微妙な
良好範囲内で作製しなければならず、その結果、高価な
ものとなってしまう問題があった。 【０００５】一方、燃焼器が冷え切った状態での点火
（コールドスタートと呼ぶ）時には、排気閉塞検知装置
の誤判定によって、ガス流路を閉じる消火動作を行って
しまい立消えしやすい問題があった。この理由は、コー
ルドスタートの点火初期には、燃焼排ガスのドラフト力
が未だ小さく、しかも熱交換器２９を通過する排ガスの
流路抵抗が大きいので、燃焼室１６側壁に設けた通孔３
から排ガスが流出しやすくなっているためである。従っ
て、熱電対１はこの過渡的に流出する排ガスを敏感に感
知し、排気閉塞と誤判定して消火してしまうという問題
を生じていた。 【０００６】また、図４（ロ）に示すように、排気閉塞
の程度につれて通孔３からの高温の排ガスが局部的な高
温の排ガスとなって燃焼室１６の前面に設けた外装（フ
ロントカバー４０）の裏面に当たり、外装の塗装面が高
温によって変色してしまう問題もあった。 【０００７】本発明の排気閉塞検知装置は上記課題を解
決し、関係寸法に多少のばらつきがあったとしても安定
した起電力が得られるようにすると共に、コールドスタ
ート時に誤判定して消火することがない排気閉塞検知装
置を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の排気閉塞検知装置は、燃料ガスと空気との混合気を
燃焼するバーナと、上記バーナへのガス流路を開閉する
開閉弁と、上記バーナによる燃焼熱で流水を加熱する熱
交換器と、上記熱交換器と上記バーナ間に形成される燃
焼室とを備えた燃焼器に用いられ、上記燃焼室の側壁の
フロントカバーに向い合う部位に通孔を形成し、上記熱
交換器の排気閉塞時に上記通孔から流出する排ガスによ
る加熱によって起電力を発生する熱電対を、その温接点
を上記通孔に臨ませて設け、上記熱電対の起電力レベル
に基づいて上記開閉弁を閉弁して燃焼を停止する排気閉
塞検知装置において、上記熱電対の温接点に、上記通孔
の開口面積に対して上記通孔方向への投影面積が１〜１
／３の大きさをもつ熱容量体を設けたことを要旨とす
る。 【０００９】 【００１０】 【作用】上記構成を有する本発明の排気閉塞検知装置
は、通孔の開口面積に対して、通孔方向への投影面積が
１〜１／３の大きさをもつ熱容量体を熱電対の温接点に
設ける。つまり、点火初期に、熱容量体による熱量吸収
によって起電力の上昇を遅らせることができる。従っ
て、点火初期に通孔からの過渡的な排ガスの流出があっ
ても敏感に起電力を発生せず、異常と誤判定されて燃焼
停止する立消えが起こらない。また、熱容量体は、通孔
の開口面積の１〜１／３の大きさで設けられることによ
って、通孔全体の排ガス温度を平均化して、熱電対の温
接点に伝達する。従って、熱電対の温接点と通孔との関
係寸法位置がたとえ少々ずれたとしても、熱容量体によ
る吸収熱量は変化せず、熱電対による発生起電力がばら
つかない。即ち、製造上における量産性を高めることが
できる。更に、熱容量体によって通孔からの排ガス流出
方向が分散されるため、高温排ガスがフロントカバーの
裏面を局部的に接触しなくなり、フロントカバーの変色
を防止する。 【００１１】 【００１２】 【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の排気閉塞検知装置を備え
た湯沸器の好適な実施例について説明する。湯沸器は、
図１に示すように、燃料ガスと一次空気との混合気を燃
焼するバーナ２８、燃焼熱を流水へ受け渡す熱交換器２
９、熱交換器２９とバーナ２８間に挟まれ燃焼空間を形
成する燃焼室１６を備える。 【００１３】バーナ２８には燃焼炎による加熱によって
起電力を発生し燃焼状態を検知する一次熱電対３０が設
けられ、排気閉塞を検知する二次熱電対１が燃焼室１６
の側壁に設けた通孔３に臨んで設けられ、検出起電力の
監視を行うコントローラ２３へ電気的に接続される。コ
ントローラ２３は、一次熱電対３０および二次熱電対１
よる合成起電力が所定値以下か否かを判定し、異常と判
定すれば、コントローラ２３と電気的に接続されるガス
流路の開閉弁２４、２５へ閉弁指令を出して燃焼を停止
する。 【００１４】一次熱電対３０は、室内が燃焼排ガスによ
って酸欠雰囲気となると、一次熱電対３０を加熱してい
る燃焼炎がリフティング（飛火）を起こし始め、発生起
電力を低下する。他方、排気閉塞検知装置である二次熱
電対１は、燃焼生成物によって熱交換器２９の排気流路
が閉塞してくると、燃焼室１６の側壁に設けた通孔３か
ら排ガスがあふれ始め、このあふれ出た排ガスを感知し
て起電力を発生する。また、二次熱電対１は、一次熱電
対３０に対して逆起電力を発生するように逆極性に接続
され、熱交換器２９の排気流路が閉塞する程度につれて
発生起電力を上昇し、一次熱電対３０と二次熱電対１と
の合成起電力を低下する。従って、燃焼コントローラ２
３は、合成起電力値から、酸欠状態の検知、不着火、燃
焼炎の消失有無の判定だけでなく、熱交換器２９の閉塞
状態の検知を行ない、異常と判定すれば直ちに開閉弁２
４、２５を閉弁して、不完全燃焼を防止する。 【００１５】図２（ニ）に示すように、二次熱電対１を
形成する温接点支持部５、６はそれぞれ、クロメル、コ
ンスタンタンの異種金属で形成され、溶接された接続部
が温接点２を形成する。他端は、それぞれ被覆された銅
線である接続線９、１０が溶接され、この接続部が冷接
点７、８を形成する。温接点支持部５は温接点支持部６
より、上方位置に、かつ長く設けられ、この冷接点７は
冷接点８より温接点２から離れた位置に設けられる。冷
接点７、８部はグラスチューブ１１によって被覆され、
電気的に絶縁されている。その外周を、固定金具１２に
よって温接点支持部５、６が平行に位置するようにカシ
メて一体化している（図２（イ））。燃焼室１６の側壁
には二次熱電対１を取り付ける取付板１５が設けられ、
燃焼室１６に通じて、通孔３より大きな取付孔１７が設
けられる。二次熱電対１は温接点２から冷接点７、８を
水平方向に遠ざけるように横向きに設けられ、二次熱電
対１と取付板１５との間には、ガス種によって通孔３の
開口面積を選択して使用する通孔変更板１９の一端が挟
み込まれて、取付ビス１４にて固定される。通孔変更板
１９の他端は取付孔１７を塞いで取付孔１７の縁部裏側
に引っ掛けられ、この取付孔１７の中心にあたる位置に
取付孔１７より小さな通孔３が設けられる。ガス種に応
じて選択される通孔３の大きさは、排気閉塞を検知して
良好な燃焼限界内で適正に燃焼停止するように、例え
ば、ＬＰガスでは縦９ｍｍ×横５ｍｍ、都市ガスの４Ｃ
ガスでは縦５ｍｍ×横４ｍｍの大きさに設けられる。ま
た、二次熱電対１には、温接点２を包み込むように、通
孔３の開口面積に対して通孔３方向への投影面積が１〜
１／３の大きさをもつ円柱状の熱容量体４を設ける。熱
容量体４の大きさは、通孔３より大き過ぎると、放熱が
増して加熱され難くなって二次熱電対１の起電力が発生
し難くなると共に、室温の高低によって起電力が影響さ
れやすくなる。また、通孔３の開口面積に対して通孔３
方向への投影面積が１／３未満の場合では後述する効果
が得られない。従って、好ましくは直径４ｍｍ×長さ５
ｍｍ大きさの熱容量体４を設ける。また、熱容量体４
は、熱容量の大きい黄銅材を用いて温接点２を包み込
み、カシメによってずれないように温接点２に固定され
る。 【００１６】次に、温接点２に熱容量体４を設けた理由
について、以下に詳述する。第１の理由は、点火初期の
誤判定によってガス流路を閉じる立消えを防止するため
である。湯沸器が冷え切った状態での点火（コールドス
タートと呼ぶ）の際には、排気閉塞状態でなくても、燃
焼排ガスのドラフト力が小さく、しかも熱交換器２９を
通過する排ガスの流路抵抗が大きい。従って、コールド
スタート時には、燃焼室１６全体が昇温するまで過渡的
に通孔３から排ガスが流出する。しかし、熱容量体４
は、この過渡的に流出する排ガス熱量を吸収し、温接点
２に生じる起電力の上昇を遅らせる。つまり、二次熱電
対１の温接点２がこの過渡的な排ガスを敏感に感知しな
いので、コールドスタート時に排気閉塞を生じていない
場合には、異常と誤判定されることは無く、燃焼は停止
しない。即ち、立消えが起こらない。他方、排気閉塞を
生じている場合には、通孔３から排ガスの流出が続いて
起電力が上昇し、異常と判定されて燃焼を停止する。 【００１７】また、第２の理由は、発生起電力のばらつ
きを小さくするためである。熱容量体４は、通孔３の面
積の１〜１／３の大きさに設けてあり、通孔３との関係
寸法位置が少々ずれたとしても、通孔３から流出する全
体の排気ガスにさらされる。つまり、ほぼ通孔３全体の
排ガス熱量を吸収し、平均化して温接点２へ熱を伝達す
る。従って、関係寸法位置が少々ずれても起電力がばら
つくことはない。更に、二次熱電対１の温接点支持部
５、６について、通孔３の開口方向への投影が通孔３の
上下縁にかかるように設けてあるので、二次熱電対１が
多少ずれたとしても、実際に通孔３に向かい合う部分の
突出し量はほとんど変らない。特に、図３に示すよう
に、温接点支持部５、６を各々通孔３の上下より突出す
ように設ければ完全に影響が無くなる。また、通孔３に
対する側縁よりの突出し量が変わって排ガスによる加熱
面積がたとえ変わったとしても、この温接点２支持部の
突出し量の増減は、熱容量体４の熱容量に比べてはるか
に小さい。従って、温接点支持部の突出し量による起電
力への影響は無視できる。即ち、関係寸法のばらつきが
多少あっても、検知性能は安定し、製造上における量産
性を高めることができる。 【００１８】更に、第３の理由は、フロントカバー４０
の変色を防止するためである。排気閉塞を起こすと、通
孔３より排ガスが流出してフロントカバー４０の裏面の
一部分に集中し、この排ガス温度によってフロントカバ
ー４０の塗装面が変色する場合がある。しかし、熱容量
体４を設けることによって、燃焼初期の場合には熱容量
体４に排ガス中の熱が吸収され、また、燃焼中の場合に
は熱容量体４によって排ガス流出方向が分散される。従
って、熱容量体４は、高温の排ガスをフロントカバー４
０の裏面へ局部的に接触させず、フロントカバー４０の
変色を防止する（図２（ロ））。 【００１９】次に、排気閉塞検知装置のセンサとしての
感度向上について、以下に詳述する。二次熱電対１は、
その温接点２と冷接点７、８とを異なった温度に保つ
と、温度差に応じて熱起電力を発生する。つまり、排気
閉塞時には、温接点２と冷接点７、８との温度差が大き
いほど大きな逆起電力を発生させることができることに
なる。そこで、温度差を大きくするために次のことを行
う。まず第１は、上方の温接点支持部５を下方の温接点
支持部６より長くし、温接点２と冷接点７間に距離を設
ける。排ガスは、排気閉塞になり始めると、通孔３の上
方ほど多くあふれ出し、しかも温度が高い。従って、上
方の温接点支持部５および冷接点７は下方の温接点支持
部６および冷接点８より高い温度となり易い。そこで、
上方に位置する温接点支持部５を下方に位置する温接点
支持部６より長くすることによって（図２（ニ））、温
接点２と冷接点７間に、より大きな温度差が得られる。 【００２０】尚、この長さの違いを設けることによっ
て、別な利点も得られる。従来においては、図４（ニ）
に示すように、材料が異なる各々の温接点支持部５、６
における溶接時の判別を行うために、温接点２をずらし
て設けていた。例えば、溶接前においては同一材料を誤
って溶接することを防止する目的で、また溶接後におい
ては、どちらがどの材料で起電力のプラス・マイナス方
向なのかを特定する目的で、温接点２はずれた位置に設
けられ、この形状の違いによって各々の温接点支持部
５、６が判別されていた。このために、温接点２が温接
点支持部５の曲げ部３１に近づき、角隅部の溶接作業と
なって溶接が難しく、また、溶接による溶解代を含むの
で溶接前後で長さが異なることから、僅かばかりの長さ
の違いでは温接点支持部５と温接点支持部６との判別が
不明瞭であった。しかも、温接点部２を包むように熱容
量体４を設けるとするなら、溶接後の判別は不可能にな
ってしまうことになる。しかし、本実施例では、図２
（ニ）に示すように、温接点支持部５、６の各々につい
ての溶接前後における判別は、温接点支持部５を長く
し、冷接点７の位置をずらすことによって、冷接点７の
位置の違いから容易にできることとなる。また、温接点
２は各々の曲げ部３１、３１から遠ざかった中心位置に
設けるので、溶接作業が容易となる。 【００２１】また、温度差を大きくするために、冷接点
７、８を燃焼室１６から離して設ける。つまり、排気閉
塞になり始めると燃焼室１６が高温となり始め、この際
に、冷接点７の温度が高くならないように、冷接点７は
燃焼室１６から適切な離隔距離を確保する。例えば、本
実施例を図２（ハ）に示し、従来例を図４（ハ）に対比
させて示すように、冷接点〜温接点間の温接点支持部
５、６を燃焼室１６方向に曲げることによって、冷接点
７、８と燃焼室１６との離隔距離を温接点２と通孔面と
の離隔距離より大きくする（Ｈ０寸法）。つまり、冷接
点７、８と燃焼室１６との離隔距離を大きくすることに
よって、排気閉塞時には大きな温度差が得られて大きな
起電力が発生する。即ち、排気閉塞検知装置としての二
次熱電対１のセンサ感度を良くすることができる。 【００２２】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこうした実施例に何等限定されるものでは
なく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施
例では、一次熱電対３０と二次熱電対１とを直列に設け
て合成された起電力を監視する構成したが、各々の熱電
対の起電力を別々に監視しても良い。また、熱電対と直
列に接続されるマグネット式安全弁を熱電対の起電力の
低下によって閉弁してガス流路を閉じる排気閉塞検出装
置であっても良い。 【００２３】また、熱容量体４は、実施例による円柱形
状に限定されず、球形状でも良く、あるいは通孔の形状
を縮小した長方形の形状でも良い。また、板材・線材を
温接点に巻き付けた形状であっても良い。二次熱電対１
を形成する金属は実施例によるクロメルとコンスタンタ
ンとの組合わせに限定されず、クロメルとアルメルとの
組合わせ、鉄とコンスタンタンとの組合わせでも、ある
いは銅とコンスタンタン等、他の組合わせでも良い。ま
た、熱容量体の材質についても熱容量をもつ材料であれ
ば銅、鉛、鉄、アルミ、亜鉛、またはそれらの合金であ
っても良い。また、二次熱電対１は、実施例（図２
（ハ））のように、温接点２と冷接点７、８間に曲げ寸
法Ｈ０を設けることに限定されず、二次熱電対１全体を
斜めに取り付けることによって、冷接点７、８と燃焼室
１６との離隔距離を確保しても良い。また、本実施例で
は、バーナの燃焼炎に臨み起電力を発生する一次熱電対
３０と共に、熱交換器２９下部の燃焼室１６に二次熱電
対１を設けた湯沸器について説明したが、二次熱電対１
だけを設けて一次熱電対３０を設けない他の燃焼器に適
用しても良い。 【００２４】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明の排気閉塞
検知装置によれば、コールドスタート時に誤判定による
消火が防止されるので使用勝手が向上し、熱電対の関係
寸法のばらつきに対して発生起電力差が小さいので製造
上における歩留りを良くし量産性を高める、しかも、排
気閉塞検知のセンサ感度を良くして高い安全性を確保で
きるという優れた効果を奏する。更に、通孔からの高温
排ガスがフロントカバーの裏面を局部的に接触しなくな
るため、フロントカバーの変色を防止できるという優れ
た効果も奏する。

【図面の簡単な説明】 【図１】湯沸器の概略構成図である。 【図２】本発明の実施例に係る排気閉塞検出装置の概略
図である。 【図３】本発明の他の実施例を示す排気閉塞検出装置の
概略図である。 【図４】従来の実施例に係る排気閉塞検出装置の概略図
である。 【符号の説明】 １ 二次熱電対 ２ 温接点 ３ 通孔 ４ 熱容量体 ７ 冷接点 ８ 冷接点 １６ 燃焼室 １９ 通孔変更板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23N 5/10 310 F23N 5/24 104

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 燃料ガスと空気との混合気を燃焼するバ
   ーナと、 上記バーナへのガス流路を開閉する開閉弁と、 上記バーナによる燃焼熱で流水を加熱する熱交換器と、 上記熱交換器と上記バーナ間に形成される燃焼室とを備
   えた燃焼器に用いられ、 上記燃焼室の側壁のフロントカバーに向い合う部位に通
   孔を形成し、 上記熱交換器の排気閉塞時に上記通孔から流出する排ガ
   スによる加熱によって起電力を発生する熱電対を、その
   温接点を上記通孔に臨ませて設け、 上記熱電対の起電力レベルに基づいて上記開閉弁を閉弁
   して燃焼を停止する排気閉塞検知装置において、 上記熱電対の温接点に、上記通孔の開口面積に対して上
   記通孔方向への投影面積が１〜１／３の大きさをもつ熱
   容量体を設けたことを特徴とする排気閉塞検知装置。