JP3554461B2 - ガス湯沸器の不完全燃焼防止装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内胴スカートの上側に設けた熱交換器をバーナにより加熱するようにしたガス湯沸器に使用する不完全燃焼防止装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のガス湯沸器の不完全燃焼防止装置には、出願人が先に提案した特願平8−328522号に係る技術がある。これはメインバーナ20(符号を付した部分は図1に示す本発明の実施の形態を参照)の一部の炎口22の上方に炎を検出するフレームロッド38を設けると共に、上端部が熱交換器12の下側において内胴スカート10内に開口され下部にフレームロッド38を設けた炎口22に向かって開口された戻し管部13bを備えた還流管13を設けたものである。この技術によれば、室内の酸素濃度が低下した場合には炎にリフトを生じ、また熱交換器12等に詰まりを生じた場合には内胴スカート10内上部の圧力が上昇して燃焼廃ガスが還流管13を通って炎口22付近に戻されるので、その炎口に生じる炎にリフトを生じ、何れの場合にもフレームロッド38を通る炎電流が減少する現象を利用してガス電磁弁26を閉じて不完全燃焼を防止することができる。また時間遅れなしに不着火を検出することができる。
【0003】
しかしながらこの特願平8−328522号の技術では、バーナ20への着火の際に内胴スカート10内の圧力が瞬間的に増大して還流管13からフレームロッド38を設けた炎口22に戻される燃焼廃ガスの流れが急激に増大し、炎に一時的なリフトを生じさせて炎電流を減少させるので、ガス電磁弁26を閉じてガス湯沸器を停止させるおそれがある。このような問題を解決するために、この技術では、下方に延びる還流管13の本体部13aの下端を外部に解放し、その途中からフレームロッド38を設けた炎口22に向かって開口される戻し管部13bを分岐させ、着火直後の瞬間的な圧力増大により還流管13内に生じる燃焼廃ガスの急激な流れを慣性により主として本体部13aの下端の開口から外部に排出させ、戻し管部13bから炎口22に向かう燃焼廃ガスの量が少なくなるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの技術では、戻し管部13bへの分岐部から本体部13a下端の開口までの距離を長くすればこの長い部分の抵抗により炎口22に戻る燃焼廃ガスが多くなるので、着火時に生じる炎の一時的リフトによりガス電磁弁26が閉じないようにすることは困難である。また、この距離を短くすれば、着火時に生じる炎の一時的リフトを少なくしてガス電磁弁26が閉じないようにすることはできるが、定常使用状態では熱交換器12等に詰まりを生じた場合に炎口22に戻される燃焼廃ガスが少なくなり、炎電流が判定値まで低下しないので不完全燃焼防止という本来の目的を達成することが困難になる。要するに、この2つの目的を同時に満足するようにすることは困難であるという問題がある。
本発明は、炎電流検出により異常時にガス湯沸器を停止させる制御手段を工夫することにより、このような問題を解決することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明によるガス湯沸器の不完全燃焼防止装置は、内胴スカートと、この内胴スカートの上側に連続して設けた熱交換器と、内胴スカートの下部に設けたバーナを備えてなり、熱交換器内を通る給水をバーナにより加熱するようにしたガス湯沸器に関するものであり、バーナより噴出する燃料ガスに着火する点火栓を有する点火回路と、バーナの炎口の上方で正常な燃焼状態において同炎口に生成される炎内に位置するフレームロッドと、このフレームロッドに電圧を印加して同フレームロッドを通る炎電流を検出しこの炎電流が所定の判定値以下であればバーナに燃料ガスを供給するガス電磁弁を閉じるバーナコントローラを備え、このバーナコントローラは、ガス湯沸器の着火直後に増大する炎電流を検出して点火回路の作動を停止させた時点から、燃焼廃ガス通路の通路面積の閉塞率が使用上差し支えない程度のときに前述した着火の後に一時的に生じる炎のリフトにより減少した炎電流が所定の判定値まで回復するのに要する所定時間の間は、ガス電磁弁を閉じる前述の作動を行わないようにしたことを特徴とするものである。このようにすれば、バーナへの着火の際に還流管からフレームロッドを設けた炎口に戻される燃焼廃ガスの流れが急激に増大して炎にリフトを生じさせ、炎電流が所定の判定値以下に減少しても、それが着火後に通常生じる一時的なものである限りは、バーナコントローラがガス電磁弁を閉じることはない。
【0006】
また、本発明によるガス湯沸器の不完全燃焼防止装置は、前項と同様なガス湯沸器で、同様な点火回路とフレームロッドを備えたものにおいて、フレームロッドに電圧を印加して同フレームロッドを通る炎電流を検出しこの炎電流が所定の判定値以下であればバーナに燃料ガスを供給するガス電磁弁を閉じるバーナコントローラを、通常の作動状態ではバーナより噴出する燃料ガスへの着火が確実に完了すると予測される時点から、燃焼廃ガス通路の通路面積の閉塞率が使用上差し支えない程度のときに着火後に一時的に生じる炎のリフトにより減少した炎電流が所定の判定値まで回復するのに要する所定時間の間は、ガス電磁弁を閉じる前述の作動を行わないようにしてもよい。この場合も前項の場合と同様、バーナへの着火の際に炎電流が所定の判定値以下に減少することがあっても、それが着火後に通常生じる一時的なものである限りは、バーナコントローラがガス電磁弁を閉じることはない。
【0007】
前述した各ガス湯沸器の不完全燃焼防止装置は、炎電流の所定の判定値を、バーナコントローラがガス電磁弁を閉じる前述の作動を行わない期間の前後において同一とすることが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】
添付図面は、本発明をガス瞬間湯沸器に適用した場合の実施の形態を示す。
図1に示すように、ガス瞬間湯沸器の燃焼室14を形成する内胴スカート10の上側には、伝熱管12aとフィン12bよりなる熱交換器12が設けられ、下側にはメインバーナ20が設けられている。伝熱管12aの入口側は内胴スカート10の外側に巻き付けられた予熱管11を介して給水管15に接続され、出口側に接続された給湯管16には給湯栓17が設けられている。給水管15には、給水量が所定量を越えればロッド18aを移動させて後述する水圧応動弁28及び水流スイッチ31を作動させるダイアフラムを使用した水側制御器18が設けられている。図示は省略したが、水側制御器18には給水管15から熱交換器12への流量を手動調節して出湯温度を調節する手動弁が設けられている。
【0009】
図1に示すように、メインバーナ20は3個のバーナユニット21を連結したもので、ガス電磁弁26、能力調整弁27及び水圧応動弁28を直列に設けたガス供給管25を介して燃料ガスが供給されている。ガス電磁弁26はバーナコントローラ30から作動コイル26aに流される電流により開閉制御されるものであり、能力調整弁27は手動により調整することによりメインバーナ20へのガス供給量を調整して湯沸器の出湯能力を変えるものである。水圧応動弁28は熱交換器12に所定量以上の給水があれば開となるように前述した水側制御器18のロッド18aにより開閉されるものである。水圧応動弁28が開くとほゞ同時に、ロッド18aに設けたカム18bは水流スイッチ31をオンにする。
【0010】
各バーナユニット21は板金製で、図1及び図2に示すように、それぞれ2列に配置された多数の炎口22を有しており、各炎口22は仕切板22aにより仕切られている。最外側の列となる炎口22のうちの一つの上方には、絶縁体38aにより支持されたフレームロッド38の水平に折曲された先端部が、正常な燃焼状態において炎口に生成される炎23内に位置するように、炎口22の列とほゞ直交する外側から挿入されている。なおフレームロッド38の先端部は、炎23との接触面積を増大させるために、水平面内で折り返されている。
【0011】
熱交換器12のすぐ下側において内胴スカート10の側壁に設けた穴を介して上端部が燃焼室14の上部に開口された還流管13の本体部13aは、内胴スカート10の側壁の外側に沿って真直に下方に延びてその下端はガス湯沸器内の大気中に開口され、途中から分岐された燃焼廃ガスの戻し管部13bは内胴スカート10の下部に形成した切欠きを通り抜けて、フレームロッド38が挿入される炎23を形成する炎口22に向かって斜めに開口されている。戻し管部13bは、本体部13aに連結される根元部を除き、断面形状が横長の長方形となるように変形され、その中心面の高さは炎口22を形成するバーナユニット21の上端面と一致している。
【0012】
次に図3によりバーナコントローラ30の概要の説明をする。この実施の形態では電源40は乾電池であり、前述した水流スイッチ31を介して電圧監視回路32、電磁弁駆動回路33、点火回路34、タイマ回路35、定電圧回路36、フレームガード回路37及び安全回路39が接続されている。電磁弁駆動回路33は、タイマ回路35からの入力を受けて後述するように作動コイル26aに電流を流してガス電磁弁26を開き、点火回路34を作動させて点火栓34aによりバーナ20に着火し、またフレームガード回路37から入力された炎電流の検出値が所定の判定値以下であれば作動コイル26aへの電流を停止してガス電磁弁26を閉じるものである。作動コイル26aは、閉じているガス電磁弁26を開くための大電流を流す必要がある吸着コイル26bと、一旦開いたガス電磁弁26を開状態に保持するために小電流を流せばよい保持コイル26cよりなるものである。
【0013】
フレームガード回路37は定電圧回路36から出力される一定の電圧を受けてフレームロッド38に所定の電圧を印加し、フレームロッド38を通る炎電流を検出してその値に応じた信号を電磁弁駆動回路33に出力するものである。この炎電流は炎の変化に瞬間的に応答して変化するので、電磁弁駆動回路33に対する信号の出力も実質的に時間遅れなしに行われる。フレームガード回路37には、使用するガス種に合わせて前述の判定値を調整するために、差替え式のガス種コネクタ37aが設けられている。安全回路39はフレームガード回路37の作動の異常の有無を監視し、異常が生じた場合にはガス湯沸器の作動を停止するものである。電圧監視回路32は電源電池40の電圧が所定の限度以下になれば表示灯32aを点灯して電池の交換を促すものである。
【0014】
次に図4に示すフローチャート並びに図5及び図6に示す特性図により、上記実施の形態の作動の説明をする。給湯栓17を開くことにより給水管15を通る給水が所定量を越え、水圧応動弁28が開くと同時に水流スイッチ31がオンとなれば(ステップ100)、バーナコントローラ30は内蔵する第1タイマによる第1時間t1の計時をスタートさせ(ステップ101)、電源電池40の電圧が所定値(例えば1.9ボルト)以上あるか否か(ステップ102)及びガス種コネクタ37aが接続されているか否か(ステップ103)をチェックする。ステップ102とステップ103の何れか一方でもノーであれば、バーナコントローラ30は表示灯またはブザーによる異常表示を行って(ステップ109)、それ以上のガス湯沸器の作動を停止する。
【0015】
ステップ102とステップ103の何れもがイエスであれば、バーナコントローラ30はガス電磁弁26の吸着コイル26bに吸着電流を与えてこれを開くと同時に点火回路34を作動させ(ステップ104)、点火栓34aに生じる火花によりメインバーナ20の炎口22から噴出する燃料ガスに着火し、フレームガード回路37により検出されるフレームロッド38を通る炎電流が所定の判定値I0(例えば1μA)以上であるか否かを判断する(ステップ105)。第1時間t1が第1の所定時間T1(例えば2秒)に達する以前にこの炎電流が判定値I0に達しない場合は、着火ミスあるいは何らかの原因により燃焼状態が不良であるとして、バーナコントローラ30は点火回路34の作動を停止させ(ステップ107)、吸着コイル26bへの吸着電流を停止させ(ステップ108)ガス電磁弁26を閉じてメインバーナ20への燃料ガスの供給を停止し、異常表示を行って(ステップ109)それ以上のガス湯沸器の作動を停止する。
【0016】
第1時間t1が第1の所定時間T1に達する以前にこの炎電流が判定値I0を越えれば、すなわち正常な燃焼状態となれば、バーナコントローラ30は吸着コイル26bに与えていた大きな吸着電流を保持コイル26cに与える小さい保持電流に切り替えてガス電磁弁26を開状態に保持し、点火回路34の作動を停止させ、内蔵する第2タイマによる第2時間t2の計時をスタートさせる(ステップ110)。これによりガス湯沸器の作動が開始され、熱交換器12を通る給水はメインバーナ20により加熱されて給湯栓17から出湯される。
【0017】
バーナコントローラ30は、この出湯状態で第2時間t2が第2の所定時間T2(例えば10秒)を経過した後に(ステップ111)、フレームガード回路37により検出されるフレームロッド38を通る炎電流が所定の判定値I0(例えば前述と同じ1μA)以上であるか否か(ステップ112)、及び水流スイッチ31がオンとなっているか否か(ステップ113)を繰り返してチェックする。給湯栓17を閉じれば水側制御器18を介して水圧応動弁28が閉じると同時に水流スイッチ31がオフとなるので、バーナコントローラ30は保持コイル26cへの保持電流を停止して(ステップ114)ガス電磁弁26を閉じ、インバーナ20への燃料ガスの供給を停止してガス湯沸器の作動を停止させてから、給湯栓17を開く前の待機状態に戻る。なおこのステップ113によるチェックは、第2時間t2が第2の所定時間T2を経過する前にも行うようにしてもよい。
【0018】
ステップ112及びステップ113を繰り返して出湯している間に、次に述べるような原因により不完全燃焼が生じて炎電流が判定値I0以下に減少すれば、バーナコントローラ30は吸着コイル26bへの吸着電流を停止させ(ステップ108)ガス電磁弁26を閉じてメインバーナ20への燃料ガスの供給を停止し、異常表示を行って(ステップ109)それ以上のガス湯沸器の作動を停止する。
【0019】
次に、個々の原因による不完全燃焼防止作用の詳しい説明をする。先ず、定常使用状態で空気中の酸素濃度は正常であるが、内胴スカート10の上側に設けた熱交換器12のフィン12bに燃焼生成物などによる詰まりが生じ、空気の流れが悪くなって燃焼用空気量が不足した場合の説明をする。このような詰まりなどによる燃焼廃ガス通路の通路面積の閉塞率が増大するにつれて内胴スカート10と熱交換器12とメインバーナ20の間に形成される燃焼室14内の上部の圧力が次第に上昇する。図1に示すように上述のような還流管13を設けた実施の形態では、この閉塞率が増大して燃焼室14内上部の圧力が上昇するにつれて、実線の矢印に示すように還流管13の本体部13aから戻し管部13bを通ってフレームロッド38を設けた炎口22付近に戻される燃焼室14内上部の燃焼廃ガスは次第に増加する。
【0020】
これによりその炎口22付近の燃焼用空気の酸素濃度が減少するので、その炎口22に生成される炎は次第にリフトし、炎の根元部に生じる未燃焼ガス部分の長さが次第に増大し、正常な燃焼状態では燃焼している炎内にあったフレームロッド38の先端部が次第に未燃焼ガス部分内に移る。このため図6に示すように、フレームロッド38を通る炎電流は、閉塞率の増大につれて次第に減少する。バーナコントローラ30はこの炎電流の値が所定の判定値I0以下となれば保持コイル26cに対する保持電流を停止し(ステップ112、ステップ108)、異常表示を行って(ステップ109)ガス湯沸器の作動を停止する。ガス湯沸器の使用上差し支えない閉塞率の限度は機種により相違するが例えば37%程度であり、閉塞率がこの程度まで増大すればガス湯沸器の作動を停止させるように判定値I0を設定している。
【0021】
燃焼用空気の通路に詰まりはないが、充分な換気をすることなくガス湯沸器の使用を続けるなどにより、周囲の空気中の酸素濃度が次第に低下した場合には、酸素濃度の減少に応じてメインバーナ20の炎口22に生成される炎にリフトが生じ、炎の根元部に生じる未燃焼ガス部分の長さが次第に増大する。これにより正常な燃焼状態では燃焼している炎内にあったフレームロッド38の先端部が次第に未燃焼ガス部分内に移るので炎電流は次第に減少し、この炎電流の値が判定値I0以下となればバーナコントローラ30は保持コイル26cに対する保持電流を停止し(ステップ112、ステップ108)、異常表示を行って(ステップ109)ガス湯沸器の作動を停止する。
【0022】
次に、メインバーナ20への着火後で炎電流がまだ安定していない時期の作用につき詳しく説明する。図5は、熱交換器12のフィン12bの詰まりなどによる燃焼廃ガス通路の通路面積の閉塞率がそれぞれ異なる場合における、コールドスタート時(ガス湯沸器を冷却状態から起動した場合)の炎電流の時間的変化を示す図であり、ガス湯沸器の作動開始時に燃料ガスに着火されれば急激に増大した後に、閉塞率が0%の場合を除き一時的に減少し、再び増大して多少の増減を繰り返しながら定常状態の値に収れんする。前述のようにこの実施の形態では、使用上差し使えない閉塞率の限度は37%であるが、閉塞率30%の場合の炎電流の値は、図5に示すように、起動後約3〜6秒の間は判定値I0以下となる。
【0023】
このためそのままでは、閉塞率が限度に達していないにも拘らず、ガス湯沸器は作動を停止することになる。しかしこの実施の形態では、炎電流が判定値I0に達することにより着火を確認して点火回路34が作動を停止した時点Sから第2の所定時間T2を経過するまでは(ステップ111)、炎電流が判定値I0以下になっても保持コイル26cに対する保持電流が停止されることはない。従って、メインバーナ20への着火の際に還流管13からフレームロッド38を設けた炎口22に戻される燃焼廃ガスの流れが急激に増大して着火された炎にリフトを生じさせ、炎電流が所定の判定値以下に減少しても、それが着火後に通常生じる一時的なものである限りは、ガス電磁弁が閉じてガス湯沸器が作動を停止することはない。この第2の所定時間T2は、メインバーナ20への着火確認から、閉塞率が使用上差し支えない程度のときに着火後に一時的に生じる炎のリフトにより減少した炎電流が所定の判定値I0まで回復するのに要する時間で、予め実験などにより定めるものである。
【0024】
また上述した実施の形態では、第2の所定時間T2の開始前に行う着火確認の際における炎電流の判定値I0(ステップ105)と、第2の所定時間T2の終了後に行う不完全燃焼防止のための炎電流の判定値I0(ステップ112)を同一としたので、その分だけ制御プログラムは簡略化される。
【0025】
上述した実施の形態では、第2の所定時間T2の計時スタート時点を、炎電流が判定値I0に達することにより着火を確認して点火回路34が作動を停止した時点Sとしているが、この計時スタート時点は、通常の作動状態ではメインバーナ20より噴出する燃料ガスへの着火が確実に完了すると予測される時点(例えば第1の所定時間T1の終了時点)としてもよく、この場合の第2の所定時間T2は多少短くなる。
【0026】
以上の実施の形態は、点火栓によりメインバーナに直接着火する方式のガス湯沸器に本発明を適用した例につき説明したが、本発明はパイロットバーナによりメインバーナに着火する方式のガス湯沸器に適用することも可能であり、その場合にはフレームロッドをパイロットバーナに設け、還流管13の戻し管部13bはこのパイロットバーナに向けるようにしてもよい。また本発明は、上記実施の形態のように先止め式のガス湯沸器にかぎらず、元止め式のガス湯沸器に適用することも可能である。
【0027】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、バーナへの着火の際に還流管からフレームロッドを設けた炎口に戻される燃焼廃ガスにより炎にリフトを生じさせ、炎電流を判定値以下に減少させても、それが着火後に通常生じる一時的なものである限りは、バーナコントローラがガス電磁弁を閉じることはないので、定常使用状態において熱交換器に詰まりを生じた場合に不完全燃焼防止の目的を達成できるような還流管を使用した場合でも、着火時の一時的炎な電流の減少によりガス電磁弁が閉じてガス湯沸器が停止することがなくなる。
【0028】
炎電流の所定の判定値を、バーナコントローラがガス電磁弁を閉じる前述の作動を行わない期間の前後において同一としたものによれば、制御を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガス湯沸器の不完全燃焼防止装置の一実施形態の全体構造を示す図である。
【図2】図1の2−2線に示す部分拡大上面図である。
【図3】図1に示す実施形態のバーナコントローラの構成図である。
【図4】図1に示す実施形態の作動を示すフローチャートである。
【図5】図1に示す実施形態の、作動開始からの炎電流の時間的変化特性を示す図である。
【図6】図1に示す実施形態の、閉塞率に対する炎電流の変化特性を示す図である。
【符号の説明】
10…内胴スカート、12…熱交換器、20…バーナ(メインバーナ)、22…炎口、26…ガス電磁弁、30…バーナコントローラ、34…点火回路、34a…点火栓、38…フレームロッド。
Claims (3)
- 内胴スカートと、この内胴スカートの上側に連続して設けた熱交換器と、前記内胴スカートの下部に設けたバーナを備えてなり、前記熱交換器内を通る給水を前記バーナにより加熱するようにしたガス湯沸器において、前記バーナより噴出する燃料ガスに着火する点火栓を有する点火回路と、前記バーナの炎口の上方で正常な燃焼状態において同炎口に生成される炎内に位置するフレームロッドと、このフレームロッドに電圧を印加して同フレームロッドを通る炎電流を検出しこの炎電流が所定の判定値以下であれば前記バーナに燃料ガスを供給するガス電磁弁を閉じるバーナコントローラを備え、このバーナコントローラは、ガス湯沸器の着火直後に増大する前記炎電流を検出して前記点火回路の作動を停止させた時点から、燃焼廃ガス通路の通路面積の閉塞率が使用上差し支えない程度のときに前記増大の後に一時的に生じる炎のリフトにより減少した前記炎電流が前記所定の判定値まで回復するのに要する所定時間の間は、前記ガス電磁弁を閉じる前述の作動を行わないようにしたことを特徴とするガス湯沸器の不完全燃焼防止装置。
- 内胴スカートと、この内胴スカートの上側に連続して設けた熱交換器と、前記内胴スカートの下部に設けたバーナを備えてなり、前記熱交換器内を通る給水を前記バーナにより加熱するようにしたガス湯沸器において、前記バーナより噴出する燃料ガスに着火する点火栓を有する点火回路と、前記バーナの炎口の上方で正常な燃焼状態において同炎口に生成される炎内に位置するフレームロッドと、このフレームロッドに電圧を印加して同フレームロッドを通る炎電流を検出しこの炎電流が所定の判定値以下であれば前記バーナに燃料ガスを供給するガス電磁弁を閉じるバーナコントローラを備え、このバーナコントローラは、通常の作動状態では前記バーナより噴出する燃料ガスへの着火が確実に完了すると予測される時点から、燃焼廃ガス通路の通路面積の閉塞率が使用上差し支えない程度のときに着火後に一時的に生じる炎のリフトにより減少した前記炎電流が前記所定の判定値まで回復するのに要する所定時間の間は、前記ガス電磁弁を閉じる前述の作動を行わないようにしたことを特徴とするガス湯沸器の不完全燃焼防止装置。
- 前記炎電流の所定の判定値は、前記バーナコントローラが前記ガス電磁弁を閉じる前述の作動を行わない期間の前後において同一である請求項1または請求項2に記載のガス湯沸器の不完全燃焼防止装置。
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