JP3852384B2

JP3852384B2 - ガス燃焼装置

Info

Publication number: JP3852384B2
Application number: JP2002228797A
Authority: JP
Inventors: 明太田; 秀典畑
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP2004069169A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はガス燃焼装置に関し、より詳細には、ガス通路が分岐されて第一の燃焼部と第二の燃焼部とに燃料ガスが供給されるとともに、各燃焼部にはそれぞれ燃料ガスの供給量を制御するガス流量制御弁が設けられているガス燃焼装置において、各燃焼部に供給される燃料ガスの供給量を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６にガス燃焼装置の一例を示す。図６はガス風呂釜（暖房）付きの給湯器を示しており、図示のように、近時のガス燃焼装置においては、給湯側（図示のＱ側）と、浴槽追い焚きまたは暖房側（図示のＦ側）の二系統の燃焼部を備えた給湯器が提供されている。
【０００３】
この種の給湯器においては、各燃焼部にはそれぞれ熱交換器ａと、バーナｂと、送風ファンｃなどが備えられており、上記バーナｂには、ガス供給源から燃料ガスを供給するガス管（ガス通路）ｄが接続されている。ガス管ｄは、その途上の分岐点ＰでＱ側とＦ側とに分岐され、分岐配管ｄｑ，ｄｆが上記Ｑ側とＦ側の各燃焼部のバーナｂに接続されている。
【０００４】
各分岐配管ｄｑ，ｄｆには、それぞれの燃焼部への燃料ガスの供給量を調節するためのガス流量制御弁ｅが設けられており、その上流側にはバーナｂに供給されるガス流量を測定するためのガス流量センサｆがそれぞれ設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の構成よりなるガス燃焼装置では以下のような問題がありその改善が望まれていた。
【０００６】
すなわち、従来のガス給湯器では、Ｑ側およびＦ側の燃焼部の双方にガス流量センサが設けられているが、かかるガス流量センサは比較的高価な製品であるため、このようにＱ側とＦ側の双方に一個ずつ設ける構成ではガス給湯器自体の製造コストの上昇を招くという問題があった。殊に最近では比較的低価格で高性能な給湯器（給湯以外にも風呂追い焚きや暖房機能を備えた給湯器）の提供が求められることがあるため、その改善が強く望まれていた。
【０００７】
また、その一方で、従来のガス給湯器は上述したように製品コストが高いために比較的高級な商品となる傾向が強いが、各燃焼部へのガス供給量は単独の流量センサでしか検出していないため当該ガス流量センサが故障等した場合にガス流量を正確に測定できないという問題があった。そのため、器具についての信頼性が強く求められる高級な製品においては、このようなガス流量センサの故障を検出できる給湯器の提供が望まれていた。
【０００８】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、従来品からのコスト上昇を可能な限り回避しつつ信頼性の高い給湯器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のガス燃焼装置は、ガス通路が分岐されて少なくとも２以上の燃焼部に燃料ガスが供給されるとともに、各燃焼部にはそれぞれ燃料ガスの供給量を制御するガス流量制御弁が設けられているガス燃焼装置において、前記ガス通路の分岐点の上流側と少なくとも下流側のいずれか一方のガス通路に、各通路内のガス流量を検出するガス流量検出手段がそれぞれ設けられ、ガス通路の分岐点の下流側であって、ガス流量センサが設けられた側の燃焼部のみが燃焼運転を行う場合に、制御手段が、これらガス流量検出手段の検出値を比較してガス流量検出手段の故障の有無を検出する制御構成を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載のガス燃焼装置は、ガス通路が分岐されて少なくとも２以上の燃焼部に燃料ガスが供給されるとともに、各燃焼部にはそれぞれ燃料ガスの供給量を制御するガス流量制御弁が設けられているガス燃焼装置において、前記ガス通路の分岐点の上流側と少なくとも下流側のいずれか一方のガス通路に、各通路内のガス流量を検出するガス流量検出手段がそれぞれ設けられるとともに、前記各ガス流量制御弁における燃料ガスの分配比率を検出する分配比率検出手段が設けられてなり、制御手段が、前記ガス流量検出手段の検出値と前記分配比率検出手段で検出された燃料ガスの分配比率とに基づいてガス流量検出手段の故障の有無を検出する制御構成を有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態１
【００１３】
図１は本発明を適用した給湯器の概略構成を示している。図示のように、この給湯器１は、給湯用の燃焼部（図示のＱ側）２ａと、風呂追い焚きまたは温水暖房用の熱源など給湯以外の用途に用いられる燃焼部（図示のＦ側）２ｂの二系統の燃焼部２を備えた給湯装置である。
【００１４】
各燃焼部２は、熱交換器３と、該熱交換器３を加熱するバーナ４とを有してなり、該バーナ４の下方には燃焼用空気を送風するための送風ファン５が設けられている。そして、入水管６から供給される被加熱水を熱交換器３で加熱して出湯管７から出湯可能とされている。
【００１５】
なお、図において符号８で示すのは熱交換器３への入水温度を検出する入水温度センサであり、符号９で示すのは出湯温度を検出する出湯温度センサである。また、符号１０で示すのは熱交換器３への入水流量を検出する入水流量センサである。
【００１６】
バーナ４はガスを燃料とするガスバーナであって、該バーナ４にはガス供給源から燃料ガスを供給するためのガス管（ガス通路）１１が接続されている。具体的には、このガス管１１は、上記Ｑ側、Ｆ側の双方のバーナ４に燃料ガスの供給ができるように、その配管途上の分岐点Ｐにおいて分岐配管１１ｑ，１１ｆに分岐され、分岐配管１１ｑがＱ側のバーナ４に、また分岐配管１１ｆがＦ側のバーナ４にそれぞれ接続されている。
【００１７】
そして、各分岐配管１１ｑ，１１ｆには、その上流側より燃料ガスの供給／遮断を切り替えるガス電磁弁１２と、バーナ４に供給される燃料ガスの供給量を制御するガス流量制御弁１３とが設けられている。
【００１８】
ここで、上記ガス流量制御弁１３は、たとえばニードル弁のように弁体を作動させて弁座の開口面積を変化させることにより燃料ガスの流量を調節する比例弁が用いられる。具体的には図２に示すように、ガス管１１に弁座１００を設け、この弁座１００に対して駆動機構（図示例ではステッピングモータ１０１）によって弁体１０２を進退動作させることにより弁座１００を通過する燃料ガスの流量を調節するように構成されている。
【００１９】
つまり、本実施形態に示すガス流量制御弁１３では、後述する制御手段１５でステッピングモータ１０１のステップ数を制御することによって弁体１０２の弁開度を調節し、これによりバーナ４に供給される燃料ガスの供給量が制御されている。
【００２０】
また、上記ガス管１１には配管内を流れる燃料ガスの流量を検出するガス流量センサ（ガス流量検出手段）１４が設けられている。具体的には、本実施形態ではこのガス流量センサ１４は上記ガス管１１の分岐点Ｐの上流側に一個だけ設けられている。
【００２１】
ここで、このガス流量センサ１４は、配管内を流れる流体の質量流量を検出するセンサであって、この流量センサ１４としては、たとえばヒータを挟んだ上下両側に温度センサを搭載して該温度センサ間の出力値の差から流体の質量流速を測定する熱式質量センサが用いられる。
【００２２】
制御手段１５は、給湯器１のコントローラを構成するものであって、図示しないが、所定の制御プログラムを搭載したマイクロコンピュータと、後述するデータ等を記憶する記憶装置などを備えて構成される。具体的には、この制御手段１５は、上記入水温度センサ８や出湯温度センサ９などの各種センサ類で検出される検出値情報と、図示しない給湯器１の遠隔操作装置などで設定される設定情報（たとえば給湯設定温度など）とに基づいて給湯器１の各部の動作制御を実行する。
【００２３】
そして、さらに本実施形態においては、この制御手段１５は、上記ガス流量センサ１４での検出値情報とガス流量制御弁１３の弁開度情報（ステップ数情報）とに基づいて各燃焼部２ａ，２ｂに供給される燃料ガスの供給量を以下のようにして測定する。
【００２４】
まず、本実施形態では、各燃焼部２ａ，２ｂに供給される燃料ガスの供給量を測定するにあたり、上記流量制御弁１３としてステッピングモータ１０１で駆動するニードル弁が用いられているので、ステッピングモータ１０１のステップ数により燃料ガスの流量が決定されることから、制御手段（具体的には上記記憶装置）１５に、予めＱ側およびＦ側のそれぞれについて、上記ステッピングモータ１０１のステップ数（弁開度）とガス流量制御弁１３を流れる燃料ガスの流量との相関関係を示す特性データ（ガス流量制御弁１３の入出力特性データ）を記憶させておく。
【００２５】
そしてさらに、上記制御手段１５には、この入出力特性データとＱ側およびＦ側の各流量制御弁１３のステップ数とに基づいて分岐配管１１ｑおよび１１ｆにおける燃料ガスの分配比率を演算するプログラムを格納しておく。つまり、本実施形態では上記制御手段１５が分配比率検出手段１６としても機能する。
【００２６】
そして、Ｑ側またはＦ側の一方のみで燃焼運転が行われている場合（Ｑ側またはＦ側の単独運転の場合）には、燃焼運転が行われている側といない側とではその分配比率が１００対０になるので、上記ガス流量センサ１４で検出された燃料ガスの流量の全てを燃焼運転が行われている側のバーナ４に供給された燃料ガスの供給量と判断する。
【００２７】
一方、Ｑ側とＦ側の双方がともに燃焼運転を行っている場合（Ｑ側およびＦ側の同時運転の場合）には、上記制御手段１５は、Ｑ側およびＦ側のガス流量制御弁１３におけるステッピングモータ１０１のステップ数からＱ側とＦ側の分配比率を算出し、上記ガス流量センサ１４での検出値をこの分配比率に応じてＱ側とＦ側とに分配することにより、Ｑ側とＦ側のそれぞれに供給される燃料ガスの供給量を算出する。つまり、ガス流量センサ１４の検出値を上記分配比率に基づいて分配演算することで、Ｑ側とＦ側のそれぞれについて燃料ガスの供給量の測定が行われる。
【００２８】
このように、本実施形態に示す給湯器１によれば、Ｑ側およびＦ側の各燃焼部２に供給される燃料ガスの流量を、ガス流量センサ１４での検出値と、Ｑ側とＦ側の各ガス流量制御弁１３におけるステッピングモータ１０１のステップ数から導かれる分配比率とに応じて算出するようにされているから、ガス流量センサ１４として一個の流量センサを設けるだけで、Ｑ側およびＦ側の二系統の燃焼部２に供給される燃料ガスの供給量を測定することができる。
【００２９】
なお、上述した実施形態では、ガス流量センサ１４をガス管１１の分岐点Ｐの上流側に配した場合を示したが、本発明はガス流量センサ１４での検出値と、Ｑ側とＦ側の各ガス流量制御弁１３における燃料ガスの分配比率とに基づいて各燃焼部２に供給される燃料ガスの供給量を算出するものであるから、図３(a),(b)に示すように、ガス流量センサ１４を上記分岐点Ｐの下流側、つまり分岐配管１１ｑ，１１ｆのいずれか一方に配置してもよい。要は、一個の流量センサと上記分配比率とに基づいて各燃焼部２に供給される燃料ガスの供給量が実測または演算測定されればよく、ガス流量センサ１４の配設位置は適宜変更可能である。
【００３０】
実施形態２
次に本発明の第二の実施形態について説明する。この第二の実施形態は、図１に示す上記実施形態１の改変例であって、本実施形態では、図４に示すように、ガス管１１の分岐点Ｐの下流側にもガス流量センサ１４が設けられる（以下、説明の便宜上、分岐点Ｐの上流側のガス流量センサを符号１４ａで示し、下流側のガス流量センサを符号１４ｂで示す）。
【００３１】
すなわち、この第二の実施形態に示す給湯器１は、分岐点Ｐの下流側と上流側の双方にガス流量センサ１４が設けられており、制御手段１５においてこの上流側および下流側のガス流量センサ１４ａ，１４ｂの出力値を比較することによってガス流量センサ１４の故障判定が行われる。
【００３２】
具体的には、上記ガス流量センサ１４ａ，１４ｂとしては、流量対出力値の特性が同一もしくは一定の比率の流量センサが用いられる。そして、ガス流量センサ１４ａ，１４ｂが直列に配されている側（つまり、図示例ではＱ側）の燃焼部２ａのみが燃焼運転を行い、他方（つまり、図示例ではＦ側）の燃焼部２ｂが運転停止状態にある時に、上記制御手段１５においてガス流量センサ１４ａ，１４ｂの出力値を比較して、両センサ１４ａ，１４ｂの出力値が同一もしくは上記一定の比率で出力されている場合には、上記制御手段１５が両センサ１４ａ，１４ｂはともに正常であると判断する。一方、両センサ１４ａ，１４ｂの出力値が同一でないかあるいは上記一定の比率でない場合には、上記制御手段１５が両センサ１４ａ，１４ｂのうちどちらかが異常であると判断する。
【００３３】
なお、制御手段１５において両センサ１４ａ，１４ｂのうちどちらかが異常であると判断された場合には、たとえば上記制御手段１５において、入水温度センサ８で検出される入水温度と、出湯温度センサ９で検出される出湯温度と、入水流量センサ１０で検出される入水流量とに基づいて、被加熱水に与えられた発熱量を演算するとともに、この発熱量と、予め上記記憶装置に記憶される燃料ガスの単位流量あたりの発熱量と熱交換器３の熱交換効率についてのデータとに基づいてバーナ４に供給された燃料ガスの流量を逆算し、この逆算によって求めた値と、先にガス流量センサ１４ａ，１４ｂで検出された検出値とを比較することによっていずれのガス流量センサ１４ａ，１４ｂが異常であるかを判断する。つまり、上記逆算によって得られた数値と相違する検出値を示すガス流量センサ１４を故障していると判断する。
【００３４】
また、上記Ｑ側およびＦ側の双方ともに燃焼運転を行っている場合の故障判定方法としては、上記制御手段１５は、上述した実施形態１に記載の手順に従いガス流量制御弁１３の制御量（ステップ数）からＱ側とＦ側の分配比率を検出し、上流側の上記ガス流量センサ１４ａで検出された燃料ガスの供給量をこの分配比率に基づいて分配してガス流量センサ１４ｂが設けられた側（図示例ではＱ側）のガス流量を算出し、この算出結果とガス流量センサ１４ｂの検出値とを比較して、両者が一致する場合はガス流量センサ１４ａ，１４ｂは双方とも正常であると判断する。一方、比較の結果が一致しない場合にはガス流量センサ１４ａ，１４ｂのうちいずれかが故障であると判断する。
【００３５】
このように、本発明の第二の実施形態によれば、ガス管１１の分岐点Ｐの前後にガス流量センサ１４を配設することにより、ガス流量センサ１４ａ，１４ｂの検出値を相互に比較監視することができるので、ガス流量センサ１４ａ，１４ｂの検出値について信頼性の高い給湯器を提供することができる。
【００３６】
なお、上述した実施形態では、分岐点Ｐの下流側に設置されるガス流量センサ１４ｂがＱ側にのみ設けられた場合を示したが、流量センサ１４ｂをＦ側にのみ設けることも可能である。また、図５に示すように、Ｑ側，Ｆ側の双方に設けておくことも可能である。つまり、分岐点Ｐの上流側と下流側にガス流量センサ１４を設けてその検出値の比較監視が可能とされていれば、下流側に配されるガス流量センサ１４ｂは分岐配管１１ｑ，１１ｆの少なくともいずれか一方に設けられていればよく、その配置については適宜設計変更可能である。
【００３７】
なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００３８】
上述した実施形態では、ガス流量制御弁１２の弁開度をステッピングモータ１０１のステップ数を用いて判断する構成を示したが、弁開度はステップ数以外の要素（たとえばガス流量制御弁１３の駆動機構としてムービングコイルが用いられている場合には当該コイルへの供給電流値）を用いて判断するように構成することも可能である。つまり、たとえばガス流量制御弁１３の駆動機構としてムービングコイルが用いられるとともに、弁装置として圧力制御弁（ガバナ）が用いられるような場合には、ムービングコイルへの供給電流値でガス流量制御弁１３の二次側ガス圧が決定するため、この場合は、制御手段１５に電流値−二次圧特性を記憶させておき、この特性データに基づいて上記分配比率を求めるように構成される。
【００３９】
また、上述した実施形態では第一および第二の２つの燃焼部２を有する給湯器１を示したが、この燃焼部２は２以上設けられてもよい。なおその場合、上記分配比率は各燃焼部２の全てを対象として算出されるのはもちろんである。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、ガス通路が分岐されて少なくとも２以上の燃焼部に燃料ガスが供給されるとともに、各燃焼部にはそれぞれ燃料ガスの供給量を制御するガス流量制御弁が設けられているガス燃焼装置において、前記ガス通路の分岐点の上流側と少なくとも下流側のいずれか一方のガス通路に、各通路内のガス流量を検出するガス流量検出手段がそれぞれ設けられ、ガス通路の分岐点の下流側であって、ガス流量センサが設けられた側の燃焼部のみが燃焼運転を行う場合に、制御手段が、これらガス流量検出手段の検出値を比較してガス流量検出手段の故障の有無を検出する制御構成を有することから、分岐点の上流側と下流側のガス流量検出手段同士で検出値の相互監視を行うことができるので、信頼性の高い給湯器を提供することができる。
【００４１】
また、本発明の請求項２に記載のガス燃焼装置は、ガス通路が分岐されて少なくとも２以上の燃焼部に燃料ガスが供給されるとともに、各燃焼部にはそれぞれ燃料ガスの供給量を制御するガス流量制御弁が設けられているガス燃焼装置において、前記ガス通路の分岐点の上流側と少なくとも下流側のいずれか一方のガス通路に、各通路内のガス流量を検出するガス流量検出手段がそれぞれ設けられるとともに、前記各ガス流量制御弁における燃料ガスの分配比率を検出する分配比率検出手段が設けられてなり、制御手段が、前記ガス流量検出手段の検出値と前記分配比率検出手段で検出された燃料ガスの分配比率とに基づいてガス流量検出手段の故障の有無を検出する制御構成を有することから、分岐点の上流側と下流側のガス流量検出手段同士で検出値の相互監視を行うことができるので、信頼性の高い給湯器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス燃焼装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同ガス燃焼装置に用いられるガス流量制御弁の構成を示す説明図である。
【図３】同ガス燃焼装置の改変例を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係るガス燃焼装置の第二の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】同ガス燃焼装置の改変例を示す概略構成図である。
【図６】従来のガス燃焼装置の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１′ 給湯器
２燃焼部
２ａＱ側の燃焼部（第一の燃焼部）
２ｂＦ側の燃焼部
３熱交換器
４バーナ
５送風ファン
６入水管
７出湯管
８入水温度センサ
９出湯温度センサ
１０入水流量センサ
１１ガス管１１（ガス通路）
１１ｑ，１１ｆ分岐配管
１３ガス流量制御弁（ガス流量制御手段）
１４ガス流量センサ（ガス流量検出手段）
１５制御手段
１６分配比率検出手段

Claims

ガス通路が分岐されて少なくとも２以上の燃焼部に燃料ガスが供給されるとともに、各燃焼部にはそれぞれ燃料ガスの供給量を制御するガス流量制御弁が設けられているガス燃焼装置において、
前記ガス通路の分岐点の上流側と少なくとも下流側のいずれか一方のガス通路に、各通路内のガス流量を検出するガス流量検出手段がそれぞれ設けられ、
ガス通路の分岐点の下流側であって、ガス流量センサが設けられた側の燃焼部のみが燃焼運転を行う場合に、制御手段が、これらガス流量検出手段の検出値を比較してガス流量検出手段の故障の有無を検出する制御構成を有する
ことを特徴とするガス燃焼装置。
ガス通路が分岐されて少なくとも２以上の燃焼部に燃料ガスが供給されるとともに、各燃焼部にはそれぞれ燃料ガスの供給量を制御するガス流量制御弁が設けられているガス燃焼装置において、
前記ガス通路の分岐点の上流側と少なくとも下流側のいずれか一方のガス通路に、各通路内のガス流量を検出するガス流量検出手段がそれぞれ設けられるとともに、前記各ガス流量制御弁における燃料ガスの分配比率を検出する分配比率検出手段が設けられてなり、
制御手段が、前記ガス流量検出手段の検出値と前記分配比率検出手段で検出された燃料ガスの分配比率とに基づいてガス流量検出手段の故障の有無を検出する制御構成を有する
ことを特徴とするガス燃焼装置。