JP4081061B2 - コンロバーナの給気制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンロバーナに対する燃焼用空気の供給を制御するコンロバーナの給気制御装置に関する。

通常の自然給気式のコンロバーナでは、コンロ本体内及びコンロの天板上からコンロバーナの燃焼空間に二次空気が供給されるようにしており、空気過剰率（一次空気と二次空気との合計空気量の理論空気量に対する比）は３程度になっている。尚、燃焼空間に供給される空気のうち燃焼に寄与しない余剰空気は正確には二次空気ではないが、本明細書では、コンロバーナで加熱される調理容器の底面に沿って流れる燃焼排気中に混入している余剰空気と燃焼に寄与する正確な意味での二次空気とを合わせて二次空気と定義する。即ち、空気過剰率は、調理容器の底面に沿って流れる燃焼排気中の酸素濃度から求められる供給空気量と理論空気量との比になる。

ここで、空気過剰率が上記の如く高いと、余剰空気による冷却で火炎温度が下がり、熱効率が悪くなる。そこで、従来、コンロバーナの火炎温度を高めて熱効率を向上させるため、コンロバーナに対する二次空気の供給を制限するものが知られている。例えば、コンロバーナとして内向きに開口する炎孔を環状に備える自然給気式の内炎バーナを用いる場合、一次空気の供給率を７０〜１１０％と高く設定し、五徳を低くして天板上からの二次空気の供給を制限すると共に、内炎バーナの内周の燃焼空間の底部を閉塞して、燃焼空間に下方から二次空気が供給されないようにし、余剰空気による火炎温度の低下を抑制するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、コンロバーナとして外向きに開口する炎孔を環状に備える自然給気式の外炎バーナを用いる場合、五徳を低くして天板上からの二次空気の供給を制限すると共に、バーナの周囲の燃焼空間を囲う汁受け皿等から成る囲い部材を設け、囲い部材に比較的開口面積の小さな二次空気吸入口を開設して、燃焼空間へのコンロ本体内からの二次空気の供給を制限するようにしたものも知られている。

ところで、上記の如く二次空気の供給を制限すると空気過剰率が低くなり、火炎温度は高くなるものの、燃焼排気の湿度（燃焼排気は燃焼反応で生成される多量の水蒸気を含む）が余剰空気により希釈されなくなって、露点が高くなる。ここで、コンロバーナで調理容器を加熱する場合、点火初期で調理容器の温度が露点を超えるまでは、調理容器の外表面に燃焼排気中の水蒸気が結露する。上記の如く露点が高くなると、点火後比較的長い間、調理容器の外表面での結露を生ずることになる。そして、結露を生ずると、調理容器の外表面に結露水による膜が形成されて熱伝導を阻害し、また、結露水が蒸発する過程で顕熱が奪われる。従って、空気過剰率を低くして火炎温度を高くしても、結露の影響で熱効率の大幅な向上は望めない。
特開平１０−１６０１７１号公報（００２８，００３０、図１）

本発明は、以上の点に鑑み、通常燃焼時の火炎温度を高くし、且つ、点火初期の結露を生ずる期間を短くして、熱効率を可及的に向上できるようにしたコンロバーナの給気制御装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、コンロバーナに対する燃焼用空気の供給量を変化可能な給気量可変手段と、コンロバーナの点火初期は空気過剰率が通常燃焼時よりも高い値になり、コンロバーナで加熱される調理容器の温度上昇に伴い空気過剰率が低下するように給気量可変手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、点火初期は空気過剰率が高くなるため、燃焼排気の湿度が余剰空気により希釈されて露点が低くなる。従って、調理容器の外表面での結露を生ずる期間が短くなり、結露による熱効率の低下が抑制される。そして、調理容器の温度上昇で結露が生じなくなると、空気過剰率が低下されて火炎温度が高くなり、結露の抑制と相俟って熱効率が可及的に向上する。

ここで、空気過剰率を低下させる制御方式として、一番簡単なのは、調理容器の温度が通常燃焼時の空気過剰率における燃焼排気の露点より高い所定温度に上昇したときに、空気過剰率を点火初期の値（初期値）から通常燃焼時の値（通常値）に低下させる方式である。但し、この方式では、調理容器の温度が空気過剰率の初期値における燃焼排気の露点以上になっても空気過剰率は暫く初期値に維持されることになり、その間は火炎温度が下げられたままになる。これに対し、空気過剰率と露点との相関関係に基づき、露点が調理容器の温度以下になるように調理容器の温度に応じて空気過剰率を連続的または多段階に変化させるようにすれば、調理容器の温度が空気過剰率の通常値における露点以上になる前から空気過剰率が次第に低下されて、火炎温度が次第に上昇するようになり、熱効率の向上を図る上で有利である。

尚、コンロバーナとして自然給気式バーナを用いる場合は、コンロバーナの混合管の流入端の一次空気吸入口と、コンロバーナの燃焼空間を囲う囲い部材に開設した二次空気吸入口との少なくとも一方の開口面積を可変するように前記給気量可変手段を構成すれば良い。また、コンロバーナとして強制給気式バーナを用いる場合は、コンロバーナに燃焼用空気（一次空気又は／及び二次空気）を供給するファンを回転数可変式として、該ファンにより前記給気量可変手段を構成すれば良い。

図１を参照して、１はガスコンロのコンロ本体(図示せず)の上面を覆う天板である。天板１にはバーナ用開口２が開設されており、コンロ本体内に、バーナ用開口２に臨むようにコンロバーナ３を配置している。そして、天板１上に五徳４を介して載置する調理容器Ｐをコンロバーナ３の炎で加熱するようにしている。

コンロバーナ３は、混合管３１に連なる環状のバーナボディ３２上に環状のバーナキャップ３３を載置し、バーナキャップ３３の外周部下面の歯形により外向きに開口する多数の炎孔３４を形成して成る自然給気式の外炎バーナで構成されている。混合管３１の流入端には、図２に示す如く、ノズル挿入穴３１ａとその周囲の一次空気吸入口３１ｂとが設けられ、ノズル挿入穴３１ａに挿入するガスノズル（図示せず）から燃料ガスを噴出させたとき、エゼクタ効果で一次空気吸入口３１ｂから混合管３１内に一次空気が吸引される。また、混合管３１の流入端には、回動自在な円板状の一次空気用可変ダンパ５が設けられている。可変ダンパ５には、一次空気吸入口３１ｂに対応する開口５ａが開設されると共に、その外周の一部にラック５ｂが形成されており、このラック５ｂに噛合する出力軸上のピニオン５ｃを有するモータ５ｄが配置されている。かくして、モータ５ｄにより可変ダンパ５が回動され、これにより一次空気吸入口３１ｂの開口面積が可変されて、一次空気の供給量が変化する。

天板１のバーナ用開口２の開口縁部には、バーナ用開口２内に落下する煮こぼれ汁を受ける環状の汁受け皿６が着脱自在に支持されている。汁受け皿６は、コンロバーナ３の周囲の燃焼空間を囲う囲い部材としても機能し、燃焼空間へのコンロ本体内からの二次空気の供給が汁受け皿６で制限される。そして、汁受け皿６の外周の立上り壁に、周方向の間隔を存して複数の二次空気吸入口６ａを開設し、コンロバーナ３の燃焼によるドラフト効果で燃焼空間に二次空気吸入口６ａを介してコンロ本体内から二次空気が吸入されるようにしている。また、汁受け皿６を囲う筒状の二次空気用可変ダンパ７を設け、この可変ダンパ７を天板１のバーナ用開口２の開口縁部下面に設けた受け部１ａにより回動自在に支持している。可変ダンパ７には、二次空気吸入口６ａに対応する開口７ａが開設されると共に、その下縁の周方向の一部にラック７ｂが形成されており、このラック７ｂに噛合する出力軸上のピニオン７ｃを有するモータ７ｄが配置されている。かくして、モータ７ｄにより可変ダンパ７が回動され、これにより二次空気吸入口６ａの開口面積が可変されて、二次空気の供給量が変化する。

五徳４は、環状の五徳枠４１と、五徳枠４１に取り付けた複数の五徳爪４２とで構成される。各五徳爪４２は、五徳枠４１の下面側に突出して五徳枠４１に固定される固定部４２ａを備えており、固定部４２ａに天板１に着座する脚部４２ｂを垂設し、五徳枠４１を天板１から浮かせた状態で五徳４が天板１に載置されるようにしている。従って、コンロバーナ３の燃焼空間に、天板１と五徳枠４１との間の隙間を介しても多少の二次空気が供給される。そして、五徳枠４１の内周に、バーナ用開口２内に張り出す斜め下方に傾斜した庇部４１ａを延出し、天板１と五徳枠４１との間の隙間から流入する空気と上記二次空気吸引口６ａから流入する空気とが庇部４１ａによりコンロバーナ３の炎孔３４近傍に導かれるようにしている。尚、五徳爪４２は低く形成されており、五徳爪４２に載置した調理容器Ｐの底面と五徳枠４１との間には専ら燃焼排気が流れ、ここからは二次空気が殆ど供給されない。また、五徳４の直径方向に対向する所定の２個の五徳爪４２の固定部４２ａには、天板１のバーナ用開口２の周囲２箇所に形成した係合孔１ｂに係合して五徳４を位置決めする突起４２ｃが垂設されている。

また、コンロバーナ３には、五徳４に載置した調理容器Ｐの底面に当接してその温度を検出する鍋底温度センサ８が付設されている。鍋底温度センサ８の検出信号は、図２に示す如く制御手段たるコントローラ９に入力される。コントローラ９は、鍋底温度センサ８で検出された調理容器Ｐの温度（鍋底温度）に応じてコンロバーナ３へのガス供給量を可変する温調制御や、鍋底温度が所定の上限温度以上になったときにコンロバーナ３を消火する過熱防止制御を行い、更に、可変ダンパ５，７のモータ５ｄ，７ｄを駆動して一次空気吸入口３１ｂ及び二次空気吸入口６ａの開口面積を可変することにより、コンロバーナ３に供給する燃焼用空気（一次空気及び二次空気）の空気過剰率を鍋底温度に応じて変化させる給気制御を行う。

以下、給気制御について詳述する。図６の実線は、コンロバーナ３に供給する燃焼ガスの種類が１３Ａ−１、気温が２０℃、大気の相対湿度が６０％、大気圧が１０１３ｈＰａという条件下での空気過剰率とコンロバーナ３の燃焼排気の露点との相関関係を示している。空気過剰率が高いと、燃焼反応で生成される水蒸気を含む燃焼排気の湿度が燃焼排気中に混入する余剰空気により希釈され、露点は低くなる。図６に示す例では、空気過剰率が３．０程度であるとき露点は４１℃程度に下がる。一方、空気過剰率が低下すると、燃焼排気の湿度が余剰空気で希釈されにくくなり、露点は上昇する。図６に示す例では、空気過剰率が１．５程度になると露点は５２℃程度まで上昇する。

ところで、通常燃焼時は、余剰空気による冷却で火炎温度が下がらないように、一次空気吸入口３１ｂ及び二次空気吸入口６ａの開口面積を狭めて、空気過剰率が１．５程度になるようにする。尚、自然給気式バーナでは、不完全燃焼を防止する上で空気過剰率を１．５より低くすることは無理である。ここで、点火初期にも空気過剰率が１．５程度になっていると、鍋底温度が５２℃以上に上昇するまで、鍋底で燃焼排気中の水蒸気が結露する。そして、結露を生ずると、鍋底に結露水の膜が形成されて、調理容器Ｐに対する燃焼排気からの熱伝導が阻害され、また、結露水が蒸発する過程で顕熱が奪われる。

そこで、本実施形態では、図４に示す如く、点火初期は、一次空気吸入口３１ｂ及び二次空気吸入口６ａの開口面積を広げて、空気過剰率が３．０程度になるようにしている（Ｓ１，Ｓ２）。これによれば、鍋底温度が４１℃以上に上昇したところで鍋底での結露を生じなくなる。従って、点火初期の鍋底での結露を生ずる期間が短くなり、結露による熱効率の低下が抑制される。図７は、直径２８ｃｍのアルミニウム製の鍋に５．６リットルの水を入れ、コンロバーナ３を３６００ｋｃａｌ／ｈの燃焼量で燃焼させたときの鍋底温度と鍋底に生ずる結露水の膜厚の変化を示している。尚、結露水の膜厚はコンピュータシミュレーションで求めた値である。図中ａ１線は空気過剰率を３．０程度にした場合の鍋底温度、ａ２線は空気過剰率を１．５程度にした場合の鍋底温度、ｂ１線は空気過剰率を３．０程度にした場合の結露水の膜厚、ｂ２線は空気過剰率を１．５程度にした場合の結露水の膜厚である。図７から明らかなように、空気過剰率を３．０程度にした場合は、点火初期の結露を生ずる期間が空気過剰率を１．５程度にした場合よりも短くなり、点火初期の鍋底温度の上昇は空気過剰率を３．０程度にした方が１．５程度にした場合より速くなる。

空気過剰率が１．５程度であるときの露点は条件が変わっても５５℃以上になることはない。そこで、本実施形態では、鍋底温度が５５℃に上昇したところで（Ｓ３）、空気過剰率を通常燃焼時の値である１．５程度に低下させるようにしている（Ｓ４）。これにより、火炎温度が高くなり、点火初期の結露による熱効率の低下が抑制されることと相俟って、熱効率が大幅に向上する。

以上、コンロバーナ３として自然給気式バーナを用いる実施形態について説明したが、図３に示す第２実施形態の如く、コンロバーナ３として強制給気式バーナを用いることも可能である。これを詳述するに、第２実施形態では、天板１の下側にコンロバーナ３の配置部を囲う給気ケース１０を配置し、給気ケース１０内にファン１１により空気を供給している。ファン１１からの空気の一部は、コンロバーナ３の混合管３１にその流入端の一次空気吸入口３１ｂから一次空気として流入して、混合管３１の流入端のノズル挿入穴３１ａに挿入したガスノズル３５から噴出される燃料ガスと混合され、また、ファン１１からの空気の残りは、汁受け皿６の外周の立上り部の二次空気吸入口６ａを介してコンロバーナ３の燃焼空間に二次空気として供給される。尚、第２実施形態では、上記第１実施形態のような一次空気用と二次空気用の可変ダンパ５，７は設けられていない。

ファン１１はＤＣモータ１１ａで駆動される回転数可変式のものであり、鍋底温度センサ８の検出信号を入力するコントローラ９によりファン１１の回転数を変化させる。そして、第１実施形態のものと同様に、点火初期は空気過剰率が３．０程度になるようにファン１１の回転数を制御し、鍋底温度が５５℃に上昇したときに、空気過剰率が１．５程度になるようにファン１１の回転数を減少させる。

尚、この制御方式では、鍋底温度が空気過剰率の初期値（３．０程度）における燃焼排気の露点以上になっても空気過剰率は暫く初期値に維持されることになり、その間は火炎温度が下げられたままになる。そこで、空気過剰率と露点との相関関係に基づき、露点が鍋底温度以下になるように鍋底温度に応じて空気過剰率を連続的または多段階に変化させることも可能である。

このような制御方式の一例を図５を参照して説明する。この場合、条件が変化しても露点がそれ以上にならない温度を上限露点として、図６に点線で示すような空気過剰率と上限露点との相関関係を示す特性線をデータテーブルとしてコントローラ９に記憶させておく。そして、点火当初は、空気過剰率が所定の初期値（３．０程度）になるようにファン１１の回転数を制御するが（Ｓ１１，Ｓ１２）、鍋底温度が空気過剰率の初期値における上限露点以上になった後は（Ｓ１３）、その時点での鍋底温度に等しい上限露点に対応する空気過剰率の値をテーブル検索して（Ｓ１４）、空気過剰率がこの検索で求めた値になるようにファン１０の回転数を制御する（Ｓ１５）。これを空気過剰率が通常値（１．５程度）に低下するまで繰り返し（Ｓ１６）、その後は空気過剰率が通常値に維持されるようにファン１１の回転数を制御する（Ｓ１７）。これによれば、鍋底温度が空気過剰率の通常値における露点以上になる前から空気過剰率が次第に低下されて、火炎温度が次第に上昇するようになり、熱効率が一層向上する。

上記の如く空気過剰率を鍋底温度に応じて連続的または多段階に変化させる制御方式は、図１、図２に示す第１実施形態の如く可変ダンパ５，７で空気過剰率を変化させるものでも行うことができる。また、上記実施形態では、コンロバーナ３として外炎バーナを用いたが、内炎バーナを用いる場合にも同様に本発明を適用できる。

本発明装置を具備するコンロの第１実施形態の要部の断面図。 図１の天板を省略した状態の斜視図。 本発明装置を具備するコンロの第２実施形態の要部の断面図。 本発明による給気制御の一例を示すフロー図。 本発明による給気制御の他の例を示すフロー図。 空気過剰率と露点との関係を示すグラフ。 空気過剰率が高い場合と低い場合の鍋底温度及び結露水の膜厚の変化特性を示すグラフ。

符号の説明

３…コンロバーナ、３１…混合管、３１ｂ…一次空気吸入口、５…一次空気用可変ダンパ（給気量可変手段）、６…汁受け皿（囲い部材）、６ａ…二次空気吸入口、７…二次空気用可変ダンパ（給気量可変手段）、８…鍋底温度センサ、９…コントローラ（制御手段）、１１…ファン。

Claims (4)

1. コンロバーナに対する燃焼用空気の供給量を変化可能な給気量可変手段と、コンロバーナの点火初期は空気過剰率が通常燃焼時よりも高い値になり、コンロバーナで加熱される調理容器の温度上昇に伴い空気過剰率が低下するように給気量可変手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とするコンロバーナの給気制御装置。
2. 空気過剰率と露点との相関関係に基づき、露点が調理容器の温度以下になるように調理容器の温度に応じて空気過剰率を連続的または多段階に変化させることを特徴とする請求項１記載のコンロバーナの給気制御装置。
3. コンロバーナは自然給気式バーナであり、前記給気量可変手段は、コンロバーナの混合管の流入端の一次空気吸入口と、コンロバーナの燃焼空間を囲う囲い部材に開設した二次空気吸入口との少なくとも一方の開口面積を可変するように構成されることを特徴とする請求項１または２記載のコンロバーナの給気制御装置。
4. コンロバーナは強制給気式バーナであり、前記給気量可変手段は、コンロバーナに燃焼用空気を供給する回転数可変式のファンで構成されることを特徴とする請求項１または２記載のコンロバーナの給気制御装置。

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