JP4082789B2 - 風呂用の燃焼装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等の機器内に配置された管路等の流体を案内する流体通路に配置され、流体の流量及び流体を正確に検出する検出装置を備える風呂用の燃焼装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内部に流体の通路を備える機器としては、例えば給湯器等内部に管路を備える燃焼装置があげられる。
このような燃焼装置は、給水を加熱してお湯を供給する給湯系もしくは、浴槽の温水を循環加熱する追焚き系の管路を備えており、この管路と連通した受熱管をバーナにより加熱される熱交換器に通して、加熱するようにしている。
【0003】
そして、このような給湯系または循環系の管路には、この管路を通る温水の流量を検出する流体流量検出装置や温水の有無を確認するための流体検出装置を備えており、それらの検出信号に基づいて、上記バーナ等の燃焼部の燃焼制御を行っている。
【0004】
このような流体流量検出装置としては、具体的には、例えば図10に示すような流量センサとしてのフローセンサが用いられている。このフローセンサ1は、筒状のボディ2内に給水が入ると、ボディ2内に配置されたタービン3を回転させる。タービン3には回転する周方向に沿ってN極とS極が交互に着磁されたリング状の磁石4が設けられており、タービン3の回転に対応してこの磁石4による磁界の位相変化をホールIC5により検出して、信号としてとりだすようになっている。
したがって、上記ホールIC5の信号に基づいて、管路内の温水の有無及び温水の流量が検出できるようになっている。
【0005】
一方、流体流量検出装置としては、具体的には、例えば図11に示すような流水スイッチが用いられている。この流水スイッチ6は、ボディ7を備えており、このボディ7内には空間S1が形成されていて、空間S1には入り側管路7aと出側管路7bが連通している。
また、空間S1内には、スイングプレート8が設けられており、空間S1内に給水が進入すると、その水圧を受けてスイングプレート8が揺動するようになっている。このスイングプレート8には、磁石8aが取付けられている。一方、ボディ7側にはリードスイッチ9が配置されている。
これにより、図9において、給水が入り側管路7aから空間S内に入り、スイングプレート8を矢印方向に揺動させると、スイングプレート8の磁石8aの磁界がリードスイッチ9に作用してその接点をオンさせることになる。これにより、管路内に流水が存在することが検出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のようなフローセンサ1や流水スイッチ6にあっては、それぞれタービン3やスイングプレート8のように、流水に直接触れて、流水の流れに応じて機械的に動作する部分を備えている。このような可動部を有していると、経年による可動部の抵抗が増大したり、例えば流水中のゴミや、例えば追焚き管路を流れる髪の毛等が絡むと、動作不良を生じて、正しい検出が不可能になるという問題があった。
【0007】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、動作不良を生じる機械的な動作部を必要とせず、長期間使用した場合にも、正しい値を検出することができる流体流量検出装置および流体検出装置を備えた風呂用の燃焼装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にあっては、燃料ガスを燃焼させて流体通路に通した流体を加熱するための燃焼部と、この燃焼部に接続され燃焼制御を行う制御装置と、前記流体通路を流れる前記流体の流量を検出して、その検出値を前記制御装置に送る流体流量検出装置とを備える燃焼装置であって、前記流体流量検出装置は、非可動部により構成されていることを特徴とする、燃焼装置により、達成される。
【0009】
本発明では、非可動部が、流体通路内に配置され、この流体通路を流れる流体に接触して流体の流量及び温度を測定するようになっている。そして、流量測定値を温度測定値で補正することで、正しい流量検出を行える。
また、非可動部が、前記流体通路内に配置され、この流体通路を流れる前記流体の流量をベンチュリー差圧方式あるいはオリフィス差圧方式で測定する構成としてもよい。
【0010】
また、上記目的は、本発明にあっては、燃料ガスを燃焼させて流体通路に通した流体を加熱するための燃焼部と、この燃焼部に接続され燃焼制御を行う制御装置と、前記流体通路を流れる前記流体を検出して、その検出値を前記制御装置に送る流体検出装置とを備える燃焼装置であって、前記流体検出装置は、非可動部により構成されていることを特徴とする、燃焼装置により、達成される。
【0011】
本発明では、非可動部が、流体通路内に配置され、この流体通路を流れる流体に接触して流体を検出するようになっている。
また、非可動部が、前記流体通路内に配置され、この流体通路を流れる前記流体をベンチュリー差圧方式あるいはオリフィス差圧方式で検出する構成としてもよい。
このように可動部が設けられていないので、動作不良が生じず、長期間使用した場合にも、正しい値を検出することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【0013】
図1は、本発明の実施形態に係る流体流量検出装置を備えた燃焼装置の構成例を示している。
図1において、この燃焼装置10は、ひとつの缶(熱交換器の内胴)内に単一もしくは複数のバーナとひとつの熱交換器を収容して、この熱交換器に給水系と追焚き系の水路を通した一缶二水路の燃焼装置の例である。
まず、燃焼装置10の構成について説明する。
【0014】
燃焼装置10は、缶11内に1つの熱交換器13を有している。熱交換器13の下方には、燃焼部12が設けられており、燃焼部12には、ひとつのバーナ15が備えられている。
バーナ15には、外部から引き込まれた燃料ガスの供給管15aが接続されており、ガス供給管15aには、主電磁開閉弁22と、電磁比例弁21が接続されている。これにより、主電磁開閉弁22を開いて、外部から燃料ガスを引き込み、電磁比例弁21にて燃料ガスの供給量を調整するようにしている。
【0015】
バーナ15の下方には燃焼空気を送る電動ファン17が配置されている。
バーナ15の炎口付近には、図示しない点火手段であるイグナイタと、燃焼確認のためのフレームロッド16等が設けられている。フレームロッド16はその先端が、燃焼火炎中に配置され、燃焼中は火炎電流を検出するようになっている。
【0016】
バーナ15の上方には、1つの熱交換器13が配置され、熱交換器13の上方には、排気通路48が設けられている。これにより、バーナ15の燃焼により熱交換器13が加熱され、その排気は排気通路48を介して外部に導かれるようになっている。
熱交換器13には、多数のフィン14が設けられており、このフィン14を貫通するように給湯系の受熱管30aと追焚き系(風呂系)50の受熱管50aが配置されている。これにより、各受熱管30aと50aは同時に一つの熱交換器13によって加熱されるようになっている。
また、熱交換器13の近傍には、温度ヒューズ47が配置され、熱交換器13が異常に高い温度に上昇した場合に、このヒューズ47が溶断するようになっている。これによって、温度ヒューズ47に接続された配線の通電が切れて、後述する制御装置18に検出されるようになっている。
【0017】
上記した追焚き系50の受熱管50aには、浴槽57の循環金具58との間に設けられた追焚き用の循環管路51が接続されている。受熱管50aの一端側(入り側)には管路51の戻り管52が、受熱管50aの他端(出側)には追焚き管路51の往き管53が接続され、全体として循環管路を構成するようになっている。
【0018】
浴槽57からの水を引き込む戻り管52には、水量を検出するための風呂用の流体流量検出装置100と、浴槽の湯温を検出するための風呂サーミスタ55と、浴槽57の水を引き込むための循環ポンプ54が設けられている。追焚き管路51もしくは分岐管42の所定箇所には、図示しない圧力センサが設けられ、浴槽57の水位を検出できるようになっている。流体流量検出装置110の構造については後で詳しく説明する。
【0019】
これに対して、給湯系30は、その受熱管30aの一端(入り側)に外部から水を引き込む給水管31が接続され、他端側(出側)に、加熱された湯を出湯するための給湯管32が接続されている。
給水管31は、外部から導かれた水流の存在とその水量を検出するフローセンサ35と、例えば、後述するギヤモータで構成された水量制御弁36と、導入された水の温度を検出する入水サーミスタ37とが接続されている。
また、給湯系の受熱管30aの途中で熱交換器13の近傍には、温度検出手段であるサーミスタ44が取付けられている。
【0020】
この受熱管30aから熱交換器13の外に出た箇所に接続される給湯管32には、サーミスタ39が接続されている。給水管31のフローセンサ35より下流で水量制御弁36より上流の箇所を分岐させて、給湯管32のサーミスタ39より下流の箇所をつないで、バイパス手段34が設けられている。このバイパス手段34にはそのバイパス流量を可変するためのバイパス弁38が設けられており、このバイパス弁38は後述するように例えばギヤモータにより制御されるようになっている。
給水管31の入水サーミスタ37より下流を分岐させて、給湯管32の第2のサーミスタ39より上流の箇所をつないで、流量が変化しない固定バイパス33が設けられている。
【0021】
給湯管32のバイパス手段34との接続箇所より下流には、サーミスタ41が設けられている。さらに、給湯管32は、サーミスタ39より下流を分岐させて分岐管(注湯管)42の一端が接続されており、この分岐管42の他端は、上述した追焚き管路51のポンプ54より下流に接続されている。この分岐管42には、注湯電磁弁43が設定されている。
【0022】
この燃焼装置10には、図1と図2に示す制御装置18が設けられている。制御装置18は、例えば燃焼装置10の制御基板として構成されている。制御装置18にはリコートコントロール装置(以下「リモコン」という)19と接続されており、このリモコンを介してユーザが設定した設定温度になるように、給湯系30を制御したり、また設定水位になるように浴槽57を湯張りし、これを設定温度にまで追焚きできるように追焚き系50を制御したりする所謂自動運転を行うようになっている。
【0023】
図2の制御装置18には、燃焼部12が接続されている。燃焼部12は、上述したバーナ15の点火手段や、このバーナ15に燃料ガスを供給する比例弁21,開閉弁22等を含み、さらに、図示しない圧力センサ等の燃焼制御のための手段を含んでいる。
【0024】
制御装置18には、燃焼部12に燃焼用の空気を送る電動ファン17、バイパス手段の流量調整を行うバイパス弁38、給水管の入水量を調整する水量制御弁36、分岐管42を開閉する注湯電磁弁42、さらに、後述する流量検出装置110が接続されている。
【0025】
この燃焼装置10は例えば、以下のように運転される。
先ず給湯動作について簡単に述べる。リモコン19の電源を入れて、ユーザが給湯管32の図示しない給湯栓を開くと、給水管31に外部から水が供給され、フローセンサ35がこれを検出して、制御装置18に信号を送る。制御装置18は燃焼部12に指示を出し、主電磁開閉弁22及び比例電磁弁21にそれぞれ指示して、燃料をバーナ15に導入し、図示しないイグナイタ等の点火手段を用いて燃焼を開始する。フレームロッド16は、燃焼火炎中の火炎電流を検出して、点火確認や燃焼継続状態をモニタする。
【0026】
バーナ15の燃焼により、熱交換器13のフィン14が加熱され、この熱は、給水管31から受熱管30aに流れた水と熱交換され、給湯管32を介して出湯される。
また、入水サーミスタ37は外部から導入される入水温を検出し、サーミスタ44は、熱交換器13内で受熱管30a内の滞留水の温度を検出している。サーミスタ39は熱交換器13の出側の給湯管内の温水の温度を検出しており、サーミスタ41は、バイパス手段34によるミキシング後の実際の出湯温度をモニタしている。
【0027】
したがって、制御装置18は、フローセンサ35の検出結果を見ながら水量制御弁36による取り込み総水量を検出する。制御装置18は、この入水温度を入水サーミスタ37によって、モニタして、リモコン19により設定された温度に加熱するのに必要な燃焼号数と燃料供給量を所定の演算により求めて、燃焼制御する。そして、制御装置18は、サーミスタ39により、熱交換器13から出てくる湯の温度を検出し、バイパス弁38を調整してバイパス流量を決定し、加熱された温水と、バイパス手段34を通す水の流量を決めて、サーミスタ41にて検出される湯温が設定温度に一致するように、水量制御弁36とバイパス弁38との開度制御を行って適切な流量比となるようにミキシングを行う。
【0028】
また、追焚きする場合には、リモコン19を介してユーザが追焚きの指示を与えることにより、制御装置18は追焚きポンプ54を駆動して、追焚き管路51に浴槽57の水をひきこむ。制御装置18は流体流量検出装置110の水流検出の信号を確認して、上述したような点火動作を行い、浴槽水を追焚き管路51内に引き込んで、ポンプ循環させながら、受熱管50a内の水を熱交換器13で加熱する。この時、制御装置18は、サーミスタ37の検出温度が例えば、75度Cに達したときに燃焼部12ではバーナ15の燃焼を中止させ、70度Cより下がったら燃焼を再開するようにしている。このような間欠燃焼を行うのは、熱交換器13内で受熱管50aに滞留する湯が沸騰しないようにしつつ、短時間で追焚きを行うためである。そして、風呂サーミスタ55の検出温度が上記リモコン19を介して指示された設定温度となったら追焚きを終了する。
【0029】
尚、浴槽57に水が張ってない状態での自動運転は、分岐管42の注湯電磁弁43を開いて、バーナ15を燃焼させつつ給湯管32から、追焚き管路51内に温水を導入し、これを循環金具58から浴槽57に導入して湯張りをした後、上記追焚き運転を行って、沸き上げるようにする。
また、上記給湯運転と追焚き運転はこれを同時に行うことができる。
【0030】
図3及び図4は流体流量検出装置110を単体で構成した場合を示している。この流体流量検出装置110は、流体通路としての例えば戻り管52の管路に沿って配置され、管路52の内面に露出する露出部111aと112aをそれぞれ有する流量センサ111と温度補正用センサ112とを有している。
【0031】
流量センサ111は、熱式の流量センサが用いられている。この熱式流量センサの露出部111aは、例えば銅等で形成した熱伝導部となっている。この熱伝導部の外側には上記熱伝導部に熱的に接触するように設けた図示しない発熱部である発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に隣接して設けた温度サーミスタとを有している。この温度サーミスタは、例えば温度変化に対応して抵抗値が大きく変化する感温半導体により構成されている。この発熱抵抗体と温度サーミスタとはひとつのチップ上に配置されている。
【0032】
そして、この発熱部に対して外部回路を介して所定の電圧を加えることで、この発熱部を発熱させ、その熱は上記熱伝導部に伝えられるようになっている。
かくして、管路52内を水等の流体が通ると、この露出部111aに触れて、冷やされることにより、発熱部もしくは熱伝導部の熱が下降したことを上記温度サーミスタにより検出する。温度サーミスタの検出する温度は流体の流量に対応しており、これにより、管路52内を流れる流体のその時の流量を検出するようになっている。
しかしながら、管路52を流れる流体の温度によっても上記温度サーミスタの検出値は変化するので、温度補正用センサ112を設けている。
【0033】
温度補正用センサ112は、例えば温度変化に対応して抵抗値が変化する温度サーミスタが用いられており、露出部112aに触れる流体の温度に応じて、その抵抗値が変化するようになっている。
これにより、温度補正用センサ112の出力信号を利用することにより、次のようにして水温に基づく流量センサ56の温度出力や温度誤差の補正を行うようになっている。
【0034】
例えば、図5は、流量センサ111と温度補正用センサ112を含むブリッジ回路の一例を示している。流量センサ111と比較抵抗R1は、電源側とアース側の間に直列接続されており、さらに、同じ電源側とアース側の間に、温度補正用センサ112と比較抵抗R2が直列接続されている。流量センサ111と比較抵抗R1の間の接点と、温度補正用センサ112と比較抵抗R2の間の接点とは、差動アンプ113の反転入力端子と非反転入力端子とに各別にそれぞれ接続されている。
これにより、差動アンプ113は、流量センサ111側と温度補正用センサ112側の電圧の差動出力値をその出力端子から取ることで(例えばV1−V2)、水Xの温度に応じて、流体通路52内を通る水Xの正確な流量の検出をすることができる。
【0035】
即ち、例えば流体通路52内の流体の流量が一定の場合を考えると、水の温度が変わると、流量センサ111及び温度補正用センサ113の両端の電圧は共に同じだけ上がったり下がったりする。即ち水の温度が上がると、流量センサ111と温度補正用センサ112の両端の電圧は同じだけ下がり、水温が下がると、両端の電圧は同じだけ上がる。
従って、水の温度が変わっても、差動出力値(V1−V2)の値は一定であるが、流量が変わると、差動出力値(V1−V2)が変化することで、流量の変化を検出することができる。
【0036】
図6は、流体流量検出装置110と風呂サーミスタ55で得られる検出値の処理回路を示すブロック図である。流体流量検出装置110と風呂サーミスタ55は、それぞれA/D変換器114、115を介してCPU116に接続されており、各検出値は、A/D変換器114、115でA/D変換された後、CPU116に入力されてソフト的に処理されるようになっている。
【0037】
図7は、図6に示す処理回路を簡易化させた処理回路を示すブロック図である。この処理回路では、流体流量検出装置110の温度補正用センサ112が省略され、代わりに風呂サーミスタ55が用いられている。このような構成によれば、図6の処理回路と同等の性能を発揮できて、温度補正用センサ112や補正回路の分だけ回路を簡易化させることができるので、大幅なコストダウンを図ることができる。
【0038】
尚、非可動部で構成される流体流量検出装置としては、上述した流量センサ111と温度補正用センサ112等で成る流体流量検出装置110の他に、例えば図8に示すオリフィスを利用した流体流量検出装置120や、図9に示すベンチュリーを利用した流体流量検出装置130としても良い。
図8に示すオリフィスを利用した流体流量検出装置120は、管路52内に絞り(オリフィス)121を置くことにより、その前後に差圧を発生させる方式である。この差圧は絞り(オリフィス)121を通過する流量の2乗に比例するので、この差圧を測定して流量を検出する。具体的にはオリフィスの圧力差(P3 −P2 )がとれるところに差圧計を設けて流量を検出する。この圧力差を検出するには、A室、B室にゲル状物質またはシリコンオイル等を充填した半導体圧力センサ等が用いられる。
【0039】
図9に示すベンチュリーを利用した流体流量検出装置130は、管路52の途中に管を急激に絞り込んだあとで緩やかに拡大させたベンチュリー管131を配置することにより、その前後に差圧を発生させ、この差圧を測定して流量を検出する方式である。具体的にはオリフィスと同様にベンチュリーの圧力差(P3 −P2 )がとれるところに差圧計を設けて流量を検出する。この圧力差を検出するにも、A室、B室にゲル状物質またはシリコンオイル等を充填した半導体圧力センサ等が用いられる。ベンチュリー管131は、絞り(オリフィス)121に比べて構造が複雑となるが、泥や沈殿物が溜まりにくく、圧力損失が小さく、耐久性があるという優れた特徴を有する。
【0040】
以上のような燃焼装置10では、流体流量検出装置110は、機械的に動作する箇所はないので、従来のように、ゴミなどが引っ掛かって動作不良を起こす心配がなく、常に正確に管路52内の流体の存在を検出し、流量に関しても正確な検出結果を得られる。
ここで、上述した実施形態の流体流量検出装置110、120、130は、流体を検出する装置にも適用することができるので、例えば図1に示す燃焼装置10のフローセンサ35の代わりに用いることが可能である。
【0041】
尚、本発明の流体流量検出装置の流量センサと温度補正用センサは、一組だけでなく、複数組設けて、それぞれ取付け、ひとつの制御装置で制御してもよい。
流体通路を形成している管は、円筒状の管に限らず他の断面形状を有するものであってもよい。
【0042】
本発明の流体流量検出装置が適応されている機器として、所謂一缶二水路形の燃焼装置を例にあげているが、これに限らず他の種類の装置或いは全く領域の異なる分野機器であって、流体を通す通路を有するものであれば、いずれにおいても適用することができる。
また、流体としては水に限らず、他の種類の流体であってもよい。
【0043】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、動作不良を生じる機械的な動作部を必要とせず、長期間使用した場合にも、正確な流体流量や流体を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る流体流量検出装置を備えている機器の一例として燃焼装置を示す図である。
【図2】図1の燃焼装置の制御装置周辺を示す図である。
【図3】本発明の流体流量検出装置の好ましい実施形態を示す斜視図である。
【図4】図3の流体流量検出装置の内部を示す一部切り欠き部断面図である。
【図5】図3の流体流量検出装置の流量センサと温度補正用センサを有するブリッジ回路を示す図である。
【図6】図3の流体流量検出装置と風呂サーミスタで得られる検出値の処理回路を示すブロック図である。
【図7】図3の流体流量検出装置と風呂サーミスタで得られる検出値の別の処理回路を示すブロック図である。
【図8】本発明の流体流量検出装置の好ましい別の実施形態を示す断面図である。
【図9】本発明の流体流量検出装置の好ましいさらに別の実施形態を示す断面図である。
【図10】従来の流体流量検出装置の一例を示す図である。
【図11】従来の流体検出装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
10 燃焼装置
12 燃焼部
15 バーナ
18 制御装置
19 リモコン
30 給湯系
42 分岐管
50 追焚き系
52 追焚き管
55 風呂サーミスタ
57 浴槽
110 流体流量検出装置
120 流体流量検出装置
130 流体流量検出装置
111 流量センサ
112 温度補正用センサ
113 差動アンプ
114 A/D
115 A/D
116 CPU
121 オリフィス
131 ベンチュリー管

Claims (2)

  1. 燃料ガスを燃焼させて流体通路に通した流体を加熱するための燃焼部と、この燃焼部に接続され燃焼制御を行う制御装置と、前記流体通路を流れる前記流体の流量を検出して、その検出値を前記制御装置に送る流体流量検出装置とを備える燃焼装置であって、
    前記流体流量検出装置は、非可動部により構成されており、
    さらに、前記非可動部は、
    前記流体通路内に配置されたオリフィスであって、
    該オリフィスによって生じる差圧を該オリフィス以降の2点において検出し、該オリフィス以降における該2点間の差圧を測定する手段を設け、該差圧の測定結果に基づいて前記流体通路を流れる流体の流量を検出するものであり、
    かつ、前記差圧の測定手段がA室とB室との間に設けた圧力センサであり、
    前記A室には、前記オリフィス以降の2点のうちの1点であるオリフィス直後の管路拡大個所の圧力を導き、前記B室には、前記オリフィス以降の2点のうちの他の1点として、より下流の箇所の圧力を導く構成とした
    ことを特徴とする風呂用の燃焼装置。
  2. 燃料ガスを燃焼させて流体通路に通した流体を加熱するための燃焼部と、この燃焼部に接続され燃焼制御を行う制御装置と、前記流体通路を流れる前記流体を検出して、その検出値を前記制御装置に送る流体検出装置とを備える燃焼装置であって、
    前記流体検出装置は、非可動部により構成されており、
    さらに、前記非可動部は、
    前記流体通路内に配置されたオリフィスであって、
    該オリフィスによって生じる差圧を該オリフィス以降の2点において検出し、該オリフィス以降における該2点間の差圧を測定する手段を設け、該差圧の測定結果に基づいて前記流体通路を流れる流体を検出するものであり、
    かつ、前記差圧の測定手段がA室とB室との間に設けた圧力センサであり、
    前記A室には、前記オリフィス以降の2点のうちの1点であるオリフィス直後の管路拡大個所の圧力を導き、前記B室には、前記オリフィス以降の2点のうちの他の1点として、より下流の箇所の圧力を導く構成とした
    ことを特徴とする風呂用の燃焼装置。
JP19971698A 1998-06-30 1998-06-30 風呂用の燃焼装置 Expired - Fee Related JP4082789B2 (ja)

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