JP4098913B2 - 開放型ガス燃焼器具 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、元止め式湯沸器等、燃焼用空気を室内から採り、燃焼ガスをそのまま室内に排出する開放型ガス燃焼器具に関する。
【0002】
【従来の技術】
上記開放型ガス燃焼器具、例えば元止め式湯沸器では、室内の換気が不十分な場合や熱交換器のフィンの間隙が燃焼生成物の付着によって閉塞を起こした場合には、燃焼用空気が採り込みにくくなり、不完全燃焼に繋がる虞れがあることから、これらを事前に検知してガスの供給を遮断する不完全燃焼防止装置(以下「不燃防装置」と略称する)が、運転状態を監視する監視手段として具備される。具体的には、湯沸器のバーナの近傍に設置した一次熱電対と、バーナの上方で熱交換器の燃焼室窓に臨ませた二次熱電対とを、極性が逆向きになるように直列に接続し、ここで得られる合成起電力を、ガス流路に設けたマグネット電磁弁の保持に直接利用し、或はマグネット電磁弁を開閉制御するコントローラに監視させる構成となっている。よって、室内の酸素濃度が低下してきた場合は、バーナの炎のリフトや立ち消えにより一次熱電対の起電力が低下することで、又、長期使用により熱交換器のフィン閉塞が進行した場合は、燃焼排気熱により燃焼室窓の二次熱電対の起電力が高くなることで、何れも合成起電力が低下するため、マグネット電磁弁が直接、或はコントローラを介して閉弁され、ガスの供給が遮断されるものとなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記不完全燃焼の原因のうち、フィンの閉塞の場合は、メンテナンスを行わずに使用を続けると、閉塞が進行し、熱交換器等に損傷を与えたり、炎が燃焼室の外部にあふれたりする虞れがあるため、一旦これを検知した後は器具の再使用を禁止する(いわゆるインターロックをかける)のが望ましい。一方、酸素濃度不足の場合は、室内の換気等で原因を解消できるため、燃焼停止にとどめて再使用を可能とするのが使い勝手を損なわず、望ましい。
そこで、出願人は、酸素濃度不足の場合とフィン閉塞の場合とで立上りの合成起電力の変化に相違が見られることに着目し、特願平10−109866号において、合成起電力の変化を区別できる所定の判定時間に合成起電力を予め設定された判定起電力と比較し、その比較結果に基づいて燃焼停止とインターロックを伴う燃焼停止とを使い分けることで、フィン閉塞の場合のみにインターロックをかけるようにした発明を提供している。
【0004】
しかし、フィン閉塞の場合に現れる合成起電力の変化は他の原因によっても起こり得る。例えば、単にガスの元栓を閉じた場合や風による立ち消え、湯沸器がこんろの真上にあるような場合のこんろの燃焼に伴う局所的な酸欠による立ち消え、更には燃焼室の周囲に設置される過熱防止用のヒューズの溶断検知に伴う安全弁の閉弁による立ち消え等が生じた場合である。よって、立上りの判定時間による比較では、このような不完全燃焼以外の他の原因によってもインターロックがかかって器具が使用できなくなり、使い勝手が悪くなってしまう。
【0005】
そこで、請求項1及び請求項2に記載の発明は、不完全燃焼の原因とそれ以外の原因とを確実に区別し、適切な場合にインターロックをかけて信頼性と使い勝手とを向上させることができる開放型ガス燃焼器具を提供することを目的としたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の第一発明は、バーナの燃焼温度を検出する一次熱電対と、その一次熱電対と逆極性で直列に接続され、前記バーナの燃焼室の温度を検出する二次熱電対と、前記一次熱電対と二次熱電対との合成起電力の監視結果に基づいて器具の使用を禁止可能なインターロック手段とを備えた開放型ガス燃焼器具であって、前記器具の使用開始時からの所定の第一判定時間内で、前記バーナの点火制御後の立ち上がりに得られる前記合成起電力が所定の判定起電力を上回るか否かを判別する第一判別手段と、前記第一判定時間経過後の所定の第二判定時間内で、前記バーナの点火制御後の立ち上がりに得られる前記合成起電力が前記判定起電力を上回るか否かを判別する第二判別手段と、
前記第二判別手段の判別で前記合成起電力が前記判定起電力を上回らない場合には、異常発生として記憶するカウント手段と、前記第一、第二判別手段の判別で共に前記合成起電力が前記判定起電力を上回る場合には、前記カウント手段の記憶をリセットするリセット手段とを設け、前記カウント手段のカウントが所定回数連続して行われた場合にのみ前記インターロック手段が前記器具の使用禁止を実行することを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項2に記載の第二発明は、バーナの燃焼温度を検出する一次熱電対と、その一次熱電対と逆極性で直列に接続され、前記バーナの燃焼室の温度を検出する二次熱電対と、前記一次熱電対と二次熱電対との合成起電力の監視結果に基づいて器具の使用を禁止可能なインターロック手段とを備えた開放型ガス燃焼器具であって、前記バーナの燃焼を確認する燃焼確認手段と、前記器具の使用開始時からの所定の第一判定時間内で、前記バーナの点火制御後の立ち上がりに得られる前記合成起電力が所定の判定起電力を上回るか否かを判別する第一判別手段と、前記第一判定時間経過後の所定の第二判定時間内で、前記バーナの点火制御後の立ち上がりに得られる前記合成起電力が前記判定起電力を上回るか否かを判別する第二判別手段とを設け、前記燃焼確認手段による燃焼確認状態で、且つ前記第二判別手段の判別で前記合成起電力が前記判定起電力を上回らない場合にのみ前記インターロック手段が前記器具の使用禁止を実行することを特徴とするものである。
【0007】
請求項3に記載の発明は、請求項2の目的に加えて、不完全燃焼の原因とそれ以外の原因との区別をより確実に行うために、燃焼確認状態で、且つ第二判別手段の判別で合成起電力が判定起電力を上回らない場合には、異常発生として記憶するカウント手段を設けて、そのカウント手段のカウントが所定回数に達した場合にインターロック手段が使用を禁止する構成としたものである。
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3の目的に加えて、より簡略化した合理的な構成を得るために、燃焼確認手段に、バーナの点火制御に用いられるフレームロッドを兼用したものである。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れかの目的に加えて、燃焼停止がインターロックを伴うものか否かを容易に理解可能とするために、インターロック手段による使用禁止状態を単独で報知可能としたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
《形態1》
まず第一発明に係る実施の形態を説明する。図1は、開放型ガス燃焼器具としての元止め式湯沸器(以下「湯沸器」という)の構造図、図2はその概略図で、湯沸器1は、燃焼室2内に、上水道に接続される給水管3からの水をバーナ4の燃焼熱で加熱し、出湯管6から湯として送り出す熱交換器5を備え、給水管3の上流には、操作ボタン7の押し操作によりレバー8を介して開閉制御される水栓9と、ダイアフラム10の一次圧室11とが配置され、一次圧室11の下流に形成したベンチュリー13を差圧管14を介してダイアフラム10の二次圧室12に接続させている。又、このダイアフラム10には、突棒15が連結されており、水栓9の開弁により給水管3内に通水されると、ベンチュリー13での通水によって二次圧室12の圧力が一次圧室11より低下してダイアフラム10が二次圧室12側へ動作することで、突棒15がその動作に連動し、バーナ4へのガス流路に配置されたマグネット電磁弁16の開弁機構16aを動作させてこれを開弁させ、続いて水圧応動弁17を開弁させるようになっている。尚、19,20は、夫々突棒15の動作に連動し、マグネット電磁弁16、水圧応動弁17の開弁に合わせて順次ONされる水圧スイッチ、21は、操作ボタン7の押し操作に伴いレバー8を介してONされるレバースイッチで、夫々のON信号はコントローラ22へ入力される。更に、ガス流路における水圧応動弁17の下流側には、操作ボタン7の押し操作に伴い開弁する器具栓18が設けられている。
【0009】
一方、コントローラ22には、バーナ4点火用の点火電極23とイグナイタ24、炎検知用のフレームロッド25が夫々接続される他、バーナ4に併設したセンシングバーナ4aの近傍に設けられる一次熱電対26と、バーナ4の上方で燃焼室2における熱交換器5下部の内胴窓に臨ませて設けられる二次熱電対27とが、(+)(−)の極性を逆向きにして直列に接続され、一次,二次熱電対26,27の合成起電力がコントローラ22へ入力される監視手段としての不完全燃焼防止装置が構成されている。尚、28は乾電池、29は電池交換時期の報知用のLEDランプ、30は作動異常の報知用のLEDランプである。
【0010】
以上の如く構成された湯沸器1の動作を図3のフローチャートに従って説明する。まず、操作ボタン7を押し操作すると、S1で、レバースイッチ21がONすると共に、器具栓18及び水栓9が夫々開弁し、前述の如く給水管3の通水に伴う突棒15の動作でマグネット電磁弁16も開弁され、器具内への通水が行われる。次にS2の判別で、突棒15の動作に伴う水圧スイッチ19のONを確認すると、S3で電池電圧が1.9V以上か否かを判別する。ここで1.9Vを下回っていれば、S4でLEDランプ29を点灯させる。一方、1.9V以上であれば、S5でイグナイタ24を動作させて点火電極23を連続スパークさせると共に、電磁弁電流のONによりマグネット電磁弁16を開弁保持させる。次にS6の判別で、突棒15による水圧応動弁17の開弁と同時の水圧スイッチ20のON信号を確認するが、このON信号がS2での水圧スイッチ19のONから2秒以内に得られなければ、S7でイグナイタ24をOFFすると共に、電磁弁電流をOFFしてマグネット電磁弁16を閉弁させ、点火制御を停止する。
【0011】
尚、S7の燃焼停止に伴い、LEDランプ30による報知が行われるが、S8で後述するインターロック機能がONしているか否かが判別され、インターロック機能がONしていれば、LEDランプ30は点滅し(S9)、ONしていなければ、LEDランプ30は点灯する(S10)。ここではインターロック機能はONしていないので、LEDランプ30は点灯することになる。一方、S6において水圧スイッチ20のON信号が適正に得られれば、S11でフレームロッド25によるバーナ4の炎検知がS6の水圧スイッチ20のONから0.7秒以内で得られるかを確認し、S12でS6の確認から0.7秒経過を判別すると、S13でイグナイタ24をOFFさせる。尚、着火ミス等が生じると、S11で炎検知信号が得られないため、S7でのイグナイタ24のOFFとマグネット電磁弁16の閉弁と、S10でのLEDランプ30の点灯とが実行される。
【0012】
続いて、コントローラ22は、上記点火制御の後、立上りに入力される一次熱電対26と二次熱電対27との合成起電力を監視して、室内の酸素不足や熱交換器5のフィン閉塞による不完全燃焼の発生を防止すべく、S14以下の不完全燃焼防止制御(以下「不燃防制御」と略称する)を実行している。
まず、S14で、S6での水圧スイッチ20のON確認から6秒以内で合成起電力Vが判定起電力VO を上回るか否かを判別する。6秒以内で合成起電力Vが判定起電力VO を上回らなければ、酸素不足による炎のリフトや立ち消え等が生じたとして、S7でのガスの供給遮断とS10での報知とを行う。一方、合成起電力Vが判定起電力VO を上回る立上りを見せれば、次のS15で、同じくS6での確認から12秒以上30秒以下の間で合成起電力Vが判定起電力VO を上回るか否かを判別し、合成起電力Vが判定起電力VO を上回らなければ、S16においてフィン閉塞が発生しているとして異常発生1回がカウントされる。こうして記憶される異常発生のカウント数が、S17の判別で3回以下であれば、S7でマグネット電磁弁16を閉弁させて燃焼停止を行い、4回に達すれば、S18でインターロック機能をONしてS7で燃焼停止を行い、以後の器具の使用を禁止する。尚、この場合、インターロック機能のONによってS9でLEDランプ30は点滅する。
【0013】
但し、S15の判別で合成起電力Vが判定起電力VO を上回っていれば、正常な燃焼が行われているとして、S19で、S17で判別される異常発生のカウント数の累計がリセットされる。よってここでは、S16での異常発生のカウントが正常な燃焼を挟むことなく4回連続して行われた場合にのみ、S18でインターロックがかかることになる。尚、S15で正常な燃焼が確認できれば、S20で、燃焼室2の周囲に配設される図示しない温度ヒューズが正常か否かが判別される。即ち、燃焼室2の破損等により燃焼ガスが噴出して温度ヒューズが溶断すると、その抵抗値の増大を検知してS7で燃焼が停止される。
【0014】
このように異常発生のカウント数が4回連続しないとインターロックをかけないようにしたのは、フィン閉塞以外の原因に伴う合成起電力Vの立上りの低下が4回連続して起こる可能性が極めて少なく、逆にフィン閉塞の場合は複数回の途中で正常な立上りが得られることがない理由による。よって、この形態1によれば、異常発生のカウント数の累計が3回以下で正常な燃焼が確認された場合は、それまでの異常はガスの元栓の閉塞や風等による立ち消え、局所的な酸素不足や温度ヒューズの溶断による立ち消え等の不完全燃焼以外の他の原因によるものとして、インターロックをかけずに一時的な燃焼停止にとどめ、それまでのカウント数の累計をリセットすると共に、これらの原因の解消によって器具の再使用を可能とする一方、異常発生のカウント数が4回連続した場合は、フィン閉塞が生じているとしてインターロックをかける、という適切な対処が可能となり、信頼性が高く、使い勝手の良い湯沸器1を得ることができる。
又ここでは、一時的な燃焼停止とインターロック機能ONの場合とでLEDランプ30による報知パターンを変えることで、インターロックの状態を単独で報知可能としているため、ユーザーは燃焼停止がインターロックを伴うものか否かを容易に理解でき、その後の対処が迅速に行える。
【0015】
又、上記不燃防制御において、合成起電力Vの判定をS6から6秒以内と12秒以上30秒以下とで2回行うようにしたのは、以下の理由による。
図4は、器具の使用開始時(水からの加熱、いわゆるコールドスタート)における一次熱電対26の起電力V1 、二次熱電対27の起電力V2 及び、合成起電力Vの変化を、夫々酸素不足の場合(A)と、熱交換器5のフィン閉塞の場合(B)とに分けて示すもので、ここで明らかなように、酸素不足の場合は、一次熱電対の起電力V1 の立上りが遅いため、合成起電力Vが緩やかに上昇し、第一判定時間T1 (ここでは6秒)では判定起電力VO に達することがない。一方、フィン閉塞の場合は、一次熱電対26の起電力V1 よりも二次熱電対27の起電力V2 の立上りが遅いため、合成起電力Vは、第一判定時間T1 内で判定起電力VO に達する早い立上りを見せるものの、起電力V2 の立上りに伴い、途中でピークをむかえて下降する傾向にある。よって、この合成起電力Vの変化の相違から、第二判定時間T2 (ここでは12秒以上30秒以下)で合成起電力Vが判定起電力VO を下回ったのを検知することで、酸素不足の場合との区別を可能としたのである。
【0016】
《形態2》
次に、第二発明に係る実施の形態を説明する。尚、湯沸器1の構成及び点火制御は形態1と同様であるため、重複する説明は省略し、不燃防制御での相違点についてのみ説明する。
図5に示す不燃防制御においては、異常発生のカウントは4回連続ではなく、4回の累計でインターロックがかけられるが、ここではS15の合成起電力Vの低下の確認後、異常発生のカウントの前に、S16においてフレームロッド25から得られる炎検知信号の有無の確認を行い、ここで炎検知信号が確認できなければ、S7において燃焼を停止させるにとどめ、炎検知信号が確認できれば、S17で異常発生のカウントを行う。即ち、燃焼確認状態で合成起電力Vの低下が現れた場合にのみカウントがなされることになる。そして、S18の判別でカウント数の累計が3回以下であれば、S7で燃焼停止にとどめられ、カウント数の累計が4回に達すれば、S19でインターロック機能をONしてS7での燃焼停止と共に以後の器具の使用が禁止される。
【0017】
このように、異常発生のカウント前にフレームロッド25による炎の検知信号の確認を行うようにしたのは、フィン閉塞の場合は、バーナの燃焼中で合成起電力Vの低下が生じ、それ以外の原因による場合は、バーナの燃焼停止によって合成起電力Vの低下が生じることから、燃焼状態を確認することでフィン閉塞とそれ以外の原因とを区別するためである。よって、上記形態2によれば、カウント前に燃焼確認がされなかった場合は、ガスの元栓の閉塞や風等による立ち消え、局所的な酸素不足や温度ヒューズの溶断による立ち消え等の不完全燃焼以外の他の原因によるものとして、インターロックをかけずに一時的な燃焼停止にとどめ、これらの原因の解消によって器具の再使用を可能とする一方、燃焼状態で立上りの合成起電力が低下した場合は、フィン閉塞が生じているとしてインターロックをかける、という適切な対処が可能となり、信頼性が高く、使い勝手の良い湯沸器1を得ることができる。
【0018】
又ここでは、燃焼確認状態での合成起電力Vの低下をカウントして4回の累計でインターロックをかけるようにしているから、フィン閉塞とそれ以外の原因とをより確実に区別可能となっている。
更に、カウント前に行う燃焼確認手段を点火制御の炎確認用のフレームロッド25と兼用しているから、簡略化された合理的な構成となる。加えて、形態1と同様にLEDランプ30による報知パターンの使い分けでインターロック状態を単独で報知可能としたことで、ユーザーは燃焼停止がインターロックを伴うものか否かを容易に理解でき、その後の対処が迅速に行える。
【0019】
尚、形態1,2の不燃防制御における異常発生のカウント回数は、4回に限らず適宜増減可能で、形態2では、カウントを行わず、燃焼状態で立上りの合成起電力の低下により直ちにインターロックをかける等の設計変更も考えられる。
更に、上記形態1,2は、第一発明に係る異常発生の連続カウントと第二発明に係る燃焼状態での累計カウントとを夫々別個に実現してフィン閉塞とそれ以外の原因との区別を図ったものであるが、図6のように双方の発明を併用することも可能である。この場合は、カウント前に炎検知信号を確認するS16と、正常燃焼の確認でカウントをリセットするS20とにより、燃焼状態での合成起電力の低下が4回連続した場合にインターロックがかけられることになり、フィン閉塞とそれ以外の原因とのより厳格な区別が可能となる。
【0020】
【発明の効果】
請求項1及び請求項2に記載の発明によれば、不完全燃焼の原因とそれ以外の原因とを確実に区別し、真に必要な場合のみにインターロックをかけるという適切な対処が可能となる。よって、信頼性が高く、使い勝手の良い開放型ガス燃焼器具を得ることができる。 請求項3に記載の発明によれば、請求項2の効果に加えて、燃焼確認状態で、且つ第二判別手段の判別で合成起電力が判定起電力を上回らない場合には、異常発生として記憶するカウント手段を設けて、そのカウント手段のカウントが所定回数に達した場合にインターロック手段が使用を禁止するものとしたことで、不完全燃焼の原因とそれ以外の原因とをより確実に区別可能となる。
請求項4に記載の発明によれば、請求項2又は3の効果に加えて、燃焼確認手段に、バーナの点火制御に用いられるフレームロッドを兼用したことで、より簡略化された合理的な構成となる。
請求項5に記載の発明によれば、請求項1乃至4の何れかの効果に加えて、インターロック手段による使用禁止状態を単独で報知可能としたことで、燃焼停止がインターロックを伴うものか否かを容易に理解でき、その後の対処が迅速に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】形態1における湯沸器の構造図である。
【図2】形態1における湯沸器の概略図である。
【図3】形態1における点火制御及び不燃防制御のフローチャートである。
【図4】(A)酸素不足の場合の合成起電力の立上りの変化を示すグラフである。
(B)フィン閉塞の場合の合成起電力の立上りの変化を示すグラフである。
【図5】形態2における点火制御及び不燃防制御のフローチャートである。
【図6】変更例による点火制御及び不燃防制御のフローチャートである。
【符号の説明】
1・・湯沸器、2・・燃焼室、4・・バーナ、5・・熱交換器、7・・操作ボタン、16・・マグネット電磁弁、22・・コントローラ、25・・フレームロッド、26・・一次熱電対、27・・二次熱電対、30・・LEDランプ。
Claims (5)
- バーナの燃焼温度を検出する一次熱電対と、その一次熱電対と逆極性で直列に接続され、前記バーナの燃焼室の温度を検出する二次熱電対と、前記一次熱電対と二次熱電対との合成起電力の監視結果に基づいて器具の使用を禁止可能なインターロック手段とを備えた開放型ガス燃焼器具であって、
前記器具の使用開始時からの所定の第一判定時間内で、前記バーナの点火制御後の立ち上がりに得られる前記合成起電力が所定の判定起電力を上回るか否かを判別する第一判別手段と、
前記第一判定時間経過後の所定の第二判定時間内で、前記バーナの点火制御後の立ち上がりに得られる前記合成起電力が前記判定起電力を上回るか否かを判別する第二判別手段と、
前記第二判別手段の判別で前記合成起電力が前記判定起電力を上回らない場合には、異常発生として記憶するカウント手段と、
前記第一、第二判別手段の判別で共に前記合成起電力が前記判定起電力を上回る場合には、前記カウント手段の記憶をリセットするリセット手段とを設け、
前記カウント手段のカウントが所定回数連続して行われた場合にのみ前記インターロック手段が前記器具の使用禁止を実行することを特徴とする開放型ガス燃焼器具。 - バーナの燃焼温度を検出する一次熱電対と、その一次熱電対と逆極性で直列に接続され、前記バーナの燃焼室の温度を検出する二次熱電対と、前記一次熱電対と二次熱電対との合成起電力の監視結果に基づいて器具の使用を禁止可能なインターロック手段とを備えた開放型ガス燃焼器具であって、
前記バーナの燃焼を確認する燃焼確認手段と、
前記器具の使用開始時からの所定の第一判定時間内で、前記バーナの点火制御後の立ち上がりに得られる前記合成起電力が所定の判定起電力を上回るか否かを判別する第一判別手段と、
前記第一判定時間経過後の所定の第二判定時間内で、前記バーナの点火制御後の立ち上がりに得られる前記合成起電力が前記判定起電力を上回るか否かを判別する第二判別手段とを設け、
前記燃焼確認手段による燃焼確認状態で、且つ前記第二判別手段の判別で前記合成起電力が前記判定起電力を上回らない場合にのみ前記インターロック手段が前記器具の使用禁止を実行することを特徴とする開放型ガス燃焼器具。 - 燃焼確認状態で、且つ第二判別手段の判別で合成起電力が判定起電力を上回らない場合には、異常発生として記憶するカウント手段を設けて、そのカウント手段のカウントが所定回数に達した場合にインターロック手段が使用を禁止するものとした請求項2に記載の開放型ガス燃焼器具。
- 燃焼確認手段に、バーナの点火制御に用いられるフレームロッドを兼用した請求項2又は3に記載の開放型ガス燃焼器具。
- インターロック手段による使用禁止状態を単独で報知可能とした請求項1乃至4の何れかに記載の開放型ガス燃焼器具。
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