JP4441079B2 - ガスバーナの燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスバーナの燃焼制御装置に関し、詳しくは小火で使用するのに適した燃焼制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、ガスこんろで小火で調理したいというニーズがあり、小火で調理できるガスこんろも種々提供されている。ところが、従来のこの種のガスこんろでは小火にしたとき設定されたあるガス量まで絞って燃焼させるだけの構造であるために小火限界に近い最小小火状態まで燃焼を絞ることができなく、もっと小さい小火を得たいというニーズに対応できるものでなかった。
【０００３】
つまり、小火の状態のときのガスのインプットは、ガス種、ガス圧の変動を考慮してバーナの小火限界値より大きくしていた。例えば、小火インプットが０．４６５ｋＷ（４００ｋｃａｌ／ｈ）に設定されている場合、ガス種が１３Ａのときの小火限界値は０．３１ｋＷ（２６７ｋｃａｌ／ｈ）となっていた。逆にいうと０．３１ｋＷまでガス量を絞ることができるのに拘わらず、上記の理由により小火インプットを０．４６５ｋＷにせざるを得なかった。
【０００４】
また小火が一定不変であったためにバーナの火炎検出用の熱電対の熱起電力が風等で閾値より下がった場合、失火と判断して消火してしまうおそれもあった。
【０００５】
本発明は叙述の点に鑑みてなされたものであって、ガス種、ガス圧の変動に拘わらずバーナの小火限界値までインプットのガス量を絞ることができ、幅広い火力範囲を得ることができ、また小火時の失火を防ぐことができるガスバーナの燃焼制御装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のガスバーナの燃焼制御装置は、ガス流量を制御する弁部と、この弁部を電気的に駆動する駆動部と、バーナの火炎を熱起電力により検出する熱電対を有し、この熱起電力をバーナコントローラに読み込ませてガス量を制御するガスバーナの燃焼制御装置であって、最小小火状態にする時に前記熱起電力によらずに一旦所定の小火位置に弁部を動かした後に前記熱起電力を読み込みながら更にガス流量を絞って行くと共に所定の熱起電力になったらこの最小小火状態で燃焼させる制御をバーナコントローラで行うようにしたことで、バーナの燃焼を確認しながら小火限界値までガスのインプットを絞って最小小火状態で燃焼させることができるものであって、ガス種、ガス圧の変動に拘わらずバーナの小火限界値までインプットを絞ることができ、幅広い火力範囲を得ることができる。
更に、前記最小小火位置における熱起電力が所定の値を一定時間の間下回ったときに所定の熱起電力になるまでガス量を増やす方向に弁部を動かし、且つガス量を増やす方向に弁部を動かしても熱起電力が大きくならない場合には弁を遮断してガスの供給を止める制御をするようにしたことで、前記最小小火位置における熱起電力が所定の値を一定時間の間下回ったときに所定の熱起電力になるまでガス量を増やす方向に弁部を動かすように制御することにより、最小小火時に風等（換気扇等の連続的なもの）による失火寸前の火炎は火力をアップすることで回復させるように制御でき、小火時の失火を防止できる。またガス量を増やす方向に弁部を動かしても熱起電力が大きくならない場合には弁を遮断してガスの供給を止める制御をすることにより、失火時にはガスの供給を遮断して安全性を確保することができる。
【０００７】
また上記ガスバーナの燃焼制御装置において、前記弁部の小火位置から前記熱起電力を読み込み、検出された熱起電力の値により弁部の動かす大きさを変化させながら最小小火状態にする制御をするようにしたことを特徴とすることも好ましい。このように制御することより、微妙な弁部の動きを必要とするバーナやガス種においても失火することなく且つ迅速にバーナの小火限界値まで絞ることができる。
【０００９】
また上記ガスバーナの燃焼制御装置において、前記弁部は回転によりガス流量を大から小まで変化させるガス通路を有する閉子であることを特徴とすることも好ましい。このようにしたことにより、ニードル弁方式に比べて火力を微妙に調整することができ、特に小火時の火力を微妙に調整することができる。
【００１０】
また上記ガスバーナの燃焼制御装置において、前記閉子にガス通路として主ガス通路と小火用ガス通路とを設け、この主ガス通路と小火用ガス通路に重複して開く部分と重複して開かない部分を設け、小火用ガス通路と連通した流路に小火を決定するオリフィスを設けたことを特徴とすることも好ましい。前記閉子にガス通路として主ガス通路と小火用ガス通路とを設け、この主ガス通路と小火用ガス通路に重複して開く部分と重複して開かない部分を設けたことにより、主ガス通路の開度や小火用ガス通路の開度を調整することにより広い範囲で火力を調整することができ、また重複して開く部分により連続的に火力を調整することができる。小火用ガス通路と連通した流路に小火を決定するオリフィスを設けたことにより、小火にしたときガス量をオリフィスにて規制でき、閉子の回転精度や閉子の加工公差がラフであっても小火にしたときに火炎が大きすぎたりまたは小さすぎて失火したりするという問題がなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はガスこんろ全体の系統図を示すが、本例の場合、バーナ１としては３つのこんろ用バーナ１ａと１つのグリル用バーナ１ｂとがある。バーナ１には夫々バーナ１に点火する点火プラグ２とバーナ１の火炎を熱起電力で検出する熱電対３を夫々配置してある。ガス入口４からガスを供給するガス供給経路５は４つの経路に分岐して各バーナ１に連通させてある。ガス供給経路５の４つに分岐する手前には経路を開閉する電磁弁６を配置してあり、ガス供給経路５の４つに分岐した部分には夫々ガス流量調整部８を配置してある。グリル用バーナ１ｂにガスを供給するガス供給経路５ではガス流量調整部８の手前で圧力を調圧するガバナー９を配置してある。
【００１２】
上記各バーナ１は制御回路を有するバーナコントローラ１０で制御されるようになっており、各点火／消火ボタン１１を操作することでバーナコントローラ１０を介して各バーナ１の点火や消火の制御がされるようになっており、また各火力調整ボタン１２を操作することでバーナコントローラ１０を介して各ガス流量調整部８が調整されて各バーナ１の火力が調整されるようになっている。バーナ１に点火するときはイグナイタースイッチがオンされ、イグナイター１３に給電され、点火プラグ２が放電するようになっている。また熱電対３の熱起電力はバーナコントローラ１０に入力され、これによりバーナコントローラ１０にて電磁弁６や流量調整部８が制御されるようになっている。図１のＡとＡ′、ＢとＢ′、ＣとＣ′、ＤとＤ′、ＥとＥ′、ＦとＦ′は電気的に接続されている。
【００１３】
上記のガス供給経路５に配置する電磁弁６、ガバナー９及び流量調整部８が図３乃至図５に示すように１つの器体７に一体に組み込まれている。電磁弁６の部分ではガス供給経路５に弁孔３１を設けてあり、電磁アクチュエータ３２で駆動される弁体３３で開閉されるようになっている。電磁弁６より下流側で４つに分岐された各ガス供給経路５には夫々流量調整部８が配置されているが、グリル用バーナ１ｂに連通している流量調整部８では流量調整部８より上流側にガバナー９を配置してある。
【００１４】
流量調整部８では流量を調整するための弁部として閉子１５が回転自在に装着してある。この閉子１５は内部が空洞１６になっており、この空洞１６内と器体７のガス流入路１７と連通している。閉子１５には空洞１６内と閉子１５の外周とを連通させるガス通路として主閉子孔１８と小火用閉子孔１９とが穿孔してあり、主閉子孔１８が主ガス通路となると共に小火用閉子孔１９が小火用ガス通路となっている。主閉子孔１８と小火用閉子孔１９とは閉子１５の軸方向にずれていると共に周方向に略９０°ずれている。器体７には閉子１５の外周の位置で主ガス用流出路２０と小火ガス用流出路２１を設けてあり、主ガス用流出路２０の端部を主閉子孔１８に対応させてあると共に小火ガス用流出路２１の端部を小火用閉子孔１９に対応させてある。小火用ガス流出路２１には小火用オリフィス２３を設けてあり、この小火用オリフィス２３の径を小火用閉子孔１９の径よりも十分に小さくしてある。主ガス用流出路２０と小火ガス用流出路２１とは１つの出口流路２２に合流させて連通させてあり、出口流路２２をバーナ１に連通させてある。また上記主閉子孔１８は円形の孔部１８ａと孔部１８ａに連通する一対の楔状溝１８ｂ，１８ｃとで構成されている。小火用閉子孔１９も円形の孔部１９ａと孔部１９ａに連通する一対の楔状溝１９ｂ，１９ｃとで構成されている。そして楔状溝１８ｃと楔状溝１９ｂとは閉子１５を回動したとき重複して開くようになっている。つまり、図１０のａの区間は重複して開放される重複部であり、ｂの区間は重複して開放されることのない非重複部である。
【００１５】
上記閉子１５はステッピングモータのような電動モータ２４で回転駆動されるものであり、電動モータ２４の回転が減速機構２５に伝達され、減速機構２５の出力軸２６から閉子１５に回転が伝達されるようになっている。減速機構２５の出力軸２６と閉子１５とは継手２７と閉子押さえばね２８を介して連結してある。また減速機構２５の出力軸２６には閉子１５の回転位置を検出する回転位置検出センサー２９を装着してある。
【００１６】
しかして閉子１５を電動モータ２４で回転駆動すると、図７（ａ）（ａ）′乃至（ｅ）（ｅ）′のように閉子１５でガス通路が開閉される。図７（ａ）（ａ）′の全開位置では主閉子孔１８のガス通過面積が最大になる回転角度に設定されており、ガスは主閉子孔１８のみを通ってバーナ１へ供給される。図７（ｂ）（ｂ）′の中間火力１の状態では全開位置より主閉子孔１８のガス通過面積が少なくなり、主閉子孔１８のガス通過面積が小さくなった分バーナ１へ供給されるガス量が少なくなる。図７（ｃ）（ｃ）′の中間火力２の状態では主閉子孔１８が閉じる手前になると共に小火用閉子孔１９が開き始める状態となり（楔状溝１８ｃと楔状溝１９ｂが重複して開く状態になり）、主閉子孔１８を通るガスと、小火用閉子孔１９から小火用オリフィス２３を通るガスとがバーナ１に供給される。図７（ｄ）（ｄ）′の小火位置では主閉子孔１８が閉じて小火用閉子孔１９が開いており、小火用閉子孔１９から小火用オリフィス２３を通ったガスのみがバーナ１へ供給される。この小火位置ではガス量は小火用オリフィス２３の穴径（面積）によって決定される。図７（ｅ）（ｅ）′の最小小火状態では小火位置より小火用閉子穴１９のガス通過面積を絞っており、限界値までガス量を絞ってバーナ１にガスが供給される。この最小小火状態より閉子１５をさらに閉じる方向に回転すると主閉子孔１８と小火用閉子孔１９が閉じられて全閉状態になる。
【００１７】
上記最小小火状態にするとき、バーナ１の火炎検出用の熱電対３の熱起電力値に従ってガス量をバーナ１の限界値まで絞って行く。小火付近ではガスのインプットと熱起電力は、インプットが小さくなると熱起電力も小さくなるという関係があることがわかっている。従って熱起電力を読み取ることによりそのときのインプットを間接的に知ることができる。本発明はこのことを利用して最小小火状態に絞るようにバーナコントローラ１０で制御している。つまり、小火位置に閉子１５を動かした後、熱電対３の熱起電力を読み込みながら更にガス流量を絞って行き、所定の熱起電力になったら最小小火状態で燃焼させるように制御している。また小火位置から前記熱起電力を読み込み、検出された熱起電力により閉子１５を動かす大きさを変化させながら最小小火状態で燃焼させるように制御している。また上記最小小火状態で熱起電力が所定の値を一定時間下回ったときに所定熱起電力になるまでガス量を増やす方向に閉子１５を動かすように制御している。且つガスを増やす方向に閉子１５を動かして熱起電力が大きくならない場合は、閉子１５を全閉するように動かしてガスの供給を遮断するように制御している。
【００１８】
上記の制御の具体的な一例のフローチャートを図２に示す。大火で燃焼している状態で火力調整ボタン１２を押して小火にすると（最小の火力である火力段階１を押す操作）、小火位置まで閉子１５が電動モータ２４で回転させられる。そしてバーナ１が点火してからの時間が例えば３分以上経過しているか判定される。これはバーナ１が冷たいと、これ以上火力を下げると失火の危険が大であるため、点火からの燃焼時間を例えば３分以上とる。そして小火にしてから熱起電力が安定するまで時間として例えば１０秒待機される。これは、熱電対３の熱容量のために大火から小火に切り替えたとき熱電対３の熱起電力が安定するまで１０秒程度の時間がかかるためである。そして熱電対３の熱起電力を検出しながら電動モータ２４を駆動して失火しない限界値までガス量を絞って最小小火燃焼状態で燃焼するように制御する。
【００１９】
例えば、熱起電力Ｅが５秒平均でＥ＞４．３５ｍＶか判定し、熱起電力が４．３５ｍＶより高い場合には電動モータ２４を２ステップ分小火方向に回転させて５秒待機させる。熱起電力が４．３５ｍＶより高い間は電動モータ２４を２ステップ分小火方向に回転させて５秒待機させることを繰り返し、徐々に小火にする。熱起電力が４．３５Ｖより低くなると、熱起電力Ｅが５秒平均でＥ＞３．８ｍＶか判定し、熱起電力が３．８ｍＶより高い場合には電動モータを１ステップ分小火方向に回転させて２秒待機させる。熱起電力が３．８ｍＶより高い間は電動モータ２４を１ステップ分小火方向に回転させて２秒待機させることを繰り返し、徐々に小火にする。熱起電力が３．８ｍＶより低くなると、熱起電力Ｅが５秒平均でＥ＞３．２５ｍＶか判定し、熱起電力が３．２５ｍＶより高い場合は、再度Ｅ＞３．８ｍＶか判定して同様に制御する。熱起電力が３．２５ｍＶより低い場合は電動モータ２４を２ステップ分大火方向に回転させる。電動モータ２４を２ステップ分大火方向に回転させてから５秒平均で熱起電力が増加したか判定する。熱起電力が増加したと判定したときは再度Ｅ＞３．２５ｍＶか判定して同様に制御する。熱起電力が増加しないと判定すると失火として失火モードに移行して閉子１５を全閉するように動かしてガスの供給を遮断するように制御する。なお、上記のように熱起電力の５秒平均を取って判定するのは、熱起電力は微風の影響等で不安定であるために５秒の平均値をとっている。電動モータ２４を回転させてから５秒間や２秒間待機させるのは熱起電力の安定時間を確保するためである。上記のフローチャートのように制御することにより、ガス種、ガス圧の変動に拘わらずバーナ１の小火限界値までインプットを絞ることができ、最小小火状態で失火したりしないように安定よく燃焼させることができる。
【００２０】
また閉子１５の主閉子孔１８は円形の孔部１８ａと孔部１８ａに連通する一対の楔状溝１８ｂ，１８ｃとで構成され、小火用閉子孔１９も円形の孔部１９ａと孔部１９ａに連通する一対の楔状溝１９ｂ，１９ｃとで構成され（ガス流量を大から小まで変化させるガス通路となっている）ているため、閉子２の回転により極めて小さい量のガス通過面積を調整できる。特に小火用閉子孔１９が上記のような構造になっていることにより、小火のときの微妙がガス流量の調整ができる。
【００２１】
また小火用ガス流出路２１には小火用オリフィス２３を設けてあり、この小火用オリフィス２３の径より小火用閉子孔１９の径を十分に大きくしてある。従って閉子１５を任意の位置から小火位置に回転させたとき少しぐらいずれていても、小火火力は小火用オリフィス２３の穴径により正確に確保できる。仮に小火用閉子穴９だけで小火用オリフィス２３がないと、閉子１５やその他の部品の高い加工精度が必要になり、量産性に乏しい。
【００２２】
また楔状溝１８ｃと楔状溝１９ｂとは閉子１５を回動したとき重複して開くようになっていることにより、閉子１５を回転して主閉子穴８や小火用閉子穴９を開閉するとき途中でガスの流れが途切れるような弊害がない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の請求項１の発明は、ガス流量を制御する弁部と、この弁部を電気的に駆動する駆動部と、バーナの火炎を熱起電力により検出する熱電対を有し、この熱起電力をバーナコントローラに読み込ませてガス量を制御するガスバーナの燃焼制御装置であって、最小小火状態にする時に前記熱起電力によらずに一旦所定の小火位置に弁部を動かした後に前記熱起電力を読み込みながら更にガス流量を絞って行くと共に所定の熱起電力になったらこの最小小火状態で燃焼させる制御をバーナコントローラで行うようにしたので、バーナの燃焼を確認しながら小火限界値までガスのインプットを絞って最小小火状態で燃焼させることができるものであって、ガス種、ガス圧の変動に拘わらずバーナの小火限界値までインプットを絞ることができ、幅広い火力範囲を得ることができるものである。
更に、前記最小小火位置における熱起電力が所定の値を一定時間の間下回ったときに所定の熱起電力になるまでガス量を増やす方向に弁部を動かすように制御するので、最小小火時に風等（換気扇等の連続的なもの）による失火寸前の火炎は火力をアップすることで回復させるように制御でき、小火時の失火を防止できるものであり、またガス量を増やす方向に弁部を動かしても熱起電力が大きくならない場合には弁を遮断してガスの供給を止める制御をするようにしたので、失火時にはガスの供給を遮断して安全性を確保することができるものである。
【００２４】
また本発明の請求項２の発明は、請求項１において、前記弁部の小火位置から前記熱起電力を読み込み、検出された熱起電力の値により弁部の動かす大きさを変化させながら最小小火状態にする制御をするようにしたので、微妙な弁部の動きを必要とするバーナやガス種においても失火することなく且つ迅速にバーナの小火限界値まで絞ることができるものである。
【００２６】
また本発明の請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、前記弁部は回転によりガス流量を大から小まで変化させるガス通路を有する閉子であるので、ニードル弁方式に比べて火力を微妙に調整することができ、特に小火時の火力を微妙に調整することができるものである。
【００２７】
また本発明の請求項４の発明は請求項３において、前記閉子にガス通路として主ガス通路と小火用ガス通路とを設け、この主ガス通路と小火用ガス通路に重複して開く部分と重複して開かない部分を設けたので、主ガス通路の開度や小火用ガス通路の開度を調整することにより広い範囲で火力を調整することができ、また重複して開く部分により連続的に火力を調整することができるものであり、また小火用ガス通路と連通した流路に小火を決定するオリフィスを設けたので、小火にしたときガス量をオリフィスにて規制でき、閉子の回転精度や閉子の加工公差がラフであっても小火にしたときに火炎が大きすぎたりまたは小さすぎて失火したりするという問題がなくなるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例のガスこんろ全体の概略系統図である。
【図２】同上の制御の動作を説明するフローチャートである。
【図３】同上の電磁弁やガバナーや流量調整部を組み込んだ器体の正面から見た断面図である。
【図４】図３の側面から見た断面図である。
【図５】図３の平面図である。
【図６】図７の断面位置を説明する断面図である。
【図７】（ａ）乃至（ｅ）は図６のＸ−Ｘ線で断面した部分の動作説明図、（ａ）′乃至（ｅ）′は図６のＹ−Ｙ線で断面した部分の動作説明図である。
【図８】同上の閉子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図９】（ａ）は同上の閉子の断面図、（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＷ−Ｗ線断面図である。
【図１０】同上の主閉子孔と小火用閉子孔の関係を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ バーナ
３ 熱電対
８ ガス流量調整部
１０ バーナコントローラ
１５ 閉子
１８ 主閉子孔
１９ 小火用閉子孔
２４ 電動モータ

Claims (4)

1. ガス流量を制御する弁部と、この弁部を電気的に駆動する駆動部と、バーナの火炎を熱起電力により検出する熱電対を有し、この熱起電力をバーナコントローラに読み込ませてガス量を制御するガスバーナの燃焼制御装置であって、最小小火状態にする時に前記熱起電力によらずに一旦所定の小火位置に弁部を動かした後に前記熱起電力を読み込みながら更にガス流量を絞って行くと共に所定の熱起電力になったらこの最小小火状態で燃焼させる制御及び、前記最小小火位置において熱起電力が所定の値を一定時間の間下回ったときに所定の熱起電力になるまでガス量を増やす方向に弁部を動かし、且つガス量を増やす方向に弁部を動かしても熱起電力が大きくならない場合には弁を遮断してガスの供給を止める制御をバーナコントローラで行うようにしたことを特徴とするガスバーナの燃焼制御装置。
2. 前記弁部の小火位置から前記熱起電力を読み込み、検出された熱起電力の値により弁部の動かす大きさを変化させながら最小小火状態にする制御をするようにしたことを特徴とする請求項１記載のガスバーナの燃焼制御装置。
3. 前記弁部は回転によりガス流量を大から小まで変化させるガス通路を有する閉子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガスバーナの燃焼制御装置。
4. 前記閉子にガス通路として主ガス通路と小火用ガス通路とを設け、この主ガス通路と小火用ガス通路に重複して開く部分と重複して開かない部分を設け、小火用ガス通路と連通した流路に小火を決定するオリフィスを設けたことを特徴とする請求項３記載のガスバーナの燃焼制御装置。

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