JP4907622B2

JP4907622B2 - 開放型燃焼装置

Info

Publication number: JP4907622B2
Application number: JP2008236711A
Authority: JP
Inventors: 宏徳伊藤; 恵梨川北
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: JP2010071488A

Description

本発明は、排気経路の閉塞を検知して、バーナの燃焼を停止する機能を有する開放型燃焼装置に関する。

従来より、バーナの燃焼用空気を室内から採ると共に、バーナの燃焼排ガスを室内に排出する開放型のガス湯沸器において、熱交換器のフィンの近傍に設けた第１熱電対と、熱交換器を加熱するバーナの近傍に設けた第２熱電対とを、極性を逆にして直列に接続して備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、バーナの燃焼用空気中の酸素濃度が低下するとバーナの燃焼炎がリフトして第２熱電対の起電力が小さくなる。また、バーナの立ち消えが生じたときにも、第２熱電対の起電力が小さくなる。また、バーナの燃焼排ガスの排気経路の閉塞が生じると、バーナの燃焼炎が抑えられて第１熱電対の起電力が増大するが、第２熱電対の起電力はほとんど変化しない。

したがって、バーナの燃焼用空気中の酸素濃度の低下やバーナの立ち消えが生じたとき、及びバーナの燃焼排ガスの排気経路の閉塞が生じたときのいずれの場合にも、第１熱電対と第２熱電対とを、極性を逆にして直列に接続したときの合成起電力が小さくなる。

そのため、第１熱電対と第２熱電対の合成起電力という１つの検出要素によって、バーナの燃焼用空気中の酸素濃度の低下と、バーナの燃焼排ガスの排気経路の閉塞という２つの異常を検知して、バーナを消火することができる。

そして、特許文献１に記載されたガス湯沸器では、バーナの点火処理を行って燃焼炎が検出されてから第１判定時間Ｔ₁が経過したときに、第１熱電対と第２熱電対の合成起電力Ｖが判定起電力Ｖ₀よりも低くなっているときには、燃焼用空気中の酸素濃度が低下していると判断している。

また、バーナの燃焼炎が検出されてから第２判定時間Ｔ₂（＞Ｔ₁）が経過したときに、第１熱電対と第２熱電対の合成起電力Ｖが判定起電力であるＶ₀よりも低い状態が、所定時間Δｔ以上継続したときには、燃焼排ガスの排気経路の閉塞が生じていると判断している。
特開平１１−３０４１４４号公報

上述した特許文献１においては、バーナの点火から第２判定時間が経過した後に、排気経路の閉塞が生じているか否かを判断している。そのため、排気経路の閉塞が生じた状態でバーナに点火されたときに、第２判定時間が経過するまでは排気経路が閉塞した状態でバーナの燃焼が継続し、これにより、装置内が過熱して損傷が生じるおそれがある。

そこで、本発明は、排気経路の閉塞が生じた状態でバーナに点火されたときに、バーナの燃焼を速やかに停止することができる開放型燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の第１の態様は、バーナと、該バーナに燃料を供給する燃料供給路を開閉する開閉弁と、前記バーナに点火する点火手段と、前記バーナから前記バーナの燃焼排ガスの排気口に至る燃焼排ガスの排気経路に設けられて、燃焼排ガスの温度に応じた起電力を生じる第１熱電対と、前記第１熱電対と極性を逆向きにして直列に接続され、前記バーナの近傍に設けられて前記バーナの燃焼状態に応じた起電力を生じる第２熱電対と、前記点火手段により前記バーナに点火した時から、前記第１熱電対と前記第２熱電対の合成起電力の立ち上がり時間を想定して決定された第１所定時間が経過した後、該第１所定時間が経過した時から前記バーナの燃焼が安定するまでの時間を想定して決定された第２所定時間が経過するまでは、前記合成起電力が所定の判定起電力以下となった状態が第１安定時間以上継続したときに、前記開閉弁を閉弁して前記バーナを消火し、前記第２所定時間が経過した後は、前記合成起電力が前記判定起電力以下となった状態が、前記第１安定時間よりも短く設定した第２安定時間以上継続したときに、前記開閉弁を閉弁して前記バーナを消火する燃焼禁止手段とを備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記バーナに点火されて前記第１所定時間が経過すると、前記バーナの燃焼炎と燃焼排ガスにより、前記第１熱電対と前記第２熱電対の合成起電力が立ち上がるが、その後さらに前記第２所定時間が経過するまでは、前記バーナの燃焼炎が安定していない。そのため、前記バーナの燃焼は、周囲からの風の吹き込みや周囲の温度変化等の外的要因による影響を受け易く、前記バーナの排気経路に閉塞が生じていない場合であっても、外的要因によって前記バーナの燃焼状態が変化して前記第１熱電対の起電力が増加し、前記合成起電力が一時的に前記判定起電力以下となることが生じ得る。一方、前記第２所定時間が経過した後の期間においては、前記バーナの燃焼状態が安定するため、前記排気経路の閉塞が生じていない場合に、前記合成起電力が前記判定起電力以下となる可能性は低い。

そこで、前記燃焼禁止手段は、前記第１所定時間が経過した時から前記第２所定時間が経過するまでの期間（前記バーナの燃焼が不安定である期間）で使用する前記第１安定時間よりも、前記第２所定時間が経過した後の期間（前記バーナの燃焼が安定した期間）で使用する前記第２安定時間を短く設定する。

これにより、前記第１所定時間を経過した時から前記第２所定時間が経過するまでの期間（前記バーナの燃焼が不安定である期間）においても、前記バーナの排気経路に閉塞が生じていない場合に誤って前記バーナを消火することを防止した上で、前記バーナの排気経路の閉塞が生じているときに前記バーナを速やかに消火することができる。

また、本発明の第２の態様は、バーナと、該バーナに燃料を供給する燃料供給路を開閉する開閉弁と、前記バーナに点火する点火手段と、前記バーナから前記バーナの燃焼排ガスの排気口に至る燃焼排ガスの排気経路に設けられて、燃焼排ガスの温度に応じた起電力を生じる第１熱電対と、前記点火手段により前記バーナに点火した時から、前記第１熱電対の起電力の立ち上がり時間を想定して決定された第１所定時間が経過した後、該第１所定時間が経過した時から前記バーナの燃焼が安定するまでの時間を想定して決定された第２所定時間が経過するまでは、前記起電力が所定の判定起電力以下となった状態が第１安定時間以上継続したときに、前記開閉弁を閉弁して前記バーナを消火し、前記第２所定時間が経過した後は、前記起電力が前記判定起電力以下となった状態が、前記第１安定時間よりも短く設定した第２安定時間以上継続したときに、前記開閉弁を閉弁して前記バーナを消火する燃焼禁止手段とを備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記バーナに点火されて前記第１所定時間が経過すると、前記バーナの燃焼炎と燃焼排ガスにより、前記第１熱電対の起電力が立ち上がるが、その後さらに前記第２所定時間が経過するまでは、前記バーナの燃焼炎が安定していない。そのため、前記バーナの燃焼は、周囲からの風の吹き込みや周囲の温度変化等の外的要因による影響を受け易く、前記バーナの排気経路に閉塞が生じていない場合であっても、外的要因によって前記バーナの燃焼状態が変化して前記第１熱電対の起電力が増加し、前記第１熱電対の起電力が一時的に前記判定起電力以下となることが生じ得る。一方、前記第２所定時間が経過した後の期間においては、前記バーナの燃焼状態が安定するため、前記排気経路の閉塞が生じていない場合に、前記第１熱電対の起電力が前記判定起電力以下となる可能性は低い。

本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明の開放型燃焼装置であるガス湯沸器１の全体構成図である。図１を参照して、ガス湯沸器１は、湯水が流れる給湯管路２、給湯管路２を流通する水を加熱するガスバーナ３（本発明のバーナに相当する）、ガスバーナ３に燃焼ガスを供給するガス管路４（本発明の燃料供給路に相当する）、ガス湯沸器１の作動を制御するコントローラ３０、ガスバーナ３に点火するための点火電極６、（本発明の点火手段に相当する）、ガスバーナ３の燃焼炎を検知するフレームロッド７、排気口８付近に設けらて燃焼排ガスの温度に応じた起電力を生じる第１熱電対９、ガスバーナ３の近傍に設けられてガスバーナ３の燃焼状態に応じた起電力を生じる第２熱電対１０、及び運転開始及び停止時に使用者により押圧操作される操作スイッチ１１を備えている。

給湯管路２は、給水管１２、吸熱管１３、及び出湯管１４により構成されている。給水管１２には、水栓１５、水ガバナ弁１６、及び水量調節弁１７が設けられている。水栓１５は水栓モータ１８を備えており、水栓モータ１８への通電により開栓位置と閉栓位置に切替わる。水ガバナ弁１６は給水圧を所定レベル以下に制限するものである。また、水量調節弁１７は、使用者による温調つまみ１９の操作に応じて、給水管１２の開度を変更するものである。

吸熱管１３は、フィン２０を備えてガスバーナ３の上方に配置され、内部を流通する水をガスバーナ３の燃焼熱により加熱する熱交換器である。出湯管１４はフレキシブル管で形成されており、湯水をシャワーヘッド２１から吐出する。温調つまみ１９は、湯／水切替スイッチ（図示しない）を備えており、温調つまみ１９を最低温度の位置に操作すると、湯／水切替スイッチがＯＮする。そして、湯／水切替スイッチがＯＮしているときはガスバーナ３に点火されず、シャワーヘッド２１から水が吐出される。

ガス管路４には、電磁開閉弁であるガス元弁２４（本発明の開閉弁に相当する）、水圧応動弁２５、ガスガバナ弁２６、及びガス量調節弁２７が設けられている。水圧応動弁２５は、水ガバナ弁１６と一体的に形成されており、水ガバナ弁１６により水流が検知されるとそれに連動して開弁する。

水圧応動弁２５には水流スイッチ２８が接続されている。水流スイッチ２８は、水圧応動弁２５が開弁したときに連動してＯＮし、水圧応動弁２５が閉弁したときに転動してＯＦＦとなる。ガスガバナ弁２６は、２次側のガス圧を一定にするものである。ガス量調節弁２７は温調つまみ１９に連結されており、温調つまみ１９の操作によりガス管路４の開度を変更するものである。なお、温調つまみ１９を高温側に操作するほど、給水量が減少して燃料ガスの供給量が増加する。

コントローラ３０は、マイクロコンピュータ（図示しない）等により構成された電子ユニットであり、該マイクロコンピュータにガス湯沸器１の制御用プログラムを実行させることによって、該マイクロコンピュータが運転制御手段３１及び燃焼禁止手段３２として機能する。なお、コントローラ３０、ガス元弁２４、水栓モータ１８、及び点火電極６は、電池３５から供給される電力によって作動する。

運転制御手段３１は、出湯停止中（水栓１５が閉栓状態）に、操作スイッチ１１がＯＮ操作されると、水栓モータ１８を作動させて水栓１５を全開にする。これにより、給水管１２に通水されて水圧応動弁２５が開弁し、水流スイッチ２８がＯＮする。運転制御手段３１は、水流スイッチ２８がＯＮしたときに、温調つまみ１９の湯／水切替スイッチがＯＦＦ状態（温調つまみ１９が最低温度位置ではない状態）であるときには、ガスバーナ３の点火処理を行う。

そして、運転制御手段３１は、フレームロッド７の検出信号によりガスバーナ３の着火の有無を検知し、ガスバーナ３の着火が検知されたときはガス元弁２４の開弁状態を維持して、ガスバーナ３の燃焼を継続する。これにより、水道から給水管１２に供給される水が、吸熱管１３で加熱されて出湯管１４から吐出される（給湯モード）。なお、ガスバーナ３の着火が検知されなかったときには、運転制御手段３１は、ガス元弁２４を閉弁してガスバーナ３への燃料ガスの供給を停止する。

一方、水流スイッチ２８がＯＮしたときに、温調つまみ１９の湯／水切替スイッチがＯＮ状態（温調つまみ１９が最低温度位置にある状態）であるときには、運転制御手段３１は、ガスバーナ３の点火処理は行わない。この場合には、給水管１２に供給された水が、加熱されることなくそのまま出湯管１４から吐出される（給水モード）。

次に、燃焼禁止手段３２は、給湯モードにおいて、室内空気の酸素濃度の不足及び燃焼排ガスの排気経路の閉塞の有無を検知し、室内空気の酸素濃度の不足又は排気経路の閉塞が生じたときに、ガス元弁２４を閉弁してガスバーナ３の燃焼を停止する処理を行う。以下、図２及び図３を参照して、この処理について説明する。

図２を参照して、第１熱電対９と第２熱電対１０は、互いに逆極性で直列に接続されている。そして、排気経路の閉塞が生じると、熱気をもったガスバーナ３の燃焼排ガスが排気口８や吸熱管１３の付近に滞留して、第１熱電対９付近の温度が上昇する。そのため、第１熱電対９の起電力Ｖ1が高くなり、第１熱電対９と第２熱電対１０の合成起電力Ｖout（＝Ｖ2−Ｖ1）が低くなる。

また、室内の空気中の酸素濃度が低下して、ガスバーナ３の不完全燃焼が生じると、ガスバーナ３の燃焼炎がリフトする影響で、正常燃焼時よりも第２熱電対１０の起電力Ｖ2が低下する。そのため、この場合にも第１熱電対９と第２熱電対１０の合成起電力Ｖoutが低下する。

このように、排気経路の閉塞が生じたとき及び室内空気中の酸素濃度が低下したときのいずれも場合にも、第１熱電対９と第２熱電対１０の合成起電力Ｖoutが低下する。そこで、燃焼禁止手段３２は、ガスバーナ３が燃焼状態にあるときに、第１熱電対９と第２熱電対１０の合成起電力Ｖoutが判定閾値Ｖth以下となるか否かを監視する。

図３は、燃焼排ガスの排気経路の閉塞が生じた状態で、ガスバーナ３に点火した場合の第１熱電対９と第２熱電対１０の合成起電力Ｖout、及び第１熱電対９の起電力Ｖ1の変化を示したものであり、縦軸が起電力Ｖに設定され、横軸が点火時からの経過時間に設定されている。

図３のＴ1（ｔ₀〜ｔ₁）は、ガスバーナ３の点火された時点ｔ₀から、第１熱電対９と第２熱電対１０の合成起電力Ｖoutが、ガスバーナ３の燃焼状態が安定した時のレベルまで立ち上がる時間を想定して決定された時間（例えば１５秒、本発明の第１所定時間に相当する）である。また、Ｔ2（ｔ₁〜ｔ₂）は、ガスバーナ３の燃焼状態が安定するまでの時間を想定して決定された時間（例えば１００秒、本発明の第２所定時間に相当する）である。また、Ｔ3（ｔ₂〜）は、ガスバーナ３の燃焼状態が安定した期間となる。

なお、Ｔ1とＴ2は、実験やコンピュータシミュレーションによって決定され、Ｔ1とＴ2のデータは予めメモリに保持されている。また、ガス湯沸器１の製造時や家庭での設置時等、排気通路の閉塞が生じておらず、且つ室内の空気中の酸素濃度の不足が生じていない状態で、ガスバーナ３に点火して合成起電力Ｖoutの推移データを収集し、この推移データに基いてＴ1とＴ2を決定するようにしてもよい。

ここで、Ｔ1の期間は、合成起電力Ｖoutが立ち上がる過程であって、合成起電力Ｖoutが判定閾値Ｖthに達していないため、燃焼禁止手段３２は、合成起電力Ｖoutが判定電圧Ｖth以上となったか否かの判定を行わない。

また、Ｔ2の期間では、ガスバーナ３の燃焼状態が未だ安定しておらず、ガス湯沸器１は風の吹き込みや周囲温度の変化等の外的要因の影響を受けて、ガスバーナ３の燃焼状態が変化し易い。そして、ガスバーナ３の燃焼状態の変化に従って、合成起電力Ｖoutが変動するため、実際には室内空気の酸素濃度の低下や排気経路の閉塞が生じていない場合に、合成起電力Ｖoutが瞬間的に判定電圧Ｖth以下となることが生じ得る。

そこで、燃焼禁止手段３２は、Ｔ2の期間では、合成起電力Ｖoutが判定電圧Ｖth以下となった状態が、第１安定時間（例えば１０〜２０秒）以上継続したときに、室内空気の酸素濃度の低下又は排気経路の閉塞が生じていると判断する。一方、Ｔ3の期間では、ガスバーナ３の燃焼状態が安定しているため、燃焼禁止手段３２は、合成起電力Ｖoutが判定電圧Ｖth以下となった状態が、第２安定時間（例えば１〜５秒）継続したときに、室内空気の酸素濃度の低下又は排気経路の閉塞が生じていると判断する。

このように、燃焼禁止手段３２は、ガスバーナ３の燃焼状態が未だ不安定であるＴ2の期間では長く設定した第１安定時間を用い、ガスバーナ３の燃焼状態が安定したＴ3の期間では短く設定した第２安定時間を用いて、室内空気の酸素濃度の不足又は排気経路の閉塞が生じているか否かを判断する。

これにより、合成起電力Ｖoutが立ち上がったｔ₁以降の全期間において、Ｔ2の期間では、室内空気の酸素濃度の不足及び排気口８の閉塞を誤検知することを防止つつ、Ｔ3の期間では速やかに、室内の空気中の酸素濃度の不足及び排気経路の閉塞を検知することができる。

そして、燃焼禁止手段３２は、室内の空気中の酸素濃度の低下又は排気経路の閉塞を検知したときに、ガス元弁２４を閉弁してガスバーナ３の燃焼を停止し、室内の空気中の酸素濃度の低下又は排気経路の閉塞が生じた状態でガスバーナ３の燃焼が継続することを防止している。また、燃焼禁止手段３２は、水栓モータ１８を駆動して水栓１５を閉弁することにより、給水管１２への通水を停止する。

なお、本実施の形態においては、図２に示したように第１熱電対９と第２熱電対１０を極性を逆にして接続し、燃焼禁止手段３２は、合成起電力Ｖoutを用いて室内の空気中の酸素濃度の低下と排気経路の閉塞を検知したが、第１熱電対９の起電力Ｖ1に基づいて排気経路の閉塞を検知するようにしてもよい。この場合にも、燃焼禁止手段３２は、図３に示したように、ガスバーナ３の燃焼状態が未だ不安定であるＴ2の期間では長く設定した第１安定時間を用い、ガスバーナ３の燃焼状態が安定したＴ3の期間では短く設定した第２安定時間を用いて、室内空気の酸素濃度の不足又は排気経路の閉塞が生じているか否かを判断すればよい。

また、本実施の形態では、本発明の開放型燃焼装置としてガス湯沸器１を示したが、ガスストーブやグリル等の他の開放型燃焼装置に対しても、本発明の適用が可能である。また、これらの開放型燃焼装置における燃料はガスに限られず、灯油等他の燃料を用いるものであってもよい。

本発明の開放型燃焼装置であるガス湯沸器の全体構成図。図１に示したガス湯沸器に備えられた熱電対の説明図。図２に示した熱電対の起電力の変化を示した説明図。

符号の説明

１…ガス湯沸器（開放型燃焼装置）、３…ガスバーナ、４…ガス管路、６…点火電極、８…排気口、９…第１熱電対、１０…第２熱電対、１１…操作スイッチ、１２…給水管、１３…吸熱管、１４…出湯管、１５…水栓、１６…水ガバナ弁、１７…水量調節弁、１８…水栓モータ、１９…温調つまみ、２０…フィン、２４…ガス元弁、２５…水圧応動弁、２６…ガスガバナ弁、２７…ガス量調節弁、２８…水流スイッチ、３０…コントローラ、３１…運転制御手段、３２…燃焼禁止手段

Claims

バーナと、
該バーナに燃料を供給する燃料供給路を開閉する開閉弁と、
前記バーナに点火する点火手段と、
前記バーナから前記バーナの燃焼排ガスの排気口に至る燃焼排ガスの排気経路に設けられて、燃焼排ガスの温度に応じた起電力を生じる第１熱電対と、
前記第１熱電対と極性を逆向きにして直列に接続され、前記バーナの近傍に設けられて前記バーナの燃焼状態に応じた起電力を生じる第２熱電対と、
前記点火手段により前記バーナに点火した時から、前記第１熱電対と前記第２熱電対の合成起電力の立ち上がり時間を想定して決定された第１所定時間が経過した後、該第１所定時間が経過した時から前記バーナの燃焼が安定するまでの時間を想定して決定された第２所定時間が経過するまでは、前記合成起電力が所定の判定起電力以下となった状態が第１安定時間以上継続したときに、前記開閉弁を閉弁して前記バーナを消火し、前記第２所定時間が経過した後は、前記合成起電力が前記判定起電力以下となった状態が、前記第１安定時間よりも短く設定した第２安定時間以上継続したときに、前記開閉弁を閉弁して前記バーナを消火する燃焼禁止手段とを備えたことを特徴とする開放型燃焼装置。
バーナと、
該バーナに燃料を供給する燃料供給路を開閉する開閉弁と、
前記バーナに点火する点火手段と、
前記バーナから前記バーナの燃焼排ガスの排気口に至る燃焼排ガスの排気経路に設けられて、燃焼排ガスの温度に応じた起電力を生じる第１熱電対と、
前記点火手段により前記バーナに点火した時から、前記第１熱電対の起電力の立ち上がり時間を想定して決定された第１所定時間が経過した後、該第１所定時間が経過した時から前記バーナの燃焼が安定するまでの時間を想定して決定された第２所定時間が経過するまでは、前記起電力が所定の判定起電力以下となった状態が第１安定時間以上継続したときに、前記開閉弁を閉弁して前記バーナを消火し、前記第２所定時間が経過した後は、前記起電力が前記判定起電力以下となった状態が、前記第１安定時間よりも短く設定した第２安定時間以上継続したときに、前記開閉弁を閉弁して前記バーナを消火する燃焼禁止手段とを備えたことを特徴とする開放型燃焼装置。