JP7349387B2 - ガスコンロ - Google Patents

Description

本発明は、バーナの燃焼により火炎から放射される赤外線を検知する赤外線センサを備えたガスコンロに関する。

従来、天板の下方に赤外線センサを配置し、赤外線センサで検知される赤外線強度に基づき、バーナに形成される火炎の有無の検知や、調理器具の温度を非接触で検知するガスコンロが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００６－２７５４６６号公報

ところで、一般に、赤外線の測定には、大気中の水分や二酸化炭素による影響の少ない大気の窓と呼ばれる波長範囲が利用される。そのため、特許文献１でも、火炎から放射される４．３μｍの長波長の赤外線の赤外線強度に基づき火炎の有無が検知されている。

しかしながら、太陽光から放射される赤外線や加熱されたバーナ及び調理器具などの発熱体から放射される赤外線は、長波長の波長範囲で大きな赤外線強度を示す。また、ガスコンロの天板には、調理中に被調理物から飛散する水、油や、煮こぼれなどが付着するが、これらの付着物が火炎と赤外線センサとの間に介在すると赤外線の透過率が減衰する。そのため、特許文献１で利用されているような波長では、上記のような外乱の影響によって火炎から放射される赤外線を正確に検知することができないという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、バーナの燃焼により火炎から放射される赤外線を赤外線センサにより精度よく検知して、バーナの状態を正確に判定可能なガスコンロを提供することにある。

本発明によれば、
バーナと、
バーナの燃焼により火炎から放射される１．３～１．５μｍの第１特定波長範囲の赤外線を検知する第１赤外線センサと、
バーナの燃焼により火炎から放射される１．５～１．７μｍの第２特定波長範囲の赤外線を検知する第２赤外線センサと、
第１赤外線センサによって検知される第１赤外線強度に基づいてバーナの着火状態を判定し、
第１赤外線強度に対する第２赤外線センサによって検知される第２赤外線強度の落ち込みが所定の閾値以下となるかどうかに基づいてバーナが正常燃焼状態か異常燃焼状態かどうかを判定する制御手段と、を有するガスコンロが提供される。

火炎から放射される赤外線は、第１特定波長範囲で一定の赤外線強度を示す分光特性を有する。一方、第１特定波長範囲で、太陽光や加熱されたバーナなどの発熱体から放射される赤外線は、赤外線強度が小さい。また、第１特定波長範囲では、水、油や、煮こぼれなどの付着物による赤外線の透過率の減衰が少ない。従って、上記ガスコンロによれば、バーナに火炎が形成されているかどうかを正確に検知することができる。

また、空気過剰率の変化などによってバーナが異常燃焼状態にあるときに火炎から放射される赤外線と、バーナが正常燃焼状態にあるときに火炎から放射される赤外線とは、第２特定波長範囲において赤外線強度が顕著に異なる。従って、上記ガスコンロによれば、バーナが着火状態であることを検知した上で、第２特定波長範囲の赤外線を検知することにより、バーナに形成されている火炎の燃焼状態を正確に判定することができる。

好ましくは、上記ガスコンロにおいて、
第１または第２特定波長範囲は、火炎と第１または第２赤外線センサとの間に配置された第１光学フィルタまたは第２光学フィルタによって規制される。

上記ガスコンロによれば、精度よく各特定波長範囲の赤外線を検知することができるから、より正確にバーナの着火状態や異常燃焼状態を判定することができる。

以上のように、本発明によれば、バーナの燃焼により火炎から放射される赤外線を赤外線センサにより精度よく検知して、バーナの状態を正確に判定可能なガスコンロを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るガスコンロの一例を示す概略断面図である。 図２は、図１の要部拡大断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るガスコンロが備えるコントローラの一例を示すブロック図である。 図４は、火炎及び太陽光からそれぞれ放射される赤外線の分光スペクトル図である。 図５は、各種付着物を透過する赤外線の分光スペクトル図である。 図６は、正常燃焼状態及び異常燃焼状態における火炎から放射される赤外線の分光スペクトル図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係るガスコンロを具体的に説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係るガスコンロは、バーナ１を臨ませるバーナ用開口２１が開設された天板２を備える。バーナ１は、混合管１１の下流端から上方に延びてバーナ用開口２１に挿通されるバーナボディ１２と、バーナボディ１２上に載置される環状のバーナキャップ１６とを備える。

バーナボディ１２は、内筒１２１と外筒１２２とを備え、中空環状に形成されている。外筒１２２の上端部には、内曲げフランジが形成されている。また、外筒１２２には、バーナ用開口２１を上方から覆うバーナリング３が外挿されている。さらに、バーナリング３には、調理器具をバーナ１の上方に所定間隔で載置する五徳９が外挿されている。なお、図１では、調理器具の底面のみが図示されている。

バーナキャップ１６の中央に位置する内周部には、内筒１２１の上端部に内嵌するシール筒部１６１が垂設されている。また、バーナキャップ１６の下面外周部には、バーナボディ１２の上面外周部を形成する外筒１２２の内曲げフランジの上面に当接する環状壁１６２が突設されている。環状壁１６２には、周方向に間隔を存して設けられた溝からなる複数の炎孔１９が形成されている。従って、混合管１１からの混合気（燃料ガスと一次空気との混合ガス）は、炎孔１９から外方に噴出し、図示しないバーナ１に付設された点火電極によって混合気が着火すると、炎孔１９に外方に延びる火炎が形成される。なお、バーナボディ１２の上面外周部にバーナキャップ１６の下面外周部に当接する環状壁を突設して、この環状壁に炎孔を形成してもよい。

バーナリング３の下面内周部には、バーナリング３を外筒１２２の外周に挿通するときにガイドするガイド部３１が垂設されている。また、バーナリング３におけるバーナ用開口２１の開口縁とガイド部３１との間の径方向中間部には透孔窓３３が形成されており、透孔窓３３の下方の空間には、第１赤外線受光部５と第２赤外線受光部７とが並設されている。なお、ガラス製の天板２が用いられる場合、バーナリング３に透孔窓３３を設けることなく、天板２の下方の所定位置に第１及び第２赤外線受光部５，７を配設してもよい。また、第１及び第２赤外線受光部５，７は、異なる位置に配設してもよい。

図２は、図１の要部拡大断面図である。第１赤外線受光部５は、第１赤外線センサ５１と、第１赤外線センサ５１を上方から覆う第１受光キャップ５２とを有している。第１赤外線センサ５１は、バーナ１の燃焼により炎孔１９に形成される火炎から放射される赤外線を受光する。第１赤外線センサ５１としては、従来公知の赤外線フォトダイオードや赤外線フォトトランジスタのような量子型、サーモパイル、焦電素子のような熱型のセンサを使用することができる。第１赤外線センサ５１は、受光する赤外線強度に応じた出力信号を第１リード線５７を介して後述するコントローラ１００に出力する。

第１受光キャップ５２は、ハット型の断面形状を有し、中央上面部に第１窓部５３を有する。従って、火炎から放射される赤外線はバーナリング３の透孔窓３３及び第１窓部５３を介して第１赤外線センサ５１に入射する。波長選択性のない第１赤外線センサ５１を用いる場合、第１窓部５３には、後述するように１．３～１．５μｍの第１特定波長範囲の赤外線を選択的に透過する第１光学フィルタ５５が設けられる。従って、この場合、第１赤外線センサ５１は、第１光学フィルタ５５によって規制された第１特定波長範囲の赤外線を検知する。なお、第１光学フィルタ５５を配置することなく、波長選択性を有する第１赤外線センサ５１を使用してもよい。

第１赤外線受光部５と同様に、第２赤外線受光部７は、第２赤外線センサ７１と、第２赤外線センサ７１を上方から覆う第２受光キャップ７２とを有している。第２赤外線受光部７は、第２窓部７３に１．５～１．８μｍの第２特定波長範囲の赤外線を選択的に透過する第２光学フィルタ７５が設けられている以外は、第１赤外線受光部７と同一の構成を有する。第２リード線７７は、コントローラ１００に接続されており、出力信号をコントローラ１００に出力する。

図３に示すように、コントローラ１００には、第１及び第２赤外線センサ５１，７１がそれぞれ受光して出力する第１及び第２赤外線強度に応じた出力信号が入力される。コントローラ１００は、マイクロコンピュータを用いて構成され、所定のコンピュータプログラムを実行することにより、各種の制御を実行するように構成されている。また、コントローラ１００は、機能的構成手段として、第１赤外線センサ５１で検知される第１特定波長範囲の第１赤外線強度に基づき、バーナ１に火炎が形成されているかどうかを判定する着火状態判定部１０１、第２赤外線センサ７１で検知される第２特定波長範囲の第２赤外線強度に基づき、バーナ１が異常燃焼状態であるかどうかを判定する異常燃焼状態判定部１０２、着火状態判定部１０１及び異常燃焼状態判定部１０２からの出力に基づき、図示しないガス流路に介設された元ガス電磁弁や流量制御弁などを制御して、バーナ１の燃焼を制御する燃焼制御部１０３などを備える。従って、本実施の形態では、コントローラ１００がバーナ１の着火状態及び異常燃焼状態を判定する制御手段として機能する。コントローラ１００の記憶部１０４には、バーナ１の着火状態や異常燃焼状態を判定するためのデータテーブルが格納されている。

（バーナの着火状態の判定）
次に、バーナ１の着火状態を判定するときの外乱による火炎から放射される赤外線への影響について説明する。図４は、太陽光から放射される赤外線による外乱の影響について検討した結果を示す。図４は、都市ガスの正常燃焼状態における火炎から放射される赤外線及び太陽光から放射される赤外線を赤外線分光器を用いてそれぞれ測定したときの分光スペクトルである。図中、線（Ａ）が、正常燃焼状態の火炎を、線（Ｂ）が太陽光を示す。なお、図４を含めて、分光スペクトルの測定には、赤外線分光器としてＩｎＧａＡｓリニアイメージセンサを使用した。

図４から理解されるように、火炎から放射される赤外線は、１．３～１．５μｍ及び１．８～２．１μｍの波長範囲で太陽光よりも大きな赤外線強度を示す。従って、これらの波長範囲の赤外線強度を測定すれば、太陽光から放射される赤外線による外乱の影響の少ない状態で火炎から放射される赤外線を検知することができると考えられる。

図５は、加熱されたバーナ１や調理器具などの発熱体から放射される赤外線及び付着物による外乱の影響について検討した結果を示す。図５は、バーナ１及び調理器具代替の発熱体として加熱した鉄板（温度：３００℃，放射率：０．９５）を用い、発熱体と赤外線分光器とをガラス板（厚さ：４ｍｍ,透過率：０．７～１．０）を介して対向配置させ（発熱体とガラス板との距離：４０ｍｍ，ガラス板と赤外線分光器との距離：５ｍｍ）、ガラス板上に各種付着物を付着させて、発熱体から放射され、ガラス板を透過する赤外線の赤外線強度を測定した分光スペクトルである。図中、線（ａ）は、汚れのない状態、線（ｂ）は、水が付着した状態、線（ｃ）は、少量の油が付着した状態、線（ｄ）は、大量の油が付着した状態、線（ｅ）は、調味料を含んだ液状の煮こぼれが付着した状態、線（ｆ）は、焦げた煮こぼれが付着した状態で、それぞれ測定したものである。

既述したようにバーナ１自体やバーナ１近傍の調理器具などの発熱体からも赤外線が放射されるが、図５に示すように、汚れのない状態（線（ａ））において、発熱体から放射される赤外線は、１．６μｍを超えると赤外線強度が顕著に増加する。従って、火炎と第１赤外線センサ５１との間に付着物が介在しない状態であっても、長波長になるほど発熱体から放射される赤外線による外乱の影響が大きい。また、図示しないが、火炎から放射される赤外線は４μｍ以上の長波長の波長範囲に大きな赤外線強度を示す一方、上記のような発熱体から放射される赤外線も、長波長側に大きな赤外線強度を示す。このため、ガスコンロのように火炎以外に高温の発熱体が第１赤外線センサ５１の周囲にある環境では、従来公知の４μｍ以上の波長範囲の赤外線強度に基づき、火炎から放射される赤外線と発熱体から放射される赤外線とを区別して判定することが難しい。

また、調理時には調理器具から水、油や煮こぼれなどが飛散するが、付着物が火炎と第１赤外線センサ５１との間に介在しても、赤外線の透過率の減衰が少ない波長範囲を選択すれば、火炎から放射される赤外線を正確に検知することができる。例えば、少量の油が付着している状態（線（ｃ））では、いずれの波長でも汚れのない状態（線（ａ））と略同程度の赤外線強度を示している。従って、少量の油のみの付着物が火炎と第１赤外線センサ５１との間に介在していても透過率の減衰が少なく、汚れのない状態と同等の赤外線強度で火炎から放射される赤外線を検知することができると考えられる。

これに対して、例えば、大量の油が付着している状態（線（ｄ））では、２．０μｍ以上の長波長の波長範囲で、付着物がない状態（線（ａ））の赤外線強度との差が大きくなり、透過率が減衰する。また、１．７μｍ近辺でも透過率の減衰が観察される。また、焦げた煮こぼれが付着した状態（線（ｆ））では、付着物がガラス板上に点在しているため、透過率は付着物がない状態（線（ａ））のそれに比べて全体的に減衰するが、長波長になるほど透過率の減衰が大きくなる。さらに、水及び液状の煮こぼれが付着した状態（線（ｂ）及び（ｅ））でも、長波長になるほど汚れのない状態（線（ａ））に比べて赤外線強度の差が大きくなり、１．９μｍより長波長の赤外線は略透過しない。これは、短波長になるほど赤外線が透過しやすくなり、長波長になるほど赤外線が透過し難くなる水の特性が現れているためと考えられる。従って、火炎から放射される赤外線は既述した１．８～２．１μｍの波長範囲で大きな赤外線強度を有するものの、この波長範囲の赤外線を検知対象とすると、付着物による透過率の減衰が大きくなり、赤外線を正確に検知することが難しい。また、従来公知の４μｍ以上の波長範囲では、付着物による透過率の減衰がさらに大きくなる。なお、図４では、長波長側の透過率の減衰を対比するため短波長側の赤外線強度が見え難くなっているが、１．６μｍ以下でも一定の赤外線強度が確認されている。

以上から、火炎から放射される赤外線の赤外線強度、太陽光及びバーナ１や調理器具などの発熱体から放射される赤外線による外乱の影響、並びに付着物による透過率の減衰による外乱の影響を考慮すれば、１．３～１．５μｍ、好ましくは１．３～１．４μｍ、より好ましくは１．３５～１．４μｍの第１特定波長範囲の赤外線を選択的に検知することにより、バーナ１に火炎が形成されているかどうかを正確に判定することができる。従って、第１特定波長範囲の赤外線を選択的に透過させる上記した第１光学フィルタ５５を用いて、第１赤外線センサ５１で第１赤外線強度を測定し、測定された第１赤外線強度が一定の閾値以下となるかどうかを検知することにより、バーナ１の着火状態（バーナ１の着火不良やバーナ１の失火）を正確に判定することができる。

（バーナの異常燃焼状態の判定）
次に、バーナ１の異常燃焼状態の判定について説明する。図６は、バーナ１の異なる燃焼状態を検討した結果を示す。図中、線（Ａ）は、上記したバーナ１が青炎燃焼している正常燃焼状態の分光スペクトルであり、線（Ｃ）は、空気過剰率が低くバーナ１が輝炎燃焼している異常燃焼状態の分光スペクトルである。図６に示すように、１．３～１．５μｍ及び１．８～２．１μｍの波長範囲では正常燃焼状態と異常燃焼状態との間で赤外線強度に大きな差は見られない一方、１．３μｍ未満、１．５～１．７μｍ、及び２．１μｍ以上の各波長範囲において正常燃焼状態と異常燃焼状態との間で顕著な赤外線強度の差が確認される。これらの赤外線強度で差が生じるのは、青炎燃焼では火炎の分光スペクトルのみが現れているのに対し、輝炎燃焼では発生した黒体である煤の分光スペクトルと火炎の分光スペクトルとが重なって現れていると考えられる。一方、上記３つの波長範囲のうち、１．３μｍ未満の波長範囲では、火炎から放射される赤外線の赤外線強度自体が小さく、また２．１μｍ以上の波長範囲では、付着物による赤外線強度の差が大きい。

以上から、火炎から放射される赤外線の赤外線強度、正常燃焼状態と異常燃焼状態とにおける赤外線強度の差、及び付着物による外乱の影響を考慮すれば、１．５～１．７μｍ、好ましくは１．６～１．７μｍの第２特定波長範囲の赤外線を選択的に検知することにより、バーナ１が異常燃焼状態で燃焼しているかどうかを正確に判定することができる。従って、第２特定波長範囲の赤外線を選択的に透過させる上記した第２光学フィルタ７５を用いて、第２赤外線センサ７１で第２赤外線強度を測定し、第１赤外線センサ５１でバーナ１が着火状態であることを判定した上で、第１特定波長範囲の第１赤外線強度と第２特定波長範囲の第２赤外線強度とを対比し、第１赤外線強度に対する第２赤外線強度の落ち込みが所定の閾値以下となるかどうかを検知することにより、バーナ１の異常燃焼状態を正確に判定することができる。これにより、無駄なエラー消火を防止することができる。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、バーナ１の燃焼により火炎から放射される赤外線を第１及び第２赤外線センサ５１，７１により精度よく検知して、バーナ１の状態を正確に判定可能なガスコンロを提供することができる。

１ バーナ
５１ 第１赤外線センサ
５５ 第１光学フィルタ
７１ 第２赤外線センサ
７５ 第２光学フィルタ
１００ コントローラ

Claims (2)

1. バーナと、
   バーナの燃焼により火炎から放射される１．３～１．５μｍの第１特定波長範囲の赤外線を検知する第１赤外線センサと、
   バーナの燃焼により火炎から放射される１．５～１．７μｍの第２特定波長範囲の赤外線を検知する第２赤外線センサと、
   第１赤外線センサによって検知される第１赤外線強度に基づいてバーナの着火状態を判定し、
   第１赤外線強度に対する第２赤外線センサによって検知される第２赤外線強度の落ち込みが所定の閾値以下となるかどうかに基づいてバーナが正常燃焼状態か異常燃焼状態かどうかを判定する制御手段と、を有するガスコンロ。
2. 請求項１に記載のガスコンロにおいて、
   第１または第２特定波長範囲は、火炎と第１または第２赤外線センサとの間に配置された第１光学フィルタまたは第２光学フィルタによって規制されるガスコンロ。