JPH05322160A - 燃焼器具の安全制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱交換器のフィンにスス等が付着し、運転上
危険な状態に至る以前に、フィン詰りの度合いを検出
し、燃焼器具がフィン詰りした使用末期等における安全
な運転を提供する。 【構成】 燃焼開始時や燃焼停止時等、色々な条件によ
り不完全燃焼を生じ、末燃焼ガスがすすの状態でフィン
６に付着する。この付着量が増加すると、熱交換器４の
損傷等を発生して危険な状態に至る。そこで、供給熱量
演算手段１７でバーナ５を介して熱交換器４に与える供
給熱量を、そして有効熱量演算手段１８で実際湯水が得
た熱量を各々求め、比較判定手段１９により前記の演算
結果を比較判定することでこの危険な状態を検出し、異
常対策実行手段２４により、適切な処理を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスや石油燃料を熱源
とする給湯器、温水循環式暖房装置の加熱器、浴槽水の
循環加熱器、温風循環式暖房器等の燃焼器具の安全制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来給湯器等の燃焼器具において、燃焼
開始時や停止時に不完全燃焼を生じ、その時の未燃焼の
炭素等が燃焼熱吸収用の熱交換器のフィン等に付着し
て、燃焼ガスや、燃焼に必要な空気の通路をふさいで、
熱交換器を加熱するバーナの燃焼状態を悪化させること
がある。こうなると未燃焼炭素は煤として燃焼中にも発
生し、さらにフィンに付着し、フィンの熱吸収率を低下
させる。この熱吸収の低下が、熱交換器の燃焼室内の温
度を上昇させるので、これを利用して過昇温度検出器等
を燃焼室側の壁外周辺等に備え、所定温度を超えた場合
に異常と判断して強制的に給湯器の運転を禁止させる制
御を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では、過昇温度検出器の温度検出性能が悪いので所定
以上の温度を検出した際には、既に使用上危険な状態
（例えば、燃焼室が局部的に破損して、ガスが器具内の
部品を過熱したり、生ガスが洩れたり、一酸化炭素が異
常に発生したりする。）に至っていることがあった。一
方、それを防ぐために過昇温度検出器の検出温度を下げ
ると、まだ異常状態に達していないのに、器具運転を早
めに禁止するような誤動作を生じる不具合が発生する。
そのため、より効果的に性能良く燃焼の危険状態を検出
し、回避する手段が望まれていた。

【０００４】また、過昇温度検出器による燃焼異常の検
出は、燃焼室の周辺の温度が上昇する異常状態の時は、
有効であるが、周辺温度を上昇させないような異常燃焼
時は、危険な状態のまま燃焼運転を継続してしまうとい
う課題があった。

【０００５】そこで、本発明は、熱交換器を加熱する燃
焼部の異常燃焼による危険に至る以前に、その異常の度
合いを検出し、運転を禁止させる燃焼器具の安全制御装
置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の燃焼器具の安全制御装置の第１の技術手段
は、被加熱流体を加熱する熱交換器と、この熱交換器へ
の供給熱量を演算する手段と、熱交換器がうけた有効熱
量を演算する手段と、前記供給熱量演算手段と有効熱量
演算手段の演算値を比較し、供給熱量値が有効熱量値
を、所定値上回る状態が所定時間継続すると異常と判定
する比較判定手段と、この手段の信号により器具を安全
側に制御する異常対策実行手段を備えている。

【０００７】また、本発明の第２の技術手段は熱交換器
への入水温度を検出する入水温度検出手段と、熱交換器
の通水流量を検出する水量検出手段と、熱交換器への供
給熱量を調節する熱量制御手段と、熱交換器からの温水
の出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、出湯温度を
設定する温度設定手段と、出湯温度を設定温度と等しく
するために必要な熱交換器への供給熱量を演算する供給
熱量演算手段と、入水温度と、通水流量と出湯温度から
実際に温水が得た熱量を演算する有効熱量演算手段と、
供給熱量演算手段の演算結果が有効熱量演算手段の演算
結果よりも所定量上回る状態が所定時間以上経過したか
どうかを判定する比較判定手段と、前記比較判定手段か
らの信号を受信し、異常対策を実行する異常対策実行手
段を備えたものである。

【０００８】また、本発明の第３の技術手段は、熱交換
器の通水流量を検出する水量検出手段と、熱交換器への
加熱量を調節する熱量制御手段と、熱交換器からの温水
の出湯温度を検出する出湯温度検出手段と出湯温度を設
定する温度設定手段と、実験により予め求められ出湯温
度の関数として入水温度を算出する入水温度算出手段
と、出湯温度を設定温度と等しくするために必要な熱交
換器への供給熱量を演算する供給熱量演算手段と、前記
入水温度算出手段により求めた入水温度と、通水流量と
出湯温度から実際の湯水が得た熱量を演算する有効熱量
演算手段と、供給熱量演算手段の演算結果が有効熱量演
算手段の演算結果よりも所定量上回る状態が所定時間以
上経過したかどうかを判定する比較判定手段と、前記比
較判定手段からの信号を受信し、異常対策を実行する異
常対策実行手段を備えたものである。

【０００９】さらに、本発明の第４の技術手段は、異常
検出のための演算を行う時に使用する換算入水温度を予
め基準のデータとして、入力しておき、前記データと、
各検出手段からの信号を基にして熱量の演算を行い、そ
の演算結果に応じて異常検出をし、処理するようにした
ものである。

【００１０】

【作用】上記した第１技術手段によると、本発明の燃焼
器具の安全制御装置は比較判定手段が熱交換器への供給
熱量を演算した値が、熱交換器がうけた有効熱量を演算
した値を、所定値上回る状態が所定時間継続すると異常
と判定し、その信号をうけて実行手段が器具を安全側に
制御する。

【００１１】上記した第２技術手段によると、本発明の
燃焼器具の安全制御装置は、運転中に温度設定手段、入
水温度検出手段、水量検出手段からの各信号を受信して
供給熱量演算手段が、出湯温度を設定温度まで加熱する
のに必要な供給熱量を演算する。一方、出湯温度検出手
段、入水温度検出手段、水量検出手段からの各信号を受
信して、有効熱量演算手段が実際に温水が得た有効熱量
を演算する。そして、燃焼開始後、出湯温度が設定温度
まで達し湯温が安定した後に、比較判定手段により供給
熱量演算手段で求めた演算結果と有効熱量演算手段で求
めた演算結果とを比較し、供給熱量が有効熱量よりも所
定量、所定時間に渡って上回る場合には異常を判定す
る。このことにより、異常対策実行手段によりその異常
の度合いに応じて、予告、警告、運転禁止処理等を行
い、運転の安全性を確保できる。

【００１２】また、上記第３の技術手段によると、本発
明は、熱交換器への入水温度検出手段を備えていない燃
焼器具においても、実験によって入水温度を出湯温度の
関数として求めることができ、その演算式を用いた入水
温度算出手段により異常検出するために必要な換算入水
温度を算出することができる。この換算入水温度を用い
て上記第１の手段と同様に供給熱量演算手段が、供給熱
量を演算し、有効演算手段が、実際に温水が得た有効熱
量を演算する。この演算結果から、比較判定手段により
供給熱量と有効熱量の比較を行ない、異常を判定するこ
とができる。

【００１３】また、第４の技術手段によると、本発明
は、熱交換器への入水温度の検出手段を備えていない燃
焼器具において、各検出手段の検出誤差等を考慮し、最
悪の組合せでも誤検知することなく、かつ確実に異常を
検出できるような換算入水温度を予め備えておくことに
より、前記第３の技術手段と同様に、各々の熱量を演算
し、その結果を比較判定手段により判定することができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による燃焼器具の安全制御装置
に関して図面を参照しながら説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施例として、ガスを
燃料とする給湯器を示す。水道管から給水を受ける給水
路１は、給水流量を検出する水量検出手段２、給水温度
を検出する入水温度検出手段３を備え、そして熱交換器
４に給水する。熱交換器４はバーナ５の燃焼熱を吸収す
るための多数のフィン６、給水を加熱する加熱パイプ
７、バーナ５を燃焼させる燃焼室８、及び、伝熱後の燃
焼ガスを収集して排気する排気室９を備えている。

【００１６】また、ガス供給管から燃料としてのガス供
給を受けるガス通路１０は、途中にガス供給量を負荷に
応じて比例的に調節する比例弁１１を有し、バーナ５に
燃料を供給する。給水を加熱した熱交換器４は、給湯路
１２へ温水を出湯し、給湯路１２は出湯温度を検出する
出湯温度検出手段１３、出湯流量を調節する水量制御弁
１４を介し、給湯栓１５から温水を給湯する。

【００１７】制御器１６には、供給熱量演算手段１７、
有効熱量演算手段１８、比較判定手段１９、異常対策実
行手段２４を設けている。そして、供給熱量演算手段１
７では、水量検出手段２と入水温度検出手段の各検出信
号と湯温設定器２３の設定温度信号を受けて出湯温度を
設定温度と等しくするのに必要な供給熱量を演算する。
一方、有効熱量演算手段１８では、出湯温度検出手段１
３の検出信号と入水温度検出手段３と水量検出手段２の
各検出信号をうけて実際温水が得た熱量を演算する。比
較判定手段１７は、前記供給熱量演算手段１７での演算
結果と前記有効熱量演算手段１８での演算結果とを比較
し、その比較結果に応じて、信号を異常対策実行手段２
４に送る。異常対策実行手段２４は、信号に応じて、予
告や警告の表示を表示器２２に出力したり、或は、燃焼
を強制的に停止させたりする処理を実行する。また、制
御器１６には操作盤２０も電気的に接続され、そして操
作盤２０には制御器１６への外部電源入力を指示する運
転スイッチ２１、湯温表示や異常、熱交換器４での異常
燃焼等を表示する表示器２２、出湯温度を設定する湯温
設定器２３等を備えている。

【００１８】上記構成において、湯温設定器２３で出湯
温度を設定し、運転スイッチ２２を操作して運転を始
め、給湯栓１５を開成する。そして、熱交換器４に給水
路１から水が流れると比例弁１１を経てバーナ５にガス
が流れて燃焼し、熱交換器４は燃焼熱を受けて給水を加
熱し、湯が給湯栓１５から出湯する。この時の出湯の温
度は水量検出手段２の検出信号と入水温度検出手段３の
検出信号および湯温設定器２３の設定信号より、設定温
度に出湯温度がなるように制御器１６で比例弁１１を制
御し、さらに出湯温度検出手段１３の検出信号により補
正してバーナ５に燃料を送る。

【００１９】以上のような従来から行われている給湯過
程を経て器具が使用されていくと、長い間に熱交換器４
のフィン６に煤が付着する、あるいは長期の使用と関係
なく、その他の原因で不完全燃焼になる時がある。そこ
で、熱交換器４の煤詰り等による異常燃焼を判定する方
法を説明する。熱交換器４がスス詰りする原因は燃焼開
始時や燃焼停止時、火炎温度が低かったり、ガスと空気
のバランス等の種々な不安定条件により、不完全燃焼を
生じ、ガスが末燃焼状態又は炭素を分解しただけの状態
になり、煤の状態でフィン６に付着するためである。煤
は器具の使用時間経過とともに成長し、熱交換器４での
熱交換の能率を低下させる。そこでこの熱交換の能率の
低下を検出し、異常を判定する。この異常の判定は、実
験データにより十分確かに把握可能である。まず図２の
ブロック図と図３のステップＳ１〜Ｓ８にわたるフロー
チャートに従って順次説明する。

【００２０】運転スイッチ２１をオン操作（Ｓ１）して
外部電源から制御器１６に電源を投入し、運転開始の準
備をする。次に給湯栓１５を開栓すると（Ｓ２）、水量
検出手段２が通水を検出し、この検出信号を受信した制
御器１６は運転を開始する。次に供給熱量演算（Ｓ３）
を行う。これは、供給熱量演算手段１７で水量検出手段
２と入水温度検出手段３からの検出信号と、湯温設定器
２３の設定温度とから、通水を設定温度まで熱するのに
必要な供給燃焼量を演算することである。そして、燃焼
開始後、出湯温度が設定温度と等しくなり湯温が安定し
た後（Ｓ４）に、有効熱量演算手段１８で、出湯温度検
出手段１３と、入水温度検出手段３と、水量検出手段２
からの各々の検出信号より、実際に湯水が得た有効熱量
を演算（Ｓ５）する。ここで、各々の検出手段にはバラ
ツキが生じるので、そのバラツキを考慮し、異常に達し
ていないのに異常であると判定しないように、有効熱量
演算手段１８では、実際の入水温度より所定温度を差し
引いた値を入水温度として演算に使用する。次に比較判
定手段１９により、供給熱量演算手段１７で求めた演算
結果Ｇが、有効熱量演算手段１８で求めた演算結果Ｇｈ
より所定量上回る状態（Ｓ６）が、継続して所定時間経
過すると（Ｓ７）、煤詰り異常と判定する。この異常判
定信号をうけて次に異常対策実行手段２４により、その
異常の度合いに応じて、予告や警告を表示器２２に表示
したり、或は、安全のため比例弁１１を制御して燃焼を
停止（禁止）させ（Ｓ８）、異常発生中を意味する表示
を表示器２２に表示する。

【００２１】なお、前記実例では、実際の入水温度より
所定温度を差し引いて演算し、比較したが、実際の各々
の値ＧとＧｈを求め、その差がある所定の数量以上とし
て比較して異常を検出しても良い。例えばＧ−Ｇｈがあ
る値Ｐ₁ からＰ₂ の範囲内の時は予告表示、Ｐ₂ からＰ
₃ の範囲の時は警告表示、Ｐ₃ 以上になると運転を禁止
し、異常の表示を行う。ここでＰ₁ ＜Ｐ₂ ＜Ｐ₃ であ
る。

【００２２】次に図４は、本発明の他の実施例を示すブ
ロック図で、なお、上記実施例と同一部分には同一符号
を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に説明
する。前記実施例では、給水温度を検出する入水温度検
出手段３が備わっていたが、この他実施例では、給水温
度を検出する入水温度検出手段がない給湯器において、
煤詰り異常を判定する装置である。そして、入水温度検
出手段に代用するものとして、制御器１６の中に入水温
度算出手段２５を設けている。予め各検出手段（例え
ば、水量検出手段や出湯温度検出手段等）の検出時のバ
ラツキを考慮し、そのバラツキが最も大きい場合でも、
異常と誤検知しないように、入水温度から差し引く所定
量を実験で求めておく。この所定量は、実験と計算結果
より最終的には、出湯温度の関数として表すことができ
る。（例えば、所定量ΔＴ＝０．５４３×Ｔｏ＋７．６
３ Ｔｏ：出湯温度のようなものである。）ここで求め
た所定量を使って、入水温度算出手段２５で換算入水温
度を演算する。供給熱量演算手段１７で、水量検出手段
２からの水量と温度設定手段２３からの設定温度と、入
水温度は、ある固定値（例えば３℃）として、設定温度
まで加熱するのに必要な供給熱量を演算する。一方、有
効熱量演算手段１８では、入水温度算出手段２５で算出
した換算入水温度を利用して、出湯温度と通水流量か
ら、実際に温水が得た有効熱量を演算する。このように
して演算手段１７，１８で演算した結果の偏差値をもと
に、比較判定や、異常検出の方法は、前記実施例と同様
に行うものである。

【００２３】上記、他実施例は、換算入水温度を、出湯
温度の関数として演算で求めていたが、これを、予め定
数としてそのデータを制御器１６に入力しておき、その
データを使って、有効熱量演算手段で有効熱量を演算
し、その結果を比較判定手段により判定し、上記と同様
の方法で異常検出を行うことも可能である。

【００２４】なお、本発明は、給湯器に限るものではな
く、室内放熱器に温水を循環する温水暖房装置の加熱
器、浴槽水を循環加熱する風呂追焚加熱器、温風暖房器
等の燃焼器具においても活用でき、熱交換器が使用末期
に危険な状態に到る使用状態を改善できる。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の燃焼器
具の安全制御装置の請求項１では、各検出手段の検出信
号に基づいて、各々の演算手段で熱交換器への供給熱量
と熱交換器がうける有効熱量を演算し、その演算結果を
比較判定手段で判定し、その判定信号をもとに異常対策
実行手段により、異常対策を行うものであるから、例え
ばフィンのすす詰り等の異常により、湯水への熱交換が
異常になり、熱交換器の亀裂や破損等により燃焼ガスが
器具内の他の部品を熱したり、不燃焼ガスが漏洩する等
の危険な状態に至る前に、運転禁止処理を行い、使用末
期状態等の燃焼器具をより安全に、かつ安心して使用で
きる。また、異常に至っていないのに、誤検出により運
転を禁止するという状態が軽減でき、より正確な処理が
できる。

【００２６】また、本発明の請求項２では、入水温度検
出手段を備えない給湯器においても、異常検出するため
の入水温度算出手段により、出湯温度に基づいて、換算
入水温度を算出し、これを利用して上記請求項１同様の
演算、判定、そして実行を行うことができるから、請求
項１と同様の作用効果が期待できることはもちろん、入
水温度検出手段が不要なため、器具としてのコストの削
減も期待できる。

【００２７】さらに、本発明の請求項３では、異常検出
するための換算入水温度を予めデータとして入力してお
き、それを利用することで請求項１と同様の効果が入手
できるのはもちろん、入水温度検出手段が不要なこと
を、コストの削減が期待でき、かつ予め異常検出のため
の入水温度データが入っているので、入水温度算出手段
が不要になり、演算が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼器具の安全制御装置の一実施例を
示す構成図

【図２】同装置の異常検出を判定するためのブロック図

【図３】同装置の異常検出を判定するためのフローチャ
ート

【図４】同装置の他実施例におけるブロック図

【符号の説明】

２ 水量検出手段 ３ 入水温度検出手段 １３ 出湯温度検出手段 １７ 供給熱量演算手段 １８ 有効熱量演算手段 １９ 比較判定手段 ２３ 湯温設定器 ２４ 異常対策実行手段 ２５ 入水温度算出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大垣 雅由 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加熱流体を加熱する熱交換器と、この熱
   交換器への供給熱量を演算する手段と、熱交換器がうけ
   た有効熱量を演算する手段と、前記供給熱量演算手段と
   有効熱量演算手段の演算値を比較し、供給熱量値が有効
   熱量値を、所定値上回る状態が所定時間継続すると異常
   と判定する比較判定手段と、この手段の信号により器具
   を安全側に制御する異常対策実行手段を備えた燃焼器具
   の安全制御装置。
2. 【請求項２】熱交換器への入水温度を検出する入水温度
   検出手段と、熱交換器の通水流量を検出する水量検出手
   段と、熱交換器での燃焼量を調節する燃焼制御手段と、
   熱交換器からの温水の出湯温度を検出する出湯温度検出
   手段と、出湯温度を設定する温度設定手段と、出湯温度
   を設定温度と等しくするために必要な熱交換器への供給
   熱量を演算する供給熱量演算手段と、入水温度と、通水
   流量と、出湯温度から実際に温水が得た熱量を演算する
   有効熱量演算手段と、供給熱量演算手段の演算結果が有
   効熱量演算手段の演算結果よりも所定量上回る状態が所
   定時間以上経過したかどうかを判定する比較判定手段
   と、前記比較判定手段からの信号を受信し、器具の安全
   側に異常対策を実行する異常対策実行手段を備えた燃焼
   器具の安全制御装置。
3. 【請求項３】熱交換器の通水流量を検出する水量検出手
   段と、熱交換器の熱量を調節する熱量制御手段と、熱交
   換器からの温水の出湯温度を検出する出湯温度検出手段
   と出湯温度を設定する温度設定手段と、実験により予め
   求め、出湯温度の関数として入水温度を算出する入水温
   度算出手段と、出湯温度を設定温度と等しくするために
   必要な熱交換器への供給熱量を演算する供給熱量演算手
   段と、入水温度と、通水流量と出湯温度から実際の温水
   が得た熱量を演算する有効熱量演算手段と、供給熱量演
   算手段の演算結果が有効熱量演算手段の演算結果よりも
   所定量上回る状態が所定時間以上経過したかどうかを判
   定する比較判定手段と、前記比較判定手段からの信号を
   受信し、器具の安全側に異常対策を実行する異常対策実
   行手段を備えた燃焼器具の安全制御装置。
4. 【請求項４】異常検出のための演算を行う時に使用する
   換算入水温度を予め基準のデータとして入力しておき、
   それを基にして異常検出を行う構成とした請求項３記載
   の燃焼器具の安全制御装置。