JPH0735341A

JPH0735341A - 燃焼制御装置

Info

Publication number: JPH0735341A
Application number: JP5202755A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kobayashi; 敏宏小林; Yutaka Aoki; 豊青木; Yoshio Suzuki; 義生鈴木; Hideharu Nakano; 英春中野
Original assignee: Paloma Kogyo KK
Current assignee: Paloma Kogyo KK
Priority date: 1993-07-22
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 1995-02-07
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JP3177554B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ガスバーナの燃焼状態を監視しつつ、室内の
酸欠等による燃焼不良が生じたときにこれを速やかに解
消するための燃焼制御装置を提供すること。【構成】燃焼制御装置は、ガスバーナ１２に供給され
るガス量と空気量とをコントローラ３６からの指令信号
により制御する燃焼状態センサ６０を備え、そのバーナ
火炎のＣＯ濃度（ＣＯ／ＣＯ₂ 比）に対応する変化をそ
のバーナ火炎に近接して設けられる熱電対（ＴＣ）７８
により検知し、そのＴＣ出力信号に基づいてガス量と空
気量との空燃比をガス量に対する空気量を増加させた
り、空気量を変えずにガス量を低減させたりすることに
より変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス給湯器，ガス風呂
釜などにおけるガス燃焼装置に関し、さらに詳しくは、
ガスバーナの燃焼状態を監視し、室内の酸欠や熱交換器
のフィン詰り等により燃焼不良が生じそうになったとき
にそのガスバーナへ供給される空気量とガス量との空燃
比を変更し、燃焼不良の早期解消を図るようにした燃焼
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばガス給湯器などのガス燃焼
器では、給湯栓を開くと流水センサからの検知信号によ
り送風ファンが回転し、そのファン回転の検知信号によ
りガス弁が開いてバーナにガスが供給され、点火プラグ
によりガスの点火が行なわれるようにしたものが知られ
ている。そしてこのようなガス燃焼器において、出湯温
度サーミスタによる検知信号により出湯温度と設定温度
とに差があると燃焼制御コントローラからの指令信号に
よりガス比例弁の開度が調節され、バーナへ供給される
ガス量が制御される。一方ガス量が変化するとこれに比
例してバーナへ供給される空気量が調節されるように送
風ファンの駆動モータへ信号が送られ、送風ファンの回
転数が制御されるようにしたものもある。このように出
湯温度に応じてバーナへのガス供給量と燃焼用空気量と
が一定の関係に保つように比例制御される、燃焼制御方
式のガス燃焼装置はすでに知られている。

【０００３】このようなガス燃焼器が燃焼不良を起こす
原因としては、主に以下の３つが揚げられる。（１）燃焼器の給排気系の不良（外的要因による）（２）排ガスの漏洩による室内の酸欠状態（室内に取り
付けられた強制排気式燃焼器の場合）（３）経時変化に伴なう燃焼ファンのほこり付着熱交換器のフィン詰まりによる風量低下。これらはすべて燃焼用空気の不足（酸
素量の不足）という１つの要因と考えて差し支えない。

【０００４】このようなガス燃焼器において、例えば室
内が酸欠状態になったり、あるいは長時間の使用によっ
て熱交換器のフィン詰りや送風ファンのほこり付着等に
よってバーナが不完全燃焼を起こし、一酸化炭素ガス
（ＣＯガス）が発生することがある。このような場合の
安全対策として、例えば特公平４−１１７６４号公報に
示されるように、酸欠やフィン詰り等の程度を検知して
その程度に応じて送風ファンの回転数を増加させ、正常
時の空気過剰率（過剰空気量の理論空気量の割合）と同
等の空気過剰率で燃焼するように制御するようにしたも
のがすでに知られている。この公報のものでは、図２０
にその制御フローチャートを示したが、流水センサから
の検知信号により燃焼を開始した後、目標とする空燃比
となるように、酸欠やフィン詰り検知器（実際には熱電
対（ＴＣ）を使用）からの出力信号によって空燃比のフ
ィードバック制御を行なうようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この公
報のものでは、実際にバーナが不完全燃焼を起こしてＣ
Ｏガス量が増加してから熱電対（ＴＣ）による出力信号
が出されるまでに熱電対（ＴＣ）には応答の遅れがある
ためにそのＴＣ出力信号に応じて急に送風ファンの回転
数を増加させるとハンチングを起こしてＴＣ出力を安定
させることができない。また送風ファンの回転数を徐々
に増加させるゆっくりとした制御では、トップ圧等の急
激な変化に対応できないということで安全対策に問題が
あった。

【０００６】またこの公報のものでは、常に一定の空気
過剰率で燃焼させる事を特徴としているが、一般にバー
ナの燃焼には良好域と呼ばれる空燃比の巾がありその領
域内での燃焼であれば問題はない。つまり一定の空燃比
を常に保つ必要性はない。またバーナの最大負荷で燃焼
させている時に酸欠状態となった場合、空燃比を一定に
保つだけでは振動燃焼の発生を抑制、あるいは防止する
ことが不可能である。つまり負荷が高い程酸欠時の振動
燃焼は発生しやすいという問題もある。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的とするところは、室
内の酸欠や熱交換器のフィン詰り等によってガスバーナ
の燃焼状態が変化したときにそのガスバーナへ供給され
る空気量とガス量との空燃比を変更することにより燃焼
不良を速やかに解消するようにした燃焼制御装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の燃焼制御装置は、バーナと、該バーナにガスを
供給するガス供給手段と、前記バーナに供給するガス量
を可変するため前記ガス供給手段に設けられるガス量可
変手段と、前記バーナに燃焼用空気を供給する空気供給
手段と、前記バーナに供給する燃焼用空気量を可変する
ため前記空気供給手段に設けられる空気量可変手段と、
前記ガス量可変手段により可変されたガス量に応じて前
記空気量可変手段により可変される空気量を制御する燃
焼制御手段と、前記バーナの燃焼状態を検知するバーナ
燃焼状態検知手段と、前記バーナ燃焼状態検知手段から
の検知信号が所定のしきい値以下になったときガス量と
空気量との空燃比を変更する空燃比変更手段とを備える
ことを要旨とするものである。

【０００９】この場合にバーナ燃焼状態検知手段は、バ
ーナ火炎のＣＯ／ＣＯ₂ 比に対応する変化を検知するも
のであることが好適である。また空燃比変更手段は、前
記燃焼制御手段により制御されるガス量に対する空気量
を増加させるように空燃比を変更するものであってもよ
いし、あるいは、前記燃焼制御手段により制御される空
気量を変えずにガス量を低減させることによりその空燃
比を変更するものであってもよい。更に、燃焼制御装置
は、前記バーナ燃焼状態検知手段からの検知信号が、前
記しきい値よりも低い値の第２のしきい値以下になった
とき燃焼を停止させる燃焼停止手段を備えるものであっ
てもよい。

【００１０】また本発明の２つめは、バーナと、該バー
ナにガスと供給するガス供給手段と、前記バーナに供給
するガス量を可変するため前記ガス供給手段に設けられ
るガス量可変手段と、前記バーナに燃焼用空気を供給す
る空気供給手段と、前記バーナに供給する燃焼用空気量
を可変するため前記空気供給手段に設けられる空気量可
変手段と、前記ガス量可変手段により可変されたガス量
に応じて前記空気量可変手段により可変される空気量を
制御する燃焼制御手段と、前記バーナへ供給されるガス
量に応じてしきい値を変更するしきい値変更手段と、前
記バーナの燃焼状態を検知するバーナ燃焼状態検知手段
と、前記バーナー燃焼状態検知手段からの検知信号が前
記しきい値変更手段により変更されたしきい値以下にな
ったとき、前記燃焼制御手段により制御される空燃比を
所定の空燃比に変更する空燃比変更手段とを備えた燃焼
制御装置である。

【００１１】この場合にもバーナ燃焼状態検知手段は、
バーナ火炎のＣＯ／ＣＯ₂ 比に対応する変化を検知する
ものであることが好適である。また空燃比変更手段は、
前記燃焼制御手段により制御されるガス量に対する空気
量を増加させるように空燃比を変更するものであっても
よいし、あるいは、前記燃焼制御手段により制御される
空気量を変えずにガス量を低減させることによりその空
燃比を変更するものであってもよい。更に、燃焼制御装
置は、前記バーナ燃焼状態検知手段からの検知信号が、
前記しきい値よりも低い値の第２のしきい値以下になっ
たとき燃焼を停止させる燃焼停止手段を備えるものであ
ってもよい。

【００１２】

【作用】このような構成を有する本発明の請求項１に記
載される燃焼制御装置によれば、ガス供給手段によりバ
ーナにガスが供給され、空気供給手段により燃焼用空気
が供給され、バーナに供給されるガス量及び燃焼用空気
量はガス量可変手段及び空気量可変手段により変更さ
れ、そのようなガス量及び空気量の空燃比は燃焼制御手
段により制御されるが、そのような燃焼装置において、
バーナの燃焼状態がバーナ燃焼状態検知手段によって検
知され、その検知信号が所定のしきい値以下になるとガ
ス量と空気量との空燃比が空燃比変更手段により変更さ
れる。更に検知信号が最下限しきい値以下になったとき
においては燃焼が燃焼停止手段により停止される。

【００１３】その場合に例えば、バーナ火炎のＣＯ／Ｃ
Ｏ₂ 比に対応する変化をそのバーナ火炎に近接して設け
られる熱電対（ＴＣ）の起電力変化により検知し、この
出力検知信号に基づいて空燃比を例えば、ガス量に対す
る空気量を増加させたり、空気量を変えずにガス量を低
減させる等により変更するようにすれば、これにより室
内の酸欠や熱交換器のフィン詰り等に起因する不完全燃
焼が速やかに解消される。その場合に空燃比をガス量に
対する燃焼用空気量を増加させるように変更することに
より、実際にバーナが不完全燃焼を起こしてＣＯガス量
が増加した場合にそれを検知する熱電対（ＴＣ）からの
出力信号が遅れることがあるが、その出力検知信号が遅
れても速やかに良好な燃焼状態が得られる。

【００１４】室内が酸欠状態となった場合バーナ負荷が
高い程、火炎は不安定となり易く、これに起因して振動
燃焼が起こる場合がある。この振動燃焼には、バーナ負
荷（発熱量／炎口面積）が大きく関与しているため単に
空気量を増加させるのではなくガス量を低減することで
バーナ負荷を下げるようにすれば、酸欠時における振動
燃焼を抑制することができる。更に、燃焼不良が解消さ
れない等によりバーナ燃焼状態検知手段により検知され
る検知信号が第２のしきい値以下になった場合におい
て、燃焼装置の燃焼が燃焼停止手段により停止されるよ
うにすれば、燃焼装置をより安全に作動させることがで
きる。

【００１５】また本発明の２つめの燃焼制御装置によれ
ば、前述のようにガス供給手段によりバーナにガスが供
給され、空気供給手段により燃焼用空気が供給され、バ
ーナに供給されるガス量及び燃焼用空気量はガス量可変
手段及び空気量可変手段により変更され、そのようなガ
ス量及び空気量の空燃比は燃焼制御手段により制御され
るが、そのような燃焼装置において、バーナへ供給され
るガス量に応じてしきい値変更手段はしきい値を変更
し、バーナ燃焼状態検知手段により検知されるバーナ燃
焼状態の検知信号がその変更されたしきい値以下になっ
たとき空燃比が変更される。バーナへ供給されるガス量
や空気量は使用される湯量や湯温によって変化するが、
バーナ負荷が低い領域（燃焼負荷が低い領域）において
は、いわゆる燃焼良好領域はバーナ負荷が高い領域に比
べて広く、風量の低下や室内の酸欠に対して燃焼不良を
起こし難い。つまり、フィン詰まりや室内酸欠状態が発
生する等の同一使用条件下においては、バーナの負荷が
低いほど燃焼不良を起こし難い。そこでこのバーナの負
荷（燃焼室負荷）に応じてしきい値を変更して、実際に
発生するＣＯ量に対応した不燃検知を行うことにより、
より健全な燃焼が達成される。

【００１６】更にこの場合も、燃焼不良が解消されない
等によりバーナ燃焼状態検知手段により検知される検知
信号が第２のしきい値以下になった場合において、燃焼
装置の燃焼が燃焼停止手段により停止されるようにすれ
ば、燃焼装置をより安全に作動させることができる。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。初めに図１には、本発明が適用される強
制排気式（ＦＥ式）のガス給湯器の概略構成を示してい
る。図示されるようにこのガス給湯器１０は、ガスバー
ナ１２、熱交換器１４、給水管１６、流水センサ１８、
水温サーミスタ２０、給湯管２２、湯温サーミスタ２
４、給湯栓（蛇口）２６、ガス管２８、ガス元電磁弁３
０、ガス比例弁３２、送風ファン３４、コントローラ３
６等により構成される。

【００１８】このガス給湯器１０では、給湯栓（蛇口）
２６を開くと給水管１６より給水され、流水センサ１８
からの検知信号がコントローラ３６へ伝えられ、送風フ
ァン３４が始動する。そして次にガス元電磁弁３０が開
いてガスバーナ１２にガスが供給されるので、図示しな
い点火プラグによりガスの点火が行なわれる。そして湯
温サーミスタ２４により検知される出湯温度と設定温度
とに差があれば、コントローラ３６からの指令信号によ
りガス比例弁３２の開度が調節され、さらにガス量の変
化に伴なって送風ファン３４へも指令信号が送られ、ガ
スバーナ１２へ供給される空気量が比例制御されるもの
である。

【００１９】図２は、このガス給湯器１０のガスバーナ
１２が配置される燃焼室４０内を上方から視た概略構成
図である。燃焼室４０内には、偏平な複数のメインバー
ナ４２が並設され、それらのスロート４４の先端に一次
空気量調節用のダンパ４６が設けられ、ノズル台４８に
設けられた各ガスノズル５０から燃料ガスが供給され
る。このノズル台４８へのガス流路に能力（燃焼量）を
調節するための前述のガス比例弁３２やガス流路を開閉
するガス元電磁弁３０が設けられる。また、燃焼室４０
の下部には送風ファン（シロッコファン）３４が設けら
れ、燃焼用空気を燃焼室４０に供給しメインバーナ４２
で燃焼し、この燃焼熱で熱交換器１４を加熱して出湯す
るよう構成されている。本発明における燃焼状態センサ
６０は、このメインバーナ４２に併設され、共通のノズ
ル台４８に設けたガスノズル５２から燃料ガスが供給さ
れる。従って、別個にガス流路を設けることなく容易な
構造となっている。

【００２０】図３に、この燃焼状態センサ６０のさらに
詳細な構成を示す。前述のようにこの燃焼状態センサ６
０は、強制排気式（ＦＥ式）ガス給湯器１０の燃焼室４
０内でメインバーナ４２に近接して設けられるもので、
縦方向に配置されて両端を開口したケーシング筒６２
と、このケーシング筒６２の途中に装着され複数の炎口
６４を形成するバーナプレート６６（本実施例ではセラ
ミックプレートを用いる）とで予混合バーナ６８を構成
すると共に、ケーシング筒６２の上部（セラミックプレ
ートより上部）が二次空気の接触を妨げるガード筒７０
となっている。詳しくは、ケーシング筒６２の下端開口
部７２にガスノズル７４を臨ませてバーナプレート６６
までの間を混合室７６とし、混合室７６での空気比を正
常時には０.９となるように下端開口部７２の開度が設
定されている．この混合比（０.９）は燃焼速度が最大
となる設定である。つまり、混合比がこの値から外れて
くると燃焼速度が遅くなるようになっている。

【００２１】混合室７６で混合された混合気は、バーナ
プレート６６の各炎口６４から噴出し、給湯器のメイン
バーナ４２（図２に示す）から火移りしてプレート表面
上で火炎を形成する。この場合、火炎の回りを囲むガー
ド筒７０によって二次空気の供給が遮られ、全一次燃焼
が行なわれる。ガード筒７０には、横方向から熱電対７
８が装着されその受熱部７８ａが火炎内に位置付けられ
ている。この熱電対７８は、このガス給湯器１０の燃焼
コントローラに接続され、熱電対７８の起電力に応じて
メインバーナ４２のガス流路に設けたガス元電磁弁３０
を開閉制御するように構成されている。つまり、熱電対
７８の起電力が所定レベル以下になったときにガス流路
を閉じるように動作する。尚、熱電対７８の起電力でマ
グネット安全弁を吸着保持してガス流路を開状態に維持
する構成であってもよい。

【００２２】さて、熱交換器１４のフィン閉塞や、燃焼
室４０に燃焼用空気を送り込むファン能力低下により燃
焼用空気の風量が減少すると、混合室７６内の空気比が
減少し燃焼速度が低下する。このため、バーナプレート
６６上に形成されていた火炎はリフトしていき、図４に
示すようについにはガード筒７０の先端開口部に火炎を
形成する。つまり、全一次燃焼中においては風量の低下
（空気比の低下）に対して火炎が敏感にリフトし、ガー
ド筒７０の先端開口部に達すると、その周りから二次空
気が供給されてブンゼン燃焼が行なわれる。また、ブン
ゼン燃焼時には、拡散燃焼であることや、風量の低下に
より火炎を上方に持ち上げる力が減ることから、風量の
変化に対してほとんどリフトしなくなる。このように風
量が減少すると、熱電対７８の起電力は図５に示すよう
に、急激に減少する。この特性図は実験により得られた
もので、横軸は給湯器のメインバーナの空気比（空気過
剰率）λを、実線は熱電対の起電力（ｍＶ）を、一点鎖
線は器具排気中の一酸化炭素濃度（ｐｐｍ）を表す。特
性図から分かるように、熱電対７８の起電力は空気比の
低下に対して急激に減少する。従って、一酸化炭素濃度
が高くなる前に熱電対７８の起電力が設定値以下になり
ガス流路を閉じることができる。

【００２３】次に室内の酸素濃度の低下による不完全燃
焼を防止する作動について説明する。室内の酸素濃度が
低下すると、風量（空気比）が同じであっても燃焼に寄
与する酸素量が減少するために、燃焼速度が遅くなる。
この結果、図６に示すように全一次燃焼中の火炎がリフ
トし始め、ガード筒７０の先端開口部に達したのちは失
火してしまう。この場合の熱電対７８の起電力及び器具
排気中の一酸化炭素濃度の特性を図７に示す。この特性
図は実験により得られたもので、横軸を酸素濃度（％）
としている。特性図から分かるように、一酸化炭素濃度
は室内酸素濃度が１８.５％以下にまで低下して急激に
上昇するのに対し、熱電対７８の起電力は酸素濃度低下
に対してリニアに減少する。従って、一酸化炭素濃度が
上昇するまでに熱電対７８の起電力は十分低下している
ため、安全レベルで確実にガス流路を閉じることができ
る。

【００２４】しかして本発明の燃焼制御装置では、次の
図８に示した制御フローチャートに基づいて酸欠等によ
る不完全燃焼の解消を図るものである。この図８に示し
た制御フローチャートについて説明すると、既述の給湯
栓（蛇口）２６を開いたときに流水センサ１８により給
水管１６への水の流れが検知される（ステップ１、以下
単に「Ｓ１）」と表記する。）と、送風ファンの駆動、
ガス弁の開放、点火プラグによる点火等を経てガス燃焼
が開始される（Ｓ２）。そして燃焼を開始した後１分間
が経過したとき（Ｓ３）、熱電対７８からの出力信号に
よりその熱電対７８の起電力がしきい値以下か否かが判
断される（Ｓ４）。このしきい値については後に詳しく
述べる。そしてこのＳ４において熱電対７８の起電力が
しきい値以下に低下していると判断されると、ガスバー
ナ１２へ供給されるガス量と燃焼用空気量との空燃比を
所定量へ変更する（Ｓ５）。この空燃比の具体的な変更
方法については、図１１〜図１６の説明で詳述するので
ここでは割愛する。

【００２５】次に空燃比を変更した後３０秒間が経過し
たとき（Ｓ６）、もう一度熱電対７８からの出力信号に
よりその起電力がしきい値以上か否かが判断される（Ｓ
７）。そしてこのＳ７における判断で熱電対７８の起
電力がしきい値以上であるとされれば、健全な燃焼状態
へ戻ったことになり燃焼は継続されるが、このＳ７にお
ける判断で熱電対７８の起電力がしきい値以上にはなっ
ていない（しきい値以下である）とされれば、ガス弁の
閉塞，送風ファンの停止等により燃焼を停止させ（Ｓ
８）、さらにはこの給湯器に設けられる赤ランプの点灯
や警報器によるブザー等（いずれも図示せず）により異
常表示（出力）がなされ、使用者にその燃焼異常が知ら
される（Ｓ９）。尚、この図８に示した制御フローチャ
ートでは空燃比を１回変更しているのみであるが、２
回，３回と変更してもよく、そのようにすれば、より細
かく空燃比を変更できることとなる。

【００２６】図９は、室内の酸素（Ｏ₂ ）濃度の変化に
伴なうＣＯ／ＣＯ₂ 特性とセンサー出力（熱電対の起電
力）特性を示す。この図では、室内のＯ₂ 濃度が低くな
るにつれてＣＯ／ＣＯ₂ は高くなり、理論空気量（空気
過剰率）λは下がってくる。またセンサ出力も低下して
くるが、そのセンサ出力が第１レベル（第１しきい値）
に達した時点で送風ファンの回転数を上げたりガス量を
減らす等により空燃比を変更すると、空気過剰率は持ち
直し、ＣＯ／ＣＯ₂ は空気過剰率に見合った値まで下が
って燃焼状態が良くなる。そして更に室内のＯ₂ 濃度が
低くなり酸素不足（酸欠状態）が進行すると、センサ出
力が第１レベル（第１しきい値）よりも低い第２レベル
（第２しきい値）まで達し一定時間経過した後に燃焼は
停止される。尚、この図では、空燃比の変更を１回だけ
行なった場合を示している。

【００２７】一方図１０は、熱交換器のフィン詰り，燃
焼用送風ファンのほこり詰り等によって空気量が低下し
た場合のＣＯ／ＣＯ₂ 特性及びセンサー出力特性を示
す。この図では、燃焼用空気量が少なくなるにつれてＣ
Ｏ／ＣＯ₂ は高くなり、空気過剰率λは下がってくる
が、センサ出力もそれに伴なって低下し、このセンサー
出力が第１レベル（第１しきい値）に達した時点でやは
り空燃比が変更されている。その結果空気過剰率は持ち
直し、ＣＯ／ＣＯ₂ は空気過剰率に見合った値まで下が
って燃焼状態が良くなる。そして更に燃焼用空気量が少
なくなれば、センサ出力が第１レベル（第１しきい値）
より低い第２レベル（第２しきい値）に達した時点でや
はり燃焼が停止される。

【００２８】図１１〜図１６は、空燃比の具体的な変更
方法を示している。始めに図１１では、横軸にバーナ負
荷（％）を、縦軸に送風ファンの回転数Ｎ（ｒｐｍ）を
表わしているが、この図において通常時の空燃比制御線
（Ｌｏ）のバーナ能力最小時と最大時のファン設定回転
数（Ｎ1，Ｎ2）を、酸欠等による燃焼不良が生じたとき
それぞれ（Ｎ1´，Ｎ2´）とすることで空燃比制御線
（Ｌ1）へ変更している。尚、燃焼の良好な領域には一
定の幅があり、不完全燃焼限界とリフト限界との間の領
域内で空燃比の制御を行なうことが良いことはいうまで
もない。

【００２９】しかしてこの図１１に示した空燃比制御に
よれば、ガスインプット量の変化に伴ない変更した空燃
比制御線に沿って制御することによりＴＣ出力信号によ
る変更が遅れても良好な燃焼状態が得られ、ＴＣの応答
遅れがそれ程問題とならない。したがってしきい値のみ
を見ればよいので、精度の高い熱電対（ＴＣ）が要らな
い。またガスインプット量に対して通常時の空燃比制御
線と燃焼不良時の空燃比制御線とを使い分けることによ
り良好な燃焼状態が得られるものである。また、排気口
より送風が急激に吹き込んだ場合、つまり急激なトップ
圧が加わった場合でも空燃比を変更することで良好な燃
焼を維持でき、更に、急激にトップ圧が取り除かれた場
合においても良好な燃焼を維持することが可能である。

【００３０】また図１２では、低ガス量インプット時に
は共通の空燃比制御線（Ｌｏ）に基づいて制御し、高イ
ンプット時のみ燃焼不良時の空燃比制御線（Ｌ1 ）に基
づいて制御するようにしたものである。すなわちバーナ
負荷の比較的小さい方では空気比を高めた設定ができ燃
焼不良は起きにくいので、バーナ負荷がＩ1％〜１００
％の範囲でのみ空燃比を変更している。これは通常運転
時の空気過剰率λの設定は、低インプットガス量のとき
高いλ値とし、高インプットガス量のとき低いλ値とし
ており、燃焼不良時の空燃比制御の基本的考え方はその
λ値を高くすることにあることから、低λ値（高インプ
ットガス量のとき）のときλ値を上げれば不完全燃焼に
対する対応は十分に可能である。

【００３１】さらに図１３では、図１１に示した変更と
同様に空燃比を変更しているが室内が酸欠状態となった
場合バーナ負荷が高い領域では酸欠リフトに起因して火
炎が不安定となり振動燃焼となる場合がある為、バーナ
負荷をＩ2％（例えば、８０％）を最大として能力カッ
トを行なっている。単に空気比を増やすだけでは振動燃
焼を抑制する事がむずかしいがバーナの最大負荷を下げ
ることにより低酸素時まで良好な燃焼が維持される。燃
焼不良時、特に酸欠による振動燃焼時には燃焼限界およ
びファン能力限界の両者の制約があることを勘案したも
ので、振動が起こらず、ファンの能力範囲内で燃焼が制
御されることになる。

【００３２】また図１４は、図１２の変更方法におい
て、バーナの最大負荷を１００％からＩ2％へと能力カ
ットした変更方法で酸欠時の振動燃焼を抑制することで
低酸素時にも良好な燃焼が維持できるようにしたもので
ある。

【００３３】さらに図１５は、バーナ負荷の小さい領域
（Ｉ1％以下）よりもＩ1％以上の高インプットガス量領
域において空燃比を大きく変更し、これによりバーナ負
荷との関係で空燃比が問題となる高インプットガス量領
域での燃焼不良の改善を図ったものである。これも通常
高インプットガス量時に低空燃比となるように空燃比設
定がなされていることから、燃焼不良を起こしやすい高
ガスインプット領域において特に空燃比を高めるように
したものである。

【００３４】さらにまた図１６は、図１５の改良型とし
てバーナ負荷の最大能力をＩ2％でカットすることによ
りバーナ負荷の高い領域すなわち高インプットガス量領
域での振動燃焼を抑制するようにしたものである。尚、
図１３，１４，１６のようにファン風量不足時に器具の
最大ガスインプット量をカットする制御は、ファン詰り
等で劣化している内胴にかける負担を低減する事にな
り、耐久性，安全性を増す事にもなる。

【００３５】一般にガス燃焼器においては、バーナ負荷
が低い程空気比の高いポイントで燃焼させるよう設定し
ている。またバーナ負荷が低ければ燃焼室負荷も低いの
で燃焼不良にはなりにくい。つまり、例えば酸欠状態と
なった場合バーナ負荷の高い方が燃焼不良を起こしやす
い。したがってバーナ負荷が高い程不燃検知時には空燃
比を変更することが必要である。そのような考え方か
ら、図１１〜図１６に示すような変更方法（空燃比変
更）はバーナの負荷に適した変更を行なっているので非
常に意味のある制御方法である。

【００３６】図１７は、本発明に係る燃焼制御装置の第
２実施例としての制御フローチャートを示したものであ
る。この図１７に示したフローチャートについて説明す
ると、既述の給湯栓（蛇口）２６を開いたときに流水セ
ンサ１８により給水管１６への水の流れが検知される
（ステップ１１、以下単に「Ｓ１１」と表記する。）
と、比例燃焼中か否かが判断され（Ｓ１２）、比例燃焼
中ではないと判断されると送風ファンの駆動、ガス弁の
解放、点火プラグによる点火等を経てガス燃焼が開始さ
れる（Ｓ１３）。そして燃焼を開始した後１分間が経過
したとき（Ｓ１４）、現在出力しているガスインプット
量からしきい値が計算される（Ｓ１５）。このしきい値
の計算については後に詳しく述べる。そして熱電対７８
からの出力信号によりその熱電対７８の起電力がこのＳ
１５で計算されたしきい値との比較でしきい値以上では
ないと判断される（Ｓ１６）と、次にそのしきい値以下
の状態が１０秒継続したか否かが判断され（Ｓ１７）、
１０秒継続したと判断されると更に空燃比を一回変更し
たか否かが判断され（Ｓ１８）、空燃比を一回も変更し
ていないと判断されるとガスバーナ１２へ供給されるガ
ス量と燃焼用空気量との空燃比を所定量へ変更する（Ｓ
１９）。Ｓ１７においてしきい値以下の状態が１０秒継
続したか否かを判断するのは、ガスインプット量が変化
した時の熱電対７８の応答遅れ分を補償するためであ
る。またＳ１９における空燃比の具体的な変更方法につ
いては、図１１〜図１６の説明で既に述べたのでここで
は割愛する。

【００３７】そしてＳ１９において空燃比を変更した後
は、その変更後３０秒間が経過したか否かが判断され
（Ｓ２０）、もう一度熱電対７８からの出力信号により
その起電力がしきい値以上か否かが判断され（Ｓ２
１）、このＳ２１における判断で熱電対７８の熱電力が
しきい値以上であるとされれば、健全な燃焼状態へ戻っ
たことになり燃焼は継続されるが、このＳ２１における
判断で熱電対７８の起電力がしきい値以上にはなってい
ない（しきい値以下である）とされれば、ガス弁の閉
塞，送風ファンの停止等により燃焼を停止させ（Ｓ２
２）、さらにはこの給湯器に設けられる赤ランプの点灯
や警報器によるブザー等（いずれも図示せず）により異
常表示（出力）がなされ、使用者にその燃焼異常が知ら
される（Ｓ２３）。

【００３８】図１８及び図１９は、この第２実施例にお
けるしきい値の計算について説明するものである。初め
に図１８について説明すると、この図１８はガスインプ
ット量と熱電対（ＴＣ）起電力との関係を示したもので
ある。横軸にガスインプット量を、縦軸にＴＣ起電力値
を示している。そして通常燃焼時（ＣＯ濃度＝２００ｐ
ｐｍ時）と不完全燃焼時（ＣＯ濃度＝１０００ｐｐｍ
時）との比較で示している。そしてこの図１８よりわか
るように、高ガスインップト量の時（バーナ負荷の高い
時）ＴＣ起電力値が高く、ガスインプット量が低くなる
（バーナ負荷が低くなる）につれてＴＣ起電力値も低く
なることがわかる。したがって高ガスインプット量の時
にはしきい値を高く設定する必要があるが、低ガスイン
プット量の時にはしきい値を高く設定する必要はないと
言える。

【００３９】図１９は、熱電対（ＴＣ）のしきい値を一
定とした時と変化させた時との比較においてガスインプ
ット量とＣＯ濃度との関係を示したものである。横軸に
ガスインプット量を、縦軸にＣＯ濃度を示している。そ
してＴＣ出力信号のしきい値をＴＣ＝１０ｍＶで一定と
した場合と、前述の図１８に示した不完全燃焼時（ＣＯ
濃度＝１０００ｐｐｍ時）の線に沿って変化させた場合
との比較で示している。この図１９よりわかるように、
ＴＣ出力信号のしきい値を一定とした場合にはガスイン
プット量によってＣＯ濃度が多少変化する。高ガスイン
プット量の時（バーナ負荷が高い時）ＣＯ濃度は高く、
ガスインプット量が低くなる（バーナ負荷が低くなる）
につれてＣＯ濃度が低くなるものである。これに対し、
ＴＣ出力信号のしきい値を図１８のＣＯ濃度＝１０００
ｐｐｍの線に沿って変化させるとすると、当然にガスイ
ンプット量に対してＣＯ濃度が変動することはなく１０
００ｐｐｍの一定の値を示すことになる。したがってガ
スインプット量の高低によらず、常に一定のＣＯ濃度で
ＴＣ出力信号のしきい値を変更するようにすれば、より
性能の良い燃焼状態を維持できることとなる。

【００４０】尚、本発明は上記各実施例に限定されるも
のではなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変
が可能であることは言うまでもない。例えば、上記図１
１〜図１６に示した空燃比変更線は更に何段階か考えら
れるし、また、燃焼状態を検知する熱電対は直接メイン
バーナに設ける等しても本発明の目的は達成されるもの
である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の燃焼制御装置は、ガスバーナの燃焼状態を監視し
ていて燃焼不良を起こしそうになった場合に、熱電対
（ＴＣ）の出力（起電力）があるしきい値以下となった
ときに、特定の空燃比となるようにＴＣ出力からフィー
ドバック（ＦＢ）制御するのではなく、ファンの回転数
を上げたり、器具の最大ガスインプット能力をダウンす
る等により供給ガス量と燃焼用空気量との空燃比を予め
設定しておいた空燃比に変更することにより燃焼を制御
するようにしたものである。したがってＴＣ出力信号に
基づきＦＢ制御した場合にみられる空燃比のハンチング
現象を生じることなく速やかに安定して燃焼不良を回避
することが可能となり、これをガス給湯器等のガス器具
類に適用することは産業上極めて有益である。

【００４２】また、空燃比制御ラインを変更して変更す
る別の効果として、長期間使用する前の燃焼器におい
て、例えばＯ₂ ＝１７〜１８％で燃焼不良となって安全
装置により自動停止したとしても長期間使用した場合に
はシロッコ詰りやフィン詰りによって風量が低下してい
るのでＯ₂ ＝２０〜１９％で燃焼不良となるケースがあ
る。このような長期間使用した後においても燃焼不良に
よって安全装置の「早切れ」をある程度防止できる点も
ある。これにより消費者としは使い勝手が悪いといった
問題が解消されるものである。

【００４３】更に、一定時間燃焼不良が解消されない場
合に、燃焼装置の燃焼を停止させることにより、燃焼装
置をより安全に作動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるガス給湯器の概略構成図で
ある。

【図２】図１に示したガス給湯器に本発明の燃焼制御装
置を組み込んだ状態の燃焼室を示した平面図である。

【図３】図２に示した燃焼制御装置の概略構成を示す縦
断面図である。

【図４】ガスバーナへ送られる燃焼用空気の風量が不足
したときの燃焼状態を説明する図である。

【図５】図４に示した状態において空気比の変動に対す
る熱電対の起電力、ＣＯ濃度特性を表わす図である。

【図６】ガスバーナへ送られる燃焼用空気が酸欠状態で
あるときの燃焼状態を説明する図である。

【図７】図６に示した状態において酸素濃度の変動に対
する熱電対の起電力、ＣＯ濃度特性を表わす図である。

【図８】本発明に係る燃焼制御装置の第１実施例として
の燃焼制御フローチャートである。

【図９】室内の酸素（Ｏ₂）濃度の変化に伴うＣＯ／Ｃ
Ｏ₂特性とセンサ出力特性を示した図である。

【図１０】熱交換器のフィン詰り等による空気量の低下
に伴なうＣＯ／ＣＯ₂ 特性とセンサ出力特性を示した図
である。

【図１１】図８に示した制御フローチャートにおける空
燃比変更方法の第１の例を示した図である。

【図１２】図８に示した制御フローチャートにおける空
燃比変更方法の第２の例を示した図である。

【図１３】図８に示した制御フローチャートにおける空
燃比変更方法の第３の例を示した図である。

【図１４】図８に示した制御フローチャートにおける空
燃比変更方法の第４の例を示した図である。

【図１５】図８に示した制御フローチャートにおける空
燃比変更方法の第５の例を示した図である。

【図１６】図８に示した制御フローチャートにおける空
燃比変更方法の第６の例を示した図である。

【図１７】本発明に係る燃焼制御装置の第２実施例とし
ての燃焼制御フローチャートである。

【図１８】図１７に示した燃焼制御フローチャートにお
いて熱電対（ＴＣ）出力信号のしきい値を変更する考え
方を説明するためガスインプット量とＴＣ起電力との関
係を示した図である。

【図１９】更に図１７に示した燃焼制御フローチャート
において熱電対（ＴＣ）出力信号のしきい値を変更する
考え方を説明するためＴＣ出力信号のしきい値を一定と
した場合と変更させた場合とでガスインプット量とＣＯ
濃度との関係を示した図である。

【図２０】従来一般に知られる燃焼制御フローチャート
である。

【符号の説明】

１０ガス給湯器１２ガスバーナ３２ガス比例弁３４送風ファン３６コントローラ７８熱電対

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２３Ｎ 5/26 １０１Ｅ (72)発明者中野英春札幌市厚別区厚別中央４条６丁目１番６号パロマ工業株式会社札幌研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナと、該バーナにガスを供給する
ガス供給手段と、前記バーナに供給するガス量を可変す
るため前記ガス供給手段に設けられるガス量可変手段
と、前記バーナに燃焼用空気を供給する空気供給手段
と、前記バーナに供給する燃焼用空気量を可変するため
前記空気供給手段に設けられる空気量可変手段と、前記
ガス量可変手段により可変されたガス量に応じて前記空
気量可変手段により可変される空気量を制御する燃焼制
御手段と、前記バーナの燃焼状態を検知するバーナ燃焼
状態検知手段と、前記バーナ燃焼状態検知手段からの検
知信号が所定のしきい値以下になったときガス量と空気
量との空燃比を変更する空燃比変更手段とを備えること
を特徴とする燃焼制御装置。
【請求項２】前記バーナ燃焼状態検知手段は、バー
ナ火炎のＣＯ／ＣＯ₂ 比に対応する変化を検知するもの
であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼制御装
置。
【請求項３】前記空燃比変更手段は、前記燃焼制御
手段により制御されるガス量に対する空気量を増加させ
るように空燃比を変更するものであることを特徴とする
請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項４】前記空燃比変更手段は、前記燃焼制御
手段により制御される空気量を変えずにガス量を低減さ
せることによりその空燃比を変更するものであることを
特徴とする請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項５】請求項１に記載される燃焼制御装置に
おいて、更に前記バーナ燃焼状態検知手段からの検知信
号が、前記しきい値よりも低い値の第２のしきい値以下
になったとき燃焼を停止させる燃焼停止手段を備えるこ
とを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項６】バーナと、該バーナにガスを供給する
ガス供給手段と、前記バーナに供給するガス量を可変す
るため前記ガス供給手段に設けられるガス量可変手段
と、前記バーナに燃焼用空気を供給する空気供給手段
と、前記バーナに供給する燃焼用空気量を可変するため
前記空気供給手段に設けられる空気量可変手段と、前記
ガス量可変手段により可変されたガス量に応じて前記空
気量可変手段により可変される空気量を制御する燃焼制
御手段と、前記バーナへ供給されるガス量に応じてしき
い値を変更するしきい値変更手段と、前記バーナの燃焼
状態を検知するバーナ燃焼状態検知手段と、前記バーナ
ー燃焼状態検知手段からの検知信号が前記しきい値変更
手段により変更されたしきい値以下になったとき、ガス
量と空気量との空燃比を所定の空燃比に変更する空燃比
変更手段とを備えることを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項７】前記バーナ燃焼状態検知手段は、バー
ナ火炎のＣＯ／ＣＯ₂ 比に対応する変化を検知するもの
であることを特徴とする請求項６に記載の燃焼制御装
置。
【請求項８】前記空燃比変更手段は、前記燃焼制御
手段により制御されるガス量に対する空気量を増加させ
るように空燃比を変更するものであることを特徴とする
請求項６に記載の燃焼制御装置。
【請求項９】前記空燃比変更手段は、前記燃焼制御
手段により制御される空気量を変えずにガス量を低減さ
せることによりその空燃比を変更するものであることを
特徴とする請求項６に記載の燃焼制御装置。
【請求項１０】請求項６に記載される燃焼制御装置に
おいて、更に前記バーナ燃焼状態検知手段からの検知信
号が、前記しきい値よりも低い値の第２のしきい値以下
になったとき燃焼を停止させる燃焼停止手段を備えるこ
とを特徴とする燃焼制御装置。