JPH08303854A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】逆流のときには燃焼を開始させないと共に、低
流量でも流量に応じて燃焼制御ができる燃焼制御装置を
提供する。 【構成】放射状の複数の羽根が着磁した羽根と着磁しな
い羽根とを非対称に備え、通水量に応じて回転する羽根
車５と、羽根の磁界を検出してパルス信号を出力する流
量センサ４とを設け、コントローラ１１にはパルス信号
から通水量を算出する流量演算部１１ｂと、通水量に応
じて燃焼量を制御する燃焼制御部１１ａとを備えると共
に、パルス信号の並びのパターンから正回転か逆回転か
を判定する正・逆回転判定部１１ｃと、逆回転と判定し
た場合には燃焼を禁止する燃焼禁止部１１ｄとを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流量センサを備えた燃
焼制御装置に関し、詳しくは給湯器等のガス器具であっ
て、羽根車式流量センサによる検出流量に応じて燃焼を
制御する燃焼制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】給湯器の燃焼制御は、入水温度と給水量
とに応じて燃焼ガス量を制御し、所定温度の湯を得てい
る。この給水量は、流量に応じて回転する羽根車式流量
センサによって検出される。また、給湯器は、万が一に
通水の逆流が起こった場合に燃焼を開始しないようにし
ている。例えば、通水路における逆流の発生は、給湯器
の設置に際して給湯器の給水・給湯配管を誤って逆に接
続した場合、または、水抜き時等において通水が逆流
（給水路に示す矢印と逆方向）した場合、あるいは、給
湯器の配管が適正でなく、上流の配管中にエアー溜まり
があって、給湯カランを閉じることによって水圧が高く
なって上流のエアーが収縮する場合に起こる。これらの
場合に、燃焼が開始されると高温の湯が逆流する結果、
故障の原因となってしまう。従って、給湯器では、通水
の逆流が起こった場合に燃焼を開始しない対応を行って
いる。

【０００３】逆流における対応例として、図８の（イ）
にラチェット方式の流量センサ３４を示す。羽根車式流
量センサ３４は、磁化された羽根車３６が通水によって
回転し、羽根車３６に備えた永久磁石と、本体２に固定
した磁界検出素子６によって羽根車３６の回転によるパ
ルスをカウントして流量を検出する。ラチェット方式
は、正流による流れによる順方向回転を許容し、逆回転
を阻止するラチェット部３７を流量センサ３４に設けた
ものである。従って、逆流が起こったとしても、ラチェ
ット部３７で逆回転を阻止されるので、燃焼は開始しな
い。また、図８の（ロ）は、案内羽根方式の流量センサ
３８を示す。案内羽根方式の流量センサ３８は、流路に
平行な羽根を備えた羽根車３５を備え、この羽根車３５
の上流に旋回流を生じる案内羽根３２を設けている。給
水が正流の場合には案内羽根３２の旋回流によって羽根
車３５を回転し、逆流の場合には案内羽根３２が羽根車
３５に対して旋回流を生じないために、羽根車３５は回
転しない。つまり、逆流が起こったとしても羽根車３５
は逆回転しないので、燃焼は開始しない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た流量センサにおいては、低流量になると安定して流量
検出ができなくなる問題があり、また構造が複雑になる
ために設置性が悪くなり、高価なものとなってしまう問
題があった。例えば、ラチェット方式では、ラチェット
部に異物を噛み込み易く、異物を噛み込んだ場合には、
ラチェット部が逆回転を防止できなくなってしまう問題
があった。更に、正流の場合であっても、ラチェット部
による回転抵抗があると、回転力の小さい低流量では回
転むらが起こって正常な検知ができない問題があった。
また、案内羽根方式、つまり旋回流を生じる案内羽根を
上流に設ける方式では、案内羽根による旋回流を介して
羽根車を回転するために、通水抵抗が大きくなって低流
量になると流量検出が難しく、また、構造上大きくなっ
て取付け位置が制約される問題があった。

【０００５】本発明の燃焼制御装置は上記課題を解決
し、逆流のときには燃焼を開始させない従前の機能を維
持しつつ、低流量でも流量検出して燃焼制御ができるよ
うにすると共に、コンパクトにして設置性を高め、しか
も安価な流量センサを備えた燃焼制御装置の提供を目的
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本発
明の請求項１の燃焼制御装置は、着磁した羽根と着磁し
ない羽根とを混在して放射状に備え、通水量に応じて回
転する羽根車と、上記羽根の磁気を検出すると、パルス
信号を出力する磁気センサと、上記磁気センサによるパ
ルス信号列の並びのパターンから正回転か逆回転かを判
定する正・逆回転判定手段と、上記正・逆回転判定手段
によって、逆回転と判定した場合には燃焼を禁止する燃
焼禁止手段と上記正・逆回転判定手段によって、正回転
と判定した場合には、上記磁気センサによるパルス信号
に基づいて通水量を算出し、上記通水量に応じて燃焼を
制御する燃焼制御手段とを備えたことを要旨とする。

【０００７】また、請求項２記載の燃焼制御装置は、Ｎ
極に着磁した羽根とＳ極に着磁した羽根とを混在して放
射状に備え、通水量に応じて回転する羽根車と、上記羽
根の磁気とその極性とを検出する磁気センサと、上記磁
気センサによって検出された極性の変化のパターンから
正回転か逆回転かを判定する正・逆回転判定手段と、上
記正・逆回転判定手段によって、逆回転と判定した場合
には燃焼を禁止する燃焼禁止手段と上記正・逆回転判定
手段によって、正回転と判定した場合には、上記磁気セ
ンサによる検出値に基づいて通水量を算出し、上記通水
量に応じて燃焼を制御する燃焼制御手段とを備えたこと
を要旨とする。

【０００８】

【作用】上記構成を有する本発明の請求項１の燃焼制御
装置は、流量センサにおける羽根車が着磁した羽根と着
磁しない羽根とから構成され、通水量に応じて羽根車が
回転すると磁気センサが羽根の磁気を検出してパルス信
号を出力し、正・逆回転判定手段がパルス信号列の並び
のパターンから正回転か逆回転かを判定し、逆回転と判
定した場合には燃焼禁止手段が燃焼を禁止する。また、
正回転と判定した場合には、燃焼制御手段がパルス信号
に基づいて通水量を算出し、通水量に応じて燃焼を制御
する。つまり、複数の羽根の各々は、正回転か逆回転か
でパルス信号列の並びのパターンが異なるように着磁さ
れ、このパルスの並びのパターンを判別することによっ
て、正・逆回転判定手段が正回転か逆回転かの判定を行
ない、逆回転と判定すれば燃焼禁止手段が燃焼を禁止す
る。また、正回転と判定すれば、燃焼制御手段が回転羽
根の回転によって生じるパルス信号から通水量を算出
し、通水量に応じて燃焼を制御する。従って、本発明の
燃焼制御装置は、磁気センサによるパルス信号から通水
量ばかりでなく、逆流をも検出して燃焼制御を行う。ま
た、流量センサ自体においては、逆流による逆回転回避
機構が不必要となるために、羽根車の回転抵抗を小さく
でき、回転効率を高めることができる。その結果、低流
量でも流量検出ができる流量センサとすることができ
る。また、部品構成が単純化されることにより、コンパ
クトにして設置性を高めることができ、しかも、安価に
作製することができる。

【０００９】また、請求項２記載の燃焼制御装置は、流
量センサにおける羽根車がＮ極とＳ極に着磁した羽根か
ら構成され、通水量に応じて羽根車が回転すると羽根の
磁気と極性とを検出し、正・逆回転判定手段が極性の変
化のパターンから正回転か逆回転かを判定し、逆回転と
判定した場合には燃焼禁止手段が燃焼を禁止する。ま
た、正回転と判定した場合には、燃焼制御手段が検出値
に基づいて通水量を算出し、通水量に応じて燃焼を制御
する。つまり、複数の羽根の各々は、正回転か逆回転か
で極性の変化のパターンが異なるように着磁され、この
極性の変化のパターンを判別することによって、正・逆
回転判定手段が正回転か逆回転かの判定を行ない、逆回
転と判定すれば燃焼禁止手段が燃焼を禁止する。また、
正回転と判定すれば、燃焼制御手段が通水量に応じて燃
焼を制御する。従って、本発明の燃焼制御装置は、逆流
を検出して燃焼を禁止すると共に、正流の場合には低流
量でも正確な流量検出を行って燃焼制御ができる。

【００１０】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の燃焼制御装置の好適な実
施例について説明する。図１は一実施例としての燃焼制
御装置である給湯器の概略図である。給湯器は、燃焼用
空気を燃焼室へ送り込むファン１５、バーナ１２、熱交
換器１３、熱交換器１３とバーナ１２間にはさまれ燃焼
空間を形成する燃焼室１７、排気を導き排出する排気筒
１４から燃焼・給排気経路が構成されている。バーナ１
２へのガス供給経路１にはガス量を制御するガス比例弁
１０、ガス通路を開閉するガス電磁弁９が設けられてい
る。また、熱交換器１３へ通じる給水経路２には入水温
度を検出する入水温センサ７、水量を検出する羽根車式
流量センサ４が設けられている。更に、熱交換器１３か
らの出湯経路３には、出湯温度を検出する出湯温センサ
８が設けられている。そして、出湯温センサ８、入水温
センサ７および羽根車式流量センサ４は、コントローラ
１１に接続され、これらの検出信号がコントローラ１１
へ送られるよう構成されている。また、バーナ１２に
は、図示しない電極、燃焼炎を検知するフレームロッド
を設け、ガス電磁弁９、ガス比例弁１０と共にコントロ
ーラ１１へと電気的に接続され出湯・運転・停止等の所
定の制御が行われている。

【００１１】給湯カラン１６を開くと給水路２へ給水さ
れ、羽根車式流量センサ４からの検知信号がコントロー
ラ１１へ送信され、所定流量以上で、かつ、通水方向が
後述する正流と判定されれば、コントローラ１１からフ
ァン１５へ指令信号が送られ、ファン１５が回転する。
次にコントローラ１１からの指令信号によりガス電磁弁
９を開弁してバーナ１２にガスが供給され、図示しない
イグナイタの放電によってガスに点火され、燃焼が開始
される。出湯中には、コントローラ１１が、入水温セン
サ７による検出温度と、羽根車式流量センサ４による検
出流量とからガス比例弁１０の開度を調節する。また、
コントローラ１１に設定された設定温度と出湯温センサ
８による検出温度とに差があれば、ガス比例弁１０の開
度を補正して燃焼が制御される。

【００１２】羽根車式流量センサ４には、図２で示すよ
うに、等間隔で放射状に配した羽根の各々を螺旋状にひ
ねって形成される羽根車５が設けられる。また、この羽
根車５の回転軸は、流路の中心軸上に回転自在に保持さ
れる。また、羽根車５の８枚羽根のそれぞれは、例えば
Ｓ□ＮＳＮ□□Ｎ（「□」印は着磁していない羽根を表
す）の並びに構成する。また、磁化した羽根車５に近接
して設けられ、磁界の変化を検出してコントローラ１１
へパルス信号を出力する磁界検出素子６（ＭＲ素子）が
設けられる。

【００１３】また、羽根車式流量センサ４と電気的に接
続されるコントローラ１１には、燃焼を制御する燃焼制
御部１１ａが設けられる。この燃焼制御部１１ａには、
単位時間当たりのパルス信号をカウントして流量を算出
する流量演算部１１ｂと、パルス信号列の並びのパター
ンから正回転か逆回転かを判定する正・逆回転判定部１
１ｃと、逆回転と判定した場合には燃焼を禁止する燃焼
禁止部１１ｄとが設けられる。

【００１４】通水が正流（給水経路路２に示す矢印方
向）である場合には、羽根車５の傾斜している羽根に通
水による回転力が作用して羽根車５は正方向に回転する
（図１および図２）。羽根車５が回転を始めると、磁界
検出素子６は、着磁された羽根が近接する順序に従って
磁気を検出し、磁気の大きさの変化をパルス信号として
電気的に接続されるコントローラ１１へ出力する。。

【００１５】ここで、パルス信号について、更に詳細に
説明を加える。図３は、磁界検出素子６として磁気の大
きさによって抵抗値が変化する磁気抵抗素子（ＭＲ素
子）を用いた場合を示し、羽根車５の羽根を８枚とする
一例を示している。羽根車５の８枚羽根の内訳は、着磁
した羽根が５枚と着磁しない羽根が３枚設けられ、羽根
の配列はＳ□ＮＳＮ□□Ｎ（「□」印は着磁しない羽根
を表す）の並びに設ける。通水によって羽根車５が正回
転（正流の場合に図３（イ）に示す右回転方向を正回転
とする）した場合には、磁界検出素子６が着磁した羽根
の磁気を検出し、・・１０１１１００１・・のパルス信
号を出力する（図３（イ））。また、逆流によって羽根
車５が逆回転した場合には、・・１００１１１０１・・
のパルス信号を出力する（図３（ロ））。即ち、正回転
の場合には、Ｈｉ出力３パルス後のＬｏ出力時間Ｔ２が
２パルス分であり、Ｈｉ出力２パルス後のＬｏ出力時間
Ｔ１が１パルス分である。一方、逆回転の場合には、Ｈ
ｉ出力３パルス後のＬｏ出力時間Ｔ２が１パルス分であ
り、Ｈｉ出力２パルス後のＬｏ出力時間Ｔ１が２パルス
分である。従って、Ｈｉ出力後のＬｏ出力時間が正回転
と逆回転とで相違することから、コントローラ１１の正
・逆回転判定部１１ｃは、Ｈｉ出力３パルス後のＬｏ出
力時間Ｔ２とＨｉ出力２パルス後のＬｏ出力時間Ｔ１を
比較することによって、正回転か否かを判定する。

【００１６】次に、コントローラ１１における処理を図
４に示したフローチャートに基づき説明する。給湯カラ
ン１６を開くと給水路２へ給水され、羽根車式水流セン
サ４が働いて処理が開始される（Ｓ１）。ステップ２に
おいて、Ｈｉ出力が３パルス連続したブロックを検出後
に（Ｓ２）、Ｌｏ出力時間Ｔ２のカウントを開始する
（Ｓ３）。続いて、Ｈｉ出力が検出されると（Ｓ４）Ｌ
ｏ出力時間Ｔ２のカウントを停止し（Ｓ５）、Ｈｉ出力
が２パルス連続したブロックを検出後（Ｓ６）、Ｌｏ出
力時間Ｔ１のカウントを開始する（Ｓ７）。Ｈｉ出力が
検出されると（Ｓ８）、Ｌｏ出力時間Ｔ１のカウントを
停止する（Ｓ９）。ステップ１０において、Ｌｏ出力時
間がＴ１＜Ｔ２か否かを比較し、Ｔ１＞Ｔ２であれば逆
回転、即ち、給水路に逆流が起こっているとみなして停
止し、燃焼を開始しない（Ｓ１７）。一方、ステップ１
０で、Ｔ１＜Ｔ２であれば正回転と判定する（Ｓ１
０）。即ち、正常な給水と判定されれば、単位時間当た
りのパルス信号から通水量を算出し（Ｓ１１）、通水量
と給水温度とに応じたガス量で燃焼を開始する（Ｓ１２
→Ｓ１４）。また、燃焼の場合には所定の燃焼制御が行
われる（Ｓ１２→Ｓ１３）。これらの処理は、燃焼停止
指令があるまで（Ｓ１５）繰り返され、Ｔ１およびＴ２
時間をリセットしてステップ２へ戻る（Ｓ１６）。

【００１７】従って、本実施例の羽根車式流量センサに
は、ラチェット部とか案内羽根を別に設ける必要がなく
なり、羽根車の回転抵抗が大きくならず低流量であって
も流量検出ができる。その結果、始動および停止時の応
答性が速くなり、低流量での立ち上がり性能が向上す
る。更に、通水に対して効率よく羽根車を回転すること
ができるので、羽根車式流量センサとして正確な流量検
出ができる。また、流路中には羽根車を設けるだけの単
純な構造となるので、コンパクトになって設置性を高
め、しかも安価な羽根車式流量センサとすることができ
る。

【００１８】次に、第２の実施例として、磁界検出素子
６におけるＭＲ素子に代えてホール素子を用いた場合を
図５に示して説明する。ＭＲ素子は磁界の強さを検出で
きるのに対して、ホール素子は、磁界の強さばかりでな
く磁界の向き（つまり、Ｎ極またはＳ極）をも検出でき
る点が異なる。羽根車５は、４枚羽根を備え、その内訳
は、着磁した羽根と着磁しない羽根とを各々２枚ずつ設
ける。また、羽根の配列はＮＳ□□（「□」印は着磁し
ない羽根を表す）の並びに設ける。通水によって羽根車
５が正回転した場合には、磁界検出素子６が着磁した羽
根の磁気を検出し、・・ＮＳ・・の信号を出力する（図
５（イ））。また、逆流によって羽根車５が逆回転した
場合には、・・ＳＮ・・の信号を出力する（図５
（ロ））。従って、コントローラ１１の正・逆回転判定
部１１ｃは、磁界Ｎ・Ｓの出力順序における相違から正
回転か否かを判定する。

【００１９】次に、コントローラ１１における処理を図
６に示したフローチャートに基づき説明する。給湯カラ
ン１６を開くと給水経路２へ給水され、羽根車式水流セ
ンサ４が働いて処理が開始される（Ｓ２１）。ステップ
２２おいては、磁界Ｎを検出し、ステップ２３において
は磁界Ｎに連続して磁界Ｓを検出したか否かを判定す
る。磁界Ｎ検出後に連続して磁界Ｓを検出しない場合で
あれば、逆回転、即ち、通水路に逆流が起こっていると
みなして停止し、燃焼を開始しない（Ｓ１７）。一方、
ステップ２３で、磁界Ｎ検出後に連続して磁界Ｓを検出
する場合には、正回転と判定する（Ｓ２３）。即ち、正
常な給水と判定されれば、単位時間当たりの信号から通
水量を算出し（Ｓ１１）、通水量と給水温度とに応じた
ガス量で燃焼を開始する（Ｓ１２→Ｓ１４）。また、燃
焼中であった場合には所定の燃焼制御が行われる（Ｓ１
２→Ｓ１３）。そして、これらの処理は、燃焼停止指令
があるまで（Ｓ１５）繰り返される。つまり、逆流か正
流かは、羽根車を一回転したときの磁界の検出順序のパ
ターンによって判定され、流量は単位時間当たりに出力
される磁界の数によって算出される。従って、第２の実
施例は、第１の実施例に係る効果に加えて、磁界の方向
（Ｎ・Ｓ）をも判定に加えるので羽根の枚数を更に少な
くすることができ、羽根の枚数を検出される流量範囲に
応じて適正な枚数にすることができる。そして、逆流を
検出して燃焼を禁止すると共に、正流の場合には低流量
でも正確な流量検出を行って燃焼制御ができる。

【００２０】次に、第３の実施例として、磁界検出素子
６にホール素子を用いると共に、羽根車５の複数の羽根
の全てをＮ極またはＳ極に着磁した場合を図５の（ハ）
および（ニ）に示して説明する。羽根車５は、Ｎ極また
はＳ極に着磁した６枚羽根を備え、着磁しない羽根は設
けない。また、羽根の配列はＮＮＳＳＮＳの並びに設け
る。通水によって羽根車５が正回転した場合には、磁界
検出素子６が着磁した羽根の磁気を検出し、・・ＮＮＳ
ＳＮＳ・・の信号を出力する（図５（ハ））。また、逆
流によって羽根車５が逆回転した場合には、・・ＳＮＳ
ＳＮＮ・・の信号を出力する（図５（ニ））。従って、
コントローラ１１の正・逆回転判定部１１ｃは、磁界Ｎ
・Ｓの信号列の並びにおける相違から正回転か否かを判
定する。また、流量は単位時間当たりに出力される磁界
の数によって算出される。従って、第３の実施例は、逆
流を検出して燃焼を禁止すると共に、正流の場合には低
流量でも正確な流量検出を行って燃焼制御ができる。し
かも、各々の羽根に着磁されているので流量検出におけ
る精度を高めることができる。

【００２１】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこうした実施例に何等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において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。例えば、第１の
実施例では、羽根の磁化をＮ・Ｓ極を交互に設けるとし
たが、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いた場合には、Ｎ
・Ｓ極の判別はしないのでＮ・Ｓ極の振り分けは問わ
ず、Ｎ極であってもＳ極であっても構わない。また、磁
化された回転羽根と磁化されない回転羽根の枚数、およ
びその組合わせは、実施例に限定されず様々な組合わせ
がある。例えば、図７に示すように第１の実施例で挙げ
た８枚羽根より羽根の枚数を少なくし、６枚羽根として
Ｓ□Ｎ□□Ｎと着磁しても良い（イ）。また、羽根の枚
数を多くし、９枚羽根としてＳ□ＮＳＮＳ□□Ｎと着磁
しても良い（ロ）。更に、第２の実施例で挙げた４枚羽
根より羽根の枚数を少なくし、３枚羽根としてＮＳ□と
着磁しても良い（ハ）。あるいは、羽根の枚数を多く
し、５枚羽根としてＮＳＮＳ□と着磁しても良い
（ニ）。同様に第３の実施例においても６枚羽根に限定
されず、羽根の枚数を増やしても良い。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の燃焼制御
装置によれば、低流量であっても流量に応じた適正な燃
焼制御ができる。また、流量センサがコンパクトになっ
て設置性の自由度を増し、しかも安価に作製できるとい
う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】給湯器の概略構成図である。

【図２】本発明の実施例に係る羽根車式流量センサの概
略図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係るパルス信号の説明
図である。

【図４】本発明の第１の実施例に係るフローチャートで
ある。

【図５】本発明の第２の実施例に係る磁界検出の説明図
である。

【図６】本発明の第２の実施例に係るフローチャートで
ある。

【図７】本発明の他の実施例に係る説明図である。

【図８】従来の羽根車式流量センサの概略図である。

【符号の説明】

２ 給水経路 ３ 出湯経路 ４ 羽根車式流量センサ ５ 羽根車 ６ 磁界検出素子 ７ 入水温センサ ８ 出湯温センサ ９ ガス電磁弁 １０ ガス比例弁 １１ コントローラ １２ バーナ １５ ファン １６ 給湯カラン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 着磁した羽根と着磁しない羽根とを混在
   して放射状に備え、通水量に応じて回転する羽根車と、 上記羽根の磁気を検出すると、パルス信号を出力する磁
   気センサと、 上記磁気センサによるパルス信号列の並びのパターンか
   ら正回転か逆回転かを判定する正・逆回転判定手段と、 上記正・逆回転判定手段によって、逆回転と判定した場
   合には燃焼を禁止する燃焼禁止手段と上記正・逆回転判
   定手段によって、正回転と判定した場合には、上記磁気
   センサによるパルス信号に基づいて通水量を算出し、上
   記通水量に応じて燃焼を制御する燃焼制御手段とを備え
   たことを特徴とする燃焼制御装置。
2. 【請求項２】 Ｎ極に着磁した羽根とＳ極に着磁した羽
   根とを混在して放射状に備え、通水量に応じて回転する
   羽根車と、 上記羽根の磁気とその極性とを検出する磁気センサと、 上記磁気センサによって検出された極性の変化のパター
   ンから正回転か逆回転かを判定する正・逆回転判定手段
   と、 上記正・逆回転判定手段によって、逆回転と判定した場
   合には燃焼を禁止する燃焼禁止手段と上記正・逆回転判
   定手段によって、正回転と判定した場合には、上記磁気
   センサによる検出値に基づいて通水量を算出し、上記通
   水量に応じて燃焼を制御する燃焼制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする燃焼制御装置。