(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のフィンが列設される熱交換器に入水管および出湯管が配設され、その熱交換器を加熱するガスバーナが備えられたガス湯沸器において、
仮の入水温度を記憶する入水温記憶手段と、
前記出湯管を流れる湯の温度を検出する湯温検出手段と、
その出湯管を流れる湯量を検出する湯量検出手段と、
前記ガスバーナのガス量を検出するガス量検出手段と、
前記入水温記憶手段に記憶される仮の入水温度と、前記湯温検出手段、湯量検出手段およびガス量検出手段からの検出信号とに基づいてこのガス湯沸器の熱効率を演算により求める熱効率演算手段と、
この熱効率演算手段により算出された熱効率により燃焼が異常か否かを判定する熱効率判定手段とを備え、この燃焼効率判定手段により燃焼が異常であると判断されたときに前記ガスバーナの燃焼が停止されるように構成し、
さらにこの熱効率判定手段により燃焼が異常であると判断されたときに前記入水温記憶手段に記憶される仮の入水温度が実際の入水温度と比較して差があるか否かをチェックする入水温チェック手段を備え、この入水温チェック手段により実際の入水温度≧仮の入水温度の場合は、そのまま燃焼異常と判断し、実際の入水温度＜仮の入水温度の場合は、前記入水温記憶手段に記憶される仮の入水温度を実際の入水温度の値に更新してその更新値により再度このガス湯沸器の熱効率を演算により求めるようにしたことを特徴とする異常検知機能付きガス湯沸器。
【請求項２】
前記熱効率演算手段により燃焼が異常であると判断されたときにその異常を表示する異常表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の異常検知機能付きガス湯沸器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常検知機能付きガス湯沸器に関し、さらに詳しくは、その熱交換器のフィンがドレーン等によって閉塞されることによる燃焼異常を検知する機能を備えたガス湯沸器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス湯沸器は、熱交換器のフィンがドレーン等によって閉塞されると、それによって熱効率が低下することから、これを検知することによりガスの燃焼を停止させる機能を備えたものが種々提案されている。たとえば本件出願人が先にした出願などでは、入水管に設けられる入水温サーミスタにより検知される入水温度と、出湯管に設けられる出湯温サーミスタにより検知される出湯温度と、ガスバーナへ供給されるガス量とから熱効率を演算により求め、その熱効率がある一定の基準値より低下していると判断されればガスバーナの燃焼が停止されるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えばこの本出願人が先に出願したものなどでもわかるように、従来は入水管に入水温サーミスタを設けることがこのガス器具の熱効率を演算により求める必須の構成要素とされていた。従ってこのガス器具を製造する際しては、入水温サーミスタや出湯温サーミスタの取付け、あるいはこれらのセンサやガス比例弁などからの信号をバーナコントローラへ送受信するための配線等が必要となり、製品コストの増加要因ともなっていた。
【０００４】
本発明の解決しようとする課題は、入水温センサを用いずに熱効率を演算により求め、燃焼の異常を判断するようにした異常検知機能付きガス湯沸器を提供することにある。これによりガス機器使用上の安全性が確保されるばかりではなく、入水温センサを機具に取付けることに伴う製品コストの低廉化をも達成することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のガス湯沸器は、多数のフィンが列設される熱交換器に入水管および出湯管が配設され、その熱交換器を加熱するガスバーナが備えられたものにおいて、仮の入水温度を記憶する入水温記憶手段と、前記出湯管を流れる湯の温度を検出する湯温検出手段と、その出湯管を流れる湯量を検出する湯量検出手段と、前記ガスバーナのガス量を検出するガス量検出手段と、前記入水温記憶手段に記憶される仮の入水温度と、前記湯温検出手段、湯量検出手段およびガス量検出手段からの検出信号とに基づいてこのガス湯沸器の熱効率を演算により求める熱効率演算手段と、この熱効率演算手段により算出された熱効率により燃焼が異常か否かを判定する熱効率判定手段とを備え、この熱効率判定手段により燃焼が異常であると判断されたときに前記ガスバーナの燃焼が停止されるように構成し、さらにこの熱効率判定手段により燃焼が異常であると判断されたときに前記入水温記憶手段に記憶される仮の入水温度が実際の入水温度と比較して差があるか否かをチェックする入水温チェック手段を備え、この入水温チェックにより実際の入水温度≧仮の入水温度の場合はそのまま燃焼異常と判断し、実際の入水温度＜仮の入水温度の場合は前記入水温度記憶手段に記憶される仮の入水温度を実際の入水温度の値に更新してその更新値により再度このガス湯沸器の熱効率を演算により求めるようにしたことを要旨とするものである。
【０００６】
このように構成されたガス湯沸器によれば、入水管を介して熱交換器へ供給されてきた水がガスバーナにより加熱されて出湯水として出湯管より得られるものであるが、そのときに湯温検出手段により前記出湯管を流れる湯の温度が検出され、湯量検出手段によりその出湯管を流れる湯量が検出され、さらにガス量検出手段により前記ガスバーナのガス量が検出される。そしてこれらの各検出手段により検出された湯温と、湯量と、ガス量に加え、入水温記憶手段に記憶される仮の入水温度を考慮してこのガス湯沸器の熱効率が演算により求められ、この算出された熱効率により燃焼が異常か否かが判定され燃焼が異常であると判断されたときに前記ガスバーナの燃焼が停止される。
【０００７】
そしてこのとき前記熱効率判定手段により燃焼が異常であると判断されたときに前記入水温記憶手段に記憶される仮の入水温度が実際の入水温度と比較して差があるか否かが入水温チェック手段によりチェックされ、この入水温チェックにより実際の入水温度≧仮の入水温度の場合はそのまま燃焼異常と判断され、実際の入水温度＜仮の入水温度の場合は前記入水温度記憶手段に記憶される仮の入水温度を実際の入水温度の値に更新してその更新値により再度このガス湯沸器の熱効率が演算により求められる。そうすることにより、入水温記憶手段に記憶される仮の入水温度と実際の入水温度との間に差があった場合に誤って燃焼異常が起こっていると判断されることが回避される。
【０００８】
さらにこのようなガス湯沸器において前記熱効率演算手段により燃焼が異常であると判断されたときにその異常を表示する異常表示手段を備えるようにすれば、このガス器具の使用者はその異常表示によりこのガス器具が燃焼異常を起こしていることを容易かつ速やかに察知することができ、ガス器具メーカーやサービスステーションに熱交換器の取替えや保守・点検等の対処を依頼することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明が適用されるガス湯沸器の概略構成を示したものである。この図１に示したガス湯沸器１０は、多数の集熱フィンが列設された熱交換器１６に給水管１２および出湯管１４が配管され、その熱交換器１６はケーシング（内胴）１８内に配設されると共に、このケーシング１８内にはその熱交換器１６を加熱するガスバーナ２０が配設されている。
【００１０】
そしてガスバーナ２０のガス管２２にはガス比例弁２４が設けられ、前記給水管１２には水の流れを検知する水流スイッチ２６が設けられ、またその水の流れを規制する水ガバナ２８なども設けられている。一方前記出湯管１４には出湯温度を検知する出湯温サーミスタ（出湯温センサ）３０が設けられ、出湯管１４の出湯口には蛇口（給湯栓）３２が配管接続されている。
【００１１】
そしてこのガス湯沸器の運転を制御するバーナコントローラ３４の入力側には、前記水量スイッチ２６、出湯温センサ３０等が接続され、またバーナコントローラ３４の出力側にはガス比例弁２４などが接続されている。そしてバーナコントローラ３４に内蔵されるＲＡＭメモリ（図示せず）には、給水管１２を流れる水の温度を予め仮に設定してある「仮の入水温度」が記憶されている。
【００１２】
このような構成を有するガス湯沸器１０は、蛇口（給湯栓）３２を開くことにより水流スイッチ２６がＯＮする。そしてその水流スイッチ２６のＯＮ信号によりガスバーナ２０が点火されて熱交換器１６が加熱され、入水管１２よりその熱交換器１６へ供給される水が加熱されて出湯水が出湯管１４より得られる。そのとき出湯温センサ３０からの検知信号によりその出湯管１４を流れる湯の温度が検知され、バーナコントローラ３４よりガス比例弁２４へ指令が与えられてガス比例弁２４の比例弁電流値が制御されることによりその開度が調整され、その出湯管１４を流れる湯の出湯温度が設定温度に保たれるように運転が制御される。
【００１３】
かくして本発明では、熱交換器１６の出口側の出湯温度を検知してガスバーナ２０のガス比例弁２４の開度を調節しつつ、そのガス量をコントロールする瞬間式ガス湯沸器などにおいて、そのガス湯沸器の使用毎に熱効率を算出し、正常な熱効率と比較することにより、熱交換器のフィン閉塞を推定し、燃焼を安全に停止させるもので、その１つの手法として、定流量弁タイプのものを提示するものである。
【００１４】
この定流量弁タイプのものは、出湯温度を検知してガス量をコントロールする瞬間式ガス湯沸器において、熱交換器の出湯出口に設けられる湯温検出手段としての出湯温サーミスタ３０と、通水路のいづれかの位置に設けられる（この実施例では、給水管１２に設けられる）最大湯量制限器としての水ガバナ２８と、ガス量検出手段としてのガス比例弁２４の電流値測定回路等からの検出信号により、測定熱効率＝測定アウトプット／測定インプットを算出し、予めバーナコントローラ３４にて記憶されている正常な熱効率を比較し、測定熱効率＜正常な熱効率ならば、熱交換器１６の集熱フィンの空隙が燃焼生成物等のドレーンにより閉塞されたと推定し、ガスバーナ２０による燃焼を安全に停止されるものである。
【００１５】
図２は、このガス湯沸器１０における燃焼異常の判定ルーチンを説明したフローチャートである。このフローチャートについて説明すると、まず初めに蛇口（給湯栓）３２が開かれる（ステップ１）と、その開栓時における入水温度ＴCがバーナコントローラ３４に内蔵されるコンピュータのＲＡＭメモリに記憶される（ステップ２）。このＲＡＭメモリに記憶される入水温度ＴCは、このガス湯沸器１０を使用していない状態のリモートコントローラＯＦＦの状態のときに出湯温サーミスタ３０のみを通電しておいて、ガス湯沸器を点火させず、水だけを流す場合、及びリモートコントローラＯＮの状態にて、長時間の未使用状態後の開栓時すなわちコールドスタート時にその出湯温サーミスタ３０からの検知信号により検知される出湯管１４を流れる水の最低温度を入水温度としてその毎、更新記憶されるものである。
【００１６】
次にこの状態でのガス湯沸器の熱効率ηがコンピュータの演算により求められるものである（ステップ３）が、この熱効率ηは、取りあえず上記したＲＡＭメモリに記憶される仮の入出温度ＴCと随時出湯温サーミスタ３０からの検知信号によりコンピュータへ送られてくる出湯管１４を流れる湯の温度Ｔｈ水ガバナ２８による最大設定湯量（Ｑｗ）、およびガス比例弁２４の比例弁電流値測定回路からの検知信号によるガス量（Ｑｇ）とに基づいて次の数１および数２の演算式により測定アウトプット値と測定インプット値とが求められるので、この測定アウトプット値を測定インプット値で除した値（測定熱効率＝測定アウトプット値／測定インプット値）として求められるものである。
【００１７】
【数１】
測定アウトプット＝（Ｔｈ−Ｔｃ）×Ｑｗ×ＣＰ      ［ｋｃａｌ／Ｈ］
ここに
Ｔｈ＝  出湯サーミスタ温度     ［℃］
Ｔｈ＝  入水サーミスタ温度     ［℃］
Ｑｗ＝  定常弁（水ガバナ）最大設定水量    ［リットル／Ｈ］
ＣＰ＝  水の比熱（１とする）   ［ｃａｌ／℃］
【００１８】
【数２】
0003569583.tif 000002
ここに
Ｑｇ  ＝  測定時のガスインプット流量      ［Ｎｍ３／Ｈ］
Ｈｇ  ＝  ガス発熱量          ［ｋｃａｌ／Ｎ３］
φ    ＝  ガスノズルの口径    ［ｍｍ］
Ｐ    ＝  ガス圧力            ［ｍｍＨ20］（ゲージ圧）
ｄノズル ＝  ガスの比重          （ａｉｒ＝１）
ｋ    ＝  流量係数            （約０．８）
【００１９】
次にこのステップ３で求められた熱効率ηにより熱交換器１６のフィン詰りにより燃焼異常が起こっているか否かが判断される（ステップ４）。この判断は、正常な燃焼状態の熱効率η１  が例えばこのガス湯沸器の器具差により、あるいは使用される燃料ガスの発熱量の差により、あるいは使用環境や熱交換器の性能等により異なるが一応の目安として定めた値との比較において判断がなされることになる。この実施例では、その正常な燃料状態の熱効率η１ の目安として、このガス湯沸器の初期性能で基準となる熱効率η０ に係数Ｋ（Ｋは、１以下）を掛けた値に設定してある。
【００２０】
このステップ４で、演算により求められた熱効率ηが正常な燃焼状態の熱効率η１ と比較して低い、すなわち熱交換器１６のフィン詰りが生じて燃焼異常が起こっている（ステップ４、「ＹＥＳ」）と判断されたときにはガスバーナ２０の燃焼が一旦停止される（ステップ５）。そうすると通水のままの燃焼停止により、熱交換器が冷却され、出湯管１４を流れるその「水」の温度を検知する（ステップ６）。このステップ６で検知された水の温度ＴC１は前述したような「仮の入水温度」ではなく入水管１２を流れる水の実際の温度であるから、この実際の水の温度ＴC１ と仮の入水温度ＴCとを比較し、実際の入水温度ＴC１≧仮の入水温度ＴCか否かが判断される（ステップ７）。
【００２１】
そしてステップ７の判断により、実際の水の温度ＴC１と仮の入水温度ＴCとの間に実際の入水温度ＴC１≧仮の入水温度ＴCである（ステップ７、「ＹＥＳ」）と判断されれば、ステップ３の演算によりもとめられた熱効率ηの値に基づいて熱交換器にフィン詰りが生じているとの判断は誤りではないのであるから「異常表示」がなされ（ステップ８）、この判断ルーチンが終了する。
【００２２】
なお、上述ステップ８における「異常表示」は、このガス湯沸器に異常表示の点滅ランプを付けたり、警報を鳴らす等の手段も含まれるものと解すべきである。
【００２３】
次に前述のステップ７において、実際の入水温度ＴC１ ＜仮の入水温度ＴCである（ステップ７、「ＮＯ」）と判断されたときには、前述のＲＡＭメモリに記憶されている仮の入水温度ＴCが実際の入水温度ＴC１ に置き換えられて入水温度の更新が行われる（ステップ９）。次いでコントローラからの指令によりガスバーナ２０の自動点火がおこなわれて燃焼が再開される（ステップ１０）。そしてステップ３へ戻って再度熱効率ηの演算が行われる。
【００２４】
このときの熱効率ηの演算式（数１の式）の代数として用いられる入水温度ＴCはＲＡＭメモリに更新記憶されている実際の入水温度ＴC１ が用いられる。そしてその演算結果により熱交換器１６のフィン詰りがやはり生じていて燃焼異常が起きていると判断されれば（ステップ４、「ＹＥＳ」）、前回と同様に燃焼を一旦停止し（ステップ５）、入水温チェックが再度行われる等（ステップ６，７）により異常表示がなさせる（ステップ８）ことになる。
【００２５】
一方前述のステップ４において熱効率ηの演算結果により熱交換器１６のフィン詰りはなく燃焼異常は生じていない（ステップ４、「ＮＯ」）と判断されれば、当然ながらガスバーナの燃焼は継続させ（ステップ１１）、この判定ルーチンが終了する。
【００２６】
かくして本発明では、上記実施例で説明したように、予めバーナコントローラ３４のコンピュータのＲＡＭメモリに「仮の入水温度ＴC」を記憶させておいて、蛇口（給湯栓）が開かれてこのガス湯沸器が使用状態に入ったときに、このＲＡＭメモリに記憶される「仮の入水温度ＴC」と、出湯温サーミスタ３０からの出湯温度Ｔｈ、水ガバナ２８による温量（Ｑｗ）、およびガス比例弁２４からのガス量（Ｑｇ）等のデータに基づいてこのガス器具の熱効率ηを演算により求めるものである。したがって従来一般に知られているように、入水管１２にそこを流れる水の温度を検知するための入水温サーミスタのようなものを設ける必要は全くないことになる。
【００２７】
尚、本発明は上記実施例に何等限定されるものでもなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更又は改良が可能であることは勿論のことである。たとえば、上記実施例では定流弁タイプのものを示したが、それ以外のタイプのもの（たとえば、流量センサを出湯管などに設けて湯流を検知するタイプのもの）などでもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明の燃焼異常検知機能付きガス湯沸器によれば、熱交換器のフィン閉塞等に伴う熱効率の低下が速やかに検知されるばかりでなく、入水温サーミスタが不要であることにより入水温サーミスタを機具に取付ける配線の手間等が省け製品コストの低廉化が図れ、ガス器具使用上の安全性の担保と製品コストの低廉化とが同時に達成されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるガス湯沸器の全体の概略構成図である。
【図２】図１に示したガス湯沸器における燃焼異常の判定ルーチンを説明したフローチャートである。
【符号の説明】
１０  ガス湯沸器
１２  給水管（入水管）
１４  出湯管
１６  熱交換器
２０  ガスバーナ
２４  ガス比例弁
２８  定常流（水ガバナ）
３０  出湯温センサ（出湯温サーミスタ）
３４  バーナコントローラ
化学式等を記載した書面
明細書
【数１】
測定アウトプット＝（Ｔｈ−Ｔｃ）×Ｑｗ×ＣＰ      ［ｋｃａｌ／Ｈ］
ここに
Ｔｈ＝  出湯サーミスタ温度     ［℃］
Ｔｈ＝  入水サーミスタ温度     ［℃］
Ｑｗ＝  定常弁（水ガバナ）最大設定水量    ［リットル／Ｈ］
ＣＰ＝  水の比熱（１とする）   ［ｃａｌ／℃］
【数２】0003569583.tif 000003
ここに
Ｑｇ  ＝  測定時のガスインプット流量      ［Ｎｍ３／Ｈ］
Ｈｇ  ＝  ガス発熱量          ［ｋｃａｌ／Ｎ３］
φ    ＝  ガスノズルの口径    ［ｍｍ］
Ｐ    ＝  ガス圧力            ［ｍｍＨ20］（ゲージ圧）
ｄノズル ＝  ガスの比重          （ａｉｒ＝１）
ｋ    ＝  流量係数            （約０．８）
【図１】
0003569583.tif 000004
【図２】
0003569583.tif 000005