(57)【要約】【課題】一部のバーナで燃焼不良が発生した場合であっても速やかにこれを検知し、燃焼停止ないし燃焼制御可能とする技術を提供する。【解決手段】運転開始に伴いノズル１５からガスが噴出するが、吸引部２０の開口面積が小さくなっているため、吸引能力が低下して必要空気が十分吸引されない。このため、バーナ２中の混合ガスの一次空気比は小さく、内胴内で燃焼を完結することができない。このような環境下では炎５ｂの長さが伸び、先端が熱交換器３下端に接するようになり、炎電流値が大きくなる。炎電流検出回路１２の炎電流値情報は炎電流監視手段６に取り込まれ、判定部８において燃焼状態の判定が行われる。炎電流値が閾値Ｉｔｈを超えた時点でその情報は指示部９に与えられ、指示部９は電磁弁１３に遮断指示を与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器を一方の電極とし、バーナを他方の電極として両電極間を流れる炎電流を検出する検出手段と、該炎電流値に基づいて燃焼状態を判定する判定手段と、該判定手段の判定結果に基づいて燃焼能力制御を指示する指示手段と、を備えて成ることを特徴とする開放式ガス機器。
【請求項２】
熱交換器を一方の電極とし、バーナを他方の電極として両電極間を流れる炎電流を検出し、該炎電流の電流値が所定の閾値を超えたときに燃焼不良と判定して、燃焼能力を制御することを特徴とする開放式ガス機器の燃焼判定方法。
【請求項３】
請求項２において、複数の閾値を備え、各段階の閾値に応じた燃焼能力制御を行うことを特徴とする開放式ガス機器の燃焼判定方法。
【請求項４】
請求項２又は３において、所定の時間間隔で所定の回数測定した前記炎電流の積算値をもって燃焼状態を判定することを特徴とする開放式ガス機器の燃焼不良判定方法。
【請求項５】
請求項２乃至４において、さらに燃焼不良と判定したときにガス供給を遮断することを特徴とする開放式ガス機器の燃焼判定方法。
【請求項６】
請求項２乃至５において、さらに燃焼状態に応じた警告を発することを特徴とする開放式ガス機器の燃焼判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【従来の技術】
本発明は開放式ガス機器に係り、特に燃焼安全装置を備えた熱交換器付開放式ガス機器及びその制御方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
開放式ガス機器、例えば開放式小型湯沸器においては、室内の酸素濃度の低下や機器内の熱交換器のフィン詰まり等による一酸化中毒事故を防止する「不完全燃焼防止装置」を備えることが義務化されている。「不完全燃焼防止装置」の代表的なものとして「逆バイアス熱電対方式」と「フレームロッド方式」とがある。図４は「逆バイアス熱電対方式」を採用した小型湯沸器の概念図であり、同図において小型湯沸器１００の燃焼安全装置は、パイロットバーナ１０３側熱電対１０４と内胴側熱電対１０５とを逆極性で接続した構成となっている。この方式の作動原理は以下の通りである。すなわち、経年劣化当による熱交換器１０８のフィン詰り等により、燃焼時に内胴１０８の内圧が上昇すると内胴側熱電対１０５の起電力が増大し、合成起電力は低下する。合成起電力が所定の閾値より低下した場合に、ガスを遮断することにより中毒事故を未然に防止することができる。
【０００３】
また、「フレームロッド方式」は、バーナとフレームロッド間に交流電圧を印加し、炎の整流作用により生ずる炎電流値を検知するものである。燃焼不良の状態では火炎の温度が下がるため、電流値が低下する。このような変化を燃焼継続中監視して不完全燃焼を防止する。
【０００４】
しかし、通常、ガス機器は複数のバーナを有しているのに対して、上述のいずれの方式においても、検知部は一つのバーナを対象として設置されている。このため、検知部が取り付けられたバーナで燃焼不良が発生した場合には早期の検知が可能だが、検知部から離れたバーナで燃焼不良が発生した場合には検知遅れが生じてしまう。
【０００５】
このような検知遅れを防止するため、例えばバーナ火炎を内包する遮蔽板を設ける技術が提案されているが（特開２００３−１４２９８）、この方法では燃焼性能に悪影響を及ぼす可能性がある。
【特許文献１】
特開２００３−１４２９８
本発明は、一部のバーナで燃焼不良が発生した場合であっても速やかにこれを検知し、燃焼停止ないし燃焼制御可能とする技術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、本発明は以下の内容を要旨とする。すなわち、
（１）熱交換器を一方の電極とし、バーナを他方の電極として両電極間を流れる炎電流を検出する検出手段と、炎電流値に基づいて燃焼状態を判定する判定手段と、判定手段の判定結果に基づいて燃焼能力制御を指示する指示手段と、を備えて成ることを特徴とする開放式ガス機器。
（２）熱交換器を一方の電極とし、バーナを他方の電極として両電極間を流れる炎電流を検出し、該炎電流の電流値が所定の閾値を超えたときに燃焼不良と判定して、燃焼能力を制御することを特徴とする開放式ガス機器の燃焼判定方法。
本発明は、燃焼不良環境下において燃焼室中の炎の長さが伸びて熱交換器に近づくと炎電流値が上昇し、特に火炎先端が熱交換器に接するようになると炎電流値は急激に増大するという原理を利用したものである。
熱交換器は通常、燃焼室上部に全面に亘って設置されているので、本発明によれば、一部のバーナで燃焼不良が発生した場合であっても、両電極間を流れる炎電流の変化を捉えることができ、きわめて早期に安全措置をとることができる。
【０００７】
また、熱交換器とバーナを備えた機器については別個に電極を設ける必要がないので、小型軽量化に資する。
本発明を用いることができるガス機器としては、「開放式ガス機器」、すなわち、ブンゼン自然燃焼方式採用の機器であって、熱交換器を備えた機器である。代表的な機種としては、小型湯沸器、風呂釜等がある。
【０００８】
「燃焼能力を制御」とは、燃焼不良の程度に応じて燃焼を完全に停止するか又は燃焼能力を絞って使用を継続することをいう。
【０００９】
「所定の閾値」は、対象となる機種ごとに炎電流値特性を予め知ることにより、適切な値を設定することができる。
（３）上記２において、複数の閾値を備え、各段階の閾値に応じた燃焼能力制御を行うことを特徴とする開放式ガス機器の燃焼判定方法。
【００１０】
閾値を多段階とすることにより、例えば第一段階では燃焼量を１／２とし、第二段階で燃焼停止、というように炎電流値（この値は燃焼不良度とリンクしている。）の大きさに応じて制御することが可能になる。また、第一段階では警告のみ、第二段階で燃焼停止というような選択も可能になる。
【００１１】
（４）上記（２）又は（３）の発明において、所定の時間間隔で所定の回数測定した前記炎電流の積算値をもって燃焼状態を判定することを特徴とする開放式ガス機器の燃焼不良判定方法。
【００１２】
（５）上記（２）乃至（４）において、さらに燃焼不良と判定したときにガス供給を遮断することを特徴とする開放式ガス機器の燃焼判定方法。
【００１３】
（６）上記（２）乃至（５）において、さらに燃焼状態に応じた警告を発することを特徴とする開放式ガス機器の燃焼判定方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る開放式ガス機器の実施形態を図１乃至４を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態は例示であって、本発明の技術的範囲は実施形態に限定されるものでないことはいうまでもない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態である開放式ガス湯沸器１の全体構成を示している。開放式ガス湯沸器１は、図示しない筐体内部に格納されるバーナ２、燃焼ガスと熱交換して温水を生成するフィンチューブ式熱交換器３、バーナから放出される混合ガスの燃焼室として機能する内胴４を備えている。なお、同図ではバーナは１個のみが示されているが、実際には紙面奥側に給湯能力に応じた複数のバーナ列が配置されており、バーナ３はそれらの最前部のものである。
湯沸器１の燃焼系統は以下のように構成されている。燃料である都市ガスは、都市ガス供給ライン（図示せず）からガス通路１４を介して供給される。ガス通路１４の途中には、燃焼不良時にガス供給の遮断可能な電磁弁１３が配置されている。都市ガスはノズル部１５から噴出してバーナ２に導入される。その際、周辺の空気を随伴吸引するため、バーナ２には空気−都市ガスの混合ガスが供給されることになる。
【００１６】
次に、湯沸器１の炎電流検出系統は以下のように構成されている。炎電流検出回路１２は、熱交換器３とバーナ２を両電極とし、燃焼時に形成される炎が電流の導通路となる。回路電源は１５０乃至２００Ｖの交流であり、図示しない乾電池、昇圧回路、交流変換回路等により配線１０ａ、１０ｂを介して熱交換器３とバーナ２に印加されるように構成されている。バーナ２側電極は機器本体から絶縁されている。
【００１７】
次に、湯沸器１の燃焼状態の判定・指示系統は以下のように構成されている。炎電流監視手段６は、炎電流検出回路１２から抽出される炎電流を検出する検知部７、検知した炎電流値に基づいて燃焼状態を判定する判定部８、判定結果に基づいて電磁弁１３に遮断指示を与える指示部９を備えている。判定部８では、炎電流値が予め定められた閾値Ｉｔｈを超えた場合に燃焼不良と判定し、その情報を通信線１７を介して指示部９に与えるように構成されている。
なお、開放式ガス湯沸器１は給水・給湯系統をも備えているが、図では簡単のため省略してある。また、機器全体の運転制御、炎電流監視制御はマイコン（図示せず）により行われている。
【００１８】
次に本実施形態における給湯時の燃焼状態判定及び燃焼不良時の制御方法について説明する。給湯操作ボタン（図示せず）が押されると、止水弁（図示せず）が開となり通水が開始される。これに伴い水圧応動ガス弁（図示せず）、点火機構（図示せず）が作動して燃焼が開始される。同時に電磁弁１３が開に維持される。この状態で炎電流検出回路１２が稼動し、燃焼状態は炎電流監視手段６により監視される。
【００１９】
＜正常燃焼時＞
まず、正常燃焼時の動作について説明する。正常燃焼時には、吸引部２０からの吸引が正常に行われるため混合ガスの一次空気比が適切であり、バーナから放出される混合ガスは、内胴内でさらに二次空気を得て燃焼を完結する。燃焼完結したガスは、さらに内胴４内を上昇して熱交換器３に到達し、熱交換器３内を通過する水道水に熱を与えて給湯に供し、排気ガスとなって排気口１９から排出される。このような正常燃焼時においては、火炎５ａは短く（図１実線）、その先端部は熱交換器３から遠く離れているため、炎電流値は小さい。
図２は、湯沸器１の燃焼時に於ける炎電流値の時間変化を示す図である。このうち、（ａ）部は正常燃焼時における炎電流値の時間変化を示しており、同図で明らかなように炎電流値は１μＡ以下で安定している。
【００２０】
＜燃焼不良時＞
次に、燃焼不良時の動作について説明する。燃焼不良の原因として、バーナ２の吸引部２０に例えば蜘蛛の巣が張った状態を想定する。この場合、図示しない他のバーナには異常がないものとする。このような状態においては、蜘蛛の巣により吸引部２０の開口面積が小さくなっているため、ノズル１５から噴出すガスの吸引能力が低下して必要空気を十分吸引することができない。このため、バーナ２から放出される混合ガスの一次空気比は小さくなり、内胴内で燃焼を完結することができない。このような環境下では炎５ｂ（図１破線）の長さが伸びて、炎電流値が大きくなる。図３の（ｂ）部はこのような状態を示したものである。
さらに、炎電流検出回路１２の炎電流値情報は炎電流監視手段６に取り込まれ、判定部８において燃焼状態の判定が行われる。そして、炎電流値が閾値Ｉｔｈを超えた時点で情報が指示部９に与えられ、指示部９は電磁弁１３に遮断指示を与える。これにより、直ちにガス供給が遮断されることにより燃焼が停止し、燃焼不良による一酸化炭素濃度の急激な増大を未然に防止することができる。
【００２１】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態において湯沸器の構成は第一の実施形態と同一であり、また、燃焼制御についても同一である。本実施形態が第一の実施形態と異なる点は、本実施形態では燃焼不良の判定を瞬時値で行うのではなく、炎電流値の積算値により行う点である。さらに、第一の実施形態では閾値が１つであったのに対して、本実施形態では閾値が複数（２つ）ある点である。ここではこれらを閾値Ａ、Ｂと称する。
図３を参照して、本実施形態における燃焼状態判定及び燃焼能力制御指示フローについて説明する。燃焼が開始されると（Ｓ０）、燃焼時間のリセットが行われ（Ｓ１）、次いで燃焼時間のカウントが開始される（Ｓ２）。燃焼中は１分ごとに炎電流値（Ｉ（Ｔ））が測定され（Ｓ３）、さらにそれらが積算されていく（Ｓ４）。このようにして燃焼時間が５分に達したか否かが判定される（Ｓ５）。５分に達しない場合には上述のステップが繰り返される（Ｓ１０）。５分以上に達した場合、５分間の炎電流積算値（ΣＩ（Ｔ））が予め定めた閾値Ａを超えたか否かが判断される（Ｓ６）。閾値Ａ以下の場合は燃焼時間がリセットされ（Ｓ１１）、次の５分間の計測ステップを繰り返す。
閾値Ａを超えている場合は、次に第二段階の閾値Ｂを超えているか否かが判断される（Ｓ７）。閾値Ｂ以下の場合は給湯能力を半分に絞り（すなわち、供給ガス量を１／２にする）（Ｓ９）、さらに燃焼時間がリセットされ（Ｓ１２）、更に次の５分間の計測ステップを繰り返す。閾値Ｂを超えている場合には、燃焼を停止する（Ｓ８）。
【００２２】
なお、本実施形態に示した測定インターバル、積算回数、閾値個数等は例示であって、対象となる機器の燃焼特性等に応じて適切な値を選択することができる。
また、上記各実施形態では、機器として開放式小型湯沸器を示したが、これに限らず、燃焼形態が同様の他の機種を選択しうることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施形態に係る開放式ガス湯沸器を示す図である。
【図２】炎電流値の経時変化を示す図である。
【図３】第二の実施形態に係る開放式ガス湯沸器の燃焼判定フローを示す図である。
【図４】従来の逆バイアス熱電対方式燃焼安全装置を搭載した開放式ガス湯沸器を示す図である。
【符号の説明】
１……開放式ガス湯沸器
２……バーナ
３……熱交換器
４……内胴
５ａ、５ｂ……炎
６……炎電流監視手段
７……検知部
８……判定部
９……指示部
１２……炎電流検出回路
１３……電磁弁
１５……ノズル
２０……吸引部
【図１】
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【図２】
2004301437.tif 000004
【図３】
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【図４】
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