(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスボンベに液化して封入した燃料ガスを家庭用ガス引込口を介して、ガス器具に供給して燃焼させるガス燃焼システムにおいて、
上記ガスボンベ内の燃料ガスの飽和蒸気圧を検出する圧力検出手段と、
上記ガスボンベ内あるいは上記ガスボンベが置かれている雰囲気の温度を検出する温度検出手段と、
上記圧力検出手段による飽和蒸気圧検出と上記温度検出手段による温度検出とに基づいて、上記ガスボンベ内に封入された燃料ガス種を判別するガス種判別手段と、
上記ガス種判別手段により判別された燃料ガス種に応じて、上記ガス器具の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ガス燃焼システム。
【請求項２】
ガスボンベに液化して封入した燃料ガスを家庭用ガス引込口を介して、ガス器具に供給して燃焼させるガス燃焼システムにおいて、
上記ガスボンベ内の燃料ガスの飽和蒸気圧を検出する圧力検出手段と、
上記ガスボンベ内あるいは上記ガスボンベが置かれている雰囲気の温度を検出する温度検出手段と、
上記圧力検出手段による飽和蒸気圧検出と上記温度検出手段による温度検出とに基づいて、上記ガスボンベ内に封入された燃料ガス種を判別するガス種判別手段と、
上記ガス種判別手段により判別された燃料ガス種が上記ガス器具の仕様と異なる場合には、上記ガス器具の燃焼を禁止する燃焼禁止手段と
を備えたことを特徴とするガス燃焼システム。
【請求項３】
上記ガス種判別される燃料ガスは、ＬＰＧとＤＭＥとであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガス燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスボンベに液化して封入した燃料ガスを家庭用ガス引込口を介して、ガス器具に供給して燃焼させるガス燃焼システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、家庭用のガス種としては、主に都市ガスとＬＰＧ（プロパンを主成分とした液化石油ガス）が用いられているが、ＬＰＧはやや高価である。そこで、最近、安価なガスであるＤＭＥ（ジメチルエーテル）をＬＰＧの代替燃料として使用することが検討されている。
また、ＤＭＥの供給は現在のところ充分なものではないので、常にＤＭＥを使い続けることができる保障もなく、ＤＭＥの供給が滞った場合には、ＬＰＧを使う等、今後ＬＰＧをＤＭＥに置き換えるにしても、当面の間はＤＭＥとＬＰＧとの並行使用をすることも考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＭＥとＬＰＧとはウォッベ指数（ＷＩ）が大幅に異なるために、ＬＰＧ用のガス器具にそのままＤＭＥを供給すると、単位時間あたりの発熱量（インプット）が大幅に変化してガス器具の燃焼や出力などの性能が悪化してしまうので、供給ガスがＤＭＥかＬＰＧかを判別する必要がある。
そこで、本発明のガス燃焼システムは上記課題を解決し、燃料ガスの種類を容易かつ確実に判別し、異なる種類の燃料ガスの並行使用に対応できるようにすることを目的とする。
【０００４】
【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記載のガス燃焼システムは、
ガスボンベに液化して封入した燃料ガスを家庭用ガス引込口を介して、ガス器具に供給して燃焼させるガス燃焼システムにおいて、
上記ガスボンベ内の燃料ガスの飽和蒸気圧を検出する圧力検出手段と、
上記ガスボンベ内あるいは上記ガスボンベが置かれている雰囲気の温度を検出する温度検出手段と、
上記圧力検出手段による飽和蒸気圧検出と上記温度検出手段による温度検出とに基づいて、上記ガスボンベ内に封入された燃料ガス種を判別するガス種判別手段と、
上記ガス種判別手段により判別された燃料ガス種に応じて、上記ガス器具の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。
【０００５】
また、本発明の請求項２記載のガス燃焼システムは、
ガスボンベに液化して封入した燃料ガスを家庭用ガス引込口を介して、ガス器具に供給して燃焼させるガス燃焼システムにおいて、
上記ガスボンベ内の燃料ガスの飽和蒸気圧を検出する圧力検出手段と、
上記ガスボンベ内あるいは上記ガスボンベが置かれている雰囲気の温度を検出する温度検出手段と、
上記圧力検出手段による飽和蒸気圧検出と上記温度検出手段による温度検出とに基づいて、上記ガスボンベ内に封入された燃料ガス種を判別するガス種判別手段と、
上記ガス種判別手段により判別された燃料ガス種が上記ガス器具の仕様と異なる場合には、上記ガス器具の燃焼を禁止する燃焼禁止手段と
を備えたことを要旨とする。
【０００６】
また、本発明の請求項３記載のガス燃焼システムは、上記請求項１又は請求項２記載のガス燃焼システムにおいて、
上記ガス種判別される燃料ガスは、ＬＰＧとＤＭＥとであることを要旨とする。
【０００７】
上記構成を有する本発明の請求項１記載のガス燃焼システムは、圧力検出手段がガスボンベ内の燃料ガスの飽和蒸気圧を検出し、温度検出手段がガスボンベ内あるいはガスボンベが置かれている雰囲気の温度を検出する。そして、検出された飽和蒸気圧と温度とに基づいて、ガス種判別手段がガスボンベ内の燃料ガス種を判別する。
飽和蒸気圧は、燃料ガスの種類と温度とにより定まるから、ガスボンベに封入された燃料ガスの飽和蒸気圧と温度とを検出すると、その燃料ガスの種類を確実に判別することができる。
そして、判別された燃料ガス種に基づいて、燃焼制御手段がガス器具の燃焼を制御するので、複数種類の燃料ガスを並行使用してもガス器具を良好に使用することができる。
【０００８】
また、本発明の請求項２記載のガス燃焼システムは、圧力検出手段がガスボンベ内の燃料ガスの飽和蒸気圧を検出し、温度検出手段がガスボンベ内あるいはガスボンベが置かれている雰囲気の温度を検出する。そして、検出された飽和蒸気圧と温度とに基づいて、ガス種判別手段がガスボンベ内の燃料ガス種を判別する。
飽和蒸気圧は、燃料ガスの種類と温度とにより定まるから、ガスボンベに封入された燃料ガスの飽和蒸気圧と温度とを検出すると、その燃料ガスの種類を確実に判別することができる。
そして、ガス種判別手段の判別結果に基づいて、燃料ガスの種類がガス器具の仕様と異なると判断される場合には、燃焼禁止手段によりガス器具の燃焼を禁止する。
【０００９】
また、本発明の請求項３記載のガス燃焼システムでは、ＤＭＥとＬＰＧとで飽和蒸気圧が大幅に異なるため、ＤＭＥとＬＰＧとを確実に判別できる。そして、判別結果に基づいてガス器具の燃焼を制御することにより、ＬＰＧとＤＭＥとの並行使用が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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、以下本発明のガス燃焼システムの好適な実施形態について説明する。
【００１１】
《第一実施形態》
図１は、ガス器具として給湯器３を用いた場合の本発明の第一実施形態としての家庭用ガス燃焼システム１の概略構成図である。
ガス燃焼システム１は、燃料ガスとしてＬＰＧあるいはＤＭＥが液化され封入されたガスボンベ２と、ガス器具としての給湯器３と、ガスボンベ２と給湯器３とを接続するガス配管４とを備える。尚、本実施形態では、ＬＰＧとしては、１００％プロパンを用いている。
ガスボンベ２内には、燃料ガスが液化された液化ガスが封入されているが、液化ガスの一部は気化して気体ガスとして、液化ガスと気体ガスとが平衡状態で存在している。また、これらの液化ガスや気体ガスの温度は、ガスボンベ２が置かれている雰囲気の外気温と等しくなっている。
そして、このガスボンベ２には、ガスボンベ２内の燃料ガスの飽和蒸気圧を検出する圧力センサー２５と、燃料ガスの温度を検出する温度センサー２６が設けられる。
【００１２】
給湯器３は、図１に示すように、器具本体５内に燃焼室６が設けられ、その下方にＤＣモータ７と連結した給気ファン８が取り付けられる。
燃焼室６内には、下から順に、燃料ガスと給気ファン８からの一次空気との混合ガスを燃焼するバーナ９と、バーナ９の燃焼熱により通水を加熱するフィンチューブ式の熱交換器１０とが設けられる。燃焼室６の上部には、熱交換器１０で熱交換後の燃焼排気を器体外へ排出する排気口１１が形成される。
【００１３】
器具本体５内に設けられる通水管は、上流から順に、燃焼室６を外側で巻回する給水管１２，熱交換器１０に設けられる伝熱管１３，出湯管１４からなる。この給水管１２には、水流センサや水ガバナを備える水側制御ユニット１５と入水温サーミスタ５８とが設けられ、また、出湯管１４には出湯温サーミスタ５９が設けられる。
【００１４】
また、器具本体５のガス接続口１６からバーナ９へのガス管１７には、上流から順に、主電磁弁１９、ガバナ付きガス比例弁２０が設けられる。
器具本体５のガス接続口１６には、屋内に配設されたガス配管４が接続され、家庭用ガス引込口２２に接続されたガスボンベ２から燃料ガスが供給される。ガスボンベ２としては、ＬＰＧが封入されたＬＰＧボンベか、ＤＭＥが封入されたＤＭＥボンベの何れかが使用される。
【００１５】
また、水側制御ユニット１５内の水流センサや、主電磁弁１９、ガス比例弁２０、ＤＣモータ７等は、この給湯器３の燃焼を制御するバーナコントローラ２４に電気的に接続される。そして、バーナコントローラ２４には、圧力検知信号の入力端子２７と温度検知信号の入力端子２８とが設けられ、入力端子２７には圧力センサー２５の信号線が接続され、入力端子２８には温度センサー２６の信号線が接続される。
バーナコントローラ２４は、マイコンを主要部として構成され、給湯制御だけでなく、圧力センサー２５が検出した燃料ガスの飽和蒸気圧及び温度センサー２６が検出した燃料ガスの温度に基づいて、供給された燃料ガスがＬＰＧかＤＭＥかを判別するガス種判別機能を備えている。また、給湯器３は、バーナコントローラ２４を遠隔操作するリモコン６０を備え、このリモコン６０には、各種設定スイッチ、表示器の他、ガス種判別結果を点灯により報知するＬＰＧランプ２９及びＤＭＥランプ３０が設けられる。
【００１６】
この様に構成された給湯器３のバーナコントローラ２４の行う処理について図２のフローチャートを用いて説明する。
先ず、図示しない給湯栓を開くことにより給水管１２に水（図中破線矢印）が流れると、水側制御ユニット１５内の水流センサからの水流信号を検知し、給気ファン８をＤＣモータ７の駆動により回転させてプリパージを開始すると共に、圧力センサー２５と温度センサー２６からの信号を入力して、ガスボンベ２に封入された燃料ガスの飽和蒸気圧と燃料ガスの温度とを検出する（Ｓ１）。
【００１７】
続いて、検出された飽和蒸気圧と温度とに基づいて、ガスボンベ２に封入された燃料ガスがＬＰＧかＤＭＥの何れであるかを判別する（Ｓ２）。
ここで判別方法について説明する。
ＬＰＧ（本実施形態では、１００％プロパンを用いている）とＤＭＥの飽和蒸気圧曲線を図３に示す。このグラフで横軸は温度であり、縦軸はその温度の時のＬＰＧあるいはＤＭＥの飽和蒸気圧である。グラフより明かなように、ＬＰＧとＤＭＥとでは異なる飽和蒸気圧曲線を示すので、この飽和蒸気圧曲線をバーナコントローラ２４の不揮発性メモリに記憶しておき、検出した飽和蒸気圧と温度とが、図３のＬＰＧの飽和蒸気圧曲線にのる場合には封入された燃料ガスはＬＰＧであると判断し（Ｓ３）、図３のＤＭＥの飽和蒸気圧曲線にのる場合には封入された燃料ガスはＤＭＥであると判断する（Ｓ４）。
例えば、検出温度が２０℃で検出飽和蒸気圧が８００ｋＰａならば、この点は、図３のグラフではＬＰＧの飽和蒸気圧曲線にのるので、この場合は封入された燃料ガスはＬＰＧであると判断する。また、検出温度が２０℃で検出飽和蒸気圧が５００ｋＰａならば、この点は、ＤＭＥの飽和蒸気圧曲線にのるので、この場合は封入された燃料ガスはＤＭＥであると判断する。
【００１８】
そして、このガス種判別結果をリモコンに設けられたＬＰＧランプ２９あるいはＤＭＥランプ３０を点灯して報知する（Ｓ５）。つまり、ガスボンベ２内の燃料ガスがＬＰＧと判断されればＬＰＧランプ２９を点灯し、ＤＭＥと判別されればＤＭＥランプ３０を点灯する。
【００１９】
次に、判別されたガス種に対応する空燃比制御データを選択する（Ｓ６）。この空燃比制御データは、各ガス種毎に、要求インプットＩｐ（後述する）に対するガス比例弁電流Ｉ（図４参照）と給気ファン８の回転数との目標制御値を表すもので不揮発性メモリに記憶されている。
【００２０】
そして、リモコン６０で設定された出湯温度と入水温サーミスタ５８で検出された入水温度との温度差に入水流量を乗じて要求インプットＩｐを算出し、選択された空燃比制御データに基づいてフィードフォーワード燃焼制御を開始する。この燃焼制御中に、出湯温サーミスタ５９で検出される湯温と設定温度とに温度差があると、熱交換器１０の出口温度を一定に保たせるように比例弁電流Ｉを連続的に補正すると共に、常にガス量と給気量とが所定の関係に保たれるように給気ファン８の回転数も補正するフィードバック燃焼制御を行う（Ｓ７）。
【００２１】
以上説明した本実施形態のガス燃焼システム１によれば、ガスボンベ２内の燃料ガスの飽和蒸気圧と温度とを検出するといった簡単な方法で、ガスボンベ２に封入されたガス種を判別することができる。しかも、ＬＰＧとＤＭＥとでは飽和蒸気圧が大幅に異なるため、検出した飽和蒸気圧と温度とに多少の誤差が含まれていたとしても判別を確実に行うことができる。ＬＰＧとＤＭＥとを誤判別してしまうと、特にウォッベ指数の低いＤＭＥが封入されているのに、ウォッベ指数の高いＬＰＧが封入されていると判別してしまうと、ガス器具へのインプットが大きくなりすぎて危険であるが、上述したように大幅に異なる飽和蒸気圧を利用して確実に判別できるので安全である。
【００２２】
そして、判別されたガス種に基づいて、バーナ９の必要燃焼量に対応した量の燃料ガスと燃焼用空気とをバーナ９に供給するようにガス比例弁２０と給気ファン８とが自動的に調整されるので、ノズル交換等の煩雑なガス種転換作業を行うことなしに、ウォッベ指数の異なるＬＰＧとＤＭＥとの何れを使用しても給湯器３を良好に使用することができる。従って、通常は値段の安いＤＭＥを使用し、ＤＭＥの供給が滞った際にはＬＰＧを使用するといった、ＤＭＥとＬＰＧとの並行使用を使い勝手良く行うことができ経済的である。
また、異なる燃料ガスが封入されたガスボンベにつなぎかえて供給ガス種を変更すると、そのガス種の仕様に自動的に変更して燃焼制御を行うため、常に適切な仕様で燃焼できて安全である。しかも、わざわざ手動で器具の設定仕様を切り替える必要がなく便利である。
また、液化ガスであれば、ガス種毎に飽和蒸気圧曲線を不揮発性メモリに記憶しておけば判別可能となるので、将来特殊な燃料ガスを使う場合においてもちょっとした設定変更を行うだけで対応することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、ガス種を変更すると、使用者による切替操作なしで器具の仕様が自動切替されるためガス種変更に気付きにくいが、リモコン６０のＬＰＧランプ２９とＤＭＥランプ３０の何れかの点灯によりガスボンベ２内の燃料ガスの種類を把握できる。
【００２４】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要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、バーナコントローラ２４内の不揮発性メモリに予めガス器具（給湯器３）のガス種仕様を記憶しておき、判別された燃料ガスの種類と予め記憶したガス種仕様が異なる場合には、燃焼動作を禁止する様に制御しても構わない。この場合のバーナコントローラ２４の行う処理について図５のフローチャートを用いて説明する。
上述したのと同様にしてガス種を判別した後に（Ｓ１〜Ｓ５）、判別した燃料ガスの種類が、不揮発性メモリに記憶されている給湯器３の仕様と異なるか否かを判断する（Ｓ８）。
仕様に適合しない場合には（Ｓ８：ＮＯ）、燃焼制御に入らずに燃焼動作を禁止し、リモコン６０に設けられた図示しないブザーを鳴らして使用者に燃料ガス種と器具の仕様の不一致を報知する（Ｓ９）。
一方、判別したガス種が仕様に適合する場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、そのガス種に適した燃焼制御を行う（Ｓ１０）。
この場合には、適合しない仕様、すなわち良好な燃焼性が維持できないような仕様で燃焼することを防止でき安全である。尚、こうした場合には、サービスマンによるガス種転換調整作業後に、使用可能となる。
【００２５】
また、ガスボンベ２に封入される燃料ガス種としてＬＰＧ（１００％プロパン）とＤＭＥとが用いられているが、これに限られるものではない。
また、ガスボンベ２内の燃料ガスの温度は、ガスボンベ２が置かれる雰囲気の温度と等しくなっているので、温度センサー２６をガスボンベ２内に設けて直接燃料ガスの温度を検出しなくても、ガスボンベ２の近傍に温度センサーを設けて雰囲気の温度を検出してその温度を燃料ガスの温度とみなすようにしてもよい。
【００２６】
《第二実施形態》
次に、第二実施形態について図６，図７を用いて説明する。尚、第一実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分に関しては同一符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
第二実施形態のガス燃焼システム２０１では、ガス種判別機能をバーナコントローラ２２４に持たせず、図６に示すようにガス種判別機能をもった判別コントローラ３１を給湯器２０３の外部に設けて、判別信号をバーナコントローラ２２４に入力する。この場合には、判別コントローラ３１に、圧力検知信号の入力端子３２と温度検知信号の入力端子３３とを設けて、入力端子３２には圧力センサー２５からの信号線を接続し、入力端子３３には温度センサー２６からの信号線を接続すると共に、バーナコントローラ２２４に判別信号の入力端子３４を設けて、判別コントローラ３１からの信号線を接続する。
また、判別コントローラ３１には、ガス種判別結果を点灯により報知するＬＰＧランプ３５，ＤＭＥランプ３６が設けられる。
【００２８】
このように構成されたガス燃焼システム２０１のバーナコントローラ２２４と判別コントローラ３１とが行う処理について図７のフローチャートを用いて説明する。
先ず、給湯器２０３の図示しない給湯栓を開くことにより給水管１２に水（図中破線矢印）が流れると、水側制御ユニット１５内の水流センサからの水流信号を検知し、給気ファン８をＤＣモータ７の駆動により回転させてプリパージを開始すると共に、バーナコントローラ２２４から判別コントローラ３１へガス種判別指令を出力する（ＳＡ１）。判別コントローラ３１は、判別指令信号が入力されるか否かを判断しており（ＳＢ１）、判別指令信号を受信すると、圧力センサー２５と温度センサー２６からの信号を入力して、ガスボンベ２に封入された燃料ガスの飽和蒸気圧と燃料ガスの温度とを検出する（ＳＢ２）。
【００２９】
続いて、検出された飽和蒸気圧と温度とに基づいて、ガスボンベ２に封入された燃料ガスがＬＰＧかＤＭＥの何れであるかを判別する（ＳＢ３）。
ＬＰＧとＤＭＥの飽和蒸気圧曲線（図３）を判別コントローラ３１の不揮発性メモリに記憶しておき、検出した飽和蒸気圧と温度とが、図３のＬＰＧの飽和蒸気圧曲線にのる場合には封入された燃料ガスはＬＰＧであると判断し（ＳＢ４）、図３のＤＭＥの飽和蒸気圧曲線にのる場合には封入された燃料ガスはＤＭＥであると判断する（ＳＢ５）。
【００３０】
この判別結果を判別結果信号として判別コントローラ３１からバーナコントローラ２２４へ出力する（ＳＢ６）。バーナコントローラ２２４は、判別結果信号が入力されるか否かを判断しており（ＳＡ２）、判別結果信号を受信すると、リモコン６０及び判別コントローラ３１にそれぞれ設けられたランプ２９，３０，３５，３６のうち、ガスボンベ内の燃料ガスに対応するランプを点灯して報知する（ＳＡ３）。つまり、ＬＰＧと判別されればＬＰＧランプ２９，３５を点灯し、ＤＭＥと判別されればＤＭＥランプ３０，３６を点灯する。
【００３１】
次に、判別されたガス種に対応する空燃比制御データを選択する（ＳＡ４）。この空燃比制御データは、各ガス種毎に、要求インプットＩｐに対するガス比例弁電流Ｉ（図４参照）と給気ファン８の回転数との目標制御値を表すものでバーナコントローラ２２４の不揮発性メモリに記憶されている。
【００３２】
そして、リモコン６０で設定された出湯温度と入水温サーミスタ５８で検出された入水温度との温度差に入水流量を乗じて要求インプットＩｐを算出し、選択された空燃比制御データに基づいてフィードフォーワード燃焼制御を開始する。この燃焼制御中に、出湯温サーミスタ５９で検出される湯温と設定温度とに温度差があると、熱交換器１０の出口温度を一定に保たせるように比例弁電流Ｉを連続的に補正すると共に、常にガス量と給気量とが所定の関係に保たれるように給気ファン８の回転数も補正するフィードバック燃焼制御を行う（ＳＡ５）。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載のガス燃焼システムによれば、ガス種による飽和蒸気圧の違いを利用して、ガス種判別を容易に行うことができる。
そして、判別されたガス種に応じて、ガス器具の燃焼が良好に制御されるので、異なるウォッベ指数の燃料ガスを並行使用することができる。このため、燃料ガスの価格や市場への供給状態に応じて、使用するガス種を選択することができ経済的である。
【００３４】
更に、本発明の請求項２記載のガス燃焼システムによれば、ガス種による飽和蒸気圧の違いを利用して、ガス種判別を容易に行うことができる。
そして、判別された燃焼ガスの種類がガス器具の仕様と異なる場合には、ガス器具の燃焼を禁止するため、適合しない仕様で燃焼することを未然に防ぐことができ、安全である。
【００３５】
更に、本発明の請求項３記載のガス種判別装置によれば、ＤＭＥとＬＰＧとで飽和蒸気圧が大幅に異なるために、ＤＭＥとＬＰＧとを確実に判別でき、誤判別を防止できるので安全である。
そして、ＬＰＧとＤＭＥの並行使用が可能となるので、安価なＤＭＥの市場への供給が充分な場合はＤＭＥを使用し、ＤＭＥの供給が滞った際にはＬＰＧを使用することができ、ＬＰＧからＤＭＥへの移行期において非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態としてガス燃焼システムの概略構成図である。
【図２】第一実施形態の給湯器の作動制御を示すフローチャートである。
【図３】ＬＰＧ及びＤＭＥの飽和蒸気圧曲線を表すグラフである。
【図４】給湯器のインプットに対する比例弁電流の関係を示すグラフである。
【図５】別の実施形態の給湯器の作動制御を示すフローチャートである。
【図６】第二実施形態としてガス燃焼システムの概略構成図である。
【図７】第二実施形態の給湯器の作動制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，２０１…ガス燃焼システム、２…ガスボンベ、３，２０３…給湯器、２４，２２４…バーナコントローラ、２２…家庭用ガス引込口、２５…圧力センサー、２６…温度センサー、３１…判別コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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