(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナにより加熱される熱交換器が、前記バーナの燃焼室を形成する筒胴の上部に設けられ、
前記バーナの燃焼炎の温度が高いほど大きい起電力を出力する第１熱電対と、前記燃焼室内の周囲温度が高いほど大きい起電力を出力する第２熱電対と、前記第１熱電対及び前記第２熱電対の出力に基づいて、動作異常を判別すると、前記バーナの燃焼を停止させる制御手段とが備えられている燃焼装置であって、
前記制御手段は、前記第１熱電対による起電力の検出情報、及び、前記第２熱電対による起電力の検出情報を夫々各別に求めて、それらの検出情報に基づいて、前記動作異常を判別するように構成され、
前記第１熱電対と前記第２熱電対とを、それらが互いに逆方向の起電力を発生する状態で直列接続して、それらの両端部が前記制御手段に電気的に接続されて各熱電対における起電力の出力の合計値が制御手段に入力されるように構成され、
且つ、前記第１熱電対と前記第２熱電対との中間接続箇所が前記制御手段に電気的に接続されて第１熱電対の起電力の出力値が前記制御手段に入力されるように構成され、
前記制御手段は、前記合計値と、前記第１熱電対の起電力の出力値とに基づいて、第２熱電対の起電力の出力値を求めるように構成され、
直列接続される前記第１熱電対と前記第２熱電対における、前記第１熱電対側の接続端子が接地され、他端側の接続端子の起電力が前記合計値として前記制御手段に入力されるように接続され、
前記制御手段は、前記合計値と前記第１熱電対の起電力の出力値とに基づいて、前記他端側の接続端子の接地短絡異常を判別するように構成されている燃焼装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１熱電対における起電力の出力値の絶対値がバーナ用判別値を下回ると、前記動作異常として、前記バーナが燃焼不良を起こしているものと判別するように構成されている請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第２熱電対における起電力の出力値の絶対値が燃焼室用判別値を超えると、前記動作異常として、前記燃焼室内において排気閉塞を起こしているものと判別するよう構成されている請求項１又は２記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナにより加熱される熱交換器が、前記バーナの燃焼室を形成する筒胴の上部に設けられ、前記バーナの燃焼炎の温度が高いほど大きい起電力を出力する第１熱電対と、前記燃焼室内の周囲温度が高いほど大きい起電力を出力する第２熱電対と、前記第１熱電対及び前記第２熱電対の出力に基づいて、動作異常を判別すると、前記バーナの燃焼を停止させる制御手段とが備えられている燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の燃焼装置において、従来では、例えば特開平８−６１６２１号公報に示されるように、前記第１熱電対はバーナの燃焼炎に対して直接臨ませるようにして配置され、且つ、第２熱電対は筒胴の外面側から筒胴に形成した開口から内部に臨ませる状態で配置されていた。そして、図５の簡略化した回路図に示すように、第１熱電対と第２熱電対とが互いに逆極性の起電力になる状態でそれらが電気的に直列接続され、その両端側がリード線を介して制御手段（コントローラＣ）に接続され、制御手段は、その両端側の起電力が設定値以下になると、バーナの燃焼を停止させるように構成されていた。
【０００３】
上記構成の燃焼装置は、例えば燃焼用空気の不足（酸素不足）により、バーナの燃焼炎がリフトしたり、燃焼炎が立ち消えしたりすると、第１熱電対の起電力が低下することになり、前記両端側の起電力が設定値以下になると、バーナの燃焼を停止させることになる。又、長年の使用により熱交換器が詰まると、バーナに燃焼ガスが流動しにくくなって、燃焼室内の周囲温度が上昇して第２熱電対の起電力が大になる。そうすると、この第２熱電対の逆向きの起電力が大になるので、前記両端側の起電力が設定値以下になってバーナの燃焼を停止させることになる。このようにして、燃焼装置の動作異常を適正に判断してバーナの燃焼を停止させて使用上の安全性を確保するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来構成では、第１熱電対はバーナの近傍に臨ませて設けられるので発生する起電力は大きくなるが、第２熱電対は第１熱電対に比べて発生する起電力が比較的小さいものとなり、しかも、この第２熱電対はバーナの燃焼ガスが流動する箇所に設けられるので、燃焼ガス中が流動することによって、その表面に例えば煤等が付着することがある。
このように第２熱電対の表面に煤が付着したような場合には、上記したような熱交換器の詰まり等が発生して燃焼室の周囲温度が上昇しても発生する起電力が予め設定されている値よりも更に小さいものになってしまい、動作異常を適正に判別することができないおそれがあった。
【０００５】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、燃焼動作異常を適正に検出することが可能となる燃焼装置を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の特徴構成によれば、前記制御手段は、前記第１熱電対による起電力の検出情報、及び、前記第２熱電対による起電力の検出情報を夫々各別に求めて、それらの検出情報に基づいて、前記動作異常を判別するように構成され、
前記第１熱電対と前記第２熱電対とを、それらが互いに逆方向の起電力を発生する状態で直列接続して、それらの両端部が前記制御手段に電気的に接続されて各熱電対における起電力の出力の合計値が制御手段に入力されるように構成され、
且つ、前記第１熱電対と前記第２熱電対との中間接続箇所が前記制御手段に電気的に接続されて第１熱電対の起電力の出力値が前記制御手段に入力されるように構成され、
前記制御手段は、前記合計値と、前記第１熱電対の起電力の出力値とに基づいて、第２熱電対の起電力の出力値を求めるように構成され、
直列接続される前記第１熱電対と前記第２熱電対における、前記第１熱電対側の接続端子が接地され、他端側の接続端子の起電力が前記合計値として前記制御手段に入力されるように接続され、
前記制御手段は、前記合計値と前記第１熱電対の起電力の出力値とに基づいて、前記他端側の接続端子の接地短絡異常を判別するように構成されている。
【０００７】
従って、制御手段は、第１熱電対と第２熱電対との各起電力の検出情報を夫々各別に求めることにより、それらが発生する起電力のレベルに差があっても、又、煤の付着等により検出する起電力そのものが小さいものとなっても、各熱電対における起電力変動量に対する、バーナの燃焼炎の温度の変化や燃焼室内の周囲温度の変化による変動量の割合が従来のものに比べて大きくなる。
【０００８】
その結果、前記各熱電対にて各別に発生する起電力の変化に基づいて、バーナの燃焼炎の温度の変化や燃焼室内の周囲温度の変化とを適正に判別することができるものとなった。
又、第１熱電対の起電力の出力値に基づいてバーナの燃焼動作異常を判別でき、前記合計値と第１熱電対の起電力の出力値とに基づいて求めた第２熱電対の起電力の出力値に基づいて、熱交換器の詰まり等の排気閉塞異常を判別できることになる。
さらに、制御手段に対して電気的に接続されるのは、直列接続された第１熱電対と第２熱電対の両端側箇所と、各熱電対の中間接続箇所であるが、これらの箇所と制御手段とを電気的に接続するための接続線が途中で接地短絡したような場合等においては、前記他端側の接続端子の接続線が接地すると、前記合計値がほぼゼロに近い異常な値になるので異常状態であることを判別できる。又、中間接続箇所に対応する接続線が接地短絡すると、前記第１熱電対の起電力の出力値がほぼゼロに近い異常な値になるので異常状態であることを判別できる。
尚、例えば、図４に示す構成が考えられるが、このように構成した場合には、燃焼動作の異常を適正に判別することはできるが、図４における例えばＰ３点（第２熱電対の起電力の検出用端子）が接地短絡した場合、上述したような煤が付着していると、このような異常状態を有効に検出できないおそれがある。
しかし、請求項１の特徴構成によれば、このような不利を解消して、燃焼動作の異常を適正に判別できるものでありながら、各熱電対と制御手段との間における配線の接地短絡異常等を適正に検出することが可能となる燃焼装置を提供できるに至った。
【０００９】
請求項２に記載の特徴構成によれば、請求項１において、前記制御手段は、前記第１熱電対における起電力の出力値の絶対値がバーナ用判別値を下回ると、前記動作異常として、前記バーナが燃焼不良を起こしているものと判別するように構成されている。
【００１０】
第１熱電対における起電力の出力値の絶対値がバーナ用判別値を下回るときは、バーナの燃焼炎の温度が設定温度よりも低くなっているので、例えば、バーナの燃焼炎がリフトを起こしていたり、立ち消えになっている等、バーナの燃焼動作異常であるから、このようなときはバーナの燃焼を停止させることで安全性を確保できる。
【００１１】
請求項３に記載の特徴構成によれば、請求項１又は２において、前記制御手段は、前記第２熱電対における起電力の出力値の絶対値が燃焼室用判別値を超えると、前記動作異常として、前記燃焼室内において排気閉塞を起こしているものと判別するよう構成されている。
【００１２】
第２熱電対における起電力の出力値の絶対値が燃焼室用判別値を超えると、燃焼室の周囲温度が高温となっているので、バーナの燃焼ガスの流動が良好でなく、排気閉塞を起こしていると判断できるので、このようなときはバーナの燃焼を停止させることで安全性を確保できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる燃焼装置を給湯装置に適用した場合について、図面に基づいて説明する。
先ず、図１に基づいて、給湯装置の全体構成について説明する。
筒胴１の内部の上端部にフィンチューブ型の水加熱用熱交換器２を設け、筒胴１の下方に熱交換器２を加熱するバーナ３を設け、筒胴１の内部にバーナ３の燃焼室Ｒを形成してある。熱交換器２への給水路Ｗｉには、止水弁４、水圧変化に応動して給水量を調整する水ガバナ５、及び、分流弁６を介装してあり、熱交換器２からの出湯路Ｗｏは、フレキシブル管７を介して出湯具８に接続してある。バーナ３へのガス供給路Ｇには、遮断弁９、連動杆１０ａを介しての水ガバナ５との連動により給水状態でのみ開く水圧応動弁１０、燃料ガス供給の元圧変化に応動してバーナ３への燃料ガス供給圧を適正圧に保つガスガバナ１１、及び、燃料ガス供給量を調整する調整弁１２を介装してある。
分流弁６は、熱交換器２への給水量と、バイパス路Ｗｂを介して給水路Ｗｉから出湯路Ｗｏへ分流供給するバイパス水量を調整する。
又、給湯装置の各種制御を司るマイクロコンピュータを備えて構成される制御手段としてのコントローラＣを設けてある。
【００２２】
次に、出湯時、止水時のコントローラＣの制御作動について説明する。
出湯すべく、押しボタン式の出湯操作具１３を押すと、操作マイクロスイッチ１４がオンし、同時に、出湯操作具１３の押し操作に連動して止水弁４が開弁され、水が水ガバーナ５に入り、水圧により連動杆１０ａが水圧応動弁１０を開弁する方向に応動して水圧マイクロスイッチ１５がオンする。操作マイクロスイッチ１４及び水圧マイクロスイッチ１５がオンすると、コントローラＣは、点火プラグ１６をスパークさせるともに、遮断弁９のコイル９ａに吸着電流を流すので、遮断弁９が開弁される。
従って、燃料ガスは、遮断弁９、水圧により応動した連動杆１０ａにより開弁された水圧応動弁１０、ガスガバーナ１１及び調整弁１２を通過してバーナ３に供給され、点火プラグ１６のスパークにより点火されて燃焼する。バーナ３の燃焼炎に接触させる状態で第１熱電対１７を設けてあり、バーナ３の燃焼炎により加熱された第１熱電対１７の起電力により、コントローラＣから遮断弁９のコイル９ａに吸着電流が流れ続けて、遮断弁９の開弁が継続する。
一方、水は、止水弁４、水ガバーナ５及び分流弁６を通過して熱交換器２に流れると同時に、バイパス路Ｗｂを通じて出湯路Ｗｏへ流れる。そして、熱交換器２からの湯とバイパス路Ｗｂからの水とが混合されて適温となった湯が、出湯具８から出湯される。
【００２３】
止水すべく、出湯状態において出湯操作具１３を押すと、その押し操作に連動して止水弁４が閉弁して給水が停止され、水ガバナ５は水圧差がなくなるので、連動杆１０ａが水圧応動弁１０を閉弁する方向に応動して、水圧応動弁１０が閉弁されて、バーナ３への燃料ガス供給が断たれてバーナ３の燃焼が停止される。上述の出湯状態での出湯操作具１３の押し操作に伴って、操作マイクロスイッチ１４及び水圧マイクロスイッチ１５がオフすると、コントローラＣは、コイル９ａへ吸着電流を流すのを停止するので、遮断弁９が閉弁される。
【００２４】
次に、図１に基づいて、バーナ３に燃焼異常が起こったり、給湯装置の内部の温度が異常に上昇したときに実行される安全手段の構成について説明する。
バーナ３の燃焼炎の温度に応じた起電力を出力する上述の第１熱電対１７、燃焼室Ｒの温度に応じて第１熱電対１７とは逆極性となるような起電力を出力する第２熱電対２１、ガスノズル１８の近傍の温度が異常高温になることに基づいて溶断するノズル近傍用温度ヒューズ１９、及び、筒胴１の外周近傍の温度が異常高温になることに基づいて溶断する筒胴用温度ヒューズ２０を設けてある。
【００２５】
第１熱電対１７は、金属性の熱電対取付板を用いて感熱部が正常燃焼状態の燃焼炎の内部に位置するように、且つ、そのプラス側が熱電対取付板と電気的に接続するように設けてある。又、第２熱電対２１は、その感熱部が筒胴１に形成した測温用開口１ａに臨む状態で設けてある。
【００２６】
ノズル近傍用温度ヒューズ１９及び筒胴用温度ヒューズ２０夫々同様の構成であり、図示はしないが、両端夫々にリード線を接続したヒューズ素子を、可撓性及び耐熱性を有するチューブ内に挿入するとともに、チューブの外周の２箇所をバインダにて束縛してチューブ内に固定する構成となっている。
ノズル近傍用温度ヒューズ１９は、バーナ３に対応するガスノズル１８の下方近傍に位置するように配置してあり、筒胴用温度ヒューズ２０は、筒胴１の外周部の背面側（給湯装置を壁面に設置する場合は、壁面側）近傍に配置してある。
【００２７】
前記第１熱電対１７、第２熱電対２１、及び、前記各温度ヒューズ１９，２０は、夫々、リード線を介してコントローラＣに電気的に接続してあり、前記第１熱電対１７と第２熱電対２１とは、互いに逆極性の起電力がコントローラＣに入力されるように接続してある。つまり、図２に示すように、第１熱電対１７のマイナス端子と第２熱電対２１のマイナス端子とを接続し、上述したように第１熱電対１７のプラス端子を、熱電対取付板に接続して電気的に接地すると共にリード線２２を介してコントローラＣの入力端子ａに接続してあり、第２熱電対２１のプラス端子をリード線２３を介してコントローラＣの入力端子ｂに接続してある。又、第１熱電対１７と第２熱電対２１との間の中間接続箇所をリード線２４を介してコントローラＣの入力端子ｃに接続している。
従って、第１熱電対１７と前記第２熱電対２１とを、それらが互いに逆方向の起電力を発生する状態で直列接続して、それらの両端部がコントローラＣに電気的に接続されて各熱電対における起電力の出力の合計値が、前記各入力端子ａ，ｂ間に入力されるように構成している。又、第１熱電対１７の起電力の出力値がコントローラＣの入力端子ｃに入力されるように構成している。
【００２８】
そして、コントローラＣは、第１熱電対１７による起電力の検出情報、及び、前記第２熱電対２１による起電力の検出情報を夫々各別に求めて、それらの検出情報に基づいて動作異常を判別するように構成されている。
つまり、コントローラＣは、前記各入力端子ａ，ｂ間に入力される前記合計値と、入力端子ｃに入力される第１熱電対１７の起電力の出力値とに基づいて、第２熱電対２１の起電力の出力値を演算にて求めるようになっており、各別に求められる第１熱電対１７による起電力、及び、前記第２熱電対２１による起電力が低下すると、後述するような動作異常であると判断して、遮断弁９のコイル９ａへ吸着電流を流すのを停止して、遮断弁９を閉弁してバーナ３の燃焼を停止させるように構成してある。
【００２９】
即ち、受入口３２から吸入される燃焼用一次空気の量が異常に少なくなったり、その燃焼用一次空気中の酸素濃度が異常に低下すると、バーナ３は不完全燃焼を起こして燃焼炎が長くなる。バーナ３が動作異常としてのこのような不完全燃焼を起こして燃焼炎が長くなったり、燃焼炎が不測に立ち消えたりすることにより、第１熱電対１７の起電力Ｖ１が低下すると、それに伴って図３（イ）に示すように、その起電力Ｖ１が低下してそれがバーナ用判別値Ｖｓ１を下回ると、コントローラＣは、遮断弁９を閉弁してバーナ３への燃料ガス供給が断ってバーナ３の燃焼を停止させるように構成している。
【００３０】
又、熱交換器２に燃焼ガス中の燃焼生成物や塵埃が付着して、熱交換器２の燃焼ガス通路が狭くなると、燃焼ガスが燃焼室Ｒ内に滞留する量が増加して、燃焼室Ｒ内の周囲温度が上昇する。このような排気閉塞によって燃焼室Ｒ内の周囲温度が高くなるほど、図３（ロ）に示すように、第２熱電対２１の起電力Ｖ２は大になるが、燃焼室Ｒ内の周囲温度が異常高温になることにより、この起電力Ｖ２が燃焼室用判別レベルＶｓ２を超えると、同様にして、コントローラＣは遮断弁９を閉弁してバーナ３の燃焼を停止させる。
【００３１】
従って、コントローラＣは、第１熱電対１７における起電力の出力値の絶対値がバーナ用判別値Ｖｓ１を下回ると動作異常としてバーナ３が燃焼不良を起こしているものと判別し、第２熱電対２１における起電力の出力値の絶対値が燃焼室用判別値Ｖｓ２を超えると、動作異常として、燃焼室Ｒ内において排気閉塞を起こしているものと判別するようになっている。
【００３２】
尚、熱交換器２に燃焼ガス中の燃焼生成物や塵埃が付着することに起因して、燃焼室Ｒ内の周囲温度が異常に上昇して、筒胴１の外周近傍の温度が異常高温になると、筒胴用温度ヒューズ２０が溶断する。又、バーナ３の受入口３２に蜘蛛の巣が張られたり、塵埃が溜まったりして、ガスノズル１８から噴出した燃料ガスの一部が受入口３２の外に漏洩して、その漏洩ガスがバーナ３の燃焼炎により引火して燃焼する等して、ガスノズル１８近傍の温度が異常高温になると、ノズル近傍用温度ヒューズ１９が溶断する。そして、このように筒胴用温度ヒューズ２０が溶断したり、ノズル近傍用温度ヒューズ１９が溶断したりすると、コントローラＣは、遮断弁９を閉弁してバーナ３の燃焼を停止させるようになっている。
【００３３】
このようにして、動作異常が発生したときには、バーナ３の燃焼を停止させて使用上の安全性を向上させている。
【００３４】
上記構成とすることで、例えば、図２におけるリード線２３が配線途中（回路上の点Ｐ１）でケースに接触して接地短絡したような場合には、前記合計値Ｖｔがほぼゼロとなるので、直ちに、バーナ３の燃焼が停止されることになる。又、図２におけるリード線２４が配線途中（回路上の点Ｐ２）でケースに接触して接地短絡したような場合には、第１熱電対１７の起電力の出力値がほぼゼロとなるので、この場合においてもバーナ３の燃焼が停止されることになる。このようにして、リード線等の接地短絡異常を有効に判別してバーナ３の燃焼を停止させるようになっている。
【００３６】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、ノズル近傍用温度ヒューズ１９や筒胴用温度ヒューズ２０等を設けて更に使用上の安全性を向上させているが、このようなヒューズを用いないようにしてもよい。
【００３７】
（２）上記実施形態では、本発明を適用する燃焼装置の具体構成が給湯装置である場合について例示したが、燃焼装置の具体構成は種々変更可能であり、例えば、暖房装置でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用した給湯装置のブロック図
【図２】  制御ブロック図
【図３】  起電力の発生状態を示す図
【図４】  熱電対の接続状態を示す制御ブロック図
【図５】  従来例の熱電対の接続状態を示す制御ブロック図
【符号の説明】
１      筒胴
２      熱交換器
３      バーナ
１７    第１熱電対
２１    第２熱電対
Ｃ      制御手段
Ｒ      燃焼室
Ｖｓ１  バーナ用判別値
Ｖｓ２  燃焼室用判別値
【図１】
0003963581.tif 000002
【図２】
0003963581.tif 000003
【図３】
0003963581.tif 000004
【図４】
0003963581.tif 000005
【図５】
0003963581.tif 000006