(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナの近傍に配置されて前記バーナの炎を検知する第一熱電素子と、前記バーナの上方に配置されて前記バーナによる燃焼排気熱を検知する第二熱電素子とを直列に且つ極性を逆向きに接続し、前記２つの熱電素子から得られる合成起電力により前記バーナの燃焼状態を検知可能とした開放型ガス燃焼器具であって、
前記バーナ点火直後の所定の判定時間に前記合成起電力を予め設定された判定起電力と比較する比較手段と、その比較手段による比較結果に基づいて器具の運転状態を制御する運転制御手段とを備え、
前記比較手段による比較を、前記合成起電力の立上り前の第一判定時間とその後の第二判定時間とに行い、前記第一判定時間において前記合成起電力が前記判定起電力より小さい場合は、前記運転制御手段が前記バーナの燃焼を停止させ、且つ再使用可能とし、前記合成起電力が前記判定起電力より大きい場合は、更に前記第二判定時間において前記合成起電力が前記判定起電力を下回った場合に、前記運転制御手段が前記バーナの燃焼を停止させて器具の再使用を禁止するようにしたことを特徴とする開放型ガス燃焼器具。
【請求項２】
第二判定時間における比較の際、合成起電力が判定起電力を下回る時間が所定時間以上の場合のみ器具の再使用を禁止する請求項１に記載の開放型ガス燃焼器具。
【請求項３】
器具の再使用が禁止された際の器具の能力を記憶する器具能力記憶手段と、任意に切り替えられる前記器具の能力を検知可能な器具能力検知手段とを備え、前記器具の再使用が禁止された状態で、前記器具能力検知手段が前記器具能力記憶手段により記憶された能力より小さい能力を検知した場合は、前記器具の再使用禁止を解除する請求項１又は２に記載の開放型ガス燃焼器具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、元止め式湯沸器等、燃焼用空気を室内から採り、燃焼ガスをそのまま室内に排出する開放型ガス燃焼器具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記開放型ガス燃焼器具、例えば元止め式湯沸器では、室内の換気が不十分な場合や熱交換器のフィンの間隙が燃焼生成物の付着によって閉塞を起こした場合には、燃焼用空気が採り込みにくくなり、不完全燃焼に繋がる虞れがあることから、これらを事前に検知してガスの供給を遮断する不完全燃焼防止装置（以下「不燃防装置」と略称する）が具備される。具体的には、湯沸器のバーナの近傍に設置した一次熱電対と、バーナの上方で熱交換器の燃焼室窓に臨ませた二次熱電対とを、極性が逆向きになるように直列に接続し、ここで得られる合成起電力を、ガス流路に設けたマグネット電磁弁の保持に直接利用し、或はマグネット電磁弁を開閉制御するコントローラに監視させる構成となっている。よって、室内の酸素濃度が低下してきた場合は、バーナの炎のリフトや立ち消えにより一次熱電対の起電力が低下することで、又、長期使用により熱交換器のフィン閉塞が進行した場合は、燃焼排気熱により燃焼室窓の二次熱電対の起電力が高くなることで、何れも合成起電力が低下するため、マグネット電磁弁が直接、或はコントローラを介して閉弁され、ガスの供給が遮断されるものとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記不完全燃焼の原因のうち、フィンの閉塞の場合は、メンテナンスを行わずに使用を続けると、閉塞が進行し、熱交換器等に損傷を与えたり、炎が燃焼室の外部にあふれたりする虞れがあるため、一旦これを検知した後は器具の再使用を禁止する（いわゆるインターロックをかける）のが望ましい。
しかし、上記従来の不燃防装置においては、室内の酸素不足もフィンの閉塞も共に、同じ合成起電力の低下で検知しているため、両者の区別ができない。かといって原因に拘わらずインターロックをかけると、酸素不足の場合は換気を行えば簡単に燃焼異常の原因が解消されるから、この場合まで再使用が禁止されると、逆に使い勝手を損なうことになる。よって、結局上記不燃防装置のように一時的にガスの供給を遮断するにとどめ、器具の再使用時に改めて合成起電力の低下を検知して燃焼停止を行わざるを得ない。ところが、この再使用時には、熱電対の起電力が立上って燃焼異常を検知可能になるまでの時間は不燃防装置が働かないため、当該時間は器具を使用可能となり、フィンの閉塞が生じていた場合にはこの時間の使用の繰り返しによって、室内の空気は発生ＣＯによりどんどん汚染され、ＣＯ中毒の危険にさらされることになる。又、フィンの閉塞が進行し、上記熱交換器の損傷等を生じさせてしまう。
【０００４】
そこで、請求項１に記載の発明は、酸素不足やフィン閉塞といった燃焼異常の原因を区別して検知し、原因に合わせた適切な対応を可能とする開放型ガス燃焼器具を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、前記バーナ点火直後の所定の判定時間に前記合成起電力を予め設定された判定起電力と比較する比較手段と、その比較手段による比較結果に基づいて器具の運転状態を制御する運転制御手段とを備え、比較手段による比較を、合成起電力の立上り前の第一判定時間とその後の第二判定時間とに行い、前記第一判定時間において前記合成起電力が判定起電力より小さい場合は、運転制御手段がバーナの燃焼を停止させ、且つ再使用可能とし、前記合成起電力が前記判定起電力より大きい場合は、更に前記第二判定時間において前記合成起電力が前記判定起電力を下回った場合に、前記運転制御手段がバーナの燃焼を停止させて器具の再使用を禁止するようにしたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、合成起電力の偶発的な低下による誤検知を排除してフィン閉塞検知の信頼性を高めるために、第二判定時間における比較の際、合成起電力が判定起電力を下回る時間が所定時間以上の場合のみ器具の再使用を禁止するものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、器具の再使用が禁止されても器具の能力によっては使用可能な場合もあることから、その場合の使い勝手を考慮するために、器具の再使用が禁止された際の器具の能力を記憶する器具能力記憶手段と、任意に切り替えられる前記器具の能力を検知可能な器具能力検知手段とを備え、前記器具の再使用が禁止された状態で、前記器具能力検知手段が前記器具能力記憶手段により記憶された能力より小さい能力を検知した場合は、前記器具の再使用禁止を解除するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、開放型ガス燃焼器具としての元止め式湯沸器（以下「湯沸器」という）の構造図、図２はその概略図で、湯沸器１は、燃焼室２内に、上水道に接続される給水管３からの水をバーナ４の燃焼熱で加熱し、出湯管６から湯として送り出す熱交換器５を備え、給水管３の上流には、操作ボタン７の押し操作によりレバー８を介して開閉制御される水栓９と、ダイアフラム１０の一次圧室１１とが配置され、一次圧室１１の下流に形成したベンチュリー１３を差圧管１４を介してダイアフラム１０の二次圧室１２に接続させている。又、このダイアフラム１０には、突棒１５が連結されており、水栓９の開弁により給水管３内に通水されると、ベンチュリー１３での通水によって二次圧室１２の圧力が一次圧室１１より低下してダイアフラム１０が二次圧室１２側へ動作することで、突棒１５がその動作に連動し、バーナ４へのガス流路に配置されたマグネット電磁弁１６の開弁機構１６ａを動作させてこれを開弁させ、続いて水圧応動弁１７を開弁させるようになっている。尚、１９，２０は、夫々突棒１５の動作に連動し、マグネット電磁弁１６、水圧応動弁１７の開弁に合わせて順次ＯＮされる水圧スイッチ、２１は、操作ボタン７の押し操作に伴いレバー８を介してＯＮされるレバースイッチで、夫々のＯＮ信号はコントローラ２２へ入力される。更に、ガス流路における水圧応動弁１７の下流側には、操作ボタン７の押し操作に伴い開弁する器具栓１８が設けられている。
一方、コントローラ２２には、バーナ４点火用の点火電極２３とイグナイタ２４、炎検知用のフレームロッド２５が夫々接続される他、バーナ４に併設したセンシングバーナ４ａの近傍に設けられる第一熱電素子としての一次熱電対２６と、バーナ４の上方で燃焼室２における熱交換器５下部の内胴窓に臨ませて設けられる第二熱電素子としての二次熱電対２７とが、（＋）（−）の極性を逆向きにして直列に接続され、一次，二次熱電対２６，２７の合成起電力がコントローラ２２へ入力されるようになっている。尚、２８は乾電池、２９はＬＥＤランプである。
【０００７】
又、図３はコントローラ２２における制御回路のブロック図で、ここでは、電池電圧の最低補償電圧を監視するリセット回路３１、原発振用のクロック回路３２を備えたマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略称する）３０を利用して、後述する点火制御及び不完全燃焼防止制御を行うもので、各入力ポート（ＰＩで示す）には、レバースイッチ２１、水圧スイッチ１９，２０のＯＮ信号及び乾電池２８の電圧監視回路３３からの電圧検知信号が夫々入力されると共に、フレームロッド２５の電流値を検知する炎検知回路３４と、一次熱電対２６と二次熱電対２７との合成起電力を検知する起電力判定回路３５とを介して、バーナ４の燃焼状態の検知及び判定信号が入力される。一方、各出力ポート（ＰＯで示す）には、イグナイタ２４を動作させる点火回路３６、マグネット電磁弁１６への吸着及び保持電流を供給する電磁弁駆動回路３７が夫々接続されて、マイコン３０からの出力に応じて夫々作動制御されるようになっている。
【０００８】
以上の如く構成された湯沸器１の動作を図４のフローチャートに従って説明する。まず、操作ボタン７を押し操作すると、Ｓ１で、レバースイッチ２１がＯＮすると共に、器具栓１８及び水栓９が夫々開弁し、前述の如く給水管３の通水に伴う突棒１５の動作でマグネット電磁弁１６も開弁され、器具内への通水が行われる。次に、Ｓ２で突棒１５の動作に伴い水圧スイッチ１９がＯＮすると、Ｓ３では、電圧監視回路３３から入力される電池電圧が２．１Ｖ以上か否かを判別する。ここで２．１Ｖを下回っていれば、Ｓ４でＬＥＤランプ２９を点灯させる。一方、２．１Ｖ以上であれば、Ｓ５でイグナイタ２４を動作させて点火電極２３を連続スパークさせると共に、マグネット電磁弁１６へ吸着電流１を通電させる。次にＳ６の判別で、突棒１５による水圧応動弁１７の開弁と同時の水圧スイッチ２０のＯＮ信号を確認するが、このＯＮ信号がＳ２での水圧スイッチ１９のＯＮから２秒以内に得られなければ、Ｓ７でイグナイタ２４をＯＦＦさせてマグネット電磁弁１６を閉弁させ、点火制御を終了させる。逆に、水圧スイッチ２０のＯＮ信号が適正に得られれば、水圧応動弁１７の開弁でガスの供給がなされたとしてＳ８でイグナイタ２４のみをＯＦＦさせる。こうしてバーナ４に点火され、Ｓ９でフレームロッド２５から炎検知回路３４を介してバーナ４の燃焼が確認されると、Ｓ１０でマグネット電磁弁１６への吸着電流を保持電流２に下げる。尚、着火ミスや立ち消えが生じると、Ｓ９で炎検出信号が得られないため、マイコン３０は電磁弁駆動回路３７への出力によってマグネット電磁弁１６への吸着電流の供給を停止し、マグネット電磁弁１６を閉弁させてガスの供給を遮断する（Ｓ７）。
【０００９】
続いて、マイコン３０は、上記点火制御の後、立上りに入力される一次熱電対２６と二次熱電対２７との合成起電力を起電力判定回路３５を介して監視して、室内の酸素不足や熱交換器５のフィン閉塞による不完全燃焼の発生を防止すべく、Ｓ１１以下の不完全燃焼防止制御（以下「不燃防制御」と略称する）を実行している。
まず、Ｓ１１で、Ｓ９の炎検出から第一判定時間Ｔ1 を経過したか否かを判別する。第一判定時間Ｔ1 に達すれば、次のＳ１２で、ここで得られる合成起電力Ｖが判定起電力ＶO 以上か否かを判別する。合成起電力Ｖが判定起電力ＶO を下回っていれば、酸素不足による炎のリフトや立ち消え等が生じたとして、Ｓ７でマグネット電磁弁１６への保持電流の供給を停止してこれを閉弁させ、ガスの供給を遮断する。一方、合成起電力Ｖが判定起電力ＶO 以上であれば、次のＳ１３で、Ｓ９の炎検出から第二判定時間Ｔ2 を経過したか否かを判別する。第二判定時間Ｔ2 に達すれば、Ｓ１４で、再び合成起電力Ｖが判定起電力ＶO より小さいか否かを判別する。合成起電力Ｖが判定起電力ＶO を下回っていれば、Ｓ１５の判別で、この下回る時間ｔが所定時間Δｔ以上か否かを確認し、ここでΔｔ以上であれば、フィンの閉塞によるものとして、Ｓ１６でインターロック要求を出力してＳ７でのマグネット電磁弁１６の閉弁を行い、以後の器具の使用を禁止させる（インターロック）。
尚、この酸素不足やフィン閉塞が生じなかった場合は、燃焼が継続されるが、Ｓ１７において、Ｓ２での水圧スイッチ１９のＯＮ検知後２０分経過を確認すると、Ｓ７でマグネット電磁弁１６を閉弁させてバーナ４を自動消火させる消忘れタイマが働く。
【００１０】
このように、合成起電力Ｖの判定を、第一判定時間Ｔ1 と第二判定時間Ｔ2 とで２回行うようにしたのは、以下の理由による。
図５は、器具の使用開始時（水からの加熱、いわゆるコールドスタート）における一次熱電対２６の起電力Ｖ1 、二次熱電対２７の起電力Ｖ2 及び、合成起電力Ｖの変化を、夫々酸素不足の場合（Ａ）と、熱交換器５のフィン閉塞の場合（Ｂ）とに分けて示すもので、ここで明らかなように、酸素不足の場合は、一次熱電対の起電力Ｖ1 の立上りが遅いため、合成起電力Ｖが緩やかに上昇し、第一判定時間Ｔ1 では判定起電力ＶO に達することがない。一方、フィン閉塞の場合は、一次熱電対２６の起電力Ｖ1 よりも二次熱電対２７の起電力Ｖ2 の立上りが遅いため、合成起電力Ｖは、第一判定時間Ｔ1 内で判定起電力ＶO に達する早い立上りを見せるものの、起電力Ｖ2 の立上りに伴い、途中でピークをむかえて下降する傾向にある。よって、この合成起電力Ｖの変化の相違から、第二判定時間Ｔ2 で合成起電力Ｖが判定起電力ＶO を下回ったのを検知することで、酸素不足の場合との区別を可能としたのである。尚、上記Ｓ１５で、第二判定時間Ｔ2 において判定起電力ＶO を下回る時間ｔを所定時間Δｔ以上と条件付けたのは、風による炎のゆらぎ等偶発的な合成起電力Ｖの低下による誤検知を排除するためである。
【００１１】
以上の如く、上記形態においては、酸素不足とフィン閉塞とによる立上りの合成起電力Ｖの変化に、時間経過に伴う相違が見られるのに着目し、上記判定時間でこの相違を検知することで、燃焼異常の原因を区別可能となる。よって、フィン閉塞の場合はインターロックをかけて器具の再使用を禁止して安全を確保する一方、酸素不足の場合はインターロックをかけずに一時的な燃焼停止にとどめて、換気等により器具の再使用を可能として使い勝手を確保する、という燃焼異常の原因に応じた適切な対処が可能となる。特に、フィン閉塞の検知においては、合成起電力Ｖが判定起電力ＶO を所定時間ΔＴ以上下回ることを条件付けているため、合成起電力Ｖの偶発的な低下による誤検知を排除して確実なフィン閉塞を検知でき、不燃防制御の信頼性が高まるのである。
【００１２】
一方、上記形態においては、図３に示すようにマイコン３０の入力ポートPI8 （Ａ／Ｄ変換ポート）に、２つの分割抵抗３８，３９による分圧値が入力可能となっている。これは、上記不燃防制御に使用する第一、第二判定時間Ｔ1 ，Ｔ2 や判定起電力ＶO をガスの種類に応じて予め複数用意しておき、ガスの種類によって分割抵抗３９を取り替えることで、入力される分圧値の相違に合わせてこれらの判定時間Ｔ1 ，Ｔ2 や判定起電力ＶO を変更して、ガスの種類に応じた適正な合成起電力の判定を可能としたものである。
同様に、入力ポートPI9 （Ａ／Ｄ変換ポート）には、一方を可変抵抗器４１とした分割抵抗４０，４１による分圧値が入力可能となっている。これは、上記可変抵抗器４１を、器具の能力調整（ガス量調整）に連動して変化させて器具の能力を検知させ、不燃防制御においてインターロックがかかった際の能力を記憶させるためのもので、具体的には図６に示すように、図４のＳ９からＳ１６までの不燃防制御（Ｓ１）において、Ｓ２でインターロックがかかると、この停止時の能力を記憶することになる。その後、Ｓ３で器具の能力切替操作が確認されると、続くＳ４で、この切り替えられた能力の切替値がＳ２で記憶された能力の記憶値より小さいか否かを判別して、記憶値以上であれば、Ｓ２のインターロックを継続させ、記憶値より小さければ、Ｓ５でインターロックを解除して器具の使用を可能とする制御を行うものである。
このように能力によりインターロックを解除するようにしたのは、インターロックがかかった時点の能力以上では器具の使用を禁止する必要があっても、これより小さな能力で使用する場合は器具を使用しても安全であることから、このような安全域では使用可能として使い勝手の向上を図るためである。勿論この再使用の場合でも、図４の点火制御と不燃防制御とが実行されるため、第二判定時間Ｔ2 において合成起電力Ｖが判定起電力ＶO より所定時間Δｔ以上下回るようになると、インターロックがかけられる。よって、再使用可能な能力はインターロックの度に徐々に低下することになり、常に安全域で使用できる。
【００１３】
尚、この器具能力検知手段の具体的な構造としては、図７に示す如く、バーナ４へのガス流路に配置される能力切替軸４２を図示しない能力切替レバーを介して回転させることで、能力切替軸４２に形成された穴径の開度を調整してガス量調整を行うものにおいて、当該能力切替軸４２に同軸で固着されるダイヤルゲージ４３に、取付板４４により半固定ボリューム４５を同軸で連結して可変抵抗器としてコントローラ２２へ接続し、ダイヤルゲージ４３に連動して半固定ボリューム４５を回転させる構造が考えられる。これによれば、能力切替軸４２の回転と一体で抵抗値が連続して変化するため、器具能力が正確に検知できる。
又、半固定ボリューム４５に代えて、図８に示すように、カム形状としたダイヤルゲージ４６の上部に、取付板４７を介してマイクロスイッチ４８を配置し、マイクロスイッチ４８のスイッチ板４９がダイヤルゲージ４６の所定の回転位置でカム４６ａと接触することで、マイクロスイッチ４８をＯＮさせてマイコン３０に入力させる構成も考えられる。この場合は、マイクロスイッチ４８のＯＮ信号によって器具能力を検知し、この時点をインターロックを解除して使用可能とする閾値とするものである。尚、このマイクロスイッチ４８は複数個設けて、カム４６ａと接触してＯＮするダイヤルゲージ４６の回転位置を複数設定し、器具能力を段階的に検知することもできる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、バーナ点火直後の所定の判定時間に前記合成起電力を予め設定された判定起電力と比較する比較手段と、その比較手段による比較結果に基づいて器具の運転状態を制御する運転制御手段とを備えたことで、燃焼異常の原因ごとに異なる合成起電力の変化の相違を前記判定時間において検知可能となるため、燃焼異常の原因に応じて安全性や使い勝手等を考慮した適切な対処を行うことができる。
特に、前記比較手段の比較により、第一判定時間で合成起電力が判定起電力より小さい場合はバーナの燃焼を停止させ、且つ再使用可能とし、合成起電力が前記判定起電力より大きい場合は、更に第二判定時間で判定起電力を下回った場合にバーナの燃焼停止と共に器具の再使用を禁止するものとしたことで、室内の酸素不足とフィン閉塞を確実に区別して検知でき、酸素不足では使い勝手を考慮した、フィン閉塞では安全性を考慮した夫々適切な対処が可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、第二判定時間における比較の際、合成起電力が判定起電力を下回る時間が所定時間以上の場合のみ器具の再使用を禁止することで、合成起電力の偶発的な低下による誤検知を排除してフィン閉塞検知の信頼性を高めることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の効果に加えて、前記器具能力記憶手段と器具能力検知手段とを備えて、器具能力検知手段が器具能力記憶手段により記憶された能力より小さい能力を検知した場合は、器具の再使用禁止を解除することで、安全域では器具が使用可能となって使い勝手を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】湯沸器の構造図である。
【図２】湯沸器の概略図である。
【図３】コントローラにおける制御回路のブロック図である。
【図４】点火制御及び不燃防制御のフローチャートである。
【図５】（Ａ）酸素不足の場合の合成起電力の立上りの変化を示すグラフである。
（Ｂ）フィン閉塞の場合の合成起電力の立上りの変化を示すグラフである。
【図６】器具能力によるインターロック解除制御のフローチャートである。
【図７】半固定ボリュームを用いて器具能力を検知する構造を示す説明図である。
【図８】マイクロスイッチを用いて器具能力を検知する構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・湯沸器、２・・燃焼室、４・・バーナ、５・・熱交換器、７・・操作ボタン、１６・・マグネット電磁弁、２２・・コントローラ、２６・・一次熱電対、２７・・二次熱電対、３０・・マイコン、３５・・起電力判定回路、３７・・電磁弁駆動回路。
【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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【図８】
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