(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナの炎を検知する第一検知手段と、前記バーナによる燃焼排気熱を検知する第二検知手段と、前記バーナの燃焼を停止させてその後の使用を禁止する運転禁止手段とを備えた開放型ガス燃焼器具であって、
前記第一検知手段と第二検知手段とにより得られる情報を夫々個別に監視し、前記各検知手段により前記バーナの燃焼異常が検知された際には、夫々前記運転禁止手段が前記バーナの燃焼を停止して器具の使用を禁止する一方、その燃焼異常の検知がどちらの検知手段によるかを判別する異常検知判別手段と、前記器具の使用禁止時間をカウントするタイマ手段とを設けて、前記燃焼異常の検知が前記第一検知手段によると判別された場合は、前記器具の使用禁止時間が所定時間に達すると使用禁止を解除することを特徴とする開放型ガス燃焼器具。
【請求項２】
第一、第二検知手段が、夫々熱電素子を用い、バーナ点火後の所定の判定時間にその起電力を予め設定された個別の判定起電力と比較するものである請求項１に記載の開放型ガス燃焼器具。
【請求項３】
判定時間及び／又は判定起電力を、器具の能力又は燃料ガスの種類に応じて変更可能とした請求項２に記載の開放型ガス燃焼器具。
【請求項４】
バーナの連続燃焼時間が設定時間に達した場合、運転禁止手段が前記バーナの燃焼を停止させて器具の使用を禁止する一方、タイマ手段のカウントにより前記器具の使用禁止時間が所定時間に達すると、使用禁止を解除する請求項１乃至３の何れか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。
一方、酸素不足の場合は、室内の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がある。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、両者の区別ができず、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、夫々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。又、この間、室内の空気は使用するごとに発生ＣＯに汚染されるため、ＣＯ中毒の危険も生ずる。
【０００４】
そこで、請求項１に記載の発明は、燃焼異常の原因を確実に検知して、その原因に合わせた適切な対処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、バーナの炎を検知する第一検知手段とバーナの燃焼排気熱を検知する第二検知手段とにより得られる情報を夫々個別に監視し、前記各検知手段により前記バーナの燃焼異常が検知された際には、夫々運転禁止手段が前記バーナの燃焼を停止して器具の使用を禁止する一方、その燃焼異常の検知がどちらの検知手段によるかを判別する異常検知判別手段と、前記器具の使用禁止時間をカウントするタイマ手段とを設けて、前記燃焼異常の検知が前記第一検知手段によると判別された場合は、前記器具の使用禁止時間が所定時間に達すると使用禁止を解除する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、各検知手段による検知精度の向上を図るために、第一、第二検知手段を、夫々熱電素子を用い、バーナ点火後の所定の判定時間にその起電力を予め設定された個別の判定起電力と夫々比較する構成としたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２の目的に加えて、判定時間や判定起電力を適正に設定した比較を行うために、判定時間及び／又は判定起電力を、器具の能力又は燃料ガスの種類に応じて変更可能としたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの目的に加えて、バーナの連続燃焼時間が設定時間に達するとバーナの燃焼を停止させる消忘れタイマを備えたものにおいて、連続再使用によるＣＯ中毒の危険を効果的に防止するために、バーナの連続燃焼時間が設定時間に達した場合、運転禁止手段が前記バーナの燃焼を停止させて器具の使用を禁止する一方、タイマ手段のカウントにより前記器具の使用禁止時間が所定時間に達すると、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検知手段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検知手段としての二次熱電対２７とが、夫々別個にコントローラ２２に接続され、夫々の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の起電力を検知する一次起電力判定回路３５と、二次熱電対２７の起電力を検知する二次起電力判定回路３６とを介して、バーナ４の燃焼状態の検知及び判定信号が夫々入力される。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３７、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３８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、インターロック要求１があるか否かを判別する。即ち運転禁止状態であるか否かの確認であるが、要求１は、後述する酸素不足検知のインターロックによるものである。ここの判別でインターロック要求１があれば、Ｓ４では、そのインターロックから時間Ｔ3 が経過したか否かを判別する。ここで時間Ｔ3 を経過していなければ、続く制御は行わず、Ｓ５でマグネット電磁弁１６はＯＦＦされ、インターロックは継続される。一方、時間Ｔ3 を経過していれば、Ｓ６で、インターロック要求２があるか否かを判別する。この要求２は、後述するフィン閉塞検知のインターロックによるものである。ここの判別でインターロック要求２があれば、Ｓ５でインターロックはそのまま継続される。
【０００９】
一方、Ｓ６の判別でインターロック要求２がなければ、次のＳ７で電圧監視回路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、Ｓ８でＬＥＤランプ２９を点灯させる。一方、２．１Ｖ以上であれば、Ｓ９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Ｓ１０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、Ｓ５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Ｓ１１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、Ｓ１２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、Ｓ１３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、Ｓ１２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３８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（Ｓ５）。
【００１０】
続いて、マイコン３０は、上記点火制御の後、一次熱電対２６、二次熱電対２７の起電力の立上りにより一次起電力判定回路３５、二次起電力判定回路３６を介して夫々入力される判定信号を個別に監視して、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、Ｓ１４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、Ｓ１４で、Ｓ１２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Ｓ１５で、一次熱電対２６から得られる一次起電力ｖ1 が、判定起電力Ｖ1 以上か否かを判別する。これは、図５（Ａ）に示す如く、室内の酸素不足状態での使用開始の場合（水から加熱、いわゆるコールドスタートの場合）は、一次熱電対２６の一次起電力ｖ1 の立上りが正常な立上りｖo より遅く、緩やかに上昇することから、第一判定時間Ｔ1 で判定起電力Ｖ1 に達したか否かを確認することで、酸素不足の検知を可能としたものである。よって、ここでＮＯ、即ち一次起電力ｖ1 が判定起電力Ｖ1 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、Ｓ１６でインターロック要求１を出力してＳ５でマグネット電磁弁１６への吸着電流の供給を停止してこれを閉弁させ、器具の再使用を禁止させる（インターロック）。一方、一次起電力ｖ1 が判定起電力Ｖ1 以上であれば、次のＳ１７で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、Ｓ１８で、今度は二次熱電対２７から得られる二次起電力ｖ2 が、判定起電力Ｖ2 以上か否かを判別する。これは図５（Ｂ）に示す如く、フィンの閉塞状態での使用開始（コールドスタート）の場合は、二次熱電対２７の二次起電力ｖ2 の立上りが通常の立上りｖo より早く、急激に上昇することから、第二判定時間Ｔ2 で判定起電力Ｖ2 に達したか否かを確認することで、フィン閉塞の検知を可能としたものである。よって、ここでＹＥＳ、即ち二次起電力ｖ2 が判定起電力Ｖ2 以上であれば、フィンの閉塞によるものとして、Ｓ１９でインターロック要求２を出力してＳ５でマグネット電磁弁１６を閉弁させ、器具の再使用を禁止させる。  尚、Ｓ１８の判別でフィン閉塞が検知されなかった場合は、燃焼が継続されるが、Ｓ２の水圧スイッチ１９のＯＮ検知後２０分経過をＳ２０で確認すると、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が、このとき、Ｓ１６でインターロック要求１を出してバーナ４を消火させるため、ここから再使用する際は、Ｓ３の判別でインターロック要求１を確認し、Ｓ４の判別で時間Ｔ3 の経過を確認した場合にのみ使用可能となる。従って、消忘れタイマの動作後は即再使用されることがなくなり、連続再使用によるＣＯ中毒事故を効果的に防止できる。
【００１１】
以上の如く、上記形態においては、一次熱電対２６と二次熱電対２７との起電力を夫々個別に監視したことで、酸素不足とフィン閉塞とを夫々確実に検知してインターロックをかける安全対策が可能となる。但し、酸素不足による場合は、室内の換気により再使用を禁止する原因は解消されることを考慮して、ここでは、インターロックが酸素不足による場合かフィン閉塞による場合かを判別して、酸素不足によるインターロックの場合は、上記Ｓ３〜Ｓ６におけるように時間Ｔ3 経過していれば器具の再使用を許容する時間制限のインターロックとして、使い勝手を確保している。よって、燃焼異常の原因に合わせた適切な対処が可能となるのである。
又、ここでは、一次熱電対２６の一次起電力ｖ1 と二次熱電対２７の二次起電力ｖ2 とを判定する判定起電力を、Ｖ1 ，Ｖ2 と個別に設定しているため、夫々酸素不足とフィン閉塞とに合わせた適正な判定レベルを設定でき、検知精度の向上も期待できる。
【００１２】
尚、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PI9 （Ａ／Ｄ変換ポート）に、２つの分割抵抗３９，４０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Ｖ1 ，Ｖ2 をガスの種類に応じて予め複数用意しておき、ガスの種類に応じて分割抵抗４０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Ｖ1 ，Ｖ2 を変更して、ガスの種類に応じた適正な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PI10（Ａ／Ｄ変換ポート）には、一方を可変抵抗器４２とした分割抵抗４１，４２による分圧値が入力可能となっている。これも、上記可変抵抗器４２を、器具の能力調整（ガス量調整）に連動して変化させることで、入力される抵抗値に合わせて判定時間Ｔ1 ，Ｔ2 や判定起電力Ｖ1 ，Ｖ2 を変更（例えば、能力が小さければ判定時間を遅くし、判定起電力を小さくする等）し、器具の能力に応じた適正な起電力の判定を可能としたものである。
又、上記形態で示す不燃防制御では、一次起電力ｖ1 と二次起電力ｖ2 とを判定起電力と比較する時間を夫々別々にしているが（Ｓ１４，１７）、同じ時間で比較を行っても良い。更に、酸素不足によるインターロックのタイマー時間Ｔ3 も、器具能力や燃焼時間等に合わせて変更することができる。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、前記第一検知手段と第二検知手段とからの情報を夫々個別に監視し、夫々バーナの燃焼異常が検知された際にはバーナの燃焼を停止して器具の使用を禁止する一方、燃焼異常の検知が前記第一検知手段による場合は、器具の使用禁止時間が所定時間に達すると使用禁止を解除することで、フィン閉塞のような使用が望ましくない原因による燃焼異常が生じた場合は、器具の使用を確実に禁止でき、安全性が高まる一方、酸素不足のような燃焼異常が生じた場合は、時間制限の使用禁止となって、室内の換気で原因が解消された場合の再使用が可能となり、使い勝手を確保できる。よって、燃焼異常の原因に応じた適切な対処が行えることになる。
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、第一、第二検知手段を、夫々熱電素子を用い、バーナ点火後の所定の判定時間にその起電力を予め設定された個別の判定起電力と夫々比較する構成としたことで、検知する燃焼異常の原因に応じた適正な判定起電力を設定でき、精度の高い燃焼異常検知が行える。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の効果に加えて、判定時間及び／又は判定起電力を、器具の能力又は燃料ガスの種類に応じて変更可能としたことで、判定時間や判定起電力を適正に設定した比較を行うことができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかの効果に加えて、バーナの連続燃焼時間が設定時間に達した場合、運転禁止手段が前記バーナの燃焼を停止させて器具の使用を禁止する一方、タイマ手段のカウントにより前記器具の使用禁止時間が所定時間に達すると、使用禁止を解除することで、消忘れタイマが働いた後も連続再使用を防止して安全性を確保可能となる。
【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）酸素不足の場合の一次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二次起電力の立上りの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・湯沸器、２・・燃焼室、４・・バーナ、５・・熱交換器、７・・コントローラ、１６・・マグネット電磁弁、２６・・一次熱電対、２７・・二次熱電対、３０・・マイコン、３５・・一次起電力判定回路、３６・・二次起電力判定回路、３８・・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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