(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス、石油等を燃料とし、燃料に過剰な空気を混合した混合気を燃焼させるバーナと、燃料に少ない空気を混合した混合気を燃焼させるバーナとを併用する燃焼方法であって、
前記バーナで燃焼する前記混合気から発生した熱量を検出する工程と、
前記熱量の検出値を単位時間毎に取り込んで保持し、取り込んだ前記検出値と保持している前回検出値とを比較し、前記検出値のレベルが前回検出値のレベルより下回る前記検出値が得られた回数を計数する工程と、
その計数値が所定数に到達したか否かを判定し、計数値が所定数に到達した場合には、又は前記計数値が所定数に到達していない場合であっても取り込んだ前記検出値が所定レベル以下の場合には、燃焼強制停止を告知する工程と、
を含むことを特徴とする燃焼方法。
【請求項２】
一定時間間隔で前記検出値を取り込み、前記検出値の平均値を求め、前記平均値と保持している前回平均値とを比較し、前記平均値のレベルが前回平均値レベルを下回る前記平均値が得られた回数を計数し、その計数値が所定数に到達したとき、燃焼強制停止を告知することを特徴とする請求項１記載の燃焼方法。
【請求項３】
前記燃焼強制停止の回数が所定数に到達したとき、着火を禁止することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃焼方法。
【請求項４】
前記検出値のレベルが所定レベルに移行したとき、前記検出値のレベルが所定レベルに移行したことを表示することを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼方法。
【請求項５】
燃料ガス、石油等を燃料とし、燃料に過剰な空気を混合した混合気を燃焼させるバーナと、燃料に少ない空気を混合した混合気を燃焼させるバーナとを併用する燃焼装置であって、
前記バーナで燃焼する前記混合気から発生した熱量を検出する検出手段と、
この検出手段の出力を所定の時間間隔で取り込み、前記検出手段の出力レベルと保持している前回出力レベルとを比較し、前記検出手段の出力レベルが保持している前回出力レベルを下回る回数を計数する計数手段と、
この計数手段が計数した計数値を蓄積する蓄積手段と、
この蓄積手段に蓄積された計数値が所定値に到達したとき、強制燃焼停止を告知する表示手段と、
を備えたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項６】
前記計数手段は、前記検出手段の出力を一定時間間隔で取り込み、前記出力の平均値を算出し、その平均値である出力レベルと保持している前回平均値レベルとを比較し、前記平均値レベルが保持している前回平均値レベルを下回る回数を計数することを特徴とする請求項５記載の燃焼装置。
【請求項７】
前記蓄積手段は、前記出力レベルが前回出力レベル以上のとき、蓄積している前記計数値を初期値に復帰させることを特徴とする請求項５記載の燃焼装置。
【請求項８】
前記表示手段は、前記検出手段の出力レベルが所定レベルに移行したとき、前記検出手段の出力レベルが所定レベルに移行したことを表示することを特徴とする請求項５記載の燃焼装置。
【請求項９】
前記燃焼強制停止の回数が所定数に到達したとき、着火禁止をする制御手段を備えたことを特徴とする請求項５又は６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、都市ガス、プロパンガス等の燃料ガスや石油等の燃料を燃焼させて熱源とする燃焼方法及び燃焼装置に係り、燃焼状態の監視に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ガス、プロパンガス等の燃料ガスや石油等の燃料を完全燃焼させるには、適当な空気の流通が不可欠である。空気の供給が不十分な場合には、ＣＯガス等の不完全燃焼による有害ガスが発生し、人体に危険である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、家庭用の燃焼装置には、家屋の外壁等に設置される給湯装置がある。この種の燃焼装置を屋外に設置するのは、空気の通流を良好にし、完全燃焼をさせるためである。
【０００４】
しかしながら、家屋が密集して空気の流通を妨げ、或いは、燃焼装置が設置された壁面を覆う等して燃焼装置への空気の流通が妨げられると、その燃焼状態を悪化させ、場合によっては不完全燃焼を来たし、ＣＯガス等の有害ガスを発生させるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、有害ガスを生じる燃焼状態を察知し、安全性を高めた燃焼方法及び燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃焼方法及び燃焼装置は、ガス等の気体燃料や石油等の液体燃料を燃焼させる燃焼方法及び燃焼装置であって、その燃焼によって発生する熱量の変化を検出し、その動向から燃焼状態を監視し、異常な燃焼状態に移行時、それを表示させて異常燃焼を告知し、又は、着火の禁止を以て安全燃焼を確保したものである。
【０００７】
本発明の燃焼方法（請求項１）は、燃料ガス、石油等を燃料とし、燃料に過剰な空気を混合した混合気を燃焼させるバーナと、燃料に少ない空気を混合した混合気を燃焼させるバーナとを併用する燃焼方法であって、前記バーナで燃焼する前記混合気から発生した熱量を検出する工程と、  前記熱量の検出値を単位時間毎に取り込んで保持し、取り込んだ前記検出値と保持している前回検出値とを比較し、前記検出値のレベルが前回検出値のレベルより下回る前記検出値が得られた回数を計数する工程と、その計数値が所定数に到達したか否かを判定し、計数値が所定数に到達した場合には、又は前記計数値が所定数に到達していない場合であっても取り込んだ前記検出値が所定レベル以下の場合には、燃焼強制停止を告知する工程とを含むことを特徴とする。また、本発明の燃焼装置（請求項５）は、燃料ガス、石油等を燃料とし、燃料に過剰な空気を混合した混合気を燃焼させるバーナと、燃料に少ない空気を混合した混合気を燃焼させるバーナとを併用する燃焼装置であって、前記混合気の燃焼により発生する熱量を検出する検出手段と、この検出手段の出力を所定の時間間隔で取り込み、前記検出手段の出力レベルと保持している前回出力レベルとを比較し、前記検出手段の出力レベルが保持している前回出力レベルを下回る回数を計数する計数手段と、この計数手段が計数した計数値を蓄積する蓄積手段と、この蓄積手段に蓄積された計数値が所定値に到達したとき、強制燃焼停止を告知する表示手段とを備えたことを特徴とする。即ち、このような構成とすることにより、燃焼状態の状況を時系列的に追うことができ、異常な燃焼状態を的確に察知でき、表示手段の表示により異常燃焼への突入を知ることができる。
【０００８】
ところで、表示手段の表示には、警報音等の聴覚的表示、ランプや表示器による視覚的表示、身体に感じる振動等の触覚に訴える触覚的表示等の各種のものを含む。このような表示により、需要者は、燃焼異常を確実に認識でき、必要な対策を施すことができる。
【０００９】
本発明の燃焼方法（請求項２）は、一定時間間隔で前記検出値を取り込み、前記検出値の平均値を求め、前記平均値と保持している前回平均値とを比較し、前記平均値のレベルが前回平均値レベルを下回る前記平均値が得られた回数を計数し、その計数値が所定数に到達したとき、燃焼強制停止を告知することを特徴とする。また、本発明の燃焼装置（請求項６）は、前記計数手段は、前記検出手段の出力を一定時間間隔で取り込み、前記出力の平均値を算出し、その平均値である出力レベルと保持している前回平均値レベルとを比較し、前記平均値レベルが保持している前回平均値レベルを下回る回数を計数することを特徴とする。即ち、検出手段が発生する出力について平均値を取ることによって、より正確に燃焼状態を知ることができる。
【００１０】
本発明の燃焼方法（請求項３）は、前記燃焼強制停止の回数が所定数に到達したとき、着火を禁止することを特徴とする。また、本発明の燃焼装置（請求項９）は、前記燃焼強制停止の回数が所定数に到達したとき、着火禁止をする制御手段を備えたことを特徴とする。即ち、燃焼強制停止の回数が所定数に到達したとき、着火を禁止するので、異常燃焼による事故を未然に防止できる。
【００１１】
本発明の燃焼方法（請求項４）は、前記検出値のレベルが所定レベルに移行したとき、前記検出値のレベルが所定レベルに移行したことを表示することを特徴とする。また、本発明の燃焼装置（請求項８）は、前記表示手段は、前記検出手段の出力レベルが所定レベルに移行したとき、前記検出手段の出力レベルが所定レベルに移行したことを表示することを特徴とする。即ち、突風等の外的要因で検出手段の出力レベルが所定レベルに移行した場合、それを表すレベル出力を発生することにより異常判断をしている。また、内的要因として検出手段の機械的又は電気的な劣化は検出精度を悪化させることになるので、その場合の検出異常の発見にも寄与し、その燃焼異常の検出について、信頼性を高めることができる。
【００１２】
本発明の燃焼装置（請求項７）は、前記蓄積手段が、前記出力レベルが前回出力レベル以上のとき、蓄積している前記計数値を初期値に復帰させることを特徴とする。即ち、燃焼状態は、空気の通流変化等の影響を受けるので、前回まで数値的に異常傾向を呈していても、その燃焼状態が復帰することを予測した計数値をリセットすることとしたので、慎重な異常判断ができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図面に示した実施の形態を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の燃焼方法及び燃焼装置の一実施形態として給湯装置を示している。燃焼装置である給湯装置の装置本体１には、給水管２より上水Ｗが導入され、その上水Ｗは熱交換器４により加熱され、湯ＨＷが出湯管６より出湯する。バーナユニット８は、熱交換器４を加熱する加熱手段であって、燃料としては都市ガス等の気体燃料、石油等の液体燃料を使用できるが、この実施形態では燃料ガスを燃焼させ、２種のバーナ、即ち、淡バーナ１０と濃バーナ１２とを備えている。淡バーナ１０は燃料ガスに過剰な空気を混合した混合気を燃焼させ、濃バーナ１２は燃料ガスに少ない空気を混合した混合気を燃焼させる。
【００１５】
このバーナユニット８には、ガス供給管１４を通して燃料ガスＧが供給されているが、このガス供給管１４には電磁弁ユニット１６が設けられている。電磁弁ユニット１６は、燃料の遮断、供給を行う燃料元弁１８、燃料供給量を調整する比例弁２０、燃焼すべきバーナの数を段階的に変える燃料量切換弁２２を含む。また、このバーナユニット８には、燃焼用空気Ａｒがファンモータ２４を通して強制的に供給される。電磁弁ユニット１６からの燃料ガスＧはノズル２６、２８より噴射されてバーナユニット８に供給される。
【００１６】
ノズル２６からの燃料ガスは淡バーナ１０の供給口３０に向けて供給され、供給口３０の口径はノズル２６からの燃料ガス量の１．５倍程度の空気をファンモータ２４から圧送可能な太径に形成されている。また、ノズル２８は濃バーナ１２の供給口３２に向けられており、ノズル２８よりの燃料供給量に比較して約０．６倍程度の空気量が供給できるように供給口３２の口径は小径である。また、ノズル２８の燃料供給量はノズル２６の６５％程度に抑制されている。即ち、淡バーナ１０には燃料量が多い主炎となる燃焼火炎が形成され、濃バーナ１２の燃焼火炎における余剰燃料は隣接する淡バーナ１０の燃焼に使用されて主炎の種火となる補炎を行っている。淡バーナ１０の主炎は、燃焼用空気が過剰であるため、炎温度が低く抑制され、ＮＯｘの発生が抑制される。
【００１７】
燃焼室３４には、発生する熱量の検出手段として、この実施形態である燃焼温度を検出する検出手段として熱電対３６、バーナユニット８に放電して燃料に着火させるイグナイタ３８、バーナユニット８の燃焼、即ち、着火を確認するための炎検出手段であるフレームロッド４０が備えられている。熱電対３６は炎温度の変化が顕著に現れる淡バーナ１０の炎孔の近傍に配置されており、発生する熱量、即ち、燃焼温度に応じたレベルの電圧を発生する。この発生電圧が検出手段の出力となる。また、イグナイタ３８、フレームロッド４０は火炎が安定している濃バーナ１２の炎孔の付近に配置される。
【００１８】
バーナユニット８のガス燃焼によって熱交換器４が加熱されると、上水Ｗは熱交換器４によって加熱され、温水が出湯管６から出湯する。上水Ｗの温度は給水管２に設けられた給水温度センサ４２によって検出されるが、出湯温度は、水量センサ４４の検出水量、出湯管６に設けられた出湯温度センサ４６の検出温度を参照し、比例弁２０の開度及びファンモータ２４の回転数の制御により、設定温度に調整される。
【００１９】
次に、図２及び図３は、給湯装置の制御系統を示している。この制御系統は制御装置１００及び外部リモコン装置１５０等を備えており、制御演算部１０２には各種センサ、検出回路、駆動装置等が接続されている。
【００２０】
制御演算部１０２は、計数手段等を構成しており、ＣＰＵ１０４、演算データ等を一時記憶するＲＡＭ１０６、ＣＰＵ１０４の動作プログラム及び制御データを格納したＲＯＭ１０８、ＲＯＭ１０８に格納された動作プログラムの動作アドレスを指定するプログラムカウンタ１１０、計時を行うウォッチタイマ１１２、アナログデータをディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器１１４、入力パルス数をカウントするタイマイベントカウンタ１１６、外部回路とのインターフェイスとしての入出力ポート１１８、外部リモコンからのデータを読み込むためのインタラプトコントロール部１２０を備えている。Ａ／Ｄ変換器１１４には、温度検出回路１２２、１２４、電圧増幅器１２６が接続されており、温度検出回路１２２を通して給水温度センサ４２の検出温度、温度検出回路１２４を通して出湯温度センサ４６の検出温度、電圧増幅器１２６を通して熱電対３６が発生する電圧が加えられている。タイマイベントカウンタ１１６には、パルス波形成型器１２８を通して水量センサ４４からの検出流水量を表す検出信号が加えられている。入出力ポート１１８には、炎検出回路１３０を通してフレームロッド４０の炎検出信号が加えられ、比例弁駆動回路１３２を通して比例弁２０の駆動出力、燃料元弁駆動回路１３４を通して燃料元弁１８に駆動出力、燃料量切換弁駆動回路１３６を通して燃料量切換弁２２の駆動出力、ファン駆動回路１３８を通してファンモータ２４の駆動出力、イグナイタ駆動回路１４０を通してイグナイタ３８の駆動出力が発せられるとともに、外部リモコン装置１５０に対する制御信号を変調器１４２に出力する。変調器１４２は、リモコンに送出する制御情報ディジタルデータをＰＷＭ信号に変換させ、そのＰＷＭ信号は送信回路１４６に加えられる。この送信回路１４６の出力は、光、電波等の伝達媒体により外部リモコン装置１５０に向けて制御情報を伝送させる。インタラプトコントロール部１２０には、受信回路１４８にて受信した外部リモコン装置１５０からの制御通信データで変調されたＰＷＭ信号を復調器１４４でディジタル信号に変換して加えられている。
【００２１】
外部リモコン装置１５０には制御演算部１５２が設けられており、この制御演算部１５２は、ＣＰＵ１５４、ＲＡＭ１５６、ＲＯＭ１５８、インタラプトコントロール部１６０、入出力ポート１６２、１６４を備えている。入出力ポート１６４には、検出回路１６６を通してスイッチ１６８のオン、オフ信号からなる設定情報が加えられている。また、この入出力ポート１６４から駆動回路１７０を通じて出力される駆動表示出力は、表示器１７２に加えられる。表示器１７２は、設定温度、異常報知、時刻等を表示する表示手段であって、蛍光表示管、液晶表示器で構成されている。また、スイッチ１６８から加えられた設定データは入出力ポート１６４からディジタル信号として送出され、このディジタル信号は変調器１７４でＰＷＭ信号に変換され、送信回路１７６から制御装置１００に向けて送信される。また、制御装置１００からの送出信号は、受信回路１７８で受信し、そのＰＷＭ信号を復調器１８０でディジタル信号に変換させ、インタラプトコントロール部１６０に入力している。
【００２２】
次に、図４〜図７は、燃焼装置の燃焼系統を構成するバーナユニット８の具体的な構成例について説明する。
【００２３】
このバーナユニット８において、図４はその平面図、図５はその正面図、図６は淡バーナの側面図、図７は濃バーナの側面図である。このバーナユニット８は、淡バーナ１０、１２を備えているが、これら淡バーナ１０と濃バーナ１２は交互に配置されている。淡バーナ１０の炎孔の近傍には、温度検出手段である熱電対３６が設置され、淡バーナ１０の燃焼温度を検出している。
【００２４】
また、火炎形成力が強い濃バーナ１２側には、着火手段であるイグナイタ３８、燃焼確認のためのフレームロッド４０が設置されている。フレームロッド４０は、炎の整流作用（電気通電）を利用し、電極から濃バーナ１２への導通により炎を検出する。
【００２５】
そして、バーナユニット８の正面側には、複数の淡バーナ１０に対応する淡バーナ口２００が配列され、その上側には複数の濃バーナ１２に対応する濃バーナ口２０２が設けられ、空気と燃料が供給される。淡バーナ口２００、濃バーナ口２０２の口径は、空気と燃料との比率に対応している。
【００２６】
また、図６及び図７に示すように、淡バーナ１０の淡バーナ口２００側には燃料供給系統からの燃料ガスを噴射する燃料ノズル２０４、濃バーナ１２の濃バーナ口２０２側には燃料供給系統からの燃料ガスを噴射する燃料ノズル２０６がそれぞれ設けられており、それぞれの燃料ガスの噴射により、空気とともに燃料ガスが淡バーナ１０、濃バーナ１２に加えられる。なお、濃バーナ１２の燃料量は、淡バーナ１０より少ないため、燃料ノズル２０６の口径は淡バーナ１０側の燃料ノズル２０４の口径より小さい。
【００２７】
次に、図８は、燃焼装置である給湯装置の設置例を示している。給湯装置の装置本体１は、家屋の外壁部に設置され、燃焼によって生じる排ガスは外気に放出される。しかしながら、給湯装置を設置した当初は露出していた外壁を、壁面材２１０や屋根材２１２で囲い込み、装置本体１が閉塞空間２１４に置かれると、給湯装置への通風が妨げられて燃焼に必要な酸素量が不足し、酸欠等の事故を招来するおそれがある。
【００２８】
次に、図９〜図１４は、燃焼状態と酸欠状態との関係を示している。
【００２９】
図９及び図１０は正常な燃焼状態を示している。例えば、淡バーナ１０の燃料量対空気量の比率は、
燃料量：空気量＝１：１．５
であり、また、濃バーナ１２の燃料量対空気量の比率は、
燃料量：空気量＝１：０．４
であり、必要な酸素量が供給されている。なお、淡バーナ１０側の燃料量と濃バーナ１２側の燃料量の比率は、
淡バーナ燃料量：濃バーナ燃料量＝１．５：１
である。このような比率設定及び酸素量では、図１０に示すような燃焼状態が得られる。Ｆ１は淡バーナ火炎、Ｆ２は濃バーナ火炎である。
【００３０】
図１１及び図１２は、酸欠時の燃焼状態を示し、図１１の場合は、図９の場合に比較し、空気量は変わらないが、酸素量が減少した状態である。この場合、酸素が消費されるものの、排気ガスが充満するため、燃料量と空気量との比率に大きな変動はない。しかし、燃焼によって酸素が少なくなるため、濃バーナ１２の火炎形成が難しくなり、濃バーナ１２の補炎力が弱くなり、淡バーナ１０側も酸素不足のために燃焼力が低下する。このため、炎の輪郭が不鮮明となり、図１２に示すように、淡バーナ火炎Ｆ１、濃バーナ火炎Ｆ２は共にバーナ炎孔から浮き上がり、いわゆる「リフト」を伴う燃焼状態を呈する。２１６は炎の透明部を示している。この結果、燃焼力の低下から炎温度が低下することとなり、熱電対３６には燃焼温度の低下が起電圧の低下として検出される。即ち、検出温度から酸欠状態を推測することが可能となる。
【００３１】
図１３及び図１４は、空気量不足時の燃焼状態を示している。これは、ファンモータ２４の異常や吸気口の閉塞状態による空気不足での燃焼状態となる。
【００３２】
この場合、淡バーナ１０側の空気量は、適正値に近くなり、通常の燃焼状態と同じ輪郭の鮮明な正常火炎となり、火炎温度が上昇する。このため、熱電対３６の起電圧が増加する。このとき、濃バーナ１２側は、空気量の不足により燃焼不良が顕在化して、炎長が長くなり、赤熱の輪郭の不鮮明な火炎を呈する。
【００３３】
次に、図１５及び図１６は、熱電対３６の出力レベルの変化から燃焼状態の判定原理を示す。
【００３４】
熱電対３６は、淡バーナ１０の火炎温度を検出している。ところで、実施形態として示した給湯装置は、給水量の変化、給水温度の変化、設定温度の変更に合わせて比例弁２０の開度を調整しており、熱電対３６の出力レベルが変動する。また、ファンモータ２４からの送風によっても、その熱電対３６の出力レベルが変動する。また、排気口から侵入する逆風の影響によっても、熱電対３６の出力レベルが低下する。完全な閉塞状態にある環境下では、急激な酸素の消耗によって、熱電対３６の出力レベルは急激に低下することとなる。
【００３５】
ところが、図８に示すような、不完全な密閉状態では、僅かながらも外気と繋がっており、僅かながら酸素補給されるので、酸欠状態への移行は緩やかなものとなり、熱電対３６の出力レベルは、その状態に比例したものとなる。このような出力レベルの変化は、急激な酸欠状態や給湯装置の制御やファンモータ２４の送風による変化とは明らかに異なるものである。
【００３６】
そこで、このような酸欠状態への移行を検出するため、所定時間毎に熱電対３６の出力をサンプリングし、その前回出力を基準値とし、この基準値より低い出力が得られたとき、その出力の計数を行うとともにその出力を保持、これを繰り返して計数値が所定値に積算されたとき、酸欠状態が発生したことを判定する。このような判定結果に基づいて、燃焼停止を行う。このような判定に基づく燃焼停止によれば、通気状態の変化に伴う熱電対３６の出力レベルの低下ないし回復による誤動作を防止できる。
【００３７】
また、熱電対３６の出力が危険値である所定値を下回ったとき、同様に燃焼停止を行うこととした。
【００３８】
即ち、図１５に示すように、燃焼開始からしばらくの間は、淡バーナ１０、燃焼室３４、熱電対３６等が冷えているため、熱電対３６の出力レベルは炎を受けても緩やかに上昇する。そこで、熱電対３６の出力レベルが上昇しきったころからその出力の取込みを行う。燃焼開始から一定時間の後、例えば、１分４５秒経過した時点から熱電対３６の出力の取込みを行う。
【００３９】
このとき、サンプリングされた出力値を最大値Ｃmax としてＲＡＭ１０６に記憶する。出力値は、一定時間毎、即ち、外乱による不適正な制御を防止するため、例えば、５秒おきにサンプリングする。そのサンプリング時の出力が最大値Ｃmax より大きければ、そのＣmax に更新するが、その出力値が前回出力値、即ち、基準値より低ければ、それを基準値Ｃ１としてＲＡＭ１０６に格納し、同時に、その計数値を「１」としてＲＡＭ１０６に記憶する。
【００４０】
このような動作を５秒毎に繰り返し、前回出力値である基準値Ｃ１と今回出力とを比較する。基準値Ｃ１より低い出力値が現れたらカウントを「２」として基準値をＣ２に更新する。図１５では、基準値Ｃ３まで更新したが、出力レベルが低下しなかったので、酸欠状態はないとし、出力計数を停止している。
【００４１】
ところが、逆風の影響により、熱電対３６の出力レベルが急激に低下し、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６が計数されるが、計数値が所定値、例えば、「１５」を越えていないため、出力値が所定値Ｖ2 （＞Ｖ1 ）以下になっても、酸欠状態ではないと判定し、バーナ燃焼を持続させている。
【００４２】
そして、熱電対３６の出力値が最大値Ｃmax を越えたことが確認されると、そのＣmax を更新し、新たにＣ１、Ｃ２、Ｃ３が検出され、更新される。
【００４３】
熱電対３６の検出電圧は常に燃料調整によって変動し、さらに、ファンモータ２４の影響により図示できない微振動を呈するので、熱電対３６の出力を一定の時間間隔、例えば、０．５秒毎に取り込み、所定数のデータをＲＡＭ１０６に格納し、取り込むタイミング毎に古いデータを新出力値に更新し、その最大値と最小値を省いた平均値Ｈを算出してＲＡＭ１０６に記憶、保持している。
【００４４】
ＣＰＵ１０４は一定時間５秒おきにこの平均値をＲＡＭ１０６より読み出し、そのデータを制御情報とした。図１５の点によって表される値はＲＡＭ１０６から読み込まれた平均値Ｈを表すものである。この平均値Ｈの算出によって、熱電対３６の出力に比較して変動の少ない緩やかな制御データを得ており、このようなデータ処理により信頼性のある燃焼制御を実現している。
【００４５】
次に、図１６は、酸欠状態の検出状態を示している。緩やかな酸欠状態を呈するとき、熱電対３６の出力は緩やかに減少する。この傾向は、燃焼によって消費される酸素量と外部から補給される酸素量によって大きく異なるが、概ねその傾向から酸欠状態を判定できることが実験により確認されている。
【００４６】
そこで、熱電対３６の出力値が前回出力値未満の場合に、それを計数し、その計数値が所定値を越えたかどうかを監視することにより、緩やかに酸欠状態に移行していることを判定する。
【００４７】
この実施形態では、計数値が所定値、例えば、「１５」を越え、かつ、検出平均値Ｈが所定値Ｖ2 以下に低下したら酸欠の危険があるものとして燃焼を強制停止させる。
【００４８】
また、計数値が「１５」に満たなくとも、検出平均値Ｈが所定値Ｖ1 （＜Ｖ2 ）以下になったときには、給湯装置が密室状態となり、急激な酸素量の低下を来したものと判定して燃焼を停止させる。
【００４９】
そして、燃焼停止時には外部リモコン装置１５０の表示器１７２に異常を表す表示として、例えば「９０１」「９１１」等の異常警告表示をして告知する。また、計数値が所定値「１５」を越えたときには表示器１７２に異常表示である「９０１」「９１１」を表示させ、かつ、点滅させて酸欠状態への移行を告知してもよい。
【００５０】
また、計数値が「１５」を越えたら、最大燃焼号数を例えば２４号から１５号に移行させて酸素の消費量を緩和させても良い。
【００５１】
次に、図１７に示すフローチャートは、給湯装置の基本動作を表している。
【００５２】
ステップＳ１は、酸欠状態が検出されていない使用初期の状態であって、燃焼動作は禁止されていない。ステップＳ２では、水量センサ４４により水流が検出されたかどうかを判定する。これは、パルス波形成型器１２８からのパルス出力によりタイマイベントカウンタ１１６で所定時間内に所定値以上の計数値に到達したか否かを判定する。水流が検出されたときにはステップＳ４へ移行し、水流が検出されなかったときにはステップＳ３に移行して燃焼停止に移行又は燃焼停止状態を保持する。
【００５３】
ステップＳ４では、水流が確認されると、ファンモータ２４を動作させ、燃料元弁１８、比例弁２０を開き、イグナイタ３８を放電させてバーナユニット８を点火する。フレームロッド４０より炎が検出されるまで、イグナイタ３８の放電を繰り返す。炎が検出されると、熱電対３６にはその検出温度を表す起電圧が得られる。設定温度に出湯温度を調整するため、給水温度センサ４２の検出温度、水量センサ４４の検出水量、出湯温度センサ４６に基づき、比例弁２０の開度を調整し、燃焼制御が行われる。
【００５４】
ステップＳ５では、ＣＰＵ１０４は所定時間、例えば１分４５秒経過後にＲＡＭ１０６に熱電対３６の出力の検出平均値Ｈの読込みを開始し、読込み平均値Ｈより低下した出力が現れたら、それを計数する。計数値をＲＡＭ１０６に直接書き込むことにより計数値を蓄積する。
【００５５】
ステップＳ６では、計数値が所定値、即ち、「１５」以上になったかどうかを判定する。所定値に到達したとき、ステップＳ７に移行し、熱電対３６の出力の平均値Ｈが２ｍＶ以下に低下したかどうかを判定する。低下していなければ、ステップＳ２に移行し、燃焼状態を維持する。また、その出力値が２ｍＶ以下に低下していたら、ステップＳ９に移行する。ステップＳ６で計数値が所定値に到達しない場合は、ステップＳ８に移行する。
【００５６】
ステップＳ８では熱電対３６の出力の平均値Ｈが１．５ｍＶ以下に低下していないかどうかを判定する。低下していなければ、ステップＳ２に移行して燃焼を継続し、低下していたならば、密閉度の高い空間に装置本体１が配置されていて急速に酸欠状態に移行しているものと判定し、ステップＳ９に移行する。
【００５７】
ステップＳ９では、酸欠状態の持続を防止するため、燃焼を強制的に停止し、表示器１７２に酸欠状態を示す表示として「９０１」「９１１」コードを表示して使用者に告知する。
【００５８】
ステップＳ１０では、強制的に燃焼停止をした回数を計数する。この計数値もＲＡＭ１０６に書き込む。
【００５９】
ステップＳ１１では、強制燃焼停止の解除入力がなされたかどうかを判定する。この場合、強制燃焼停止は、例えば台所で出湯中又は浴室でシャワー使用中に、蛇口を閉じて水流の停止により解除できる。また、浴槽への注湯時には、リモコンの運転スイッチを押して運転解除により燃焼停止解除ができる。
【００６０】
ステップＳ１２では、強制的に燃焼停止をさせた回数が３回目かどうかを判定する。３回に到達していなければ、ステップＳ１３に移行して燃焼停止及び告知を解除し、起電圧のカウント値をクリアする。また、強制燃焼停止回数が３回に到達したならば、ステップＳ１４に移行し、給湯装置が酸欠の危険のある箇所に設置されているものとして燃焼を禁止する。この燃焼禁止は、例えば電源供給等の動作プログラムを初期化しなければ解除されない。
【００６１】
次に、図１８に示すフローチャートは、熱電対３６の出力の平均値が低下したことを計数するルーチンを表している。
【００６２】
ステップＳ２０では、燃焼を開始してフレームロッド４０により炎が確認されたならば、燃焼時間を計測する。その燃焼時間が所定時間、例えば、約１分４５秒経過後にバーナ、その他が十分加熱されたときの熱電対３６の出力の平均値ＨをＲＡＭ１０６から読み込み、最大値Ｃmax 及び比較基準値Ｃo としてＲＡＭ１０６に記憶する。
【００６３】
ステップＳ２１では、ウォッチタイマ１１２から一定の時間間隔、例えば５秒間隔のフラグが立っているかどうかを確認する。フラグがあればステップＳ２２に移行してＲＡＭ１０６より平均値Ｈを読み込む。
【００６４】
ステップＳ２３では、最大値Ｃmax が平均値Ｈより小さいかどうかを判定する。平均値Ｈが大きいときにはステップＳ２４に移行して平均値Ｈを最大値Ｃmax と基準値Ｃo に更新し、カウントをクリアさせる。平均値Ｈが小さいときにはステップＳ２５に移行する。
【００６５】
ステップＳ２５では、平均値Ｈが基準値Ｃn より低いかどうかを判定する。低くなければステップＳ２１に移行する。また、低ければステップＳ２６に移行する。
【００６６】
ステップＳ２６では、平均値Ｈを新しい基準値Ｃn に書き換え、ＲＡＭ１０６に記憶させる。また、ステップＳ２７において計数値に１を加算する。
【００６７】
次に、図１９及び図２０に示すフローチャートは、一定時間として例えば、０．５秒毎に熱電対３６の出力をサンプリングし、最大値、最小値又は平均値を演算するサブルーチンを表している。図１９及び図２０のａ、ｂは連結子を示している。
【００６８】
ステップＳ３０は、熱電対３６の出力を検出するサンプリング時間の計時、到達を確認するルーチンである。ステップＳ３０では、ウォッチタイマ１１２より０．５秒経過したときのフラグが立っているかどうかを判定する。フラグがあればステップＳ３１以下のプログラムを実行する。
【００６９】
ステップＳ３１〜ステップＳ３３は、熱電対３６の出力値をＲＡＭ１０６の１０個の格納箇所に割り振りするルーチンである。ステップＳ３１では、今回の格納箇所ｎを演算する。ステップＳ３２において、ｎが１０以上でなければそのｎ番地を指定する。ｎが１０を越えていたらｎの指定を０にする。
【００７０】
ステップＳ３４は、熱電対３６の起電圧を検出し、ＲＡＭ１０６の格納箇所ｎに検出データｈn として格納するルーチンである。
【００７１】
ステップＳ３５〜ステップＳ４３は、ＲＡＭ１０６に格納された１０個の起電圧値の最大値ｈmax 、最小値ｈmin 、合計値ｈsum を演算するルーチンである。
【００７２】
ステップＳ３５は、格納箇所を指定するため初期化したものである。プログラムの都合上、格納箇所ｎをｍに置き換えて説明する。ｎ＝ｍである。
【００７３】
続いて、ステップＳ３６にてｈmax 、ｈmin 、ｈsum の値にｈo の値を代入し、比較計算による最大値、最小値、合計値算出の基準値とする。
【００７４】
ステップＳ３７にて最小値ｈmin と検出値ｈm とが比較される。ｈm がｈmin より小さいときにはステップＳ３８にてｈm をｈmin として更新し、これをｈ0 からｈ9 まで繰り返して最小値を求める。
【００７５】
ステップＳ３９では、最大値ｈmax と検出値ｈm とを比較し、ステップＳ４０にて最大値ｈmax を決定する。
【００７６】
ステップＳ４１では、ｈm を積算することにより、その合計値ｈsum を求める。そして、ステップＳ４２では回数ｍが所定数、例えば、９に到達したか否かを判定し、ｍ＝９に到達していない場合にはステップＳ４３に移行し、その回数ｍを１だけ進め、ステップＳ３７に戻る。また、ステップＳ４２でｍ＝９であると判定した場合には、次のステップＳ４４に移行する。
【００７７】
ステップＳ４４、ステップＳ４５は、最大値ｈmax と最小値ｈmin を除いた検出値ｈm の合計値ｈsum を算出、平均値Ｈを求めるルーチンである。
【００７８】
ステップＳ４４では、合計値ｈsum より最大値ｈmax と最小値ｈmin を除いた８個の検出値ｈm の合計値ｈsum を求める。熱電対３６の出力に乗るノイズ等の極端なピーク信号を除いて誤動作を防止する。
【００７９】
そして、ステップＳ４５では、合計値ｈsum を回数、即ち、この場合には８で割って平均値Ｈが求められる。
【００８０】
表１及び表２は、ＲＡＭ１０６に記憶される検出値及び演算データを示している。
【００８１】
【表１】
0003889199.tif 000002
【００８２】
【表２】
0003889199.tif 000003
【００８３】
即ち、ＲＡＭ１０６に格納する熱電対３６の出力、即ち、燃焼温度の格納状態とその検出値を基に演算したデータの格納状態を示し、ＲＡＭ１０６のデータ番号ｎには、それぞれｈ0 からｈ9 までの１０個の検出値が格納される。これらは、０．５秒毎に検出されて最新のものと更新される。平均値Ｈは、現在から最大５秒前までの古い検出データを基に算出された値である。
【００８４】
以上説明したように、屋外給湯器が増築等により屋内設置になってしまった場合等の酸欠検出及び燃焼停止を行って、事故を未然に防止したものである。即ち、燃焼温度、即ち、熱量を検出して酸欠状態の判定を行う。例えば、空気流入が少ない空間に設置された燃焼機器の酸欠状態を検出して燃焼停止させる。燃焼に必要な酸素の消耗と排気に対して、外部からの酸素補給と換気が少ない空間において、緩やかな酸欠状態への移行を検出し、その際の、センサの誤差、風の影響、燃焼制御における燃焼量の変化による検出誤差を排除している。即ち、サンプリングによる検出と計数値による誤動作を排除している。そして、緩やかな酸欠状態への移行がされているかどうかを確認し、酸欠状態に移行していると判断したら、検出値が所定値未満に低下したときに燃焼停止とする。その具体的手段として、酸欠状態への移行の確認は熱電対３６の出力のレベル低下の計数値が所定値になっていることを基準とする。その確認ができたとき、熱電対３６の出力レベルが２ｍＶ以下に到達したときにも燃焼停止とする。加えて、バーナの火炎を検出し、熱電対３６の出力値が基準値を越えたら、この出力値を更新し、その計数値が所定値に到達前に所定レベルとして例えば、１．５ｍＶまで低下したら、完全密閉空間と同様であるから燃焼停止を行う。
【００８５】
このように、燃焼状態を熱量、実施形態では熱電対３６の出力レベルの連続的な低下を計数し、その計数値が所定値を越えた場合に燃焼停止をする。また、熱電対３６の出力が所定電位以下に低下したら燃焼停止とする。これにより、安全性の高い燃焼を維持し、事故を未然に防止できる。
【００８６】
ところで、この燃焼停止は、蛇口を閉じると回復できるので、使用者は、それに馴れることが予想される。そこで、３回燃焼停止が発生したら完全に燃焼禁止とする。これにより、不心得な使用者の事故を防止できる。但し、電源を切ることによりリセットを行うことができる。
【００８７】
なお、ＣＰＵ１０４のリセット端子又は通電を停止してプログラムを初期化したときには燃焼禁止が解除される。
【００８８】
また、検出手段として熱電対３６を用いた場合を示したが、例えば、サーミスタ、その他の検温素子を用いてもよい。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、次のような効果が得られる。
ａ  燃焼状態の状況を時系列的に追って、異常な燃焼状態を的確に察知でき、その表示出力により、酸欠状態となる異常燃焼を即座に知ることができ、安全性の高い燃焼制御を実現できる。また、異常を表す計数値が所定数に到達したことを表示すれば、その表示から燃焼装置の異常発生の履歴を数量的に確認でき、安全性を高めることができる。
ｂ  検出手段の出力の平均値を取ることにより、外的要因等での変動を吸収でき、正確な燃焼状態を知り、信頼性の高い燃焼制御を実現できる。
ｃ  燃焼状態が空気の通流変化等に影響を受けて変動することを予定し、レベル低下の計数値をリセットすることとしたので、慎重な異常判断ができ、誤動作を防止できる。
ｄ  突風等の外的要因で検出手段の出力レベルが所定レベルに移行した場合、それを表すレベル出力を発生することにより異常判断をしている。また、内的要因として検出手段の機械的又は電気的な劣化は検出精度を悪化させることになるので、その場合の検出異常の発見にも寄与し、その燃焼異常の検出について、信頼性を高めることができる。
ｅ  警報音等の聴覚的表示、ランプや表示器による視覚的表示、身体に感じる振動等の触覚に訴える触覚的表示等により、需要者は、燃焼異常を確実に認識でき、必要な対策を施すことができる。
ｆ  異常判定の回数が所定数に到達したとき、着火を禁止するので、異常燃焼による事故が未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼方法及び燃焼装置の一実施形態である給湯装置の構成を示している。
【図２】給湯装置の本体側に設けられる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】制御装置における外部リモコン装置の構成を示すブロック図である。
【図４】バーナユニットを示す平面図である。
【図５】バーナユニットを示す正面図である。
【図６】バーナユニットの淡バーナを示す側面図である。
【図７】バーナユニットの濃バーナを示す側面図である。
【図８】給湯装置の設置形態を示す斜視図である。
【図９】正常時の燃焼状態における空燃比を示す図である。
【図１０】正常時の燃焼状態を示す図である。
【図１１】酸欠時の燃焼状態における空燃比を示す図である。
【図１２】酸欠時の燃焼状態を示す図である。
【図１３】空気量不足時の燃焼状態における空燃比を示す図である。
【図１４】空気量不足時の燃焼状態を示す図である。
【図１５】正常時の燃焼状態における熱電対出力の推移を示す図である。
【図１６】酸欠時の燃焼状態における熱電対出力の推移を示す図である。
【図１７】給湯装置の燃焼制御の基本動作を示すフローチャートである。
【図１８】熱電対出力の平均値が低下したことを計数するルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】熱電対出力をサンプリングし、最大値、最小値又は平均値を演算するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】図１９に続くサブルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
３６  熱電対（検出手段）
１００  制御装置（制御手段）
１０４  ＣＰＵ（計数手段）
１０６  ＲＡＭ（蓄積手段）
１７２  表示器（表示手段）
【図１】
0003889199.tif 000004
【図２】
0003889199.tif 000005
【図３】
0003889199.tif 000006
【図４】
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【図５】
0003889199.tif 000008
【図６】
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【図７】
0003889199.tif 000010
【図８】
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【図９】
0003889199.tif 000012
【図１０】
0003889199.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003889199.tif 000016
【図１４】
0003889199.tif 000017
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
0003889199.tif 000023