(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃焼部を燃焼させて熱交換器を加熱し、熱交換器を通過する水を加熱するガス給湯器における酸素欠乏検知方法であって、
前記ガス燃焼部における燃焼温度を計測するための燃焼温度検知器と、前記ガス燃焼部に燃焼用空気を供給するための送風機とを備え、
所定時間をおいて前記温度検知器により燃焼温度を計測することによって、ガス燃焼部の燃焼温度の下降速度Ｖ（ただし、燃焼温度が下がるとき、Ｖ＜０とする。）を検出する工程と、
前記検出工程において検出した燃焼温度の下降速度Ｖが所定値Ｖｅ（＜０）に対して
Ｖ≦Ｖｅ
となった場合には、前記送風機による送風量を順次に増加あるいは減少させ、送風量を増加させても減少させてもその後燃焼温度の下降速度がＶ＞０とならない場合には酸欠状態であると判断する工程と、
前記判断工程において酸欠状態であると判断した場合には、前記ガス燃焼部を強制的に燃焼停止させる工程と、
を有することを特徴とするガス給湯器における酸素欠乏検知方法。
【請求項２】
前記判断工程において、送風量を増加させるか減少させるかしたときに、燃焼温度の下降速度がＶ＞０となった場合には、前記送風機の送風量を元に戻して前記ガス燃焼部を燃焼状態に維持することを特徴とする、請求項１に記載のガス給湯器における酸素欠乏検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス給湯器に関する。具体的にいうと、ガス給湯器における不完全燃焼を防止するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガス給湯器は、ガスバーナーでガスを燃焼させ、熱交換器において燃焼ガスの熱と水とを熱交換させることにより水を加熱し、湯を出湯させるものである。このようなガス給湯器では、空気中の酸素を消費してガスを燃焼させるものであり、一定の空燃比で完全燃焼するように設計されている。従って、通常は屋外に設置されており、密閉された環境ないし状況に設置することは禁止されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際の設置状況においては、積雪や強風からガス給湯器を保護するため、あるいはいたずら防止のためなどの理由から、ガス給湯器を小屋囲いしたり、家屋の外壁に設置された場合でもその周囲にボックス状の囲いを設けたりすることがある。このような場合、ガス給湯器の設置されている場所における換気が不十分になるため、ガス給湯器のガスバーナーを燃焼させるための空気中の酸素が次第に不足し、ガスが不完全燃焼してガスバーナーにススが溜まったり、設定温度の湯が出湯されなくなったりする。さらには、不正な使用方法でガス給湯器が設置されている場合には、不完全燃焼により発生したＣＯガスが屋内や居室側へ漏れると、一酸化炭素中毒の恐れもあった。
【０００４】
本発明は上述の技術的問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ガスを燃焼させるための酸素が不足して不完全燃焼を起こしている場合には、それを検知する機能を備えたガス給湯器を提供することにある。
【０００５】
【発明の開示】
本発明によるガス給湯器における酸素欠乏検知方法は、ガス燃焼部を燃焼させて熱交換器を加熱し、熱交換器を通過する水を加熱するガス給湯器における酸素欠乏検知方法であって、前記ガス燃焼部における燃焼温度を計測するための燃焼温度検知器と、前記ガス燃焼部に燃焼用空気を供給するための送風機とを備え、所定時間をおいて前記温度検知器により燃焼温度を計測することによって、ガス燃焼部の燃焼温度の下降速度Ｖ（ただし、燃焼温度が下がるとき、Ｖ＜０とする。）を検出する工程と、前記検出工程において検出した燃焼温度の下降速度Ｖが所定値Ｖｅ（＜０）に対して Ｖ≦Ｖｅ となった場合には、前記送風機による送風量を順次に増加あるいは減少させ、送風量を増加させても減少させてもその後燃焼温度の下降速度がＶ＞０とならない場合には酸欠状態であると判断する工程と、前記判断工程において酸欠状態であると判断した場合には、前記ガス燃焼部を強制的に燃焼停止させる工程とを有することを特徴としている。
【０００６】
ガス燃焼部の酸素が欠乏すると、不完全燃焼によりガス燃焼部の温度が下がる。しかし、ガス燃焼部の燃焼能力が変化した場合など他の原因によっても燃焼温度が下降することがある。そのため、ガス燃焼部の燃焼温度の下降速度が所定値以下となったとき直ちにガス燃焼部を燃焼停止させると、酸素不足の状況にないガス給湯器を誤停止させる結果となる場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、燃焼温度の下降速度が所定値よりも下がった場合には、ただちにガス燃焼部を燃焼停止させるのでなく、送風機による送風量を順次に増加あるいは減少させて燃焼温度の下降速度を検出するようにした。このとき、燃焼温度下降の原因がガス燃焼能力が変化したことによる場合などには、送風機の送風量を変化させて空燃比を調整すればガス燃焼部の燃焼温度を上昇させることができるのに対し、酸素不足の場合には酸素不足の進行により送風量を変化させても燃焼温度は下降する。そこで、本発明においては、送風量を増加させても減少させてもその後燃焼温度の下降速度がＶ＞０とならない場合には酸欠状態であると判断し、ガス燃焼部を燃焼停止させるようにした。
【０００８】
よって、本発明によれば、ガス燃焼部の酸素不足と燃焼能力の変動等の酸素不足以外の原因とを判別でき、ガス燃焼部の酸素不足の検出精度を高くすることができ、誤判定によりガス燃焼部を燃焼停止させる恐れを少なくできる。
【０００９】
また、本発明の実施態様においては、前記判断工程において、送風量を増加させるか減少させるかしたときに、燃焼温度の下降速度がＶ＞０となった場合には、前記送風機の送風量を元に戻して前記ガス燃焼部を燃焼状態に維持するようにしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の一実施形態によるガス給湯器の構成を示す概略図である。缶体１内の上部には熱交換器２が配設されており、熱交換器２の入水口側には入水管３が接続され、熱交換器２の出湯口側には出湯管４が接続されている。入水管３には、熱交換器２に流入する水の温度を検出するための入水温度センサ（サーミスタ）５と、市水等から入水管３を経て熱交換器２に流入する水の流量を検出するための流量センサ６とが設けられている。また、出湯管４には熱交換器２から流出する湯の温度を検出するための出湯温度センサ７が設けられている。
【００１５】
入水管３と出湯管４との間には、熱交換器２をバイパスさせるようにしてバイパス管９が配管されており、バイパス管９にはバイパス流量調整弁１５が設けられている。しかして、市水等から入水管３に流入した水は熱交換器２側とバイパス管９側とに分配され、熱交換器２で加熱された湯とバイパス管９を通過した水とは再び出湯管４で混合される。出湯管４のバイパス管９との合流位置よりも下流側には、当該湯水混合温度を検出するためのミキシング温度センサ８と器具全体の流量を制御する流量制御弁１６を設けている。
【００１６】
缶体１内において、熱交換器２の下方にはガスバーナー１０が設置されており、ガスバーナー１０内には、燃焼管の燃焼本数を切り換えることによってガスバーナー１０の燃焼能力を調整するための複数個のガス切替弁１１ａ〜１１ｅが組み込まれている。さらに、ガスバーナー１０にガスを供給するためのガス配管１２には、ガス比例弁１３及び元電磁弁１４が設けられている。ガスバーナー１０のガス燃焼位置には、燃焼炎に触れて熱伝導により燃焼温度を直接に検知する、サーミスタ等のバーナーセンサ（燃焼温度センサ）１７を設けている。このようなバーナーセンサ１７を用いれば、フレームロッドなどに比べて高精度にガスバーナー１０の燃焼温度を計測することができる。
【００１７】
また、ガスバーナー１０の下方、すなわち缶体１の底部には、ガスバーナー１０に燃焼用の空気を供給し、ガスバーナー１０でガスを適正な空燃比で燃焼させるための送風機１８が設けられている。
【００１８】
しかして、このガス給湯器においては、入水管３から水が流入すると、その水は熱交換器２側とバイパス管９側とに分岐し、熱交換器２を通過する水は熱交換器２を通過する際に加熱され、再びバイパス管９を通過した水と混合され、出湯管４の管端に設けられたカラン等から出湯される。
【００１９】
また、このガス給湯器においては、リモートコントローラから希望出湯温度（設定温度Ｔｓ）を入力することができ、コントローラは、入水温度センサ５や出湯温度センサ７、流量センサ６、ミキシング温度センサ８等の検出値に基づいてガス比例弁１３をフィードフォワード（ＦＦ）制御及びフィードバック（ＦＢ）制御することにより、カラン等から設定温度の湯が出湯されるようにガスバーナー１０の燃焼能力を制御する。
【００２０】
コントローラ１９は、図１に示すように、酸素欠乏判定部２１及びタイマ２０を有している。タイマ２０はガスバーナー１０の燃焼開始後の経過時間を計測している。酸素欠乏判定部２１は、一定時間が経過する都度、バーナーセンサ１７の計測値（バーナーセンサ温度）を読み取り、バーナーセンサ温度からガスバーナー１０の燃焼温度の下降速度を演算し、その結果に基づいて酸素欠乏（以下、酸欠という）状態を監視している。
【００２１】
図２及び図３により具体的に説明する。図２はガスバーナー１０が正常に燃焼する場合の燃焼開始後のバーナーセンサ温度の変化を示し、図３は酸欠状態における燃焼開始後のバーナーセンサ温度の変化を示している。ガスバーナー１０が燃焼を開始した直後には、バーナーセンサ温度は上昇して行くが、ガスバーナー１０が正常に燃焼する場合には、一定時間経過後には、図２に示すようにバーナーセンサ１７はほぼ一定温度に落ち着く。これに対し、ガスバーナー１０が酸欠状態になると、図３に示すようにバーナーセンサ温度は下降し、酸欠状態が進むに従ってバーナーセンサ温度の下降速度（下降勾配）も次第に大きくなる。そこで、酸素欠乏判定部２１は、一定時間ｔ0（例えば、５秒）が経過する都度、バーナーセンサ温度Ｔｂ１、Ｔｂ２、Ｔｂ３、…を取り込み、その下降速度Ｖ
ΔＴｂ21／ｔ0＝（Ｔｂ２−Ｔｂ１）／ｔ0、
ΔＴｂ32／ｔ0＝（Ｔｂ３−Ｔｂ２）／ｔ0、
…
を演算している。そして、そのバーナーセンサ温度の下降速度Ｖが一定値Ｖｅ以下になった（Ｖ≦Ｖｅ＜０）場合には、酸欠状態であると判定し、ガスバーナー１０の燃焼を強制的に停止すると共にモニター２２に酸欠状態である旨の表示をする。
【００２２】
ただし、▲１▼ガスバーナー着火後初期のバーナー温度立ち上がり時、▲２▼ガスバーナー１０の燃焼能力が切り替えられた直後、▲３▼送風機１８の回転数が変化（例えば、補正による回転数変化）した直後などには、ガスバーナー１０の燃焼温度が不安定になるので、これらの場合には一定時間（例えば、１〜３分程度）のデッドタイムを持たせ、バーナーセンサ温度を読み込まないようにしたり、酸素欠乏判定部２１を停止させたりすることにより、酸素欠乏の判定を行わないようにしている。
【００２３】
また、強風等の外乱による誤判定の恐れを少なくするためには、バーナーセンサ温度の下降速度が一定回数（例えば、３回）一定値Ｖｅ以下になった場合に酸欠状態であると判断してもよい。
【００２４】
また、台風その他の強風等による外乱による誤判定を防止するためには、バーナーセンサ温度の下降速度Ｖが、一定値Ｖmax（＜Ｖｅ＜０）よりも小さい場合には、酸欠ではないと判定してもよい。すなわち、この場合には、
Ｖ＞Ｖｅ              …正常
Ｖｅ≧Ｖ＞Ｖmax       …酸欠状態
Ｖmax≧Ｖ             …正常（強風）
と判断される。一般に、換気不良などによる酸欠状態では、燃焼温度の温度降下は緩やかで長時間継続するのに対し、強風時に一旦温度が上昇してから無風時に温度が下がる場合には、短時間の間に急激に温度が下がるので、このような判定式を用いることにより、酸欠状態の検出精度を高くすることができる。
【００２５】
また、バーナーセンサ温度の下降速度の平均値を用い、その平均値が一定値Ｖｅ以下になった場合に酸欠状態であると判断してもよい。その場合、一定時間内に複数回（例えば、１０ｍsec毎に６回）バーナーセンサ温度を読み込み、そのうちのもっとも大きな値ともっとも小さな値を捨てて残りのバーナーセンサ温度の平均値を用いるようにすることもできる。あるいは、強風等の外乱による影響を抑制するため、一定値Ｖmax（＜Ｖｅ＜０）よりも小さいバーナーセンサ温度の下降速度は、Ｖmaxに置き換えて平均してもよい。
【００２６】
（具体的な処理手順）
図４及び図５は上記ガス給湯器において酸欠状態を判別するための具体的手順を示している。以下、この具体的手順を説明する。酸欠による不良判定が開始すると（Ｓ１）、まず燃焼中であるか燃焼停止中であるか判別される（Ｓ２）。燃焼中であれば、ガス給湯器の出湯号数が一定号数ＮＡ（例えば、８号）以上であるか調べ（Ｓ３）、一定号数ＮＡよりも小さければ処理を終了する（Ｓ５）。一定号数ＮＡ以上であれば、さらに出湯号数の変動が一定号数ＮＢ以下か調べ（Ｓ４）、出湯号数の変動が大きいと判定精度を得られないから、一定号数ＮＢよりも大きい場合には処理を終了する（Ｓ５）。
【００２７】
ガス給湯器の出湯号数の変動が一定号数ＮＢ以下である場合には、ガスバーナー１０の燃焼能力の切り替え後、一定時間ｔa以内であるか調べる（Ｓ６）。一定時間ｔaが経過していない場合には、前記のように酸欠状態の判定を行わず、一定時間ｔaが経過するまで待つ。
【００２８】
ガスバーナー１０の燃焼能力の切り替え後、一定時間ｔa以内でない場合、あるいは一定時間ｔaが経過した場合には、続けて送風機１８の回転数が補正されて変化してから一定時間ｔb以内であるか調べる（Ｓ７）。一定時間ｔbが経過していない場合には、前記のように酸欠状態の判定を行わず、一定時間ｔbが経過するまで待つ。
【００２９】
送風機１８の回転数補正後、一定時間ｔb以内でない場合、あるいは一定時間ｔbが経過した場合には、酸素欠乏判定部２１により、バーナーセンサ温度の下降速度Ｖが一定値Ｖｅ以下か否か判定される（Ｓ８）。この判定方法としては、上記のような種々の方法のうち、いずれの方法を用いてもよい。ここで、バーナーセンサ温度の下降速度Ｖが一定値Ｖｅよりも大きく、酸欠状態でないと判定された場合には、コントローラ１９内のフラグＦを１に設定し（Ｓ９）、始めのステップＳ２に戻る。
【００３０】
従って、バーナーセンサ温度の下降速度Ｖが一定値Ｖｅよりも大きく、酸欠状態でないと判定されている間は、フラグがＦ＝１に保たれたまま、ガスバーナー１０は燃焼を続ける。
【００３１】
こうして燃焼を続けているとき、バーナーセンサ温度の下降速度Ｖが一定値Ｖｅ以下となり、ステップＳ８において酸素欠乏判定部２１により酸欠状態であると判断されると、フラグＦは０に置き換えられ（Ｓ１０）、正常回数カウント用のカウンタＣＡが０にクリアされ（Ｓ１１）、さらに異常回数カウント用のカウンタＣＢが１だけ加算される（Ｓ１２）。
【００３２】
カウンタＣＢが加算された後、カウンタＣＢが所定値、例えば５以上か否かを調べ（Ｓ１３）、所定値よりも小さいと、判定を終了して初めから判定を開始する（Ｓ１４、Ｓ１５）。また、カウンタＣＢの値が所定値以上であれば、酸素欠乏判定部２１により所定回数酸欠状態であると判断されたことになるから、最終的に酸欠状態であると判断して（Ｓ１６）ガスバーナー１０の燃焼を強制的に停止し、モニター２２に酸欠状態である旨の表示をする。この後、カウンタＣＢを０にクリアし（Ｓ１７）、判定を終了して初めから判定処理を繰り返す（Ｓ１８）。
【００３３】
また、ガス給湯器が燃焼停止している場合（Ｓ２でＮＯの場合）には、フラグＦが０か１か判別し（Ｓ１９）、フラグがＦ＝１になっていれば、酸素欠乏判定部２１により１度も酸素欠乏状態にあると判断されていないので、正常回数カウント用のカウンタＣＡを１だけ加算した（Ｓ２０）後、フラグＦを０にセットする（Ｓ２１）。ついで、カウンタＣＡのカウント値が所定値、例えば３以上か否かを調べ（Ｓ２２）、所定値以下であれば、判定を終了して初めから処理が繰り返される（Ｓ２５、Ｓ２６）。
【００３４】
正常に燃焼停止した後の最初の処理においては、上記のようにカウンタＣＡを１だけ加算した後、フラグをＦ＝０にセットするので、燃焼停止中には最初の処理を除けばステップＳ１９でＮＯと判定され、カウンタＣＡは増加することはない。また、ステップＳ８で酸素欠乏判定部２１により酸欠であると判断されると、ステップ１０でフラグはＦ＝０にセットされているので、この後に燃焼停止した場合も、ステップＳ１９でＮＯと判定され、カウンタＣＡは増加しない。
【００３５】
しかし、酸素欠乏判定部２１がステップＳ８で酸素欠乏状態であると判断すると、ステップＳ１１で正常回数カウント用のカウンタＣＡがクリアされる一方、ガス給湯器が正常な状態で燃焼を終了すると、ステップＳ９においてフラグがＦ＝１にセットされているから、燃焼終了後の最初の判定処理においてステップＳ２０でカウンタＣＡが１だけ増加させられる。従って、ガス給湯器が所定回数（例えば、３回）連続して正常な状態で燃焼を終了すると、カウンタＣＡが所定値以上となり、ステップＳ２２の判定結果はＹＥＳとなり、異常回数カウント用のカウンタＣＢ及び正常回数カウント用のカウンタＣＡがいずれも０にクリアされ（Ｓ２３、Ｓ２４）、判定を終了して初めから判定処理が繰り返される（Ｓ２５、Ｓ２６）。
【００３６】
（第２の実施形態）
図６は本発明の別な実施形態によるガス給湯器の構成を示す概略図である。この実施形態にあっては、送風機１８の回転数を制御する送風機制御部２３を備えている。なお、図６においては、図１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付すことにより、説明を省略する。
【００３７】
この実施形態のガス給湯器においては、第１の実施形態で説明したいずれかの方法で、酸素欠乏判定部２１により、バーナーセンサ温度の下降速度Ｖが所定値Ｖｅ以下になったことを検出された後、それが酸素欠乏によるものか、ガスバーナー１０の燃焼能力の変動など酸素欠乏以外の原因によるものであるかを判別できるようにしている。
【００３８】
すなわち、このガス給湯器においては、酸素欠乏判定部２１により、バーナーセンサ温度の下降速度Ｖが所定値Ｖｅ以下になったと判定すると、送風機制御部２３により送風機１８の回転数を変化させ、ガスバーナー１０に対する酸素供給量を変化させる。
【００３９】
バーナーセンサ温度の下降速度Ｖの低下が酸欠である場合には、図７に示すように、送風機１８の回転数を増加させても減少させても、酸欠の進行とともにバーナーセンサ温度は下降し続ける。
【００４０】
これに対し、バーナーセンサ温度の下降速度Ｖの低下が、例えばガス一次圧の変動等に起因するガスバーナー１０の燃焼能力の変化によるものである場合には、図８に示すように、送風機１８の回転数を増加または減少させると、いずれかの場合には空燃比が良好な状態に向かうので、バーナーセンサ温度が上昇する。
【００４１】
従って、このガス給湯器においては、バーナーセンサ温度が所定値Ｖｅ以下の下降速度Ｖで降下したときには、送風機１８の回転数を増加及び減少させ、それぞれの場合のバーナーセンサ温度を監視し、いずれの場合もバーナーセンサ温度が下降した場合には酸欠状態であると判断し、ガスバーナー１０を強制的に燃焼停止させると共にモニター２２に酸欠状態である旨を表示する。また、いずれかの場合にバーナーセンサ温度が上昇に転じた場合には、酸素欠乏以外の原因によるものであると判断し、送風機１８の回転数を元に戻してガス給湯器の燃焼運転を続ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるガス給湯器の構成を示す概略図である。
【図２】正常な燃焼状態における、燃焼開始後のバーナーセンサ温度の変化を示す図である。
【図３】酸欠状態における、燃焼開始後のバーナーセンサ温度の変化を示す図である。
【図４】同上のガス給湯器における酸欠検出のための手順を示すフロー図である。
【図５】同上のガス給湯器における酸欠検出のための手順を示すフロー図である。
【図６】本発明の別な実施形態によるガス給湯器の構成を示す概略図である。
【図７】酸欠状態において、送風機の回転数を変化させた場合のバーナーセンサ温度の変化を示す図である。
【図８】酸欠以外の原因でバーナーセンサ温度が低下している状態において、送風機の回転数を変化させた場合のバーナーセンサ温度の変化を示す図である。
【符号の説明】
１０  ガスバーナー
１７  バーナーセンサ
１８  送風機
２０  タイマ
２１  酸素欠乏判定部
２３  送風機制御部
【図１】
0004078496.tif 000002
【図２】
0004078496.tif 000003
【図３】
0004078496.tif 000004
【図４】
0004078496.tif 000005
【図５】
0004078496.tif 000006
【図６】
0004078496.tif 000007
【図７】
0004078496.tif 000008
【図８】
0004078496.tif 000009