(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的にガス濃度が希薄な淡混合気を噴出する淡炎口と、淡炎口に隣接して設けられ、相対的にガス濃度が濃い濃混合気を噴出する濃炎口とを有し、選択的に燃焼させることが可能な複数個のバーナからなる濃淡バーナと、
前記淡炎口と前記濃炎口の燃焼炎の双方の上方領域間に跨って配置され、前記濃淡バーナの燃焼状況に応じて出力値が変化するフレームロッドと、
このフレームロッドからの出力値が予め設定された基準値を下回るか否かに基づいて前記濃淡バーナの燃焼を停止させるか否かを判断する判定部とを備え、
前記判定部は、前記濃淡バーナが点火して所定時間が経過した後の通常燃焼時においては、高い基準値を選択するか、あるいは低い基準値を選択して出力値を減少補正させる第２処理がなされており、この状態で燃焼するバーナ個数の切り替えがなされたときには、所定時間が経過するまで、前記第２処理から、低い基準値を選択するか、あるいは高い基準値を選択して出力値を増加補正させる第１処理へ切り替えられることを特徴とする燃焼機器。
【請求項２】
前記判定部は、前記濃淡バーナが点火して所定時間が経過するまでの点火初期においては、前記基準値あるいは前記フレームロッドの出力値に対して前記第１処理がなされることを特徴とする請求項１に記載の燃焼機器。
【請求項３】
前記判定部は、前記通常燃焼時において、前記濃淡バーナの燃焼がガス供給量の低い領域で行われているときには、前記基準値あるいは前記フレームロッドの出力値に対して前記第１処理がなされることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼機器。
【請求項４】
前記判定部の判定に基づいて前記濃淡バーナの燃焼が停止された後の再点火の際には、この再点火が前記停止時点から所定時間が経過していないときには、前記判定部は、再点火初期においても前記基準値あるいは前記フレームロッドの出力値に対して前記第２処理を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃焼機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、不完全燃焼を検知するための手段として熱電対及びフレームロッドが知られている。前者の熱電対を燃焼機器中に組み込んだ従来技術として、下記特許文献１が知られ、後者のフレームロッドを組み込んだものとして、下記特許文献２が知られている。共に、燃焼状況によって変化する出力値と、予め設定された閾値とを比較して、燃焼運転を制御するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３５６５０号公報
【特許文献２】特開平１０−１９２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１で使用されている熱電対は燃焼状況の変化に対する応答性が低いことが一般的に知られており、不完全燃焼の検知に若干の遅れを生じがちであるが、逆に外乱等の影響に鋭敏に反応しないという利点もある。その点、特許文献２で使用されているフレームロッドに対しては、熱電対に比べて応答性が高いが、外乱の影響を受け易いという点の指摘がなされる。
【０００５】
そこで、本発明は、応答性に優れるフレームロッドを用いつつも、外乱による影響をできるだけ受け難くし、不完全燃焼を適確に検知することができる燃焼機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃焼機器は、相対的にガス濃度が希薄な淡混合気を噴出する淡炎口と、淡炎口に隣接して設けられ、相対的にガス濃度が濃い濃混合気を噴出する濃炎口とを有し、選択的に燃焼させることが可能な複数個のバーナからなる濃淡バーナと、
前記淡炎口と前記濃炎口の燃焼炎の双方の上方領域間に跨って配置され、前記濃淡バーナの燃焼状況に応じて出力値が変化するフレームロッドと、
このフレームロッドからの出力値が予め設定された基準値を下回るか否かに基づいて前記濃淡バーナの燃焼を停止させるか否かを判断する判定部とを備え、
前記判定部は、前記濃淡バーナが点火して所定時間が経過した後の通常燃焼時においては、高い基準値を選択するか、あるいは低い基準値を選択して出力値を減少補正させる第２処理がなされており、この状態で燃焼するバーナ個数の切り替えがなされたときには、所定時間が経過するまで、前記第２処理から、低い基準値を選択するか、あるいは高い基準値を選択して出力値を増加補正させる第１処理へ切り替えられることを特徴とする。
【０００７】
濃淡バーナにおいて、空気量が増加するにつれて、ガスリッチに設定された濃火炎が安定し、濃火炎中のイオン量が増加する。このため、濃火炎の上方領域にフレームロッドを配置すると、図５（ａ）に示すように、濃淡バーナの実使用範囲内では、空気量が増加するにつれてフレームロッドの出力値は高くなる。一方、空気量が減少するにつれて、エアーリッチに設定された淡火炎が安定し、淡火炎中のイオン量が増加する。このため、淡火炎の上方領域にフレームロッドを配置すると、図５（ｂ）に示すように、濃淡バーナの実使用範囲内では、空気量が減少するにつれてフレームロッドの出力値は高くなる。よって、フレームロッドを濃火炎と淡火炎との双方の上方領域間に跨って配置すると、フレームロッドは濃火炎中と淡火炎中のイオン量の合計を検知し出力するため、図５（ｃ）に示すように、濃淡バーナの実使用範囲内の全範囲において、フレームロッドの出力値が高い値に維持される。すなわち、風等の外乱により、濃淡バーナへの空気供給量が変動しても、フレームロッドの出力値はその影響を受け難く、安定した値が出力されるため、不完全燃焼の検知において誤判定を防止することができる。
【０００８】
また、濃淡バーナが点火されると、燃焼炎の形成によってフレームロッドの出力値が徐々に立ち上がる。一方、バーナを点火して暫くの間は燃焼炎が不安定で出力値も低くかつ変動を伴う。したがって、とりわけ点火初期においては、風等の外乱があるとフレームロッドの出力値は強くその影響を受け、誤判定が生じる。そこで、点火初期においては基準値を低く設定したり、あるいは基準値を高く設定し、フレームロッドの出力値を実際の値より増加補正させたりするような第１処理をしておかないと、不完全燃焼を誤判定して不用意にバーナの燃焼が停止してしまう事態がおきる。
【０００９】
その一方で、通常燃焼時において空気量が減少して不完全燃焼状態が進行すると、フレームロッドの出力値は徐々に低下してくる。このような不完全燃焼状況に陥ったような場合に、点火初期に設定されていた基準値が低く保たれたままであったり、あるいは基準値を高く設定し、フレームロッドの出力値を増加補正させたままであったりすると、フレームロッドの出力値が基準値を下回るまでに、時間を要する。その点、本発明では、通常燃焼時においては高い基準値へ切り替えたり、あるいは低い基準値を設定し、出力値を減少補正させたりといった第２処理がされるため、不完全燃焼を早期に検知して燃焼を停止させることができる。
【００１０】
したがって、本発明の燃焼機器は、淡火炎及び濃火炎の双方の上方領域間に跨ってフレームロッドを配置することと、第１処理及び第２処理がなされて基準値又は出力値を補正することとの双方が相俟って、不完全燃焼を誤判定なく早期に検知することができる。
【００１１】
判定部は、通常燃焼時において、濃淡バーナの燃焼がガス供給量の低い領域で行われているときには、基準値あるいはフレームロッドの出力値に対して第１処理がなされるとよい。ガス供給量の低い領域での燃焼が行われている間は、通常燃焼時においてもフレームロッドからの出力値が低い。したがって、第２処理がなされた状態では、不用意に燃焼が停止してしまう事態を生じうるが、第１処理がなされた状態であれば、不用意な燃焼停止の事態は回避される。なお、燃焼が長時間継続しても、低能力下であるため不完全燃焼は問題にならない。
【００１２】
濃淡バーナは、選択的に燃焼させることが可能な複数個のバーナからなるとともに、判定部は、通常燃焼時において燃焼するバーナ個数の切り替えがなされたときには、所定時間が経過するまで、基準値あるいはフレームロッドの出力値に対して第２処理から、第１処理へ切り替えられる。このようにすると、燃焼するバーナ個数が切り替えられた直後の火炎が不安定な時期であっても、外乱の影響による誤判定を生じ難くすることができる。
【００１３】
判定部の判定に基づいて濃淡バーナの燃焼が停止された後の再点火の際には、この再点火が停止時点から所定時間が経過していないときには、判定部は、再点火初期においても基準値あるいはフレームロッドの出力値に対して第２処理を行うとよい。不完全燃焼が生じたことが判定部によって判定され、これに基づいて濃淡バーナの燃焼が停止された直後に、再点火が試みられることがありうる。その場合において、判定部において第１処理がされてしまうと、基準値とフレームロッドの出力値とに差がある状態と判定されて燃焼状態が継続されてしまうことが懸念される。しかし、第２処理がそのまま継続されるようにすれば、判定部では燃焼停止時と同一の判断がなされるため、強制停止後の再点火を禁止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１〜図４によって説明する。図１に示すように、本実施形態の燃焼機器である給湯器１は、筐体２内に燃焼函３を備えている。筐体２には、空気取入れ口２Ａが設けられている。また、給湯器１は、燃焼函３の内部に濃淡バーナ１０と、点火プラグ２０Ａ、フレームロッド２０Ｂと、熱交換器３０とを備えている。また、給湯器１は、燃焼函３の下端に接続され、濃淡バーナ１０に燃焼用の空気を供給する燃焼ファン４０を備えている。さらに、給湯器１は、濃淡バーナ１０へのガス供給量及び燃焼ファン４０の回転数を設定可能な制御装置５０を備えている。制御装置５０には、フレームロッド２０Ｂからの出力値が予め設定された基準値を下回るか否かに基づいて濃淡バーナ１０の燃焼を停止させるか否かを判断する判定部５１と、基準値を記憶する記憶部５２とが備えられている。
【００１５】
濃淡バーナ１０は燃焼函３内の下部に配置され、複数のバーナ１１からなり、第１バーナ群１１Ａと、第２バーナ群１１Ｂとに分けられている。第１バーナ群１１Ａは、第２バーナ群１１Ｂよりもバーナ数が多く、燃焼能力が高い。各バーナ群１１Ａ、１１Ｂには、１本のガス供給路６０から２本に分岐してガスを供給する分岐ガス供給路６０Ａ、６０Ｂが接続されている。ガス供給路６０には、元電磁弁６１と、ガス比例弁６２とが設けられている。一方の分岐ガス供給路６０Ａには、電磁弁６３Ａが設けられている。ガス比例弁６２により、ガス供給路６０の開度が調整され、各バーナ群１１Ａ、１１Ｂへのガス供給量が調整される。また、ガス電磁弁６３Ａを開閉することにより、第１バーナ群１１Ａ及び第２バーナ群１１Ｂの双方を燃焼させる場合と、第２バーナ群１１Ｂのみを燃焼させる場合との２段階に切替可能である。つまり、燃焼するバーナ１１の個数を切り替えることができる。
【００１６】
図２に示すように、各バーナ１１は、相対的にガス濃度が希薄な淡混合気を噴出する淡炎口１２と、淡炎口１２に隣接して設けられ、相対的にガス濃度が濃い濃混合気を噴出する濃炎口１３とを有している。フレームロッド２０Ｂは、バーナ群１１Ｂに配置されており、淡炎口１２に形成される淡火炎１２Ｆと、濃炎口１３に形成される濃火炎１３Ｆとの双方の上方領域間に跨って配置されている。このため、風等の外乱により、濃淡バーナ１０への空気供給量が変動しても、フレームロッド２０Ｂは、濃火炎１３Ｆと淡火炎１２Ｆ中のイオン量の合計を検知し出力するため、フレームロッド２０Ｂの出力値はその影響を受け難く、安定した値が出力される。よって、不完全燃焼の誤判定を防止することができる。
【００１７】
図１に示すように、熱交換器３０は、燃焼函３内の上部に配置されている。熱交換器３０へは給水路７１を通じて水の供給がなされ、給湯路７２を経て、熱交換器３０で加熱された湯を出湯するようにしている。給水路７１と給湯路７２との間には、給水路７１から一部の水を分岐させて給湯路７２に合流させるバイパス路７３が接続されている。給水路７１には、給水路７１の流量を検知する給水量センサ７４が設けられている。
【００１８】
制御装置５０には、操作部５３が接続されている。制御装置５０は、操作部５３で設定された湯温（以下、「設定温度」という。）の湯が給湯路７２から出湯されるように、ガス比例弁６２及びガス電磁弁６３Ａを制御して各バーナ群１１Ａ、１１Ｂへのガス供給量を設定するとともに、ガス供給量に応じて燃焼ファン４０の回転数を制御する。
【００１９】
次に、図３に示すフローチャートに基づいて、濃淡バーナ１０の燃焼開始から停止までにおける不完全燃焼の検知動作について説明する。
【００２０】
給湯路７２の下流に接続された図示しない水栓装置が開弁され、所定流量以上の水が給水路７１内を流れたことを給水量センサ７４が検知すると、点火プラグ２０Ａが作動して濃淡バーナ１０が点火され、燃焼を開始する（Ｓ１）。
【００２１】
前回の燃焼が、後述するように給湯器１が設置されている部屋の酸素濃度低下により不完全燃焼が生じたと判断されて（Ｓ６）、濃淡バーナ１０が強制停止された（Ｓ７）場合には、その停止後、所定時間ｔ1（酸素濃度が適正値に戻るまでの時間、例えば、１時間）が経過したか否かを判断する（Ｓ２）。なお、過去に不完全燃焼が生じていない場合には、ｔ1時間を経過しているとみなす。
【００２２】
所定時間ｔ1を経過している場合には、低い基準値＝０．５μＡを選択する第１処理がなされ、記憶部５２に記憶される（Ｓ３)。点火初期には、風等の外乱があるとフレームロッド２０Ｂの出力値は強くその影響を受けるため、出力値が基準値を下回って不完全燃焼を誤判定することが生じ易い。このため、第１処理を行うことにより、不用意に濃淡バーナ１０の燃焼が停止してしまう事態を避ける。
【００２３】
また、所定時間ｔ1を経過していない場合には、高い基準値Ｘ＝５μＡが選択され、記憶部５２に記憶される（Ｓ４）。不完全燃焼が生じた（酸欠状態である）と判断されて強制停止された直後に、使用者が再点火を試みた場合には、高い基準値が選択される第２処理が行われることにより、燃焼停止時と同一の判断がなされ、再点火を禁止するためである。
【００２４】
次に、制御装置５０は、給水路７１内を流れる水の流量及び設定温度に応じて、第１バーナ群１１Ａの燃焼を選択し、最適なガス量及び空気量を供給するように、ガス比例弁６２、ガス電磁弁６３Ａ及び燃焼ファン４０を制御する（Ｓ５）。
【００２５】
次に、フレームロッド２０Ｂからの出力値が記憶部５２に記憶されている基準値以上であるか否かを判断する（Ｓ６）。通常の点火初期には、低い基準値Ｘ＝０．５μＡが選択されており、誤判定を防止している。フレームロッド２０Ｂからの出力値が基準値未満であった場合、点火ミス等が生じたと判断して濃淡バーナ１０の燃焼運転を強制停止する（Ｓ７）。
【００２６】
フレームロッド２０Ｂからの出力値が基準値以上であった場合、濃淡バーナ１０へのガス供給量がＹ（ｋＷ／ｈ）（例えば、５．８ｋＷ／ｈ）以上であるか否かを判断する（Ｓ８）。ガス供給量がＹ（ｋＷ／ｈ）未満の低い領域で燃焼が行われる間は、点火後ｔ3時間が経過した通常燃焼時においてもフレームロッド２０Ｂからの出力値が低いため、低い基準値Ｘ＝０．５μＡが選択され、記憶部５２に記憶される（Ｓ１２)。これにより、不用意な燃焼停止の事態は回避される。なお、燃焼が長時間継続しても、低能力下であるため、不完全燃焼は問題にならない。
【００２７】
次に、各バーナ群１１Ａ、１１Ｂの切替え後、ｔ2時間（例えば、３０秒）経過したか否かを判断する（Ｓ９）。ｔ2時間経過していない場合には、低い基準値Ｘ＝０．５μＡが選択され、記憶部５２に記憶される（Ｓ１２)。各バーナ群１１Ａ、１１Ｂが切り替えられて、燃焼するバーナ１１の個数が切り替えられる直前及び直後は、バーナ群間の火移りを行うのに適した空燃比に調整されるが、その空燃比は燃焼良好域から外れており、火炎が不安定であるため、外乱の影響による誤判定を生じ難くするためである。
【００２８】
次に、濃淡バーナ１０の点火後、ｔ3時間（例えば、６０秒）を経過したか否かを判断する。ｔ3時間が経過していない場合には、まだ点火初期であるため、低い基準値Ｘ＝０．５μＡが選択される（Ｓ１２）。一方、ｔ3時間が経過している場合には、高い基準値Ｘ＝５μＡが選択される第２処理がなされ（Ｓ１１）、記憶部５２に記憶される。図４に示すように、通常燃焼時（ｔ3時間経過後）において、仮に、給湯器１が設置されている部屋の酸素濃度が低下し、不完全燃焼状態が進行すると、フレームロッド２０Ｂの出力値は徐々に低下してくる。この場合、第２処理がなされることにより、第１処理の低い基準値を下回る時点（Ｚ時点）に比べて、Ｓ６で不完全燃焼を早期（Ｙ時点）に検知することができ、燃焼を強制停止することができる。これにより、ＣＯ濃度の低い段階で燃焼を強制停止させることができる。
【００２９】
その後、水栓装置の閉弁による通常の燃焼停止操作がなされると、給水路７１に設置された給水量センサ７４からの信号により燃焼停止処理（Ｓ１３）が行われる。これにより、元電磁弁６１が閉弁されるとともに、燃焼ファン４０の回転が停止されて燃焼運転は停止する（Ｓ１４）。燃焼停止処理がされない場合には、燃焼が継続される。
【００３０】
以上に示すように、実施形態１の給湯器１は、フレームロッド２０Ｂが淡炎口１２に形成される淡火炎１２Ｆと、濃炎口１３に形成される濃火炎１３Ｆとの双方の上方領域間に跨って配置されることにより、濃火炎１３Ｆ中と淡火炎１２Ｆ中のイオン量の合計を検知し出力するため、空気量の実使用範囲にわたってフレームロッド２０Ｂからの出力値を高くなり、外乱の影響を受け難くすることができる。また、図４に示すように、点火初期には第１処理がなされ、誤判定を防止し、通常燃焼時には第２処理がなされ、不完全燃焼を早期に検知して燃焼を停止させることができる。
【００３１】
したがって、実施形態１の給湯器１は、淡火炎１２Ｆ及び濃火炎１３Ｆの双方の上方領域に跨ってフレームロッド２０Ｂを配置することと、第１処理及び第２処理がなされて基準値を補正することとの双方が相俟って、不完全燃焼を誤判定なく早期に検知することができる。
【００３２】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態１に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる
【００３３】
（１）燃焼機器は、給湯器に限らず、暖房装置（ガス赤外線ストーブ、ガスファンヒータ）、風呂釜等であってもよい。
【００３４】
（２）実施形態１では、第１処理を行う場合、低い基準値Ｘ＝０．５μＡを選択したが、高い基準値Ｘ＝５μＡを選択し、フレームロッド２０Ｂの出力値を４．５μＡだけ増加補正してもよい。
【００３５】
（３）また、実施形態１では、第２処理を行う場合、高い基準値Ｘ＝５μＡｇａ選択したが、低い基準値Ｘ＝０．５μＡを選択し、フレームロッド２０Ｂの出力値を４．５μＡだけ減少補正してもよい。
【００３６】
（４）また、フレームロッド２０Ｂは、バーナの長手方向の端部から一方の濃炎口１３の上方領域を長手方向に延び、その後、屈曲して淡炎口１２の上方領域を斜めに横切って他方の濃炎口１３の上方領域に至るように配置されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態１の給湯器を示す概略図である。
【図２】実施形態１の濃淡バーナ及びフレームロッドを示す模式図である。
【図３】実施形態１の給湯器の不完全燃焼の検知動作を示すフローチャートである。
【図４】フレームロッドの出力値及びＣＯ濃度と燃焼時間との関係を示すグラフである。
【図５】フレームロッドの出力値と空気量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１…給湯器（燃焼機器）
１０…濃淡バーナ
１１…バーナ
１２…淡炎口
１３…濃炎口
２０Ｂ…フレームロッド
５１…判定部
【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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