(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスバーナの炎孔に臨むフレームロッドと、
前記ガスバーナで加熱されて出力上昇する熱電対から成る熱電対回路と、
前記熱電対回路の出力が酸欠基準値以下に低下した場合に前記フレームロッドに電源供給するフレームロッド駆動手段と、
前記フレームロッド駆動手段が前記電源供給したときに前記フレームロッドが炎検知信号を出力している場合は室内の酸素濃度が低いことを示す酸欠信号を出力する一方、前記フレームロッド駆動手段が前記電源供給したときに前記フレームロッドが前記炎検知信号を出力していない場合は前記ガスバーナへのガス供給が遮断されたことを示すガス欠信号を出力する失火原因判定手段とを具備する、ガス燃焼器。
【請求項２】
請求項１に記載のガス燃焼器に於いて、
前記失火原因判定手段から前記酸欠信号が出力された場合は、その後に前記ガスバーナへの点火操作がされても該ガスバーナを強制消火状態に維持する強制停止手段を備えている、ガス燃焼器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガス燃焼器に於いて、
前記ガス燃焼器は、電池電源式の小型湯沸器であり、
前記ガスバーナの燃焼排気が上向きに流れる排気通路が内部に形成された缶体(16)と、
前記缶体(16)内にて前記ガスバーナの上方に配設され、且つ、被加熱水が流れる吸熱管(22)を備えた熱交換器(27)を具備し、
前記熱電対回路は、前記ガスバーナの炎孔に臨む第１熱電対と該第１熱電対の上方にて缶体(16)内の温度を検知する第２熱電対が互いに逆極性で直列接続された構成である、小型湯沸器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスバーナの失火原因の判定機能を備えたガス燃焼器に関するもので、小型湯沸器やガスストーブ等に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
ガスバーナの燃焼排気を室内に排出する構造の小型湯沸器やガスストーブとして、前記ガスバーナの燃焼悪化に対する安全装置が組み込まれたものが知られており、例えば、特許文献１のものでは、小型湯沸器に組み込まれたガスバーナで加熱される熱電対の出力に基づいて、前記ガスバーナの失火原因たる酸欠やガス欠が判定できるように構成されている。
【０００３】
具体的には、図６に示すように、室内の酸素濃度が次第に低下して酸欠状態が進行すると、ガスバーナの炎が次第にリフトして失火することから、前記熱電対の出力が緩慢に低下する。従って、この場合は、熱電対の時間的な出力低下の勾配（ΔＶ１／Δｔ１）が小さいことから、この勾配（ΔＶ１／Δｔ１）が閾値より小さい場合は、ガスバーナの失火原因を酸欠と判断する。一方、誤ってガス元栓が閉じられてガス欠状態になると、前記ガスバーナが突然に失火して熱電対の出力が急激に低下する。従って、この場合は、出力低下の勾配（ΔＶ２／Δｔ２）が大きいことから、ガスバーナの失火原因をガス欠と判断するのである。
【０００４】
このものでは、ガスバーナの失火原因についてガス欠か酸欠の判定ができるから、例えば、酸欠の場合には室内換気の必要性を報知することができると共に、酸欠による失火が繰り返される場合は、器具動作を停止状態にロックする等の安全対策を施すことができる利点がある。
【特許文献１】特開２００５−２８３０１７号公報
【特許文献２】特開平９−３１０８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のものでは、室内の酸欠状態が進行している環境下で、ガスバーナの火力が大火から急激に小火に変更される（例えば、出湯設定温度が下げられる）と、該ガスバーナの火力が急激に小さくなるから、熱電対の出力低下の勾配（ΔＶ２／Δｔ２）が大きくなる。従って、ガスバーナの失火時には、酸欠状態ではなくガス欠状態と誤判定されるという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みて成されたもので、酸欠状態が進行している環境下でガスバーナの火力が大火から急激に小火に変更された場合の失火原因の誤判定を防止し得るようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[請求項１に係る発明]
上記課題を解決するための請求項１に係る発明の解決手段は、
『ガスバーナの炎孔に臨むフレームロッドと、
前記ガスバーナで加熱されて出力上昇する熱電対から成る熱電対回路と、
前記熱電対回路の出力が酸欠基準値以下に低下した場合に前記フレームロッドに電源供給するフレームロッド駆動手段と、
前記フレームロッド駆動手段が前記電源供給したときに前記フレームロッドが炎検知信号を出力している場合は室内の酸素濃度が低いことを示す酸欠信号を出力する一方、前記フレームロッド駆動手段が前記電源供給したときに前記フレームロッドが前記炎検知信号を出力していない場合は前記ガスバーナへのガス供給が遮断されたことを示すガス欠信号を出力する失火原因判定手段とを具備する』ことである。
【０００８】
上記解決手段は次のように作用する。
室内換気が不十分なために、ガスバーナの燃焼に伴って室内の酸素濃度が次第に低下し、これにより、酸欠状態になるとガスバーナの炎がリフトし始める。そして、酸欠状態が徐々に進行すると、熱電対回路に対するガスバーナの加熱度合が低下し、これにより、熱電対回路の出力が酸欠基準値以下になる。すると、フレームロッド駆動手段がフレームロッドに電源供給する。
【０００９】
酸欠状態が徐々に進行している場合は、前記フレームロッドに電源供給された時点、即ち、ガスバーナの炎がリフトし始めた時点では、ガスバーナは失火しておらず、前記フレームロッドから炎検知信号が出力されているから、失火原因判定手段は、室内の酸素濃度が低いことを示す酸欠信号を出力する。
【００１０】
一方、誤ってガス元弁が閉じられる等して、ガスバーナへのガス供給が強制遮断されると、ガスバーナは前記酸欠時に比べて短時間で失火してフレームロッドは炎検知信号を出さなくなる。ところが、ガスバーナが失火しても、熱電対回路の出力低下にはある程度の時間が必要であることから、前記失火後暫くしてから熱電対回路の出力が前記酸欠基準値まで低下する。従って、その後、フレームロッド駆動手段によってフレームロッドに電源供給され、フレームロッドに電源供給されたとき（熱電対回路の出力が酸欠基準値より小さくなったとき）には、該フレームロッドは炎検知信号を出力していないので、失火原因判定手段からガス欠信号が出力される。
【００１１】
これにより、ガスバーナの失火原因について、ガス欠か酸欠かの判断ができる。
さて、室内の酸欠状態が進行しているときにガスバーナの火力が大火から急激に小火に変更されると、このときの急激な火力低下に伴って熱電対回路の出力も急低下する。ところが、この場合は、ガスバーナは失火しないから、フレームロッド駆動手段によってフレームロッドに電源供給された時点（熱電対回路の出力が酸欠判定値まで低下した時点）では、フレームロッドは炎検知信号を出力している。従って、失火原因判定手段からガス欠信号が出力される。これにより、酸欠状態が進行している環境下でガスバーナの火力が大火から急激に小火に変更された場合の失火原因の誤判定を防止することができる。
【００１２】
[請求項２に係る発明]
請求項１に係る発明に於いて、
『前記失火原因判定手段から前記酸欠信号が出力された場合は、その後に前記ガスバーナへの点火操作がされても該ガスバーナを強制消火状態に維持する強制停止手段を備えている』ものでは、室内換気等の酸欠防止対策が行なわれないままガス燃焼器の使用が継続される不都合が防止される。
【００１３】
[請求項３に係る発明]
請求項１又は２に係る発明に於いて、
『前記ガス燃焼器は、電池電源式の小型湯沸器であり、
前記ガスバーナの燃焼排気が上向きに流れる排気通路が内部に形成された缶体(16)と、
前記缶体(16)内にて前記ガスバーナの上方に配設され、且つ、被加熱水が流れる吸熱管(22)を備えた熱交換器(27)を具備し、
前記熱電対回路は、前記ガスバーナの炎孔に臨む第１熱電対と該第１熱電対の上方にて缶体(16)内の温度を検知する第２熱電対が互いに逆極性で直列接続された構成である』ものとすることができる。
【００１４】
このものでは、請求項１の発明と同様、熱電対回路はガスバーナからの加熱度合いの増加に伴って出力上昇する。即ち、正常な燃焼時にはガスバーナの炎孔に臨む第１熱電対がこれより上方の第２熱電対より強く加熱され熱電対回路の出力が酸欠基準値以上に上昇する。
【００１５】
一方、熱交換器(27)の目詰まり等によって缶体(6)内の排気通路が閉塞傾向になると、ガスバーナへの円滑な給気が阻害され、次第に酸欠状態になるとともに、熱を持ったガスバーナの燃焼排気が缶体(16)の上部に溜まり易くなり、これにより、第２熱電対の加熱度合いが高くなって起電力が上昇する。他方、第１熱電対の起電力は殆ど変化しないと共に、第１熱電対と第２熱電対は互いに逆極性で直列接続されているから、熱電対回路の出力は低下する。そして、熱電対回路の出力が酸欠基準値まで低下すると、請求項１の発明と同様に、フレームロッド駆動手段によってフレームロッドに電源供給されると共に、失火原因判定手段から酸欠信号が出力される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は次の特有の効果を有する。
既述したように、請求項１に係る発明では、酸欠状態が進行している環境下でガスバーナの火力が大火から急激に小火に変更された場合の失火原因の誤判定を防止することができる。又、熱電対の出力が酸欠基準値以下になった場合にフレームロッドに電源供給し、常時電源供給するものでないから、無駄な電力消費が抑えられる。
請求項２に係る発明では、酸欠信号が出力された後にはガスバーナを強制消火状態に維持するから、室内換気等の酸欠防止対策が行なわれないまま継続使用される不都合が防止される。
請求項３に係る発明では、既述したように、缶体(16)内の排気通路が閉塞傾向になることでガスバーナへの円滑な給気が阻害されて酸欠状態になったこも検出できるから、高性能の小型湯沸器が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るガス燃焼器たる小型湯沸器の概略構成図である。
内部が排気通路(160)となった缶体(16)の下部には、ガス回路(11)に配設された水圧応動ガス弁(5)の応動弁部(51)とガス弁(12)を介してガス供給されるガスバーナ(10)が配設されていると共に、該ガスバーナ(10)の近傍には、これで加熱される第１熱電対(13)と、ガスバーナ(10)の炎孔に臨む炎検検知用のフレームロッド(14)と、更に、点火電極(15)が配設されている。又、第１熱電対(13)及びフレームロッド(14)の上方には第２熱電対(18)が配設されていると共に、該第２熱電対(18)は、缶体(16)の側壁を内外に貫通する窓(160)に臨んでいる。
【００１８】
給湯管(2)は、図示しない上水道から被加熱水たる上水が給水されると共に、給水管(21)、吸熱管(22)、出湯管(23)より構成されている。
給水管(21)には給水弁(24)とその下流側の水圧応動ガス弁(5)のダイヤフラム部(52)が設けられていると共に、吸熱管(22)は多数の吸熱フィン(25)が設けられて熱交換器(27)になっており、更に、吸熱管(22)から下流側に延びる出湯管(23)の下流端にはシャワーヘッド(26)が接続されている。
【００１９】
第１、第２熱電対(13)(18)、フレームロッド(14)、出湯スイッチ(30)、及び、湯温設定器(31)は、マイクロコンピュータが内蔵された制御回路(3)に接続されていると共に、第１熱電対(13)と第２熱電対(18)は、図２に示すように、互いに逆極性で直列接続されて炎監視回路(19)を構成している。従って、ガスバーナ(10)が適正燃焼しているときは、第１、第２熱電対(13)(18)の起電力がほぼ一定となるため、炎監視回路(19)の出力ＶOUTは一定になる一方、室内の酸素濃度が低くなると、不完全燃焼によってガスバーナ(10)の炎(F)が徐々にリフトし、これにより、第１熱電対(13)の起電力が低下する一方、第２熱電対(18)の起電力は殆ど変化しないから、炎監視回路(19)の出力ＶOUTが低くなる。そして、炎監視回路(19)の出力ＶOUTが、後述する酸欠基準値Ｋ１より大きいか否かが制御回路(3)で判断されるようになっている。尚、本実施の形態では、第１、第２熱電対(13)(18)から成る炎監視回路(19)が請求項１の「熱電対回路」に対応するが、炎監視回路(19)を第１熱電対(13)のみで構成してもよい。
【００２０】
又、制御回路(3)の出力によって、ガス弁(12)、給水弁(24)、点火電極(15)が制御されるようになっていると共に、制御回路(3)は電源電池(4)で駆動されるようになっている。
制御回路(3)に組み込まれたマイクロコンピュータには、図３のフローチャートに示す制御を実行するプログラムが格納されている。
【００２１】
以下、本実施の形態に係る小型湯沸器の制御動作を図３のフローチャートに従って説明する。
先ず、最初にマイクロコンピュータが作動し始めると、ステップ(ST1)で、酸欠による失火回数を判断するための酸欠判定変数Ｆ１を初期値「０」にセットする。
次に、ステップ(ST2)で、出湯スイッチ(30)による出湯操作がされたことが確認できると、ステップ(ST3)で給水弁(24)を開いて給湯管(2)に通水する（この通水により、水圧応動弁(5)の応動弁部(51)が開弁する）と共に、点火電極(15)から火花放電させた後、ガス弁(12)を開弁してガスバーナ(10)にガス供給する。これにより、ガスバーナ(10)に点火する。ステップ(ST4)で、炎監視回路(19)の出力ＶOUTを判断し、所定時間内に炎監視回路(19)の出力ＶOUTが燃焼レベルＫ０まで上昇しない場合（炎検知しない場合）は、点火ミスと判断し、ステップ(ST5)でガス弁(12)と給水弁(24)を閉弁した後にステップ(ST2)に制御を戻す。
【００２２】
一方、前記ステップ(ST4)で炎監視回路(19)の出力ＶOUTが燃焼レベルＫ０まで上昇していると判断した場合（炎検知している場合）は、ステップ(ST6)を実行し、炎監視回路(19)の出力が前記燃焼レベルＫ０より低い、酸欠基準値Ｋ１まで低下したか否かを判断する（図４、図５参照）と共に、ステップ(ST7)で、出湯スイッチ(30)による出湯停止操作がされたか否かを判断し、出湯停止操作がされるまでステップ(ST6)(ST7)の制御を繰り返す。
【００２３】
ステップ(ST6)の制御の繰り返し時に、室内が酸欠状態に近付くと、ガスバーナ(10)の炎が次第にリフトすることから、図５に示すように、炎監視回路(19)の出力ＶOUTが緩慢に低下する。そして、出力ＶOUTが酸欠基準値Ｋ１（本実施の形態では、６．０ｍｖ）より小さくなると、ステップ(ST8)でフレームロッド(14)への電源供給を開始した後、ステップ(ST9)でフレームロッド(14)が炎検知状態（フレームロッド電流が流れている状態）にあるか否かを判断する。従って、本実施の形態では、ステップ(ST8)を実行する制御回路(3)の機能部が、請求項１の「フレームロッド駆動手段」に対応すると共に、ステップ(ST9)を実行する制御回路(3)の機能部が、請求項１の「失火原因判定手段」に対応する。
【００２４】
ステップ(ST9)で、炎検知状態にあると判断すると、ステップ(ST11)でフレームロッド(14)への電源供給を遮断したうえで、ステップ(ST12)で酸欠状態であることを図示しないブザーやランプ等で報知すると共に、酸欠判定変数Ｆ１の内容を１だけ増加させる。そして、ステップ(ST13)で、酸欠判定変数Ｆ１の内容が３である場合は、酸欠によって３回の失火が発生したと分かるので、かかる場合は、ステップ(ST14)でガス弁(12)と給水弁(24)を閉じてガスバーナ(10)を消火状態に維持すると共に、ステップ(ST15)で、器具がラッチ回路によりインターロックをかけられた強制停止状態に維持されたことを報知する動作を繰り返す。従って、本実施の形態では、ステップ(ST14)(ST15)を実行する制御回路(3)の機能部が請求項２の「強制停止手段」に対応する。
【００２５】
一方、ステップ(ST6)の制御の繰り返し時に、誤ってガス元栓が閉じられてガスバーナ(10)へのガス供給が急激に遮断されると、該ガスバーナ(10)が突然に失火する。すると、図４に示すように、フレームロッド(14)は炎を検知しなくなって出力が直ちに低下してフレームロッド電流が消失する一方、炎監視回路(19)の出力ＶOUTは、フレームロッド(14)の出力より遅れて低下する。炎監視回路(19)を構成する第１熱電対(13)の温度低下にある程度の時間が必要だからである。従って、炎監視回路(19)の出力ＶOUTが酸欠基準値Ｋ１まで低下したときには、既にフレームロッド(14)は炎検知状態にないことから、ステップ(ST6)→(ST8)→(ST9)の制御を経て、フレームロッド(14)への電源供給を遮断するステップ(ST10)を実行し、その後、ステップ(ST16)でガス欠が発生したことを報知する。その後、ステップ(ST5)に制御を移してガス弁(12)と給水弁(24)を閉弁させる。
【００２６】
一方、ステップ(ST6)(ST7)の繰り返し時に、室内の酸欠状態が進行し、かかる条件下で湯温設定器(31)が操作されて出湯温度が急激に低温に切り替えられると、ガスバーナ(10)の火力が急激に小さくなって（ガス弁(12)の開度が小さくなって）炎監視回路(19)の出力ＶOUTも急低下する。ところが、炎監視回路(19)の出力ＶOUTが酸欠基準値Ｋ１まで低下したときでも、ガスバーナ(10)の炎はリフトしているものの失火していないことから、フレームロッド(14)は所定出力を出している。従って、ステップ(ST9)からステップ(ST12)側に制御が移されて酸欠報知等の制御が行われる。従って、室内の酸欠状態が進行しているときに湯温設定器(31)で出湯温度が低温に急激に切り替えられた場合（ガスバーナ(10)の火力が小火に急激に変更された場合）であっても、失火原因がガス欠と誤判定されることがない。
【００２７】
ところで、熱交換器(27)の目詰まり等によって排気通路(160)が閉塞傾向になると、ガスバーナ(10)への円滑な給気が阻害され、これにより、次第に酸欠状態になって行く。一方、排気通路(160)が閉塞傾向になると、熱を持ったガスバーナの燃焼排気が缶体(16)の上部に溜まり易くなり、これにより、第２熱電対(18)の加熱度合いが高くなってその起電力が上昇する。他方、第１熱電対(13)の起電力は殆ど変化しないから、炎監視回路(19)の出力は低下する。そして、炎監視回路(19)の出力が酸欠基準値Ｋ１まで低下すると、図３のステップ(ST6)でフレームロッド(14)に電源供給され、その後、既述ステップ(ST7)(ST8)以下の制御がされる。その後、ステップ(ST9)でフレームロッド(14)が炎検知状態にあることが確認され、これにより、排気通路(160)が閉塞傾向にあること、即ち、該排気通路(160)の閉塞によってガスバーナ(10)への円滑な給気が阻害された酸欠状態にあることが判定される。
【００２８】
上記実施の形態のものでは、炎監視回路(19)の出力ＶOUTが酸欠基準値Ｋ１まで低下したときにフレームロッド(14)に電源供給してその出力を判断するから、フレームロッド(14)の出力を常に監視するものと相違し、フレームロッド(14)の出力監視の為の消費電力が少なくて済む。従って、電池電源式の小型湯沸器では、電池の消耗を抑えることができ、長期使用が担保できる。
【００２９】
尚、上記実施の形態では、本願発明を小型湯沸器に適用した場合を例示的に説明したが、本発明はガスストーブ等の他のガス燃焼装器にも適用できる。
又、本実施の形態では、炎監視回路(19)の出力ＶOUTが酸欠基準値Ｋ１まで低下したときにフレームロッド(14)に電源供給する時間は、約２秒に設定されている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る小型湯沸器の概略構成図
【図２】炎監視回路(19)の回路図
【図３】本発明の実施の形態に係る小型湯沸器の制御動作を説明するフローチャート
【図４】ガス欠の場合の炎監視回路(19)及びフレームロッド(14)の出力変化を示すグラフ
【図５】酸欠の場合の炎監視回路(19)及びフレームロッド(14)の出力変化を示すグラフ
【図６】従来例の説明図
【符号の説明】
【００３１】
(10)・・・ガスバーナ
(13)・・・第１熱電対
(14)・・・フレームロッド
(18)・・・第２熱電対
(19)・・・炎監視回路  
【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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