JP5647489B2

JP5647489B2 - 給湯器

Info

Publication number: JP5647489B2
Application number: JP2010244383A
Authority: JP
Inventors: 岡本　英男; 英男岡本
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: JP2012097932A

Description

本発明は、バーナの不完全燃焼を検知する機能を備えた給湯器に関する。

給湯器の設置態様としては屋外設置と屋内設置があり、屋内設置の場合には、給湯器に排気筒を接続してバーナの燃焼排ガスを排気筒を介して屋外に排出する。しかし、誤って排気筒を接続せずに給湯器を屋内に設置した場合や排気筒の不良により、バーナの燃焼排ガスが屋内に排出されると、給湯器が設置された部屋の酸素濃度が低下して酸欠によるバーナの不完全燃焼が生じる。

そこで、従来の給湯器においては、フレームロッド等の炎センサを備えてバーナの燃焼状態を監視し、炎センサの検出レベルの低下によりバーナの不完全燃焼が検知されたときに、バーナの燃焼を強制的に停止するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１６２４４２号公報

給湯器を屋外に設置する場合には、給湯器周囲の換気が良好に行われるため、基本的にはバーナの不完全燃焼は生じ難い。しかしながら、積雪や子供のいたずら等から給湯器を保護するために、給湯器の周囲に囲いが設けられた場合には、囲いにより給湯器周囲の換気が妨げられて、酸欠によるバーナの不完全燃焼が生じ易い不適切な使用状態になることが生じ得る。

そこで、炎センサによりバーナの不完全燃焼が検知されたときに、バーナの燃焼を禁止したり、不完全燃焼の発生を報知することによって、このような不適切な使用状態で、給湯器が使用されることを回避することができる。

ところで、給湯器を囲いを設けずに屋外に設置した適切な使用状態であるときに、強風の吹き込みによって突発的にバーナが失火する場合がある。そして、この場合にも、バーナの不完全燃焼が生じた場合と同様に炎センサの検出レベルが低下するため、炎センサにより、酸欠によるバーナの不完全燃焼と強風によるバーナの失火を区別して検知することは困難である。

そして、強風によるバーナの失火が生じたときに、不完全燃焼が検知されたときと同様に、その後のバーナの燃焼を禁止してしまうと、給湯器の使用状態が適切であるにも拘わらず、保守サービス等に連絡してバーナの燃焼禁止を解除してもらうまで、給湯器の使用が不能になるという不都合がある。また、強風によるバーナの失火が生じたときに、不完全燃焼の発生を報知してしまうと、使用者に違和感や不安感を与えてしまう。

本発明はかかる背景を鑑みてなされたものであり、バーナの不完全燃焼を強風によるバーナの失火と区別して検知することができる給湯器を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、バーナと、前記バーナにより加熱されて、内部を流通する湯水を加熱する熱交換器と、前記バーナに燃焼用空気を供給するファンと、前記バーナに燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、所定の給湯設定温度に応じた目標燃焼量が得られるように、前記ファンの回転速度と前記燃料ガス供給部による燃料ガスの供給量とを制御する前記バーナの燃焼運転を行なう燃焼制御部と、前記バーナの燃焼炎を検出する炎センサと、前記ファンが、外部からの風の吹き込み圧を想定した風圧閾値よりも、前記バーナへの燃焼用空気の供給圧の方が高くなる回転速度で作動した状態で、前記バーナが燃焼していて、外部からの風の吹き込みにより前記炎センサの検出レベルが燃焼閾値以下になる可能性が低いときに、前記炎センサの検出レベルが前記燃焼閾値以下になったときには、酸欠による不完全燃焼によって前記バーナが失火したと判断して前記バーナの不完全燃焼を検知する不完全燃焼検知部と、前記不完全燃焼検知部により前記バーナの不完全燃焼が検知された回数をカウントして保持する検知カウンタと、前記検知カウンタに保持されたカウント値が所定値以上になったときに、解除操作がなされるまで、前記燃焼制御部による前記バーナの燃焼運転を禁止したインターロック状態とする燃焼禁止部とを備えたことを特徴とする（第１発明）。

第１発明によれば、前記不完全燃焼検知部は、前記ファンが前記風圧閾値よりも前記バーナへの燃焼用空気の供給圧の方が高くなる回転速度で作動した状態で、前記バーナが燃焼しているときに限定して、前記バーナの不完全燃焼を検知する。この場合、前記バーナへの燃焼用空気の供給圧が低く、外部からの強風の吹き込みにより前記バーナの失火が生じ得る状況では、前記不完全燃焼検知部による前記バーナの不完全燃焼の検知は行われない。そのため、外部からの強風の吹き込みによる失火と区別して、前記バーナの不完全燃焼を検知することができる。

また、第１発明によれば、給湯器が屋外で囲いを設けて設置され、換気不足により前記バーナの不完全燃焼が生じ易くなっている場合等、給湯器の使用状態が不適切な状態で、前記バーナの燃焼運転が継続されることを、前記燃焼制御部による前記バーナの燃焼運転を禁止した前記インターロック状態にすることによって禁止することができる。

さらに、第１発明によれば、前記燃料ガス供給部から前記バーナに燃料ガスを供給する際に、燃料ガスの供給路に空気が混入して前記バーナが失火した場合のように、突発的な要因によってバーナが消火されたときに、前記バーナの不完全燃焼が生じていると誤検知されて前記バーナの燃焼運転が禁止されることを防止することができる。

また、第１発明において、前記燃焼禁止部は、前記バーナの燃焼運転が、前記ファンが前記風圧閾値よりも前記バーナへの燃焼用空気の供給圧の方が高くなる回転速度で作動し、且つ、前記不完全燃焼検知部による前記バーナの不完全燃焼が検知されない状態で、所定時間以上継続したときに、前記検知カウンタのカウント値を減少させることを特徴とする（第２発明）。

第２発明によれば、前記バーナの燃焼運転が、前記ファンが前記風圧閾値よりも前記バーナへの燃焼用空気の供給圧の方が高くなる回転速度で作動し、且つ、前記不完全燃焼検知部による前記バーナの不完全燃焼が検知されない状態で、所定時間以上継続したときには、前記バーナが安定して正常燃焼しており、給湯器の使用状態が適切であると判断することができる。そこで、この場合には、前記検知カウンタに保持されたカウント値を減少させることにより、不完全燃焼の誤検知によって前記バーナの燃焼運転が禁止されることを防止することができる。

本発明の給湯器の構成図。図１に示した給湯器の制御ブロック図。図１に示した給湯器の作動フローチャート。

本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１を参照して、本実施形態の給湯器１は屋外に設置されており、ハウジング２内に燃焼筐３を備えている。燃焼筐３の上端部には、排気口３１が設けられている。

燃焼筐３内の下部にはバーナ５が収容されている。バーナ５は、複数の単位バーナ５ａから成る第１バーナユニット５１と、第１バーナユニット５１よりも多い単位バーナ５ａから成る第２バーナユニット５２とにより構成されている。バーナ５には、バーナ５に点火するための点火プラグ５ｂと、バーナ５の燃焼炎を検知するフレームロッド５ｃ（本発明の炎センサに相当する）とが設けられている。

バーナ５には、燃料ガスを供給するガス供給路６が接続されている。ガス供給路６の下流側は、第１バーナユニット５１に接続された第１分岐路６１と、第２バーナユニット５２に接続された第２分岐路６２とに分かれている。第１分岐路６１には、第１バーナユニット５１への燃料ガスの供給／遮断を切換える第１能力切替弁６１ａが設けられ、第２分岐路６２には、第２バーナユニット５２への燃料ガスの供給／遮断を切換える第２能力切替弁６２ａが設けられている。また、ガス供給路６の第１分岐路６１及び第２分岐路６２への分岐箇所の上流側には、ガス比例弁６３とガス元弁６４が設けられている。

燃焼筐３内のバーナ５の下側には、多数の通気孔を有する分布板８１ａで仕切られた給気室８１が形成されている。給気室８１は、仕切板８１ｂにより、第１バーナユニット５１に対応した第１給気室８２と第２バーナユニット５２に対応した第２給気室８３とに仕切られている。

燃焼筐３の下方に、給気路８５を介して給気室８１にバーナ５の燃焼用空気を供給するファン８４が設けられている。給気路８５の下流側は、第１給気室８２に接続された第１分配路８６ａと第２給気室８３に接続された第２分配路８６ｂに分岐している。

燃焼筐３内の上部には、バーナ５により加熱される給湯用の熱交換器７１が収容されている。熱交換器７１には給水路７２と出湯路７３が接続され、給水路７２から熱交換器７１に供給される水が熱交換器７１で加熱されて出湯路７３に供給される。

給水路７２には、給水路７２を流通する水の流量を検出する水量センサ７２ａと、給水路７２から供給される水の流量を調節する水量調節弁７２ｂとが設けられいる。出湯路７３には、出湯路７３から供給される湯の温度を検出する出湯温度センサ７３ａが設けられている。

ハウジング２内には、給湯器１の全体的な作動を制御するコントローラ９が設けられている。コントローラ９は、図示しないＣＰＵやメモリ等により構成された電子ユニットであり、給湯器１を遠隔操作するためのリモコン１０と接続されている。

次に、図２を参照して、コントローラ９には、出湯温度センサ７３ａの温度検出信号と、水量センサ７２ａの流量検出信号と、フレームロッド５ｃの炎検出信号が入力される。また、コントローラ９から出力される制御信号によって、水量調節弁７２ｂ、ガス元弁６４、ガス比例弁６３、第１能力切換弁６１ａ、第２能力切換弁６２ａ、ファン８４、及び点火プラグ５ｂの作動が制御される。

コントローラ９は、メモリに保持された給湯器１の制御用プログラムをＣＰＵで実行することによって、給湯制御部９１、燃焼制御部９２、燃焼禁止部９３、検知カウンタ９４、及び、不完全燃焼検知部９５として機能する。

給湯制御部９１は、出湯温度センサ７３ａにより検出される出湯路７３からの給湯温度が、リモコン１０により設定された給湯設定温度となるように、バーナ５の目標燃焼量を決定すると共に、必要に応じて水量調節弁７２ｂにより給水路７２に供給される水の流量を調節する。

燃焼制御部９２は、第１能力切換弁６１ａと第２能力切換弁６２ａを共に開弁して第１バーナユニット５１及び第２バーナユニット５２を燃焼させる「有効燃焼範囲大の状態」と、第１能力切替弁６１ａを閉弁して第２能力切替弁６２ａを開弁し、第２バーナユニット５２のみを燃焼させる「有効燃焼範囲中の状態」と、第１能力切替弁６１ａを開弁して第２能力切替弁６２ａを閉弁し、第１バーナユニット５１のみを燃焼させる「有効燃焼範囲小の状態」とを切換えると共に、ガス比例弁６３の開度を調節して、目標燃焼量が得られるように、各有効燃焼範囲でのバーナ５への燃料ガスの供給流量を制御する。さらに、燃焼制御部９２は、目標燃焼量が得られるようにファン８４の回転速度を制御する。

不完全燃焼検知部９５は、フレームロッド５ｃの炎検出信号のレベルによりバーナ５の不完全燃焼を検知する。検知カウンタ９４は、不完全燃焼検知部９５によりバーナ５の不完全燃焼が検知された回数をカウントする。燃焼禁止部９３は、検知カウンタ９４のカウント値が所定値以上になったときに、燃焼制御部９２によるバーナ５の燃焼運転の実行を禁止する。バーナ５の燃焼運転が禁止されることにより、給湯器１の使用が禁止された「インターロック状態」となる。

次に、図３に示したフローチャートに従って、コントローラ９の動作について説明する。

給湯器１に電源が投入されるとコントローラ９は作動を開始し、リモコン１０の運転スイッチ（図示しない）が操作されたときに給湯器１を運転状態（給湯運転を実行する状態）にして、図３のフローチャートによる処理を実行する。

コントローラ９は、ＳＴＥＰ１で水量センサ７２ａの検出流量により給水路７２への水の供給が開始されたことを検知したときに、ＳＴＥＰ２に進んでバーナ５の点火処理を開始すると共に、点火タイマ（例えば、４秒がタイマ時間に設定される）をスタートさせる。

続くＳＴＥＰ３とＳＴＥＰ２０からなるループにより、コントローラ９は、ＳＴＥＰ２０で点火タイマがタイムアップしたか否かを確認しながら、ＳＴＥＰ３でフレームロッド５ｃの炎検出信号ＦLのレベルが点火閾値Ａth（例えば、０．１μA）よりも大きいか否かを判断する。

ＳＴＥＰ３でフレームロッド５ｃの炎検出信号ＦLのレベルが燃焼閾値Ａthよりも大きくなったときにＳＴＥＰ４に進み、コントローラ９は、点火処理を終了して給湯運転を開始する。給湯運転は上述したように給湯制御部９１により実行され、給湯制御部９１により決定された目標燃焼量に応じて、燃焼制御部９２がバーナ５の燃焼量を制御する。

また、ＳＴＥＰ２０で点火タイマがタイムアップしたときはＳＴＥＰ２１に進み、コントローラ９は、点火エラー処理を実行する。点火エラー処理として、コントローラ９は、ガス元弁６４と第１能力切換弁６１ａ及び第２能力切換弁６２ａを閉弁すると共に、ファン８４の作動を停止し、リモコン１０の表示部（図示しない）に失火エラーを示す表示を行う。

給湯制御部９１は、給湯運転の実行中に、ＳＴＥＰ５でフレームロッド５ｃの炎検出信号ＦLのレベルが燃焼閾値Ａthよりも大きいか否かを判断し、ＳＴＥＰ６で水量センサ７２ａの検出流量により給水路７２への水の供給が停止したか否かを判断する。

ＳＴＥＰ５でフレームロッド５ｃの炎検出信号ＦLのレベルが燃焼閾値Ａth以下になったときにＳＴＥＰ３０に分岐する。ＳＴＥＰ３０は不完全燃焼検知部９５による処理であり、不完全燃焼検知部９５は、ファン８４の回転速度（ＳＴＥＰ５でフレームロッド５ｃの炎検出信号ＦLのレベルが燃焼閾値Ａth以下になったときのファン８４の回転速度）が速度閾値Ｎth以上であったか否かを判断する。

ここで、速度閾値Ｎthは、給湯器１の外部からバーナ５に向かって吹き込む風を想定して決定した風圧閾値よりも、ファン８４によりバーナ５に供給される燃焼用空気の供給圧の方が高くなるファン８４の回転速度の下限に設定されている。例えば、風速１５m/secの風を想定したときには、風圧閾値が以下の式（１）のｈにより求まる１４５kPa（１４．８mH₂O）に決定される。

但し、Ｖ：燃焼用空気の平均噴出速度（風速に対応）、ｇ：重力加速度（９．８m/sec²）、ｈ：燃焼用空気の噴出圧力、ｄ：燃焼用空気の比重（１．０）。

そして、速度閾値Ｎthは、ファン８４の回転によりバーナ５に供給される燃焼用空気の供給圧が、風圧閾値１４５kPaとなる回転速度（例えば、３０００rpm）に設定される。速度閾値Ｎthは、このように想定値から算出してもよく実験により決定してもよい。

ファン８４が速度閾値Ｎth以上で作動しているときには、風の吹き込みによりバーナ５が失火する可能性が低い。そのため、ＳＴＥＰ５でフレームロッド５ｃの炎検出信号ＦLのレベルが燃焼閾値Ａth以下であり、且つ、ＳＴＥＰ３０でファン８４の回転速度が速度閾値Ｎth以上であったときには、酸欠による不完全燃焼によりバーナ５が失火したと判断することができる。

そこで、この場合はＳＴＥＰ４０に分岐し、検知カウンタ９４のカウント値ＣＮＴをカウントアップ（ＣＮＴ＋１→ＣＮＴ）する。続くＳＴＥＰ４１〜ＳＴＥＰ４２は燃焼禁止部９３による処理である。燃焼禁止部９３は、ＳＴＥＰ４１で、検知カウンタ９４のカウント値ＣＮＴが３以上であるか否かを判断し、カウント値ＣＮＴが３以上であるときはＳＴＥＰ４２に進んでインターロック処理を行う。

燃焼禁止部９３は、インターロック処理として、ガス元弁６４と第１能力切換弁６１ａ及び第２能力切換弁６２ａを閉弁すると共にファン８４の作動を停止した後に、燃焼制御部９２による燃焼運転を禁止する。これにより、給湯制御部９１による給湯運転の実行が禁止されて、給湯器９の使用が不能となったインターロック状態になる。なお、給湯器９がインターロック状態であるときは、リモコン９１の表示部にインターロック表示がなされる。なお、インターロック状態の解除は、使用者から連絡を受けた給湯器１の保守要員等が行う。

また、ＳＴＥＰ４１で、検知カウンタ９４のカウント値ＣＮＴが３未満であったときにはＳＴＥＰ３１に進み、コントローラ９は失火エラー処理を行う。コントローラ９は、失火エラー処理として、ガス元弁６４と第１能力切換弁６１ａ及び第２能力切換弁６２ａを閉弁すると共にファン８４の作動を停止した後に、リモコン１０の表示部に失火エラー表示を行う。

次に、ＳＴＥＰ６で、水量センサ７２ａの検出流量により給水路７２への水の供給が停止したと判断したときは、ＳＴＥＰ７に進む。ＳＴＥＰ７〜ＳＴＥＰ８は燃焼禁止部９３による処理である。

燃焼禁止部９３は、ＳＴＥＰ７で、給湯運転中にファン８４の回転速度が速度閾値Ｎthよりも速い状態で３分以上継続した状態があったか否かを判断する。ここで、給湯器１の周囲に囲いが設けられた不適切な使用状態であるときは、バーナ５の燃焼量が多くファン８４の回転速度が速度閾値Ｎthとなる大きな火力でバーナ５を燃焼させると、短時間で酸欠によるバーナ５の不完全燃焼が生じる条件となる。

そのため、ＳＴＥＰ７で、給湯運転中にファン８４の回転速度が速度閾値Ｎthよりも速い状態で３分以上継続した状態があったと判断されたときには、給湯器１の使用状態が適切であって、囲い等は設けられていない可能性が高い。

そこで、この場合にはＳＴＥＰ８に進み、燃焼禁止部９３は、検知カウンタ９４のカウント値ＣＮＴを１だけ減少させて（ＣＮＴ−１→ＣＮＴ）、ＳＴＥＰ９に進む。そして、これにより、ガス供給路６中のエア噛み（ガス供給路６内に、燃料ガスに空気が挟まれた箇所が存在した状態）等により、偶発的にバーナ５が失火したときに、バーナ５の不完全燃焼が生じたものと誤って検知されることを防止している。

一方、ＳＴＥＰ７で、給湯運転中にファン８４の回転速度が速度閾値Ｎthよりも速い状態で３分以上継続した状態があったと判断されなかったときには、検知カウンタ９４のカウント値ＣＮＴを減少させずにＳＴＥＰ９に進む。

ＳＴＥＰ９で、給湯制御部９１は、ガス元弁６４と第１能力切換弁６１ａ及び第２能力切換弁６２ａを閉弁すると共にファン８４の作動を停止して、給湯運転を終了する。

なお、本実施形態では、図３のＳＴＥＰ７〜ＳＴＥＰ８で、ファン８４の回転速度が速度閾値Ｎthよりも速い状態で、バーナ５が所定時間（図３では３分を例示）以上燃焼運転を実行したときに、検知カウンタ９４のカウント値を１だけ減少させる処理を行ったが、この処理を行わない場合にも、本発明の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、本発明の炎センサとしてフレームロッドを用いたが、熱電対等、他の種類の炎センサを用いてもよい。

１…給湯器、３…燃焼筐、５…バーナ、５ｃ…フレームロッド、９…コントローラ、７１…熱交換器、８４…ファン、９１…給湯制御部、９２…燃焼制御部、９３…燃焼禁止部、９４…検知カウンタ、９５…不完全燃焼検知部。

Claims

バーナと、
前記バーナにより加熱されて、内部を流通する湯水を加熱する熱交換器と、
前記バーナに燃焼用空気を供給するファンと、
前記バーナに燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
所定の給湯設定温度に応じた目標燃焼量が得られるように、前記ファンの回転速度と前記燃料ガス供給部による燃料ガスの供給量とを制御する前記バーナの燃焼運転を行なう燃焼制御部と、
前記バーナの燃焼炎を検出する炎センサと、
前記ファンが、外部からの風の吹き込み圧を想定した風圧閾値よりも、前記バーナへの燃焼用空気の供給圧の方が高くなる回転速度で作動した状態で、前記バーナが燃焼していて、外部からの風の吹き込みにより前記炎センサの検出レベルが燃焼閾値以下になる可能性が低いときに、前記炎センサの検出レベルが前記燃焼閾値以下になったときには、酸欠による不完全燃焼によって前記バーナが失火したと判断して前記バーナの不完全燃焼を検知する不完全燃焼検知部と、
前記不完全燃焼検知部により前記バーナの不完全燃焼が検知された回数をカウントして保持する検知カウンタと、
前記検知カウンタに保持されたカウント値が所定値以上になったときに、解除操作がなされるまで、前記燃焼制御部による前記バーナの燃焼運転を禁止したインターロック状態とする燃焼禁止部と
を備えたことを特徴とする給湯器。
請求項１記載の給湯器において、
前記燃焼禁止部は、前記バーナの燃焼運転が、前記ファンが前記風圧閾値よりも前記バーナへの燃焼用空気の供給圧の方が高くなる回転速度で作動し、且つ、前記不完全燃焼検知部による前記バーナの不完全燃焼が検知されない状態で、所定時間以上継続したときに、前記検知カウンタのカウント値を減少させることを特徴とする給湯器。