JPH10169977A - ガス湯沸器の不完全燃焼防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境の酸素濃度が不足した場合にも、熱交換
器などに詰まりを生じた場合にも直ちに応答するガス湯
沸器の不完全燃焼防止装置を提供する。 【解決手段】 バーナコントローラ３０は、バーナ２０
の炎口２２の上方で正常な燃焼状態では同炎口に生成さ
れる炎内に位置するフレームロッド３８に電圧を印加し
て、検出された炎電流が所定の判定値以下であればバー
ナに燃料ガスを供給するガス電磁弁２６を閉じる。内胴
スカート１０には、上端部が熱交換器１２の下側におい
て燃焼室に開口され下部にフレームロッド３８を設けた
炎口２２に向かって開口された戻し管部１３ｂを有する
還流管１３を設ける。熱交換器に詰まりを生じれば、燃
焼室内上部の燃焼廃ガスは、還流管１３を通って炎口２
２付近に戻される。還流管は、ほゞ真直に下方に延びて
下端が解放された本体部１３ａとその途中から分岐され
た戻し管部１３ｂよりなるものとするのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内胴スカートの上
側に設けた熱交換器をバーナにより加熱するようにした
ガス湯沸器に使用する不完全燃焼防止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のガス湯沸器の不完全燃焼防止装
置としては、例えば実開昭６１−１８３５８号公報に開
示されているように、バーナの炎口の上方で正常な燃焼
状態において生成される炎内となる位置に熱電対を設
け、この熱電対の出力電圧が所定の判定値以下となれば
バーナに燃料ガスを供給するガス電磁弁を閉じるように
し、内胴スカート上部（熱交換器の下側）に開口を設
け、この開口に２次熱電対を臨ませ、前記熱電対とは逆
特性に接続したものがある。ガス湯沸器を室内に設置し
た場合には、換気不充分な状態で使用し続けて室内の酸
素濃度が低下すると不完全燃焼状態となり、これに伴い
バーナの炎にリフトを生じ、炎の根元部の未燃焼ガス部
分の長さが大になる。これにより上述の不完全燃焼防止
装置では熱電対が未燃焼ガス部分に入って出力電圧が低
下するので、ガス電磁弁を閉じバーナへの燃料ガスの供
給を停止して酸欠による不完全燃焼を防止している。

【０００３】また、内胴スカートの上側に設けた熱交換
器などに詰まりが生じて燃焼用空気量が不足すると、設
置環境内の酸素濃度が正常でも不完全燃焼を生じるが、
この場合にはバーナの炎にリフトを生じないので、上述
した炎内の熱電対（１次熱電対）だけでは、このような
原因による不完全燃焼を防止することはできない。これ
を解決するために、上述のようにバーナの炎口の上方に
設けた１次熱電対の他に、内胴スカートの上部の側壁に
設けた開口に外側から臨ませた２次熱電対を設け、この
両熱電対を逆極性に直列接続して、合成された出力電圧
が所定の判定値以下となればバーナに燃料ガスを供給す
るガス電磁弁を閉じるようにしている。

【０００４】この技術では、熱交換器などの詰まりが生
じていない状態では内胴スカートの上部側壁の開口から
の燃焼ガスの流出は殆どないので、それに臨ませた熱電
対の出力電圧は殆ど０であり、バーナの炎口上方に設け
た熱電対の電圧が実質的にそのまま出力される。従って
室内の酸素濃度が低下した場合には前述と同様の作用に
より不完全燃焼は防止される。熱交換器などに詰まりを
生じた場合には内胴スカート内上部の圧力が上昇して開
口から燃焼ガスが流出するので、開口に臨ませた熱電対
が加熱されてその出力電圧が増大し、合成された出力電
圧はその分だけ減少し、これが判定値以下となればバー
ナへの燃料ガスの供給を停止する。これにより熱交換器
などの詰まりによる不完全燃焼も防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記技術は一応の機能
を満足しているが、熱電対はある程度の熱容量を有して
いるので加熱及び冷却に遅れを生じ、このため応答に遅
れを生じるという問題がある。特にバーナの炎口上方に
設けた熱電対は、通常はガス湯沸器の作動開始時のバー
ナへの不着火を検出する機能も兼用させているが、熱電
対による不着火の検出には数秒（例えば１０秒）の時間
遅れを伴うので、不着火の場合には未燃焼ガスの放出時
間が長くなるという問題がある。これを解消するため
に、バーナへの不着火の検出を熱電対とは別に設けたフ
レームロッドにより炎電流を検出して行うことも行われ
ているが、熱電対とフレームロッドの両方を用いている
のでコスト高になる問題がある。なお、上記従来技術に
おいて、バーナの炎口上方に設けた熱電対をフレームロ
ッドで置き換えることは考えられるが、上記従来技術に
おける内胴スカートの上部側壁の開口に臨ませた熱電対
をフレームロッドと置き換えることは本質的に不可能で
あるので、そのような置換では室内の酸素濃度不足によ
る不完全燃焼を防止することはできても、熱交換器等の
詰まりによる不完全燃焼を防止することはできない。本
発明は、このような各問題を解決することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるガス湯沸器
の不完全燃焼防止装置は、内胴スカートと、この内胴ス
カートの上側に連続して設けた熱交換器と、内胴スカー
トの下部に設けたバーナを備えてなり、熱交換器内を通
る給水をバーナにより加熱するようにしたガス湯沸器に
関するものであり、バーナの炎口の上方で正常な燃焼状
態において同炎口に生成される炎内に位置するフレーム
ロッドと、このフレームロッドに電圧を印加して同フレ
ームロッドを通る炎電流を検出しこの炎電流が所定の判
定値以下であればバーナに燃料ガスを供給するガス電磁
弁を閉じるバーナコントローラと、上端部が熱交換器の
下側において内胴スカート内に開口され下部にフレーム
ロッドを設けた炎口に向かって開口された燃焼廃ガスの
戻し管部を有する還流管を備えたことを特徴とするもの
である。

【０００７】ガス湯沸器を設置した室内などの環境の酸
素濃度が不足して不完全燃焼状態となればバーナの炎に
リフトを生じ、炎の根元部の未燃焼ガス部分の長さが大
になる。これによりフレームロッドが未燃焼ガス部分に
入ればこれに直ちに応答して炎電流が減少し、これが所
定の判定値以下となればバーナコントローラはガス電磁
弁を閉じてバーナへの燃料ガスの供給を停止する。ま
た、熱交換器などに詰まりを生じた場合には内胴スカー
ト内上部の圧力が上昇するのでその部分の燃焼廃ガスが
還流管の上端部から本体部及び戻し管部を通ってフレー
ムロッドを設けた炎口に向かって戻されるようになる。
これによりその炎口付近に供給される酸素が減少するの
でその部分の炎にリフトを生じ、前述と同様これに直ち
に応答して炎電流が減少し、これが所定の判定値以下と
なればバーナコントローラはガス電磁弁を閉じてバーナ
への燃料ガスの供給を停止する。ガス湯沸器の作動開始
時に、何らかの理由によりバーナへの着火がなされなか
った場合にはフレームロッドを通る炎電流が生じないの
で、バーナコントローラは直ちにガス電磁弁を閉じてバ
ーナへの燃料ガスの供給を停止する。

【０００８】還流管は、その上端部からほゞ真直に下方
に延びて下端が内胴スカートの外側において解放された
本体部とこの本体部の途中から分岐された戻し管部より
なるものとすることが好ましい。バーナへの着火時には
内胴スカート内の圧力が瞬間的に増大して還流管から戻
される燃焼廃ガスの流れが増大するが、このようにすれ
ば、この流れの大部分は還流管の本体部の下端から放出
され、戻し管部から炎口に向けて戻される燃焼廃ガスは
僅かである。従って着火時に燃焼廃ガスが炎口に戻され
ることによる炎のリフトは僅かであり、着火の検出が不
確実になることはない。

【０００９】

【発明の実施の形態】添付図面は、本発明をガス瞬間湯
沸器に適用した場合の実施の形態を示す。図１に示すよ
うに、ガス瞬間湯沸器の燃焼室１４を形成する内胴スカ
ート１０の上側には、伝熱管１２ａとフィン１２ｂより
なる熱交換器１２が設けられ、下側にはメインバーナ２
０が設けられている。伝熱管１２ａの入口側は内胴スカ
ート１０の外側に巻き付けられた予熱管１１を介して給
水管１５に接続され、出口側に接続された給湯管１６に
は給湯栓１７が設けられている。給水管１５には、給水
量が所定量を越えればロッド１８ａを移動させて後述す
る水圧応動弁２８及び水流スイッチ３１を作動させるダ
イアフラムを使用した水側制御器１８が設けられてい
る。図示は省略したが、水側制御器１８には給水管１５
から熱交換器１２への流量を手動調節して出湯温度を調
節する手動弁が設けられている。

【００１０】図１に示すように、メインバーナ２０は３
個のバーナユニット２１を連結したもので、ガス電磁弁
２６、能力調整弁２７及び水圧応動弁２８を直列に設け
たガス供給管２５を介して燃料ガスが供給されている。
ガス電磁弁２６はバーナコントローラ３０から作動コイ
ル２６ａに流される電流により開閉制御されるものであ
り、能力調整弁２７は手動により調整することによりメ
インバーナ２０へのガス供給量を調整して湯沸器の出湯
能力を変えるものである。水圧応動弁２８は熱交換器１
２に所定量以上の給水があれば開となるように前述した
水側制御器１８のロッド１８ａにより開閉されるもので
ある。水圧応動弁２８が開くとほゞ同時に、ロッド１８
ａに設けたカム１８ｂは水流スイッチ３１をオンにす
る。

【００１１】各バーナユニット２１は板金製で、図１及
び図２に示すように、それぞれ２列に配置された多数の
炎口２２を有しており、各炎口２２は仕切板２２ａによ
り仕切られている。熱交換器１２の下側において内胴ス
カート１０の側壁に設けた穴を介して上端部が燃焼室１
４の上部に開口された還流管１３の本体部１３ａは、内
胴スカート１０の側壁の外側に沿って真直に下方に延び
てその下端はガス湯沸器内の大気中に開口され、途中か
ら分岐された燃焼廃ガスの戻し管部１３ｂは内胴スカー
ト１０の下部に形成した切欠きを通り抜けて、フレーム
ロッド３８が挿入されている炎を形成する炎口２２に向
かって開口されている。このフレームロッド３８は、そ
の先端部が正常な燃焼状態において炎口２２に生成され
る炎内に入る高さとなるように絶縁体３８ａにより支持
されている。

【００１２】次に図３によりバーナコントローラ３０の
概要の説明をする。この実施の形態では電源４０は乾電
池であり、前述した水流スイッチ３１を介して電圧監視
回路３２、電磁弁駆動回路３３、点火回路３４、タイマ
回路３５、定電圧回路３６、フレームガード回路３７及
び安全回路３９が接続されている。電磁弁駆動回路３３
は、タイマ回路３５からの入力を受けて後述するように
作動コイル２６ａに電流を流してガス電磁弁２６を開
き、点火回路３４を作動させて点火栓３４ａによりバー
ナ２０に点火し、またフレームガード回路３７から入力
された炎電流の検出値が所定の判定値以下であれば作動
コイル２６ａへの電流を停止してガス電磁弁２６を閉じ
るものである。作動コイル２６ａは、閉じているガス電
磁弁２６を開くための大電流を流す必要がある吸着コイ
ル２６ｂと、一旦開いたガス電磁弁２６を開状態に保持
するために小電流を流せばよい保持コイル２６ｃを備え
ている。

【００１３】フレームガード回路３７は定電圧回路３６
から出力される一定の電圧を受けてフレームロッド３８
に所定の電圧を印加し、フレームロッド３８を通る炎電
流を検出してその値に応じた信号を電磁弁駆動回路３３
に出力するものである。この炎電流は炎の変化に瞬間的
に応答して変化するので、電磁弁駆動回路３３に対する
信号の出力も実質的に時間遅れなしになされる。フレー
ムガード回路３７には、使用するガス種に合わせて判定
値を調整するために、差替え式のガス種コネクタ３７ａ
が設けられている。安全回路３９はフレームガード回路
３７の作動の異常の有無を監視し、異常が生じた場合に
はガス湯沸器の作動を停止するものである。電圧監視回
路３２は電源電池４０の電圧が所定の限度以下になれば
表示灯３２ａを点灯して電池の交換を促すものである。

【００１４】次に上記実施の形態の作動の説明をする。
給湯栓１７を開き給水管１５を通る給水が所定量を越え
れば、水圧応動弁２８が開くと同時に水流スイッチ３１
がオンとなってバーナコントローラ３０は作動を開始す
る。先ず電磁弁駆動回路３３が作動し吸着コイル２６ｂ
に大電流を流して閉じていたガス電磁弁２６を開き、所
定時間（例えば２秒間）後にこの大電流を解除して保持
コイル２６ｃに小電流を流し、ガス電磁弁２６を継続し
て開状態にしてメインバーナ２０に燃料ガスを供給す
る。水流スイッチ３１がオンになると同時に点火回路３
４が作動してバーナ２０の炎口２２近くに設けた点火栓
３４ａ（図示省略）に火花を生じさせ、メインバーナ２
０から噴出する燃料ガスに着火し、燃焼が安定する小時
間経過後フレームガード回路３７はフレームロッド３８
を通る炎電流を検出してから点火回路３４は作動を停止
する。検出された炎電流が所定の判定値以下であれば着
火ミスあるいは何らかの原因により燃焼状態が不良であ
ると判断し、保持コイル２６ｃに対する電流を停止して
ガス電磁弁２６を閉じ、メインバーナ２０への燃料ガス
の供給を停止してガス湯沸器の作動を停止させる。

【００１５】メインバーナ２０に正常に着火された場合
はフレームロッド３８を通る炎電流が所定の判定値以上
であるので、ガス電磁弁２６は開かれたままでガス湯沸
器は作動を継続し、熱交換器１２を通る給水はメインバ
ーナ２０により加熱されて給湯栓１７から出湯される。
給湯栓１７を閉じれば水圧応動弁２８が閉じると同時に
水流スイッチ３１がオフとなって、ガス湯沸器は作動を
停止する。作動状態において、ガス湯沸器が設置された
環境の空気中の酸素濃度が低下したり、あるいは燃焼用
空気の通路に詰まりを生じて燃焼用空気量が不足したり
すると不完全燃焼を生じる。以下にそれぞれの場合の作
動につき説明する。

【００１６】先ず、燃焼用空気の通路に詰まりはない
が、空気中の酸素濃度が低下した場合における不完全燃
焼防止作用の説明をする。ガス湯沸器を室内に設置した
場合は、充分な換気をすることなくガス湯沸器の使用を
続けると、室内の酸素濃度が次第に減少して不完全燃焼
を生じるようになる。これを図４により説明すれば、酸
素濃度が減少すると不完全燃焼の程度を示す比率ＣＯ／
ＣＯ₂ は加速度的に増加する。また酸素濃度減少に伴い
メインバーナ２０の炎口２２に生成される炎にリフトが
生じ、炎の根元部に生じる未燃焼ガス部分の長さが次第
に増大する。これにより正常な燃焼状態では燃焼してい
る炎内にあったフレームロッド３８の先端部が次第に未
燃焼ガス部分内に移るので、炎電流は図４の符号Ｉに示
すように次第に減少する。フレームガード回路３７はフ
レームロッド３８を通るこの炎電流Ｉを検出し、その値
が所定の判定値I₀以下となった点Ａで電磁弁駆動回路３
３は保持コイル２６ｃに対する電流を停止してガス電磁
弁２６を閉じ、メインバーナ２０への燃料ガスの供給を
停止してガス湯沸器の作動を停止させる。この判定値I₀
は例えば１μＡであり、そのときの比率ＣＯ／ＣＯ₂ の
値は例えば０．０３５である。空気中の酸素濃度が低下
した場合の不完全燃焼の防止はこのようにしてなされ
る。なおこの場合には、還流管１３を通る燃焼廃ガスの
流れは実質的に生じない。

【００１７】次に、空気中の酸素濃度は正常であるが、
内胴スカート１０の上側に設けた熱交換器１２のフィン
１２ｂに燃焼生成物などによる詰まりが生じ、空気の流
れが悪くなって燃焼用空気量が不足した場合の不完全燃
焼防止作用の説明をする。このような詰まりが増大する
につれて内胴スカート１０と熱交換器１２とメインバー
ナ２０の間に形成される燃焼室１４内の上部の圧力が次
第に上昇するが、還流管１３を設けていない従来のもの
では、熱交換器１２などの詰まりにより不完全燃焼が生
じても、炎口２２に生じる炎は殆どリフトしない。しか
し還流管１３を設けた上記実施の形態では、熱交換器１
２に燃焼生成物などによる詰まり増大して燃焼室１４内
上部の圧力が上昇するにつれて、実線の矢印に示すよう
に還流管１３の本体部１３ａから戻し管部１３ｂを通っ
てフレームロッド３８を設けた炎口２２付近に戻される
燃焼室１４内上部の燃焼廃ガスは、次第に増加する。こ
れによりその炎口２２付近の燃焼用空気の酸素濃度が減
少するので、その炎口２２に生成される炎は次第にリフ
トし、炎の根元部に生じる未燃焼ガス部分の長さが次第
に増大する。これにより、前述の場合と同様、正常な燃
焼状態では燃焼している炎内にあったフレームロッド３
８の先端部が次第に未燃焼ガス部分内に移るので、炎電
流は次第に減少する。フレームガード回路３７はフレー
ムロッド３８を通るこの炎電流を検出し、その値が所定
の判定値I₀以下となれば電磁弁駆動回路３３は保持コイ
ル２６ｃに対する電流を停止し、メインバーナ２０への
燃料ガスの供給を停止してガス湯沸器の作動を停止させ
る。この実施の形態では、この判定値も１μＡであり、
還流管１３の形状寸法、特に戻し管部１３ｂの形状寸法
を調整することによりガス湯沸器の作動を停止させる熱
交換器１２の通路面積の閉塞率を適当に選択することが
できる。熱交換器１２に詰まりを生じた場合の不完全燃
焼の防止はこのようにしてなされる。

【００１８】図５は、熱交換器１２の閉塞率がそれぞれ
異なる上記実施の形態のガス湯沸器における、作動開始
からの炎電流の時間的変化を示す図であり、これにより
熱交換器１２に詰まりを生じた場合の作用を更に説明す
る。熱交換器１２の閉塞率が０％（全く詰まっていな
い）の場合の炎電流は、作動開始時に燃料ガスに着火さ
れれば急激に増加してから一旦急激に下がり、再び増加
して或る値に収れんする。着火後に炎電流が一旦急激に
下がるのはバーナ２０への着火時には内胴スカート１０
内の圧力が瞬間的に増大して還流管１３から戻される燃
焼廃ガスの流れが増大して炎に瞬間的なリフトを生じる
ためであり、この実施の形態ではこの流れの大部分は還
流管１３の本体部１３ａの下端から放出され、戻し管部
１３ｂから炎口２２に向けて戻される燃焼廃ガスは僅か
であるので炎電流の低下はそれほどではない。しかし還
流管１３の下部を折り曲げることにより戻し管部１３ｂ
を形成して燃焼廃ガスを全て炎口２２に戻すようにすれ
ば炎電流の一時的低下は相当に大きくなる。

【００１９】作動開始からの炎電流の時間的変化を示す
図は、図５に示すように、熱交換器１２の閉塞率が増大
するにつれて、最初はあまり変化しないが閉塞率がある
程度大きくなれば次第に低くなる。これは前述のよう
に、閉塞率の増大につれて戻し管部１３ｂからフレーム
ロッド３８を設けた炎口２２付近に戻される燃焼廃ガス
の量が増えて炎のリフトが増大するためである。図５の
例では閉塞率が約３５％になると炎電流の一時的低下が
判定値I₀に達するので、閉塞率がそれ以上になると電磁
弁駆動回路３３はガス電磁弁２６を閉じてガス湯沸器の
作動を停止させる。

【００２０】上記実施の形態では、還流管１３の本体部
１３ａをほゞ真直に下方に延ばして下端を解放し、その
途中から戻し管部１３ｂを分岐しており、これによれば
前述のように着火直後の炎電流の一時的低下が少なくな
るので、着火直後に行われる着火の検出が不安定になる
ことがない。しかしながら本発明は、還流管１３の下部
を折り曲げることにより戻し管部１３ｂを形成して燃焼
廃ガスを全て炎口２２に戻すようにして実施してもよ
い。その場合は着火直後の炎電流の一時的低下が大きく
なるが、この一時的低下が生じる前（例えば点火回路の
作動開始から２秒間）に着火の検出を行い、炎電流によ
る不完全燃焼の検出は相当時間（例えば１分間）経過後
に行うようにすればよい。

【００２１】以上の実施の形態は、点火栓によりメイン
バーナに直接着火する方式のガス湯沸器に本発明を適用
した例につき説明したが、本発明はパイロットバーナに
よりメインバーナに着火する方式のガス湯沸器に適用す
ることも可能であり、その場合にはフレームロッドをパ
イロットバーナに設け、還流管１３の戻し管部１３ｂは
このパイロットバーナに向けるようにしてもよい。また
本発明は、上記実施の形態のように先止め式のガス湯沸
器にかぎらず、元止め式のガス湯沸器に適用することも
可能である。

【００２２】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、室内な
どの環境の酸素濃度が不足した場合の不完全燃焼と、熱
交換器などに詰まりを生じた場合の不完全燃焼の何れに
も直ちに応答して炎電流が低下し、これが所定の判定値
以下となればバーナへの燃料ガスの供給を停止する。従
ってガス湯沸器の不完全燃焼を時間遅れなしに防止する
ことができる。またバーナへの着火がなされなかった場
合にも、直ちにこれに応答してバーナへの燃料ガスの供
給を停止するので、不着火の場合の未燃焼ガスの放出時
間を短くすることができる。

【００２３】また、還流管の本体部をほゞ真直に下方に
延ばして下端を解放し、その途中から戻し管部を分岐し
たものによれば、バーナへの着火時における内胴スカー
ト内の圧力の瞬間的増大により燃焼廃ガスが炎口に戻さ
れることによる炎のリフトは僅かであるので、フレーム
ロッドによる着火の検出は安定して行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるガス湯沸器の不完全燃焼防止装
置の一実施形態の全体構造を示す図である。

【図２】 図１の２−２線に示す要部拡大部分上面図で
ある。

【図３】 図１に示す実施形態のバーナコントローラの
構成図である。

【図４】 図１に示す実施形態の酸素濃度に対する炎電
流及び不完全燃焼の程度を示す図である。

【図５】 図１に示す実施形態の、閉塞率がそれぞれ異
なる場合における作動開始からの炎電流の時間的変化を
示す図である。

【符号の説明】

１０…内胴スカート、１２…熱交換器、１３…還流管、
１３ａ…本体部、１３ｂ…戻し管部、２０…バーナ（メ
インバーナ）、２２…炎口、２６…ガス電磁弁、３０…
バーナコントローラ、３８…フレームロッド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内胴スカートと、この内胴スカートの上
   側に連続して設けた熱交換器と、前記内胴スカートの下
   部に設けたバーナを備えてなり、前記熱交換器内を通る
   給水を前記バーナにより加熱するようにしたガス湯沸器
   において、前記バーナの炎口の上方で正常な燃焼状態に
   おいて同炎口に生成される炎内に位置するフレームロッ
   ドと、このフレームロッドに電圧を印加して同フレーム
   ロッドを通る炎電流を検出しこの炎電流が所定の判定値
   以下であれば前記バーナに燃料ガスを供給するガス電磁
   弁を閉じるバーナコントローラと、上端部が前記熱交換
   器の下側において前記内胴スカート内に開口され下部に
   前記フレームロッドを設けた前記炎口に向かって開口さ
   れた燃焼廃ガスの戻し管部を有する還流管を備えたこと
   を特徴とするガス湯沸器の不完全燃焼防止装置。
2. 【請求項２】 前記還流管は前記上端部からほゞ真直に
   下方に延びて下端が内胴スカートの外側において解放さ
   れた本体部とこの本体部の途中から分岐された前記戻し
   管部よりなる請求項１に記載のガス湯沸器の不完全燃焼
   防止装置。