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JP3244995B2 - 燃焼異常検知機能付きガス湯沸器 - Google Patents
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JP3244995B2 - 燃焼異常検知機能付きガス湯沸器 - Google Patents

燃焼異常検知機能付きガス湯沸器

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JP3244995B2
JP3244995B2 JP06207295A JP6207295A JP3244995B2 JP 3244995 B2 JP3244995 B2 JP 3244995B2 JP 06207295 A JP06207295 A JP 06207295A JP 6207295 A JP6207295 A JP 6207295A JP 3244995 B2 JP3244995 B2 JP 3244995B2
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信義 横山
雄一郎 那木
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パロマ工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスバーナにより熱交
換器を加熱して出湯水が得られるようにしたガス湯沸器
に関し、さらに詳しくは、その熱交換器のフィンが金属
酸化物等により閉塞されることに伴う燃焼異常を検知し
て燃焼を安全に停止させるようにした燃焼異常検知機能
付きガス湯沸器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のガス湯沸器は、周知のよ
うに、多数の集熱フィンが列設される熱交換器の各集熱
フィンの間をガスバーナによる燃焼ガスが通過するとき
にそのガス燃焼熱が集熱フィンに捕集され、その集熱フ
ィンを伝達された熱によってこの熱交換器を流れる水が
加熱され、出湯水が得られるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のガス湯沸器は、長年の使用によって熱交換器の集熱フ
ィンに燃焼生成物等を含んだドレーンが付着していき、
そのドレーンの付着によって集熱フィンが酸化促進さ
れ、その酸化物によりフィン間の間隙が徐々に(段々
と)閉塞されていく。そしてその集熱フィン相互間の閉
塞に伴ない、次第に集熱フィンの熱伝達が悪くなって熱
効率が低下していく。
【0004】また、各集熱フィン相互間の閉塞に伴ない
その空隙が狭くなることによりガスバーナの燃焼ガスが
熱交換器の集熱フィン間を通過するときの通気抵抗が増
大していく。そうするとその通気抵抗の増大に伴ないガ
スバーナに供給される空気量も少なくなってガスの燃焼
が十分に果たされず、そのことが不完全燃焼を助長し、
やはり熱効率が低下していくという問題があった。
【0005】本発明は、上述した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、熱交
換器のフィン詰りにより熱効率が低下したときにガスバ
ーナの燃焼を安全に停止させるようにしたガス湯沸器を
提供することにある。本発明の目的の二つめは、熱交換
器のフィン詰りにより熱効率が低下したときに最大湯量
時のガスバーナのインプット値が高くなることに着目
し、そのインプット値の判定によってガスバーナの燃焼
を安全に停止させるようにしたガス湯沸器を提供するこ
とにある。いずれもガス湯沸器使用上の安全を確保しよ
うとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のガス湯沸器は、入水管および出湯管が設けら
れる熱交換器と、この熱交換器を加熱するガスバーナと
を備えたガス湯沸器において、出湯管を流れる湯の温度
を検出する湯温検出手段と、入水管を流れる水の温度を
検出する入水温検出手段と、前記出湯管あるいは前記入
水管に設けられ、その流量を制限する最大湯量制限手段
と、ガスバーナへ供給されるガス量を検出するガス量検
出手段と、前記湯温検出手段、入水温検出手段、ガス量
検出手段からの検出信号および前記最大湯量制限手段に
より制限される最大湯量に基づいて熱効率を演算する熱
効率演算手段と、この熱効率演算手段により算出された
熱効率を基準熱効率と比較してこれより低いか否かを判
定する熱効率判定手段とを備え、この熱効率判定手段に
より算出熱効率が基準熱効率より低いと判断されたとき
に前記ガスバーナの燃焼が停止されるように構成したこ
とを要旨とするものである。この場合に、前記熱効率判
定手段による判定に用いられる基準熱効率の値は、初期
使用時の演算値とするとよい。
【0007】また本発明のガス湯沸器の二つめは、入水
管および出湯管が設けられる熱交換器と、この熱交換器
を加熱するガスバーナとを備えたガス湯沸器において、
出湯管を流れる湯の温度を検出する湯温検出手段と、入
水管を流れる水の温度を検出する入水温検出手段と、
記出湯管あるいは前記入水管に設けられ、その流量を制
限する最大湯量制限手段と、ガスバーナへ供給されるガ
ス量を検出するガス量検出手段と、前記ガス量検出手段
からの検出信号に基づいて、前記最大湯量制限手段によ
り制限される最大湯量時のガスバーナのインプット値を
演算するインプット値演算手段と、このインプット値演
算手段により算出されたインプット値を適正最大ガス量
と比較してこれより低いか否かを判定するインプット値
判定手段とを備え、このインプット値判定手段により算
出インプット値が適正最大ガス量より高いと判断された
ときに前記ガスバーナの燃焼が停止されるように構成し
たことを要旨とするものである。この適正最大ガス量
は、出湯管を流れる湯量が最大時のガス熱量(最大アウ
トプット値)を正常状態での熱効率で除した値である。
【0008】
【作用】上記の構成を有する本発明のガス湯沸器によれ
ば、入水管を介して熱交換器へ供給されてきた水がガス
バーナにより加熱されて出湯水として出湯管より得られ
るものであるが、そのガスバーナの燃焼状態において、
出湯管を流れる湯の温度と、入水管を流れる水の温度
と、ガスバーナへ供給されるガス量とが検出され、これ
らの検出信号および最大湯量制限手段により制限される
最大湯量に基づいて熱効率が演算により求められる。そ
してこの算出された熱効率が基準熱効率と比較してこれ
より低いと判断されると、ガスバーナの燃焼が停止され
る。そしてこの場合に基準熱効率の値を初回使用時の演
算値とすれば、ガス発熱量差、センサ誤差、インプット
差等により発生する器具毎の差がキャンセルされ異常検
出レベルが上がり、不完全燃焼が生じた時に、これが速
やかに発見され、好都合である。
【0009】また二つめの発明に係るガス湯沸器によれ
ば、入水管を介して熱交換器へ供給されてきた水がガス
バーナにより加熱されて出湯水として出湯管より得られ
るものであるが、そのガスバーナの燃焼状態において、
流れる湯量が最大時のガスバーナへ供給されるガス量が
検出され、この検出信号に基づいて最大湯量時のガスバ
ーナのインプット値が演算により求められる。そしてこ
の算出されたガスバーナのインプット値が適正最大ガス
量と比較してこれより高いと判断されると、ガスバーナ
の燃焼が停止される。
【0010】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。図1は、本発明が適用されるガス湯
沸器の概略構成を示したものである。この図1に示した
ガス湯沸器10は、給水管12および出湯管14が配管
された熱交換器16がケーシング18内に配設されると
共に、このケーシング18内にはその熱交換器16を加
熱するガスバーナ20が配設されている。
【0011】そしてガスバーナ20のガス管22にはガ
ス比例弁24が設けられ、前記給水管12には水の流れ
を検知する水流スイッチ26やその水の温度を検知する
入水温サーミスタ(入水温センサ)27が設けられ、ま
たその水の流れを規制する水ガバナ28なども設けられ
ている。一方前記出湯管14には出湯温度を検知する出
湯温サーミスタ(出湯温センサ)30が設けられ、出湯
管14の出湯口には蛇口(水栓)32が設けられてい
る。
【0012】そしてこのガス湯沸器の運転を制御するバ
ーナコントローラ34の入力側には、前記水量スイッチ
26、入水温センサ27、出湯温センサ30等が接続さ
れ、またバーナコントローラ34の出力側にはガス比例
弁24などが接続されている。
【0013】このガス湯沸器10は、蛇口(水栓)32
を開くことにより水流スイッチ26がONし、ガスバー
ナ20が点火されて熱交換器16が加熱され、入水管1
2より供給される水が加熱されて出湯水が出湯管14よ
り得られる。そのとき出湯温センサ30からの検知信号
によりバーナコントローラ34よりガス比例弁24へ指
令が与えられ、ガス比例弁24の比例弁電流値の制御に
よりその開度が調節されて出湯温度が設定温度に保たれ
るように運転が制御される。
【0014】かくして本発明では、熱交換器16の出口
側の出湯温度を検知してガスバーナ20のガス比例弁2
4の開度を調整しつつ、そのガス量をコントロールする
瞬間式ガス湯沸器などにおいて、そのガス湯沸器の使用
毎に熱効率を算出し、正常な熱効率と比較することによ
り、熱交換器のフィン閉塞を推定し、燃焼を安全に停止
させるもので、その1つの手法として、定流量弁タイプ
のものを提示するものである。
【0015】この定流量弁タイプのものは、出湯温度を
検知してガス量をコントロールする瞬間式ガス湯沸器に
おいて、熱交換器の出湯出口に設けられる湯温検出手段
としての出湯温サーミスタ30、給水通路部に設けられ
る給水温検出手段としての入水温サーミスタ27と、通
水路のいづれかの位置に設けられる(この実施例では、
給水管12に設けられる)最大湯量制限器としての水ガ
バナ28と、ガス量検出手段としてのガス比例弁24の
電流値測定回路等からの検出信号により、
【0016】測定熱効率=測定アウトプット/測定イン
プットを算出し、予めバーナコントローラ34にて記憶
されている正常な熱効率を比較し、測定熱効率<正常な
熱効率ならば、熱交換器16の集熱フィンの空隙が燃焼
生成物等のドレーンにより閉塞されたと推定し、ガスバ
ーナ20による燃焼を安全に停止させるものである。
【0017】これを具体的に詳細に説明すれば、次のよ
うになる。すなわち上述した、測定熱効率=測定アウト
プット/測定インプットの式において、測定アウトプッ
トおよび測定インプットは次の数1および数2の式のよ
うになる。
【0018】
【数1】
【0019】
【数2】
【0020】ここに数2において、Qガス(測定時のガ
スインプット流量)は次の数3の式により得られる。
【0021】
【数3】
【0022】一方、正常な熱効率は、 器具差: ノズル径、ガスノズル圧、熱交換器の性
能、燃焼空燃比のバラツキ、サーミスタ、バーコンのバ
ラツキ等。 使用ガスの発熱量による差 使用環境による差: 気温、湿度、大気圧 出湯温、出湯量、入水温による熱交換器の性能による
差 経年変化により正常燃焼が可能な範囲の熱効率の低下
等 を考慮し、決定される。そしてその正常な熱効率は次の
数4の式に従って求められる。
【0023】
【数4】
【0024】例えば、この数4の演算式において初期性
能の熱効率(η基準)および係数(k1 )を次の数5の
ように条件設定すると、正常な熱効率(η正常)は次の
数6のようになる。
【0025】
【数5】
【0026】
【数6】
【0027】η正常値としては、 (I) ガス種毎に設定し、ガス種コネクタ等により選
択設定してもよい。 (II) 出湯温−出湯量−入水温毎に設定記憶させてお
いてもよい。 尚、前述の数1の式において、入水温(T水)について
は熱交換器16の出湯口側の出湯温サーミスタ30によ
り毎日の最低温度を検知して、この値を代用するように
してもよい。そうすれば入水温サーミスタ27が構成上
要らないことになる。
【0028】また現場で初期状態にて初期の測定熱効率
を求め、その値をη初期値とし、次の数7によりη正常
値を求めるようにすれば、さらに異常検出レベルが上が
る。そしてこのように学習機能を含めたη正常値の設定
も有効である。
【0029】
【数7】
【0030】但し、学習機能でη正常値を補正する場合
には、補正時の出湯量を実測する等によりガスバーナの
アウトプットとインプットとをはっきりさせておく必要
があることは勿論である。
【0031】次に本発明の第二の実施例について説明す
る。この第二の実施例では、各検出手段(出湯温サーミ
スタ30、入水温サーミスタ27、ガス比例弁24)や
最大湯量制限器(水ガバナ28)等の構成については、
前述の第一の実施例の場合と同様である。
【0032】そしてこの第二の実施例では、定流弁(水
ガバナ28)の最大水量の能力を例えば45℃以下の低
温領域ではカットした値にセットし、低温出湯時に各水
温、各出湯温に応じた適正最大ガス量をバーナコントロ
ーラ34に予め記憶させておき、算出されたガスバーナ
の測定インプット値が、この適正最大ガス量を上回る場
合には燃焼を停止させるものである。
【0033】例えば、図2にガス湯沸器の湯量(Q)と
出湯温度(T)との関係を示しているが、今この図にお
いて示した20号の能力最大ライン(実線カーブ
「A」)のガス湯沸器において、定流弁(水ガバナ2
8)で規制される最大水量が例えば水温0℃のとき9.
4リットル/minで管理されており、かつガスバーナ
20の能力全開時の出湯温度が53℃であるとした場合
に、それよりも低い温度(例えば、45℃以下)では定
流弁(水ガバナ28)の最大水量がカットされた値で適
正最大ガス量を定め、実際の測定インプット値がこの適
正最大ガス量を上回った場合には不完全燃焼が生じてい
るものとしてガスバーナの燃焼を停止させるものであ
る。今、ガスバーナの測定ガスインプット流量は、前述
の数3の式に示したとおりであり、また適正最大ガス量
は、次の数8の式に示したとおりである。
【0034】
【数8】
【0035】この数8の式において、η正常値は予め決
定されているため、測定インプットの計算のみ行ない、
適正最大ガス量と比較して燃焼の異常が判定されること
になる。尚、本発明は上記実施例に何等限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計
変更又は改良が可能であることは勿論のことである。
【0036】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の燃焼異常検知機能付きガス湯沸器によれば、熱交
換器のフィン閉塞等に伴う熱効率の低下を速やかに検知
し、ガスバーナの燃焼を停止させるようにしたものであ
るから、ガス器具使用上の安全性が担保されるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるガス湯沸器の全体の概略構
成図である。
【図2】図1に示したガス湯沸器における湯量(Q)と
出湯温度(T)との関係を説明した図である。
【符号の説明】
10 ガス湯沸器 12 給水管(入水管) 14 出湯管 16 熱交換器 20 ガスバーナ 24 ガス比例弁 27 入水温センサ(入水温サーミスタ) 28 定流弁(水ガバナ) 30 出湯温センサ(出湯温サーミスタ) 34 バーナコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23N 5/02 350 F24H 1/10 302 F24H 1/10 303 F24H 5/24 104

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入水管および出湯管が設けられる熱交換
    器と、この熱交換器を加熱するガスバーナとを備えたガ
    ス湯沸器において、 出湯管を流れる湯の温度を検出する湯温検出手段と、 入水管を流れる水の温度を検出する入水温検出手段と、前記出湯管あるいは前記入水管に設けられ、その流量を
    制限する最大湯量制限手段と、 ガスバーナへ供給されるガス量を検出するガス量検出手
    段と、 前記湯温検出手段、入水温検出手段、ガス量検出手段か
    らの検出信号および前記最大湯量制限手段により制限さ
    れる最大湯量に基づいて熱効率を演算する熱効率演算手
    段と、 この熱効率演算手段により算出された熱効率を基準熱効
    率と比較してこれより低いか否かを判定する熱効率判定
    手段とを備え、この熱効率判定手段により算出熱効率が
    基準熱効率より低いと判断されたときに前記ガスバーナ
    の燃焼が停止されるように構成したことを特徴とする燃
    焼異常検知機能付きガス湯沸器。
  2. 【請求項2】 前記熱効率判定手段による判定に用いら
    れる基準熱効率の値は、初期使用時の演算値としたこと
    を特徴とする請求項1に記載の燃焼異常検知機能付きガ
    ス湯沸器。
  3. 【請求項3】 入水管および出湯管が設けられる熱交換
    器と、この熱交換器を加熱するガスバーナとを備えたガ
    ス湯沸器において、 出湯管を流れる湯の温度を検出する湯温検出手段と、 入水管を流れる水の温度を検出する入水温検出手段と、前記出湯管あるいは前記入水管に設けられ、その流量を
    制限する最大湯量制限手段と、 ガスバーナへ供給されるガス量を検出するガス量検出手
    段と、前記 ガス量検出手段からの検出信号に基づいて、前記最
    大湯量制限手段により制限される最大湯量時のガスバー
    ナのインプット値を演算するインプット値演算手段と、 このインプット値演算手段により算出されたインプット
    値を適正最大ガス量と比較してこれより低いか否かを判
    定するインプット値判定手段とを備え、このインプット
    値判定手段により算出インプット値が適正最大ガス量よ
    り高いと判断されたときに前記ガスバーナの燃焼が停止
    されるように構成したことを特徴とする燃焼異常検知機
    能付きガス湯沸器。
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