JPH0456210B2

JPH0456210B2 -

Info

Publication number: JPH0456210B2
Application number: JP56159550A
Authority: JP
Inventors: Guroopu Fuerudeinanto; Mauraa Herumuuto; Myuraa Kurausu; Riigaa Furantsu; Shumito Yoozefu; Zeebauaa Manfureeto
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-10-08
Filing date: 1981-10-08
Publication date: 1992-09-07
Also published as: DE3037935A1; DE3037935C2; FR2491590A1; JPS5790542A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ガス又は油により加熱され、殊に貫
流原理で作動する湯沸器であつて、バーナと、燃
焼ガスが内部もしくは外部を流過する熱交換器
と、燃焼ガスの流過通路内で該熱交換器の下流に
配置されている酸素センサとを有しており、該酸
素センサが電気化学的固体−測定値検出器として
形成されていて、この固体−測定値検出器の両方
の電極が燃焼ガスにさらされており、さらに前記
酸素センサが燃焼の空気過剰率を一定に保持する
か、あるいは空気過剰率をコントロールするため
に制御器の制御素子に作用するようになつている
形式のものに関する。

従来の技術前述の形式の湯沸器に使用される酸素センサは
ドイツ連邦共和国特許出願公開第2631819号明細
書により公知である。この公知の酸素センサは電
位差測定式のセンサに較べて、当該湯沸器がしば
しば運転されるような燃料・空気混合気の希薄範
囲でも感度が高く、さらに酸素センサによつて与
えられる信号が著しい範囲にわたつて燃焼ガスの
酸素含有量に対して比例しており、それ故に調整
のために簡単に評価されるという利点を有してい
る。さらに、両方の電極が測定ガス基準を有して
いる、つまり燃焼ガスにさらされていることによ
つて、測定装置に簡単に組込むことができるが、
勿論この場合には、λ＜１の範囲でλが低下する
のに伴つてセンサ特性曲線が再び上昇し、それ故
にセンサ信号がそれぞれ異なる２つのλ値のため
に同じ大きさを有しているので、センサ特性曲線
は二義的である。それ故に、λがすでに値１以下
に低下していて、制御器が燃焼空気量を上昇させ
なければならないのに、制御器は大きいセンサ信
号を大きいλとして示して、燃料・空気混合気を
濃厚化しようとする。従つて、混合気の濃厚化に
よつて最終的に制御器が空気の供給を全く止めて
しまうまで、燃焼空気量はなお一層絞られること
になる。

発明が解決しようとする課題本発明の課題は簡単な手段によつて、制御器
が、センサ信号の誤つた指示により燃料・空気混
合気を不都合に強く濃厚化しないようにすること
である。

課題を解決するための手段前述の課題を解決するために講じた手段は、セ
ンサ信号が空気の酸素含有量に相応したλ値に関
係づけられたある値に達した際に、湯沸器のバー
ナへの燃料供給を中断することができるように、
測定値検出器が安全回路の作動素子をも形成して
おり、さらに前記測定値検出器が限界電流センサ
とλセンサとを有している複式センサとして構成
されており、λセンサの電圧がλ＝１の下方で高
電圧に上昇させられていると、測定値検出器の最
終的な出力信号の符号が逆転されているように各
センサの電極が互いに電気的に接続されているこ
とにある。

発明の効果空気過剰率λが値１を下回ると、センサ信号
は、燃料供給を遮断する値まで急勾配で上昇し、
このことによつて空気過剰率λは、センサ信号が
正しい意味で空気過剰率のコントロールを制御す
るような、λ＝１の値の上方に位置する範囲に迅
速に案内される。さらに本発明により、熱が必要
であるにもかかわらず燃料供給が生じない場合
に、湯沸器の安全スイツチがレリーズされる。限
界電流センサ（ポーラログラフ式センサ）におけ
る酸素含有量とセンサ信号との比例関係が良好で
あることにより、センサ信号におけるセンサの上
方のカツトオフ点が申し分なく規定される。

さらに、センサが限界電流センサとλセンサと
を有している複式センサとして構成されているの
で、センサの両方の電極の測定ガス基準における
一義的なセンサ信号が得られる。λセンサがλ＜
１において高電圧に上昇していると、このλセン
サは限界電流センサの出力信号の符号を逆転させ
る。

限界電流センサとλセンサとを有している複式
センサは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第
2855012号明細書により公知である。

実施例次に図面につき本発明の実施例を説明する。

第１図で示した湯沸器はガスバーナ１０を有し
ており、該ガスバーナには導管１２および連続制
御される電磁弁１４を介して燃料が供給される。
このガスバーナ１０の上には燃焼筒１６が配置さ
れており、該燃焼筒１６内の上部には熱交換器１
８が取付けられている。この熱交換器１８は、加
熱しようとする水を案内する蛇管２０により貫通
されているフインブロツクとして構成されてい
る。この蛇管２０は導管２２と接続されており、
該導管２２は燃焼筒１６の回りを取り巻く複数の
巻条で案内されていてかつ加熱された水を取り出
すことができる給湯弁２４内に開口している。熱
交換器１８の上には箱形の廃ガス集合フード２６
が配置されており、該廃ガス集合フード２６の上
方の端壁にはフアン２８が固定されている。この
フアン２８は集合フード２６の上方端壁の排出開
口と一致する中央の吸入開口と接線方向の吹出接
続管部３０とを有しており、該吹出接続管部３０
は当該装置に取り付けられた状態で室の壁を通つ
て外部へ通じている。

この湯沸器は、独立の２つの制御回路３１およ
び３２から成つている連続作用する制御装置を備
えている。この制御回路３１の制御量は、流出口
における温度フイーラ３３によつて検出されかつ
電子制御器３４によつて所定の目標値W₁に修正
される放出水温度x₁である。この場合電子制御器
３４は外乱量z₁として、速度測定器３６によつて
検出される放出水流量を考慮する。この制御回路
３１の制御素子は電磁弁１４であり、該電磁弁１
４を介して電子制御器３４が当該湯沸器を始動し
たり停止させたりしかつガスバーナ１０の出力を
該ガスバーナ１０の定格出力のほぼ50％の値にま
で絞つて下げることができる。

前記制御回路３２の制御量x₂は空気過剰率λで
あり、該空気過剰率λによつて燃焼が経過し、し
かも該空気過剰率λにとつては燃焼ガス中の酸素
含有量が一要素である。この空気過剰率λは酸素
センサ３８により検出されて電子制御器４０に送
られ、該電子制御器４０にその調整量x₂を所定の
目標値w₂と比較する。制御回路３２の制御素子
はフアン２８であり、このフアン２８はその駆動
装置に分割極モータを有しており、該分割極モー
タの回転数は位相制御によつて無段調節可能にな
つている。前記の電子制御器４０は制御量x₂と目
標値w₂とから制御信号y₂を生ぜしめ、該制御信
号y₂は位相制御のための部材を相応に制御する。
酸素センサ３８は本発明によれば電気化学的固体
−測定値検出器であり、該固体−測定値検出器は
特別の拡散層と、ほぼ600℃に調節された固有加
熱器とを備えている。このセンサは第４図に示し
てあり、後でさらに詳しく述べる。

前記の両方の制御回路３１および３２は互いに
無関係に作動し、それによつて両方の制御素子
（電磁弁１４およびフアン２８）の接続は省略さ
れるが、付加的に制御装置４２（第２図）が設け
られており、該制御装置４２は所要熱信号が突然
増大すると所定の限界値だけ空気過剰率のための
制御回路３２を一時的に不作用にしてフアン２８
を完全回転数に切換え、従つて燃料と空気の混合
気の空気不足もしくは過剰な濃厚化を避けること
ができる。しかしながら、湯沸器を通る信号通過
時間に時間的に相応している制御回路３１に対す
る、制御回路３２の不可避な応動遅れのために空
気不足になることがある。制御装置４２の個々の
切換素子は例えば電子制御器３４内に集積されて
いてかつ制御ライン４４（第１図）を介して制御
回路３２と接続されている。また両方の電子制御
器３４および４０ならびに制御装置４２は１つの
構成ユニツトにまとめられて共通のケーシング内
に収納されていてもよい。次に第２図で示したブ
ロツク回路図を用いて制御装置４２の作用形式を
述べる。

前記の制御回路３２はその前方の範囲内で電子
制御器４０およびフアン２８を介して燃焼空気量
を調節する。ガスバーナ１０の所である交点では
ガス流が上方から付与される。その混合器は燃焼
筒１６内で燃焼しかつその燃焼時間の後に集合フ
ード２６内に入り、そこで酸素センサ３８を介し
てフイードバツクされる。制御装置４２は電子制
御器３４の制御信号y₁の変化を検出して微分素子
４２．１で微分する。大きさおよび速度に応じて
制御信号y₁の変化が所定の限界値を上回ると、そ
の場合非対称のオンオフ素子４２．２が応動し、
該オンオフ素子４２．２は緩慢に下降する特性を
有する素子４２．３を介してフアン２８を制御す
る。

またこの緩慢に下降する特性を有する素子４
２．３の代わりに時限素子が制御装置内に取付け
られていてもよく、該時限素子は、燃焼筒１６内
の信号伝送時間を継続するための回転数−制御信
号y₂を、オンオフ素子４２．２により調節された
値で保持ししかもその後で積分的にかあるいは緩
慢に下降する特性を有するように低下させる。両
方の場合にはフアン２８は完全に回転数に調節さ
れ、従つて電子制御器４０は常にガスが薄い範囲
から作業開始ししかも廃ガス内に有害な成分が生
じることは確実に避けられるようになる。

前記センサの両方の電極が測定ガス基準を有し
ており、即ち燃焼ガスにさらされていると、電気
化学的固体−測定値検出器の比較的簡単な構造と
有利な組込状態とが得られる。しかしながらこの
場合には第３図で示してあるようにセンサ特性曲
線はもはや一義的ではない。はじめはλが小さく
なるのに伴つてセンサ信号ｓが減少ししかもλ＝
１で値０を得る。しかしながらλがさらに減少す
るとセンサ信号ｓは再び最小許容値λminに相応
している最小センサ信号ｓ minの上方に位置し
ている範囲内に急激に上昇する。そのような限界
電流センサが、λ値の低下の際に当該湯沸器を安
全に遮断するために関係されると、センサおよび
該センサにより制御される電子制御器が誤応答す
るケースが論理上想定される。このケースは、燃
焼ガスの排出中の不規則性か、あるいは当該湯沸
器の不規則性が燃料のλ値を急激に降下する場合
に生じるが、これはセンサがこの短時間の間に全
く応動しないか、あるいは迅速には十分に応動で
きないからである。それに応じてセンサ信号はλ
＝１の下方に位置している範囲内に達するように
なり、この範囲内ではセンサが電子制御器に誤つ
て大きいλ値を信号するようになる。それによつ
て、電子制御器は燃料と空気との混合気をさらに
濃厚化するようになり、そのことで再びセンサ信
号がさらに上昇して、燃焼用空気の供給がさらに
著しく絞られることになつてしまう。

このような不完全燃焼を除去するためには、安
全装置が測定値検出器の所定の上方限界値信号ｓ
maxにも応答するようにすることが提案され、
この上方限界値信号ｓ maxはλ値が前述の特
例においても著しく１から下がることがないよう
に選ばれている。このセンサ信号のための上方の
限界値ｓ maxは例えば空気の酸素含有量に相
応している酸素含有量に関係づけられていてもよ
い。この場合にセンサは、燃料供給が不足してい
ることをも信号化し、そのことは同様に当該湯沸
器の安全スイツチを切ることを可能にする。

両方の電極が測定ガス基準を有している電気化
学的固体−測定値検出器のセンサ信号の二義性
は、検出器を第４図ないし第６図による、二重作
用を有する測定センサとして構成することによつ
て取除くことができる。このセンサは同形式の２
つのセンサ素子５０を備えており、該センサ素子
５０のどちらも、支え基礎部材として酸素イオン
を通すセラミツク製の板５１を有している。この
板５１の一方の端面側の測定ガス側には２つの測
定電極５２および５３（第５図）が圧着又は蒸着
されており、該測定電極５２および５３から導体
路５４もしくは５５が板５１の、接点側の端部５
６に達している。これらの導体路５４および５５
は同様に圧着されていてもあるいは蒸着されてい
てもよい。測定電極５２および５３は拡散層５
８、例えばスピネル層で被覆されている。板５１
の他方の端面側には絶縁層を介して、金属薄板形
状の固有加熱器６０としての熱導体が固定されて
おり、該熱導体は同様に板５１の、接点側の端部
５６につながる２つの導体回路６１および６２を
備えている。この加熱器は、該加熱器がセンサ素
子５０の、測定ガス側の端部をほぼ600℃に加熱
するように設計されている。

前記センサ素子５０はケーシング６４内に配置
されており、該ケーシング６４は測定ガス側で廃
ガス集合フード２６（第１図）の壁孔内に固定さ
れるためのねじ接続管部６５を有している。ケー
シング６４内でセンサ素子５０を保持するために
はプラスチツク部材６６が役だち、該プラスチツ
ク部材６６はケーシング６４内に注入されかつ同
時にセンサ素子５０の、接点側の端部５６のまわ
りに射出成形されている。ケーシング６４内の突
起６８とプラスチツク部材６６との間には、該プ
ラスチツク部材６６のための熱保護材として役だ
つセラミツク部材６９が固着されている。ケーシ
ング６４とねじ接続管部６５との間には保護周壁
７０のフランジが締込まれており、該保護周壁７
０は測定ガス側のセンサ素子端部を間隔をおいて
取り囲んでいてかつ該保護周壁の底部で燃焼ガス
を通すための穴７１を有している。

前記の両方のセンサ素子５０の一方はλセンサ
として働き、他方のセンサ素子５０は限界電流セ
ンサとして運転させられる。限界電流センサとし
て運転させられる素子の電極に外部電圧を印加す
るための部材と、λセンサ電圧をとり出すタツプ
部材とが、図示されていない接続部材内に設けら
れており、該接続部材は接点側のセンサ素子５０
の端部５６上に取り付け可能である。λセンサは
スイツチとして使用され、該スイツチは、プラス
の濃厚化する電圧が発生すると、比較器によつて
限界電流センサの出力信号の符号を逆転させる。
この測定値検出器の、二重作用を有している構成
によつて、第７図で示したセンサ特性曲線が得ら
れ、該センサ特性曲線はλが値１を下回るとさら
に下方へ向かう傾向があり、それ故に一義的であ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による湯沸器の１実施例を示した
ものであつて、第１図はその略示図、第２図は第
１図で示した湯沸器の制御装置のブロツク回路
図、第３図は電気化学的固体−測定値検出器のセ
ンサ特性曲線図、第４図は二重作用を有する測定
値検出器の縦断面図、第５図は第４図で示した測
定値検出器を90゜だけずらした縦断面図、第６図
は第４図および第５図の部分的詳細図、第７図は
第４図および第５図で示した測定値検出器のセン
サ特性曲線図である。１０……ガスバーナ、１２……導管、１４……
電磁弁、１６……燃焼筒、１８……熱交換器、２
０……蛇管、２２……導管、２４……給湯弁、２
６……廃ガス集合フード、２８……フアン、３０
……吹出接続管部、３１，３２……制御回路、３
３……温度フイーラ、３４……電子制御器、３６
……速度測定器、３８……酸素センサ、４０……
電子制御器、４２……制御装置、４４……制御ラ
イン、４２．１……微分素子、４２．２……オン
オフ素子、４２．３……素子、５０……センサ素
子、５１……板、５２，５３……測定電極、５
４，５５……導体路、５６……端部、５８……拡
散層、６０……固有加熱器、６１，６２……導体
路、６４……ケーシング、６５……ねじ接続管
部、６６……プラスチツク部材、６８……突起、
６９……セラミツク部材、７０……保護周壁、７
１……穴。

Claims

【特許請求の範囲】１ガス又は油により加熱される湯沸器であつ
て、バーナと、燃焼ガスが内部もしくは外部を流
過する熱交換器と、燃焼ガスの流過通路内で該熱
交換器の下流に配置されている酸素センサとを有
しており、該酸素センサが電気化学的固体−測定
値検出器として形成されていて、この固体−測定
値検出器の両方の電極が燃焼ガスにさらされてお
り、さらに前記酸素センサが、燃焼の空気過剰率
を一定に保持するか、あるいは空気過剰率をコン
トロールするために制御器の制御素子に作用する
ようになつている形式のものにおいて、センサ信
号が空気の酸素含有量に相応したλ値に関係づけ
られたある値に達した際に、湯沸器のバーナへの
燃料供給を中断することができるように、前記測
定値検出器３８が安全回路の作動素子をも形成し
ており、さらに前記測定値検出器３８が限界電流
センサとλセンサとを有している複式センサとし
て構成されており、λセンサの電圧がλ＝１の下
方で高電圧に上昇させられていると、測定値検出
器３８の最終的な出力信号の符号が逆転されてい
るように各センサの電極５２，５３が互いに電気
的に接続されていることを特徴とする湯沸器。２前記の固体−測定値検出器３８が拡散層５８
と、少なくとも550℃に調整された固有加熱器６
０とを備えている特許請求の範囲第１項記載の湯
沸器。