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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-13
(45)【発行日】2024-02-21
(54)【発明の名称】給湯器
(51)【国際特許分類】
F23N 5/24 20060101AFI20240214BHJP
F23N 3/08 20060101ALI20240214BHJP
F23N 5/00 20060101ALI20240214BHJP
F24H 1/14 20220101ALI20240214BHJP
F24H 15/10 20220101ALI20240214BHJP
F24H 15/215 20220101ALI20240214BHJP
F24H 15/219 20220101ALI20240214BHJP
F24H 15/238 20220101ALI20240214BHJP
F24H 15/281 20220101ALI20240214BHJP
F24H 15/35 20220101ALI20240214BHJP
【ＦＩ】
F23N5/24 104
F23N3/08
F23N5/00 C
F24H1/14 B
F24H15/10
F24H15/215
F24H15/219
F24H15/238
F24H15/281
F24H15/35
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2019217263
(22)【出願日】2019-11-29
(65)【公開番号】P2021085639
(43)【公開日】2021-06-03
【審査請求日】2022-11-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000112015
【氏名又は名称】株式会社パロマ
(74)【代理人】
【識別番号】100078721
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 喜樹
(74)【代理人】
【識別番号】100121142
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 恭一
(72)【発明者】
【氏名】田島 拓明
【審査官】古川 峻弘
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－０４７７６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－１０９２３８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２４Ｈ １／００－１５／４９３
Ｆ２３Ｎ １／００－５／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
入側に給水管が、出側に出湯管がそれぞれ接続される熱交換器と、前記熱交換器に燃焼排気を通過させるバーナと、
前記バーナに燃焼用空気を供給するファンと、
前記熱交換器を通過した燃焼排気を屋外に排出する排気ダクトと、
前記給水管に設けられる入水温センサと、
前記出湯管に設けられる出湯温センサと、
前記熱交換器への通水量を検出する水量センサと、
前記バーナの燃焼を制御すると共に、設定温度と、前記出湯温センサにより検出される出湯温度との相違に基づいて前記ファンの回転数を制御する出湯温制御を実行するコントローラと、を備えた給湯器であって、
前記コントローラは、前記バーナの燃焼中は、前記入水温センサから得られる入水温度と、前記出湯温度と、前記水量センサから得られる通水量とに基づいて、前記バーナのアウトプットの実測値を算出して、前記ファンの回転数に応じて得られる前記アウトプットの計算値と対比し、前記実測値が前記計算値から所定量以上低い場合には、前記ファンの最低回転数を上げ、前記出湯温度が前記設定温度から所定温度以上高くなったら、前記ファンの最低回転数を下げる処理を、前記出湯温制御が終了するまで繰り返して行うことを特徴とする給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料ガスと燃焼用空気との混合気を燃焼させるバーナを用いた給湯器に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば全一次燃焼式の給湯器は、燃料ガスと、燃焼に必要な全ての空気とをファンによって混合し、この混合気をバーナに供給して燃焼させる。器具のコントローラは、温度センサで検知される出湯温度が、リモコン等で設定される設定温度と異なると、ファンの回転数を調整して、バーナへ供給する混合気の量を変更（ＦＢ制御）する（例えば特許文献１参照）。
よって、燃焼排気を屋外に排出する排気ダクトに風が当たる等して相当の風量が排気ダクトに吹き込まれると、ガス量及び空気量が共に減少して出湯温度が低下するため、コントローラは、ＦＢ制御によりガス量及び空気量を増加させることになる。
よって、燃焼排気を屋外に排出する排気ダクトに風が当たる等して相当の風量が排気ダクトに吹き込まれると、ガス量及び空気量が共に減少して出湯温度が低下するため、コントローラは、ＦＢ制御によりガス量及び空気量を増加させることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平７－３５３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、夏場等で入水温度が例えば３５℃と高い状態で、例えば４０℃の低い設定温度が選択されて少ない流量（例えば３Ｌ／ｍｉｎ）で通水されると、ファンが最低回転数（例えば１０００ｒｐｍ）で運転されても、出湯温度は４５℃となってしまう。この場合に排気ダクトから相当の風量（例えば１０ｍ／ｓ）が吹き込まれると、出湯温度は設定温度である４０℃程度に低下するため、コントローラはＦＢ制御を行わないことになる。よって、バーナに燃焼不良や失火が生じて使い勝手を損ねるおそれがある。
【0005】
そこで、本発明は、排気ダクトに相当の風量が吹き込まれても燃焼不良等を生じさせず、使い勝手が損なわれない給湯器を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、入側に給水管が、出側に出湯管がそれぞれ接続される熱交換器と、
熱交換器に燃焼排気を通過させるバーナと、
バーナに燃焼用空気を供給するファンと、
熱交換器を通過した燃焼排気を屋外に排出する排気ダクトと、
給水管に設けられる入水温センサと、
出湯管に設けられる出湯温センサと、
熱交換器への通水量を検出する水量センサと、
バーナの燃焼を制御すると共に、設定温度と、出湯温センサにより検出される出湯温度との相違に基づいてファンの回転数を制御する出湯温制御を実行するコントローラと、を備えた給湯器であって、
コントローラは、バーナの燃焼中は、入水温センサから得られる入水温度と、出湯温度と、水量センサから得られる通水量とに基づいて、バーナのアウトプットの実測値を算出して、ファンの回転数に応じて得られるアウトプットの計算値と対比し、実測値が計算値から所定量以上低い場合には、ファンの最低回転数を上げ、出湯温度が設定温度から所定温度以上高くなったら、ファンの最低回転数を下げる処理を、出湯温制御が終了するまで繰り返して行うことを特徴とする。
熱交換器に燃焼排気を通過させるバーナと、
バーナに燃焼用空気を供給するファンと、
熱交換器を通過した燃焼排気を屋外に排出する排気ダクトと、
給水管に設けられる入水温センサと、
出湯管に設けられる出湯温センサと、
熱交換器への通水量を検出する水量センサと、
バーナの燃焼を制御すると共に、設定温度と、出湯温センサにより検出される出湯温度との相違に基づいてファンの回転数を制御する出湯温制御を実行するコントローラと、を備えた給湯器であって、
コントローラは、バーナの燃焼中は、入水温センサから得られる入水温度と、出湯温度と、水量センサから得られる通水量とに基づいて、バーナのアウトプットの実測値を算出して、ファンの回転数に応じて得られるアウトプットの計算値と対比し、実測値が計算値から所定量以上低い場合には、ファンの最低回転数を上げ、出湯温度が設定温度から所定温度以上高くなったら、ファンの最低回転数を下げる処理を、出湯温制御が終了するまで繰り返して行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
請求項１に記載の発明によれば、アウトプットの実測値が計算値よりも所定量以上低下したら、ファンの最低回転数を上げるので、排気ダクトに相当の風量が吹き込まれてもバーナに燃焼不良や失火を生じさせず、使い勝手を損なうことがなくなる。
また、コントローラは、出湯温度が設定温度から所定温度以上高くなったら、ファンの最低回転数を下げるので、風量の低下に対応して通常のフィードバック制御へ直ちに復帰することができる。
また、コントローラは、出湯温度が設定温度から所定温度以上高くなったら、ファンの最低回転数を下げるので、風量の低下に対応して通常のフィードバック制御へ直ちに復帰することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、給湯器の一例を示す概略図である。この給湯器１は、燃焼室２の上側にバーナ３が、燃焼面を下向きにして配置され、バーナ３の下側に、燃焼排気の主に顕熱を回収する一次熱交換器４と、主に潜熱を回収する二次熱交換器５とを配置した逆燃焼式となっている。
バーナ３へのガス供給管６の上流側には、予混合器７が設けられている。予混合器７は、下流側にファン８を、上流側に２つのベンチュリー９Ａ，９Ｂを備える。ベンチュリー９Ｂは、フラップバルブ１０によって開閉される。ベンチュリー９Ａ，９Ｂの上流側には空気の吸込口１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ設けられている。
ベンチュリー９Ａ，９Ｂにおける吸込口１１Ａ，１１Ｂの下流側には、ガス供給管６から分岐する分岐管１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ接続されている。分岐管１２Ｂには、流路を開閉する電磁弁１３が設けられている。ガス供給管６における分岐管１２Ａ，１２Ｂの上流側には、均圧弁１４が設けられている。
図１は、給湯器の一例を示す概略図である。この給湯器１は、燃焼室２の上側にバーナ３が、燃焼面を下向きにして配置され、バーナ３の下側に、燃焼排気の主に顕熱を回収する一次熱交換器４と、主に潜熱を回収する二次熱交換器５とを配置した逆燃焼式となっている。
バーナ３へのガス供給管６の上流側には、予混合器７が設けられている。予混合器７は、下流側にファン８を、上流側に２つのベンチュリー９Ａ，９Ｂを備える。ベンチュリー９Ｂは、フラップバルブ１０によって開閉される。ベンチュリー９Ａ，９Ｂの上流側には空気の吸込口１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ設けられている。
ベンチュリー９Ａ，９Ｂにおける吸込口１１Ａ，１１Ｂの下流側には、ガス供給管６から分岐する分岐管１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ接続されている。分岐管１２Ｂには、流路を開閉する電磁弁１３が設けられている。ガス供給管６における分岐管１２Ａ，１２Ｂの上流側には、均圧弁１４が設けられている。
【0010】
二次熱交換器５の入側端部には、給水管１５が接続され、二次熱交換器５の出側端部は、一次熱交換器４の入側端部と接続されている。一次熱交換器４の出側端部には、出湯管１６が接続されている。燃焼室２の外部で給水管１５と出湯管１６との間には、バイパス管１７が接続されている。
給水管１５には、水量センサ１８と、入水温センサ１９と、水量調整弁２０とが設けられている。出湯管１６には、一次熱交換器４からの出口付近の温度を検出する出口温センサ２１と、バイパス管１７との接続部より下流の温度を検出する出湯温センサ２２とが設けられている。バイパス管１７には、バイパス流量を調整するバイパス弁２３が設けられている。
燃焼室２には、中和器２５を備えたドレン排出管２４が接続されている。また、燃焼室２には、排気ダクト２６が接続されて、下流端を屋外へ開放させている。さらに、燃焼室２には、バーナ３の点火用のイグナイタ２７と炎検出用のフレームロッド２８とが設けられている。
給水管１５には、水量センサ１８と、入水温センサ１９と、水量調整弁２０とが設けられている。出湯管１６には、一次熱交換器４からの出口付近の温度を検出する出口温センサ２１と、バイパス管１７との接続部より下流の温度を検出する出湯温センサ２２とが設けられている。バイパス管１７には、バイパス流量を調整するバイパス弁２３が設けられている。
燃焼室２には、中和器２５を備えたドレン排出管２４が接続されている。また、燃焼室２には、排気ダクト２６が接続されて、下流端を屋外へ開放させている。さらに、燃焼室２には、バーナ３の点火用のイグナイタ２７と炎検出用のフレームロッド２８とが設けられている。
【0011】
以上の如く構成された給湯器１は、リモコン３１が接続されたコントローラ３０により出湯温制御がなされる。以下、コントローラ３０による出湯温制御を、図２のフローチャートに基づいて説明する。
まず、Ｓ（ステップ）１で、出湯管１６に接続された外部の給湯栓が開栓されて、水量センサ１８により所定量以上の通水が確認されると、コントローラ３０は、均圧弁１４の上流側の図示しない元弁を開弁させると共に、Ｓ２で、入水温センサ１９が検出した入水温度と、リモコン３１を用いて設定した設定温度との温度差と、水量センサ１８で検出される入水量とに基づいて、必要な燃焼出力（アウトプット）を算出し、このアウトプットに応じてフィードフォワード（ＦＦ）制御を行う。すなわち、要求されるアウトプットに応じた回転数でファン８を回転させる。
まず、Ｓ（ステップ）１で、出湯管１６に接続された外部の給湯栓が開栓されて、水量センサ１８により所定量以上の通水が確認されると、コントローラ３０は、均圧弁１４の上流側の図示しない元弁を開弁させると共に、Ｓ２で、入水温センサ１９が検出した入水温度と、リモコン３１を用いて設定した設定温度との温度差と、水量センサ１８で検出される入水量とに基づいて、必要な燃焼出力（アウトプット）を算出し、このアウトプットに応じてフィードフォワード（ＦＦ）制御を行う。すなわち、要求されるアウトプットに応じた回転数でファン８を回転させる。
【0012】
このＦＦ制御において、要求されるアウトプットが所定の閾値以上である場合は、コントローラ３０は、フラップバルブ１０を開弁位置に移動させてベンチュリー９Ｂを開放し、電磁弁１３を開弁させる。
すると、予混合器７では、ファン８の回転数に比例した空気が吸込口１１Ａ，１１Ｂから吸い込まれる。よって、ベンチュリー９Ａ，９Ｂで負圧が生じ、同時にガス供給管６に燃料ガスが供給される。燃料ガスは、均圧弁１４を通って分岐管１２Ａ，１２Ｂに分岐して流れ、ベンチュリー９Ａ，９Ｂで生じる負圧との差圧に応じた量でベンチュリー９Ａ，９Ｂに吸い込まれ、ここで燃焼に必要な全ての空気と混合されて混合気が生成される。
一方、要求されるアウトプットが所定の閾値を下回る場合、コントローラ３０は、フラップバルブ１０を閉弁位置に移動させてベンチュリー９Ｂを閉塞する。これと同時に、電磁弁１３を閉弁させて分岐管１２Ｂを閉塞する。よって、予混合器７では、ベンチュリー９Ａのみで燃料ガスと空気との混合気が生成される。
すると、予混合器７では、ファン８の回転数に比例した空気が吸込口１１Ａ，１１Ｂから吸い込まれる。よって、ベンチュリー９Ａ，９Ｂで負圧が生じ、同時にガス供給管６に燃料ガスが供給される。燃料ガスは、均圧弁１４を通って分岐管１２Ａ，１２Ｂに分岐して流れ、ベンチュリー９Ａ，９Ｂで生じる負圧との差圧に応じた量でベンチュリー９Ａ，９Ｂに吸い込まれ、ここで燃焼に必要な全ての空気と混合されて混合気が生成される。
一方、要求されるアウトプットが所定の閾値を下回る場合、コントローラ３０は、フラップバルブ１０を閉弁位置に移動させてベンチュリー９Ｂを閉塞する。これと同時に、電磁弁１３を閉弁させて分岐管１２Ｂを閉塞する。よって、予混合器７では、ベンチュリー９Ａのみで燃料ガスと空気との混合気が生成される。
【0013】
こうして予混合器７で生成された混合気は、ファン８を介してバーナ３に送られ、イグナイタ２７によって点火されて燃焼する（Ｓ３）。
バーナ３の燃焼排気は、一次熱交換器４を通過することで、伝熱管内を流れる水と熱交換し、顕熱が回収される。その後、二次熱交換器５を通過することで、内部流路を流れる水と熱交換し、潜熱が回収される。その後、燃焼排気は排気ダクト２６を通って外部に排出される。
バーナ３の燃焼中、コントローラ３０は、Ｓ４でフィードバック（ＦＢ）制御を行う。すなわち、設定温度と出湯温度との温度差に基づいて、この温度差が小さくなるようにファン８の回転数の調整を行う。
例えば、夏場等で入水温度が３５℃と高い状態で、４０℃の低い設定温度が選択されて少ない流量（３Ｌ／ｍｉｎ）で通水されると、コントローラ３０は、ＦＦ制御において、ファン８を最低の回転数（１０００ｒｐｍ）で運転させる。この場合、出湯温度は４５℃と設定温度よりも高くなるため、ＦＢ制御が必要となる。
バーナ３の燃焼排気は、一次熱交換器４を通過することで、伝熱管内を流れる水と熱交換し、顕熱が回収される。その後、二次熱交換器５を通過することで、内部流路を流れる水と熱交換し、潜熱が回収される。その後、燃焼排気は排気ダクト２６を通って外部に排出される。
バーナ３の燃焼中、コントローラ３０は、Ｓ４でフィードバック（ＦＢ）制御を行う。すなわち、設定温度と出湯温度との温度差に基づいて、この温度差が小さくなるようにファン８の回転数の調整を行う。
例えば、夏場等で入水温度が３５℃と高い状態で、４０℃の低い設定温度が選択されて少ない流量（３Ｌ／ｍｉｎ）で通水されると、コントローラ３０は、ＦＦ制御において、ファン８を最低の回転数（１０００ｒｐｍ）で運転させる。この場合、出湯温度は４５℃と設定温度よりも高くなるため、ＦＢ制御が必要となる。
【0014】
しかし、このような運転状態で、排気ダクト２６の出口に相当の風量（例えば１０ｍ／ｓ）で風が吹き込まれると、出湯温度は設定温度である４０℃程度に低下するにとどまってしまう。この場合、設定温度と出湯温度とに差が生じないため、コントローラ３０はＦＢ制御を行わないことになる。
但し、コントローラ３０は、Ｓ５で、水量センサ１８と、入水温センサ１９と、出湯温センサ２２とから得られる各検出信号から、燃料ガスのアウトプットの実測値を算出し、この実測値が、ファン８の回転数に応じて計算されるアウトプットの計算値から所定量以上低下（例えば計算値の５０％以上低下）しているか否かを判別する。ここで実測値が所定量以上低下していることが確認されると、コントローラ３０は、相当の風量が吹き込んでいると判断して、Ｓ６で、低速でのファン８の運転を禁止する。すなわち、ファン８の最低回転数を上げる（例えば１５００ｒｐｍ）。
このため、ファン８からバーナ３へ供給される混合気の量が増加して出湯温度は上昇するが、排気ダクト２６への風量の吹き込みにより、出湯温度は４３℃程度まで抑えられる。よって、バーナ３に燃焼不良が生じたり失火したりすることがなくなる。なお、Ｓ５の判別で実測値の所定量以上の低下が確認されなければ、Ｓ４でＦＢ制御を続行する。
但し、コントローラ３０は、Ｓ５で、水量センサ１８と、入水温センサ１９と、出湯温センサ２２とから得られる各検出信号から、燃料ガスのアウトプットの実測値を算出し、この実測値が、ファン８の回転数に応じて計算されるアウトプットの計算値から所定量以上低下（例えば計算値の５０％以上低下）しているか否かを判別する。ここで実測値が所定量以上低下していることが確認されると、コントローラ３０は、相当の風量が吹き込んでいると判断して、Ｓ６で、低速でのファン８の運転を禁止する。すなわち、ファン８の最低回転数を上げる（例えば１５００ｒｐｍ）。
このため、ファン８からバーナ３へ供給される混合気の量が増加して出湯温度は上昇するが、排気ダクト２６への風量の吹き込みにより、出湯温度は４３℃程度まで抑えられる。よって、バーナ３に燃焼不良が生じたり失火したりすることがなくなる。なお、Ｓ５の判別で実測値の所定量以上の低下が確認されなければ、Ｓ４でＦＢ制御を続行する。
【0015】
一方、排気ダクト２６への風の吹き込みが止むと、インプットが回復して想定しているインプットとなるため、出湯温度が上昇していく。よって、コントローラ３０は、Ｓ７で、出湯温度が設定温度よりも３℃以上高くなったか否かを判別し、ここで設定温度＋３℃以上の上昇を確認すると、排気ダクト２６への風量が低下したと判断して、Ｓ８でファン８の低速での運転禁止を解除して、最低回転数を１０００ｒｐｍに下げる。Ｓ７で出湯温度の設定温度＋３℃以上の上昇が確認されなければ、Ｓ６へ戻って低速でのファン８の運転禁止を継続する。
なお、給湯栓が閉栓されて、Ｓ９で、器具内の所定量以上の通水が確認されなくなると（Ｓ９でＮＯ）、出湯温制御は終了する。ここで所定量以上の通水が確認されると、Ｓ４へ戻ってＦＢ制御を続行する。
なお、給湯栓が閉栓されて、Ｓ９で、器具内の所定量以上の通水が確認されなくなると（Ｓ９でＮＯ）、出湯温制御は終了する。ここで所定量以上の通水が確認されると、Ｓ４へ戻ってＦＢ制御を続行する。
【0016】
このように、上記形態の給湯器１によれば、コントローラ３０は、バーナ３の燃焼中は、入水温センサ１９から得られる入水温度と、出湯温センサ２２から得られる出湯温度と、水量センサ１８から得られる通水量とに基づいて、バーナ３のアウトプットの実測値を算出して、ファン８の回転数に応じて得られるアウトプットの計算値と対比し、実測値が計算値から所定量以上低い場合には、ファン８の最低回転数を上げるようにしている。
この構成により、排気ダクト２６に相当の風量が吹き込まれてもバーナ３に燃焼不良や失火を生じさせず、使い勝手を損なうことがなくなる。
特にここでは、コントローラ３０は、出湯温度が設定温度から所定温度以上高くなったら、ファン８の最低回転数を下げるので、風量の低下に対応して通常のＦＢ制御へ直ちに復帰することができる。
この構成により、排気ダクト２６に相当の風量が吹き込まれてもバーナ３に燃焼不良や失火を生じさせず、使い勝手を損なうことがなくなる。
特にここでは、コントローラ３０は、出湯温度が設定温度から所定温度以上高くなったら、ファン８の最低回転数を下げるので、風量の低下に対応して通常のＦＢ制御へ直ちに復帰することができる。
【0017】
なお、上記形態では、Ｓ５でアウトプットの実測値が計測値から５０％以上低下したら、相当の風量が排気ダクトに吹き込んでいると判断しているが、この数値は５０％に限らず、適宜増減して差し支えない。また、割合でなく所定のアウトプット量としてもよい。
同様に、Ｓ７で判別する設定温度からの上昇温度も、３℃に限らず適宜増減可能である。ファンの最低回転数の設定も１０００ｒｐｍと１５００ｒｐｍとに限らず適宜変更できる。
その他、給湯器の構成も、予混合器は２つのベンチュリーでなく１つのベンチュリーのみ備えたものであってもよいし、ベンチュリーがファンの下流側にあるものでも本発明は適用できる。勿論逆燃焼式に限らず、バーナの上側に一次熱交換器と二次熱交換器とが設置された給湯器や、二次熱交換器を備えない給湯器であっても本発明は適用可能である。また、全一次燃焼式に限らず、ブンゼンバーナを用いた給湯器であってもよい。
同様に、Ｓ７で判別する設定温度からの上昇温度も、３℃に限らず適宜増減可能である。ファンの最低回転数の設定も１０００ｒｐｍと１５００ｒｐｍとに限らず適宜変更できる。
その他、給湯器の構成も、予混合器は２つのベンチュリーでなく１つのベンチュリーのみ備えたものであってもよいし、ベンチュリーがファンの下流側にあるものでも本発明は適用できる。勿論逆燃焼式に限らず、バーナの上側に一次熱交換器と二次熱交換器とが設置された給湯器や、二次熱交換器を備えない給湯器であっても本発明は適用可能である。また、全一次燃焼式に限らず、ブンゼンバーナを用いた給湯器であってもよい。
【符号の説明】
【0018】
１・・給湯器、２・・燃焼室、３・・バーナ、４・・一次熱交換器、５・・二次熱交換器、６・・ガス供給管、７・・予混合器、８・・ファン、９Ａ，９Ｂ・・ベンチュリー、１１Ａ，１１Ｂ・・吸込口、１２Ａ，１２Ｂ・・分岐管、１５・・給水管、１６・・出湯管、１７・・バイパス管、１８・・水量センサ、１９・・入水温センサ、２１・・出口温センサ、２２・・出湯温センサ、２６・・排気ダクト、３０・・コントローラ、３１・・リモコン。
【図1】
【図2】