JP2001215213A

JP2001215213A - 燃焼排ガス検出装置

Info

Publication number: JP2001215213A
Application number: JP2000026207A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Ishikawa; 善克石川
Original assignee: Harman Co Ltd
Current assignee: Harman Co Ltd
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2001-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換済み燃焼排ガス中の水分が排ガス濃度
検出センサに達するまでに結露しても、適正な値の排ガ
ス濃度検出値を出力することが可能となる燃焼排ガス検
出装置を提供する点にある。【解決手段】バーナ１にて燃焼された燃焼排ガス中の
特定成分のガス濃度を検出する排ガス濃度検出センサ９
が、授熱用の熱交換器２を通過して流動する熱交換済み
燃焼排ガスを対象として検出するように設置され、熱交
換済み燃焼排ガス中の水分が排ガス濃度検出センサ９に
達するまでに結露する結露発生量に応じて、排ガス濃度
検出センサ９の検出値が変動する検出値変動分を、燃焼
排ガスの総排気量に対する結露発生量の比率に基づいて
補正して、排ガス濃度検出値として出力する検出制御手
段Ｈが設けられている燃焼排ガス検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バーナにて燃焼さ
れた燃焼排ガス中の特定成分のガス濃度を検出する排ガ
ス濃度検出センサが、授熱用の熱交換器を通過して流動
する熱交換済み燃焼排ガスを対象として検出するように
設置された燃焼排ガス検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような燃焼排ガス検出装置は、燃
焼排ガス中の酸素ガス濃度を検出する酸素センサなどが
設置されているものであり、熱交換済み燃焼排ガス中の
水分が排ガス濃度検出センサに達するまでに結露する
と、その結露発生量に応じて、排ガス濃度検出センサの
検出値が変動することとなるので、その検出値変動分を
補正する必要があるものとなっている。そして、例え
ば、特許第２９４６２７９号公報に開示されているよう
に、熱交換済み燃焼排ガスの温度を検出する温度センサ
を設け、その温度センサにおける検出温度に比例して酸
素センサの検出値変動分を補正するようにしている。説
明を加えると、酸素センサの検出値は、結露発生量が増
加するほど高い値に変動するので、熱交換済み燃焼排ガ
スの温度が低いほど、結露発生量としてのドレン生成量
が増加することを利用して、温度センサの検出温度が低
いほど、酸素センサの出力する値が低くなるように補正
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の排ガス検出装置では、熱交換済み燃焼排ガスの温度
に比例して排ガス濃度検出センサにおける検出値変動分
を補正するために、補正する値が、熱交換済み燃焼排ガ
スの温度のみに依存することになり、的確な補正を行う
ことができない虞があった。説明を加えると、例えば、
実際の空気量の理論空気量に対する割合である、いわゆ
る空気比などが変化して、実際のバーナの燃焼状態が変
化しても、熱交換済み燃焼排ガスの温度は変化しなかっ
たりすることがあるなど、熱交換済み燃焼排ガスの温度
は、必ずしも実際のバーナの燃焼状態を反映しているも
のではなく、そのために、熱交換済み燃焼排ガスの温度
に比例して排ガス濃度センサにおける検出値変動分を補
正するものでは、実際のバーナの燃焼状態に応じた補正
を行うことができない虞があった。

【０００４】本発明は、かかる点に着目してなされたも
のであり、その目的は、熱交換済み燃焼排ガス中の水分
が排ガス濃度検出センサに達するまでに結露しても、適
正な値の排ガス濃度検出値を出力することが可能となる
燃焼排ガス検出装置を提供する点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明によれば、バーナにて燃焼さ
れた燃焼排ガス中の特定成分のガス濃度を検出する排ガ
ス濃度検出センサが、授熱用の熱交換器を通過して流動
する熱交換済み燃焼排ガスを対象として検出するように
設置された燃焼排ガス検出装置であって、前記熱交換済
み燃焼排ガス中の水分が前記排ガス濃度検出センサに達
するまでに結露する結露発生量に応じて、前記排ガス濃
度検出センサの検出値が変動する検出値変動分を、前記
燃焼排ガスの総排気量に対する前記結露発生量の比率に
基づいて補正して、排ガス濃度検出値として出力する検
出制御手段が設けられている。

【０００６】すなわち、燃焼排ガスの総排気量に対する
結露発生量の比率を用いて、排ガス濃度検出センサにお
ける検出値変動分を補正するので、実際にバーナにて燃
焼された燃焼排ガスの総排気量など、実際のバーナの燃
焼状態を反映している情報により補正を行うことがで
き、実際のバーナの燃焼状態を加味した状態で、排ガス
濃度検出センサにおける検出値変動分を補正することが
可能となる。したがって、実際のバーナの燃焼状態に合
った補正を行うことができるものとなって、熱交換済み
燃焼排ガス中の水分が排ガス濃度検出センサに達するま
でに結露しても、適正な値の排ガス濃度検出値を出力す
ることが可能となる燃焼排ガス検出装置を提供すること
が可能となった。

【０００７】請求項２に記載の発明によれば、前記熱交
換済み燃焼排ガスの温度を検出する燃焼排ガス温度検出
手段が設けられ、前記検出制御手段が、前記燃焼排ガス
温度検出手段の検出情報に基づいて、前記総排気量に対
する前記結露発生量の比率を求めるように構成されてい
る。すなわち、熱交換済み燃焼排ガスの温度を用いて、
燃焼排ガスの総排気量に対する結露発生量の比率を求め
て、排ガス濃度検出センサにおける検出値変動分を補正
するので、熱交換済み燃焼排ガスの温度をも加味した状
態で、排ガス濃度検出センサにおける検出値変動分を補
正することが可能となって、より一層的確な補正を行う
ことが可能となる。

【０００８】請求項３に記載の発明によれば、前記排ガ
ス濃度検出センサが、前記熱交換済み燃焼排ガス中の一
酸化炭素ガス濃度を検出するように構成されている。す
なわち、バーナの燃焼状態が不完全燃焼であるときに
は、熱交換済み燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が高くな
るので、排ガス濃度検出センサにより熱交換済み燃焼排
ガス中の一酸化炭素ガス濃度を検出することによって、
バーナの燃焼が不完全燃焼であることを検出することが
でき、バーナの燃焼を停止させるなど不完全燃焼による
異常の発生を防止するための処理を実行することが可能
となる。そして、熱交換済み燃焼排ガス中の水分が排ガ
ス濃度センサに達するまでに結露して、排ガス濃度検出
センサの検出値が変動しても、その検出値変動分を補正
して熱交換済み燃焼排ガス中の一酸化炭素ガス濃度を的
確に検出することができ、バーナの燃焼を停止させるな
どの処理を的確に実行することが可能となる。

【０００９】請求項４に記載の発明によれば、前記排ガ
ス濃度検出センサが、前記熱交換済み燃焼排ガス中の酸
素ガス濃度を検出するように構成されている。すなわ
ち、熱交換済み燃焼排ガス中の酸素ガス濃度を検出する
ことにより、その検出濃度から実際の空気量の理論空気
量に対する割合である、いわゆる空気比を求めることが
でき、この空気比を用いてバーナの燃焼状態を適正な状
態に制御することが可能となる。そして、熱交換済み燃
焼排ガス中の水分が排ガス濃度センサに達するまでに結
露して、排ガス濃度検出センサの検出値が変動しても、
その検出値変動分を補正して熱交換済み燃焼排ガス中の
酸素ガス濃度を的確に検出することができるので、バー
ナの燃焼状態における空気比を的確に求めることがで
き、その空気比を用いてバーナの燃焼状態を的確に適正
な状態に制御することが可能となる。

【００１０】請求項５に記載の発明によれば、前記排ガ
ス濃度検出センサが、前記熱交換済み燃焼排ガス中の二
酸化炭素ガス濃度を検出するように構成されている。す
なわち、熱交換済み燃焼排ガス中の二酸化炭素ガス濃度
を検出することにより、その検出濃度から実際の空気量
の理論空気量に対する割合である、いわゆる空気比を求
めることができ、この空気比を用いてバーナの燃焼状態
を適正な状態に制御することが可能となる。そして、熱
交換済み燃焼排ガス中の水分が排ガス濃度センサに達す
るまでに結露して、排ガス濃度検出センサの検出値が変
動しても、その検出値変動分を補正して熱交換済み燃焼
排ガス中の二酸化炭素ガス濃度を的確に検出することが
できるので、バーナの燃焼状態における空気比を的確に
求めることができ、その空気比を用いてバーナの燃焼状
態を的確に適正な状態に制御することが可能となる。

【００１１】請求項６に記載の発明によれば、前記排ガ
ス濃度検出センサが、前記熱交換済み燃焼排ガス中の窒
素酸化物ガス濃度を検出するように構成されている。す
なわち、バーナに対する燃焼用空気の通風量が低下する
と、熱交換済み燃焼排ガス中の窒素酸化物ガスであるＮ
Ｏｘ濃度が高くなるので、排ガス濃度検出センサにより
熱交換済み燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を検出することに
よって、バーナに対する燃焼用空気の通風量が低下して
いることを検出することができ、バーナの燃焼を停止さ
せるなどの処理を実行することが可能となる。そして、
熱交換済み燃焼排ガス中の水分が排ガス濃度センサに達
するまでに結露して、排ガス濃度検出センサの検出値が
変動しても、その検出値変動分を補正して熱交換済み燃
焼排ガス中のＮＯｘ濃度を的確に検出することができ、
バーナの燃焼を停止させるなどの処理を的確に実行する
ことが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明にかかる燃焼排ガス検出装
置を給湯装置に適応した例について図面に基づいて説明
する。〔第１実施形態〕この給湯装置は、図１に示すように、
供給される水を加熱して出湯栓に給湯する給湯部Ｔ、こ
の給湯部Ｔの動作を制御する制御部Ｈ、この制御部Ｈに
動作情報を指令するリモコン操作部Ｒを備えて構成され
ている。

【００１３】前記給湯部Ｔは、全一次混合型のガス燃焼
式のバーナ１の燃焼により加熱される水加熱用の熱交換
器２およびこの熱交換器２において熱交換された燃焼排
ガスを回収する排気回収部３を備えた本体部４から構成
され、このバーナ１の上流側から燃焼用空気を通風路５
を通して通風し、かつ、その通風に伴って、供給される
燃料ガスを燃焼用空気と混合して供給するターボファン
６、および、授熱用の熱交換器２を通解して流動する熱
交換済み燃焼排ガスを排出する排気路７が本体部４に連
通接続されている。そして、バーナ１の炎の生成方向が
下向きに構成され、バーナ１の下方に熱交換器２を配置
させ、熱交換器２の下方に排気回収部３を配置させてい
る。

【００１４】また、排気回収部３は、その内部の底面部
にて、熱交換器２から落下する凝縮水、すなわちドレン
を受け止め回収して、排出路８を通して中和装置Ｃに供
給するように構成され、この中和装置Ｃにてドレンを中
和処理するようにしている。

【００１５】前記排気路７には、熱交換器にて熱交換さ
れた熱交換済み燃焼排ガス中の酸素ガス濃度を検出する
排ガス濃度検出センサとしての酸素センサ９、および、
熱交換済み燃焼排ガスの温度を検出する温度検出手段と
しての温度センサ１０が設けられている。前記酸素セン
サ９は、ジルコニア限界電流型のセンサで、図２に示す
ように、センサエレメント１１、端子１２、端子台１
３、メッシュカバー１４から構成されている。

【００１６】前記センサエレメント１１は、図３に示す
ように、ディスク状の安定化ジルコニア１１ａの両側に
白金電極１１ｂを形成し、その片側に小孔１１ｃが設け
られたキャップ１１ｄを接合して構成されている。両電
極１１ｂ間に電圧を印加すると、ポンピング作用により
酸素イオンをキャリアとする電流が流れる。そして、キ
ャップ１１ｄ内への空気の流入が小孔１１ｃによって制
限されることから電圧の所定領域で電流がほぼ一定（限
界電流）になり、この限界電流は空気中の酸素濃度に比
例して変化するので、一定電圧（監視電圧）を両電極１
１ｂ間に印加しておき、そのときの電流値（実測値
Ｖ’）から酸素濃度を検出することができることとな
る。また、ポンピング作用は、高温（例えば、５００℃
程度）において発生するので、キャップ１１ｄ上部にヒ
ータ１１ｅを一体形成し、ヒータ１１ｅへの通電により
センサエレメント１１を加熱するように構成されてい
る。

【００１７】前記熱交換器２には、例えば、家庭用の水
道などから水が供給される入水路１４、加熱後の湯水を
出湯する出湯路１５がそれぞれ接続され、前記入水路１
４には、熱交換器２への通水量を検出する通水量センサ
１６、入水路１４を通して供給される水の温度を検出す
る入水温サーミスタ１７が設けられ、出湯路１５には、
出湯栓１８から出湯される湯水の温度を検出する出湯温
サーミスタ１９が設けられている。

【００１８】燃料供給路２０はターボファン６の吸引部
に接続されて、その燃料供給路２０には、燃料供給方向
の上流側から、燃料供給を断続する電磁操作式の安全弁
２１およびメイン弁２２、燃料供給量を調整する比例弁
２３のそれぞれが設けられ、比例弁２３の調整する燃料
ガス供給量に応じて、ターボファン６の通風量が調整さ
れ、比例弁２３の調整する燃料ガス供給量が大きくなる
ほど、通風量が大きくなるようになっている。そして、
バーナ１の近くには、バーナに対する点火動作を実行す
るイグナイタ２４と、バーナ１が着火されているか否か
を検出するフレームロッド２５とがそれぞれ備えられ、
ターボファン６の回転速度を検出する回転速度センサ６
ａが設けられている。

【００１９】前記リモコン操作部Ｒは、給湯部Ｋの運転
の開始・停止を指令する運転スイッチ２６、出湯用目標
温度を変更設定自在な温度設定スイッチ２７、出湯温度
や出湯用目標温度などを表示する表示部２８、運転状態
であることを表示する運転ランプ２９、バーナ１が燃焼
状態であることを表示する燃焼ランプ３０などを備えて
構成されている。

【００２０】前記制御部Ｈは、マイクロコンピュータを
備えて構成され、熱交換器２への通水が開始されるに伴
ってバーナ１の燃焼を開始して、熱交換器２への通水が
停止されるに伴ってバーナ１の燃焼を停止させるように
制御するとともに、熱交換器２への通水が検出されてい
るときには、出湯温度が出湯用目標温度になるように比
例弁２３とターボファン６によって、燃料ガス供給量と
通風量とを調整する処理を実行するように構成されてい
る。すなわち、熱交換器２へ通水されている状態で、リ
モコン操作部Ｒの制御指令に基づいて出湯温度が出湯用
目標温度になるように比例弁２３とターボファン６によ
って、燃料ガス供給量と通風量とを調整するとともに、
酸素センサ９による酸素ガス濃度検出値から求められる
実際の空気量の理論空気量に対する割合である、いわゆ
る空気比が設定範囲内になるようにターボファン６の回
転速度を調整するようにしている。そして、熱交換済み
燃焼排ガスの中の水分が酸素センサ９に達するまでに結
露して、その結露発生量に応じて、酸素センサ９の検出
値が変動しているときには、その酸素センサ９における
検出値変動分を補正して、その補正した値を酸素ガス濃
度検出値として出力して、その酸素ガス濃度検出値から
空気比を求めるように構成され、制御部Ｈが検出制御手
段として作用するように構成されている。

【００２１】具体的に説明すると、運転スイッチ２６の
ＯＮ操作に伴って運転状態に設された後に、出湯栓１８
の開操作に伴って通水量センサ１６にて検出される通水
量が設定水量を超えると、ターボファン６による通風作
動を開始し、かつ、安全弁２１およびメイン弁２２を開
弁させて点火用ガス量になるように比例弁２３へ所定の
電流を流すとともに、回転数センサ６ａの検出情報に基
づいてターボファン６の回転速度を点火用通風量になる
ように調整し、イグナイタ２４によってバーナ１の点火
動作を行い、フレームロッド２５によってバーナ１の着
火を確認する点火処理を実行する。

【００２２】その後、入水温サーミスタ１７、出湯温サ
ーミスタ１９、通水量センサ１６のそれぞれの検出情
報、および、温度設定スイッチ２７にて設定されている
出湯用目標温度の情報に基づいて、出湯温度を出湯用目
標温度にするために必要なガス量になるように比例弁２
３とターボファン６によって、燃料ガス供給量と通風量
とを調整するフィードフォワード制御を実行するととも
に、出湯温サーミスタ１９の検出温度と出湯用目標温度
との偏差に応じて比例弁２３とターボファン６によっ
て、燃料ガス供給量と通風量とを微調整するフィードバ
ック制御を実行して燃焼制御処理を実行する。このよう
にして、入水路１４からの水は、熱交換器２によって加
熱されて、出湯栓１８から出湯用目標温度の湯水が出湯
されることになる。

【００２３】そして、温度センサ１０の検出温度が、熱
交換済み燃焼排ガス中の水分が結露する露点温度よりも
高いときには、下記〔数１〕を用いて、酸素センサ９の
実測値Ｖ’から熱交換済み燃焼ガス中の酸素ガス濃度Ｏ
₂を求め、下記〔数２〕を用いて、酸素センサ９の検出
した酸素ガス濃度Ｏ₂から空気比λを求め、その求めら
れた空気比λが適正範囲（例えば、１．２〜１．４）内
になるようにターボファン６の回転速度を調整する。

【００２４】

【数１】Ｏ₂＝ｋ×Ｖ’ ただし、ｋは、酸素センサの実測値と酸素ガス濃度の関
係を示す係数Ｖ’は、酸素センサの実測値

【００２５】

【数２】λ＝１＋（Ｅｗ／Ｌｍｉｎ）×｛Ｏ₂／（２１
−Ｏ₂）｝ただし、Ｅｗは、理論排ガス量（水蒸気を含む）Ｌｍｉｎは、理論空気量２１は、大気中の酸素濃度を示し、簡便のため、整数を
用いているが２０．９５としてもよい。

【００２６】また、温度センサ１０の検出温度が熱交換
済み燃焼排ガス中の水分が結露する露点温度以下のとき
には、熱交換済み燃焼排ガス中の水分が酸素センサ９に
達するまでに結露しているとして、酸素センサ９の検出
値が変動する検出値変動分を、燃焼排ガスの総排気量に
対する結露発生量の比率に基づいて補正して、酸素ガス
濃度検出値として出力するようにしている。具体的に
は、温度センサ１０の検出温度ｔが、熱交換済み燃焼排
ガス中の水分が結露する露点温度ＴＬ以下のときには、
下記〔数３〕を用いて、温度センサ１０の検出温度ｔか
らその温度における飽和水蒸気量Ｈを求め、下記〔数
４〕を用いて、その飽和水蒸気量Ｈから燃焼排ガスの総
排気量に対する結露発生量の比率ａを求める。そして、
下記〔数５〕を用いて、求めた比率ａより酸素センサ９
の実測値Ｖ’に補正を加えて、酸素ガス濃度検出値Ｖを
出力して、下記〔数６〕を用いて、酸素ガス濃度検出値
Ｖから熱交換済み燃焼排ガス中の酸素ガス濃度Ｏ₂を求
めて、上記〔数２〕を用いて、酸素センサ９の検出した
酸素ガス濃度Ｏ₂から空気比λを求め、その求められた
空気比が適正範囲（例えば、１．２〜１．４）内になる
ようにターボファン６の回転速度を調整する。ただし、
下記〔数３〕および〔数４〕には求めるべきλが含まれ
ており、実際には数式の整理によりλのない下記〔数
７〕を用いて実測値Ｖ’と検出温度ｔより酸素ガス濃度
Ｏ₂を求めることになる。

【００２７】

【数３】ただし、Ｅｗは、理論排ガス量（水蒸気を含む）Ｌｍｉｎは、理論空気量Ａ，Ｂ，Ｃは、定数

【００２８】

【数４】ただし、Ｅｗは、理論排ガス量（水蒸気を含む）Ｌｍｉｎは、理論空気量Ｈは、温度ｔの熱交換済み燃焼ガス中の飽和水蒸気量Ｗは、発生水蒸気量ちなみに、Ｇ＝（λ−１）×Ｌｍｉｎ＋Ｅｗとすると、
燃料ガス１Ｎｍ³あたりの燃焼排ガスの総排気量がＧと
なる。

【００２９】

【数５】Ｖ＝（１−ａ）×Ｖ’ ただし、ａは、燃焼排ガスの総排気量に対する結露発生
量の比率Ｖ’は、酸素センサの実測値

【００３０】

【数６】Ｏ₂＝ｋ×Ｖただし、ｋは、酸素センサの実測値と酸素ガス濃度の関
係を示す係数Ｖは、酸素ガス濃度検出値

【００３１】

【数７】ただし、ｋは、酸素センサの実測値と酸素ガス濃度の関
係を示す係数Ｖ’は、酸素センサの実測値Ｅｗは、理論排ガス量（水蒸気を含む）Ｅｄは、理論排ガス量（水蒸気を含まない）２１は、大気中の酸素濃度を示し、簡便のため、整数を
用いているが２０．９５としてもよい。Ａ，Ｂ，Ｃは、定数ちなみに、理論排ガス量（水蒸気を含まない）Ｅｄにつ
いては、理論排ガス量（水蒸気を含む）Ｅｗおよび発生
水蒸気量Ｗを用いて求められる（Ｅｄ＝Ｅｗ−Ｗ）。

【００３２】このようにして、熱交換済み燃焼排ガス中
の水分が酸素センサ９に達するまでに結露する結露発生
量に応じて、酸素センサ９の検出値が変動しても、その
酸素センサ９における検出値変動分を、実際のバーナの
燃焼状態を反映した燃焼排ガスの総排気量に対する結露
発生量の比率ａに基づいて的確に補正することができ、
その補正して出力された酸素ガス濃度検出値から空気比
を求めて、その空気比をバーナの燃焼状態を的確に適正
な状態に制御することが可能となる。

【００３３】前記制御部Ｈの制御動作について、図４の
フローチャートに基づいて説明する。まず、リモコン操
作部Ｒの運転スイッチ２６がＯＮ操作されている状態
で、出湯栓１８の開操作に伴って通水量センサ１６にて
検出される通水量が設定水量を超えて通水量がＯＮ状態
となると、酸素センサ９を作動状態にするとともに、比
例弁２３およびターボファン６の回転速度を調整して、
イグナイタ２４によってバーナ１の点火動作を行うとと
もに、フレームロッド２５によってバーナ１の着火を確
認する点火処理を実行する（ステップ１〜３）。

【００３４】ちなみに、この点火処理を実行しても、バ
ーナ１の着火を確認できないときには、ターボファン６
を設定時間作動させた後、再度、点火処理を実行するよ
うに構成されている。そして、再度、点火処理を実行し
ても、バーナ１の着火を確認できないときには、エラー
表示を行うとともに、後述する酸素センサ９の出力校正
処理を実行するように構成されている。

【００３５】上述の点火処理を行った後、出湯温度を出
湯用目標温度にするために必要なガス量になるように比
例弁２３とターボファン６によって、燃料ガス供給量と
通風量とを調整するフィードフォワード制御を実行する
とともに、出湯温サーミスタ１９の検出温度と出湯用目
標温度との偏差に応じて比例弁２３とターボファン６に
よって、燃料ガス供給量と通風量とを微調整するフィー
ドバック制御を実行する燃焼制御処理を実行する（ステ
ップ４）。その後、酸素センサ９による熱交換済み燃焼
排ガス中の酸素ガス濃度から空気比を求める空気比演算
処理を実行し、その空気比が適正範囲内にないときに
は、空気比が設定範囲内になるようにターボファン６の
回転速度を調整する（ステップ５〜７）。そして、再
度、空気比演算処理を実行し、そのときの空気比が適正
範囲内にないときには、安全弁２１およびメイン弁２２
を閉弁し、エラー表示を行う（ステップ８〜１０）。

【００３６】このようにして、燃焼制御処理および空気
比演算処理などが、出湯栓１８の閉操作に伴って通水量
センサ１６にて検出される通水量が設定水量未満となり
通水量がＯＦＦ状態となるか、運転スイッチ２６がＯＦ
Ｆ操作されるまで継続して実行される（ステップ１１，
１２）。そして、出湯栓１８の閉操作に伴って通水量セ
ンサ１６にて検出される通水量が設定水量未満となり通
水量がＯＦＦ状態となるか、運転スイッチ２６がＯＦＦ
操作されると、安全弁２１およびメイン弁２２を閉弁
し、ターボファン６を設定時間作動させてポストパージ
を行い、後述する酸素センサ出力校正処理を実行し、酸
素センサ９の作動を停止させる（ステップ１３〜１
５）。

【００３７】前記空気比演算処理について、図５のフロ
ーチャートに基づいて説明する。まず、酸素センサ９の
実測値Ｖ’を検出するとともに、温度センサ１０にて熱
交換済み燃焼排ガスの温度ｔを検出する（ステップ２
１，２２）。そして、温度センサ１０の検出温度ｔが露
点温度ＴＬより高いときには、上記〔数１〕を用いて、
酸素センサ９の実測値Ｖ’から熱交換済み燃焼ガス中の
酸素ガス濃度Ｏ₂を求め、上記〔数２〕を用いて、酸素
センサ９の検出した酸素ガス濃度Ｏ₂から空気比λを求
める（ステップ２４，２５）。

【００３８】また、温度センサ１０の検出温度ｔが露点
温度ＴＬ以下のときには、上記〔数３〕および〔数４〕
を用いて、温度センサ１０の検出温度ｔから燃焼排ガス
の総排気量に対する結露発生量の比率ａを求める。そし
て、上記〔数５〕を用いて、求めた比率ａより酸素セン
サ９の実測値Ｖ’に補正を加えて、酸素ガス濃度検出値
Ｖを求め、さらに、上記〔数６〕を用いて、酸素ガス濃
度検出値Ｖから熱交換済み燃焼排ガス中の酸素ガス濃度
Ｏ₂を求めて、上記〔数２〕を用いて、酸素センサ９の
検出した酸素ガス濃度Ｏ₂から空気比λを求める（ステ
ップ２６〜２８）。ただし、実際には上記〔数７〕およ
び〔数２〕を用いて空気比λを求めることになる。

【００３９】前記酸素センサ出力校正処理を、図６のフ
ローチャートに基づいて説明する。ポストパージを終了
してから設定時間経過していると、酸素センサ９の実測
値Ｖ’を複数回検出し、それら複数の実測値Ｖ’が不安
定であればエラー表示する（ステップ３１〜３４）。そ
して、複数の実測値Ｖ’が安定した値であると、それら
複数の実測値Ｖ’の平均値Ｖ１を求め、その平均値Ｖ１
が、最小値ＶＬ未満であるか、または、最大値ＶＨより
も高い場合には、エラー表示を行い、平均値Ｖ１が最小
値ＶＬ以上でかつ最大値ＶＨ以下の場合には、その平均
値Ｖ１から酸素センサの実測値と酸素ガス濃度の関係を
示す係数ｋを求め（ｋ＝２１／Ｖ１）、酸素センサの実
測値と酸素ガス濃度の関係を示す係数ｋの値を更新する
（ステップ３５，３６）。

【００４０】〔第２実施形態〕この第２実施形態は、上
記第１実施形態における空気比演算処理の別実施形態で
あり、図７のフローチャートに基づいて説明する。な
お、燃焼制御処理などその他の処理、および、給湯装置
の構成については、上記第１実施形態と同様であるの
で、その詳細な説明は省略する。

【００４１】つまり、酸素センサ９の実測値Ｖ’を検出
し、燃料ガス供給量などから求められるインプット量に
対する入水温サーミスタ１７、出湯温サーミスタ１９、
通水量センサ１６の検出情報から求められるアウトプッ
ト量の比率である熱効率ηを求めるとともに、その熱効
率ηおよび実際にバーナ１の燃焼に要求される空気比
λ’から熱交換済み燃焼排ガスの温度Ｔを求める（ステ
ップ４１〜４３）。ちなみに、熱効率ηおよび実際にバ
ーナ１の燃焼に要求される空気比λ’から熱交換済み燃
焼排ガスの温度の求めかたについては、（総発熱量−受
熱量）＝排熱量＝（熱交換済み燃焼排ガスの上昇温度＋
水蒸気潜熱量）の関係を用いると、熱交換済み燃焼排ガ
スの温度Ｔを熱効率ηおよび実際にバーナ１の燃焼に要
求される空気比λ’の関数、すなわちＴ＝Ｆ（η，λ）
で表すことができるので、熱効率ηおよび実際にバーナ
１の燃焼に要求される空気比λ’から熱交換済み燃焼排
ガスの温度Ｔを求めることができる。

【００４２】そして、求めた熱交換済み燃焼排ガスの温
度Ｔが露点温度ＴＬより高いときには、上記〔数１〕を
用いて、酸素センサ９の実測値Ｖ’から熱交換済み燃焼
ガス中の酸素ガス濃度Ｏ₂を求め、上記〔数２〕を用い
て、酸素センサ９の検出した酸素ガス濃度Ｏ₂から空気
比λを求める（ステップ４４〜４６）。

【００４３】また、求めた熱交換済み燃焼排ガスの温度
Ｔが露点温度ＴＬ以下のときには、上記〔数３〕および
〔数４〕を用いて、求めた熱交換済み燃焼排ガスの温度
Ｔから燃焼排ガスの総排気量に対する結露発生量の比率
ａを求める。そして、上記〔数５〕を用いて、求めた比
率ａより酸素センサ９の実測値Ｖ’に補正を加えて、酸
素ガス濃度検出値Ｖを求め、さらに、上記〔数６〕を用
いて、酸素ガス濃度検出値Ｖから熱交換済み燃焼排ガス
中の酸素ガス濃度Ｏ₂を求めて、上記〔数２〕を用い
て、酸素センサ９の検出した酸素ガス濃度Ｏ₂から空気
比λを求める（ステップ４７〜４９）。ただし、実際に
は上記〔数７〕および〔数２〕を用いて空気比λを求め
ることになる。

【００４４】〔別実施形態〕以下、上記第１および２実
施形態の別実施形態を列挙する。（１）上記第１および２実施形態においては、排ガス濃
度検出センサとして、酸素センサ９を用いた例を示した
が、その他各種のセンサを適応させることが可能であ
る。以下、排ガス濃度検出センサとして、一酸化炭素セ
ンサ、二酸化炭素センサ、および、窒素酸化物センサの
夫々を適応した例について説明を加える。

【００４５】前記排ガス濃度検出センサとして一酸化炭
素センサ３１を適応したものでは、一酸化炭素センサ３
１により熱交換済み燃焼排ガス中の一酸化炭素ガス濃度
を検出して、その検出濃度が設定濃度以上になると、バ
ーナ１の燃焼が不完全燃焼であるとして、安全弁２１お
よびメイン弁２２を閉弁して、バーナ１の燃焼を停止さ
せるようにしている。そして、熱交換済み燃焼排ガス中
の水分が一酸化炭素センサ３１に達するまでに結露する
と、上記第１および２実施形態における酸素センサ９と
同様に、その結露発生量に応じて、一酸化炭素センサ３
１の検出値が変化するので、その検出値変動分を補正す
るようにしている。なお、一酸化炭素センサ３１におけ
る検出値変動分の補正については、燃焼排ガスの総排気
量に対する結露発生量の比率ａを用いて補正するように
構成され、上記第１および２実施形態と同様であるの
で、その詳細な説明は省略する。

【００４６】前記一酸化炭素センサ３１は、図８に示す
ように、バーナ１の燃焼排ガスに接触する状態で設けら
れ、燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素ガスの濃度に応
じた検出値を出力するように構成されている。具体的に
説明すると、一酸化炭素センサ３１は、ステンレス製の
保護枠３２の内側の台座３３にセンサ素子３４、温度補
償用リファレンス素子３５、および、一酸化炭素センサ
３１の雰囲気温度を検出する温度センサ３６を備えてい
る。このセンサ素子３４、温度補償用リファレンス素子
３５は夫々触媒を担持した白金線で構成されている。そ
して、図９に示すように、センサ素子３４、温度補償用
リファレンス素子３５、および、抵抗素子３７，３８
は、ブリッジ回路状態に接続されている。なお、コネク
タ部３９は、リード線を介して制御部Ｈと接続してい
る。つまり、センサ素子３４、温度補償用リファレンス
素子３５は、電流が流れることで検出用設定温度（約２
００℃）に加熱され、その表面に接触する未燃成分が触
媒作用によって燃焼する。このとき、センサ素子３４に
担持された触媒には、一酸化炭素ガスに対する選択性が
あるため、センサ素子３４、温度補償用リファレンス素
子３５夫々の素子温度に差が生じる。前記白金線は、温
度により抵抗値が変化するので、熱交換済み燃焼排ガス
中の一酸化炭素濃度が大になるほど、センサ素子３４と
温度補償用リファレンス素子３５の抵抗値の差が大とな
る。したがって、ブリッジ回路における、センサ素子３
４と温度補償用リファレンス３５との接続部、および、
抵抗素子３７，３８どうしの接続部から電圧値としての
出力値Ｖｓが、熱交換済み燃焼排ガス中の一酸化炭素濃
度に応じた値を出力し、一酸化炭素ガス濃度を検出す
る。ただし、温度センサ３６が検出する雰囲気温度に応
じて、出力値を補正して一酸化炭素濃度が算出される。

【００４７】前記排ガス濃度検出センサとして二酸化炭
素センサ４０を適応したものでは、二酸化炭素センサ４
０により熱交換済み燃焼排ガス中の二酸化炭素ガス濃度
を検出して、その二酸化炭素ガス濃度から空気比を求め
て、その空気比が設定範囲内になるようにターボファン
６の通風量を調整するようにしている。そして、熱交換
済み燃焼排ガス中の水分が二酸化炭素センサ４０に達す
るまでに結露すると、上記第１および２実施形態におけ
る酸素センサ９と同様に、その結露発生量に応じて、二
酸化炭素センサ４０の検出値が変化するので、その検出
値変動分を補正するようにしている。なお、二酸化炭素
センサ４０における検出値変動分の補正については、燃
焼排ガスの総排気量に対する結露発生量の比率ａを用い
て補正するように構成され、上記第１および２実施形態
と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

【００４８】前記二酸化炭素センサ４０は、図１０に示
すように、測定対象ガスとしての熱交換済み燃焼排ガス
を流動させる第１室４１と、基準ガスとしての大気を流
動させる第２室４２とが設けられ、光源Ｑからの光を赤
外線分光して第１室４１と第２室４２とに照射するフィ
ルター４３、および、第１室４１および第２室４２の夫
々を通過した赤外線の光度を検出する赤外線センサ４４
などから構成され、赤外線センサ４４が第１室および第
２室の夫々に対応して２つ設けられている。ちなみに、
フィルター４３と第１室４１および第２室４２の間にチ
ョッパを挟み、１個の赤外線センサ４４に交互に光が当
たるようにして、１個の赤外線センサ４４にて実施する
ことも可能である。

【００４９】そして、第１室４１および第２室４２の夫
々において、二酸化炭素ガス濃度に応じて、赤外線が吸
収されて、赤外線センサ４４に到達することになり、赤
外線センサ４４に到達する赤外線の光度は、二酸化炭素
ガス濃度に応じて差が生じることとなる。したがって、
第１室４１に対応する赤外線センサ４４ａと、第２室に
対応する赤外線センサ４４ｂとで、到達する赤外線の光
度に差が生じることとなり、この差を検出することによ
り熱交換済み燃焼排ガス中の二酸化炭素ガス濃度を検出
するように構成されている。

【００５０】前記排ガス濃度検出センサとして窒素酸化
物センサ４５を適応したものでは、窒素酸化物センサ４
５により熱交換済み燃焼排ガス中の窒素酸化物ガス濃度
を検出して、その検出濃度が設定濃度以上になると、何
らかの異常でターボファン６による通風量が低下してい
るとして、安全弁２１およびメイン弁２２を閉弁して、
バーナ１の燃焼を停止させるようにしている。そして、
熱交換済み燃焼排ガス中の水分が窒素酸化物センサ４５
に達するまでに結露すると、上記第１および２実施形態
における酸素センサ９と同様に、その結露発生量に応じ
て、窒素酸化物センサ４５の検出値が変化するので、そ
の検出値変動分を補正するようにしている。なお、窒素
酸化物センサ４５における検出値変動分の補正について
は、燃焼排ガスの総排気量に対する結露発生量の比率ａ
を用いて補正するように構成され、上記第１および２実
施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

【００５１】前記窒素酸化物センサ４５は、図１１に示
すように、長尺状の板状のセンサ素子４６で構成され、
このセンサ素子４６は、センサ素子４６の長手方向に延
びる２枚の板状の固体電解質としての安定化ジルコニア
４７の間に、第１拡散規律速孔４８（例えば、多孔質
層）、および、第２拡散規律速孔４９（例えば、多孔質
層）を配置させて、測定ガスとしての熱交換済み燃焼排
ガスを流動させる測定ガス導入通路５０に沿って第１室
５１および第２室５２を形成するように、安定化ジルコ
ニア４７を含んで積層されて構成され、大気に開放され
た第３室６１も設けられている。

【００５２】そして、上方側安定化ジルコニア４７ａの
第１室５１内に露呈する部分には、一方の電極が第１室
５１内に接しかつ他方の電極が大気に接する状態で第１
ポンプ電極５３（例えば、多孔質Ｐｔ）が設けられ、下
方側安定化ジルコニア４７ｂの第１室５１内に露呈する
部分には、一方の電極が第１室５１内に接しかつ他方の
電極が第３室６１内に接する状態で測定電極５４が設け
られている。また、第１室５１内の雰囲気と大気との間
の酸素濃度差に基づいて、測定電極５４間で発生する起
電力を測定する電位差計５５が設けられ、この電位差計
５５にて第１室５１中の雰囲気中の酸素分圧が検出さ
れ、この第１室５１中の雰囲気中の酸素分圧に基づい
て、可変電源５６の電圧が制御され、第１室５１内の雰
囲気中の酸素分圧が一定の値に保持されるように構成さ
れている。

【００５３】前記下方側安定化ジルコニア４７ｂの第２
室５２に露呈する部分には、一方の電極が第２室５２内
に接しかつ他方の電極が第３室６１に接する状態で第２
ポンプ電極５７が設けられ、この第２ポンプ電極５７
は、窒素酸化物であるＮＯｘを還元し得る金属（例え
ば、Ｒｈ）とジルコニアとから構成され、第２室５２内
の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するとともに、定電
圧電源５８により第２ポンプ電極５７に一定電圧を印加
することにより第２室５２内の雰囲気中の酸素を第３室
６１内に汲み出すように構成されている。また、センサ
素子４６には、前記安定化ジルコニア４７を検出用温度
にするためのヒータ５９がアルミナ絶縁層６０などを介
して設けられ、ヒータ５９により第１室５１内および第
２室５２内を高温に加熱するように構成されている。

【００５４】前記熱交換済み燃焼排ガスは、センサ素子
４６の長手方向に沿って流動させ、第１拡散規律速孔４
８を通過して、所定の拡散抵抗で第１室５１に導かれ、
測定電極５４間で発生する起電力に基づいて、可変電源
５６の電圧が制御されることにより酸素のポンピング作
用を受けて、第１室５１内の熱交換済み燃焼排ガスの酸
素濃度が低下し、第１室５１内の雰囲気中の酸素分圧が
一定の値に保持される。そして、第１室５１内の熱交換
済み燃焼排ガスは、第２拡散規律速孔４９を通過して、
所定の拡散抵抗で第２室５２に導かれ、第２室５２に導
かれた熱交換済み燃焼排ガスは、定電圧電源５８により
第２ポンプ電極５７間に一定電圧が印加されることによ
り、酸素のポンピング作用を受けて、第２室５２内の熱
交換済み燃焼排ガスの酸素濃度が低下し、ＮＯｘが還元
される（例えば、ＮＯ→１／２Ｎ ₂＋１／２Ｏ₂）状態
に制御され、ＮＯｘが還元されて発生する酸素が第３室
６１に導かれることになる。

【００５５】前記第２ポンプ電極５７に流れる電流値Ａ
２は、第２室５２に導かれる熱交換済み燃焼排ガス中の
酸素濃度、すなわち第１室５１の熱交換済み燃焼排ガス
中の酸素濃度と、第２ポンプ電極５７にてＮＯｘが還元
されて発生した酸素濃度との和になるが、第１室５１の
熱交換済み燃焼排ガス中の酸素濃度が一定の値に制御さ
れているので、第２ポンプ電極５７に流れる電流値Ａ２
はＮＯｘの濃度に比例することになる。したがって、第
１ポンプ電極５３間に流れる電流値Ａ１、測定電極５４
間の電位差（電位差計５５の検出した電位差）、およ
び、第２ポンプ電極５７に流れる電流値Ａ２により、熱
交換済み燃焼排ガス中の窒素酸化物ガス濃度を検出する
ことができるものとなる。

【００５６】（２）上記第２実施形態では、熱効率η
を、燃料ガス供給量、入水温サーミスタ１７、出湯温サ
ーミスタ１９、通水量センサ１６の検出情報から求める
ようにしているが、実験などにより予め求められている
熱効率を用いて実施することも可能である。

【００５７】（３）上記第１および２実施形態では、本
発明にかかる燃焼排ガス検出装置を給湯装置に適応した
例を示したが、暖房装置などその他各種の装置に適応す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態における給湯装置の概略構成図

【図２】酸素センサを示す図

【図３】酸素センサを示す図

【図４】第１実施形態における制御フローチャート

【図５】第１実施形態における制御フローチャート

【図６】第１実施形態における制御フローチャート

【図７】第２実施形態における制御フローチャート

【図８】一酸化炭素センサを示す図

【図９】一酸化炭素センサを示す図

【図１０】二酸化炭素センサを示す図

【図１１】窒素酸化物センサを示す図

【符号の説明】

１バーナ２熱交換器９排ガス濃度検出センサ３１排ガス濃度検出センサ４０排ガス濃度検出センサ４５排ガス濃度検出センサＨ検出制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナにて燃焼された燃焼排ガス中の特
定成分のガス濃度を検出する排ガス濃度検出センサが、
授熱用の熱交換器を通過して流動する熱交換済み燃焼排
ガスを対象として検出するように設置された燃焼排ガス
検出装置であって、前記熱交換済み燃焼排ガス中の水分が前記排ガス濃度検
出センサに達するまでに結露する結露発生量に応じて、
前記排ガス濃度検出センサの検出値が変動する検出値変
動分を、前記燃焼排ガスの総排気量に対する前記結露発
生量の比率に基づいて補正して、排ガス濃度検出値とし
て出力する検出制御手段が設けられている燃焼排ガス検
出装置。
【請求項２】前記熱交換済み燃焼排ガスの温度を検出
する燃焼排ガス温度検出手段が設けられ、前記検出制御手段が、前記燃焼排ガス温度検出手段の検
出情報に基づいて、前記総排気量に対する前記結露発生
量の比率を求めるように構成されている請求項１に記載
の燃焼排ガス検出装置。
【請求項３】前記排ガス濃度検出センサが、前記熱交
換済み燃焼排ガス中の一酸化炭素ガス濃度を検出するよ
うに構成されている請求項１または２に記載の燃焼排ガ
ス検出装置。
【請求項４】前記排ガス濃度検出センサが、前記熱交
換済み燃焼排ガス中の酸素ガス濃度を検出するように構
成されている請求項１または２に記載の燃焼排ガス検出
装置。
【請求項５】前記排ガス濃度検出センサが、前記熱交
換済み燃焼排ガス中の二酸化炭素ガス濃度を検出するよ
うに構成されている請求項１または２に記載の燃焼排ガ
ス検出装置。
【請求項６】前記排ガス濃度検出センサが、前記熱交
換済み燃焼排ガス中の窒素酸化物ガス濃度を検出するよ
うに構成されている請求項１または２に記載の燃焼排ガ
ス検出装置。