JP2009036462A - ガス燃焼器用監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ制御部の故障を確実に診断することができるガス燃焼器用監視装置を提供すること。
【解決手段】ガス燃焼器２から排出される排気中に含まれるＣＯをＣＯセンサ１２で検出し、ＣＯセンサ１２の検出出力に応じて濃度出力を出力するセンサ制御部１３と、濃度出力に基づいてガス燃焼器２の監視制御を行う制御手段１１と、ガス燃焼器２の点火直後から所定時間の間に検出されるＣＯ濃度の検出出力の最大値および最小値の差を濃度出力差として算出する濃度出力差算出手段１１ａと、濃度出力差算出手段１１ａで算出された濃度出力差が、予め設定された故障判定しきい値より大きいか否かを判定する濃度出力差判定手段１１ａと、濃度出力差判定手段１１ａで濃度出力差が故障判定しきい値より大きいと判定されなかった場合に、センサ制御部１３の故障と判定する異常判定手段１１ａとをさらに備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス燃焼器の排気中の一酸化炭素（ＣＯ）をＣＯセンサで検出して燃焼状態を監視するガス燃焼器用監視装置に関し、特に、センサ制御部の故障を診断することができるガス燃焼器用監視装置に関するものである。

図１は、従来のガス燃焼器用監視装置の構成例を示すブロック図である。ガス燃焼器用監視装置１は、マイクロコンピュータ（以下、μＣＯＭという）１１、ＣＯセンサ１２、センサ制御部１３および警報出力部１４を含んで構成される。ガス燃焼器用監視装置１は、監視されるべき給湯器２等のガス燃焼器に接続される。ガス燃焼器用監視装置１は、給湯器２の電源オンに応じて監視を開始し、監視中にガス燃焼器から排出される排気中のＣＯ濃度異常を検出した際には、図示しない遮断弁を閉じて給湯器２へのガス供給を遮断する制御をμＣＯＭ１１で行うようになっている。

ＣＯセンサ１２は、ＣＯ濃度検出用のセンサ素子１２ａと温度補償用のレファ素子１２ｂとからなる接触燃焼式センサである。センサ制御部１３は、ＣＯセンサ１２の動作を制御するものであり、電圧コンバータ１３１、ヒートアップ制御回路１３２、定電流ドライブ回路１３３、濃度情報増幅回路１３４、温度情報増幅回路１３５および増幅処理回路１３６を有する。

増幅処理回路１３６は、μＣＯＭ１１に対して、ＣＯ濃度出力と参照電位の信号とを出力する。ＣＯ濃度出力は、検出されるＣＯ濃度に応じた電圧が出力される。また、参照電位は、常に一定電圧となるように制御されている。

万一、センサ制御部１３の回路上での故障等が発生した場合は、参照電位信号の電圧が変化し、異常であることをμＣＯＭ１１側で認識することができる。また、ＣＯセンサ１２自体の断線、ショート等が発生した場合にも、濃度出力が上限レベルまたは下限レベルまで変化し、その変化によりμＣＯＭ１１側でＣＯセンサ１２の故障検出ができる。
特開２０００−１６１６６５号公報

しかしながら、図１に示すガス燃焼器用監視装置では、増幅処理回路１３６での部品故障が発生した場合、参照電位は正常の電圧が出力されているが、排気中のＣＯ濃度が変化しても濃度出力が変化せずある電圧値を出力して一定のままになる（たとえば、基準であるＣＯ濃度０ｐｐｍに相当する電圧を出力し続けて変化をしない状態になる）場合がある。このような場合は、参照電位が変化しないので、μＣＯＭ１１は、センサ制御部１３の故障を参照電位により認識することができず、また、実際のＣＯ濃度が異常に高くなった場合でも、濃度出力が変化しないため正常な状態と認識することが永遠に続くことになる可能性があり、安全性に問題がある。

そこで本発明は、上述した課題に鑑み、センサ制御部の故障を確実に診断することができるガス燃焼器用監視装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、ガス燃焼器から排出される排気中に含まれるＣＯをＣＯセンサで検出し、前記ＣＯセンサの検出出力に応じて前記ＣＯの濃度に相当する濃度出力を出力するセンサ制御部と、前記センサ制御部から出力される濃度出力に基づいて前記ガス燃焼器の監視制御を行う制御手段とを備えたガス燃焼器用監視装置であって、前記ガス燃焼器の点火直後から所定時間の間に検出される前記ＣＯ濃度の検出出力の最大値および最小値の差を濃度出力差として算出する濃度出力差算出手段と、前記濃度出力差算出手段で算出された濃度出力差が、予め設定された故障判定しきい値より大きいか否かを判定する濃度出力差判定手段と、前記濃度出力差判定手段で前記濃度出力差が前記故障判定しきい値より大きいと判定されなかった場合に、前記センサ制御部の故障と判定する異常判定手段と、をさらに備えていることを特徴とする。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、請求項１記載のガス燃焼器用監視装置において、前記故障判定しきい値は、前記最大値に１より小さい所定係数Ｋを掛けた値に設定されることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ガス燃焼器の点火直後から所定時間の間に検出されるＣＯ濃度の検出出力の最大値および最小値の差を濃度出力差として算出し、濃度出力差が予め設定された故障判定しきい値より大きいか否かを判定し、濃度出力差が故障判定しきい値より大きいと判定されなかった場合に、センサ制御部の故障と判定するので、故障診断用の専用回路を設けることなく、ガス燃焼器の点火直後のＣＯ濃度の検出出力を監視するだけでセンサ制御部の故障を診断することができ、よりシンプルな設計でガス燃焼器用監視装置の異常を検出することができる。

請求項２記載の発明によれば、故障判定しきい値は、ＣＯ濃度の検出出力の最大値に１より小さい所定係数Ｋを掛けた値に設定されるので、故障判定しきい値を独立して設定、記憶する必要がなく、よりシンプルな設計でガス燃焼器用監視装置の異常を検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明の実施の形態に係るガス燃焼器用監視装置の構成は、図１に示す従来例と同じ構成である。すなわち、本実施の形態のガス燃焼器用監視装置１は、μＣＯＭ１１、ＣＯセンサ１２、センサ制御部１３および警報出力部１４を含んで構成され、監視されるべき給湯器２等のガス燃焼器に接続されている。ガス燃焼器用監視装置１は、給湯器２の図示しない電源スイッチオンに応じて監視を開始し、監視中にガス燃焼器の排気中のＣＯ濃度異常を検出した際には、図示しない遮断弁を閉じて給湯器２へのガス供給を遮断する制御を、μＣＯＭ１１で行うようになっている。

μＣＯＭ１１は、濃度出力差算出手段、濃度出力差判定手段および異常判定手段としてのＣＰＵ１１ａと、第１の記憶手段としてのＲＯＭ１１ｂと、第２の記憶手段としてのＲＡＭ１１ｃを含む。ＣＰＵ１１ａは、ＲＯＭ１１ｂに格納されている制御プログラムにしたがって本実施の形態に係る制御を含む各種の処理を実行する。ＲＯＭ１１ｂには、制御プログラムと、故障判定しきい値が格納されている。ＲＡＭ１１ｃには、ＣＰＵ１１ａが各種の処理を実行する上で必要なデータ、プログラム等が適宜格納される。

ＣＯセンサ１２は、ＣＯ濃度を検出するセンサ素子１２ａと、ＣＯに対して不感となっている温度補償用のレファ素子１２ｂとからなる接触燃焼式ＣＯセンサであり、給湯器２の排気経路中に配置される。

センサ制御部１３は、ＣＯセンサ１２の動作を制御するものであり、電圧コンバータ１３１、ヒートアップ制御回路１３２、定電流ドライブ回路１３３、濃度情報増幅回路１３４、温度情報増幅回路１３５および増幅処理回路１３６を有する。

電圧コンバータ１３１は、１５Ｖ電源の電圧を、たとえば５Ｖに変換してＣＯセンサ１２や他の回路に供給する。ヒートアップ制御回路１３２は、ＣＰＵ１１ａの制御により、定電流ドライブ回路１３３からＣＯセンサ１２へ流れる一定電流を増加させてＣＯセンサ１２をヒートアップさせる制御を行う。温度情報増幅回路１３４は、ＣＯセンサ１３のセンサ素子１２ａのセンサ出力電圧を増幅する。このセンサ出力電圧は、検知されるＣＯ濃度に応じた電圧値となり、濃度情報として増幅される。温度情報増幅回路１３５は、ＣＯセンサ１２のレファ素子１２ｂに両端に表れる電圧を温度情報として増幅する。増幅された温度情報出力は、濃度情報増幅回路１３４で増幅される濃度情報の温度変化を補償するために、濃度情報増幅回路１３４に供給される。

温度補償された濃度情報増幅回路１３４の濃度情報出力は、増幅処理回路１３６に供給される。増幅処理回路１３６は、供給された濃度情報出力に基づきＣＯ濃度に相当する濃度出力信号を生成し、一定電圧である参照電位信号と共にμＣＯＭ１１に入力する。濃度出力信号は、ＣＯ濃度０ｐｐｍの検出時にＣＯ濃度検出の基準となる電圧を出力し、０ｐｐｍより高いＣＯ濃度の検出時には、この基準となる電圧より高い電圧を出力するようになっている。

上述の構成により、ガス燃焼器用監視装置１は、センサ制御部１３から入力された濃度出力の電圧が予めＲＯＭ１１ｂに格納されているＣＯ濃度しきい値を超えたとＣＰＵ１１ａで判定された場合、ＣＯガス濃度の上昇が人体に危険を及ぼすのを防止するために、給湯器２へのガス供給を遮断すると共に、警報手段である警報出力部１４を制御して警報音や警報表示によりＣＯ濃度異常を報知する。

また、ガス燃焼器用監視装置１は、給湯器２の点火動作直後から予め設定された故障判定用の所定時間に渡って増幅処理回路１３６の濃度出力の変動状況を監視し、監視結果に基づいてセンサ制御部１３の故障の有無を診断する。

図２および図３は、それぞれ、センサ制御部１３の正常時および故障時における給湯器２の点火動作をした際の排気温度と、排気中のＣＯ濃度出力と、参照電位の推移を示す。

図２に示す正常時には、給湯器２の点火により、濃度出力は、点火前のＣＯ濃度０ｐｐｍ相当の電圧からＣＯ濃度１００ｐｐｍ相当以上の電圧上昇という急変が確認される。これは、点火時に発生するＣＯ等未燃ガスや急激な温度変化によるものと考えられる。未燃ガスは、使用される燃料ガスの種類により異なり、ＣＯ以外にＨＣ（炭化水素）系化合物が考えられ、ＬＰガスの場合は、プロパン（Ｃ３Ｈ８）やブタン（Ｃ４Ｈ１０）等が考えられる。また、急激な温度変化については、点火と同時に図示しない呼気ファンが動作するので、外気温との兼ね合いとなるが、一時的に排気温度が急激に下がる傾向となる。

濃度出力は、０ｐｐｍ相当から一旦降下した直後に急上昇し、数秒のうちに１００ｐｐｍ相当以上のピークに達した後、徐々に下降し、約３０秒ほどで元のレベルへ戻る波形を示している。

一方、図３は、増幅処理回路１３６の部品故障等が発生した故障時を示し、給湯器２の点火前後において、濃度出力はほとんど変化をせず、一定レベルを保ったままである。

したがって、点火動作直後から約１０秒間程度（最大３０秒間程度）を故障判定用の所定時間として設定し、この所定時間中における濃度出力の最大値と最小値の差を濃度出力差としてＣＰＵ１１ａにて確認することで、センサ制御部１３が正常であるかの判定が可能である。

次に、図４は、ガス燃焼器用監視装置１においてＣＰＵ１１ａで実行される故障判定処理を示すフローチャートである。

図４に示すように、給湯器２の電源スイッチがオンされると（ステップＳ１）、それに応じてガス燃焼器用監視装置１が作動状態となって初期動作が行われ、給湯器２の点火前の増幅処理回路１３６からの濃度出力および参照電位信号がＣＰＵ１１ａにて取り込まれ、これらの電圧値がＲＡＭ１１ｃに記憶される。濃度出力は、ＲＡＭ１１ｃの濃度出力最大値（ＭＡＸ）記憶エリアおよび濃度出力最小値（ＭＩＮ）記憶エリアに記憶され、参照電位信号は、ＲＡＭ１１ｃの参照電位エリアに記憶される。次に、給湯器２の点火動作（ステップＳ３）および燃焼動作（ステップＳ４）が行われる。

次に、故障判定用の所定時間（たとえば、１０秒間）をカウントするＣＰＵ１１ａ内蔵のタイマのセットが行われ（ステップＳ５）、次いで、燃焼動作による排気中のＣＯ濃度を検出する検出動作が開始され、所定の検出タイミング（たとえば、１秒間隔）で、ＣＯセンサ１２で検出され増幅処理回路１３６から出力される濃度出力が、ＣＰＵ１１ａで読み込まれる（ステップＳ６）。

次に、読み込まれた濃度出力が、ステップＳ２でＲＡＭ１１ｃの濃度出力最大値（ＭＡＸ）記憶エリアに記憶された濃度出力（ＭＡＸ）記憶値より大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。読み込まれた濃度出力が濃度出力（ＭＡＸ）記憶値より大きければ（ステップＳ７のＹ）、次いで、濃度出力最大値（ＭＡＸ）記憶エリアの濃度出力（ＭＡＸ）記憶値を、読み込まれた濃度出力で書き換えて更新し（ステップＳ８）、次いでステップＳ９に進む。読み込まれた濃度出力が濃度出力（ＭＡＸ）記憶値より大きくなければ（ステップＳ７のＮ）、次いで、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、読み込まれた濃度出力が、ステップＳ２でＲＡＭ１１ｃの濃度出力最小値（ＭＩＮ）記憶エリアに記憶された濃度出力（ＭＩＮ）記憶値より小さいか否かを判定する。読み込まれた濃度出力が濃度出力（ＭＩＮ）記憶値より小さければ（ステップＳ９のＹ）、次いで、濃度出力最小値（ＭＩＮ）記憶エリアの濃度出力（ＭＩＮ）記憶値を読み込まれた濃度出力で書き換えて更新し（ステップＳ１０）、次いでステップＳ１１に進む。読み込まれた濃度出力が濃度出力（ＭＩＮ）記憶値より小さくなければ（ステップＳ９のＮ）、次いで、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、ステップＳ５でセットしたタイマのカウントが１０秒経過したか否かを判定する。１０秒経過していなければ（ステップＳ１１のＮ）、次いでステップＳ６に戻り、ステップＳ６〜Ｓ１０の処理を繰り返し、濃度出力最大値（ＭＡＸ）記憶エリアおよび濃度出力最小値（ＭＩＮ）記憶エリアの濃度出力（ＭＡＸ）記憶値および濃度出力（ＭＩＮ）記憶値の更新を行う。

一方、１０秒経過していれば（ステップＳ１１のＹ）、次いで、タイマをリセットする（ステップＳ１２）。次に、１０秒間において更新した濃度出力（ＭＡＸ）記憶値と濃度出力（ＭＩＮ）記憶値の差を濃度出力差として算出し（ステップ１３）、次いで、算出した濃度出力差が、予め設定されＲＯＭ１１ｂに格納されている故障判定しきい値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。この故障判定しきい値は、たとえば、ＣＯ濃度１００ｐｐｍ検出時の濃度出力と同等の値として設定され、ＲＯＭ１１ｂに予め格納される。

濃度出力差が故障判定しきい値より大きいと判定されなければ（ステップＳ１４のＮ）、次いで、センサ制御部１３の故障と判定する（ステップＳ１５）。濃度出力差が故障判定しきい値より大きいと判定されれば（ステップＳ１４のＹ）、次いで、センサ制御部１３の正常と判定する（ステップＳ１６）。

このように、ガス燃焼器２の点火直後から故障判定用の所定時間の間に検出されるＣＯ濃度の検出出力の最大値および最小値の差を濃度出力差として算出し、濃度出力差が予め設定された故障判定しきい値より大きいか否かを判定し、濃度出力差が故障判定しきい値より大きいと判定されなかった場合に、センサ制御部１３の故障と判定するので、ガス燃焼器２の点火直後のＣＯ濃度の検出出力を監視するだけで、故障診断用の専用回路を設けることなく、センサ制御部１３の故障を診断することができ、よりシンプルな設計でガス燃焼器用監視装置の異常を検出することができる。

なお、センサ制御部１３の故障と判定した場合は、その旨を警報出力部１４で報知するように制御しても良い。

以上の説明から明らかなように、図４のステップＳ１３は、請求項における濃度出力差算出手段に対応し、ステップＳ１４は、請求項における濃度出力差判定手段に対応し、ステップＳ１５は、請求項における異常判定手段に対応している。

以上の通り、本発明の最良の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。

たとえば、上述の実施形態では、故障判定しきい値は、ＣＯ濃度１００ｐｐｍ検出時の濃度出力と同等の値として設定され、ＲＯＭ１１ｂに予め格納されているが、ＣＯ濃度１００ｐｐｍ相当の濃度出力と同等の値に限らず、１００ｐｐｍ以下または以上の任意の値に設定することができる。

また、故障判定しきい値は、ＲＯＭ１１ｂに予め格納せずに、ＲＡＭ１１ｃの濃度出力最大値（ＭＡＸ）記憶エリアに記憶される最大値を利用して、この最大値に１より小さい所定係数Ｋ（たとえば、１／２＝０．５や１／３≒０．３３等）を掛けた値に設定しても良い。この場合は、故障判定しきい値を独立して設定、記憶する必要がなく、よりシンプルな設計でガス燃焼器用監視装置１の異常を検出することができる。

また、他の実施例として、学習機能により、検出タイミング毎に前回検出時の濃度出力と今回検出時の濃度出力の差（すなわち、検出タイミング毎の濃度出力の変化幅）を算出して記憶し、点火時の変化幅が、記憶値に対して、１／２〜１／３よりも小さい場合は故障と判断しても良い。

また、給湯器２からの着火信号を検知回路側に入力すれば、検知回路側にて異常判定することも可能である。

従来および本発明のガス燃焼器用監視装置の構成例を示すブロック図である。 センサ制御部の正常時における給湯器の点火動作をした際の排気温度と、排気中のＣＯ濃度出力と、参照電位の推移を示す図である。 センサ制御部の故障時における給湯器の点火動作をした際の排気温度と、排気中のＣＯ濃度出力と、参照電位の推移を示す図である。 図１のガス燃焼器用監視装置において実行される故障判定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ガス燃焼器用監視装置
２ 給湯器（ガス燃焼器）
１１ マイクロコンピュータ（制御手段）
１１ａ ＣＰＵ（濃度出力差算出手段、濃度出力差判定手段、異常判定手段）
１２ ＣＯセンサ
１３ センサ制御部

Claims (2)

1. ガス燃焼器から排出される排気中に含まれるＣＯをＣＯセンサで検出し、前記ＣＯセンサの検出出力に応じて前記ＣＯの濃度に相当する濃度出力を出力するセンサ制御部と、前記センサ制御部から出力される濃度出力に基づいて前記ガス燃焼器の監視制御を行う制御手段とを備えたガス燃焼器用監視装置であって、
   前記ガス燃焼器の点火直後から所定時間の間に検出される前記ＣＯ濃度の検出出力の最大値および最小値の差を濃度出力差として算出する濃度出力差算出手段と、
   前記濃度出力差算出手段で算出された濃度出力差が、予め設定された故障判定しきい値より大きいか否かを判定する濃度出力差判定手段と、
   前記濃度出力差判定手段で前記濃度出力差が前記故障判定しきい値より大きいと判定されなかった場合に、前記センサ制御部の故障と判定する異常判定手段と、
   をさらに備えていることを特徴とするガス燃焼器用監視装置。
2. 請求項１記載のガス燃焼器用監視装置において、
   前記故障判定しきい値は、前記最大値に１より小さい所定係数Ｋを掛けた値に設定されることを特徴とするガス燃焼器用監視装置。

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