JP2015117865A

JP2015117865A - 燃焼装置および給湯装置

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Publication number: JP2015117865A
Application number: JP2013260430A
Authority: JP
Inventors: 森岡　弘樹; Hiroki Morioka; 弘樹森岡
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: JP6213210B2

Abstract

【課題】ＣＯセンサを備えた燃焼装置および給湯装置において、高い検出精度と使用性とを実現する。【解決手段】制御部３０は、バーナ１０の燃焼運転中および燃焼終了後に所定の待機時間が経過するまでは、ＣＯセンサ２０を第１の温度に制御する通常モードを選択する一方で、待機時間が経過した後は、ＣＯセンサ２０が第１の温度よりも低い温度になるのを許容する省電力モードを選択する。制御部３０は、燃焼が待機された状態において、ＣＯセンサ２０をヒートアップし、ヒートアップ終了後にＣＯセンサ２０をゼロ点補正する。制御部３０は、省電力モードの実行中にバーナ１０の燃焼指令が生成された場合には、ＣＯセンサ２０をヒートアップする。制御部３０は、ヒートアップの開始からセンサ出力が基準値となるまでの立上り時間が閾値時間以下であるときには、ゼロ点補正を省略してバーナ１０の燃焼を開始させる。【選択図】図１

Description

この発明は、燃焼装置および給湯装置に関し、より特定的には、燃焼装置から排出される排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度を検出するＣＯセンサを備えた燃焼装置および給湯装置に関する。

燃料燃焼によって熱量を発生する燃焼装置は、排ガス経路などにＣＯセンサを設けることによって、燃料の不完全燃焼などの燃焼不良を検出できるように構成することができる。代表的には、屋内に設置されるガス給湯装置が、ＣＯセンサを具備するように構成される。

ＣＯセンサとしては、たとえば接触燃焼式センサが用いられる（たとえば特開２００２−１３１２６３号公報（特許文献１）参照）。接触燃焼式センサは、たとえば白金線からなるコイルを酸化アルミニウム、パラジウム等の燃焼触媒によりコーティングして乾燥および焼成した構成を有する。このようなＣＯセンサにおいては、表面に汚染物質および水分が付着すると、センサ出力に誤差を生じる。そのため、燃焼装置の燃焼運転中は、排ガス中に含まれる汚染物質および水分が付着しないように、ＣＯセンサに通電することによってＣＯセンサを高温状態に維持する。

一方、燃焼装置において、燃焼運転の待機中はＣＯセンサを高温状態に保つ必要がないことから、ＣＯセンサへの通電を停止することができる。しかしながら、長時間ＣＯセンサを無通電状態にすると、排ガス経路内の水分がセンサ表面に吸着するため、ＣＯセンサを再通電した際にセンサのゼロ点変動が生じてしまい、ＣＯセンサの検出精度を低下させる。

ＣＯセンサの検出精度を確保するためには、燃焼運転の待機中においてもＣＯセンサを高温状態に保つ方法がある。しかしながら、待機時の消費電力を増大させるという問題がある。

また、別の方法としては、燃焼装置が燃焼運転を開始するにあたり、ＣＯセンサに通常時よりも大きな電流を流してヒートアップさせることによってＣＯセンサに付着した水分を除去する方法がある。たとえば特開２０１３−７６４８２号公報（特許文献２）および特開２００２−２２１３１９号公報（特許文献３）には、ＣＯセンサを周期的にヒートアップするとともに、このヒートアップの終了後にセンサ出力のゼロ点補正を行なうことが記載されている。

特開２００２−１３１２６３号公報特開２０１３−７６４８２号公報特開２００２−２２１３１９号公報特開２００２−９０３３４号公報

上記のように、ＣＯセンサを周期的にヒートアップする技術においては、所定時間ＣＯセンサに付着した汚染物質および水分を除去可能な温度にヒートアップした後、一定のＣＯ濃度におけるセンサ出力の基準値からのずれであるゼロ点変動値を検出する。そして、検出したゼロ点変動値を基準値であるゼロ点にソフトウェア的に補正する。

このようにＣＯセンサを無通電状態から再起動するときにセンサ出力のゼロ点補正を行なうことにより、ＣＯセンサの検出精度を確保することができる。しかしながら、ゼロ点補正が終了するまで、燃焼装置の燃焼運転を待機させる必要があるため、燃焼装置の使用性が低下してしまうという問題がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ＣＯセンサを備えた燃焼装置および給湯装置において、高い検出精度と使用性とを実現することである。

この発明による燃焼装置は、燃料を燃焼するためのバーナと、バーナの排気路に設置されたＣＯセンサと、バーナの燃焼の開始／停止を制御するとともに、ＣＯセンサへの通電量によってＣＯセンサの温度を制御するための制御部とを備える。制御部は、バーナの燃焼開始からバーナの燃焼終了後に所定の待機時間が経過するまでは、ＣＯセンサを第１の温度に制御する通常モードを選択する一方で、所定の待機時間が経過した後は、ＣＯセンサが第１の温度よりも低い温度になるのを許容する省電力モードを選択するための切替手段と、バーナの燃焼が待機された状態において、ＣＯセンサを第１の温度よりも高い温度に加熱するためのヒートアップ手段と、ヒートアップ手段の終了後にＣＯセンサのゼロ点補正を実行するための補正手段とを含む。切替手段は、省電力モードの実行中にバーナの燃焼指令が生成された場合に、ＣＯセンサを省電力モードから通常モードに復帰させるための復帰手段を含む。復帰手段は、バーナの燃焼指令が生成された場合には、ヒートアップ手段によりＣＯセンサを加熱するとともに、ＣＯセンサの加熱開始からＣＯセンサの出力が基準値となるまでの立上り時間を検出し、検出された立上り時間が閾値時間以下であるときには、補正手段によるゼロ点補正を省略してバーナの燃焼を開始させる。

上記燃焼装置によれば、バーナの燃焼が行なわれていない待機中のＣＯセンサの消費電力を小さくする省電力モードを設けるとともに、バーナの燃焼指令に従って省電力モードから通常モードへ復帰する場合において、ヒートアップ立上り時間に基づいてＣＯセンサのゼロ点補正が不要と判断されるときにはヒートアップ処理に並行してバーナの燃焼を開始させる。これにより、バーナの燃焼指令が生成された時点から短時間でバーナの燃焼を開始させることができる。この結果、燃焼装置の低消費電力を実現しつつ、燃焼装置の使用性を向上させることができる。

好ましくは、切替手段は、省電力モードの実行中、ヒートアップ手段および補正手段を定期的に実行する。

このようにすれば、長時間省電力モードが継続した場合であっても、ＣＯセンサに水分が吸着するのを抑制することができる。これにより、ＣＯセンサを省電力モードから通常モードに復帰させる場合において、排気路内の湿度の影響を受けてヒートアップ立上り時間が長引くのを回避できる。この結果、上述したゼロ点補正の省略が可能となるため、燃焼装置の使用性を向上させることができる。

好ましくは、復帰手段は、バーナの燃焼開始後におけるＣＯセンサの出力値が所定の許容値を超えるときには、バーナの燃焼を停止させてヒートアップ手段および補正手段によるゼロ点補正を実行した後に、バーナの燃焼を再開させる。

このようにすれば、ＣＯセンサのの十分な検出精度が保証されるため、その後のバーナの燃焼不良を確実に検出して燃焼装置を安全性を高めることができる。

好ましくは、復帰手段は、検出された立上り時間が閾値時間を超えるときには、補正手段によるゼロ点補正を実行した後に、バーナの燃焼を開始させる。

このようにすれば、上述した定期的なヒートアップ処理の実行によってもＣＯセンサに付着した水分が除去しきれない場合には、ＣＯセンサのゼロ点補正を完了させてからバーナの燃焼を開始することにより、ＣＯセンサ２０の検出精度を確保できる。

好ましくは、切替手段は、省電力モードでは、ＣＯセンサへの通電を停止する。
このようにすれば、燃焼待機中の消費電力を低減することができる。

好ましくは、切替手段は、省電力モードでは、ＣＯセンサを第１の温度よりも低い第２の温度に加熱する。

このようにすれば、燃焼待機中にＣＯセンサを無通電状態とする構成に比べて、ＣＯセンサに水分が付着するのを抑制することができるため、省電力モードから通常モードへ復帰する際のヒートアップ立上り時間を短縮することができる。

好ましくは、燃焼装置は、切替手段の有効／無効をユーザが設定するための操作装置をさらに備える。

このようにすれば、ユーザは、燃焼装置の使用頻度や使用環境などに応じて、上述した燃焼運転の待機時間に基づいた制御モードの切り替えを行なうか否かを選択することができる。

本発明による給湯装置は、上記のいずれかの燃焼装置と、燃焼装置によって発生した熱量によって通流する湯水の温度を上昇させるための熱変換器とを備える。

上記給湯装置によれば、燃焼装置の排気路に設けられたＣＯセンサの検出精度を確保しつつ、給湯装置の使用性を向上させることができる。

この発明によれば、ＣＯセンサを備えた燃焼装置および給湯装置において、高い検出精度と使用性とを実現することができる。

本発明の実施の形態に従う燃焼装置を含むガス給湯装置１００の概略構成図である。図１におけるＣＯセンサの構成を示す断面模式図である。図２の検知素子の部分透視図である。センサ本体の回路構成を示す図である。ヒートアップ処理およびゼロ点補正処理の実行時におけるＣＯセンサの出力電圧挙動を説明するための概念的な波形図である。図５に示す波形図から、ＣＯ濃度＝０ｐｐｍ付近の出力電圧挙動を抜き出した波形図である。本発明の実施の形態に従う燃焼装置におけるＣＯセンサの素子温度制御処理手順を説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態に従う燃焼装置におけるＣＯセンサの素子温度制御処理手順を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当する部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［給湯装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態に従う燃焼装置を含むガス給湯装置１００の概略構成図である。

図１を参照して、ガス給湯装置１００は、燃焼ガスを燃焼させるバーナ１０と、送風ファン１１と、熱交換器１２と、ＣＯセンサ２０と、制御部３０とを備える。図１に例示したガス給湯装置１００において、バーナ１０、ＣＯセンサ２０および、制御部３０によって、本発明が適用される燃焼装置が構成される。

送風ファン１１は、バーナ１０に対して空気を供給する。送風ファン１１からの送風量は、ファン回転数に応じて決まる。熱交換器１２は、バーナ１０によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なって、熱交換器１２内部を通流する湯水を加熱する。これにより、ガス給湯装置１００は、入水路から導入された水を加熱して出湯することができる。

ＣＯセンサ２０は、バーナ１０からの燃焼ガスの排気路に配置される。ＣＯセンサ２０は、排ガス中のＣＯ濃度を検出する。ＣＯセンサ２０としては、後述するように、接触燃焼式センサが用いられる。排ガス中にＣＯが存在すると、ＣＯセンサ２０の出力電圧はＣＯ濃度に応じて変化する。ＣＯセンサ２０の出力電圧は制御部３０へ送出される。

制御部３０は、ＣＯセンサ２０の出力電圧に基づいて、排ガス中のＣＯ濃度が所定の基準濃度を超えたか否かを判定する。ＣＯ濃度が所定の基準濃度を超えたと判定されたとき、制御部３０は、たとえば警報音発生や警報表示などにより異常を報知する。制御部３０はさらに、バーナ１０への燃料ガスの供給を遮断することにより、バーナ１０の燃焼を強制的に停止させる。

制御部３０は、ガス給湯装置１００の構成機器の動作を制御する。制御部３０は、代表的には、所定プログラムが予め記憶されたマイクロコンピュータによって構成される。制御部３０は、バーナ１０の燃焼の開始／停止およびバーナ１０への燃料ガス供給量を制御するとともに、送風ファン１１の作動／停止ならびに作動時のファン回転数を制御する。また、制御部３０は、後述するＣＯセンサ２０の制御モードに応じてＣＯセンサ２０への通電量を調整することにより、ＣＯセンサ２０の素子温度を制御する。

さらに、制御部３０は、ＣＯセンサ２０の検出精度を確保するために、後述するＣＯセンサ２０のヒートアップ処理およびゼロ点補正処理を制御する。

［ＣＯセンサの構成］
図２は、図１におけるＣＯセンサ２０の構成を示す断面模式図である。

図２を参照して、ＣＯセンサ２０は、接触燃焼式センサであって、センサ本体２０１と、電源回路２０２とを含む。センサ本体２０１は、検知素子２１ａと、比較素子２１ｂと、一対のピン２２ａ，２２ｂと、干渉防止板２３と、基台２４と、カバー２５ａと、金網２５ｂと、リード線２６と、断熱部材２７とを含む。

検知素子２１ａは、排ガス中の被検知物質に感応する。図３は、図２の検知素子２１ａの部分透視図である。図３を参照して、検知素子２１ａは、白金線を巻回して形成されたコイル形状部２２を、酸化アルミニウム、パラジウム等の適宜の燃焼触媒を含有させた球状の担体で覆うことによって形成されている。

比較素子２１ｂは、温度等周囲の環境による検出値への影響を排除するために設けられる。比較素子２１ｂは、燃焼触媒を有しない点を除いて検知素子２１ａと同様に構成されている。

検知素子２１ａおよび比較素子２１ｂの間には、互いに干渉しないように干渉防止板２３が設けられている。検知素子２１ａ、比較素子２１ｂおよび干渉防止板２３は、金網２５ｂ、カバー２５ａおよび基台２４から構成されるハウジング内に収納されている。

具体的には、金網２５ｂは、たとえばＳＵＳ（Steel Use Stainless）からなる二重金網によって筒型状に形成されており、周壁および頂壁を有している。この周壁および頂壁には、金網の微小の網目孔である微小連通孔が形成されている。被検知ガスが金網２５ｂに当たると、被検知ガスが金網２５ｂの微小連通孔から染み込むようにして金網２５ｂの内部に入り込む。

カバー２５ａは、基台２４の表面に設置される。カバー２５ａの上端部にはフランジが形成されている。このフランジの先端部は、金網２５ｂ側に折り曲げられて金網２５ｂの周壁の上端に接触している。これにより、カバー２５ａと金網２５ｂの周壁との間は閉じられた空間となり、熱遮断効果を奏する。

検知素子２１ａおよび比較素子２１ｂの白金線は、基台２４を貫通する一対のピン２２ａ，２２ｂに接続される。一対のピン２２ａ，２２ｂの先端部は、基台２４の裏面側から突出され、かつ各々に対してリード線２６が接続される。これにより、検知素子２１ａおよび比較素子２１ｂの出力値は、対応するピン２２ａ，２２ｂおよびリード線２６を介してセンサ本体２０１の外部へ出力される。

断熱部材２７は、一対のピン２２ａ，２２ｂを覆うように設けられる。断熱部材２７は、基台２４の裏面側の外部の温度変化がピン２２ａ，２２ｂに伝達されるのを阻止する。

図４は、センサ本体２０１の回路構成を示す図である。図４を参照して、検知素子２１ａおよび比較素子２１ｂは、抵抗ブリッジ回路に組み込まれている。

電源回路２０２は、検知素子２１ａおよび比較素子２１ｂの直列回路に並列に接続される。電源回路２０２から検知素子２１ａおよび比較素子２１ｂに流す電流量（通電量）を、制御部３０からの指令に従って調整することによって、検知素子２１ａおよび比較素子２１ｂの素子温度を制御することができる。

具体的には、バーナ１０が燃焼運転している場合、検知素子２１ａおよび比較素子２１ｂは、電源回路２０２から電源供給を受けて所定の温度に加熱される。この状態で、バーナ１０の燃焼動作により発生した排ガスが排気路を流通して検知素子２１ａに接触すると、触媒による接触燃焼反応が生じる。この反応によって検知素子２１ａの温度が上昇して電気抵抗が大きくなることにより、検知素子２１ａと、接触燃焼反応を起こさない比較素子２１ｂとの間で抵抗バランスが崩れる。この抵抗バランスの崩れに応じて抵抗ブリッジ回路から出力される電圧Ｖｏｕｔが変化する。この出力電圧ＶｏｕｔはＣＯ濃度に応じて変化する。制御部３０は、ＣＯセンサ２０の出力電圧Ｖｏｕｔの変化に基づいてＣＯ濃度を検出することができる。

［ＣＯセンサの素子温度制御］
１．ＣＯセンサの制御モード
ガス給湯装置１００は、バーナ１０の燃焼運転の実行／停止に応じて、ＣＯセンサ２０の素子２１ａ，２１ｂの温度制御の態様が異なる複数の制御モードを有する。複数の制御モードは、バーナ１０の燃焼運転中および、バーナ１０の燃焼運転の終了によりバーナ１０の燃焼が停止された時点から所定の待機時間Ｔ１中における素子温度を制御する「通常モード」と、上記待機時間Ｔ１が経過した後のバーナ１０の燃焼待機中における素子温度を制御する「省電力モード」とを含む。省電力モードとは、後述するように、通常モードに比べて燃焼待機中における消費電力を小さくした制御モードである。

制御部３０は、バーナ１０の燃焼運転が開始したとき、ＣＯセンサ２０の制御モードとして通常モードを選択する。そして、バーナ１０の燃焼が停止された時点から待機時間Ｔ１が経過した後に、制御モードを通常モードから省電力モードに切り替える。

通常モードでは、ＣＯセンサ２０の素子温度を所定の温度ＴＥ＿Ｈｉｇｈに制御する。通常モードにおける制御温度ＴＥ＿Ｈｉｇｈは、バーナ１０の燃焼中に素子２１ａ，２１ｂの表面に水分や汚染物質が付着するのを防止して、ＣＯ濃度検出機能を発揮させることが可能な温度である。制御温度ＴＥ＿Ｈｉｇｈは、たとえば２５０℃に設定される。制御部３０は、素子温度が制御温度ＴＥ＿Ｈｉｇｈ（２５０℃）となるように、電源回路２０２における素子２１ａ，２１ｂへの通電量を制御する。

バーナ１０の燃焼運転の終了によりバーナ１０の燃焼が停止された時点から待機時間Ｔ１が経過するまで、制御部３０は通常モードを選択する。これにより、待機時間Ｔ１中においても、素子は制御温度ＴＥ＿Ｈｉｇｈに維持される。この待機時間Ｔ１は、燃焼運転の終了直後は排気路内の湿度が高い状態となっていることから、送風ファン１１による排気路の掃気によって湿度が十分に低下するまで素子を高温状態に保つことを目的として設定される。さらに、待機時間Ｔ１は、後述するように、ガス給湯装置１００の使用性を損ねないという観点から、ガス給湯装置１００が長時間に亘って運転停止されているときに省電力モードが選択されるように設定される。

なお、制御部３０は、ガス給湯装置１００の電源投入後、バーナ１０の燃焼が開始されるまでの待機時間が上記待機時間Ｔ１に達していないときにも、ＣＯセンサ２０の制御モードとして通常モードを選択する。一方、制御部３０は、バーナ１０の燃焼運転が待機される時間が待機時間Ｔ１に達すると、制御モードを通常モードから省電力モードに移行する。

省電力モードでは、素子温度が上述した制御温度ＴＥ＿Ｈｉｇｈよりも低い温度になることを許容する。具体的には、省電力モードの選択中、制御部３０は、電源回路２０２からＣＯセンサ２０の素子２１ａ，２１ｂへの通電を停止させる。これにより、ＣＯセンサ２０は無通電状態となる。

なお、上述したＣＯセンサ２０を無通電状態とする構成に代えて、ＣＯセンサ２０の素子温度を制御温度ＴＥ＿Ｈｉｇｈよりも低い所定の温度ＴＥ＿Ｌｏｗに制御する構成としてもよい。省電力モードにおける制御温度ＴＥ＿Ｌｏｗは、バーナ１０の燃焼停止中であって、排気路内の湿度が比較的低い状態において、素子２１ａ，２１ｂに水分が吸着するのを防止できる温度である。制御温度ＴＥ＿Ｌｏｗは、たとえば１５０℃に設定される。制御部３０は、素子温度が制御温度ＴＥ＿Ｌｏｗ（１５０℃）となるように、電源回路２０２における素子２１ａ，２１ｂへの通電量を制御する。このときの通電量は、上述した通常モードにおける通電量よりも小さいため、省電力モード中の消費電力を低減できる。また、上述したＣＯセンサ２０を無通電状態とする構成に比べて、省電力モード中の消費電力が増えるものの、省電力モード中に素子２１ａ，２１ｂに水分が付着するのを抑制できる。これにより、省電力モードから通常モードへ復帰する際に、後述するヒートアップ立上り時間を短縮することができる。

制御部３０は、省電力モード中にガス給湯装置１００の給湯運転要求に応答してバーナ１０への燃焼指令が生成された場合には、ＣＯセンサ２０を省電力モードから通常モードへ復帰させる。制御部３０は、ＣＯセンサ２０を省電力モードから復帰させるときには、ＣＯセンサ２０に通常モード時よりも大きな電流を流して発熱させるヒートアップ処理を実行する。たとえば、制御部３０は、素子２１ａ，２１ｂを５００℃に加熱する。これにより、素子２１ａ，２１ｂに付着した水分や汚染物質を除去することができる。

２．ヒートアップ処理およびゼロ点補正処理
図５は、ヒートアップ処理およびゼロ点補正処理の実行時におけるＣＯセンサ２０の出力電圧挙動を説明するための概念的な波形図である。図５の縦軸は、ＣＯセンサ２０の出力電圧に対応するＣＯ濃度を示す。

図５において、細実線は、ガス給湯装置１００の排気路内部の温度が４０℃、かつ湿度が５０％ＲＨ（Relative Humidity）のときのセンサ出力の挙動を示し、太実線は、排気路内部の温度が４０℃、かつ湿度が９５％ＲＨのときのセンサ出力の挙動を示す。すなわち、細実線と太実線とは、ガス給湯装置１００内部の温度が等しく湿度が異なっている。

図５を参照して、時刻ｔ０以前において、ＣＯセンサ２０の制御モードとして省電力モードが選択されており、ＣＯセンサ２０は無通電状態となっている。時刻ｔ０からｔ１の間、ヒートアップ処理が実行される。ヒートアップ処理の実行中には、ＣＯセンサ２０への通電量の上昇に応じて、ＣＯセンサ２０の出力（出力電圧に対応するＣＯ濃度）が上昇する。

時刻ｔ１において、ヒートアップ処理が終了されると、ＣＯセンサ２０の出力電圧は徐々に低下する。ＣＯセンサ２０の出力電圧は、最終的にＣＯ濃度＝０ｐｐｍに対応する出力電圧に安定化する。ヒートアップ処理の終了後には、ＣＯセンサ２０の出力電圧が安定化したか否かを判別するドリフトチェック処理が周期的に実行される。たとえば時刻ｔ２において、周期間での電圧変化が所定値よりも小さくなると、ドリフトチェック処理が終了する。

時刻ｔ２からは、安定後のセンサ出力電圧に従って、ＣＯ濃度＝０ｐｐｍに対応するゼロ点を修正するゼロ点補正処理が実行される。ＣＯセンサ２０のゼロ点補正は、ゼロ点補正処理時におけるセンサ出力電圧を、ＣＯ濃度＝０ｐｐｍと対応付けることによって実行される。制御部３０は、ゼロ点補正処理時のセンサ出力電圧に基づいてゼロ点の変動量αを算出し、その算出した変動量にゼロ点変動量を更新する。

時刻ｔ３において、ゼロ点補正処理が完了することにより、一連のヒートアップ処理、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理が完了する。ゼロ点補正処理が完了すると、バーナ１０の燃焼運転が許可され、バーナ１０の燃焼が開始する。

ここで、ヒートアップ処理を開始した時刻ｔ０からセンサ出力が所定の基準値（たとえばＣＯ濃度＝４０００ｐｐｍに対応する出力電圧とする）に達する時刻までの時間を、「ヒートアップ立上り時間」と定義する。湿度５０％ＲＨのときの出力電圧挙動と、湿度９５％ＲＨのときの出力電圧挙動との間でこのヒートアップ立上り時間を比較すると、湿度５０％ＲＨのときのヒートアップ立上り時間（時刻ｔ０からｔ１１までの時間に相当）は、湿度９５％ＲＨのときのヒートアップ立上り時間（時刻ｔ０からｔ１２までの時間に相当）よりも短くなっている。これは、湿度が高い状態ではＣＯセンサ２０の素子に多くの水分が付着するため、素子温度が上昇し始めるまでに長い時間がかかるためである。このため、ガス給湯装置１００内部の湿度が高くなるに従って、ヒートアップ立上り時間が長くなる傾向がある。

図６は、図５に示す波形図から、ＣＯ濃度＝０ｐｐｍ付近の出力電圧挙動を抜き出した波形図である。なお、図６では、図５よりも長い時間間隔でのＣＯセンサ２０の出力電圧挙動を示している。

図６を参照して、湿度５０％ＲＨのときと湿度９５％ＲＨのときとでは、安定後のセンサ出力電圧が異なっている。湿度９５％ＲＨのときのゼロ点変動量は、湿度５０％ＲＨのときのゼロ点変動量よりも大きくなっている。すなわち、ガス給湯装置１００内部の湿度が高くなるに従って、ゼロ点変動量が大きくなる傾向がある。

このように、ヒートアップ処理およびゼロ点補正処理においては、ガス給湯装置１００内部の湿度によってヒートアップ立上り時間およびセンサ出力電圧のゼロ点変動量に違いが現れる。詳細には、ガス給湯装置１００内部の湿度が高いときには、ヒートアップ立上り時間が長くなるとともに、ゼロ点変動量が大きくなる。ゼロ点変動量が大きいのは、ＣＯセンサ２０の素子に付着した水分がヒートアップ処理によっても除去しきれず残っているためと考えられる。これに対して、ガス給湯装置１００内部の湿度が低いときには、ヒートアップ立上り時間が短くなるとともに、ゼロ点変動量が小さくなる。これによれば、湿度が十分に低いためにゼロ点の変動がほとんど生じていないような場合には、ゼロ点補正が不要となり得る。

本実施の形態では、このようなヒートアップ立上り時間とゼロ点変動量との相関関係を利用して、ヒートアップ立上り時間に基づいてＣＯセンサ２０ゼロ点補正が必要であるか否かを判定する。具体的には、制御部３０は、ヒートアップ処理の開始後のヒートアップ立上り時間を検出し、検出したヒートアップ立上り時間と所定の閾値時間Ｔ４とを比較する。この閾値時間Ｔ４は、ヒートアップ立上り時間とゼロ点変動量との相関関係に基づいて、ゼロ点変動量が所定の許容範囲内となるときのヒートアップ立上り時間に設定される。検出したヒートアップ立上り時間が閾値時間Ｔ４よりも短い場合には、制御部３０は、ゼロ点補正が必要でないと判断する。この場合、制御部３０は、センサ出力の立上り後、ヒートアップ処理と並行してバーナ１０の燃焼を開始させる。一方、検出したヒートアップ立上り時間が閾値時間Ｔ４以上である場合には、制御部３０はゼロ点補正が必要であると判断する。したがって、制御部３０は、上述した一連のヒートアップ処理、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理が完了した後に、バーナ１０の燃焼を開始させる。

このように、ヒートアップ立上り時間が閾値時間Ｔ４より短い場合には、ゼロ点の変動がほとんど生じておらず、ゼロ点補正が不要と判断することができるため、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理を省略してバーナ１０の燃焼を開始させる。これにより、バーナ１０の燃焼指令が生成された時点から短時間でバーナ１０の燃焼を開始させることができる。この結果、ガス給湯装置１００の使用性を向上させることができる。

３．制御処理フロー
図７および図８は、本発明の実施の形態に従う燃焼装置におけるＣＯセンサ２０の素子温度制御処理手順を説明するためのフローチャートである。

図７を参照して、制御部３０は、ステップＳ０１により、ゼロ点変動量αを設定する。ゼロ点変動量αの初期値は、ガス給湯装置１００の電源投入時にヒートアップ処理、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理を行なうことによって取得される。

制御部３０は、ステップＳ０２により、バーナ１０の燃焼が停止された時点、またはガス給湯装置１００の電源が投入された時点から待機時間Ｔ１が経過したか否かを判定する。バーナ１０の燃焼が停止された時点から待機時間Ｔ１が経過していないとき、またはガス給湯装置１００の電源が投入された時点から待機時間Ｔ１が経過していないとき（ステップＳ０２のＮＯ判定時）、制御部３０は、ステップＳ０３により、ＣＯセンサ２０の制御モードとして通常モードを選択する。

上述したように、通常モードにおいては、制御部３０は、素子温度が制御温度ＴＥ＿Ｈｉｇｈ（２５０℃）となるように、電源回路２０２における素子２１ａ，２１ｂへの通電量を制御する。

さらに制御部３０は、通常モード中、ＣＯセンサ２０の検出精度を確保するため、一連のヒートアップ処理、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理を定期的に実行する。具体的には、制御部３０は、ステップＳ０４により、所定の補正時間Ｔ２の経過毎にヒートアップ処理を実行する。たとえば、補正時間Ｔ２は、４〜５時間程度に設定される。制御部３０は、ヒートアップ処理の終了後、安定化したセンサ出力電圧に基づいてゼロ点変動量αを算出する。このようにして、ゼロ点変動量αは補正時間Ｔ２の経過毎に更新される。

ゼロ点補正処理が終了すると、制御部３０は、ステップＳ１１により、バーナ１０の燃焼指令が生成されたか否かを判定する。バーナ１０の燃焼指令が生成されているとき（ステップＳ１１のＹＥＳ判定時）、制御部３０は、ステップＳ１２により、バーナ１０の燃焼運転中、ＣＯセンサ２０の出力電圧に基づいて排ガス中のＣＯ濃度を検出する。

制御部３０は、ステップＳ１３により、ガス給湯装置１００の給湯運転の終了によりバーナ１０の燃焼が停止されたか否かを判定する。バーナ１０が燃焼運転している場合（ステップＳ１３のＮＯ判定時）、制御部３０はステップＳ１２に戻り、センサ出力に基づいたＣＯ濃度の検出を実行する。一方、バーナ１０の燃焼が停止された場合には（ステップＳ１３のＹＥＳ判定時）、処理はステップＳ０１に戻される。

なお、ステップＳ０４において、ヒートアップ処理の実行要求と、ガス給湯装置１００での給湯運転等に伴なうバーナ１０の燃焼運転とが重なった場合には、燃焼運転が優先される。したがって、ステップＳ０４においては、バーナ１０が燃焼運転していない場合には、ＣＯセンサ２０のヒートアップ処理が開始される。一方、バーナ１０の燃焼運転中にヒートアップ処理の実行要求が生成された場合には、ヒートアップ処理の実行が待機される。そして、燃焼運転の終了によりバーナ１０の燃焼が停止された後、ＣＯセンサ２０のヒートアップ処理が実行される。

これに対して、ステップＳ０２に戻って、バーナ１０の燃焼が停止された時点、またはガス給湯装置１００の電源が投入された時点から待機時間Ｔ１が経過したとき（ステップＳ０２のＹＥＳ判定時）、制御部３０は、ステップＳ０５により、ＣＯセンサ２０の制御モードとして省電力モードを選択する。

上述したように、省電力モードにおいては、制御部３０は、素子温度が上述した制御温度ＴＥ＿Ｈｉｇｈよりも低い温度になることを許容する。具体的には、制御部３０は、ステップＳ０６により、電源回路２０２からＣＯセンサ２０の素子２１ａ，２１ｂへの通電を停止させる。これにより、ＣＯセンサ２０は無通電状態となる。なお、ステップＳ０６は、ＣＯセンサ２０を無通電状態とする構成に代えて、ＣＯセンサ２０の素子温度を制御温度ＴＥ＿Ｌｏｗ（１５０℃）に制御する構成としてもよい。

制御部３０は、ステップＳ０７により、バーナ１０の燃焼指令が生成されたか否かを判定する。バーナ１０の燃焼指令が生成されていないとき（ステップＳ０７のＮＯ判定時）、制御部３０は、以下のステップＳ０８〜Ｓ１０により、一連のヒートアップ処理、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理を定期的に実行する。具体的には、制御部３０は、ステップＳ０８により、前回のヒートアップ処理を終了してから所定の補正時間Ｔ３が経過したか否かを判定する。前回のヒートアップ処理を終了してから補正時間Ｔ３が経過していなければ（ステップＳ０８のＮＯ判定時）、処理はステップＳ０７に戻される。一方、前回のヒートアップ処理を終了してから補正時間Ｔ３が経過している場合には（ステップＳ０８のＹＥＳ判定時）、制御部３０は、ステップＳ０９により、ＣＯセンサ２０を省電力モードから復帰させることにより、ＣＯセンサ２０の無通電状態を解除する。

制御部３０は、ステップＳ１０により、一連のヒートアップ処理、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理を実行する。制御部３０は、ヒートアップ処理の終了後、安定化したセンサ出力電圧に基づいてゼロ点変動量αを算出する。このようにして、ゼロ点変動量αは補正時間Ｔ３の経過毎に更新される。

ステップＳ１０のゼロ点補正処理が終了すると、制御部３０は、ステップＳ１１により、バーナ１０の燃焼指令が生成されたか否かを判定する。バーナ１０の燃焼指令が生成されているとき（ステップＳ１１のＹＥＳ判定時）、制御部３０は、ステップＳ１２により、バーナ１０の燃焼運転中、ＣＯセンサ２０の出力電圧に基づいて排ガス中のＣＯ濃度を検出する。ガス給湯装置１００の給湯運転の終了によりバーナ１０の燃焼が停止されると（ステップＳ１３のＹＥＳ判定時）、処理はステップＳ０１に戻される。

省電力モード中は、ＣＯセンサ２０の素子が通常モードよりも低い温度になるため、素子に水分が吸着しやすくなる。そのため、長時間省電力モードが継続した場合には、湿度の影響が大きくなってしまい、ＣＯセンサ２０を省電力モードから通常モードに復帰させるためのヒートアップ処理に要する時間が長くなる。そこで、上記のステップＳ０８〜Ｓ１０により、省電力モードが長時間に及ぶ場合には、一旦省電力モードを解除して、ヒートアップ処理、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理を実行する。この一連の処理を定期的に実行することで、省電力モードにおける消費電力の低減効果が下がる反面、ＣＯセンサ２０の素子に水分が吸着するのを抑制することができる。これにより、ＣＯセンサ２０を省電力モードから通常モードに復帰させる場合において、湿度の影響を受けてＣＯセンサ２０のヒートアップ立上り時間が閾値時間Ｔ４以上に長引くのを回避できるため、ガス給湯装置１００の使用性を向上させることが可能となる。

ステップＳ０７に戻って、省電力モード中にバーナ１０の燃焼指令が生成されると（ステップＳ０７のＹＥＳ判定時）、制御部３０は、ステップＳ１４により、ＣＯセンサ２０を省電力モードから復帰させることによってＣＯセンサ２０の無通電状態を解除する。

制御部３０は、ステップＳ１５により、ヒートアップ処理を実行する。制御部３０は、ステップＳ１６により、ヒートアップ処理の開始後のヒートアップ立上り時間を検出し、検出したヒートアップ立上り時間と閾値時間Ｔ４とを比較する。検出したヒートアップ立上り時間が閾値時間Ｔ４よりも短い場合には（ステップＳ１６のＹＥＳ判定時）、制御部３０は、ゼロ点変動がほとんど生じておらず、ゼロ点補正処理が必要でないと判断する。したがって、制御部３０は、ステップＳ１７により、ヒートアップ処理と並行してバーナ１０の燃焼を開始させる。制御部３０は、ステップＳ１８により、ヒートアップ処理を開始してから規定時間Ｔ５が経過する時点までヒートアップ処理を継続する。制御部３０は、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理を省略するとともに、現在設定されているゼロ点変動量αをそのまま採用する。

制御部３０は、ステップＳ１９により、ＣＯセンサ２０がＣＯ濃度を検出可能な状態になったか否かを判定する。ＣＯセンサ２０はヒートアップ処理の終了後、ＣＯ濃度を検出可能な状態となる。ＣＯセンサ２０がＣＯ濃度を検出可能な状態になっていない場合（ステップＳ１９のＮＯ判定時）、ＣＯ濃度の検出が待機される。

一方、ＣＯセンサ２０がＣＯ濃度を検出可能な状態になると（ステップＳ１９のＹＥＳ判定時）、制御部３０は、ステップＳ２０により、ＣＯセンサ２０の出力（ＣＯ濃度の検出値）が所定の許容濃度βｐｐｍを超えているか否かを判定する。この許容濃度βｐｐｍは、バーナ１０の燃焼が正常であるか否か（すなわち、燃料の不完全燃焼などの燃焼不良が生じていないか）を判別するための判定値である。ＣＯセンサ２０の出力が許容濃度βｐｐｍ以下である場合（ステップＳ２０のＮＯ判定時）、制御部３０は、バーナ１０の燃焼が正常であると判定し、ステップＳ２６により、バーナ１０の燃焼運転中、ＣＯセンサ２０の出力電圧に基づいて排ガス中のＣＯ濃度を検出する。ガス給湯装置１００の給湯運転の終了によりバーナ１０の燃焼が停止されると（ステップＳ２７のＹＥＳ判定時）、処理はステップＳ０１に戻される。

一方、ＣＯセンサ２０の出力が許容濃度βｐｐｍを超えている場合（ステップＳ２０のＹＥＳ判定時）、制御部３０は、ステップＳ２１により、バーナ１０の燃焼運転を強制的に停止させる。さらに制御部３０は、ステップＳ２２により、一連のヒートアップ処理、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理を実行する。制御部３０は、ゼロ点補正処理の終了後、ゼロ点変動量αを更新する。制御部３０は、ゼロ点補正処理が終了すると、ステップＳ２３により、バーナ１０の燃焼指令が生成されたか否かを判定する。バーナ１０の燃焼指令が生成されているとき（ステップＳ２３のＹＥＳ判定時）、制御部３０は、ステップＳ２５により、バーナ１０の燃焼運転を許可することにより、バーナ１０の燃焼を再開させる。制御部３０は、ステップＳ２６により、バーナ１０の燃焼運転中、ＣＯセンサ２０の出力電圧に基づいて排ガス中のＣＯ濃度を検出する。ガス給湯装置１００の給湯運転の終了によりバーナ１０の燃焼が停止されると（ステップＳ２７のＹＥＳ判定時）、処理はステップＳ０１に戻される。一方、ステップＳ２２におけるゼロ点補正処理の終了後にバーナ１０の燃焼指令が生成されていない場合（ステップＳ２３のＮＯ判定時）、処理はステップＳ０１に戻される。

上述したステップＳ１７の処理においては、制御部３０はヒートアップの立上りが確認されると、ヒートアップ処理と並行してバーナ１０の燃焼を開始するが、ＣＯセンサ２０によるＣＯ濃度の検出はヒートアップ処理が終了するまで行なうことができない（ステップＳ１９）。このため、ＣＯセンサ２０がＣＯ濃度を検出可能な状態になったときに、ＣＯセンサ２０の出力に基づいて、バーナ１０の燃焼開始（ステップＳ１７)から燃焼運転が正常に行なわれているか否かを判定する処理（ステップＳ２０）を設けている。この処理によってバーナ１０の燃焼運転が正常でないと判定されたときには（ステップＳ２０のＮＯ判定時）、一旦バーナ１０の燃焼を停止させて、ヒートアップ処理およびゼロ点補正処理を実行した後、バーナ１０の燃焼を再開させる。これにより、ＣＯセンサ２０の十分な検出精度が保証されるため、その後のバーナ１０の燃焼不良を確実に検出してガス給湯装置１００を安全性を高めることができる。

これに対して、ステップＳ１６に戻って、検出したヒートアップ立上り時間が閾値時間Ｔ４以上となる場合に（ステップＳ１６のＮＯ判定時）、制御部３０は、排気路内の湿度が高くＣＯセンサ２０のゼロ点が大きく変動するため、ゼロ点補正処理が必要であると判断する。制御部３０は、ステップＳ２４により、ヒートアップ処理を開始してから規定時間Ｔ５が経過する時点までヒートアップ処理を継続した後、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理を実行する。制御部３０は、ゼロ点補正処理が終了後にＣＯセンサ２０のゼロ点変動量αを更新すると、ステップＳ２５により、バーナ１０の燃焼を開始させる。制御部３０は、ステップＳ２６により、バーナ１０の燃焼運転中、ＣＯセンサ２０の出力電圧に基づいて排ガス中のＣＯ濃度を検出する。ガス給湯装置１００の給湯運転の終了によりバーナ１０の燃焼が停止されると（ステップＳ２７のＹＥＳ判定時）、処理はステップＳ０１に戻される。一方、ステップＳ２２におけるゼロ点補正処理の終了後にバーナ１０の燃焼指令が生成されていない場合（ステップＳ２３のＮＯ判定時）、処理はステップＳ０１に戻される。

上述のように、ヒートアップ立上り時間が閾値時間Ｔ４以上となる場合（ステップＳ１６のＮＯ判定時）には、制御部３０は、一連のヒートアップ処理、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理を完了した後（ステップＳ２４）、バーナ１０の燃焼を開始させる（ステップＳ２５)。本実施の形態では、省電力モード中に定期的にヒートアップ処理を実行するため（ステップＳ０８〜Ｓ１０)、省電力モードが長時間に及ぶ場合にＣＯセンサ２０の素子に水分が吸着するのを抑制して、省電力モードから通常モードへの復帰時間を短くすることができる（ステップＳ１５〜Ｓ１８）。しかしながら、燃焼待機中に排気路内の湿度が非常に高い状態であるときには、ＣＯセンサ２０の素子に除去しきれない水分が残ってしまうため、復帰時間の短縮が難しくなる。このような場合には、ヒートアップ処理、ドリフトチェック処理およびゼロ点補正処理を完了させてからバーナ１０の燃焼を開始させることで、ＣＯセンサ２０の検出精度を確保する。

このように、本実施の形態に従う燃焼装置によれば、バーナの燃焼が行なわれていない待機中のＣＯセンサの消費電力を小さくする省電力モードを設けるとともに、バーナの燃焼指令に従って省電力モードから通常モードへ復帰する場合、ヒートアップ立上り時間に基づいてＣＯセンサのゼロ点補正が不要と判断されるときにはヒートアップ処理に並行して（すなわち、ゼロ点補正を行なわずに）バーナの燃焼を開始させる。これにより、バーナの燃焼指令が生成された時点から短時間でバーナの燃焼を開始させることができる。この結果、ＣＯセンサの検出感度を確保しつつ、燃焼装置の低消費電力化および使用性の向上を実現することができる。

なお、上述した本発明の実施の形態では、燃焼停止後（または電源投入後）から次回の燃焼開始までの待機時間に応じて、ＣＯセンサ２０の制御モードを通常モードから省電力モードに切り替える構成について説明したが、このような制御モードの切り替えを実施するか否かをユーザが選択できるようにしてもよい。たとえば、ガス給湯装置１００の操作部（たとえば給湯リモコンなど）に、制御モードの切り替えの有効／無効を選択するためのスイッチを設け、このスイッチがオン状態にされたときに省電力モードに移行させるようにしてもよい。

また、その他の変形例としては、省電力モードへ切り替えるか否かの判定基準となる、燃焼停止後（または電源投入後）から次回の燃焼開始までの待機時間Ｔ１を、ユーザの操作に応じて変更する構成としてもよい。たとえば、上記のスイッチがオン状態のときには、上記のスイッチがオフ状態のときよりも待機時間Ｔ１を短くするようにしてもよい。なお、このようなスイッチとしては、たとえば給湯リモコンに設けられ、給湯装置の運転モードを通常モードとエコモードとの間で切り替えるためのエコスイッチを用いることができる。

また、本実施の形態に従う燃焼装置において、ＣＯセンサは接触燃焼式センサであればよく、具体的な構成が限定されることはない。また、バーナ１０としては、ガスバーナに代えて、たとえばオイルバーナとすることもできる。すなわち、排気中にＣＯ成分が含まれるバーナであれば、その燃料は任意のものとすることができる。また、本発明に係る給湯装置は、必ずしも給湯装置として構成されていなくてもよく、たとえば暖房用などの給湯装置として構成されることもできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０バーナ、１１送風ファン、１２熱交換器、２０ＣＯセンサ、２１ａ検知素子、２１ｂ比較素子、２２ａ，２２ｂピン、２３干渉防止板、２４基台、２５ａカバー、２５ｂ金網、２６リード線、２７断熱部材、３０制御部、１００ガス給湯装置、２０１センサ本体、２０２電源回路。

Claims

燃料を燃焼するためのバーナと、
前記バーナの排気路に設置されたＣＯセンサと、
前記バーナの燃焼の開始／停止を制御するとともに、前記ＣＯセンサへの通電量によって前記ＣＯセンサの温度を制御するための制御部とを備え、
前記制御部は、
前記バーナの燃焼開始から前記バーナの燃焼終了後に所定の待機時間が経過するまでは、前記ＣＯセンサを第１の温度に制御する通常モードを選択する一方で、前記所定の待機時間が経過した後は、前記ＣＯセンサが前記第１の温度よりも低い温度になるのを許容する省電力モードを選択するための切替手段と、
前記バーナの燃焼が待機された状態において、前記ＣＯセンサを前記第１の温度よりも高い温度に加熱するためのヒートアップ手段と、
前記ヒートアップ手段の終了後に前記ＣＯセンサのゼロ点補正を実行するための補正手段とを含み、
前記切替手段は、前記省電力モードの実行中に前記バーナの燃焼指令が生成された場合に、前記ＣＯセンサを前記省電力モードから前記通常モードに復帰させるための復帰手段を含み、
前記復帰手段は、前記バーナの燃焼指令が生成された場合には、前記ヒートアップ手段により前記ＣＯセンサを加熱するとともに、前記ＣＯセンサの加熱開始から前記ＣＯセンサの出力が基準値となるまでの立上り時間を検出し、前記検出された立上り時間が閾値時間以下であるときには、前記補正手段による前記ゼロ点補正を省略して前記バーナの燃焼を開始させる、燃焼装置。
前記切替手段は、前記省電力モードの実行中、前記ヒートアップ手段および前記補正手段を定期的に実行する、請求項１に記載の燃焼装置。
前記復帰手段は、前記バーナの燃焼開始後における前記ＣＯセンサの出力値が所定の許容値を超えるときには、前記バーナの燃焼を停止させて前記ヒートアップ手段および前記補正手段による前記ゼロ点補正を実行した後に、前記バーナの燃焼を再開させる、請求項１または請求項２に記載の燃焼装置。
前記復帰手段は、前記検出された立上り時間が前記閾値時間を超えるときには、前記補正手段による前記ゼロ点補正を実行した後に、前記バーナの燃焼を開始させる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
前記切替手段は、前記省電力モードでは、前記ＣＯセンサへの通電を停止する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃焼装置。
前記切替手段は、前記省電力モードでは、前記ＣＯセンサを前記第１の温度よりも低い第２の温度に加熱する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃焼装置。
前記切替手段の有効／無効をユーザが設定するための操作装置をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の燃焼装置。
請求項１から請求項７のいずれか１項に従う燃焼装置と、
前記燃焼装置によって発生した熱量によって通流する湯水の温度を上昇させるための熱変換器とを備える、給湯装置。