JP2019007681A - 燃焼装置およびこれを備えた給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気経路への風の吹き込みなどに起因して排気抵抗が大きくなった場合であっても、適切に対処することができ、ＣＯセンサのゼロ点補正処理を適切に行なうことが可能な燃焼装置を提供する。【解決手段】燃焼ガスの排気経路に配されているＣＯセンサＳａのゼロ点補正処理をバーナ３の駆動停止期間中において間欠的に実行する制御部２を備えている燃焼装置Ｃであって、制御部２は、ファン用モータＭの出力に対応して値が変化するモータ出力対応データを監視可能であり、かつ排気経路の排ガスパージの実行時におけるファン用モータＭの出力が所定の第１の基準に満たないことにより、モータ出力対応データが所定の第１の範囲内にあるときには、ファン用モータの出力が第１の基準以上であるときよりも排ガスパージ量を多くする条件でファンを駆動させる。【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＯセンサを備えたタイプの燃焼装置、およびこれを備えた給湯装置に関する。

本出願人は、燃焼装置を備えた給湯装置の一例として、特許文献１に記載のものを先に提案している。
同文献に記載の給湯装置は、燃焼装置により発生された燃焼ガスから熱交換器を用いて熱回収を行なうことにより湯水を加熱し、給湯用の温水を生成可能とされている。燃焼ガスの排気経路には、ＣＯセンサが設けられ、不完全燃焼などの燃焼不良を検出できるようにされている。このＣＯセンサは、表面に汚染物質が付着すると、そのセンサ出力に誤差を生じるため、燃焼装置が駆動されていない期間中に、間欠的にヒートクリーニング（ＣＯセンサをヒートアップしてＣＯセンサの汚れを除去）し、かつその直後にセンサ出力のゼロ点補正を行なうための処理（ゼロ点補正処理）が行なわれるように構成されている。

一方、ＣＯセンサのゼロ点補正処理を精度よく行なうには、ＣＯが存在しない雰囲気で行なう必要がある。そこで、特許文献１においては、ヒートクリーニングおよびゼロ点補正処理に先立って、燃焼ガスの排気経路に向けてファンから送風を行なうことにより、排ガスパージを実行している。また、その際の排ガスパージ量は、燃焼装置の駆動がオフとされてから次のゼロ点補正処理が開始される迄の予測時間に応じて変化させるようにしている。
このような構成によれば、燃焼装置の駆動がオフとされる時期によって、排ガスパージ量に不足を生じたり、あるいは排ガスパージが過多に実行されることをなくすといった利点が得られる。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。

すなわち、ファンを駆動させて排ガスパージを実行する場合、ファンを一定の速度および時間で駆動させたとしても、排ガスパージ量は、常に一定であるとは限らない。たとえば、排気経路の終端の排気口が屋外に位置しているような場合、この排気口から排気経路内に風が吹き込む場合があるが、このような場合には、排ガスパージ量は減少する。また、熱交換器の配置箇所などにおいては、排気閉塞気味になる場合があるが、このような場合にも、排ガスパージ量は減少する。このような状況下で、一定の排ガスパージを終了し、ゼロ点補正処理を行なったのでは、排気経路に未だＣＯが残存している状況でゼロ点補正処理が行なわれる虞が強く、この処理を精度よく適切に行なうことができない場合が生じる。
特許文献１においては、燃焼装置の駆動がオフとされてから次のゼロ点補正処理が開始される迄の予測時間に応じて排ガスパージ量を変化させているものの、このような制御では、前記した不具合を適切に解消することは困難である。

特開２０１５−２５６００号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、排気経路への風の吹き込みなどに起因して排気抵抗が大きくなった場合であっても、適切に対処することができ、ＣＯセンサのゼロ点補正処理を適切に行なうことが可能な燃焼装置、およびこれを備えた給湯装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面により提供される燃焼装置は、バーナと、このバーナにより発生された燃焼ガスの排気経路に配されているＣＯセンサと、このＣＯセンサのゼロ点補正処理を前記バーナの駆動停止期間中において間欠的に実行する制御部と、前記ゼロ点補正処理に先立って前記排気経路に向けてエアを送風し、前記排気経路の排ガスパージを行なうことが可能であり、かつファン用モータによって駆動されるファンと、を備えている、燃焼装置であって、前記制御部は、前記ファン用モータの出力に対応して値が変化するモータ出力対応データを監視可能であるとともに、前記排ガスパージの実行時における前記ファン用モータの出力が所定の第１の基準に満たないことにより、前記モータ出力対応データが所定の第１の範囲内にあるときには、前記ファン用モータの出力が前記第１の基準以上であるときよりも排ガスパージ量を多くする条件で前記ファンを駆動させるように構成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、燃焼ガスの排気経路に風が吹き込んだ場合や、排気経路が排気閉塞気味になるなど、排気抵抗が大きくなったような場合には、ファンから排気経路への送風量が減少するため、本来的には、排気経路の排ガスパージが不十分な状態となり易い。このような状況が生じている場合には、ファンの単位時間当たりの仕事量は減少しており、ファン用モータの出力は低くなって第１の基準を下回る結果、モータ出力対応データは所定の第１の範囲内となる。このような状況が生じた場合、ファンは、排ガスパージ量を本来の排ガスパージ量よりも多くする条件で駆動される。したがって、排ガスパージが促進され、排ガスパージが不十分な状態になることが適切に回避される。その結果、排気経路への風の吹き込みなどに起因して排気抵抗が少々大きくなった場合であっても、排気経路中にＣＯを含む排ガスが存在しない状態、または殆ど存在しない状態で、ゼロ点補正処理を適切に行なうことができる。
一方、排ガスパージ量を本来の排ガスパージ量よりも多くする条件でファンが駆動されるのは、排気経路への風の吹き込みなどに原因してモータ出力対応データが所定の第１の範囲内となった場合に限られるため、排ガスパージが過多に実行されるといった無駄も適切に回避される。

本発明において、好ましくは、前記排ガスパージ量を多くする条件は、前記ファン用モータの出力が前記第１の基準以上であるときと比較して、前記排ガスパージの時間を長くとること、および前記ファンの回転速度を速めることの少なくとも一方である。

このような構成によれば、排ガスパージ量を多くすることを簡易かつ的確に図ることができる。

本発明において、好ましくは、前記制御部は、前記排ガスパージの実行時における前記ファン用モータの出力が、前記第１の基準よりも低い所定の第２の基準に満たないことにより、前記モータ出力対応データが所定の第２の範囲内にあるときには、前記排ガスパージに引き続く前記ゼロ点補正処理を実行しないように構成されている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、たとえば排気経路に比較的強い風が吹き込み続けているような場合には、排気経路の排ガスパージが殆どなされない状況となる。このような状況が生じている場合、ファンの単位時間当たりの仕事量はかなり少なくなって、ファン用モータの出力が大きく低下する結果、モータ出力対応データは所定の第２の範囲内となる。このような場合、たとえば排ガスパージの時間を多少延長させるといった手段を採用しただけでは、十分に改善できない虞が多い。これに対し、制御部は、前記したような状況になると、その後のゼロ点補正処理を実行させないため、排ガスパージが有効になされていない状況下で、ゼロ点補正処理が無駄または不当に実行されることは適切に回避される。

本発明において、好ましくは、前記制御部は、前記モータ出力対応データが前記第２の範囲内にあるときには、その後に所定の待機時間が経過してから再度の前記排ガスパージおよびこれに引き続く前記ゼロ点補正処理を試みる制御を実行するように構成されている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、排気経路の排ガスパージが十分になされない異常事態が発生した場合であっても、その後に適当な時間が経過した時点では前記異常事態が解消している場合があり得る。たとえば、排気経路への強風の吹き込みが停止した場合がこれに該当する。前記構成によれば、そのような場合にはゼロ点補正処理が適切に実行されることとなり、ゼロ点補正処理を適当な頻度で、確実に実行する上で、好ましいものとなる。

本発明において、好ましくは、前記モータ出力対応データとして、前記ファン用モータの駆動電流または駆動電圧の値が用いられている。

このような構成によれば、ファン用モータの出力を正確に、かつ容易に把握することができ、本発明が意図する制御の正確さの向上、ならびに容易化を図ることができる。

本発明の第２の側面により提供される給湯装置は、本発明の第１の側面により提供される燃焼装置と、この燃焼装置によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なう湯水加熱用の熱交換器と、を備えていることを特徴としている。

このような構成によれば、本発明の第１の側面により提供される燃焼装置について述べたのと同様な効果が得られる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係る給湯装置の一例を示す概略説明図である。 図1の給湯装置で実行される動作処理において用いられる数値の説明図である。 図1の給湯装置で実行される動作処理手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１に示す給湯装置ＷＨは、燃焼装置Ｃに熱交換器１が組み合わされたものであり、ＣＯセンサＳａ、および各部の動作制御を行なうための制御部２をさらに備えている。
燃焼装置Ｃを構成する要素としては、燃料ガスを燃焼させるバーナ３、およびこのバー
ナ３に燃焼用の空気を供給するためのファン４、およびこれを駆動するためのファン用モータＭを備えている。熱交換器１は、たとえば内部に湯水が流通するフィン付きチューブなどを備えた構成であり、バーナ３により発生された燃焼ガスから熱回収を行なうことにより湯水を加熱し、給湯用の温水を生成可能である。

ＣＯセンサＳａは、熱交換器１による熱回収を終えた燃焼ガス（排ガス）のＣＯ濃度を検出するためのものであり、燃焼ガスの排気経路中に設けられている。このＣＯセンサＳａとしては、従来既知のものを用いることが可能であり、たとえば白金線コイルを酸化アルミなどの触媒によりコーティングして乾燥・焼成したものが用いられている。排ガス中にＣＯが存在すると、このＣＯとの反応熱によって白金線コイルの抵抗値が上昇する。この原理に基づき、制御部２においてＣＯ濃度を検出可能である。

ＣＯセンサＳａの表面に汚染物質が付着すると、センサ出力値が本来の適正な出力値からズレ（ドリフト）を生じたものとなる。これを解消すべく、制御部２は、ＣＯセンサＳａのヒートクリーニング、およびゼロ点補正処理を行なうためのゼロ点補正処理制御部２ａを備えている。ヒートクリーニングは、ＣＯセンサＳａに通常時よりも大きな電流を流して発熱させることにより、前記汚染物質を除去する処理である。ゼロ点補正処理は、ＣＯセンサＳａからのセンサ出力値のズレを解消するための処理である。

制御部２は、マイクロコンピュータや各種の電気・電子回路を組み合わせて構成されており、ファン用モータＭの駆動電流を検出する駆動電流検出部２ｂ、ならびにファン用モータＭの駆動を制御するモータ制御部２ｃをさらに備えている。ＣＯセンサＳａのゼロ点補正処理は、バーナ３が駆動燃焼していない条件下において、原則として一定の周期で実行されるが、このゼロ点補正処理を実行する前には、ファン４を駆動させて、排気経路にエア送風を行なうことにより、排気経路中に残存する燃焼排ガスを外部に排出するための排ガスパージが実行される。制御部２は、このような排ガスパージを行なう場合、ファン用モータＭの駆動電流に基づき、後述するような制御を行なうように構成されている。

次に、前記した給湯装置ＷＨの作用、ならびに動作処理手順の一例について、図２に示す説明図、および図３のフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、本実施形態においては、ＣＯセンサＳａのゼロ点補正処理に先立って実行される排気経路の排ガスパージが、正常に行なわれているか否かが、制御部２において判断されるが、この判断は、ファン用モータＭの出力が、所定の第１および第２の基準と比較してどの範囲にあるかを判別するものである。ただし、ファン用モータＭの出力を簡易に把握するためのモータ出力対応データとして、本実施形態においては、ファン用モータＭの駆動電流が用いられている。前記第１および第２の基準に対応する値として、図２に示すように、第１および第２の閾値ＴＨ１，ＴＨ２が用いられ、次のような判断がなされる。

すなわち、図２において、排ガスパージの実行時におけるファン用モータＭの駆動電流が、第１の閾値ＴＨ１以上の範囲である場合には、排ガスパージが正常であると判断される。これに対し、第１の閾値ＴＨ１と第２の閾値ＴＨ２との間の第１の範囲は、排ガスパージが軽度の異常であるとされる。第２の閾値ＴＨ２未満の第２の範囲は、排ガスパージが重度の異常であるとされる。

次に、ＣＯセンサＳａのゼロ点補正処理を行なうための具体的な動作処理手順を説明する。
まず、制御部２は、バーナ３が駆動燃焼の停止中にあり、かつ前回のゼロ点補正処理から所定時間Ｔａが経過することにより、ゼロ点補正処理の実行予定時期が到来すると、ファン４を一定時間Ｔｂだけ駆動させ、排気経路の排ガスパージを実行させる（Ｓ１：ＹＥ
Ｓ，Ｓ２：ＹＥＳ，Ｓ３）。この排ガスパージの実行時において、ファン用モータＭの駆動電流Ｉが、ＴＨ１≦Ｉの関係にあり、図２の正常の範囲である場合には（Ｓ４；ＹＥＳ）、その後は基本的には、ゼロ点補正処理に向けて通常通りの動作処理が実行される。すなわち、前記排ガスパージの終了後は、ＣＯセンサＳａのヒートクリーニングが開始され、バーナ３の駆動燃焼の割込みがなくヒートクリーニングが終了すると、ゼロ点補正処理が開始される（Ｓ５，Ｓ６：ＹＥＳ，Ｓ７：ＹＥＳ，Ｓ８）。このゼロ点補正処理の実行中に、バーナ３の駆動燃焼の割込みがなければ、そのままゼロ点補正処理が終了する一方（Ｓ９：ＹＥＳ，Ｓ１０：ＹＥＳ）、割込みがあるときには、ゼロ点補正処理が中止される（Ｓ９：ＮＯ，Ｓ１１）。

前記とは異なり、ファン用モータＭの駆動電流Ｉが、ＴＨ２≦Ｉ＜ＴＨ１の関係にあり、図２の第１の範囲にあるときには、制御部２は、排ガスパージ時間を所定時間Ｔｃだけ延長する（Ｓ１２：ＹＥＳ，Ｓ１３）。たとえば、排気経路に風が吹き込むような現象が発生すると、ファン４から排気経路へのエア送風量が減少し、駆動電流Ｉが第１の閾値ＴＨ１を僅かに下回り、前記した第１の範囲内（軽度の異常）となる場合がある。この場合には、排気経路の排ガスパージ量に不足を生じる虞があるが、本実施形態によれば、排ガスパージ時間が延長されるため、排ガスパージ量に不足を生じないようにすることが可能である。時間Ｔｃは、一定でなくてもよく、たとえば駆動電流Ｉが小さい値であるほど、時間Ｔｃを長くするなど、駆動電流Ｉに応じて変化させてもよい。

本発明では、前記した排ガスパージ時間の延長に代えて、または加えて、ファン４の回転速度を本来の回転速度よりも速くする制御を行なわせてもよい。ファン４の回転速度を速くすれば、やはり排ガスパージ量に不足を生じないようにすることが可能である。

前記した場合とは異なり、ファン用モータＭの駆動電流Ｉが、Ｉ＜ＴＨ２の関係にあり、図２の第２の範囲にあるときには、制御部２は、その後のゼロ点補正処理に向けての処理を中止させる（Ｓ１２：ＮＯ，Ｓ１４）。たとえば、排気経路に強い風が吹き込み続けた場合や、排気経路の排気閉塞気味状態がやや進行しているような場合には、ファン４から排気経路へのエア送風量がかなり少なくなり、駆動電流Ｉは第２の閾値ＴＨ２を下回って前記した第２の範囲内（重度の異常）となる場合がある。この場合には、排ガスパージ時間を延長したとしても、適切な排ガスパージが行なわれる可能性は低い。前記動作処理では、そのような場合には、ゼロ点補正処理は中止されるため、排ガスパージが適切に行なわれていない状況下においてゼロ点補正処理が無駄に、または不当に実行されることが適切に回避される。

前記したゼロ点補正処理の中止がなされた後には、その中止の判断がなされた時点から所定の待機時間Ｔｄだけゼロ点補正処理の開始を待機し、待機時間Ｔｄが経過した時点で、ゼロ点補正処理を開始するための初期ステップに移行する（Ｓ１５，Ｓ１）。先の排ガスパージの実行時において、重度の異常であると判断されていた場合であっても、所定の待機時間Ｔｄ中にそのような異常状態が解消されている場合があり得る。たとえば、排気経路への強風の吹き込みが停止するような場合が該当する。前記した動作処理によれば、そのような場合に、ゼロ点補正処理およびこれに先立つ所定の処理を適切に再開することが可能である。

図３において、ステップＳ１６〜Ｓ１９は、ＣＯセンサＳａのヒートクリーニング中に、バーナ３の駆動燃焼の割込みが発生した場合の手順を示している。これら一連の手順は、前述したステップＳ３，Ｓ４，Ｓ１２，Ｓ１３と同様であり、排ガスパージが不足する虞のある場合には、排ガスパージ時間が延長され、排ガスパージが不足しないようにし得るなど、前述したのと同様な作用が得られる。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る燃焼装置、および給湯装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

上述した実施形態では、本発明でいう「モータ出力対応データ」として、ファン用モータの駆動電流を用いているが、本発明はこれに限定されず、他のパラメータを用いることもできる。具体例として、ファン用モータの駆動電圧を用いることも可能である。すなわち、ファン用モータの駆動電圧は、ファンの負荷が増大するとその電圧は低下する。これとは反対に、ファンの負荷が減少すると、前記電圧は高くなる。したがって、このような電圧をモータ出力に対応するパラメータし、この電圧に基づいて排ガスパージが適切になされているか否かを判断することが可能である。本発明でいう「モータ出力対応データ」は、ファン用モータの出力に対応して値が変化するデータであればよく、モータの出力（電力）そのものの値であってもよい。

ファンおよびファン用モータの種類は限定されない。ＣＯセンサは、ＣＯ濃度に対応するセンサ出力が可能なものであればよく、その具体的な構成は問わない。バーナとしては、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。本発明に係る燃焼装置は、必ずしも給湯装置用でなくてもよく、たとえば暖房用や焼却炉用などの燃焼装置として構成することもできる。

Ｃ 燃焼装置
ＷＨ 給湯装置
Ｓａ ＣＯセンサ
Ｍ ファン用モータ
１ 熱交換器
２ 制御部
３ バーナ
４ ファン

Claims (6)

1. バーナと、
   このバーナにより発生された燃焼ガスの排気経路に配されているＣＯセンサと、
   このＣＯセンサのゼロ点補正処理を前記バーナの駆動停止期間中において間欠的に実行する制御部と、
   前記ゼロ点補正処理に先立って前記排気経路に向けてエアを送風し、前記排気経路の排ガスパージを行なうことが可能であり、かつファン用モータによって駆動されるファンと、
   を備えている、燃焼装置であって、
   前記制御部は、前記ファン用モータの出力に対応して値が変化するモータ出力対応データを監視可能であるとともに、
   前記排ガスパージの実行時における前記ファン用モータの出力が所定の第１の基準に満たないことにより、前記モータ出力対応データが所定の第１の範囲内にあるときには、前記ファン用モータの出力が前記第１の基準以上であるときよりも排ガスパージ量を多くする条件で前記ファンを駆動させるように構成されていることを特徴とする、燃焼装置。
2. 請求項１に記載の燃焼装置であって、
   前記排ガスパージ量を多くする条件は、前記ファン用モータの出力が前記第１の基準以上であるときと比較して、前記排ガスパージの時間を長くとること、および前記ファンの回転速度を速めることの少なくとも一方である、燃焼装置。
3. 請求項１または２に記載の燃焼装置であって、
   前記制御部は、前記排ガスパージの実行時における前記ファン用モータの出力が、前記第１の基準よりも低い所定の第２の基準に満たないことにより、前記モータ出力対応データが所定の第２の範囲内にあるときには、前記排ガスパージに引き続く前記ゼロ点補正処理を実行しないように構成されている、燃焼装置。
4. 請求項３に記載の燃焼装置であって、
   前記制御部は、前記モータ出力対応データが前記第２の範囲内にあるときには、その後に所定の待機時間が経過してから再度の前記排ガスパージおよびこれに引き続く前記ゼロ点補正処理を試みる制御を実行するように構成されている、燃焼装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の燃焼装置であって、
   前記モータ出力対応データとして、前記ファン用モータの駆動電流または駆動電圧の値が用いられている、燃焼装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の燃焼装置と、
   この燃焼装置によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なう湯水加熱用の熱交換器と、
   を備えていることを特徴とする、給湯装置。

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