JP2775181B2 - 燃焼機器の不完全燃焼検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、COセンサを利用した燃焼機器の不完全燃焼
検出装置に関する。

（従来の技術） この種の不完全燃焼検出装置においては、燃焼室の下
流側に接続した排気通路内に半導体を用いたCOセンサを
設け、このCOセンサの抵抗値の変化により不完全燃焼に
ともないCO濃度の増大を検出するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 半導体を用いたCOセンサの抵抗値は、CO濃度のみなら
ず検出時の温度によっても影響を受ける。一方、排気通
路内の温度はバーナの加熱量すなわちバーナへの燃料供
給量の増大に応じて、例えば第６図に示すように、最低
値H1から最高値h0まで変化するので、排気通路内に設け
るCOセンサの温度も同様に変化する。これにより実際の
CO濃度が変化しなくても、COセンサの抵抗値変化により
検出される見せかけのCO濃度は燃料供給量の変化に応じ
て変化する。従って上記従来技術では、バーナへの燃料
供給量が一定ならば相当な精度でCO濃度を検出すること
ができるが、燃料供給量が変化すればCO濃度の検出精度
が低下する。

本発明はこのような問題を解決して、バーナへの燃料
供給量が変化してもCO濃度を精度よく検出することがで
き、しかも構造が簡単な燃焼機器の不完全燃焼検出装置
を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） このために、本発明による燃焼機器の不完全燃焼検出
装置は、第１図〜第６図に例示するごとく、燃焼室12内
に設けたバーナ20と、このバーナに連結された燃料供給
管21の途中に設けた比例電磁弁22と、この比例電磁弁へ
の電流を制御して前記バーナ20への燃料供給量を制御す
る制御手段１と、前記燃焼室12の下流側に接続した排気
通路13内に設けられたCOセンサ31と、このCOセンサによ
り検出されたCO濃度を異常判定限度値と比較して同CO濃
度が同異常判定限度値を越えれば警告を発するCO濃度比
較手段２を備えてなる燃焼機器の不完全燃焼検出装置に
おいて、前記バーナ20への燃料供給量の増減に応じて前
記異常判定限度値を変化させる限度値演算手段３を備え
たことを特徴とするものである。

前記限度値演算手段３は、前記比例電磁弁22への印加
電流の増減に応じて前記異常判定限度値を変化させるよ
うにするのがよい。

（作用） CO濃度比較手段２は、COセンサ31により検出されたCO
濃度を限度値演算手段３により演算された異常判定限度
値と比較して、このCO濃度が同異常判定限度値を越えれ
ば警告を発する。COセンサ31の温度は排気通路13内の温
度の影響を受け、一方排気通路13内の温度はバーナ20へ
の燃料供給量の増大に応じて上昇するので、COセンサ31
から出力される見せかけのCO濃度は、燃料供給量の増大
に応じて実際のCO濃度に対し変化した値となる。しかし
ながら、限度値演算手段３はバーナ20への燃料供給量の
増減に応じて前記異常判定限度値を変化させるので、上
述のごとく見せかけのCO濃度が変化するにもかかわら
ず、実際のCO濃度が所定の限度を越えたときにCO濃度比
較手段２が警告を発するようにすることができる。

限度値演算手段３が、比例電磁弁22への印加流の増減
に応じて異常判定限度値を変化させるようにしたもので
も、同様に実際のCO濃度が所定の限度を越えたときに、
CO濃度比較手段２が警告を発するようにすることができ
る。

（発明の効果） 上述のごとく、本発明によれば、バーナへの燃焼供給
量の変化の影響を受けることなく、実際のCO濃度が所定
の限度を越えたときに警告が発せられるので、CO濃度を
精度よく検出することができ、また温度センサなどの特
別な検出素子を必要としないので、燃焼機器の不完全燃
焼検出装置の構造を簡略化することができる。

また、比例電磁弁への印加電流に基づいて異常判定限
度値を演算するようにしたものによれば、限度値演算手
段が簡略化される。

（実施例） 添付図面は、本発明を瞬間ガス湯沸器に適用した場合
の予備的な実施例を示す。

第１図に示すごとく、瞬間ガス湯沸器の内胴10には、
燃焼室12を形成する下半部内にガスバーナ20が設けら
れ、この燃焼室12の上側には給水管15と給湯管16の間に
接続された熱交換器17が設けられ、内胴10の上端部は排
気筒11に接続されている。ガスバーナ20には比例電磁弁
22を設けたガス供給管21により燃料ガスが供給され、内
胴10内には下側に設けたファン14により燃焼用空気が供
給される。給湯管16には、中間に湯温センサ18が、また
先端に給湯栓19が設けられている。内胴10内の熱交換器
17よりも上側の部分と排気筒11により排気通路13が形成
される。

排気通路13内には、雰囲気のCO濃度により抵抗値が変
化する半導体を用いたCOセンサ31と、このCOセンサ31を
加熱するヒータ32よりなる排ガスセンサユニット30が設
けられ、また温度により抵抗値が変化する温度センサ33
が設けられている。COセンサ31とヒータ32は一体的に構
成されている。またこの排ガスセンサユニット30と温度
センサ33は、互いに接近して共通の保護金網内に設ける
ことが望ましい。

次にこの瞬間ガス湯沸器の制御装置を、第２図に示す
制御回路により説明する。この制御装置の主体である電
子制御装置40は、マイクロプロセッサ、読出し専用メモ
リ（ROM）、書込み可能メモリ及びインターフェイスよ
りなるマイクロコンピュータである。この電子制御装置
40は、出湯量が変化しても湯温センサ18により検出され
る湯温が操作器（図示省略）により設定された出湯温度
となるように比例電磁弁22の開度を制御し、COセンサ31
の抵抗値変化により検出される排気通路13内のCO濃度
が、以下に詳述するごとく温度センサ33により検出され
る排気通路13内の温度に応じて演算した異常判定限度値
を越えれば、警告を発して比例電磁弁22または主電磁弁
（図示省略）を閉じるものである。なお電子制御装置40
は、一定の周期でヒータ32に電圧を印加してCOセンサ31
の温度を周期的に変化させ、また燃料ガス供給量に応じ
た量の燃焼用空気を供給するように、比例電磁弁22の開
度の制御と関連してファン14の回転速度も制御してい
る。電子制御装置40のROMには、これらの動作を行うた
めの制御プログラムが記憶されている。

第２図に示すごとく、ヒータ32の一端は＋Ｅ（例えば
５ボルト）の電源に接続され、他端はトランジスタ43及
び抵抗46を介して接地されている。トランジスタ43のベ
ースに出力側が接続された演算増幅器42は、−入力側が
トランジスタ43のエミッタに接続され、＋入力側には電
子制御装置40からD/A変換器41を介して出力される電圧
が抵抗44と45により分圧されて与えられる。抵抗46の端
子間電圧は抵抗45の端子間電圧と同一となるので、ヒー
タ32への印加電圧は電子制御装置40からD/A変換器41へ
の出力電圧信号より制御される。

COセンサ31は、一端が＋Ｅ電源に接続され、他端が抵
抗47を介して接地され、この両者31と47の中間点は電子
制御装置40に接続されている。これによりCOセンサ31の
抵抗値の変化により検出される排気通路13内のCO濃度
は、電圧信号として電子制御装置40に入力される。

温度センサ33は、一端が接地され、他端が抵抗35を介
して＋Ｅ電源に接続され、この両者33と35の中間点は電
子制御装置40に接続されている。これにより温度センサ
33の抵抗値の変化により検出される排気通路13内の温度
は、電圧信号として電子制御装置40に入力される。

比例電磁弁22は、ヒータ32と同様、一端が＋Ｅ電源に
接続され、他端はトランジスタ52及び抵抗55を介して接
地され、トランジスタ52には演算増幅器51が接続されて
いる。抵抗55の端子間電圧は抵抗54の端子間電圧と同一
となるので、比例電磁弁22への印加電圧は電子制御装置
40からD/A変換器50への出力電圧信号より制御される。

電子制御装置40は、前述のごとく、多くの動作を行
う。

先ず電子制御装置40は、第３図の（ｄ）に示すごと
く、それぞれ所定長の第１期間T1（例えば20秒間）と第
２期間T2（例えば40秒間）を時間的に交互に設定し、D/
A変換器41、演算増幅器42及びトランジスタ43を介して
ヒータ32に、第１期間T1には一定の高い電圧vh（例えば
５ボルト）を印加し、第２期間T2には電圧を印加しな
い。なお、第２期間T2における印加電圧は、０とする代
わりに一定の低い電圧としてもよい。

これによりCOセンサ31の温度は、第３図の（ｂ）に示
すごとく、ヒータ32に高い電圧vhが印加される第１期間
T1には次第に上昇し、電圧が印加されない第２期間T2に
は次第に低下してある温度に収斂する。なお第２期間T2
はこのような収斂が実質的に終了するだけの時間として
おく。この収斂温度は、第５図に示すごとく、排気通路
13内の温度に応じて最高値H0（例えば150℃）から最低
値H1まで変化する。COセンサの抵抗値はCO濃度のみなら
ず検出時の温度（収斂温度）によっても影響を受けるの
で、この収斂温度におけるCOセンサ31から電子制御装置
40への出力電圧は、実際のCO濃度が変化しなくても、排
気通路13内の温度の影響を受けて変化する。

これを具体的に説明すれば、排気通路内のCO濃度が所
定値（例えば50ppm）であれば、第４図の実線Ｖに示す
ごとく、収斂温度におけるCOセンサ31から電子制御装置
40への出力電圧は、燃料供給量が最大でCOセンサ収斂温
度がH0の場合にはV0であるが、COセンサ収斂温度が低下
するCOセンサ31の抵抗値が増大するので、次第に減少す
る。これに対し、電子制御装置40は、温度センサ33から
入力した排気通路13内の温度（COセンサ31の収斂温度と
実質的に同じ）に基づき、第４図の実線Ｅに示すごと
く、排気通路内温度がH0の場合にはE0（例えばCO濃度が
100ppmの場合のCOセンサ31の出力電圧値）となり、排気
通路内温度の低下にともないCOセンサ31からの出力電圧
の減少と比例的に減少するように、異常判定限度値を演
算する。例えば燃料供給量の減少によりCOセンサ収斂温
度及び排気通路内温度がH0からHaに低下すれば、第４図
に示すごとく、COセンサ出力ＶはV0からVaに減少し、異
常判定限度値ＥはE0からEaに減少する。

これを第３図において説明すれば、時点taにおいて燃
料供給量が減少すれば、（ａ）に示すごとく排気通路13
内の温度はH0からHaに低下し、（ｂ）に示すごとくCOセ
ンサ31の収斂温度はH0からHaに低下し、また（ｃ）に示
すごとくCOセンサ31の出力電圧の収斂値はV0からVaに減
少し、異常判定限度値はE0からEaに減少する。

電子制御装置40は、第２期間T2の終了より少時間dt
（例えば２秒間）前の各時点t1,t2,t3‥‥におけるCOセ
ンサ31の出力の収斂値を入力し、これを前述のようにし
て演算した異常判定限度値と比較し、COセンサ31の出力
の収斂値が限度値を越えれば、警告信号を発して警報器
（図示省略）を作動させ、または比例電磁弁22もしくは
主電磁弁（図示省略）を閉じる。前述のごとく、各時点
t1,t2,t3‥‥におけるCOセンサ31から電子制御装置40へ
の出力電圧Ｖは排気通路13内の温度変化の影響を受けて
変化するが、電子制御装置40はこの温度変化による出力
電圧Ｖの変化と比例的に変化するように異常判定限度値
Ｅを演算し、この異常判定限度値ＥをCOセンサ31の出力
電圧Ｖが越えれば警告を発するようにしたので、この警
告は燃料供給量の変化による温度変化の影響を受けるこ
となく、排気通路13内の実際のCO濃度と正確に対応して
行われる。従って、警報器の作動や、比例電磁弁22また
は主電磁弁の閉止は殆ど誤差をともなうことなく正確に
行われる。

上記予備的な実施例においては、温度センサ33により
直接検出した排気通路13内の温度に基づいて異常判定限
度値Ｅを演算している。これに対し本発明は、バーナ20
への燃料供給量従って比例電磁弁22の開度と排気通路13
内の温度とは比例関係にあることに着目し、これにより
温度センサ33を不要として燃焼機器の不完全燃焼検出装
置の構造を簡略化したものである。

この実施例の全体構成は図１に示すものから温度セン
サ33を除いたものであり、回路図は図２に示すものから
温度センサ33と抵抗35を除いたものである。また電子制
御装置40は、比例電磁弁22への印加電流、より具体的に
は電圧印加信号を発生するD/A変換器50に対する出力電
圧信号、と所定の比例関係にある異常判定限度値を演算
して、COセンサ31により検出された排気通路13内のCO濃
度がこの異常判定限度値を越えれば警告を発するなどの
作動を行う。これらの点を除き、この実施の形態は前述
した予備的実施例と同じである。このような異常判定限
度値はバーナ20へのガス供給量、従って排気通路13内の
温度に比例して変化するものであり、図４の実線Ｅと一
致するように実験的に定める。

電子制御装置40は前述の予備的実施例の場合と同様、
COセンサ31の出力の収斂値を入力し、これを上述のよう
にして演算した異常判定限度値と比較し、COセンサ31の
出力の収斂値がこの限度値を越えれば、警告信号を発し
て警報器を作動させ、または比例電磁弁22もしくは主電
磁弁（図示省略）を閉じる。COセンサ31から電子制御装
置40への出力電圧は排気通路13内の温度変化の影響を受
けて変化する。しかしこの実施例によれば、上述のよう
に異常判定限度値も排気通路13内の温度に比例して変化
するので、警報機の作動または比例電磁弁22等を閉じる
作動は燃料供給量の変化による温度変化の影響を受ける
ことなく、排気通路13内の実際のCO濃度と正確に対応し
て行われる。また温度センサなどの特別な検出素子を必
要としないので、燃焼機器の不完全燃焼検出装置の構造
が簡単となる。更に異常判定限度値の演算は、比例電磁
弁への印加電流に基づいて行っており、その演算は簡単
であるので、限度値演算手段が簡略化される。

また、上記実施例では比例電磁弁22として、通常は閉
で印加電流の増大に応じて開度が大となる特性のものを
使用したが、これと逆の特性のものを使用することもで
きる。この場合は電子制御装置40は、D/A変換器50に対
する出力電圧信号と逆比例的関係にある出力電圧信号
を、D/A変換器41に与えるようにする。

なお上記実施例では、COセンサ31として、ヒータ32に
より周期的に加熱され、非加熱時の温度が収斂する時点
においてCO濃度を検出するようにしたものを採用してお
り、これによれば検出精度を一層高めることができる
が、本発明は連続的にCO濃度を検出する通常のCOセンサ
を使用して実施することもできる。

また本発明は、実施例のような瞬間ガス湯沸器に限ら
ず、各種の燃焼機器に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による燃焼機器の不完全燃焼検出装置
の予備的な実施例を示し、第１図は全体の構成図、第２
図は制御装置の回路図、第３図は作動状態の説明図、第
４図は排気通路内温度に対するCOセンサ出力及び異常判
定限度値の特性図、第５図は排気通路内温度に対するCO
センサ温度を示す図、第６図は燃料供給量に対する排気
通路内温度を示す図である。 符号の説明 １……制御手段、２……CO濃度比較手段、３……限度値
演算手段、12……燃焼室、13……排気通路、20……バー
ナ（ガスバーナ）、21……燃料供給管（ガス供給管）、
22……比例電磁弁、31……COセンサ、33……温度セン
サ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室内に設けたバーナと、このバーナに
   連結された燃料供給管の途中に設けた比例電磁弁と、こ
   の比例電磁弁への印加電流を制御して前記バーナへの燃
   料供給量を制御する制御手段と、前記燃焼室の下流側に
   接続した排気通路内に設けられたCOセンサと、このCOセ
   ンサにより検出されたCO濃度を異常判定限度値と比較し
   て同CO濃度が同異常判定限度値を越えれば警告を発する
   CO濃度比較手段を備えてなる燃焼機器の不完全燃焼検出
   装置において、前記バーナへの燃料供給量の増減に応じ
   て前記異常判定限度値を変化させる限度値演算手段を備
   えたことを特徴とする燃焼機器の不完全燃焼検出装置。
2. 【請求項２】前記限度値演算手段は前記比例電磁弁への
   印加電流の増減に応じて前記異常判定限度値を変化させ
   るようにした請求項１に記載の燃焼機器の不完全燃焼検
   出装置。