JP3487975B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、給湯器や風呂釜等のバ
ーナ燃焼式の燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図11には燃焼装置として一般的な給湯器
の模式構成が示されている。同図において、器具ケース
１内には器具本体２が収容されている。器具本体２の燃
焼室３の下方側には複数のバーナを配列してユニット化
したバーナ装置４が設置されており、このバーナ装置４
の下方側には給排気用の燃焼ファン５が設置されてい
る。バーナ装置４の各バーナのガス導入口にはノズル６
が対向配置されており、このノズル６に、ガス供給通路
７を介して燃料ガスが供給されている。このガス供給通
路７には通路の開閉を行うガス弁としての電磁弁８と、
バーナ装置４へのガス供給量を開弁量によって制御する
燃料供給調整手段としての比例弁10が組み込まれてい
る。

【０００３】燃焼室３の上方側には給湯熱交換器11が設
置されており、この給湯熱交換器11の入側には給水管12
が接続され、また、給湯熱交換器11の出側には給湯管13
が接続されている。給水管12には給水温度を検出する入
水温度センサ14と、入水流量を検出する流量センサ15が
設けられており、給湯管13側には給湯温度を検出する出
湯温度センサ16が設けられている。また、給湯熱交換器
11の下流側の排気室には排気ガス中のＣＯ（一酸化炭
素）濃度を検出するＣＯセンサ９が設けられている。

【０００４】この種の器具の燃焼運転は制御装置17によ
って行われており、この制御装置17には、通常、給湯温
度の設定や、この設定された温度の表示等を行うリモコ
ン（図示せず）が接続されている。前記制御装置17には
バーナ装置４の燃焼量制御を行う燃焼制御部と、燃焼量
に見合う空気風量をバーナ装置４に供給すべく燃焼ファ
ン５の回転制御を行う風量制御部と、ＣＯセンサ９のＣ
Ｏ濃度検出値を受けて燃焼状況をモニタし、ＣＯ濃度検
出値が予め与えた危険濃度に達したときに、バーナ装置
４の燃焼を強制的に停止するＣＯ安全動作部とが備えら
れている。

【０００５】なお、図中、18は燃料ガスの点火を行うイ
グナイタ電極、20はバーナ装置４の火炎を検出するフレ
ームロッド電極、21は燃焼ファン５の回転検出を行うホ
ールＩＣ等のファン回転検出センサ、22は器具ケース１
の壁面等に設けられる吸気口として機能するルーバ、19
はバーナ４に向かう風圧を均圧化するパンチングメタル
（必要に応じ設けられる）である。

【０００６】この種の器具では、給湯管13の先端側に設
けられる給湯栓（図示せず）が開けられると、給水管12
から水が入り込み、この水の流れが流量センサ15により
検出されたときに、制御装置17は、燃焼ファン５を回転
し、電磁弁８と比例弁10を開け、イグナイタ電極18を駆
動して点火を行う。そして、フレームロッド電極20が炎
を検知したことを確認して、燃焼制御部は比例弁10の開
弁駆動電流を制御し、出湯温度が設定温度になるように
ガス供給量（比例弁10の開弁量）を制御し、風量制御部
はこのガス供給量に見合う空気を供給すべく、燃焼ファ
ン５の回転制御を行う。

【０００７】湯の使用が終わって給湯栓が閉められる
と、給湯熱交換器11への通水が停止し、流量センサ15の
信号により水の流れの停止が検出されたときに、電磁弁
８が閉じられ、その後、燃焼室３内の排気ガスの排出が
ほぼ終了するポストパージ期間が経過したときに、燃焼
ファン５の回転が停止され、次の出湯に備えられる。な
お、ＣＯ安全動作部は、燃焼運転中に、常時ＣＯセンサ
９のＣＯ検出信号を受けて、排気ガス中のＣＯ濃度をモ
ニタし、ＣＯ検出濃度が危険濃度に達したときに、バー
ナ装置の燃焼を停止してＣＯガスに対する安全を図る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般に、燃焼ファン５
による空気風量Ｑと、排気ガス中のＣＯ濃度との間に
は、図12に示すような関係がある。この図で、横軸のＡ
区間は、風量オーバーにより、バーナの火炎がリフト現
象（浮き上がり現象）を起こして風量の増加に伴いＣＯ
濃度が増加する。横軸のＢ区間は適性空気比の区間で、
燃料ガスの炭素成分が燃焼により、まず、ＣＯガスに変
化し、さらにＣＯ₂ ガスに変化し、ガスが完全燃焼して
ＣＯ濃度がほぼ零か極めて小さい良好な燃焼を維持す
る。

【０００９】横軸のＣ区間は、風量の不足区間で、風量
が少なくなるに連れ、不完全燃焼によるＣＯが発生し、
このＣＯからＣＯ₂ に変化する割合が減少し、ＣＯ濃度
が増加する。Ｄ区間はさらに風量が不足状態の区間であ
り、この区間では、不完全燃焼がさらに進み、ガスの炭
素成分がＣＯにならずにそのまま煤となって発生する現
象が起きる。Ｅ区間は、風量が極めて少ない区間を示
し、この区間では、空気が甚だしく不足し、反応温度85
0 ℃以下ともなると、その煤の発生量は増大し、さらに
風量が少なくなるに連れ、未燃分（Ｈ₂ やＣｍＨｎ等）
が増えてくる。

【００１０】従来においては、排気ガス中のＣＯ濃度に
適正ＣＯ濃度範囲と危険濃度の値を設定し、排気ガス中
の検出ＣＯ濃度が適正ＣＯ濃度範囲の上限リミットを越
えたときに、ＣＯ濃度が適正ＣＯ濃度範囲に入るように
風量制御を行い、ＣＯ検出濃度が危険濃度に達したとき
に、燃焼停止等のＣＯ安全動作を行うようにしている。

【００１１】ところで、上記のようにＣＯ濃度を検出し
てバーナ装置４の燃焼状態の評価を行う従来の方式は、
燃焼状態の評価を正確に行うことができないという問題
がある。例えば、バーナ装置４の燃焼状態が悪化してい
て、かなり多量のＣＯガスが発生すると、ＣＯ濃度を低
減する方向に燃焼ファン５から多量の空気が供給される
ことによって、多量に発生したＣＯガスはその多量に供
給される空気によって薄められ、排気ガス中で検出され
るＣＯ濃度は低い値となるが、燃焼改善のためにＣＯ濃
度が低減したのか、ＣＯガスが空気で薄められたために
燃焼改善がされていないのに見かけ上ＣＯ濃度が低減し
たのかが分からず、バーナ装置の燃焼状態の評価を正確
に行うことができない結果となる。

【００１２】従来例では、バーナの燃焼状態をＣＯ濃度
で評価するため、実際のバーナ装置からのＣＯ発生量は
殆ど考慮されず、ＣＯ発生量が大きくなっていても、排
気ガス中のＣＯ濃度が低ければ良いという発想であるた
め、ＣＯ発生量自体を少なくしようとする燃焼制御方式
が採られていない。このために、バーナ装置から発生す
るＣＯ総発生量は野放し状態となり、環境汚染の上でも
問題があった。

【００１３】さらに、従来では、排気ガス中のＣＯ濃度
が低ければ安全上特に支障はないものと考えられている
が、実際には、ＣＯ濃度が低くても、バーナ装置から多
量のＣＯガスが発生している場合が想定され、このよう
な場合、排気経路に何らかの原因で隙間等が生じ、この
隙間等から室内に排気ガスがは入り込むような場合に
は、バーナ装置で発生した多量のＣＯガスが室内に入り
込むこととなり、排気経路におけるＣＯ検出濃度と、室
内のＣＯ濃度とが必ずしも合致するとは限らず、室内の
ＣＯ濃度が高くなる場合が想定され、このような場合に
は、安全性の上でも非常に危険であった。

【００１４】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、バーナ装置の燃焼状
態の評価を正確に行うことができ、ＣＯガスの総発生量
を少なくして環境保護を図ることができると共に、ＣＯ
安全の信頼性を高めることができる燃焼装置を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、バーナ装置と、このバーナ装置への燃料供給量
を調整する燃料供給調整手段と、バーナ装置に空気を供
給する燃焼ファンと、排気ガス中のＣＯ濃度を検出する
ＣＯセンサとを備えた燃焼装置において、前記燃焼ファ
ンによってバーナ装置へ供給される空気風量を検出する
風量検出手段と、バーナ装置への燃料供給量を検出する
燃料供給量検出手段（アウトプットからの逆算出による
推測も含む）と、少なくとも単位量の燃料を燃焼させる
ときの単位理論空気量と単位理論排ガス量と単位発生水
蒸気量との基礎データが格納されている基礎データメモ
リと、前記燃料供給量検出手段によって検出される燃料
供給量と前記基礎データに基づき供給燃料が燃焼すると
きの理論必要空気量と理論排ガス量と発生水蒸気量とを
求める理論燃焼データ検出部と、前記ＣＯセンサによっ
て検出される排気ガス中のＣＯ濃度と前記理論燃焼デー
タ検出部で検出されるデータと前記風量検出手段によっ
て検出される風量との情報に基づき排気ガス中のＣＯ総
発生量を求めるＣＯ総量演算部とを有することを特徴と
して構成されている。

【００１６】また、ＣＯ総発生量に許容設定値が与えら
れ、ＣＯ総量演算部で求められたＣＯ総発生量が前記許
容設定値を越えたときに直前の燃焼制御の状態をチェッ
クし、そのチェック結果に基づきＣＯ総発生量を低減す
る動作として予め与えられている複数区分の動作のうち
どの動作を行うかを判断する次動作判断部が設けられて
いること、前記ＣＯ総発生量に上限リミット設定値が与
えられ、ＣＯ総量演算部で求められたＣＯ総発生量が前
記上限リミット設定値を越えたときに警報信号を出力す
る危険判断部を有すること、前記警報信号を受けて燃焼
量のダウン制御を行う燃焼量ダウン制御部が設けられて
いること、前記警報信号を受けて燃焼停止を行うＣＯ安
全動作部が設けられていること、前記警報信号を受けて
燃焼停止がされた回数をカウントするカウンタを設け、
カウンタのカウント値が予め設定した設定回数に達した
ときに、所定の時間燃焼使用を阻止する燃焼停止ロック
手段を設けたことも本発明の特徴とするところである。

【００１７】

【作用】上記構成の本発明において、燃焼装置の燃焼運
転中に、排気ガス中のＣＯ濃度がＣＯセンサにより時々
刻々検出される。その一方で、風量検出手段によって燃
焼ファンの風量が検出され、燃料供給量検出手段によっ
てバーナ装置に供給される燃料供給量が検出される。こ
の検出された燃料供給量と基礎データメモリに格納され
ているデータを用いて前記供給燃料が燃焼するときの理
論必要空気量と理論排ガス量と発生水蒸気量とが理論燃
焼データとして理論燃焼データ検出部で検出される。そ
して、検出された風量と、ＣＯセンサのＣＯ検出濃度
と、理論燃焼データに基づいて、ＣＯ総量演算部によっ
て排気ガス中のＣＯ総発生量が演算により求められる。

【００１８】そして、このＣＯ総量演算部により求めら
れたＣＯ総発生量が空気比制御が行われている器具にお
いて許容設定値を越えたときに燃焼異常と判断され、次
動作判断部により直前の燃焼制御状態のチェックが行わ
れ、そのチェック結果に基づき、ＣＯ総発生量を低減す
る複数の動作のうち最も適した１つが選択され、その選
択されたＣＯ総発生量の低減動作が行われる。

【００１９】このＣＯ総発生量の低減動作によりＣＯ総
発生量の低減効果が得られたときには、その制御動作条
件で燃焼運転が継続されるが、ＣＯ総発生量の低減効果
が得られず、ＣＯ総発生量が予め与えられる上限リミッ
ト設定値を越えたときには、危険判断部により警報信号
が出力され、この警報信号を受けて、燃焼量のダウン制
御を行ったり燃焼停止を行う等の、燃焼性改善やＣＯ安
全の動作が行われる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略す
る。本実施例の燃焼装置は前記図11に示すものと同様な
構成を備えた給湯器を対象にしており、本実施例におい
て最も特徴的なことは、バーナ装置４で発生するＣＯガ
スの総発生量を求め、このＣＯ総発生量に基づいて燃焼
状態を評価し、燃焼や風量の制御、ＣＯ安全動作等を行
うように構成したことであり、それ以外の構成は従来例
と同様である。

【００２１】図１は本実施例の主要部の構成を示すブロ
ック図で、風量検出手段23と、ＣＯ総量演算部24と、フ
ァン制御部25と、危険判断部26と、燃焼制御部27と、Ｃ
Ｏ安全動作部28と、燃焼停止ロック手段29と、燃料供給
量検出手段40と、基礎データメモリ41と、理論燃焼デー
タ検出部42と、次動作判断部43とを有して構成されてい
る。

【００２２】風量検出手段23は、燃焼ファン５からバー
ナ装置４に供給される空気風量を検出するもので、様々
な形態に構成できる。例えば、第１の構成例として、図
２に示すように、仕事量測定部30と、ファン回転数測定
部31と、給気温度測定部32と、コイル温度測定部33と、
メモリ34と、ファン風量演算部35と、ファン風量補正部
36とを有して構成できる。この構成例では、メモリ34に
は図３に示すような排気ガス通路の閉塞率とファン回転
数をパラメータとした燃焼ファンの仕事量（この仕事量
は、燃焼ファンの駆動電流又は燃焼ファンの駆動電力に
よって与えられる）と、風量との関係を示す風量特性デ
ータが記憶されている。仕事量測定部30は、燃焼ファン
５の駆動時における仕事量をファン駆動電流又はファン
駆動電力を検出することにより測定する。ファン回転数
測定部31はホールＩＣ等のファン回転検出センサ21によ
ってファン回転数を測定する。

【００２３】ファン風量演算部35は、メモリ34に記憶さ
れている風量特性データと照合して、仕事量測定部30で
測定された仕事量（ファン電流又はファン駆動電力）
と、ファン回転数測定部31で測定されたファン回転数に
よってファン風量を求め、その求めたファン風量の値を
ファン風量補正部36へ加える。

【００２４】給気温度測定部32は温度センサを用いて、
燃焼ファンの給気温度を測定する。コイル温度測定部33
は燃焼ファン５の通電部の温度、通常は電流検出用のコ
イル温度を検出測定する。ファン風量補正部36は給気温
度とコイル温度の情報を得てファン風量演算部35で求め
られたファン風量を補正する。すなわち、仕事量測定部
30で測定される電流や電力は通電部の温度が変化するこ
とにより力率が変化し、仕事量も変化する。この温度に
よる仕事量の変動に起因するファン変動風量を、給気温
度と通電後のコイル温度とを測定することにより補正し
て、ファン風量補正部36から正確なファン風量の値がＣ
Ｏ総量演算部24に加えられる。

【００２５】風量検出手段23の第２の構成例として、燃
焼ファン５のファン回転数を検出して、風量を間接的に
検出する構成のものとすることもできる。この場合に
は、例えば図４に示すように、ファン回転数と風量との
関係データを予め与えておき、ファン回転検出センサ21
で燃焼ファン５のファン回転数を検出し、この検出ファ
ン回転数に対応する風量を予め与えたデータから求める
ことができる。この場合、燃焼ファン５には温度依存性
があり、ファン回転数が一定回転であっても、温度によ
って風量が異なることとなり、正確な風量を検出する場
合には、図４に示すように、各温度Ｔ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ を
パラメータとしてファン回転数と風量との関係データを
与えておき、燃焼装置内に内部雰囲気温度を検出する温
度センサを設け、この検出温度に対応するデータを用い
ることで、正確な風量を検出できる。もちろん、ファン
回転数と風量との関係データを１つの代表温度のデータ
として与えておき、温度センサによって検出される燃焼
装置内の雰囲気温度に基づき、ファン回転数に対応する
風量の値を温度補正して求めるようにすることもでき
る。この場合には、ファン回転数に対応してデータから
求められる風量を温度補正する温度補正演算部が設けら
れることとなる。

【００２６】さらに、第３の風量検出手段23として、フ
ァン風量を直接検出する風量センサを用いることも可能
である。この場合には、図10の鎖線で示すように、例え
ば、バーナ装置４の下部側空間部と燃焼室３との間に通
路37を形成し、この通路37に風量センサ38を介設するこ
とにより構成される。この風量センサ38としては、熱線
式風速センサ、カルマン渦式風速センサ、差圧センサ等
を用いて構成でき、温度補償機能を内蔵した風量センサ
を用いることにより、燃焼ファン５の実風量を正確に検
出することが可能となる。本実施例では風量センサ38を
用いてバーナ装置４への風量（投入風量）を検出するよ
うにしている。

【００２７】基礎データメモリ41には燃料ガスが単位
量、この実施例では１Ｎｍ³ 燃焼させるときに必要な単
位理論空気量Ａ₀ （Ｎｍ³ ／（Ｎｍ³ 燃料ガス））の値
と、同じく燃料ガスを単位量燃焼させたときに発生する
単位理論排ガス量Ｇ₀ （Ｎｍ³／（Ｎｍ³ 燃料ガス））
の値と、同じく燃料ガスを単位量燃焼させたときに発生
する単位発生水蒸気量Ｇ_H2O （Ｎｍ³ ／（Ｎｍ³ 燃料ガ
ス））との値が実験あるいは理論演算等により求められ
て格納されている。

【００２８】燃焼供給量検出手段40はバーナ装置４に供
給される燃料のガス供給量を検出するもので、例えば、
比例弁10への開弁駆動電流を検出することによって、又
は燃焼制御部27で求められる要求燃焼熱量（出湯温度が
設定温度になるように入水の水を加熱する要求熱量の
値）を検出することや、入水温度、出湯温度の差と、そ
の水量から出熱量を算出し、熱交換効率の逆数を掛ける
ことによって、それぞれ燃料供給量を間接的に検出で
き、また、ガス供給通路７にガス流量センサを設けるこ
とにより、燃料供給量が直接的に検出可能となる。燃料
供給量検出手段40はこれらの適宜の手段を用いて構成さ
れる。

【００２９】理論燃焼データ検出部42は、前記基礎デー
タメモリ41に格納されているデータと、燃焼供給量検出
手段40で検出される燃料供給量のデータに基づき、バー
ナ装置４に供給される燃料を燃焼させるときの理論必要
空気量Ｖ_A0と、理論排ガス量Ｖ_EGと、発生水蒸気量Ｖ
_H2O とを演算により求める。理論必要空気量Ｖ_A0は、ガ
ス供給量Ｖ_F （Ｎｍ³ ／ｈ）に単位理論空気量Ａ₀ を掛
け算して、Ｖ_A0＝Ａ₀ ×Ｖ_F の演算により求められ、同
様に、理論排ガス量Ｖ_EGは、Ｖ_EG＝Ｇ₀ ×Ｖ_F の演算に
より求められ、同じく発生水蒸気量Ｖ_H2O は、Ｖ_H2O ＝
Ｇ_H2O ×Ｖ_F の演算により求められる。

【００３０】ＣＯ総量演算部24は、ＣＯセンサ９によっ
て検出される排気ガス中のＣＯ濃度の情報と、風量検出
手段23により検出される風量（バーナ装置４への投入空
気量）の情報と、理論燃焼データ検出部42で求められた
各理論燃焼データの情報に基づき、バーナ装置４の燃焼
によって生じるＣＯ総発生量の値を演算により算出す
る。

【００３１】図５は燃料ガスの燃焼反応モデルを模式的
に示したもので、投入空気量Ｖ_A と燃料ガス量Ｖ_F とが
バーナ装置４に供給されて燃焼反応が行われる。投入空
気量Ｖ_A は理論必要空気量Ｖ_A0と過剰空気量Ｖ_AE（Ｎｍ
³ ／ｈ）との和に等しく、この燃焼反応により、燃焼排
ガスＶ_EGが生成し、この燃焼排ガスＶ_EGと燃焼に寄与し
ない過剰空気量Ｖ_AEとが全排ガス量となって排気経路か
ら排出される。なお、過剰空気量Ｖ_AEは窒素ガス成分Ｖ
_N2と酸素成分Ｖ_O2との和であり、燃焼排ガスＶ_EGは二酸
化炭素成分Ｖ_CO2 と発生水蒸気量Ｖ_H2O とＣＯガス成分
Ｖ_COとの和として表される。

【００３２】排気ガス中のＣＯ濃度Ｒ_CO（ppm ）は、燃
焼排ガスＶ_EG中のＣＯガス成分Ｖ_COを発生水蒸気量Ｖ
_H2O を除いた全排ガス量で割った（１）式で与えられ
る。

【００３３】 Ｒ_CO＝Ｖ_CO／（Ｖ_EG−Ｖ_H2O ＋Ｖ_AE）＝Ｖ_CO／（Ｖ_CO2 ＋Ｖ_CO＋Ｖ_N2＋Ｖ_O2） ・・・・・（１）

【００３４】また、ＣＯ総発生量Ｖ_COは、ＣＯ濃度Ｒ_CO
に発生水蒸気量Ｖ_H2O を除いた全排ガス量を掛け算した
（２）式により求められる。

【００３５】 Ｖ_CO＝Ｒ_CO×（Ｖ_AE＋Ｖ_CO2 ＋Ｖ_CO）＝Ｒ_CO×｛Ｖ_A0×（Ｖ_A ／Ｖ_A0）−Ｖ_A0 ＋Ｖ_CO2 ＋Ｖ_CO｝＝Ｒ_CO×｛Ｖ_A0×（Ｖ_A ／Ｖ_A0）−Ｖ_A0＋Ｖ_EG−Ｖ_H2O ｝・・ ・・・（２）

【００３６】なお、（２）式中の（Ｖ_A ／Ｖ_A0）は空気
比を示している。この（２）式から分かるように、ＣＯ
総発生量Ｖ_COは風量検出手段23で検出される投入空気量
Ｖ_Aと、ＣＯセンサ９で検出されるＣＯ濃度Ｒ_COと、理
論燃焼データ検出部42で求められる理論必要空気量
Ｖ_A0、理論排ガス量Ｖ_EG、発生水蒸気量Ｖ_H2O の情報に
より求められることが分かる。

【００３７】ファン制御部25は燃焼ファン５のファン回
転制御を行う回路を備えており、この回路は、図６に示
すような燃焼量（比例弁の開弁駆動電流）と目標風量と
の関係データが与えられており、燃焼制御部27で求めら
れる燃焼量（要求燃焼熱量）のデータに基づき目標風量
を決定し、風量センサ38で検出される風量が目標風量に
一致するように燃焼ファン５のファン回転を制御して燃
焼量にマッチングした空気風量をバーナ装置４に供給す
る。

【００３８】次動作判断部43は、前記ＣＯ総量演算部24
で算出されたＣＯ総発生量が予め与えられている許容設
定値を越えたときに、その直前の燃焼制御状態をチェッ
クする。そして、そのチェックの結果、燃焼制御状態の
各場合に応じてＣＯ総発生量を減少するための複数に区
分されたシーケンス動作Ｃ₁ 〜Ｃ_n のうちからチェック
結果に最も整合（適合）する動作を選択し、その選択し
たシーケンス動作を行わせて燃焼改善を図る。

【００３９】危険判断部26には予めＣＯ総発生量の上限
リミット設定値が与えられており、ＣＯ総量演算部24で
求められたＣＯ総発生量が上限リミット設定値を越えた
ときに、ＣＯガスの総発生量が危険値に達したものと判
断し、警報信号が出力される。

【００４０】燃焼制御部27は従来例と同様に比例弁10の
開弁量を制御して、要求熱量に見合うガス量の供給制御
を行うが、この実施例では、さらに燃焼量ダウン制御部
が設けられ、危険判断部26から警報信号が加えたれたと
きに、比例弁10を絞って燃焼量をダウンする方向に制御
する。

【００４１】ＣＯ安全動作部28は危険判断部26から警報
信号を受けたときに、電磁弁（ガス弁）８を遮断してバ
ーナ装置４の燃焼停止を行い、ＣＯに対する安全を図
る。この場合、危険判断部26から警報信号が出力された
ときに直ちに燃焼停止を行う場合には、前記燃焼制御部
27による燃焼量ダウン制御は行われないこととなるが、
燃焼量ダウン制御とＣＯ安全動作部28の動作を連携させ
る場合には、危険判断部26から警報信号が出されたとき
に、まず、燃焼制御部27で燃焼量ダウン制御を行い、そ
の燃焼量ダウン制御を行っても再び危険判断部26により
警報信号が出力されたときにＣＯ安全動作部28を動作し
て燃焼停止を行うようにしてもよく、あるいは、危険判
断部26に第１の上限リミット設定値とそれよりも大きい
第２の上限リミット設定値を与えておき、ＣＯ総量演算
部24で求められたＣＯ総発生量が第１の上限リミット設
定値を越えたときに燃焼量ダウン制御を行い、ＣＯ総発
生量が第２の上限リミット設定値を越えたときにＣＯ安
全動作部28を作動させるようにしてもよい。

【００４２】燃焼停止ロック手段29は、カウンタを内蔵
し、前記ＣＯ安全動作部28による燃焼停止の回数をカウ
ントし、このカウント値が予め設定した設定回数に達し
たときに、所定の時間（例えば１時間）の間、燃焼運転
の指令が加えられてもこれを受け付けないようにして燃
焼停止状態をロックし、ロック停止時間が経過するまで
は給湯器の燃焼使用を阻止する動作を行う。

【００４３】一般に、燃焼停止が行われたときには、リ
モコン等によりリセット操作を行うか、あるいは電源プ
ラグを一旦抜いてから再び差し込むことにより、あるい
は給湯栓を一旦閉めてから再び開ける等することによ
り、リセット状態となって燃焼運転が開始できるが、危
険判断部26により燃焼運転が開始するごとに、その都度
危険判断が行われて警報信号が出力されるような場合に
は、リセット操作を行っても、所定の時間経過するま
で、すなわち、部屋内の空気が入れ換わる時間が経過す
るまでは、燃焼運転を再開できないようにしてＣＯに対
する安全を図るのである。

【００４４】次に、本実施例の動作を図７、図８および
図９のフローチャートに基づき説明する。図７で給湯栓
が開けられると、給水管12から給湯熱交換器11に水が入
り込み、この水の流れは流量センサ（フローセンサ）15
によってステップ101 で検出される。この流量センサ15
からの流水の検出信号を受けて燃焼ファン５が回転起動
され、点着火により燃焼が開始される。これら、ステッ
プ101 から103 までの動作は、通常の燃焼運転の動作と
同様である。

【００４５】次に、本実施例の特徴的な動作がステップ
104 以降において行われる。まず、ステップ104 では、
風量の検出が行われる。次に、ステップ105 でＣＯセン
サ９のＣＯ検出濃度が測定され、ステップ106 でＣＯ総
発生量が演算により求められる。

【００４６】ステップ107 では求められたＣＯ総発生量
が許容設定値を越えたか否かが判断される。ＣＯ総発生
量が許容設定値を下回るときには、ＣＯ総発生量が低い
レベルにあるので、良好な、かつ、安全な燃焼状態にあ
ると判断し、そのまま燃焼運転を継続する。これに対
し、ＣＯ総発生量が許容設定値以上であるときには、ス
テップ108 で異常の発生回数をカウンタ等を用いてカウ
ントする。そして、ステップ109 で次動作判断を行い、
ステップ109 でＣＯ絶対量の低減動作を行う。

【００４７】このステップ109 と110 の動作を詳細に示
したものが図８である。すなわち、ステップ109 では、
ＣＯ総発生量が許容設定値以上となって前記ステップ10
8 で異常がカウントされたときに、直前の燃焼運転の制
御状態をチェックする。本実施例では、ガス供給量、出
湯の水量、出湯温等の目標負荷が増加中であるか、同じ
状態での維持中であるか、減少中であるかを判断する。
それと同時に、風量センサ38で検出される検出風量が増
加中であるか同じ状態の維持中であるか減少中であるか
を判断する。そして、それらの各組み合わせにより区分
された複数のパターンのどのパターンに属するかを判断
する。

【００４８】この実施例では、目標負荷が増加中で検出
風量が増加中の場合を第１のパターンとし、目標負荷が
維持中で検出風量が増加中は第２のパターンとし、同じ
く目標負荷が維持中で検出風量が維持中の場合を第３の
パターンとし、同じく目標負荷が維持中で検出風量が減
少中の場合を第４パターンとし、目標負荷が減少中で検
出風量が減少中の場合を第５のパターンとして区分判別
する。そして、目標負荷の制御状態と検出風量との関係
から運転制御状態がどの区分パターンに属するかを判断
し、その判断した区分のパターンに対応する次動作を指
令する。

【００４９】ステップ110 では、前記ステップ109 で指
令された次動作のシーケンス動作を行ってＣＯ総発生量
の低減を図る動作を行う。すなわち、前記ステップ109
で目標負荷が増加中で検出風量が増加中と判断されて第
１の区分パターンの動作指令が出されたときには、ステ
ップ110 Ａ₁ 〜110 Ａ₆ の動作を行う。つまり、ステッ
プ110 Ａ₁ で目標負荷の安定するのを待つ動作状態とな
り、ステップ110 Ａ₂で目標負荷が安定したか否かを判
断する。

【００５０】目標負荷がガス量の場合には、例えば、比
例弁10に加えられる開弁駆動電流が安定したか否かで判
断し、目標負荷が給湯の水量の場合には流量センサ15で
検出される流量が安定したか否かで判断し、目標負荷が
出湯温の場合には出湯温度センサ16で検出される出湯温
度が安定したか否かで判断する。目標負荷が安定した場
合はステップ110 Ａ₃ でファン回転をアップし、目標負
荷の増加に対応させて風量を増加し、ＣＯ総発生量の低
減を図る。また、ステップ110 Ａ₂ で目標負荷が安定し
ない場合には一旦ステップ110 Ａ₄ でファン回転をアッ
プして燃焼空気の不足状態を解消した後、ステップ110
Ａ₅ でＣＯ総発生量の増加の原因調査を行うシーケンス
動作を動作させ、異常原因を突き止める。そして、ステ
ップ110Ａ₆ でその異常原因を解消する動作を行い、Ｃ
Ｏ総発生量の低減を図る。なお、ステップ110 Ａ₅ で動
作させる原因調査シーケンスは予め燃焼運転の制御部に
与えておく。

【００５１】目標負荷が維持中で検出風量が増加中の第
２のパターンでＣＯ総発生量が異常と判断されたときに
は、目標負荷が維持中であるにもかかわらず検出風量が
増加中のため、空気量の過剰によりＣＯ総発生量が増加
したものと判断しステップ110 Ｂのファン回転ダウン動
作を行う。また、目標負荷が維持中で検出風量が維持中
の第３のパターンでＣＯ総発生量が増加して異常と判断
されたときには、ステップ110 Ｃでファン回転のアップ
動作を行う。同様に、目標負荷が維持中で検出風量が減
少中である第４のパターンでＣＯ総発生量が増加した場
合にはステップ110 Ｄでファン回転をアップ制御する。
目標負荷が減少中で検出風量も減少中である第５のパタ
ーンでＣＯ総発生量が増加した場合にはステップ110 Ｅ
₁ 〜110Ｅ₆ のＣＯ総発生量の低減動作を行う。このス
テップ110 Ｅ₁ 〜110 Ｅ₆ の動作は前記ステップ110 Ａ
₁ 〜110 Ａ₆ の動作と同様である。

【００５２】ステップ111 ではＣＯ総発生量の低減動作
に効果があったか否かを判断する。つまり、ＣＯ総発生
量が許容設定値よりも低減したか否かを判断する。ＣＯ
低減効果があったときには、そのＣＯ低減動作を行う前
の燃焼運転の制御操作量の空気比をＣＯ発生量の低減動
作時の空気比に修正し、燃焼運転を継続する。

【００５３】これに対し、前記ステップ111 でＣＯ低減
効果がないと判断されたときには、ステップ115 で異常
のカウント値Ｎが設定値Ｘに達したか否かを判断し、異
常カウント値ＮがＸに達していないときにはステップ10
4 以降の動作を繰り返し行う。これに対し、異常カウン
ト値Ｎが設定値Ｘに達したときにはステップ116 でＣＯ
総発生量が上限リミット設定値を越えたか否かを判断す
る。ＣＯ総発生量が上限リミット設定値を下回るときに
は、ステップ104 以降の動作により燃焼運転をそのまま
継続し、ＣＯ総発生量が上限リミット設定値以上となっ
たときには、警報信号が出力される。そしてこの警報信
号を利用して、図９に示す各種の安全動作が行われる。

【００５４】図９の（ａ）の動作では、警報信号が出力
されたときに、ガス量（燃焼量）のダウン制御がステッ
プ117 で行われ、この燃焼量ダウン制御の後、図７のス
テップ116 でＣＯ総発生量が上限リミット設定値を下回
るようになったか否かを判断し、ＣＯ総発生量が上限リ
ミット設定値以上であるときには、ガス量のダウン制御
を繰り返し行い、ＣＯ総発生量をガス量ダウンによって
減少する方向に制御する。ＣＯ総発生量が上限リミット
設定値を下回ったときには、その状態で燃焼運転を継続
する。

【００５５】図９の（ｂ）のステップ118 では、前記図
７のステップ116 でＣＯ総発生量が上限リミット設定値
以上と判断されたときの警報信号を受け、ステップ119
で電磁弁（ガス弁）８を遮断し、ステップ120 で燃焼停
止を行う。ステップ121 では燃焼停止回数が設定された
設定回数になったか否かを判断する。燃焼停止回数が設
定回数にならない間は、ステップ122 で給湯栓が一旦閉
められたことを確認し、図７のステップ101 以降の運
転、つまり、再び給湯栓が開けられたときに、燃焼運転
を行う。これに対し、ステップ121 で燃焼停止回数が設
定回数に達したことが判断されたときには、ステップ12
3 で燃焼停止状態を所定の時間ロックし、このロックを
解除する設定時間が経過したときに、図７のステップ10
1 以降の動作を行い得るようにする。

【００５６】本実施例によれば、排気ガス中のＣＯ総発
生量を求めるように構成したものであるから、このＣＯ
総発生量の値によって、バーナ装置４の燃焼状態の良否
の評価を正確に行うことができる。

【００５７】また、そのＣＯ総発生量を利用して風量制
御と燃焼制御を行うことで、ＣＯ総発生量を最も低い値
にした状態で燃焼運転を行うことができるので、見かけ
上の濃度低減ではなく、バーナ装置４から発生するＣＯ
総発生量を低減させることができ、これにより、環境汚
染の影響を少なくしたクリーンな燃焼を達成できる。

【００５８】さらに、ＣＯ安全動作を行う上でも、ＣＯ
の総発生量が室内に入り込んだ場合を想定して燃焼停止
等の動作を行うので、その安全の精度が高められ、ＣＯ
濃度の値を利用してＣＯ安全を行う方式に比べ、そのＣ
Ｏ安全の信頼性を十分に高めることができる。

【００５９】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、風量
検出手段23として差圧センサや風速センサを用いる場合
には、例えば、図10に示すように、様々な区間に通路37
を設けることができる。

【００６０】さらに、上記実施例では、燃焼装置とし
て、単能給湯器（給湯機能のみの給湯器）を例にして説
明したが、本発明は、給湯と追い焚き、あるいは、給湯
と温水暖房等の両機能を備えた複合給湯器や、その他、
風呂釜、暖房機、冷房機、冷暖房機、空調機等の様々な
バーナを有する燃焼装置に適用されるものである。

【００６１】さらに、上記実施例では、燃焼ファン５を
押し込み方式としたが、これを吸い出し方式としてもよ
い。

【００６２】

【発明の効果】本発明は、排気ガス中のＣＯ総発生量
（バーナ装置で発生するＣＯ総発生量）を求める構成と
したものであるから、この求めたＣＯ総発生量を利用し
て、燃焼状態の評価を行うことにより、従来例のように
ＣＯ濃度によって燃焼状態の評価を行う場合の問題、つ
まり、ＣＯ濃度が低減しても、燃焼改善のために低減し
たのか、燃焼改善がされないにもかかわらず多量の空気
で薄められたために見かけ上ＣＯ濃度が低減したのかを
判断できないという問題を解消でき、燃焼状態の良否評
価を正確に行うことができる。

【００６３】また、ＣＯ総発生量が許容設定値を越えた
ときに、次動作判断部によりＣＯ総発生量を低減させる
最善のシーケンス動作が直前の燃焼制御状態のチェック
に基づき選択指令されるので、効率良くＣＯ総発生量の
低減動作を行わせることができ、ＣＯ総発生量が許容設
定値を越えたとしても、自己修正作用により、燃焼性能
を改善して、ＣＯ総発生量を低減するので、ＣＯに対す
る安全性の高い燃焼運転を行うことができるという優れ
た効果を奏する。

【００６４】さらに、ＣＯ総発生量の値を利用し、ＣＯ
総発生量が最低となるように風量制御を行うことによ
り、環境汚染の影響の少ないクリーンな燃焼を達成する
ことができ、また、ＣＯ総発生量に基づいてＣＯの安全
動作を行うことにより、ＣＯ安全の動作の精度が高めら
れ、ＣＯ安全動作の信頼性を十分に高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃焼装置の要部構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】風量検出手段の一構成例を示すブロック図であ
る。

【図３】風量の検出を行うために用いられる風量特性デ
ータの説明図である。

【図４】ファン回転数と風量との関係を示すグラフであ
る。

【図５】燃焼反応の概念説明図である。

【図６】本実施例における風量制御データの説明図であ
る。

【図７】本実施例の動作を示すフローチャートである。

【図８】図７中のステップ109 と110 の動作の詳細図で
ある。

【図９】図７のステップ116 に続く動作例のフローチャ
ートである。

【図10】風量検出手段を差圧センサや風速センサによっ
て構成する場合に、そのセンサを設置する通路37の各種
形成例を示す説明図である。

【図11】燃焼装置として一般的な給湯器の模式構成図で
ある。

【図12】空気風量ＱとＣＯ濃度との関係を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

４ バーナ装置 ５ 燃焼ファン ９ ＣＯセンサ 23 風量検出手段 24 ＣＯ総量演算部 26 危険判断部 28 ＣＯ安全動作部 29 燃焼停止ロック手段 43 次動作判断部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−122118（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−331220（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−155184（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−16024（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−133533（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−243422（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−150619（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−103470（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−275220（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23N 5/24 107 F23N 5/18 101

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナ装置と、このバーナ装置への燃料
   供給量を調整する燃料供給調整手段と、バーナ装置に空
   気を供給する燃焼ファンと、排気ガス中のＣＯ濃度を検
   出するＣＯセンサとを備えた燃焼装置において、前記燃
   焼ファンによってバーナ装置へ供給される空気風量を検
   出する風量検出手段と、バーナ装置への燃料供給量を検
   出する燃料供給量検出手段と、少なくとも単位量の燃料
   を燃焼させるときの単位理論空気量と単位理論排ガス量
   と単位発生水蒸気量との基礎データが格納されている基
   礎データメモリと、前記燃料供給量検出手段によって検
   出される燃料供給量と前記基礎データに基づき供給燃料
   が燃焼するときの理論必要空気量と理論排ガス量と発生
   水蒸気量とを求める理論燃焼データ検出部と、前記ＣＯ
   センサによって検出される排気ガス中のＣＯ濃度と前記
   理論燃焼データ検出部で検出されるデータと前記風量検
   出手段によって検出される風量との情報に基づき排気ガ
   ス中のＣＯ総発生量を求めるＣＯ総量演算部とを有する
   燃焼装置。
2. 【請求項２】 ＣＯ総発生量に許容設定値が与えられ、
   ＣＯ総量演算部で求められたＣＯ総発生量が前記許容設
   定値を越えたときに直前の燃焼制御の状態をチェック
   し、そのチェック結果に基づきＣＯ総発生量を低減する
   動作として予め与えられている複数区分の動作のうちど
   の動作を行うかを判断する次動作判断部が設けられてい
   る請求項１記載の燃焼装置。
3. 【請求項３】 ＣＯ総発生量に上限リミット設定値が与
   えられ、ＣＯ総量演算部で求められたＣＯ総発生量が前
   記上限リミット設定値を越えたときに警報信号を出力す
   る危険判断部を有する請求項１又は請求項２記載の燃焼
   装置。
4. 【請求項４】 警報信号を受けて燃焼量のダウン制御を
   行う燃焼量ダウン制御部が設けられている請求項３記載
   の燃焼装置。
5. 【請求項５】 警報信号を受けて燃焼停止を行うＣＯ安
   全動作部が設けられている請求項３記載の燃焼装置。
6. 【請求項６】 警報信号を受けて燃焼停止がされた回数
   をカウントするカウンタを設け、カウンタのカウント値
   が予め設定した設定回数に達したときに、所定の時間燃
   焼使用を阻止する燃焼停止ロック手段を設けた請求項５
   記載の燃焼装置。