JP3810153B2 - Co濃度監視方法及びそれを実施する燃焼装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼装置の安全監視方法に関し、特に、一酸化炭素ガスを検知し、それに対する安全を図るための安全監視方法及びそれを実施する燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
給湯機のような燃焼装置が様々な環境に応じて燃焼運転しているとき、例えば、排気口に強風が吹き込む等の特定の条件の下では、不完全燃焼が起き、一酸化炭素ガス(以下COという)が発生する。COを含んだ排気ガスは、燃焼装置の排気通路を経て室外に排出され、通常は、室内に漏れることはない。しかし、腐食や破損等の原因により排気通路に穴が開いている場合、そこからCOが室内に漏れ、室内の空気中のCO濃度が人体に危険な濃度にまで達すると、CO中毒を起こすという危険がある。
【0003】
一般に、CO中毒は、人体の血液中のヘモグロビンがCOと結合することにより起こり、そのCOと結合したヘモグロビン濃度(以下、血中ヘモグロビンCO濃度という)に応じて図8に示すような症状を引き起こす。この血中ヘモグロビンCO濃度が人体を危険な状態に至らせる濃度に達するまでの時間は、空気中のCO濃度が高い場合には短い時間で到達し、また、CO濃度が低い場合でもCOを含む空気中に長い時間晒されることにより、血中ヘモグロビンCO濃度が徐々に増加し、一定時間経過後には危険な状態に至る。図7のグラフに、空気中CO濃度と血中ヘモグロビンCO濃度との関係を示す。図7によれば、空気中CO濃度が0.2%のとき、これを2時間吸入すると、血中ヘモグロビンCO濃度は約64%に達する。
【0004】
このため、従来においては、燃焼装置の排気通路内にCO濃度を検知するCOセンサーを配置し、排気ガス中のCO濃度が人体に危険を及ぼす所定濃度以上に達したときには、警報を出したり、燃焼を停止するなどの安全手段が講じられてきた。さらに、排出される排気ガスのCO濃度が比較的低い場合であっても、所定時間毎に検知されるCO濃度からいわゆるER(Each Rate )値を求め、該ER値の総和であるTR(Total Rate)値が所定の基準値に達したときは、燃焼運転が停止される。
【0005】
ここで、上記ER値とは、ある一定の単位時間tの間、所定の空気中CO濃度を含んだ空気中に人体が晒されたときに、血中ヘモグロビンCO濃度が人体に危険を及ぼす所定の濃度(例えば25%)に達するまでの時間Tが与えられているとき、t/Tで定義される値である。通常、空気中CO濃度は時間的に変化するので、前記単位時間tとそのCO濃度に対応する前記時間Tとの比を計算することにより、単位時間ごとの重みづけ値を得ることができる。そして、前記ER値を積算した値がTR値であり、該TR値が1になったとき、血中ヘモグロビンCO濃度は前記所定の危険濃度に達したことを意味する。前記所定の危険濃度は、CO中毒の発生を未然に防止するために、例えば10%のように低めに設定されてもよく、燃焼装置の設置された環境に応じて任意に設定され、それに対応したER値が定められる。
【0006】
ER値及びTR値に関するさらに詳しい説明は、実用新案公開公報平6−46164号に記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ER値は、従来、COセンサーによって検知される排気ガス中のCO濃度によって求められていた。即ち、空気中に排出されるCOの濃度を燃焼装置の排気ガスのCO濃度によって定めていた。図6に、従来における排気ガスのCO濃度に対応したER値のテーブルを示す。該テーブルは、燃焼装置のマイクロコンピュータのような制御手段の中のROMのような記憶手段に記憶されている。図6に示されるER値は、マイクロコンピュータのプログラム上の理由から250倍した値が用いられている。
【0008】
しかし、本来、空気中のCOの濃度は、排出される排気ガスのCO濃度のみならず、排気ガスの排気量にも依存する値である。例えば、燃焼の最大運転と最小運転において、排気ガス中のCO濃度が同じであっても、排気ガスの排気量が異なれば、空気中に排出されるCOの量即ち室内のようなほぼ一定体積の下での空気中CO濃度は異なる。
【0009】
さらに、空気中のCO濃度は、排気通路に隣接し、この排気通路からの排気ガスが漏れる可能性のある室内の部屋のような空間の容積にも依存する値である。即ち、例えば、時間的に一定のCOの量が一定容積の空間に排出される場合、その空間の容積の大きさによってCO濃度は異なる。
【0010】
従って、前述のように、従来は上記ER値を排気ガスのCO濃度からのみ求めていたため、燃焼の運転状態によって、安全手段が作動するまでの時間と実際に血中ヘモグロビンCOの濃度が所定濃度(例えば25%)以上に達するまでの時間とは異なる場合があった。例えば、最小運転で燃焼を行っている場合は、排気ガスの排気量は比較的少なく、排出されるCOの量も比較的少ないので、血中ヘモグロビンCO濃度が該所定濃度になる前に、TR値が1に達してしまう。また、所定の基準容積よりも大きい空間にCOガスが排出される場合も同様に血中ヘモグロビンCO濃度が該所定濃度になる前に、TR値が1に達してしまう。即ち、血中ヘモグロビンCO濃度が該所定濃度になる前に、安全手段が作動し、燃焼が停止する場合がある。よって、ER値によるCO濃度監視を行う際、排気ガスの排気量、さらには、COガスが排出される空間の容積をも考慮したER値を用いることがより正確なCO濃度の監視を行う上で好ましい。
【0011】
そこで、本発明は、排気ガス中のCO濃度のみならず、排気ガスの排気量及び/又はCOガスが排出される空間の容積を考慮したER値を用いて、より正確なCO濃度監視方法及びそれを実施するため燃焼の装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、単位時間tと該単位時間t毎に検出されたCO濃度の雰囲気中に晒されたときの血中ヘモグロビンCO濃度が危険基準濃度になる時間Tとの比t/Tで与えられるER値が設定され、該ER値の積算値であるTR値が所定の基準値に達したときに、燃焼装置の異常状態を検出するCO濃度監視方法及びそれを実施する装置において、
前記ER値が前記燃焼装置の排気ガスのCO濃度及び前記燃焼装置の排気ガスの排気量に応じて設定されることにより達成される。
【0013】
また、上記燃焼装置の異常状態を検出するCO濃度監視方法及びそれを実施する装置において、
前記ER値が、前記燃焼装置の排気ガスのCO濃度及び排気ガスが排出される空間の容積に応じて設定されることにより達成される。
【0014】
さらに上記燃焼装置の異常状態を検出するCO濃度監視方法及びそれを実施する装置において、
前記ER値が、前記燃焼装置の排気ガスのCO濃度、前記燃焼装置の排気ガスの排気量及び排気ガスが排出される空間の容積に応じて設定されることにより達成される。
【0015】
また、前記燃焼装置の排気ガスの排気量を直接測定せず、それにほぼ比例する燃焼装置の燃焼ファンの回転数を用いてもよい。
【0016】
さらに、前記排気ガスのCO濃度は該単位時間t中のCO濃度の平均値を使用し、前記排気ガスの排気量は該単位時間t中で最も大きい値を使用して前記ER値を設定する。
【0017】
また、排気通路が複数の空間に隣接している場合、前記排気ガスが排出される空間の容積は、前記複数の空間の容積のうち最小の容積を使用して前記ER値を設定する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がこの実施の形態に限定されるものではない。
【0019】
図1は、燃焼装置の一例である給湯器の構成を示す図である。図示されない給湯栓を開くと、水は水量センサー12を通り、給湯熱交換器16とバイパス通路14に分岐され、水量が一定以上に達すると水量センサー12が流量を感知する。そして、給気通路50から空気を吸引し、燃焼後の排気ガスを排気通路52から排出する燃焼ファン24が回転し、プリパージが開始する。続いて、点火プラグ18が着火すると同時に元ガス電磁弁28、ガス電磁弁30が開き、ガス比例弁32を通してガスが流れる。
【0020】
バーナー22に点火されると、フレームロッド20が炎を検知して燃焼が始まる。給湯熱交換器16で加熱された湯とバイパス通路14を経た水は混合されて給湯栓に湯が流れる。そして、出湯サーミスタ36の温度が設定温度になるように、ガス比例弁32の開度、燃焼ファン24の回転数が制御される。所定時間内に点火しない場合には、安全回路が作動し、元ガス電磁弁28、ガス電磁弁30を遮断し、放電も停止する。給湯使用中に出湯量、水量、水圧変化などにより、出湯温度が変化した場合には、設定温度差を出湯温度、入水温度、水量で演算して、その偏差値分をガス比例弁32、水量制御弁38へ伝え設定温度に保持するよう制御する。
【0021】
燃焼ファン24には、ファンの回転数を検知するホールIC26が取り付けられており、燃焼ファン24の回転はガスの供給量に応じて完全燃焼を生じさせるように最適な風量をバーナー22に送り込むように制御されている。
【0022】
また、排気通路内にはCOセンサー40が設置されている。COセンサー40は、一般的に、COガスと化学反応を起こす特定の触媒を周りに有する白金抵抗からなっており、触媒がCOガスと化学反応を引き起こすことにより、触媒の温度が上昇し、その温度変化に対応して変化する白金抵抗の抵抗値を比較素子と比較し、CO濃度に換算するものである。
【0023】
COセンサー40によりCOガス濃度が許容値以上検知されると、まず、燃焼ファン24の回転数が増し、燃焼室内に送り込む風量を多くすることにより、完全燃焼が行われるように燃焼ファンの回転数が制御される。しかし、風量を増したにもかかわらず、COガス濃度が減少せず、所定濃度以上に達する場合は、燃焼が停止される。
【0024】
このような燃焼によって、排出される排気ガスの排気量は、前記燃焼ファン24の回転数に応じて変化する。即ち、燃焼ファンの回転数が大きければ排気量は多く、燃焼ファン24の回転数が小さければ排気量は少ない。上述のER値は、排気ガス中のCO濃度のみならず、排気ガスの排気量にも依存する値なので、本発明の第一の実施の形態では、排気ガスのCO濃度のみならず、排気通路52からの排気量にほぼ比例する前記燃焼ファンの回転数をも考慮したER値に従って空気中のCO濃度を監視する方法を提供する。
【0025】
図2は、第一の実施の形態におけるCOガス監視方法のフローチャートである。ステップS10では排気ガスのCO濃度が検出され、ステップS16では燃焼ファンの回転数が検出される。排気ガスのCO濃度は前記COセンサー40により0.2秒毎に測定され、燃焼ファンの回転数は前記ホールIC26により0.1秒毎に測定されている。
【0026】
そして、例えば10秒のような所定の単位時間t(ステップS12)の間の前記CO濃度の平均値を求める(ステップS14)。平均値を求めるのは、例えば、燃焼運転開始時及び燃焼能力切り替え時は、一時的にCO濃度が高くなる等、検出されるCO濃度にばらつきが生じる場合があるので、それを平均化し、より正確なCO濃度を得るためである。またこのような平均値を求めるために所定の単位時間tが必要であり、この時間は任意に設定することができる。
【0027】
一方、ステップS18における単位時間tはステップS14の単位時間tと同期していて、この単位時間tの間に燃焼能力を切り替えることなどによって燃焼ファンの回転数が変わったときは、該単位時間tの間で最大の回転数を選択する(ステップS20)。燃焼ファンの回転数は、前記CO濃度に比べ燃焼中の瞬間的な変化が小さいため、平均値を取る必要性に乏しく、安全サイドの観点から前記回転数の最大値を使用する。もちろん、より正確な制御を行うために、平均値を用いてもよい。
【0028】
ステップS22において、前記CO濃度の平均値及び前記ファン回転数最大値それぞれによって分割されたER値のテーブルから対応するER値が取得される。図3は、該テーブルの例である。このテーブルは、例えば、上記のような燃焼装置における様々な燃焼制御を行う図1における電装基板60内に設けられたマイクロコンピュータ内のROMに記憶される。当該テーブルによれば、同じCO濃度であっても、燃焼ファンの回転数(排気量)が異なれば、異なるER値が与えられている。即ち、燃焼ファンの回転数が大きければ、排気量は大きいのでER値は大きく、燃焼ファンの回転が小さければ、排気量は小さいのでER値は小さい。図3におけるER値も前述同様の理由から250倍されている。
【0029】
ステップS22において選択されたER値は、ステップS24において積算され、TR値が計算される。そして、この積算されたTR値が所定の基準値に達すると、ランプやブザー等の警報が発せられ(ステップS30)、燃焼が停止される(ステップS32)。
【0030】
また、当該CO濃度監視方法には、記ER値を積算している間に、一時的に燃焼が停止した場合など、空気中のCO濃度が一時的に低下する場合、それを補正するための図示されない減衰補正工程が設けられてもよい。さらに、前記TR値に複数の基準値を設定し、例えば、血中ヘモグロビンCO濃度が所定の危険濃度に達する前に、警報のみを発し、燃焼を停止させない工程や、一時的に燃焼を停止させ、空気中のCO濃度を低下させ、その後燃焼を再開させる工程などよりきめ細かい制御工程を有してもよい。
【0031】
また、本実施の形態においては、ER値に排気ガスの排気量を考慮するためにそれにほぼ比例する燃焼ファンの回転数を用いてER値を取得したが、例えば、排気通路に設けられた風量センサにより直接排気量を測定し、ER値を取得してもよい。
【0032】
次に、本発明の第二の実施の形態について説明する。第二の実施の形態においては、排気ガスのCO濃度のみならず、例えば、排気通路からの排気ガスが漏れる可能性のある室内の部屋のような空間の容積を考慮したER値に従って該空間内の空気中のCO濃度を監視する方法が提供される。
【0033】
図4に、容積が異なる複数の空間の区分に対応した前記CO濃度の平均値におけるER値のテーブルの例である。前述同様に、このテーブルは、例えば、前記マイクロコンピュータのROMのような記憶手段に記憶される。図4によれば、排気ガスのCO濃度が同じであれば、排出される空間の容積が大きいほどER値は小さくなる。また、空間の容積は、燃焼装置に設けられた図示されない切り替えスイッチなどによりあらかじめ設定される。
【0034】
また、排気通路が室内の複数の空間に隣接して配設されている場合、設定される空間の容積は、複数の空間の中で最小の容積の区分のER値が用いられることが安全性の観点から好ましい。また、空間の区分は、よりきめ細かい正確な制御を行うために、図4に示した区分数よりさらに細かく分けてもよい。
【0035】
本実施の形態におけるCO濃度監視方法は、図2におけるフローチャートとほぼ同様であり、図2におけるステップS16、18及び20の工程は行われないが、ステップS22において、本実施の形態において提供された図4に示されるER値のテーブルから対応するER値が取得される。
【0036】
さらに、本発明の第三の実施の形態においては、排気ガスの排気量及び空間の容積の両方を考慮したER値に従って空気中のCO濃度を監視する方法が提供される。
【0037】
図5には、前記第二の実施の形態において説明した空間の容積の区分毎に、上記第一の実施の形態において説明された燃焼ファンの回転数に対応したER値のテーブルの例が示される。前述同様に、このテーブルは、例えば、前記マイクロコンピュータのROMのような記憶手段に記憶される。
【0038】
空間の容積を設定する上記切り替えスイッチにより設定された容積区分に応じて、前記マイクロコンピュータは、その容積区分における燃焼ファンの回転数に対応したER値のテーブルを選択し、そのテーブルの値に対応したCO濃度監視制御を行う。
【0039】
本実施の形態におけるCO濃度監視方法は、図2におけるフローチャートとほぼ同様であり、図2のステップS22において、本実施の形態において提供された図5に示されるER値のテーブルから対応するER値が取得される。
【0040】
【発明の効果】
上記説明した通り、本発明によれば、ER値は、排気ガス中のCO濃度のみならず、燃焼ファンの回転数に基因する排気量及び/又は排気ガスが排出される空間をも考慮して定められるので、燃焼運転の実情にあった正確なER値を取得することができ、より正確で信頼性の高いCO濃度監視方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】燃焼装置の一例である給湯器の構成を示す図である。
【図2】本実施の形態におけるCO濃度監視方法のフローチャートである。
【図3】排気ガスのCO濃度及び燃焼ファンの回転数に対応したER値のテーブルの例である。
【図4】排気ガスのCO濃度及び排気ガスが排出される空間の容積に対応したER値のテーブルの例である。
【図5】排気ガスが排出される各空間の容積ごと定められた、排気ガスのCO濃度及び燃焼ファンの回転数に対応したER値のテーブルの例である。
【図6】排気ガスのCO濃度に対応した従来のER値のテーブルの例である。
【図7】空気中CO濃度と血中ヘモグロビンCO濃度との関係を示したグラフである。
【図8】血中ヘモグロビンCO濃度と人体の症状との関係を示した図表である。
【符号の説明】
1 燃焼装置
24 燃焼ファン
26 ホールIC
40 COセンサー
Claims (5)
- 単位時間tと該単位時間t毎に検出されたCO濃度の雰囲気中に晒されたときの血中ヘモグロビンCO濃度が危険基準濃度になる時間Tとの比t/Tで与えられるER値が設定され、該ER値の積算値であるTR値が所定の基準値に達したときに、燃焼装置の異常状態を検出するCO濃度監視方法において、
排気ガスが排出される空間の容積があらかじめ設定され、
前記ER値が、前記燃焼装置の排気ガスのCO濃度、前記燃焼装置の排気ガスの排気量及び前記設定された空間の容積に応じて設定され、
最大の排気量に対して、設定可能な最狭の空間の容積及び当該最狭の空間の容積よりも広い広空間の容積とに対し第1及び第2のER値がそれぞれ設定され、最小の排気量に対して、前記最狭の空間容積及び広空間の容積に対し第3及び第4のER値がそれぞれ設定され、前記第4のER値に対する第3のER値の割合が、前記第2のER値に対する第1のER値の割合より大きくなるように設定されることを特徴とするCO濃度監視方法。 - 単位時間tと該単位時間t毎に検出されたCO濃度の雰囲気中に晒されたときの血中ヘモグロビンCO濃度が危険基準濃度になる時間Tとの比t/Tで与えられるER値が設定され、該ER値の積算値であるTR値が所定の基準値に達したときに、燃焼装置の異常状態を検出する手段を有する燃焼装置において、
排気ガスが排出される空間の容積が設定可能であり、
前記ER値が、前記燃焼装置の排気ガスのCO濃度、前記燃焼装置の排気ガスの排気量及び前記設定された空間の容積に応じて設定され、
最大の排気量に対して、設定可能な最狭の空間の容積及び当該最狭の空間の容積よりも広い広空間の容積とに対し第1及び第2のER値がそれぞれ設定され、最小の排気量に対して、前記最狭の空間容積及び広空間の容積に対し第3及び第4のER値がそれぞれ設定され、前記第4のER値に対する第3のER値の割合が、前記第2のER値に対する第1のER値の割合より大きくなるように設定されることを特徴とする燃焼装置。 - 前記燃焼装置の排気ガスの排気量は燃焼装置の燃焼ファンの回転数によって定められることを特徴とする請求項2に記載の燃焼装置。
- 前記排気ガスのCO濃度は該単位時間中のCO濃度の平均値が使用され、前記排気ガスの排気量は該単位時間中で最も大きい値が使用され前記ER値を設定することを特徴とする請求項2に記載の燃焼装置。
- 排気通路が複数の空間に隣接している場合、前記排気ガスが排出される空間の容積は、前記複数の空間の容積のうち最小の容積が使用され前記ER値を設定することを特徴とする請求項2に記載の燃焼装置。
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