JP3860671B2 - Coセンサ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、COセンサ装置に関し、詳しくは、給湯器等の燃焼装置に設けてCOの発生を検出するCOセンサ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、バーナを備える燃焼装置においては、バーナ燃焼時の不完全燃焼を検出するために、COセンサ装置が設けられる。この種のCOセンサ装置は、バーナが収容された燃焼室の排気通路に設けられるCOセンサと、該COセンサに所定の電圧を印加する定電圧印加手段とを備えている。該定電圧印加手段によって所定の電圧が印加されたCOセンサは、COを検知するとCOセンサから出力される電圧が変化(例えば、COセンサの抵抗値が上昇)する。また、該COセンサには、温度補償用抵抗を並列に接続して設け、周囲の温度変化の影響によるCOセンサの出力を補償して精度の高いセンサ出力が得られるようになっている。該センサ出力は、更に、所定のCO濃度のときに所定の電圧となるように調整するCO濃度出力生成手段を経てCO濃度出力として前記燃焼装置の制御手段等による不完全燃焼の検出に使用される。
【0003】
更に、該COセンサ装置は、COセンサへの通電開始時に該COセンサの作動を安定させるためにCOセンサへの印加電圧を一時的に上昇させてCOセンサのヒートアップを行うヒートアップ手段を備えている。
【0004】
このように構成されたCOセンサ装置を燃焼装置に設けておくことにより、該燃焼装置の運転を制御する燃焼制御手段は、前記COセンサ装置のCO濃度出力に応じて燃焼運転を制御することができ、具体的には、燃焼時に所定量以上のCOが発生した場合に不完全燃焼とみなして燃焼運転を停止するといった制御を行うことができる。
【0005】
しかし、この種のCOセンサ装置において、例えば、前記定電圧印加手段や前記ヒートアップ手段が故障して所定の電圧がCOセンサに印加されない場合には、燃焼制御手段は正確なCO濃度出力を得ることができなくなる不都合がある。同じように、COセンサを構成する素子の断線・短絡、及び前記温度補償用抵抗の断線・短絡が生じた場合にも、正確なCO濃度出力が得られなくなる不都合がある。そして、これらの故障によって正確なCO濃度出力が得られないと、燃焼制御手段は不完全燃焼を検出することが困難となり、場合によっては、不完全燃焼であっても燃焼装置の燃焼運転が継続されるおそれがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
かかる不都合を解消して、本発明は、定電圧印加手段の故障、ヒートアップ手段の故障、COセンサの断線・短絡、及び温度補償用抵抗の断線・短絡の発生を確実に検出することができるCOセンサ装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、COセンサと、該COセンサに印加する電圧を出力する定電圧印加手段と、該定電圧印加手段の出力電圧を上昇させて該COセンサのヒートアップを行うヒートアップ手段と、前記COセンサに並列に接続され、COセンサの温度特性を調整してセンサ出力電圧を生成する温度補償用抵抗と、該センサ出力電圧に基づいてCO濃度出力を生成するCO濃度出力生成手段とを備えるCOセンサ装置において、前記ヒートアップ手段作動時及びヒートアップ手段非作動時における前記定電圧印加手段の出力電圧と、前記センサ出力電圧とを入力し、該センサ出力電圧が所定範囲にあるときにのみ、前記ヒートアップ手段作動時又はヒートアップ手段非作動時の前記定電圧印加手段の出力電圧を出力するセンサ電圧監視手段と、該センサ電圧監視手段の出力電圧により、前記定電圧印加手段の異常、ヒートアップ手段の異常、前記COセンサを構成する素子の断線・短絡、及び前記温度補償用抵抗の短絡を検出する第1の回路異常検出手段と、前記CO濃度出力生成手段から出力されるCO濃度出力電圧により前記温度補償用抵抗の断線を検出する第2の回路異常検出手段とを設けたことを特徴とする。
【0008】
前記定電圧印加手段は、前記COセンサへの印加電圧を出力する。前記センサ電圧監視手段には、このときの定電圧印加手段の出力電圧が入力される。同時に該センサ電圧監視手段には、前記センサ出力電圧が入力される。
【0009】
該センサ電圧監視手段は、センサ出力電圧が所定範囲にあるとき、前記定電圧印加手段からの電圧を出力する。また、前記ヒートアップ手段が作動しているときには定電圧印加手段の出力電圧が上昇され、該センサ電圧監視手段は、上昇された定電圧印加手段からの電圧を出力する。
【0010】
ここで、ヒートアップ手段の非作動時に、センサ電圧監視手段から出力された電圧が、正常な定電圧印加手段から出力される電圧と異なる場合には、定電圧印加手段の故障が考えられる。このことから、前記第1の回路異常検出手段を設け、センサ電圧監視手段から出力された電圧が、正常な定電圧印加手段から出力される電圧か否かを判断することにより、定電圧印加手段の故障を検出することができる。同様に、ヒートアップ手段の作動時に、センサ電圧監視手段から出力された電圧が、正常なヒートアップ時に定電圧印加手段から出力される電圧と異なる場合には、ヒートアップ手段の故障が考えられる。このことから、前記第1の回路異常検出手段により、前記センサ電圧監視手段から出力された電圧が、正常なヒートアップ時に定電圧印加手段から出力される電圧か否かを判断することで、ヒートアップ手段の故障を検出することができる。
【0011】
一方、前記センサ出力電圧は、前記COセンサを構成する素子の断線・短絡や、前記温度補償用抵抗の短絡が生じていると、過剰に大となるか或いは極めて小となる。詳しく説明すれば、一般にCOセンサは、CO検出用素子と、該検出用素子が周囲の温度の影響を受けた場合の出力変動を打ち消すための温度補償用素子とが直列に接続されて一体に形成されている。前記温度補償用抵抗は、CO検出用素子と補償用素子の何れか一方に並列に接続されるか、或いは、CO検出用素子と補償用素子の両方に夫々並列に接続される。そして、前記センサ出力電圧はCO検出用素子と補償用素子との間から出力される。
【0012】
ここで、一例として、補償用素子が電圧印加側に配され、CO検出用素子がアース側に配されているとき、補償用素子が短絡していると、センサ出力電圧が過剰に大となり、補償用素子が断線していると、センサ出力電圧が極めて小となる。該補償用素子に前記温度補償用抵抗が並列に接続されているときは、該温度補償用抵抗が短絡していると、センサ出力電圧が過剰に大となる。また、CO検出用素子が短絡していると、センサ出力電圧が極めて小となり、CO検出用素子が断線していると、センサ出力電圧が過剰に大となる。該CO検出用素子に前記温度補償用抵抗が並列に接続されているときは、該温度補償用抵抗が短絡していると、センサ出力電圧が極めて小となる。
【0013】
前記センサ電圧監視手段は、入力されたセンサ出力電圧がこのように過剰に大であるか、或いは極めて小である場合(センサ出力電圧が所定範囲外)のときには、前述した定電圧印加手段からの電圧を出力しない。これによって、前記第1の回路異常検出手段により、センサ電圧監視手段からの出力の有無を判断することで、前記COセンサを構成する素子の断線・短絡や、前記温度補償用抵抗の短絡が生じていることを検出することができる。
【0014】
また、前記温度補償用抵抗の断線が生じている場合には、前記第2の回路異常手段を設けて、前記CO濃度出力生成手段からのCO濃度出力電圧により温度補償用抵抗の断線が生じていることを検出する。
【0015】
即ち、該第2の回路異常手段においては、例えば、CO濃度出力電圧が所定の電圧より小であるとき温度補償用抵抗の断線を検出することができる。詳しく説明すれば、前記CO濃度出力生成手段はセンサ出力電圧に基づいてCO濃度出力を生成する。即ち、COセンサのCO非検知時のCO濃度(例えば0ppm )のとき所定の電圧(例えば1V)がCO濃度出力として出力されるようにしておき、入力された前記センサ出力電圧に応じて(COが検知されたことに応じて)該CO濃度出力を増加させる。従って、CO濃度=0ppm のとき1Vが出力されるとすれば、通常はCO濃度出力電圧が1Vを下回ることはないので、第2の回路異常手段によりCO濃度出力電圧がCOセンサのCO非検知時の電圧を下回ったことを判断することで温度補償用抵抗の断線を検出することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施形態のCOセンサ装置を備えた給湯器を模式的に示す説明図、図2は本実施形態のCOセンサ装置の構成を示すブロック図、図3はCOセンサ装置の作動を示すフローチャート、図4(a)及び(b)は他の実施形態のCOセンサ装置の一部の構成を示す説明図である。
【0017】
図1に示すように、給湯器1は、燃焼装置2と、該燃焼装置2を制御するコントローラ3とを備えている。
【0018】
前記燃焼装置2は、吸気口4と排気口5とが形成された燃焼ハウジング6と、該燃焼ハウジング6内に収容されたガスバーナ7とを備えており、該ガスバーナ7の上方には、内部に加熱される水が導通する熱交換器8が配設されている。また、燃焼装置2は、熱交換器8の水供給管9に設けられている水量調整器10、水量センサ11、湯温センサ12、ガスバーナ7へのガス供給管13に設けられている元ガス電磁弁14、主電磁弁15、ガバナ式ガス比例電磁弁16、及び、ガスバーナ7に設けられた点火器17、フレームロッド18等を備えている。
【0019】
前記コントローラ3は、前記燃焼装置2の燃焼運転を制御する燃焼運転制御手段19と、前記排気口5に設けられたCOセンサ20に接続されて本発明のCOセンサ装置を構成するCOセンサ制御手段21とを備え、マイクロコンピュータ及び複数の電子部品により構成されている。
【0020】
図2に示すように、前記COセンサ20は、CO検出用素子22と温度補償用素子23とを直列に接続して構成され、電圧を印加する側に補償用素子23を配しアース側に検出用素子22を配して、補償用素子23と検出用素子22との間からセンサ出力電圧を出力するようになっている。該CO検出用素子22はCOを検知すると、そのときのCO濃度に応じて抵抗値が増加する。また、該検出用素子22は周囲の温度が上昇したときにも抵抗値が増加する。このため、該検出用素子22の温度上昇に伴う抵抗値の増加分を打ち消すために、前記補償用素子23が設けられている。該検出用素子22は、通電することにより自身の温度が上昇し、所定の温度(例えば約400℃)となった状態でCOの検知が可能となる。 前記COセンサ制御手段21は、前記COセンサ20に電圧を印加する定電圧印加回路24と、該定電圧印加回路24の出力電圧を上昇させて該COセンサ20のヒートアップを行うヒートアップ回路25とを備えている。本実施形態においては、前記定電圧印加回路24は、通常(ヒートアップ回路25の非作動時)は約2Vを出力して前記COセンサ20に印加する。前記ヒートアップ回路25は、前記燃焼運転制御手段19に設けられたヒートアップ制御部26により制御される。本実施形態においては、ヒートアップ回路25は、ヒートアップ制御部26からの指示により、定電圧印加回路24の出力電圧を約2.7Vにする。ヒートアップ制御部26は、前記燃焼運転制御手段19に備える図示しないタイマにより計時し、所定時間が経過するまで(約40秒間)ヒートアップ回路25を作動させる。
【0021】
また、該COセンサ制御手段21は、前記温度補償用素子23に並列に接続された第1温度補償用抵抗27と、前記CO検出用素子22に並列に接続された第2温度補償用抵抗28とを備えている。両温度補償用抵抗27,28は、COセンサ20の温度特性を調整するものであり、検出用素子22が周囲の温度変化の影響を受けて出力変動が過剰に大となることを防止するものである。
【0022】
更に、該COセンサ制御手段21は、前記定電圧印加回路24の出力電圧と、COセンサ20から両温度補償用抵抗27,28を介して出力されたセンサ出力電圧とを入力するセンサ電圧監視回路29を備えている。該センサ電圧監視回路29は、前記燃焼運転制御手段19に設けられた第1の回路異常検出手段である第1回路異常検出部30に接続されている。
【0023】
前記センサ電圧監視回路29は、前記センサ出力電圧が所定範囲(例えば0.5V〜1.5V)にあるとき、前記定電圧印加回路24からの電圧約2Vを第1回路異常検出部30へ出力する。また、前記ヒートアップ回路25が作動しているときには、ヒートアップ時に増加された定電圧印加回路24からの電圧約2.7Vを第1回路異常検出部30へ出力する。そして、該センサ電圧監視回路29は、前記センサ出力電圧が所定範囲外であった場合には、第1回路異常検出部30への出力を停止する(第1回路異常検出部30の入力電圧は約0V)。センサ電圧監視回路29により監視するセンサ出力電圧の範囲は、前記温度補償用抵抗27,28の抵抗値等に応じて予め定められている。
【0024】
前記第1回路異常検出部30は、センサ電圧監視回路29から出力された電圧が、ヒートアップ回路25の非作動時に誤差分を考慮した2.2V〜1.8Vの範囲外であったとき、及び、ヒートアップ回路25の作動時に誤差分を考慮した3V〜2.5Vの範囲外であったときに、前記燃焼運転制御手段19を介して給湯器1の運転を停止させる(燃焼運転不可とする)。このとき、前記センサ出力電圧が所定範囲外であった場合にも、第1回路異常検出部30へ入力される電圧は0Vとなり上記2.2V〜1.8V或いは3V〜2.5Vの範囲外となる。
【0025】
ここで、センサ電圧監視回路29から出力された電圧aがヒートアップ回路25が作動していないときに2.2V〜1.8Vの範囲外となった場合には、先ず定電圧印加回路24が故障して所定の電圧が出力されないことが考えられる。また、COセンサ20の温度補償用素子23や第1温度補償抵抗27の短絡、又はCOセンサ20のCO検出用素子22の断線等によりセンサ出力電圧が過剰に大となったことが考えられる。或いは、COセンサ20のCO検出用素子22や第2温度補償抵抗28の短絡、又はCOセンサ20の温度補償用素子23の断線等によりセンサ出力電圧が極めて小となったことが考えられる。センサ電圧監視回路29から出力された電圧がヒートアップ回路25が作動しているときに3V〜2.5Vの範囲外となった場合には、更にヒートアップ回路25が故障して定電圧印加回路24の電圧が増加されて出力されないことが考えられる。
【0026】
このように、第1回路異常検出部30においては、前記センサ電圧監視回路29から出力された電圧に基づいて、定電圧印加回路24の故障、ヒートアップ回路25の故障、COセンサ20の各素子22,23の断線・短絡、及び各温度補償抵抗27,28の短絡を検出することができ、速やかに燃焼運転を停止して給湯器1の誤動作を防止することができる。
【0027】
また、該COセンサ制御手段21は、前記センサ出力電圧からCO濃度出力電圧を生成するCO濃度出力生成手段である増幅回路31を備えている。該増幅回路31は、前記センサ出力電圧を増幅すると共に、COセンサ20が検知するCO濃度が0ppm のとき1Vが出力されるようにオフセット電圧を調整してCO濃度出力電圧を出力する。前記燃焼運転制御手段19には、該増幅回路31からのCO濃度出力電圧に基づいて前記燃焼装置2のガスバーナ7の不完全燃焼を検出する不完全燃焼検出部32が設けられている。該不完全燃焼検出部32は、入力された前記CO濃度出力電圧の1Vからの変動(増加)によってCOの発生を検出し、CO濃度が高いときに前記燃焼運転制御手段19を介して給湯器1の運転を停止させる。また、該不完全燃焼検出部32には、第2の回路異常検出手段である第2回路異常検出部33が設けられている。該第2回路異常検出部33は、前記増幅回路31から出力されたCO濃度出力電圧が、CO濃度が0ppm のときの出力電圧である1Vより小(本実施形態では誤差分を考慮して0.65V未満)であった場合に、前記燃焼運転制御手段19を介して給湯器1の運転を停止させる(燃焼運転不可とする)。
【0028】
ここで、前記CO濃度出力電圧bが0.65V未満であった場合には、前記第1温度補償用抵抗27が断線していることが考えられる。また、前記CO濃度出力電圧が通常(1V)よりも大きい場合には、前記第2温度補償用抵抗28が断線しているか、燃焼装置4の燃焼ハウジング6内にCOが発生していることが考えられる。
【0029】
このように、不完全燃焼検出部32及び第2回路異常検出部33においては、前記CO濃度出力電圧に基づいて、COの発生、第1温度補償用抵抗27の断線、及び第2温度補償用抵抗28の断線を検出することができる。
【0030】
次に、本発明のCOセンサ装置の作動を図3を参照して詳細に説明する。
【0031】
図3に示すように、STEP1において給湯器1に電源が投入されると、前記コントローラ3への通電が開始され、それに伴って前記定電圧印加回路24の出力電圧がCOセンサ20に印加される。このとき、前記センサ電圧監視回路29が作動し、STEP2において前記第1回路異常検出部30によってセンサ電圧監視回路29からの出力電圧aが2.2V〜1.8Vの範囲内であるか否かが判断される。出力電圧aが2.2V〜1.8Vの範囲外である場合には、前述したように、定電圧印加回路24の故障、COセンサ20の各素子22,23の断線・短絡、及び各温度補償用抵抗27,28の短絡等が生じていることが考えれるので、STEP3に進み、給湯器1の運転を停止する(この時点では燃焼していないので燃焼運転不可とする)。これによって、燃焼運転時に不正確なCOの検出による燃焼制御が行われることを防止することができる。
【0032】
STEP2において出力電圧aが2.2V〜1.8Vの範囲内である場合には、STEP4へ進んで前記ヒートアップ回路25によるヒートアップが開始される。次いで、STEP5において前記第1回路異常検出部30によってセンサ電圧監視回路29からの出力電圧aが3V〜2.5Vの範囲内であるか否かが判断される。出力電圧aが3V〜2.5Vの範囲外である場合には、前記ヒートアップ回路25の故障が生じていることが考えられるので、STEP3に進み、給湯器1の運転を停止する。
【0033】
STEP5において出力電圧aが3V〜2.5Vの範囲内である場合には、STEP6へ進んでCOセンサ20のヒートアップ時間(40秒)が経過した後にSTEP7へ進み、前記ヒートアップ回路25によるヒートアップを終了する。続いて、STEP8において所定時間(30秒)経過させてCOセンサ20の作動を安定させ、STEP9へ進んで不完全燃焼検出部32によるCO濃度の監視が行われる。
【0034】
そして、STEP10において図示しない燃焼運転スイッチが使用者によって投入されるとSTEP11へ進み、ガスバーナ7の燃焼運転に先立って、前記STEP2と同様に出力電圧aが2.2V〜1.8Vの範囲内であるか否かを判断し、出力電圧aが2.2V〜1.8Vの範囲外である場合にはSTEP12で燃焼運転を停止させ、出力電圧aが2.2V〜1.8Vの範囲内である場合にはSTEP13へ進む。このように回路の異常を再度検出することによって、燃焼運転時に不正確なCOの検出による燃焼制御が行われることを一層確実に防止することができる。
【0035】
STEP13では、CO濃度出力電圧bが0.65V未満であった場合に、前記不完全燃焼検出部32の第2回路異常検出部33により前記第1温度補償用抵抗27が断線していることが検出され、STEP12へ進んで燃焼運転を停止させる。それ以外であった場合に、STEP14へ進んで、前記不完全燃焼検出部32によるCO濃度の監視が行われ、更にSTEP15によりガスバーナ7による燃焼運転が行われる。前記STEP14におけるCO濃度の監視においては、前記CO濃度出力電圧bが通常よりも大きい場合には、前記第2温度補償用抵抗28が断線しているか、燃焼装置2の燃焼ハウジング6内にCOが発生していることが考えられるため、燃焼運転を停止させる等の処理が行われる。
【0036】
なお、本実施形態においては、図2に示すように、前記COセンサ20の温度補償用素子23に第1温度補償用抵抗27を並列に設け、前記CO検出用素子22に第2温度補償用抵抗28を並列に設けた例を示したが、両抵抗27,28はCOセンサ20の温度特性を調整するものであり、例えば、図4(a)に示すように、温度補償用素子23にのみ並列に第1温度補償用抵抗27を設けてもよく、または、図4(b)に示すように、前記CO検出用素子22にのみ並列に第2温度補償用抵抗28を設けてもよい。そして、何れの場合にも、前述したように前記第1回路異常検出部30と第2回路異常検出部33とによる断線・短絡の検出を行うことができる。
【0037】
また、本実施形態においては、本発明のCOセンサ装置を不完全燃焼の検出を行うために給湯器1に設けた例を示したが、それに限ることなく、本発明のCOセンサ装置は、図示しないが、他の燃焼機器や燃焼時のCO濃度に基づく制御を行うその他の機器に設けることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のCOセンサ装置を備えた給湯器を模式的に示す説明図。
【図2】本実施形態のCOセンサ装置の構成を示すブロック図。
【図3】COセンサ装置の作動を示すフローチャート。
【図4】他の実施形態のCOセンサ装置の一部の構成を示す説明図。
【符号の説明】
20…COセンサ、24…定電圧印加回路(定電圧印加手段)、25…ヒートアップ回路(ヒートアップ手段)、27…第1温度補償用抵抗(温度補償用抵抗)、28…第2温度補償用抵抗(温度補償用抵抗)、29…センサ電圧監視回路(センサ電圧監視手段)、30…第1回路異常検出部(第1の回路異常検出手段)、31…増幅回路(CO濃度出力生成手段)、33…第2回路異常検出部(第2の回路異常検出手段)。
Claims (1)
- COセンサと、該COセンサに印加する電圧を出力する定電圧印加手段と、該定電圧印加手段の出力電圧を上昇させて該COセンサのヒートアップを行うヒートアップ手段と、前記COセンサに並列に接続され、COセンサの温度特性を調整してセンサ出力電圧を生成する温度補償用抵抗と、該センサ出力電圧に基づいてCO濃度出力を生成するCO濃度出力生成手段とを備えるCOセンサ装置において、
前記ヒートアップ手段作動時及びヒートアップ手段非作動時における前記定電圧印加手段の出力電圧と、前記センサ出力電圧とを入力し、該センサ出力電圧が所定範囲にあるときにのみ、前記ヒートアップ手段作動時又はヒートアップ手段非作動時の前記定電圧印加手段の出力電圧を出力するセンサ電圧監視手段と、
該センサ電圧監視手段の出力電圧により、前記定電圧印加手段の異常、ヒートアップ手段の異常、前記COセンサを構成する素子の断線・短絡、及び前記温度補償用抵抗の短絡を検出する第1の回路異常検出手段と、
前記CO濃度出力生成手段から出力されるCO濃度出力電圧により前記温度補償用抵抗の断線を検出する第2の回路異常検出手段とを設けたことを特徴とするCOセンサ装置。
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