JP3877884B2 - 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、燃焼装置等に設けたCOセンサによりCOの検出を行う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センサの出力を所定の倍率に増幅すると共に、所定のCO濃度のときに所定の電圧となるようにオフセット電圧を調整してCO濃度出力を生成する増幅手段とを備えている。
【0003】
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。
【0004】
しかし、この種のCOセンサ装置において、前記増幅手段が故障した場合には、例えば前記COセンサ出力が増幅されず、正確なCO濃度出力を生成することができなくなる不都合がある。そして、前記増幅手段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。
【0005】
【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、増幅手段の異常を確実に検出して不正確なCO濃度出力の生成を防止することができるCOセンサ装置を提供することを目的とする。
【0006】
【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、所定の電圧が印加されてCOの検知に応じて変化した電圧を出力するCOセンサと、該COセンサからの出力に基づいて所定のCO濃度に対応する所定の出力が得られるように、COセンサからの出力電圧より低い所定のオフセット電圧を付与してCO濃度出力を生成すべく該COセンサからの出力電圧と該オフセット電圧との差を増幅する増幅手段とを備えるCOセンサ装置において、前記増幅手段のオフセット電圧を前記所定のオフセット電圧より低いレベルに強制的に変更するオフセット電圧変更手段と、該オフセット電圧変更手段によってオフセット電圧が変更された前記増幅手段からのCO濃度出力が所定値未満のとき前記増幅手段の異常を検出する増幅異常検出手段とを設け、前記COセンサは、バーナを備える燃焼装置に設けられて該バーナから発生するCOを検知し、前記増幅手段は、該燃焼装置に設けられて前記増幅手段からのCO濃度出力により前記バーナの不完全燃焼を判定する不完全燃焼監視手段に接続され、前記オフセット電圧変更手段による前記増幅手段のオフセット電圧の変更は、前記燃焼装置の運転動作を開始した時から前記バーナへの点火動作が行われるまでの間に前記不完全燃焼監視手段の作動を停止して行われることを特徴とする。
【0007】
前記COセンサはCOの検知に伴い出力電圧が変化(例えば、COセンサの検知素子の抵抗値が変化)する。前記増幅手段はCOセンサの出力に基づいてCO濃度出力を生成する。即ち、前記増幅手段は、COセンサからの出力電圧と、所定のオフセット電圧との差を増幅する。このとき、該増幅手段においては、COが発生していない状態でのCO濃度出力を定めるために前記オフセット電圧が調整されている。具体的に説明すれば、例えば、COが発生していない状態で(COが0ppm のとき)、CO濃度出力が1Vとなるように予めオフセット電圧を調整し、1Vからの変動によってCOの検出が行えるようになっている。
【0008】
そして、本発明においては、前記オフセット電圧変更手段により、増幅手段の予め調整されたオフセット電圧(所定のオフセット電圧)より低いレベルに強制的に変更する。このとき、CO濃度出力が変更された低いレベルのオフセット電圧に対応した値以上の出力とならない場合には(CO濃度出力が所定値未満の場合)、COセンサの出力電圧とオフセット電圧との差を増幅できない状態であり、前記増幅異常検出手段により増幅手段の異常が検出される。
【0009】
このように、本発明によれば、オフセット電圧変更手段によって増幅手段のオフセット電圧を低いレベルに変更するだけで、前記増幅異常検出手段による増幅手段の異常検出を容易に行うことができ、増幅手段の異常による不正確なCO濃度出力の生成を防止することができる。
【0011】
前記COセンサと増幅手段とは、バーナを備える燃焼装置に設けられる。そして、増幅手段からのCO濃度出力に基づいて不完全燃焼監視手段によりバーナの不完全燃焼を検出する。このとき、前記燃焼装置の運転開始時から前記バーナへの点火が行われるまでの間に、前記オフセット電圧変更手段を作動させる。これにより、バーナへの点火前に、増幅手段の異常を検出することができ、不正確なCO濃度出力に基づいて燃焼装置の制御が行われるのを未然に防止することができる。
【0012】
また、本発明において、前記燃焼装置のバーナの燃焼運転が行われているときに所定時間が経過する毎に前記不完全燃焼監視手段の作動を停止して前記オフセット電圧変更手段を作動させるタイマを設けたことを特徴とする。該タイマを設けることによって、燃焼運転中に所定時間が経過する毎に、繰り返し前記オフセット電圧変更手段を作動させることができる。即ち、該オフセット電圧変更手段は、燃焼運転中に前記タイマによる計時を行って所定時間が経過する毎に、前記不完全燃焼監視手段によるCOの検出を停止させ、前記増幅手段のオフセット電圧を通常より低いレベルに強制的に変更する。このとき、増幅手段からのCO濃度出力が所定値未満であれば、前記増幅異常検出手段により増幅手段の異常(故障)が検出される。これにより、燃焼運転中であっても、増幅手段の異常を検出することができ、不正確なCO濃度出力に基づいて燃焼装置の制御が行われるのを防止することができる。
【0013】
また、本発明のCOセンサ装置に、必要に応じて前記不完全燃焼監視手段の作動を停止して前記オフセット電圧変更手段を作動させる操作スイッチを設けたことを特徴とする。これにより、該操作スイッチを手動により操作することにより、例えば、出荷時、燃焼運転開始前、燃焼運転中、燃焼運転停止後等に、必要に応じて増幅手段の異常(故障)の有無を確認することができる。
【0014】
【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である。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
前記COセンサ20は、図示しないCO検出用素子を備え、COを検知すると、そのときのCO濃度に応じて抵抗値が変化するものが採用されている。
【0019】
前記COセンサ制御手段21は、図2に示すように、定電圧印加回路22と、温度補償回路23と、本発明の増幅手段である増幅回路24と、本発明のオフセット電圧変更手段であるオフセット電圧変更回路25とを備えている。定電圧印加回路22は、所定の電圧をCOセンサ20に印加して該COセンサ20を作動させるものである。温度補償回路23は、COセンサ20の温度特性を調整するものであり、COセンサ20のCO検出用素子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。
【0020】
前記増幅回路24は、前記COセンサ20から前記温度補償回路23を経て出力される電圧とオフセット電圧との差を増幅(本実施形態においては100倍に増幅)してCO濃度出力電圧を出力する。このとき、オフセット電圧は、前記COセンサ20からの出力電圧より低く設定されており(例えば0.9V〜1.1V)、且つ、COセンサ20が検知するCO濃度が0ppm のときのCOセンサ20の出力電圧とオフセット電圧との差を増幅したときのCO濃度出力電圧が1Vになるように(これを通常とする)調整されている。前記オフセット電圧変更回路25は、前記オフセット電圧を通常よりも小となるように(例えば0.8V〜0.9V)変更する。これにより、COセンサ20の出力電圧とオフセット電圧との差が大となり、その結果、CO濃度が0ppm であってもCO濃度出力電圧が1Vより大となる。
【0021】
前記燃焼運転制御手段19は、運転スイッチ26の操作に従い燃焼装置の燃焼運転を制御する燃焼運転制御部27を備えており、それ以外に、オフセット電圧変更指示部28と、本発明の不完全燃焼監視手段である不完全燃焼監視部29と、タイマ30とを備えている。また、不完全燃焼監視部29は、本発明の増幅異常検出手段である増幅異常検出部31を備えている。
【0022】
不完全燃焼監視部29は、前記増幅回路24から出力されたCO濃度出力電圧の1Vからの変動(増加)を監視し、該CO濃度出力電圧が所定の電圧(例えば1.5V)を越えたときCOの発生を検出して燃焼運転制御部27に出力する。燃焼運転制御部27においては、不完全燃焼監視部29のCO検出に基づいた燃焼制御が行われる。
【0023】
前記オフセット電圧変更指示部28は、前記オフセット電圧変更回路25の作動を指示し、前記オフセット電圧変更回路25を作動させたときには不完全燃焼監視部29のCO検出を停止させ、且つ増幅異常検出部31を作動させる。前記オフセット電圧変更回路25が作動したときには前記増幅回路24のオフセット電圧が低下し、変更されたオフセット電圧に応じたCO濃度出力電圧が増幅回路24から出力されることは前述した通りである。増幅異常検出部31はこのときのCO濃度出力電圧が、変更されたオフセット電圧に応じて得られるべきCO濃度出力電圧よりも小さいとき(本実施形態においては、CO濃度出力電圧が4Vよりも小であるとき)、増幅回路24によるセンサ出力の増幅が不充分であり、増幅回路24が故障しているとして増幅回路24の異常を前記燃焼運転制御部27に出力し、燃焼運転制御部27により燃焼運転を停止させる(或いは、燃焼運転不可とする)。
【0024】
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。図3に示すように、STEP1において運転スイッチ26が操作されてONとされると前記燃焼運転制御部27が作動しSTEP2へ進んで水供給管9への給水を開始し、水量センサ11や湯温センサ12の作動を開始するといった初期動作が行われる。
【0025】
次いで、STEP3においては、前記増幅回路24の初期チェックを兼ねて残留CO等のCOを検出するために不完全燃焼監視部29を作動させ、CO濃度出力が1.2V未満であるか否かを判断する。CO濃度出力が1.2V未満である場合にはSTEP4へ進み、前記オフセット電圧変更指示部28の指示により前記オフセット電圧変更回路25を作動させる。CO濃度出力が1.2V以上であればCOが発生(燃焼ハウジング6内に残留)している可能性があるため、前記オフセット電圧変更指示部28は前記オフセット電圧変更回路25を作動させず、前記不完全燃焼監視部29を作動させてSTEP7へ進む。CO濃度出力は0ppm のとき1Vであり、誤差を考慮してCO濃度出力が1.2V以上であれば、センサ出力が増幅されている。これによって増幅回路24は正常であると判断できるため、前記増幅異常検出部31を作動させずに不完全燃焼監視部29によって不完全燃焼を監視する。
【0026】
STEP4において前記オフセット電圧変更回路25が作動したときには、前記不完全燃焼監視部29に代わって前記増幅異常検出部31が作動し、STEP5でCO濃度出力が4V未満であるときにはSTEP16へ進んで前記燃焼運転制御部27により運転を停止させる。即ち、STEP5においてCO濃度出力が4V未満である場合には、前記オフセット電圧変更回路25によって前記増幅回路24のオフセット電圧を変更しても(低下させても)十分な増幅が得られない状態であり、前記増幅異常検出部31が前記増幅回路24の異常を検出してSTEP16において運転を停止させる。
【0027】
STEP5でCO濃度出力が4V以上であれば、前記増幅回路24が正常に作動してオフセット電圧に応じたセンサ電圧の増幅が行われているので、STEP6へ進んでオフセット電圧の変更を解除し、STEP7及びSTEP8へ進む。
【0028】
STEP7では、前記燃焼運転制御部27によるバーナ7への点火動作が行われ、続くSTEP8では、前記燃焼運転制御部27によるガス量制御等の燃焼動作が行われる。これにより、燃焼装置2は燃焼運転状態となる。
【0029】
このように、前記増幅回路24の異常検出がSTEP2の初期動作とSTEP7の点火動作との間に行われるので、増幅回路24の異常によって不完全燃焼が検出できなくなることを未然に防止することができる。
【0030】
次いで、STEP9では前記タイマ30を駆動し、STEP10では不完全燃焼監視部29を作動させ、CO濃度出力が1.2V未満であるか否かを判断する。CO濃度出力が1.2V以上の場合には、COが発生している可能性があるため、前記不完全燃焼監視部29によるCO濃度の監視を行い、この間図3中において省略したが、前記燃焼運転制御部27によるCO濃度に応じた燃焼制御が行われ、COが多量に発生した場合には燃焼を停止させる。
【0031】
STEP10においてCO濃度出力が1.2V未満であるときには、STEP11においてタイマの計時が1分経過するまで、STEP10が繰り返され、1分経過したらSTEP12でタイマ30をリセットしてSTEP13へ進む。
【0032】
STEP13では、前記STEP4と同様に前記オフセット電圧変更指示部28の指示により前記オフセット電圧変更回路25を作動させる。次いで、STEP14でCO濃度出力が4V未満であるときにはSTEP16へ進んで前記燃焼運転制御部27により運転を停止させる。CO濃度出力が4V以上である場合には、STEP15へ進んでオフセット電圧の変更を解除し、前記STEP9からの処理を繰り返す。即ち、本実施形態においては1分毎に前記不完全燃焼監視部29と前記増幅異常検出部31との動作が交代して処理を行い、燃焼運転が終了するまで繰り返される。これにより、燃焼運転の最中に増幅回路24の故障を検出することができ、正確なCO濃度出力による不完全燃焼の監視を行うことができる。
【0033】
なお、本実施形態においては、図2に示すように、手動によってオフセット電圧変更指示部28を作動させるオフセット電圧変更用操作スイッチ32を設けてもよい。該オフセット電圧変更用操作スイッチ32によれば、オフセット電圧変更指示部28によって前記オフセット電圧変更回路を作動させ、増幅異常検出部31による増幅回路24の異常検出が手動で行える。該操作スイッチ32を設けておくことにより、燃焼装置2の燃焼運転を開始する運転スイッチ26の操作の有無にかかわらず、使用者が所望する時点で増幅回路24の異常検出を行うことができる。
【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。
【符号の説明】
2…燃焼装置、7…バーナ、20…COセンサ、21…COセンサ制御手段(COセンサ装置)、24…増幅手段、25…オフセット電圧変更回路(オフセット電圧変更手段)、29…不完全燃焼監視部(不完全燃焼監視手段)、30…タイマ、31…増幅異常検出部(増幅異常検出手段)、32…操作スイッチ。
Claims (3)
- 所定の電圧が印加されてCOの検知に応じて変化した電圧を出力するCOセンサと、該COセンサからの出力に基づいて所定のCO濃度に対応する所定の出力が得られるように、COセンサからの出力電圧より低い所定のオフセット電圧を付与してCO濃度出力を生成すべく該COセンサからの出力電圧と該オフセット電圧との差を増幅する増幅手段とを備えるCOセンサ装置において、
前記増幅手段のオフセット電圧を前記所定のオフセット電圧より低いレベルに強制的に変更するオフセット電圧変更手段と、
該オフセット電圧変更手段によってオフセット電圧が変更された前記増幅手段からのCO濃度出力が所定値未満のとき前記増幅手段の異常を検出する増幅異常検出手段とを設け、
前記COセンサは、バーナを備える燃焼装置に設けられて該バーナから発生するCOを検知し、
前記増幅手段は、該燃焼装置に設けられて前記増幅手段からのCO濃度出力により前記バーナの不完全燃焼を判定する不完全燃焼監視手段に接続され、
前記オフセット電圧変更手段による前記増幅手段のオフセット電圧の変更は、前記燃焼装置の運転動作を開始した時から前記バーナへの点火動作が行われるまでの間に前記不完全燃焼監視手段の作動を停止して行われることを特徴とするCOセンサ装置。 - 前記燃焼装置のバーナの燃焼運転が行われているときに所定時間が経過する毎に前記不完全燃焼監視手段の作動を停止して前記オフセット電圧変更手段を作動させるタイマを設けたことを特徴とする請求項1記載のCOセンサ装置。
- 前記不完全燃焼監視手段の作動を停止して前記オフセット電圧変更手段を作動させる操作スイッチを設けたことを特徴とする請求項1又は2記載のCOセンサ装置。
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