JP4642799B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス給湯機やストーブ等の燃焼装置に関するもので、燃焼排気通路(15)の一酸化炭素濃度の誤検知、特に、一酸化炭素濃度を低濃度側に誤検知する不都合を少なくするものである。

ガス給湯機等の燃焼装置には、不完全燃焼によって燃焼排気中の一酸化炭素濃度が安全濃度を超えると燃焼を停止させる不完全燃焼防止装置や、ガスバーナの立ち消え安全装置等、種々の安全装置が組み込まれている。

図１は、前記不完全燃焼防止装置を備えた給湯機の概略の構成図である。
ケーシング(10)の底壁には給気ファン(11)の吐出口が接続されていると共に、その上方にはガスバーナ(12)と熱交換器(13)が順次配設されている。

ガスバーナ(12)から熱交換器(13)の配設部を経由して排気口(14)に繋がる排気通路(15)には、熱交換器(13)の下流側にて燃焼排気の一酸化炭素濃度を検知するＣＯ検知器(21)が設けられている。

このＣＯ検知器(21)は、付着した一酸化炭素が触媒で酸化されて酸化熱が生じる（以下、「接触燃焼」という。）形式の接触燃焼式素子を具備するもので、該接触燃焼式素子の電気抵抗が、一酸化炭素の接触燃焼時の温度上昇で増加する現象を利用したものである。従って、ＣＯ検知器(21)では、接触燃焼式素子への一酸化炭素の付着量に応じて電気抵抗が変化し、これに伴う出力電圧の変化により、一酸化炭素濃度が検知できるようになっている。

ガスバーナ(12)へのガス回路にはガス供給用の弁装置(16)が配設されていると共に、水回路(17)に於ける熱交換器(13)の上流側には流量センサ(18)が配設されており、更に、水回路(17)の下流側には出湯蛇口(19)が配管接続されている。
このものでは、出湯蛇口(19)の開放によって水回路(17)に生じる水流を流量センサ(18)が検知すると、該検知信号によって給気ファン(11)が作動し、点火装置（図示せず）からガスバーナ(12)へ点火されると共に、弁装置(16)からのガス供給によってガスバーナ(12)が燃焼する。

一方、ガスバーナ(12)の燃焼時に於けるＣＯ検知器(21)の濃度測定値が、既定の基準濃度値から高濃度側へ所定の安全範囲を超えて高くなった場合は、弁装置(16)によるガス供給を停止してガスバーナ(12)を消火状態に維持すると共に、一酸化炭素濃度が高くなっていることを報知する。又、ガスバーナ(12)の燃焼前に給気ファン(11)を作動させるプリパージ時にも、ＣＯ検知器(21)で一酸化炭素濃度を監視し、濃度測定値が所定値に下がるまでガスバーナ(12)の燃焼を禁止する。

一方、上記ＣＯ検知器(21)の性能は経年的に変化するので、同じ一酸化炭素濃度でもＣＯ検知器(21)の濃度測定値にずれが生じることから、従来のものでは、燃焼停止時にＣＯ検知器(21)で一酸化炭素濃度を定期的に測定し、濃度測定値を、基準濃度値として更新するゼロ点補正を繰り返すようになっている。そして、ゼロ点補正後の基準濃度値とＣＯ検知器(21)の測定濃度値を比較して一酸化炭素濃度を判定するようにしている。
特許第３８１０１６３号公報（段落[００１０]）

しかしながら、ワイン等の酒類を用いた加熱調理時に発生するエチルアルコール蒸気等の可燃ガスは、ＣＯ検知器(21)の接触燃焼式素子で接触燃焼するから、前記可燃ガスが雰囲気中に拡散していると、ＣＯ検知器(21)の濃度測定値が高くなる。このことから、従来のものでは、ＣＯ検知器(21)に反応する前記可燃ガスの濃度が一時的に高くなっている環境下（以下、「汚染環境下」という。）でゼロ点補正が実行されると、ＣＯ検知器(21)の測定濃度値と比較すべき基準濃度値が高濃度側にシフトする。
このことから、前記ゼロ点補正後の一酸化炭素濃度の検知時には、一酸化炭素濃度が低濃度側に誤検知されるという問題があった。

尚、上記に於いては、ガスバーナ(12)の下流側に続く排気通路(15)内の一酸化炭素濃度をＣＯ検知器(21)で検知する形式の給湯機を例示して問題点を指摘したが、ガスバーナ(12)の上流側に続く給気通路内の一酸化炭素濃度をＣＯ検知器(21)で検知する形式の給湯機でも、前記汚染環境下でのゼロ点補正によって基準濃度値が高濃度側にシフトすると、その後は一酸化炭素濃度が低濃度側に誤検知されるという上記と同様の問題があり、このものでも、ガスバーナ(12)の消火が遅れる。
尚、以下に於いては、一酸化炭素や前記エチルアルコール等の可燃ガスを総称して「ＣＯ」と呼び、一酸化炭素濃度を「ＣＯ濃度」と記載する。

本発明はかかる点に鑑みて成されたもので、
『ガスバーナに続く給気通路又は排気通路(15)内のＣＯ濃度を測定するＣＯ検知器(21)を具備し、
前記ガスバーナの燃焼停止時に於けるＣＯ検知器(21)の濃度測定値を基に周期的に更新される基準濃度値と、該更新された基準濃度値とＣＯ検知器(21)の濃度測定値を比較することでＣＯ濃度を判定する機能を備えた燃焼装置』に於いて、前記基準濃度値を基に判定されるＣＯ濃度が低濃度側に誤検知されるのを防止することを課題とする。

［請求項１に係る発明］
上記課題を解決する為の請求項１に係る発明の解決手段は、
『前記基準濃度値を更新する際には、前記ＣＯ検知器(21)が測定した濃度測定値が先に更新されている基準濃度値より大きい濃度上昇時は、前記測定した濃度測定値より小さく且つ前記先に更新されている基準濃度値より大きい値であって先に更新された基準濃度値から前記値へのシフト量である補正値が上限補正値以下に抑えられる値を新たな基準濃度値として更新する』ことである。
このものでは、基準濃度値を更新するゼロ点補正時には、ＣＯ検知器(21)による濃度測定値が基準濃度値より大きい濃度上昇時は、測定した濃度測定値より小さい値が新たな基準濃度値として更新されるから、基準濃度値が高濃度側に大きくシフトすることがない。

よって、ゼロ点補正後のＣＯ検知時には、基準濃度値を基準に判定されるＣＯ濃度が低濃度側に誤検知される不都合を小さく抑えることができる。
尚、ゼロ点補正は周期的に繰り返されるから、ＣＯ検知器(21)の経年的な性能変化によってＣＯの濃度測定値が徐々に増加する場合は、前記ゼロ点補正が繰り返されることで性能変化に対応できる。

しかも、先に更新された基準濃度値から新たな基準濃度値へのシフト量である補正値が上限補正値以下に抑えられるので、一時的な汚染環境下でゼロ点補正がされた場合に、基準濃度値の高濃度側へのシフト量が確実に上限補正値以下の小さな値に抑えられる。これにより、ＣＯ濃度が低濃度側に誤検知される不都合が確実に防止される。

［請求項２に係る発明］
請求項１に係る発明に於いて、
『前記濃度測定値が前記先に更新されている基準濃度値より小さい濃度低下時は、前記濃度上昇時に比べ、前記濃度測定値に近い値に更新される』ことである。
この構成によれば、ＣＯの濃度低下時は、濃度上昇時に比べ、基準濃度値が濃度測定値に迅速に近づく。よって、既述可燃ガスであるエチルアルコール等が雰囲気中に拡散している汚染環境下でゼロ点補正が繰り返された後に汚染環境が改善された場合、基準濃度値が安全サイドである低濃度側に大きく補正されるから、前記汚染環境が改善された場合の安全性が向上する。

［請求項３に係る発明］
請求項１又は２に係る発明に於いて、
『前記濃度上昇時に、前記濃度測定値と基準濃度値の差が異常値より大きい場合は、異常発生を報知する』ものでは、ＣＯ検知器(21)の故障時、電気回路の短絡時や断線時には、異常発生が報知されるから、器具の修理点検の注意喚起に有効である。

本発明は次の特有の効果を有する。
請求項１に係る発明では、一時的な汚染環境下でゼロ点補正がされた場合でも、基準濃度値が高濃度側に大きくシフトすることがないから、前記更新後のＣＯ検知時には、基準濃度値を基準に判定されるＣＯ濃度が低濃度側に誤検知される不都合を小さく抑えることができる。

しかも、基準濃度値の高濃度側へのシフト量が確実に上限補正値以下の小さな値に抑えられるから、ＣＯ濃度が低濃度側に誤検知される不都合が確実に防止される。

請求項２に係る発明によれば、既述したように、汚染環境下でゼロ点補正が繰り返された後に汚染環境が改善された場合、基準濃度値が安全サイドである低濃度側に大きく補正されるから、前記汚染環境が改善された場合の安全性が向上する。

請求項３に係る発明では、既述したように、ＣＯ検知器(21)の故障時、電気回路の短絡時や断線時には、異常発生が報知されるから、器具の修理点検の注意喚起に有効である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る給湯機は、既述した図１と同様の構造を有しているので、図１の構造についての［背景技術］に於ける記載は、本実施の形態の説明に援用する。

ＣＯ検知器(21)は、図２に示すように、接触燃焼式のＣＯ検知素子(22)と補償素子(23)と固定抵抗(24)(24)をブリッジ回路に組んだもので、補償素子(23)とこれに隣接する固定抵抗(24)の中間と、ＣＯ検知素子(22)とこれに隣接する固定抵抗(24)の中間に、電源(20)の電圧が印加されている。又、固定抵抗(24)(24)の中間電圧と、ＣＯ検知素子(22)及び補償素子(23)の中間電圧の差が電圧計(25)で測定され、該電圧計(25)の測定値がＣＯ濃度の濃度想定値として制御回路(4)に入力されている。

図１に示すように、ＣＯ検知素子(22)及び補償素子(23)は排気通路(15)に於ける熱交換器(13)の下流側の雰囲気中に露出しており、これにより、後述のＣＯ検知時には、ＣＯ検知素子(22)と補償素子(23)が共に燃焼排気に晒されて同一温度に維持されるようになっている。

図３に示すように、ＣＯ検知素子(22)は、白金製の抵抗線(31)をアルミナなどからなる担体(32)で被覆し、更にその外を白金やパラジウムなどから成る触媒(33)でコーティングしたものである。このものでは、ＣＯ等のガスが付着すると、これが抵抗線(31)の熱で酸化して酸化熱が発生（接触燃焼）し、これにより、抵抗線(31)が温度上昇してその抵抗値が増加する。従って、ＣＯ検知素子(22)を取り巻く雰囲気中のＣＯ濃度が増加するに従って抵抗線(31)の抵抗値も増加する。

補償素子(23)は、ＣＯ検知素子(22)の触媒(33)に代えて気密性ガラス膜で被覆し、該気密性ガラス膜によりＣＯの付着を阻止することにより、ＣＯの酸化熱が生じないようにしたものである。

従って、ＣＯ検知素子(22)はＣＯの酸化熱で抵抗値が増加する点で、かかる酸化熱による抵抗値増加の余地が無い補償素子(23)と相違し、この抵抗値の相違により、ＣＯ検知時に補償素子(23)とＣＯ検知素子(22)の中間点が電圧変化する。従って、このＣＯ検知器(21)によれば、ＣＯ濃度が高くなると、ＣＯ検知素子(22)の抵抗値が増加してＣＯ検知素子(22)と補償素子(23)の中間電圧が上昇し、これにより上昇する電圧計(25)の検知電圧がＣＯ検知器(21)の濃度測定値として制御回路(4)に入力される。

又、図２に示すように、制御回路(4)には、弁装置(16)、給気ファン(11)、流量センサ(18)等の部品が接続されている。
制御回路(4)に組み込まれたマイクロコンピュータには、図４のフローチャートで示す内容の制御プログラムが格納されている。

次に、図４のフローチャートを引用しながら、本発明の実施の形態に係る給湯機の動作を説明する。
ステップ(ST1)で、ＣＯ検知器(21)によるＣＯ濃度の判定の基準たる基準濃度値Ｖ０を所定の初期値に設定する。又、器具使用フラグＦを“未使用継続”に初期設定する。
ステップ(ST2)で、消火時間計測タイマＴ１を０にリセットする。

次に、ステップ(ST3)が実行され、流量センサ(18)で水流検知がされない場合（出湯蛇口(19)が閉状態にある場合）は、ステップ(ST4)で器具使用フラグＦの内容を確認し、これが“未使用継続”であれば、ステップ(ST5)を実行して消火時間計測タイマＴ１の計測時間が４時間を超えるまで、ステップ(ST3)〜ステップ(ST5)のルーチンを繰り返す。
消火時間計測タイマＴ１の計測時間が４時間を超えたことがステップ(ST5)で確認されると、ステップ(ST7)で電圧計(25)の検知電圧をＣＯの濃度測定値Ｖ１として記憶する。

次に、ステップ(ST8)で、濃度測定値Ｖ１と基準濃度値Ｖ０の差の絶対値が異常値Ｋより大きいと判定されると、ステップ(ST9)で異常発生が音やランプの点滅等で報知された後にステップ(ST2)に制御が戻される。従って、ＣＯ検知器(21)の故障時等には、異常発生が報知されるから、器具の修理点検の注意喚起に有効である。

一方、濃度測定値Ｖ１と基準濃度値Ｖ０の差の絶対値が異常値Ｋ以下の場合は、ステップ(ST10)を実行し、濃度測定値Ｖ１と基準濃度値Ｖ０が等しい場合はステップ(ST2)に制御が戻される。

濃度測定値Ｖ１と基準濃度値Ｖ０が等しくない場合は、更に、濃度測定値Ｖ１が基準濃度値Ｖ０より大きいか否かがステップ(ST11)で判定される。
このとき、濃度測定値Ｖ１が基準濃度値Ｖ０より大きいと判定される場合は、酒類を用いた加熱調理時に発生する可燃ガスであるエチルアルコール蒸気等、ＣＯ検知器(21)に反応するガスの濃度が高くなったか、又は、ＣＯ検知器(21)が性能変化を起こしていると判定する。そして係る場合は、ゼロ点補正を徐々に行なうため、基準濃度値Ｖ０の補正を上限補正値Ａ以下に抑えるべく、濃度測定値Ｖ１より小さく且つ基準濃度値Ｖ０（当初はステップ(ST1)で所定の初期値に設定されている。）より大きい値を新たな基準濃度値Ｖ０として更新する。

具体的には次のように基準濃度値Ｖ０を更新する。
ステップ(ST12)で、濃度測定値Ｖ１とゼロ点としての基準濃度値ＶＯ（当初はステップ(ST1)で所定の初期値に設定されている。）の差の３分の１が上限補正値Ａより大きいか否かを判定する。そして、前記３分の１の値が上限補正値Ａより小さいと判定された場合は、ステップ(ST14)を実行し、基準濃度値Ｖ０に上記３分の１の値（（Ｖ１−Ｖ０）／３）を加算した値を新たな基準濃度値Ｖ０として記憶し直す。これにより、濃度測定値Ｖ１より小さく且つ基準濃度値Ｖ０より大きい値（Ｖ０＋（Ｖ１−Ｖ０）／３）を新たな基準濃度値Ｖ０として更新するゼロ点補正が行なわれる。

これにより、本発明の実施の形態に係る給湯機では、濃度測定値Ｖ１が基準濃度値Ｖ０より汚染側（高濃度側）に変化している場合（ステップ(ST11)で「Ｎ」に分岐する場合）は、基準濃度値Ｖ０が高濃度側に大きくシフトすることがない。

一方、ステップ(ST12)を実行したときに、（（Ｖ１−Ｖ０）／３）の値が上限補正値Ａより大きいと判定された場合は、ステップ(ST13)で、基準濃度値Ｖ０に上限補正値Ａを加算した値を新たな基準濃度値Ｖ０として記憶し直す（請求項１に係る発明に対応する）。
これにより、一時的な汚染環境下でゼロ点補正がされた場合に、基準濃度値Ｖ０の高濃度側へのシフト量が確実に上限補正値以下の小さな値に抑えられる。

次に、ステップ(ST15)で器具使用フラグＦを“未使用継続”に書き換えた後、ステップ(ST2)の制御に戻る。
又、前記ステップ(ST11)で、濃度測定値Ｖ１が基準濃度値Ｖ０より低濃度側（汚染改善側）に変化していると判定されると、ステップ(ST16)で、基準濃度値Ｖ０を低濃度側（汚染改善側）に一挙に補正すべく、前記濃度測定値Ｖ１を新たな基準濃度値Ｖ０として記憶し直す。これにより、濃度測定値Ｖ１が基準濃度値Ｖ０より小さい濃度低下時（ステップ(ST11)から(ST16)に分岐する場合）は、前記濃度上昇時（ステップ(ST11)から(ST12)に分岐する場合）に比べ、ゼロ点としての基準濃度値Ｖ０が濃度測定値に近い値に更新されるのである（請求項２に係る発明に対応する）。従って、可燃ガスであるエチルアルコール蒸気等が雰囲気中に拡散している汚染環境下でゼロ点補正が繰り返された後に汚染環境が改善された場合、基準濃度値Ｖ０が安全サイドである低濃度側に大きく補正されるから、前記汚染環境が改善された場合の安全性が向上する。

一方、既述したステップ(ST3)を実行した際に、流量センサ(18)で水流検知がされた場合（出湯蛇口(19)が開放された場合）は、ステップ(ST17)で、給気ファン(11)を作動させて排気通路(15)の換気を行なうプリパージを実行すると共に、点火装置（図示せず）を作動させた後、弁装置(16)からガスバーナ(12)にガス供給し、これにより、該ガスバーナ(12)を燃焼させる。次に、ガスバーナ(12)の燃焼中にステップ(ST18)を実行し、電圧計(25)の検知電圧をＣＯの濃度測定値Ｖ１として記憶する。

続いて、ステップ(ST19)でガスバーナ(12)が完全燃焼しているか否かを判定する。そして、基準濃度値Ｖ０を基準とする所定の安全範囲Ｘ、即ち、「Ｖ０＋Ｘ」より前記濃度測定値Ｖ１が大きい（不完全燃焼状態）と判定されると、ステップ(ST20)で不完全燃焼状態であることを音声やランプ等で報知し、ステップ(ST22)でガスバーナ(12)を消火させると共に給気ファン(11)を停止させる。又、器具使用フラグＦを“使用直後”に書き換え、その後、ステップ(ST2)に制御を戻す。

上記ステップ(ST19)を実行したときに、濃度測定値Ｖ１が「Ｖ０＋Ｘ」以下で不完全燃焼状態に陥っていないと判定されると、流量センサ(18)が水流検知状態にある（出湯蛇口(19)が開放状態に維持されている）場合は、ステップ(ST21)からステップ(ST17)に制御が戻される。一方、出湯蛇口(19)が閉じられて流量センサ(18)が水流を検知しなくなると、ステップ(ST22)に制御が分岐する。

これにより、ステップ(ST22)でガスバーナ(12)を消火させると共に給気ファン(11)を停止させ、更に、器具使用フラグＦを“使用直後”に書き換え、その後、ステップ(ST2)に制御を戻す。そして、器具使用フラグＦが“使用直後”に書き換えられてからステップ(ST2)でリセットされる消火時間計測タイマＴ１が３０分を経過するか否がステップ(ST3)(ST4)(ST6)のルーチンの繰り返しにより監視される。そして、器具使用フラグＦが“使用直後”に書き換えられてから（給湯機の運転停止後から）３０分を経過した場合は、ＣＯ検知素子(22)や補償素子(23)が冷却したと判定し、かかる場合も、既述ステップ(ST7)以下の基準濃度値Ｖ０を補正する制御を実行する。これにより、毎回、運転停止後３０分経過時の統一した温度条件の下でゼロ点補正をすることができる。

［その他］
１．上記実施の形態では、ガスバーナ(12)が不完全燃焼状態にあるか否かを判定する場合に本願発明を適用したが、ガスバーナ(12)の燃焼前に給気ファン(11)を作動させるプリパージ中のＣＯ濃度を検知する場合に本願発明を適用してもよい。

２．上記実施の形態では、本願発明を給湯機に適用した場合を例示的に説明したが、本願発明はガスストーブやガス風呂釜等の種々の燃焼装置に適用できる。

３．上記実施の形態では、ガスバーナ(12)の下流側に続く排気通路(15)内の一酸化炭素濃度をＣＯ検知器(21)で検知する形式の給湯機について記載したが、ガスバーナ(12)の上流側に続く給気通路にＣＯ検知器(21)を配設し、該ＣＯ検知器(21)により、給気通路内の一酸化炭素濃度を検知するようにしてもよい。このものでも、基準濃度値Ｖ０が高濃度側にシフトすると、他の燃焼装置（ガスコンロやガスストーブ等）の燃焼で室内空気が汚れて一酸化炭素濃度が高くなってもＣＯ検知器(21)の濃度測定値が基準濃度値Ｖ０に比べてあまり大きくならないことから、ガスバーナ(12)の消火が遅れるので、前記一酸化炭素濃度が低濃度側に誤検知されるのを防止する必要があるからである。

不完全燃焼防止装置を備えた給湯機の概略の構成図 制御回路の概略図 ＣＯ検知素子(22)の断面図 本発明の実施の形態に係る給湯機の制御用フローチャート

符号の説明

(12)・・・ガスバーナ
(15)・・・排気通路(15)
(21)・・・ＣＯ検知器
(22)・・・ＣＯ検知素子
(23)・・・補償素子

Claims (3)

1. ガスバーナに続く給気通路又は排気通路(15)内のＣＯ濃度を測定するＣＯ検知器(21)を具備し、
   前記ガスバーナの燃焼停止時に於けるＣＯ検知器(21)の濃度測定値を基に周期的に更新される基準濃度値と、該更新された基準濃度値とＣＯ検知器(21)の濃度測定値を比較することでＣＯ濃度を判定する機能を備えた燃焼装置に於いて、
   前記基準濃度値を更新する際には、前記ＣＯ検知器(21)が測定した濃度測定値が先に更新されている基準濃度値より大きい濃度上昇時は、前記測定した濃度測定値より小さく且つ前記先に更新されている基準濃度値より大きい値であって先に更新された基準濃度値から前記値へのシフト量である補正値が上限補正値以下に抑えられる値を新たな基準濃度値として更新する、燃焼装置。
2. 請求項１に記載の燃焼装置に於いて、
   前記濃度測定値が前記先に更新されている基準濃度値より小さい濃度低下時は、前記濃度上昇時に比べ、前記濃度測定値に近い値に更新される、燃焼装置。
3. 請求項１又は２に記載の燃焼装置に於いて、
   前記濃度上昇時に、前記濃度測定値と基準濃度値の差が異常値より大きい場合は、異常発生を報知する、燃焼装置。

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