JP5524595B2

JP5524595B2 - 燃焼器具の安全制御装置

Info

Publication number: JP5524595B2
Application number: JP2009284836A
Authority: JP
Inventors: 常男西村; 俊和大面; 亮介上村
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: JP2011127799A

Description

本発明は、給気した室外空気とガス化された燃油を均一に混合して点火することで燃焼ガスを発生させ、該燃焼ガスの熱量で温度を上昇させる熱交換器を備え、室内空気を熱交換器で温めた温風で室内を暖め、熱交換終了後の温度低下した燃焼ガスを室外に排気する強制給排気式の燃焼器具の安全制御装置に関するものである。

従来、この種のものにおいては、フレームロッドで検出されるフレーム電圧が所定値以下にまで低下し、室内のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサで検出される濃度が所定値を超えた場合、不完全燃焼が発生しているとして警報信号を出力するものがあった。（例えば、特許文献１）

また、燃焼バーナ底部の中央面を上方に押し上げ加工して凸部を形成し、該凸部の外底部にポットサーミスタを取り付けることで、燃焼状態にかかわらずポットサーミスタの検出温度をほぼ一定にした上で、ポットサーミスタの温度が急激に低下したことを検知したら不完全燃焼が起きているとして燃焼停止するものがあった。（例えば、特許文献２）

実開昭６２−１１２４５８号公報実開平６−８４１１１号公報

しかし、この従来のものでは、ＣＯセンサだけでの異常検知では室内空気の影響を受けるため正確な不完全燃焼の判断ができず、頻繁に誤作動を起こすことから安全装置としての信頼性が低かったため、フレームロッドでのフレーム電圧の検知を加えた訳だが、フレームロッドでのフレーム電圧の検知は、室外から取り入れる燃焼空気の量や燃焼バーナの火力の変化といった外乱の影響を受け易いので検知誤差が発生する場合があり、他の検知手段に比べて不完全燃焼の判断が正確にできない問題があった。

また、ポットサーミスタのみでの検知では、例えば空燃比が崩れて燃焼バーナの炎の大きさが小さくなると、炎がフレームロッドに触れなくなりフレームロッドで検知するフレーム電圧は低くなっていくが、火炎が小さくなることで火元がポットサーミスタに近づき、ポットサーミスタで検知する温度が上昇するので、不完全燃焼の判断ができない問題があった。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１では、燃焼空気を取り込む給気管と、前記給気管から取り込んだ燃焼空気とガス化された燃油を均一に混合して点火することで燃焼ガスを排出する燃焼バーナと、該燃焼バーナで発生した火炎のフレーム電圧を検知するフレームロッドと、前記燃焼バーナ底部の温度を検知するポットサーミスタと、燃焼ガスと対流ファンによって供給される室内空気とを熱交換する熱交換器と、空気中のＣＯ濃度を検知するＣＯセンサとを備え、該ＣＯセンサの検知するＣＯ濃度が所定濃度以上の時、不完全燃焼が発生していると判断して燃焼を停止させる燃焼器具の安全制御装置に於いて、前記ＣＯセンサの検知するＣＯ濃度が所定濃度より低い時、前記フレームロッドの検知するフレーム電圧値が所定範囲内で、かつ前記ポットサーミスタでの検知温度が所定温度以下の場合に、不完全燃焼が発生していると判断して燃焼を停止させるものである。

また、請求項２では、燃焼空気を取り込む給気管と、前記給気管から取り込んだ燃焼空気とガス化された燃油を均一に混合して点火することで燃焼ガスを排出する燃焼バーナと、該燃焼バーナで発生した火炎のフレーム電圧を検知するフレームロッドと、前記燃焼バーナ底部の温度を検知するポットサーミスタと、燃焼ガスと対流ファンによって供給される室内空気とを熱交換する熱交換器と、空気中のＣＯ濃度を検知するＣＯセンサとを備え、該ＣＯセンサの検知するＣＯ濃度が所定濃度以上の時、不完全燃焼が発生していると判断して燃焼を停止させる燃焼器具の安全制御装置に於いて、前記ＣＯセンサの検知するＣＯ濃度が所定濃度より低い時、前記フレームロッドの検知するフレーム電圧値が所定範囲内であるかを判定し、前記フレーム電圧値が所定範囲内である時、前記ポットサーミスタでの検知温度が所定温度以下の場合に不完全燃焼が発生していると判断して燃焼を停止させるものである。

この発明によれば、ＣＯセンサで検知したＣＯ濃度が所定濃度より低い時、フレームロッドの検知するフレーム電圧値が所定範囲内で、かつポットサーミスタでの検知温度が所定温度以下の場合に、不完全燃焼が発生している可能性が高いとして燃焼停止することで、ＣＯセンサで検知されたＣＯ濃度が低い場合であっても、空燃比が崩れた際にフレーム電圧値が低下することを検知するフレームロッドと外乱の影響を受けにくい燃焼バーナ下部の温度を検知するポットサーミスタの両者により不完全燃焼の発生を判断することができるため、ＣＯセンサが誤作動を起こしたとしても不完全燃焼発生の判断が可能となる。

また、ＣＯセンサの検知するＣＯ濃度が所定濃度より低い時、フレームロッドの検知するフレーム電圧値が所定範囲内であるかを判定し、フレーム電圧値が所定範囲内である時、ポットサーミスタでの検知温度が所定温度以下の場合に不完全燃焼が発生していると判断して燃焼を停止させるので、ＣＯ濃度、フレーム電圧値、ポットサーミスタでの検知温度を段階的に確認することで、発生しているエラーが不完全燃焼かそれ以外の原因かを確実に判断することができる。

この発明の一実施例を示した燃焼器具の概略構成図同発明の要部の電気回路図同発明の異常検知手段を表したフローチャート

次に、本発明に係る発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
１は内部に燃焼ガスによって加熱された熱交換器２に対流ファン３で送風することで室内空気と熱交換を行い吹き出し口４から温風を室内空間に放出する燃焼器具である。

５は壁６を貫通して設置され内部に室外空気を取り込む給気管７と熱交換器２内で熱交換された低温の燃焼ガスを排気ファン８を稼働させることで排ガスとして室外へ放出する排気管９を備えた二重管構造の給排気管であり、１０は給気管７で取り込んだ室外空気を燃焼筒１１内部に燃焼空気として送風する給気ファンである。

１２は燃油を一定油面に貯留するオイルレベラで、電磁ポンプ１３で燃油を汲み上げて供給パイプ１４から燃焼筒１１下部にある気化部１５に供給する。

１６は電磁ポンプ１３と併設して設けられた吸引ポンプで、電磁ポンプ１３の下流側にある供給パイプ１４に連通し、消火時に供給パイプ１４内の燃油をオイルレベラ１２に戻すものである。

１７は気化部１５底部裏面に取り付けられた温度センサから成るポットサーミスタであり、気化部１５内の温度を監視して予熱や加熱動作が必要な場合は、棒状のセラミックヒータからなるポットヒータ１８に指示を出すことで気化部１５内を適当な温度にする。

１９は燃焼筒１１の下部に位置し気化部１５を底部に内装した燃焼バーナであり、気化部１５内でガス化された燃油と燃焼空気を均一に混合して点火することで燃焼を行い燃焼ガスを排出する。

２０は燃焼バーナ１９で発生した火炎に触れるように設置したフレームロッドであり、火炎に流れる電流を検知してフレーム電圧を算出することで着火ミス、途中失火、あるいは酸欠による異常等を判断して燃焼を停止させるものである。

２１は吹き出し口４の下部に設置され空気中の一酸化炭素濃度を検知するＣＯセンサであり、対流ファン３によって燃焼器具本体１に取り込まれた室内空気が熱交換器２によって加熱され温風となって吹き出し口４から室内に放出される送風経路の下流に位置する。これによって、給排気管５が正常な取付位置から外れていたりひびが入っている場合や熱交換器２にひびが入っており排気ガスが漏れていたとしても、対流ファン３で室内空気を吸い込む際に排気ガスを巻き込み熱交換器２を通過して下流に送風されるので、ＣＯセンサ２１での異常検知が可能となる。また、熱交換器２の下方にＣＯセンサ２１を設置することで、熱交換器２で加熱された高温の温風が直接当たらないため器具の故障防止にもなる。

次に、この実施例の要部の電気回路図を図２を用いて説明する。
２２はＣＰＵ、メモリ、タイマ、入出力回路等を備え熱交換器２下方に設置されたマイコンからなる制御部であり、２３は燃焼運転開始と終了を指示する運転スイッチである。

２４はフレームロッド２０で検知されるフレーム電圧値を制御部２２に出力する炎検知回路である。
また、入力側にはポットサーミスタ１７が接続されており、気化部１５の温度を検知した結果を制御部２２に出力し、同じく入力側にはＣＯセンサ２１が接続されており、空気中のＣＯ濃度を検知した結果を制御部２２に出力する。

２５は駆動部品を制御する駆動部であり、制御部２２からの出力を受けてポットヒータ１８の電源をＯＮ・ＯＦＦし、また、制御部２２からの出力を受けて不完全燃焼の発生を確認し燃焼停止の判断をする不完全燃焼防止装置２６を作動させる。

２７は制御部２２の出力側に接続された表示部で、制御部２２からの出力を受けて時刻及び室温、設定温度等を切り替えて表示すると共に、フレーム電圧やポットサーミスタ１７の検知温度が異常であることや、ＣＯセンサ２１で検知されたＣＯ濃度の値が異常である旨をそれぞれエラー表示する。

２８は投入された商用交流電源２９をＤＣ２４Ｖの直流に交換して出力する定電圧電源部で、電磁ポンプ１３及び吸引ポンプ１６が接続し励磁電流の供給を受けると共に、制御部２２からの出力で導通及び非導通する第１、第２トランジスタ３０、３１によって制御される。

次に、この燃焼器具の安全制御装置の作動について図３に示すフローチャートに従って説明する。
まず、ＣＯセンサ２１で検知されたＣＯ濃度が５０ｐｐｍ以下であるか判断して（Ｓ１）、５０ｐｐｍを超えていれば次にＣＯ濃度が２００ｐｐｍ以下であるか判断して（Ｓ２）、２００ｐｐｍを超えていれば不完全燃焼が発生しており人体に危険を及ぼす可能性があるため、駆動部２５によって不完全燃焼防止装置２６を作動させ（Ｓ３）燃焼停止する。

Ｓ１でＣＯ濃度が５０ｐｐｍ以下であれば、フレームロッド２０で検知されるフレーム電圧が２Ｖ未満の状態が２．５秒以上継続しているか判断して（Ｓ４）、２Ｖ未満の状態が２．５秒以上継続していれば、燃油の不足やオイルレベラ１２に不具合がある等として、エラーを表示部２７に表示して（Ｓ５）燃焼停止する。

Ｓ４でフレーム電圧が２Ｖ以上かもしくは２Ｖ未満の状態の継続時間が２．５秒に満たなければ、ポットサーミスタ１７で検知された気化部１５内の温度が、燃油をガス化する作業の効率が落ちていると思われる再熱温度（例えば２２０℃）を超えているか判断して（Ｓ６）、再熱温度以下であれば、駆動部２５がポットヒータ１８をＯＮにすることで気化部１５を加熱する（Ｓ７）。

Ｓ７でポットヒータ１８をＯＮにしたら、ポットサーミスタ１７で検知された気化部１５の温度が燃油を効率よく気化させるために必要な適正温度（例えば２３０℃）以上であるか判断して（Ｓ８）、適正温度以上であればヒータをＯＦＦして（Ｓ９）次の判断へ進み、適正温度未満であればポットヒータ１８へ通電した時間が所定時間（例えば１５０秒）以上であるか判断して（Ｓ１０）、所定時間以上であれば連続通電異常が起きているとしてＳ５でエラーを表示部２７に表示して燃焼停止し、所定時間未満であれば再びＳ８で気化部１５の温度と適正温度とを比較する。

Ｓ６で気化部１５の温度が再熱温度を超えていたか、もしくはＳ９でポットヒータ１８をＯＦＦにした後、ポットサーミスタ１７で検知する気化部１５の温度が３６１℃以下であるか判断して（Ｓ１１）、３６１℃を超えていれば気化部１５の異常加熱状態であるとして、Ｓ５でエラーを表示部２７に表示して燃焼停止する。

Ｓ１１で気化部１５の温度が３６１℃以下であると判断されれば、地震や強い衝撃などの影響で燃焼を停止する耐震自動消火装置や停電による電力供給が無くなった場合に燃焼停止する停電安全装置等の異常発生検知手段が作動していないか判断して（Ｓ１２）、作動していなければ燃焼を継続して再びＳ１からの判断を繰り返し、作動していればＳ５でエラーを表示部２７に表示して燃焼停止する。

また、Ｓ２でＣＯセンサ２1で検知したＣＯ濃度が２００ｐｐｍ以下であると判断されれば、フレームロッド２０で検知されるフレーム電圧が４Ｖ以下であるか判断して（Ｓ１３）、検知電圧が４Ｖを超えていると判断されれば、Ｓ６で気化部１５内の温度と再熱温度が比較される。

Ｓ１３でフレーム電圧が４Ｖ以下であると判断されれば、Ｓ４と同様にフレーム電圧が２Ｖ未満の状態が２．５秒以上継続しているか判断して（Ｓ１４）、２Ｖ未満の状態が２．５秒以上継続していれば、Ｓ５でエラーを表示部２７に表示して燃焼停止する。

Ｓ１４でフレーム電圧が２Ｖ以上かもしくは２Ｖ未満の状態の継続時間が２．５秒に満たなければ、ポットサーミスタ１７で検知される気化部１５の温度が２００℃以下であるか判断して（Ｓ１５）、検知された温度が２００℃を超えていれば、Ｓ６で気化部１５の温度と再熱温度が比較される。

Ｓ１５で気化部１５の温度が２００℃以下であると判断されれば、不完全燃焼を起こしていると判断して、Ｓ３で駆動部２５によって不完全燃焼防止装置２６を作動させ燃焼停止する。

以上のように、ＣＯセンサ２１で室内空気中のＣＯ濃度が所定値以上であれば不完全燃焼が発生していると判断して燃焼停止し、フレームロッド２０で検知するフレーム電圧とポットサーミスタ１７で検知する温度が適正値でなければ、不完全燃焼やその他エラーを報知して燃焼停止することで、ＣＯセンサ２１で誤検知が起こっていても正確な判断が可能であり、給気側で強風が吹く等して一時的にフレーム電圧の値が崩れたとしても、ポットサーミスタ１７で検知された気化部１５の温度から燃焼状態の把握ができ、空燃比が崩れたとしてもフレームロッド２０でエラー検知が行われるため、より正確な不完全燃焼の判断が可能となる。

また、ＣＯセンサ２１を熱交換器２の下方に設置することで、対流ファン３によって吹き出し口４から放出される高温の温風が直接当たらないため耐久性が向上し、温風の送風経路に設置することで給排気筒５や熱交換器２から漏れた燃焼ガスの検知も可能となる。

１燃焼器具
２熱交換器
３対流ファン
７給気管
９排気管
１５気化部
１７ポットサーミスタ
１８ポットヒータ
１９燃焼バーナ
２０フレームロッド
２１ＣＯセンサ

Claims

燃焼空気を取り込む給気管と、前記給気管から取り込んだ燃焼空気とガス化された燃油を均一に混合して点火することで燃焼ガスを排出する燃焼バーナと、該燃焼バーナで発生した火炎のフレーム電圧を検知するフレームロッドと、前記燃焼バーナ底部の温度を検知するポットサーミスタと、燃焼ガスと対流ファンによって供給される室内空気とを熱交換する熱交換器と、空気中のＣＯ濃度を検知するＣＯセンサとを備え、該ＣＯセンサの検知するＣＯ濃度が所定濃度以上の時、不完全燃焼が発生していると判断して燃焼を停止させる燃焼器具の安全制御装置に於いて、前記ＣＯセンサの検知するＣＯ濃度が所定濃度より低い時、前記フレームロッドの検知するフレーム電圧値が所定範囲内で、かつ前記ポットサーミスタでの検知温度が所定温度以下の場合に、不完全燃焼が発生していると判断して燃焼を停止させることを特徴とした燃焼器具の安全制御装置。
燃焼空気を取り込む給気管と、前記給気管から取り込んだ燃焼空気とガス化された燃油を均一に混合して点火することで燃焼ガスを排出する燃焼バーナと、該燃焼バーナで発生した火炎のフレーム電圧を検知するフレームロッドと、前記燃焼バーナ底部の温度を検知するポットサーミスタと、燃焼ガスと対流ファンによって供給される室内空気とを熱交換する熱交換器と、空気中のＣＯ濃度を検知するＣＯセンサとを備え、該ＣＯセンサの検知するＣＯ濃度が所定濃度以上の時、不完全燃焼が発生していると判断して燃焼を停止させる燃焼器具の安全制御装置に於いて、前記ＣＯセンサの検知するＣＯ濃度が所定濃度より低い時、前記フレームロッドの検知するフレーム電圧値が所定範囲内であるかを判定し、前記フレーム電圧値が所定範囲内である時、前記ポットサーミスタでの検知温度が所定温度以下の場合に不完全燃焼が発生していると判断して燃焼を停止させることを特徴とした燃焼器具の安全制御装置。
前記ＣＯセンサで検知されたＣＯ濃度が、前記所定濃度である第１所定濃度以下で前記第１所定濃度よりも低い第２所定濃度を超えている時、前記フレームロッドで検知されたフレーム電圧値が、前記所定範囲である第１電圧値以下で前記第１電圧値よりも低い第２電圧値以上であるかを判定し、前記フレーム電圧値が前記所定範囲内である時、前記ポットサーミスタでの検知温度が所定温度以下の場合に、不完全燃焼が発生していると判断し、燃焼を停止させることを特徴とした請求項２記載の燃焼器具の安全制御装置。