JP6001289B2 - Combustion device - Google Patents
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Description
本発明は、可燃性ガスを燃焼させる燃焼装置に関するものである。 The present invention relates to a combustion apparatus for burning a combustible gas.
従来、可燃性ガスを燃焼させる燃焼機器において、ガス供給路からのガス漏れや不完全燃焼を検出するために、可燃性ガスや不完全燃焼ガスを検出可能なガス検知装置を備えたものがあった(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, some combustion devices that combust flammable gas have a gas detection device that can detect flammable gas or incomplete combustion gas in order to detect gas leakage from the gas supply path or incomplete combustion. (See, for example, Patent Document 1).
ところで、ガスファンヒータのように置き場所を変更できる燃焼装置に可燃性ガスを供給するためには、燃焼装置及びガス栓の接続口にそれぞれ適合した接続具を有するガスコードが使用される。ここで、燃焼装置の接続口に適合した接続具を有する正規のガスコードが使用されず、接続口に適合した接続具が設けられていないゴム管が燃焼装置の接続口に接続された場合、ゴム管と接続口との接続状態が完全で無いため、ゴム管が接続口から外れて燃料ガスが漏れる可能性があった。上記特許文献に開示された燃焼装置は、ガス漏れを検出するためのガス検知装置を備えているが、このガス検知装置は燃焼中のガス漏れを検出するためのもので、燃焼停止時は電力消費を低減するためにガス検知装置を停止させているので、燃焼停止時にガス漏れの検知が行えないという問題があった。 By the way, in order to supply a combustible gas to a combustion apparatus such as a gas fan heater whose location can be changed, gas cords having connectors suitable for the connection ports of the combustion apparatus and the gas plug are used. Here, when a regular gas cord having a connector suitable for the connection port of the combustion apparatus is not used, and a rubber tube not provided with a connection instrument suitable for the connection port is connected to the connection port of the combustion apparatus, Since the connection state between the rubber tube and the connection port is not perfect, there is a possibility that the rubber tube is detached from the connection port and the fuel gas leaks. The combustion device disclosed in the above-mentioned patent document includes a gas detection device for detecting a gas leak. This gas detection device is for detecting a gas leak during combustion, and power is consumed when combustion is stopped. Since the gas detection device is stopped in order to reduce consumption, there is a problem that gas leakage cannot be detected when combustion is stopped.
また特許文献1に記載の燃焼機器において、燃焼停止時にガス検知装置が停止されると、ガス検知装置が備える感ガス体に水分が付着し、付着した水分の影響で燃焼開始時は感ガス体の感度が変化し、検知性能が低下する可能性があった。
Further, in the combustion apparatus described in
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、消費電力を抑制しつつ、燃焼停止時においても検出対象ガスを検出可能な燃焼装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a combustion apparatus that can detect a detection target gas even when combustion is stopped while suppressing power consumption.
請求項1の発明は、燃料を燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部の燃焼状態を制御する燃焼制御部と、漏出した燃料ガス及び不完全燃焼により発生する不完全燃焼ガスの両方を検出対象ガスとして前記検出対象ガスを検出するガス検出部と、前記ガス検出部が前記検出対象ガスを検出すると報知動作を行う報知部を備える。前記ガス検出部は、前記検出対象ガスに感応して電気的特性値が変化する感ガス体と、前記感ガス体を加熱するヒータと、前記ヒータへの通電を制御するヒータ制御回路と、前記感ガス体の電気的特性値から前記検出対象ガスを検出する検出回路とを備える。そして、燃焼時及び燃焼停止時のそれぞれにおいて、前記ヒータ制御回路が前記ヒータへの通電を制御することによって、燃料ガスに対する感度が低温時に比べて高感度となる温度範囲に前記感ガス体が加熱される高温期間と、不完全燃焼ガスに対する感度が前記高温期間に比べて高感度となる温度範囲に前記感ガス体が加熱される低温期間とが、周期的に設けられている。前記ヒータ制御回路は、前記高温期間及び前記低温期間の繰り返しの周期において前記高温期間以外の期間が燃焼停止時には燃焼時に比べて長くなるように、前記ヒータへの通電を制御している。前記検出回路は、前記高温期間及び前記低温期間のそれぞれで前記感ガス体の電気的特性値から前記検出対象ガスを検出することを特徴とする。ここにおいて、燃料には、メタンを主成分とする都市ガスやプロパンガスなどのガス燃料や、石油ストーブや石油ファンヒータで使用される灯油などの液体燃料が含まれる。そして、燃料がガス燃料の場合は、ガス燃料それ自体がガス検出部によって検出される燃料ガスとなり、燃料が液体燃料の場合は、液体燃料が気化して発生したガスがガス検出部によって検出される燃料ガスとなる。 Claims of the present invention is the first aspect, a combustion portion for burning fuel, and a combustion control unit for controlling the combustion state of the combustion unit, the leaked fuel gas and target gas both incomplete combustion gas generated by incomplete combustion A gas detection unit that detects the detection target gas, and a notification unit that performs a notification operation when the gas detection unit detects the detection target gas. The gas detection unit includes a gas-sensitive member which changes its electrical characteristic value by responding to the detection target gas, a heater for heating the pre-Symbol Gas sensitive body, and a heater control circuit for controlling the energization of the heater, A detection circuit for detecting the detection target gas from an electrical characteristic value of the gas sensitive body. The heater control circuit controls the energization of the heater at each time of combustion and when the combustion is stopped, so that the gas sensitive body is heated to a temperature range in which the sensitivity to the fuel gas is higher than that at the low temperature. The high temperature period in which the gas sensitive body is heated is periodically provided in a temperature range in which the sensitivity to the incomplete combustion gas is higher than that in the high temperature period. The heater control circuit controls energization of the heater so that a period other than the high temperature period is longer than that during combustion when the combustion is stopped in a repetition cycle of the high temperature period and the low temperature period. The detection circuit, and detects the detection target gas from an electrical characteristic value of the sensitive body of gas in each of the high-temperature period and the low-temperature period. Here, the fuel includes gas fuel such as city gas and propane gas mainly containing methane, and liquid fuel such as kerosene used in an oil stove or an oil fan heater. When the fuel is a gas fuel, the gas fuel itself becomes a fuel gas detected by the gas detection unit, and when the fuel is a liquid fuel, the gas generated by vaporization of the liquid fuel is detected by the gas detection unit. It becomes a fuel gas.
請求項2の発明では、前記燃焼時において、前記ヒータ制御回路は、前記高温期間と前記低温期間とが交互に繰り返すように前記ヒータへの通電を制御してもよい。また、前記燃焼停止時において、前記ヒータ制御回路は、前記高温期間と、前記低温期間と、前記ヒータへの通電を停止する停止期間とが周期的に繰り返すように前記ヒータへの通電を制御してもよい。
In the invention of
請求項3の発明では、前記ヒータ制御回路が、前記燃焼停止時は前記燃焼時に比べて前記低温期間を長くするように前記前記ヒータへの通電を制御してもよい。 In the invention of claim 3, prior Symbol heater control circuit, before SL during combustion stop may control the energization of the said heater to increase the low-temperature period than during the combustion.
請求項4の発明は、前記燃焼停止時に前記ガス検出部が燃料ガスを検出すると、前記報知部が、燃料の漏出を報知してもよい。 According to a fourth aspect of the present invention , when the gas detection unit detects fuel gas when the combustion is stopped, the notification unit may notify the leakage of fuel .
請求項5の発明は、前記燃焼停止時に前記ガス検出部が燃料ガスを検出すると、前記燃焼制御部が、前記燃焼部による燃料への着火を禁止してもよい。 According to a fifth aspect of the present invention , when the gas detection unit detects fuel gas when the combustion is stopped, the combustion control unit may prohibit ignition of the fuel by the combustion unit .
請求項1の発明によれば、燃焼停止時において、ヒータ制御回路は、ヒータに通電して、検出対象ガスに対する感度が検出対象ガス以外のガスに対する感度よりも高くなるような温度範囲に感ガス体を加熱する加熱期間を間欠的に設けている。そして、ガス検出回路は、感ガス体が上記温度範囲に加熱された状態で感ガス体の電気的特性値から検出対象ガスを検出しているので、燃焼停止時においても、検出対象ガスの検出が可能になる。またヒータ制御回路は、燃焼停止時において加熱期間を間欠的に設けているので、感ガス体を上記温度範囲に加熱し続ける場合に比べて消費電力を低減でき、また感ガス体に高い電力が供給される期間が短縮されるから、感ガス体の劣化を抑制できる。また、ヒータへの通電を停止する間に感ガス体に付着した水分の影響を受けて、通電開始直後は感ガス体の感度が変化する可能性があるが、本実施形態では燃焼停止中も感ガス体を加熱する期間を間欠的に設けているので、感ガス体に付着した水分を蒸発させることによって、水分の影響による感度の変化を抑制できる。 According to the first aspect of the present invention, when the combustion is stopped, the heater control circuit energizes the heater so that the sensitivity to the detection target gas is higher than the sensitivity to the gas other than the detection target gas. A heating period for heating the body is provided intermittently. Since the gas detection circuit detects the detection target gas from the electrical characteristic value of the gas sensitivity body in a state where the gas sensitivity body is heated to the above temperature range, the detection target gas is detected even when the combustion is stopped. Is possible. Further, since the heater control circuit intermittently provides the heating period when the combustion is stopped, the power consumption can be reduced as compared with the case where the gas sensitive body is continuously heated to the above temperature range, and the gas sensitive body has high power. Since the supply period is shortened, deterioration of the gas sensitive body can be suppressed. In addition, the sensitivity of the gas sensitive body may change immediately after the start of energization due to the influence of water adhering to the gas sensitive body while the energization to the heater is stopped. Since the period for heating the gas sensitive body is provided intermittently, the change in sensitivity due to the influence of moisture can be suppressed by evaporating the water adhering to the gas sensitive body.
請求項2の発明によれば、停止期間を設けることでヒータを加熱し続ける場合に比べて消費電力の低減を図ることができる。 According to the second aspect of the present invention, the power consumption can be reduced by providing the stop period as compared with the case where the heater is continuously heated.
請求項3の発明によれば、燃焼停止時には燃焼時に比べて低温期間を長くすることで、単位時間あたりの消費電力を低減することができる。 According to the third aspect of the present invention, the power consumption per unit time can be reduced by extending the low temperature period at the time of stopping the combustion as compared with the time of the combustion.
請求項4の発明によれば、燃焼停止時にも燃料の漏出をユーザに報知することができる。 According to the invention of claim 4, it is possible to notify the user of fuel leakage even when combustion is stopped.
請求項5の発明によれば、燃焼停止時に燃料ガスが検出されると燃料への着火が禁止されるので、漏れた燃料に引火する可能性を低減できる。 According to the fifth aspect of the present invention, the ignition of the fuel is prohibited when the fuel gas is detected when the combustion is stopped, so that the possibility of igniting the leaked fuel can be reduced.
以下に、本発明を、燃料ガス(例えば都市ガス)を燃焼させて室内を暖房するガスファンヒータのような暖房装置に適用した実施形態について図1〜図6を参照して説明する。尚、本発明に係る燃焼装置を暖房装置に限定する趣旨のものではなく、燃料の燃焼部を備えた燃焼装置であれば、燃料の燃焼熱で水を温める給湯装置や、ガスコンロなどのガス調理器でもよい。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a heating apparatus such as a gas fan heater that heats a room by burning fuel gas (for example, city gas) will be described with reference to FIGS. The combustion apparatus according to the present invention is not intended to be limited to a heating apparatus, and if it is a combustion apparatus having a fuel combustion section, a hot water supply apparatus that warms water with the combustion heat of the fuel, or gas cooking such as a gas stove A vessel may be used.
図2は燃焼装置1のブロック図であり、制御回路部10と、燃焼部11と、燃料供給部12と、送風部13と、ガス検出部14と、操作部15と、報知部16と、電源回路部17とを備える。
FIG. 2 is a block diagram of the
燃焼装置1のガス接続口18は、部屋内に設けられたガス栓P1に、ゴム管の両端に接続具が設けられたガスコードH1を介して接続される。ガス栓P1からガスコードH1を介してガス接続口18に供給された燃料ガス(例えばメタン(CH4)を主成分とする都市ガス12A,13Aなど)は燃料供給部12に送られる。
The
燃料供給部12は、ガス接続口18と燃焼部11との間のガス供給路に設けられ、制御回路部10から入力される制御信号に応じて、燃焼部11への燃料ガスの供給量を調整する。
The
燃焼部11は、燃料供給部12を介して供給される燃料ガスを燃焼させるバーナからなり、バーナの燃焼熱によって空気を暖める。
The
送風部13は、燃焼装置本体(図示せず)の背面側に設けられた吸気口から外気を吸い込み、内部に吸い込んだ空気を燃焼装置本体の前面側に設けられた送風口から外部へと送風する。吸気口と送風口との間の空気の流路には燃焼部11が配置され、吸気口から導入された外気は燃焼部11の燃焼熱によって暖められた後、送風口から外部に送風される。
The
ガス検出部14は、ガス供給路(例えばガスコードH1とガス接続口18との接続部分や燃焼装置本体内のガス配管など)から漏出する燃料ガス(例えばメタンなど)と、不完全燃焼により発生する不完全燃焼ガス(例えば一酸化炭素)の両方を検出対象ガスとする。ガス検出部14は、燃料ガス及び不完全燃焼ガスの検出動作を行い、検出結果を制御回路部10に出力する。
The
操作部15は燃焼装置本体の表面に設けられ、暖房運転の開始操作、停止操作や暖房温度の設定操作など各種の操作を行うために設けられている。
The
報知部16は、例えばビープ音や音声メッセージなどの報知音を出力するスピーカからなり、制御回路部10からの出力信号により所望の報知音を出力する。
The
制御回路部10は例えばマイクロコンピュータを構成要素として備え、操作部15からの操作入力、及び、ガス検出部14の検出結果に応じて、燃焼装置1の全般的な動作を制御する。
The
電源回路部17は、商用交流電源ACから電源の供給を受けて、上述の各部に動作電力を供給する。
The power
次に、図1のブロック図を参照してガス検出部14の構成をより詳細に説明する。このガス検出部14は、感ガス体20と、ヒータ21と、中心電極22と、サーミスタ23と、信号処理回路24と、定電圧回路25とを備える。
Next, the configuration of the
定電圧回路25は、電源回路部17から電源供給を受けて一定の直流電圧(例えばDC5V)を生成し、信号処理回路24などに動作電圧を供給する。
The
感ガス体20は、例えば酸化錫(SnO2)等の金属酸化物半導体の焼結体からなり、雰囲気中の検出対象ガスに感応して電気的特性値である電気抵抗が変化する。検出対象ガスの濃度が高くなるほど、感ガス体20の酸化還元反応によって、感ガス体20の電気抵抗は小さくなる。この種の感ガス体20では、検出対象ガスの種類によって、ガス感度が高感度となる温度範囲が異なっている。例えば400℃付近の比較的高温の温度範囲では、不完全燃焼ガスである一酸化炭素の感度に比べて、燃料ガスであるメタンの感度が十分高感度であり、この温度範囲における抵抗値変化からメタンを選択的に検知することが可能となっている。また80℃付近の比較的低温の温度範囲では、燃料ガスであるメタンの感度に比べて、不完全燃焼ガスである一酸化炭素の感度が十分高感度であり、この温度範囲における抵抗値変化から一酸化炭素を選択的に検知することが可能となっている。尚、検出対象ガスに対する感度が他のガス種に比べて高感度となる温度範囲は、要求されるガス検知精度、感ガス体20の組成、検出対象ガスの種類やその検出対象ガスに対して想定されるガス検知時(警報発報時)の濃度などに応じて適宜設定される。
The gas
感ガス体20の材料である金属酸化物半導体には、雑ガスに対する感度を低減させる触媒を担持していることが好ましい。このような触媒としては、パラジウム(Pd)、タングステン(W)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、セリウム(Ce)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)等がある。これらの触媒は一種類が単独で用いられてもよいし、2種類以上が併用して用いられてもよい。特に触媒としてPdが用いられる場合、感ガス体20の応答性が向上する。すなわち、検出対象ガスのガス濃度が上昇するのに伴って、感ガス体20の電気抵抗が変化し始めてから、電気抵抗が安定するまでに要する時間が短縮される。
The metal oxide semiconductor that is the material of the gas
図3に示すように、感ガス体20の内部にはヒータ21と中心電極22とが埋設される。ヒータ21は貴金属線(例えば白金線)をコイル状に巻回して形成されている。中心電極22は棒状の貴金属線(例えば白金線)からなり、コイル状に形成されたヒータ21の中心を貫通するように配置されている。図1中に感ガス体20の等価回路を示してあり、ヒータ21の電気抵抗をRhとし、ヒータ21の一端と中心電極22との間の感ガス体20の電気抵抗をRsとしている。
As shown in FIG. 3, a
この感ガス体20は図3及び図4に示すようにベース31とケース32とからなるパッケージ30内に収納されている。ベース31は絶縁性の樹脂により円盤状に形成され、3本のリード端子33a,33b,33cがベース31を厚み方向に貫通するように設けられている。ヒータ21の両端はそれぞれリード端子33a,33bに溶接され、中心電極22の一端はリード端子33cに溶接されている。ケース32は金属材料により、円筒状の筒部32aと、筒部32aの上端部から内側に張り出すように設けられた上板部32bとを一体に備えている。上板部32bの中央には通気用の貫通孔32cが設けられ、この貫通孔32cには塵や埃の侵入を抑制するために例えばステンレス製の金網34が取り付けられている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the gas
そして、このパッケージ30は、合成樹脂製の外ケース40内に収納されている。外ケース40は、筒部32aの外径よりも内径が若干大きめに形成された円筒状の筒部40aと、筒部40aの上端部から内側に張り出すように設けられた上板部40bとを一体に備えている。上板部40bの中央には通気用の開口40cが設けられ、この開口40cには例えばステンレス製の金網41が取り付けられている。外ケース40の内部には、貫通孔32cを内側に向けた状態でパッケージ30が収納されており、貫通孔32cと開口40cとの間のガス流路にはフィルタ42が配置されている。このフィルタ42は例えば活性炭、シリカゲル等で形成され、また活性炭とシリカゲルとを組み合わせた材料で形成されても良い。フィルタ42が設けられていると、開口40cから外ケース40内に流入したガスに含まれる雑ガス(例えばNOx、アルコールのような有機溶剤の蒸気等)や被毒ガス(例えばシリコン蒸気等)がフィルタ42に除去される。これにより、パッケージ30内に流入する雑ガスや被毒ガスが低減されるから、雑ガスによる誤検知が抑制され、また感ガス体20が被毒ガスによって被毒されにくくなる。
The
ヒータ21は、上述のように感ガス体20の内部に埋設されており、その両端は感ガス体20の外部に露出している。そして、ヒータ21はスイッチング素子Q1を介して定電圧回路25の出力端子間に接続されている。スイッチング素子Q1は例えばFET(Field Effect Transistor)からなり、そのゲート電極は信号処理回路24の出力端子T1に接続され、信号処理回路24からの出力信号に応じてオン/オフが切り替えられる。信号処理回路24は、出力端子T1からスイッチング素子Q1のゲート電極に出力するデューティ信号のパルス幅を制御することで、ヒータ21に印加される電圧の平均値及び消費電力を調整し、それによって感ガス体20の温度を制御する。例えば信号処理回路24は、燃料ガスを検知する高温期間では、ヒータ21に印加される電圧の平均値を約0.9V、消費電力を約150mWとすることで、感ガス体20の温度を約400℃に制御する。また信号処理回路24は、不完全燃焼ガスを検知する低温期間では、ヒータ21に印加される電圧の平均値を約0.2V、消費電力を約36mWとすることで、感ガス体20の温度を約80℃に制御する。ここにおいて、信号処理回路24とスイッチング素子Q1とで、ヒータ21への通電を制御するヒータ制御回路が構成される。
As described above, the
また中心電極22の両端は感ガス体20の外部に露出している。中心電極22の一方の端部は、負荷抵抗R1,R2を介してそれぞれ信号処理回路24の出力端子T2,T3に電気的に接続されるとともに、信号処理回路24のA/D入力端子T4に接続される。信号処理回路24は、出力端子T2又はT3から一定電圧を出力し、負荷抵抗R1又はR2と感ガス体20との直列回路に一定電圧を印加した状態で、中心電極22の電圧V1をA/D入力端子T4から取り込んでいる。ここで、感ガス体20の電気抵抗が検出対象ガスのガス濃度に応じて変化すると、負荷抵抗R1又はR2と感ガス体20との分圧比が変化して、中心電極22の電圧V1が変化する。例えば検出対象ガスのガス濃度が上昇すると、感ガス体20の電気抵抗が減少するので、分圧比の変化によって中心電極22の電圧V1は低下する。信号処理回路24は、出力端子T2又はT3から一定電圧を出力している状態で、A/D入力端子T4に入力される電圧V1をA/D変換して取り込んでおり、この電圧V1から感ガス体20の抵抗値を求めることができる。
Further, both ends of the
また、サーミスタ23と抵抗R3との直列回路が定電圧回路25の両端間に接続され、サーミスタ23及び抵抗R3の接続点の電圧V2は信号処理回路24のA/D入力端子T5に入力されている。サーミスタ23の電気抵抗は温度に応じて変化するので、温度変化に応じてサーミスタ23と抵抗R3との分圧比が変化し、それによって電圧V2の値が変化する。信号処理回路24の内蔵メモリ(図示せず)には、雰囲気温度と電圧V2との関係を示す検量線データが予め記憶されている。信号処理回路24は、この検量線データと、A/D入力端子T5から取り込んだ電圧V2の値とをもとに、雰囲気温度を求めることができる。感ガス体20は温湿度の影響を受けてその電気抵抗が変化するため、信号処理回路24は、サーミスタ23を用いて検出した雰囲気温度をもとに、感ガス体20の電気抵抗を補正している。
A series circuit of the
ところで、上述の感ガス体20は適宜の手法で作製される。例えば感ガス体20に含まれる酸化物半導体がSnO2である場合、適宜の手法で調製されたSnO2の粉末が用いられる。例えばSnCl4の水溶液をNH4で加水分解してスズ酸ゾルを調製する。このスズ酸ゾルを風乾した後、例えば550〜700℃の空気雰囲気中で0.5〜3時間焼成する。この焼成により得られたSnO2の塊状物が粉砕されると、SnO2の粉末が得られる。粉末状のSnO2にパラジウム(Pd)を担持させるためには、SnO2の粉末にPdの王水溶液を含浸させ、例えば500℃の空気雰囲気中で1時間焼成する。Pdの担持量は例えばSnO2に対して1.7質量%とすることができる。またPdに加えて、タングステン(W)をSnO2に対して5質量%担持させても良い。またPd及びWに加えて、SnO2に白金(Pt)、ロジウム(Rh)、セリウム(Ce)、モリブデン(Mo)の内の1つ又は複数を、SnO2に対して0.5質量%程度担持させても良い。骨材が使用される場合は、SnO2の粉末とアルミナ(α−アルミナ)等の骨材の粉末とを混合する。この混合物に、ポリエチレングリコール、グリセリン、テルピネオール等の有機溶剤が加えられると、ペースト状の混合物が調製される。このペースト状の混合物が、リード端子33a〜33cに支持されたヒータ21及び中心電極22の周囲に塗布され、例えば500℃の空気雰囲気中で1時間焼成されると、感ガス体20が形成される。
By the way, the above-mentioned gas
尚、感ガス体20は平板状、球状(楕円球状を含む)等の適宜の形状に形成され、また感ガス体20の寸法も適宜設計される。本実施形態では、図3に示すように感ガス体20は長手方向の径が略0.5mm、短手方向の径が略0.3mmの楕円球状に形成されている。感ガス体20が球状に形成されると、感ガス体20が平板状や円筒状に形成される場合と比べて感ガス体20の小型化が可能であり、その結果、感ガス体20の熱容量を低減することができる。
The gas
次に、本実施形態の燃焼装置1の動作について説明する。先ず燃焼運転時における燃焼装置1の動作について説明する。ユーザが操作部15を用いて運転開始の操作を行うと、制御回路部10は、燃料供給部12から燃料供給を開始させるとともに、燃焼部11に燃料供給部12から供給された燃料ガスを燃焼させ、燃焼熱で暖められた空気を送風部13により送風させる。制御回路部10は、操作部15からの指示内容に応じて、燃料供給部12からの燃料ガスの供給量を制御するとともに、送風部13からの送風量を制御することで、暖房量を調節している。
Next, operation | movement of the
この燃焼時において、ガス検出部14は、制御回路部10からの制御命令に従って、燃料ガス及び不完全燃焼ガスの検出を定期的に行っている。
During this combustion, the
図5はガス検出部14の動作を説明するタイミングチャートであり、同図(a)はヒータ21に印加される電圧(以下、この電圧をヒータ電圧と言う。)の平均値、同図(b)はガス検出を行うタイミング、同図(c)は使用する負荷抵抗をそれぞれ示している。
FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the
ガス検出部14の信号処理回路24は、出力端子T1から出力するデューティ信号のデューティ比を調整することによって、ヒータ電圧の平均値が約0.9Vとなる期間Ta(約5秒)と、約0.2Vとなる期間Tb(約20秒)を交互に設けている。ここで、期間Taでは感ガス体20は約400℃に加熱され、期間Tbでは感ガス体20は約80℃に加熱されており、期間Taが高温期間、期間Tbが低温期間となる。信号処理回路24は、高温期間Taが終わる直前のタイミングで燃料ガスの検出を行い、また低温期間Tbが終わる直前のタイミングで不完全燃焼ガスの検出を行っている。また信号処理回路24は、高温期間Taから低温期間Tbに切り替わった時点から所定時間Te(約0.6秒)が経過したタイミングで、雑ガスである水素ガスの検出を行っている。
The
信号処理回路24は、高温期間Taにおいて出力端子T2から一定電圧を出力させ、出力端子T3の出力をゼロとすることで、負荷抵抗R1と感ガス体20との直列回路に一定電圧を印加する。高温期間Taが終了する直前の時刻t1(図5(b)の○印の時点)で、信号処理回路24はA/D入力端子T4,T5に入力される電圧V1,V2をそれぞれA/D変換し、電圧V2から求めた周囲温度をもとに電圧V1の温度補正を行う。そして、信号処理回路24は、温度補正後の電圧V1と、燃料ガスであるメタンの検出レベル(例えば5000ppm)に対応して設定された第1基準電圧との高低を比較する。信号処理回路24は、温度補正後の電圧V1が第1基準電圧を下回ると、燃料ガスの濃度が検出レベルを超えていることからガス漏れ発生と判断し、ガス漏れの検知信号を制御回路部10に出力する。制御回路部10は、ガス検出部14からガス漏れの検知信号が入力されると、燃焼部11及び燃料供給部12の動作を停止させて、燃料ガスの燃焼を停止させ、且つ、報知部16により燃料ガスのガス漏れを報知させる。尚、燃料ガスであるメタンの検出レベルは、通常、爆発下限界(LEL:Lower Explosive Limit)である50000ppmの10分の1の濃度である5000ppmに設定されている。
The
また信号処理回路24は、低温期間Tbに切り替わった後も所定時間Teが経過するまでは、出力端子T2から一定電圧を出力させ、出力端子T3の出力をゼロとすることで、負荷抵抗R1と感ガス体20との直列回路に一定電圧を印加する。低温期間Tbに切り替わってから所定時間Teが経過した時点(図5(b)の△印の時点)で、信号処理回路24は、A/D入力端子T4,T5に入力される電圧V1,V2をそれぞれA/D変換し、電圧V2から求めた周囲温度をもとに電圧V1の温度補正を行う。そして、信号処理回路24は、温度補正後の電圧V1と、雑ガスである水素ガスの検出レベルに対応して設定された第3基準電圧との高低を比較する。信号処理回路24は、温度補正後の電圧V1が第3基準電圧を下回ると、水素ガスの濃度が検出レベルを超えていることから雑ガスが存在すると判断し、不完全燃焼ガスや燃料ガスの検知レベルを変更するなどして雑ガスによる誤検知が起こりにくくする。
Further, the
また信号処理回路24は、低温期間Tbにおいて雑ガスの検出動作が終了すると、出力端子T3から一定電圧を出力させ、出力端子T2の出力をゼロとすることで、負荷抵抗R2と感ガス体20との直列回路に一定電圧を印加する。そして、低温期間Tbが終了する直前の時刻t2(図5(b)の●印の時点)で、信号処理回路24は、A/D入力端子T4,T5に入力される電圧V1,V2をそれぞれA/D変換し、電圧V2から求めた周囲温度をもとに電圧V1の温度補正を行う。信号処理回路24は、温度補正後の電圧V1と、不完全燃焼ガスである一酸化炭素の検出レベル(例えば300ppm)に対応して設定された第2基準電圧との高低を比較する。信号処理回路24は、温度補正後の電圧V1が第2基準電圧を下回ると、不完全燃焼ガスの濃度が検出レベルを超えていることから不完全燃焼発生と判断し、不完全燃焼の検知信号を制御回路部10に出力する。制御回路部10は、ガス検出部14から不完全燃焼の検知信号が入力されると、燃焼部11及び燃料供給部12の動作を停止させて、燃料ガスの燃焼を停止させ、且つ、報知部16により不完全燃焼の発生を報知させる。
Further, when the miscellaneous gas detection operation is completed in the low temperature period Tb, the
以上のように燃焼時において、ガス検出部14の信号処理回路24は、高温期間Taと低温期間Tbとを交互に繰り返すことによって、燃料ガス及び不完全燃焼ガスの有無を逐次検知している。ここにおいて、信号処理回路24と負荷抵抗R1,R2とで、感ガス体20の電気的特性値から検出対象ガスの検出を行う検出部が構成される。尚、燃料ガス、不完全燃焼ガス及び水素ガスの検出レベルにそれぞれ対応した第1基準電圧、第2基準電圧、第3基準電圧は、信号処理回路24を構成するマイクロコンピュータの内部メモリに予め設定されている。
As described above, during combustion, the
次に燃焼装置1の燃焼停止時における動作について説明する。ユーザが操作部15を用いて運転停止の操作を行うと、制御回路部10は、燃料供給部12による燃料供給を停止させて、燃焼部11での燃焼を停止させるとともに、送風部13による送風動作を停止させる。
Next, the operation | movement at the time of the combustion stop of the
ガス検出部14は、燃焼停止時においても制御回路部10からの制御命令に従って、燃料ガスの検出を行っている。図6(b)は、燃焼停止時においてヒータ21に印加されるヒータ電圧の平均値を示すタイムチャートである。ガス検出部14の信号処理回路24は
、スイッチング素子Q1を駆動するデューティ信号のデューティ比を調整することによって、ヒータ電圧の平均値が約0.9Vとなる期間Ta(約5秒)と、約0.2Vとなる期間Tb(約20秒)と、ヒータ21への通電を停止する停止期間Tc(約100秒)とを、Ta→Tb→Tcの順番で周期的に繰り返している(125秒周期)。期間Taでは感ガス体20は約400℃に加熱され、期間Tbでは感ガス体20は約80℃に加熱される。そして、ガス検出部14の信号処理回路24は、高温期間Taが終了する直前のタイミングで、上述と同様の検出処理を行って、燃料ガスの有無を検出している。この場合、ガス検出部14の消費電力は期間Taで150mW、期間Tbで36mW、期間Tcで18mWであり、単位時間あたりの平均消費電力は約27mW/秒となる。尚、センサ電圧がゼロの期間Tcでも、信号処理回路24や定電圧回路25などの消費電力によって18mWの待機電力が発生している。
The
一方、図6(a)は通常の燃焼時におけるヒータ電圧の平均値を示し、ヒータ電圧の平均値が約0.9Vとなる期間Ta(5秒)と、平均値が約0.2Vとなる期間Tb(20秒)とが交互に繰り返されている(25秒周期)。この場合、ガス検出部14の消費電力は期間Taで150mW、期間Tbで36mWとなり、単位時間あたりの平均消費電力は約60mW/秒となっている。
On the other hand, FIG. 6A shows the average value of the heater voltage during normal combustion, the period Ta (5 seconds) in which the average value of the heater voltage is about 0.9 V, and the average value is about 0.2 V. Periods Tb (20 seconds) are alternately repeated (25-second cycle). In this case, the power consumption of the
このように、燃焼停止時において感ガス体20を比較的高温に加熱する高温期間と、比較的低温に加熱する低温期間と、加熱を停止する停止期間とを周期的に繰り返すことで、燃焼時に比べて消費電力を低減しつつ、燃焼停止時においても燃料ガスの有無を検出できる。尚、停止期間Tcを設けることによって検出対象ガスである燃料ガスの検知性能は低下するが、最低限の検知性能を維持できる範囲で燃料ガスの検出を行う高温状態に加熱する期間を間欠的に設ければ良い。検出対象ガスがメタンのような燃料ガスであれば、爆発下限界の4分の1の濃度を少なくとも検出できる程度に、感ガス体20を間欠的に加熱すればよい。
As described above, by periodically repeating the high temperature period in which the gas
また、信号処理回路24は、スイッチング素子Q1を駆動するデューティ信号のデューティ比を調整することによって、ヒータ電圧の平均値を図6(b)に示すようなパターンで変化させているが、ヒータ電圧の印加パターンはこれに限定されない。すなわち、ガス検出部14の信号処理回路24は、燃焼停止時においても検出対象ガスである燃料ガスを検出できるように、感ガス体20を高温状態に加熱する期間を間欠的に設けることができるのであれば、図6(b)に示す印加パターンに限定されない。例えば図6(c)に示すように、ヒータ電圧の平均値が約0.9Vとなる期間Ta(5秒)と、平均値が約0.2Vとなる期間Tdとを交互に設け、期間Tdの長さを燃焼時に比べて長い時間(例えば55秒)に設定してもよい(60秒周期)。この場合、ガス検出部14の消費電力は期間Taで150mW、期間Tdで36mWであり、単位時間あたりの平均消費電力は約46mW/秒となるので、燃焼時よりも平均消費電力を低減できる。したがって、図6(c)に示すように低温期間を燃焼時よりも長くすることで、燃焼時に比べて消費電力を低減しつつ、燃焼停止時においても燃料ガスの有無を検出できる。
Further, the
上述のように本実施形態の燃焼装置1は、燃焼部11と、制御回路部10(燃焼制御部)と、ガス検出部14と、報知部16とを備える。燃焼部11は燃料(例えば都市ガスのような燃料ガス)を燃焼させる。燃焼制御部たる制御回路部10は燃焼部11の燃焼状態を制御する。ガス検出部14は、漏出した燃料ガス、及び、不完全燃焼により発生する不完全燃焼ガスのうち少なくとも何れか一方を検出対象ガスとして、検出対象ガスの検出を行う。報知部16はガス検出部14が検出対象ガスを検出すると報知動作を行う。ガス検出部14は感ガス体20とヒータ21とヒータ制御回路(信号処理回路24及びスイッチング素子Q1からなる)と検出回路(信号処理回路24及び負荷抵抗R1,R2からなる)とを備える。感ガス体20は、検出対象ガスに感応して電気的特性値(例えば電気抵抗)が変化する。ヒータ21は、検出対象ガスに対する感度が検出対象ガス以外のガスに対する感度よりも高くなるような温度範囲に感ガス体20を加熱する。ヒータ制御回路(信号処理回路24及びスイッチング素子Q1からなる)はヒータ21への通電を制御する。検出回路(信号処理回路24及び負荷抵抗R1,R2からなる)は感ガス体20の電気的特性値から検出対象ガスを検出する。そして、燃焼停止時において、ヒータ制御回路は、ヒータ21に通電して感ガス体20を上記の温度範囲に加熱する加熱期間を間欠的に設け、ガス検出回路は、感ガス体20が上記の温度範囲に加熱された状態で感ガス体20の電気的特性値から検出対象ガスの検出を行っている。
As described above, the
このように、燃焼停止時において、ヒータ制御回路は、ヒータ21に通電して、感ガス体20を上記の温度範囲に加熱する加熱期間を間欠的に設けている。そして、ガス検出回路は、感ガス体20が上記の温度範囲に加熱された状態で感ガス体20の電気的特性値から検出対象ガスを検出しているので、燃焼停止時においても、検出対象ガスの検出が可能になる。また燃焼停止時においてヒータ制御回路はヒータ21を間欠的に加熱しているので、ヒータ21を加熱し続ける場合に比べて消費電力を低減でき、また感ガス体20に高電力が供給される期間が短縮されるから、感ガス体20の劣化を抑制できる。また、ヒータ21への通電を停止する間に感ガス体20に付着した水分の影響を受けて、通電開始直後は感ガス体20の感度が変化する可能性があるが、本実施形態では燃焼停止中も感ガス体20を加熱する期間を間欠的に設けているので、感ガス体20に付着した水分を蒸発させることによって、水分の影響による感度の変化を抑制できる。
Thus, when the combustion is stopped, the heater control circuit intermittently provides a heating period in which the
また、上述の実施形態では、ガス検出部14が燃料ガス及び不完全燃焼ガスの両方を検出対象ガスとしており、燃焼停止時において、ヒータ制御回路は、燃料ガスに対する感度が低温時に比べて高感度となる高温期間と、不完全燃焼ガスに対する感度が高温期間に比べて高感度となる低温期間と、ヒータ21への通電を停止する停止期間とを周期的に繰り返すようにヒータ21への通電を制御している(図6(b)参照)。
Further, in the above-described embodiment, the
このように、燃焼停止時はヒータ21への通電を停止する停止期間を設けることで、ヒータ21を加熱し続ける場合に比べて消費電力を低減することができる。
As described above, when the combustion is stopped, by providing a stop period in which the energization to the
また、上述の実施形態において、ガス検出部14が燃料ガス及び不完全燃焼ガスの両方を検出対象ガスとし、燃焼時及び燃焼停止時のそれぞれで、ヒータ制御回路は、燃料ガスに対する感度が低温時に比べて高感度となる高温期間と、不完全燃焼ガスに対する感度が高温期間に比べて高感度となる低温期間とが交互に繰り返すようにヒータ21への通電を制御し、且つ、燃焼停止時は燃焼時に比べて低温期間を長くすることも好ましい。
Further, in the above-described embodiment, the
これにより、燃焼停止時には燃焼時に比べて低温期間を長くすることで、単位時間あたりの消費電力を低減することができる。 Thereby, the power consumption per unit time can be reduced by lengthening the low temperature period compared with the time of combustion when the combustion is stopped.
また、上述の実施形態において、ガス検出部14が少なくとも燃料ガスを検出対象ガスとし、燃焼停止時にガス検出部14が燃料ガスを検出すると、報知部16が、燃料の漏出を報知することも好ましい
これにより、燃焼停止時において燃料ガスが検出されると、報知部16が報知動作を行うことによって、燃料の漏出をユーザに知らしめることができる。
In the above-described embodiment, it is also preferable that when the
また、上述の実施形態において、ガス検出部14が少なくとも燃料ガスを検出対象ガスとし、燃焼停止時にガス検出部14が燃料ガスを検出すると、燃焼制御部が、燃焼部11による燃料への着火を禁止することも好ましい。
In the above-described embodiment, when the
これにより、燃焼停止時に燃料の漏出が検出されると燃料への着火が禁止されるので、漏れた燃料に引火する可能性を低減できる。 Accordingly, when fuel leakage is detected at the time of combustion stop, ignition of the fuel is prohibited, so that the possibility of ignition of the leaked fuel can be reduced.
尚、上述の実施形態ではガス検出部14が、金属酸化物半導体を用いた感ガス体20を備え、検出対象ガスのガス濃度に応じて変化する感ガス体20の電気抵抗をもとに、検出対象ガスを検出しているが、検出対象ガスに感応して電気的特性値が変化するのであれば、電気抵抗以外の電気的特性値をもとに検出対象ガスを検出してもよい。また感ガス体20を金属酸化物半導体ガスセンサに限定する趣旨のものではなく、接触燃焼式の感ガス体を備えていても良く、上述と同様、燃焼停止時において感ガス体を所定の温度範囲に加熱する加熱期間を間欠的に設けることで、燃焼停止時にも検出対象ガスの検知が可能になり、また加熱期間を間欠的に設けることでヒータ21を加熱し続ける場合に比べて消費電力を低減できる。
In the above-described embodiment, the
また本実施形態では、燃料として都市ガスを用いる燃焼装置のガス検出部に本発明を適用する場合について例示したが、ガス燃料は、メタンを主成分とする都市ガスに限定されるものではなく、例えばプロパンガスでもよい。また本発明を、燃料として液体燃料を用いる燃焼装置用のガス検出部に適用することも可能である。この場合は、液体燃料を気化させたガスが燃料ガスとしてガス検出部に検出されることになる。また本発明は、上記の実施形態において例示したガスファンヒータ以外に、ガスストーブ、石油ファンヒータ、石油ストーブ、給湯装置等、種々の燃焼装置のガス検出部に適用することができる。 Moreover, in this embodiment, although illustrated about the case where this invention is applied to the gas detection part of the combustion apparatus which uses city gas as fuel, gas fuel is not limited to city gas which has methane as a main component, For example, propane gas may be used. The present invention can also be applied to a gas detector for a combustion apparatus that uses liquid fuel as fuel. In this case, the gas obtained by vaporizing the liquid fuel is detected by the gas detection unit as the fuel gas. In addition to the gas fan heater exemplified in the above embodiment, the present invention can be applied to gas detection units of various combustion devices such as a gas stove, an oil fan heater, an oil stove, and a hot water supply device.
1 燃焼装置
11 燃焼部
12 燃料供給部
14 ガス検出部
16 報知部
20 感ガス体
21 ヒータ
24 信号処理回路(ヒータ制御回路,検出回路)
Q1 スイッチング素子(ヒータ制御回路)
R1,R2 負荷抵抗(検出回路)
DESCRIPTION OF
Q1 switching element (heater control circuit)
R1, R2 load resistance (detection circuit)
Claims (5)
前記燃焼部の燃焼状態を制御する燃焼制御部と、
漏出した燃料ガス及び不完全燃焼により発生する不完全燃焼ガスの両方を検出対象ガスとして前記検出対象ガスを検出するガス検出部と、
前記ガス検出部が前記検出対象ガスを検出すると報知動作を行う報知部とを備え、
前記ガス検出部は、前記検出対象ガスに感応して電気的特性値が変化する感ガス体と、前記感ガス体を加熱するヒータと、前記ヒータへの通電を制御するヒータ制御回路と、前記感ガス体の電気的特性値から前記検出対象ガスを検出する検出回路とを備え、
燃焼時及び燃焼停止時のそれぞれにおいて、前記ヒータ制御回路が前記ヒータへの通電を制御することによって、燃料ガスに対する感度が低温時に比べて高感度となる温度範囲に前記感ガス体が加熱される高温期間と、不完全燃焼ガスに対する感度が前記高温期間に比べて高感度となる温度範囲に前記感ガス体が加熱される低温期間とが、周期的に設けられており、
前記ヒータ制御回路は、前記高温期間及び前記低温期間の繰り返しの周期において前記高温期間以外の期間が燃焼停止時には燃焼時に比べて長くなるように、前記ヒータへの通電を制御しており、
前記検出回路は、前記高温期間及び前記低温期間のそれぞれで前記感ガス体の電気的特性値から前記検出対象ガスの検出を行うことを特徴とする燃焼装置。 A combustion section for burning fuel;
A combustion control unit for controlling a combustion state of the combustion unit;
A gas detection unit for detecting the detection target gas using both the leaked fuel gas and the incomplete combustion gas generated by incomplete combustion as the detection target gas; and
A notification unit that performs a notification operation when the gas detection unit detects the detection target gas;
The gas detection unit includes a gas-sensitive member which changes its electrical characteristic value by responding to the detection target gas, a heater for heating the pre-Symbol Gas sensitive body, and a heater control circuit for controlling the energization of the heater, A detection circuit for detecting the detection target gas from an electrical characteristic value of the gas sensitive body,
When the combustion is stopped and when the combustion is stopped, the heater control circuit controls energization to the heater, so that the gas sensitive body is heated to a temperature range in which the sensitivity to the fuel gas is higher than that at the low temperature. A high temperature period and a low temperature period in which the gas sensitive body is heated in a temperature range in which sensitivity to incomplete combustion gas is higher than that in the high temperature period are periodically provided,
The heater control circuit controls energization to the heater such that a period other than the high temperature period is longer than that at the time of combustion when the combustion is stopped in a repetition cycle of the high temperature period and the low temperature period,
The said detection circuit detects the said detection target gas from the electrical characteristic value of the said gas sensitive body in each of the said high temperature period and the said low temperature period, The combustion apparatus characterized by the above-mentioned .
前記燃焼停止時において、前記ヒータ制御回路は、前記高温期間と、前記低温期間と、前記ヒータへの通電を停止する停止期間とが周期的に繰り返すように前記ヒータへの通電を制御することを特徴とする請求項1記載の燃焼装置。 During the combustion, the heater control circuit controls energization to the heater so that the high temperature period and the low temperature period repeat alternately,
During the combustion stop, the heater control circuit includes: the hot period, and the low-temperature period, that the suspension period for stopping the energization of the heater to control the energization of the heater to repeat periodically The combustion apparatus according to claim 1, characterized in that:
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