JPH03140709A - 燃焼機器の不完全燃焼検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、燃焼室の下流側に接続した排気通路内に士導
体を用いたＣＯセンサを設け、このＣＯセンサの抵抗値
の変化により不完全燃焼にともなうＣ０１１！度の増大
を検出するようにした燃焼機器の不完全燃焼検出装置に
関する。この不完全燃焼検出装置は検出されたＣＯ濃度
が所定の限度を越えれば警告を発して警報器を作動させ
、またはバーナの作動を停止させるものである。

（従来の技術） この種の燃焼機器の不完全燃焼検出装置には、例えば特
開昭６４−６７５２７号公報に開示されたごとく、ＣＯ
センサにヒータを設けてこのヒータへの印加電力を周期
的に変化させ、ＣＯセンサの温度を、低温で吸着したし
たＣＯやＮＯ８を脱離させ酸素を再吸着させるに適した
高温側の温度と、ＣＯの検出に適した低温側の温度とに
交互に変化させる手段を設け、低温側でのＣＯセンサの
抵抗値の変化から燃焼機器の不完全燃焼を検出するよう
にしたものがある。このような従来技術においては、タ
イマにより作動するスイッチを設け、ヒータに周期的に
所定時間ずつ所定電圧を印加してＣＯセンサを加熱し、
それ以外の時間はヒータへの印加電圧をＯとしている。

（発明が解決しようとする課題） 半導体を用いたＣＯセンサの抵抗値は、ＣＯａ度のみな
らず検出時の温度によっても影響を受ける。一方、排気
通路内の温度はバーナの加熱量すなわちバーナへの燃料
供給量の増大に応じて、例えば第６図に示すように、最
低値１１１から最高［１１゜まで変化するので、排気通
路内に設けるＣＯセンサのＣ０１１１度検出時すなわち
低温時のＣＯセンサの温度も同様に変化する。従って上
記従来技術では、バーナへの燃料供給量が一定ならば精
度よくＣ０２ｉ度を検出することができるが、燃料供給
量が変化すればＣＯｘ度の検出精度が低下する。

本発明はこのような問題を解決して、バーナへの燃料供
給量が変化してもＣＯ濃度を精度よく検出することがで
きる燃焼機器の不完全燃焼検出装置を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段） このために、本発明による燃焼機器の不完全燃焼検出装
置は、第１図〜第６図に例示するごとく、燃焼室１２内
に設けたバーナ２ｏと、このバーナに連結された燃料供
給管２１の途中に設けた比例電磁弁２２と、この比例電
磁弁への印加電流を制御して前記バーナ２０への燃料供
給量を制御する制御手段１と、ＣＯセンサ３１とヒータ
３２よりなり前記燃焼室１２の下流側に接続した排気通
路１３内に設けられた排ガスセンサユニット３０と、そ
れぞれが所定長の第１期間と第２期間を時間的に交互に
設定すると共に各第１期間に前記ヒータ３２に所定の電
圧を印加して前記ＣＯセンサ３１を周期的に加熱するヒ
ータ通電手段３と、前記各第２期間中に前記ＣＯセンサ
３１により検出されたｃｏｄ度を所定の限度値と比較し
て同りＯａ度が同限度値を越えれば警告を発するＣＯＳ
度比較手段２を備えてなる燃焼機器の不完全燃焼検出装
置において、前記バーナ２０への燃料供給量の増大に応
じて変化する二次電圧を演算する二次電圧演算手段４を
備え、前記ヒータ通電手段３は前記各第２期間に前記二
次電圧を前記ヒータ３２に印加することを特徴とするも
のである。

この燃焼機器の不完全燃焼検出装置は、前記排気通路１
３内の温度を検出する温度センサ３３を備え、前記二次
電圧演算手段４は前記温度センサ３３により検出された
温度の増大に応じて変化する二次電圧を演算するように
してもよい。

あるいは、前記二次電圧演算手段４は前記比例電磁弁２
２への印加電圧の増大に応じて変化する二次電圧を演算
するようにしてもよい。

（作用） 二次電圧演算手段４はガスバーナ２０への燃料供給量の
増大に応じて変化する二次電圧を演算し。

ヒータ通電手段３はヒータ３２に、第１期間には所定の
電圧を印加し第２期間には演算された二次電圧を印加し
、ＣＯ濃度比較手段２は第２期間中にＣＯセンサ３１に
より検出されたＣＯ濃度を所定の限度値と比較してこの
ＣＯａ度が同限度値を越えれば警告を発する。第２期間
中のＣＯセンサ３１の温度は、排気通路１３内の温度と
ヒータ３２による加熱の影響を受ける。そして排気通路
１３内の温度はガスバーナ２０への燃料供給量の増大に
応じて上昇し、一方この第２期間中にヒータ３２へ印加
される二次電圧は燃料供給量の増大に応じて変化する。

従ってＣＯ濃度検出時のＣＯセンサ３１の温度をほぼ一
定とすることができる。

二次電圧演算手段４が、排気通路１３内に設けた温度セ
ンサ３３により検出された温度の増大に応じて変化する
ように二次電圧を演算するようにしたものでも、また比
例電磁弁２２への印加電流の増大に応じて変化するよう
に二次電圧を演算するようにしたものでも、同様にＣＯ
濃度検出時のＣｏセンサ３１の温度はほぼ一定となる。

（発明の効果） 上述のごとく、本発明によれば、バーナへの燃料供給量
の変化の影響を受けることなくＣＯ濃度検出時のＣｏセ
ンサの温度はほぼ一定となるので、ＣＯ２１度を精度よ
く検出することができる。

排気通路内に設けた温度センサにより検出した温度に基
づいて二次電圧を演算するようにしたものによれば、Ｃ
０１１度検出時のＣｏセンサの温度はより正確にほぼ一
定となるので、ＣＯ濃度を一層精度よく検出することが
できる。また、比例電磁弁への印加電流に基づいて二次
電圧を演算するようにしたものによれば、特別な検出素
子を必要としないので、燃焼機器の不完全燃焼検出装置
の構造が簡単となる。

（実施例） 添付図面は、本発明を瞬間ガス湯沸器に適用した場合の
実施例を示す。

第１図に示すごとく、瞬間ガス湯沸器の内Ｊｕｌ！　１
０には、燃焼室１２を形成する下半部内にガスバーナ２
０が設けられ、この燃焼室１２の上側には給水管１５と
給湯管１６の間に接続された熱交換器１７が設けられ、
内胴１０の上端部は排気筒１１に接続されている。ガス
バーナ２０には比例電磁弁２２を設けたガス供給管２１
により燃料ガスが供給され、内ｊＭ　１０内には下側に
設けたファン１４により燃焼用空気が供給される。給湯
管１６には、中間に湯温センサ１８が、また先端に給湯
栓１９が設けられている。内ｊＦ！１０内の熱交換器１
７よりも上側の部分と排気ｖＪｌｌにより排気通路１３
が形成される。

排気通路１３内には、雰囲気のＣＯｘ度により抵抗値が
変化する半導体を用いたＣｏセンサ３１と、このＣＯセ
ンサ３１を加熱するヒータ３２よりなる排ガスセンサユ
ニット３０が設けられ、また温度により抵抗値が変化す
る温度センサ３３が設けられている。Ｃｏセンサ３１と
ヒータ３２は一体的に構成されている。またこの排ガス
センサユニット３０と温度センサ３３は、互いに接近し
て共通の保護金網内に設けることが望ましい。

次にこの瞬間ガス湯沸器の制御装置を、第２図に示す制
御回路により説明する。この制御装置の主体である電子
制御装置４０は、マイクロプロセッサ、読出し専用メモ
リ（ＲＯＭ）、書込み可能メモリ及びインターフェイス
よりなるマイクロコンピュータである。この電子制御装
置４０は、出湯量が変化しても湯温センサ１８により検
出される湯温か操作器（図示省略）により設定された出
湯温度となるように比例電磁弁２２の開度を制御し、Ｃ
Ｏセンサ３１の抵抗値変化により検出される排気通路１
３内のＣＯ濃度が所定の限度値を越えれば警告を発して
比例電磁弁２２または主電磁弁（図示省略）を閉じ、ま
た次に詳述するように、予め与えられたシーケンスによ
り比例電磁弁２２に電圧を印加してＣＯセンサ３１の温
度を周期的に変化させるものである。なお電子制御装置
４０は、燃料ガス供給量に応じた量の燃焼用空気を供給
するように、比例電磁弁２２の開度の制御と関連してフ
ァン１４の回転速度も制御している。電子制御装置４ｏ
のＲＯＭには、これらの動作を行うための制御プログラ
ムが記憶されている。

第２図に示すごとく、ヒータ３２の一端は十Ｅ（例えば
５ボルト）の電源に接続され、他端はトランジスタ４３
及び抵抗４６を介して接地されている。トランジスタ４
３のベースに出力側が接続された演算増幅器４２は、−
入力端がトランジスタ４３のエミッタに接続され、十入
力側には電子制御装置４０からＤ／Ａ変換器４１を介し
て出力される電圧が抵抗４４と４５により分圧されて与
えられる。抵抗４６の端子間電圧は抵抗４５の端子間電
圧と同一となるので、ヒータ３２への印加電圧は電子制
御装置４０からＤ／Ａ変換器４１への出力電圧信号より
制御される。

ＣＯセンサ３１は、一端が十Ｅ電源に接続され、他端が
抵抗４７を介して接地され、この両者３１と４７の中間
点は電子制御装置４０に接続されている。これによりＣ
ｏセンサ３１の抵抗値の変化により検出される排気通路
１３内のＣＯａ度は電子制御装置４０に入力される。

温度センサ３３は、一端が接地され、他端が抵抗３５を
介して十Ｅ電源に接続され、この両者３３と３５の中間
点は電子制御装置４０に接続されている。これにより温
度センサ３３の抵抗値の変化により検出される排気通路
１３内の温度は電子制御装置４０に入力される。

比例電磁弁２２は、ヒータ３２と同様、一端が＋Ｅ１！
源に接続され、他端はトランジスタ５２及び抵抗５５を
介して接地され、トランジスタ５２には演算増幅器５１
が接続されている。抵抗５５の端子間電圧は抵抗５４の
端子間電圧と同一となるので、比例電磁弁２２への印加
電圧は電子制御装置４０からＤ／Ａ変換器５ｏへの出力
電圧信号より制御される。

電子制御装置４０は、前述のごとく、多くの動作を行う
。

電子制御装置４０は、ヒータ３２に第３図の（ｄ）に示
すような電圧を印加してＣｏセンサ３１を周期的に加熱
する。このために電子制御装置４ｏは、先ず前述のごと
く温度センサ３３により検出されて入力された排気通路
１３内の温度の増大に応じて減少する二次電圧Ｖ、を、
ＲＯＭに記憶された演算式または特性マツプを用いて演
算する。排気通路１３内の温度に対する二次電圧Ｖ、の
特性は、第４図に示すごとく、排気通路１３内の温度が
最大４ＩｉＨ１ｌ（すなわち燃料供給量最大、比例電磁
弁２２開度最大）の場合に二次電圧ｖＬが０となり、最
小値ｌ１１（すなわち燃料供給量最少、比例電磁弁２２
開度最少）の場合に二次電圧Ｖ、が最大値ｖ、１（例え
ば２．５ボルト）となるようにする。

そして電子制御装置４０は、第３図の（ｄ）に示すごと
く、それぞれ所定長の第１期間Ｔ、　（例えば２０秒間
）と第２期間Ｔ２　（例えば４０秒間）を時間的に交互
に設定し、Ｄ／Ａ変換器４１、演算増幅器４２及びトラ
ンジスタ４３を介してヒータ３２に、第１期間Ｔ、には
前述の二次電圧ｖＬの最大値ＶＬＩ　よりも大きい所定
値の電圧ＶＨ（例えば５ボルト）を印加し、第２期間Ｔ
２には前述のように演算した二次電圧Ｖ、を印加する。

これによりＣｏセンサ３１の温度は、第３図の（ｂ）に
示すごとく、ヒータ３２に高い電圧Ｖ。が印加される第
１期間Ｔ、には次第に上昇し、低い二次電圧ｖＬが印加
される第２期間Ｔ２には次第に低下しである温度に収斂
する。なお第２期間Ｔ２はこのような収斂が実質的に終
了するだけの時間としておく。この収斂温度は、第２期
間Ｔ２にヒータ３２に印加する二次電圧ｖＬが０の場合
は、排気通路１３内の温度となる。すなわちこの場合の
収斂温度は、第５図の破線に示すごとく、排気通路１３
内の温度に応じて最低値Ｈ２から最高値Ｈ８まで変化す
る。

しかし本実施例では、第２期間Ｔ２には、Ｃｏセンサ３
１は第４図に示す特性の二次電圧Ｖ、が印加されるヒー
タ３２により加熱されるので、二次電圧ｖＬの最大（１
［ＶＬＩ　を適切に選択することにより、第５図に実線
に示すごとく、第２期間Ｔ２におけるＣｏセンサ３１の
収斂温度は常に排気通路１３内の温度の最高値Ｈｓ　（
例えば１５０℃）となる。

これを更に具体的に説明すれば、第３図の（ａ）に示す
ごとく、時点ｔ８において比例電磁弁２２への燃料供給
量が減少して排気通路１３内の温度が１（８からＨ６に
低下した場合、ヒータ３２に印加される二次電圧は、（
ｄ）に示すごとく、ＶＬａがらＶＬｂに上昇する。これ
によりＣｏセンサ３１の収斂温度は、（ｂ）に示すごと
く、時点１の直後において一時的に所定温度Ｈ１Ｉより
も低下するが、二次電圧がＶＬｂに上昇することにより
すぐに所定温度Ｈｅに回復する。比例電磁弁２２への燃
料供給量が増加した場合には、Ｃｏセンサ３１の収斂温
度は一時的に上昇するが、すぐに所定温度Ｈ６に回復す
る。

抵抗４７の端子間電圧として検出されるＣｏセンサ３１
の出力は、排気通路１３内のｃＯａ度が所定値（例えば
５０ｐｐｍ）であれば、第３図の（ｃ）に示すとと＜、
（ｂ）のＣｏセンサ３１の温度と全く同様に変化し、第
２期間Ｔ２におけるＣｏセンサ３１の出力の収斂値は、
排気通路１３内の温度が変化しても、時点し、の直後に
一時的にＶ、に低下するのを除き、一定値ｖｌｌ（例え
ば２．５ボルト）となる。

電子制御装置４０は、第２期間Ｔ２の終了より少時間ｄ
ｔ（例えば２秒間）前の各時点ｊｌ＋ｊ２＋シ。・・・
・におけるＣＯセンサ３１の出力の収斂値を入力し、こ
れを予め与えられている異常判定の限度値ｅ（例えば３
ボルト、ＣＯａ度１１００ｐｐに対応する値）と比較し
、ＣＯセンサ３１の出力の収斂値が限度値ｅを越えれば
、警告信号を発して警報１３（図示省略）を作動させ、
または比例ｔｔｍ弁２２もしくは主電磁弁（図示省略）
を閉じる。前述のごとく、各時点ｊｌ＋Ｆ＋ｊ３・・・
・における収斂値は排気通路１３内の温度変化の影響を
受けることなく排気通路１３内のＣＯｘ度と正確に対応
するので、警報器の作動や、比例電磁弁２２または主電
磁弁の閉止は殆ど誤差をともなうことなく正確に行われ
る。

上記実施例においては、排気通路１３内の温度を温度セ
ンサ３３により直接検出しており、このような温度に基
づいて二次電圧Ｖ、を演算すれば、ＣＯセンサ３１の収
斂温度はほぼ正確に一定となるので、ＣＯｘ度の検出精
度はきわめて高（なる。

しかしながら本発明は、比例電磁弁２２の開度と排気通
路１３内の温度とは比例的関係にあることを利用し、Ｄ
／Ａ変換器５０に対する出力電圧信号と比例的関係にあ
る出力電圧信号を、電子制御装置４０がＤ／Ａ変換９４
１に出力するようにして実施することもでき、これによ
り温度センサ３３及び抵抗３５を除くことができる。

また、上記実施例では比例ｍａ弁２２として、通常は閉
で印加電流の増大に応じて開度が大となる特性のものを
使用したが、これと逆の特性のものを使用することもで
きる。この場合は電子制御装置４０は、Ｄ／Ａ変換器５
０に対する出力電圧信号と逆比例的関係にある出力電圧
信号を、Ｄ／Ａ変換器４１に与えるようにする。

なお、二次電圧Ｖ、の最小値は、上記実施例のようにＯ
とする代わりに所定の低い値としてもよい。

この場合は、ＣＯセンサ３１の収斂温度は排気通路１３
内の最高温度Ｉ＋８よりも多少高くなる。また排気通路
１３内の温度に対する二次電圧Ｖ、の特性は、第４図に
示すような直線状とする代わりに実験的に定める曲線状
、またはそれらに近い階段状としてもよい。

また本発明は、実施例のような瞬間ガス湯沸器に限らず
、各種の燃焼機器に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による燃焼機器の不完全燃焼検出装置
の一実施例を示し、第１図は全体の構成図、第２図は制
御装置の回路図、Ｗｓｓ図は作動状態の説明図、第４図
は排気通路内温度に対する二次電圧の特性図、第５図は
排気通路内温度に対するＣＯセンサ温度を示す図、第６
図は燃料供給量に対する排気通路内温度を示す図である
。 符　　号　　の　　説　　明 １・・・制御手段、２・・・ＣＯ濃度比較手段、３・　
・ヒータ通電手段、４・・　二次電圧演算手段、１２・
・・燃焼室、１３・・・排気通路、２０・　・バーナ（
ガスバーナ）、２１・・・燃料供給管（ガス供給管）、
２２・・・比例電磁弁、３０・・・排ガスセンサユニッ
ト、３１・・　Ｃ ○センサ、３２・・・ヒータ、３３・ ・温度セ ンサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室内に設けたバーナと、このバーナに連結さ
   れた燃料供給管の途中に設けた比例電磁弁と、この比例
   電磁弁への印加電流を制御して前記バーナへの燃料供給
   量を制御する制御手段と、ＣＯセンサとヒータよりなり
   前記燃焼室の下流側に接続した排気通路内に設けられた
   排ガスセンサユニットと、それぞれが所定長の第１期間
   と第２期間を時間的に交互に設定すると共に各第１期間
   に前記ヒータに所定の電圧を印加して前記ＣＯセンサを
   周期的に加熱するヒータ通電手段と、前記各第２期間中
   に前記ＣＯセンサにより検出されたＣＯ濃度を所定の限
   度値と比較して同ＣＯ濃度が同限度値を越えれば警告を
   発するＣＯ濃度比較手段を備えてなる燃焼機器の不完全
   燃焼検出装置において、前記バーナへの燃料供給量の増
   大に応じて変化する二次電圧を演算する二次電圧演算手
   段を備え、前記ヒータ通電手段は前記各第２期間に前記
   二次電圧を前記ヒータに印加することを特徴とする燃焼
   機器の不完全燃焼検出装置。
2. （２）前記排気通路内の温度を検出する温度センサを備
   え、前記二次電圧演算手段は前記温度センサにより検出
   された温度の増大に応じて変化する二次電圧を演算する
   ようにした請求項１に記載の燃焼機器の不完全燃焼検出
   装置。
3. （３）前記二次電圧演算手段は前記比例電磁弁への印加
   電圧の増大に応じて変化する二次電圧を演算するように
   した請求項１に記載の燃焼機器の不完全燃焼検出装置。