JPH0783433A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信頼性に優れたＣＯセンサのセルフチェック
機能付きの燃焼装置を提供する。 【構成】 送風量検出部20で燃焼ファンの送風量を検出
し、燃焼量検出部21でバーナの燃焼量を検出する。過剰
空気量算出部22は送風量と燃焼量から過剰空気量を算出
する。メモリ24には燃焼量と過剰空気量とＣＯ発生量と
の関係データが予め与えられており、ＣＯ発生量推定部
23は前記算出された過剰空気量に対応するＣＯ発生量を
メモリ24のデータを利用して求める。ＣＯ濃度推定部26
は前記ＣＯ発生量と送風量からＣＯ濃度を推定する。異
常判断点検部25は前記ＣＯ濃度推定値とＣＯセンサ10に
よる排気ガス中のＣＯ濃度のセンサ出力値を比較し、セ
ンサ出力値がＣＯ濃度推定値から許容範囲を越えて外れ
たときに、ＣＯセンサ10に異常があるものと判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＯセンサ（一酸化炭
素センサ）のセルフチェック機能を備えた燃焼装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４にはＣＯセンサのセルフチェック機
能を具備した燃焼装置（特公平２−３８８５７公報）が
示されている。同図において、ケーシング１内には熱交
換器２が配設され、この熱交換器２の下方側にはバーナ
３が配置されている。そして、燃焼装置の排気トップ側
には排気ガス中のＣＯガス（一酸化炭素ガス）の濃度を
検出するＣＯセンサ10が設けられている。

【０００３】この種の燃焼装置の給湯器においては、出
湯栓４を開けると、給水管６を通る水が熱交換器２に入
り込む。給水管６を通る水の流れが水流スイッチ７によ
り検出されたとき、制御装置13はこの水流検出信号を受
けて、ガス供給通路のガス弁11を開け、バーナ３に燃料
ガスを供給し、点火プラグ12を動作させてバーナ点火を
行う。そして、バーナ３の着火状態がフレームロッド８
により検出されたとき、制御装置13はバーナ３の燃焼運
転を継続制御する。この燃焼の制御により、給水管６を
通って熱交換器２に入り込んだ水はバーナ３の燃焼火力
でもって加熱されて湯になり、この湯は給湯管５を通し
て出湯栓４から出湯する。

【０００４】一方、バーナ燃焼で発生する排気ガス中の
ＣＯ濃度はＣＯセンサ10により検出され、ＣＯセンサ10
の検出ＣＯ濃度が危険基準濃度に達したときに、制御装
置13内に組み込まれているＣＯ安全装置が作動し、ガス
弁11が閉じられて燃焼停止の安全動作が行われる。

【０００５】このように、ＣＯセンサ10のＣＯ検出信号
によりＣＯガスに対する安全動作が行われるが、ＣＯセ
ンサ10が故障状態で燃焼運転が行われると、ＣＯ安全動
作が行われないので、非常に危険な状態となる。このよ
うな危険状態の発生を防止するために、この燃焼装置に
は、ＣＯセンサのセルフチェック機能が備えられてい
る。この燃焼装置で使用されているＣＯセンサ10はＣＯ
検出部にＣＯガスが接触すると、ＣＯ検出部の電気抵抗
値ｒが小さくなるよう構成されており、ＣＯ安全装置に
は、ＣＯ安全動作が作動する基準ＣＯ濃度（危険基準濃
度）に対応する抵抗値ｒ_x が図５に示すように設定され
ており、ＣＯセンサ10の抵抗値がｒ_x を越えて小さくな
たときに、ＣＯ安全動作を行うようにしている。

【０００６】ところで、バーナ３の着火時には、一時的
に多量のＣＯガスが発生することが知られており、この
多量のＣＯガスをＣＯセンサが検知してＣＯ安全動作、
つまり、ガス弁11の遮断動作が行われると燃焼運転を継
続できないので、従来の燃焼装置は、着火後所定の短い
時間Δｔを予め設定しておき、この期間Δｔでは、検出
ＣＯ濃度の如何に拘わらずＣＯ安全動作が作動しない状
態にしておき、着火後、このΔｔの時間内で、ＣＯセン
サの抵抗値がｒ_x よりも小さい値になれば、着火時にお
けるＣＯガスの多量発生をＣＯセンサが検出できている
のでＣＯセンサ10に異常がないものと判断し、これに対
し、ＣＯセンサ10の抵抗値がｒ_x よりも大きいままのと
きには、前記着火時におけるＣＯガスの多量発生を検出
できない状態であるので、ＣＯセンサ10に異常があるも
のと判断してＣＯセンサ10のセルフチェックを行い、燃
焼運転のＣＯガスに対する安全を図ろうとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＣ
Ｏセンサのセルフチェック機能にあっては、バーナ着火
後の短いΔｔの時間内に限りＣＯセンサ10のセルフチェ
ックを行う方式であるため、この着火後Δｔの時間を経
過した後にＣＯセンサ10に異常が発生したときには、こ
れが検出されず、ＣＯ安全装置が作動しない状態で燃焼
運転が継続されるので、非常に危険であった。

【０００８】また、バーナ３の点火時には、着火遅れが
生じることがあり、この着火遅れが生じると、通常の着
火時よりも多量のＣＯガスが発生するため、ＣＯセンサ
10に異常が生じ始めている場合であっても、そのＣＯセ
ンサ10の抵抗値がｒ_x を越えて小さくなるという事態と
なり、ＣＯセンサ10に多少の異常が生じていても、この
異常を検知することができないこととなる。したがっ
て、ＣＯセンサ10の異常が相当ひどくならない限り、そ
の異常を検出することができず、ＣＯセンサのセルフチ
ェックの信頼性の上でも問題があった。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、バーナの定常燃焼運
転中は常時ＣＯセンサのセルフチェックを継続して行う
ことができ、しかも、セルフチェックの信頼性の高い燃
焼装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、給排気を行う燃焼ファンと、この燃焼ファンに
よって導入される空気を利用して燃料を燃焼するバーナ
と、排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、Ｃ
ＯセンサのＣＯ検出濃度が基準濃度に達したときにＣＯ
安全動作を行うＣＯ安全装置とを備えた燃焼装置におい
て、燃焼ファンの送風量を検出する送風量検出部と、バ
ーナの燃焼量を検出する燃焼量検出部と、前記燃焼ファ
ンの送風量とバーナ燃焼量を含む情報から排気ガス中の
ＣＯ濃度を推定するＣＯ濃度推定部と、ＣＯ濃度推定部
によって推定されるＣＯ濃度推定値とＣＯセンサによっ
て検出されるＣＯ濃度のセンサ出力値とを比較し、セン
サ出力値がＣＯ濃度推定値から所定の許容範囲を越えて
外れたときにＣＯセンサの異常信号を出力するＣＯセン
サの異常判断点検部とを有することを特徴として構成さ
れている。

【００１１】

【作用】上記構成の本発明において、燃焼装置の燃焼運
転状態で、燃焼ファンの送風量が送風量検出部により検
出され、バーナの燃焼量が燃焼量検出部により検出され
る。これら送風量と燃焼量の検出値を受け、例えば、過
剰空気量を算出し、その算出結果をＣＯ発生量推定部に
加える。ＣＯ発生量推定部は、メモリに予め与えられて
いる過剰空気と燃焼量とＣＯ発生量とのデータを参照
し、過剰空気量算出部から加えられる過剰空気量と燃焼
量検出部から加えられる燃焼量に対応するＣＯ発生量を
推定する。そして、このＣＯ発生量推定値と前記検出送
風量の情報に基づきＣＯ濃度推定部により排気ガス中の
ＣＯ濃度が推定される。異常判断点検部はＣＯセンサに
より検出された排気ガス中のＣＯ濃度の検出実測値と、
前記ＣＯ濃度推定部から加えられるＣＯ濃度推定値とを
比較し、ＣＯ濃度実測値がＣＯ濃度推定値から所定の許
容範囲を越えて外れたときに、ＣＯセンサは異常である
と判断して異常信号を出力する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略す
る。図１には本発明に係る燃焼装置の一実施例の模式構
成が示され、図２には同装置におけるＣＯセンサのセル
フチェック機能部分のブロック構成例が示されている。

【００１３】本実施例の燃焼装置も給湯器を対象にした
もので、バーナ３の下方側（上流側）に給排気を行う燃
焼ファン14が設けられており、また、バーナ３へのガス
供給通路には開弁量の可変によってバーナ３へのガス供
給量を制御する比例弁15が設けられている。そして、給
水管６には従来例の水流スイッチ７の替わりに、水の流
れと、給水量を検出可能なフローセンサ16が設けられる
と共に、給水温度を検出する入水温度センサ17が設けら
れており、熱交換器２の出側には出湯温度を検出する出
湯温度センサ18が設けられている。本実施例の制御装置
13は入水温度センサ17の入水温度の情報と、出湯温度セ
ンサ18から加えられる出湯温度の情報と、フローセンサ
16により検出される給水流量との情報に基づき、出湯温
度が設定温度に近づく方向に比例弁15の開弁量を制御し
てガス供給量を調整し、その一方で、燃焼量に見合う空
気量が得られるように燃焼ファン14の回転制御を行い、
燃焼運転を制御している。

【００１４】なお、本実施例で使用しているＣＯセンサ
10は、ＣＯ検出部がＣＯガスに接触したとき、そのＣＯ
濃度の大きさに応じて、ＣＯ検出部の電気抵抗値が大き
くなるものを使用しており、この種のＣＯセンサの構造
およびその作用は周知であるので、その説明は省略す
る。

【００１５】制御装置13内にはＣＯセンサ10のセルフチ
ェックを行う本実施例の特有な回路が形成されており、
この回路のブロック構成が図２に示されている。このセ
ルフチェック回路は、送風量検出部20と、燃焼量検出部
21と、過剰空気量算出部22と、ＣＯ発生量推定部23と、
メモリ24と、ＣＯ濃度推定部26と、異常判断点検部25と
を有して構成されている。

【００１６】送風量検出部20は燃焼ファン14からバーナ
３に供給される空気の送風量を検出する。この送風量検
出は、風速センサや風量センサを燃焼ファン14の送風出
口側に設けて検出してもよく、あるいは、燃焼ファン14
の回転数検出センサを設け、このセンサの検出回転数に
より送風量を求めることもできるが、この実施例では、
燃焼ファン14の検出回転数により送風量を求め、これを
より正確にするために、燃焼ファン14の駆動電流と駆動
電圧を検出し、これにより燃焼ファン14の消費電力を求
め、この消費電力に基づき、燃焼ファン14の送風量を補
正している。

【００１７】燃焼ファン14の送風量は、排気負荷によっ
て変化し、排気負荷が大きくなると、送風量が減少す
る。一方、排気負荷が大きくなると、燃焼ファン14の出
口側が塞がれた状態と等価になるため、燃焼ファン14の
出口側の圧力が高まることで、燃焼ファン14が空転する
方向に近づき、燃焼ファン14のモータ負荷が小さくな
る。したがって、燃焼ファン14の消費電力が小さくな
る。その逆に、燃焼ファン14の排気負荷が小さくなる
と、モータ負荷が大きくなるので、燃焼ファン14の消費
電力は大きくなる。このように、燃焼ファン14の送風量
は燃焼ファン14の消費電力に比例したものとなり、本実
施例では燃焼ファン14の消費電力を検出することにより
送風量を補正している。

【００１８】燃焼量検出部21はバーナ３の燃焼量を演算
により検出する。この燃焼量検出は、比例弁15への開弁
駆動電流の値を検出することにより、あるいは、バーナ
３への供給燃料の量を検出することにより、さらには、
給水水量を入水温度から出湯温度まで高めるのに必要な
熱量を周知の演算式により求めることにより検出可能と
なる。

【００１９】過剰空気量算出部22は前記送風量検出部20
から加えられる送風量検出値と、燃焼量検出部21から加
えられる燃焼量検出値に基づき、過剰空気量を算出す
る。つまり、燃焼量検出部で検出された燃焼量に必要な
理論空気量を求め、送風量検出部で検出された送風量か
ら理論空気量を差し引くことにより過剰空気量が算出さ
れる。

【００２０】メモリ24には予め、過剰空気量と燃焼量と
ＣＯ発生量との関係を示すデータが実験等に求められて
表データやグラフデータの形態で、あるいは演算式デー
タとして与えられている。ＣＯ発生量推定部23はメモリ
24に与えられている過剰空気量と燃焼量とＣＯ発生量と
の関係データを参照し、過剰空気量算出部22で算出され
た過剰空気量と燃焼量検出部21で検出された燃焼量に対
応するＣＯ発生量を求め、これをＣＯ濃度推定部26に加
える。

【００２１】ＣＯ濃度推定部26は前記ＣＯ発生量推定部
23で求められたＣＯ発生量と、前記送風量検出部20で検
出された送風量との情報に基づき、排気ガス中のＣＯ濃
度を推定算出する。ＣＯ発生量が同じであっても送風量
が小さければＣＯ濃度はその分高くなり、送風量が大き
ければ発生ＣＯガスがより薄まるのでＣＯ濃度は低くな
る。かかる点に鑑み、ＣＯ発生量と送風量の情報を考慮
してＣＯ濃度が推定され、このＣＯ濃度推定値は異常判
断点検部25に加えられる。

【００２２】異常判断点検部25はＣＯ濃度推定部26から
加えられるＣＯ濃度推定値と、ＣＯセンサ10により検出
される排気ガス中のＣＯ濃度の実測値とを比較し、図３
に示す如く、ＣＯ濃度実測値がＣＯ濃度推定値から所定
の許容範囲を越えて外れたときには、ＣＯセンサ10に異
常があるものと判断し、ＣＯセンサの異常信号を出力す
る。そして、この異常信号を利用して、ＣＯセンサ10に
異常が生じたことを、制御装置13のリモコンの表示部に
表示したり、ブザーを鳴らす等、所望の形態でＣＯセン
サ10の異常が報知される。

【００２３】本実施例のセルフチェック回路を動作して
ＣＯセンサ10の異常状態をセルフチェックする際には、
バーナ３の着火後、所定の短いΔｔの時間を設定し、こ
の時間は、セルフチェックを行わないようにしてもよ
く、あるいは、このΔｔの着火時に発生するＣＯ濃度の
推定値を特別推定値としてＣＯ濃度推定部26に予め与え
ておき、この特別推定値と、ＣＯセンサ10の実測値とを
比較して、Δｔの時間内は、定常のＣＯ濃度推定値と異
なる別の基準を用いてＣＯセンサ10の異常判断を行うよ
うにしてもよいものである。また、燃焼能力に応じてバ
ーナ（又は燃焼面）の使用数を切替えるものにあって
は、バーナの着火の場合と同様に、切替え時にＣＯが発
生するので、この切替え時にもΔｔを設定し、同様の処
置を行うようにしてもよい。

【００２４】本実施例によれば、バーナ３の燃焼運転中
に、逐次排気ガス中のＣＯ濃度が推定され、このＣＯ濃
度推定値とＣＯセンサ10によるＣＯ濃度の実測値とを常
時比較してＣＯセンサのセルフチェックを行うので、Ｃ
Ｏセンサ10に異常が生じたときには直ちにこれを検知し
てその対策を講じることができるので、ＣＯガスに対す
る安全は万全なものとなる。

【００２５】また、従来例では、ＣＯセンサ10の異常が
かなりひどくならないと、その異常を検知することがで
きない場合が生じたが、本実施例では、通常の燃焼運転
状態で逐次セルフチェックを行っているので、ＣＯセン
サ10の異常が始まりかけたときには、直ちにこれを検知
することができるので、セルフチェックの信頼性も格段
に高められることとなる。

【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では燃焼装置として給湯器を対象に説明したが、
本発明は、ガスや石油を燃料とする風呂釜や、暖房機等
の他の様々な燃焼装置に適用されるものである。

【００２７】また、上記実施例ではＣＯ濃度実測値がＣ
Ｏ濃度推定値の許容範囲から外れたときには、直ちにＣ
Ｏセンサ10に異常が生じたものと判断したが、これとは
異なり、ＣＯ濃度実測値がＣＯ濃度推定値の許容範囲か
ら外れたときには、ＣＯセンサ10のＣＯ検出部へ印加す
るバイアス電圧を一時的に高めてＣＯ検出部の温度を高
くし、ＣＯ検出部に付着したごみや雑ガス成分等の不要
成分を蒸発させる等して取り除く、いわゆるヒートクリ
ーニングを行い、このヒートクリーニングをしてもＣＯ
濃度実測値がＣＯ濃度推定値の許容範囲内に入らないと
きに、初めてＣＯセンサ10に異常が生じたものと判断し
て、ＣＯセンサの異常信号を出力するようにしてもよ
い。

【００２８】さらに、上記実施例では過剰空気量を算出
してＣＯ発生量を推定したが、過剰空気量を求めること
なく、燃焼ファンの送風量とバーナの燃焼量の情報に基
づいてＣＯ発生量を推定してもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、燃焼ファンの送風量とバーナ
の燃焼量との検出情報に基づき、ＣＯ発生量を推定し、
このＣＯ濃度推定値とＣＯセンサによって検出される排
気ガス中のＣＯ濃度のセンサ出力値とを比較し、センサ
出力値がＣＯ濃度推定値よりも所定の許容範囲を越えて
外れたときに、ＣＯセンサに異常が生じたものと判断す
るものであるから、バーナの燃焼運転中に、逐次ＣＯセ
ンサの異常状態を判断できることとなり、これにより、
ＣＯセンサに異常が生じたときには即座にその異常が検
出判断されるので、ＣＯセンサの異常に対し迅速に適切
な処置を講じることができ、ＣＯガスに対する安全は万
全なものとなる。

【００３０】また、ＣＯセンサに異常が生じ始めたとき
には、直ちにその異常を検出することができ、従来例の
ようにＣＯセンサの異常が相当ひどくなってからでなけ
ればその異常を検出できないものと比べ、ＣＯセンサの
セルフチェックの信頼性は格段に高められたものとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃焼装置の一実施例を示す模式構
成図である。

【図２】同実施例の装置におけるＣＯセンサのセルフチ
ェック機能部分のブロック構成図である。

【図３】同実施例におけるＣＯセンサセルフチェック動
作の説明図である。

【図４】従来のＣＯセンサセルフチェック機能付きの燃
焼装置の説明図である。

【図５】従来のＣＯセンサセルフチェック動作の説明図
である。

【符号の説明】

２ 熱交換器 ３ バーナ 10 ＣＯセンサ 14 燃焼ファン 20 送風量検出部 21 燃焼量検出部 22 過剰空気量算出部 23 ＣＯ発生量推定部 24 メモリ 25 異常判断点検部 26 ＣＯ濃度推定部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給排気を行う燃焼ファンと、この燃焼フ
   ァンによって導入される空気を利用して燃料を燃焼する
   バーナと、排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ
   と、ＣＯセンサのＣＯ検出濃度が基準濃度に達したとき
   にＣＯ安全動作を行うＣＯ安全装置とを備えた燃焼装置
   において、燃焼ファンの送風量を検出する送風量検出部
   と、バーナの燃焼量を検出する燃焼量検出部と、前記燃
   焼ファンの送風量とバーナ燃焼量を含む情報から排気ガ
   ス中のＣＯ濃度を推定するＣＯ濃度推定部と、ＣＯ濃度
   推定部によって推定されるＣＯ濃度推定値とＣＯセンサ
   によって検出されるＣＯ濃度のセンサ出力値とを比較
   し、センサ出力値がＣＯ濃度推定値から所定の許容範囲
   を越えて外れたときにＣＯセンサの異常信号を出力する
   ＣＯセンサの異常判断点検部とを有することを特徴とす
   る燃焼装置。