(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃焼機器の燃焼排ガス系に設けられてその燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出手段を備え、このガス燃焼機器のガスバーナへ供給するガス量と燃焼用空気の空燃比を所定の時間的間隔を置いていったん下げることにより、そのときの前記一酸化炭素濃度検出手段による検出信号に基づいて不完全燃焼か否かを確認するようにした不完全燃焼防止装置において、前記した空燃比を下げる時間的間隔の間にもそのいったん下げた空燃比を元に戻したときの前記一酸化炭素濃度検出手段による検出信号を検知し、その検知された出力信号値の変化が所定の範囲を越えたときに前記ガスバーナの空燃比を再度下げて一酸化炭素濃度検出手段による検出信号に基づいて不完全燃焼か否かを確認する燃焼の監視運転を行う監視運転制御手段を備えることを特徴とする不完全燃焼防止装置。
【請求項２】
前記空燃比はガス燃焼機器に設けられる送風ファンの風量を変化させることにより変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載の不完全燃焼装置。
【請求項３】
前記空燃比はガス燃焼機器に設けられるガスバーナのガス量を変化させることにより変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載の不完全燃焼防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強制給排気式（ＦＦ式）のガス給湯器等のガス燃焼機器に適用される不完全燃焼防止装置に関し、さらに詳しくは、ガス燃焼機器の燃焼排ガス系に一酸化炭素（ＣＯ）濃度検知センサを配設し、そのＣＯ濃度検知センサからの検知信号により、このガス燃焼機器の不完全燃焼の招来を予見するのに好適な不完全燃焼防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス燃焼機器では、熱交換器のフィン詰まり等に起因する一酸化炭素中毒の事故を回避するため燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検知するＣＯセンサをバーナ下流の排ガス筒に設け、ＣＯセンサの出力に応じて警報を発したり、ガス燃焼を停止させたりする不完全燃焼防止のための安全装置が設けられている。
【０００３】
例えば、特開平５−２６４４０号公報に提案されたガス燃焼器の安全装置は、ＣＯセンサにより燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検出し、この濃度が第１基準濃度を越えた時に警報を発し、さらに排ガス再循環等によりＣＯ濃度がそのまま上昇して第２基準濃度を越えた場合には、バーナへのガス供給流路を閉じて燃料ガス供給を停止させるものである。
【０００４】
ところでこの燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検知するＣＯセンサは、人体に危害を及ぼす虞れのあるＣＯ濃度３００ｐｐｍレベルに検出感度があるものが望ましいが、燃焼排ガス系は高温度の環境にあるため、常温では高い検出精度が得られるＣＯセンサでも燃焼時は低いＣＯ濃度を正確に検出することができず、基準値以下のＣＯ濃度でも誤判断して燃料ガス供給を停止したり、逆に基準値以上のＣＯ濃度でも基準値以下と誤判断してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで本出願人は、人体に危害を及ぼす虞れのあるＣＯ濃度３００ｐｐｍレベルには検出感度がないが燃焼排ガス中等の高温環境下でもＣＯ濃度の検出精度が高い１０００ｐｐｍレベルに検出感度を持つＣＯセンサを用いて不完全燃焼の招来を予見する燃焼装置を発明し、既に出願している。
【０００６】
この先の出願に係る燃焼装置は、ガス燃焼機器の燃焼排ガス系にその燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検知するＣＯセンサを設け、定常運転時にガスバーナへ供給する燃焼用空気の供給量を一時的に下げたり、あるいは逆に空気量は変えずにガスバーナのガス供給量を上げたりして空燃比を下げ、その時のＣＯセンサからの検知信号により検知される燃焼排ガス中のＣＯ濃度が基準値を越えなければ不完全燃焼の前兆はないと判断し、ＣＯ濃度が基準値を越えれば熱交換器のフィン詰まり等によって不完全燃焼が起こりつつあることを予見しようとするものである。
【０００７】
これにより高温環境下での検出感度の悪いＣＯセンサを用い無くとも正確に燃焼排ガス中のＣＯ濃度の上昇を把握して長期間の使用に伴う不完全燃焼の招来を回避し、器具使用上の安全性を担保せんとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱交換器のフィン詰まり等は、そんなに短時間に起きるものではない。したがって、ＣＯセンサにより燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検知してから次のＣＯ濃度検知までの時間（インターバルタイム）は、１時間〜２時間見ておけばよい。
【０００９】
ところが、このＣＯ濃度検出タイミングの間（インターバル）にも給排気筒の屋外に出た先端の給排気トップに突風等によってトップ圧が生じた時、あるいはこのガス器具の給気口側に障害物等があって燃焼用空気の吸い込みを妨げる等の事情が生じる等によりバーナに燃焼用空気を供給する送風ファンに負荷が掛かる等して空燃比が低下し、バーナの燃焼を悪化させることがある。
【００１０】
例えば、図４（ａ）は先の特許出願に係る不完全燃焼制御の燃焼経過時間とＣＯ濃度出力値との関係を示したタイミングチャートであるが、これによれば室内負圧等により監視制御後に外乱が加わった時に、次の監視制御までのインターバルの間、同図の二点鎖線で示されるＣＯ濃度特性では基準出力（１０００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ）を越えない限り通常燃焼してしまうため監視するインターバルを長くとることができない。
【００１１】
そのような場合に通常のインターバルでのＣＯ濃度検出タイミングでは、不完全燃焼が起きていることを見逃し、バーナの燃焼を停止させる等の対応が遅れる可能性があった。
【００１２】
本発明の解決しようとする課題は、ガス燃焼機器の定常運転時に所定の間隔（インターバル）で燃焼排ガス中のＣＯ濃度を検知してフィン詰まり等に起因した不完全燃焼を予見することができることはもとより、そのＣＯ濃度検出インターバルの間にもトップ圧等による急激な燃焼悪化が生じた場合にそれによる不完全燃焼を検知して速やかな対応が取れるようにした不完全燃焼防止装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、ガス燃焼機器の燃焼排ガス系に設けられてその燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出手段を備え、このガス燃焼機器のガスバーナへ供給するガス量と燃焼用空気の空燃比を所定の時間的間隔を置いていったん下げることにより、そのときの前記一酸化炭素濃度検出手段による検出信号に基づいて不完全燃焼か否かを確認するようにした不完全燃焼防止装置において、前記した空燃比を下げる時間的間隔の間にもそのいったん下げた空燃比を元に戻したときの前記一酸化炭素濃度検出手段による検出信号を検知し、その検知された出力信号値の変化が所定の範囲を越えたときに前記ガスバーナの空燃比を再度下げて一酸化炭素濃度検出手段による検出信号に基づいて不完全燃焼か否かを確認する燃焼の監視運転を行う監視運転制御手段を備えることを要旨とするものである。
【００１４】
上記構成を有する本発明の不完全燃焼防止装置によれば、ガス燃焼機器の定常運転時にガスバーナへ供給するガス量と燃焼用空気の空燃比を所定の時間的間隔を置いていったん下げ、そのときの燃焼排ガス系に設けられる一酸化炭素濃度検出手段による検出信号に基づいて不完全燃焼か否かが確認されるものであるが、その空燃比を下げる時間的間隔の間にもそのいったん下げた空燃比を元に戻したときの前記一酸化炭素濃度検出手段による検出信号を検知し、その検知された出力信号値の変化が所定の範囲を越えたときには前記ガスバーナの燃焼状態が監視運転制御手段により監視される。これにより通常のフィン詰まり等に起因する不完全燃焼が予見されるのみならず、トップ圧等に起因する不完全燃焼も回避されるものである。
【００１５】
前記監視運転制御手段としては、空燃比を下げて再度前記一酸化炭素濃度検出手段による一酸化炭素濃度の検出を行い、その検出信号に基づいて不完全燃焼か否かを判断するものであることが好適なものとして挙げられる。そうすれば通常の不完全燃焼確認のルーチン制御の中で突発的な不完全燃焼の発生も回避されることになる。
【００１６】
前記空燃比はガス燃焼機器に設けられる送風ファンの風量あるいはガス燃焼機器に設けられるガスバーナのガス量を変化させることにより変えることができる。送風ファンの風量をダウンさせるか、ガスバーナのガス量を増やせば空燃比は下がるし、逆に送風ファン風量を増すかガスバーナのガス量をダウンさせれば空燃比は上がる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態としてのガス燃焼機器の概略構成図である。このガス燃焼機器は、強制給排気式給湯器であって、燃焼室を形成するケース１０と、ケース１０の下部に配設されたガスバーナ１１と、ガスバーナ１１に燃料ガスを供給するガス供給路１４と、ガス供給路１４に配置した比例電磁弁１３と、元電磁弁１２とが設けられる。
【００１８】
元電磁弁１２はガス流路の開閉のみを行う弁であり、比例電磁弁１３は制御信号に応じた開度に設定されて所望のガス供給量に調整する制御弁である。また、ケース１０の底部にはファン１５が設けられ、ガス供給量に応じた量の燃焼用空気を燃焼室２４内に供給する。
【００１９】
ガスバーナ１１の上方には熱交換器１６が配設され、給水管１７から通水された水をガスバーナ１１での燃焼熱により加熱し、給湯管１８に送り出す。熱交換器１６よりも上方のケース１０の上部はフード１９を経て排気筒２０に連結される。そして、この排気筒２０にＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ２１が装着される。
【００２０】
また、給湯器の本体内にはこれらの燃焼制御等を司るコントローラ２３が設けられる。コントローラ２３は、図示しない周知の算術論理演算回路を構成するＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭと、各種センサからの信号を入力する入力インタフェースと、各種アクチュエータに駆動信号を出力する出力インタフェース等から構成される。
【００２１】
そして、ＣＯセンサ２１からのＣＯ濃度出力値を示す信号に基づいて、電磁弁１２，１３の開閉を行うだけでなく湯温制御や点火制御等をも併せて行うものであるが、本発明とは直接関係しないセンサや点火装置等に関しては、その説明及び図示は省略する。また、燃焼排ガスは排気筒２５及び排気トップ２６を経て屋外へ排出される。
【００２２】
図２は、図１に示したこの種のガス燃焼機器の燃焼一般特性としての空燃比λと燃焼排ガス中のＣＯ濃度との関係を示した図である。ここに「空燃比」とは、ガスの完全燃焼に必要な理論空気量に対する実際に供給されている空気量の比をいう。
【００２３】
同図において、Ａ点は正常燃焼が行われている場合であり、空燃比λ＝１．８，排出ＣＯ濃度は３００ｐｐｍ以下である。そして、正常燃焼が行われている場合は空燃比λを減らしても（減らし幅Δλ）、排出ＣＯ濃度はほとんど変わらずにＢ点で燃焼するが、不燃傾向にあるＣ点（λ＝１．４５，排出ＣＯ濃度３００ｐｐｍ）においては、空燃比λを減らす（Δλ）と排出ＣＯ濃度は１０００ｐｐｍのＥ点に達する。
【００２４】
更に、Ｄ点（λ＝１．４４，排出ＣＯ濃度３００ｐｐｍ以上）においては、空燃比λを低減（Δλ）すると、排出ＣＯ濃度は１０００ｐｐｍを越えてしまう（Ｆ点）。すなわち、空燃比λが低いレベルにおいては排出ＣＯ濃度が急激に上昇する。これは空燃比λがある値より低くなると不完全燃焼を起こしＣＯ濃度の上昇が急峻になることに因る。だから、器具のＣＯ排出を３００ｐｐｍ以下で抑えたい場合においては、供給ガス量に対する空気量の割合をΔλ分減らして１０００ｐｐｍを検出基準値にできる。
【００２５】
そこで本発明はガス燃焼機器の定常運転時にガスバーナ１１へ供給するガス量と燃焼用空気の空燃比λを所定のインターバルを置いていったん下げる。そして、そのときの燃焼排ガス系に設けられるＣＯセンサ２１によるＣＯ濃度出力値に基づいて不完全燃焼か否かを確認するものであるが、その空燃比λを下げるインターバルの間にもそのいったん下げた空燃比λを元に戻したときのＣＯセンサ２１によるＣＯ濃度出力値を検知し、その検知されたＣＯ濃度出力値の変化が所定の範囲（Δｘ）を越えたときにはガスバーナ２１の燃焼状態をコントローラ２３により監視するようにしたものである。
【００２６】
図３は本発明の一実施の形態に係る不完全燃焼防止装置に適用される不完全燃焼防止制御ルーチンを表すフローチャートである。このフローチャートでは不完全燃焼の招来を予見するのにファン１５の回転数を変えることによって空燃比λを変える場合を示している。
【００２７】
定常燃焼中に不完全燃焼の招来が予見される場合には、初めに、強制給排気式給湯器において蛇口が開かれると給湯器内部での点火動作の後、コントローラ２３ではガスバーナ２１で炎が検知される（ステップ１：「ＹＥＳ」、以下単に「Ｓ１」のように表記する）。そうするとイグナイターによる点火動作が終了し（Ｓ２）、コントローラ２３により、湯温制御（Ｓ３）及びＣＯセンサ２１により検知されるＣＯ濃度出力値の読み込み（Ｓ４）が開始される。このときのＣＯ濃度は例えば図４（ｂ）に示される「監視」がなされる直前の濃度である。
【００２８】
そして読み込まれたＣＯ濃度出力値は、図４（ｂ）に示す１０００ｐｐｍ乃至２０００ｐｐｍ範囲内の値に設定される基準出力Ａを越えないと判断される（Ｓ５：「ＹＥＳ」）と、ＣＯ検出タイミングがくるまで燃焼制御はそのまま継続することになる（Ｓ６：「ＮＯ」）。
【００２９】
次いで、所定の時間が経過してコントローラ２３によりＣＯ検出タイミングがきたと判断される（Ｓ６：「ＹＥＳ」）と、コントローラ２３はファン１５の回転数を下げる制御を行い（Ｓ７）、空燃比λを所定の割合あるいは変化量Δλで下げる。そうするとＣＯ濃度は図４（ｂ）に示される「監視」のところから上昇して、すぐ右側の凸部の値を示すようになる。そしてこの凸部の値は空燃比λを下げた状態におけるＣＯセンサ２１のＣＯ濃度出力値としてコントローラ２３により読み込まれる（Ｓ８）。
【００３０】
次いで、ＣＯ濃度出力値は基準出力Ａ以下であるか否かがコントローラ２３により再び判断されるが、通常は基準出力Ａ以下であると判断される（Ｓ９：「ＹＥＳ」）。ここで、この凸部（図４（ｂ））のＣＯ濃度出力値はファン１５の回転数を下げる制御により人為的に空燃比を下げた状態の濃度であるから、この濃度が基準出力Ａを越えないと判断することでＣＯ濃度が３００ｐｐｍ以下であるということが推認される。その後、コントローラ２３によりファン回転数が元に戻され（Ｓ１０）、これにより一時的に上昇したＣＯ濃度出力値及び空燃比は元に戻る。
【００３１】
次いで、コントローラ２３はＣＯセンサ２１のＣＯ濃度出力値（ａ）を読み込み（Ｓ１１）、その値を記憶した（Ｓ１２）後、Ｓ４で読み込んだＣＯセンサ出力値に対してＣＯ濃度出力値（ａ）からの出力変化がΔｘ以下であるか否かを判断する。外乱が無い場合（図４（ｂ）参照）には、出力変化はΔｘ以下であると判断され（Ｓ１３：「ＹＥＳ」）、以降、ＣＯ検出タイミングになったと判断されるまで、Ｓ１３乃至Ｓ１３’の処理が繰り返しなされることで（Ｓ１３’：「ＮＯ」）、燃焼動作中におけるＣＯ濃度出力値（ａ）からの出力変化がΔｘ以下であるか否かが常時監視されることになる。
【００３２】
一方、燃焼制御が継続してなされている間にフィン詰まり、トップ圧あるいはスズメ巣作り等が原因で室内負荷が大きくなり、不完全燃焼の招来が予見されるような状態があると、ＣＯ濃度出力値は例えば図４（ｂ）の二点鎖線で示される急峻な変化を示したりあるいは破線で示される変化を示すことがある。
【００３３】
そのような状態においてコントローラ２３によりＣＯ検出タイミングになったと判断される（Ｓ１３’：「ＹＥＳ」）と、上述と同様にしてＳ７乃至Ｓ１２の処理がなされる他、ＣＯ濃度出力値（ａ）からの変化がΔｘ以下ではないと判断される（Ｓ１３：「ＮＯ」）と、ＣＯ検出タイミングではなくても燃焼状態になんらかの変化があったものとしてＳ７乃至Ｓ１３の処理で示される間欠監視がなされる。
【００３４】
この場合において、図４（ｂ）の二点鎖線で示される急峻な変化の場合には、Ｓ７乃至Ｓ１３の処理が繰り返しなされている間にＣＯセンサ２１の出力値は急激に上昇するためコントローラ２３により基準出力Ａを越えると判断され（Ｓ９：「ＮＯ」）、燃焼制御が停止されるかあるいは改善運転がなされる（Ｓ１４）。これにより不完全燃焼の招来に対して迅速な対応がなされるようになっている。
【００３５】
尚、点火制御において炎が検知されない場合（Ｓ１：「ＮＯ」）や、点火制御は正常になされてもＣＯセンサ２１の出力値が基準出力Ａをはじめから越えた値の場合（Ｓ５：「ＮＯ」）には、元電磁弁１２がオフされた（Ｓ１５）後、異常が発生した旨を報知するための異常表示がなされ（Ｓ１６）、点火制御が終了する（Ｓ１７）。
【００３６】
かくして上記の実施例によれば、ガス器具の長期間の使用に伴なう熱交換器のフィン詰まり等に起因する不完全燃焼は、このガス器具使用の都度行なわれる所定のインターバルでの空燃比を下げることによるＣＯ濃度出力値の検出（Ｓ６乃至Ｓ９）によって監視されるが、それに加えて空燃比を元に戻したときのＣＯ濃度出力値の検出（Ｓ１０乃至Ｓ１３’）によって給排気口のトップ圧等に起因する突発的な不完全燃焼も監視されるものである。したがって不完全燃焼の回避は一層強化されることになる。
【００３７】
本発明は上記した実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば上記実施例では、ファン回転数をダウンされることによって空燃比を一時的に下げるようにしているが燃焼用ガス量を多くすることによって空燃比を一時的に下げるようにしてもよい。また、間欠監視が繰り返しなされている状態においてはＬＥＤ表示を変化させる等して使用者にわかるようにしてもよい。そうすれば、室内の換気を良くする等の対策を行うこともでき安全性がより担保されるものである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係る不完全燃焼防止装置によれば、空燃比を下げる時間的間隔の間にもそのいったん下げた空燃比を元に戻したときの一酸化炭素濃度検出手段による検出信号を検知し、その検知された出力信号値の変化が所定の範囲を越えたときには、ガスバーナの燃焼状態が監視運転制御手段により監視される。これにより通常のフィン詰まり等に起因する不完全燃焼が予見されるのみならず、トップ圧等に起因する不完全燃焼を検知して燃焼停止や改善運転等の速やかな対応をとることが可能になる。これをガス燃焼機器に適用することはその安全性を向上させるから産業上極めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態としてのガス燃焼機器の概略構成図である。
【図２】図１に示したこの種のガス燃焼機器の燃焼一般特性としての空燃比λと燃焼排ガス中のＣＯ濃度の関係を示した図である。
【図３】本発明の一実施例としての不完全燃焼防止制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、本発明の制御ルーチンが適用される前の不完全燃焼防止制御ルーチンに基づいた燃焼経過時間とＣＯ濃度出力値との関係を示したタイミングチャート、（ｂ）は、本発明の制御ルーチンが適用されたことによる不完全燃焼防止制御ルーチンに基づいた燃焼経過時間とＣＯ濃度出力値との関係を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０  ケース
１１  ガスバーナ
１２  元電磁弁
１３  比例電磁弁
１４  ガス供給路
２０  排気筒
２１  ＣＯセンサ
２３  コントローラ
２４  燃焼室
【図１】
0003693203.tif 000002
【図２】
0003693203.tif 000003
【図３】
0003693203.tif 000004
【図４】
0003693203.tif 000005