(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機器の排気側に排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサが設けられ、このＣＯセンサによって検出されるＣＯ検出濃度の情報に基づいてＣＯ安全動作を行う燃焼機器のＣＯ安全装置において、一定のＣＯ濃度の排気ガスが室内に洩れたと仮定したときに室内のＣＯ濃度が予め与えられる危険判断基準値に達するまでの危険到達時間Ｔを各排気ガス中のＣＯ濃度に対応させて求める時間変換データが与えられており、燃焼機器の燃焼開始以降に予め与えられるサンプリング時間ｔＳＰを単位として前記ＣＯセンサによって検出される排気ガス中のＣＯ濃度を取り込む排気ガスＣＯ濃度サンプリング部と、この排気ガスＣＯ濃度サンプリング部によってサンプリングされた排気ガスＣＯ濃度に対応する前記危険到達時間Ｔを前記時間変換データにより求めてｔＳＰ／Ｔの値を各サンプリング毎に算出して各サンプリング毎に求めたｔＳＰ／Ｔの値を積算するｔＳＰ／Ｔ算出積算部と、このｔＳＰ／Ｔ算出積算部によるｔＳＰ／Ｔの積算値が予め定めた設定値になったときにＣＯガスに対する安全動作を行うＣＯ安全動作部とを有し、前記危険到達時間Ｔの時間変換データは、室内のＣＯ濃度をＣＲＯＯＭ、総排気ガス量をＱ３、排気ガス総量のうち室内に洩れる排気ガス量の割合をＸ、前記ＣＯセンサによって検出される排気ガス中のＣＯ濃度をＣＥＸＴ、換気率をｎ、室内の容積をＶ、室の換気扇による排出空気量をＱ１、燃焼時間をｔ、ｎ＝Ｑ１／Ｖ、としたときに、ＣＲＯＯＭ＝（Ｑ３ＸＣＥＸＴ／ｎＶ）｛１−ｅｘｐ（−ｎｔ）｝の式においてＣＲＯＯＭの値に前記ＣＯ濃度の危険判断基準値を代入することによりｔ＝Ｔとして演算により求められるものであることを特徴とする燃焼機器のＣＯ安全装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋内設置型給湯器等の燃焼機器の一酸化炭素ガスに対する安全を図る燃焼機器のＣＯ安全装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５には燃焼機器として一般的に知られている給湯器の模式構造が示され、また、図６にはこの給湯器１を建物の室内に設置した使用態様が示されている。
【０００３】
この種の給湯器１は、ファン２の回転によってフィルタ３を介して室内の空気をバーナ４に送り込み、バーナ４に供給される燃料ガスを燃焼して熱交換器５を加熱し、この熱交換器５を通る水を湯にし、熱交換器５の出側に接続される給湯管を介して台所等の所望の場所に給湯を行うものである。この給湯器の燃焼運転は制御装置６により行われ、この制御装置６にはリモコン７が接続されている。
【０００４】
この給湯器１を屋内に設置するときには、給湯器１の排気出口筒部８に煙突10の根元を嵌合装着し、煙突10の先端側は建物の外に出し、室内の空気を取り入れて燃焼した排気ガスを建物の外に排出するようにしている。この煙突10を外に出す場合、図６に示すように、給湯器１の近傍に壁穴を開け、この壁穴から外に煙突10の先端を突き出す施工方式を採る場合もあるが、建物の構造によって、破線で示すように、煙突10の筒体をつなぎ合わせて天井裏をはわせ、この天井裏から煙突10の先端を建物の外に突き出す施工方式も採られている。
【０００５】
この種の給湯器１を燃焼運転させるときに、煙突10の排気口に強風が吹き込む等すると不完全燃焼を起こし一酸化炭素ガス（以下ＣＯガスという）が発生する。排気ガスが煙突10を通って完全に外に排出される状態では、室内におけるＣＯガスの影響は生じないのであるが、煙突10の継ぎ目に隙間が生じたり、外れたりすると、その部分から（煙突10を天井裏に這わせたものにあっては天井裏の隙間を通して）室内にＣＯガスが逆流し、ＣＯガス中毒を起こすという危険がある。
【０００６】
このため、かつては、図５に示すように、給湯器１の排気側にＣＯセンサ11を設置し、排気ガス中のＣＯガスの濃度が予め定めた危険濃度に達したときに警報を出したり、燃焼運転を停止する等の安全対策が講じられていた。
【０００７】
しかしながら、この種のＣＯガスに対する安全手段は排気ガス中のＣＯガス濃度が危険濃度に達しない間は、たとえ、ＣＯガスが室内に漏れていても安全動作が行われないという問題があった。
【０００８】
このような問題を解消するために、出願人は、実願平４−８８１２１号等において、改善されたＣＯ安全装置を提案している。この提案装置は、排気ガス中のＣＯガスが室内に洩れ、室内の人がＣＯガスに晒されたと仮定したときに、ＣＯガスが血中に取り込まれる血中ＣＯヘモグロビン濃度の量を演算し、この演算値が危険判断基準の値になったときに、ＣＯ安全動作を行わせるものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記出願人の提案装置によれば、排気ガス中のＣＯ濃度が危険濃度に達していない場合であっても、排気ガスが室内に洩れたと仮定して人の血中ＣＯヘモグロビン濃度が算出されて安全動作が行われるため、かつての装置に比べ、格段のＣＯガスに対する安全手段の信頼性を得ることができたのであるが、ＣＯセンサによって検出される時々刻々変化する排気ガス中のＣＯ濃度に対応させて人の血中ＣＯヘモグロビン濃度を演算するための演算式は極めて複雑となり、正確な演算を行うためには、大型のコンピュータが必要となる。
【００１０】
しかしながら、燃焼機器にそのような大型のコンピュータを搭載することは極めて困難であり、そのために、予め計算した粗データを燃焼機器内の制御装置のメモリ等に与えておき、燃焼機器のマイコンを用いて簡略的に血中ＣＯヘモグロビン濃度を演算せざるを得ず、さらなるきめ細かいＣＯ濃度に対する安全対策を行うことを望まれていた。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複雑な演算を必要とせずに、きめ細かな信頼性の高いＣＯ安全動作を行うことができる燃焼機器のＣＯ安全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】
本発明は上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。すなわち、第１の発明は、燃焼機器の排気側に排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサが設けられ、このＣＯセンサによって検出されるＣＯ検出濃度の情報に基づいてＣＯ安全動作を行う燃焼機器のＣＯ安全装置において、一定のＣＯ濃度の排気ガスが室内に洩れたと仮定したときに室内のＣＯ濃度が予め与えられる危険判断基準値に達するまでの危険到達時間Ｔを各排気ガス中のＣＯ濃度に対応させて求める時間変換データが与えられており、燃焼機器の燃焼開始以降に予め与えられるサンプリング時間ｔＳＰを単位として前記ＣＯセンサによって検出される排気ガス中のＣＯ濃度を取り込む排気ガスＣＯ濃度サンプリング部と、この排気ガスＣＯ濃度サンプリング部によってサンプリングされた排気ガスＣＯ濃度に対応する前記危険到達時間Ｔを前記時間変換データにより求めてｔＳＰ／Ｔの値を各サンプリング毎に算出して各サンプリング毎に求めたｔＳＰ／Ｔの値を積算するｔＳＰ／Ｔ算出積算部と、このｔＳＰ／Ｔ算出積算部によるｔＳＰ／Ｔの積算値が予め定めた設定値になったときにＣＯガスに対する安全動作を行うＣＯ安全動作部とを有し、前記危険到達時間Ｔの時間変換データは、室内のＣＯ濃度をＣＲＯＯＭ、総排気ガス量をＱ３、排気ガス総量のうち室内に洩れる排気ガス量の割合をＸ、前記ＣＯセンサによって検出される排気ガス中のＣＯ濃度をＣＥＸＴ、換気率をｎ、室内の容積をＶ、室の換気扇による排出空気量をＱ１、燃焼時間をｔ、ｎ＝Ｑ１／Ｖ、としたときに、ＣＲＯＯＭ＝（Ｑ３ＸＣＥＸＴ／ｎＶ）｛１−ｅｘｐ（−ｎｔ）｝の式においてＣＲＯＯＭの値に前記ＣＯ濃度の危険判断基準値を代入することによりｔ＝Ｔとして演算により求められるものであることをもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
上記構成の発明において、室内設置の燃焼機器の燃焼開始後、排気ガス中のＣＯ濃度がＣＯセンサにより検出される。そして、このＣＯセンサによって検出される排気ガス中のＣＯ濃度に基づき、燃焼機器の燃焼時間と排気ガスが漏洩すると仮定される室内の容積の情報をパラメータに含む予め与えられる演算式を用いた演算により時間変換データが与えられて危険到達時間Ｔが求められる。そして、室内のＣＯ濃度の危険性の度合いがｔＳＰ／Ｔ算出積算部により求められ、これらの求められた値が危険判断基準値に達したときにＣＯガスに対する安全動作が行われる結果、信頼性の高いＣＯ安全動作が可能となり、本発明の目的とする課題解決が達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明を説明するための本発明に関連した構成を示すブロック図であり、室内ＣＯ濃度推定演算部１２と、燃焼時間計測手段１３と、ＣＯ安全動作部１４とを有して構成されている。なお、この関連構成および本実施形態例のＣＯ安全装置が搭載される燃焼機器は、単機能の給湯器（給湯機能のみの給湯器）、風呂釜、給湯・風呂複合器、暖房機・冷房機、暖冷房機等の燃焼を行う屋内設置型の燃焼機器を対象にしており、これらの燃焼機器には従来例の図５に示したものと同様に排気側に排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ１１が設置される。そして、燃焼機器の排気ガスは煙突（ダクト）１０を介して外（室外）に排出されるものであり、燃焼空気は、室内の空気を取り入れるタイプのもの、あるいは外の空気を空気吸入管を介して取り入れるタイプのもの、あるいは排気管と外部空気の吸入管を二重筒状にしたタイプのもの等、様々な形態を採り得るものであり、燃焼機器の種類や形式にはとらわれず、屋内設置型の全てのタイプの燃焼機器のＣＯ安全装置として適用されるものである。
【００１６】
前記室内ＣＯ濃度推定演算部12はＣＯセンサ11によって検出される排気ガス中のＣＯ濃度の情報に基づき、排気ガスの全量が室内に洩れたと仮定したときの室内のＣＯ濃度を、燃焼機器の燃焼時間と室内の容積とをパラメータに含む予め与えられる演算式によって求める。
【００１７】
この演算式は、次の（１）によって与えられ、この演算式は演算部12の内部のメモリ等に予め格納されている。
【００１８】
ＣROOM＝（Ｑ3 ＸＣEXT ／ｎＶ）｛１−exp （−ｎｔ）｝・・・・・（１）
【００１９】
この式で、ＣROOMは室内のＣＯ濃度（ppm ）、Ｑ3 は総排気ガス量（ｍ3 ／ｈ）、Ｘは排気ガスの総量（全量）のうち室内に洩れる排気ガス量の割合、ＣEXT は排気ガス中のＣＯ濃度（ppm ）、ｎは換気扇等による換気率、Ｖは室内の容積（ｍ3 ）、ｔは燃焼時間をそれぞれ示している。なお、換気率ｎはｎ＝Ｑ1 ／Ｖであり、ここにＱ1 は換気扇による排出空気量（ｍ3 ／ｈ）であり、Ｑ1 はＱ1 ＝Ｑ0 ＋Ｑ3 Ｘの関係式によって与えられる。ここで、Ｑ0 は室内流入空気量（ｍ3 ／ｈ）である。
【００２０】
なお、この（１）式の演算に関しての室内のモデル図を図４に示す。同図において、15は燃焼機器に外部から空気を導入するための空気吸入管であり、16は煙突10の途中に生じた欠陥部16を示し、燃焼機器からの排気ガスがその欠陥部16から室内に洩れている状態を示す。
【００２１】
前記（１）式において、Ｑ3 ，Ｘ，ｎ，Ｖ等のパラメータは既知データとして与えることができ、また、ＣEXT はＣＯセンサ11によって排気ガス中のＣＯ濃度として検出されるものであり、燃焼時間ｔはタイマやクロック等の燃焼時間計測手段13によって計測されて、既知の値として得られる。室内ＣＯ濃度推定演算部12はＣＯセンサ11から検出される排気ガス中のＣＯ濃度の情報と、燃焼時間計測手段13によって計測される燃焼時間ｔの値を取り込んで、排気ガスが室内に漏洩したと仮定したときの室内のＣＯ濃度ＣROOMを算出する。なお、この計算において、安全性を見込み、排気ガスの全量が室内に洩れたと仮定し、Ｘ＝1.0 の条件の下で、ＣROOMを算出し、その演算結果をＣＯ安全動作部14に加える。
【００２２】
ＣＯ安全動作部14には予め室内ＣＯ濃度の危険判断基準値Ｃthが例えば300 ppm の値で与えられており、ＣＯ安全動作部14はこの危険判断基準値Ｃthと室内ＣＯ濃度推定演算部12で算出された値ＣROOMとを比較し、ＣROOMの値が危険判断基準値Ｃthに達したときにバーナへの燃料遮断（バーナに供給するガス通路に設けた弁の遮断）を行い、ＣＯガスに対する安全動作を行う。
【００２３】
なお、このＣＯに対する安全動作としては、危険判断基準値を複数段設け、例えば、演算により求められた室内ＣＯ濃度が第１段の危険判断基準値に達したときにはファン２の回転を増加させて空気量を増やし、バーナ４の燃焼改善を行い、それにもかかわらず、室内ＣＯ濃度推定演算部12により算出される室内ＣＯ濃度ＣROOMの値が第２段の危険判断基準値に達したときに燃料遮断を行う等、室内ＣＯ濃度の値に対応した複数のＣＯ安全動作を行わせることが可能である。
【００２４】
次に、本発明の実施形態例を図２に基づいて説明する。この図２に示す実施形態例のＣＯ安全装置は、排気ガスＣＯ濃度サンプリング部１７と、ｔＳＰ／Ｔ算出積算部１８と、時計機構２０と、データメモリ２１と、ＣＯ安全動作部１４とを有して構成されている。排気ガスＣＯ濃度サンプリング部１７は、予め与えられる所定の単位サンプリング時間ｔＳＰを単位として燃焼開始後ＣＯセンサ１１からの排気ガス中のＣＯ濃度ＣＥＸＴをサンプリングする。具体的には、サンプリング時間を例えば１０秒に設定し、１秒毎にＣＯセンサ１１の検出情報を取り込み、その平均値を求めて単位サンプリング時間当たりの排気ガス中のＣＯ濃度の値として確定する。なお、このサンプリングのタイミングはタイマやクロック等によって構成される時計機構２０の信号に基づき行う。
【００２５】
データメモリ21には図３に示すような時間Ｔと排気ガス中のＣＯ濃度ＣEXT との関係データが与えられている。このデータの縦軸の時間ＴはＣＯ濃度ＣEXT の排気ガスが室内に漏洩したときに、室内のＣＯ濃度ＣROOMが予め与えられる危険判断基準値Ｃthに達するのに要する時間を示しており、例えば、ＣEXT1のＣＯ濃度の排気ガスが室内に漏洩したときには、Ｔ1 の時間で危険判断基準値Ｃth（例えば300 ppm ）に達することを示しており、同様に、ＣEXT2のＣＯ濃度の排気ガスが室内に漏洩したときには、Ｔ2 の時間を経過したときに、室内のＣＯ濃度ＣROOMは危険判断基準値Ｃthに達することを示している。
【００２６】
この図３に示すグラフデータは、演算により求められる。演算により求める場合は、前記（１）式を用い、この（１）のＣＲＯＯＭの値にＣｔｈを代入し、ＣＥＸＴの値にＣＥＸＴ１を代入してｔを求めることにより、ｔ＝Ｔ１が求まる。同様に、ＣＥＸＴの値にＣＥＸＴ２を代入することにより、ｔ＝Ｔ２が求められる。このように、一定の各ＣＯ濃度の排気ガスが室内に洩れたと仮定したときに、室内のＣＯ濃度ＣＲＯＯＭが危険判断基準値Ｃｔｈに達する時間Ｔが求められ、これをグラフ化すれば、図３のデータが得られる。
【００２８】
ｔSP／Ｔ算出積算部18はまず、排気ガスＣＯ濃度サンプリング部17から加えられる単位サンプリング時間ｔSPを単位として検出された排気ガス中のＣＯ濃度の値を取り込み、ｔSP／Ｔの値を算出する。ここで、Ｔはデータメモリ21に格納されている図３に示すデータを用いて求められるもので、ＣＯセンサ11によって検出されるＣＯ濃度ＣEXT の排気ガスが室内に洩れたと仮定したときに、室内のＣＯ濃度が危険判断基準値Ｃthに達する時間Ｔであり、サンプリング時間ｔSPをこの危険判断基準値に達する時間Ｔで割ることにより、その時間Ｔに対するサンプリング時間ｔSPの割合が求められる。このｔSP／Ｔの値は、安全な時間ＴのうちｔSP／Ｔの割合が費やされ、安全な割合が（１−ｔSP／Ｔ）しか残されていないことを意味する。換言すれば、室内のＣＯ濃度が危険判断基準値に達する時間Ｔのうち、ｔSPが費やされたこととなり、残りの安全の時間はＴ−ｔSPの時間しか残されていないことを意味する。
【００２９】
ｔSP／Ｔ算出積算部18は、まず最初のサンプリング時間において、ｔSP／Ｔを求め、次のサンプリング時間のときにも、排気ガス中のＣＯ濃度の検出データによって求まるｔSP／Ｔを算出すると共に、この算出値を前回のサンプリング時に求めたｔSP／Ｔに加算し、その積算値を求める。このようにして、ｔSP／Ｔ算出積算部18は各サンプリング時間において求められるｔSP／Ｔの値を各サンプリング時間毎に次々に積算していく。例えば、第１回目のサンプリング時にｔSP／Ｔ1 が求められた場合、次のサンプリング時間でｔSP／Ｔ2 が求められたときには、積算値としてｔSP／Ｔ1 ＋ｔSP／Ｔ2 の値が積算値として求められる。また、第３回目のサンプリング時間においてｔSP／Ｔ3 が求められたときには、積算値はｔSP（１／Ｔ1 ＋１／Ｔ2 ＋１／Ｔ3 ）となり、このように、ｔSP／Ｔ算出積算部18は各サンプリング時毎に求められるｔSP／Ｔの値を積算していき、その積算結果をＣＯ安全動作部14に加える。
【００３０】
ＣＯ安全動作部14はｔSP／Ｔ算出積算部18から加えられる積算結果を監視し、その積算値が予め定めた設定値の例えば、1.0 に達したときに室内ＣＯ濃度ＣROOMは予め設定した危険判断基準値Ｃthに達したものと判断し、バーナ４へのガス遮断を行う等のＣＯ安全動作を行う。
【００３１】
本発明の実施形態例によれば、ＣＯセンサにより検出されるＣＯ濃度の排気ガスが室内に洩れたと仮定したときに、その室内のＣＯ濃度を室内容積を考慮した演算式によって求めるように構成したものである。
【００３２】
排気ガス中のＣＯ濃度を室内容積を考慮した室内ＣＯ濃度に変換算出する演算式は極めて簡易な形態で与えることができるので、その演算に大型のコンピュータを必要とせずに、燃焼機器に搭載されるマイコンを用いて十分に正確な計算を行うことが可能となり、これによりきめ細かなＣＯガスに対する安全動作を行うことができる。しかも、ＣＯ安全動作は実際の室内ＣＯ濃度の値を用いて行うことができるので、ＣＯ安全動作の精度が高まり、そのＣＯ安全動作の信頼性も万全となる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の形態を採り得るものである。例えば、上記実施形態例では、排気ガス中のＣＯ濃度の値から室内ＣＯ濃度が危険判断基準値に達する時間Ｔを求めるデータを図３に示す如くグラフデータの形態としたが、このデータは、表データ、演算式データ等の所望の形態で与えることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、排気ガスが室内に洩れたと仮定したときに、排気ガス中において検出されるＣＯ濃度の情報を利用し、室内の容積と燃焼時間をパラメータとした室内のＣＯ濃度を求める演算式に基づき室内のＣＯ濃度が危険判断基準値に達するまでの燃焼時間に対応した危険到達時間Ｔを演算して時間変換データとして与えるように構成したものであるから、時間変換データの危険到達時間Ｔを演算するための演算式（前記室内のＣＯ濃度を求める演算式）を極めて簡易な形態で与えることが可能であり、これにより、大型のコンピュータを必要とせず、燃焼機器に搭載されるマイコンを用いて時間変換データの危険到達時間を正確に演算することが可能である。
【００３５】
また、室内の容積を考慮して検出ＣＯ濃度に対応した危険到達時間Ｔが求められるので、室内容積の大小の如何にかかわらず、検出ＣＯ濃度に対応した正確な危険到達時間Ｔを求めることができ、この正確な危険到達時間Ｔの情報に基づいたｔＳＰ／Ｔの積算値によりＣＯ安全動作を行うようにしたので、ＣＯ安全動作に対する精度が上がり、安全動作の信頼性を格段に高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を説明するための本発明に関連する構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のより具体化した実施形態例を示すブロック構成図である。
【図３】排気ガス中のＣＯ濃度と、そのＣＯ濃度の排気ガスが室内に洩れたと仮定したときに室内のＣＯ濃度が危険判断基準値に達するまでに要する時間Ｔとの関係を示すデータである。
【図４】室内ＣＯ濃度を求める演算式を導くための室内モデル図である。
【図５】燃焼機器として一般的に知られている屋内設置型給湯器の構成説明図である。
【図６】燃焼機器の屋内設置例の説明図である。
【符号の説明】
12  室内ＣＯ濃度推定演算部
13  燃焼時間計測手段
14  ＣＯ安全動作部
17  排気ガスＣＯ濃度サンプリング部
18  ｔSP／Ｔ算出積算部
21  データメモリ
【図１】
0003727418.tif 000002
【図２】
0003727418.tif 000003
【図３】
0003727418.tif 000004
【図４】
0003727418.tif 000005
【図５】
0003727418.tif 000006
【図６】
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