(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナと、バーナからの排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサとを備えた燃焼装置において、
バーナに供給される空気の風量を検出する風量検出手段と、この風量検出手段により検出された風量に基づいて、排気ガスの比熱変化に伴う出力変化分を補うよう上記ＣＯセンサの出力を補正する補正手段と、バーナへの燃料供給量を調節する燃料供給量調節手段とを備え、
上記補正手段は、上記燃料供給量と上記風量の比に基づいて、排気ガスの比熱変化に伴う出力変化分を補うよう上記ＣＯセンサの出力を補正することを特徴とするＣＯセンサ付燃焼装置。
【請求項２】
さらに、上記バーナに供給される燃料の種類を入力する燃料種類入力手段を備え、上記補正手段は、この燃料種類を付加情報として上記ＣＯセンサの出力を補正することを特徴とする請求項１に記載のＣＯセンサ付燃焼装置。
【請求項３】
上記バーナは燃焼面の切換手段を備え、上記補正手段は、上記燃焼面の切換え情報を付加情報として上記ＣＯセンサの出力を補正することを特徴とする請求項１または２に記載のＣＯセンサ付燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＯセンサ付燃焼装置に係り、特にＣＯセンサの出力補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス燃焼装置には、バーナの不完全燃焼により引き起こされるＣＯ濃度上昇を監視するため、排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサを備えたものがある。このＣＯセンサは、例えば接触燃焼型のものであり、排気ガス中のＣＯ濃度が高くなるとＣＯセンサの表面での接触燃焼が増大し、温度上昇をもたらす。ＣＯセンサは、この温度上昇に伴う抵抗値上昇をＣＯ濃度検出信号として出力する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気ガスの比熱（定圧比熱）が異なる場合には、たとえ排気ガス中のＣＯが同じでも、ＣＯセンサの出力が異なってしまう。これは、ＣＯの接触燃焼による発生熱量が同じであっても、排気ガスの比熱が異なると排気ガスがＣＯセンサから奪う熱量が異なり、ＣＯセンサの温度上昇の度合が異なってくるからである。具体的には、排気ガスの比熱が小さいと、その分、ＣＯセンサから排気ガスにより奪われる熱量は少なくなり、奪われる熱量が少ない分接触燃焼による温度上昇は大きくなり実際より高いＣＯ濃度に対応する出力となる。これとは逆に排気ガスの比熱が大きいと、ＣＯセンサから排気ガスにより奪われる熱量は多くなり、その分接触燃焼による温度上昇は小さくなり実際より低いＣＯ濃度に対応する出力となる。
【０００４】
上記排気ガスの比熱は、排気ガスの組成（排気ガスを構成する各種成分の濃度）によって決定され、特に比熱の大きなＣＯ2（二酸化炭素），Ｈ2Ｏ（水）の濃度に大きく影響される。
【０００５】
本出願人は、排気ガスの比熱変化に伴うＣＯセンサ出力の誤差を補うべく、燃焼面切換えに応じたＣＯセンサ出力補正についてすでに特許出願をしている（特願平６ー３１４０５２号）。本出願人は、排気ガスの比熱変化のさらなる要因を考察し、ＣＯセンサの出力誤差を少なくするために、本願発明に到達したものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、図１に示すように、バーナ１と、バーナ１からの排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ２とを備えた燃焼装置において、バーナ１に供給される空気の風量を検出する風量検出手段３と、この風量検出手段３により検出された風量に基づいて、排気ガスの比熱変化に伴う出力変化分を補うよう上記ＣＯセンサの出力を補正する補正手段４と、バーナへの燃料供給量を調節する燃料供給量調節手段とを備え、上記補正手段は、上記燃料供給量と上記風量の比に基づいて、排気ガスの比熱変化に伴う出力変化分を補うよう上記ＣＯセンサの出力を補正することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のＣＯセンサ付燃焼装置において、さらに、上記バーナに供給される燃料の種類を入力する燃料種類入力手段を備え、上記補正手段は、この燃料種類を付加情報として上記ＣＯセンサの出力を補正することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のＣＯセンサ付燃焼装置において、上記バーナは燃焼面の切換手段を備え、上記補正手段は、上記燃焼面の切換え情報を付加情報として上記ＣＯセンサの出力を補正することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態としてのガス給湯装置について説明する。図２に示すように、ガス給湯装置はケーシング１１を備えている。ケーシング１１内の上部には熱交換器１２が配置され、この熱交換器１２の下方にはガスバーナ１３が配置されている。ガスバーナ１３では、ガスノズル１４から供給されたガスとファン１５からの空気とが混合されて燃焼され、この燃焼熱が熱交換器１２に供給される。上記ガスノズル１４にはガス管１６の一端が接続されている。ガス管１６には、主電磁弁１７、ガス比例弁１８、能力切換弁１９ａ，１９ｂ（燃焼面切換え手段）が設けられており、ガス供給の制御を行っている。ガス比例弁１８と能力切換弁１９ａ，１９ｂは燃料供給量調節手段を構成している。
【０００８】
上記ガスバーナ１３は、複数例えば２つのバーナエレメント群１３Ａ、１３Ｂを有している。能力切換弁１９ａが開、１９ｂが閉である場合、バーナエレメント群１３Ａのみの片面燃焼が行われ、能力切換弁１９ａ，１９ｂの両方が開かれるとバーナエレメント群１３Ａ、１３Ｂでの全面燃焼が行われる。
【０００９】
上記熱交換器１２の入口には給水管２１が接続され、熱交換器１２の出口には給湯管２２が接続されている。給水管２１からの水は、熱交換器１２を通るときに加熱されて給湯管２２から供給される。給水管２１にはフローセンサ２３と入水温度センサ２４が設置されている。給湯管２２のには水量制御弁２５と出湯温度センサ２６が設置されており、その先端には出湯栓２７が設けられている。
【００１０】
上記ケース１１には、風圧センサ３０（風量検出手段）が設けられている。この風圧センサ３０は２本の導管３１を介して空気室１１ａと燃焼室１１ｂに接続されている。空気室１１ａはケーシング１１の内部空間において、ガスバーナ１３の下方に形成されており、燃焼室１１ｂはガスバーナ１３と熱交換器１２との間に形成されている。図２ではガスバーナ１３は模式的に示されているが、実際にはケーシング１１の横断面の大部分を占めており、このガスバーナ１３により空気室１１ａ、燃焼室１１ｂとが仕切られている。したがって、ファン１５からの送風があると、空気室１１ａと燃焼室１１ｂとの間に圧力差が生じる。この圧力差は、ガスバーナ１３に供給される燃焼用空気の風量に対応するものである。上記風圧センサ３０は、この圧力差を、燃焼用空気の風量として検出する。
【００１１】
上記熱交換器１２の上方（下流側）の排気通路１１ｃには、接触燃焼式のＣＯセンサ４０が設けられている。このＣＯセンサ４０は、触媒を付与されて２００℃に通電加熱される検知部を有している。この検知部の触媒に排気ガス中のＣＯが接触して燃焼する。この接触燃焼熱により検知部の電気抵抗値が上昇し、この電気抵抗値に対応する電圧がＣＯ濃度として出力される。
【００１２】
ガス給湯装置は、さらに、ガスの種類を入力するガス種スイッチ５１（燃料種類入力手段）とマイクロコンピュータ５２（補正手段）および必要なインターフェイスを組み込んだコントロールユニット５０を備えている。設定されるガス種としては、天然ガス，ブタン、プロパン等種々のものがある。通常、ガス給湯装置は、工場出荷時にガス種スイッチ５１を操作して、使用するガス種を設定するが、ガス種の異なる地域への転居の場合は、施工業者がこのガス種スイッチ５１によりその地域のガス種に再設定する。
【００１３】
上記構成のガス給湯装置において、マイクロコンピュータ５２は、出湯栓２７が開いてフローセンサ２３から水流検出信号を受けた時に、センサ２４，２６からの検出温度情報，リモートコントローラ（図示しない）からの設定温度情報等に基づいて、ガス燃焼制御と出湯量制御とを含む給湯制御を行う。給湯制御は、基本的に、出湯温度が設定温度に一致した状態で最大限の出湯量が得られるように行う。燃焼制御は、主電磁弁１７を開いた状態で、ガス比例弁１８と能力切換弁１９ａ，１９ｂを制御することにより、無段階で行うことができる。すなわち、能力切換弁１９ａのみを開いて片面燃焼にした状態でガス比例弁１８の開度を増大させることにより、ガス供給量が増大し、燃焼能力が徐々に増大する。ガス比例弁１８の開度が最大限になり、片面燃焼での燃焼能力が最大限に達したら、能力切換弁１９ａ，１９ｂの両方を開いて両面燃焼にする。この時、一旦ガス比例弁１８の開度を小さくして片面燃焼での最大燃焼能力と同じ燃焼能力にする。さらにガス比例弁１８の開度を徐々に大きくすることにより、燃焼能力を連続的に増大させることができる。
【００１４】
マイクロコンピュータ５２は、上記能力切換弁１９ａ、１９ｂの開閉情報およびガス比例弁１８の開度情報に基づいて燃焼能力（燃料供給量）を常に把握している。また、マイクロコンピュータ５２は、この比例弁１８の開度に応じてファン１５の回転数を制御して、例えば各バーナエレメント群１３Ａ，１３Ｂでの燃焼における空気比（燃料を完全燃焼させるのに必要な空気量に対する実際の空気量の比）が１.４になるようにする。
【００１５】
上記ガス給湯装置において、正常な燃焼条件のもとではガスバーナ１３での不完全燃焼は生じない。しかし、例えばガスバーナ１３の一部のバーナエレメントの空気導入口に虫等が入り込んだ場合等には、当該バーナエレメントで不完全燃焼となりＣＯが発生する。そこで、マイクロコンピュータ５２は、ＣＯセンサ４０からのＣＯ濃度情報に基づいて排気ガスのＣＯ濃度を監視し、必要に応じて警報やガス燃焼停止を行う。
【００１６】
ところで、ＣＯセンサ４０からの検出出力は、実際の排気ガス中のＣＯ濃度が同じでも燃焼条件が異なると変動する。燃焼条件が異なると、排気ガスの成分、特にＣＯ2濃度，Ｈ2Ｏ濃度が異なるため、排気ガスの比熱が異なってくるからである。排気ガスの成分濃度は、図４に示すように、空気比によって決定される。
空気比が１.０から増大するにしたがって、ＣＯ2濃度，Ｈ2Ｏ濃度が減少する。
なお、図４は天然ガスの場合について空気比と排ガス組成との関係を示したが、この関係は、ガスの種類によって異なる。
【００１７】
通常の燃焼は上述したように空気比が１.４の状態で行われるが、例えば排気通路に風が吹き込むと、空気の供給量が減少するため、空気比は１.４から減少し、ＣＯ2およびＨ2Ｏの濃度が高くなり、排気ガスの比熱が増大する。
また、能力切換弁１９ａ、１９ｂが共に開で、バーナエレメント群１３Ａ、１３Ｂの両面で燃焼している場合には、風の吹き込みがない状態では、空気比が１.４である。しかし、能力切換弁１９ａのみが開でバーナエレメント群１３Ａだけの片面燃焼の場合には、バーナエレメント群１３Ｂに供給される空気量が燃焼に用いられず、そのまま排気ガスを希釈することになる。換言すれば、ガスバーナ１３での空気比が２．０近くにまで上昇し、そのため排気ガス中のＣＯ2やＨ2Ｏの濃度が低くなり、排気ガスの比熱が減少する。
【００１８】
本実施例では、マイクロコンピュータ５２がＣＯセンサ４０から出力されたＣＯ濃度情報をそのまま用いず、風圧センサ３０で検出された送風量情報、上記ガス供給量情報，燃焼面切換情報、ガス種スイッチ５１からのガス種情報に基づいて、上記排気ガスの比熱の変動に伴う出力変化分を補うように補正している。具体的には、ＣＯセンサ４０から出力されたＣＯ濃度に、上記燃焼条件の情報に基づいて演算された補正係数を乗じることにより、補正する。そして、この補正ＣＯ濃度を監視する。
【００１９】
上記補正係数について説明する。マイクロコンピュータ５２では、メモリに記憶されたガス種毎の補正係数のマップから、上記ガス種スイッチ５１で特定されたガス種に対応して、空気比と補正係数の関係を表すマップを選択する。上述したように、空気比と排気ガス成分（排気ガス比熱）の関係が、ガス種毎に異なるので、空気比と補正係数の関係を表すマップもガス種毎に記憶されている。
【００２０】
さらに、マイクロコンピュータ５２は、上記ガス供給量と送風量から空気比を演算する。この空気比演算に際しては、片面燃焼か全面燃焼かの情報も加味される。次に、演算された空気比からマップに基づいて補正係数を演算する。
【００２１】
具体的には、補正係数は、各バーナエレメント群１３Ａ，１３Ｂでの空気比が１.４で全面燃焼の場合を１.０にする。風の吹き込み等で送風量が少なくなった時には、空気比が１.０に近付き排気ガスの比熱が大きくなるので、ＣＯセンサ４０の出力は実際のＣＯ濃度より低い値を表すことになる。そこで、マイクロコンピュータ５２は、１.０より大きい補正係数を算出して、ＣＯ濃度を上方修正する。
また、片面燃焼の場合は、バーナ１３での空気比が大きくなって排気ガスの比熱が小さくなるので、ＣＯセンサ４０の出力は実際のＣＯ濃度より高い値を表すことになる。そこで、マイクロコンピュータ５２は、１.０より小さい補正係数を用いてＣＯ濃度を下方修正する。
【００２２】
次に、マイクロコンピュータ５２が実行する給湯のためのルーチンを、図３のフローチャートに基づいて以下に詳しく説明する。このルーチンは、電源オンでスタートし、フローセンサ２３からの水流検出信号を待つ（ステップ１０１）。
水流検出信号を受けた時に、ガス種スイッチ５１で特定したガス種を読み込み（ステップ１０２）、この読み込まれたガス種に対応した補正係数マップを選択する（ステップ１０３）。
【００２３】
次に、通常の水量制御（ステップ１０４），ガス燃焼制御（ステップ１０５），ファン制御（ステップ１０６）を実行し、給湯制御を行う。
次に、風圧センサ３０からの風量情報を入力し（ステップ１０７）、この風量と、ガス供給量と、片面燃焼か両面燃焼かの切換え情報とから空気比を演算し、適正風量になるようにファン１５を制御すると同時に、この空気比から上記選択されたマップに基づいて補正係数を演算する（ステップ１０８）。
次に、ＣＯセンサ４０からのＣＯ濃度を入力し（ステップ１０９）、このＣＯ濃度に上記補正係数を乗じてＣＯ濃度を補正する（ステップ１１０）。
【００２４】
次に、上記補正されたＣＯ濃度に基づいて血中のヘモグロビンに取り込まれるＣＯの増加分Ｅを演算し（ステップ１１１）、この増加分Ｅが閾値Ｅ０より大きいか否かを判断する（ステップ１１２）。ステップ１１２で否定判断した場合、血中のヘモグロビンに蓄積されたＣＯの蓄積値Ｔを演算し（ステップ１１３）、蓄積値Ｔが閾値Ｔ０より大きいか否かを判断する（ステップ１１４）。ステップ１１４で否定判断した場合、すなわち蓄積値Ｔが閾値Ｔ0以下であると判断した場合、フローセンサ２３がオン状態のままかどうかを判断する（ステップ１１５）。ステップ１１５で肯定判断の場合にはステップ１０４に戻り、否定判断した場合には給湯制御を終了して（ステップ１１６）、ステップ１０１に戻る。
【００２５】
ＣＯ濃度の増加分Ｅが閾値Ｅ０より大きい場合、または蓄積値Ｔが閾値Ｔ0より大きい場合には、ステップ１１２，ステップ１１４で肯定判断して、ステップ１１７に進み、ここで主電磁弁１７を閉じてガス供給を全面的に中止し、必要に応じて警報を発する。
【００２６】
本発明は上記実施例に拘束されることなく、種々の態様が可能である。例えば供給される燃料はガス以外の燃料、例えば灯油でもよい。
ファンはなくてもよい。この場合、風量検出手段は燃焼により起こる自然対流に起因した風量を検出する。
風量検出手段は、ファン１５から器具排気出口に至る通風路に設けられて直接風量を検出したり、バイパス管に設けられて風量を検出する、熱線式，カルマン渦式の流速センサであってもよい。
燃料供給量は一定であってもよい。
ＣＯセンサの出力値を補正する方法は、１つの補正係数を乗じる方式に制約されない。上述した各検出情報毎に補正係数を算出して、出力値に乗じてもよい。
また、補正は加減算で行うこともある。
【００２７】
さらに、燃焼条件によって変化する水素濃度に基づいて補正を加えてもよい。
水素ガスの濃度が高くなると、ＣＯセンサでの水素の燃焼熱が発生し、ＣＯセンサの出力は実際のＣＯ濃度より大きい値となるからである。この水素ガス濃度は、供給ガス量が多いほど高くなり、風量が小さくなるほど（空気比が小さくなるほど）高くなる。したがって、供給ガス量が多いほど小さく、風量が小さくなるほど（空気比が小さくなるほど）小さくなる補正係数を、上記空気比に基づく補正係数とともにＣＯセンサの出力値に乗じればよい。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、検出された風量に基づいてＣＯセンサの出力を補正するので、風の吹き込み等により風量が変化し、それに伴い排気ガスの比熱が変化した場合でも、排気ガス中のＣＯ濃度を正確に得ることができる。なお、風量検出手段での検出風量に基づいてファンを制御することで空気比を最適に制御する場合であっても、ファンの制御には僅かな遅れが生じるため、風の吹き込み等による風量変化（空気比変化）には適確に追従できないが、この場合でも、本発明ではその時の空気比に基づいて正確にＣＯ濃度を検出できる。しかも、この燃料供給量と風量の比に基づいて、ＣＯ濃度を正確に補正することができる。
請求項２によれば、バーナに供給される燃料の種類が異なり、風量変化等に伴う排気ガス比熱の変化のしかたが異なる場合でも、燃料種類を加味することにより、ＣＯ濃度を正確に補正できる。
請求項３では、バーナ燃焼面の切換えがなされる場合でも、この切換え情報を加味することにより、ＣＯ濃度を正確に補正できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例としてのガス給湯装置の概略構成を示す構成図である。
【図３】上記実施例のマイクロコンピュータで実行されるルーチンを示すフローチャートである。
【図４】天然ガスの場合の空気比と排ガス成分の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  バーナ
２  ＣＯセンサ
３  風量検出手段
４  補正手段
１３  ガスバーナ
１８  比例弁（燃料供給量調節手段）
１９ａ，１９ｂ  能力切換弁（燃焼面切換え手段，燃料供給量調節手段）
３０  風圧センサ（風量検出手段）
４０  ＣＯセンサ
５１  ガス種スイッチ（燃料種類入力手段）
５２  マイクロコンピュータ（補正手段）
【図１】
0003704385.tif 000002
【図２】
0003704385.tif 000003
【図３】
0003704385.tif 000004
【図４】
0003704385.tif 000005