(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により特定ガスを検出するガスセンサと、前記ガスセンサを検出作用状態と非検出作用状態とに切り換えるように通電を制御する通電制御手段とを備えたガス検出装置であって、
前記通電制御手段により前記ガスセンサを非検出作用状態に切換えた状態において、前記ガスセンサからの出力値が前記検出作用状態に対応する出力値であると、異常であると判別する異常判別手段を設けてあるガス検出装置。
【請求項２】
前記通電制御手段が、前記ガスセンサへの通電を断続して、前記検出作用状態と非検出作用状態とに切り換え制御するように構成されている請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記通電制御手段が、通電を断続する複数のスイッチ手段を直列に接続して構成されている請求項２に記載のガス検出装置。
【請求項４】
前記異常判別手段が異常を判別すると作動する警報手段を設けてある請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス検出装置。
【請求項５】
前記ガスセンサが、通電による加熱状態でＣＯガスを検出する接触燃焼式のＣＯセンサである請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電により特定ガスを検出するガスセンサと、前記ガスセンサを検出作用状態と非検出作用状態とに切り換えるように通電を制御する通電制御手段とを備えたガス検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなガス検出装置としては、例えば、特開平７−１０３４６９号公報に記載のように、ＣＯガスを検出する接触燃焼式のＣＯセンサを備えさせて、そのＣＯセンサを高温度にまで加熱した検出作用状態と、低温度にまで加熱した非検出作用状態とに切り換えるように通電を制御するように構成したものが知られている。
そして、この公報に記載のものを含めて、ガスセンサへの通電の制御によってガスセンサを検出作用状態と非検出作用状態とに切り換えるガス検出装置においては、従来、非検出作用状態に切り換え制御している際、短絡故障などにより誤って検出作用状態に対応する通電が実行されていても、それを検出する特別な対策が講じられていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、非検出作用状態に切り換えられたにもかかわらず、誤って検出作用状態に対応する通電が実行されていても、そのまま放置することになり、ガスセンサへの不必要な通電によってガスセンサが劣化し、耐用年数が短くなるという問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、ガスセンサへの通電を的確に行い、ガスセンサの劣化を極力防ぎ、ガスセンサの耐用年数が短くなるのを防ぐことが可能となるガス検出装置を提供する点にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明によれば、ガスセンサを検出作用状態と非検出作用状態とに切り換え制御する通電制御手段により、ガスセンサが非検出作用状態に切換えられた状態において、ガスセンサからの出力値が検出作用状態に対応する出力値であると、異常であると判別する異常判別手段を設けてある。
つまり、通電制御手段による通電制御がガスセンサの非検出作用状態に対応する場合に、ガスセンサからの出力値が検出作用状態に対応する出力値であれば、通電制御手段の故障や短絡故障などにより、誤って検出作用状態に対応する通電が実行されていると見なすことができる。それによって、ガスセンサへの通電の異常を確実に判別することができ、ガスセンサの劣化を極力防ぎ、耐用年数が短くなるのを防ぐことが可能となる。
【０００６】
請求項２に記載の発明によれば、通電制御手段が、ガスセンサへの通電を断続して、検出作用状態と非検出作用状態とに切り換え制御するように構成されている。
つまり、非検出作用状態のときには、ガスセンサへの通電を停止し、ガスセンサへの不必要な通電を実行しないようにして、ガスセンサの劣化を極力防ぎつつ、ランニングコストの低減を図っている。
【０００７】
請求項３に記載の発明によれば、通電制御手段が、通電を断続する複数のスイッチ手段を直列に接続して構成されているので、非検出作用状態において、たとえひとつのスイッチ手段が短絡故障しても、ガスセンサへの通電の実行を極力回避することができる。したがって、不必要なガスセンサへの通電によるガスセンサの劣化を極力防ぎ、ガスセンサの耐用年数が短くなるのを防ぐことが可能となる。
【０００８】
請求項４に記載の発明によれば、異常判別手段が異状を判別すると作動する警報手段を設けてあるので、警報作動によって使用者などに知らせることができ、ガスセンサへの通電の異常が発生したままの状態で放置されるのを回避することが可能となる。
【０００９】
請求項５に記載の発明によれば、ガスセンサが、通電による加熱状態でＣＯガスを検出する接触燃焼式のＣＯセンサであり、検出作用状態時には、高温になるようにＣＯセンサへの通電を行うので、ＣＯセンサへの通電の異常が発生していると、加熱によりＣＯセンサの劣化が促進されるので、このような接触燃焼式のＣＯセンサにおいて特に有効である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明によるガス検出装置を給湯装置に適応した例を図面に基づいて説明する。
この給湯装置は、図１に示すように、供給される水を加熱して図外の給湯栓に給湯する給湯部Ｋ、この給湯部Ｋの動作を制御する制御部Ｈ、この制御部Ｈに動作情報を指令するリモコン操作部Ｒなどを備えて構成されている。
【００１１】
前記給湯部Ｋは、燃焼室１内に、水加熱用の熱交換器２、この熱交換器２を加熱するガス燃焼式のバーナ３、このバーナ３に下方から燃焼用空気を通風するとともに、その通風量を変更調整自在なファン４、バーナ３の燃焼ガスを室外に排出する排気路５などが備えられ、熱交換器２には、例えば家庭用の水道などから水が供給される入水路６、加熱後の湯を図外の給湯栓から出湯する出湯路７がそれぞれ接続されている。
【００１２】
前記排気路５には、通電による加熱状態でＣＯガスを検出する接触燃焼式のガスセンサとしてのＣＯセンサＳが設けられている。そして、入水路６には、熱交換器２への通水量を検出する通水量センサ８、入水温度を検出する入水温サーミスタ９がそれぞれ備えられ、出湯路７には、出湯温度を検出する出湯温サーミスタ１０が備えられている。
【００１３】
バーナ３に対する燃料供給路１１には、燃料供給を断続する電磁操作式の断続弁１２、燃料供給量（バーナ３の燃焼量）を変更調節自在な電磁操作式のガス量調節弁１３が備えられ、バーナ３の近くには、バーナ３に対する点火動作を実行するイグナイタ１４と、バーナ３に着火されたか否かを検出するフレームロッド１５とがそれぞれ備えられている。
【００１４】
リモコン操作部Ｒは、給湯部Ｋの運転の開始・停止を指令する運転スイッチ１６、出湯用の目標温度を変更設定自在な温度設定スイッチ１７、出湯温度や目標温度などを表示する表示部１８、警報手段としての警報ランプ１９と警報ブザー２０などを備えて構成されている。
【００１５】
前記ＣＯセンサＳは、バーナ３の燃焼ガスに接触する状態で設けられ、燃焼ガス中に含まれるＣＯガスの濃度Ｄに応じた検出値Ｖｓを出力するように構成されている。
具体的に説明すると、ＣＯセンサＳは、図２に示すように、ステンレス製の保護枠２１の内側の台座２２にセンサ素子２３、温度補償用リファレンス素子２４、および、ＣＯセンサＳの雰囲気温度Ｔを検出する温度センサ２５を備えている。このセンサ素子２３、温度補償用リファレンス素子２４はそれぞれ触媒を担持した白金線で構成されている。そして、図３に示すように、センサ素子２３、温度補償用リファレンス素子２４、および、抵抗素子２６，２７は、ブリッジ回路状態に接続されている。なお、コネクタ部２８は、リード線を介して制御部Ｈと接続している。
【００１６】
つまり、センサ素子２３、温度補償用リファレンス素子２４は、電流が流れることで検出作用状態となる検出用設定温度（約２００°Ｃ）に加熱され、その表面に接触する未燃成分が触媒作用によって燃焼する。このとき、センサ素子２３に担持された触媒には、ＣＯに対する選択性があるため、センサ素子２３、温度補償用リファレンス素子２４それぞれの素子温度に差が生じる。
【００１７】
前記白金線は、温度により抵抗値が変化するので、燃焼ガス中のＣＯ濃度Ｄが大になるほど、センサ素子２３と温度補償用リファレンス素子２４の抵抗値の差が大となる。
したがって、ブリッジ回路における、センサ素子２３と温度補償用リファレンス素子２４との接続部、および、抵抗素子２６と２７との接続部から電圧値としての出力値Ｖｓが、燃焼ガス中のＣＯ濃度Ｄに応じた値を出力し、ＣＯ濃度Ｄを検出する。
ただし、温度センサ２５が検出する雰囲気温度Ｔに応じて、出力値Ｖｓを補正してＣＯ濃度Ｄが算出される。
【００１８】
前記制御部Ｈは、マイクロコンピュータを備えて構成され、バーナ３の燃焼動作やファン４の動作などを制御する燃焼制御手段１００、ＣＯセンサＳへの通電を断続して制御する通電制御手段１０１、ＣＯガス濃度Ｄを検出し、バーナ３の不完全燃焼状態を判別する不完全燃焼判別手段１０２、ＣＯセンサＳへの通電の異常を判別する異常判別手段１０３のそれぞれが設けられている。
【００１９】
前記燃焼制御手段１００は、給湯部Ｋが運転状態にあるとき、熱交換器２への通水が開始されるに伴ってバーナ３の燃焼を開始して、熱交換器２への通水が停止されるに伴ってバーナ３の燃焼を停止させるように制御するとともに、熱交換器２への通水が検出されているとき、給湯温度が目標温度になるようにバーナ３の燃焼量を調整する通常燃焼制御を実行するように構成されている。
【００２０】
具体的に説明すると、運転スイッチ１６のＯＮ操作に伴って運転状態に設定された後、給湯栓の開操作に伴って通水量センサ８にて検出される通水量が設定水量を越えると、ファン４による通風作動を開始し、かつ、断続弁１２を開弁させてガス量調節弁１３を点火用ガス量になるように開弁調整し、イグナイタ１４によってバーナ３へ着火してフレームロッド１５によって確認する。
【００２１】
そして、入水温サーミスタ９、出湯温サーミスタ１０、通水量センサ８のそれぞれの検出情報、および、温度設定スイッチ１７にて設定されている目標温度の情報に基づいて、給湯温度を目標温度にするために必要なバーナ３の燃焼量を演算にて求め、求めた燃焼量に対応するガス量になるようにガス量調節弁１３を調整制御するとともに、ファン４の通風量が調整ガス量に対して適正燃焼状態になるようにファン４の通風量を調整制御するのである。このようにして、出湯路７からは目標温度の湯が給湯されることになる。
【００２２】
前記通電制御手段１０１は、図４に示すように、２つの駆動素子Ｔ１，Ｔ２を直列に接続し、この駆動素子Ｔ１，Ｔ２は駆動回路Ｄ１，Ｄ２により駆動状態と非駆動状態とに切り換え可能に構成されている。つまり、駆動素子Ｔ１と駆動回路Ｄ１とによってひとつのスイッチ手段Ｔが構成され、さらに、駆動素子Ｔ２と駆動回路Ｄ２とによってひとつのスイッチ手段Ｔが構成されている。そして、これらスイッチ手段Ｔにより、ＣＯセンサＳへの通電を断続して検出作用状態と非検出作用状態とに切り換え制御するように構成されている。
【００２３】
具体的に説明すると、バーナ３に着火されると、駆動素子Ｔ１，Ｔ２がともに駆動状態に切り換えられ、ＣＯセンサＳへの通電を開始して、センサ素子２３、温度補償用リファレンス素子２４を検出用設定温度（約２００°Ｃ）に加熱させ、ＣＯセンサＳを検出作用状態に切り換えさせる。
また、駆動素子Ｔ１，Ｔ２がともに駆動状態に切り換えられたときのみ、ＣＯセンサＳへの通電を開始するので、非通電時に短絡故障などで駆動素子Ｔ１，Ｔ２の一方が誤って駆動状態に切り換えられても、ＣＯセンサＳへの通電を開始されないようにしている。
【００２４】
前記不完全燃焼判別手段１０２は、ＣＯセンサＳの出力値Ｖｓに基づいて燃焼ガス中のＣＯ濃度Ｄを検出して、このＣＯ濃度Ｄが設定値以上であるか否かを判別して、バーナ３の不完全燃焼状態の発生を監視するように構成されている。
そして、バーナ３が不完全燃焼状態であると判別されると、断続弁１２とガス量調節弁１３を閉じて、ファン４の作動を停止させてバーナ３での燃焼を停止させ、警報ランプ１９と警報ブザー２０を作動させて報知するようにしている。
【００２５】
前記異常判別手段１０３は、ＣＯセンサＳへの通電が非検出作用状態において、短絡故障などにより検出作用状態に対応するＣＯセンサＳの出力値Ｖｓが検出されると、通電の異常であると判別するように構成されている。
具体的に説明すると、ＣＯセンサＳへの通電が非検出作用状態であるにもかかわらず、短絡故障などにより駆動素子Ｔ１，Ｔ２がともに駆動状態であると、ＣＯセンサＳへの通電を開始し、ＣＯセンサＳの出力値Ｖｓが検出される。このようなときには、ＣＯセンサＳへの通電の異常であると判別して、警報ランプ１９と警報ブザー２０を作動し、かつ、短絡故障の発生を表示部１８に表示する。
【００２６】
制御部Ｈの制御動作について、図５および図６のフローチャートに基づいて説明する。
まず、電源がＯＮの状態では、常にＣＯセンサＳへの通電が異常であるか否かを判別しており、ＣＯセンサＳの出力値Ｖｓが検出されて異常であると判別されると、警報ランプ１９と警報ブザー２０を作動させて表示部１８に表示する（ステップ１，２）。そして、運転スイッチ１６がＯＮ操作された後に、図外の給湯栓が開操作されるに伴って前記通水量センサ８の検出値が設定水量を越えて熱交換器２への通水（水流）が検知されると（ステップ３，４）、断続弁１２を開けてガス量調節弁１３とファン４の作動を調整し、イグナイタ１４を作動させてバーナ３に点火する（ステップ５）。
【００２７】
そして、フレームロッド１５でバーナ３の着火が検出されると、タイマのカウントを開始し、このタイマがカウントアップするとバーナ３全体で着火されたとして、出湯温サーミスタ１０にて検出される出湯温度が温度設定スイッチ１７にて設定された目標温度になるようにバーナ３への燃料供給量とファン４の通風量を制御する（ステップ６〜９）。その後、駆動素子Ｔ１，Ｔ２をともに駆動回路Ｄ１，Ｄ２により駆動状態に切り換えて、ＣＯセンサＳへの通電を検出作用状態となる検出用設定温度（約２００℃）に加熱されるまで行う（ステップ１０，１１）。
【００２８】
そして、ＣＯセンサＳが検出作用状態になると、ＣＯセンサＳの出力値Ｖｓに基づいてＣＯ濃度Ｄを検出して、そのＣＯ濃度Ｄが設定値以上であるか判別し、バーナ３が不完全燃焼状態であるか判別する（ステップ１２，１３）。バーナ３が不完全燃焼状態であると、警報ランプ１９と警報ブザー２０を作動させ、断続弁１２とガス量調節弁１３を閉じて、ファン４の作動を停止させてバーナ３での燃焼を停止させる（ステップ１４，１７）。
【００２９】
このような制御を図外の給湯栓が閉められて通水量センサ８が水流を検知しなくなるか、運転スイッチ１６がＯＦＦ操作されるまで実行される（ステップ１５，１６）。つまり、通水量センサ８が水流を検知しなくなるか、運転スイッチ１６がＯＦＦ操作されると、断続弁１２とガス量調節弁１３を閉じて、ファン４の作動を停止させてバーナ３での燃焼を停止させる（ステップ１７）。そして、駆動素子Ｔ１，Ｔ２をともに駆動回路Ｄ１，Ｄ２により非駆動状態に切り換えて、ＣＯセンサＳへの通電を停止させる（ステップ１８）。
【００３０】
以上のようにして、複数のスイッチ手段Ｔを設けて、その一方が短絡故障しても、ＣＯセンサＳへの通電がされないようにして、ＣＯセンサＳの劣化を極力防ぎ、ＣＯセンサＳの耐用年数が低下するのを防いでいる。さらに、非通電時においても、ＣＯセンサＳへの通電を監視することで、２つのスイッチ手段Ｔがともに短絡故障しているときにも、警報作動して未然にＣＯセンサＳへの通電を回避することが可能となり、ＣＯセンサＳの劣化を極力防いでいる。
【００３１】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、ＣＯセンサＳへの通電を断続して、ＣＯセンサＳが検出作用状態と非検出作用状態とに切り換えされるように構成されているが、ＣＯセンサＳへの通電を行い、例えば、高温度（約２００℃）になると検出作用状態に切り換えられ、非検出作用状態のときには、低温度（約１００℃）になるようにＣＯセンサＳへの通電を行うように構成してもよい。
【００３２】
（２）上記実施形態では、２つのスイッチ手段Ｔを直列に接続した構成であるが、スイッチ手段Ｔをひとつだけ設けてもよく、また、３つ以上を直列に接続した構成としてもよい。
【００３３】
（３）上記実施形態では、ＣＯセンサＳへの通電が異常であると判別すると警報作動するように構成しているが、ＣＯセンサＳへの通電が異常であると判別すると警報作動せずに、表示部１８にエラー表示するようにしてもよい。
【００３４】
（４）上記実施形態では、特定ガスを検出するガスセンサの例としてＣＯセンサＳを示したが、その他、ＣＯ2 やＨ2 など、各種のガスを検出するガスセンサにも適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】給湯装置の全体を示す概略図
【図２】ＣＯセンサの構造を示す概略図
【図３】ＣＯセンサの回路構成図
【図４】ＣＯセンサと制御部のブロック図
【図５】制御動作を示すフローチャート
【図６】制御動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１９，２０      警報手段
１０１          通電制御手段
１０３          異常判別手段
Ｓ              ガスセンサとしてのＣＯセンサ
Ｔ              スイッチ手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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