(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
必要熱量に応じた設定量にて燃料ガスをバーナに供給すると共に送風ファンを駆動制御する燃焼制御手段を備えた燃焼機器において、
バーナの燃焼排気通路に設けられ酸素濃度を検出するＯ２  センサと、
燃焼開始前の送風ファンによるプリパージ中に上記Ｏ２  センサの検出値に基づいて、燃焼用空気の酸素濃度が所定値以上か否かを判断する酸欠判断手段と、
上記プリパージ中に酸欠が検出された場合には、上記必要熱量に応じた設定ガス供給量を減らして燃焼を行うガス供給補正手段と、
上記プリパージ中に酸欠が検出されない場合には、燃焼中に上記Ｏ２  センサの検出値の低下を検出したときに、上記送風ファンの設定送風量を増やす送風量補正手段とを備えたことを特徴とする燃焼機器。
【請求項２】
上記ガス供給補正手段により上記設定ガス供給量を所定量あるいは所定割合まで減らしても酸素濃度が基準値を下回る場合には、上記バーナの燃焼を停止させる第１燃焼停止手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼機器。
【請求項３】
上記送風量補正手段により上記送風ファンの設定送風量を所定量あるいは所定割合まで増やしても酸素濃度が基準値を下回る場合には、上記バーナの燃焼を停止させる第２燃焼停止手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼機器。
【請求項４】
上記バーナの燃焼排気通路に設けられ一酸化炭素濃度を検出するＣＯセンサと、
上記ＣＯセンサにより所定値を越える一酸化炭素濃度を検出した場合、上記バーナの燃焼を停止させる第３燃焼停止手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の燃焼機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス湯沸器やファンヒータ等のガス燃焼機器における不完全燃焼装置に関し、さらに詳しくは、バーナの燃焼排気通路の酸素濃度や一酸化炭素濃度を検出することにより、不完全燃焼を防止するガス湯沸器等に用いて好適なガス燃焼機器における燃焼機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス燃焼機器、たとえば、通常一般に知られるガス湯沸器等では、給湯栓を開くと水流スイッチがＯＮして送風ファンが回転を開始し、次いで、ガスバーナのガス管路に設けられる各種のガス弁が開いてガスバーナにガスが供給され、イグナイターによりその点火が行われる。そして、そのガスバーナによる燃焼ガスの熱により熱交換器に配管された給水管を流れる水が加熱されて出湯水が得られ、通常の運転状態ではその出湯温度と設定温度との比較によりガスバーナのガス量を連続的に制御（フィードバック制御）して一定の出湯温度の出湯水が得られるようになっている。また給湯栓を閉じると水流スイッチがＯＦＦとなり、各種のガス弁が閉じて送風ファンが停止し、燃焼が停止されるようにしている。
【０００３】
このようなガス湯沸器等においては、一般に不完全燃焼に対する防止策も講じられており、その防止策としては、排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を検出するＣＯセンサを設けて、そのＣＯセンサからの出力信号値により、燃焼状態が良好か否か、不完全燃焼を起こしていないか等を判断している。そして、ＣＯセンサからの出力信号値により不完全燃焼が検知されれば、そのガス燃焼機器を安全に停止させるようにしたものも知られている。
【０００４】
この種のＣＯセンサの検出能力は、通常で１０００ｐｐｍ±４００ｐｐｍ程度であるため、この１０００ｐｐｍ前後のＣＯ濃度において、ようやく燃焼停止を行うことが可能である。ところが、一酸化炭素中毒を防止するためには、器具の排気中のＣＯ濃度を３００ｐｐｍ程度におさえたいが上記ＣＯセンサでは、低レベルのＣＯ濃度を検出することができない。検出精度の良いＣＯセンサも知られており、それによれば、２００〜２５０ｐｐｍ程度の低濃度の検出レベルでのＣＯ濃度の検出も可能である。しかしながら、この高性能のＣＯセンサは一般に常温環境の下での使用を意図したものであって、燃焼ガス排気系のような高温度（約２００℃）の燃焼ガスが流れるような高温雰囲気の下での使用を意図したものではない。
【０００５】
そこで、ＣＯ濃度が人間に悪影響が及ぶ３００ｐｐｍ程度からＣＯ濃度がＣＯセンサの検出限界値である１０００ｐｐｍ程度の範囲にある燃焼状態に対応する場合には、Ｏ２  センサが使用されることが考えられている。このＯ２  センサは、もちろん、Ｏ２  濃度を検出するためのものであって、ＣＯ濃度を検出するものではないが、燃焼中にＯ２  濃度不足を検出することで３００ｐｐｍ程度のＣＯ発生を検出することができる。そのためＣＯセンサに代えて、Ｏ２  センサを適用して不完全燃焼を防止することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｏ２  センサを適用した場合においては、次のような問題点が指摘される。すなわち、Ｏ２  濃度が基準値よりも低い場合には、不完全燃焼を起こしていると判断されるが、このような場合、従来、すべての場合において、送風ファンの回転数を上げる等して、供給空気量を上げバーナの燃焼を制御するようにして行っていた。
【０００７】
ところが、不完全燃焼の原因が排気系あるいは吸気系の閉塞による空気供給量不足の場合には、上述の制御で対処できるものの、バーナへ供給する燃焼用空気自身の酸素濃度が低い場合には、空気供給量を増やしても、燃焼改善することがむずかしい。つまり、酸欠の場合には、空気供給量を増やしても、空気中の酸素が炎と良好に接触せず、そのまま通過するだけで、風量増大により炎がリフトし、かえって、炎が消えたり、燃焼状態が悪くなってしまうことが多い。
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は、プリパージ時の酸素濃度の検出により酸欠状態の有無を判断し、ガス燃焼機器の燃焼状態に対応した燃焼制御ができるとともに、ＣＯ濃度を低く抑えることができる燃焼機器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するために、本発明の燃焼機器は、必要熱量に応じた設定量にて燃料ガスをバーナに供給すると共に送風ファンを駆動制御する燃焼制御手段を備えた燃焼機器において、バーナの燃焼排気通路に設けられ酸素濃度を検出するＯ２  センサと、燃焼開始前の送風ファンによるプリパージ中に上記Ｏ２  センサの検出値に基づいて、燃焼用空気の酸素濃度が所定値以上か否かを判断する酸欠判断手段と、上記プリパージ中に酸欠が検出された場合には、上記必要熱量に応じた設定ガス供給量を減らして燃焼を行うガス供給補正手段と、上記プリパージ中に酸欠が検出されない場合には、燃焼中に上記Ｏ２  センサの検出値の低下を検出したときに、上記送風ファンの設定送風量を増やす送風量補正手段とを備えたことを要旨とするものである。
【００１０】
本発明の燃焼機器によれば、燃焼開始前の送風ファンによるプリパージ中にＯ２センサによってバーナの燃焼排気通路の酸素濃度が検出され、そのＯ２  センサの検出値に基づいて、燃焼用空気の酸素濃度が所定値以上か否かが酸欠判断手段により判断される。そして、酸欠が検出された場合には、必要熱量に応じた設定ガス供給量がガス供給補正手段により減らされ、上記プリパージ中に酸欠が検出されない場合には、燃焼中に上記Ｏ２  センサの検出値の低下が検出されたときに、送風量補正手段により上記送風ファンの設定送風量が増やされる。
【００１１】
したがって、吸排気系の閉塞による風量不足であっても、燃焼用空気自身の酸素濃度不足であっても、低レベルのＣＯ発生時期から適正な燃焼改善ができる。酸欠時には、ガス量を減らして制御を行うため、空気中の酸素が有効に燃焼に寄与することとなり、実質的な空燃比が改善される。
【００１２】
この場合に、上記ガス供給補正手段により上記設定ガス供給量を所定量あるいは所定割合まで減らしても酸素濃度が基準値を下回る場合には、上記バーナの燃焼を停止させる第１燃焼停止手段を備えるようにするとよい。
さらに、上記送風量補正手段により上記送風ファンの設定送風量を所定量あるいは所定割合まで増やしても酸素濃度が基準値を下回る場合には、上記バーナの燃焼を停止させる第２燃焼停止手段を備えるようにするとよい。
そのようにすれば、ガス量または送風量補正という改善運転を試みても、燃焼不良が改善されない場合に、燃焼が停止されて不完全燃焼状態での運転が回避され、ガス器具の安全性が担保されることになる。
【００１３】
また、上記した燃焼機器に、さらに、バーナの燃焼排気通路に設けられ一酸化炭素濃度を検出するＣＯセンサと、上記ＣＯセンサにより所定値を越える一酸化炭素濃度を検出した場合、上記バーナの燃焼を停止させる第３燃焼停止手段とを備えるようにしてもよい。
そうすれば、バーナの部分的な炎口詰まりによりバーナの一部で不完全燃焼を起こしている場合には風量はダウンしないのでＯ２センサではその不完全燃焼が検出されないが、代わりにその部分的な不完全燃焼はＣＯセンサで検出される。このようにＯ２  センサとＣＯセンサとの併用により部分的な不完全燃焼も回避されることになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施例の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の燃焼機器が適用されるガス湯沸器１０の概略構成を示している。このガス湯沸器１０は、給水管１２及び出湯管１４が配管された熱交換器１６がケーシング１８内に配設され、前記給水管１２には、水の流れ及びその流量を検知する水流スイッチ（流量センサ）２２や、その水の温度を検知する入水温サーミスタ２４が設けられる一方、前記出湯管１４には、出湯温度を検知する出湯温サーミスタ２８が設けられている。
【００１５】
前記ケーシング１８内には、さらに、熱交換器１６を加熱するガスバーナ２０が配設され、このガスバーナ２０のガス管路には元電磁弁３２、メイン電磁弁３４及びガスバーナ２０に供給する燃焼ガス量を連続的に変化させるガス比例弁３６が設けられている。また、ガスバーナ２０の下方部位には、ガスバーナ２０に燃焼用空気を供給する送風ファン３８が設けられる。
【００１６】
一方、前記ケーシング１８は、前記熱交換器１６の下流側に位置して燃焼排気通路となる排気管２が設けられ、この排気管２にはプリパージ時にこの排気管を流れる燃焼用空気あるいはこの排気管２を流れる空気や燃焼排ガス中のＯ２  濃度を検出するＯ２  センサ５が設けられる。Ｏ２  センサ５の出力信号値は、この排気管２を流れる空気や燃焼排ガス中のＯ２  濃度値に対応しており、完全燃焼が生じつつあるのか否かの判断に供される。
【００１７】
かくして、このガス湯沸器１０の運転を制御するＣＰＵ（中央制御装置）を備えたバーナコントローラ４０の入力側には、Ｏ２センサ５、水流スイッチ（流量センサ）２２、入水温サーミスタ２４、出湯温サーミスタ２８等の出力信号が入力される。また、バーナコントローラ４０の出力側には、ガスバーナ２０のガス比例弁３６、送風ファン３８のファンモータ、不完全燃焼を知らせる警報器４４等が接続されている。出湯管１４の出湯口には給湯栓４２が設けられている。
【００１８】
このように構成されたガス湯沸器１０では、給湯栓４２が開かれると、水流スイッチ（流量センサ）２２がオンし、その出力信号がバーナコントローラ４０で受信され、送風ファン３８のファン駆動回路（図示せず）へ指令が送られ、送風ファン３８が回転し、初めにケーシング１８内の残留ガスが排除され（プリパージ）、その後、バーナコントローラ４０からの指令によりガスバーナ２０の元電磁弁３２、メイン電磁弁３４、ガス比例弁３６が順次開かれる。
【００１９】
そして、イグナイターによる点火プラグ（図示せず）の連続的なスパークにより、ガスバーナ２０が点火され、炎が検知されると、湯温や湯量に応じたガスバーナ２０の燃焼制御が開始され、出湯管１４に設けられる出湯温サーミスタ２８からの信号を受けてバーナコントローラ４０によりガス比例弁３６の比例弁電流回路と送風ファン３８のファン駆動回路とへ信号が送られ、出湯温度が設定温度に維持されるように運転の管理がなされる。
【００２０】
そして、給水管１２を流れる水の温度が入水温サーミスタ２４からの検知信号により把握され、バーナコントローラ４０により出湯管１４を流れる湯の出湯温度が設定温度に近づくようにガスバーナ２０へ供給されるガス量が調整されるようにガス比例弁３６の開閉状態が調整される。
【００２１】
このような構成のガス湯沸器１０において本発明の不完全燃焼制御がどのようになされるかについて、図２の制御フローチャートを参照して説明する。
【００２２】
はじめに、最初から酸欠状態が発生した場合について説明する。上述のように、給湯栓１２が開かれて、送風ファン３８のファン駆動回路（図示せず）へ指令信号が送られ、送風ファン３８が回転することによりプリパージ状態となったとする（ステップＳ１００（以下単に、「Ｓ１００」とする））。
【００２３】
そのときに、排気管２内のＯ２  センサ５によりその排気管２を流れる空気中のＯ２  濃度が検出され、そのＯ２  センサ５により検出されたＯ２  濃度が基準値以下であるか否かが判断される（Ｓ１０１）。そして、バーナコントローラ４０により基準値以下と判断される（Ｓ１０１：「ＹＥＳ」）と、ガスバーナ２０による設定ガス供給量を減らしたインプットダウン（Ｉｐ  ｄｏｗｎ）の状態での制御による点火がなされる（Ｓ１０２）。
【００２４】
これにより、ガスバーナ２０に供給されるガス量は減少し、送風ファン３８により供給される空気量は同じとされる。インプットダウン制御による点火の後、燃焼制御が開始されると共に、再び、Ｏ２  センサ５により検出されるＯ２  濃度の判定がなされる（Ｓ１０３）。ここで、Ｏ２  濃度が基準値以下と判断される（Ｓ１０３：「ＹＥＳ」）と、酸欠状態が継続していることになるので、さらに、ガスバーナ２０によるガス供給量を減らしたインプットダウン制御による改善運転が行われる（Ｓ１０４）。
【００２５】
この改善運転によるガスバーナ２０のインプットダウン率が初期の設定ガス供給量に対して一定の比率（Ａ％）を下回らなければ運転が続けられる（Ｓ１０５：「ＮＯ」）が、ガス供給量の下げ率が所定値（Ａ％）を越えたと判断される（Ｓ１０５：「ＹＥＳ」）と、バーナコントローラ４０により異常停止の制御がなされる（Ｓ１１０）。インプットダウン率を示す「Ａ」の値は、バーナコントローラ４０の演算により定められ、設定湯温や設定湯量に応じた値になっている。また、Ｓ１０５における判断は、インプットダウン率に代えて、供給ガス量の減少量によるものであってもよい。
【００２６】
尚、最初のプリパージ段階でＯ２  センサ５によりＯ２  濃度不足で酸欠と判断されても（Ｓ１０１：「ＹＥＳ」）、次のインプットダウン制御による点火（Ｓ１０２）によって、Ｏ２濃度不足が解消された（Ｓ１０３：「ＮＯ」）ときには、当然に燃焼が継続されることになる。
【００２７】
次に、プリパージの段階では酸欠状態が生じていない（Ｓ１０１：「ＮＯ」）ときの制御について説明する。この場合は、通常の運転状態において酸素量が不足した場合についての制御である。まず、プリパージ（Ｓ１００）の段階において点火制御に必要なＯ２  濃度が基準値を満たしている（Ｓ１０１：「ＮＯ」）と判断されると、通常の点火動作による運転が開始される（Ｓ１０６）。
【００２８】
つまり、ガスバーナ２０には初期の設定ガス供給量の燃料ガスが供給され、送風ファン３８にも通常の量の燃焼用空気が供給される。そうして、湯温や湯量に応じたガスバーナ２０の燃焼制御が開始され、出湯温度が設定温度に維持されるように運転の管理がなされるが、そのときに、Ｏ２  センサ５によって排気管２を流れる燃焼排ガス中のＯ２  濃度が検出されその検出されるＯ２  濃度が基準値以下か否かがバーナコントローラ４０によって判断される（Ｓ１０７）。
【００２９】
そして、Ｏ２  センサ５による検出値が基準値以下である（Ｓ１０７：「ＹＥＳ」）と判断されると、バーナコントローラ４０からの指令により送風ファン３８の回転数を増加させる制御がおこなわれ、これによりガスバーナ２０への空気供給量を増加する改善運転がなされる（Ｓ１０８）。そして、改善運転によって増加させる空気の増加率が、所定の設定送風量に対して一定の比率（Ｂ％）を越える（Ｓ１０９：「ＹＥＳ」）と、バーナコントローラ４０によりバーナの燃焼が停止される（Ｓ１１０）。空気供給量のＵＰ率を示す「Ｂ」の値は、バーナコントローラ４０の演算により定められ、Ｏ２  センサ５の出力値や設定湯温、設定湯量に応じている。また、Ｓ１０９の判断においては、ＵＰ率に代えて、空気供給量の上限値によるものでもよい。
【００３０】
尚、通常の運転状態においてＯ２  濃度が基準値を越えている（Ｓ１０７：「ＹＥＳ」）と判断されれば、熱交換器１６のフィン詰まり等は生じていず、燃焼は安全に行われているものであるから運転は継続される。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。この第２の実施例では、これまで説明してきたＯ２  センサ５に加え、さらにＣＯセンサを備えたものである。このＣＯセンサは、特に図示しないが、燃焼ガス排気系の特に局部的にＣＯガス濃度の高い部位に設けられる。たとえば、熱交換器１６のフィン詰まりが起こりやすいケーシング１８の内壁面寄り部位、特に、給水管１２側の内壁面寄り部位のフィン詰まりが起こりやすいので、そこを通過する燃焼排ガスの通る部位に設けられるのがよい。このＣＯセンサの精度は、従来と同様の１０００ｐｐｍである。そのため、ＣＯセンサを用いることで、１０００ｐｐｍ程度のＣＯ濃度の検出がなされ、Ｏ２  センサ５を用いることで、３００ｐｐｍ程度〜１０００ｐｐｍ程度のＣＯ濃度の検出がなされる。
【００３２】
この場合の燃焼制御のルーチンとしては、図３に示したが、前述の図２におけるフローチャートの中で通常の運転状態においてＯ２  センサ５による出力値が基準値以下ではない（Ｓ１０７：「ＮＯ」）、つまり、酸素の供給は十分になされていると判断されても基準値を越えている（Ｓ１１１：「ＮＯ」）と判断されたときには、燃焼は停止される（Ｓ１１０）。
【００３３】
ここで、不完全燃焼の原因をまとめてみると、表１に示すように、排気閉塞、吸気閉塞、酸欠、部分不燃等の現象が挙げられる。これらの原因の中でＯ２  センサ５の適用によって、ＣＯ濃度に換算して、３００ｐｐｍ程度の不完全燃焼状態の検出ができるようになっている。つまり、Ｏ２  センサ５により、ＣＯ濃度が３００ｐｐｍ程度で発生する排気閉塞、吸気閉塞及び酸欠等の異常が発見可能になり、これらの異常に対しては、図２に示すルーチンにより異常停止がなされる。
【００３４】
【表１】
0003558448.tif 000002
【００３５】
一方、部分不燃についてはＣＯセンサにより、ＣＯ濃度が１０００ｐｐｍで発生する部分不燃等の異常が発見可能になり、この異常に対しても、バーナコントローラ４０により、直ちに、異常停止制御がなされる。部分不燃としては、ガスバーナ２０の炎口づまり、２次空気分布孔づまり等（図示せず）が挙げられる。尚、ガス燃焼機器の効率的かつ安全な使用のために、ＣＯ濃度の検出結果に基づき警報器４４による警報を出すようにするとよい。異常箇所を迅速に発見可能であるとともに、修理箇所の特定も容易になる。
【００３６】
以上、実施例について説明したが、要するに本発明の燃焼機器は、必要熱量に応じた設定量にて燃料ガスをバーナに供給すると共に送風ファンを駆動制御する燃焼制御装置において、プリパージ中に、Ｏ２  センサ５による供給空気のＯ２  濃度が低下している場合には、供給ガス量の減少による改善運転がなされる。また、この場合には燃焼中の排気ガスのＯ２  濃度が基準値を下回ると、さらに供給ガス量の減少による改善運転がなされる。そして、供給ガス量を大幅に減少させなければ健全な燃焼が維持できないとなると燃焼停止の制御がなされる。
【００３７】
一方、通常運転中においても、Ｏ２  センサ５によるＯ２  濃度が基準値以下と判断されると、供給空気量が増加される改善運転がなされる。そして、その場合も、供給空気量を大幅に増加させなければ健全な燃焼が維持できないとなると燃焼停止の制御がなされるものである。
【００３８】
また、本発明は、ＣＯセンサを併用したものであり、Ｏ２  センサ５では検出することのできない局部的な熱交換器のフィン詰まり等の起因する部分的な不完全燃焼の検出を可能としたものである。
【００３９】
尚、本発明は、上記実施例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、適用は可能である。例えば、上記実施例ではガス湯沸器の例で説明したが、本発明の燃焼機器は、ガスファンヒータやガス風呂釜等の各種のガス燃焼器具にも適用し得るものである。また、酸素不足か一酸化炭素過剰かにより警報音を変えたり、操作パネルの表示を変えたりすれば、それらが確実なメンテナンスにつながる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の燃焼機器によれば、燃焼開始前のプリパージ中に燃焼排気通路に設けられたＯ２  センサの検出値に基づいて、酸欠状態の有無を判断し、上記プリパージ中に酸欠が検出された場合には、上記必要熱量に応じた設定ガス供給量を減らして適正空燃比での燃焼を行い、上記プリパージ中に酸欠が検出されない場合でも通常の運転中に上記Ｏ２  センサの検出値の低下を検出したときには、上記送風ファンの設定送風量を増やしてやはり適正空燃比での運転を維持できるようにしたので、燃焼機器の燃焼状態に対応した不完全燃焼制御ができるとともに、ＣＯ濃度を低く抑えることができる。そして、それでも不完全燃焼を回避できない場合には、運転を停止するようにしたものであるから器具使用上の安全性は担保されるものである。さらに、ＣＯセンサを設けて部分的な不完全燃焼を検知するようにすれば、より安全な燃焼機器が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る燃焼機器が適用されたガス湯沸器１０の概略構成を示す図である。
【図２】燃焼機器の制御フローチャートを示す図である。
【図３】本発明において部分的な不完全燃焼を制御するフローチャートである。
【符号の説明】
５  Ｏ２センサ
１０  ガス湯沸器
２０  ガスバーナ
３０  ガス管路
３６  ガス比例弁
３８  送風ファン
４０  バーナコントローラ
４４  警報器
【図１】
0003558448.tif 000003
【図２】
0003558448.tif 000004
【図３】
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