(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気側には排気ガス中のＣＯ濃度を検出出力するＣＯガスとＨ２ガスに感度をもつＣＯセンサを備えて成る燃焼機器において、燃焼量を検出する燃焼量検出部と、各燃焼量に対応させてＣＯセンサ出力の補正係数が、燃焼量が大きくなるにつれ増加する値で与えられている補正データメモリと、前記燃焼量検出部で検出される検出燃焼量に対応する補正係数を前記補正データメモリに格納されているデータから求めＣＯセンサのセンサ出力に補正係数を掛けてＣＯセンサ出力を燃焼量に応じて換算出力するセンサ出力換算部とを有することを特徴とする燃焼機器。
【請求項２】
補正データメモリには燃焼量の変化に対して補正係数のデータが連続的に与えられている請求項１記載の燃焼機器。
【請求項３】
補正データメモリには燃焼量の変化に対して補正係数のデータが段階的に与えられている請求項１記載の燃焼機器。
【請求項４】
補正データメモリには燃焼量に応じて変化する補正係数が燃料の種別毎に与えられており、また、使用燃料の種類を検出する燃料種別判断部を備え、センサ出力換算部は前記燃料種別判断部で判断された使用燃料の種類に応じた燃焼量の補正係数を選択してセンサ出力を換算出力する構成とした請求項１又は請求項２又は請求項３記載の燃焼機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素ガス）濃度を検出するＣＯセンサを備えた給湯器や風呂釜やファンヒーター等の燃焼機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６には燃焼機器として一般的な給湯器のモデル例が示されている。同図において、燃焼室１の下方側にはバーナ２が設置され、このバーナ２にはガス供給通路１２が接続されている。ガス供給通路１２には該通路１２を開閉する電磁弁１３と、ガス供給量を制御する比例弁１４が設けられている。この比例弁１４は印加される開弁駆動電流の大きさに比例した開弁量でもって弁を開く。
【０００３】
バーナ２の下方側には給排気を行う燃焼ファン３が設けられている。そして、この燃焼ファン３にはファン回転を検出するホールＩＣ等のファン回転検出センサ２８が設けられている。燃焼室１の上方側には給湯熱交換器４が設けられ、この給湯熱交換器４の入口側には給水管５が接続されており、この給水管５には入水温度を検出するサーミスタ等の入水温度センサ６と、入水流量を検出する水量センサ７とが設けられている。
【０００４】
また、給湯熱交換器４の出側には給湯管８が接続されており、この給湯管８には給湯熱交換器４からの給湯温度を検出するサーミスタ等の出湯温度センサ１０と、出湯流量を制御する水量制御弁１１が設けられている。
【０００５】
給湯熱交換器４の排気側には排気ガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ２１が配設されている。この種のＣＯセンサ２１は、通常、接触燃焼式のセンサが使用されている。この接触燃焼式のＣＯセンサは、触媒部を有していて、ＣＯ濃度の検出時には、その触媒部は通電加熱されており、触媒部にＣＯが接触することで燃焼し、その燃焼の温度上昇分を電気抵抗値の変化に変換し、その電気抵抗値の変化に対応する電圧をＣＯ検出信号として出力するものであり、排気ガス中のＣＯ濃度が大になると、接触燃焼熱量が大きくなる結果、その燃焼による温度上昇分が増加することで、ＣＯ濃度の大きさに比例した電圧をＣＯ検出信号として出力する。
【０００６】
制御装置１５には給湯器の給湯運転を制御するシーケンスプログラムが内蔵されており、このシーケンスプログラムに従って給湯運転を制御する制御回路が設けられている。この制御回路は、図７に示すように、燃焼制御部２２と、風量制御部２３と、ＣＯ安全部２４とを有している。
【０００７】
燃焼制御部２２にはバーナ２の燃焼能力範囲のデータが与えられており、燃焼制御部２２は、入水温度センサ６の入水検出温度と、出湯温度センサ１０の給湯検出温度と、水量センサ７で検出される入水水量と、リモコン（図示せず）等で設定される給湯の設定温度等の情報によって、フィードフォワードとフィードバックの制御演算（通常はＰＩＤ演算）によって出湯温度を設定温度にするための要求燃焼量（要求燃焼能力）を上記燃焼能力範囲内で求める。そして、予め与えられているガス供給量（比例弁への開弁駆動電流）と燃焼能力との制御データに基づき、要求燃焼量を得るための開弁駆動電流を比例弁１４へ供給し、バーナ２の燃焼量を制御する。
【０００８】
風量制御部２３は、前記燃焼制御部２２で求められる要求燃焼量に見合う燃焼空気をバーナ２に供給すべく燃焼ファン３の回転制御を行う。
【０００９】
ＣＯ安全部２４は、ＣＯセンサ２１のＣＯ検出信号を受けて、様々な形態で、ＣＯ安全動作を制御する。例えば、ＣＯ検出濃度が予め与えられている危険濃度に達したときに、電磁弁１３を強制的に閉じてバーナ燃焼を停止させたり、あるいは、所定のタイミングでＣＯ検出濃度をサンプリングし、その検出ＣＯ濃度の雰囲気中に人が晒されたと仮定したときに、血中に取り込まれる血中ヘモグロビンＣＯ濃度を算出し、この血中ヘモグロビンＣＯ濃度の算出値をＣＯ濃度のサンプリング毎に積算していき、その積算血中ヘモグロビンＣＯ濃度の値が許容上限値に達したときに燃焼ファン３の風量をアップする方向に制御して風量不足に起因する燃焼悪化状態を改善し、積算血中ヘモグロビンＣＯ濃度の値が予め与えられる危険値に達したときに、電磁弁１３を強制的に遮断して燃焼を停止する等の安全動作を行う。その一方で、ＣＯ安全部２４は、ＣＯ検出濃度あるいは積算血中ヘモグロビンＣＯ濃度の値に応じ、危険異常状態を報知手段２５により、ブザー音、ランプの点滅や点灯の表示、液晶画面上での記号やメッセージ表示等で報知する。
【００１０】
この種の給湯器では給湯管８の先端側に設けられている給湯栓（図示せず）が開けられると、給水管５を通して水が入り込み、この給水の流れが水量センサ７で検出されたときに、制御装置１５は、燃焼ファン３を回転し、電磁弁１３と比例弁１４を開け、バーナ２の点着火を行ってバーナ２の燃焼を行う。通常、点着火時には、フィードフォワードの演算により燃料ガスがバーナ２に供給されるが、点着火後、燃焼が安定し、出湯温度が設定温度に近づいた以降は、フィードフォワードとフィードバックの制御演算によりガス供給量（燃焼熱量）が燃焼制御部２２により求められ、これに応じ、比例弁１４の開弁量の制御が行われ、その一方で、前記の如く、風量制御部２３により、燃焼ファン回転による風量制御が行われて燃焼量と風量とがマッチングした良好な燃焼運転が行われる。
【００１１】
そして、給湯栓が閉められると、水量センサ７により、給水の水の流れの停止が検出され、制御装置１５は電磁弁１３を閉じてバーナ燃焼を停止し、その後、燃焼室１内の排気ガスが排出されるポストパージの期間にかけて、燃焼ファン３を引き続き回転し、このポストパージ期間が経過したときに燃焼ファン３を停止して次の給湯に備えられる。
【００１２】
また、前記燃焼運転中においては、ＣＯセンサ２１のＣＯ検出信号がＣＯ安全部２４に時々刻々取り込まれ、ＣＯ検出濃度や、血中ヘモグロビンＣＯ濃度の値が危険濃度に達したときには燃焼停止が行われる等の、所望のＣＯ安全動作が行われる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、ＣＯセンサ２１はＣＯガスの他にＨ２  ガスにも感応する。そのため、ＣＯセンサ２１のセンサ出力はＣＯガスによる出力分とＨ２  ガスによる出力分とを有している。本発明者らが、バーナ２の燃焼量を様々に変化させ、燃焼量毎に排気ガス中のＣＯガスとＨ２  ガスの発生比率を求めた結果、ＣＯガスとＨ２  ガスの発生比率が燃焼量によって異なることが判明し、排気ガス中のＣＯ濃度が同じでも燃焼量によってＣＯセンサ２１のセンサ出力が異なることに気付いた。その一例が図８に示されている。
【００１４】
図８には、排気ガス中のＣＯセンサ（触媒にパラジウム（Ｐｈ）を使用）２１のセンサ出力と、排気ガス中のＣＯ濃度との関係が示されており、実線Ｃは都市ガス１３Ａ（メタン）を燃焼量１００００  （ｋｃａｌ／ｈ）で燃焼させたときの関係データを示し、実線Ｄは同様に都市ガス１３Ａを燃焼量３００００  （ｋｃａｌ／ｈ）で燃焼させたときの関係データを示している。上記の如く、バーナの燃焼量によってＣＯガスとＨ２  ガスの発生比率が異なる結果、同図に示すように、ＣＯ濃度が同じでもＣＯセンサ２１のセンサ出力が異なる事態が生じている。例えば、ＣＯ濃度が１０００（ｐｐｍ  ）の場合には、燃焼量１００００  （ｋｃａｌ／ｈ）のときと、燃焼量３００００  （ｋｃａｌ／ｈ）のときとではセンサ出力にΔＶの差（約３００  ｍＶ）が生じている。
【００１５】
上記のように、燃焼量の変化によりＣＯ濃度に対するＣＯセンサ出力がばらつくために、例えば、実際には排気ガス中のＣＯ濃度が危険濃度に達していないにもかかわらず、ＣＯ安全部２４はＣＯ濃度が危険濃度に達しているものと誤判断して燃焼停止を行う等の誤動作が行われてしまったり、また、実際には排気ガス中のＣＯ濃度が危険濃度に達しているにもかかわらず、ＣＯ安全部２４はＣＯ濃度が危険濃度に達していないものと誤判断し燃焼停止が行われない等、安全上の問題が生じる。
【００１６】
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、バーナの燃焼量（燃焼能力）の変化に起因するＣＯセンサ出力のばらつきを補正して高い信頼性の下でＣＯ安全動作を行うことができる燃焼機器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のように構成されている。すなわち、本発明は、排気側には排気ガス中のＣＯ濃度を検出出力するＣＯガスとＨ２ガスに感度をもつＣＯセンサを備えて成る燃焼機器において、燃焼量を検出する燃焼量検出部と、各燃焼量に対応させてＣＯセンサ出力の補正係数が、燃焼量が大きくなるにつれ増加する値で与えられている補正データメモリと、前記燃焼量検出部で検出される検出燃焼量に対応する補正係数を前記補正データメモリに格納されているデータから求めＣＯセンサのセンサ出力に補正係数を掛けてＣＯセンサ出力を燃焼量に応じて換算出力するセンサ出力換算部とを有することを特徴として構成されている。
【００１８】
また、本発明は、補正データメモリには燃焼量の変化に対して補正係数のデータが連続的に与えられていること、あるいは、補正データメモリには燃焼量の変化に対して補正係数のデータが段階的に与えられていることも特徴とし、さらに、補正データメモリには燃焼量に応じて変化する補正係数が燃料の種別毎に与えられており、また、使用燃料の種類を検出する燃料種別判断部を備え、センサ出力換算部は前記燃料種別判断部で判断された使用燃料の種類に応じた燃焼量の補正係数を選択してセンサ出力を換算出力することも特徴とするところである。
【００１９】
【作用】
上記構成の本発明において、補正データメモリには、燃焼量に対応させてＣＯセンサ出力の補正係数が実験や演算等により求め与えられている。燃焼運転中には、ＣＯセンサのセンサ出力がセンサ出力換算部に取り込まれ、また、一方においては、燃焼量検出部が燃焼量を検出している。センサ出力換算部は、燃焼量検出部の検出燃焼量に対応する補正係数を補正データメモリのデータから求め、この補正係数をＣＯセンサのセンサ出力に掛けてＣＯセンサ出力を燃焼量に応じて換算出力する。この換算センサ出力に基づいてＣＯ安全動作が行われる。
【００２０】
また、燃料種別判断部を備えた燃焼機器においては、補正データメモリには燃料の種別毎に燃焼量に対応させたＣＯセンサ出力の補正係数が実験や演算等により求め与えられている。燃焼運転中に、燃料種別判断部は使用燃料を検出し、センサ出力換算部は、燃料種別判断部の検出燃料の種類に応じて、燃焼量検出部の検出燃焼量に対応する補正係数を補正データメモリから求め、この補正係数をＣＯセンサのセンサ出力に掛けてＣＯセンサ出力を換算出力する。
【００２１】
上記のように、使用燃料の種別を考慮し、燃焼量に応じてＣＯセンサ出力を換算出力することによって、使用燃料の種別や燃焼量の変化に起因するＣＯセンサ出力のばらつきが補正され、ＣＯ安全動作を確実に行うことができ、ＣＯ安全動作の信頼性がより一層高められる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。以下に説明する各実施例の燃焼機器は、前記図６に示すものと同様な給湯器を対象にしており、従来例と同一の名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。第１の実施例が従来例と異なる特徴的なことは、ＣＯセンサ２１の出力を、バーナ２の燃焼能力（燃焼量）に応じて補正する補正手段を設けたことであり、それ以外の構成は従来例と同様である。
【００２３】
図１には、本実施例に特徴的な補正手段２６の構成が従来例で述べた主要な制御手段と共に実線で示されており、センサ出力換算部１７と、燃焼量検出部１８と、補正データメモリ１９とを有して構成されている。
【００２４】
本発明者は、バーナ２の燃焼量を様々に変化させ、各燃焼量毎に排気ガス中のＣＯガスとＨ２  ガスの発生比率（Ｈ２  ／ＣＯ）を求めた。その結果、図５に示すように、ＣＯガスとＨ２  ガスの発生比率（Ｈ２  ／ＣＯ）と、燃焼量とは比例関係にあることが判明した。このことから、本発明者は、バーナの燃焼量に応じて、ＣＯセンサ２１のセンサ出力に上記比例関係から導き出した補正係数Ｋを掛けてセンサ出力の補正（換算）を行うことにした。
【００２５】
前記補正データメモリ１９には補正係数Ｋと燃焼量との関係データが、補正係数データとして、予め、実験や演算等により求め与えられている。この補正係数データは、本実施例では、燃焼量に対して補正係数Ｋが連続的に与えられており、図２に示すようなグラフデータや、表データあるいは演算式データとして格納されている。
【００２６】
補正係数Ｋは、ＣＯセンサ２１の触媒の種類（パラジウム（Ｐｈ）、ロジウム（Ｒｄ）、白金（Ｐｔ）等）に応じて、また、器具の使用ガス種（都市ガスの１３Ａ，６Ａ，４Ａ，６Ｂや、ブタン、プロパン等）に応じて与えられるものである。図２には補正係数Ｋの一例が示されており、この補正係数Ｋは、触媒にパラジウムを用いたＣＯセンサ２１を備えた器具を使用し、都市ガス１３Ａの燃焼実験から導き出されたものである。
【００２７】
燃焼量検出部１８は、バーナ２の燃焼運転中、燃焼制御部２２が算出した要求燃焼量をバーナの燃焼量として直接的に検出したり、あるいは、比例弁１４の開弁駆動電流を取り込んで間接的にバーナの燃焼量を検出する。
【００２８】
センサ出力換算部１７は、バーナ２の燃焼運転中、ＣＯセンサ２１のセンサ出力を時々刻々と取り込む。また、一方では、前記燃焼量検出部１８の検出燃焼量を取り込み、この検出燃焼量を前記補正データメモリ１９の補正係数データに照合し検出燃焼量に対応した補正係数Ｋを求める。そして、上記取り込んだＣＯセンサ２１のセンサ出力に補正係数Ｋを掛け、バーナ２の燃焼量に応じたＣＯセンサ２１のセンサ出力を換算してＣＯ安全部２４に出力する。ＣＯ安全部２４では、従来例と同様に、センサ出力換算部１７の換算センサ出力に基づいてＣＯ安全動作が行われる。
【００２９】
本実施例によれば、センサ出力換算部１７と燃焼量検出部１８と補正データメモリ１９とを有する補正手段２６を設け、燃焼量に応じてＣＯセンサ２１のセンサ出力を換算出力するので、燃焼量の変化に起因するＣＯセンサ出力のばらつきが補正され、燃焼量の変化の影響を受けない換算ＣＯセンサ出力を得ることができ、ＣＯ安全動作の信頼性をより向上させることができる。
【００３０】
実際に、本発明者が上記実施例同様のＣＯセンサ出力の換算を行い、良好な結果を得ている。その換算結果の一例が図４に示されている。実線Ａは、図８に示す実線Ｃのセンサ出力（都市ガス１３Ａを燃焼量１００００  （ｋｃａｌ／ｈ）で燃焼させたときのセンサ出力）に、図２に示す燃焼量１００００  （ｋｃａｌ／ｈ）に対応する補正係数Ｋ＝０．８  を掛けた換算センサ出力を示し、実線Ｂは、図８に示す実線Ｄのセンサ出力（都市ガス１３Ａを燃焼量３００００  （ｋｃａｌ／ｈ）で燃焼させたときのセンサ出力）に、図２に示す燃焼量３００００  （ｋｃａｌ／ｈ）に対応する補正係数Ｋ＝１を掛けた換算センサ出力を示している。図４に示すように、実線ＡとＢはほぼ一致しており、燃焼量の変化に起因するＣＯセンサ出力のばらつきが補正されていることが確認できる。
【００３１】
次に、第２の実施例を説明する。本実施例が前記第１の実施例と異なる特徴的なことは、図１の点線で示す燃料種別判断部３１が設けられていることである。器具の燃料には、都市ガスの１３Ａ，６Ａ，４Ａ，６Ｂや、ブタン、プロパン等、様々な種類がある。通常、器具には図１に示すガス種切り換えスイッチ３０が制御装置１５の制御基板に設けられており、器具を設置する際に、施工業者らが使用するガス種をセットしている。
【００３２】
この第２の実施例では燃料ガス種別判断部３１は、ガス種切り換えスイッチ３０でセットされているガス種をスイッチ切り換え位置のスイッチ信号で検出し、器具が使用しているガス種を判断する。
【００３３】
ガス種が異なると、バーナ２の燃焼量が同じでも排気ガス中のＣＯガスとＨ２  ガスの発生比率が異なる。そこで、本実施例では、補正データメモリ１９に、ガス種毎に、前記第１の実施例同様の補正係数データが予め実験や演算等により求め格納されている。センサ出力換算部１７は、前記燃料種別判断部３１から器具の使用ガス種の判断結果を取り込み、前記第１の実施例同様に、バーナ燃焼運転中、ＣＯセンサ２１のセンサ出力を取り込み、また、燃焼量検出部１８のバーナ２の検出燃焼量を取り込む。そして、検出燃焼量を使用ガス種に応じた補正データメモリ１９の補正係数データに照合し、検出燃焼量に対応した補正係数Ｋを求め、この補正係数ＫをＣＯセンサ２１のセンサ出力に掛けて換算出力する。
【００３４】
本実施例によれば、燃料種別判断部３１を設けたので、例えば、ガス種の異なる地域への転居等によりガス種が切り換えられた場合に、切り換えたガス種に合った補正係数データが自動的に選択され、正確に、バーナ２の燃焼量に応じてＣＯセンサ２１のセンサ出力を換算出力することができ、前記第１の実施例同様にＣＯ安全動作の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
なお、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記各実施例では、補正係数データは、図２に示すように、燃焼量に対して補正係数Ｋが連続的に与えられているものであったが、図３に示すように、燃焼量に対して補正係数Ｋが段階的に与えられているものであってもよい。
【００３６】
さらに、上記各実施例では、接触燃焼式のＣＯセンサを備えた器具を例にして説明したが、固体電解質タイプのＣＯセンサ等、ＣＯガスとＨ２  ガスに感度をもつ他のタイプのＣＯセンサにおいても、前記の如く、ＣＯ濃度が同じでも、バーナの燃焼量によってＣＯセンサの出力が異なるという事態が生じることから、上記他のタイプのＣＯセンサを備えた器具に上記各実施例同様の補正手段を設けることで、上記各実施例同様の効果を得ることができる。もちろん、ＣＯセンサのタイプによって、補正係数データは異なるものとなる。
【００３７】
さらに、上記各実施例では燃焼機器として単能給湯器（給湯機能のみの給湯器）を例にして説明したが、本発明は、給湯と追い焚き、あるいは、給湯と温水暖房等の両機能を備えた複合給湯器や、その他、風呂釜、ファンヒーター等の暖房機、冷房機、冷暖房機、空調機等の様々なバーナを有する燃焼機器に適用されるものである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼量を検出する燃焼量検出部と、各燃焼量に対応させてＣＯセンサ出力の補正係数が与えられている補正データメモリと、前記燃焼量検出部で検出される検出燃焼量に対応する補正係数を前記補正データメモリに格納されているデータから求めＣＯセンサのセンサ出力に補正係数を掛けてＣＯセンサ出力を燃焼量に応じて換算出力するセンサ出力換算部とを設けたので、燃焼量によって排気ガス中のＣＯガスとＨ２  ガスの発生比率が異なっても、燃焼量に応じてＣＯセンサのセンサ出力が換算されることから、燃焼量の変化に起因するＣＯセンサ出力のばらつきの問題を回避することができ、ＣＯ安全動作の信頼性が高い器具を提供することができる。
【００３９】
また、使用燃料の種類を検出する燃料種別判断部を備えた発明によれば、使用燃料の種類を判断し、その判断された使用燃料の種類に応じ燃焼量の補正係数を求めてＣＯセンサのセンサ出力を換算出力するので、転居等により使用燃料の種類が変わっても、その変更後の燃料種に応じて補正係数のデータが自動的に選択され、燃料の種類に合ったＣＯセンサ出力の換算出力を行うことができ、同様に、ＣＯ安全動作の信頼性が高い器具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１および第２の各実施例に特徴的なＣＯセンサ出力の補正手段を示すブロック構成図である。
【図２】燃焼量に対して補正係数が連続的に与えられている補正係数データの一例を示す説明図である。
【図３】燃焼量に対して補正係数が段階的に与えられている補正係数データの一例を示す説明図である。
【図４】換算出力したＣＯセンサ出力とＣＯ濃度との関係を示すグラフである。
【図５】排気ガス中のＣＯガスとＨ２  ガスの発生比率と燃焼量との関係の一例を示すグラフである。
【図６】給湯器のモデル例を示す説明図である。
【図７】従来例を示す説明図である。
【図８】従来の課題を示す説明図である。
【符号の説明】
２  バーナ
１７  センサ出力換算部
１８  燃焼量検出部
１９  補正データメモリ
２１  ＣＯセンサ
３１  燃料種別判断部
【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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【図７】
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【図８】
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