JPH11344218A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼用空気供給量の制御では不完全燃焼を解
消できない場合にも、確実に燃焼状態を改善し、燃焼停
止に至って使用不能になることを避けるようにする。 【解決手段】 ファン回転数の増加補正が限界に達して
も、不完全燃焼レベルのＣＯ濃度が検出される場合に
は、燃焼量の減少と、ＣＯ濃度が所定値まで低下したか
否かの判定とを繰り返し、ＣＯ濃度が所定値まで低下す
るまで燃焼量を低下させて使用を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は燃焼装置に関し、
より詳細には、排気ガスのＣＯ濃度を検出し、燃焼を停
止するなど、不完全燃焼に対処する燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特に屋内に設置されるガス給湯器
等の燃焼装置では、排気経路にＣＯ（一酸化炭素）セン
サを設け、検出したＣＯ濃度が一定限度の濃度を超える
と、燃焼を停止するようにしている。給湯器の場合、バ
ーナの下流に設けられた熱交換器のフィンに燃焼生成物
が詰まったり、排気筒や吸気口が異物によって部分的に
閉塞された場合等に、不完全燃焼を起こしてＣＯ濃度が
高くなるが、軽度の不完全燃焼であれば、ファンの回転
数を上げて燃焼用空気の供給量を増加させれば、燃焼状
態が改善されてＣＯ濃度が低下することがあり、そのた
め、ＣＯ濃度が一定限度を超えても即座には燃焼を停止
せず、燃焼用空気の供給量を増加させ、それでもなおＣ
Ｏ濃度が一定限度の濃度を超えるときは燃焼を停止させ
るようにしたものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、不完全
燃焼を検知したとき、燃焼用空気の供給量を増加させる
ことによって燃焼状態を改善するものでは、ファン回転
数調整範囲の上限近い回転数で空気を供給しているとき
に不完全燃焼が生じると、空気供給量の増加調節が僅か
なものとなり、その効果はほとんど期待できなくなる。
そこで、空気供給量の増加調節分を考慮して通常よりも
回転数調整範囲の大きいファン並びにファンモータ駆動
回路を用いることが考えられるが、装置の大型化、コス
ト上昇を招くばかりでなく、排気経路あるいは吸気口が
部分的に閉塞されている状況や、熱交換器のフィン詰ま
りの状態で、むやみに空気供給量を増加させると、燃焼
室内の内圧上昇による悪影響が大きくなり、燃焼状態の
改善は、あるレベルから進まなくなるという問題が発生
する。それゆえ、空気供給量の増加による燃焼状態の改
善では、軽度の不完全燃焼のなかでも限られた状況でし
か燃焼停止を免れることができないという難点があっ
た。

【０００４】本発明はかかる課題を解決しようとするも
のであって、その目的とするところは、空気供給量を増
加する方法では解消できないような不完全燃焼を解消
し、燃焼停止に至って使用不能となること少なくできる
燃焼装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の燃焼装置は、バーナと、燃焼用空気を供給
するファンと、バーナの燃焼量を調節する燃焼量調節手
段と、排気ガスのＣＯ濃度を検出するＣＯセンサとを有
するものにおいて、検出されたＣＯ濃度に基づいて不完
全燃焼を検知する手段を設け、該不完全燃焼検知手段に
より不完全燃焼を検知すると燃焼量を減少させることを
第１の特徴とする。

【０００６】すなわち、この燃焼装置では、不完全燃焼
を検知したとき、燃焼量を減少させることによって、排
気ガス全体の発生量が減少し、排気抵抗が増大している
状況下にあっても、排気ガスの流量が小さいために空気
不足や燃焼室の内圧上昇の程度が小さくなり、その結
果、燃焼状態が改善されてＣＯ濃度が減少する。

【０００７】また、本発明の燃焼装置は、バーナと、燃
焼用空気を供給するファンと、バーナの燃焼量を調節す
る燃焼量調節手段と、排気ガスのＣＯ濃度を検出するＣ
Ｏセンサとを有するものにおいて、検出されたＣＯ濃度
に基づいて複数のレベルで不完全燃焼を検知する手段を
設け、該不完全燃焼検知手段により低レベルの不完全燃
焼を検知すると、ファンの供給空気量を燃焼量に対応し
た定常値よりも増加方向に補正し、その後、高レベルの
不完全燃焼を検知すると燃焼量を減少させることを第２
の特徴とする。

【０００８】すなわち、この燃焼装置では、まず、低レ
ベルの不完全燃焼を検知した段階で供給空気量を増加補
正することにより、空気不足状態を改善する。このよう
なファンの制御を行っても、不完全燃焼が高レベルにな
ったときに、燃焼量を減少させて排気ガス全体の流量を
減少させ、空気不足や燃焼室の内圧上昇を緩和する。し
たがって、燃焼量を減少させるのは、供給空気量の増加
補正では改善できない場合に限る。

【０００９】そして、本発明の燃焼装置は、上記第１の
特徴または第２の特徴に加えて、燃焼量を減少させてＣ
Ｏ濃度が所定濃度に低下したことを検知したとき、その
燃焼量を最大燃焼量として設定することを第３の特徴と
している。

【００１０】すなわち、燃焼量を減少させたことにより
ＣＯ濃度が所定濃度に低下したときには、そのときの燃
焼量、つまりは、ＣＯ濃度が許容できるような低濃度と
なる燃焼量を最大燃焼量として、以降の燃焼量を制限す
るので、メンテナンス作業が行われるまでの間、安全な
状態で燃焼装置の使用を継続することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１２】本発明に係る燃焼装置の一例として、給湯
器の概略構成を図１に示す。この図１に示す例では、給
湯器１の燃焼室２を形成する胴体３の下部には、ガスバ
ーナ４が配設されている。ガスバーナ４には、元電磁弁
５および比例制御弁６（燃焼量調節手段）を備えたガス
供給路７を通じて燃料ガスが供給される。元電磁弁５は
ガス供給路７の開閉のみを行う弁であり、比例制御弁６
は制御信号に応じた開度に設定され、ガス流量を所望値
に調整してバーナ４の燃焼量を調節する弁である。バー
ナ４の近傍には、バーナ４が燃焼しているか否かを検出
するためのフレームロッド８が設けられている。胴体３
の底部には、ファンモータ９によって駆動されるファン
１０が配設されている。

【００１３】胴体３の底部には、ファンモータ９によっ
て駆動されるファン１０が配設されている。バーナ４の
上方には熱交換器１１が配設され、給水管１２から通水
された水をバーナ４の燃焼熱で加熱し、加熱された湯を
給湯管１３を通じて給湯箇所へ供給する。１４は給湯器
の各部を制御するコントローラである。給水管１２に
は、通水量を検出する水量センサ１５と、水温を検出す
る入水温度センサ１６が設けられ、給湯管１３には、湯
温を検出する出湯温度センサ１７が設けられている。

【００１４】熱交換器１１よりも上方には、熱交換器１
１で熱交換された後の排気ガスを外部に排出するための
排気集合筒１８が設けられている。排気ガス中のＣＯ濃
度を検出するＣＯセンサ２０は、接触燃焼式のＣＯ検出
素子２１と、後述するＣＯセンサ制御部とを有してお
り、ＣＯ検出素子２１は排気集合筒１８内に配置されて
いる。

【００１５】図２は、給湯器１のコントローラ１４の機
能のうち主としてＣＯセンサ２０に関連する部分と、Ｃ
Ｏセンサ２０の主な構成を示す機能構成図である。コン
トローラ１４は、給湯器制御用のマイクロコンピュータ
（ＣＰＵ）を含む給湯器制御部２３と、元電磁弁５を開
閉制御する元電磁弁駆動回路２４と、比例制御弁６の駆
動電流値を調整して弁開度を制御する比例制御弁駆動回
路２５と、ファンモータ９の回転数を制御するファン駆
動回路２６とを備えており、給湯器制御部２３は、水量
センサ１５、入水温度センサ１６、出湯温度センサ１７
等からの各検出データを読み込むようになっている。

【００１６】すなわち、給湯器制御部２３には、図示し
ないリモートコントローラから送信される設定温度Ｔ
Ｓ、水量センサ１５により検出された通水量Ｑ、入水温
度センサ１６により検出された入水温度ＴＣ、出湯温度
センサ１７により検出された出湯温度ＴＨの各データが
読み込まれ、設定温度ＴＳ、入水温度ＴＣ、通水量Ｑに
基づいて必要燃焼量が算出されると共に、設定温度ＴＳ
と出湯温度ＴＨとの偏差に基づいて補正量が算出され、
これら必要燃焼量と補正量とを合成して燃焼量を決定し
ている。燃焼量が決定すると、比例制御弁駆動回路２５
を介して比例制御弁６の駆動電流値を燃焼量に応じた値
に調整し、また同時にファン駆動回路２６を介してファ
ン１０の回転数を燃焼量に対応した設定回転数に制御さ
れる。尚、ファン１０の設定回転数は、比例制御弁６の
駆動電流値と対応させて予め設定するようにしてもよ
い。

【００１７】ＣＯセンサ２０は、ＣＯ検出素子２１と、
マイクロコンピュータを備えるＣＯセンサ制御部２７と
からなり、ＣＯセンサ制御部２７のマイクロコンピュー
タは、給湯器制御部２３のマイクロコンピュータからの
データ要求信号を受信すると、ＣＯ濃度の検出データを
給湯器制御部２３のマイクロコンピュータへ送信する。
給湯器制御部２３が受信したＣＯ濃度のデータは、ＣＯ
濃度の積算を開始するための積算基準値と比較され、積
算基準値を超えるＣＯ濃度のみ積算して、積算値が所定
値を超えると高レベルの不完全燃焼と判定する。更に、
ＣＯ濃度のデータは、上記積算基準値よりは低い値に設
定されたファン補正基準値とも比較され、ファン補正基
準値を超える場合は、低レベルの不完全燃焼と判定し、
ファン１０の回転数を、燃焼量に対応する設定回転数よ
り高い回転数に制御する。

【００１８】図３は、この給湯器１の制御動作を示すフ
ローチャートであり、水量センサ１５があらかじめ定め
られた最低作動流量以上の通水量を検出し、燃焼が開始
された後にスタートする制御動作を示している。まずス
テップＳ１でＣＯ濃度がファン補正基準値Ｂ以上か否か
が判断される。ここでＣＯ濃度がファン補正基準値Ｂ以
上である場合には、低レベルの不完全燃焼と判定し、フ
ァン１０の回転数を燃焼量に対応する設定回転数より一
定量もしくは一定割合だけ増加させるように補正する
（ステップＳ２）。次に、補正したことによってファン
１０の回転数が上限に達していないか、あるいは、あら
かじめ補正量の上限を定めてある場合には、その上限に
達していないかどうかの判断がなされ、補正の限界に達
していなければ（ステップＳ３でＮＯ)ステップＳ１に
戻って再びＣＯ濃度がファン補正基準値Ｂ以上か否かを
判断する。一方、ステップＳ３で補正の限界に達してい
る場合には、ＣＯ濃度の積算値、すなわち、積算基準値
Ａを超えるＣＯ濃度のみ積算した値が、予め定めた所定
値以上か否かを判断し（ステップＳ４）、所定値以上に
なると高レベルの不完全燃焼と判定し、燃焼量が下限で
なく、減少させることが可能であれば（ステップＳ５で
ＮＯ)、燃焼量を一定量もしくは一定割合減少させ（ス
テップＳ６）、ＣＯ濃度が所定濃度Ｃまで低下していな
ければ（ステップＳ７でＮＯ）、ステップＳ５に戻っ
て、燃焼量が下限に達するまでは、燃焼量の減少（ステ
ップＳ６）とＣＯ濃度が所定濃度Ｃまで低下したか否か
の判断（ステップＳ７）を繰り返す。

【００１９】燃焼量を減少する際には、ファン回転数の
増加補正の情報を持ったままで燃焼量を減少させるよう
にしている。すなわち、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３の繰
り返しの間にステップＳ２で増加させた回転数あるいは
増加させた比率を有効とし、燃焼量に対応する設定回転
数に上記ステップＳ２で増加させた回転数あるいは増加
させた比率を上乗せした回転数に制御しながら燃焼量を
変化させるのである。

【００２０】ＣＯ濃度が所定濃度Ｃまで低下したときに
は（ステップＳ７でＹＥＳ）、そのときの燃焼量を最大
燃焼量に設定し（ステップＳ８）、これ以降、この給湯
器の燃焼量は、この最大燃焼量以下に制限される。した
がって給湯能力は制限されてしまうが、ＣＯ発生量の少
ない安全状態で使用を継続できる。一方、ＣＯ濃度が所
定濃度Ｃまで低下するより先にステップＳ５で、燃焼量
が下限に達したと判断された場合には燃焼を停止する
（ステップＳ９）。

【００２１】図４の例では、ＣＯ濃度がファン補正基準
値Ｂ以上となってから若干の判定時間の後、時間Ｔ１に
おいて、ＣＯ濃度がファン補正基準値Ｂ以上であると判
定してファン回転数を増加補正しており（ステップＳ
１、Ｓ２）、補正量が上限に達していないので、更に時
間Ｔ２とＴ３においてもファン回転数を増加補正してい
る（ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３の繰り返し）。そして、
時間Ｔ３の増加補正により補正量が上限に達したため、
ＣＯ濃度の積算値が所定値に達したか否かの判断（ステ
ップＳ４）に移行し、時間Ｔ４で積算値が所定値以上に
なると燃焼量を減少させ（ステップＳ６）、ＣＯ濃度が
所定濃度Ｃまで低下するまで燃焼量の減少を繰り返して
いる。

【００２２】本実施形態では、積算基準値Ａを超えるＣ
Ｏ濃度を積算し、積算値が所定値に達したときに高レベ
ルの不完全燃焼と判定しているが、高レベルの不完全燃
焼はこれに限らず、適切なＣＯ濃度（ファン補正基準値
Ｂより高い濃度）を設定し、その濃度を一定時間連続し
て超えるときに不完全燃焼と判定するようにしてもよ
い。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
の発明によれば、不完全燃焼を検知したとき、燃焼量を
減少させることにより、排気ガス全体の発生量が減少す
ることになる。したがって、排気経路の部分的な閉塞や
熱交換器のフィン詰まりなどで排気抵抗が増大している
状況であっても、排気ガス流量が小さいために空気不足
や燃焼室の内圧上昇の程度が小さくなり、その結果、燃
焼状態が改善されてＣＯ濃度を減少させることができ、
燃焼停止に至って使用不能になることを避けることがで
きる。

【００２４】また、請求項２の発明によれば、燃焼用空
気の供給量を増加させて燃焼状態が改善する場合には、
燃焼量を減少させることがなく、燃焼用空気の供給量を
増加することでは解消できず、不完全燃焼が高レベルに
なったときに、燃焼量を減少させて燃焼状態の改善を図
るので、状況に応じた合理的な段階的制御を行うことが
できる。

【００２５】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
ＣＯ濃度が許容できるような低濃度となる燃焼量を最大
燃焼量に設定して、以降の燃焼量を制限するので、メン
テナンス作業が行われるまでの間、安全な状態で燃焼装
置の使用を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である燃焼装置を適用した
給湯器を示す概略構成図である。

【図２】同上の給湯器のコントローラの主機能とＣＯセ
ンサの主な構成を示す機能構成図である。

【図３】同上の給湯器の制御動作を示すフローチャート
である。

【図４】同上の給湯器のＣＯ濃度の変化の一例を説明す
る説明図である。

【符号の説明】

１ 給湯器 ４ ガスバーナ ６ 比例制御弁 １０ ファン ２０ ＣＯセンサ ２１ ＣＯ検出素子 ２３ 給湯器制御部 ２７ ＣＯセンサ制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナと、燃焼用空気を供給するファン
   と、バーナの燃焼量を調節する燃焼量調節手段と、排気
   ガスのＣＯ濃度を検出するＣＯセンサとを有するものに
   おいて、検出されたＣＯ濃度に基づいて不完全燃焼を検
   知する手段を設け、該不完全燃焼検知手段により不完全
   燃焼を検知すると燃焼量を減少させることを特徴とする
   燃焼装置。
2. 【請求項２】 バーナと、燃焼用空気を供給するファン
   と、バーナの燃焼量を調節する燃焼量調節手段と、排気
   ガスのＣＯ濃度を検出するＣＯセンサとを有するものに
   おいて、検出されたＣＯ濃度に基づいて複数のレベルで
   不完全燃焼を検知する手段を設け、該不完全燃焼検知手
   段により低レベルの不完全燃焼を検知すると、ファンの
   供給空気量を燃焼量に対応した定常値よりも増加方向に
   補正し、その後、高レベルの不完全燃焼を検知すると燃
   焼量を減少させることを特徴とする燃焼装置。
3. 【請求項３】 燃焼量を減少させてＣＯ濃度が所定濃度
   に低下したことを検知したとき、その燃焼量を最大燃焼
   量として設定することを特徴とする請求項１または２記
   載の燃焼装置。