JP2010065867A - 燃焼機器の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼機器の安全性を長期に亘って確保し得る燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】 バーナ11に供給する供給空気量を検出する風量センサ21と当該供給空気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ22を設ける。風量センサ21により検出されたその時々の実際の供給空気量と、酸素濃度センサ22により検出されたその時々の実際の供給空気中に含まれる酸素濃度とに基づき、その時々で要求される必要燃焼量に応じてバーナ11に供給される燃料供給量に対し、酸素量の不足により排ガス中に含まれる一酸化炭素量が許容量を超えると判断した場合、ガス電磁弁13を閉じる等してバーナ11における燃焼を停止させる制御回路12を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼部に燃料と燃焼用空気を供給して燃焼させる燃焼機器の燃焼制御装置に関し、特に、周囲環境変化にも良く対応し、不完全燃焼に伴う一酸化炭素の発生を確実に防げるようにするための改良に関する。

ガス瞬間湯沸かし器その他、各種の燃焼機器においては、その燃焼部における不完全燃焼の結果、排気口からの排ガスに一酸化炭素COが含まれるようになると、時として人の命にも関わるような極めて危険な状況を招くことは言うを俟たない。そのため、従来からも種々の安全対策，環境対策が図られては来た。

例えば、排ガス中の一酸化炭素濃度あるいは酸素濃度を測定し、排ガス悪化を防止する技術については、下記特許文献１に説明がある。
特開平9-287737号公報

確かにこの特許文献１には、排ガス中の一酸化炭素濃度や、これに代わり酸素濃度を直接に測定して制御する技術が開示されており、従ってそれら濃度検出センサが正常に機能している限り、一酸化炭素排出量が異常な量となった場合には燃焼を停止させるような制御ができる。

しかし、この従来技術においては、排ガス中に多く含まれる水蒸気H₂Oによるセンサ自身の劣化には配慮がされておらず、これが問題となることが分った。すなわち、本発明者の知見によれば、水蒸気によるそうしたセンサの劣化が生じることは確かであり、それがために、このような従来技術だけでは、長期間に亘ってのセンサの信頼性、ひいては燃焼機器としての安全性を確保することは難しいとの結論を得た。

本発明はこの点に鑑みてなされたもので、排ガス中の水蒸気により信頼性が損なわれるような方式ではなく、本質的な所からセンサの劣化を避けつつ排ガスの悪化低減を図り得る工夫のなされた燃焼制御装置を提供せんとする。

本発明は上記目的を達成するため、燃焼部に供給される空気ならば水蒸気の発生がないか、少なくとも少ないことに着目し、
燃焼部に燃料と燃焼用空気を供給して燃焼させる燃焼機器の燃焼制御装置であって；
当該燃焼部に供給する供給空気量を物理的に捕らえる供給空気量センサと；
当該供給空気中の酸素濃度を物理的に捕らえる酸素濃度センサと；
供給空気量センサにより検出されたその時々の実際の供給空気量と、酸素濃度センサにより検出されたその時々の実際の供給空気中に含まれる酸素濃度とに基づき、その時々で要求される必要燃焼量に応じて燃焼部に供給される燃料供給量に対し、酸素量の不足により排ガス中に含まれる一酸化炭素量が許容量を超えると判断した場合に燃焼部における燃焼を停止させる制御回路と；
を含んで成る燃焼制御装置を提案する。

本発明ではまた、この基本構成を満たした上で、燃焼部への空気の供給をファンモータによって強制的に行う機器に適用する場合、制御回路は、酸素量の不足により排ガス中に含まれる一酸化炭素量が許容量を超える迄には至らないと判断している条件下では、その時々で要求される必要燃焼量に応じて燃焼部に供給される燃料供給量に対し、適当量となる酸素量を供給するようにファンモータの回転数制御を行うことも提案する。

さらに、本発明の他の下位態様においては、制御回路は、同じく酸素量の不足により排ガス中に含まれる一酸化炭素量が許容量を超える迄には至らないと判断している条件下では、その時々で燃焼部に供給される酸素量の低下に伴い、燃料供給量を低減させるように制御することも提案する。

この場合、本発明の適用される燃焼機器がガス瞬間湯沸かし器等、給湯機能を有する機器であるときには、制御回路は、その時々で燃焼部に供給される酸素量の低下に伴い、給湯量を低減することで実質的に必要燃焼量を低減し、これに従い燃料供給量を低減させるように制御することもできる。

また、本発明の基本的な態様においては、上記のように供給空気量センサと酸素濃度センサとを共に有するので、制御回路はその時々の必要燃料量に対し、逆に供給空気量が多過ぎるために失火等が予測されると判断した場合、燃料の供給を停止させて燃焼を停止させるべく制御するように構成することもできる。もちろんこれは、ファンモータを用いる燃焼機器にはもちろん、用いない燃焼機器に対しても当然に適用できる構成である。

本発明によれば、水蒸気の存在しない、ないしは少なくとも少ない、供給空気中における酸素濃度と供給空気量とを直接に測定し、制御しているので、各センサが排ガス中の水蒸気の影響を受けて寿命が縮まることはないため、長期間に亘る安全性確保，ひいては高い信頼性を保ったままでの燃焼機器自体の長寿命化を図ることができる。

さらに、従前のように排ガス中の一酸化炭素濃度や酸素濃度を検出する技術では検出することのできなかった、燃焼部直近の周囲環境自体の酸素濃度を検出できるので、より高い精度で安全確保が図れる外、要すれば周囲環境の酸素濃度に関する環境悪化を適当な報知装置を介して報知することも容易になる。

図１には、本発明を適用した燃焼機器10の望ましい一実施形態における要部概略構成が示されている。燃焼機器10はガス瞬間沸かし器等の給湯機能を有するものであったり、暖房機器であったり、要は燃焼部に燃料と燃焼用空気を供給して燃焼させる燃焼機器であれば本発明の適用が可能となり、限定はされない。そのため、図を簡明にする意味から、給湯機能を有する燃焼機器を想定する場合にも、当該給湯系については図示していない。

ここでは燃料として燃焼部(バーナ)11にはガスが供給される場合を想定しており、燃料供給の開始，停止は制御回路12の指令により弁を開閉するガス電磁弁13が行い、制御回路12の要求に基づくその時々の必要燃焼量に応じて燃焼部11に供給される燃料供給量の調整はガス比例弁14が行う。そのための回路構成、部材構成等は最早既存の燃焼機器において周知であるため、これ以上、詳しくは述べないが、制御回路12は昨今では一般にマイクロコンピュータを含んで構成でき、以下に述べる各種濃度データや流量データ、必要燃焼量データ等はそれに付属の不揮発性メモリに読み出し可能に、あるいは書き換え可能に保存されて利用される。

バーナ11に対しては燃焼用の空気も供給されるが、この実施形態では当該空気の供給をファンモータ15によって強制的に行うタイプの機器10を想定している。

しかるに、このファンモータ15の出力部、すなわちバーナ11への給気経路には、バーナ11に供給される供給空気量を物理的に捕らえる供給空気量センサ(風量センサ)21と、当該供給空気中の酸素濃度を物理的に捕らえる酸素濃度センサ22が備えられている。

このような構造の下で、制御回路12は風量センサ21により検出されたその時々の実際の供給空気量と、酸素濃度センサ22により検出されたその時々の実際の供給空気中に含まれる酸素濃度とに基づき、その時々で要求される必要燃焼量に応じてバーナ11に供給される燃料供給量に対し、酸素量の不足により排気口16から放出される排ガス中に含まれる一酸化炭素量が許容量を超えるか否かを監視している。そして、当該許容量を超えると判断すると、バーナ11における燃焼を停止させるべく働き、この場合はガス電磁弁13に働きかけてこの弁13を閉じ、バーナ11を消火する。

もちろん、このような状況に至ったときには、制御回路12が図示していない警報装置を稼働させ、可視的に、あるいは可聴的に、ないしは双方により、使用者に対し警報を発するように構成するとなお良い。

また、本発明では酸素濃度センサ22を積極的にバーナ11への給気系に用いているので、望ましくは制御回路12は、排ガス中に含まれる一酸化炭素量が許容量を超える迄には至らないと判断している条件下では、その時々で要求される必要燃焼量に応じてバーナ11に供給される燃料供給量に対し、適当量となる酸素量を供給するように、ファンモータ15の回転数制御を行うように構成することができる。

さらに、これも望ましくは、制御回路12は、同じく排気口16から放出される排ガス中に含まれる一酸化炭素量が許容量を超える迄には至らないと判断している条件下では、その時々でバーナ11に供給される酸素量の低下に伴い、例えばガス比例弁14の開度調整を行って(絞って)、燃料供給量を低減させるように制御するべく構成するのが良い。特にこの場合、給湯系は図示していないが、先に述べた通り、燃焼機器10がガス瞬間湯沸かし器等、給湯機能を有する機器であるときには、制御回路12は、その時々で燃焼部に供給される酸素量の低下に伴い、給湯量を低減することで実質的に必要燃料量を低減させ、これにより燃料供給量を低減させるように構成することもできる。

また、本発明では供給空気量センサ21と酸素濃度センサ22を共に設けるので、制御回路12はその時々の必要燃料量に対し、逆にバーナ11への供給空気量が多過ぎるために失火等が予測されると判断した場合、ガス電磁弁13を閉じる等して燃料の供給を停止させ、バーナ11での燃焼を停止させるべく制御するように構成することもできる。もちろんこれは、ファンモータ15を用いる燃焼機器にはもちろん、用いない燃焼機器に対しても当然に適用できる構成であるし、同様にこのときには図示しない警報装置を稼働して使用者にその状況を報知すると望ましい。

本発明ではまた、バーナ11の直近の給気系における酸素濃度を検出できるので、その酸素濃度単独を制御回路12で監視して、バーナ11での状況の如何に拘らず、酸素濃度が定められた値を下回ったと制御回路12が判断した場合、周囲環境の空気の汚染として、図示しない警報装置を介し、使用者に報知することもできる。

本発明に従って構成された燃焼制御装置の一例における概略構成図である。

符号の説明

10 燃焼機器
11 バーナ(燃焼部)
12 制御回路
13 ガス電磁弁
14 ガス比例弁
15 ファンモータ
16 排気口
21 供給空気量センサ(風量センサ)
22 酸素濃度センサ

Claims (5)

1. 燃焼部に燃料と燃焼用空気を供給して燃焼させる燃焼機器の燃焼制御装置であって；
   該燃焼部に供給する供給空気量を物理的に捕らえる供給空気量センサと；
   該供給空気中の酸素濃度を物理的に捕らえる酸素濃度センサと；
   該供給空気量センサにより検出されたその時々の実際の供給空気量と、該酸素濃度センサにより検出されたその時々の実際の供給空気中に含まれる酸素濃度とに基づき、その時々で要求される必要燃焼量に応じて上記燃焼部に供給される燃料供給量に対し、酸素量の不足により排ガス中に含まれる一酸化炭素量が許容量を超えると判断した場合に該燃焼部における燃焼を停止させる制御回路と；
   を含んで成る燃焼制御装置。
2. 請求項１記載の燃焼制御装置であって；
   上記燃焼機器は上記燃焼部への空気の供給を強制的に行うファンモータを有し；
   上記制御回路は、上記酸素量の不足により排ガス中に含まれる一酸化炭素量が上記許容量を超える迄には至らないと判断している条件下では、その時々で要求される上記必要燃焼量に応じて上記燃焼部に供給される燃料供給量に対し、適当量となる酸素量を供給するように上記ファンモータの回転数制御を行うこと；
   を特徴とする燃焼制御装置。
3. 請求項１記載の燃焼制御装置であって；
   上記制御回路は、上記酸素量の不足により排ガス中に含まれる一酸化炭素量が上記許容量を超える迄には至らないと判断している条件下では、その時々で上記燃焼部に供給される酸素量の低下に伴い、上記燃料供給量を低減させるように制御すること；
   を特徴とする燃焼制御装置。
4. 請求項３記載の燃焼制御装置であって；
   上記燃焼機器は給湯機能を有する機器であり；
   上記制御回路は、その時々で上記燃焼部に供給される上記酸素量の低下に伴い、給湯量を低減することで実質的に上記必要燃焼量を低減し、これに従い上記燃料供給量を低減させるように制御すること；
   を特徴とする燃焼制御装置。
5. 請求項１記載の燃焼制御装置であって；
   上記制御回路は、その時々の上記必要燃料量に対し、上記供給空気量が多過ぎると判断した場合、上記燃料の供給を停止させて燃焼を停止させるべく制御すること；
   を特徴とする燃焼制御装置。

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