JP4996536B2

JP4996536B2 - 燃焼機器用ガス検出装置

Info

Publication number: JP4996536B2
Application number: JP2008124099A
Authority: JP
Inventors: 晋一松本
Original assignee: FIS Inc
Current assignee: FIS Inc
Priority date: 2008-05-10
Filing date: 2008-05-10
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2028-05-10
Also published as: JP2009271018A

Description

本発明は、可燃性燃料を燃焼させて室内の暖房や給湯等を行う燃焼機器の燃料漏れの検知及び不完全燃焼の検知を行うために使用される燃焼機器用ガス検出装置に関する。

ガスファンヒータ、ガスストーブ、石油ファンヒータ、石油ストーブ等の暖房機器や、給湯器等のような、可燃性燃料を利用する燃焼機器では、燃料配管の接続不良、着火ミス、立ち消え等が発生した場合、可燃性燃料の供給を停止しないと、可燃性燃料が漏れ出して引火する事故が発生するおそれがある。また、これらの燃焼機器の運転中に不完全燃焼が起こると一酸化炭素中毒の危険がある。

そこで従来、燃焼機器にメタン等の可燃性ガス（すなわちガス状の可燃性燃料の場合は可燃性燃料そのもの、液体状の可燃性燃料の場合は可燃性燃料から揮発するガス）を検知することで燃料漏れを検知するセンサを設けたり、ＣＯ等の不完全燃焼ガスを検知することで不完全燃焼を検知するセンサを設けたりすることが行われている（特許文献１，２参照）。

しかし、燃焼機器に異なる機能を有する二種類のセンサをそれぞれ設けると、燃焼機器の製造コストの上昇を招くと共に、燃焼機器内に二種類のセンサを設けるためのスペースが必要となって燃焼機器の大型化を招くという問題がある。

そこで、燃焼機器に、特許文献３に記載のような、可燃性ガスと不完全燃焼ガスとを共に検知することができるガス検出装置を設けることが考えられる。このガス検出装置では、高温で可燃性ガスに感応し、低温で不完全燃焼に感応する金属酸化物半導体から形成される感ガス体が用いられ、この感ガス体の温度を高温とする高温期間と、低温とする低温期間とを所定周期で繰り返すことで、可燃性ガスと不完全燃焼ガスとを検知する。

しかし、燃焼機器の運転初期にはバーナーの着火ミス等による燃料漏れが生じやすい。着火ミスの場合は大量の可燃性燃料が短時間に漏れ出すため、速やかな燃料漏れ検知が要求される。これに対して、可燃性ガスと不完全燃焼ガスとを周期的に交互に検知する従来のガス検出装置では、運転初期の燃料漏れを速やかに検知することができないおそれがある。
特開２００１−６５９８９号公報特開２００１−６５９９０号公報特開２０００−１９３６２３号公報

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、一つの燃焼機器用ガス検出装置で燃焼機器の燃料漏れと不完全燃焼とを共に検知することができ、且つ燃焼機器の運転開始初期における燃料漏れを確実に検知することができる暖房機用ガス検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る燃焼機器用ガス検出装置Ａは、燃焼機器Ｂでの燃料漏れによる可燃性ガスと不完全燃焼による不完全燃焼ガスとを検知する。この燃焼機器用ガス検出装置Ａは、検知用素子１と、制御部２とを具備する。前記検知用素子１は、高温で可燃性ガスに感応して電気的特性が変化すると共に低温で不完全燃焼ガスに感応して電気的特性が変化する感ガス体３、及び前記感ガス体を加熱するためのヒータ４を備える。前記制御部２は、この燃焼機器用ガス検出装置Ａによるガス検知開始時から一定期間、感ガス体３が高温となるようにヒータ４への通電を制御すると共にこの期間での感ガス体３の電気的特性に基づいて可燃性ガスを検知する連続可燃性ガス検知動作を行う。続いて前記制御部２は、感ガス体３が高温になる高温期間と低温となる低温期間とが所定周期で交互に生じるようにヒータ４への通電を制御すると共に高温期間での感ガス体３の電気的特性に基づいて可燃性ガスを、低温期間での感ガス体３の電気的特性に基づいて不完全燃焼ガスをそれぞれ検知する周期的検知動作を行う。

本発明によれば、燃焼機器Ｂで可燃性燃料を燃焼させる際に燃焼機器用ガス検出装置Ａによるガス検知を開始することで、この燃焼機器Ｂの運転初期に可燃性ガスを燃焼機器用ガス検出装置Ａで連続的に監視し、燃料漏れが生じた場合には速やかに可燃性ガスを検知することができる。このため、バーナーの着火ミス等により燃料漏れが生じ、可燃性ガスの濃度が短時間で急激に上昇しても、速やかな燃料漏れ検知が可能となる。また、制御部２が連続可燃性ガス検知動作を終了した後、続けて周期的検知動作を行うことで、燃料漏れと不完全燃焼を一つの燃焼機器用ガス検出装置Ａで監視することができる。

本発明では、前記制御部２は、前記ガス検知開始前に前記ヒータ４に通電すると共に、この通電開始時から感ガス体３の電気的特性が安定するまでの間、感ガス体３が高温となるようにヒータ４への通電を制御する安定化動作を行い、続いてガス検知を開始する制御をすることが好ましい。

この場合、ガス検知の開始前にまず制御部２が安定化動作を行うことで感ガス体３が高温に加熱され、感ガス体３に雑ガスが付着してこの感ガス体３の電気的特性が変動している場合にはこの雑ガスが燃焼して感ガス体３から除去され、電気的特性が正常に回復する。このため、例えば夏場に燃焼機器Ｂを長期間保管した場合などに感ガス体３に雑ガスが付着しても、ガス検知時には感ガス体３から雑ガスを除去して正確なガス検知を行うことができる。

また、本発明では、前記制御部３は、前記ガス検知開始前に前記ヒータ４に通電すると共にこの通電時の感ガス体３の電気的特性に基づいて故障診断を行うものであっても良い。

この場合、故障により暖房機用ガス検出装置によるガス検知が不可能な場合には燃焼機器を作動させないようにすることができる。

本発明によれば、一つの燃焼機器用ガス検出装置で燃焼機器の燃料漏れと不完全燃焼とを共に検知することができて、燃焼機器の製造コストの低減及び燃焼機器の小型化を図ることができ、しかも、燃焼機器の運転開始初期において速やかに検知されることが要求される燃料漏れを、確実に検知することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本実施形態に係る燃焼機器用ガス検出装置Ａは、燃焼機器Ｂでの燃料漏れによる可燃性ガスと不完全燃焼による不完全燃焼ガスとを検出する。この燃焼機器用ガス検出装置Ａは、次のような検知用素子１と、制御部２とを具備する。

図２に示す検知用素子１は、感ガス体３と、この感ガス体３を加熱するヒータ４と、この感ガス体３の電気的特性を測定するための検出用電極５を備える。

感ガス体３としては、高温で可燃性ガスを吸着した場合及び低温で不完全燃焼ガスを吸着した場合にそれぞれ電気抵抗が変化するものが用いられる。可燃性ガスとしてはメタン等の炭化水素ガスが挙げられる。不完全燃焼ガスとしてはＣＯが挙げられる。ここでいう「高温」とは、可燃性ガス吸着時の感ガス体３の電気抵抗の変化が不完全燃焼ガス吸着時の電気抵抗の変化に比して、可燃性ガスを選択的に検知可能な程度に大きくなる温度をいい、「低温」とは前記「高温」よりも低い温度であって、不完全燃焼ガス吸着時の感ガス体３の電気抵抗の変化が可燃性ガス吸着時の電気抵抗の変化に比して、不完全燃焼ガスを選択的に検知可能な程度に大きくなる温度をいう。この「高温」及び「低温」の具体的な温度は、燃焼機器用ガス検出装置Ａに要求されるガス検知精度、感ガス体３の構成、検知対象である可燃性ガス及び不完全燃焼ガスに対して想定されるガス検知時の濃度等に応じて、適宜設定される。

感ガス体３には、この感ガス体３が前記特性を有する限り、適宜の構成が採用される。この感ガス体３は、例えば酸化錫（ＳｎＯ₂）等の金属酸化物半導体の焼結体で形成される。感ガス体３は平板状、球状（楕円球状を含む）等の適宜の形状に形成され、また感ガス体３の寸法も適宜設計される。本実施形態では、感ガス体３は長手方向の径が略０．５ｍｍ、短手方向の径が略０．３ｍｍの楕円球状に形成される。感ガス体３が球状に形成されると、感ガス体３が平板状や円筒状に形成される場合と比べて感ガス体３の小型化が可能となり、この結果、感ガス体３の熱容量の低減が可能になる。

この金属酸化物半導体は、雑ガスに対する感度を低減させる触媒を担持していることが好ましい。前記触媒としては、Ｐｄ、Ｗ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｖ等が挙げられる。これらの触媒は一種単独で用いられ、或いは二種以上が併用される。

特に触媒としてＰｄが用いられる場合、感ガス体３の応答性が向上する。すなわち、感ガス体３がガスを吸着した後、このガス吸着により変化した電気抵抗が安定するまでに要する時間が短縮する。

ヒータ４及び検出用電極５は、感ガス体３の内部に埋設されている。本実施形態では感ガス体３内にコイル状のヒータ兼用電極６と、このヒータ兼用電極６の中心を貫通する中心電極７とが埋設されている。このヒータ兼用電極６と中心電極７とが検出用電極５として機能し、更にヒータ兼用電極６はヒータ４としても機能する。このため、ヒータ４及び検出用電極５が感ガス体３内部にまとまり良く配置され、検知用素子１の小型化が容易である。このヒータ兼用電極６と中心電極７は例えば白金線、白金合金線等の貴金属線で形成される。

前記ヒータ兼用電極６の両端からは、貴金属線からなるリード線８₁，８₃が感ガス体３の外部へ延出している。また、中心電極７の一端からは、貴金属線からなるリード線８₂が感ガス体３の外部へ延出している。このリード線８₁，８₂、８₃は、３本の端子９₁，９₂，９₃にそれぞれ接続されている。この各端子９₁，９₂，９₃は樹脂等から形成されるベース１０を貫通することでこのベース１０に固定されている。これにより、ベース１０に対して検知用素子１が支持されている。このベース１０には図３に示す筒状のケース１１が被嵌している。このため検知用素子１はケース１１の内側に収容される。このケース１１には更に有底円筒状のハウジング１２が被嵌している。このハウジング１２の天井面にはガス導入用の開口１３が形成されている。この開口１３には必要に応じてガス導入用のステンレス製等の金網１４が張設されている。このハウジング１３の天井面とケース１１との間には外部フィルタ１５が設けられている。外部フィルタ１５は例えば活性炭、シリカゲル等で形成され、また活性炭とシリカゲルとを組み合わせた材料で形成されても良い。外部フィルタ１５が設けられていると、開口１３からケース１１内にガスが流入する際、このガス中の雑ガスであるＮＯｘや、アルコール等の有機溶剤の蒸気、被毒ガスであるシリコン蒸気等が外部フィルタ５によって除去され、感ガス体３が雑ガスに感応して検知精度が悪化することや、感ガス体３がシリコン蒸気で被毒されて検知精度が悪化することが防止される。

感ガス体３は適宜の手法で作製される。例えば感ガス体３に含まれる酸化物半導体がＳｎＯ₂である場合、適宜の手法で調製されたＳｎＯ₂の粉末が用いられる。例えば、まずＳｎＣｌ₄の水溶液をＮＨ₄で加水分解してスズ酸ゾルを調製する。このスズ酸ゾルを風乾した後に、空気中で例えば５５０〜７００℃で０．５〜３時間焼成する。この焼成により得られたＳｎＯ₂の塊状物が粉砕されると、ＳｎＯ₂の粉末が得られる。

ＳｎＯ₂にＰｄを担持させるためには、前記ＳｎＯ₂の粉末にＰｄの王水溶液を含浸させ、例えば５００℃で空気中において１時間焼成する。Ｐｄの担持量は例えばＳｎＯ₂に対して１．７質量％とすることができる。また、前記Ｐｄに加えて、更にＳｎＯ₂にタングステン（Ｗ）をＳｎＯ₂に対して５質量％担持させても良い。またこのＰｄ及びＷに加えて、更にＳｎＯ₂に白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、セリウム（Ｃｅ）、モリブデン（Ｍｏ）の内の１つ又は複数を、ＳｎＯ₂に対して０．５質量％担持させても良い。

骨材が使用される場合は、前記ＳｎＯ₂の粉末とアルミナ（α−アルミナ）等の骨材の粉末とを混合する。この混合物に、ポリエチレングリコール、グリセリン、テルピネオール等の有機溶剤が加えられると、ペースト状の混合物が調製される。

このペースト状の混合物がセンサ基体（ヒータ兼用電極６および中心電極７）の周囲に塗布され、例えば空気雰囲気下、約５００℃で１時間焼成されると、感ガス体３が形成される。

図４は検知用素子１の等価回路を示し、Ｒ_Hはヒータ兼用電極６の電気抵抗を，Ｒｓは中心電極７とヒータ兼用電極６の一端との間の感ガス体３の電気抵抗を示す。感ガス体３がヒータ兼用電極６によって加熱され、この感ガス体３にガスが吸着すると、感ガス体３の電気抵抗Ｒｓが変化する。

燃焼機器用ガス検出装置Ａは、図１の動作ブロック図に示すように上記検知用素子１と、スイッチング素子Ｑと、負荷抵抗Ｒと、抵抗Ｒ１と、定電圧回路１６と、制御部２とを備える。

定電圧回路１６は定電圧回路１６は商用の交流電源ＡＣを降圧し且つ整流平滑して直流電圧Ｖcを生成し、制御部２に駆動用電力を供給する。

スイッチング素子Ｑは検知用素子１のヒータ兼用電極６への印加電圧をパルス幅制御するために設けられる。スイッチング素子Ｑのエミッタには、ヒータ兼用電極６の一端が端子９₁を介して接続されている。スイッチング素子Ｑのコレクタは定電圧回路１６の＋側の出力端に接続され、ヒータ兼用電極６の他端は端子９₃を介して定電圧回路１６の−側の出力端に接続されている。

負荷抵抗Ｒの一端は端子９₂を介して中心電極７に接続され、この負荷抵抗ＲＬの他端は定電圧回路１６の＋側の出力端に接続されている。このため定電圧回路１６の出力電圧が、感ガス体３と負荷抵抗Ｒとの間で分圧される。

また、定電圧回路１６の＋側の出力端と−側の出力端との間には抵抗Ｒ２とサーミスタＴＨが直列に接続されている。

制御部２は、駆動回路１７、出力回路１８、Ａ／Ｄ変換回路１９、信号処理回路２０、及びメモリ２１を備える。この制御部２は、例えばマイクロコンピュータから構成される。

駆動回路１７は信号処理回路２０の制御を受けて、抵抗Ｒ１を介してスイッチング素子Ｑのベースへパルス幅制御の駆動パルスを出力し、トランジスタＱのスイッチングをパルス幅制御する。Ａ／Ｄ変換回路１９は端子９₂を介して中心電極７に接続され、感ガス体３のヒータ兼用電極６と中心電極７との間の両端電圧をＡ／Ｄ変換して信号処理回路２０に出力する。

温度信号変換回路２８は抵抗Ｒ２にかかる分圧をＡ／Ｄ変換することで雰囲気温度に応じた温度信号を生成し、信号処理回路２０へ出力する。

計時回路２９はヒータ兼用電極６への通電が停止した時点からこの通電が再開する時点までの経過時間を計数する。この経過時間の計数は、ヒータ兼用電極６への通電が停止する毎に行われる。

信号処理回路２０は駆動回路１７を制御してヒータ兼用電極６に電圧を印加した状態で、Ａ／Ｄ変換回路１９を通じて感ガス体３の両端電圧Ｖｓを取り込む。信号処理回路２０は、温度信号変換回路２８から入力される温度信号に基づいて両端電圧Ｖｓの温度補正をする。信号処理回路２０は両端電圧Ｖｓと検知用閾値とを比較し、両端電圧Ｖｓが検知用閾値を超える場合にガス検知の判定をする。検知用閾値は、予めメモリ２１に記憶されている。

この制御部２による制御において、ガス検知時の感ガス体３の温度は、トランジスタＱのスイッチングのパルス幅制御により所定周期毎にヒータ兼用電極６に所定時間だけ通電するデューティー制御が行われることで調節される。このとき、例えばヒータ兼用電極６に印加される電圧の平均値が約０．９Ｖとなって感ガス体３の温度が約４００℃に調節される高温期間と、ヒータ兼用電極６に印加される電圧の平均値が０．２Ｖとなって感ガス体３の温度が約６０℃に調節される低温期間とが生じるように設定される。また、メモリ２１には高温期間における検知用閾値（可燃性ガス検知用閾値）と低温期間における検知用閾値（不完全燃焼ガス検知用閾値）が、それぞれ記憶される。そして、制御部２は、高温期間における両端電圧Ｖｓが可燃性ガス検知用閾値を超えた場合に可燃性ガスの検知を判定し、低温期間における両端電圧Ｖｓが不完全燃焼ガス検知用閾値を超えた場合に不完全燃焼ガスの検知を判定する。

制御部２によるガス検知の動作について、更に詳しく説明する（図７に示すタイミングチャート参照）。

可燃性ガスと不完全燃焼ガスの検知を行うにあたり、制御部２は、ガス検知を開始する際、まず始めにガス検知開始時から一定期間、ヒータ兼用電極６に高温期間の電圧が印加されるようにヒータ兼用電極６への通電を制御し、この期間での感ガス体３の電気抵抗に基づいて可燃性ガスを検知する動作（連続可燃性ガス検知動作）を行う。この期間内は、可燃性ガスのみが検知される。この連続可燃性ガス検知動作では、信号処理回路２０は例えば所定期間毎（例えば０．２５秒毎）に両端電圧Ｖｓを取り込み、この両端電圧Ｖｓに基づいて可燃性ガスのみを検知する。この連続可燃性ガス検知動作の期間は、暖房装置の運転初期に生じる可能性の高い可燃性ガスの燃料漏れが確実に検知されるようにするため、後述する周期的検知動作における高温期間よりも長い期間に適宜設定されるが、例えば１０〜１８０秒の範囲に設定される。

この連続可燃性ガス検知動作に続いて、制御部２は、高温期間と低温期間とが所定周期で交互に生じるようにヒータ４への通電を制御し、高温期間での感ガス体３の電気抵抗に基づいて可燃性ガスを、低温期間での感ガス体３の電気抵抗に基づいて不完全燃焼ガスをそれぞれ検知する動作（周期的検知動作）を行う。この周期的検知動作では、信号処理回路２０は例えば高温期間内に所定のタイミング（例えば高温期間の終了直前。図７中の○の位置を参照。）で両端電圧Ｖｓを取り込んで、この両端電圧Ｖｓに基づいて可燃性ガスを検知し、低温期間内に所定のタイミング（例えば低温期間の終了直前。図７中の●の位置を参照。）で両端電圧Ｖｓを取り込んで、この両端電圧Ｖｓに基づいて不完全燃焼ガスを検知する。この周期的検知動作時の高温期間と低温期間の繰り返し周期は感ガス体３の熱容量等に応じて適宜設定されるが、燃料漏れ及び不完全燃焼を共に確実に検知するためにはできるだけ短い周期であることが好ましく、例えば高温期間を約５秒、低温期間を約１０秒として、前記繰り返し周期を１５秒以下に設定することができる。

また制御部２は、上記ガス検知の開始に先立って、ヒータ兼用電極６に通電すると共に、この通電開始時から感ガス体３の電気抵抗が安定化するまでの間、感ガス体３が高温となるようにヒータ４への通電を制御する安定化動作を行い、続いてガス検知を開始する制御をすることが好ましい。この安定化動作において、例えば制御部２はヒータ兼用電極６に高温期間の電圧が印加されるようにヒータ兼用電極６への通電を制御すると共に、感ガス体３の両端電圧Ｖｓを検知する。信号処理回路２０は例えば図７に示すように所定期間毎（例えば０．２５秒毎）に両端電圧Ｖｓを取り込み、この両端電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｓｔｄに近似するに至った場合、すなわち例えば信号処理回路２０がこの両端電圧Ｖｓと基準電圧Ｖｓｔｄとの比率（Ｖｓ／Ｖｓｔｄ）を演算する。この電圧変化率（Ｖｓ／Ｖｓｔｄ）が、予めメモリ２１に設定されている許容範囲内にある状態（安定化状態）となった場合、あるいはこの安定化状態が所定の基準期間以上継続した場合に、信号処理回路２０は感ガス体３の両端電圧が安定化したと判定して、安定化動作を終了する。続いて制御部２は、上記連続可燃性ガス検知動作を行う。

この安定化動作において、信号処理回路２０は、計時回路２９による経過時間の計数結果に基づいて、この両端電圧の安定化を判定するための上記基準期間を決定する。前記経過時間が長いほど、基準期間が長くなるように、基準期間が決定される。基準期間は、例えば予めメモリ２１に記憶されているテーブルや演算式等に基づいて決定される。このようにして基準期間が決定されると、ヒータ兼用電極６が通電されていない期間が長くなって感ガス体３への雑ガスの付着量が多くなるほど、前記基準期間が長くなり、感ガス体３に付着した雑ガスが確実に除去される。

また、この安定化動作と同時に、感ガス体３の感度不良の発生や外部フィルターの汚染等の故障の有無を診断する故障診断を行うようにしても良い。すなわち、例えば、安定化動作の開始時から予めメモリ２１に設定されている所定期間が経過しても安定化の判定がなされない場合には、信号処理回路２０は外部に故障診断信号を出力すると共に、ガス検知を開始することなく安定化動作を終了するようにしても良い。

出力回路１８は、信号処理回路２０で可燃性ガスの検知の判定がなされた場合に可燃性ガス検知信号を外部に出力し、信号処理回路２０で不完全燃焼ガスの検知の判定がなされた場合に不完全燃焼ガス検知信号を外部に出力し、更に感ガス体３の電気抵抗の安定化の判定が為された場合に安定化信号を外部に出力する。

メモリ２１には、安定化動作や、この安定化動作と同時に行われる故障診断で使用される基準値である感ガス体３の基準電圧Ｖｓｔｄとして、予め測定された感ガス体３の清浄空気中での両端電圧が記憶される。また、この基準電圧Ｖｓｔｄは制御部２によって順次更新されても良い。この場合、制御部２は例えば周期的検知動作中の高温期間における可燃性ガスの検知が判定されない場合の感ガス体３の両端電圧Ｖｓの検知結果を累積的にメモリ２１に記憶し、この検知結果が所定数記憶される毎に、或いはこの検知結果の記憶開始後、予め設定された所定期間が経過する毎に、前記検知結果の平均値を算出し、その平均値を高温期間における新たな基準値としてメモリ２１に記憶する。この場合、感ガス体３の検知感度に経時的な変化が生じても、安定化の判定や故障診断を正確に行うことができるようになる。

また、制御部２は、上記安定化動作に先立って、検知用素子１における検知用電極５，５間（ヒータ兼用電極６、中心電極７間）の短絡の発生の有無を判定する故障診断を行っても良い。この故障診断時には、制御部２は例えば高温期間と低温期間とが所定周期で交互に生じるようにヒータ４への通電を制御すると共に、高温期間と低温期間での感ガス体３の両端電圧を検出する。両端電圧の検出結果が、所定の閾値以上である場合には、短絡が生じていないと判定し、続いて安定化動作を行う。一方、両端電圧の検出結果が所定の閾値に満たない場合には、短絡が生じていると判定し、安定化動作を行うことなく故障診断信号を出力する。

図５は、制御部２が周期的検知動作を行う場合における、ヒータ４に印加される電圧の変化と、感ガス体３の両端電圧Ｖｓの変化との関係の一例を示す。本例では、感ガス体３として１．７質量％のＰｄを担持するＳｎＯ₂の焼結体が用いられ、この感ガス体３の形状は、長手方向の径が０．５ｍｍ、短手方向の径が０．３ｍｍの楕円球状である。また高温期間を５秒、低温期間は２０秒に設定されており、ヒータ４に印加される電圧は高温期間で平均０．９Ｖ、低温期間で平均０．２Ｖとしている。

図５（ａ）は、感ガス体３を大気中に配置した状態で、一時的に感ガス体３をメタンに曝露させた場合の、ヒータ４に印加される電圧の変化と、感ガス体３の両端電圧Ｖｓの変化との関係を示す。ヒータ４の印加電圧が変化するごとに感ガス体３の両端電圧Ｖｓは変化するが、大気中では各高温期間での両端電圧Ｖｓは一定であり、また各低温期間での両端電圧Ｖｓも一定である。これに対して、感ガス体３がメタンに曝露されると、低温期間での両端電圧Ｖｓに変化はないが、高温期間ではメタンを吸着した感ガス体３の電気抵抗が低下し、両端電圧Ｖｓが上昇する。

一方、図５（ｂ）は、感ガス体３を大気中に配置した状態で、一時的に感ガス体３をＣＯに曝露させた場合の、ヒータ４に印加される電圧の変化と、感ガス体３の両端電圧Ｖｓの変化との関係を示す。図５（ａ）の場合と同様に、ヒータ４の印加電圧が変化するごとに感ガス体３の両端電圧Ｖｓは変化するが、大気中では各高温期間での両端電圧Ｖｓは一定であり、また各低温期間での両端電圧Ｖｓも一定である。これに対して、感ガス体３がＣＯに曝露されると、高温期間での両端電圧Ｖｓに変化はないが、低温期間ではメタンを吸着した感ガス体３の電気抵抗が低下し、両端電圧Ｖｓが上昇する。

このように高温期間では感ガス体３がＣＯに感応することなくメタンに感応し、低温期間では感ガス体３がメタンに感応することなくＣＯに感応することで、メタンとＣＯとを選択的に検知することができる。

本実施形態では上記の通り、信号処理回路２０は感ガス体３の両端電圧を使用した演算に基づいて、ガス検知及び安定化の判定が行われている。感ガス体３の電気抵抗は検知対象のガスに感応して変化し、この電気抵抗と両端電圧とが対応関係にあるため、本実施形態におけるガス検知及び安定化の判定は、感ガス体３の電気抵抗の変化に基づくガス検知等と等価である。ガス検知及び安定化の判定にあたっては、当該手法に限らず、検知対象のガスに感応して変化する感ガス体の電気抵抗等の電気的特性に基づいた判定が可能であれば、あらゆる手法が採用され得る。

この燃焼機器用ガス検出装置Ａは燃焼機器Ｂに組み込まれて使用される。燃焼機器Ｂとしては、ガスファンヒータ、ガスストーブ、石油ファンヒータ、石油ストーブ等の可燃性燃料を利用する暖房機器や、給湯器などが挙げられる。前記可燃性燃料としては、都市ガス等のガス状の可燃性燃料や、灯油等の液体状の可燃性燃料が挙げられる。

図６は燃焼機器用ガス検出装置Ａが組み込まれる燃焼機器Ｂ内の動作ブロック図を示す。この暖房装置は、制御回路部２２、定電圧回路１６、駆動部２３、燃料供給部２４、燃焼部２５、操作部２６、及び警報装置２７を備える。定電圧回路１６は商用の交流電源ＡＣを降圧し且つ整流平滑して直流電圧Ｖcを生成し、制御回路部２２に駆動用電力を供給する。この定電圧回路１６は燃焼機器用ガス検出装置Ａにおける定電圧回路１６と共通のものであっても良い。駆動部２３は暖房装置内で可燃性燃料の燃焼により発生した熱を外部に供給するための駆動機構であり、例えば温風用ファンを駆動するモータが挙げられる。燃料供給部２４は可燃性燃料を暖房装置内の燃料タンクや暖房装置外等から燃焼部２５へ供給するための機構であり、例えば電磁弁や比例弁等を有するジョイント等で構成される。燃焼部２５は燃料供給部２４から供給された可燃性燃料を燃焼させるバーナーや、このバーナーを着火させるための着火装置等で構成される。警報装置２７は燃料漏れや不完全燃焼を外部に報知する機能を有し、例えばＬＥＤ等のランプやブザ等で構成される。制御回路部２２はマイクロコンピュータを主構成要素として構成され、操作部２６、燃焼機器用ガス検出装置Ａ等から入力される信号に基づいて、駆動部２３、燃料供給部２４、燃焼部２５、警報装置２７等を制御する。

燃焼機器用ガス検出装置Ａが燃焼機器Ｂに組み込まれる場合、制御部２の出力回路１８は燃焼機器Ｂの動作を制御する制御回路部２２に接続され、出力回路１８から出力される可燃性ガス検知信号、不完全燃焼ガス検知信号、及び安定化信号は制御回路部２２へ入力される。また、制御部２回路部から出力された制御信号が、制御部２の信号処理回路２０へ入力される。尚、マイクロコンピュータ等で構成される単一の装置が、燃焼機器用ガス検出装置Ａの制御部２及び燃焼機器Ｂの制御回路部２２として同時に機能しても良いが、本実施形態では燃焼機器用ガス検出装置Ａの制御部２と燃焼機器Ｂの制御回路部２２とは別個の装置とする。

このような燃焼機器Ｂが動作する場合の、燃焼機器Ｂ全体の動作と燃焼機器用ガス検出装置Ａの動作との関係を説明する（図７に示すタイミングチャート参照）。

操作部２６が操作されることで燃焼機器Ｂの運転開始が指示されると、まず制御回路部２２が制御信号を出力する。この制御信号が制御部２に入力されると、制御部２は燃焼機器用ガス検出装置Ａを起動し、まず故障診断を行う。図７中に、故障診断時におけるヒーター印加電圧の周期的な変化が示されている。

故障診断において、制御部２で短絡が生じているとの判定がされると、制御部２は故障診断信号を制御回路部２２へ出力し、以後の動作を停止する。故障診断信号が入力された制御回路部２２は警報装置２７を制御して、外部に警報を発する。

制御部２で短絡が生じていないとの判定がされると、制御部２は故障診断を停止し、続いて制御部は安定化動作を行う。

安定化動作と同時に行われる故障診断において、所定期間内に電気的特性の安定化の判定がされないと、制御部は制御部２は故障診断信号を制御回路部２２へ出力し、以後の動作を停止する。故障診断信号が入力された制御回路部２２は警報装置２７を制御して、外部に警報を発する。一方、安定化動作において所定期間内に制御部２で感ガス体３の電気的特性の安定化の判定がされると、制御部２は安定化動作を停止し、続いて連続可燃性ガス検知動作を行う。同時にこの制御部２から安定化信号が出力され、この安定化信号が制御回路部２２に入力される。安定化信号の入力を受けた制御回路部２２は、可燃性燃料の燃焼を開始するため、駆動部２３、燃料供給部２４、及び燃焼部２５を制御する。この制御回路部２２による制御を受けて駆動部２３が駆動するとともに、燃料供給部２４が燃焼部２５のバーナに可燃性燃料を供給し、さらに燃焼部２５の着火装置がバーナーを着火する。これにより可燃性燃料の燃焼が開始し、燃焼機器Ｂによる暖房が開始される。

制御部２が連続可燃性ガス検知動作を行っている間、燃焼機器用ガス検出装置Ａによって燃焼機器Ｂにおける燃料漏れが連続的に監視される。そして、燃焼部２５における着火ミスや燃料配管の接続不良等により燃料漏れが生じ、可燃性ガス（すなわちガス状の可燃性燃料の場合は可燃性燃料そのもの、液体状の可燃性燃料の場合は可燃性燃料から揮発するガス）が漏れ出したら、燃焼機器用ガス検出装置Ａによって可燃性ガスが検知され、制御部２から可燃性ガス検知信号が出力される。可燃性ガス検知信号の入力を受けた制御回路部２２は、燃料供給部２４を制御して、燃料供給部２４から燃焼部２５への可燃性燃料の供給を停止する。同時に制御回路部２２は警報装置２７を制御して、外部に警報を発しても良い。

燃料漏れが生じることなく一定期間が経過したら、制御部２は連続可燃ガス検知動作を停止し、続いて周期的検知動作を行う。これにより燃焼機器Ｂにおける燃料漏れと不完全燃焼とが監視される。燃焼部２５における立ち消えや配管の損傷等により燃料漏れが生じると、燃焼機器用ガス検出装置Ａによって可燃性ガスが検知され、制御部２から可燃性ガス検知信号が出力される。可燃性ガス検知信号の入力を受けた制御回路部２２は、燃料供給部２４を制御して、燃料供給部２４から燃焼部２５への可燃性燃料の供給を停止する。同時に制御回路部２２は警報装置２７を制御して、外部に警報を発しても良い。また、燃焼部２５のバーナーで不完全燃焼が生じたら、燃焼機器用ガス検出装置Ａによって不完全燃焼ガスが検知され、制御部２から不完全燃焼ガス検知信号が出力される。不完全燃焼ガス検知信号の入力を受けた制御回路部２２は、警報装置２７を制御して、外部に警報を発し、使用者に対して室内の換気を促す。同時に制御回路部２２は燃料供給部２４を制御して、燃料供給部２４から燃焼部２５への可燃性燃料の供給を停止しても良い。

このように燃焼機器Ｂ及び燃焼機器用ガス検出装置Ａが動作すると、感ガス体３に雑ガスが付着していることで感ガス体３の電気抵抗と基準電気抵抗との差が大きく、正確なガス検知ができない状態になっている場合であっても、燃焼機器Ｂの起動時にまず燃焼機器用ガス検出装置Ａの制御部２が安定化動作を行うことで、感ガス体３が高温に加熱され、雑ガスが燃焼して感ガス体３から除去される。そして、感ガス体３から雑ガスが充分に除去されて感ガス体３の電気抵抗と基準電気抵抗とが近似する状態になって、はじめて燃焼機器用ガス検出装置Ａによるガス検知が行われる。

また、本実施形態では、燃焼機器Ｂの運転初期に燃焼機器用ガス検出装置Ａの制御部２が連続可燃性ガス検知動作を行うため、この燃焼機器Ｂの運転初期に燃料漏れを連続的に監視し、燃料漏れが生じた場合には速やかに可燃性ガスを検知することができる。このため、バーナーの着火ミス等により燃料漏れが生じ、可燃性ガスの濃度が短時間で急激に上昇しても、速やかな燃料漏れ検知が可能となる。また、不完全燃焼は可燃性燃料が燃焼しない限り起こらず、また可燃性燃料の燃焼開始から短時間で室内の不完全燃焼ガスの濃度が急激に上昇することもないため、燃焼機器Ｂの運転初期に燃料漏れのみを監視しても支障はない。

そして、制御部２が連続可燃性ガス検知動作を停止した後、続けて周期的検知動作を行うことで、燃料漏れと不完全燃焼を一つの燃焼機器用ガス検出装置Ａで監視することができる。

本発明の実施の形態の一例を示す、燃焼機器用ガス検出装置の動作ブロック図である。同上の実施の形態における、要部の概略構成図である。同上の要部の一部破断した斜視図である。同上の実施の形態で用いられる検知用素子の等価回路図である。同上の実施の形態において、制御部が周期的検知動作を行う場合のヒータに印加される電圧の変化と、感ガス体の両端電圧の変化との関係の一例を示すグラフであり、（ａ）は感ガス体を大気中に配置した状態で、一時的に感ガス体をメタンに曝露させた場合、（ｂ）は感ガス体を大気中に配置した状態で、一時的に感ガス体をＣＯに曝露させた場合のグラフである。同上の実施の形態に係る燃焼機器用ガス検出装置が取り付けられる燃焼機器の一例を示す動作ブロック図である。同上の実施の形態に係る燃焼機器用ガス検出装置の動作と、この燃焼機器用ガス検出装置が取り付けられた燃焼機器の動作との関係を示すタイミングチャート図である。

符号の説明

Ａ燃焼機器用ガス検出装置
Ｂ燃焼機器
１検知用素子
２制御部
３感ガス体
４ヒータ

Claims

燃焼機器での燃料漏れによる可燃性ガスと不完全燃焼による不完全燃焼ガスとを検知する燃焼機器用ガス検出装置であって、検知用素子と、制御部とを具備し、
前記検知用素子は、高温で可燃性ガスに感応して電気的特性が変化すると共に低温で不完全燃焼ガスに感応して電気的特性が変化する感ガス体、及び前記感ガス体を加熱するためのヒータを備え、
前記制御部は、この燃焼機器用ガス検出装置によるガス検知開始時から一定期間、感ガス体が高温となるようにヒータへの通電を制御すると共にこの期間での感ガス体の電気的特性に基づいて可燃性ガスを検知する連続可燃性ガス検知動作を行い、続いて感ガス体が高温になる高温期間と低温となる低温期間とが所定周期で交互に生じるようにヒータへの通電を制御すると共に高温期間での感ガス体の電気的特性に基づいて可燃性ガスを、低温期間での感ガス体の電気的特性に基づいて不完全燃焼ガスをそれぞれ検知する周期的検知動作を行うことを特徴とする燃焼機器用ガス検出装置。
前記制御部は、前記ガス検知開始前に前記ヒータに通電すると共に、この通電開始時から感ガス体の電気的特性が安定するまでの間、感ガス体が高温となるようにヒータへの通電を制御する安定化動作を行い、続いてガス検知を開始する制御をすることを特徴とする請求項１に記載の燃焼機器用ガス検出装置。
前記制御部は、前記ガス検知開始前に前記ヒータに通電すると共にこの通電時の感ガス体の電気的特性に基づいて故障診断を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼機器用ガス検出装置。