JPH09287737A - 燃焼機器 - Google Patents
燃焼機器Info
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- JPH09287737A JPH09287737A JP12655596A JP12655596A JPH09287737A JP H09287737 A JPH09287737 A JP H09287737A JP 12655596 A JP12655596 A JP 12655596A JP 12655596 A JP12655596 A JP 12655596A JP H09287737 A JPH09287737 A JP H09287737A
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Abstract
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。 【解決手段】 ガスバーナ20の燃焼に使用される空気
の排気通路にO2 センサ5を設け、該O2 センサによる
O2 濃度に基づいて、バーナコントローラ40により、
該O2 濃度が基準値以上か否かが判断される。プリパー
ジ中に基準値以下と判断された場合、供給ガス量が減少
されるようにガス比例弁36が制御され、燃焼制御中に
基準値以下と判断された場合、供給空気量が増加される
ように送風ファン38の回転制御がなされる。そして、
供給ガス量の減少率または供給空気量の増加率が所定値
を越えた場合、燃焼停止制御される。
Description
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。
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。
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。
1000ppm±400ppm程度であるため、この1
000ppm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300
ppm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。
00ppm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300
ppm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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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1
4の出湯口には給湯栓42が設けられている。
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。
(図示せず)の連続的なスパークにより、ガスバーナ2
0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。
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。
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。
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))。
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(S1
02)。
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(S10
3)。ここで、O2 濃度が基準値以下と判断される(S
103:「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)。
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(S1
05:「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。
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(S
103:「NO」)ときには、当然に燃焼が継続される
ことになる。
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)。
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)。
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。
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。
する。この第2の実施例では、これまで説明してきたO
2 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1
2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10
00ppm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、O
2 センサ5を用いることで、300ppm程度〜100
0ppm程度のCO濃度の検出がなされる。
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)。
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、300
ppm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30
0ppm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。
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、C
O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。
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。
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。
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。
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。
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。
ガス湯沸器10の概略構成を示す図である。
る。
フローチャートである。
Claims (4)
- 【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O
2 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。
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---|---|---|---|
JP12655596A JP3558448B2 (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 燃焼機器 |
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JP12655596A Expired - Fee Related JP3558448B2 (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 燃焼機器 |
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JP (1) | JP3558448B2 (ja) |
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-
1996
- 1996-04-22 JP JP12655596A patent/JP3558448B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN114754496B (zh) * | 2020-12-29 | 2024-03-08 | 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 | 燃气热水器的控制方法、燃气热水器和可读存储介质 |
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JP3558448B2 (ja) | 2004-08-25 |
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