| 【発明の名称】 |
燃焼機器の排ガス制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】古賀 義信
【氏名】竹見 八郎
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| 【要約】 |
【課題】燃焼機器より排出されるＣＯ濃度を軽減する。
【解決手段】燃焼ガスを排出する排気管８内に設置された測定可能なガス濃度レベルが燃焼機器の目標制御値より高い基準濃度値以上であるガスセンサ２０と、燃焼量を強制的に所定量増減した際の前記ガスセンサ２０によるＣＯ濃度測定値が前記基準濃度値以下に収まるように燃焼量を制御する燃焼制御部２１とで燃焼機器の排ガス制御装置を構成したので、強制的に所定量増減した際のＣＯ濃度を測定できるため、空燃比がプラス側、あるいはマイナス側にズレたか判断でき、空燃比を適正な方向に制御することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バーナと、このバーナからの燃焼ガスを排出する排気管内に設置され、測定可能なガス濃度レベルが燃焼機器の目標制御値より高い基準濃度値以上であるガスセンサと、空燃比を強制的に所定量増減した際の前記ガスセンサによるＣＯ濃度測定値が前記基準濃度値以下に収まるように空燃比を制御する燃焼制御部とで構成されることを特徴とする燃焼機器の排ガス制御装置。
【請求項２】 バーナと、このバーナからの燃焼ガスを排出する排気管内に設置され、測定可能なガス濃度レベルが燃焼機器の目標制御値より高い基準濃度値以上であるガスセンサと、通常燃焼時における空燃比を強制的に変動させてＣＯ濃度を測定し、空燃比を強制的に変動させた際の前記ガスセンサによるＣＯ濃度測定値が前記基準値以上のときには、前記通常燃焼時の空燃比を強制的に変動させた方向とは逆の方向の比に制御する燃焼制御部とで構成されることを特徴とする燃焼機器の排ガス制御装置。
【請求項３】 バーナと、このバーナからの燃焼ガスを排出する排気管内に設置され、測定可能なガス濃度レベルが燃焼機器の目標制御値より高い基準濃度値以上であるガスセンサと、通常燃焼時における空燃比を強制的に増加および減少させてＣＯ濃度を測定し、空燃比を強制的に増加および減少させた際の前記ガスセンサによるＣＯ濃度測定値が前記基準値以上のときには、前記バーナの燃焼を停止させる燃焼制御部とで構成されることを特徴とする燃焼機器の排ガス制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、石油あるいはガス燃焼機器に関し、特に燃焼により発生する排ガス中のＣＯ濃度の低減を図った排ガス制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の燃焼機器においては、ＣＯ中毒事故防止等安全性の面より燃焼により発生する排気ガス中のＣＯ濃度は燃焼機器の性能を保証するための目標制御値、数百ｐｐｍ（例えば３００ｐｐｍ）以下に抑えるよう設計されている。
【０００３】従来では、このような燃焼機器のＣＯ濃度を監視するものとして、測定可能なガス濃度が１０００ｐｐｍレベル以上と低感度のガスセンサを使用した不完全燃焼防止装置が周知である。この不完全燃焼防止装置は、安定燃焼する通常のバーナの他に、このバーナに対して燃焼ポイントを一律に一定量ずらして（意図的に空気不足の燃焼とさせて）上記ガスセンサで測定可能なように故意に不安定燃焼させた測定用のバーナを備え、この測定用バーナの排気ガスを監視してＣＯ濃度が一定量を越えた場合に通常のバーナが不完全燃焼であると判断し、安全のため機器の運転を停止するものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、既述のように、従来の不完全燃焼防止装置のガスセンサは測定可能なガス濃度レベルが１０００ｐｐｍ以上と極めて高く、性能上、このガスセンサでは燃焼機器の目標制御値（３００ｐｐｍ以下）を直接確認することができないことから、係る制御機構を従来の燃焼機器に適用して燃焼状態の悪化に対応した制御（フィードバック制御）を行うことは困難であった。このため、排気ガスに対する安全性は作製された機器自体の性能によるところが大きかった。
【０００５】本発明は、上記した従来の不完全燃焼防止機構の欠点を解消するものであって、機器の空燃比を強制的に所定量増減させた時のＣＯ濃度値を計測し、その測定結果を燃焼制御にフィードバックすることにより、機器の目標制御値を確認できない低感度のガスセンサを使用しても、燃焼制御を可能とする燃焼機器の排気ガス制御装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に記載の本発明では、バーナと、このバーナからの燃焼ガスを排出する排気管内に設置され、測定可能なガス濃度レベルが燃焼機器の目標制御値より高い基準濃度値以上であるガスセンサと、空燃比を強制的に所定量増減した際の前記ガスセンサによるＣＯ濃度測定値が前記基準濃度値以下に収まるように空燃比を制御する燃焼制御部とで構成したものである。
【０００７】また、請求項２に記載の本発明では、バーナと、このバーナからの燃焼ガスを排出する排気管内に設置され、測定可能なガス濃度レベルが燃焼機器の目標制御値より高い基準濃度値以上であるガスセンサと、通常燃焼時における空燃比を強制的に変動させてＣＯ濃度を測定し、空燃比を強制的に変動させた際の前記ガスセンサによるＣＯ濃度測定値が前記基準値以上のときには、前記通常燃焼時の空燃比を強制的に変動させた方向とは逆の方向の比に制御する燃焼制御部とで構成したものである。
【０００８】さらに、請求項３に記載の本発明では、バーナと、このバーナからの燃焼ガスを排出する排気管内に設置され、測定可能なガス濃度レベルが燃焼機器の目標制御値より高い基準濃度値以上であるガスセンサと、通常燃焼時における空燃比を強制的に増加および減少させてＣＯ濃度を測定し、空燃比を強制的に増加および減少させた際の前記ガスセンサによるＣＯ濃度測定値が前記基準値以上のときには、前記バーナの燃焼を停止させる燃焼制御部とで構成したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】図６は本発明が適用された燃焼機器としてのガス温水式暖房システムの概略構成図である。
【００１０】先ず、図６に基づいてガス温水式暖房システムの構成を説明すれば、この温水式暖房システムを構成する熱源機３０のケーシング１内には室内に設置されている温水マット３１や放熱器３２への給湯を成す暖房用給湯器２が設けてある。
【００１１】この暖房用給湯器２には燃焼室を形成する熱交換ケース３が設置されており、その内部に燃焼を行うメーンバーナ４が配置されている。また、メーンバーナ４の上方に熱交換用のフィン付きパイプ５が設けられており、前記メーンバーナ４とフィン付きパイプ５によって前記暖房用給湯器２の加熱装置が構成されている。また、熱交換ケース３の下方には前記メーンバーナ４に対応した燃焼ファン６が設けられており、前記ケーシング１の右側面部に形成された給気口７からケーシング１内に引き込まれた空気を燃焼用空気として前記メーンバーナ４の燃焼部へ送り込むようになっている。さらに、この熱交換ケース３の上部に前記メーンバーナ４で発生した燃焼ガスを排気ガスとして外部へ誘導するための排気路８が設けられており、この排気路８はケーシング１を貫通して機器外へ突設した排気トップ１２に連結されている。
【００１２】また、前記暖房用給湯器２を構成するフィン付きパイプ５は、その下流側（暖房往管路）の端部に設けられたヘッダー９を介して前記放熱器３２へ接続されて、放熱器３２へ高温の温水を供給するようになっており、上流側（暖房戻管路）の端部は暖房水循環用の温水循環ポンプ１０を介して暖房水タンク１１へ接続されている。前記放熱器３２で熱交換を終えた温水はこの暖房水タンク１１に一時回収され、前記温水循環ポンプ１０を介して順次暖房用給湯器２に供給されるように構成されている。なお、１８はシステムコントローラ、１９は本システムの制御を行う電装ボックスである。
【００１３】以上の構成は従来のガス温水暖房システムと同様であるが、図示するように、本実施形態においては排気路８内の出口付近に機外に排出されるＣＯガスの濃度を測定するためのガスセンサ２０が設置されており、このガスセンサ２０の検知出力が前記燃焼ファン６の動作制御を行う燃焼制御部２１に接続されて、ガスセンサ２０と燃焼制御部２１とで本発明の排気ガス制御装置を構成している。
【００１４】前記ガスセンサ２０は２００℃以上の耐熱性に優れたものが使用されている。これは、２００℃以上になる高温度の排気ガス中のＣＯ濃度を直接測定するためである。しかしながら、前記ガスセンサ２０は耐熱性に優れるものの、測定できるガス濃度のレベルが１０００ｐｐｍ以上と極めて高いため（但し、１０００ｐｐｍ以上では精度が高く、正確な濃度測定が可能）、既述した燃焼機器の目標制御値、例えば３００ｐｐｍ以下を正確に測定することはできない。
【００１５】ところで、燃焼機器の排気ガス中に含まれるＣＯ濃度は、図１に示す燃焼特性のように、機器の最適空燃比Ａにおいて最も小さく、これを中心として空燃比が＋、−何れの方向に変動しても排出されるＣＯ濃度は増加することが知られている。従って、機器の燃焼ポイントにズレが生じ不完全燃焼が発生した場合、空燃比を調整することによって最適燃焼ポイントの再設定が可能となる。また、本発明の排気ガス制御装置には、図１のような機器に対応した燃焼特性が固有データとして格納されており、係る燃焼特性データを参照しつつ、燃焼制御が実行される。
【００１６】以下、図５のフローチャートと図２および図３の燃焼量を増減した際のＣＯ濃度との対応を示す燃焼特性図に基づき、排気ガス制御のための燃焼制御について説明する。
【００１７】図５において、まず、機器の運転スイッチがＯＮされるとステップＳ１でメーンバーナ４の燃焼が開始される。この時、燃焼ファン６は規定の回転数に達しており、従来通りの比例制御により燃焼量に応じた燃焼制御が行われている。燃焼運転中、所定の安定燃焼期間が得られるタイミング、すなわちステップＳ２においてガスセンサ２０によるＣＯ濃度の測定が行われ、測定値が燃焼制御部２１に入力される。燃焼制御部２１は現時点の燃焼量を機器の基準燃焼量ＰＯとし、ステップＳ３で入力されたＣＯ濃度値をガスセンサ２０の感度に応じて決定される基準濃度値、例えば、１０００ｐｐｍと比較する。測定したＣＯ濃度値がこの基準濃度（１０００ｐｐｍ）以上であれば、機器異常と判断し、ステップＳ１３で燃焼を停止すると共に、ステップＳ１４でアラーム表示を行う。このように、機器異常が検知されるのは図４に示すように、メーンバーナ４の系年変化や目詰まり等によって燃焼量に対するＣＯガスの発生量が全体的に高い方向にシフトしている場合である。
【００１８】一方、ステップＳ３のガス濃度チェックでＣＯ濃度値が１０００ｐｐｍ以下であればステップＳ４で燃焼ファン６の回転数を一定量、例えば、＋７％程度アップして空燃比を＋方向（増加方向）に強制変化させた時の燃焼量Ｐ＋におけるＣＯ濃度の測定が行われる。だだし、ＣＯ濃度の測定が終了すると強制変化させた空燃比Ｐ＋は元の基準空燃比ＰＯに戻すように制御されるものとする。ところで、ガスセンサ２０の感度が低く、性能上１０００ｐｐｍ以下のＣＯ濃度は計測不可であるため、実際にはセンサ出力が得られないが、本制御では係る出力無し状態をＣＯ濃度が１０００ｐｐｍ以下であると判断している。
【００１９】次に、ステップＳ５でこのＣＯ濃度値と基準濃度（１０００ｐｐｍ）が再度比較され、今回測定のＣＯ濃度値が１０００ｐｐｍを越えた場合、すなわち、燃焼開始時点で機器の基準空燃比ＰＯが図２に示すように最適空燃比Ａより＋側にずれている場合、ステップＳ６で燃焼ファン６の回転数を所定の量ダウンして基準空燃比ＰＯを所定量−方向に変化させる。そして、その時の空燃比を新たな基準空燃比ＰＯとし、ステップＳ７を介し、ステップＳ２〜ステップＳ６のルーチンが定期的に繰り返し実行されて、ステップＳ４におけるＣＯ濃度値が１０００ｐｐｍ以下に達するまで燃焼ファン６の回転数が徐々にダウンしていく。すなわち、燃焼ポイントが−方向にシフトし、空燃比が徐々に減少していく。
【００２０】なお、ここで、ステップＳ６における燃焼量の変化量は、ステップ４で説明した強制変化量（＋７％）より十分小さい値が設定されるものである。
【００２１】前記ステップＳ５のＣＯ濃度チェックで、強制的に変化させた時の空燃比Ｐ＋におけるＣＯ濃度が基準濃度（１０００ｐｐｍ）以下となった場合、ステップＳ８で燃焼ファン６の回転数を一定量、例えば−７％程度ダウンして燃焼量を−方向（減少方向）に強制変化させた時の空燃比Ｐ−におけるＣＯ濃度の測定が行われる。だだし、濃度測定が完了すると強制変化させた空燃比Ｐ−は元の基準空燃比ＰＯに戻されるように制御される。
【００２２】ステップＳ９でこのＣＯ濃度値と基準濃度（１０００ｐｐｍ）が再度比較され、今回測定のＣＯ濃度値が１０００ｐｐｍ以下であれば、ステップＳ１０で現時点の燃焼ポイントを良好な燃焼が成されている状態であると判断し、燃焼ファン６の回転数がそのまま維持される。一方、前記ステップＳ９で測定値が１０００ｐｐｍを越えた場合、すなわち、図３に示すように基準空燃比ＰＯが最適空燃比Ａより−側にずれていた場合、ステップＳ１１で燃焼ファン６の回転数を所定の量アップして現時点の基準空燃比ＰＯを所定量＋方向に変化させ、この時の空燃比を新たな基準空燃比ＰＯとすると共に、ステップＳ１２を介しステップＳ２〜ステップＳ１１の処理が定期的に実行されて、ステップＳ８におけるＣＯ濃度値が基準濃度（１０００ｐｐｍ）以下に達するまで燃焼ファン６の回転数が徐々にアップしていく。すなわち、燃焼ポイントが＋方向にシフトし、空燃比が増加していく。
【００２３】なお、ステップＳ１１における空燃比の変化量はステップＳ８で説明した強制変化量（−７％）より十分小さい値が設定されるものである。
【００２４】以上、フローチャートに示したように、機器の空燃比を強制的に＋、−方向に変化させ、その時のＣＯ濃度値が基準濃度値を越えるような燃焼状態の場合、ＣＯ濃度値がこの基準濃度値以下となるよう、燃焼ファン６の回転数を制御して機器の基準空燃比を再調整することにより、より良好な燃焼状態を得ることが可能となる。すなわち、本発明によれば、測定可能なガス濃度のレベルが１０００ｐｐｍ以上であって、機器の目標制御値（３００ｐｐｍ以下）を直接測定できない低感度のガスセンサを使用しても、強制移動した燃焼ポイントにおけるＣＯ濃度値を燃焼制御部２１にフィードバックすることにより、機器の燃焼状態をの目標制御値に近づけることが可能となる。
【００２５】また、本実施形態では、ＣＯ濃度測定のための燃焼量の変化を±７％に設定したが勿論これに限定されるものではなく、機種によって適宜設定されるものである。
【００２６】また、本実施形態では排気ガス中のＣＯガスの濃度より機器の燃焼状態を判断して排気ガス制御を行うようにしたが、ＣＯガスに限らず、例えば排気ガス中のＣＯ2あるいはＯ2などを検知することにより機器の燃焼状態を判断することも勿論可能である。
【００２７】さらに、この実施例では、空燃比を増減する方法として燃焼ファン６の回転数を増減させる方法で説明したが、燃焼ファン６の回転数をそのままにして燃料の供給量を減少あるいは増加させる方法を用いても構わない。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、機器の燃焼量を強制的に所定量増減させた際のＣＯ濃度値を測定し、測定値が基準濃度を越えた場合、ＣＯ濃度値がこの基準濃度値以下に収まるよう、燃焼ファンの回転数を制御して機器の基準燃焼量を再設定する構成としたので、機器の性能を保証する目標制御値を直接測定できないガスセンサを使用しても、この目標制御値をクリアする良好な燃焼状態を得ることが可能となる。これにより、排気ガス中毒事故などに対する機器の安全性は極めて向上する。
【００２９】請求項２に記載の発明によれば、空燃比のズレとは逆の方向、つまり適正な空燃比に近づけるように制御するので、従来使用できなかったガスセンサを用いて燃焼を制御することができる。
【００３０】請求項３に記載の発明によれば、空燃比を増減させた際に何れもＣＯ濃度測定値が基準値以上のときには、通常燃焼時におけるＣＯ濃度が基準値以下であるにもかかわらず、比較的高いことを示しているので、このような状態においても燃焼を停止させることができるので、ＣＯを排出しにくい空燃比にて燃焼を制御することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
【識別番号】３９７０１０５８３
【氏名又は名称】三洋電機ガス機器株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】尾股 行雄
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| 【公開番号】 |
特開平１１−９４２４９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２５９８５８ |
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