燃焼器用ＣＯ検出装置及びＣＯ警報装置
【課題】ＣＯセンサとして使用した電気化学式ＣＯセンサが正常に動作しているかをＣＯを直接検知して自己診断することができる燃焼器用ＣＯ検出装置及び自己診断して異常を警報することができる燃焼器用ＣＯ警報装置を提供する。
【解決手段】判定手段１０１−２が燃焼器着火毎に、着火から一定期間の間の前記電気化学式ＣＯセンサのＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が設定値以下であるか否かを判定し、異常診断手段１０１−３が判定手段によって設定値以下であることが複数回判定されたとき電気化学式ＣＯセンサ４が異常であることを診断する。不完全燃焼警報手段１０１−４が燃焼器用ＣＯ検出装置の不完全燃焼検出手段による不完全燃焼の検出に基づいて警報を発するとともに、センサ異常警報手段１０１−５が異常診断手段による異常診断に基づいてセンサ異常を警報する。
【解決手段】判定手段１０１−２が燃焼器着火毎に、着火から一定期間の間の前記電気化学式ＣＯセンサのＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が設定値以下であるか否かを判定し、異常診断手段１０１−３が判定手段によって設定値以下であることが複数回判定されたとき電気化学式ＣＯセンサ４が異常であることを診断する。不完全燃焼警報手段１０１−４が燃焼器用ＣＯ検出装置の不完全燃焼検出手段による不完全燃焼の検出に基づいて警報を発するとともに、センサ異常警報手段１０１−５が異常診断手段による異常診断に基づいてセンサ異常を警報する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼器用ＣＯ検出装置及びＣＯ警報装置に係り、より詳細には、給湯器やガス暖房機などの燃焼器の燃焼ガスを屋外に排気する排気口の燃焼ガスに晒される部位に配置さるＣＯセンサとして電気化学式ＣＯセンサを使用した燃焼器用ＣＯ検出装置、及び、電気化学式ＣＯセンサにより検知したＣＯの濃度に基づいて検出した不完全燃焼を警報する燃焼器用ＣＯ警報装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のＣＯ検出装置は、屋内設置型（ＦＥ型）給湯器のように、排気口を通じて燃焼ガスが屋外に排気される燃焼器に組み込まれ、排気口内の燃焼ガスに晒される部位に配した接触燃焼式のＣＯセンサが検知したＣＯ濃度が危険レベルを越えているときには、この検出したＣＯ濃度に基づいて不完全燃焼を検出し、室内に一酸化炭素が充満して中毒事故が起こるのを防ぐため、不完全燃焼を警報する燃焼器用ＣＯ警報装置を構成したり、所定の安全装置を作動させる監視装置を構成する。この種のＣＯ検出装置では、一般に、ＣＯセンサとして接触燃焼式ＣＯセンサが使用されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特願２００１−１５３３５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、ＣＯ検出装置では、ＣＯ濃度が異常であると判断する濃度レベル、すなわち検出感度は予め定められていて、常にこのレベルに基づいてＣＯ濃度が異常であるかどうかの判断を行う必要があるが、接触燃焼式のＣＯセンサの場合、温度依存性が大きく、原則的にも３００ｐｐｍ以下の低濃度のＣＯを検知することは精度的に難しい。また、接触燃焼式センサは、約２００℃の燃焼ガスを利用して給水を二次熱交換器で予備加熱する、いわゆる、潜熱回収型給湯器のように燃焼ガスが結露される環境下での使用も難しい。
【０００４】
そこで、低濃度領域のＣＯを確実に検知することができ、ＣＯ濃度に対して、直線性の高い出力特性が得られ、温度、湿度の影響を受けない電気化学式ＣＯセンサをＣＯセンサとして使用することが考えられている。
【０００５】
また、ＣＯセンサの動作確認は、設置時に所定の濃度のＣＯをＣＯセンサに実際に吹きかけることで行うことができるが、この方法では、排気口内の燃焼ガスに晒される部位に配置さるＣＯセンサに対して実施することができず、設置時だけであると、長期的にＣＯセンサが正常に動作しているかを確認することは不可能である。
【０００６】
なお、電気化学式ＣＯセンサの場合、定期的にＣＯセンサに電圧を印加し、ＣＯセンサの充放電特性を確認することで、ＣＯセンサを間接的に診断することも考えられているが、この方法では、ＣＯセンサによってＣＯを直接検知している訳ではないので、充放電特性に現れない変化は診断できない。
【０００７】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、ＣＯセンサとして使用した電気化学式ＣＯセンサが正常に動作しているかをＣＯを直接検知して自己診断することができる燃焼器用ＣＯ検出装置を提供することを課題としている。
【０００８】
本発明はまた、上述した現状に鑑み、ＣＯセンサとして使用した電気化学式ＣＯセンサが正常に動作しているかをＣＯを直接検知して自己診断して異常を警報することができる燃焼器用ＣＯ警報装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１に係る燃焼器用ＣＯ検出装置は、図１（ａ）のブロック図に符号１０で示すように、ガス燃焼器の燃焼ガスを排気する排気口に配置され、燃焼ガス中のＣＯを検知してＣＯ濃度に応じたＣＯ検知信号を出力する電気化学式ＣＯセンサ４と、該電気化学式ＣＯセンサが出力するＣＯ検知信号に基づいて不完全燃焼を検出する不完全燃焼検出手段１０１−１とを備える燃焼器用ＣＯ検出装置であって、燃焼器着火毎に、着火から一定期間の間の前記電気化学式ＣＯセンサのＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が設定値以下であるか否かを判定する判定手段１０１−２と、該判定手段によって設定値以下であることが複数回判定されたとき前記電気化学式ＣＯセンサが異常であることを診断する異常診断手段１０１−３とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、判定手段１０１−２が燃焼器着火毎に、着火から一定期間の間の前記電気化学式ＣＯセンサのＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が設定値以下であるか否かを判定し、異常診断手段１０１−３が判定手段によって設定値以下であることが複数回判定されたとき電気化学式ＣＯセンサ４が異常であることを診断するので、着火によって燃焼器が正常燃焼したとき排気する燃焼ガスに含まれるＣＯの濃度が一定値以上であるにも拘わらず、この一定値に基づいて定めた設定値以上のＣＯ濃度を検出できないのは、センサ異常が原因であるとして診断でき、かつ、複数回を条件にセンサ異常と診断して誤り診断も防ぐことができる。
【００１１】
請求項２に係る燃焼器用ＣＯ検出装置は、請求項１記載の燃焼器用ＣＯ検出装置において、前記電気化学式ＣＯセンサは、プロトン導電膜と該導電膜の表裏に設けられた検知極及び対極とにより構成され、前記検知極におけるＣＯと水によって二酸化炭素と水素イオンと電子を発生する反応と、前記対極における水素イオンと酸素と電子によって水を発生する反応により、前記プロトン導電体膜を通じて前記検知極から前記対極に流れる前記ＣＯの濃度に応じた大きさの電流をＣＯ検知信号として出力し、前記検知極においてＣＯと反応する水が、燃焼ガス中の水蒸気と前記の反応によって発生される水とによって供給されることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、電気化学式ＣＯセンサは検知極においてＣＯと反応する水が、燃焼ガス中の水蒸気と前記の反応によって発生される水とによって供給され、水溜めタンクを必要としない構成となっているので、高温雰囲気となる燃焼器の排気口に都合よく配置することができる。
【００１３】
請求項３に係る燃焼器用ＣＯ検出装置は、請求項１又は２記載の燃焼器用ＣＯ検出装置において、前記設定値は、燃焼器の正常燃焼時に排気される燃焼ガス中のＣＯ濃度に基づいて、該ＣＯ濃度よりも小さい値に設定されることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、設定値は、燃焼器の正常燃焼時に排気される燃焼ガス中のＣＯ濃度に基づいて、該ＣＯ濃度よりも小さい値に設定されるので、着火直後から不完全燃焼が発生していても、不完全燃焼の検出に支障をきたすことなく、センサ異常を診断することができる。
【００１５】
請求項４に係る燃焼器用ＣＯ警報装置は、図１（ｂ）のブロック図に符号１１で示すように、請求項１〜３の何れかに記載の燃焼器用ＣＯ検出装置と、該燃焼器用ＣＯ検出装置の前記不完全燃焼検出手段による不完全燃焼の検出に基づいて警報を発する不完全燃焼警報手段１０１−４とを備える燃焼器用ＣＯ警報装置であって、前記異常診断手段による異常診断に基づいてセンサ異常を警報するセンサ異常警報手段１０１−５をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、不完全燃焼警報手段１０１−４が燃焼器用ＣＯ検出装置の不完全燃焼検出手段による不完全燃焼の検出に基づいて警報を発するとともに、センサ異常警報手段１０１−５が異常診断手段による異常診断に基づいてセンサ異常を警報するので、電気化学式ＣＯセンサがＣＯを直接検知して診断したセンサ異常を警報することができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、着火によって燃焼器が正常燃焼したとき排気する燃焼ガスに含まれるＣＯの濃度が一定値以上であるにも拘わらず、この一定値に基づいて定めた設定値以上のＣＯ濃度を検出できないのは、センサ異常が原因であるとして診断でき、かつ、複数回を条件にセンサ異常と診断して誤り診断も防ぐことができるので、ＣＯセンサとして使用した電気化学式ＣＯセンサが正常に動作しているかをＣＯを直接検知して自己診断することができる燃焼器用ＣＯ検出装置を提供することができる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、高温雰囲気となる燃焼器の排気口に都合よく配置することができるので、燃焼器用のＣＯ検出装置として有効である。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、高温雰囲気となる燃焼器の排気口に都合よく配置することができる電気化学式ＣＯセンサをＣＯセンサとして使用しているので、不完全燃焼を精度よく検出できる。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、ＣＯセンサとして使用した電気化学式ＣＯセンサが正常に動作しているかをＣＯを直接検知して自己診断して異常を警報することができる燃焼器用ＣＯ警報装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図２は本発明に係る燃焼器用ＣＯ検出装置及び燃焼器用ＣＯ警報装置の一実施形態を示し、給湯器監視装置１の一部として給湯器に組み込まれている。
【００２２】
給湯器監視装置１は、給湯器２に接続されている。給湯器２は駆動用電源ＡＣ１００Ｖを使用する屋内設置型（ＦＥ型）であり、給湯器監視装置１を介して給湯器２で必要な駆動用電源が供給されている。燃焼ガスが通過する排気口３の所定位置には排気中のＣＯを検知してＣＯ濃度に応じたＣＯ検知信号を出力する電気化学式ＣＯセンサ４と排気温度を検出する温度センサ５が設けられている。このＣＯセンサ４と温度センサ５の検出出力はそれぞれ給湯器監視装置に供給されている。
【００２３】
この給湯器２本体の下端部にはバーナ７に必要な空気を供給するファン８が設けられており、このファン８からの空気とガス供給管１０からのガスとが給湯器２本体内のバーナ７に送られて、ガスが燃焼するようになっている。そしてこのバーナ７の上方に配設された熱交換器６において、図示しない給水管から送られる水が所定温度の湯に沸きあげられるようになっている。上記バーナ７からのＣＯ、水蒸気などを含んだ燃焼ガスは、給湯器２の上端部に設けられた排気口３に排気される。
【００２４】
なお、上記電気化学式ＣＯセンサ３は、図３に示すように、プロトン導電体膜とその表裏の電極とからなる電極−膜接合体（ＭＥＡ）３１を有し、ＭＥＡ３１の底部が陰極を構成する金属缶３２の底部に接触され、上部が陽極を構成する金属製のキャップ３３に接触されている。キャップ３３は皿状部材３３ａを突き合わせて形成された内部空所に活性炭やシリカゲル、ゼオライトなどのフィルタ材料３４が封入され、開口３３ｂ及び３３ｃから周囲の雰囲気ガスがＭＥＡ３１の検知電極に供給されるようにしてある。
【００２５】
また、ＭＥＡ３１が金属缶３２の底部で下支えられ、キャップ３３の外周と金属缶３２の内周との間に気密シールを兼ねた絶縁パッキン３５が介在され、金属缶３２の上部がかしめられて、キャップ３３と金属缶３２とその間のＭＥＡ３１とが一体化され、電気化学式ＣＯセンサ４を構成している。ＭＥＡ３１は、例えば図４に示すように、プロトン導電体膜３１ａの両面に検知電極３１ｂと対極３１ｃとが設けられたものである。プロトン導電体膜３１ａにはＮＡＦＩＯＮなどのプロトン導電体ポリマーが用いられ、検知電極３１ｂや対極３１ｃにはＰｔやＰｔ−ＲｕＯ２などの膜が用いられる。検知電極３１ｂの表面には導電性ガス流路を形成する、例えば、カーボンフィルムをフッ素樹脂で表面処理して撥水性を持たせた多孔質の導電性のシート３１ｄが配置され、シートには雰囲気ガスをＭＥＡ３１に供給する孔が形成されている。
【００２６】
ＭＥＡ３１におけるＣＯ検出は次のようにして行われる。キャップ３３を通過した周囲の雰囲気ガスは、シート３１ｄを通過して検知電極３１ｂに達して、周囲雰囲気中のＣＯや水蒸気が検知電極３１ｂに吸収され、
ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ-
の反応により、プロトンが発生する。発生したプロトンはプロトン導電体膜３１ａを拡散する。この反応に水が必要であるが、これは燃焼ガス中の水蒸気や、後述する反応によって発生される水による水蒸気が多孔質の導電性のシート３１ｄを介して検知電極３１ｂに供給される。
【００２７】
周囲雰囲気中の酸素濃度はＣＯ濃度に比べてはるかに高く、酸素はシート３１ｄに沿って拡散し、プロトン導電体膜３１ａを介して対極３１ｃに達する。酸素の消費量はごく僅かなので、対極３１ｃには常にプロトンを酸化できるだけの酸素があることになる。そして対極３１ｃでは、
２Ｈ+ ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ
の反応が生じ、プロトン導電体膜３１ａを通じて検知極３１ｂから対極３１ｃにＣＯ濃度に応じた大きさの電流が流れ、電流の大きさに応じた電圧が両極間にＣＯ検知信号として出力される。
【００２８】
上述のような構成において、給湯器２の着火時には、給湯器監視装置１は図示しないフローセンサにて給湯器２が使用状態になったことを判定し、バーナ７を着火させると共にファン８を回転させる。これによりファン８からの空気とガス供給管１０からのガスとがバーナ７で燃焼状態になり、熱交換器６において吸水管からの水を所定温度に沸きあげる。
【００２９】
また、給湯器監視装置１は温度センサ５からの検出排気温度から得られる情報とここでは図示しないディップスイッチにより指定された基準温度値又は基準温度変化率とを比較し、給湯器２が燃焼状態になったと判断すると、電気化学式ＣＯセンサ４からのＣＯ濃度のＣＯ検知信号を取り込む。ＣＯセンサ４からのＣＯ検知信号は、所定の基準濃度値と比較され、基準濃度を上回った場合、給湯器監視装置１は不完全燃焼であることを検出して図示しない警報ブザーを作動させると共に、ガス供給管に設けた電磁弁９を遮断してバーナ７を消火する。さらに給湯器２への電源供給も停止する。
【００３０】
次に、給湯器に接続されたガス燃焼装置用監視装置１の構成を図５のブロック図を参照して説明する。
【００３１】
図４において、給湯器監視装置１は、給湯器の監視制御、給湯器の不完全燃焼検出、電気化学式ＣＯセンサの異常診断ＣＯの検出及び警報の制御を司る制御部１０１、電源回路１０２、給湯器電源制御回路１０３、警報回路１０４、インタフェース回路１０５を有する。制御部１０１は、制御プログラムや後述する基準温度情報、第１及び第２の警報ＣＯ濃度情報、診断ＣＯ濃度情報等が格納されたメモリ１０１ａ、ここに格納されたプログラムに従って動作する中央演算装置（ＣＰＵ）、このＣＰＵの処理動作の過程で発生するデータを格納する読み出し書き込み自在のメモリ（ＲＡＭ）を内蔵しているマイクロコンピュータによって構成されている。制御部１０１は、さらに、ＲＡＭの所定エリアを利用して形成されたタイマを構成する計時手段を有している。なお、計時手段、ＣＰＵ及びＲＡＭは図示していない。
【００３２】
制御部１０１は、インタフェース回路１０５を介して接続されたディップスイッチ、フローセンサ、電気化学式ＣＯセンサ４、温度センサ５からの信号を入力し、バーナ７、ファン８、電磁弁９に対してインタフェース回路１０５を介して駆動制御信号を出力するとともに、警報回路１０４に直接駆動信号を出力する。
【００３３】
電源回路１０２は、外部からのＡＣ１００Ｖを安定化直流電圧に変換して給湯器監視装置１内の各部に供給する。給湯器電源制御回路１０３は、電源回路からの供給電源を給湯器電源として出力し、異常時には制御部１０１の制御により安全のため給湯器への電源供給を停止する。警報回路１０４は、ＣＯセンサ４からのＣＯ検知信号から不完全燃焼による危険な事態やセンサ異常を制御部１０１が検出した際に警報を発し、警報手段としてはブザーやインジケータを有する。
【００３４】
制御部１０１は、給水管の水量を検知し給湯器が使用状態になったことを示す信号をフローセンサから入力すると、インタフェース回路１０５を介してガス電磁弁９を開させてバーナ７を着火させる制御信号を出力して燃焼を開始させるとともにファン８を回転させる制御信号を出力する。
【００３５】
制御部１０１はまた、給湯器が未使用状態になったことを示す信号をフローセンサから入力すると、インタフェース回路１０５を介してガス電磁弁９を閉させてバーナ７を消火させる制御信号を出力して燃焼を終了させるとともに、ファン８の回転を停止させる制御信号を出力する。燃焼を開始させた後、制御部１０１は、温度センサ５から入力した排気温度検出信号により燃焼開始を確認する。燃焼の開始を確認すると、制御部１０１は、ＣＯセンサ４から出力される電圧信号からなるＣＯ検知信号をインタフェース回路１０５内の電圧増幅器１０５ａによって増幅した後、予め定めたサンプリング周期でディジタル値に変換して入力する。このために、制御部１０１は増幅後のＣＯ検知信号の電圧値をＡＤ変換するＡＤ変換機能を有する。
【００３６】
燃焼器が着火した後、ＣＯセンサ４からＣＯ検知信号を入力する制御部１０１は、着火から一定期間の間のＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が例えば３０ｐｐｍの設定値以上であるか否かを判定し、設定値以上でないことを判定する毎に、ＲＡＭ中の所定エリアに形成したカウンタをインクリメントする。そして、インクリメントしたカウンタが２以上の値になったとき、電気化学式ＣＯセンサが異常であることを診断し、異常診断に基づいてセンサ異常を警報するため、警報回路１０４内のブザーを鳴動させたり、インジケータを点灯する警報駆動信号をインタフェース回路１０５を介して警報回路１０４に対して出力する。
【００３７】
着火から例えば１０秒の一定期間の間のＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が例えば３０ｐｐｍの設定値以上になっているときには、給湯器のバーナ７が燃焼している間、ＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が例えば２００ｐｐｍの第１のＣＯ濃度警報レベル又は例えば５５０ｐｐｍの第２のＣＯ濃度警報レベル以上となったとき、不完全燃焼であることを検出し、この不完全燃焼の状態がそれぞれに定めた一定時間継続したとき不完全燃焼の危険を警報するため、警報回路１０４内のブザーを鳴動させたり、インジケータを点灯する警報駆動信号をインタフェース回路１０５を介して警報回路１０４に対して出力する。
【００３８】
上記設定値が３０ｐｐｍとする理由を以下に説明する。一般に給湯器の場合、バーナの正常燃焼では、図６に示すように、燃焼によって排気される燃焼ガスには、着火直後から約６０ｐｐｍの濃度のＣＯが含まれている。したがって、このことに着目し、着火から例えば１０秒の一定期間の間のＣＯ検知信号によるＣＯ濃度が６０ｐｐｍの半分の３０ｐｐｍ以上になっていないときには、ＣＯセンサ４に何らかの異常が発生していると推定できるとして定められたものである。
【００３９】
以上概略説明した給湯器監視装置１の動作の特に、燃焼器用ＣＯ検出装置１０として、燃焼器としての給湯器の不完全燃焼を検出するほかセンサ異常を診断し、燃焼器用ＣＯ警報装置１１として、不完全燃焼の発生とセンサ異常の発生を警報する動作を、制御部１０１のＣＰＵが予め定めたプログラムに従って行う処理を図７のフローチャートを参照して以下説明する。
【００４０】
制御部１０１のＣＰＵは、給湯器監視装置１にＡＣ電源が供給され、電源回路１０２から給湯器監視装置１の各部に電源が供給されるとともに電源回路１０２及び給湯器電源制御回路１０３を介して給湯器２本体にも電源が供給されると動作を開始して初期化処理を行う。この初期化処理においては、燃焼開始を確認するための排気温度、例えば３０ｐｐｍの設定値、例えば２００ｐｐｍの第１のＣＯ濃度警報レベル、例えば５５０ｐｐｍの第２のＣＯ濃度警報レベルをＲＡＭの一部に設けられている格納エリアに取り込むとともに後述するタイマフラグをリセットしてから、着火によって燃焼が開始するのを待つ（ステップＳ１）。
【００４１】
なお、以下のフローチャートでは動作説明を省略しているが、一般に給湯器の制御は、警報器の場合とことなり、例えばＣＯ１０００ｐｐｍをかんちすると、正常年手段になるようにファンの回転数を制御する。それでも改善しない場合には、燃料の供給を低下させる。それでも改善しないときに初めて停止、すなわち、消火するが、以下の説明では、説明を簡単にするため、他の場合でも単純に消火するように説明している。また、例えば２０００ｐｐｍのような高濃度ＣＯが発生した場合には、燃焼改善を行わずに給湯器の動作を停止させる。
【００４２】
着火によって燃焼が開始するのを待っている間に、温度センサ５から入力した排気温度検出信号により燃焼開始、すなわち、着火を確認すると（ステップＳ１がＹのとき）、１０秒タイマの計時を開始し（ステップＳ２）するとともにタイマフラグをセットする（ステップＳ３）。その後、ＣＯセンサ４が出力しているＣＯ検知信号をＡＤ変換して取り込む（ステップＳ４）。
【００４３】
フラグのセットから１０秒経過しておらず、フラグがセットされたままのとき（ステップＳ５がＹのとき）には、取り込んだＣＯ検知信号によるＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以上であるかどうかを判定し（ステップＳ６）、ＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以上であるとき（ステップＳ６がＹのとき）にはセットしたフラグをリセットして（ステップＳ７）からステップＳ４に戻り、以後ステップＳ５の判定がＮになってＣＯ検知信号によるＣＯ濃度について不完全燃焼の検出し、検出に基づいて警報回路１０４に警報信号を出力して警報を行わせる不完全燃焼処理（ステップＳ８）を燃焼器の消火が行われるまで（ステップＳ９がＹとなるまで）行う。燃焼器が消火されると（ステップＳ９がＹのとき）には、ステップＳ１に戻って次の着火を待つ。
【００４４】
なお、給湯器では、着火時に必ずＣＯが発生し、着火時のＣＯ濃度があるしきい値（本例の３０ｐｐｍ）以下の場合、給湯器の性能が上ることは考えにくいので、ＣＯセンサの感度が劣化していることが想定される。また、１回の判定であると問題があるので、さらにＣＯ濃度を監視し、天花寺のＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以下を２回検知したところで、本格的にＣＯセンサに異常が発生していると判断する。このことで、これまで行えなかった、電気的な自己診断によらない点検を実施することができ、ＣＯ感度が劣化する危険性を未然に防ぐことが可能になる。
【００４５】
そこで、ＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以上でないとき（ステップＳ６がＮのとき）には、１０秒タイマの計時が１０秒経過していないうち（ステップＳ１０がＮのとき）は、途中消火されない限り（ステップＳ１１がＮとならない限り）、ステップＳ４に戻ってＣＯ検知信号を取り込み、取り込んだＣＯ検知信号によるＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以上であるかどうかを判定すること（ステップＳ６）を繰り返す。１０秒を経過してもＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以上とならないときには、（ステップＳ１０がＹのとき）には、以上カウンタをインクリメントした後（ステップＳ１２）、インクリメントしたカウンタ値が２となっているか否かを判定する（ステップ１２）。判定の結果カウンタ値が２となっているとき（ステップＳ１２がＹのとき）には、バーナの消火処理（ステップＳ１３）を行った後、警報回路１０４に警報信号を出力してセンサ異常の警報を行わせる警報処理（ステップＳ１４）を行ってからステップＳ１に戻って次の着火を待つ。
【００４６】
上述した処理によって制御部１０１のＣＰＵは、電気化学式ＣＯセンサが出力するＣＯ検知信号に基づいて不完全燃焼を検出する不完全燃焼検出手段１０１−１、燃焼器着火毎に、着火から一定期間の間の電気化学式ＣＯセンサのＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が設定値以下であるか否かを判定する判定手段１０１−２、判定手段によって設定値以下であることが複数回判定されたとき前記電気化学式ＣＯセンサが異常であることを診断する異常診断手段１０１−３として働くとともに、不完全燃焼検出手段による不完全燃焼の検出に基づいて警報を発する不完全燃焼警報手段１０１−４、異常診断手段による異常診断に基づいてセンサ異常を警報するセンサ異常警報手段１０１−５としても働いている。
【００４７】
なお、上述した実施の形態では、本発明の燃焼器用ＣＯ検出装置及びＣＯ警報装置が適用される燃焼器として給湯器の場合を例示したが、ガス暖房機の燃焼器にも等しく適用することができる。
【００４８】
また、ＣＯセンサの異常診断用の設定値として、正常燃焼時のＣＯ濃度の約半分の３０ｐｐｍを定めているが、これは、不完全燃焼検出用のＣＯ濃度警報レベルが余裕をもって定められているので、ＣＯ検知信号によるＣＯ濃度が半分でも、第１のＣＯ濃度警報レベルによって不完全燃焼を検知して警報することができるので、安全を確保しつつセンサ異常を検出して警報することができるからである。しかし、より安全を見越して、より大きな値を設定値とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による燃焼器用ＣＯ検出装置及びＣＯ警報装置の構成を示すブロック図であり、（ａ）は燃焼器用ＣＯ検出装置を、（ｂ）は燃焼器用ＣＯ警報装置をそれぞれ示す。
【図２】給湯器監視装置の一部として給湯器に組み込まれた、本発明による燃焼器用ＣＯ検出装置及びＣＯ警報装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図３】図１中の電気化学式ＣＯセンサを構成を示す断面図である。
【図４】図３中の一部分の詳細を示す拡大断面図である。
【図５】図３中のガス燃焼装置用監視装置の構成を示すブロック図である。
【図６】正常燃焼時に排気される燃焼ガスに含まれるＣＯの濃度変化を示すグラフである。
【図７】図４中の制御部のＣＰＵが予め定めたプログラムに従って行う処理を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５０】
４ 電気化学式ＣＯセンサ
１０ 燃焼器用ＣＯ検出装置
１１ 燃焼器用ＣＯ警報装置
１０１−１ 不完全燃焼検出手段（制御部）
１０１−２ 判定手段（制御部）
１０１−３ 異常診断手段（制御部）
１０１−４ 不完全燃焼警報手段（制御部）
１０１−５ センサ異常警報手段（制御部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼器用ＣＯ検出装置及びＣＯ警報装置に係り、より詳細には、給湯器やガス暖房機などの燃焼器の燃焼ガスを屋外に排気する排気口の燃焼ガスに晒される部位に配置さるＣＯセンサとして電気化学式ＣＯセンサを使用した燃焼器用ＣＯ検出装置、及び、電気化学式ＣＯセンサにより検知したＣＯの濃度に基づいて検出した不完全燃焼を警報する燃焼器用ＣＯ警報装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のＣＯ検出装置は、屋内設置型（ＦＥ型）給湯器のように、排気口を通じて燃焼ガスが屋外に排気される燃焼器に組み込まれ、排気口内の燃焼ガスに晒される部位に配した接触燃焼式のＣＯセンサが検知したＣＯ濃度が危険レベルを越えているときには、この検出したＣＯ濃度に基づいて不完全燃焼を検出し、室内に一酸化炭素が充満して中毒事故が起こるのを防ぐため、不完全燃焼を警報する燃焼器用ＣＯ警報装置を構成したり、所定の安全装置を作動させる監視装置を構成する。この種のＣＯ検出装置では、一般に、ＣＯセンサとして接触燃焼式ＣＯセンサが使用されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特願２００１−１５３３５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、ＣＯ検出装置では、ＣＯ濃度が異常であると判断する濃度レベル、すなわち検出感度は予め定められていて、常にこのレベルに基づいてＣＯ濃度が異常であるかどうかの判断を行う必要があるが、接触燃焼式のＣＯセンサの場合、温度依存性が大きく、原則的にも３００ｐｐｍ以下の低濃度のＣＯを検知することは精度的に難しい。また、接触燃焼式センサは、約２００℃の燃焼ガスを利用して給水を二次熱交換器で予備加熱する、いわゆる、潜熱回収型給湯器のように燃焼ガスが結露される環境下での使用も難しい。
【０００４】
そこで、低濃度領域のＣＯを確実に検知することができ、ＣＯ濃度に対して、直線性の高い出力特性が得られ、温度、湿度の影響を受けない電気化学式ＣＯセンサをＣＯセンサとして使用することが考えられている。
【０００５】
また、ＣＯセンサの動作確認は、設置時に所定の濃度のＣＯをＣＯセンサに実際に吹きかけることで行うことができるが、この方法では、排気口内の燃焼ガスに晒される部位に配置さるＣＯセンサに対して実施することができず、設置時だけであると、長期的にＣＯセンサが正常に動作しているかを確認することは不可能である。
【０００６】
なお、電気化学式ＣＯセンサの場合、定期的にＣＯセンサに電圧を印加し、ＣＯセンサの充放電特性を確認することで、ＣＯセンサを間接的に診断することも考えられているが、この方法では、ＣＯセンサによってＣＯを直接検知している訳ではないので、充放電特性に現れない変化は診断できない。
【０００７】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、ＣＯセンサとして使用した電気化学式ＣＯセンサが正常に動作しているかをＣＯを直接検知して自己診断することができる燃焼器用ＣＯ検出装置を提供することを課題としている。
【０００８】
本発明はまた、上述した現状に鑑み、ＣＯセンサとして使用した電気化学式ＣＯセンサが正常に動作しているかをＣＯを直接検知して自己診断して異常を警報することができる燃焼器用ＣＯ警報装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１に係る燃焼器用ＣＯ検出装置は、図１（ａ）のブロック図に符号１０で示すように、ガス燃焼器の燃焼ガスを排気する排気口に配置され、燃焼ガス中のＣＯを検知してＣＯ濃度に応じたＣＯ検知信号を出力する電気化学式ＣＯセンサ４と、該電気化学式ＣＯセンサが出力するＣＯ検知信号に基づいて不完全燃焼を検出する不完全燃焼検出手段１０１−１とを備える燃焼器用ＣＯ検出装置であって、燃焼器着火毎に、着火から一定期間の間の前記電気化学式ＣＯセンサのＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が設定値以下であるか否かを判定する判定手段１０１−２と、該判定手段によって設定値以下であることが複数回判定されたとき前記電気化学式ＣＯセンサが異常であることを診断する異常診断手段１０１−３とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、判定手段１０１−２が燃焼器着火毎に、着火から一定期間の間の前記電気化学式ＣＯセンサのＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が設定値以下であるか否かを判定し、異常診断手段１０１−３が判定手段によって設定値以下であることが複数回判定されたとき電気化学式ＣＯセンサ４が異常であることを診断するので、着火によって燃焼器が正常燃焼したとき排気する燃焼ガスに含まれるＣＯの濃度が一定値以上であるにも拘わらず、この一定値に基づいて定めた設定値以上のＣＯ濃度を検出できないのは、センサ異常が原因であるとして診断でき、かつ、複数回を条件にセンサ異常と診断して誤り診断も防ぐことができる。
【００１１】
請求項２に係る燃焼器用ＣＯ検出装置は、請求項１記載の燃焼器用ＣＯ検出装置において、前記電気化学式ＣＯセンサは、プロトン導電膜と該導電膜の表裏に設けられた検知極及び対極とにより構成され、前記検知極におけるＣＯと水によって二酸化炭素と水素イオンと電子を発生する反応と、前記対極における水素イオンと酸素と電子によって水を発生する反応により、前記プロトン導電体膜を通じて前記検知極から前記対極に流れる前記ＣＯの濃度に応じた大きさの電流をＣＯ検知信号として出力し、前記検知極においてＣＯと反応する水が、燃焼ガス中の水蒸気と前記の反応によって発生される水とによって供給されることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、電気化学式ＣＯセンサは検知極においてＣＯと反応する水が、燃焼ガス中の水蒸気と前記の反応によって発生される水とによって供給され、水溜めタンクを必要としない構成となっているので、高温雰囲気となる燃焼器の排気口に都合よく配置することができる。
【００１３】
請求項３に係る燃焼器用ＣＯ検出装置は、請求項１又は２記載の燃焼器用ＣＯ検出装置において、前記設定値は、燃焼器の正常燃焼時に排気される燃焼ガス中のＣＯ濃度に基づいて、該ＣＯ濃度よりも小さい値に設定されることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、設定値は、燃焼器の正常燃焼時に排気される燃焼ガス中のＣＯ濃度に基づいて、該ＣＯ濃度よりも小さい値に設定されるので、着火直後から不完全燃焼が発生していても、不完全燃焼の検出に支障をきたすことなく、センサ異常を診断することができる。
【００１５】
請求項４に係る燃焼器用ＣＯ警報装置は、図１（ｂ）のブロック図に符号１１で示すように、請求項１〜３の何れかに記載の燃焼器用ＣＯ検出装置と、該燃焼器用ＣＯ検出装置の前記不完全燃焼検出手段による不完全燃焼の検出に基づいて警報を発する不完全燃焼警報手段１０１−４とを備える燃焼器用ＣＯ警報装置であって、前記異常診断手段による異常診断に基づいてセンサ異常を警報するセンサ異常警報手段１０１−５をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、不完全燃焼警報手段１０１−４が燃焼器用ＣＯ検出装置の不完全燃焼検出手段による不完全燃焼の検出に基づいて警報を発するとともに、センサ異常警報手段１０１−５が異常診断手段による異常診断に基づいてセンサ異常を警報するので、電気化学式ＣＯセンサがＣＯを直接検知して診断したセンサ異常を警報することができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、着火によって燃焼器が正常燃焼したとき排気する燃焼ガスに含まれるＣＯの濃度が一定値以上であるにも拘わらず、この一定値に基づいて定めた設定値以上のＣＯ濃度を検出できないのは、センサ異常が原因であるとして診断でき、かつ、複数回を条件にセンサ異常と診断して誤り診断も防ぐことができるので、ＣＯセンサとして使用した電気化学式ＣＯセンサが正常に動作しているかをＣＯを直接検知して自己診断することができる燃焼器用ＣＯ検出装置を提供することができる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、高温雰囲気となる燃焼器の排気口に都合よく配置することができるので、燃焼器用のＣＯ検出装置として有効である。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、高温雰囲気となる燃焼器の排気口に都合よく配置することができる電気化学式ＣＯセンサをＣＯセンサとして使用しているので、不完全燃焼を精度よく検出できる。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、ＣＯセンサとして使用した電気化学式ＣＯセンサが正常に動作しているかをＣＯを直接検知して自己診断して異常を警報することができる燃焼器用ＣＯ警報装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図２は本発明に係る燃焼器用ＣＯ検出装置及び燃焼器用ＣＯ警報装置の一実施形態を示し、給湯器監視装置１の一部として給湯器に組み込まれている。
【００２２】
給湯器監視装置１は、給湯器２に接続されている。給湯器２は駆動用電源ＡＣ１００Ｖを使用する屋内設置型（ＦＥ型）であり、給湯器監視装置１を介して給湯器２で必要な駆動用電源が供給されている。燃焼ガスが通過する排気口３の所定位置には排気中のＣＯを検知してＣＯ濃度に応じたＣＯ検知信号を出力する電気化学式ＣＯセンサ４と排気温度を検出する温度センサ５が設けられている。このＣＯセンサ４と温度センサ５の検出出力はそれぞれ給湯器監視装置に供給されている。
【００２３】
この給湯器２本体の下端部にはバーナ７に必要な空気を供給するファン８が設けられており、このファン８からの空気とガス供給管１０からのガスとが給湯器２本体内のバーナ７に送られて、ガスが燃焼するようになっている。そしてこのバーナ７の上方に配設された熱交換器６において、図示しない給水管から送られる水が所定温度の湯に沸きあげられるようになっている。上記バーナ７からのＣＯ、水蒸気などを含んだ燃焼ガスは、給湯器２の上端部に設けられた排気口３に排気される。
【００２４】
なお、上記電気化学式ＣＯセンサ３は、図３に示すように、プロトン導電体膜とその表裏の電極とからなる電極−膜接合体（ＭＥＡ）３１を有し、ＭＥＡ３１の底部が陰極を構成する金属缶３２の底部に接触され、上部が陽極を構成する金属製のキャップ３３に接触されている。キャップ３３は皿状部材３３ａを突き合わせて形成された内部空所に活性炭やシリカゲル、ゼオライトなどのフィルタ材料３４が封入され、開口３３ｂ及び３３ｃから周囲の雰囲気ガスがＭＥＡ３１の検知電極に供給されるようにしてある。
【００２５】
また、ＭＥＡ３１が金属缶３２の底部で下支えられ、キャップ３３の外周と金属缶３２の内周との間に気密シールを兼ねた絶縁パッキン３５が介在され、金属缶３２の上部がかしめられて、キャップ３３と金属缶３２とその間のＭＥＡ３１とが一体化され、電気化学式ＣＯセンサ４を構成している。ＭＥＡ３１は、例えば図４に示すように、プロトン導電体膜３１ａの両面に検知電極３１ｂと対極３１ｃとが設けられたものである。プロトン導電体膜３１ａにはＮＡＦＩＯＮなどのプロトン導電体ポリマーが用いられ、検知電極３１ｂや対極３１ｃにはＰｔやＰｔ−ＲｕＯ２などの膜が用いられる。検知電極３１ｂの表面には導電性ガス流路を形成する、例えば、カーボンフィルムをフッ素樹脂で表面処理して撥水性を持たせた多孔質の導電性のシート３１ｄが配置され、シートには雰囲気ガスをＭＥＡ３１に供給する孔が形成されている。
【００２６】
ＭＥＡ３１におけるＣＯ検出は次のようにして行われる。キャップ３３を通過した周囲の雰囲気ガスは、シート３１ｄを通過して検知電極３１ｂに達して、周囲雰囲気中のＣＯや水蒸気が検知電極３１ｂに吸収され、
ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ-
の反応により、プロトンが発生する。発生したプロトンはプロトン導電体膜３１ａを拡散する。この反応に水が必要であるが、これは燃焼ガス中の水蒸気や、後述する反応によって発生される水による水蒸気が多孔質の導電性のシート３１ｄを介して検知電極３１ｂに供給される。
【００２７】
周囲雰囲気中の酸素濃度はＣＯ濃度に比べてはるかに高く、酸素はシート３１ｄに沿って拡散し、プロトン導電体膜３１ａを介して対極３１ｃに達する。酸素の消費量はごく僅かなので、対極３１ｃには常にプロトンを酸化できるだけの酸素があることになる。そして対極３１ｃでは、
２Ｈ+ ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ
の反応が生じ、プロトン導電体膜３１ａを通じて検知極３１ｂから対極３１ｃにＣＯ濃度に応じた大きさの電流が流れ、電流の大きさに応じた電圧が両極間にＣＯ検知信号として出力される。
【００２８】
上述のような構成において、給湯器２の着火時には、給湯器監視装置１は図示しないフローセンサにて給湯器２が使用状態になったことを判定し、バーナ７を着火させると共にファン８を回転させる。これによりファン８からの空気とガス供給管１０からのガスとがバーナ７で燃焼状態になり、熱交換器６において吸水管からの水を所定温度に沸きあげる。
【００２９】
また、給湯器監視装置１は温度センサ５からの検出排気温度から得られる情報とここでは図示しないディップスイッチにより指定された基準温度値又は基準温度変化率とを比較し、給湯器２が燃焼状態になったと判断すると、電気化学式ＣＯセンサ４からのＣＯ濃度のＣＯ検知信号を取り込む。ＣＯセンサ４からのＣＯ検知信号は、所定の基準濃度値と比較され、基準濃度を上回った場合、給湯器監視装置１は不完全燃焼であることを検出して図示しない警報ブザーを作動させると共に、ガス供給管に設けた電磁弁９を遮断してバーナ７を消火する。さらに給湯器２への電源供給も停止する。
【００３０】
次に、給湯器に接続されたガス燃焼装置用監視装置１の構成を図５のブロック図を参照して説明する。
【００３１】
図４において、給湯器監視装置１は、給湯器の監視制御、給湯器の不完全燃焼検出、電気化学式ＣＯセンサの異常診断ＣＯの検出及び警報の制御を司る制御部１０１、電源回路１０２、給湯器電源制御回路１０３、警報回路１０４、インタフェース回路１０５を有する。制御部１０１は、制御プログラムや後述する基準温度情報、第１及び第２の警報ＣＯ濃度情報、診断ＣＯ濃度情報等が格納されたメモリ１０１ａ、ここに格納されたプログラムに従って動作する中央演算装置（ＣＰＵ）、このＣＰＵの処理動作の過程で発生するデータを格納する読み出し書き込み自在のメモリ（ＲＡＭ）を内蔵しているマイクロコンピュータによって構成されている。制御部１０１は、さらに、ＲＡＭの所定エリアを利用して形成されたタイマを構成する計時手段を有している。なお、計時手段、ＣＰＵ及びＲＡＭは図示していない。
【００３２】
制御部１０１は、インタフェース回路１０５を介して接続されたディップスイッチ、フローセンサ、電気化学式ＣＯセンサ４、温度センサ５からの信号を入力し、バーナ７、ファン８、電磁弁９に対してインタフェース回路１０５を介して駆動制御信号を出力するとともに、警報回路１０４に直接駆動信号を出力する。
【００３３】
電源回路１０２は、外部からのＡＣ１００Ｖを安定化直流電圧に変換して給湯器監視装置１内の各部に供給する。給湯器電源制御回路１０３は、電源回路からの供給電源を給湯器電源として出力し、異常時には制御部１０１の制御により安全のため給湯器への電源供給を停止する。警報回路１０４は、ＣＯセンサ４からのＣＯ検知信号から不完全燃焼による危険な事態やセンサ異常を制御部１０１が検出した際に警報を発し、警報手段としてはブザーやインジケータを有する。
【００３４】
制御部１０１は、給水管の水量を検知し給湯器が使用状態になったことを示す信号をフローセンサから入力すると、インタフェース回路１０５を介してガス電磁弁９を開させてバーナ７を着火させる制御信号を出力して燃焼を開始させるとともにファン８を回転させる制御信号を出力する。
【００３５】
制御部１０１はまた、給湯器が未使用状態になったことを示す信号をフローセンサから入力すると、インタフェース回路１０５を介してガス電磁弁９を閉させてバーナ７を消火させる制御信号を出力して燃焼を終了させるとともに、ファン８の回転を停止させる制御信号を出力する。燃焼を開始させた後、制御部１０１は、温度センサ５から入力した排気温度検出信号により燃焼開始を確認する。燃焼の開始を確認すると、制御部１０１は、ＣＯセンサ４から出力される電圧信号からなるＣＯ検知信号をインタフェース回路１０５内の電圧増幅器１０５ａによって増幅した後、予め定めたサンプリング周期でディジタル値に変換して入力する。このために、制御部１０１は増幅後のＣＯ検知信号の電圧値をＡＤ変換するＡＤ変換機能を有する。
【００３６】
燃焼器が着火した後、ＣＯセンサ４からＣＯ検知信号を入力する制御部１０１は、着火から一定期間の間のＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が例えば３０ｐｐｍの設定値以上であるか否かを判定し、設定値以上でないことを判定する毎に、ＲＡＭ中の所定エリアに形成したカウンタをインクリメントする。そして、インクリメントしたカウンタが２以上の値になったとき、電気化学式ＣＯセンサが異常であることを診断し、異常診断に基づいてセンサ異常を警報するため、警報回路１０４内のブザーを鳴動させたり、インジケータを点灯する警報駆動信号をインタフェース回路１０５を介して警報回路１０４に対して出力する。
【００３７】
着火から例えば１０秒の一定期間の間のＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が例えば３０ｐｐｍの設定値以上になっているときには、給湯器のバーナ７が燃焼している間、ＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が例えば２００ｐｐｍの第１のＣＯ濃度警報レベル又は例えば５５０ｐｐｍの第２のＣＯ濃度警報レベル以上となったとき、不完全燃焼であることを検出し、この不完全燃焼の状態がそれぞれに定めた一定時間継続したとき不完全燃焼の危険を警報するため、警報回路１０４内のブザーを鳴動させたり、インジケータを点灯する警報駆動信号をインタフェース回路１０５を介して警報回路１０４に対して出力する。
【００３８】
上記設定値が３０ｐｐｍとする理由を以下に説明する。一般に給湯器の場合、バーナの正常燃焼では、図６に示すように、燃焼によって排気される燃焼ガスには、着火直後から約６０ｐｐｍの濃度のＣＯが含まれている。したがって、このことに着目し、着火から例えば１０秒の一定期間の間のＣＯ検知信号によるＣＯ濃度が６０ｐｐｍの半分の３０ｐｐｍ以上になっていないときには、ＣＯセンサ４に何らかの異常が発生していると推定できるとして定められたものである。
【００３９】
以上概略説明した給湯器監視装置１の動作の特に、燃焼器用ＣＯ検出装置１０として、燃焼器としての給湯器の不完全燃焼を検出するほかセンサ異常を診断し、燃焼器用ＣＯ警報装置１１として、不完全燃焼の発生とセンサ異常の発生を警報する動作を、制御部１０１のＣＰＵが予め定めたプログラムに従って行う処理を図７のフローチャートを参照して以下説明する。
【００４０】
制御部１０１のＣＰＵは、給湯器監視装置１にＡＣ電源が供給され、電源回路１０２から給湯器監視装置１の各部に電源が供給されるとともに電源回路１０２及び給湯器電源制御回路１０３を介して給湯器２本体にも電源が供給されると動作を開始して初期化処理を行う。この初期化処理においては、燃焼開始を確認するための排気温度、例えば３０ｐｐｍの設定値、例えば２００ｐｐｍの第１のＣＯ濃度警報レベル、例えば５５０ｐｐｍの第２のＣＯ濃度警報レベルをＲＡＭの一部に設けられている格納エリアに取り込むとともに後述するタイマフラグをリセットしてから、着火によって燃焼が開始するのを待つ（ステップＳ１）。
【００４１】
なお、以下のフローチャートでは動作説明を省略しているが、一般に給湯器の制御は、警報器の場合とことなり、例えばＣＯ１０００ｐｐｍをかんちすると、正常年手段になるようにファンの回転数を制御する。それでも改善しない場合には、燃料の供給を低下させる。それでも改善しないときに初めて停止、すなわち、消火するが、以下の説明では、説明を簡単にするため、他の場合でも単純に消火するように説明している。また、例えば２０００ｐｐｍのような高濃度ＣＯが発生した場合には、燃焼改善を行わずに給湯器の動作を停止させる。
【００４２】
着火によって燃焼が開始するのを待っている間に、温度センサ５から入力した排気温度検出信号により燃焼開始、すなわち、着火を確認すると（ステップＳ１がＹのとき）、１０秒タイマの計時を開始し（ステップＳ２）するとともにタイマフラグをセットする（ステップＳ３）。その後、ＣＯセンサ４が出力しているＣＯ検知信号をＡＤ変換して取り込む（ステップＳ４）。
【００４３】
フラグのセットから１０秒経過しておらず、フラグがセットされたままのとき（ステップＳ５がＹのとき）には、取り込んだＣＯ検知信号によるＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以上であるかどうかを判定し（ステップＳ６）、ＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以上であるとき（ステップＳ６がＹのとき）にはセットしたフラグをリセットして（ステップＳ７）からステップＳ４に戻り、以後ステップＳ５の判定がＮになってＣＯ検知信号によるＣＯ濃度について不完全燃焼の検出し、検出に基づいて警報回路１０４に警報信号を出力して警報を行わせる不完全燃焼処理（ステップＳ８）を燃焼器の消火が行われるまで（ステップＳ９がＹとなるまで）行う。燃焼器が消火されると（ステップＳ９がＹのとき）には、ステップＳ１に戻って次の着火を待つ。
【００４４】
なお、給湯器では、着火時に必ずＣＯが発生し、着火時のＣＯ濃度があるしきい値（本例の３０ｐｐｍ）以下の場合、給湯器の性能が上ることは考えにくいので、ＣＯセンサの感度が劣化していることが想定される。また、１回の判定であると問題があるので、さらにＣＯ濃度を監視し、天花寺のＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以下を２回検知したところで、本格的にＣＯセンサに異常が発生していると判断する。このことで、これまで行えなかった、電気的な自己診断によらない点検を実施することができ、ＣＯ感度が劣化する危険性を未然に防ぐことが可能になる。
【００４５】
そこで、ＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以上でないとき（ステップＳ６がＮのとき）には、１０秒タイマの計時が１０秒経過していないうち（ステップＳ１０がＮのとき）は、途中消火されない限り（ステップＳ１１がＮとならない限り）、ステップＳ４に戻ってＣＯ検知信号を取り込み、取り込んだＣＯ検知信号によるＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以上であるかどうかを判定すること（ステップＳ６）を繰り返す。１０秒を経過してもＣＯ濃度が３０ｐｐｍ以上とならないときには、（ステップＳ１０がＹのとき）には、以上カウンタをインクリメントした後（ステップＳ１２）、インクリメントしたカウンタ値が２となっているか否かを判定する（ステップ１２）。判定の結果カウンタ値が２となっているとき（ステップＳ１２がＹのとき）には、バーナの消火処理（ステップＳ１３）を行った後、警報回路１０４に警報信号を出力してセンサ異常の警報を行わせる警報処理（ステップＳ１４）を行ってからステップＳ１に戻って次の着火を待つ。
【００４６】
上述した処理によって制御部１０１のＣＰＵは、電気化学式ＣＯセンサが出力するＣＯ検知信号に基づいて不完全燃焼を検出する不完全燃焼検出手段１０１−１、燃焼器着火毎に、着火から一定期間の間の電気化学式ＣＯセンサのＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が設定値以下であるか否かを判定する判定手段１０１−２、判定手段によって設定値以下であることが複数回判定されたとき前記電気化学式ＣＯセンサが異常であることを診断する異常診断手段１０１−３として働くとともに、不完全燃焼検出手段による不完全燃焼の検出に基づいて警報を発する不完全燃焼警報手段１０１−４、異常診断手段による異常診断に基づいてセンサ異常を警報するセンサ異常警報手段１０１−５としても働いている。
【００４７】
なお、上述した実施の形態では、本発明の燃焼器用ＣＯ検出装置及びＣＯ警報装置が適用される燃焼器として給湯器の場合を例示したが、ガス暖房機の燃焼器にも等しく適用することができる。
【００４８】
また、ＣＯセンサの異常診断用の設定値として、正常燃焼時のＣＯ濃度の約半分の３０ｐｐｍを定めているが、これは、不完全燃焼検出用のＣＯ濃度警報レベルが余裕をもって定められているので、ＣＯ検知信号によるＣＯ濃度が半分でも、第１のＣＯ濃度警報レベルによって不完全燃焼を検知して警報することができるので、安全を確保しつつセンサ異常を検出して警報することができるからである。しかし、より安全を見越して、より大きな値を設定値とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による燃焼器用ＣＯ検出装置及びＣＯ警報装置の構成を示すブロック図であり、（ａ）は燃焼器用ＣＯ検出装置を、（ｂ）は燃焼器用ＣＯ警報装置をそれぞれ示す。
【図２】給湯器監視装置の一部として給湯器に組み込まれた、本発明による燃焼器用ＣＯ検出装置及びＣＯ警報装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図３】図１中の電気化学式ＣＯセンサを構成を示す断面図である。
【図４】図３中の一部分の詳細を示す拡大断面図である。
【図５】図３中のガス燃焼装置用監視装置の構成を示すブロック図である。
【図６】正常燃焼時に排気される燃焼ガスに含まれるＣＯの濃度変化を示すグラフである。
【図７】図４中の制御部のＣＰＵが予め定めたプログラムに従って行う処理を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５０】
４ 電気化学式ＣＯセンサ
１０ 燃焼器用ＣＯ検出装置
１１ 燃焼器用ＣＯ警報装置
１０１−１ 不完全燃焼検出手段（制御部）
１０１−２ 判定手段（制御部）
１０１−３ 異常診断手段（制御部）
１０１−４ 不完全燃焼警報手段（制御部）
１０１−５ センサ異常警報手段（制御部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃焼器の燃焼ガスを排気する排気口に配置され、燃焼ガス中のＣＯを検知してＣＯ濃度に応じたＣＯ検知信号を出力する電気化学式ＣＯセンサと、該電気化学式ＣＯセンサが出力するＣＯ検知信号に基づいて不完全燃焼を検出する不完全燃焼検出手段とを備える燃焼器用ＣＯ検出装置であって、
燃焼器着火毎に、着火から一定期間の間の前記電気化学式ＣＯセンサのＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が設定値以上であるか否かを判定する判定手段と、
該判定手段によって設定値以上でないことが複数回判定されたとき前記電気化学式ＣＯセンサが異常であることを診断する異常診断手段と
を備えることを特徴とする燃焼器用ＣＯ検出装置。
【請求項２】
前記電気化学式ＣＯセンサは、プロトン導電膜と該導電膜の表裏に設けられた検知極及び対極とにより構成され、前記検知極におけるＣＯと水によって二酸化炭素と水素イオンと電子を発生する反応と、前記対極における水素イオンと酸素と電子によって水を発生する反応により、前記プロトン導電体膜を通じて前記検知極から前記対極に流れる前記ＣＯの濃度に応じた大きさの電流をＣＯ検知信号として出力し、前記検知極においてＣＯと反応する水が、燃焼ガス中の水蒸気と前記の反応によって発生される水とによって供給される
ことを特徴とする請求項１記載の燃焼器用ＣＯ検出装置。
【請求項３】
前記設定値は、燃焼器の正常燃焼時に排気される燃焼ガス中のＣＯ濃度に基づき、該ＣＯ濃度値よりも小さい値に設定される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼器用ＣＯ検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の燃焼器用ＣＯ検出装置と、該燃焼器用ＣＯ検出装置の前記不完全燃焼検出手段による不完全燃焼の検出に基づいて警報を発する不完全燃焼警報手段とを備える燃焼器用ＣＯ警報装置であって、
前記異常診断手段による異常診断に基づいてセンサ異常を警報するセンサ異常警報手段をさらに備える
ことを特徴とする燃焼器用ＣＯ警報装置。
【請求項１】
ガス燃焼器の燃焼ガスを排気する排気口に配置され、燃焼ガス中のＣＯを検知してＣＯ濃度に応じたＣＯ検知信号を出力する電気化学式ＣＯセンサと、該電気化学式ＣＯセンサが出力するＣＯ検知信号に基づいて不完全燃焼を検出する不完全燃焼検出手段とを備える燃焼器用ＣＯ検出装置であって、
燃焼器着火毎に、着火から一定期間の間の前記電気化学式ＣＯセンサのＣＯ検知信号に基づいてＣＯ濃度が設定値以上であるか否かを判定する判定手段と、
該判定手段によって設定値以上でないことが複数回判定されたとき前記電気化学式ＣＯセンサが異常であることを診断する異常診断手段と
を備えることを特徴とする燃焼器用ＣＯ検出装置。
【請求項２】
前記電気化学式ＣＯセンサは、プロトン導電膜と該導電膜の表裏に設けられた検知極及び対極とにより構成され、前記検知極におけるＣＯと水によって二酸化炭素と水素イオンと電子を発生する反応と、前記対極における水素イオンと酸素と電子によって水を発生する反応により、前記プロトン導電体膜を通じて前記検知極から前記対極に流れる前記ＣＯの濃度に応じた大きさの電流をＣＯ検知信号として出力し、前記検知極においてＣＯと反応する水が、燃焼ガス中の水蒸気と前記の反応によって発生される水とによって供給される
ことを特徴とする請求項１記載の燃焼器用ＣＯ検出装置。
【請求項３】
前記設定値は、燃焼器の正常燃焼時に排気される燃焼ガス中のＣＯ濃度に基づき、該ＣＯ濃度値よりも小さい値に設定される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼器用ＣＯ検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の燃焼器用ＣＯ検出装置と、該燃焼器用ＣＯ検出装置の前記不完全燃焼検出手段による不完全燃焼の検出に基づいて警報を発する不完全燃焼警報手段とを備える燃焼器用ＣＯ警報装置であって、
前記異常診断手段による異常診断に基づいてセンサ異常を警報するセンサ異常警報手段をさらに備える
ことを特徴とする燃焼器用ＣＯ警報装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１６４３０８（Ｐ２００８−１６４３０８Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５０７１５（Ｐ２００６−３５０７１５）
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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