特許 7538421 ＣＯ濃度推定方法及び燃焼装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-14

(45)【発行日】2024-08-22

(54)【発明の名称】ＣＯ濃度推定方法及び燃焼装置

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/00 20060101AFI20240815BHJP

   F23N 5/24 20060101ALI20240815BHJP

【ＦＩ】

F23N5/00 J

F23N5/24 107Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020213184

(22)【出願日】2020-12-23

(65)【公開番号】P2022099424

(43)【公開日】2022-07-05

【審査請求日】2023-11-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000004709

【氏名又は名称】株式会社ノーリツ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 潤一

(72)【発明者】

【氏名】中山 賢一

【審査官】柳本 幸雄

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第９８／０２６９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平７－２６０１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－１４６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３３６７４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｎ ５／００

Ｆ２３Ｎ ５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

室内空間におけるＣＯ濃度推定方法であって、
周期毎に、燃焼装置から当該室内空間に排出される排気流量及び排気内のＣＯ濃度検出値を取得するステップと、
前回の周期におけるＣＯ濃度推定値及び第１の係数の乗算値と、今回の周期で取得された前記ＣＯ濃度検出値及び第２の係数の乗算値との和に従って、今回の周期の前記ＣＯ濃度推定値を算出するステップとを備え、
前記第１及び第２の係数は、前記室内空間の容積及び換気率、並びに、前記周期の時間長を定数に含み、かつ、前記排気流量を変数として、前記排気流量が多い程、前記第２の係数が上昇するとともに前記第１の係数が低下するように可変に設定され、
前記第１の係数及び前記第２の係数の和は１．０以下であるとともに、当該和は、前記換気率が大きい程小さい値に設定される、ＣＯ濃度推定方法。

【請求項2】

前記燃焼装置は、燃料と空気との混合気の燃焼によって要求熱量を発生するように構成され、
前記排気流量は、前記要求熱量に基づいて算出される、請求項１記載のＣＯ濃度推定方法。

【請求項3】

燃料の燃焼によって熱量を発生させる燃焼装置であって、
前記燃焼用の空気を給気するための送風ファンと、
前記空気及び前記燃料を燃焼する燃焼機構と、
前記燃焼機構からの排気の排出経路に設けられたＣＯ濃度センサと、
室内空間に対して前記排気が導入されたときの当該室内空間におけるＣＯ濃度を推定する制御部とを備え、
前記制御部は、一定の周期毎に、前記燃焼装置から排出される排気流量及び前記排気内のＣＯ濃度検出値を取得するとともに、前回の周期におけるＣＯ濃度推定値及び第１の係数の乗算値と、今回の周期で取得された前記ＣＯ濃度検出値及び第２の係数の乗算値との和に従って、今回の周期のＣＯ濃度推定値を算出し、
前記第１及び第２の係数は、前記室内空間の容積及び換気率と、前記周期の時間長とを定数に含み、かつ、前記排気流量を変数として、前記排気流量が多い程、前記第２の係数が上昇するとともに前記第１の係数が低下するように可変に設定され、
前記第１の係数及び前記第２の係数の和は１．０以下であるとともに、当該和は、前記換気率が大きい程小さい値に設定される、燃焼装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記燃焼機構への要求熱量に基づいて、前記燃焼機構への燃料供給量及び前記送風ファンの回転数を制御し、
前記排気流量は、前記要求熱量に基づいて算出される、請求項３記載の燃焼装置。

【請求項5】

前記制御部は、各前記周期での前記ＣＯ濃度推定値と予め定められた判定値との比較に従って、前記燃焼機構での燃焼を禁止又は許可する、請求項３又は４に記載の燃焼装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記燃焼の許可時において、前記ＣＯ濃度推定値が第１の判定値よりも上昇すると前記燃焼を禁止するとともに、前記燃焼の禁止時において、前記ＣＯ濃度推定値が、前記第１の判定値よりも低く設定された第２の判定値よりも低下すると当該燃焼を解除する、請求項５記載の燃焼装置。

【請求項7】

ユーザに対して情報を報知する報知部を更に備え、
前記制御部は、前記ＣＯ濃度推定値が予め定められた判定値よりも上昇すると、前記報知部を用いて、前記室内空間の換気を促すメッセージを前記ユーザに対して報知する、請求項３又は４に記載の燃焼装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記燃焼機構の停止中における前記送風ファンの作動及び停止を、各前記周期での前記ＣＯ濃度推定値に基づいて制御可能である、請求項３～７のいずれか１項に記載の燃焼装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記燃焼の停止中において、前記ＣＯ濃度推定値が第３の判定値よりも高いときには前記送風ファンを作動するとともに、前記燃焼の停止中における前記送風ファンの作動時には、前記ＣＯ濃度推定値が、前記第３の判定値よりも低く設定された第４の判定値よりも低下すると前記送風ファンを停止する、請求項８記載の燃焼装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、室内空間のＣＯ濃度推定方法及びＣＯ推定濃度によって動作が制御される燃焼装置に関する。

【背景技術】

【0002】

給湯器に代表される燃焼装置において、万一不完全燃焼が発生すると、排気にＣＯ（一酸化炭素）が含まれる様になる。このため、仮に、燃焼装置からの排気の全量が室内に導入されたときの当該室内のＣＯ濃度が一定以上に上昇する前に、燃料（代表的には、ガス）の供給を遮断して、燃焼を自動的に停止させるための不完全燃焼防止装置の導入が求められることがある。例えば、家庭用ガス温水熱源機に係るＪＩＳＳ２１１２（９．７．５項）には、ＣＯ濃度が０．０３（％）、即ち、３００（ｐｐｍ）に達する前に、バーナへのガス通路が自動的に閉ざされるかどうかの試験条件が示されている。

【0003】

特許第３７２７４１８号公報（特許文献１）には、上述の様なＣＯ濃度の推定方法の一例が適用された燃焼機器の安全装置が記載されている。特許文献１では、ＣＯセンサによって検出される排気ガス中のＣＯ濃度（Ｃ_ＥＸＴ）及び総排気ガス量（Ｑ_３）の積に従う室内へのＣＯ流入量及び（１－ｅｘｐ（－ｎ・ｔ））の乗算をメインとする演算式（ここで、換気率ｎ＝Ｑ_１／Ｖ、但し、ｔ：燃焼時間、Ｑ_１：換気扇による室内からの排出空気量、Ｖ：室内の容積）を用いて、室内のＣＯ濃度推定値（Ｃ_ｒｏｏｍ）を算出するＣＯ濃度推定方法が記載されている。

【0004】

特許文献１のＣＯ濃度推定方法では、上記演算式を用いて、検出される排気ガス中のＣＯ濃度（Ｃ_ＥＸＴ）に対する、ＣＯ濃度推定値（Ｃ_ｒｏｏｍ）が所定の危険判断基準値（例えば、Ｔ＝３００［ｐｐｍ］）に達するまでの所要時間（危険到達時間Ｔ）の変換データが予め求められる。

【0005】

更に、サンプリング時間ｔｓｐ毎に検出される排気ガス中のＣＯ濃度（Ｃ_ＥＸＴ）に対して、上記変換データから求められた危険到達時間Ｔに対するサンプリング時間ｔｓｐの比（ｔｓｐ／Ｔ）が順次求められて、当該（ｔｓｐ／Ｔ）の積算値が所定の危険判断基準値に達すると、ＣＯガスに対する安全動作が実行される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第３７２７４１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１のＣＯ濃度推定方法は、一定の燃焼条件、具体的には、同一の排気ガス量（Ｑ_３）及びＣＯ濃度（Ｃ_ＥＸＴ）が一定時間連続した際のＣＯ濃度推定には有効である一方で、排気ガス量（Ｑ_３）及びＣＯ濃度（Ｃ_ＥＸＴ）が変動する下では推定精度が低下することが懸念される。

【0008】

更に、上述の危険判断基準値と比較される（ｔｓｐ／Ｔ）の積算値については、燃焼停止後において、演算によって減少させることはできないため、燃焼停止後のＣＯ濃度推定が困難である。これにより、（ｔｓｐ／Ｔ）の積算値の上昇に応じて、一旦燃焼が禁止された際に、当該禁止による燃焼停止後において、適切に燃焼禁止を解除することが難しい。

【0009】

本発明はこの様な問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、燃焼装置の排気に含まれたＣＯ濃度検出値から当該排気が流入した室内のＣＯ濃度推定値を高精度に算出するＣＯ濃度推定方法、及び、当該ＣＯ濃度推定値を用いて制御される燃焼装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のある局面では、室内におけるＣＯ濃度推定方法であって、周期毎に、燃焼装置から当該室内に排出される排気流量及び排気内のＣＯ濃度検出値を取得するステップと、前回の周期におけるＣＯ濃度推定値及び第１の係数の乗算値と、今回の周期で取得されたＣＯ濃度検出値及び第２の係数の乗算値との和に従って、今回の周期のＣＯ濃度推定値を算出するステップとを備える。第１及び第２の係数は、室内の容積及び換気率と、周期の時間長とを定数に含み、かつ、排気流量を変数として、排気流量が多い程、第２の係数が上昇するとともに第１の係数が低下するように可変に設定される。第１の係数及び第２の係数の和は１．０以下であるとともに、当該和は、換気率が大きい程小さい値に設定される。

【0011】

本発明の他のある局面では、燃料の燃焼によって熱量を発生させる燃焼装置であって、送風ファンと、燃焼機構と、ＣＯ濃度センサと、制御部とを備える。送風ファンは、燃焼用の空気を給気する。燃焼機構は、送風ファンからの空気及び燃料を燃焼する。ＣＯ濃度センサは、燃焼機構からの排気の排出経路に設けられる。制御部は、室内空間に対して排気が導入されたときの当該室内空間におけるＣＯ濃度を推定する。制御部は、一定の周期毎に、燃焼装置から排出される排気流量及び排気内のＣＯ濃度検出値するとともに、前回の周期におけるＣＯ濃度推定値及び第１の係数の乗算値と、今回の周期で取得されたＣＯ濃度検出値及び第２の係数の乗算値との和に従って、今回の周期のＣＯ濃度推定値を算出する。第１及び第２の係数は、室内空間の容積及び換気率と、周期の時間長とを定数に含み、かつ、排気流量を変数として、排気流量が多い程、第２の係数が上昇するとともに第１の係数が低下するように可変に設定される。第１の係数及び第２の係数の和は１．０以下であるとともに、当該和は、換気率が大きい程小さい値に設定される。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、周期毎に取得されるＣＯ濃度検出値と、１周期前のＣＯ濃度推定値と、排気流量及び換気率が反映された第１及び第２の係数とを用いた演算により、順次取得されるＣＯ濃度検出値及び室内空間及び室外の換気を反映して、周期毎にＣＯ濃度推定値を更新することで、排気流量及びＣＯ濃度検出値が一定でない場合にも、高精度にＣＯ濃度推定値を算出できるとともに、燃焼停止後にＣＯ濃度が低下する現象についてもＣＯ濃度推定値に反映することができる。この結果、燃焼装置の排気に含まれたＣＯ濃度検出値から当該排気が流入した室内のＣＯ濃度推定値を高精度に算出するＣＯ濃度推定方法、及び、当該ＣＯ濃度推定値を用いて制御される燃焼装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施の形態に係るＣＯ濃度推定方法が適用される燃焼装置の一例である給湯装置の概略構成を説明するブロック図である。

【図2】本実施の形態に係るＣＯ濃度推定モデルを説明するための概念図である。

【図3】排気流量Ｑを変数とする係数ｋ１，ｋ２の変化特性を説明する概念図である。

【図4】本実施の形態に係るＣＯ濃度推定方法の制御処理を説明するフローチャートである。

【図5】本実施の形態に係るＣＯ濃度推定方法による実験結果を示すグラフである。

【図6】本実施の形態に係る燃焼装置におけるＣＯ濃度推定を用いた安全制御の第１の例を説明するフローチャートである。

【図7】本実施の形態に係る燃焼装置におけるＣＯ濃度推定を用いた安全制御の第２の例を説明するフローチャートである。

【図8】本実施の形態に係る燃焼装置におけるＣＯ濃度推定を用いた安全制御の第３の例を説明するフローチャートである。

【図9】本実施の形態に係る燃焼装置におけるＣＯ濃度推定を用いた安全制御の第４の例を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

【0015】

（ＣＯ濃度推定方法）
図１に示される様に、本実施の形態に係るＣＯ濃度推定方法が適用される燃焼装置の一例として示される給湯装置１００は、燃料（代表的には、ガス）を燃焼させるバーナ１０と、送風ファン１１と、熱交換器１２と、バイパス弁１５と、ＣＯ濃度センサ２０と、制御部３０と、リモコン１１０を備える。

【0016】

送風ファン１１は、バーナ１０に対して、燃料燃焼用の空気を供給する。送風ファン１１による供給空気量は、ファン回転数に応じて決まる。熱交換器１２は、バーナ１０によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なって、熱交換器１２内部を通流する湯水を加熱する。バイパス弁１５は、入水流量の一部を、熱交換器１２を迂回するバイパス経路へ導く。給湯装置１００は、当該バイパス経路を経由した非加熱水と、熱交換器１２を経由する加熱水とを混合して、給湯設定温度に従って出湯することができる。この際の非加熱水と加熱水との流量比は、バイパス弁１５によって制御される。

【0017】

ＣＯ濃度センサ２０は、バーナ１０からの燃焼ガスの排気経路に配置される。ＣＯ濃度センサ２０としては、公知のものを適宜用いることが可能であり、たとえば、白金線コイルを酸化アルミなどの触媒によりコーティングして乾燥および焼成したものを適用することができる。排ガス中にＣＯが存在すると、ＣＯとの反応熱によって白金線コイルの抵抗値が上昇する原理に基づき、ＣＯ濃度センサ２０の出力電圧は、ＣＯ濃度に応じて変化する。ＣＯ濃度センサ２０の出力電圧は、制御部３０へ送出される。制御部３０は、ＣＯ濃度センサ２０の出力電圧から、排気中のＣＯ濃度検出値を取得することができる。

【0018】

リモコン１１０は、台所及び浴室等に配置された、給湯装置１００を操作するための入力装置である。リモコン１１０は、給湯情報を表示するための表示部１１１と、給湯装置１００の運転オンオフを操作する運転スイッチ１１２と、ユーザ等の入力設定操作を受け付けるための操作部１１３と、スピーカ１１４とを含む。表示部１１１は、代表的には、液晶パネルによって構成されており、ユーザが視認可能な態様で各種の情報を表示可能に構成されている。操作部１１３は、代表的には、プッシュボタンやタッチボタンによって構成されており、給湯設定温度に代表される、給湯装置１００の設定操作を受け付け可能に構成されている。スピーカ１１４は、ユーザが聴覚で認識可能な音声、メロディー、警報音等を出力する。

【0019】

制御部３０は、例えば、２心通信線によってリモコン１１０と通信可能であり、リモコン１１０に入力されたユーザ操作指示に従って給湯装置１００が運転される様に、給湯装置１００の構成機器の動作を制御する。制御部３０は、代表的には、所定プログラムが予め記憶されたマイクロコンピュータによって構成することができる。

【0020】

例えば、制御部３０は、バーナ１０の燃焼の開始／停止、及び、バーナ１０への燃料ガス供給量を制御するとともに、送風ファン１１の作動／停止、及び、作動時のファン回転数を制御する。これにより、給湯装置１００での燃焼のオンオフ、及び、燃焼オン時の発生熱量を制御することができる。

【0021】

例えば、制御部３０は、熱交換器１２から出力される加熱水の目標温度と入水温度との温度差と、図示しない流量センサによって検出された熱交換器１２の通過流量との積に従って、バーナ１０への要求熱量を算出するとともに、当該要求熱量に従ってバーナ１０に供給される燃料流量を設定する。更に、制御部３０は、当該燃料量に対して一定の空燃比で燃焼用空気が供給される様に、送風ファン１１の回転数を制御する。

【0022】

更に、制御部３０は、バイパス弁１５の開度指令値を生成することにより、上述した加熱水及び非加熱水の流量比を制御することができる。この様に、制御部３０は、バーナ１０からの発生熱量、及び、バイパス弁１５による流量比の制御によって、出湯温度を制御することができる。

【0023】

尚、給湯装置１００からの排気流量（単位時間での排気量）は、送風ファン１１による供給空気量に比例する。従って、給湯装置１００の排気流量は、送風ファン１１の回転数指令値の基となる、要求熱量から推定することができる。

【0024】

又、低流量のとき、又は、入水温度が高いとき等には、要求熱量が、バーナ１０の安定的な連続燃焼によって出力可能な下限熱量よりも小さくなるケースがある。この様なケースには、バーナ１０の燃焼期間及び燃焼停止期間を短時間内で意図的に繰り返し設ける、所謂、「間欠燃焼」によってバーナ１０の発生熱量を適切に制御することができる。

【0025】

更に、本実施の形態に係る給湯装置１００において、制御部３０は、ＣＯ濃度センサ２０から取得された排気中のＣＯ濃度検出値ＣＯｘを用いて、当該排気が予め定められた容積の所定室内に排出された際の、当該室内でのＣＯ濃度推定を実行する。以下では、このＣＯ濃度推定方法について詳細に説明する。

【0026】

図２は、本実施の形態に係るＣＯ濃度推定モデルを説明するための概念図である。

【0027】

本実施の形態では、容積Ｖ［ｍ^３］及び換気率αを予め定められた定数とする解析対象となる室内空間２００に対して、給湯装置１００の排気が排出された場合における、当該室内空間２００の雰囲気中のＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が求められる。

【0028】

尚、換気率αは、容積Ｖ［ｍ^３］に対する、室内空間２００及び室外（外気）の間での単位時間での換気量［ｍ^３］の比で定義される。例えば、上記ＪＩＳＳ２１１２（９．７．５項）には、Ｖ＝１６．８［ｍ^３］、α＝０．５［１／ｈ］の試験室において、当該試験室の雰囲気中のＣＯ濃度が０．０３％（＝３００ｐｐｍ）に達する前に、バーナへのガス通路が自動遮断する試験条件が示されている。

【0029】

図２には、室内空間２００に対する、単位時間でのＣＯの入出力収支が示される。矢印２０１には、給湯装置１００からの排気によるＣＯ流入が示される。当該単位時間での排気量（排気流量Ｑ）と、ＣＯ濃度センサ２０による当該排気のＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｔ）を用いると、単位時間内ではＱ・ＣＯｘ（ｔ）のＣＯ量が流入する。一方で、矢印２０２には、給湯装置１００からの排気流量Ｑと入れ替わりによるＣＯ流出が示される。これにより、室内空間２００からは、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）及び排気流量Ｑの積に従うＣＯ量が流出する。

【0030】

ここで、排気流量Ｑは、上述の様に、給湯装置１００での送風ファン１１による供給空気量に比例するので、上述の要求熱量から演算で求めることができる。尚、排気流量Ｑは、当該演算値に１．０以下の係数ｍを乗算することで、給湯装置１００の排気のうちの室内空間２００に導入される比率を表現することが可能である。但し、最悪のケースとして、排気の全量が室内空間２００に導入された場合における安全を確保するためには、ｍ＝１．０としてＣＯ濃度推定を実行することが好ましい。以下では、ｍ＝１．０として説明を進める。

【0031】

一方で、換気率αに従う室内及び室外間の空気の入れ替えに伴っても、室内空間２００に対するＣＯ流入及び流出が生じる。当該流入及び流出は、排気流量Ｑ＝０のときにも生じる。矢印２０３に示される様に、室内空間２００からは、単位時間毎にＶ・α・ＣＯ＊（ｔ）のＣＯ量が流出する。これとは反対に、矢印２０４に示される様に、室内空間２００へは、単位時間毎にＶ・α・ＣＯｏｕｔのＣＯ量が流入する。ここで、ＣＯｏｕｔは、室外におけるＣＯ濃度であり、ＣＯｏｕｔ＝０とすることができる。

【0032】

以下では、ＣＯ濃度センサ２０の出力電圧から、制御部３０がＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｔ）を時間Ｔｓ［ｓ］の経過毎、即ち、所定周期（周期の時間長Ｔｓ［ｓ］）毎に取得できるものとする。図２の収支モデルにおいて、室内空間２００における１周期（Ｔｓ）でのＣＯ変化量は、矢印２０１，２０２，２０４によって流入及び流出するＣＯ量の総和であるΣΔＣＯとして、下記の式（１）で示すことができる。

【0033】

ΣΔＣＯ＝Ｑ・ＣＯｘ（ｔ）－Ｑ・ＣＯ＊（ｔ）－Ｖ・α・ＣＯ＊（ｔ）
＝Ｑ・ＣＯｘ（ｔ）－（Ｑ＋Ｖ・α）・ＣＯ＊（ｔ）…（１）
式（１）中の排気流量Ｑ及び換気率αについてはＴｓ［ｓ］の期間での値を示すものとなる。

【0034】

一方、容積Ｖの室内空間２００では、図２に示す様に、１周期間（時間長Ｔｓ）での当該ΣΔＣＯに応じて、ＣＯ濃度推定値が、１周期前の値であるＣＯ＊（ｔ－Ｔｓ）から今回周期の値であるＣＯ＊（ｔ）に変化したと考えることができる。この様な着想から、発明者らは、前回周期のＣＯ濃度推定値であるＣＯ＊（ｔ）と、今回周期のＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｔ）とから、適切に設定された係数ｋ１，ｋ２を用いた線形結合によって、今回周期におけるＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を、下記の式（２）によって求めることとした。即ち、係数ｋ１は「第１の係数」に対応し、係数ｋ２は「第２の係数」に対応する。

【0035】

ＣＯ＊（ｔ）＝ｋ１・ＣＯ＊（ｔ－Ｔｓ）＋ｋ２・ＣＯｘ（ｔ） …（２）
図２でのＣＯ収支から、係数ｋ１，ｋ２の和は、１．０以下とされる（ｋ１＋ｋ２≦１．０）。より具体的には、換気率α＝０のときは、ｋ１＋ｋ２＝１．０であり、α＞０のときは、ｋ１＋ｋ２＜１．０に設定される。

【0036】

又、式（１）を考慮すると、係数ｋ１及びｋ２は、容積Ｖ、換気率α、排気流量Ｑ、及び周期の時間長Ｔｓから決まることが理解される。特に、容積Ｖ、換気率α、及び、時間長Ｔｓは定数である一方で、排気流量Ｑを変数として、係数ｋ１及びｋ２は設定される。

【0037】

図３（ａ）には、排気流量Ｑに対する係数ｋ１の変化特性が概略的に示され、図３（ｂ）には、排気流量Ｑに対する係数ｋ２の変化特性が概略的に示される。

【0038】

図３（ｂ）に示される様に、係数ｋ２は、排気流量Ｑ＝０のときはｋ２＝０であり、排気流量Ｑが多い程ｋ２の値が上昇する様に設定される。但し、排気流量Ｑの増加に応じて、係数ｋ２の上昇レート（接線の傾き）は低下する。

【0039】

これに対して、図３（ａ）に示される様に、係数ｋ１は、排気流量Ｑ＝０のときに最大値を取る一方で、排気流量Ｑが多い程ｋ１の値が低下する様に設定される。排気流量Ｑ＝０のときの係数ｋ１の値（最大値）は、換気率α＝０のときは１．０である。一方で、換気率α＞０のときは、係数ｋ１の最大値（Ｑ＝０のとき）は、１．０より小さく、かつ、換気率αが大きい程、小さい値に設定される。

【0040】

制御部３０には、容積Ｖ、換気率α、及び、周期の時間長Ｔｓの定数値、及び、図３（ａ），（ｂ）に示した特性が反映された、排気流量Ｑを入力とし、係数ｋ１，ｋ２を出力とする参照テーブル、又は、演算式を予め作成することができる。尚、容積Ｖ、換気率α、及び、周期の時間長Ｔｓについては、推定対象となる給湯装置１００（燃焼装置）及び室内空間２００の特性に合わせた値を任意に設定可能である。

【0041】

図４には、本実施の形態に係るＣＯ濃度推定方法の制御処理を説明するフローチャートが示される。図４に示された制御処理は、例えば、制御部３０によって、ＣＯ濃度検出値のサンプリング周期に相当するＴｓの経過毎に周期的に実行することができる。図４には、ｎ番目（ｎ：自然数）の周期を今回の制御周期とする処理が示される。

【0042】

図４に示される様に、制御部３０は、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表記する）１１０では、ＣＯ濃度センサ２０の出力電圧に基づき、今回の制御周期でのＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｎ）を取得する。更に、制御部３０は、Ｓ１２０では、今回の制御周期での給湯装置１００の排気流量Ｑを取得する。

【0043】

上述の様に、排気流量Ｑは、給湯装置１００でのバーナ１０への要求熱量又は燃料供給量に基づいて演算で求めることができる。特に、要求熱量に基づく演算を用いることで、間欠燃焼の適用時に、燃焼期間及び燃焼停止期間のいずれであるかに依存して、排気流量Ｑの演算値が急変することを防止できる。

【0044】

更に、制御部３０は、Ｓ１３０により、Ｓ１２０で取得した排気流量Ｑを用いて、係数ｋ１及びｋ２を設定する。例えば、予め用意された上述の参照テーブル又は演算式を用いて、図３に示した特性に従って、係数ｋ１，ｋ２を設定することができる。制御部３０は、Ｓ１４０では、Ｓ１１０で取得したＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｎ）、Ｓ１３０で設定された係数ｋ１，ｋ２、及び、前回の制御周期におけるＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｎ－１）を用いて、上述の式（２）の演算によって、今回の制御周期でのＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｎ）を算出する。

【0045】

制御部３０は、Ｓ１５０では、Ｓ１４０で算出されたＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｎ）を、給湯装置１００（燃焼装置）の制御に用いるために出力する。更に、Ｓ１５０では、次回の制御周期に備えて、Ｓ１４０で算出されたＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｎ）を、ＣＯ＊（ｎ－１）を示す変数に格納する。

【0046】

尚、図４に示されたＣＯ濃度推定方法のための制御処理は、給湯装置１００（燃焼装置）の運転スイッチのオフ後（燃焼停止後）も実行される。即ち、当該制御処理は、運転スイッチのオンオフに依らず繰り返し実行することが可能である。ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）は、電源投入時、又は、電源リセット時に初期化（ＣＯ＊（ｔ）＝０）される一方で、それ以外の期間では、周期的に演算によって更新される。

【0047】

図５には、本実施の形態に係るＣＯ濃度推定方法による実験結果が示される。

【0048】

図５では、Ｖ＝１６．８［ｍ^３］、α＝０．５［１／ｈ］の試験室に対して、給湯装置１００から排気（排気流量Ｑ）を導入する実機実験を行った際における、給湯装置１００の排気のＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｔ）と、図４の制御処理によって周期（時間長Ｔｓ）毎に算出されたＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）と、当該試験室内に設置されたＣＯセンサによる雰囲気中のＣＯ濃度実測値ＣＯａ（ｔ）とがプロットされる。

【0049】

図５では、時刻ｔｘまでの間、バーナ１０によって間欠燃焼が行われる一方で、時刻ｔｘ以降では、燃焼が停止された場合の実験結果が示される。従って、時刻ｔｘ以降では、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）は、時刻ｔｘ以前よりも大幅に低下する。又、時刻ｔｘ以降では、燃焼用空気の供給が不要になった燃焼停止後にも送風ファン１１の作動を継続するポストパージは非実行とされている。これにより、時刻ｔｘ以降では、Ｑ＝０であることから、式（２）中のｋ２＝０であるが、０＜ｋ１＜１．０である。

【0050】

時刻ｔｘまでの期間では、ＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｔ）が徐々に反映される式（２）の演算により、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）は、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）のレベルに向けて上昇している。係数ｋ１，ｋ２を適切に設定することにより、試験室の雰囲気中のＣＯ濃度実測値ＣＯａ（ｔ）と大差無くＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を算出できていることが読み取れる。

【0051】

更に、燃焼が停止された時刻ｔｘ以降では、送風ファン１１が停止されて、Ｑ＝０（ｋ２＝０）となるが、係数ｋ１によって換気率αが反映された演算によって、室外との換気によるＣＯ濃度の低下をトレースして、実際のＣＯ濃度実測値ＣＯａ（ｔ）の挙動と同等に減少するＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が算出されていることが読み取れる。

【0052】

尚、時刻ｔｘ以降において、ポストパージが行われると、Ｑ＞０のときの係数ｋ１の値が、Ｑ＝０（ポストパージ非実行時）の係数ｋ１よりも小さくなる。このため、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）は、ポストパージ非実行時よりも低下レートが大きくなるように算出されることになる。又、ポストパージ中、即ち、燃焼停止後のＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｔ）についても、係数ｋ２（ｋ２＞０）を用いて、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）に反映される。この様に、ポストパージを実行した場合（Ｑ＞０）にも、係数ｋ１，ｋ２を通じて、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を精度良く算出することが可能である。

【0053】

この様に、本実施の形態に係るＣＯ濃度推定方法によれば、周期的に取得される給湯装置１００の排気流量Ｑ及び排気のＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｔ）を用いて、当該排気が排出された室内の雰囲気中のＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を、実際のＣＯ濃度実測値ＣＯａ（ｔ）の挙動と近似させて高精度に求めることができる。

【0054】

特に、式（２）を用いた本実施の形態のＣＯ濃度推定方法によれば、間欠燃焼の適用時を含んで、排気流量Ｑ及びＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｔ）が一定でない場合にも、高精度にＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が算出できる。更に、燃焼停止後にＣＯ濃度が低下する現象についても、燃焼停止に応じて低下したＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｔ）を反映して、高精度にＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を算出することができる。

【0055】

（ＣＯ濃度推定値を用いた燃焼装置の制御）
次に、上述のＣＯ濃度推定値を用いた給湯装置１００に代表される燃焼装置の制御、具体的には、不完全燃焼状態の継続を防止するための安全制御について、図６～図９のフローチャートを用いて説明する。

【0056】

図６には、安全制御の第１の例として、ＣＯ濃度推定値を用いた燃焼禁止制御が示される。図６に示された制御処理は、制御部３０によって繰り返し実行される。

【0057】

図６に示される様に、制御部３０は、Ｓ１００により、図４に示されたＣＯ濃度推定演算を実行する。これにより、ＣＯ濃度検出値ＣＯｘ（ｔ）の取得毎（例えば、Ｔｓ経過毎）に、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が更新される。従って、図６の制御処理は、Ｔｓの経過毎に実行することができる。尚、上述の様に、図４の制御処理については、給湯装置１００（燃焼装置）の運転スイッチのオンオフに依らず繰り返し実行することが可能であるので、図６において、Ｓ１００の処理が実行される毎に、図４のＳ１５０で算出された、最新のＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が取得される。

【0058】

制御部３０は、Ｓ２１０では、燃焼禁止フラグＦＬ＝０であるか否かを確認する。燃焼禁止フラグＦＬは、燃焼禁止中にはＦＬ＝１に設定される一方で、燃焼が許可されている（禁止されていない）期間にはＦＬ＝０に設定される。燃焼禁止フラグＦＬのデフォルト値は０である。

【0059】

制御部３０は、ＦＬ＝０の場合（Ｓ２１０のＹＥＳ判定時）、即ち、燃焼が許可されている場合には、Ｓ２２０により、Ｓ１００で得られたＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を、予め定められた判定値Ｃ１と比較する。例えば、判定値Ｃ１は、上述の３００ｐｐｍに対応して設定される。

【0060】

制御部３０は、ＦＬ＝０の場合に、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が判定値Ｃ１よりも高いとき（Ｓ２２０のＹＥＳ判定時）には、Ｓ２５０により、バーナ１０の燃焼を禁止するとともに、Ｓ２６０により、燃焼禁止フラグＦＬ＝１に設定する。ＦＬ＝１のとき（燃焼禁止時）には、制御部３０からの指令に応じた電磁弁（図示せず）の閉止等によって、バーナ１０への燃料供給経路が遮断される。

【0061】

一方で、制御部３０は、ＦＬ＝０の場合に、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が判定値Ｃ１以下のとき（Ｓ２２０のＮＯ判定時）には、Ｓ２３０により、バーナ１０の燃焼を許可するとともに、Ｓ２４０により、燃焼禁止フラグＦＬ＝０に設定する。ＦＬ＝０のとき（念表許可時）には、上記電磁弁は開放されるので、要求熱量に応じた燃料をバーナ１０へ供給することができる。

【0062】

一旦、燃焼が禁止されると、以降の周期では、ＦＬ＝１に設定されているため、Ｓ２１０がＮＯ判定とされる。従って、制御部３０は、Ｓ２７０により、Ｓ１００で得られたＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を、予め定められた判定値Ｃ２と比較する。判定値Ｃ２は、燃焼の禁止及び解除が頻繁に切り替えられるハンチングを防止するために、判定値Ｃ１よりも低く設定される。

【0063】

制御部３０は、ＦＬ＝１の場合に、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が判定値Ｃ２以上のとき（Ｓ２７０のＮＯ判定時）には、Ｓ２５０に処理を進めて、燃焼禁止を継続するとともに、Ｓ２６０により、燃焼禁止フラグＦＬ＝１に設定する。

【0064】

一方で、制御部３０は、ＦＬ＝１の場合に、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が判定値Ｃ２より低いとき（Ｓ２７０のＹＥＳ判定時）には、Ｓ２３０に処理を進めて、燃焼禁止を解除して、燃焼を許可するとともに、Ｓ２４０により、燃焼禁止フラグＦＬ＝０に設定する。

【0065】

この様に、本実施の形態に係るＣＯ濃度推定方法で求められたＣＯ濃度推定値を用いて、給湯装置１００（燃焼装置）での燃焼の禁止及び許可を制御することができる。特に、本実施の形態に係るＣＯ濃度推定方法によれば、図５で説明した様に、燃焼停止後、即ち、燃焼が禁止された期間でのＣＯ濃度の低下を精度よく推定できるので、燃焼禁止後の解除タイミングを適切に設定できる。これにより、ＣＯ濃度が十分に低下していないのに燃焼禁止が解除されること、及び、過度に長期間に亘って燃焼を禁止することを防止することができる。

【0066】

従って、図６に示された制御処理は、少なくとも給湯装置１００の作動中（運転スイッチのオン時）に周期的に実行されるとともに、一旦燃焼が禁止された後においても、燃焼禁止が解除されるまで（燃焼禁止フラグＦＬが１から０に復帰するまで）は、運転スイッチがオフされても継続的に実行されることが好ましい。

【0067】

図７には、安全制御の第２の例として、図６で説明した燃焼禁止制御と連動してユーザガイダンスを出力する制御が示される。図７に示された制御処理は、図６の制御処理と併せて、制御部３０によって実行することができる。

【0068】

図７に示される様に、制御部３０は、Ｓ３１０により、今回周期の燃焼禁止フラグＦＬ＝１であるか否かを確認するともに、Ｓ３２０により、前回周期での燃焼禁止フラグＦＬ＝１であるか否かを確認する。今回の制御周期において、燃焼禁止フラグＦＬが０から１に変化したときには、Ｓ３１０及びＳ３２０の両方がＹＥＳ判定とされるので、制御部３０は、Ｓ３３０により、ユーザガイダンスを出力する。Ｓ３３０では、例えば、リモコン１１０の表示部１１１及び／又はスピーカ１１４を用いて、ユーザに対して換気を促すメッセージを出力することができる。即ち、表示部１１１及び／又はスピーカ１１４によって、「報知部」の一実施例を構成することができる。

【0069】

一方で、Ｓ３１０及びＳ３２０のいずれかがＮＯ判定とされると、制御部３０は、Ｓ３３０の処理をスキップする。従って、燃焼禁止フラグＦＬが０から１に変化したタイミング以外では、上述のユーザガイダンスは出力されない。或いは、燃焼禁止フラグＦＬが０から１に変化したタイミングから、予め定められた時間（周期数）が経過するまでは、Ｓ３１０及びＳ３２０の両方をＹＥＳ判定として、ユーザガイダンスの出力を継続するような変形例とすることも可能である。

【0070】

更に、制御部３０は、Ｓ３４０では、現在の燃焼禁止フラグＦＬの値を、Ｓ３２０で用いられる、前回周期での燃焼禁止フラグＦＬの値を示す変数に格納する。

【0071】

この様に、本実施の形態で求められたＣＯ濃度推定値を用いた、給湯装置１００（燃焼装置）での燃焼の禁止及び許可を制御に加えて、ＣＯ濃度の上昇時には、ユーザに対して換気を促すガイダンスを自動的に出力することができる。

【0072】

図８には、安全制御の第３の例として、ＣＯ濃度推定値を用いたポストパージ制御が示される。図８に示された制御処理は、給湯装置１００の作動中（運転スイッチのオン時）に周期的に実行される。

【0073】

図８に示される様に、制御部３０は、図６と同様のＳ１００により、図４に示されたＣＯ濃度推定演算を実行して、最新のＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を取得する。即ち、図８の制御処理についても、Ｔｓの経過毎に実行することができる。

【0074】

制御部３０は、Ｓ４１０では、今回の制御処理の実行タイミングが、燃焼停止タイミングに該当するか否かを確認する。燃焼停止タイミングに該当する場合（Ｓ４１０のＹＥＳ判定時）には、ポストパージの要否を判定するためのＳ４２０～Ｓ４４０の処理が実行される。一方で、燃焼停止タイミング以外では、Ｓ４２０～Ｓ４４０の処理はスキップされる。

【0075】

制御部３０は、Ｓ４２０では、Ｓ１００で得られたＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を、予め定められた判定値Ｃ３と比較する。制御部３０は、燃焼停止タイミングにおけるＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が判定値Ｃ３よりも高いとき（Ｓ４２０のＹＥＳ判定時）には、Ｓ４３０により、燃焼用空気の供給は不要になった燃焼停止後にも送風ファン１１の作動を継続するポストパージを実行する。これにより、燃焼停止タイミング（即ち、現時点）から所定時間Ｔｐが経過するまでの間、送風ファン１１の作動指示が生成される。判定値Ｃ３は、判定値Ｃ１，Ｃ２よりも小さい。

【0076】

一方で、制御部３０は、燃焼停止タイミングにおけるＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が判定値Ｃ３以下のとき（Ｓ４２０のＮＯ判定時）には、Ｓ４３０により、ポストパージが不要と判断する。これにより、燃焼停止に同期して、送風ファン１１は停止される。

【0077】

この様に、本実施の形態に係るＣＯ濃度推定方法で求められたＣＯ濃度推定値を用いて、給湯装置１００（燃焼装置）での燃焼停止時におけるポストパージの要否を正確に判断することができる。

【0078】

図９には、安全制御の第４の例として、ＣＯ濃度推定値を用いたポストパージ制御の変形例が示される。図９に示された制御処理は、少なくとも給湯装置１００の作動中（運転スイッチのオン時）に周期的に実行されるとともに、ポストパージの実行中には、運転スイッチがオフされていても周期的に実行される。

【0079】

図９に示される様に、制御部３０は、図６と同様のＳ１００により、図４に示されたＣＯ濃度推定演算を実行して、最新のＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を取得する。従って、図９の制御処理についても、Ｔｓの経過毎に実行することができる。

【0080】

制御部３０は、Ｓ５１０では、燃焼停止中であるか否かを判定する。燃焼停止中（Ｓ５１０のＹＥＳ判定時）には、制御部３０は、Ｓ５２０～Ｓ５８０により、Ｓ１００で取得したＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）に基づいて、送風ファン１１の作動及び停止、即ち、ポストパージを制御する。一方で、バーナ１０での燃焼中には、以下のＳ５２０～Ｓ５８０の処理はスキップされる。

【0081】

制御部３０は、Ｓ５２０では、ポストパージフラグＦＬｐ＝０であるか否かを確認する。ポストパージフラグＦＬｐは、ポストパージ中、即ち、送風ファン１１の作動期間にはＦＬｐ＝１に設定される。一方で、ポストパージの非実行時、即ち、送風ファン１１の作動指令が生成されていない場合には、ＦＬｐ＝０に設定される。ポストパージフラグＦＬｐのデフォルト値は０である。

【0082】

制御部３０は、ＦＬｐ＝０の場合（Ｓ５２０のＹＥＳ判定時）、即ち、ポストパージが実行されていない場合には、Ｓ５３０により、Ｓ１００で得られたＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を、図８のＳ４２０と同様の判定値Ｃ３と比較する。

【0083】

制御部３０は、ＦＬｐ＝０の場合に、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が判定値Ｃ３よりも高いとき（Ｓ５３０のＹＥＳ判定時）には、Ｓ５６０により、ポストパージのために送風ファン１１を作動させるとともに、Ｓ５７０により、ポストパージフラグＦＬｐ＝１に設定する。Ｓ５６０では、送風ファン１１の回転数指令値が設定されるが、当該回転数指令値は、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）に応じて変化させることも可能である。具体的には、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が高い程、回転数指令値が高くなる様に、可変設定を行うことができる。

【0084】

一方で、制御部３０は、ＦＬｐ＝０の場合に、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が判定値Ｃ３以下のとき（Ｓ５３０のＮＯ判定時）には、Ｓ５４０により、送風ファン１１を停止して、ポストパージを非実行とする。更に、Ｓ５５０により、ポストパージフラグＦＬｐ＝１に維持される。

【0085】

これにより、燃焼停止タイミングでは、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）及び判定値Ｃ３の比較に基づいて、図８と同様に、ポストパージの実行及び非実行が制御される。

【0086】

ポストパージの実行中には、ＦＬｐ＝１に設定されているため、Ｓ５２０がＮＯ判定とされる。従って、制御部３０は、Ｓ５８０により、Ｓ１００で得られたＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）を、予め定められた判定値Ｃ４と比較する。判定値Ｃ４は、ポストパージの終了判定用であり、判定値Ｃ３よりも低く設定される。

【0087】

制御部３０は、ＦＬｐ＝１の場合に、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が判定値Ｃ４以上のとき（Ｓ５８０のＮＯ判定時）には、Ｓ５６０に処理を進めて、送風ファン１１の作動、即ち、ポストパージを継続するとともに、Ｓ２６０により、ポストパージフラグＦＬｐ＝１に維持する。

【0088】

一方で、制御部３０は、ＦＬｐ＝１の場合に、ＣＯ濃度推定値ＣＯ＊（ｔ）が判定値Ｃ４より低いとき（Ｓ５８０のＹＥＳ判定時）には、Ｓ５４０に処理を進めて、送風ファン１１の停止により、ポストパージを終了する。更に、Ｓ５５０により、ポストパージフラグＦＬｐ＝０に設定される。

【0089】

この様に、本実施の形態に係るＣＯ濃度推定方法で求められたＣＯ濃度推定値を用いて、給湯装置１００（燃焼装置）での燃焼停止後のポストパージの要否、及び、終了タイミングを制御することができる。特に、図５で説明した様に、燃焼停止後、即ち、燃焼が禁止された期間でのＣＯ濃度の低下を精度よく推定できるＣＯ濃度推定値を用いることにより、ポストパージの終了タイミングを適切に設定できる。これにより、ポストパージが過度に長期間継続されることで、消費エネルギが増加することを防止できる。

【0090】

尚、本実施の形態では、燃焼装置として図１の給湯装置１００を例示したが、排気中のＣＯ濃度検出値及び排気流量が取得できる限り、給湯装置の構成は任意である。又、給湯装置以外の燃焼装置の排気に対して、燃焼される燃料を限定することなく、本実施の形態で説明したＣＯ濃度推定方法を適用することが可能である。

【0091】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0092】

１０ バーナ、１１ 送風ファン、１２ 熱交換器、１５ バイパス弁、２０ ＣＯセンサ、３０ 制御部、１００ 給湯装置、１１０ リモコン、１１１ 表示部、１１２ 運転スイッチ、１１３ 操作部、１１４ スピーカ、２００ 室内空間、Ｃ１～Ｃ４ 判定値、ＣＯ＊ ＣＯ濃度推定値、ＣＯａ ＣＯ濃度実測値、ＣＯｘ ＣＯ濃度検出値、ＦＬ 燃焼禁止フラグ、ＦＬｐ ポストパージフラグ、Ｑ 排気流量、Ｔｓ 周期時間長（ＣＯ濃度検出）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】