JP2010060227A - 火炎検出方法および燃焼器 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉式の燃焼器において火炎の有無を検出可能な技術を提供すること。
【解決手段】外部から供給された予混合ガスを内部の燃焼空間１６ｂにて燃焼させ、燃焼により生じた排気ガスを外部に排出する燃焼器１０において、燃焼空間１６ｂに突設させたフレームロッド２２と、燃焼空間１６ｂの壁面から燃焼空間１６ｂに突設させた突出部２４とを１組の電極として用い、火炎の有無を検出する。燃焼器１０は、予混合ガスが供給される予混合室１４と、燃焼空間１６ｂを有する燃焼室１６とを有しており、予混合室１４と燃焼室１６とは接して配置されていることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、火炎検出方法および燃焼器に関するものである。

従来、石油ファンヒータやガス給湯器等に代表されるガス器具には、開放系にて燃焼を行う燃焼器が組み込まれている。この種の燃焼器の火炎検出方法としては、図４に示すフレームロッドを用いた火炎検出方法が公知である。

すなわち、図４に示すように、バーナ１００の炎孔（不図示）から噴出される燃料ガスと周辺二次空気との燃焼により、バーナ１００先端に火炎１０２が形成される。火炎１０２の中には、燃焼分子の化学電離による無数の電子と陽イオンとが存在しており、火炎１０２の中は導体雰囲気になっている。

そのため、火炎１０２の中に配置されたフレームロッド１０４にある電圧を与えると、フレームロッド１０４（フレーム電極Ｆ）とバーナ１００（グランド電極Ｇ）との間に電流が流れる。この電流を検出することにより、火炎１０２の有無を検出することができる。

ところで、近年、地球環境に対する負荷を抑制する観点から、燃焼器においても、エネルギーの有効利用を図る試みが盛んに行われている。

例えば、電気ヒータの代替品として、いわゆるマイクロコンバスタと呼ばれる燃焼器が提案されている。この燃焼器は、化石燃料の燃焼熱を直接利用することができるため、約６割ものエネルギーを失う発電過程を省略することができる。そのため、大幅な省エネ化を図ることができる技術として期待されている。

具体的には、例えば、特許文献１には、燃焼器本体内の燃焼室に予混合ガスを導く予混合ガス流路と、燃焼室から燃焼ガスを燃焼器本体外に導く燃焼ガス流路とを、伝熱壁を挟んで形成するとともに、予混合ガス流路から燃焼室への流入部に多孔質体を設け、この多孔質体から予混合ガスを噴出させ、燃焼室で燃焼させる燃焼器が開示されている。

また例えば、特許文献２には、外部から中心部に予混合ガスを導入する流路を備えた予混合室と、中心部から外部に排気ガスを排出する流路を備えた燃焼室と、予混合室と燃焼室とを区画する伝熱隔壁とを備え、伝熱隔壁に形成した消炎孔を介して予混合室から燃焼室に予混合ガスを噴出させ、燃焼を行う燃焼器が開示されている。

特開２００７−８５６１８号公報 特開２００７−１５５２１６号公報

しかしながら、従来技術は、以下の点で問題があった。

すなわち、特許文献１、２等に記載される燃焼器は、密閉された空間内で燃焼を行うものである。本発明者らのこれまでの研究によれば、この種の密閉式の燃焼器に対して従来の火炎検出方法を適用した場合、火炎の有無を検出することができないことが判明した。そのため、安全性確保の観点から、密閉式の燃焼器において火炎の有無を検出可能な手法が望まれていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、密閉式の燃焼器において火炎の有無を検出可能な技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明者らは種々の検討を行った。その結果、密閉式の燃焼器内では、炎孔から浮いた状態で火炎が形成されており、それ故、フレームロッドとバーナとを１組の電極とする従来の火炎検出方法では火炎を検出できないのではないかとの知見を得るに至った。

本発明は、主に上記知見に基づきなされたもので、本発明に係る火炎検出方法は、外部から供給された予混合ガスを内部の燃焼空間にて燃焼させ、燃焼により生じた排気ガスを外部に排出する燃焼器に適用される方法であって、上記燃焼空間に突設させたフレームロッドと、上記燃焼空間の壁面から上記燃焼空間に突設させた突出部とを１組の電極として用い、火炎の有無を検出することを要旨とする。

ここで、本発明に係る火炎検出方法では、上記突出部を複数突設させることが好ましい。

また、上記突出部の火炎接触面積を、上記フレームロッドの火炎接触面積の４倍以上に設定することが好ましい。

また、上記フレームロッドは、着火機能を兼ね備えていることが好ましい。

また、上記燃焼器は、上記予混合ガスが供給される予混合室と、上記燃焼空間を有する燃焼室とを有しており、上記予混合室と燃焼室とは接して配置されていることが好ましい。

本発明に係る燃焼器は、外部から供給された予混合ガスを内部の燃焼空間にて燃焼させ、燃焼により生じた排気ガスを外部に排出する燃焼器であって、上記燃焼空間に突設されたフレームロッドと、上記燃焼空間の壁面から上記燃焼空間に突設された突出部とを有することを要旨とする。

本発明に係る燃焼器は、上記予混合ガスが供給される予混合室と、上記燃焼空間を有する燃焼室とを有しており、上記予混合室と燃焼室とは接して配置されていることが好ましい。

密閉式の燃焼器では、炎孔から燃焼空間に噴出された予混合ガスを燃焼させると、炎孔から浮いた状態で火炎が形成される。

本発明に係る火炎検出方法では、燃焼空間に突設させたフレームロッドと、燃焼空間の壁面から燃焼空間に突設させた突出部とを、火炎検出のための１組の電極として用いる。そのため、炎孔から浮いた状態で火炎が形成される場合であっても、フレームロッドと突出部とが火炎に接触し、火炎を検出することが可能となる。したがって、本発明に係る火炎検出方法によれば、密閉式の燃焼器の安全性確保に寄与することができる。

ここで、上記突出部を複数突設させる場合には、フレームロッドの火炎接触面積と突出部の火炎接触面積との比を比較的簡単に変更することが可能となる。そのため、火炎検出精度を調整しやすくなる利点がある。

また、上記突出部の火炎接触面積を、フレームロッドの火炎接触面積の４倍以上に設定する場合には、火炎がある状態で交流電源を印加すると電極面積の差が相対的に大きいことから、半波整流された直流電流が流れやすくなり、火炎検出精度を向上させやすくなる。

また、フレームロッドが着火機能を兼ね備えている場合には、当該フレームロッドにより予混合ガスに着火することが可能になる。そのため、燃焼器にスパークロッド等の主に着火だけを行う着火手段を設ける必要がなくなり、燃焼器の簡素化に寄与することができる。

また、燃焼器が、予混合ガスが供給される予混合室と、燃焼空間を有する燃焼室とを有しており、予混合室と燃焼室とが接して配置されている場合には、燃焼室からの熱により予混合ガスを予熱しやすくなる。そのため、燃焼器の熱効率向上に寄与することができる。

本発明に係る燃焼器は、燃焼空間に突設されたフレームロッドと、燃焼空間の壁面から前記燃焼空間に突設された突出部とを有している。そのため、炎孔から浮いた状態で火炎が形成される場合であっても、フレームロッドと突出部とが火炎に接触し、フレームロッドと突出部とを１組の電極として火炎の有無を検出することができる。したがって、本発明に係る燃焼器は、安全性確保に寄与することができる。

また、予混合ガスが供給される予混合室と、燃焼空間を有する燃焼室とを有しており、予混合室と燃焼室とが接して配置されている場合には、燃焼室からの熱により予混合ガスを予熱しやすくなる。そのため、燃焼器の熱効率を向上させることができる。

以下、本発明に係る火炎検出方法および燃焼器について説明する。

本発明に係る火炎検出方法は、燃焼器内の火炎を検出するための方法である。ここで、本発明に係る火炎検出方法が適用される燃焼器は、外部から供給された予混合ガスを内部の燃焼空間にて燃焼させ、燃焼により生じた排気ガスを外部に排出する燃焼器である。つまり、石油ファンヒータ等が有する燃焼器のように、開放系で燃焼を行うタイプのものではなく、密閉系で燃焼を行うタイプのものである。

したがって、この種の密閉式の燃焼器であれば、特に限定されることなく、本発明に係る火炎検出方法を適用することが可能である。

上記燃焼器としては、具体的には、例えば、外部から中心部に向かって予混合ガスを略渦巻状等に供給する予混合ガス流路と、中心部で燃焼により生じた排気ガスを略渦巻状等に外部へ排出する排気ガス流路とが伝熱壁で仕切られた１層構造の燃焼器等を挙げることができる。

また他にも、外部から中心部に向かって予混合ガスを略渦巻状等に供給する予混合ガス流路を備えた予混合室と、予混合室から予混合ガスが噴出される燃焼空間を備え、燃焼空間にて予混合ガスの燃焼により生じた排気ガスを略渦巻状等に外部に排出する排気ガス流路を備えた燃焼室とを有し、予混合室と燃焼室とが接して配置されている２層構造の燃焼器等を挙げることができる。

本発明に係る火炎検出方法は、後者の２層構造の燃焼器に対して好適に適用すると良い。２層構造の燃焼器は、燃焼室からの熱を予混合室内の予混合ガスの予熱に利用することができるため、熱効率を向上させやすくなる、片面を加熱できる等の利点があるからである。

以下、２層式の燃焼器を用いて、本発明に係る火炎検出方法、および、本発明に係る燃焼器について説明する。

図１は、本発明に係る燃焼器の外観の一例を模式的に示した図である。図２は、図１に示した燃焼器のＡ−Ａ断面を模式的に示した図である。図３は、図１に示した燃焼器のＢ−Ｂ断面を模式的に示した図である。

これらの図に示すように、燃焼器１０は、伝熱隔壁１２を挟んで、予混合室１４と燃焼室１６との２室を有している。

予混合室１４は、外部から供給される予混合ガスの通り道となる予混合ガス流路１４ａを有している。予混合ガス流路１４ａは、基本的に、予混合室１４を構成する部材と伝熱隔壁１２とにより囲まれた空間により形成される。予混合ガス流路１４ａの外側の端部は、予混合ガスを供給するための供給口１４ｂに連通されている。一方、予混合ガス流路１４ａの中心側の端部は、予混合ガスを充満させる空間１４ｃに連通されている。

供給口１４ｂより供給された予混合ガスは、予混合ガス流路１４ｂに沿って外部から中心部に向かって流れ、空間１４ｃに充満する。

なお、図では、予混合ガス流路１４ａの形態として、略渦巻状の形態を示したが、予混合ガス流路１４ａの形態は、これに限定されるものではなく、予混合室１４の形成方法、燃焼器１０の大きさ等を考慮して選択することができる。他にも、予混合ガス流路１４ａの形態として、放射状等の形態を例示することができる。

また、予混合室１４は、ステンレス鋼、銅、銅合金、耐熱鋳鋼などの金属材料よりなる板材のプレス成形、上記金属材料を用いた鋳造法、研削加工、鍛造法などより形成することができる。

燃焼室１６は、燃焼により生じた排気ガスの通り道となる排気ガス流路１６ａを有している。排気ガス流路１６ａは、基本的に、燃焼室１６を構成する部材と伝熱隔壁１２とにより囲まれた空間より形成される。排気ガス流路１６ａの中心側の端部は、予混合室１４から噴出される予混合ガスを燃焼させるための燃焼空間１６ｂに連通されている。一方、排気ガス流路１６ａの外側の端部は、排気ガスを排出するための排出口１６ｃに連通されている。

燃焼空間１６ｂにて発生した排気ガスは、排気ガス流路１６ａに沿って中心部から外部に向かって流れ、排出口１６ｃより排出される。

なお、燃焼室１６も予混合室１４と同様に、図では、排気ガス流路１６ａの形態として、略渦巻状の形態を示したが、排気ガス流路１６ａの形態は、これに限定されるものではなく、燃焼室１６の形成形法、燃焼器１０の大きさ等を考慮して選択することができる。他にも、排気ガス流路１６ａの形態として、放射状等の形態を例示することができる。

また、燃焼室１６は、ステンレス鋼、銅、銅合金、耐熱鋳鋼などの金属材料よりなる板材のプレス成形、上記金属材料を用いた鋳造法、研削加工、鍛造法などより形成することができる。

伝熱隔壁１２は、燃焼室１６で発生した熱を予混合室１４側に伝えるとともに、予混合室１２と燃焼室１６との間を区画する役割を有している。伝熱隔壁１２の材料としては、予混合室１４、燃焼室１６と同様の材料を例示することができる。なお、伝熱隔壁１２は、予混合室１４の一部または燃焼室１６の一部として構成することも可能である。

伝熱隔壁１２には、予混合室１２の空間１４ｃと燃焼室１６の燃焼空間１６ｂとを連通する消炎孔１８が形成されている。これにより、予混合室１２側から燃焼室１６の燃焼空間１６ｂに向かって予混合ガスを噴出させることができる。

なお、燃焼器１０では、伝熱隔壁２２に消炎孔１８を直接形成せずに、消炎孔を有するセラミック体を伝熱隔壁１２に嵌め込む構成を採用することもできる。このようにした場合には、消炎孔１８周辺の耐熱性が向上するため、燃焼室１６内の火炎による高熱によって比較的小さな消炎孔１８が酸化されたり、変形したりし難くなる。それ故、燃焼器１０の耐久性を向上させることが可能となる。

そして、燃焼器１０の燃焼空間１６ｂに、例えば、イグナイタ、スパークロッド、セラミックヒータなどの着火手段２０の着火点を配置をすれば、燃焼器１０による燃焼を行うことができる。

ここで、本発明では、燃焼器１０の燃焼空間１６ｂにフレームロッド２２を突設させる。図２では、フレームロッド２２は、予混合室１４側から挿通され、その先端部が、伝熱隔壁１２の消炎孔１８の形成面上に設置されている例を示している。

また、燃焼空間１６ｂの壁面からは突出部２４を突設させる。突出部２４の材料としては、予混合室１４、燃焼室１６と同様の材料を使用することができる。図２では、突出部２４が、燃焼空間１６ｂの上下壁面と接している例を示しているが、これに限定されるものではない。突出部２４は、燃焼空間１６ｂの上壁、下壁、側壁から燃焼空間１６ｂに向かって突設されていても良い。なお、図４における燃焼空間１６ｂの斜線部分が概ね火炎形成領域に該当する。

さらに、図２では、突出部２４を二つ突設させた例を示しているが、突出部２４を一つ突設させても良いし、二つ以上の複数突設させても良い。突出部２４を複数突設させた場合には、フレームロッド２２の火炎接触面積と突出部２４の火炎接触面積との比を比較的簡単に変更することができるため、火炎検出精度を調整しやすくなる。また、この場合、突出部２４の大きさ、形状は、それぞれ同じであっても良いし、それぞれ異なっていても良い。前者の場合には、同一部材を利用できることから、コスト低減に寄与することができる。

突出部２４の形状は、燃焼空間１６ｂで生じる火炎形成を妨げ難いように、棒状（ロッド状）、角型形状等の形状であると良い。

本発明では、フレームロッド２２は、フレームロッド回路に接続されており、フレーム電極（＋）として機能する。また、燃焼器１０は、器体が接地されて使用されるのが通常である。そのため、燃焼器１０の燃焼空間１６ｂから突設された突出部２４は、グランド電極（−）として機能する。つまり、本発明では、フレームロッド２２と突出部２４とが１組の電極とされる。そして、図示されない交流電源により、フレームロッド２２と突出部２４との間には、電圧を印加することができるようになっている。

この際、突出部２４の火炎接触面積は、フレームロッド２２の火炎接触面積の４倍以上に設定されていることが好ましい。より好ましくは、６倍以上、さらに好ましくは、１０倍以上であると良い。両者の火炎接触面積比が上記の通りに設定されている場合には、火炎がある状態で交流電源を印加すると電極面積の差が相対的に大きいことから、半波整流された直流電流が流れやすくなり、火炎検出精度を向上させやすくなる。

なお、火炎接触面積比の調整は、フレームロッド２２と同形状（同表面積）の突出部２４を複数本設置するなどすれば良い。この場合には、比較的簡易に火炎接触面積比の調整を行うことが可能となる。

また、図２では、着火手段２０とフレームロッド２２とを使用した例を示したが、着火機能を兼ね備えたフレームロッド２２を使用することもできる。この場合には、フレームロッド２２により予混合ガスに着火することが可能になるため、燃焼器１０に着火手段２０を設ける必要がなくなり、燃焼器１０の簡素化に寄与することができる。

次に、本発明に係る火炎検出方法、燃焼器の作用について説明する。

燃焼器１０の供給口１４ｂに供給された予混合ガスは、予混合室１４の予混合ガス流路１４ａに沿って流れ、予混合室１４の中心部にある空間１４ｃに至る。予混合室１４の空間１４ｃに至った予混合ガスは、伝熱隔壁１２の消炎孔１８より燃焼室１６の燃焼空間１６ｂに噴出される。噴出された予混合ガスは、着火手段２０により着火されて、火炎が形成されて燃焼が始まる。燃焼により生じた排気ガスは、燃焼室１６内の排気ガス流路１６ａに沿って、中心部から外部に向かって流れ、排出口１６ｃから排出される。

ここで、燃焼空間１６ｂ内の火炎は、消炎孔１８から浮いた状態で形成される。この原因は、密閉式の燃焼器１０では、消炎孔１８からの噴出速度が相対的に大きいため、火炎が消炎孔１８に付着し難いためと推察される。

燃焼器１０の燃焼空間１６ｂには、フレームロッド２２と突出部２４とが離間された状態で突設されている。そのため、消炎孔１８から浮いた状態で火炎が形成されていても、両者は火炎に接触する。したがって、フレームロッド２２と突出部２４との間に所定の電圧を与えれば、フレームロッド２２（フレーム電極）と突出部２４（グランド電極）との間に電流が流れる。この電流を検出することにより、火炎の有無を検出することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明を何ら限定するものではなく、種々の変形・改良などが可能なものである。

例えば、図２では、フレームロッド２２を予混合室１４側から挿入したが、燃焼室１６側から挿入しても構わない。また、フレームロッド２２は、必ずしも消炎孔１８の形成面から燃焼空間１６ｂに突設させる必要はなく、燃焼空間１６ｂの他の壁面から突設させても良い。

本発明に係る燃焼器の外観の一例を模式的に示した図である。 図１に示した燃焼器のＡ−Ａ断面を模式的に示した図である。 図１に示した燃焼器のＢ−Ｂ断面を模式的に示した図である。 フレームロッドを用いた従来の燃焼器の火炎検出方法を説明するための図である。

符号の説明

１０ 燃焼器
１２ 伝熱隔壁
１４ 予混合室
１４ａ 予混合ガス流路
１４ｂ 供給口
１４ｃ 空間
１６ 燃焼室
１６ａ 排気ガス流路
１６ｂ 燃焼空間
１６ｃ 排出口
１８ 消炎孔
２０ 着火手段
２２ フレームロッド
２４ 突出部

Claims (7)

1. 外部から供給された予混合ガスを内部の燃焼空間にて燃焼させ、燃焼により生じた排気ガスを外部に排出する燃焼器の火炎検出方法であって、
   前記燃焼空間に突設させたフレームロッドと、前記燃焼空間の壁面から前記燃焼空間に突設させた突出部とを１組の電極として用い、火炎の有無を検出することを特徴とする火炎検出方法。
2. 前記突出部を複数突設させることを特徴とする請求項１に記載の火炎検出方法。
3. 前記突出部の火炎接触面積を、前記フレームロッドの火炎接触面積の４倍以上に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の火炎検出方法。
4. 前記フレームロッドは、着火機能を兼ね備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の火炎検出方法。
5. 前記燃焼器は、
   前記予混合ガスが供給される予混合室と、前記燃焼空間を有する燃焼室とを有しており、前記予混合室と前記燃焼室とは接して配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の火炎検出方法。
6. 外部から供給された予混合ガスを内部の燃焼空間にて燃焼させ、燃焼により生じた排気ガスを外部に排出する燃焼器であって、
   前記燃焼空間に突設されたフレームロッドと、
   前記燃焼空間の壁面から前記燃焼空間に突設された突出部と、
   を有することを特徴とする燃焼器。
7. 前記予混合ガスが供給される予混合室と、前記燃焼空間を有する燃焼室とを有しており、前記予混合室と前記燃焼室とは接して配置されていることを特徴とする請求項６に記載の燃焼器。

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