JP2504657Y2 - 不完全燃焼検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の利用分野］ この考案は不完全燃焼の検出に関し、特に排ガス中の
濃度むらが不完全燃焼の検出の妨げとなることを防止す
ることに関する。

［従来技術］ 実開昭61−53,662号は、湯沸かし器に設置したガスセ
ンサへの排ガスを均一に混合するための、排ガス混合器
を開示している。この混合器では排気フードの中央部に
ガスセンサを設け、ガスセンサの上部をひさしで覆う。
ガスセンサの直下にはじゃま板を設け、ガスセンサの下
部の左右に対称に２つの排ガス導入穴を設ける。

このような混合器は大型であって設置コストがかさむ
し、サイズが大きいため排ガスの流れを乱し燃焼性能に
影響する可能性がある。そこでより小型で排ガスの流れ
への影響が小さく、かつ均一に排ガスを混合し得る混合
器が必要となる。

［考案の課題］ この考案の課題は、小型で設置コストが低くかつ排気
管内の排ガス流への影響が小さく、更に２つのバーナか
らの排ガスを均一に混合し得る排ガス混合器を開発し、
て不完全燃焼の検出精度を向上させることにある。

［考案の構成］ この考案の不完全燃焼検出装置は、強燃焼時と弱燃焼
時とに対応して２つのバーナを設け、強燃焼時には２つ
のバーナをいずれも使用し、弱燃焼時には一方のバーナ
のみを使用するようにした燃焼装置の不完全燃焼を検出
するための装置において、 ２つのバーナからの排ガスを集合して排気するための
排気管の管壁に、不完全燃焼検出用のガスセンサを装着
すると共に、ガスセンサの直下に設けた排ガスの下部じ
ゃま板と、ガスセンサに沿って排気管を直径方向に横断
するようにかつガスセンサの直上部に排ガスの排出穴を
残すようにガスセンサの上部に設けた上部じゃま板と、
上部じゃま板と下部じゃま板との間に設けた排ガスの逃
げ防止用の２枚の側壁とからなる排ガス混合器を設け、
この排ガス混合器により２つのバーナからの排ガスを混
合して、排ガス中の不完全燃焼成分をガスセンサにより
この排ガス混合器を前記排気管に取り付けて検出するよ
うにしたことを特徴とする。

この考案での、不完全燃焼の検出について説明する。
ガスセンサの直下にある側のバーナからの排ガスは下部
じゃま板に遮られ、直接にはガスセンサに接触しない。
このバーナからの排ガスは、上部じゃま板に導かれ、２
枚の側壁により左右への逃げを防止されながら、ガスセ
ンサに接触する。ガスセンサから離れた側のバーナから
の排ガスは、上部じゃま板に接触し、２枚の側壁により
逃げを防がれながら、ガスセンサに接触する。この結果
ガスセンサは、２つのバーナからの排ガスや空気流に均
一に接触する。このため、一方のバーナのみを使用して
いる時でも、２つのバーナを使用している時でも、ガス
センサは排ガス中の平均CO濃度に対応した出力を示す。

次にこの考案の排ガス混合器はガスセンサの幅よりも
やや大きい幅とすることができるため、小型で排気管の
一部を覆うに過ぎない。混合器の幅が小さいことは、排
気流への影響を小さくすることを意味し、燃焼機器の燃
焼特性への影響を小さくすることができる。またガスセ
ンサは排気管の管壁に取り付けることができ、取り付け
が簡単になる。

［実施例］ 湯沸かし器への応用を例に、実施例を示す。第１図に
おいて、2,4はバーナ、６、８は点火プラグ、10、12は
比例制御型の電磁流量弁、14は元弁、16は湯沸かし器の
制御回路、18,20は点火プラグ６、８の放電回路、22は
バーナ２、４に燃焼空気を供給するためのファンであ
る。なお制御回路16には給湯温度や給湯量等の入力コッ
クが設けられており、この信号に基づいて流量弁10、12
やファン22を比例制御するものとする。即ち弱燃焼時に
はバーナ２のみを使用し、燃焼負荷と共に送風量やバー
ナ２への燃料供給量を増し、バーナ２が最大負荷に達し
た時点で、バーナ２、４の双方を使用するように切り替
えるものとする。バーナ２、４の双方を用いる際にも、
同様に燃焼負荷に応じて送風量と燃料供給量とを制御す
るものとする。24は熱交換器、26は熱交換器24への水量
を制御するための比例制御弁で、制御回路16の信号によ
り給水量を制御するものとする。

28は排気管でバーナ２、４からの排気を一括して排気
し、その先端30は屋外へと導かれている。32は、排ガス
中の不完全燃焼成分、ここではCOを、検出するためのガ
スセンサ、34は排ガスの混合器、36は不完全燃焼の検出
回路で、その信号は制御回路16を介して、元弁14の制御
に用いられる。

第２図〜第５図に、混合器34を示す。38は、排気管28
への取り付けを容易にするためのリングでなくても良
い。混合器34は、リング38に固着してあり、40は上部の
じゃま板、42は下部のじゃま板、44、46は側壁、48はガ
スセンサ32の直上部に設けた排ガスの排出穴である。上
部のじゃま板40はガスセンサ32の上部を、ガスセンサに
沿って排気管28を直径方向に横断するように設けてあ
る。下部のじゃま板42はガスセンサ32の直下の位置を覆
うように設けてある。また側壁44、46は２枚のじゃま板
40、42の間の横方向の隙間をふさいでいる。なおガスセ
ンサ32は図示しないソケット等を介して、排気管28の壁
面に装着する。

混合器34の断面を第３図に、上部平面を第４図に、底
面を第５図に示す。上部のじゃま板40は、ガスセンサ２
の直上部に排ガス排出穴48を残すように設け、下部のじ
ゃま板42はガスセンサ２の直下に設ける。混合器34の断
面はガスセンサ32を収容し得るだけの大きさで十分であ
る。ガスセンサ32の直径は通常1cm程度であり、じゃま
板40や側壁44、46の幅は1cm強、例えば1.5cm程度とすれ
ば良い。仮に排気管28の直径を10cmとすると、混合器34
は排気管28の断面の20％程度を覆うことになる。逆にい
うと、排気管28を流れる排ガスの大部分は、混合器34の
影響を受けずに流れることになる。下部じゃま板42はガ
スセンサ32よりやや長くすれば良い。また上部の排ガス
排出穴48は、下部じゃま板42と同じ長さ、またはやや短
くする。

第６図、第７図に、比較例の混合器02、04を示す。第
６図の混合器02はコの字状とし、中央に穴を設けてガス
センサ32を装着した。この場合は、２つのバーナ２、４
からの排ガスが均一にガスセンサ32に接触せず、再現性
のある測定が難しかった。第７図の混合器04は、混合器
34から下部のじゃま板42を除いたものである。

第８図に、他の実施例での混合器74を示す。混合器74
は円筒状のパイプをカットしたもので、80は上部じゃま
板、82は下部じゃま板、84、86は側壁、88は排ガスの排
出穴である。

第９図に、不完全燃焼の検出回路を示す。32は前記の
ガスセンサで、90はガス検出用の金属酸化物半導体、こ
こではSnO₂、92は金属酸化物半導体90を加熱するための
ヒータ、94は適宜の電源、96はトランジスタスイッチ、
98は負荷抵抗、100は比較回路、102はホールド回路、10
4はタイマーで、ホールド回路102の出力Voutを制御回路
16へ入力する。

この回路は60秒周期で動作し、最初の20秒間はガスセ
ンサ32を400℃程度でヒートクリーニングし、次の40秒
間はヒータ92をオフする。そしてこの40秒間の経過直前
のガスセンサ出力を比較回路100で基準電位と比較し、
その結果をタイマー104の信号でホールド回路102に読み
込む。即ち不完全燃焼によりガスセンサ32の抵抗値が低
下すると、比較回路100を動作させて、不完全燃焼を検
出する。なおガスセンサ32の種類や付帯回路は任意であ
る。

第10図〜第12図に、不完全燃焼の検出結果を示す。第
10図は第１図〜第５図の実施例での結果を、第11図は混
合器を用いない際の結果を、第12図は第７図の混合器04
を用いた際の結果を表す。各図の実線はバーナ２、４の
双方を使用した際（両面燃焼時）の結果で、破線はバー
ナ２のみを使用した際（片面燃焼時）の結果である。ま
た縦軸は金属酸化物半導体90の抵抗値、横軸は排ガス全
体での平均CO濃度である。なおこれらのデータは最小燃
焼負荷でファン22の送風量を人為的に絞った際の結果で
あるが、排気管28を塞いだ際やバーナ２、４にオーバー
インプットを加えた際にも同様の結果が得られた。

混合器を用いない場合（第11図）、片面燃焼時のガス
センサ出力は平均CO濃度と対応しない。この場合の出力
はバーナ２からの排ガスのCO濃度のみを反映し、排ガス
全体（バーナ４の周囲を燃焼せずに流れる空気流を含ん
だもの）のCO濃度と無関係である。

奇妙なことに、第７図の混合器04を用いても、片面燃
焼時の特性は改善されない（第12図）。下部じゃま板42
を設けることにより、排ガスの濃度分布を解消できるの
である。

これに対して実施例では、片面燃焼時と両面燃焼時と
の誤差を許容範囲に抑えることができた（第10図）。

ここでは湯沸かし器に付いて実施例を説明したが、風
呂釜に用いる場合も同様である。また熱交換器24を排ガ
スと室内空気との熱交換器とすれば、屋外排気型の温風
機に適用することができる。

［考案の効果］ この考案では、以下の効果が得られる。

（１）両面燃焼時と片面燃焼時との検出誤差を抑制す
る。

（２）小さな混合器を用い、混合器のコストを抑制す
る。

（３）混合器を小型化し、燃焼特性への混合器の影響を
小さくする。

（４）ガスセンサを排気管の壁面に装着し、ガスセンサ
へのケーブルが高温高湿の排気に触れることを防止す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の配置図、第２図は実施例の混合器の斜
視図、第３図は混合器の断面図、第４図は混合器の平面
図、第５図は混合器の底面図である。 第６図、第７図は従来例の混合器の斜視図である。 第８図は、変形例の混合器の斜視図である。 第９図は実施例の回路図、第10図は実施例の特性図、第
11図、第12図は従来例の特性図である。 図において、32……ガスセンサ、34、74……混合器、4
0、80……上部じゃま板、42、82……下部じゃま板、4
4、46、84、86……側壁、44、88……排ガス排出穴。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】強燃焼時と弱燃焼時とに対応して２つのバ
   ーナを設け、強燃焼時には２つのバーナをいずれも使用
   し、弱燃焼時には一方のバーナのみを使用するようにし
   た燃焼装置の不完全燃焼を検出するための装置におい
   て、 ２つのバーナからの排ガスを集合して排気するための排
   気管の管壁に、不完全燃焼検出用のガスセンサを装着す
   ると共に、 ガスセンサの直下に設けた排ガスの下部じゃま板と、ガ
   スセンサに沿って排気管を直径方向に横断するようにか
   つガスセンサの直上部に排ガスの排出穴を残すようにガ
   スセンサの上部に設けた上部じゃま板と、上部じゃま板
   と下部じゃま板との間に設けた排ガスの逃げ防止用の２
   枚の側壁とからなる排ガス混合器を設け、 この排ガス混合器を前記排気管に取り付けて２つのバー
   ナからの排ガスを混合して、排ガス中の不完全燃焼成分
   をガスセンサにより検出するようにしたことを特徴とす
   る、不完全燃焼検出装置。