JP2558909B2

JP2558909B2 - 燃焼検出装置

Info

Publication number: JP2558909B2
Application number: JP2038627A
Authority: JP
Inventors: 龍夫藤田; 充慶中本; 明也岡本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1996-11-27
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JPH03244919A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は業務用、または家庭用として使用されるバー
ナの燃焼検出装置に関するものである。

従来の技術従来、燃焼熱を熱源として利用する工業用、および家
庭用バーナの燃焼検出装置として第９図に示すものがあ
った。第９図において、燃焼時には、炎孔１に火炎２が
付着するようにして形成され、この火炎２に対し、フレ
ームロッド３を設置して、フレームロッド３をプラス
側、バーナ本体４をマイナス側とするような検出回路を
形成し、フレームロッド３とバーナ本体４の間に存在す
るイオン電流を検出することにより、燃焼状態を把握す
るようになっていた。初歩的なものは検出されるイオン
電流値によって、火炎２が存在するかどうかを判断する
だけであったが、最近では、燃焼量に対して、イオン電
流のしきい値を設定し、イオン電流が、しきい値以上で
あれば、正常燃焼と判断して燃焼を継続し、しきい値未
満であれば、異常燃焼と判断して燃焼を停止するように
なっている。第10図は空気比に対するイオン電流の変化
を示したものである。イオン電流は燃焼量によっても変
化するため、第10図では、燃焼量は一定にしている。第
10図から、イオン電流は空気比が１近傍で最大値をと
り、空気比に対して、ほぼ放物線状に化することが分か
る。ただし、空気比が１以下の場合よりも、１以上の場
合の方がイオン電流の減少傾向が著しくなっている。

発明が解決しようとする課題ところが、第９図に示すような従来の燃焼検出装置で
は、空気比が大きくなり、火炎基部が炎孔から離れる
（リフト）と、フレームロッドとバーナ本体の間で検出
されるイオン電流が急激に低下し、容易に、しきい値を
下回るため、空気比が１以上の領域で、燃焼範囲を拡大
しにくいという課題があった。しかも、火炎がリフトし
始める時には、まだ、窒素酸化物（NO_x）の排出量は多
く、低NOx化を図るためには、さらに、空気比を増加さ
せる必要がある。しかしながら、火炎のリフト以後、イ
オン電流は低下しており、空気比を増加させてもイオン
電流の変化量が少ないため、的確に、空気比を検出でき
なくなる。故に、従来の燃焼検出装置では、低NO_x化を
達成するのは困難であった。また、燃焼量を低下させる
と、イオン電流が低下し、変化量も少なくなってしまう
ために、燃焼量を検出できなくなることもあり、燃焼量
の調節範囲（TDR）を拡大する上で問題となっていた。
本発明は高空気比側での燃焼範囲の拡大、低NO_x化、高T
DR化に対応できる燃焼検出装置を提供するものである。

課題を解決するための手段本発明は上記課題を解決するために、次のような手段
を施している。

（１）火炎中のイオン電流を検出するフレームロッドを
同一の火炎近傍に、バーナ本体から絶縁した状態で、二
つ設置し、両者のフレームロッド間のイオン電流を検出
するように、一方のフレームロッドをプラス側、他方の
フレームロッドをマイナス側とするような検出回路を構
成し、プラス側フレームロッドを火炎中に、マイナス側
フレームロッドを火炎とバーナ本体の間に位置させた燃
焼検出装置とする。

（２）炎孔を有する二つの燃焼室壁を一定距離で対向さ
せ、前記炎孔も同軸上で対向させるようにし、フレーム
ロッドを前記二つの燃焼室壁間に形成される対向流火炎
の近傍に、前記燃焼室壁から絶縁した状態で、二つ設置
し、両者のフレームロッド間のイオン電流を検出するよ
うに、一方のフレームロッドをプラス側、他方のフレー
ムロッドをマイナス側とするような検出回路を構成した
燃焼検出装置とする。

（３）上記（２）の燃焼検出装置をもとに、対向する二
つの燃焼室壁間に電場を発生させるように、二つの燃焼
室壁に電圧を付加した構成とする。

作用上記（１）の構成により、空気比が大きくなり、火炎
がリフトし始めても、フレームロッドを同一の火炎近傍
に、バーナ本体から絶縁した状態で、二つ設置し、両者
のフレームロッド間のイオン電流を検出するようにして
いるため、従来のようにイオン電流が急激に低下して、
しきい値を容易に下回るようなことがない。そのため、
空気比が１以上の領域で、燃焼範囲を拡大することも可
能となる。さらに火炎形状や火炎付着点近傍の変化にも
的確に対応できるため、広い燃焼範囲に対して、高精度
の燃焼検出を実現することができる。

また、上記（２）の構成により、二つの燃焼室壁間に
対向流火炎が形成され、火炎衝突部で流速が小さくな
り、火炎の安定性向上を図れるため、燃焼量や空気比が
大きくなっても、火炎は吹き飛びにくくなる。このた
め、上記（１）の構成で吹き飛びに至る空気比でも、上
記（２）の構成では、安定燃焼を継続でき、リフト後
も、さらに空気比を増加させて燃焼させることができ
る。従って、まず、バーナとしては、低NO_x化を図れる
領域で燃焼させることができるわけである。次に、燃焼
検出装置としては、フレームロッドを対向流火炎の近傍
に、燃焼室壁から絶縁した状態で、二つ設置し、両者の
フレームロッド間のイオン電流を検出するようにしてい
るため、リフト以後も、イオン電流は規則的に変化（低
下）していくようになる。故に、低NO_x化を図れる領域
においても、イオン電流の変化により、空気比を検出す
ることが可能となる。

さらに、上記（３）の構成により、対向する二つの燃
焼室壁間に発生する電場によって、火炎中の陽イオンが
電界の影響を受ける。この際、フレームロッドを対向流
火炎の近傍に、燃焼室壁から絶縁した状態で、二つ設置
しているため、電界の発生により、両者のフレームロッ
ド間で獲得できるイオン電流値が増加するようになる。
その結果、空気比に対するイオン電流の変化量が増加し
て空気比の検出精度が向上するだけでなく、従来のよう
に燃焼量の低下により、イオン電流が低下して変化量も
少なくなってしまい、燃焼量を検出できなくなるような
場合でも、イオン電流値の増加、及びイオン電流の変化
量の増加によって、低燃焼量の検出も可能となる。従っ
て、燃焼検出装置として、高TDR化に対応できるものと
なる。

実施例以下、図面を用いて具体的説明を行なう。第１図は本
発明の第１実施例を示す燃焼検出装置の構成図である。
第１図において、燃焼検出装置はバーナ本体５、炎孔
６、火炎７、火炎７近傍に設置したプラス側のフレーム
ロッド８とマイナス側のフレームロッド９、電源10を含
む検出回路11で構成されている。プラス側のフレームロ
ッド８とマイナス側のフレームロッド９については、両
者が接触することなく、同一の火炎７近傍に、バーナ本
体５から絶縁した状態で設置している。

続いて、作動についての説明を行なう。燃焼時には、
火炎７近傍に設置したプラス側のフレームロッド８とマ
イナス側のフレームロッド９の間に存在するイオン電流
を検出することにより、燃焼状態を把握するようになっ
ている。具体的には、此処の燃焼量に対して、イオン電
流のしきい値を設定し、検出したイオン電流が、しきい
値以上であれば、正常燃焼と判断して燃焼を継続し、し
きい値未満であれば、異常燃焼と判断して燃焼を停止す
るようにしている。第２図は本実施例における空気比に
対するイオン電流の変化を示したものであり、比較のた
めに、従来例を併記している。一般に、燃焼量が一定の
場合、イオン電流は空気比が１近傍で最大値をとり、空
気比に対して、ほぼ放物線状に変化するが、本実施例で
は、空気比が大きくなり、火炎７がリフトし始めても、
プラス側のフレームロッド８とマイナス側のフレームロ
ッド９を同一の火炎７近傍に、バーナ本体５から絶縁し
た状態で設置し、両者のフレームロッド間のイオン電流
を検出するようにしているため、従来例のようにイオン
電流が急激に低下して、しきい値を容易に下回るような
ことがない。そのため、空気比が１以上の領域で、燃焼
範囲を拡大することが可能となる。

また、プラス側フレームロッド８を火炎７先端部近傍
に、マイナス側フレームロッド９を火炎７基部近傍に設
置することにより、空気比に対するイオン電流の変化量
を増加させ、空気比の検出精度を向上させることができ
る。空気比の変化に伴い、火炎７形状が変化するため、
火炎７の先端部や基部の位置も多少、変化するが、火炎
７近傍（火炎７内も含む）に設置すれば、ほぼ目的とす
るイオン電流を得ることができる。

次に、本発明の第２実施例の構成図（正面図）を第３
図（ａ）に、平面図を第３図（ｂ）に示す。第３図
（ａ）、（ｂ）において、燃焼検出装置は燃焼室壁12、
炎孔13、対向流火炎14、対向流火炎14近傍に設置したプ
ラス側のフレームロッド８とマイナス側のフレームロッ
ド９、電源10を含む検出回路11で構成されている。炎孔
13は燃料室壁12に設けられており、二つの燃焼室壁12を
一定距離で対向させている。炎孔13も同軸上で対向させ
るようにしており、二つの燃焼室壁12間に対向流火炎14
を形成する。プラス側のフレームロッド８とマイナス側
のフレームロッド９については、両者が接触することな
く、対向流火炎14の近傍に、燃焼室壁12から絶縁した状
態で設置している。

続いて、作動についての説明を行なう。第１実施例に
おいて、既に説明しているので、重複する部分は省略す
る。本実施例の構成により、二つの燃焼室壁12間に対向
流火炎14が形成され、火炎衝突部で流速が小さくなり、
火炎の安定性向上を図れるため、燃焼量や空気比が大き
くなっても、火炎は吹き飛びにくくなる。このため、第
１実施例の構成で吹き飛びに至る空気比でも、本実施例
の構成では、安定燃焼を継続でき、リフト後も、さら
に、空気比を増加させて燃焼させることができる。従っ
て、まず、バーナとしては、低NOx化を図れる領域で燃
焼させることができるわけである。また、第４図に本実
施例における空気比に対するイオン電流の変化を示す。
第４図では、比較のために、従来例、及び第１実施例を
併記している。燃焼検出装置としては、プラス側のフレ
ームロッド８とマイナス側のフレームロッド９を両者が
接触することなく、対向流火炎14の近傍に、燃焼室壁12
から絶縁した状態で設置し、両者のフレームロッド間の
イオン電流を検出するようにしているため、リフト以後
も、イオン電流は規制的に変化（低下）していくように
なる。故に、低NO_x化を図れる領域においても、イオン
電流の変化により、空気比を検出することが可能とな
る。

また、プラス側フレームロッド８を対向流火炎14の衝
突位置近傍に、マイナス側フレームロッド９を対向流火
炎14基部近傍に設置することにより、空気比に対するイ
オン電流の変化量を増加させ、空気比の検出精度を向上
させることができる。特に、プラス側フレームロッド８
を対向流火炎14の衝突位置近傍に設置することにより、
二つの火炎からイオン電流を獲得できるため、イオン電
流値も増加される。さらに、この位置にプラス側フレー
ムロッド８を設置することによって、保炎作用を高め、
安定燃焼範囲を拡大させることも可能となる。対向流火
炎14の場合、空気比による火炎基部位置の変化が大きい
ため、マイナス側フレームロッド９を炎孔13から、むし
ろ、離れた位置に設置する方が良い。

さらに、本発明の第３実施例の構成図を第５図に示
す。第５図において、プラス側フレームロッド８、マイ
ナス側フレームロッド９を複数の対向流火炎14に対し
て、設置している。この際、各対向流火炎14に対して、
プラス側フレームロッド８、マイナス側フレームロッド
９をほぼ、同じ位置になるように設置する。

この構成により、プラス側フレームロッド８、マイナ
ス側フレームロッド９が、各々、複数の対向流火炎14か
ら、イオン電流を獲得できるため、イオン電流値を増加
でき、空気比に対するイオン電流の変化量を増加させ、
空気比の検出精度を向上させることができる。また、イ
オン電流が低下しやすい低燃焼量における燃焼量の検出
にも効果がある。

また、本発明の第４実施例の構成図を第６図に示す。
第６図において、対向する二つの燃焼室壁12間に電場を
発生させるように、高圧電源15を用いて、二つの燃焼室
壁12に電圧を付加している。

この構成により、対向する二つの燃焼室壁12間に発生
する電場によって、火炎中の陽イオンが電界の影響を受
ける。この際、プラス側のフレームロッド８とマイナス
側のフレームロッド９を両者が接触することなく、対向
流火炎14の近傍に、燃焼室壁12から絶縁した状態で設置
し、両者のフレームロッド間のイオン電流を検出するよ
うにしているため、電界の発生により、両者のフレーム
ロッド間で獲得できるイオン電流値が増加するようにな
る。第７図に本実施例における空気比に対するイオン電
流の変化を示す。第７図では、比較のために、従来例、
第１実施例、及び第２実施例を併記している。本実施例
では、空気比に対するイオン電流の変化量が増加して空
気比の検出精度が向上するだけでなく、従来のように燃
焼量の低下により、イオン電流が低下して変化量も少な
くなってしまい、燃焼量を検出できなくなるような場合
でも、イオン電流値の増加、及びイオン電流の変化量の
増加によって、低燃焼量の検出も可能となる。従って、
燃焼検出装置として、高TDR化に対応できるものとな
る。

さらに、発生させる電場を交流電場とすることによ
り、対向流火炎14の火炎形状を大きく変化させることが
できる。電場を火炎に付加することにより、イオン風を
発生させ、火炎形状を変化させられるが、特に、対向流
火炎14に対して、交流電場を付加することによって、リ
フトした対向流火炎14をほぼ、対称に炎孔13に付着させ
ることができる。そのため、空気比の大きい場合に炎孔
13近傍から流出していた一酸化炭素（CO）や未燃成分
（特に、HC）を抑制できる。この効果は燃焼量の小さい
場合に一層、顕著になる。この際、プラス側のフレーム
ロッド８とマイナス側のフレームロッド９を両者が接触
することなく、対向流火炎14の近傍に、燃焼室壁12から
絶縁した状態で設置しているため、イオン電流の検出回
路に影響を与えることなく、高圧の交流電場を付加させ
ることが可能となっている。

また、本発明の第５実施例の構成図を第８図に示す。
第８図において、炎孔13を燃焼室壁12から火炎側に突出
させている。

この構成により、対向する二つの燃焼室壁12間（特
に、炎孔13近傍）に発生する局所的な電界強度を増加さ
せることができるため、両者のフレームロッド間で獲得
できるイオン電流値を一層、増加させることが可能とな
る。さらに、リフトした対向流火炎の付着効果も促進さ
れ、安定燃焼できる空気比の領域も拡大できる。このよ
うに燃焼検出装置として、低NO_X化、高TDR化に対応する
ことができるようになっている。

発明の効果以上、説明したように、本発明の燃焼検出装置によれ
ば次のような効果を得ることができる。まず、フレーム
ロッドを同一の火炎近傍に、バーナ本体から絶縁した状
態で、二つ設置し、両者のフレームロッド間のイオン電
流を検出することにより、イオン電流の急激な低下を防
ぎ、空気比が１以上の領域で、燃焼範囲を拡大すること
が可能となる。次に、二つの燃焼室壁間に対向流火炎を
形成し、フレームロッドを対向流火炎の近傍に、燃焼室
壁から絶縁した状態で、二つ設置し、両者のフレームロ
ッド間のイオン電流を検出することにより、リフト以後
の低NO_X化を図れる領域においても、イオン電流の変化
により、空気比を検出することができる。さらに、対向
する二つの燃焼室壁間に電場を付加することにより、イ
オン電流値、及びイオン電流の変化量を増加させ、空気
比の検出精度を向上できるだけでなく、従来、検出が困
難とされていた低燃焼量の検出も可能となる。従って、
燃焼検出装置として、高空気比側での燃焼範囲の拡大、
低NO_X化、高TDR化に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す燃焼検出装置の構成
図、第２図は第１実施例における空気比に対するイオン
電流の変化図、第３図は本発明の第２実施例の構成図、
第４図は本発明の第２実施例における空気比に対するイ
オン電流の変化図、第５図は本発明の第３実施例の構成
図、第６図は本発明の第４実施例の構成図、第７図は第
４実施例における空気比に対するイオン電流の変化図、
第８図は本発明の第５実施例の構成図、第９図は従来例
の燃焼検出装置の構成図、第10図は従来例における空気
比に対するイオン電流の変化図である。５……バーナ本体、７……火炎、８……プラス側フレー
ムロッド、９……マイナス側フレームロッド、10……電
源、11……検出回路、12……燃焼室壁、13……炎孔、14
……対向流火炎、15……高圧電源。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】火炎のイオン電流を検出するフレームロッ
ドをバーナ本体から絶縁した状態で、二つ設置し、両者
のフレームロッド間のイオン電流を検出するように、一
方のフレームロッドをプラス側、他方のフレームロッド
をマイナス側とするような検出回路を構成し、プラス側
フレームロッドを火炎中に、マイナス側フレームロッド
を火炎とバーナ本体の間に位置させたことを特徴とする
燃焼検出装置。
【請求項２】炎孔を有する二つの燃焼室壁を一定距離で
対向させ、前記炎孔も同軸上で対向させるようにし、フ
レームロッドを前記二つの燃焼室壁間に形成される対向
流火炎の近傍に、前記燃焼室壁から絶縁した状態で、二
つ設置し、両者のフレームロッド間のイオン電流を検出
するように、一方のフレームロッドをプラス側、他方の
フレームロッドをマイナス側とするような検出回路を構
成したことを特徴とする燃焼検出装置。
【請求項３】プラス側フレームロッドを対向流火炎の衝
突位置近傍に、マイナス側フレームロッドを対向流火炎
基部近傍に設置したことを特徴とする請求項２記載の燃
焼検出装置。
【請求項４】複数の火炎に対して、二つのフレームロッ
ドを設置したことを特徴とする請求項１または２記載の
燃焼検出装置。
【請求項５】対向する二つの燃焼室壁間に電場を発生さ
せるように、二つの燃焼室壁に電圧を付加したことを特
徴とする請求項２または３記載の燃焼検出装置。
【請求項６】発生させる電場を交流電場としたことを特
徴とする請求項５記載の燃焼検出装置。
【請求項７】炎孔を燃焼室壁から火炎側に突出させたこ
とを特徴とする請求項５または６記載の燃焼検出装置。