JP2586149B2 - 燃焼器の安全装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は室内空気の酸素濃度を直接検出して低酸素
状態による燃焼異常を防止する安全装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来燃焼器を使用する室内の密閉度が高くなると燃焼
によって酸素が欠乏し、燃焼器が不完全燃焼を起すトラ
ブルを発生する。この為従来では燃焼器の特性を利用し
て炎電流の変動から間接的に酸素の状態を知って異常信
号を出したり、ジルコニュウム系の酸素濃淡電池を利用
し、酸素が含まれている室内空気と酸素が消費されて無
酸素状態に近い燃焼ガスとの間の、酸素分圧の差を知る
方式で室内の酸素の状態を知ることが行なわれている。
また、直接空気中の酸素濃度を数値で検出できる酸素セ
ンサーを使う提案があり、この場合現在の室内空気の酸
素濃度を７セグメントLEDなどで表示することができ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで一般的な燃焼器に使われる酸素センサーは燃
焼を利用して酸素を検出するものであるから、燃料の素
成が安定した気体燃料をあらかじめ適量の空気と混合し
て燃焼させるブンゼン方式のバーナでは、燃焼炎も安定
して室内の酸素濃度に見合った炎電流の変化が得られ、
また理論空気量に見合った空気を供給して燃焼ガス中の
残留酸素をほとんどなくすることができるから、良好に
室内空気の酸素の状態を知ることができる。

しかしブンゼン方式以外の気体燃料のバーナや、液体
燃料のバーナでは、燃焼に必要とする空気量よりも多量
の空気を供給するものであるから、燃焼ガス中に多量の
酸素が存在しており、室内空気の細かな状態変化が燃焼
炎にほとんど影響せず、炎電流の変化を室内の酸素濃度
と対応させることができなかった。また酸素濃淡電池は
高温雰囲気中に於て電極の一側に酸素がほとんど含まれ
ない燃焼ガスを配し、他側に酸素が含まれる室内空気を
配し、両気体の酸素分圧の差によって起電力を発生する
ものであり、この起電力の大きさで室内空気の酸素の状
態を検出しているが、燃焼ガス中に酸素が残っておれば
起電力は弱まり、室内空気の酸素の状態を知ることがで
きない。

従って現在実用化されている酸素センサーを用いるバ
ーナの安全装置は、気化燃料のブンゼンバーナ用がほと
んどで、液体燃料をガス化してブンゼンバーナで燃焼す
るものでさえ、ガス化した燃料の素成が不安定な為に信
頼性が劣るものである。この為、燃焼状態に関係なく、
直接空気中の酸素濃度が測定できる酸素センサーが期待
されるが、21％〜18％の酸素分圧を精度良く検出できる
ものは極めて高価格で利用できず、価格の安いものは測
定数値が不安定で信頼性に欠けるものであった。

〔課題を解決する為の手段〕

この発明は燃焼と関係づけた酸素センサーではなく、
例えばガルバニ電池のように気体に含まれる酸素によっ
て起電力を発生する酸素センサーを用いる燃焼器の安全
装置に係るものであって、燃焼器１が設置された室内の
空気中の酸素濃度に応じて出力電圧を変化させる酸素セ
ンサー２と、酸素センサー２の出力電圧を随時繰返し読
み込む検出回路３と、該検出回路３の出力を記憶する記
憶部４と、以前に記憶した検出回路３の出力と再度読み
込んだ検出回路３の出力とを比較して以前に記憶した出
力より大なる出力の時記憶部４を更新する第１の比較回
路５と、以前に記憶した検出回路３の出力と再度読み込
んだ出力とを比較して再度読み込んだ出力が基準値をマ
イナスした記憶部４の出力よりも低い時に異常信号を出
力する第２の比較回路６とを設け、第２の比較回路６の
異常信号で警報器７の作動もしくは消火を含む燃焼器の
燃焼量の低下を行うものである。

また記憶部４に記憶した出力は消火操作後ただちにク
リヤされるのではなく、ポストパージタイマ８と記憶ク
リヤ回路９とを設け、燃焼器１の消火操作から一定時
間、例えば１時間以上経過後に記憶クリヤ回路９によっ
て、記憶部４を特定値で書換クリヤする構成となってお
り、ポストパージタイマ８作動中の燃焼開始は、以前に
記憶した記憶部４の出力をそのまま利用している。

またあらかじめ設定した酸素センサー２の使用限界値
と、検出回路３の出力とを比較する第３の比較回路10を
設けており、使用開始時の酸素センサー２の出力電圧が
使用限界値以下の時、燃焼器１の自動消火装置11を作動
して燃焼器１を消火する構成となっている。

更に第２の比較回路６で比較する基準値の設定回路12
には、燃焼器１が設置された室内の温度を検出する室温
センサー13を設け、第２の比較回路６で比較する基準値
を室温センサー13の出力で可変している。また酸素セン
サー２は室内の空気中の酸素濃度を検出するものである
が、この発明では燃焼器１の近傍に取付け、燃焼器１が
定常燃焼開始後酸素センサー２の作動を開始するように
している。

〔作用の説明〕

気体中の酸素の含有率を検出する酸素センサーは、０
〜100％の巾広い範囲を測定するものであるから、空気
中の酸素の様に正常21％異常18％のせまい範囲の測定に
適しておらず、誤差が多く燃焼器の制御の為には非常に
使いにくいものである。

この発明では酸素センサーの起電力の値をそのまま酸
素濃度に対応させず、燃焼器使用時変化する起電力の状
態から酸素の異常を検出するもので、酸素センサー２の
出力電圧を読み込む検出回路３と、読み込んだ検出回路
３の出力を記憶しておく記憶部４を設け、第１の比較回
路５は記憶部４に燃焼器１使用中の最も良い酸素データ
を記憶するようにしている。また、第２の比較回路６は
記憶部４の出力と検出回路３の出力とを比較して、記憶
部４の出力から基準値をマイナスした出力よりも検出回
路３の酸素データが悪化した時異常信号を出して警報器
を作動させたり燃焼器の消火を行うものである。この為
酸素センサー２の起電力が変動しても、燃焼開始時の室
内空気の酸素（最も高い起電力を出した時の酸素）を21
％とみなすことによって、確実に空気の汚れを検出でき
るようになった。

また記憶部４の酸素データは消火後もポストパージタ
イマ８によって一定時間保持できるようにしたから、消
火後室内空気が少しずつ入れ換り、外気の酸素濃度に近
づく前に再び燃焼を開始させた時は、以前の記憶部４の
酸素データをそのまま利用することによって、低下した
酸素濃度の空気を正常空気とみなし、警報を発するレベ
ルが狂うトラブルが防止できた。

更に燃焼開始直後の酸素センサー２の起電力を常に正
常な空気中の酸素濃度とみなす検出方法は、酸素センサ
ー２の劣化や周囲温度の低過ぎなどで充分な起電力が得
られない時にも通常通り作動するから、警報を発するレ
ベルが大巾に狂ってしまう恐れがある。この発明では燃
焼器の安全装置起動時に酸素センサー２の起電力を第３
の比較回路10によってチェツクしており、あらかじめ設
定した酸素センサー２の使用限界値から出力が外れてお
り、設定した酸素濃度で警報を出せない時には、燃焼器
１を強制的に消火させて使用不可としたから安全性が高
まった。

また酸素センサー２の起電力は低温度になる程少くな
る温度依存性が認められ、実験によると高温度に於る酸
素欠乏時の電圧の落込みよりも低温時に於る落込みの方
が少い。また逆に換気の為に窓をあけた時には酸素セン
サー２は急冷して起電力が低下して正常空気にもかかわ
らず酸素センサー２の起電力が小さくなり、出力差が大
となって異常信号を出すことがある。この発明は第２の
比較回路６の基準値を室温センサー13の信号で、大小変
更するものであり、温度変化時に於ても安定した作動が
得られるようになった。

更に上記したように温度センサー２の起電力は低温時
近くなり過ぎ、燃焼開始時の酸素センサー２の低い出力
を記憶部４に書込むと異常レベルはもっと低くなってし
まう。この発明は室内空気中の酸素を検出する酸素セン
サー２であっても燃焼器１の近傍に取付け、点火操作を
行って燃焼器１の燃焼状態が定常状態となってから酸素
センサー２の作動を開始させたから、室温が非常に低い
時でも燃焼状態が定常状態となった時には燃焼器１付近
の温度は上昇を開始しており、酸素センサー２の周囲の
温度は異常に低い温度ではないので起電力も確実に得る
ことができ、安定した作動を可能とするものである。

〔実施例の説明〕

実施例は芯上下式石油燃焼器に用いる燃焼器の安全装
置であって、主要部は低電圧駆動のマイクロコンピュー
タを用いている。

図に於て、１は燃焼器、14は芯上下装置15による芯上
げ操作後操作される点火装置であり、芯上下装置15によ
って芯上げが行なわれると安全装置の電源が投入され
る。そして電源投入と同時にバッテリチェックが行なわ
れ、電源異常は自動消火操作を行い、正常であれば点火
装置14によって芯の着火が行なわれ、燃焼が開始する。
16は点火後燃焼器の燃焼が定常燃焼に達するまでの時間
をカウントするプリパージタイマであり、実施例の芯上
下式石油燃焼器では20分に設定してある。またこのプリ
パージタイマ16の作動は定常燃焼を確認できる温度セン
サーやフレームセンサで置換してもよい。

２は室内の空気中の酸素濃度を検出する酸素センサ
ー、３は酸素センサー２の起電力を増巾し、コンピュー
タが読み込みやすい様にディジタル数値化する検出回
路、17はデータの比較・判定・各部と信号の入出力を行
う主制御回路である。プリパージタイマ16がカウントア
ップして主制御回路17が作動を開始すると、まず検出回
路３から酸素センサーの出力電圧を読み込み、あらかじ
め設定した酸素センサー２の使用限界値と比較する第３
の比較回路10によって酸素センサー２の出力電圧が使用
限界値以下の時、酸素センサー２不良と判定して自動消
火操作を行う。

18は検出回路３の為のスキャンタイマであり、酸素セ
ンサー２の出力電圧を検出回路３を介して随時繰返し読
み込む為の間隔を定める。４は始め初期値が書込まれて
いる酸素センサー２の出力電圧の記憶部、12は室内空気
中の酸素欠乏状態を判定する為の基準値設定回路、13は
基準値設定回路12の基準値に温度依存性を持たせる為の
室温センサーであり、基準値は酸素センサー２の特性に
合せて低温度の時は値が小さくなり、また室温の低下が
急に発生した時（冷風が燃焼器に吹付けた時）は一時的
に値を大きくするなどの基準値の変化を行う。前記スキ
ャンタイマ18が実施例では10秒でカウントアップする
と、再び検出回路３から酸素センサーの出力電圧を読み
込み、次に記憶部４から以前に記憶した検出回路３の出
力電圧を読み込み、第１の比較回路５によって両データ
を比較する。そして読み込んだ酸素センサー２のデータ
が記憶部４より高濃度の酸素データを示す時は、記憶部
４のデータを更新してスキャンタイマ18へ戻る。

また読み込んだ酸素センサー２のデータが記憶部４よ
り低濃度の酸素データを示す時は、基準値設定回路12か
ら基準値データを読み込み、記憶部４から読み込んでい
る酸素データから基準値をマイナスした酸素データと、
検出回路３で読み込んでいる現在の酸素データとを第２
の比較回路６によって比較するものであり、現在の酸素
データが大の時は正常と判定してスキャンタイマ18へ戻
る。また異常時は警報器７を作動して自動消火装置11を
作動する。この時芯上下式石油燃焼器の様に発熱量が小
さく、異常燃焼を発生するまでにまだ時間的余裕がある
バーナでは燃焼量を減少することで対応してもよい。

燃焼器１が燃焼中に手動で芯上下装置15によって、ま
た自動消火装置11によって芯下げをすると、燃焼器１は
消火して安全装置の電源が遮断される。８は芯上下装置
15による消火、または安全装置の消火操作で自動消火装
置11が作動した時カウントを開始するポストパージタイ
マ、９はポストパージタイマ８のカウントアップ時作動
する記憶部４のデータを初期値に戻す記憶クリヤ回路で
あり、実施例のポストパージタイマ８では消火操作後１
時間記憶部４のデータを保持した後、記憶部４のデータ
を初期値に戻している。従ってポストパージタイマ８が
カウント中に再び芯上下装置15を操作して燃焼を開始し
た時はカウントが中断し、記憶部４のデータは前回燃焼
時のものがそのまま使われるようになっている。

〔効果の説明〕

以上の様に室内の空気中の酸素濃度を直接検出するタ
イプの酸素センサーは測定条件によってデータがばらつ
き、燃焼器の酸素センサーとして重要な21％〜18％付近
のみの測定値をそのまま燃焼器の制御データとして利用
することはほとんど不可能であった。この発明はこの様
な酸素センサーでも、燃焼器の使用によって変化するデ
ータの様子を調べると、変化率が酸素濃度の変化に追従
することを確認して、始めて直接空気中の酸素濃度を測
定する酸素センサーを用いる燃焼器の安全装置を完成さ
せたものであり、ブンゼンバーナ以外の燃焼器で酸素セ
ンサー制御が可能となった実用的な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
動作のフローチャート、第３図は燃焼装置の断面図であ
る。 １……燃焼器、２……酸素センサー、３……検出回路、
４……記憶部、５……第１比較回路、６……第２比較回
路、７……警報器、８……ポストパージタイマ、９……
記憶クリヤ回路、10……第３比較回路、11……自動消火
装置、12……基準値設定回路、13……室温センサー

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼器１が設置された室内の空気中の酸素
   濃度に応じて出力電圧を変化させる酸素センサー２と、
   酸素センサー２の出力電圧を随時繰返し読み込む検出回
   路３と、該検出回路３の出力を記憶する記憶部４と、以
   前に記憶した検出回路３の出力と再度読み込んだ検出回
   路３の出力とを比較して以前に記憶した出力より大なる
   出力の時記憶部４を更新する第１の比較回路５と、以前
   に記憶した検出回路３の出力と再度読み込んだ出力とを
   比較して再度読み込んだ出力が基準値をマイナスした記
   憶部４の出力よりも低い時異常信号を出力する第２の比
   較回路６とを設け、第２の比較回路６の異常信号で警報
   器７の作動もしくは消火を含む燃焼器の燃焼量の低下を
   行うことを特徴とする燃焼器の安全装置。
2. 【請求項２】燃焼器１の消火操作時作動するポストパー
   ジタイマ８と、ポストパージタイマ８で作動する記憶部
   ４の記憶クリヤ回路９とを設け、消火操作一定時間後記
   憶部４を特定値でクリヤすると共に、ポストパージタイ
   マ８作動中の燃焼開始は以前に記憶した記憶部４の出力
   を利用する特許請求の範囲第１項記載の燃焼器の安全装
   置。
3. 【請求項３】あらかじめ設定した酸素センサー２の使用
   限界値と、検出回路３の出力とを比較する第３の比較回
   路10を設け、使用開始時の酸素センサー２の出力電圧が
   使用限界値以下の時、燃焼器１の自動消火装置11を作動
   する特許請求の範囲第１項記載の燃焼器の安全装置。
4. 【請求項４】第２の比較回路６で比較する基準値の設定
   回路12には、燃焼器１が設置された室内の温度を検出す
   る室温センサー13を設け、第２の比較回路の基準値を室
   温センサー13の出力で可変してなる特許請求の範囲第１
   項記載の燃焼器の安全装置。
5. 【請求項５】酸素センサー２は燃焼器１の近傍に取付
   け、燃焼器１が定常燃焼開始後酸素センサー２の作動を
   開始する特許請求の範囲第１項記載の燃焼器の安全装
   置。