JP2629420B2 - 暖房器の安全装置 - 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
状態による異常燃焼を防止する安全装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 密閉した室内で暖房を目的として燃焼器を使用する
と、燃焼によって室内の酸素が欠乏し、不完全燃焼を起
こすトラブルが発生する。そして空気中の酸素状態を知
る為にバーナの特性を利用して、炎電流を測定したり、
酸素濃淡電池で燃焼ガス中の酸素分圧を測定して、間接
的に室内空気の酸素量を知ることが行われている。

しかし一般化した上記の方法は高電圧・大電流を必要
とする為に、芯上下式石油燃焼器のように自然通気燃焼
を行い、乾電池を電源とするものでは利用できないもの
であった。この為、出願人は電池駆動が可能で直接室内
空気の酸素量を測定できる酸素センサー素子を用いる提
案を行っている。（特願平１−224851号参照） ［発明が解決しようとする課題］ ところで、先願の電池駆動が可能な酸素検出は、燃焼
排気ガス中の酸素の有る無しを検出するものと違って、
酸素センサー素子によって気体中に存在する実際の酸素
量を測定するものであるから、測定範囲の幅は０％から
100％と広く、例えば空気中のように正常21％、異常18
％といった、たった３％のせまい範囲の測定には誤差が
多くなって不向きである。

この様な特性の酸素センサー素子で空気中の酸素状態
を検出する為に、出願人の先願は直接酸素センサー素子
の出力の測定値の大小で酸素の異常を特定せず、測定中
に得られた最も良い酸素データを記憶して、これを21％
の酸素データと見なし、記憶した酸素データと現在の測
定で得られた酸素データとの間で、正常・異常の判断を
行うものである。

即ち、記憶データより燃焼器の発熱量や指定する部屋
の広さから実験で定める基準値をマイナスした値が酸素
濃度が18％付近の酸素データと判断しており、現在の測
定で得られた酸素データがこの値よりも低くなれば異常
と判定するものである。また、酸素センサー素子は周囲
温度の影響で出力値が多少変化するので、基準時には室
温依存性を持たせ、基準値が使用限界温度の範囲内であ
っても、温度によって基準値を多少変化することで、空
気の汚れを確実に検出できるように提案するものであ
る。

この気体中に存在する酸素の割合を検出する酸素セン
サー素子の仕組みは、酸素センサーの素材と気体中の酸
素との反応の強さを、電圧とか電流とか内部インピーダ
ンスの変化として取出すものであり、この反応は周囲の
温度の影響を受けやすいものである。この為、一定の使
用限界温度の範囲が指定されており、燃焼器の使用開始
時と燃焼器の通常使用時との温度差が少ない程、精度の
良いデータが得られる。

しかし、暖房器は冷え切った部屋の暖房に使う器具で
あるから、使用中の温度差が極端に大きくなることが普
通に起こり、記憶する最も良い酸起データが本当に最良
の温度データなのか、周囲温度の上昇によって反応が促
進して得られた良好な数値なのか判定が非常に困難であ
る。この為に基準値に室温による温度依存性を持たせて
いるが、動作が保証されない使用限界温度の範囲外で
は、この程度の仕組では対応できないものである。

出願人の先願では、使用限界温度の上限は普通にクリ
ヤできるので、酸素センサー素子の使用限界低温度以下
の時には、燃焼器を消火させて使用できない様にしてい
るが、この状態が発生するのは前記したように部屋の温
度が低く暖房を必要としている時であり、暖房器の安全
装置としては重大な欠点である。

［課題を解決するための手段］ この発明は酸素センサー素子が使用限界低温度以下の
時にも使用できる特別な異常状態検出モードを提案する
ことによって、酸素センサー素子を使う暖房器が低温の
室内でも利用できるようにしたもので、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素子２と、酸素センサー素子２の出
力電圧を随時繰り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、以前に記憶した出力
より再度読み込んだ検出回路３の出力が大の時に記憶部
４を更新する第１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
み込んだ出力が室温依存性を持たせた基準値をマイナス
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比較回路６とを有する安全装置において、酸素セ
ンサー素子２の近傍に取付けた温度検出器７と、燃焼器
１が設置された室内の室温を測定する室温検知器９と、
酸素センサー素子２に定まった使用限界低温度と使用開
始時の温度検出器７の温度を比較する第３比較回路８と
を設け、該第３比較回路８の出力信号が温度検出器７の
使用限界低温度以下を示す時に、温度検出器７や室温検
知器９の温度データから正常酸素時における検出回路３
の予想出力変化をセットする比較値設定手段10を設け、
使用開始時の酸素センサー素子２の近傍の温度が酸素セ
ンサー素子２の使用限界低温度以下の時に、記憶部４の
出力に代わって比較値設定手段10の出力と再度読み込ん
だ検出回路３の出力と比較する第４比較回路6aを設け、
該第４比較回路6aは再度読み込んだ検出回路３の出力が
低い時に異常信号を発生するようにしたものである。

また、酸素センサー素子２及び温度検出器７の出力を
安定化する取付け構造として、燃焼器１を設置した枠体
1a内に低部が枠体1a外と連通し、かつ、上部が開放され
たダクト11を設け、該ダクト11内に酸素センサー素子２
と温度検出器７とを取付けたものである。

［作用］ 暖房器の使用開始後の酸素センサー素子２の出力値の
最も良い酸素データが空気の酸素濃度21％とみなし、検
出した最良の酸素データを記憶部４に書き込むと共に、
最良の記憶部４の酸素データと再度読み込んだ酸素デー
タとの比較を行い、あらかじめ設定した基準値より検出
回路３の酸素データが悪化した時が酸素濃度18％付近と
判断して、空気中の異常信号を発生している。

この種の構造では酸素センサー素子２の温度が使用限
界低温度以下となった時には、検出回路３から得られる
酸素データの信頼性が保証されない為に、暖房器を使用
不可にすることが行なわれたが、暖房したい時に暖房器
が使用できないという重大な問題点が発生する。

この発明は酸素センサー素子２が低温度の時でも、酸
素データは検出回路３から出力されるので、空気中の酸
素濃度が正常の時に各種の低温度について、酸素センサ
ー素子２の検出酸素データの変化状態を実験で知り、こ
の酸素データの変化状態を数式に置き換えたり、データ
ベースとして保存して、比較値設定手段10に貯えてい
る。

従って、使用限界低温度以下の時には記憶部４に代わ
って、特定の低温度における酸素センサー素子２の正常
酸素濃度時の酸素データを比較値設定手段10から出力
し、検出回路３の酸素データとを比較するもので、従来
使用不可であった使用限界低温度以下の時でも、確実に
酸素異常の信号を出すことができるようになったもので
ある。

［実施例］ 図に示す芯上下式石油燃焼器で構成する暖房器の安全
装置の実施例によってこの発明を説明すると、１は芯上
下式のバーナを内装する燃焼器、1aは燃焼器１の枠体、
13は図示せざる芯調節つまみによって操作する芯上下装
置、14はデータの比較・判定・各部と信号の入出力をマ
イクロコンピュータによって制御する主制御回路、12は
芯上下装置13によって芯上げ操作された後に手動操作さ
れる点火装置である。

芯上下装置13による芯上げ動作によって、芯が燃焼位
置まで上昇すると、装着した乾電池から安全装置に通電
され、安全装置はまず電圧チェックを行ない、電圧が低
過ぎるなどの異常時であれば燃焼器１の燃焼操作を中止
する。また、正常であれば主制御回路14に通電し、上昇
した芯に点火装置12によって着火して燃焼器１は燃焼を
開始する。15は点火後に燃焼器１が定常燃焼を開始して
安全装置が安定して動作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、実施例の芯上下石油燃焼器で
は20分に設定してある。

２は枠体1aに取付けて室内の空気中の酸素濃度を検出
する酸素センサー素子、３は適当なタイミングで酸素セ
ンサー素子２の出力電圧を読み込んで増幅し、コンピュ
ーターが読み込みやすいようにディジタル数値化した信
号を出力する検出回路であり、酸素センサー素子２は設
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
化させている。

一般に酸素濃度を直接測定する酸素センサー素子２は
測定範囲が０〜100％の幅広い範囲であるから、空気中
の酸素のように正常21％、異常18％のせまい範囲の測定
には適しない。従って酸素センサーの出力値をそのまま
酸素濃度に対応させると、実際は21％の酸素量でも誤差
によって異常の18％付近の測定値となったり、逆に空気
中に23％の酸素が存在する測定値となったりするもので
ある。酸素センサー素子２は特定ガスと酸素との混合ガ
スを一定温度条件の元で測定すれば高精度な測定が可能
となるが、燃焼器を使用する室内の酸素量の測定には一
般的に不向きであり、この検出データをそのまま利用す
ると誤作動の原因となる。

４は主制御回路14の通常時にリセット信号である初期
値が書き込まれ、その後、酸素センサー素子２の検出回
路３から出力した酸素データを記憶する記憶部、５は記
憶部４で記憶している酸素データ読み込み、現在読み込
んだ酸素センサー素子２の検出回路３の酸素データとを
比較する第１比較回路であり、読み込んだ酸素データが
記憶部４の酸素データよりも良い時に、記憶部４のデー
タを読み込んだ酸素データに更新する。

17は室内の空気中の酸素濃度が低下して異常燃焼を起
こす恐れのある時に作動する警報器、18は警報器17が作
動したまま燃焼を継続すると事故を発生させる恐れがあ
るので燃焼器１を消火する自動消火装置、６は記憶部４
に記憶した酸素データと現在読み込んだ検出回路３の酸
素データとを比較する第２比較回路、16は第２比較回路
６で比較する為の基準値を設定する基準値設定回路であ
る。

第１比較回路５によって高濃度の酸素データが更新記
憶されている記憶部４の酸素データは、測定中の最も良
い酸素データに書換えられているので、この酸素データ
は空気中の最高濃度である酸素濃度21％の酸素データと
認められるから、基準値設定回路16によって設定した基
準値によってマイナスして、例えば酸素濃度18％と思わ
れる酸素データを作り出し、第２比較回路６がこの酸素
データと検出回路３の酸素データとを比較して酸素濃度
異常の判定動作を行なうものである。

そして、酸素濃度が正常であれば検出回路３による酸
素センサー素子２の酸素データ読み込みに戻り、第１比
較回路５による記憶部４の酸素データの更新動作や、再
び第２比較回路６の酸素濃度異常の判定動作を行ない、
一方、酸素濃度が異常であれば、警報器17や自動消火装
置18を作動させるもので、芯上下式石油燃焼器でも酸素
濃度異常に対応する安全装置が実施できたものである。

９は枠体1aの適所に取付けた暖房する部屋の室温検知
器であり、酸素センサー素子２は周囲温度の影響で出力
値が多少変化するので、基準値設定回路16は室温検知器
９の温度データを取り込み、基準値に温度依存性を持た
せており、使用限界温度の範囲内の基準値であっても、
温度によって基準値を多少変化することで、測定誤差の
非常に多い直接酸素濃度を検出する酸素センサー素子２
を使っても、空気の汚れを確実に検出できるようにして
いる。

ところで、空気中の酸素濃度を直接検出する酸素セン
サー素子２は、主として酸化反応による起電力を利用す
るものが多く、酸素が豊富な時の起電力は大きく、酸素
がなくなると起電力はゼロになる。このような酸化反応
は温度の影響を受け易く、低温度でも高温度でも出力デ
ータに誤差が多くなって使用不可能になる。

即ち、酸素センサー素子２の出力は測定誤差が多いだ
けでなく使用限界温度の幅が狭いという問題点があり、
使用限界温度である周囲温度が数℃以下の時は出力が非
常に小さくなり、温度上昇と共に急速に回復する。この
回復時期に於いてもし暖房器が使われる部屋が密閉され
ても、酸素センサー素子の出力は増加を続けるものであ
り、前記の記憶部４野酸素データを更新する構成では空
気の汚れを検出することができず、結局測定誤差の問題
点は解決できるが、使用温度幅が狭く、低温度の室内で
は使用できないという問題点の解決法ではなかった。

この発明は低温起動時にも安定した検出動作を可能と
するもので、７は酸素センサー素子２の近傍に取付けら
れた温度検出器、８は点火操作後における酸素センサー
素子２近傍の温度検出器７の温度出力と酸素センサー素
子２の使用限界低温度とを比較して、通常使用時と低温
使用時との制御回路を切換える第３比較回路であり、該
第３比較回路８は使用限界低温度である例えば５℃以上
の時は、通常使用時の第２比較回路６に働きかけて記憶
部４と検出回路３の酸素データの比較を行なう。

6aは第３比較回路８が使用限界低温度以下の判定をし
た時に、記憶部４の温度データを用いる第２比較回路６
の異常検出を中止し、これに代わって作動を開始する第
４比較回路、10は第４比較回路6aが記憶部４の酸素デー
タに代わる比較データを得る為の比較値設定手段であ
り、該比較設定手段10は室内の酸素濃度が正常であっ
て、室温が使用限界低温度以下の温度の時の酸素センサ
ー素子２から出力される酸素データの変化状態を、具体
的には検出回路３の出力上昇と温度上昇との関係を実験
によって実際に測定し、この得られた酸素データを計算
式もしくはデータベースの形で各種温度毎に貯えたもの
である。

そして、比較値設定手段10は酸素センサー素子２の付
近の温度検出器７の温度データによって第４比較回路6a
に出力すべき酸素データを選択して設定し、また、室温
検知器９の温度データに基づいてこの設定した酸素デー
タに室温依存性を持たせて微調節しており、室温が変化
しても最適な酸素データが第４比較回路6aに出力できる
ものである。

該第４比較回路6aの動作は第２比較回路６の動作とほ
ぼ同じであり、温度検出器７の温度データによって比較
値設定手段10で設定される酸素データと、現在の読み込
んだ酸素センサー素子２の検出回路３の酸素データとを
比較して、検出回路３の酸素データが比較値設定手段10
から出力される酸素データと比べて悪化した時に異常信
号を発し、警報器17や自動消火装置18を作動するもので
ある。この時、第４比較回路6aが作動を開始する為のプ
レパージタイマ15は比較値設定手段10の出力の再現性が
よい時には通常使用時の20分よりも短くしてもよい。

一方、暖房器の使用開始直後は不完全燃焼ガスの排出
があり、不完全燃焼ガスは空気より重いから周囲温度が
低い程枠体1a内にこもりやすいものである。一方酸素セ
ンサー素子２は温度上昇を見込んで枠体1a内に取付けす
ることが望ましいが、酸素センサー素子２にとって不完
全燃焼ガスは測定誤差を広げる要因となっている。11は
枠体1a内に位置し、低部が枠体1a外と連通し、かつ上部
が開放されたダクトであり、該ダクト11内に酸素センサ
ー素子２と温度検出器７が取付けてある。この為、酸素
センサー素子２は不完全燃焼ガスを含まない室内空気を
測定するようになり、周囲温度が低い時から酸素センサ
ー素子２を作動させても、再現性の良いデータが得られ
るようになった。

［発明の効果］ 以上のように室内の空気中の酸素濃度の測定値を直接
利用するタイプの酸素センサー素子２は、主として酸素
センサー素子２の付近の温度条件によって出力するデー
タがバラツクものであり、特に暖房器は使用によって雰
囲気温度を大きく変えるから、データも大きく変化して
しまう。この為、大きな温度幅での使用が行われる暖房
器の安全装置として、直接酸素量を検出する酸素センサ
ー素子は極めて使いづらいものであった。

また、酸素センサー素子２には一定の使用限界温度が
あり、この低温度の使用限界温度は寒冷地の室内でしば
しば発生するものであり、限界を越えた酸素センサー素
子２から得られる酸素データの信頼性がなく、低温度で
の使用はできないものとされてきた。しかし、酸素セン
サー素子２は使用限界温度以下であっも測定した酸素デ
ータが出力されるから、この発明は測定したこの酸素デ
ータに基づいて異常測定を行なう為の構成を提案するも
のである。

即ち、比較値設定手段10は使用限界低温度以下の時に
酸素センサー素子２が出力するはずの酸素データの変化
状態を各種温度毎に貯えており、温度検出器７の温度デ
ータで選択されたこの酸素データを第４比較回路6aへ出
力し、検出回路３の酸素データとを比較することで、低
温スタート時の酸素異常を検出できるようになったもの
である。

更に、酸素センサー素子２を低温度で使用可能にする
と、低温の点火時に燃焼器１から発生する不完全燃焼ガ
スが枠体1a内に拡散し、この影響を受けて酸素センサー
素子２は異常な出力を発生して誤作動を起こす恐れがあ
ったが、この発明のように酸素センサー素子２を取付
け、枠体1a外から室内空気を取入る構成としたから誤作
動を防ぐことができ、初めて酸素センサー素子２を使う
暖房器用の安全装置が完成でき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図は暖房装置の断面図であ
る。 １……燃焼器、1a……枠体、２……酸素センサー素子、
３……検出回路 ４……記憶部、５……第１比較回路、６……第２比較回
路 6a……第４比較回路、７……温度検出器、８……第３比
較回路 ９……室温検知器、10……比較値設定手段、11……ダク
ト

Claims (2)

(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素子２
   と、酸素センサー素子２の出力電圧を随時繰り返し読み
   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、以前に記憶した出力より再度読み込んだ検出回
   路３の出力が大の時に記憶部４を更新する第１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室温依存性
   を持たせた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比較回路６とを有す
   る安全装置において、 酸素センサー素子２の近傍に取付けた温度検出器７と、
   燃焼器１が設置された室内の室温を測定する室温検知器
   ９と、酸素センサー素子２に定まった使用限界低温度と
   使用開始時の温度検出器７の温度を比較する第３比較回
   路８とを設け、該第３比較回路８の出力信号が温度検出
   器７の使用限界低温度以下を示す時に、温度検出器７や
   室温検知器９の温度データから正常酸素時における検出
   回路３の予想出力変化をセットする比較値設定手段10を
   設け、使用開始時の酸素センサー素子２の近傍の温度が
   酸素センサー素子２の使用限界低温度以下の時に、記憶
   部４の出力に代わって比較値設定手段10の出力と再度読
   み込んだ検出回路３の出力と比較する第４比較回路6aを
   設け、該第４比較回路6aは再度読み込んだ検出回路３の
   出力が低い時に異常信号を発生する暖房器の安全装置。
2. 【請求項２】燃焼器１を設置した枠体1a内に低部が枠体
   1a外と連通し、かつ、上部が開放されたダクト11を設
   け、該ダクト11内に酸素センサー素子２と温度検出器７
   とを取付けた請求項１記載の暖房器の安全装置。