JP3072213B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼用空気を強制的に
取り込んで燃焼する燃焼器の不完全燃焼を防止するため
の安全装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一酸化炭素中毒の原因である不完全燃焼
は、主に燃焼器の給排気系不良や、排気の漏洩による室
内酸欠状態という２つの要因により生じる。そこで、従
来から燃焼器には不完全燃焼を検知して燃焼を停止させ
る安全装置が設けられている。こうした安全装置の技術
は、例えば特公昭５９−３９６４７号、特公昭６１−３
１７６８号などに示されている。

【０００３】前者は、図６に示すように、外筒５０内に
混合ガスが供給される内筒５１を設けて、各々の開口部
でブンゼン燃焼させ、一次空気口５２および補助空気口
５３から流入する空気の酸素濃度が低下したときに、内
筒５１側のブンゼン火炎がリフトすることから、このリ
フト現象による熱電対５４の起電力低下でガス流路を閉
じるものである。また、後者は、フィン閉塞等の排気系
不良により排出しきれない燃焼排気を、上記の空気口に
導入するようにして燃焼用空気の酸素濃度を低下させ、
ブンゼン火炎をリフトさせて異常を検出している。尚、
ここで用いるブンゼン燃焼とは、全一次燃焼に対比させ
たもので、周りから二次空気を取り入れて火炎を形成す
る燃焼を意味している。

【０００４】しかしながら、ファンにより強制的に燃焼
用空気を取り込む燃焼機器にこれらの安全装置を組み込
んでも、室内の酸欠による不完全燃焼は検出できるもの
の、給排気経路の閉塞やファンの能力低下による風量低
下に伴う不完全燃焼は検出できないという問題が生じて
いた。その理由について説明する。火炎の形成位置は、
燃焼速度とガス噴出速度とのバランスで決まる。一方、
燃焼速度は空気比（理論空気量に対する実際の空気量の
比）によって決まる。そこで、ファンから供給される風
量低下が生じると安全装置に供給される混合気の空気比
も低下することとなり、燃焼速度が低下する。従って、
火炎はリフトするはずであるが、ブンゼン燃焼の場合に
は、拡散燃焼であることから縦方向だけでなく横方向、
斜め方向にも広がるため、空気比の低下に対して敏感に
リフトしない。しかも、二次空気の流速が低下すること
も手伝って、かえってリフトを抑える側に働いてしま
う。この結果、熱電対で火炎の状態を検出していても、
風量低下による不完全燃焼は防止できないのである。

【０００５】そこで、本願の出願人は、室内の酸欠であ
っても給排気不良による風量低下であっても確実に不完
全燃焼を検知する燃焼安全装置を先に提案している（特
願平５−１４３０５８）。この技術は、図７に示すよう
に、バーナプレートＰを筒状ガードＧで囲んで火炎の二
次空気の接触を妨げて全一次燃焼を行い、このときの火
炎の形成位置を熱電対ＴＣで検出するものである。この
安全装置によれば、二次空気に影響されずに、燃焼用空
気量の変動に対しても室内の酸欠に対しても火炎形成位
置が敏感に変化（リフト）して不完全燃焼を確実に防止
でき、非常に優れたものであった。従って、この安全装
置を給湯器等の燃焼装置内に設けることで室内の酸欠で
あっても給排気系の閉塞による風量不足であっても、燃
焼装置の燃焼状態を確実に捉えて不完全燃焼を防止でき
るのである。

【０００６】ここで、燃焼装置における安全装置（以
下、センサバーナと呼ぶ）の配設状態について説明す
る。図８は、センサバーナＳＢを備えた燃焼装置の概略
構成を表す。燃焼装置は、バーナケースＢＣ内に複数の
ブンゼン燃焼式メインバーナＭＢが所定間隔をあけて一
列に配置され、このバーナケースＢＣ内に燃焼用空気を
供給するファンＦが底部に設けられる。そして、このメ
インバーナＭＢに隣接してセンサバーナＳＢが配設され
る。また、各メインバーナＭＢへの二次空気の供給量や
分布等を調節するために、複数の二次空気口ＡＨが形成
された調整板ＣＰが設けられる。この調整板ＣＰは、各
メインバーナＭＢのスロートＭＴと炎口形成面ＭＨとの
間で空気供給路を仕切るように設けられ、その横方向延
長上にあるセンサバーナＳＢの周りの空気供給路も、ス
ロートＳＴと筒状ガードＧの先端開口部ＧＨとの間で調
整板ＣＰにより仕切られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにセンサバーナＳＢを燃焼装置に配設した場合には、
メインバーナＭＢの炎口や調整板ＣＰの二次空気口ＡＨ
が燃焼生成物により閉塞しはじめると、センサ出力はメ
インバーナＭＢの燃焼状態に対応したものから外れてし
まい、不完全燃焼を検出しにくいという問題があった。
以下、その理由について説明する。

【０００８】ファンＦから供給される燃焼用空気は、そ
の一部が調整板ＣＰの二次空気口ＡＨを通過して燃焼用
二次空気に供され、一部がメインバーナＭＢのスロート
ＭＴを通過して燃焼用一次空気に供され、それ以外はセ
ンサバーナＳＢのスロートＳＴを通過して燃焼用一次空
気に供される。従って、メインバーナＭＢの炎口や調整
板ＣＰの二次空気口ＡＨが閉塞しはじめると、いままで
の燃焼用空気の配分バランスがくずれ、センサバーナＳ
Ｂに供給される一次空気が増加する。従って、センサバ
ーナＳＢは空気比が高くなり器具全体の風量不足に対し
て敏感にリフトしなくなる。この結果、センサバーナＳ
Ｂの熱電対ＴＣの出力がメインバーナＭＢの燃焼状態に
対応しなくなる。つまり、メインバーナＭＢの燃焼状態
をセンサバーナＳＢの出力では的確に捉えることができ
なくなる。

【０００９】こうした場合での熱電対ＴＣの出力と排気
ＣＯ濃度について説明する。図９は、燃焼装置の排気閉
塞（熱交換器フィン詰まり等による）の度合に対する熱
電対ＴＣの出力とメインバーナＭＢの排出ＣＯ濃度を表
したものであり、破線がメインバーナＭＢ炎口や調整板
ＣＰの二次空気口ＡＨが閉塞したケースを、実線が閉塞
していないケースを示す。この図では、排出ＣＯ濃度が
５００ｐｐｍを越えないように、熱電対ＴＣの出力が１
０ｍＶにまで低下したときに器具を停止させるシステム
を構成した場合の例である。図示するように、二次空気
口ＡＨ等が閉塞したケースでは、燃焼装置の排気閉塞度
合が同じであっても不完全燃焼しやすく排出ＣＯ濃度は
高い。ところが、熱電対ＴＣの出力は、反対に高い値を
とり器具の排気閉塞に対して低下しにくくなってしま
う。この例では、熱電対ＴＣの出力が器具停止レベルで
ある１０ｍＶにまで低下したときには、排気閉塞がかな
り進んでおり排出ＣＯ濃度は既に２０００ｐｐｍ以上に
達している。従って、二次空気口ＡＨ等が閉塞した場合
では、器具の不完全燃焼を確実には検知できないのであ
る。本発明の燃焼装置は上記課題を解決し、調整板の二
次空気口やメインバーナの炎口が閉塞した場合であって
も、確実に器具の不完全燃焼を検出することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の燃焼装置は、ファンにより燃焼用空気が送
り込まれる空気供給路と、上記空気供給路内に設けられ
るメインバーナと、上記空気供給路を仕切って上記メイ
ンバーナへの二次空気の供給量や分布を調整する複数の
二次空気口を形成した調整板と、上記メインバーナの不
完全燃焼を検知するセンサバーナとを備えた燃焼器にお
いて、上記センサバーナは、複数の炎口を形成したバー
ナプレートを有する予混合バーナ本体と、このバーナプ
レートを囲んで火炎の二次空気の接触を妨げる筒状ガー
ドと、上記火炎の形成位置に応じた検知信号を出力する
火炎検知器とを備えると共に、上記空気供給路内で上記
調整板より上流側あるいは下流側の何れか片側に配置さ
れていることを要旨とする。

【００１１】

【作用】上記構成を有する本発明の燃焼装置は、ファン
により燃焼用空気が供給される空気供給路に設けられた
メインバーナの燃焼状態をセンサバーナの火炎検知器の
出力で検出する。このセンサバーナでは、バーナプレー
ト上に形成される火炎が筒状ガードにより二次空気との
接触を妨げられて全一次燃焼が行われ、この火炎の形成
位置に応じた検知信号を出力する。正常時には、バーナ
プレート上に火炎が形成されるが、給排気系の不良によ
り燃焼用空気量が減少したときには予混合バーナの空気
比が低下し燃焼速度が遅くなる。この場合、全一次燃焼
であることから、火炎の状態は燃料噴出方向にのみ変化
することとなり火炎が敏感にリフトする。従って、メイ
ンバーナの燃焼状態を敏感に捉えることができる。空気
供給路を仕切って設けられた調整板の二次空気口が閉塞
したり、メインバーナの炎口が閉塞すると、メインバー
ナへの空気供給量が減少するが、センサバーナが調整板
の上流側あるいは下流側の何れか片側に配置されている
ため、センサバーナへの空気供給量もそれに伴って減少
する。つまり、センサバーナの空気吸入部と燃焼排気の
排出部との間を調整板で仕切っていないため、両部がほ
ぼ同圧となり、調整板の二次空気口やメインバーナの炎
口が閉塞しても燃焼用空気がセンサバーナに回り込むこ
とがなく、燃焼用空気の配分がくずれない。この結果、
メインバーナの燃焼状態をセンサバーナの燃焼状態で代
表させることができる。

【００１２】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の燃焼装置の好適な実施例
について説明する。図１は、一実施例としての燃焼装置
の概略構成を表し、図２は、その燃焼装置に用いられる
センサバーナの概略構成を表す。

【００１３】まず、センサバーナから説明する。センサ
バーナ１は、後述する強制燃焼式ガス給湯器のバーナケ
ース１０内でメインバーナ１１に隣合って設けられるも
ので、両端を開口した筒体２と、この筒体２の途中に装
着され複数の炎口３を形成したバーナプレート４（本実
施例では、セラミックプレートを用いる）とで予混合バ
ーナ本体５を構成すると共に、筒体２の上部（バーナプ
レート４より上部）が二次空気の接触を妨げる筒状ガー
ド６となっている。詳しくは、筒体２の下開口部７を燃
焼用一次空気の吸入口とし、その横壁から燃料ガスノズ
ル１９を挿通して燃料ガスを筒体２内上方へ噴出させる
構成としている。従って、筒体２はバーナプレート４よ
り下部が混合室８となっており、この混合室８での空気
比を正常時には０．９となるように下開口部７の開度が
設定されている。この混合比（０．９）は燃焼速度が最
大となる設定である。つまり、混合比がこの値から外れ
てくると燃焼速度が遅くなる。

【００１４】混合室８で混合された混合気は、バーナプ
レート４の各炎口３から噴出し、後述する給湯器のメイ
ンバーナ１１から火移りしてプレート表面上で火炎を形
成する。この場合、火炎の周りを囲む筒状ガード６によ
って二次空気の供給が遮られ、全一次燃焼が行われる。
この筒状ガード６には、横方向から熱電対９が装着さ
れ、その受熱部９ａが火炎内に位置付けられている。こ
の熱電対９は、給湯器の燃焼コントローラ（図示略）に
接続され、その起電力に応じてメインバーナ１１へのガ
ス流路に設けた電磁弁（図示略）を開閉制御するように
構成されている。つまり、熱電対９の起電力が所定レベ
ル以下になったときにガス流路を閉じるように動作す
る。尚、熱電対９の起電力でマグネット安全弁を吸着保
持してガス流路を開状態に維持する構成であってもよ
い。

【００１５】このように構成されたセンサバーナ１は、
図１に示すように給湯器のバーナケース１０に装着され
る。バーナケース１０には、プレス成形された偏平なブ
ンゼン燃焼式メインバーナ１１が所定間隔をあけて並設
され、それらのスロート１２開口部に図示しないガスノ
ズルが配置され燃料ガスが供給される。また、バーナケ
ース１０の底部には、燃焼用空気を強制的に供給するフ
ァン１５が設けられる。バーナケース１０の上開口部に
は燃焼室（図示略）が設けられ、燃焼室の上部には熱交
換器（図示略）が、さらに熱交換器（図示略）の上部に
は排気部が設けられる。尚、図中において、符号１３は
メインバーナ１１の炎口形成面を示し、符号１４は保炎
効果を高めるためのそで火キャップを示す。センサバー
ナ１は、こうしたメインバーナ１１を複数並設した一番
端に配置される。

【００１６】バーナケース１０内には、メインバーナ１
１への二次空気の供給量や分布を調整する（これに伴っ
て一次空気量も調整される）調整板２０が設けられる。
この調整板２０は、複数の二次空気口２１が穿設された
板で、メインバーナ１１のスロート１２と炎口形成面１
３との間で二次空気供給路を仕切るように設けられる。
この調整板２０は、各メインバーナ１１間では平面状に
設けられるが、センサバーナ１とメインバーナ１１との
間で上方向に曲折してセンサバーナ１の上方で覆うよう
に段部２２を形成している。つまり、センサバーナ１を
調整板２０よりも上流側の空気供給路に配置している。
尚、調整板２０の段部２２には、センサバーナ１の筒状
ガード６の開口に向かい合う位置に排気口２３が穿設さ
れる。

【００１７】次に、センサバーナ１の動作について説明
する。燃焼用空気が正常にバーナケース１０内に送られ
ている時には、センサバーナ１にも所定の一次空気が供
給されバーナプレート４上で安定した火炎が形成され、
熱電対９から所定の起電力が出力される。図示しない熱
交換器のフィン閉塞や給排気系不良により燃焼用空気の
風量が減少すると、メインバーナ１１では不完全燃焼し
はじめる。このとき、センサバーナ１の混合室８内の空
気比が減少して燃焼速度が低下し、バーナプレート４上
に形成されていた火炎はリフトしていき、図３に示すよ
うに筒上ガード６先端開口部に火炎を形成する。つま
り、全一次燃焼中においては風量の低下（空気比の低
下）に対して火炎が敏感にリフトし、筒上ガード６先端
開口部に達すると、その周りから二次空気が供給されて
ブンゼン燃焼が行われる。また、ブンゼン燃焼時には、
拡散燃焼であることや、風量の低下により火炎を上方に
持ち上げる力が減ることから、風量の変化に対してほと
んどリフトしなくなる。

【００１８】従って、熱電対９の出力は、図４の実線で
示すように排気閉塞の進行に対して急激に減少する。こ
のことを利用して、本実施例では排出ＣＯ濃度が５００
ｐｐｍとなる熱電対９の出力１０ｍＶの点で器具を停止
（ガス流路を閉じる）させるように設定している。この
ため、風量不足によりＣＯ濃度が高くなる前に熱電対９
の起電力が設定値以下になりメインバーナ１１の不完全
燃焼を防止できる。

【００１９】ところで、燃焼生成物などによりメインバ
ーナ１１の炎口や調整板２０の二次空気口２１が閉塞す
ることがある。こうした場合、センサバーナ１は調整板
２０の上流側空気供給路に配置されているため、メイン
バーナ１１と同様にセンサバーナ１への空気供給量も減
少する。つまり、二次空気口２１等の閉塞によりその上
流側の圧力が高くなっても、センサバーナ１の下開口部
７と筒上ガード６先端開口部とは調整板２０により仕切
られていないためほぼ同圧となり、燃焼用空気がセンサ
バーナ１の混合室８に回り込むといったことが防止され
る。

【００２０】この結果、熱電対９の出力は、図４の破線
で示すように、二次空気口２１等が閉塞していない場合
（実線にて示す）に比べて低い値をとり、しかも、器具
の排気閉塞（熱交換フィン等の閉塞）が進行すると早め
に減少する。一方、排出ＣＯ濃度に関しては、二次空気
口２１等が閉塞している場合ではメインバーナ１１の空
気比が低くなり、図４の破線で示すように、器具の排気
閉塞の進行以上にＣＯ排出量が多くなる。これらの結
果、不完全燃焼を判断する基準である熱電対９の出力が
１０ｍＶとなるときには、ほぼ排出ＣＯ濃度が５００ｐ
ｐｍとなり、二次空気口２１等の閉塞にほとんど左右さ
れることなく、所望のレベルで不完全燃焼を確実に検知
することができる。

【００２１】以上の説明は風量不足の場合であるが、室
内の酸素濃度が低下した場合には、風量（空気比）が同
じであっても燃焼に寄与する酸素量が減少するために、
燃焼速度が遅くなり、上述したようにセンサバーナ１の
火炎が敏感にリフトする。この結果、排出ＣＯ濃度が上
昇する前に熱電対９の起電力が十分に低下して、安全レ
ベルで確実にガス流路を閉じることができる。尚、酸欠
の場合は筒状ガード６の先端で保炎された後は早めに失
火する。

【００２２】次に、燃焼装置の他の実施例について説明
する。図５に示す燃焼装置は、先の実施例で示したセン
サバーナ１の配置を変えたものである。つまり、二次空
気口３１を複数穿設した調整板３０をメインバーナ１１
とセンサバーナ１との間で下方向に曲折して、センサバ
ーナ１の下方で空気供給路を仕切るように段部３２を形
成したものである。従って、センサバーナ１は、調整板
３０より下流側の空気供給路に配置されることなる。こ
の実施例においても、二次空気口３１等が閉塞した場合
において、センサバーナ１の下開口部７と筒上ガード６
先端開口部とは調整板３０により仕切られていないため
ほぼ同圧となり、燃焼用空気がセンサバーナ１の混合室
８に回り込むといったことが防止される。この結果、先
の実施例と同様に、調整板３０の二次空気口３１等の閉
塞にほとんど左右されることなく、所望のレベルで不完
全燃焼を確実に検知することができる。

【００２３】以上説明した２つの実施例においては、熱
電対９の起電力が所定値以下に減少したときにガス流路
を閉じるものであったが、さらに、ガス流路を閉じる前
にファンの回転数を調整するようにしてもよい。つま
り、排気ダクト（図示略）からの逆風やフィン閉塞等に
より空気比が低下したときには、ファン１５の回転数を
増大させれば器具を停止させることなく使用できるケー
スがある。そこで、熱電対９の起電力が予め設定したレ
ベルにまで低下したときに、ファン１５の回転数を増大
すると共に所定の回転数に達しても起電力の回復が得ら
れないとき、つまり空気比が増大しないときにガス流路
を閉じて器具を停止させるのである。また、ファン１５
の回転数を増大させてから所定期間経過しても起電力が
回復しない場合にガス流路を閉じるようにしてもよい。

【００２４】また、熱電対９の起電力が常に一定値にな
るようにファン回転数を制御してもよい。つまり熱電対
９の起電力をフィードバック制御因子としてファン１５
の回転数を制御するのである。この場合、ファン１５の
回転数が所定範囲内に収まらない場合にはガス流路を閉
じて不完全燃焼を防止する。こうした熱電対９の起電力
に基づく制御は、センサバーナ１が風量不足や酸欠状態
を非常に精度よく検出するがゆえに可能であり、従来の
ようなブンゼン燃焼のリフト検出では精度の良い制御を
望んでも無理である。尚、燃焼開始時においては熱電対
９の起電力が安定するまで制御動作を行わないようにす
る。

【００２５】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。例えば、給湯器に
限らずファンヒータ等の燃焼器にも適用できる。また、
酸欠が心配されない外置きタイプの器具においても、セ
ンサバーナを風量低下を検知するセンサとして用いるこ
とができる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の燃焼装置
によれば、調整板の二次空気口やメインバーナの炎口が
閉塞しても、燃焼用空気の配分がセンサバーナに偏るこ
とが防止され、メインバーナの燃焼状態をセンサバーナ
の燃焼状態で代表させることができ、確実に不完全燃焼
を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例としての燃焼装置の概略構成図であ
る。

【図２】燃焼装置に組み込まれるセンサバーナの概略構
成図である。

【図３】風量不足時でのセンサバーナの火炎形状を表す
説明図である。

【図４】排気閉塞度合に対する熱電対の出力と排出ＣＯ
濃度との関係を表すグラフである。

【図５】他の実施例としての燃焼装置の概略構成図であ
る。

【図６】従来の燃焼安全装置の概略構成図である。

【図７】先に提案した燃焼安全装置の概略構成図であ
る。

【図８】先願の燃焼安全装置を組み込んだ燃焼装置の概
略構成図である。

【図９】先願の燃焼装置における、排気閉塞度合に対す
る熱電対の出力と排出ＣＯ濃度との関係を表すグラフで
ある。

【符号の説明】

１…センサバーナ、 ２…筒体、 ３…炎口、 ４…バ
ーナプレート、５…予混合バーナ本体、 ６…筒上ガー
ド、 ７…下開口部、 ８…混合室、９…熱電対、 １
０…バーナケース、 １１…メインバーナ、１２…スロ
ート、 １３…炎口形成面、 １５…ファン、２０，３
０…調整板、 ２１，３１…二次空気口、 ２２，３２
…段部。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23N 5/10 310 F23N 5/24 108

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ファンにより燃焼用空気が送り込まれる
   空気供給路と、上記空気供給路内に設けられるメインバ
   ーナと、上記空気供給路を仕切って上記メインバーナへ
   の二次空気の供給量や分布を調整する複数の二次空気口
   を形成した調整板と、上記メインバーナの不完全燃焼を
   検知するセンサバーナとを備えた燃焼器において、 上記センサバーナは、 複数の炎口を形成したバーナプレートを有する予混合バ
   ーナ本体と、このバーナプレートを囲んで火炎の二次空
   気の接触を妨げる筒状ガードと、上記火炎の形成位置に
   応じた検知信号を出力する火炎検知器とを備えると共
   に、 上記空気供給路内で上記調整板より上流側あるいは下流
   側の何れか片側に配置されていることを特徴とする燃焼
   装置。