JP3249875B2 - Combustion safety device - Google Patents

Combustion safety device

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JP3249875B2
JP3249875B2 JP34826793A JP34826793A JP3249875B2 JP 3249875 B2 JP3249875 B2 JP 3249875B2 JP 34826793 A JP34826793 A JP 34826793A JP 34826793 A JP34826793 A JP 34826793A JP 3249875 B2 JP3249875 B2 JP 3249875B2
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卓己 吉野
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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(例えば、強制排気式燃焼
器)の不完全燃焼を防止するための安全装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a safety device for preventing incomplete combustion of a combustor (for example, a forced exhaust combustor) forcibly taking in combustion air and burning.

【0002】[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
に関して、本出願人は先に特願平4−358213にお
いて、給排気系不良であっても室内酸欠であっても高精
度に不完全燃焼を検出する技術を出願している。
2. Description of the Related Art Incomplete combustion, which is a cause of carbon monoxide poisoning, is mainly caused by two factors: a defective supply / exhaust system of a combustor and a state of lack of oxygen in a room due to leakage of exhaust gas. Therefore, a safety device is conventionally provided in the combustor to detect incomplete combustion and stop the combustion. Regarding the technology of such a safety device, the present applicant has previously filed an application in Japanese Patent Application No. 4-358213 for a technology for detecting incomplete combustion with high accuracy regardless of whether the air supply / exhaust system is defective or the room is deficient in oxygen. I have.

【0003】これは、図11に示すように多数の炎口1
4が形成されたバーナプレート15の周りを筒状ガード
17で囲んで、バーナプレート15上で全一次燃焼を行
ない、この火炎の状態を熱電対19で検出するのである
が、不完全燃焼時には、バーナプレート15は、最初は
筒状ガード17により二次空気の影響を受けないので、
火炎が安定した状態で素早くリフトが起こり、その結果
室内の酸欠であっても給排気系不良による風量低下であ
っても確実に不完全燃焼が検知できるという特徴を有す
るものである。給湯器にこの燃焼安全装置10を組み込
んだ時の、空気比(理論空気量に対する実際の空気量の
比)λに対する熱電対19の起電力および一酸化炭素濃
度の関係は、図12に示すように、空気比λ(図12で
はファン回転数)が減少すると一酸化炭素濃度は急増し
熱電対19の起電力は急減するという特性を示す。その
ため、この燃焼安全装置10は、一酸化炭素濃度が高く
なる前に熱電対19の起電力が設定値以下になりガス流
路を閉じることができるという優れたものである。(な
お、後の説明の都合上、図12では2種類のガスについ
て特性を記載した) 給湯器燃焼時の空気比λは燃焼用空気を供給するファン
の回転数に比例するので、図12の横軸はファンの回転
数に置き換えてあり、またこのことにより、燃焼安全装
置10は風量低下を検知するセンサとしても利用するこ
とができる。
[0003] As shown in FIG.
The surroundings of the burner plate 15 on which the 4 is formed are surrounded by a cylindrical guard 17, and all the primary combustion is performed on the burner plate 15, and the state of the flame is detected by a thermocouple 19. Since the burner plate 15 is initially unaffected by the secondary air by the cylindrical guard 17,
The lift is quickly generated in a state where the flame is stable, and as a result, incomplete combustion can be detected with certainty even if there is a lack of oxygen in the room or a decrease in air volume due to a failure in the air supply / exhaust system. FIG. 12 shows the relationship between the electromotive force of the thermocouple 19 and the carbon monoxide concentration with respect to the air ratio (the ratio of the actual air amount to the theoretical air amount) λ when the combustion safety device 10 is incorporated in the water heater. Further, when the air ratio λ (the number of rotations of the fan in FIG. 12) decreases, the concentration of carbon monoxide rapidly increases and the electromotive force of the thermocouple 19 rapidly decreases. Therefore, the combustion safety device 10 is excellent in that the electromotive force of the thermocouple 19 becomes equal to or less than the set value before the concentration of carbon monoxide increases, and the gas flow path can be closed. (Note that, for the sake of convenience, the characteristics of two types of gases are described in FIG. 12.) The air ratio λ during the combustion of the water heater is proportional to the rotation speed of the fan that supplies the combustion air. The horizontal axis is replaced by the number of rotations of the fan, and by this, the combustion safety device 10 can also be used as a sensor for detecting a decrease in air volume.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】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、ガス種の違いにより、同一
仕様の場合には不完全燃焼を判定できにくいという問題
が生じていた。その内容および理由について説明する。
燃焼機器等に使用されるガスグループには、一般的に大
別してプロパンガスと都市ガスの2種類が、産業用や家
庭用として供給利用されている。そして都市ガスは、さ
らに様々なガス種があり、13Aとか6C等の呼称で呼
ばれるとともに、それらのガス種に対応した燃焼機器が
販売され、その燃焼機器は違うガス種間においては仕様
が異なるためそのままでは使用できない。10数種類に
及ぶこうしたガス種全てについて、仕様が異なる構成部
品の供給および調整は、多大の手間とコストを要するの
で、燃焼機器の販売業者にあっては、常に構成部品の共
通化および仕様の共通化が問題となっている。上記の理
由により、例えばプロパンガスと13Aガスとにおい
て、同一仕様で従来の燃焼安全装置10を使用すると、
空気比λに対する熱電対検出起電力特性に大きな差がで
る。図12にその一例を示す。図12は、実験により得
られたグラフで、横軸に燃焼用空気を供給するファンの
回転数を表し、縦軸に熱電対起電力を表す。燃焼時の空
気比λは前述したようにファンの回転数に比例するの
で、横軸は空気比λと置き換えても同じである。これに
よれば、13Aガスより得られた熱電対起電力特性は、
プロパンガスより得られた熱電対起電力特性に比べて1
0mVの時点で約1300回転高回転側へずれた特性と
なっている。ところが同じように13Aガスとプロパン
ガスとにおいて一酸化炭素濃度の特性を比較すると約1
000回転のずれしかない。従って、この燃焼安全装置
10を組み込んだ燃焼機器のプロパンガス仕様の決定に
おいて、13Aガスの仕様のままで燃焼制御の設定値を
決定しようとしても(具体的には、プロパンガスの一酸
化炭素濃度が高くなる前に、熱電対起電力が急激に変化
して判定のしきい値が大きく変化するようになる領域す
なわち熱電対起電力で約10mV付近を利用する)、そ
の差が大きいために両ガスで同一設定値を決定すること
ができない。すなわち、13Aガスの熱電対起電力変化
が大きくなる10mV付近では、プロパンガスの一酸化
炭素濃度が危険濃度を超えており、安全装置としての機
能をはたせないのである。本発明の燃焼安全装置は上記
課題を解決し、燃焼ガスがプロパンガスであっても13
Aガスであっても、ガス種に対してその仕様を変更する
ことなく確実に不完全燃焼を検知することを目的とす
る。
However, even if these safety devices are incorporated in a combustion device that forcibly takes in combustion air by a fan, incomplete combustion can be determined in the case of the same specifications due to differences in gas types. The problem that it was difficult occurred. The contents and the reason will be described.
Gas groups used for combustion equipment and the like are generally roughly classified into two types, that is, propane gas and city gas, which are supplied and used for industrial and household purposes. In addition, city gas has various gas types, and is called by 13A or 6C, etc., and combustion equipment corresponding to those gas types is sold, and the specifications of the combustion equipment are different between different gas types. It cannot be used as it is. Supplying and adjusting components with different specifications for all of the dozens of these gas types requires a great deal of labor and cost, and therefore, it is always necessary for combustion equipment vendors to use common components and common specifications. Is a problem. For the reasons described above, for example, when the conventional combustion safety device 10 is used with the same specifications in propane gas and 13A gas,
There is a large difference in the thermocouple detection electromotive force characteristics with respect to the air ratio λ. FIG. 12 shows an example. FIG. 12 is a graph obtained by the experiment, in which the horizontal axis represents the number of rotations of the fan for supplying the combustion air, and the vertical axis represents the thermocouple electromotive force. As described above, the air ratio λ during combustion is proportional to the number of revolutions of the fan, so the same applies even if the horizontal axis is replaced with the air ratio λ. According to this, the thermocouple electromotive force characteristic obtained from 13A gas is:
1 compared to thermocouple electromotive force characteristics obtained from propane gas
At the time of 0 mV, the characteristic is shifted to the high rotation side by about 1300 rotations. However, similarly, when comparing the characteristics of the carbon monoxide concentration between 13A gas and propane gas, about 1% is obtained.
There is only a shift of 000 rotations. Therefore, in determining the propane gas specification of the combustion equipment incorporating the combustion safety device 10, even if it is attempted to determine the set value of the combustion control while keeping the 13A gas specification (specifically, the carbon monoxide concentration of propane gas Before the temperature rises, a region where the thermocouple electromotive force changes abruptly and the determination threshold greatly changes, that is, a thermocouple electromotive force of about 10 mV is used) is used. The same set value cannot be determined for gas. That is, in the vicinity of 10 mV where the change in thermocouple electromotive force of the 13A gas becomes large, the concentration of carbon monoxide in the propane gas exceeds the dangerous concentration, and the function as a safety device cannot be provided. The combustion safety device of the present invention solves the above-mentioned problems, and achieves 13
It is an object of the present invention to reliably detect incomplete combustion of A gas without changing the specification of the gas type.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第一の燃焼安全装置は、燃焼用空気を強制的に取り
込んで燃焼するメインバーナに隣接して、該メインバー
ナの燃焼用空気供給路中に配設される安全装置であっ
て、表裏面間で通気性を有する多孔体セラミックスを炎
口形成面とした予混合バーナと、この炎口形成面を囲ん
、上記炎口形成面に形成される火炎と上記予混合バー
ナの周囲の燃焼用空気との接触を妨げることにより、燃
焼用空気の供給量不足時に上記火炎をリフトさせる筒状
ガードと、上記火炎の形成位置に応じた検知信号を出力
する炎検知素子とを備えたことを要旨とする。また、上
記課題を解決する本発明の第二の燃焼安全装置は、前記
多孔体セラミックスが表裏面間で通気性を有し、その表
裏面を貫通する細孔を炎口として設けたことを要旨とす
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a combustion safety device which is provided adjacent to a main burner for forcibly taking in combustion air and burning.
A safety device disposed in a combustion air supply passage of a burner, wherein a premix burner in which a porous ceramic having air permeability between a front surface and a back surface has a flame forming surface, and a premix burner surrounding the flame forming surface. The flame formed on the flame forming surface and the premix bar
By preventing contact with the combustion air around the
The gist comprises a cylindrical guard for lifting the flame when the supply amount of the burning air is insufficient, and a flame detecting element for outputting a detection signal according to a position where the flame is formed. In addition, a second combustion safety device of the present invention that solves the above-mentioned problem is that the porous ceramic has air permeability between the front and back surfaces, and a pore passing through the front and back surfaces is provided as a flame port. And

【0006】[0006]

【作用】上記構成を有する本発明の第一の燃焼安全装置
においては、表裏面間で通気性を有する多孔体セラミッ
クスのため、炎口表面に浸みでるように噴出する混合気
により火炎が形成される。そして、その火炎は、混合気
の燃焼速度と直接噴出することを妨げられて遅くなった
噴出速度とがバランスして、多孔体セラミックスの炎口
表面に非常に安定した状態で形成される。また、その火
炎は筒状ガードにより二次空気との接触を妨げられて全
一次燃焼が行なわれ、この火炎の形成位置に応じた検知
信号を炎検知素子が出力する。また第2の燃焼安全装置
においては、多孔体セラミックスの表裏面を貫通する細
孔から流速の速い混合気が、残りの表面からは直接噴出
することを妨げられて流速の遅くなった混合気が浸みで
るように噴出する。残りの表面からの混合気の流速が遅
いため、炎口となる細孔近傍に保炎部がなくてもガス燃
焼速度のバランスでその面が保炎部となって火炎が形成
され、全体として多孔体セラミックスの炎口付近に非常
に安定した火炎が形成される。この時、燃料ガスや燃焼
用空気に含まれる塵やごみは炎口となる細孔を通過して
しまうので、多孔体セラミックスは目詰まりが少なく長
期間安定した性能が維持できる。また、その火炎は筒状
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
が行なわれ、この火炎の形成位置に応じた検知信号を炎
検知素子が出力する。これらの燃焼安全装置において、
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、混合気の空気比が低下し燃焼速度が変化する。この
場合、全一次燃焼であることから、いままで安定してい
た火炎が燃料噴出方向に変化してリフトすることとな
り、火炎形成位置が大きく変化する。また、上述した筒
状ガードの働きにより二次空気の流速にも影響されない
(空気比が低下すれば二次空気の流速も低下するので、
もし筒状ガードがないと、かえって火炎のリフトを押え
るがわに働いてしまう)。この結果、燃焼用空気量の変
動に対して火炎形成位置が確実に変化してリフトが行な
われ、この結果炎検知素子の出力が変化して異常が検出
される。燃焼の安定と火炎形成位置の変化が確実である
ことから、ガス種が異なっても炎検知素子の出力特性の
変化が少なくなり、同一仕様が可能になる。また、室内
が酸欠状態である場合には、混合気の空気比は一定であ
っても燃焼に寄与する酸素量が実質的に低下しているこ
とから、燃焼速度が低下して火炎形成位置が上記したと
同じように確実に変化する。これらの結果、これらの燃
焼安全装置は、炎検知素子の出力に基づけばガス種が異
なっても、ガス種に対して同一仕様のまま不完全燃焼を
確実に防止することができる。
In the first combustion safety device of the present invention having the above-described structure, a flame is formed by an air-fuel mixture squirting so as to penetrate the surface of the flame port due to the porous ceramic having air permeability between the front and back surfaces. Is done. Then, the flame is formed in a very stable state on the surface of the flame opening of the porous ceramics, with the combustion speed of the air-fuel mixture and the jetting speed slowed down by being prevented from jetting directly being balanced. Further, the flame is prevented from contacting with the secondary air by the cylindrical guard, so that all the primary combustion is performed, and the flame detection element outputs a detection signal corresponding to a position where the flame is formed. In the second combustion safety device, the air-fuel mixture having a high flow velocity flows through pores penetrating the front and back surfaces of the porous ceramic, and the air-fuel mixture having a low flow velocity is prevented from directly ejecting from the remaining surface. Squirt like soaking. Since the flow rate of the air-fuel mixture from the remaining surface is slow, even if there is no flame holding part near the pores that become the flame mouth, the surface becomes a flame holding part with the balance of the gas burning rate and a flame is formed, A very stable flame is formed near the flame opening of the porous ceramic. At this time, dust and dirt contained in the fuel gas and the combustion air pass through the pores serving as the flame ports, so that the porous ceramics are less clogged and can maintain stable performance for a long time. Further, the flame is prevented from contacting with the secondary air by the cylindrical guard, so that all the primary combustion is performed, and the flame detection element outputs a detection signal corresponding to a position where the flame is formed. In these combustion safety devices,
When the amount of combustion air decreases due to a defective air supply / exhaust system, the air ratio of the air-fuel mixture decreases and the combustion speed changes. In this case, since all the primary combustion is performed, the flame that has been stable until now changes in the fuel ejection direction and lifts, and the flame formation position greatly changes. In addition, the above-mentioned function of the cylindrical guard is not affected by the flow rate of the secondary air (the lower the air ratio, the lower the flow rate of the secondary air.
If there is no tubular guard, it will hold down the flame lift, but will work.) As a result, the flame formation position is reliably changed with respect to the fluctuation of the combustion air amount, and the lift is performed. As a result, the output of the flame detection element is changed, and the abnormality is detected. Since the stability of combustion and the change in the flame formation position are reliable, even if the gas type is different, the change in the output characteristics of the flame detecting element is reduced, and the same specifications can be achieved. Further, when the room is in an oxygen-deficient state, even if the air ratio of the air-fuel mixture is constant, the amount of oxygen contributing to combustion is substantially reduced. Changes reliably as described above. As a result, these combustion safety devices can surely prevent incomplete combustion with the same specification for the gas type even if the gas type is different based on the output of the flame detection element.

【0007】[0007]

【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、以下本発明の燃焼安全装置の好適な実
施例について説明する。図1は、一実施例としての燃焼
安全装置の概略構成を表す。燃焼安全装置1は、後述す
る強制排気式(FE式)ガス給湯器の燃焼室内でメイン
バーナに隣り合って設けられるもので、縦方向に配置さ
れて上端を開口した筒体2と、この筒体2の途中に装着
され複数の細孔(本実施例では直径約2mm以下)を炎
口3としてもつ多孔体セラミックス4とで予混合バーナ
5を構成すると共に、筒体2の上部(多孔体セラミック
ス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にガスノ
ズル20を臨ませて多孔体セラミックス4までの間を混
合室8とし、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
なるようになっている。多孔体セラミックス4は、図2
にその断面図および上面図を示すように、粗い粒度のセ
ラミックス40からなり、そのセラミックス40の間に
生じた隙間により、表面4a,裏面4b間で通気性を有
するものである。そして炎口3として、その表面4aと
裏面4bとを貫通する多数の細孔が設けられている。な
お、本実施例で用いた多孔体セラミックス4は、細孔の
直径が0.5mmー2mm、セラミックス40としてコ
ージライトまたはβ−スポジューメンを、そのセラミッ
クス40の間に生じた隙間の割合(空孔率)65ー95
%、同じく隙間の大きさはセル数(1平方インチ当りの
孔数)20ー50である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to further clarify the configuration and operation of the present invention described above, a preferred embodiment of the combustion safety device of the present invention will be described below. FIG. 1 shows a schematic configuration of a combustion safety device as one embodiment. A combustion safety device 1 is provided adjacent to a main burner in a combustion chamber of a forced exhaust gas (FE type) gas water heater described later. A premix burner 5 is constituted by a porous ceramics 4 mounted in the middle of the body 2 and having a plurality of pores (diameter of about 2 mm or less in this embodiment) as a flame outlet 3 and a premix burner 5 at the top of the cylindrical body 2 (porous body). A cylindrical guard 6 whose upper part is above ceramics 4 prevents secondary air contact
It has become. Specifically, the gas nozzle 20 faces the lower opening 7 of the cylindrical body 2, and the space up to the porous ceramics 4 is defined as a mixing chamber 8, and the lower opening is set so that the air ratio in the mixing chamber 8 is normally 0.9. The opening of the section 7 is set. This mixture ratio (0.9) is a setting at which the combustion speed is maximized. That is, when the mixture ratio deviates from this value, the combustion speed is reduced. As shown in FIG.
As shown in the cross-sectional view and the top view, the ceramics 40 are made of coarse-grained ceramics 40 and have air permeability between the front surface 4a and the back surface 4b due to gaps formed between the ceramics 40. A large number of fine holes penetrating the front surface 4a and the back surface 4b are provided as the flame outlet 3. The porous ceramics 4 used in the present example has a pore diameter of 0.5 mm to 2 mm, and cordierite or β-spodumene as the ceramics 40. Rate) 65-95
%, And the size of the gap is 20 to 50 cells (the number of holes per square inch).

【0008】上記構成の燃焼安全装置1においては、多
孔体セラミックス4の表裏を貫通する細孔からなる炎口
3より流速の速い混合気が、多孔体セラミックス4の残
りの表面4aからは直接噴出することを妨げられて流速
の遅くなった混合気が浸みでるように噴出する。(図2
参照) その表面4aからの混合気の流速が遅いため、
炎口3となる細孔近傍に保炎部がなくてもガス燃焼速度
のバランスで表面4aが保炎部となって火炎が形成さ
れ、全体として多孔体セラミックス4の炎口3付近に非
常に安定した火炎が形成される。また、この場合、詳し
くは後述するが、この火炎は火炎の回りを囲む筒状ガー
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
れるので、不完全燃焼時においても二次空気の影響を受
けることなく、確実にリフトする。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、熱電対9の起電
力に応じてメインバーナのガス流路に設けた電磁弁を開
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。なお、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。
[0008] In the combustion safety device 1 having the above-described structure, the air-fuel mixture having a higher flow rate than the flame port 3 composed of the pores penetrating the front and back of the porous ceramics 4 is directly ejected from the remaining surface 4 a of the porous ceramics 4. The air-fuel mixture whose flow velocity has been slowed down by being prevented from spraying is jetted out so as to soak. (Figure 2
See) Because the flow rate of the mixture from the surface 4a is slow,
Even if there is no flame holding part near the pores serving as the flame outlet 3, the surface 4a becomes a flame holding part due to the balance of the gas burning rate, and a flame is formed. A stable flame is formed. In this case, as will be described in detail later, since the supply of the secondary air is interrupted by the cylindrical guard 6 surrounding the flame and the entire primary combustion is performed, even in the case of the incomplete combustion, the flame is discharged. Lift securely without being affected. In the cylindrical guard 6,
The thermocouple 9 is mounted from the lateral direction, and the heat receiving portion 9a is positioned in the flame. The thermocouple 9 is connected to a combustion controller (not shown) of the water heater, and is configured to control opening and closing of an electromagnetic valve provided in a gas passage of the main burner according to an electromotive force of the thermocouple 9. That is, it operates so as to close the gas flow path when the electromotive force of the thermocouple 9 becomes lower than the predetermined level. Note that a configuration may be employed in which the magnet safety valve is attracted and held by the electromotive force of the thermocouple 9 to maintain the gas passage open.

【0009】さて、図示しない熱交換器のフィン閉塞
や、燃焼室に燃焼用空気を送り込むファン能力低下によ
り燃焼用空気の風量が減少すると、混合室8内の空気比
が減少し燃焼速度が低下する。このため、炎口に形成さ
れていた火炎はリフトしていき、図3に示すように、つ
いには筒状ガード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)に対して火炎が二次空気の影響を受けることなく確
実にリフトし、筒状ガード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。
When the air volume of the combustion air is reduced due to blockage of a fin of a heat exchanger (not shown) or a reduction in a fan capacity for feeding the combustion air into the combustion chamber, the air ratio in the mixing chamber 8 is reduced and the combustion speed is reduced. I do. For this reason, the flame formed in the flame outlet is lifted, and finally, the flame is formed in the opening at the tip end of the cylindrical guard 6 as shown in FIG. In other words, during the entire primary combustion, the flame reliably lifts without being affected by the secondary air with respect to the decrease in the air volume (the decrease in the air ratio). Secondary air is supplied to perform Bunsen combustion. Further, during Bunsen combustion, since the combustion is diffusion combustion and the force for lifting the flame upward due to a decrease in the airflow decreases, the lift hardly occurs in response to a change in the airflow.

【0010】このように風量が減少すると、熱電対9の
起電力は図4に示すように、急激に減少するが、反対に
一酸化炭素濃度は急激に増加する。この特性図は実験に
より得られたもので、横軸は燃焼室に燃焼用空気を送り
込むファンの回転数(rpm)を、実線と一点鎖線は熱
電対の起電力(mV)を、破線は器具排気中の一酸化炭
素濃度(ppm)を表す。ガス種はプロパンガスと13
Aガスの異なるガス種について実験を行ない、比較のた
め従来例(一点鎖線)と本実施例(実線)とを並べて記
載している。(従来例は図12と同じ特性図である)
なお、この器具は従来例と同じように、風量および空気
比λがファンの回転数に比例する構成になっている。特
性図から分かるように、熱電対の起電力特性は、13A
ガスにおいては従来例とあまり変化がみられないのに対
して、プロパンガスにおいては本実施例の起電力特性が
従来例と比べて高回転数側へ移動している。従って、例
えばこの燃焼安全装置1を熱電対起電力が10mVにて
作動する(熱電対起電力が急激に変化する領域を利用し
てガス流路を閉じる)ように設定すると、従来は前述し
たように一酸化炭素濃度がプロパンガスにおいては既に
危険量に達しておりこの設定は使用できなかったが、本
実施例では安全量となっている。つまり、13Aガスば
かりでなくプロパンガスにおいても、この燃焼安全装置
1は、一酸化炭素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ガス流路を閉じることができるので
ある。
When the air volume decreases in this manner, the electromotive force of the thermocouple 9 sharply decreases as shown in FIG. 4, but the carbon monoxide concentration sharply increases. This characteristic diagram was obtained by an experiment. The horizontal axis represents the number of revolutions (rpm) of the fan that feeds combustion air into the combustion chamber, the solid line and the dashed line represent the electromotive force (mV) of the thermocouple, and the broken line represents the instrument. Indicates the concentration (ppm) of carbon monoxide in the exhaust gas. The gas type is propane gas and 13
Experiments were conducted for different gas types of A gas, and for comparison, a conventional example (dashed line) and this example (solid line) are shown side by side. (The conventional example has the same characteristic diagram as FIG. 12)
This device has a configuration in which the air volume and the air ratio λ are proportional to the rotation speed of the fan, as in the conventional example. As can be seen from the characteristic diagram, the electromotive force characteristic of the thermocouple is 13 A
In the case of propane gas, the electromotive force characteristics of the present embodiment are shifted to a higher rotation speed side than in the conventional example, while the gas is not much different from the conventional example. Therefore, for example, if the combustion safety device 1 is set so as to operate at a thermocouple electromotive force of 10 mV (close the gas flow path using a region where the thermocouple electromotive force changes rapidly), conventionally, as described above, Although the concentration of carbon monoxide has already reached a dangerous amount in propane gas and this setting cannot be used, it is a safe amount in this embodiment. That is, not only the 13A gas but also the propane gas, the combustion safety device 1 can close the gas passage because the electromotive force of the thermocouple 9 becomes equal to or less than the set value before the carbon monoxide concentration becomes high. .

【0011】なお、このような特性を示す理由について
は、おおむね下記のように考えられる。プロパンガスは
13Aガスと比較して燃焼速度が速く、また混合気が炎
口より噴出する際に渦ができるとさらに燃焼速度が速く
なる。従って、炎口に渦ができる様な従来の構成では、
プロパンガスと13Aガスとの特性の差が大きいが、本
実施例の場合には炎口3ばかりでなく表面4aからも混
合気が噴出するので渦の発生が少なく、両ガスの特性の
差は目立たないのである。
The reason for exhibiting such characteristics is considered as follows. Propane gas has a higher combustion rate than 13A gas, and the combustion rate further increases if a vortex is formed when the air-fuel mixture blows out from the flame opening. Therefore, in the conventional configuration in which a vortex is formed in the flame outlet,
Although the characteristic difference between the propane gas and the 13A gas is large, in the case of the present embodiment, since the air-fuel mixture is jetted not only from the flame outlet 3 but also from the surface 4a, the generation of vortices is small. It is inconspicuous.

【0012】次に、室内の酸素濃度の低下による不完全
燃焼を防止する作動について説明する。室内の酸素濃度
が低下すると、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
る。この結果、図5に示すように全一次燃焼中の火炎が
リフトし始め、筒状ガード6先端開口部に達したのちは
失火してしまう。この場合の熱電対9の起電力および器
具排気中の一酸化炭素濃度の特性を図6に示す。この特
性図は実験により得られたもので、横軸を酸素濃度とし
ている。特性図から分かるように、一酸化炭素濃度は室
内酸素濃度が18.5%以下にまで低下して急激に上昇
するのに対し、熱電対9の起電力は酸素濃度低下に対し
てリニアに減少する。従って、この場合においてはガス
種における設定値の違いはあまり問題とならない。つま
り、どのガス種においても、一酸化炭素濃度が上昇する
までに熱電対9の起電力は十分低下しているため、安全
レベルで確実にガス流路を閉じることができる。
Next, an operation for preventing incomplete combustion due to a decrease in the oxygen concentration in the room will be described. When the oxygen concentration in the room decreases, the combustion speed decreases because the amount of oxygen contributing to combustion decreases even if the air volume (air ratio) is the same. As a result, as shown in FIG. 5, the flame during the entire primary combustion starts to lift, and after reaching the opening at the tip end of the cylindrical guard 6, misfire occurs. FIG. 6 shows the characteristics of the electromotive force of the thermocouple 9 and the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas of the instrument in this case. This characteristic diagram is obtained by an experiment, and the horizontal axis represents the oxygen concentration. As can be seen from the characteristic diagram, the concentration of carbon monoxide sharply rises while the oxygen concentration in the room drops to 18.5% or less, whereas the electromotive force of the thermocouple 9 decreases linearly with the decrease in oxygen concentration. I do. Therefore, in this case, the difference in the set value depending on the gas type does not cause much problem. That is, for any gas type, the electromotive force of the thermocouple 9 is sufficiently reduced before the carbon monoxide concentration increases, so that the gas flow path can be reliably closed at a safe level.

【0013】次に、熱電対9の装着位置の変形例につい
て説明する。先の実施例では、熱電対9を筒状ガード6
に横方向から装着したが、図7に示すように多孔体セラ
ミックス4中央に貫通させて受熱部9aを火炎内に位置
させた構成であってもよい。
Next, a modification of the mounting position of the thermocouple 9 will be described. In the above embodiment, the thermocouple 9 is connected to the cylindrical guard 6.
However, as shown in FIG. 7, the heat receiving portion 9a may be located in the flame by penetrating the center of the porous ceramics 4 as shown in FIG.

【0014】また、予混合バーナ5の形状も様々なもの
が考えられる。例えば、図8に示すように、U字状に形
成されたスロート11を中継して横向きに配置すること
で、熱交換器からのドレン等による落下物詰まりを防止
するようにしてもよい。さらに、図9に示すように、V
字状に形成されたスロート12を中継して傾斜させて配
置すると共に、筒状ガード6先端に落下物防止板13を
設けるようにしてもよい。また、この落下物防止板13
はメインバーナからの火移りを補助する火移り板として
も作用する。
Various shapes of the premix burner 5 are also conceivable. For example, as shown in FIG. 8, the throat 11 formed in a U-shape may be relayed and arranged sideways to prevent clogging of falling objects due to drain or the like from the heat exchanger. Further, as shown in FIG.
The throat 12 formed in the shape of a letter may be relayed and arranged to be inclined, and a fall-off prevention plate 13 may be provided at the tip of the cylindrical guard 6. Also, the falling object prevention plate 13
Also acts as a fire transfer plate to assist the transfer of heat from the main burner.

【0015】次に、燃焼安全装置1をガス給湯器内に組
み込んだ構成の一例を示す。図10は、FE式ガス給湯
器の燃焼室30内を上方から視た概略構成図である。燃
焼室30内には、偏平な複数のメインバーナ31が並設
され、それらのスロート32先端に一次空気量調整用の
ダンパ33が設けられ、ノズル台34に設けられた各ガ
スノズル35から燃料ガスが供給される。このノズル台
34へのガス流路には能力(燃焼量)を調整するための
比例制御弁やガス流路を開閉する電磁弁(以上図示略)
が設けられる。また、燃焼室30の下部にはシロッコフ
ァン(図示略)が設けられ、燃焼用空気を燃焼室30に
供給しメインバーナ31でブンゼン燃焼を行い、この燃
焼熱で熱交換器(図示略)を加熱して出湯するよう構成
されている。
Next, an example of a configuration in which the combustion safety device 1 is incorporated in a gas water heater will be described. FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the inside of the combustion chamber 30 of the FE gas water heater as viewed from above. In the combustion chamber 30, a plurality of flat main burners 31 are arranged side by side, a damper 33 for adjusting a primary air amount is provided at the tip of the throat 32, and fuel gas is supplied from each gas nozzle 35 provided on a nozzle base 34. Is supplied. A proportional control valve for adjusting the capacity (burning amount) and a solenoid valve for opening and closing the gas flow path (not shown) are provided in the gas flow path to the nozzle base 34.
Is provided. Further, a sirocco fan (not shown) is provided below the combustion chamber 30 to supply combustion air to the combustion chamber 30 to perform Bunsen combustion with the main burner 31, and a heat exchanger (not shown) is generated by the combustion heat. It is configured to heat and tap.

【0016】燃焼安全装置1は、このメインバーナ31
に並設され、共通のノズル台34に設けたガスノズル3
6から燃料ガスが供給される。従って、別個にガス流路
を設けることなく簡易な構造となっている。また、能力
が大の場合と小の場合とでは、メインバーナ31の空気
比の設定が異なるが、燃焼安全装置1においてもそれに
応じて空気比が変更され、実際のメインバーナ31の燃
焼状態にそくした不完全燃焼検出を実施することができ
る。
The combustion safety device 1 includes a main burner 31
And the gas nozzles 3 provided on the common nozzle base 34
Fuel gas is supplied from 6. Therefore, the structure is simple without providing a separate gas flow path. In addition, although the setting of the air ratio of the main burner 31 is different between the case where the capacity is large and the case where the capacity is small, the air ratio is also changed in the combustion safety device 1 accordingly, and the actual combustion state of the main burner 31 is changed. Incomplete combustion detection can be performed.

【0017】以上説明した実施例においては、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、ファンの回転数を増大させれば
燃焼器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。
In the embodiment described above, the thermocouple 9
Although the gas flow path is closed when the electromotive force decreases below a predetermined value, the rotation speed of the fan may be adjusted before the gas flow path is closed. In other words, when the air ratio is reduced due to a headwind from an exhaust duct (not shown) or a fin blockage, there is a case where the air conditioner can be used without stopping the combustor by increasing the rotation speed of the fan.
Therefore, when the electromotive force of the thermocouple 9 decreases to a preset level, when the rotation speed of the fan is increased and the recovery of the electromotive force is not obtained even when the predetermined rotation speed is reached, that is, when the air ratio is increased. When it does not increase, the gas flow path is closed to stop the instrument. Further, the gas flow path may be closed when the electromotive force does not recover even after a predetermined period of time has elapsed since the rotation speed of the fan was increased.

【0018】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の回
転数を制御するのである。この場合、ファンの回転数が
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、燃焼安全装置1が風量不足や酸欠状態を、ガス
種によらず確実に検出するがゆえに(特性図参照)可能
である。なお、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。
The fan speed may be controlled so that the electromotive force of the thermocouple 9 always becomes a constant value. That is, the rotation speed of the fan is controlled using the electromotive force of the thermocouple 9 as a feedback control factor. In this case, when the rotation speed of the fan does not fall within the predetermined range, the gas passage is closed to prevent incomplete combustion. Such control based on the electromotive force of the thermocouple 9 is possible because the combustion safety device 1 reliably detects an insufficient air volume or an oxygen-deficient state regardless of the gas type (see the characteristic diagram). At the start of combustion, the control operation is not performed until the electromotive force of the thermocouple 9 is stabilized.

【0019】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なく、
例えば、熱電対9に代えて火炎電流を検出するフレーム
ロッド等の素子を用いてもよく、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。また、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。さらに、酸欠が心配されない外置き
タイプの器具においても、風量低下を検知するセンサと
して用いることができる。
The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to these examples in any way,
For example, an element such as a flame rod for detecting a flame current may be used in place of the thermocouple 9, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. Further, the present invention can be applied not only to a water heater but also to a combustor such as a fan heater. Further, the present invention can be used as a sensor for detecting a decrease in the air volume even in an external-type appliance in which oxygen deficiency is not a concern.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の燃焼安全
装置によれば、ガス種が異なっても同一仕様のままで、
燃焼器の給排気不良や室内の酸欠からくる不完全燃焼を
確実に検知することができるという優れた効果を奏す
る。
As described above in detail, according to the combustion safety device of the present invention, the same specifications are maintained even if the gas type is different.
This provides an excellent effect that incomplete combustion caused by insufficient supply / exhaust of the combustor or lack of oxygen in the room can be reliably detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】一実施例としての燃焼安全装置の概略構成図で
ある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a combustion safety device as one embodiment.

【図2】一実施例としての多孔体セラミックスの拡大図
である。
FIG. 2 is an enlarged view of a porous ceramic as one example.

【図3】風量低下時における火炎の状態を表す説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a state of a flame when a flow rate is reduced.

【図4】風量の変動に対する熱電対の起電力、CO濃度
特性を表すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing an electromotive force and a CO concentration characteristic of a thermocouple with respect to a change in air flow.

【図5】酸欠時における火炎の状態を表す説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state of a flame when oxygen is lacking.

【図6】酸素濃度の変動に対する熱電対の起電力、CO
濃度特性を表すグラフである。
FIG. 6: Thermocouple electromotive force, CO, with respect to oxygen concentration fluctuations
5 is a graph showing density characteristics.

【図7】熱電対の装着位置の変形例を表す概略構成図で
ある。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating a modification of a mounting position of a thermocouple.

【図8】他の実施例の燃焼安全装置の概略構成図であ
る。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a combustion safety device according to another embodiment.

【図9】他の実施例の燃焼安全装置の概略構成図であ
る。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a combustion safety device according to another embodiment.

【図10】ガス給湯器に燃焼安全装置を組み込んだ状態
の燃焼室を表す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a combustion chamber in a state where a combustion safety device is incorporated in a gas water heater.

【図11】従来の燃焼安全装置の概略構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a conventional combustion safety device.

【図12】従来の燃焼安全装置の風量の変動に対する熱
電対の起電力、CO濃度特性を表すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the electromotive force and CO concentration characteristics of a thermocouple with respect to a change in air volume of a conventional combustion safety device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,10 燃焼安全装置 4 多孔体セラミックス 6,17 筒状ガード 15 バーナプレート 9,19 熱電対 1,10 Combustion safety device 4 Porous ceramic 6,17 Cylindrical guard 15 Burner plate 9,19 Thermocouple

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 燃焼用空気を強制的に取り込んで燃焼す
メインバーナに隣接して、該メインバーナの燃焼用空
気供給路中に配設される安全装置であって、 表裏面間で通気性を有する多孔体セラミックスを炎口形
成面とした予混合バーナと、 この炎口形成面を囲んで、上記炎口形成面に形成される
火炎と上記予混合バーナの周囲の燃焼用空気との接触を
妨げることにより、燃焼用空気の供給量不足時に上記火
炎をリフトさせる筒状ガードと、 上記火炎の形成位置に応じた検知信号を出力する炎検知
素子とを備えてなる燃焼安全装置。
1. A combustion burner of a main burner adjacent to a main burner which forcibly takes in combustion air and burns the combustion air.
A safety device which is disposed in the air supply passage, a premix burner of porous ceramic was flame port formation surface having breathable between front and rear surfaces, surrounding the flame orifice formation surface, the flame hole Formed on the forming surface
Keep the flame in contact with the combustion air around the premix burner.
If the supply of combustion air is insufficient,
A combustion safety device comprising: a tubular guard that lifts a flame; and a flame detection element that outputs a detection signal according to a position where the flame is formed.
【請求項2】 前記多孔体セラミックスは表裏面間で通
気性を有し、その表裏面を貫通する細孔を炎口として設
けたことを特徴とする請求項1記載の燃焼安全装置。
2. The combustion safety device according to claim 1, wherein the porous ceramic has air permeability between the front and back surfaces, and a fine hole penetrating the front and back surfaces is provided as a flame port.
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