【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]
本考案は酸素濃度を検知して換気の必要性を表
示する装置に関するものである。
燃焼器具を密閉度の高い部屋で燃焼させた場合
時間経過と共に酸素濃度は減少し、さらに酸素不
足の状態に陥いると、燃焼器具は不完全燃焼を起
し、排ガス中には不燃ガスや一酸化炭素が増加し
てくるために生理上有害となり、時には死亡につ
ながる危険な雰囲気をかもし出していた。
現在、その検知手段として半導体（金属酸化
物）や接触燃焼式等が提案されているが、これら
はいずれも高濃度ガス（対称：可逆性ガス、CO）
であることが前提であり、又低濃度ガス検知では
二次的な要因（タバコの煙、アルコール、湿度、
電圧変化）等によつて、誤動作を起しやすい欠点
があつた。又、これらを燃焼器の換気センサとし
て用いるには、低濃度域での精度が得られにくい
等の問題があつた。その他フレームロツドは強燃
焼では酸素不足になるとソフト炎によつて自動消
火は可能であるが弱燃焼でのその作動は不完全で
あつた。
これに対して、換気を必要とする室内酸素濃度
となつた場合には、青炎（燃焼炎）から発生する
光の波長が大幅に変化し、受光素子の出力に変換
した場合正常燃焼時に比して明瞭なる変化を読み
取ることができる。本考案はこのような事実に基
づきなされたものである。以下本考案を灯油気化
式燃焼器に実施した場合について図面を参照して
説明する。
第１図は気化式燃焼器の正面図であつて、１は
油タンク２を１側に備えた燃焼器本体である。３
は油タンク２と連通した気化器で液体灯油を気化
ガスに変換する。４はこの気化ガスを燃焼させる
ブンゼン式のバーナで、当該気化ガスはここで環
元炎５、酸化炎６からなる青炎として燃焼する。
７はバーナ４を囲繞する如く設けられた炉で上方
に排気口８を有する。この排気口８からの熱気９
は本体１内の後部に設けられたフアン（図示せ
ず）で温風として本体１前面に送風される。１０
は上記炉７の酸化炎６に対応した位置に穿設され
た透視窓で、その外周部には断熱材１１を介して
〓字状の素子取付アングル１２がビス１３でもつ
て締着されている。１４は上記アングル１２に挿
通固定された保護管でその一端に光電変換素子
（受光素子という）１５が設けられている。この
保護管１４は素子１５の保護と同時にその性能を
向上させるため外部からの光をしや断する役目も
兼ねている。１６は素子１５のリード線である。
なお素子１５の取り付け位置（Ｘ…高さ）はバー
ナ面上から10〜50mmの適当な位置にするが、青炎
との関係で最適位置を選べばよい。
次にその動作について説明する。
今、密度で酸素リツチな状態から燃焼を開始す
ると、バーナの燃焼炎は環元炎と酸化炎を形成し
青炎で完全燃焼する。しかし時間経過と共に酸素
不足になれば環元炎５は伸炎となり、従来の酸化
炎６の青炎は赤火のきざしをみせてくる。例えば
酸素量と燃焼炎との関係は下表のようになる。即
ち酸素濃度18％以下になれば酸化炎６は、ほぼ完
全に赤炎となつて酸素不足の兆候をみせる。この
時点より不燃ガス量や一酸化炭素が多くなる。
The present invention relates to a device that detects oxygen concentration and indicates the need for ventilation. When a combustion appliance is burned in a tightly closed room, the oxygen concentration decreases over time, and if oxygen becomes insufficient, the combustion appliance will undergo incomplete combustion, and the exhaust gas will contain incombustible gas and other gases. The increase in carbon oxide created a dangerous atmosphere that was physiologically harmful and could even lead to death. Currently, semiconductors (metal oxides) and catalytic combustion methods have been proposed as detection means, but these all use highly concentrated gases (symmetrical: reversible gas, CO).
In addition, in low concentration gas detection, secondary factors (cigarette smoke, alcohol, humidity,
It had the disadvantage of being prone to malfunction due to changes in voltage (voltage changes), etc. Furthermore, when using these as ventilation sensors for combustors, there are problems such as difficulty in obtaining accuracy in low concentration ranges. Other flame rods are capable of automatically extinguishing fires with soft flames when there is a lack of oxygen in strong combustion, but this function is incomplete in weak combustion. On the other hand, when the indoor oxygen concentration reaches a level that requires ventilation, the wavelength of the light emitted from the blue flame (combustion flame) changes significantly, and when converted to the output of the light receiving element, it is compared to normal combustion. You can clearly read the changes. The present invention was developed based on these facts. Hereinafter, a case where the present invention is implemented in a kerosene vaporizing type combustor will be explained with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a vaporization type combustor, and 1 is a combustor main body equipped with an oil tank 2 on one side. 3
Converts liquid kerosene into vaporized gas using a vaporizer connected to the oil tank 2. Reference numeral 4 denotes a Bunsen-type burner that burns this vaporized gas, where the vaporized gas is burned as a blue flame consisting of an oxidation flame 5 and an oxidation flame 6.
A furnace 7 is provided to surround the burner 4 and has an exhaust port 8 above. Hot air 9 from this exhaust port 8
is blown to the front of the main body 1 as warm air by a fan (not shown) provided at the rear of the main body 1. 10
is a see-through window drilled at a position corresponding to the oxidizing flame 6 of the furnace 7, and a square-shaped element mounting angle 12 is fastened with screws 13 to the outer periphery of the window through a heat insulating material 11. . Reference numeral 14 denotes a protective tube that is inserted through and fixed to the angle 12, and a photoelectric conversion element (referred to as a light receiving element) 15 is provided at one end of the protective tube. This protective tube 14 serves to protect the element 15 and also to block light from the outside in order to improve its performance. 16 is a lead wire of the element 15.
The mounting position (X...height) of the element 15 is set at an appropriate position of 10 to 50 mm from the burner surface, but the optimum position may be selected in relation to the blue flame. Next, its operation will be explained. Now, when combustion starts from a dense and oxygen-rich state, the combustion flame of the burner forms an annulus flame and an oxidation flame, and complete combustion occurs with a blue flame. However, as time passes and oxygen becomes insufficient, the oxidizing flame 5 becomes an elongated flame, and the blue flame of the conventional oxidizing flame 6 begins to show signs of red flame. For example, the relationship between oxygen content and combustion flame is shown in the table below. That is, when the oxygen concentration falls below 18%, the oxidation flame 6 becomes almost completely red flame, showing signs of oxygen deficiency. From this point on, the amount of nonflammable gas and carbon monoxide increases.
【表】
以上のような酸素濃度と燃焼炎との関係がある
がこれを光起電力型変換素子を使つた場合の酸素
濃度と燃焼炎波長変化による起電圧との関係を第
２図に示す。第２図は強カロリーの時である（素
子１５をバーナ４面上から約20mmに設定した時）。
この図よりO2濃度20.6〜19％範囲の燃焼において
は起電圧は±／mVの変化で安定値として得られ
るがO2濃度19％以下の燃焼（前述のように酸化
炎の青炎が赤炎となる）ではこれに対応して起電
圧のフレ（振幅）は大幅に大きくなつてくる。
一方換気基準の設定については規定はないが、
その基準を
生理有害度からみた酸素濃度の必要な最小限
度は17〜19％であること。
酸素欠乏防止規則から酸欠基準は18％未満で
あること。
上述の酸素濃度と燃焼状態との兼合い。
環境基準からみたCO許容濃度は50ppmであ
るが燃焼時のO2濃度が19％の時の室内CO濃度
は20ppm前後に対応する。
等から判断して少なくとも室内O2濃度が18％以
上で換気する必要がある。従つて青炎の波長変化
を受光素子１５の出力として捕えると、室内酸素
濃度が容易に検知できることになる。即ち、受孔
素子１５の所定値以上の振幅を検知するようにし
ておけば、酸素濃度を検知出来、例えば酸素濃度
18％台で換気を指示することができる。
そこで、受孔素子１５の出力を発光ダイオード
（LED）の点灯個数に変換する回路を第３図に示
す。同図において、１５は第１図に示す受光素子
で演算増幅器１６の＋端子に接続されている。
R0は感度調節用の抵抗である。１７，１８は該
演算増幅器１６の一端子に入力される電圧を設定
する抵抗である。１９は上記増幅器１６の出力を
入力とするアンドゲートでその出力はカウンタ２
０のクロツク端子CLOCKに入力されている。こ
のカウンタ１９はカウント数を例えば２，２2，
２4，…，２nの如くｎ段階に区別して出力するも
ので、カウント数が増す程Ｈレベルとなる端子数
が増加する。この端子Q1〜Qoはそれぞれインバ
ータ１1〜１o、及び抵抗r1〜roを介してLED1〜
LEDoに接続されており、Ｈレベルになつた端子
に対応するLEDが点灯する。
カウンタ２０のCLEARはクリア端子で、Ｈレ
ベル信号が入いる毎にカウント内容をクリアす
る。２１は第４図に示す如き一定周期Ｔのクリア
信号CLを発生するクリア信号発生回路であつて
トランジスタTr、コンパレータIC等から構成さ
れている。この回路２１において、ダイオード
D1、抵抗R1、コンデンサＣは時定数回路を構成
しており、電源の投入に伴つて充電を開始する。
この充電電圧が抵抗R2，R3にて決定される基準
電圧を越えるとコンパレータICの出力がＬレベ
ルに反転し、トランジスタTrをオフし、そのト
ランジスタ出力をＨにする。と同時にコンデンサ
Ｃの充電電圧が抵抗R4、ダイオードD2を介して
放電を開始する。この放電時間は極めて短かいた
め、コンパレータICの出力は時間ｔ後に再びＨ
レベルとなり、上記トランジスタをオンしその出
力をＬレベルとする。この動作の繰り返えしによ
り、トランジスタTrは一定時間Ｔ毎にオンしカ
ウンタ２０のクリア端子CLEARにクリア信号CL
を供給する。従つてカウンタ２０は一定周期Ｔ毎
に繰り返えしアンドゲート１９の出力をカウント
することになる。
次に動作を簡単に説明する。酸素濃度が20％以
上の青炎燃焼の場合増幅器１６の出力信号は第５
図ａの如くなり、これを受けたアンドゲート１９
の出力も第６図ａの如き波形となる。酸素濃度が
20％未満になると断続的に赤炎が現われてきて増
幅器１６の出力信号及びアンドゲート１９の出力
信号は第５図ｂ、第６図ｂの如くなる。更に酸素
濃度が減少すると増幅器１６及びアンドゲート１
９の出力信号は第５図ｃ、第６図ｃの如くなる。
このように、酸素濃度が減少するに従つて、アン
ドゲート１９からの信号が断続的となる。そして
このゲート１９からの信号の立上りをカウンタ２
０で一定時間Ｔカウントすれば、酸素濃度に対応
するカウント数が得られることになる。このカウ
ント数はLEDの点灯個数で表示されるから、そ
の程度を容易に得ることができる。例えば酸素濃
度を20％未満から18％未満まで10段階に分けてお
けば、その点灯個数により換気の必要性が一目瞭
然となる。特に最終段階の出力ではLEDを点灯
するだけではなく燃焼を停止するようにすれば事
故を防ぐことができる。又、各端子Q1〜Qoの出
力を音声合成装置に導入して、各段階に対応する
音声を発生させてもよい。例えば第１段階では
“換気に注意しましよう”、第10段階では“至急に
換気して下さい”のように。
なお、換気表示をデジタル表示素子で「１」，
「２」…の如く表示しても良いし、「カンキヨウ」
の如く文字で表示しても良い。
叙上のように、本考案によれば燃焼器の使用
中、換気の必要性を段階的に報知するので、酸素
不足を未然に知ることができ、充分なる換気を正
確に行うことができる。従つて、酸欠による事故
はもちろん酸素不足に伴う頭痛等もなくすことが
できる。[Table] The above relationship between oxygen concentration and combustion flame is shown in Figure 2, which shows the relationship between oxygen concentration and electromotive force caused by changes in combustion flame wavelength when using a photovoltaic conversion element. . Figure 2 shows the case of strong calorie (when the element 15 is set at about 20 mm from the top of the burner 4).
This figure shows that in combustion in the O 2 concentration range of 20.6 to 19%, the electromotive force can be obtained as a stable value with a change of ±/mV, but in combustion at an O 2 concentration of 19% or less (as mentioned above, the blue flame of the oxidation flame turns red). correspondingly, the fluctuation (amplitude) of the electromotive force increases significantly. On the other hand, there are no regulations regarding the setting of ventilation standards;
The minimum required oxygen concentration from the viewpoint of physiological toxicity is 17-19%. According to the Oxygen Deficiency Prevention Regulations, the oxygen deficiency standard must be less than 18%. Balance between the above-mentioned oxygen concentration and combustion state. The permissible CO concentration according to environmental standards is 50 ppm, but when the O 2 concentration during combustion is 19%, the indoor CO concentration corresponds to around 20 ppm. Judging from the above, it is necessary to ventilate the room so that the indoor O 2 concentration is at least 18%. Therefore, if the wavelength change of the blue flame is captured as the output of the light receiving element 15, the indoor oxygen concentration can be easily detected. That is, if the amplitude of the hole receiving element 15 is detected at a predetermined value or more, the oxygen concentration can be detected.
Ventilation can be instructed at 18% level. Therefore, a circuit for converting the output of the hole receiving element 15 into the number of light emitting diodes (LEDs) is shown in FIG. In the figure, reference numeral 15 denotes the light receiving element shown in FIG. 1, which is connected to the + terminal of the operational amplifier 16.
R 0 is a resistance for sensitivity adjustment. 17 and 18 are resistors that set the voltage input to one terminal of the operational amplifier 16. 19 is an AND gate whose input is the output of the amplifier 16, and its output is the counter 2.
It is input to the 0 clock terminal CLOCK. This counter 19 has a count number of, for example, 2, 2 2 ,
It outputs signals in n stages such as 2 4 , . . . , 2 n , and as the count increases, the number of terminals at H level increases. These terminals Q 1 to Q o are connected to LEDs 1 to 1 through inverters 1 1 to 1 o and resistors r 1 to r o , respectively .
The LED corresponding to the terminal that is connected to LED o and becomes H level lights up. CLEAR of the counter 20 is a clear terminal, and the count contents are cleared every time an H level signal is input. A clear signal generating circuit 21 generates a clear signal CL with a constant period T as shown in FIG. 4, and is composed of a transistor Tr, a comparator IC, and the like. In this circuit 21, a diode
D 1 , resistor R 1 , and capacitor C constitute a time constant circuit, which starts charging when the power is turned on.
When this charging voltage exceeds the reference voltage determined by resistors R 2 and R 3 , the output of the comparator IC is inverted to L level, turns off the transistor Tr, and makes the transistor output H. At the same time, the charging voltage of the capacitor C starts discharging via the resistor R 4 and the diode D 2 . Since this discharge time is extremely short, the output of the comparator IC goes high again after time t.
level, turning on the transistor and setting its output to L level. By repeating this operation, the transistor Tr is turned on at fixed time intervals T, and the clear signal CL is sent to the clear terminal CLEAR of the counter 20.
supply. Therefore, the counter 20 repeatedly counts the output of the AND gate 19 at regular intervals T. Next, the operation will be briefly explained. In the case of blue flame combustion with an oxygen concentration of 20% or more, the output signal of the amplifier 16 is the fifth
The AND gate 19 receives this as shown in figure a.
The output also has a waveform as shown in FIG. 6a. oxygen concentration
When it becomes less than 20%, a red flame appears intermittently, and the output signal of the amplifier 16 and the output signal of the AND gate 19 become as shown in FIGS. 5b and 6b. When the oxygen concentration further decreases, the amplifier 16 and the AND gate 1
The output signals of 9 are as shown in FIGS. 5c and 6c.
In this way, as the oxygen concentration decreases, the signal from the AND gate 19 becomes intermittent. Then, the counter 2 detects the rising edge of the signal from the gate 19.
If T is counted for a certain period of time at 0, a count corresponding to the oxygen concentration will be obtained. This count is displayed as the number of LEDs lit, so you can easily determine the extent of the count. For example, if the oxygen concentration is divided into 10 levels from less than 20% to less than 18%, the need for ventilation will be obvious based on the number of lights lit. Particularly in the final stage of output, accidents can be prevented by not only turning on the LED but also stopping combustion. Alternatively, the outputs of the terminals Q 1 to Q o may be introduced into a speech synthesizer to generate speech corresponding to each stage. For example, in the first stage, "Let's be careful about ventilation," and in the tenth stage, "Please ventilate immediately." In addition, the ventilation display is set to "1" on the digital display element.
It may be displayed as "2"...or "Kankiyou"
It may also be displayed in characters such as. As described above, according to the present invention, the need for ventilation is notified in stages while the combustor is in use, so that oxygen shortage can be known in advance and sufficient ventilation can be accurately performed. Therefore, not only accidents caused by lack of oxygen but also headaches caused by lack of oxygen can be eliminated.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図…本考案の装置を具備した燃焼器の正面
説明図。第２図…燃焼時間及び酸素濃度と受光素
子の起電圧との関係を示す特性図（強燃焼）。第
３図…第１図の要部回路図。第４図、第５図ａ，
ｂ，ｃ、第６図ａ，ｂ，ｃ…第３図の各部の信号
波形図。
符号、１５：受孔素子、１６：演算増幅器、１
９：アンドゲート、２０：カウンタ、LED1〜
LEDo：発光ダイオード。
FIG. 1: A front explanatory view of a combustor equipped with the device of the present invention. Fig. 2: Characteristic diagram showing the relationship between combustion time, oxygen concentration, and electromotive force of the light-receiving element (strong combustion). Fig. 3: Main part circuit diagram of Fig. 1. Figure 4, Figure 5a,
b, c, Fig. 6 a, b, c...Signal waveform diagrams of each part in Fig. 3. Code, 15: Hole receiving element, 16: Operational amplifier, 1
9: AND gate, 20: Counter, LED 1 ~
LED o : Light emitting diode.