JPH01206248A - 不完全燃焼検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ この発明は、湯沸器や風呂釜等のバーナと熱交換器とを
有する燃焼器具の、不完全燃焼の検出に関する。

［従来技術］ 出願人は、５ｎＯｔ等の金属酸化物半導体の抵抗値の変
化を用いたガスセンサにより、湯沸器や風呂釜等の不完
全燃焼を検出することを検討した（例えば特開昭６１−
８９，４１４号公報）。またガスセンサには、Ｐｔ等の
接触酸化触媒によるＣＯや１−１．の燃焼熱を用いた、
接触燃焼式ガスセンサも用い得ることを見出した（特開
昭６１−８９，４１５号公報）。

しかしながらこれらの研究は、失敗に終わっている。原
因は、ガスセンサの失活に有る。これらの燃焼器具では
商用電源を使用できず、電池や熱電素子の出力を電源と
してガスセンサを使用する場合が多い。そのためガスセ
ンサをヒータにより加熱することができず、センサを排
ガスにより加熱している。そしてこの条件で、ガスセン
サを長期間使用すると、センサは失活してしまうのであ
る。

［発明の課題］ この発明の課題は、ガスセンサの消費電力の減少により
、センサの失活を防止することに有る。

［発明の構成］ この発明では、ガスセンサにヒータとガス感応層とを設
け、ヒータには間欠的な電力パルスを加え、間欠的にガ
ス感応層を加熱する。１回の加熱時間はＩ　Ｏ０ｍｓｅ
ｃ以下で十分であり、また加熱のデユーティ比は１／１
０以下で十分で操る。

このようにすると、ガス感応層は間欠的に加熱され、加
熱と加熱との間は排ガス温度まで冷却されたままになる
。しかしながら発明者は、このような加熱条件でも、不
完全燃焼を検出でき、センサの失活も生じないことを見
出した。

［実施例］ 湯沸器を例に、以下に実施例を示す。

第１図において、２はメインバーナ、４はパイロットバ
ーナ、６は熱交換器、８はメインバーナ２のスイッチで
水流スイッチを兼ね、ＩＯは電磁弁で、１２はそのコイ
ルである。また１４は元栓である。

１６は湯沸器の排気トップで、ガスセンサＳを設置した
。ガスセンサＳの設置位置は熱交換器６の後流であれば
良く、湯沸器に排気フードを設ける場合、フードに取り
付けても良い。

１８はガスセンサＳの付帯回路、２０は３Ｖ等の電池電
源である。なお電池電源に変え、パイロットバーナ４や
メインバーナ２に臨ませた熱電素子の起電力等を電源と
しても良い。

第２図に、付帯回路Ｉ８を示す。２２は、例えば毎秒１
回０　、２　ｍｓｅｃのパルスを出力する発振回路であ
る。センサＳには、ガス感応層２４とヒータ２６とを設
ける。Ｔｒｉはスイッチングトランジスタで、リレー等
の任意のスイッチに変えても良い。発振回路２２の出力
でトランジスタＴｒｉをオンさせ、短期間間欠的にヒー
タ２６を発熱さ仕る。

Ｒ１はセンサＳの負荷抵抗、２８は負荷抵抗Ｒ１への電
圧のピーク値をサンプリングするためのピークホールド
回路、３０は比較回路で、抵抗Ｒ２，Ｒ３で定まる比較
電位とピークホールド回路２８の出力とを比較する。そ
してピークホールド回路２８の出力が比較電位を越えろ
と、不完全燃焼と判断する。Ｔｒ２は他のトランジスタ
で、電磁弁ｌＯのコイル１２を制御する。トランジスタ
Ｔｒ２も、任意のスイッチに変えることができる。

第３図、第４図により、ガスセンサＳの構造を説明する
。このガスセンサＳでは、直径２０μｍのＦｅ−Ｃｒ−
Ａｌ合金線をヒータ２６とし、これに厚さ５０Ａ−１μ
ｍ程度の絶縁被覆３２（ここでは厚さ１μｍの５ｉＯｚ
被覆）を施した。絶縁被覆３２の表面には、ガス感応層
としてのＳ　ｎ　Ｏ２膜２４（膜厚１μｍ１好ましい範
囲は０，１μｍ〜２０μｍ）を設けた。絶縁被覆上には
一対の電極３４．３４を設けてガス感応層２４に接続し
、これを基板３６に設けた印刷電極３８．３８に結合し
である。

なお印刷電極３８の一方は、ヒータ２６の電極に兼用す
る。ヒータ２６の他端は、他の印刷電極４０に結合する
。第５図に、ガスセンサＳの全体図を示す。ベース４２
に３本のり一ド４４を設け、これに基板３６をワイヤボ
ンディングした。４６は防爆用の金網である。

なおここでは特定のガスセンサＳに付いて説明したが、
これに限るものではない。ガス感応層２４は、Ｉｎ２Ｏ
３やＺｎＯ等を利用したしのでも良い。

また重要なことは、ヒータ２６とガス感応層２４とを接
近させ、パルス的な発熱でもガス感応層２４を加熱でき
るようにすることである。ヒータ２６とガス感応層２４
との距離を減少させれば、ヒータ２６を短時間発熱させ
ても、ガス感応層２４を加熱することができる。これに
対して両者間の距離が大きいと、短い加熱パルスではガ
ス感応層２４を加熱することができない。次に重要なこ
とはガス感応層２４やヒータ２６の熱容量を小さくし、
１回当たりの電力パルスのエネルギーを小さくすること
である。これらの条件が満たされれば、ガスセンサＳの
構造は任意である。例えば、絶縁基板上に膜状のヒータ
を設けると共に、ヒータ膜の上部に絶縁層を介して膜状
のガス感応層を積層した乙のでも良い。この場合、ガス
感応層はヒータ膜に積層されているので、両者間の距離
は小さい。ヒータやガス感応層は膜状としているので、
（好ましい厚さはそれぞれ５０μｍ以下、より好ましく
は２０μｍ以下）、両者の熱容量も小さい。

またガスセンサには、金属酸化物半導体を用いたもので
はなく、５ｂ２０ｓ等の水素イオン導電性水素センサ、
あるいは接触酸化触媒でのＣＯやＨ２の燃焼熱を利用し
た接触燃焼式ガスセンサ等を用いても良い。例えば水素
イオン導電性水素センサを用いる場合、ＳｎＯ，膜２４
を５ｂｔＯｓの膜に変え、電極３４の一方をち密な被覆
により雰囲気から遮断すると、２つの電極間に起電力が
生じる。

このセンサは水素とＣＯの双方に感応するので、不完全
燃焼に伴う水素やｃｏを検出できる。

また接触燃焼式ガスセンサの場合、例えばヒータ２６を
２個設け、一方にはｐｔをγ−アルミナに担持させた触
媒を被覆し、他方には担体のみを被覆すれば良い。この
場合、ヒータ２ｅはｐｔｌ等とし、触媒での燃焼熱をヒ
ータの温度変化から検出できるようにする。

第６図の動作波形を基に、装置の動作を説明する。ガス
センサＳを室温から３００　’Ｃに加熱するのに必要な
電力は、ヒータ２６に連続的に電力を加える場合、約４
０＋＋＋Ｗａｔｔテある。また＋５０’Ｃから３００℃
に加熱するのに必要な電力は、約２０ｍＷａｔｔである
。メインバーナ２の着火時にはセンサＳは排ガス自体に
より１５０℃付近まで加熱されるので、センサＳを３０
０℃で使用するのに必要な電力は、連続加熱の場合２０
＋＋＋Ｗａｔｔ程度となる。電池２０や熱電素子の起電
力で、これだけの電力を得ることは困難である。

実施例では、毎秒１回０゜２　ｍｓｅｃ幅で電圧３Ｖの
電力パルスをヒータ２６に加えた。デユーティ比が１１
５０００、ヒータ２６の抵抗値が４．５Ωなので、実効
電力は０　、４　ｍＷａｔｔとなる。実効電力は小さく
、電池２０や熱電素子の起電力で、センサＳを使用する
ことが可能となる。そしてこの加熱条件でも、不完全燃
焼を検出できた。即ちパルス的に電力をヒータ２６に加
えると、ガス感応部２４の温度は図の（２）のように変
化する。図中、Ｔ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇは排ガスに
よる加熱温度（約１５０℃）を意味する。これに伴い、
センサＳの出力（負荷抵抗Ｒ１への電圧）は、図の（３
）のように変化する。図中、破線は正常燃焼時の出力を
、実線は不完全燃焼時（Ｃｏ　Ｉ　ＯＯｐｐｍ含有）の
出力を意味する。

そこで例えば、電池２０によりセンサＳを常時間欠的に
加熱しておく。勿論加熱は、湯沸器の使用時にのみ行う
ようにしても良い。そしてメインバーナ２が不完全燃焼
を起こすと、センサＳの出力は変化し、これをピークホ
ールド回路２８でとらえ、不完全燃焼を検出する。なお
第６図の（３）から明らかなように、センサＳの出力の
取り出しにはピーク値を用いる必要はなく、任意の時点
での出力を用い得る。

電力パルスの条件は、消費電力の節減で定まる。

センサＳは０　、２　ｍｓｅｃ幅の電力パルスでも動作
し、パルスの幅を小さくする程電力は減少する。そこで
パルス幅の上限を１００ｍｓｅｃ、より好ましくは２０
　ｍｓｅｃ、更に好ましくは２　ｍｓｅｃとした。電力
パルスの間隔を実施例では１秒としたが、１分以下であ
ればセンサＳは不完全燃焼を検出できる。しかし実施例
の場合、電力パルスに伴う出力のピークを用いるので、
検出の遅れを考慮し、電力パルスの間隔は１０秒以下が
好ましい。電力パルスを加える期間のデユーティ比を小
さくする程、消費電力は減少する。そこでデユーティ比
はｌ／１０以下が好ましく、より好ましくはＩ／１００
以下とする。電力パルスの幅を極端に短くすると、実施
例では２　ｍｓｅｃ以下とすると、パルス幅を短縮して
も実効電力は余り減少しなくなる。これは同じ検出特性
を引き出すのに必要なパルス電圧か増加し、ｌｐＩのパ
ルス当たりのエネルギーが変わらなくなるためである。

例えば実施例の場合、３Ｖ。

０　、２　ｍｓｅｃ／　ｓｅｅの加熱条件と、２　Ｖ　
、　０　、４　ｍｓｅｃ／ｓｅｃの加熱条件、１．５Ｖ
、１．３ｍｓｅｃ／ｓｅｅの加熱条件とては、不完全燃
焼への感度はほとんど同じであった。なお第６図（４）
に示すように、１個の電力パルスを多数のより細いパル
スの群に変更し、これらの全体を１９１の電力パルスと
して用いても良い。

第１図の装置を用いた実使用の結果を示す。従来例とし
て、出願人のガスセンサ“ＴＧＳ　Ｉ　Ｏ９”、（特開
昭６１−８９．４１４号に用いたもの）を４個用い、湯
沸器の排気トップ１６に取り付けた。

また実施例として上記のものを４側用い、同じ位置に取
り付けた。加熱条件は、従来例ではヒータを用いず排ガ
スによる加熱に委ね（メインバーナ使用時の温度１３０
℃）、実施例では排ガスによる加熱と０　、２　ｍｓｅ
ｃ／　ｓｅｅで３■の電力パルスによる加熱とを利用し
た。３ケ月の実使用による、センサの抵抗値の変化を表
１に示す。

初期値　　　　　　　　８にΩ　　２００にΩ３ケ月後
　　　　　　２０に９　２５０にΩ不完全燃焼時の抵抗
値 初期値　　　　　　　５００Ω　　　２０にΩ３ケ月後
　　　　　　　３にΩ　　　２０にΩ＊　結果は、４個
のセンサの平均値、 実施例の抵抗値はセンサ出力のピーク値から換算、不完
全燃焼時の排ガスはＧＯｌｏｏｐｐｍを含有。

［発明の効果］ この発明では、ガスセンサの消費電力を減少し、電池電
源や熱雷素子等の出力によるガスセンサの使用を可能に
する。そしてこれによりガスセンサの失活を防止し、不
完全燃焼の検出を容易にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例の部分切り欠き部付き正面図である。 第２図は、実施例の回路図である。 第３図は、実施例に用いたガスセンサの要部正面図であ
る。 第４図は、第３図のＩＶ−ＩＶ方向要部拡大断面図であ
る。 第５図は、実施例に用いたガスセンサの全体構造を現す
、部分切り欠き部付き正面図である。 第６図（１）〜（４）は実施例の特性を現す波形図で、
第６図（１）は電力パルスの波形図、第６図（２）はセ
ンサ温度の波形図、第６図（３）はセンサ出力の波形図
である。また第６図（４）は、変形した電力パルスを現
す波形図である。 図において、 ２　メイバーナ、６　熱交換器、 Ｓ　ガスセンサ、２４　ガス感応層、 ２６　ヒータ、３２　絶縁被覆 ２８　ピークホールド回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）バーナとバーナ上方に設けた熱交換器とを有する
   燃焼器具の、熱交換器後流にガスセンサを設けて、燃焼
   器具の不完全燃焼を検出する方法において、 前記ガスセンサには、ヒータとガス感応層とを設けると
   共に、 ヒータには間欠的に電力パルスを加えて、ガス感応層を
   １００ｍｓｅｃ以下の時間間欠的に加熱し、この加熱に
   よりガス感応層を活性化して、不完全燃焼を検出するこ
   とを特徴とする、不完全燃焼検出方法。
2. （２）バーナとバーナ上方に設けた熱交換器とを有する
   燃焼器具の不完全燃焼を検出する装置において、 熱交換器後流に、ヒータとガス感応層とを有するガスセ
   ンサを設置すると共に、 ガスセンサの出力から不完全燃焼を検出する手段と、 １回の幅が１００ｍｓｅｃ以下で、かつデューティ比が
   １／１０以下のパルスを間欠的に出力する、パルス発生
   手段と、 このパルス発生手段のパルスにより動作して、ガスセン
   サのヒータを電源に接続するスイッチとを設けたことを
   特徴とする、不完全燃焼検出装置。