JPH01285708A - 燃焼装置の不完全燃焼検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、湯沸器やファンヒーター、コンロ等の燃焼装
置において、不完全燃焼や立ち消え等、バーナの燃焼状
態を、温度を介して検出するもので、詳しくはバーナの
炎口の近傍に、加熱温度に応じた熱起電力を発生する燃
焼状態検出用の熱電対を配設してある燃焼装置の不完全
燃焼検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の燃焼装置の不完全燃焼検出装置は、パイロットバ
ーナを用いた方法や、メインバーナで直接検出する方法
などがある。

パイロットバーナを用いた方法は、小型湯沸器の不完全
燃焼防止装置として実用化されでいる。

これは、第１図に示すように、正常燃焼状態のパイロッ
トバーナ（１２）の燃焼炎（ｆ）中に熱電対（４）の温
接点を、不完全燃焼や立ち消え等の燃焼状態の変化で前
記燃焼炎（ｆ）による加熱温度が変わるように挿入位置
させることにより、燃焼状態に応じて熱電対（４）の熱
起電力を変化させて、燃焼状態を検出するように構成さ
れている。

またメインバーナで、直接検出する方法としては、第２
図に示すように、正常燃焼状態のバーナ本体（２＾）の
燃焼炎中に熱電対（４）の温接点を、不完全燃焼や立ち
消え等の燃焼状態の変化で、燃焼炎による加熱温度が変
わるように挿入位置させることにより、燃焼状態に応じ
て熱電対（４）の熱起電力を変化させて、燃焼状態を検
出するように構成されており、燃焼状態に応じた熱電対
（４）の熱起電力の変化量を大きくとるため、バー六本
体（２人）に燃料〃ス噴出ガイ）″（２Ｅ）を設けて、
酸欠時のり７トの大きい検出炎（Ｆ）を形成させたり、
検出炎（Ｆ）のゆらぎを防ぎ熱起電力を安定化させるた
め熱電灯（４）の検出炎（Ｆ）に接する側の熱電対材Ａ
（４＾）の形状を板状にするなどの構造を持っている。

このメインバーナで燃焼状態を検出する方法においては
、立ち消えや不完全燃焼を起こすメインバーナ自体の燃
焼を直接監視できる利点を持つ。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、パイロ２トバーナを用いた方法においては、ガ
スノズル・ガス供給管・パイロットバーナ等構成部品が
複雑で、また、ガス種ごとにガスノズルやパイロットバ
ーナの仕様を変えねばならず全体としてコスト高であっ
た。

また、これらパイロットバーナの複雑さを解消し、コス
トを低減できるメインバーナで直接検出する方法におい
ては、実使用面で次のような１４題があった。

第３図に示すように、最大インプット時の酸素濃度に対
する熱電対の熱起電力は実線で示す特性を持つ。定常時
（０２濃度２１％）はＥｌの熱起電力を示すが、酸欠状
態になると、酸素濃度の低下とともに燃焼炎はリフトし
熱起電力は降下するが、不完全燃焼となるＥ。以下の熱
起電力となったとき、燃焼装置は、〃ス弁を閉じ、燃焼
が停止する安全Ｗｉ構を有する。しがしながら、小型湯
沸器などにおいて、絞り比（ターングラン比）を大きく
とると、最小インプット時に熱伝達量が大きく低下し、
定常時（０２濃度２１％）の熱起電力が、Ｅ２で示すよ
うに低下してＥｏとの余裕がなくなり、検出炎のわずか
な乱れによってもブス弁が遮断したり、０２濃度が比較
的高い状態（ｄｌ）で、不完全ｍ焼を起こしていない状
態でも〃ス弁が遮断されるという、いわゆる、「早切れ
」状態となって器具として使いにくいものとなっている
。こうした問題を解消するにしても、絞り比を小さくお
さえてＥ２値を高くとる、あるいは、インプットの大小
に応じて〃ス弁遮断ポイン）Ｅ。値を変える、あるいは
、絞り比を大きくする時はインプットの大小に応じて熱
電対の感熱部の位置を変えるなどの対応が必要で、器具
の性能低下や、複雑な機構を追加せざるを得なかった。

本発明の目的は、上記実状に鑑み、燃焼装置における不
完全燃焼の検出を、インプットの大小に拘らず安定して
行えるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による燃焼装置の不完全燃焼検出装置の待ａ構威
は、前記バーナの燃焼炎からの熱伝達と前記炎口の側壁
からの熱伝導によって、前記熱電灯が加熱される状態に
前記熱電対を形成配置してある点にあり、その作用・効
果は次の通りである。

〔作用〕

熱電対の燃焼炎に接する側の金属をバーナ本体の炎口の
側壁に当接させることにより、熱起電力は、燃焼炎から
の熱伝達による熱量と、燃焼炎により熱せられる炎口の
側壁から当接する熱電対への熱伝導による熱量により発
生する。

最大インプット時には、燃焼炎からの熱伝達量が大きく
、また、燃料ガス噴出速度が速いため、メインバーナ炎
口側壁温度は余り上がらず炎口側壁からの熱伝導量は少
ないことがら、発生熱起電力の多くは、燃焼炎からの熱
伝達量に依存する。

逆に、最小インプット時においては、ｆｆｉ焼炎の熱伝
達量は最大インプット時に比べその絞り比に応じて小さ
くなるが、燃料ガス噴出速度が下がって炎口冷却効果が
少なくなり、また、燃焼炎が炎口に近づくことにより、
炎口側壁温度は最大インプット時と比べて上がるため熱
伝導量は増える。

こうして発生熱起電力が決定されるが、熱電対の感熱部
の位置や熱容量を適当なものに決めることにより、第４
図に示すように、インプットの大小に拘らず、はぼ一定
の値の熱起電力を確保できる。第４図のＥ、゛は、定常
時（０２濃度２１％）の最大インプット時の熱起電力を
示し、Ｅ２１は最小インプット時の熱起電力を示す。

また、燃焼中に酸素濃度が低下していくと、燃焼炎はリ
フト状態に陥り、それに伴い熱起電力が降下していくが
、インプットの大小に拘らずほぼ同じような特性を示し
、第４図の実線（最大インプット）と破線（最小インプ
ット）で示すような小さい熱起電力差で推移する。

〔発明の効果〕

その結果、本発明により、インプットの大小に拘らず、
安定した熱起電力を発生できるようになった。第４図に
酸素濃度に対する熱起電力を示したが、最大インプット
（実線で示す）と最小インブ・７ト（破線で示す）の特
性の差を小さくできることがわかる。従って、低酸素時
にブスを遮断するポイン）（Ｅ、’）を最大インプット
時の熱起電力特性によって定めた時、最小インプットの
遮断ポイントを同ヒＥ０゛としても遮断時の０２濃度は
ｄユ゛となり、最大インプット時の遮断ｏ２濃度ｄ、ｌ
と差の小さいポイントで遮断させることができるように
なった。

従って、最小インプット時における定常時の余裕度（Ｅ
２゛とＥ　、１の差）が大きくとれるようになり、最小
インプット時の「早坊れ」現象は避けられるようになっ
た。

このようにして、インプットの大小に応じてガス遮断ポ
イントの熱起電力の設定値を変えたり、熱電灯の感熱部
位置を変えたり、あるいは、絞り比（ターングラン比）
を小さくとるなどの対応の必要がなくなり、簡素な構造
でありながら、低コストで精度の良い燃焼装置の不完全
燃焼検出装置を実現できた。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を示す。

第５図に示すように、ケース（１）内に、バーナ（２）
と、前記バーナ（２）で加熱されろ水加熱用の熱交換器
（３）を設け、バーナ（２）の燃焼状態を検出するため
の熱電対（４）と点火プラグ（５）とを設け、熱交換器
（３）への給水路（Ｗ）に水開閏弁（６）と水ガバナ（
７）を介装し、バーナ（２）への燃料〃ス供給路（Ｇ）
に、水がバナ（７）に連動して通水時に開く水圧応動弁
（８）と、ガス電磁弁（９）とを介装し、制御装置（１
０）を設けた燃焼装置の一例である元止め式の湯沸器を
構成する。

前記バーナ（２）は、第６図および第７図に示すように
、複数の炎口（２ａ）を列状に並べて形成するバーナ本
体（２＾）の複数を、それらバーナ本体（２人）に燃料
ガスを噴出供給するバーナノズルを備えたバーナホルダ
（２Ｂ）に、互いに平行に並列位置するように取り付け
、バーナホルダ（２Ｂ）の端部に、並列端に位置するバ
ーナ本体（２人）の炎口（２ａ）のうち特定少数個のも
のからの燃焼状態検出炎（Ｆ′）に作用する燃焼状態検
出用の前記熱電灯（４）の一方の熱電対材ノ〜（４Ａ）
を炎口（２ａ）の側壁に当接するように取り付けて構成
されている。

前記熱電灯（４）は、バーナホルダ（２Ｂ）に連設のス
テー（２Ｃ）にねじ（２ｂ）を介して取り付けで構成さ
れており、熱電対（４）のねし穴（４ｂ）は上下姿勢の
長孔としてあり、バーナ本体（２＾）に対する上下位置
を調筋して、ガス種に応じた適切な熱起電力を発生させ
ることを可能にしている。前記熱電灯（４）はバーナ炎
口（２ａ）側壁に当接する側の熱電対材Ａ（４Ａ）と、
これと対をなして熱電対とする熱電対材Ｂ　（４Ｂ）に
よって構成され、熱電対材Ａ（４Ａ）は燃焼状態検出炎
に接するため耐熱性・耐食性に富んだものを用い、また
、熱電対材Ａ（４＾）は第４図に示すような低酸素時の
熱起電力特性を得るための保炎効果をもたせるため、板
状に形成されている。

熱電対材Ａ（４＾）と熱電対材Ｂ　（４Ｂ）は溶接によ
って接合され感熱部を形成しており、具体的には前記熱
電灯材Ａ（４＾）をステンレス、前記熱電灯材Ｂ（４Ｂ
）ヲ！−ニッケル合金（コンスタンクン）で構成し′Ｃ
いる。また、前記熱電灯材Ａ（４＾）の一部である挟持
片（４ａ）は、折り曲げ構造とし、前記燃焼状態検出炎
（Ｆ゛）の炎口（２ａ）側壁に当接させるように、その
近傍の炎口（２ａ）側壁に差し込まれている。

もって、前記熱電灯（４）は、燃焼検出炎（Ｆ゛）から
の熱伝達と、熱電対（４）を構成する熱電対材Ａ（４Ａ
）が炎口（２ａ）側壁に当接し、第４図に示すような、
定常時（０２濃度２１％）熱起電力を、最大インプント
時においてはＥ　、　ｌ最小インプット時においてはＥ
　２１で与えられ、その差を小さくとることが可能にな
った。なお、第４図では、便宜上、Ｅ　、　１〉Ｅ、゛
としたが、熱電対（４）の感熱部の位置を上下方向に調
節することによりＥ　ｌ　’　”　Ｅ　２゛、または、
Ｅｌ’＜Ｅ２’にすることが可能である。

こうして得られた熱起電力は、酸素濃度の低下に伴って
降下し、最大インプットで不完全燃焼が起こる熱起電力
値Ｅ、、゛に達した時、前記ガス電磁弁（９）を遮断す
るよう前記制御装置（１０）が働く。

最大インプット時は、このようにして０２濃度がｄ。゛
の時にｐ４１ｆＩされるが、最小インプット時もＥ。゛
を遮断値と−すれぼガス遮断時の０２濃度はＪｌ゛のポ
イントとなり、ｄ、ｌと４＋の差は小さく設定すること
ができ、第４図ではＪｌじｄ、％であるが、前記熱電灯
（４）の位置調筋を行うことによって４　’　”　ｄ、
）　’、またはｄ、’＜ｄ。゛とすることも可能て゛あ
る。　次に、湯沸器の動作原理を説明する。

給水路（Ｗ）の水閘閉弁（６）を開き通水動作をさせる
と同時に、スイッチ（図示せず）をＯＮさせることによ
り、ｉ制御装置（１０）を介してガス電磁弁（９）を開
け、燃料ガスは通水動作により開弁された水圧応動弁（
８）を経・Ｃ，前記バーナ（２）に流れる。また、制御
装置（１０）により、ガス電磁弁（９）を開けると同時
に点火プラグ（５）を作動させ、前記バーナ（２）に着
火させ、熱交換器（３）を流れる水を加熱する。この時
、前記炎口（２ａ）側壁に当接させｔ：熱電対（４）に
より着火の検出を行う。

また、給水路＜Ｗ）の水閘閉弁（６）を閉じた時は、前
記水圧応動弁（８）が閉となり、また同時にスイッチ（
図示せず）がＯＦＦとなり、前記制御装置（１０）を介
してガス電磁弁（９）を閉じ燃料ガスは遮断される。

そして、燃焼中に、メインバーナ立ち消えや、酸素不足
による不完全燃焼が生じた場合、前記熱電灯（４）の熱
起電力が降下し、設定値Ｅｏｌになったとき、制御装置
（１０）により、ガス電磁弁（９）を閉じる安全機構と
なっている。

また、第５図に示す（１１）は前記熱交換器（３）の排
気ガス通路が閉塞されて不完全燃焼が生じた場合、前記
熱電灯（４）とは逆向きの熱起電力を発生する逆起熱電
対であり、前記逆起熱電対（１１）の熱起電力をもって
前記熱電灯（４）の熱起電力を打ち消すことで、前記制
御装置（１０）を介して前記ガス電磁弁（９）を閉弁さ
せる安全装置となっている。

〔別実施例〕

以下、本発明の別実施例を示す。

１、低酸素時に燃焼状態検出炎の熱起電力変化がとり易
いバーナであれば、熱電対（４）は第８図に示すように
、円柱形状の熱電対（４）であってもよい。

２、前述の実施例では、ステンレスと銅−ニッケル合金
（フンスタンタン）を接合させた熱電灯（４）を示した
が、熱電対と１．では、他の材料から成るものであって
も良い。

３、第９図に示すように、バーナ炎口（２ａ）側壁に当
接するように設けた伝熱板（２Ｄ）に当接する形で設け
た熱電灯（４）を不完全燃焼検出装置としでも良い。

４、熱電対（４）は、サーミスタ等地の温度センサーで
あっても良い。

５、本発明を適用するバーナの■途は不問である。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするた
めに符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構
造に限定されるものて゛はない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は従来例であり、 第１図はパイロットバーナを用いた検出装置構造図、第
２図はメインバーナを用いた検出装置構造図、第３図は
メインバーナを用いた場合の熱起電力の変化を示すグラ
フである。 ＄４図ないし第７図は本発明の実施例であり、＠４図は
熱起電力の変化を示すグラフ、第５図は湯沸器の構成図
、第６図（、）はバーナ・熱電対の側面図、第６図（ｂ
）はバーナ・熱電対の正面図、第７図はバーナ・熱電対
の斜視図である。第８図および第９図は、夫々本発明の
別実施例を示し、第８図は要部の正面図、第９図は要部
の側面図である。 各部の名称 １、ケース（器具外装） ２、バーナ ２八バーナ本体２Ｂバーナホルグ２Ｃステー２Ｄ伝熱板
　　２εε燃料スス噴出ガイド２ａ炎　　　　２ｂねし ３、熱交換器 ４、熱電対 ４＾熱電対材Ａ　　４Ｂ熱電対材Ｂ ４ａ挟持片　　　４ｂねじ穴 ５、点火プラグ ６、水閘閉弁 ７、水がバナ ８、水圧応動弁 ９、ガス電磁弁 １０、制御装置 １１、逆起熱電対 １２、パイロットバーナ オキ許迅瀬人　椿べ食紅バーマノ ｇＳ３図 ｄ＋　　　ｄ６ 大←酸素濃度→小 第４１２ 大−酸素濃度９小 第７図 ２！ Ａ ｒＡ６図　（ａ） 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バーナ（２）の炎口（２ａ）の近傍に、加熱温度に応じ
   た熱起電力を発生する燃焼状態検出用の熱電対（４）を
   配設してある燃焼装置の不完全燃焼検出装置において、
   前記バーナ（２）の燃焼炎からの熱伝達と前記炎口（２
   ａ）の側壁からの熱伝導によって、前記熱電対（４）が
   加熱される状態に熱電対（４）を形成配置してある燃焼
   装置の不完全燃焼検出装置。