JPH06323530A - 燃焼機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 限界電流式酸素センサの限界電流特性が得ら
れる暖気ウォーミング時間を短縮し、酸素濃度計測を短
時間で開始できる燃焼機器を提供する。 【構成】 燃焼排ガスを排気する煙道５に、限界電流式
酸素センサ４のセンサ素子に近接して加熱体６を配置
し、加熱体６に加熱電圧を印加する加熱電圧源１１には
加熱体６に印加する電圧を変更する加熱電圧変更手段１
２が併設されている。燃焼部３に配置した温度検出手段
１３から得られる燃焼部温度が、あらかじめ記憶させた
所定値（Ａ）以上の場合は加熱電圧源１１を常用電圧値
（Ｖ₀ ）で作動させる。燃焼部温度が所定値（Ａ）未満
の場合は加熱電圧源１１を初期は常用電圧値より高い電
圧値（Ｖ₁ ）で作動させ、あらかじめ記憶させた所定時
間（ｔ）において急激に常用電圧値まで低下させるよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排ガス流路中に配置し
て酸素濃度を検出する限界電流式酸素センサを用いた燃
焼機器に関し、特に限界電流式酸素センサが酸素濃度検
出可能となるまでの暖気ウォーミング時間を短縮する燃
焼機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃焼機器は、完全燃焼が得られる
ようにあらかじめ空気供給量と燃料供給量との比率（以
下、空燃比という）を計算し、その計算をもとにした空
気供給量および燃料供給量で燃焼させるものであった。
しかしながら、燃焼機器を様々な環境下で使用すると外
気温度の変動・気圧の変動、さらに燃料供給手段や空気
供給手段の耐久性にまつわる変動のため空燃比が当初の
計算値より変動し、たとえば海抜２０００メートルの酸
素希薄環境の高地で空燃比を平地で求めた当初の計算値
のまま使用すると酸素不足により不完全燃焼が発生する
場合がある。

【０００３】この問題を解決する手段として空燃比が燃
焼排ガス中の酸素濃度と相関があることに着目し、酸素
濃度を計測する限界電流式酸素センサを用い、このセン
サを燃焼排ガス流路中に配置して最適な空燃比の制御を
行う燃焼機器の開発が試みられている。

【０００４】従来のこのような燃焼機器のブロック図を
図２４に示す。図において燃料を供給する燃料供給部１
と、燃焼に要する空気を供給する空気供給部２とから燃
料と空気を供給され、気化して空気と混合された燃料を
燃焼させる燃焼部３において燃焼した後の排ガスを排気
させる煙道５中には限界電流式酸素センサ４を配置して
いる。ここで限界電流式酸素センサ４は、そのセンサ素
子に近接して加熱体６を有しており、断熱材７で外包さ
れ、さらに断熱材７を気体通気性枠体８で外包してセン
サ実装体とした構成である。

【０００５】限界電流式酸素センサ４を構成する酸素イ
オン伝導性固体電解質体（図示せず）の両面に形成され
た電極膜（図示せず）には、一定電圧を印加する素子駆
動用電圧源９と、発生電流を検出するための素子電流検
出手段１０とが直列に接続され閉回路を構成している。
この素子電流検出手段１０の両端に接続された制御信号
読み取り手段１５は、その読み取り結果により、燃料供
給部１、空気供給部２を制御するように接続されてい
る。また、限界電流式酸素センサ４を構成している加熱
体６には、加熱のための電圧を印加する加熱電圧源１１
が接続されている。

【０００６】以上のように構成され、つぎにその作動方
法について述べる。まず、燃焼操作と共に、またはそれ
に先行して素子駆動用電圧源９と加熱電圧源１１を一定
電圧値にて作動させる。すると、加熱体６により限界電
流式酸素センサ４の酸素イオン伝導性固体電解質体が加
熱されて酸素ポンピング作用が働き、酸素分子が酸素イ
オンとして固体電解質体を通過するが、限界電流式酸素
センサ４の酸素拡散通路（図示せず）により酸素分子の
移動が徐々に制限されるため酸素イオンの通過が制限さ
れ、それに伴い発生電流が徐々に低下する。やがて酸素
拡散通路による酸素分子の移動制限作用が安定するた
め、発生電流も安定し限界電流を呈するようになる。こ
のように、センサが限界電流特性を呈するようになるに
はかなりの時間を要する。そこでこのセンサ安定時間を
あらかじめ測定しておき、この安定時間経過後に素子電
流検出手段１０で検出された電流を読み取って制御信号
として活用する。

【０００７】また他の従来例として、電極膜に印加する
素子駆動用電圧源の電圧値をイオン伝導性固体電解質体
の発生電流とリンクさせ、電流値が大きいときは素子駆
動用電圧源の電圧値を大きくし、電流値が小さいときは
素子駆動用電圧源の電圧値も小さくする装置もある。こ
の他の従来例の作動装置は、このように素子駆動用電圧
源の電圧値を発生電流とリンクさせてセンサ特性の安定
化を計るものであるが、やはりセンサが安定した後に素
子電流検出手段で検出された電流を読み取って制御信号
として活用している。

【０００８】しかしながら、上記従来の限界電流式酸素
センサを用いて空燃比制御を行う燃焼機器においては、
限界電流式酸素センサが酸素濃度検出可能となる暖気ウ
ォーミング時間が問題となる。たとえば燃料として灯油
を使用した石油燃焼機器の場合、灯油を気化させて灯油
蒸気とし、この灯油蒸気と空気の混合物が燃焼する原理
であるため、燃焼部３をあらかじめ数分間かけて加熱し
て約２４０〜３００℃の温度まで上昇させ、燃焼部の気
化面で灯油を気化させて灯油蒸気としたのち空気と混合
させて燃焼させている。そのため燃焼開始まで数分を要
し、限界電流式酸素センサはこの燃焼開始時間までに酸
素濃度の検出が可能となるようにする必要がある。

【０００９】センサ安定時間を短縮して短時間に酸素濃
度の計測を開始できるようにするために、加熱体に印加
する電圧値を低くしてヒータ消費電力値を低下させる方
法、または電極膜に印加する印加電圧値を低くする方法
がある。しかし、いずれの方法もセンサの耐久性や応答
性の観点では好ましくなく、センサの耐久性や応答性の
低下を招くという問題点があった。このように、短時間
に酸素濃度を計測できるようにすることとセンサの耐久
性・応答性とは相反事項である。すなわちセンサの耐久
性や応答性を向上させるには、加熱体に印加する電圧値
はセンサの割れ等を生じさせない範囲においてできるだ
け高くして高ヒータ消費電力値にすること、また電極膜
に印加する印加電圧値は水分の電気分解を生じない範囲
においてできるだけ高くして高印加電圧値にすることが
必要であるが、短時間に酸素濃度を計測できるようにす
ることを優先する観点から、加熱体に印加する電圧値を
低くして消費電力値を低下させる方法、または電極膜に
印加する印加電圧値を低くする方法を採用している。

【００１０】一方、加熱体に印加する電圧値を使用初期
のみ高くし所定時間が経過したら常用電圧を印加して安
定時間を短縮する方法も考えられる。しかし、燃焼機器
が燃焼を始める時間は千差万別であり、この燃焼開始時
間は燃焼機器の使い始めの場合は比較的長い時間を要す
るが、使用を一時的に中断し再び再開する場合は燃焼部
が暖まっているため短時間となる。そのため、この方式
では燃焼が短時間に始まると燃焼開始時に加熱体に高い
電圧が印加されており、燃焼排ガス熱の受熱が加わって
センサが必要以上に加熱されるため限界電流式酸素セン
サからの発生電流が安定せず、燃焼排ガス中の酸素濃度
がなかなか正確に測定できないという問題点がある。し
たがって、センサの作動方法は燃焼機器の燃焼開始時間
（使用形態）を考慮した工夫が必要であり、上記のよう
に定型化したセンサ作動方法では燃焼を開始しているの
に酸素濃度を安定して検出できない状態を生じるという
問題点があった。

【００１１】しかも、燃焼中は燃焼排ガス熱を受熱する
ため、加熱体に印加する電力が一定であるとセンサ温度
が大気中の場合より高くなり、このセンサ温度上昇はセ
ンサの耐久性低下を招く。したがって燃焼開始後は、セ
ンサ温度が必要以上に上昇しないよう考慮する工夫が必
要であり、加熱体への電圧供給方法を定型化するとセン
サの信頼性を低下させるという問題点があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の燃
焼装置の問題点を解決するためになされたもので、限界
電流式酸素センサを暖める加熱体に印加する電圧を、燃
焼部をはじめ各部の温度の大小に応じて変化させること
により限界電流式酸素センサを短時間に安定させ、酸素
濃度検出開始を早め、また限界電流式酸素センサの耐久
性や応答性の低下を来さない燃焼装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の燃焼装置は、請求項１に対応する構成とし
て、燃料を供給する燃料供給部と、空気を供給する空気
供給部と、燃料と空気の混合ガスを燃焼させる燃焼部
と、燃焼部からの燃焼排ガスが流れる煙道と、煙道中に
配置されセンサ素子に近接して配置された加熱体を有し
断熱材で外包された限界電流式酸素センサと、限界電流
式酸素センサの加熱体に加熱電圧を印加する加熱電圧源
と、加熱電圧源に印加する電圧を変更する加熱電圧変更
手段と、燃焼部に配置して燃焼部の温度検出結果を加熱
電圧変更手段に与える温度検出手段とを有しており、請
求項２に対応する構成として、請求項１の構成に加え
て、限界電流式酸素センサ内にセンサ素子の温度を検出
して加熱電圧変更手段に与えるセンサ温度検出部とを有
しており、請求項３に対応する構成として、請求項１の
構成に加えて限界電流式酸素センサの加熱体と加熱電圧
源との接続閉回路内に設けて、その検出結果を加熱電圧
変更手段に与えるヒータ電流検出手段を有しており、ま
た請求項４に対応する構成として、燃料を供給する燃料
供給部と、空気を供給する空気供給部と、燃料と空気の
混合ガスを燃焼させる燃焼部と、燃焼部からの燃焼排ガ
スが流れる煙道と、煙道中に配置されセンサ素子に近接
して配置された加熱体を有し断熱材で外包された限界電
流式酸素センサと、限界電流式酸素センサの加熱体に加
熱電圧を印加する加熱電圧源と、加熱電圧源に印加する
電圧を変更する加熱電圧変更手段と、燃焼部に配置して
燃焼部の温度検出結果を加熱電圧変更手段に与える温度
検出手段とを有しており、請求項５に対応する構成とし
て、請求項４の構成における温度検出手段に代えて、燃
焼部からの燃焼排ガスが流れる煙道中に配置し、その検
出結果を加熱電圧変更手段に与える排ガス温度検出手段
とを有しており、請求項６に対応する構成として請求項
５の構成における排ガス温度検出手段に代えて燃焼部の
燃焼火炎中に配置され、その検出結果を加熱電圧変更手
段に与えるイオン電流検出手段を有したものとなってい
る。

【００１４】

【作用】本発明の燃焼装置は請求項１の構成において、
温度検出手段は燃焼部の温度を検知して、それがあらか
じめ記憶させた所定温度値以上の場合は、加熱電圧変更
手段は加熱電圧源を常用電圧値で作動させ、所定温度値
未満の場合は加熱電圧源を使用初期は常用電圧値より高
い電圧値で作動させるとともに、あらかじめ記憶させた
所定時間経過後に常用電圧値まで低下させて作動させる
こととなる。

【００１５】また請求項２の構成において、温度検出手
段は燃焼部の温度を検知して、それがあらかじめ記憶さ
せた所定温度値以上の場合は、加熱電圧変更手段は加熱
電圧源を常用電圧値で作動させ、所定温度値未満の場合
は加熱電圧源を使用初期は常用電圧値より高い電圧値で
作動させるとともに、センサ温度検出部で検知されたセ
ンサ温度があらかじめ記憶させた所定センサ温度以上に
なった場合は常用電圧値まで低下させて作動させること
となる。また請求項３の構成において、温度検出手段は
燃焼部の温度を検知して、それがあらかじめ記憶させた
所定温度値以上の場合は、加熱電圧変更手段は加熱電圧
源を常用電圧値で作動させ、所定温度値未満の場合は加
熱電圧源を使用初期は常用電圧値より高い電圧値で作動
させるとともに、ヒータ電流検出手段で検知されたヒー
タ電流値があらかじめ記憶させた所定ヒータ電流値以下
になった場合は常用電圧値まで低下させて作動させるこ
ととなる。

【００１６】また請求項４の構成において、加熱電圧変
更手段は温度検出手段から得られる燃焼部温度があらか
じめ記憶させた所定温度以上の場合は加熱電圧源を常用
電圧値より低い電圧値で作動させるように作用すること
となる。

【００１７】また請求項５の構成において、加熱電圧変
更手段は排ガス温度検出手段から得られる排ガス温度
が、あらかじめ記憶させた所定排ガス温度以上の場合
は、加熱電圧源を常用電圧値より低い電圧値で作動させ
るように作用することとなる。

【００１８】また請求項６の構成において、加熱電圧変
更手段はイオン電流検出手段から得られるイオン電流値
が、あらかじめ記憶させた所定イオン電流値以上の場合
は、加熱電圧源を常用電圧値より低い電圧値で作動させ
るように作用することとなる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の燃焼機器の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は本発明の一実施例の燃焼機器の
基本構成ブロック図である。

【００２０】図１において従来例の図２４と同一機能の
構成要素には同一符号を付けて、その詳細な説明は省略
する。限界電流式酸素センサ４の一部を構成し、センサ
素子に近接して配置されている加熱体６には、加熱のた
めの電圧を印加する加熱電圧源１１が接続され、加熱電
圧源１１には加熱体６に印加する電圧を変更する加熱電
圧変更手段１２が併設されている。

【００２１】燃焼部３には温度検出手段１３が配置さ
れ、加熱電圧変更手段１２との電気的接続で温度検出手
段１３から得られる燃焼部温度（Ａ₁ ）があらかじめ記
憶させた所定値（Ａ）以上の場合は加熱電圧源１１を常
用電圧値（Ｖ₀ ）で作動させ、燃焼部温度が所定値
（Ａ）未満の場合には初期は加熱電圧源１１を常用電圧
値より高い電圧値（Ｖ₁ ）で作動させ次の条件になると
急激にまたは徐々に常用電圧値まで低下させるように構
成している。この加熱電圧源１１への印加電圧を常用電
圧値（Ｖ₀ ）まで低下させる時期は、少くとも（ア）あ
らかじめ記憶させた所定時間（ｔ）経過後の場合、
（イ）限界電流式酸素センサ４に配置され加熱電圧変更
手段１２と電気的に接続されたセンサ温度検出部（図示
せず）から得られるセンサ温度（α₁ ）が所定センサ温
度（α）以上の場合、（ウ）加熱体６と加熱電圧源１１
との閉回路内に配置され加熱電圧変更手段１２と電気的
に接続されたヒータ電流検出手段１４から得られるヒー
タ電流値（ａ₁ ）が所定ヒータ電流値（ａ）以下の場合
のいずれかであるように構成する。

【００２２】また素子電流検出手段１０には、センサ特
性が安定する所定時間（Ｘ）後において素子電流検出手
段１０からの検出電流を読み取り制御信号として活用す
る制御信号読み取り器１５が併設されている。

【００２３】さらに、燃焼が始まり次の条件になると加
熱電圧変更手段１２が作動して加熱電圧源を常用電圧値
（Ｖ₀ ）より低い電圧値（Ｖ₂ ）で作動するように構成
する。この条件とは（エ）温度検出手段１３から得られ
る燃焼部温度が所定温度値（Ａ）より高温の所定温度値
（Ｂ）以上になった場合、（オ）燃焼部３の燃焼火炎中
に配置したイオン電流検出手段１６から得られるイオン
電流値が所定イオン電流値（Ｉ）以上の場合、（カ）排
ガス流路５に配置した排ガス温度検出手段１７から得ら
れる排ガス温度が所定排ガス温度値（Ｔ）以上の場合と
する。

【００２４】図２は、本発明の燃焼機器に用いる加熱電
圧変更手段１２の、燃焼部３の温度を検出する温度検出
手段１３の検出結果を中心にした動作状態を示すフロー
チャートである。スタートすると、加熱電圧変更手段１
２の制御部におけるＲＡＭがクリーアにされる。つぎに
燃焼部温度（Ａ₁ ）の検出を行い、燃焼部温度の所定温
度値（Ａ）を呼び出して燃焼部温度（Ａ₁ ）と所定温度
値（Ａ）を比較する。もしも、燃焼部温度（Ａ₁ ）が所
定温度値（Ａ）以上の高い温度であると、加熱電圧源１
１を常用電圧源（Ｖ₀ ）で作動させる。一方、燃焼部温
度（Ａ₁ ）が所定温度値（Ａ）未満の場合は加熱電圧源
１１を常用電圧値より高い電圧値（Ｖ₁）で初期は作動
させ、次の条件になると加熱電圧源１１への印加電圧を
急激にまたは徐々に常用電圧値（Ｖ₀ ）まで低下させて
作動させる。この常用電圧値まで低下させる時期は、
（ア）あらかじめ記憶させた所定時間（ｔ）経過後の場
合、（イ）限界電流式酸素センサ４に配置され加熱電圧
変更手段１２と電気的に接続されたセンサ温度検出部か
ら得られるセンサ温度（α₁ ）が所定センサ温度（α）
以上の場合、（ウ）加熱体６と加熱電圧源１１との閉回
路内に配置され加熱電圧変更手段１２と電気的に接続さ
れたヒータ電流検出手段１４から得られるヒータ電流値
（ａ₁ ）が所定ヒータ電流値（ａ）以下の場合のいずれ
かである。この電圧変更後、加熱体６は加熱電圧源１１
により常用電圧値（Ｖ₀ ）で作動する。

【００２５】あらかじめ記憶させた所定時間（ｔ）経過
後の場合は、スタートからの所用時間を加熱電圧変更手
段１２が計測しており、所定時間（ｔ）になると加熱体
６を常用電圧値（Ｖ₀ ）で作動させる。センサ温度の検
定の場合、まずセンサ温度（α₁ ）を検出しセンサ温度
（α₁ ）が所定センサ温度（α）以上の場合は常用電圧
値（Ｖ₀ ）で作動させ、それ未満なら再度センサ温度
（α₁ ）を検出し所定センサ温度（α）以上となるまで
このサイクルを繰り返す。ヒータ電流値の検定の場合、
まずヒータ電流値（ａ₁ ）を検出しヒータ電流値
（ａ₁ ）が所定ヒータ電流値（ａ）以下の場合は常用電
圧値（Ｖ₀ ）で作動させ、それ以上なら再度検出しヒー
タ電流値（ａ₁ ）が所定ヒータ電流値（ａ）以下となる
までこのサイクルを繰り返す。

【００２６】図３は、本発明の燃焼機器に用いる加熱電
圧変更手段１２が加熱電圧源１１を初期から常用電圧値
（Ｖ₀ ）で作動させる場合の動作状態を示すフローチャ
ートである。スタート後、加熱電圧源１１は常用電圧値
（Ｖ₀ ）で作動させ燃焼が始まり、次の条件になると加
熱電圧変更手段１２が作動して急激に、または徐々に加
熱電圧源を常用電圧値より低い電圧値（Ｖ₂ ）で作動さ
せる。この電圧値を変更させる時期は、（エ）燃焼部３
に配置した温度検出手段１３から得られる燃焼部温度
（Ｂ₁ ）が所定温度値（Ｂ）以上になった場合、（オ）
燃焼部３の燃焼火炎中に配置したイオン電流検出手段１
６から得られるイオン電流値（Ｉ₁ ）が所定イオン電流
値（Ｉ）以上の場合、（カ）煙道（排ガス流路）５に配
置した排ガス温度検出手段１７から得られる排ガス温度
（Ｔ₁ ）が所定排ガス温度値（Ｔ）以上の場合のいずれ
かである。

【００２７】燃焼部温度の検定の場合、まず燃焼部温度
（Ｂ₁ ）を検出し所定温度値（Ｂ）と比較して値
（Ｂ₁ ）が値（Ｂ）以上の場合は加熱電圧源１１を常用
電圧値より低い電圧値（Ｖ₂ ）で作動させ、値（Ｂ₁ ）
が値（Ｂ）未満の場合は再度燃焼部温度（Ｂ₁ ）を検出
し値（Ｂ₁ ）が値（Ｂ）以上となるまでこのサイクルを
繰り返す。イオン電流値の検定の場合、まずイオン電流
値（Ｉ₁ ）を検出し所定イオン電流値（Ｉ）と比較して
値（Ｉ₁ ）が値（Ｉ）以上の場合は加熱電圧源１１を常
用電圧値より低い電圧値（Ｖ₂ ）で作動させ、値
（Ｉ₁ ）が値（Ｉ）未満の場合は再度イオン電流値（Ｉ
₁ ）を検出し値（Ｉ₁ ）が値（Ｉ）以上となるまでこの
サイクルを繰り返す。一方、排ガス温度の検定の場合、
まず排ガス温度値（Ｔ ₁ ）を検出し所定温度値（Ｔ）と
比較して値（Ｔ₁ ）が値（Ｔ）以上の場合は加熱電圧源
１１を常用電圧値より低い電圧値（Ｖ₂ ）で作動させ、
値（Ｔ₁ ）が値（Ｔ）未満の場合は再度排ガス温度値
（Ｔ₁ ）を検出し値（Ｔ₁ ）が値（Ｔ）以上となるまで
このサイクルを繰り返す。

【００２８】以上いずれの場合も加熱電圧源１１の電圧
の変更は、必要に応じて急激にまたは徐々に変更すれば
よい。

【００２９】図４は、本発明の燃焼機器における限界電
流式酸素センサ４の周辺の構成およびその作動回路の第
１の実施例のブロック図である。

【００３０】限界電流式酸素センサ４は、対となる電極
膜１８ａおよび１８ｂが両面に形成された酸素イオン伝
導性固体電解質体１９と、酸素イオン伝導性固体電解質
体１９の片側上部にカソード側電極膜１８ａを囲み始端
と終端がお互いに間隔を有するように配置された螺旋型
スペーサ２０′と、この螺旋型スペーサ２０′の上部に
配置されたシール板２０″と、シール板２０″の上部に
配置された加熱部６とで構成している。そして螺旋型ス
ペーサ２０′とシール板２０″とで拡散律速体２０が構
成され、酸素拡散通路２１が螺旋型スペーサ２０′の相
対向する隔壁と酸素イオン伝導性固体電解質体１９とシ
ール板２０″で囲まれる螺旋型の空間で形成される。な
お、加熱体６は酸素イオン伝導性固体電解質体１９に併
設してもよい。図１と共通の構成要素には同一の符号を
付けて説明を省略する。

【００３１】つぎに具体的実例にもとづいて限界電流式
センサ４およびその実装体の各部材質および製法を説明
する。図４の限界電流式酸素センサ４において酸素イオ
ン伝導性固体電解質体１９としてジルコニア（ＺｒＯ₂
にＹ₂ Ｏ₃ を８モル％添加したもの）、電極膜１８ａ・
１８ｂとして白金、螺旋型スペーサ２０′として硝子
（熱膨張係数はジルコニアと概略同一であり、所定粒径
の耐熱性粒子を微量含有したもの）、シール板２０″と
してフォルステライト、加熱部６として白金ヒータを用
いた。まず、電極膜１８ａ・１８ｂを固体電解質板１９
の上に、さらに螺旋型スペーサ２０′を酸素イオン伝導
性固体電解質体１９の上に厚膜印刷技術および焼成技術
を用いて形成する。一方、シール板２０″の上には加熱
部６を厚膜印刷技術および焼成技術を用いて形成する。
つぎに、酸素イオン伝導性固体電解質体１９上の螺旋型
スペーサ２０′とシール板２０″とを積層し加熱溶融す
ることで酸素拡散通路２１を形成する。そしてリード線
（図示せず）を取りつけてセンサ素子を完成する。この
センサ素子には、セラミック製底体（図示せず）に設け
たリード端子（図示せず）にリード線を電気的に接合
し、その後断熱材７で外包し、さらにこの断熱材７をス
テンレス製金網（図示せず）で外包し、セラミック製底
体とステンレス製金網を接合して気体通気性枠体８とし
て実装体を構成する。

【００３２】以上のように構成され、つぎにその動作に
ついて図４およびタイミングチャートの図５にもとづき
説明する。スタートすると、まず加熱電圧変更手段１２
および温度検出手段１３を作動させてスタート時におけ
る燃焼部温度（Ａ₁ ）の検出を行い、測定された燃焼部
温度（Ａ₁ ）と、あらかじめ記憶させた所定温度値
（Ａ）とを比較する。もしも、燃焼部温度（Ａ₁ ）が所
定温度値（Ａ）以上の高い温度であると、加熱電圧源１
１を常用電圧値（Ｖ₀ ）で作動させる。一方、燃焼部温
度（Ａ₁ ）が所定温度値（Ａ）未満の場合は加熱電圧源
１１を初期は常用電圧値より高い電圧値（Ｖ₁ ）で作動
させることで加熱体６に一時的に高電力値を印加し素早
くセンサを暖める。またスタートと同時に、素子駆動用
電圧源９と素子電流検出手段１０を作動させる。加熱体
６により酸素イオン伝導性固体電解質体１９が加熱され
て酸素ポンピング作用が働き、酸素分子が酸素イオンと
して酸素イオン伝導性固体電解質体１９を通過するが、
酸素拡散通路２１により酸素分子の移動が徐々に制限さ
れるため、酸素イオンの通過が制限され、それに伴い発
生電流が徐々に低下する。やがて、所定時間（ｔ）にな
ると加熱電圧変更手段１２が作動し、加熱電圧源１１が
印加する電圧値を急激にまたは徐々に常用電圧値
（Ｖ₀ ）まで低下させる。そして素子電流が安定する時
間（Ｘ）となると、制御信号読み取り器１５が素子電流
検出手段１０で検出された電流を読み取り、その値を制
御信号として活用する。なお、使用初期に加熱電圧源１
１が印加する電圧値は一例として常用電圧値の１.2倍以
下の電圧値とした。また所定時間（ｔ）は、少くとも素
子電流が減少し始める時間より大であり、かつ長くとも
使用開始から素子電流減少開始までの時間の４倍以内の
時間に設定した。

【００３３】その後、燃料供給部１および空気供給部２
が作動して時間（Ｙ）で燃焼が開始する。そして、時間
（Ｚ）において温度検出手段１３から得られる燃焼部温
度（Ｂ₁ ）が所定温度値（Ａ）より高温の所定温度値
（Ｂ）以上になった場合、加熱電圧変更手段１２が作動
して加熱電圧源１１を常用電圧値（Ｖ₀ ）より低い電圧
値（Ｖ₂ ）で作動させる。

【００３４】限界電流式酸素センサ４は、制御信号読み
取り手段１５を介して燃料供給部１または空気供給部２
と電気的に関連付けられており、燃焼排ガス中の酸素濃
度を測定して、あらかじめ記憶させた酸素濃度になるよ
うに燃料供給部１または空気供給部２を制御する。

【００３５】このように本実施例によれば、加熱体６に
一時的に高電力値を印加しセンサを短時間に暖めること
で、酸素拡散通路２１による酸素分子の移動制限作用や
酸素ポンピング作用が短時間に安定するため、センサ安
定時間は、使用初期より常用電圧のままで作動させた場
合より短縮され、短時間に酸素濃度が計測できるように
なるとともに、燃焼部３の温度を温度検出手段１３で検
出して加熱体６への印加電圧を常用電圧値より下げるこ
とによりセンサ素子が必要以上に加熱されることを防止
する。

【００３６】図６は、本発明の燃焼機器における限界電
流式酸素センサ４の周辺の構成およびその作動回路の第
２の実施例のブロック図である。基本的構成は図４と同
じであるが、限界電流式酸素センサ４には、そのセンサ
素子の温度を検出するセンサ温度検出部２２が配置さ
れ、さらに排ガス温度検出手段１７が燃焼排ガスが流れ
る煙道５に配置されて加熱電圧変更手段１２と電気的に
導通し、さらに制御信号読み取り手段１５にも導通して
いる。

【００３７】以上のように構成され、つぎにその動作に
ついて図６およびタイミングチャートの図７にもとづき
説明する。まず加熱電圧変更手段１２および温度検出手
段１３を作動させて燃焼部温度（Ａ₁ ）の検出を行い、
測定された燃焼部温度（Ａ₁）と、あらかじめ記憶され
た所定温度値（Ａ）とを比較する。もしも、燃焼部温度
（Ａ₁ ）が所定温度値（Ａ）以上の高い温度であると、
加熱電圧源１１を常用電圧値（Ｖ₀ ）で作動させる。一
方、燃焼部温度（Ａ₁ ）が所定温度値（Ａ）未満の場合
は加熱電圧源１１を初期は常用電圧値より高い電圧値
（Ｖ₁ ）で作動させることで加熱体６に一時的に高電力
値を印加し素早くセンサを暖める。スタートと同時に、
素子駆動用電圧源９と素子電流検出手段１０を作動させ
る。加熱体６により酸素イオン伝導性固体電解質体１９
が加熱されて酸素ポンピング作用が働き、酸素分子が酸
素イオンとして酸素イオン伝導性固体電解質体１９を通
過するが、酸素拡散通路２１により酸素分子の移動が徐
々に制限されるため、酸素イオンの通過が制限され、そ
れに伴い発生電流が徐々に低下する。やがて、センサ温
度検出部２２から得られたセンサ温度が所定センサ温度
（α）以上になると加熱電圧変更手段１２が作動し、加
熱電圧源１１が加熱体６に印加する電圧値を急激に常用
電圧値（Ｖ₀ ）まで低下させる。そして素子が安定する
時間（Ｘ）以後になると、制御信号読み取り器１５が素
子電流検出手段１０で検出された電流を読み取り、その
値を制御信号として活用する。なお、使用初期に加熱電
圧源１１が印加する電圧値は例として常用電圧値の１.2
倍以下の電圧値とした。

【００３８】その後、燃料供給部１および空気供給部２
が作動して時間（Ｙ）で燃焼を開始する。そして、時間
（Ｚ）において排ガス温度検出手段１７から得られる排
ガス温度（Ｔ₁ ）が所定排ガス温度値（Ｔ）以上になっ
た場合、加熱電圧変更手段１２が作動して加熱電圧源１
１の電圧を常用電圧値（Ｖ₀ ）より低い電圧値（Ｖ₂）
で作動させる。

【００３９】このように本実施例によれば、加熱体６に
一時的に高電力値を印加しセンサを短時間に暖めること
で、酸素拡散通路２１による酸素分子の移動制限作用や
酸素ポンピング作用が短時間に安定するため、センサ安
定時間は、使用初期より常用電圧のままで作動させた場
合より短縮され、短時間に酸素濃度が計測できるように
なるとともに、排ガス温度が所定温度以上に上昇したと
きに加熱体６に与える加熱電圧を常用電圧値より下げる
ことにより、センサ素子が必要以上に加熱されることを
防止する。

【００４０】図８は本発明の燃焼機器における限界電流
式酸素センサ４の周辺の構成およびその作動回路の第３
の実施例のブロック図である。基本的構成は図４と同じ
であるが、加熱体６と加熱電圧源１１との閉回路内には
ヒータ電流検出手段１４が配置され、さらに燃焼部３の
燃焼火炎中に配置したイオン電流検出手段１６が加熱電
圧変更手段１２と電気的に導通し、またヒータ電流検出
手段１４から制御信号読み取り手段１５に電気的に導通
している。

【００４１】以上のように構成され、つぎにその動作に
ついて図８およびタイミングチャートの図９にもとづい
て説明する。まず加熱電圧変更手段１２および温度検出
手段１３を作動させて燃焼部温度（Ａ₁ ）の検出を行
い、測定された燃焼部温度（Ａ ₁ ）とあらかじめ記憶さ
れた所定温度値（Ａ）を比較する。もしも、燃焼部温度
（Ａ₁ ）が所定温度値（Ａ）以上の高い温度であると、
加熱電圧源１１を常用電圧値（Ｖ₀ ）で作動させる。一
方、燃焼部温度（Ａ₁ ）が所定温度値（Ａ）未満の場合
は加熱電圧源１１を初期は常用電圧値より高い電圧値
（Ｖ₁ ）で作動させることで加熱体６に一時的に高電力
値を印加し素早くセンサを暖める。スタートと同時に、
素子駆動用電圧源９と素子電流検出手段１０を作動させ
る。加熱体６により酸素イオン伝導性固体電解質体１９
が加熱されて酸素ポンピング作用が働き、酸素分子が酸
素イオンとして酸素イオン伝導性固体電解質体１９を通
過するが、酸素拡散通路２１により酸素分子の移動が徐
々に制限されるため、酸素イオンの通過が制限され、そ
れに伴い発生電流が徐々に低下する。やがて、ヒータ電
流検出手段１４から得られたヒータ電流値が所定ヒータ
電流値（ａ）以下になると加熱電圧変更手段１２が作動
し、加熱電圧源１１が印加する電圧値を急激に常用電圧
値（Ｖ₀ ）まで低下させる。そして素子が安定する時間
（Ｘ）以後になると、制御信号読み取り器１５が素子電
流検出手段１０で検出された電流を読み取り、その値を
制御信号として活用する。なお、例として使用初期に加
熱電圧源１１が印加する電圧値は常用電圧値の１.2倍以
下の電圧値とした。

【００４２】その後、燃料供給部１および空気供給部２
が作動して時間（Ｙ）で燃焼を開始する。そして、時間
（Ｚ）においてイオン電流検出手段１６から得られるイ
オン電流値（Ｉ₁ ）が所定イオン電流値（Ｉ）以上にな
った場合、加熱電圧変更手段１２が作動して加熱電圧源
を常用電圧値より低い電圧値（Ｖ₂ ）で作動させる。

【００４３】このように本実施例によれば、加熱体６に
一時的に高電力値を印加しセンサを短時間に暖めること
で、酸素拡散通路２１による酸素分子の移動制限作用や
酸素ポンピング作用が短時間に安定するため、センサ安
定時間は、使用初期より常用電圧（Ｖ₀ ）のままで作動
させた場合より短縮され、短時間に酸素濃度が計測でき
るようになるとともに、燃焼部３の燃焼火炎中に配置し
たイオン電流検出手段から得られるイオン電流が所定値
以上の場合に加熱体への印加電圧を常用電圧値より下げ
ることにより、センサ素子が必要以上に加熱されること
を防止する。

【００４４】なお、上記３実施例中の各構成要素は固定
的なものでなく、それぞれ他の実施例と組み合わせて用
いても差支えない。

【００４５】以下、本発明の効果を実験例に基づき説明
する。 （実験１）実験は図４、図６および図８のすべての構成
要素を有する回路を用い、限界電流式酸素センサ（１０
mm×１０mm×０.7mm）を断熱材０.5ｇで外包した実装体
で大気中におけるセンサ安定時間を測定した。

【００４６】試験は、大気中（酸素２0.６％）で行い、
素子電流検出手段１０として１０００Ωの抵抗を用いそ
の両端の電圧を測定して素子電流を求めた。また加熱体
６と加熱電圧源１１には、ヒータ電流検出手段１４とし
て１.0Ωの抵抗を直列に接続して閉回路を構成した。さ
らに、シール板２０″の表面の拡散孔側には素子温度検
出部２２（具体的には白金センサ）が配置されている。
得られた素子電流の過渡特性を図１０に、ヒータ電流の
過渡特性を図１１に、センサ温度の過渡特性を図１２に
示す。

【００４７】まず動作方法について記す。加熱電圧源１
１および加熱電圧変更手段１２を作動させリード線を介
して加熱部６に電圧１0.９Ｖ（常用電圧値１0.０Ｖの
１.0９倍の電圧値）を印加し、加熱部６を介して酸素イ
オン伝導性固体電解質板１９を加熱する。一方、加熱電
圧源１１の作動と同時に素子駆動用電圧源９を作動さ
せ、印加する電圧値を１.0Ｖで作動させ電極膜１８ａ，
１８ｂに電圧を印加する。すると、酸素イオン伝導性固
体電解質体１９の酸素ポンピング作用が働き、酸素分子
が酸素イオンとして酸素イオン伝導性固体電解質体１９
を通過するため徐々に素子電流が増加するが、やがて酸
素拡散通路２１により酸素分子の移動が徐々に制限され
るため、酸素イオンの通過が制限され、それに伴い素子
電流が時間とともに徐々に低下する。

【００４８】素子電流は時間とともに減少しているが、
所定時間（ｔ）（この場合は１.5分）となると加熱電圧
変更手段１２が作動し、加熱電圧源１１が印加する電圧
値を急激に常用電圧値の１0.０Ｖまで低下させる。する
とセンサ素子電流は６分で安定化し、そして、素子電流
が安定する所定時間（Ｘ）（この場合は６分）となると
制御信号発生器１５が電流検出手段９で検出された電流
を読み取り、制御信号として活用できるようになる。

【００４９】一方、ヒータ電流は時間とともに電流が低
下するが、所定ヒータ電流値（ａ）である２７５ｍＡ
（使用初期より１.5分後）となると加熱電圧変更手段１
２が作動し、加熱電圧源１１が印加する電圧値を急激に
常用電圧値の１0.０Ｖまで低下させる。すると、急激に
ヒータ電流が減少し約６分で安定値の２５０ｍＡが得ら
れる。

【００５０】またセンサ温度は時間とともに増加する
が、所定温度（α）の４４０℃（使用初期より１.5分
後）となると加熱電圧変更手段１２が作動し、加熱電圧
源１１が印加する電圧値を急激に常用電圧値の１0.０Ｖ
まで低下させる。すると、急激に素子温度が上昇し約６
分で安定温度の４５０℃が得られる。

【００５１】参考のため、使用初期より常用電圧のまま
で作動させた従来例の場合、図１０〜図１２の破線のよ
うに素子電流やヒータ電流そしてセンサ温度は約１４分
で安定した。

【００５２】また、このセンサの長期連続使用で不都合
が生じない常用ヒータ消費電力値について検討したとこ
ろ、２.5〜２.9Ｗなら実用可能なことが判明した。この
理由は、２.9Ｗ以上では間欠使用に伴うヒートショック
で実用不可能になること、２.5Ｗ以下では長期使用に伴
う電極劣化のため実用不可能なためである。さらに詳細
に検討したところ、使用初期に加熱電圧源が短時間に印
加する電圧値は、常用電圧値の１.2倍以下が最適であっ
た。また印加電圧の変更時期は、素子電流が減少開始す
る時間以上であって、使用開始から減少開始までの時間
までの４倍値以内、ヒータ電流値がその安定値の１.3２
倍以下で１.0４倍以上になる時間、素子温度がその安定
温度の０.8５倍以上で１.0０倍以下になる時間とするこ
とによって、センサ安定時間が短縮され、しかも耐久性
に影響がないことが判明した。

【００５３】（実験２）図１の機器構成において図４、
図６および図８のすべての構成要素を持った回路を用い
て実験を行った。燃料として灯油を使用する燃焼機器で
効果を判定した。この燃焼機器の燃焼排ガスが通過する
煙道５に、加熱体６を有し、断熱材７で外包し、さらに
気体通気性枠体８で外包した限界電流式酸素センサの実
装体を配置した。

【００５４】燃焼機器は灯油を使用しているため、灯油
を気化させて蒸気とする必要があり、燃焼部３をあらか
じめ２４０℃前後にヒータで加熱し、加熱された部分に
灯油を滴下して気化させ蒸気としている。燃焼部温度
は、この気化面部の温度を測定したものである。

【００５５】燃焼部３の温度推移を図１３に示す。燃焼
部はその温度が時間とともに上昇しており、約７分経過
すると燃焼を開始するためその温度がさらに上昇し、や
がて３００℃前後で安定する。なおこの燃焼機器におい
て、あらかじめ記憶させた所定温度値（Ａ）は１００℃
とした。また所定温度値（Ｂ）は２６０℃とした。

【００５６】図１４は、加熱電圧源１１が加熱体６に印
加する電圧の推移である。燃焼部３の温度は使用初期が
３０℃であり、１００℃に設定した所定温度値（Ａ）以
下であることが図１３より判る。そのため印加電圧は、
使用初期は１0.９Ｖ（常用電圧値１0.０Ｖの１.0９倍の
電圧値）とした。やがて所定時間（ｔ）（この場合１.5
分）になると電圧が急激に変更されて常用電圧値の１0.
０Ｖが印加される。そして、燃焼が始まり燃焼部３の温
度が所定温度値（Ｂ）である２６０℃以上になると、加
熱電圧変更手段１２が作動して加熱体６への印加電圧を
９.0Ｖ（常用電圧値１0.０Ｖの０.9倍）とした。なお、
従来は常時１0.０Ｖを印加している。

【００５７】限界電流式酸素センサ４から発生する素子
電流の過渡特性を図１５に示す。素子電流は、使用初期
は時間とともに増加するが約１分も経過すると酸素拡散
通路により酸素分子の移動が徐々に制限されるため、時
間とともに徐々に低下する。そして約６分も経過すると
安定した値が得られる。このとき、限界電流式酸素セン
サ４はまだ大気と接触しているため、大気中酸素濃度に
おける限界電流値が得られることとなる。このため、こ
の大気中酸素濃度において測定される限界電流値をあら
かじめ記憶させた電流値と比較し、互いがほぼ同じ値な
らセンサは異常がないと判断でき、異なる値であればセ
ンサが異常と判断できる。

【００５８】そして、７分経過すると燃焼を開始するた
め燃焼排ガス中の酸素濃度が減少し、それにともない素
子電流も減少し燃焼後１分で安定値が得られる。

【００５９】参考のため、使用初期より常用電圧のまま
で作動させた従来法の場合の素子電流の過渡特性を破線
で示した。素子電流は、従来法の場合は燃焼を開始する
７分までに安定せず、さらに燃焼を開始してもなかなか
安定しなかった。そのため、大気中酸素濃度におけるセ
ンサの良否判定ができず、センサ異常が仮にあったとし
ても異常の状態で使用されるため誤測定が発生する。ま
た、燃焼開始後も素子電流がなかなか安定しないため安
定するまでセンサが使用できず不都合である。

【００６０】センサ温度の過渡特性を図１６に示す。本
発明の場合、センサ温度は約６分で約４５０℃に安定
し、さらに燃焼を開始した７分以後も約４５５℃でほぼ
安定した。一方、使用初期より常用電圧のままで作動さ
せた従来法の場合は、センサ温度は６分経過しても安定
温度に達せず、さらに燃焼を開始した以後に約５２０℃
でほぼ安定した。このセンサ温度５２０℃は、このセン
サを短期的に使用できる上限温度であり、長期間使用す
るとセンサの割れなどが発生する温度領域である。また
従来法においてセンサ温度が燃焼後は高くなる理由は、
燃焼が始まるとセンサは約２６０℃の燃焼排ガスにさら
され本来の加熱体供給熱以外の燃焼熱を受熱するためで
ある。その点、本発明は燃焼熱の受熱を想定して燃焼後
は加熱体への印加電圧を低下して加熱体供給熱量を低下
させ、センサ温度が燃焼前後にかかわらずほぼ同じとな
るようにした。

【００６１】燃焼開始前における加熱電圧の変更時期で
あるが、所定時間（ｔ）を１.5分とした場合、所定ヒー
タ電流値（ａ）は２７５ｍＡ以下となる時期であった。

【００６２】加熱体６を流れるヒータ電流の過渡特性を
図１７に示す。本発明の場合、ヒータ電流は約６分で約
２５０ｍＡに安定し、さらに燃焼を開始した７分以後も
約２２５ｍＡでほぼ安定した。本発明において燃焼開始
後のヒータ電流値が燃焼開始前の値と比較してセンサ温
度が概略同じであるにもかかわらず小さい理由は、燃焼
開始後は加熱体に印加する電圧を低下させているため加
熱体の温度が低下しそれに伴いヒータ電流値が低下する
のに対して、センサ温度は加熱体供給熱による温度にさ
らに燃焼熱の受熱の温度が加算された温度だからであ
る。

【００６３】一方、使用初期より常用電圧のままで作動
させた従来法の場合は、ヒータ電流値は６分経過しても
安定せず、さらに燃焼が開始してもなかなか安定しなか
った。燃焼開始後のヒータ電流値が燃焼開始前の値と比
較して小さい理由は、燃焼開始後はセンサ温度が高くな
り加熱体に使用した白金ヒータの抵抗がそれに伴い高く
なりその結果ヒータ電流値が低下するためである。燃焼
開始前における加熱電圧の変更時期であるが、所定時間
（ｔ）を１.5分とした場合、所定センサ温度（α）は４
４０℃となる時期であった。

【００６４】図１８は、排ガス流路中に配置した排ガス
温度検出手段から得られる排ガス温度の過渡特性であ
る。排ガス温度は燃焼開始とともにその値が得られ、徐
々に値が大きくなり、やがて安定してきた。燃焼部温度
が所定温度値（Ｂ）である２６０℃になったとき、排ガ
ス温度は８０℃であり、この８０℃を所定排ガス温度値
（Ｔ）とし、８０℃以上の排ガス温度が得られると加熱
体への印加電圧を変更するようにした。

【００６５】図１９は、燃焼部の燃焼火炎中に配置した
イオン電流検出手段から得られるイオン電流の過渡特性
である。イオン電流は燃焼開始とともにその値が得ら
れ、徐々に値が大きくなり、やがて安定してきた。燃焼
部温度が所定温度値（Ｂ）である２６０℃になるとき、
イオン電流値は６μＡでありこの６μＡを所定イオン電
流値（Ｉ）とし、６μＡ以上のイオン電流値が得られる
と加熱体への印加電圧を変更するようにした。

【００６６】（実験３）燃料として灯油を使用する燃焼
機器において、使用初期の燃焼部の温度を高くして効果
を判定した。実験は、実験２と同じであるが燃焼機器を
燃焼させたのち停止させ、５分後に再び燃焼させること
で使用初期における燃焼部の温度を高くし、しかも限界
電流式酸素センサのセンサ温度を高くした。

【００６７】燃焼部３の温度推移を図２０に示す。燃焼
機器を５分前まで燃焼させていたので、燃焼部はその温
度が使用初期は約２００℃もあり、約１分経過すると燃
焼を開始してその温度がさらに上昇しやがて３００℃前
後で安定する。なお燃焼機器において、あらかじめ記憶
させた所定温度値（Ａ）は１００℃とし、所定温度値
（Ｂ）は２６０℃としている。

【００６８】図２１は、加熱電圧源１１が加熱体６に印
加する電圧の推移である。燃焼部３の温度は使用初期が
２００℃であり、１００℃に設定した所定温度値（Ａ）
以上である。そのため印加電圧は、使用初期は常用電圧
値の１0.０Ｖとした。そして、燃焼が始まり燃焼部３の
温度が所定温度値（Ｂ）である２６０℃以上になると、
加熱電圧変更手段１２が作動して印加電圧を９.0Ｖ（常
用電圧値１0.０Ｖの０.9倍）とした。なお参考例は、使
用初期は１0.９Ｖ（常用電圧値１0.０Ｖの１.0９倍の電
圧値）を印加し、所定時間（ｔ）（この場合１.5分）に
なると電圧が急激に変更されて常用電圧値の１0.０Ｖが
印加される例である。

【００６９】センサ温度の過渡特性を図２２に示す。燃
焼機器を５分前まで燃焼させていたのでセンサも暖まっ
ており、センサ温度が使用初期は約３８０℃もある。セ
ンサ温度は、燃焼開始の約１分経過後は約４２０℃にな
り約３分経過後は約５５０℃でほぼ安定した。一方、使
用初期は１0.９Ｖ（常用電圧値１0.０Ｖの１.0９倍の電
圧値）を印加し、所定時間（ｔ）（１.5分）になると電
圧を急激に変更されて常用電圧値の１0.０Ｖを印加する
参考例の場合は、センサ温度は約１０分後に約５５０℃
でほぼ安定した。これは、電圧変更時期が１.5分と決っ
ているため、燃焼開始の１.0分になってもまだ１0.９Ｖ
が印加されているためセンサが必要以上に暖められ、そ
の分安定するのに多くの時間を要するためである。

【００７０】限界電流式酸素センサ４から発生する素子
電流の過渡特性を図２３に示す。素子電流は、使用初期
は時間とともに増加するがすぐに酸素拡散通路により酸
素分子の移動が徐々に制限されるため、時間とともに徐
々に低下する。

【００７１】約１分後の燃焼開始とともに燃焼排ガス中
の酸素濃度が減少し、それにともない素子電流も減少し
約３分で安定値が得られる。

【００７２】参考例は、使用初期は１0.９Ｖ（常用電圧
値１0.０Ｖの１.0９倍の電圧値）を印加し所定時間
（ｔ）１.5分になると電圧を急激に変更されて常用電圧
値の１0.０Ｖを印加するため、素子電流は約１０分後に
ほぼ安定した。これは、電圧変更時期が１.5分と決って
いるため、燃焼開始の１.0分になってもまだ１0.９Ｖが
印加されているためセンサが必要以上に暖められ、その
分安定するのに多くの時間を要するためである。

【００７３】以上提示した数値は一例であり、センサの
材質や構造、燃焼装置の構造によって異った値を示すも
のであり、この値は発明の実施範囲を制約するものでは
ない。

【００７４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の燃焼機器は、限界電流式酸素センサを暖める加熱体に
印加する電圧値を、燃焼部温度の大小により変更するよ
う構成したことにより、燃焼機器の使用形態による燃焼
開始時間を考慮したセンサ作動方法を実現し、燃焼機器
の使い始めのように比較的長い燃焼開始時間の場合に
は、加熱体に印加する電圧値を使用初期のみ高くし所定
時間が経過したら常用電圧を印加する方法とし、一方、
使用を一時的に中断し再び再開する際のように燃焼部が
暖まっている場合は、加熱体に印加する電圧値を使用初
期から常用電圧を印加する方法とし、これにより限界電
流式酸素センサは短時間で安定し、酸素濃度計測を早期
に開始できる。

【００７５】また、本発明の燃焼機器は、限界電流式酸
素センサを暖める加熱体に印加する電圧値を、燃焼開始
後は低下させるよう構成したことにより、燃焼中はセン
サが燃焼排ガス熱を受熱するため、加熱体からの供給熱
を低下させることができ、そのため、センサ温度は大気
中の場合とほぼ同じ温度となり、センサの耐久性低下を
生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の燃焼機器の基本構成ブロッ
ク図

【図２】同加熱電圧変更手段の動作状態を示すフローチ
ャート

【図３】同加熱電圧変更手段の動作状態を示すフローチ
ャート

【図４】本発明の燃焼機器における限界電流式酸素セン
サの周辺構成およびその作動回路の第１の実施例のブロ
ック図

【図５】同制御流れのタイミングチャート

【図６】本発明の燃焼機器における限界電流式酸素セン
サの周辺構成およびその作動回路の第２の実施例のブロ
ック図

【図７】同制御流れのタイミングチャート

【図８】本発明の燃焼機器における限界電流式酸素セン
サの周辺構成およびその作動回路の第３の実施例のブロ
ック図

【図９】同制御流れのタイミングチャート

【図１０】本発明におけるセンサの素子電流の過渡特性
図

【図１１】同加熱体のヒータ電流の過渡特性図

【図１２】同センサのセンサ温度の過渡特性図

【図１３】同燃焼機器の燃焼部温度の過渡特性図

【図１４】同加熱体への印加電圧推移図

【図１５】同センサの素子電流の過渡特性図

【図１６】同センサ温度の過渡特性図

【図１７】同加熱体を流れるヒータ電流の過渡特性図

【図１８】同燃焼機器の排ガス温度の過渡特性図

【図１９】同燃焼機器のイオン電流検出手段のイオン電
流の過渡特性図

【図２０】同燃焼機器の燃焼部の温度推移特性図

【図２１】同加熱体に印加する電圧の推移特性図

【図２２】同センサ温度の過渡特性図

【図２３】同センサから発生する素子電流の過渡特性図

【図２４】従来例の燃焼機器の限界電流式酸素センサの
周辺構成およびその作動回路のブロック図

【符号の説明】

１ 燃料供給部 ２ 空気供給部 ３ 燃焼部 ４ 限界電流式酸素センサ ５ 煙道 ６ 加熱体 ７ 断熱材 ８ 気体通気性枠体 ９ 素子駆動用電圧源 １０ 素子電流検出手段 １１ 加熱電圧源 １２ 加熱電圧変更手段 １３ 温度検出手段 １４ ヒータ電流検出手段 １６ イオン電流検出手段 １７ 排ガス温度検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 27/41 Ｇ０５Ｄ 23/20 9132−3Ｈ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を供給する燃料供給部と、空気を供
   給する空気供給部と、燃料と空気の混合ガスを燃焼させ
   る燃焼部と、前記燃焼部からの燃焼排ガスが流れる煙道
   と、前記煙道中に配置されセンサ素子に近接して配置さ
   れた加熱体を有し断熱材で外包された限界電流式酸素セ
   ンサと、前記限界電流式酸素センサの加熱体に加熱電圧
   を印加する加熱電圧源と、前記加熱電圧源に印加する電
   圧を変更する加熱電圧変更手段と、前記燃焼部に配置し
   て前記燃焼部の温度検出結果を前記加熱電圧変更手段に
   与える温度検出手段とを有し、前記温度検出手段は前記
   燃焼部の温度を検知して、それがあらかじめ記憶させた
   所定温度値以上の場合は、前記加熱電圧変更手段は前記
   加熱電圧源を常用電圧値で作動させ、所定温度値未満の
   場合は前記加熱電圧源を使用初期は常用電圧値より高い
   電圧値で作動させるとともに、あらかじめ記憶させた所
   定時間経過後に常用電圧値まで低下させて作動させるよ
   うに構成した燃焼機器。
2. 【請求項２】 燃料を供給する燃料供給部と、空気を供
   給する空気供給部と、燃料と空気の混合ガスを燃焼させ
   る燃焼部と、前記燃焼部からの燃焼排ガスが流れる煙道
   と、前記煙道中に配置されセンサ素子に近接して配置さ
   れた加熱体を有し断熱材で外包された限界電流式酸素セ
   ンサと、前記限界電流式酸素センサの加熱体に加熱電圧
   を印加する加熱電圧源と、前記加熱電圧源に印加する電
   圧を変更する加熱電圧変更手段と、前記燃焼部に配置し
   て前記燃焼部の温度検出結果を前記加熱電圧変更手段に
   与える温度検出手段と、前記限界電流式酸素センサ内に
   センサ素子の温度を検出して前記加熱電圧変更手段に与
   えるセンサ温度検出部とを有し、前記温度検出手段は燃
   焼部の温度を検知して、それがあらかじめ記憶させた所
   定温度値以上の場合は、前記加熱電圧変更手段は前記加
   熱電圧源を常用電圧値で作動させ、所定温度値未満の場
   合は前記加熱電圧源を使用初期は常用電圧値より高い電
   圧値で作動させるとともに、前記センサ温度検出部で検
   知されたセンサ温度があらかじめ記憶させた所定センサ
   温度以上になった場合は常用電圧値まで低下させて作動
   させるように構成した燃焼機器。
3. 【請求項３】 燃料を供給する燃料供給部と、空気を供
   給する空気供給部と、燃料と空気の混合ガスを燃焼させ
   る燃焼部と、前記燃焼部からの燃焼排ガスが流れる煙道
   と、前記煙道中に配置されセンサ素子に近接して配置さ
   れた加熱体を有し断熱材で外包された限界電流式酸素セ
   ンサと、前記限界電流式酸素センサの加熱体に加熱電圧
   を印加する加熱電圧源と、前記加熱電圧源に印加する電
   圧を変更する加熱電圧変更手段と、前記燃焼部に配置し
   て前記燃焼部の温度検出結果を前記加熱電圧変更手段に
   与える温度検出手段と、前記限界電流式酸素センサの加
   熱体と前記加熱電圧源との接続閉回路内に設け、その検
   出結果を前記加熱電圧変更手段に与えるヒータ電流検出
   手段とを有し、前記温度検出手段は前記燃焼部の温度を
   検知して、それがあらかじめ記憶させた所定温度値以上
   の場合は、前記加熱電圧変更手段は前記加熱電圧源を常
   用電圧値で作動させ、所定温度値未満の場合は前記加熱
   電圧源を使用初期は常用電圧値より高い電圧値で作動さ
   せるとともに、前記ヒータ電流検出手段で検知されたヒ
   ータ電流値があらかじめ記憶させた所定ヒータ電流値以
   下になった場合は常用電圧値まで低下させて作動させる
   ように構成した燃焼機器。
4. 【請求項４】 燃料を供給する燃料供給部と、空気を供
   給する空気供給部と、燃料と空気の混合ガスを燃焼させ
   る燃焼部と、前記燃焼部からの燃焼排ガスが流れる煙道
   と、前記煙道中に配置されセンサ素子に近接して配置さ
   れた加熱体を有し断熱材で外包された限界電流式酸素セ
   ンサと、前記限界電流式酸素センサの加熱体に加熱電圧
   を印加する加熱電圧源と、前記加熱電圧源に印加する電
   圧を変更する加熱電圧変更手段と、前記燃焼部に配置し
   て前記燃焼部の温度検出結果を前記加熱電圧変更手段に
   与える温度検出手段とを有し、前記加熱電圧変更手段は
   前記温度検出手段から得られる燃焼部温度があらかじめ
   記憶させた所定温度以上の場合は前記加熱電圧源を常用
   電圧値より低い電圧値で作動させるように構成した燃焼
   機器。
5. 【請求項５】 燃料を供給する燃料供給部と、空気を供
   給する空気供給部と、燃料と空気の混合ガスを燃焼させ
   る燃焼部と、前記燃焼部からの燃焼排ガスが流れる煙道
   と、前記煙道中に配置されセンサ素子に近接して配置さ
   れた加熱体を有し断熱材で外包された限界電流式酸素セ
   ンサと、前記限界電流式酸素センサの加熱体に加熱電圧
   を印加する加熱電圧源と、前記加熱電圧源に印加する電
   圧を変更する加熱電圧変更手段と、燃焼部からの燃焼排
   ガスが流れる煙道中に配置し、その検出結果を前記加熱
   電圧変更手段に与える排ガス温度検出手段とを有し、前
   記加熱電圧変更手段は前記排ガス温度検出手段から得ら
   れる排ガス温度が、あらかじめ記憶させた所定排ガス温
   度以上の場合は、加熱電圧源を常用電圧値より低い電圧
   値で作動させるように構成した燃焼機器。
6. 【請求項６】 燃料を供給する燃料供給部と、空気を供
   給する空気供給部と、燃料と空気の混合ガスを燃焼させ
   る燃焼部と、前記燃焼部からの燃焼排ガスが流れる煙道
   と、前記煙道中に配置されセンサ素子に近接して配置さ
   れた加熱体を有し断熱材で外包された限界電流式酸素セ
   ンサと、前記限界電流式酸素センサの加熱体に加熱電圧
   を印加する加熱電圧源と、前記加熱電圧源に印加する電
   圧を変更する加熱電圧変更手段と、燃焼部の燃焼火炎中
   に配置され、その検出結果を前記加熱電圧変更手段に与
   えるイオン電流検出手段とを有し、前記加熱電圧変更手
   段は前記イオン電流検出手段から得られるイオン電流値
   が、あらかじめ記憶させた所定イオン電流値以上の場合
   は、加熱電圧源を常用電圧値より低い電圧値で作動させ
   るように構成した燃焼機器。