JPS5817A - 燃焼装置の安全制御回路 - 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】 本発明は燃焼装置の安全制御回路に関するもので、特に
不完全燃焼による未燃ガス発生時における安全性の確保
とその信頼性向上とを目的としだものである。

従来の室内に排ガスを放散する燃焼装置は、室内の酸素
濃度が減少するにつれ不完全燃焼を生じ、使用者がそれ
を知らずに、例えば睡眠をとっている場合等は、発生す
る一酸化炭素によって中毒を起こし、最悪の時には死亡
事故に至ることもある。

最近では、そうした有害な一酸化炭素を触媒等で酸化し
て無害な二酸化炭素にする装置や、炎電流を検知するフ
レームロンドによる酸欠を検知する方法等が提案されて
いる。しかし、前者においては、酸素濃度は減少する一
方であり、終にはやはり一酸化炭素中毒になる事態の可
能性が高く、まだ後者は風等によって炎がゆれやすいこ
と等から誤作動が非常に多く、信頼性に欠けるといっだ
欠点を有していた。

さらにガスを燃料とした燃焼装置では酸素分圧あるいは
酸素濃度差を検出する素子を用いて酸欠を検知する方法
等が提案されている。しかしながらこの素子を用いた場
合はいずれも素子が正常燃焼時には高酸素分圧あるいは
高酸素濃度雰囲気にあって酸欠時には低酸素分圧あるい
は低酸素濃度雰囲気になるように組込んである。すなわ
ちこの素子は正常燃焼時には火炎後流に位置し、酸欠時
にはこの酸欠によって伸びるあるいはリフトする火炎中
に入るように設定しである。

したがって酸欠状態になると火炎が伸びて正常時に対す
る酸素分圧あるいは酸素濃度が著しく変化、すなわち酸
素分圧・濃度変化を検出しやすい状態となる全−次燃焼
方式のものには効果的である。

ところが、二次空気を必要とする燃焼装置にあっては上
記と同様の方法で酸素変化検出素子を設けると火炎後流
のｃｏ雰囲気中の酸素分圧あるいは酸素濃度差を検出す
ることになり、この火炎後流では二次空気が混入して酸
素分圧あるいは酸素濃度差の変化があまり起らないので
、この酸欠状態を検出することは不可能に近く実用化は
困難であった。

また、これら燃焼装置の異常検出の制御手段は、殆んど
の場合、燃焼を停止する方法がとられており、検出の設
定によっては、相当の異常時にならない限り動作しない
場合や、逆に頻繁に動作しす点火時にどうしてもある程
度の悪臭が発生するという欠点があった。

本発明はこのような従来の欠点を一掃したもので、酸欠
状態になると燃焼量が低下する性質に着目してなしだも
のである。

以下その一実施例を温風暖房機に用いたものについて説
明する。

図において、１は燃料タンクで、タンク１内の燃料２は
灯芯３の毛細管現象で吸い上げられる。上記灯芯３は芯
上下機構のレノ（−４に連係されていてバネ５の作用に
より通常、燃料タンク１内に位置する様に付勢されてい
る。６は点火動作と同時に灯芯３を上方に押に出した状
態で芯上下用のレバー４を保持するソレノイド、７は通
気口８を有なる。９は多数の気孔１ｏを有する外火皿、
１１は内炎筒で、多数の一次空気供給気孔１２を有する
。１３は多数の一次空気供給気孔１４を有する外炎筒、
１６は外筒、１６は燃焼筒で、この燃焼筒１６内が燃焼
部となっている。１７は送風ファン、１８は通風口１９
を有する風仕切板、２ｏは送風ガイド、２１は置台、２
２は前記燃焼部及び送風ファン１７を覆う如く置台２１
上に装置した外装ケースで、送風ファン１７の近傍に吸
込口２３を、まだ送風ガイド２ｏの開口と対向する部分
には吹出口２４を有する。２５は前記燃焼筒１６に取付
金具２６によって取り付けられたガスセンサで、半導体
酸化物を主成分とする焼結体検知素子２５ａと、これを
保持するセラミックベース２５ｂ及び、焼結体検知素子
２５ａよりセラミックベース２６ｂの中を通って接続さ
れた一対の電極線２５ｃより構成されており、これによ
って未燃ガス検知をするものである。

第３図は、このガスセンサ２６によって未燃ガス検知を
行う制御回路図で、２７はレバー４の押圧操作によって
ＯＮされる電源スィッチ、２８は送風ファン１７を回転
させる送風モータ、２９は前記送風モータ２８の回転数
を切り換える強・弱スイッチである。３０は整流ダイオ
ード、３１は制限抵抗、３２はツェナーダイオード、３
３は電解コンデンサであり、これらによって直流低電圧
をつくり出している。３４はタイマ回路を構成するタイ
マ用ＩＣ１３５はタイマ時間設定用コンデンサ、３６は
オペアンプで、抵抗３７ａ　、　３７ｂにより規制され
た基準電圧を非反転入力に、前記り碕マ用ＩＣ３４の出
力電圧を反転入力に接続し、出力を抵抗３８ａ　、　３
ａｂで分圧した後整流用ダイオード３９によって、後段
の回路動作を遅延させる働きをしている。４０は電圧比
較器の一例として用いたオペアンプで、抵抗４１．４２
により規制された基準電圧°を非反転入力に、一方、ガ
スセンサ２６と、比較抵抗４４による分圧電圧を反転入
力に接続し、未燃ガスの検知を行う。４５゜４６はトラ
ンジスタで、前記オペアンプ４ｏの出力電圧によって開
閉し、ソレノイド６を制御するものである。４７はソレ
ノイド６の保護用ダイオードである。４８は電圧比較器
の一例として用いたオペアンプで、抵抗４１，４２．４
３で規制される基準電圧を反転入力に、一方ガスセンサ
２５と゛比較抵抗４４による分圧電圧を非反転入力に接
続し、オペアンプ４ｏより早期のレベルで未燃ガスの検
出を行う。４９はトランジスタで、前記オペアンプ４８
の出力電圧によって０Ｎ−ＯＦＦＬ、リレーコイル５ｏ
の制御を行う。５１は前記リレーコイル６０に対応する
常開接点で、これに直列に換気扇５２を接続し、部屋の
壁等に取り付けた換気扇を０Ｎ−ＯＦＦする。

上記構成において、次にその動作を説明する。

まずレバー４を押し下げると灯芯３は外火皿９の上方に
押し出される。この時、同時に電源スィッチ２７がＯＮ
し、ＩＣタイマ３４が動作を始め、オペアンプ３６の反
転入力が、タイマ動作中にＬＯに保たれる。従って、オ
ペアンプ３６の出力はＨｉに保たれる。

ここで、抵抗３ａａ、３ａｂの設定を、オペアンプ４０
の反転入力とオペアンプ４８の非反転入力との間になる
ようにしておくと、オペアンプ４８は出力がＨｉ　とな
り、トランジスタ４９がＯＮし、リレーコイル５０に通
電されて接点５１が閉じ、換気扇５２が動作して、点火
時の悪臭を換気する。

一方、オペアンプ４ｏの出力はＨｉに保たれた状態で、
トランジスタ４４．４５が○Ｎ状態となり、ソレノイド
６は通電状態となる。

従って、ソレノイド６の吸着作用によって、レバー４は
そのまま保持される。そして点火ヒータによる点火によ
って燃料タンク１から吸い上げた燃料を燃焼させる。同
時に、−強弱スイッチ２９を強側に設定すると送風モー
タ２８が強回転し、風は送風ガイド２０にそって下方に
吹き出される。この時吹き出される風のベンチュリー効
果によって燃焼排ガスが破線のように吸引され、送風フ
ァン１７からの風と混合し、温風として吹出口２４より
吹出すようになる。一方、前記ベンチュリー効果によっ
て通気筒７の通気口８から燃焼用空気を強制的に吸引供
給するようになる。

なお燃焼は、内外炎筒１１．１３の一次空気供給孔１２
．１４部分で行われ、燃焼しきれない未燃ガスは外炎筒
１３の上方で燃焼する。また、ガスセンサ２５には、高
温の燃焼排ガスが当たることになる。

ここで、ガスセンサ２５は、一般の燃料ガス洩れ検知器
等に使用されている素子と同等のもので、一般に、一定
温度（４００〜５００″Ｃ）の一定ガス雰囲気中で安定
した抵抗値を示し、還元ガスの雰囲気中に置かれると、
抵抗値が大きく減少することが知られている。しかし、
温度による抵抗変化も比較的大きく、また、高温状態で
使用しなければならないため、ガス洩れ検知器の場合、
センサ素子にヒータ線を埋め込んで通電し、一定高温度
に保持して使用している。

一方、本実施例の燃焼方式によると、強弱スイッチ２９
を器側に切り換えだ場合、送風ファン１７よりの風が減
少し、吹出口２４より吹出される温風量が減少するが、
燃焼用空気の量が減少した分だけ、燃料の気化量も減少
するため、燃料と空気量の比は、自然現象に従って一定
に保たれ、排気ガスの温度はほとんど変化しない。故に
、ガスセ０ ンサ２５を適当な位置で排ガス中に設定すれば、燃焼装
置の強・弱に拘らず、ガスセンサ２６の温度は、４００
〜５００°Ｃの温度で一定に保たれ、従って、その抵抗
値も安定したレベルを示す。ここで、ＩＣ５９タイマ３
４のタイマ時間を燃焼開始　　　−から、ガスセンサ２
５が定常安定状態に移行する時間以上に設定しておけば
、ＩＣタイマ３４がタイムアツプして、その出力がＨｉ
　となり、オペアンプ３６からの出力がＬｏとなっても
、ガスセンサ２５の抵抗値が充分高い値で安定している
為、オペアンプ４ｏは依然Ｈｉ状態にあり、ソレノイド
６の吸着により、燃焼は維持される。一方、オペアンプ
４８は、ガスセンサ２５の抵抗値が安定状態に向かって
増加する過程で、反転し、出力がＬＯとなり、トランジ
スタ４９はＯＦＦ　　Ｌ、換気扇は自然に停止する。こ
の時点には、点火時の悪臭も消えているので理想的な制
御となる。以後はガスセンサ２６の抵抗値が減少しない
限り、換気扇も回転しない。

次に、このような状態で燃焼中に酸欠状態になりはじめ
た場合の動作を説明する。酸欠状態になると、内外炎筒
１１．１３の一次空気供給孔１２゜１４に形成していた
燃焼炎は酸欠によシ燃焼反応が衰え、−火中気供給孔１
２．１４に形成されていた炎が次第に少なくなって炎の
形成されない一次空気供給孔１２．１４が多くなって来
ると同時に不完全燃焼となる。これは、通常状態では一
次空気供給孔１２，１４から供給される一次空気の噴出
速度と一次空気供給孔１２．１４に形成される火炎の燃
焼速度がバランスされて、大部分の一次空気供給孔１２
．１４に火炎を形成していたものが、酸欠状態になる事
により、火炎の燃焼速度が遅くなり一次空気供給孔１２
．１４から供給される空気噴出速度の方が速くなって厳
密にはリフトし一次空気供給孔１２．１４に形成する火
炎が消滅していくからである。

こうして、さらに酸欠が進行し、不完全燃焼が進行する
と、ついには、−酸化炭素を始めとする未燃還元性ガス
が発生してくる。そして、ガスセンサ２５が、この未燃
還元性ガスを含んだ排ガスの影響を受けて、その抵抗値
が減少する。この抵抗値の減少は制御回路上、オペアン
プ４０の非反転入力及びオペアンプ４８の反転入力の電
圧減少となって現わる。

ここで、オペアンプ４８の非反転入力がオペアンプ４ｏ
の反転入力より大電圧に設定されているから、まずオペ
アンプ４８の出力がＨｉ　となり、トランジスタ４９が
ＯＮして、リレーコイル６０が通電し、接点５１が閉じ
て、換気扇５２が回転する。こうして、使用者の手をわ
ずられすことなく、換気が行われ、そして、燃焼装置の
燃焼が正常に復帰するとガスセンサ２５の抵抗値も再び
増加して、換気扇６２も停止する。通常の密閉住宅内で
使用される場合は、上記動作の繰り返しで燃焼が継続さ
れることになる。しかしここで何らかの原因で、換気扇
５２が動作した後もさらに酸欠が進行する或いは不完全
燃焼が進行し、危険な状態になった場合、ガスセンサ２
６の抵抗値がさらに減少し、遂にはオペアンプ４０の出
力がＬＯとなり、トランジスタ４４．４５がＯＦＦ　　
Ｌ、ソレノイド６への通電が断たれて、レバー４の吸着
が切れ、灯芯３は降下して燃焼は停止する。同時に電源
スィッチ２７も開となるため、送風モータ２８をはじめ
、すべての電気回路がＯＦＦ　する。

第４図は、本実施例の燃焼装置の酸欠状態における突内
酸素濃度とガスセンサ２５の抵抗値、及び排ガス中の一
酸化炭素濃度の関係を示したものである。

この図よりわかるように、酸欠初期の一酸化炭素の発生
がほとんど見られない状態（０２濃度１９〜２１％）で
は、ガスセンサ２６の抵抗値は、燃焼装置の強・弱に拘
らず、はぼ安定したレベルを示し、これに対し、−酸化
炭素の発生に伴って、大きなゲインで減少していること
がわかる。従って、回路定数を適当に設定することによ
り不完全燃焼による未燃ガス発生時に、使用者の手をわ
ずられすことなく自然に換気ができ、最悪の場合には消
火するという確実で安全な制御ができる。

尚、第６図は本発明の他の実施例の燃焼装置を示してい
る。このように、送風ファンや強弱切換のない自然燃焼
式のものにおいても、排ガス中で適当な温度条件のとこ
ろにガスセンサ２５を設定することにより、排ガス中の
一酸化炭素の検出ができる。

以上のように、本発明によれば、酸欠状態での燃焼装置
の不完全燃焼による未燃ガス発生を検知して、自然に換
気扇が回転するので、常に正常な燃焼で暖房が行える。

しかも、点火から正常燃焼までの期間、一時的に換気扇
が回転し、点火時の悪臭を換気できる。そして、何らか
の異常で、不完全燃焼が異常に進行した時には、最終手
段として燃焼を止めてしまうという安全制御ができる。

さらに、未燃ガスの発生量を直接検知し、変化量も大き
くとれるため酸欠状態に限らず、未燃ガスの発生する危
険な状態をすべて確実に検知できるという大きＩ効果が
ある。また、ガスセンサも、燃焼熱で温度設定している
ため、従来のガス洩れきる。そして、制御回路も、燃焼
量の変化によって、検知レベルを変えるような配慮が不
要で簡単な制御で安価に実現することができる等の効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における燃焼装置の断面図、
第２図はガスセンサの拡大図、第３図は制御回路図、第
４図はガスセンサの特性を示すグラフ、第５図は本発明
の他の実施例における燃焼装置の断面図である。 ６・・・・・・ソレノイド、２６・・・・・・ガスセン
サ、４０４８・・・・・・オペアンプ（電圧比較器）、
６２・・・・・・換気扇。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
４　＠ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼部と前記燃焼部からの排ガス中に装着し、排ガス中
   の未燃ガスを検出するガスセンサと、前記ガスセンサの
   抵抗値の変化を電圧で検出して異なる電圧レベルで動作
   する２個の電圧比較器と、前記燃焼部の点火後一定時間
   、前記２個の電圧比較器の動作電圧の中間点に２個の電
   圧比較器の入力を保持するタイマ回路とを備え、前記２
   個の電圧比較器のうち、前記ガスセンサの抵抗変化の小
   さいレベルで動作する電圧比較器で換気手段を駆動し、
   他の電圧比較器の動作で前記燃焼部の消火を行うことを
   特徴とする燃焼装置の安全制御回路。