JPS62252827A - 全一次燃焼器の安全装置 - 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、燃焼用空気を室内から採集し、排気も室内に
放出する室内開放型燃焼器において、排気ガス中の窒素
酸化物（ＮＯｘ）を低減させる目的で全一次表面燃焼を
行なう場合の燃焼状態検出を行なう安全装置に関するも
のである。

従来の技術 従来、この種の燃焼器の安全装置は各種提案されている
。これ等の燃焼器は室内で使用するために室内の酸素欠
乏や、空燃比のずれ等により不完全燃焼となり有毒な一
酸化炭素（Ｃｏ）が発生する前に何等かの処置を取る必
要がある。例えば特開昭５９−１４５４２２号公報のよ
うな手段が提案されている。第３図にその構成図、第４
図に特性図を示す。第３図でガスノズル１から噴出した
燃料ガスは混合管２で誘引空気と混合され燃焼板３で燃
焼する。４は燃焼火炎内に挿入したフレームロッドで、
バーナのケース５との間に電源６により電圧を印加し、
火炎の炎イオン電流を検知抵抗７で検出する構成である
。第４図はこの特性図で横軸に室内酸素濃度、縦軸に炎
イオン電流１（。

燃焼器から発生するＣＯガスの出力変化（相対値）を示
す。

炎イオン電流は図のように酸素濃度の低下と共に増加し
ていく。従ってしきい値Ｉｆｌ　　以上になった時に酸
素欠乏として燃焼を停止させる。また定常酸素濃度（約
２１％）で、空気量が増減した場合、つまり空燃比が変
化した場合においても不完全燃焼を防止するために検知
可能とするために、炎電流がしきい値１口　を越えた場
合、およびしきい値Ｉｆ２　以下になった場合に検知す
るための２つのしきい値を設けた構成としている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来の構成では、空燃比の′ずれと
、酸素欠乏の判定手段がないため１８％近傍の酸素欠乏
を検知するためのしきい値Ｉｆｔ　　と、同じしきい値
で空燃比のずれを判定する必要がある。しかし酸欠時と
空燃比の変化時のＣｏの立上り特性が異なり、両方共Ｃ
Ｏの立上り前に判定することは困６を要した。この点は
フレームロッド４に替えて酸化スズ（ｓ　ｎ０２　）を
使用した金属酸化物半導体センサや、ジルコニア（Ｚ工
０２）を使用した固体電解質を利用した酸素濃淡電池セ
ンサを使用した場合においても同じことが言える。また
第４図では炎電流１４の変化を相対値で示しているため
の変化が大きく見えるが、実際には、全−次表面燃焼器
は第３図のよう番こ火炎は燃焼板３の表面に密着して燃
焼するｔこめに、フレームロッド４で検知可能な炎イオ
ン濃度が低く、炎電流ＩＩは数マイクロアンペア以下と
なり非常に微少電流である。また炎電流ＩＩの絶対値の
変化量も微小となり第４図に示すような２つのしきい値
を設けることは実際上困難を極めるという問題点があっ
た。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の全一次燃焼器の
安全装置は、室内空気を送風する送風機と、この空気と
燃料を混合して全一次燃焼する室内開放燃焼型バーナと
、バーナの燃焼火炎に挿入したフレームロッドと、バー
ナの排ガスに接して設けた排ガスセンサと、フレームロ
ッドと排ガスセンサの出力によりバーナの燃焼状態を検
出する燃焼状態検知部を有し、この燃焼状態検知部には
排ガスセンサの信号によりバーナの空燃比を判定する空
燃比検知部と、フレームロッドの信号により室内空気の
酸素欠乏を判定する酸欠検知部を有する構成としたもの
である。

作　　用 本発明は上記した構成によって酸欠検知はフレームロッ
ドの信号により判定′し、空燃比の検出は排ガスセンサ
の信号により判定する構成であるため、各々の判定しき
い値を任意に設定可能となり、各々最適な点で検知でき
るものである。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。第１図では本発明を石油燃焼器に応用した例で説明す
る。燃焼灯油はオイルタンク８から燃料ポンプ９により
気化ヒータ１０で加熱された気化混合室１１に供給され
る。気化混合室１１で燃料は気化され、送風機１２から
の燃焼空気と混合され、バーナ１３に導入され、多数の
小孔１４を有する整流筒１５から噴出し、点火器（図示
せず）で点火され、金網炎口１６の表面に火炎を形成し
、金網１６を赤熱して燃焼する。１７はバーナ１３を囲
むガラス筒で、金網１６からの輻射熱を外部に放出する
と共に燃焼排気通路１８を形成している。排気は排気口
１９から室内に放出する。２０は金網炎孔１６に対向し
て設けたフレームロッドで火炎の炎イオン電流を検知回
路２１で検知する。、２２は排ガス通路２１に設けた排
ガスセンサで、実施例ではジルコニアによる酸素濃淡電
池式センサを用いている。このセンサはジルコニア筒の
内外面に蒸着した白金電極により、筒内部の酸素濃度と
外部の酸素濃度に差があった場合に起電力が発生する周
知のセンサである。図では部外に燃焼排ガス、筒内に室
内空気を導入し、その濃度差により検知回路２３で排ガ
ス中の残存酸素濃度を検出して、これによりバーナの空
燃比を求めるものである。排ガスセンサ２２はジルコニ
アセンサ以外に酸化スズやチタニアを用いた酸化物半導
体酸素センサを使用しても良いが、これ等のセンサを利
用する場合は出力は起電力でなく抵抗値変化となる。検
知回路２１．２３の出力は燃焼状態検知部２４の酸欠検
知部２５と空燃比検知部２６に各々入力され、異常が判
定すると異常検知部２７に出力する。異常検知部２６で
異常検知するとリセット信号を出力し、バーナの燃焼を
停止する。異常検知部２７はリセット信号を出す構成以
外に空燃比のずれが発生した場合に燃料流量や空気量を
制御して最適な空燃比に戻すような空燃比フィードバッ
ク制御を行なう構成でもよい。

第２図に各々のセンサの特性図を示す。第２図ＡＢはフ
レームロッド２０による炎電流Ｉ（の特性、第２図ＣＤ
はジルコニア排ガスセンサの起電力ｅ５の特性を示し、
ＡＣは空燃比が変化した場合の特性で、空燃比を空気比
ＰＡで示している。

ここで空気比ＰＡは次式で現される。

ＰＡ　＝　（実際の空気量／その燃焼量に必要な理論空
気量） ＰＡが大きい程燃料に比べて空気量が大きいことを示し
、ＰＡ＞１で燃焼している場合に全−火燃焼となる。

また第２図Ｂ、Ｄは室内空気の酸素濃度特性を示す。

フレームロッド２０で検知した炎電流Ｉｆは第２図Ａ特
性に示すように空気比ＰＡに対してＰＡ＝１を頂点とす
る山形の特性を有する。ここでバーナ１３が全−火燃焼
バーナであるためＰＡ　＝　１．５近傍で燃焼させる場
合、炎電流Ｉｆの変化が非常に少ない。また第２図では
示していないが炎電流ｘｆの値もピーク点で数マイクロ
アンペアと非常に小さな値であり、またロッド２０と金
網１６との距離等によりバラツキが大きい。従って例え
ばＰＡ１〜ＰＡ２の間の空気比内に制御するだめに炎電
流Ｉｆの信号で判断することは非常に難しい。一方第２
図Ｃの排気ガスセンサ２２の出力は図のように空気比１
を境に出力電圧ｅｓが大きく変化する。これはＰＡ＜１
では燃焼排ガス中の残存酸素がほとんど零であるのに対
して、ＰＡ＞１では空気比に比例して残存酸素が増加す
るためである。以上から排気センサ２２の出力は安定し
ており、取付場所や燃焼量の影響をほとんど受けない。

従って第２図Ｃのように上限しきい値ｅｓ１　と下限し
きい値ｍｓ２　　を設けて、空燃比判定部２８で８　Ｂ
　＞　ｅ　Ｂ　ｌおよびｅ　１．　＜　ｅ　、　２とな
った時に空気比ＰＡがＰＡ１〜ＰＡ２の間からはみ出し
たとして異常検知部２１に出力する。

一方、酸素濃度特性は室内酸素濃度が１８％前後になれ
ば、室内空気の換気を促すか、酸欠異常として燃焼を停
止する必要がある。第２図り特性のように排ガスセンサ
２２の出力は酸素濃度の変化に対して出力ｅ８の変化は
非常に緩い特性となる。酸素濃度がさらに低下すれば急
激な特性変化がある（図の破線）が、この時点では酸素
濃度１８％を大きく下回り、危険である。一方第２図Ｂ
はフレームロッド２０の炎電流Ｉｆの酸欠特性を示す。

炎電流Ｉｆは酸素濃度の低下に伴ない増加していく。こ
の増加率は大きく空気化ＰＡ　＝　１のピーク電流値よ
りも高い値となる。これは酸素欠乏時には、全体空気流
量は変化せずにその中の酸素量が減少していくために、
火炎が金網表面から伸びて、燃焼反応を行なう距離が大
きくなる。

従ってフレームロッド２０が火炎に包み込まれることに
なり、炎イオンの検出し易くなるためである。これに対
して空気比ＰＡを変化させた場合は、空気量全体が変る
ために火炎の厚みに大きな変化がない。このためロッド
と火炎の接触面積が限られ炎電流は少ない。本発明は全
一次表面燃焼バーナの以上の特異な特性に着眼し、酸素
濃度が１８％近傍の炎電流Ｉｆが酸素濃度２１％の空気
比１の時の最大炎電流値よりも大きくなることを利用し
て酸欠しきい値をＩｆｌ　　に設定することにより、酸
欠判定部２９は空気比のずれでは検出せず酸欠時のみ検
出可能となる。

このように酸欠時はフレームロッドで検出し、空気比（
空燃比）のずれは排ガスセンサにより各々単独に検出可
能となる。

尚、本明細書の実施例では石油燃焼器に応用した例で説
明したがガス燃焼器においても全く同様の効果が得られ
る。また排ガスセンサ２２はジルコニア以外のものであ
っても実現可能である。さらにバーナ１３のも】成も実
施例以外の構成であっても全−次表西燃焼であれば、同
等の作用が得られる。第２図では各々しきい値を設けて
、この値から外れた場合にリセットする手段で説明した
が、センサの信号によりフィードバック制御するいわゆ
るＡ／Ｆ制御のための信号として使用することも容易に
考えられる。

発明の効果 以上のように本発明の全−火燃焼器の安全装置によれば
次のような効果が得られる。

（１）空燃比の判定と０累欠乏の判定は各々単独のセン
サからの信号によりなされるために、各々任意の値に設
定可能となり、燃焼器として最適な点で制御可能となる
。

（２１空燃比の判定は出力の安定している排ガスセンサ
で行ない、酸欠の判定は酸欠時に変化の大きいフレーム
ロッドの炎電流により検知する構成とし、お互いのセン
サの長所のみを利用するため、安全で確実な検知が可能
となる。

（３）　　バーナの着−火や失火は両方のセンサ共検知
可能なため、着火、失火検知に関してはダブルチェック
となり一方のセンサが故障しても検知不能に至ることが
なく安全性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における全−火燃焼器の安全
装置の制御ブロック図、第２図は各センサの検知特性図
、第３図は従来の全−次バーナの断面図、第４図は２の
特性図である。 １２・・・・・・送風に、１３・・・・・・バーナ、２
０・・・・・・フレームロッド、２２・・・・・・排ガ
スセンサ、２４・・・・・・燃焼状態検知部、２５・・
・・・・酸欠検知部、２６・・−・・・空燃比検知部、
２８・・・・・・空燃比判定部、２９・・・・・・酸欠
判定部、ｅ３１・・・・・・空燃比上限しきい値、θｓ
２・・・・・空燃比下限しきい値、Ｉ目・・・・・・酸
欠しきい値。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 空気比ＰＡ　　　　後素慧（１・） 第３図 第４図 主人キの０２濃夷

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）室内空気を送風する送風機と、この空気と燃料を
   混合して全一次燃焼する室内開放燃焼型バーナと、前記
   バーナの燃焼火炎に挿入したフレームロッドと、前記バ
   ーナの燃焼排ガスに接して配置した排ガスセンサと、前
   記フレームロッドおよび排ガスセンサの出力により前記
   バーナの燃焼状態を検出する燃焼状態検知部を有し、前
   記燃焼状態検知部は、排ガスセンサの信号によりバーナ
   の空燃比を判定する空燃比検知部と、フレームロッドの
   信号により室内空気の酸素欠乏を判定する酸欠検知部を
   有する構成の全一次燃焼器の安全装置。
2. （２）酸欠検知部は室内の酸素濃度が定常時のフレーム
   ロッドの検知電流値よりも高い値に設定した酸欠しきい
   値を設け、この値と前記フレームロッドの検知電流を比
   較する酸欠判定部を有する構成の特許請求の範囲第１項
   記載の全一次燃焼器の安全装置。
3. （３）空燃比検知部には排ガスセンサの検知信号と空燃
   比上限しきい値と空燃比下限しきい値と比較する空燃比
   判定部を設けた特許請求の範囲第１項、あるいは第２項
   に記載の全一次燃焼器の安全装置。