JPS6367609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は不完全燃焼検知用の酸素濃淡電池型セ
ンサを用いた燃焼器に関するものである。

従来例の構成とその問題点 一般に不完全燃焼を検出するセンサとして酸素
濃淡電池型のセンサ、例えばジルコニアセンサが
知られており、ガスを燃料とした燃焼器において
実用化されている。このジルコニアセンサは高温
雰囲気中では第１図に示すように空燃比（以下Ｍ
値と称す）Ｍ≦１の点で起電力が急変するととも
に、第２図に示す如くその内部抵抗は温度上昇に
よつて減少する特性を有している。したがつて従
来はこの温度特性を利用して着火を検知するセン
サとしても兼用されている。第３図にこの検知回
路の一例を示す。１はジルコニアセンサで、起電
力e_iと内部抵抗Riで等価される。２はジルコニア
センサ１と直列に接続された直列抵抗で、直流電
源３に接続されている。ａ，ｂは検知出力端子を
示す。

今、燃焼前には内部抵抗Riが数100MΩとなり
直列抵抗２よりも十分大きく、出力電位は直流電
源３とほぼ同等となる。バーナが燃焼すると温度
上昇に伴なつて内部抵抗Riが低下し、直列抵抗
２よりも十分小さな値となり、直列抵抗２と内部
抵抗Riによる分圧電位は第４図Ａで示すように
降下してほとんど零となる。したがつてこの降下
電圧を検出することによつてバーナが燃焼したこ
とを検知できる。ところが従来の構成のものでは
センサに常時電圧を印加しているので電力消費上
不経済であり、しかもその電源回路は安定した電
圧をセンサに印加するようにしなければならない
ため電源安定回路を必要とし、構成が複雑でコス
ト高になるという問題があつた。

このような問題を解決する方法としてはセンサ
に対する電圧印加をやめ、センサ自身の起電力の
みを出力とすることが考えられる。しかしながら
この場合はバーナが着火してもセンサの出力が急
変せず着火検知ができなくなる問題がある。すな
わちバーナが着火するとセンサはその燃焼熱で加
熱されて酸素濃度差分の起電力を発生し始める
が、燃焼が正常空燃比域で行われているため（第
４図のＡ範囲）起電力はほとんど発生しないので
ある。したがつてセンサ出力の急変がなく着火有
無の判別ができなくなる。

発明の目的 本発明は上記両者の問題に鑑みてなしたもので
着火検知の確実化と経済性、コスト面の改善とを
目的としたものである。

発明の構成 上記目的を達成するため本発明は酸素濃淡電池
型のセンサによりバーナの燃焼状態を検知し、バ
ーナを低空燃比で点火させ、これにより発生する
センサの出力を着火信号として検出する着火検知
回路を設け、また着火検知回路からの着火検知信
号の出力に応じて低空燃比から正常空燃比に切替
える構成としたものである。

実施例の説明 以下その一実施例を図面とともに説明する。第
５図は石油を燃料とした燃焼装置の一例を示し、
１１は燃料パイプ、１２はこの燃料パイプ１１か
らの燃料を気化する気化筒、１３はこの気化筒１
２を予熱するヒータ、１４は上記気化筒１３内に
燃焼用空気を供給する送風管、１５は送風機、１
６は燃料ポンプ、１７は気化筒１２上に設けたバ
ーナ筒、１８はこのバーナ筒１７に形成した透
孔、１９は気化筒１２の外周を囲む如く設けた排
気筒、２０は排気口、２１は上記排気筒１９上に
設けた耐熱熱透過筒、２２はこの耐熱熱透過筒２
１と前記バーナ筒１７との間に形成された燃焼
室、２３はバーナ筒１７及び耐熱熱透過筒２１上
を覆つた蓋体、２４はこの蓋体２３に取付けた点
火器、２５は同じく蓋体２３に取付けた不完全燃
焼検知用のセンサである。

このセンサ２５はジルコニアを材料としたもの
で、酸素濃度の変化によつて起電力を発生する酸
素濃淡電池型センサであり、バーナの着火と不完
全燃焼とを検知するようになつている。

以下バーナの着火と不完全燃焼とを検知する具
体的な回路構成を第６図に用いて説明する。２６
は交流電源で、運転開始スイツチ２７を介して安
定化電源回路２８の電源トランス２９に印加され
ている。安定化電源回路２８はトランス２９の出
力をダイオードブリツジ３０で整流し、抵抗３
１、コンデンサ３２、定電圧ダイオード３３によ
り平滑、定電圧化されて各種制御回路に直流電源
を供給している。センサ２５の出力電位ａは着火
検知回路３５および燃焼状態検知回路３６に信号
を出力する。電位ａは着火検知回路３５の比較器
３７の負入力端子に入力し、正入力端子に入力し
た抵抗３８，３９の分圧電位ｂと比較して出力ｃ
を得る。比較器３７の出力ｃはリレーRy2のコイ
ル４０を通して電源回路２８に接続されるととも
に正帰還抵抗３４を通してｂ電位に接続されてい
る。燃焼状態検知回路３６は比較器４３，４４に
よりセンサ２５の出力電位ａと抵抗４５，４６，
４７で分圧された電位ｄ，ｅと各々比較してウイ
ンドコンパレータ回路を構成している。比較器４
３，４４の出力ｆは抵抗４８によりプルアツプさ
れると共にインバータ回路４９に入力されてその
出力電位ｇを得ている。抵抗５０はインバータ回
路４９のプルアツプ抵抗を示す。５１は気化筒１
２（第５図）を予熱するヒータ１３の予熱回路を
示す。抵抗５２と気化筒１２の温度センサ５３
（ここでは負特性感温抵抗素子を使用）の分圧電
位ｈと、抵抗５４，５５の分圧電位ｉを比較器５
６で比較し出力電位ｊを得ている。比較器５６の
出力ｊはリレーRy3のコイル５７を通して電源回
路２８に接続されると共にインバータ回路５８に
入力される。インバータ回路５８の出力はタイマ
回路５９の抵抗６０とコンデンサ６１の分圧電位
ｋに接続され、タイマ回路５９は電位ｋと抵抗６
２，６３の分圧電位１を比較器６４で比較し、そ
の出力ｍはリレーRy1のコイル６５に接続される
と共にダイオード６６のアノードに接続されてい
る。ダイオード６６のカソードは燃焼状態検知回
路３６の出力電位ｇに接続されている。

また交流電源２６には点火回路６７が接続され
ている。点火回路６７は運転スイツチ２７とこれ
と並列に接続された停止スイツチ６８とリレー
Ry1の接点６９の直列回路により電源を供給され
る。点火器２４はリレーRy2の第１の接点７０の
NC接点に接続され、NO接点は温風の送風フア
ン（図示せず）駆動用モータ７１が接続されてい
る。リレーRy3の接点７２には燃料ポンプ１６お
よび燃焼用送風機１５が接続されている。ここで
燃焼用送風機１５は送風量のHi−Lo切替を可能
とし、これをリレーRy2の第２の接点７０′によ
り切替える。１３は気化筒１２を予熱するヒータ
を示す。尚ここで説明した比較器３７，４３，４
４，５６，６４は一般周知の２入力オープンコレ
クタ出力のコンパレータ、インバータ回路４９，
５８もオープンコレクタを使用している。

次に動作を説明していく。運転スイツチ２７を
押すとヒータ１３および電源回路２８に通電され
着火検知回路３５、燃焼状態検知回路３６、予熱
回路５１およびタイマ回路５９に電源を供給す
る。センサ２５は図に示すように内部抵抗Riと
起電力liで等価される。

最初センサの雰囲気温度は室温と等しいため内
部抵抗Riは数100MΩと大インピーダンスであ
り、起電力e_iも零である。よつて基準電位ｂに比
べてａ＜ｂとなり、比較器３７の出力ｃはHi出
力となる。比較器３７は前述のようにオープンコ
レクタ出力であるため出力Hiはオープンと等し
く、リレーRy2のコイル４０に通電されない。こ
のため接点７０，７０′共NC接点に保たれ、点
火器２４が通電される。このとき電位ｂは抵抗３
８と並列にリレーRy2のコイル４０のインピーダ
ンスと抵抗３４の並列回路と抵抗３９の分圧電位
となる。

また予熱回路５１は初期気化器の温度が低いた
め温度センサ５３の抵抗値が大きく電位ｈ＞ｉと
なり比較器５６の出力ｊがHiであり、リレー
Ry3 ５７も導通しない。このためポンプ１６お
よび送風機１５は動作しない。同時にインバータ
５８の出力はLo出力となり、タイマ回路５９の
コンデンサ６１に充電することを防ぐ。このため
電位ｋはほぼ零ボルトとなり電位ｋ＜１から比較
器６４の出力ｍはLo出力となる。これによりリ
レーRy1が導通し、運転スイツチ２７を離しても
接点６９により電源を供給し続ける。つまり初期
はヒータ１３と点火器２４が動作し予熱を行な
う。

気化筒１２の温度が上昇し温度センサ５３の抵
抗値が低下するに従い、電位ｈが低下して電位ｉ
に近づいて来る。ここで電位ｉは気化筒の温度が
燃料が気化可能な温度になつた時の電位ｈと等し
くなるように設計されており、電位ｈ≦ｉとなつ
た時、比較器５６はLo出力になり、リレーRy3
が導通する。これにより燃料ポンプ１６と送風機
１５が動作する。ここでリレーRy2は動作してい
ないため送風機１５は低風量となり、燃料ポンプ
１６より供給される燃料が必要な空気量よりも低
い風量としている。つまり低Ｍ値であり、濃い混
合ガスを供給して着火性能の向上をはかつてい
る。

比較器５６の出力ｊがLo出力となるとインバ
ータ５８はHi出力（オープン）となり、タイマ
回路５９のコンデンサ６１には抵抗６０を介して
充電され始める。何等かの原因でバーナが着火し
ない場合はコンデンサ６１の充電により電位ｋ≧
１となつた時点で比較器６４がHi出力となりリ
レーRy1を遮断して運転を停止する。電位ｋ≧１
となる前にバーナが着火し正常燃焼になつた時は
リレーRy1のコイルは後述するダイオード６６を
通して導通され、比較器６４の出力ｍがHiにな
つても導通を続けて燃焼を継続させる。

タイマ回路５９がリレーRy1をOFFする前にバ
ーナに着火した時は、バーナの加熱によりセンサ
２５の雰囲気温度が上昇し、センサ２５が検知可
能状態となる。ここでこのセンサ２５は酸素濃淡
電池でありセンサの雰囲気温度がセンサ動作温度
よりも高い時に燃焼排ガス中の酸素濃度に応じて
起電力を発生する。つまりバーナの理論空気量よ
りも少ない空気量（低Ｍ値）になつた時に約
0.8Vの起電力を発生し、空気過剰となつた時に
はほとんど起電力は零となる。

今、バーナを点火すると、この点火は前述のよ
うに低Ｍ値の混合気を供給して行なわれるのでそ
の燃焼状態は一種の不完全燃焼と同等になり、セ
ンサ２５は第７図に示す如くこれを感知して起電
力e_iを出力する。つまりバーナが着火した時に起
電力が発生し着火検知が可能となる。そして着火
検知回路３５はこの起電力を検知して正常Ｍ値状
態の燃焼へと移行させる。すなわち着火検知回路
３５の電位ｂよりもセンサ２５の起電力e_iの方が
高くなると比較器３７の出力ｃがLo出力となり、
リレーRy2のコイル４０に通電する。これにより
接点７０がNC側からNO側に切替り、点火器２
４の動作を停止してフアンモータ７１を駆動し、
温風を室内に放出すると同時にリレーRy2の接点
７０′もNO側に切替り、バーナモータ１５をHi
風量にする。すなわちポンプ１６の供給燃料に適
した燃焼風量を供給するようになり、正常Ｍ値燃
焼へと移行する。バーナが正常Ｍ値燃焼に戻ると
センサ２５の起電力e_iも低下するが、ここで比較
器３７の正帰還抵抗３４により出力ｃはLoを持
続する。つまり比較器３７がLo出力となると同
時に電位b′は抵抗３９と抵抗３４の並列抵抗と抵
抗３８の分圧電位となり、比較器３７の出力ｃが
Hiにある時のｂ電位に比べて十分低い値となつ
ている。このためセンサ２５の起電力e_iが低下し
ても電位ａ＞b′を維持するため出力ｃはLoを保
つ。

燃焼状態検知回路３６はセンサ２５の起電力e_i
と等しいａ電位と電位ｄ，ｅとを比較器４３，４
４で比較して燃焼状態を検知し、不完全燃焼が生
じると燃焼を停止させるが、本発明の要旨ではな
いので説明を省略する。

なお上記実施例では電子回路で構成した例で説
明したがこれ等の燃焼シーケンスをマイクロコン
ピユータ等のプログラムで構成しても容易に実現
可能であり、この場合、回路構成が簡略化される
と共にさらに精度の高い制御や複雑な制御シーケ
ンスも容易に実現可能となる。また送風機１５は
モータの回転数によつてHi−Lo風量の切替を行
なつているが、ダンパ等による風路切替方式によ
り風量切替を行なうことも容易である。またバー
ナも石油を燃料としたもので説明したが、ガスを
燃料としたものであつても同様の効果が得られ
る。

発明の効果 以上実施例の説明で明らかなように本発明は、
センサにセンサ自身の起電力のみを着火信号とし
て取出すようにしているので、低Ｍ値状態での着
火であつてもセンサからの出力には変化が生じ、
これによつてバーナの着火検知が確実にできると
ともに、センサへの電源電圧の印加による電力消
費や安定化電源回路の追加によるコストアツプも
なく、経済的で安価なものとすることができる。
さらに本発明では低Ｍ値着火であるから着火ミス
の恐れもほとんどなく確実なる着火ができる等、
その効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は不完全燃焼を検知する酸素濃淡電池型
センサの出力特性図、第２図は同センサの温度特
性図、第３図は従来の不完全燃焼検知兼着火検知
の回路図、第４図は正常Ｍ値状態の着火時におけ
るセンサ出力の特性図、第５図は本発明の一実施
例における燃焼装置の断面図、第６図は同回路
図、第７図は同センサの出力特性図である。 １７……バーナ、２５……センサ、２８……電
源回路、３４……抵抗、３５……着火検知回路、
６７……点火回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ バーナと、このバーナの燃焼状態を検知する
   酸素濃淡電池型のセンサと、上記バーナを点火す
   る点火回路と、上記バーナの着火によつて得られ
   るセンサ自身の出力を着火信号として検出する着
   火検知回路とを備え、上記点火回路はバーナを低
   空燃比で点火するように構成した燃焼装置。 ２ 着火検知回路は着火検知によつて空燃比を低
   空燃比状態から正常空燃比状態へと切換えるよう
   にした特許請求の範囲第１項記載の燃焼装置。