WO1982003444A1 - Combustion safety device for liquid fuel combustion apparatus - Google Patents

Description

* 液体燃料燃 ft装鼸 e>燃^安全装置

発明の名称 ノ

液体燃料燃焼装置 .

技術分野

5 この発明は、 液体燃料燃焼装置自身の燃焼による燃焼熱で液 体燃料の気化を行るつて燃焼を継続していく液体燃料燃焼装置 に関するもので、 この種燃焼装置の特有の現象と して酸素濃度 が低下する'と必然的に燃焼量が低下するのであるが、 燃焼量が 低下すると燃焼排ガスの温度が低下する。 この点に着目 して燃 t o 焼排ガスの温度と室温との温度差が変化することを検知して酸 欠状態を検知し、 燃焼を停止あるいは謇報を発するよ うにした 液体燃料燃焼装置に関するものである。

背景技術

従来の室内に燃焼排ガスを拡散する液体燃料燃烧装置は、 室 5 内の酸素攮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、 例えば睡眠をとつている場合等は、 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 こと力 ¾>る o

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0 害な二酸化炭素にす^装置や、 炎電流を検知するフ レー ム ロ ツ ドによる酸欠を検知する方法等が提案されてはいる。 しかし、 前者においては、 酸素濃度は減少するだけで、 ついにはやは —酸化炭素中毒を起こす可能性が高く、 また後者は虱等によつ 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5 けるといった欠点を有している。 • '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 素饅度差を検也する素子を用 て酸欠を検知する方法等が提案 されている o しかし 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黎素濃度雰通気にあ 5 つ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 わちこの素子は正常燃焼時には火炎流 に位置し、 酸欠時にはこの酸欠によって伸びるある はリ フ ト する火炎中に入るように設定してある。

したがって酸欠状態に ると火炎が伸びて正常時に対する酸 i o 素分圧あるいは酸素濃度が著しく変化、 すなわち酸素分 Ε ·瀵 度変化を検出しゃすい拔態と る全一次燃焼方式のものには効 杲的である o

ところが、 液体を燃料と した液体燃料燃焼装置の特に石油ス ト ーブ ·ボッ トパーナ等のように燃燒装置自身の燃焼による燃

1 5 焼熱で燃料の気化を行 つて燃焼を継続していく 自熱気化燃焼 方式の液体燃料燃焼装置では酸欠状態にるると火炎が伸びるこ とがあっても これは瞬間的 ものであ ]3、 通常は正常燃焼の状 態からそのまま逆に小さく、 すなわち燃焼量が低下していく。 したがってこのよ う 自熱気化燃焼方式の液体燃料燃焼装置に 0 従来と同様の方法で酸素変化検出素子を設けた場合は火炎後流 の C O雰囲気中の酸素分 £ある は酸素溪度差を検出すること にな ]?、 二次空気が供給される大気開放型のものでは火炎後流 の排ガス中に二次空気が混入して酸素分圧あるいは酸素漫度差 の変化があま ]?起ら ので、 この酸欠状態を検出することは 5 不可能に近く実用化は困難であった。

βθ ί · 発明の開示

そこでこの癸明は、 燃焼量が低下することによって生じる燃 焼排ガスの温度変化状態を室温と比較し、 その温度差が一定値 に達することを検出して、 酸欠状態を検出し、 燃焼を停止ある いは警報を発する液体燃料燃焼装置を提供することを目的どし たものである o

以下本発明の一実施例を添附図面とと もに説明する o

図面の簡単 説明

第 1 図は本発明の一実施例における液体燃料燃铙装置の縦断 面図、 第 2図は同燃焼部の拡大断面図、 第 3図は同電気回路図、 第 4図は室温変化による霁子の温度変化を示すグラ フ、 第 5図 は酸欠による両素子の温度差変化を示すグラ フ、 苐 6図はター ル生成による両素子の温度差変化を示すグラ フ、 第 7図は吹出 ,口詰 ]?による両素子の温度差変化を示すグラフ、 第 8図は本発 明の他の実施例における液体燃料燃焼装置燃焼部の拡大断面図 第 9図は同電気回路図、 第 1 O図は素子の温度差とヒータ容量 とを示すグラ フである。

発明を実施するための最良の形態

第 1 '図に いて、 平面形状が四角形状の燃料タンク 1 F3の液 体燃料 2中には円筒状の灯芯 3の下部を浸潸し、 燃料タ ンク 1 内の液体燃料 2を毛細管現象で灯芯 3上部に吸上げるようにし 'てある。 また上記灯芯 3はレバ ー 4の支点右側に達結 （図示せ ず） させ、 通常は支点左側をパネ 5で二点鎖線のごと く上方に 上げることによ ]3灯芯 2の上部を燃料タンク 1 内に位置するよ うにしてある。 そしてレバ ー 4の支点左側を押し下げ動作する

- u iくど ' ことによって灯芯 3は上部位置に押し上げられるとともに、 レ パー 4はソ レノ ィ ド 6によつてその支点左側が吸着保持される。 一方燃料タンク 1 は底部から円筒状の通気筒 7が突設してあ 、 前記灯芯 3の上下スライ ド時のガイ ドと ¾るようにし ある。

5 またこの通気筒ァの上部には通気口 8が形成してある。 さら-に 灯芯 3の外周上部には外火皿 9を配設してあ j?、 この外火皿 9 には多数の気孔 1 Oを形成してある。

通気筒ァの上方には円筒状の内炎筒 1 1 を設けてあ 、 この 内炎筒 1 1 には多数の一次空気供耠孔 1 2を形成してある。 ま

10 た上記内炎筒 1 1 には仕切板 1 3 , 2 4と拡炎板 1 4を設けて あ j？、 拡炎板 1 4と内炎筒上端との間には二次燃焼空気供給用 のス リ ツ ト気孔 1 5を形成してある。 さらに内炎筒 1 1 の外周 には多数の一次空気供耠孔 1 ァを有する外炎筒 1 6が、 さらに その外周に三次空気供絵孔 1 9を有する外筒 1 8が設けられて t S お 、 内炎筒 1 1 上端と外瀹 1 S上端との間には 2次空気が流 動するス リ ッ ト状の気孔 2 Oを形成している。 また上記外筒 ¹ 8 の外周には 3次空気が流れる間隙を介して燃焼筒 2 1 を配設し ている。 そして前記外火皿 9には点火ヒータ 2 5を装着してい る o

0 燃铤筒 2 1 の上方には円板状の風仕切板 2 7を介して送風フ ア ン 2 6を設けてあ j？、 送風フ ァ ン 2 6からの風はリ ング状の 通虱口 2 8を通過した後、 送風ガイ ド 2 9に案内されて下向き に吹出すように つている。

一方燃料タ ンク 1 下方の置合 3 Oには前記燃焼筒 2 1 及び送 5 風フ ァ ン 2 6を覆う如く外装ケース 3 1 を覆着してあ J 、 この 外装ケース 3 1 には吸込口 3 2 と吹出口 3 3を設けてある。 そ して茚記吸込口 3 2と吹出口 3 3の近傍にはそれぞれサ一ミ ス タ等の温度検出素子 3 4 , 3 5 ( ^下単に素子と称す ） を設け てあ ])、 これら両素子 3 4 , 3 5が検出する温度差によって酸 久を検知するよ うになっている。

第 3図はこの両素子 3 4 , 3 5によって酸欠を検知する回路 を示し、 電源ス ィ ツチ 3 6は芯上下を行う レバー 4の支点左側 押圧操作によ ってオンされる。 また前記素子 3 4 ， 3 5のそれ それが検出した温度差によつて生ずる出力電圧はオペアンフ' ³ァ で増巾し、 このオペアンプ 3ァで増巾された電圧とベース電圧 とをコ ンパ レータ ³ 8で比^して出 ¾電圧をオ ン ， オフし、 ト ラ ンジスタ 3 9はコ ンパ レータ 3 Sの出力電圧によって開閉し、 ソレノ ィ ド 6への通電を制御する。 な 前記回路は直流電源回 路からの電,源 4 Oによつて作動するもので、 抵抗 2 2 a〜22 を有するとともに点火器 2 5にはスィ ツチ 2 3を接続してあ j？、 さ らにダイオー ド 2 2 m , 2 2 ηを有している。

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の 支点左側を押し下げると灯芯 3の上端は外火皿 9の上方に押し 出され、 ンレノ ィ ド 6による吸着作用によってそのまま保持さ れる。 そして点火ヒータ 2 5による点火によってタ ンク ¹ から 吸い上げた液体燃料 2を燃焼させる。 同時に送風フ ァ ン 2 6は 回転し、 風は第 1 図実線矢印のごと く風仕切板 2 7外周のリ ン グ状の通虱口 2 8を通って送風ガイ ド 2 9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 リ一効果によつ て燃焼排ガスが第 1 図破線矢印のよ うに吸引され、 送風フ ァ ン 一⁰一

' 2 6からの風と混合し温風となつて吹出口 3 ³よ 室内に吹出 : すように る o

—方前記ベンチュ リ一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耠するよ うに る。

お燃焼は内 ，外炎筒 1 1 , 1 6の一次空気供給孔 1 2 , ¹マ 部分で行 ¾われ、 燃焼し切れ ¾い未燃焼ガスは外炎筒 1 6 の上 方で第 2図のごと く燃焼する o '

このよ うる状態で燃焼を行 つて る時室内雰囲気が酸欠状 態に 始めると、 内 ，外炎筒 1 1 , 1 6の一次空気供給孔

1 2 , 1 7に形成していた燃焼炎は酸欠によ i)燃焼反応が衰え 一次空気供給孔 1 2 , 1 7に形成されていた炎が次第に少なく って炎の形成されるい一次空気供耠孔 1 2 , 1 7が多くなつ て来ると同時に不完全燃焼と る。 これは、 通常状態では一次 空気供給孔 1 , 1 7から供耠される一次空気の噴出速度と一 次空気供給孔 1 2 , 1 7に形成される火炎の燃烧速度がパラ ン スされて、 大部分の一次空気供耠孔 1 2 ， 1 7に火炎を形成し ていたものが、 酸欠状態に る搴によ ]?、 火炎の燃焼速度が遅 くな 一次空気供給孔 1 2 , 1 7から供給される空気噴出速度 の方が速く って厳密にはリフ ト し、 一次空気供耠孔 ¹ 2 ,1 Τ に形成する火炎が消淤していくからである。 この様に内 ， 外炎 筒 1 ¹ ， ¹ 6の一次空気供耠孔¹ 2 ， 1 ァに形成される火炎が 少 くなると、 灯芯 3に与える熱量も次第に少 くな！）、 灯芯 '3からの燃料の気化量が少なく な ]Ρ発熱量が低下して来る。 こう して発熱量が低下してくると当然その燃焼排ガスの温度、 す わち吹出口 3 3部分に設けてある素子 3 5で検出した温度

(Γ:?Ι - Z も低下する。 ところが吸込口 3 2部分に設けた素子 3 4で検出 した温度は、 上記燃焼排ガスの温度低下があってもすでに室内 は一定温度に暖められ.ていてほとんど変化し ため前記素子 3 4ほどの温度低下は¾く.ほぼ一定に保たれている。 よって上 5 記両素子 3 4 , 3 5の温度差は第 5図ィ線に示す如く酸欠状態 が進行するにつれて小さく なつてく る。 したがって危険な状態 に ¾る酸素濃度 aでコ ンパ レータ 3 8の出力をオフするように 設定して けばト ラ ン ジス タ 3 9を介してソレノ ィ ド 6への通 電を断ち、 灯芯 3を降下させて消火させることができる。

0 第 4図は室温変化による素子 3 5温度の変化を示すもので、 - Aが素子温度、 すなわち燃焼排ガス温度の変化である。 燃焼排 ,ガス温度は室温状態によっても変化するので燃焼排ガス温度だ けを検出して作動させると、 例えば換気等の為に室内空気を入

- れ換えて室温が低下した場合であっても酸欠と して動作、 す

5 わち誤動作してしま う問題がある。

しかしなが-ら室温を検知する素子 3 4を用いてその両素子

3 4 ， 3 5の温度差を出力と して用いればこのよ うな誤動作の 恐れは ¾ くなる。 するわち第 4図 Bで示すようにこの素子 3 4 部分の温度も室温状態に応じて変化する。 したがって室温変化0 が起っても燃焼排ガスの温度を検出する素子 3 5 との温度差は 常にほぼ一定したものと ]9、 その温度差が変化するのは燃焼 状態が悪化して変化した場合と る。 よつて室温変化等による 誤動作はな く な ]?、 酸欠の検出が確実にできるよ うになるので ある ο

5 またこの燃焼状態の悪化による燃焼量低下は灯芯 3にタール

c . i ^ が生成して燃料の吸上げ能力が低下した場合にも起るのでこの ター ル生成による異常燃焼も検出できることにるる。 第 6図は このタール生成による両素子 3 4 , 3 5の温度差変化を示 ¾ 前述した酸欠状態の時と同じような傾向を示し、 タール生成に 5 よる異常燃焼の検出も可能 ことがわかる o

さらに第ァ図は逆風等を受けて逆火した場合の両素子 3 4 ， 3 5の温度差変化を示し、 この場合はその温度差が大き くなる。 したがつてこの温度差が一定以上になってもコ ンパ レータ 3 S の出力をオフするように設定しておけば前述と同様燃焼を停止 ί θ さ'せることができ、 過熱による火災等の発生を未然に防止する ことができるようになる ο

次に第 S図 ，第 9図を用 て他の実施例を説明する。 この実 施例のものはさらに酸欠検知の精度を向上させたものである。 するわち前述した実施例のものでは酸欠によつて燃焼量が低下

15 し始めると、 その燃焼量低下は加速度的に早く ^ ] Ρ、 酸欠状態 がそれほど^行してい いのにもかかわらず両素子 3 4 ， 3 5 の温度差は燃焼を停止させるレベルに達して早切れを起すと う可能性がある。

そこでこの実施例ではさらに前記外火皿 9外周に気化燃焼を 0 助成する電気ヒータ 4 1 を設け、 この電気ヒータ 4 1 への通電 を前記両素子 3 4 , 3 5からの出力によつて制御することによ 前述した早切れが起ら いよ うに配慮してある。 すなわち第 9図に示す如く両素子 3 4 , 3 5からの出力電圧を増巾する才 ベアンプ 3 7の出力端は前記ソ レノ ィ ド駆動用のコンパレータ 25 3 8 とは別に設けたコンパレータ 4 2に接続し、 その出力端は

0: ΡΙ ト ラ ンジスタ 4 3を介して電気ヒータ ^{4 1} と直列接続されてい るサイ リ スタ 4 4のゲー ト端子に接続してある o したがって両 素子 3 4 ， 3 5の差温が正常燃焼時の差温よ も小さ くな J?始 めると第 1 O図に示す如く電気ヒータ.4 1 への通電量は多く i) 加速度的 燃焼量低下を補正するようになる。 そして上記 補正によってほぽ定格値を保っていた燃焼が酸欠によつて低下 し、 それに伴 つて生じる前記素子 3 4 , 3 5の差温が前述し た危険酸素濃度 aで生じる値 達す と、 ソ レノ ィ ド用のコ ン パレータ 3 8をオ フ して燃焼を停止するようになる。 すなわち 両素子 3 4 , ³ 5の差温は第 5図 πで示すよ うに酸素獲度 1 9 《程度まではほとんど変化せず、 この 1 9《以後変化し始める ので燃焼自身の加速度的 低下による早切れ等の問題が くな る。 （ この実施例の場合はカッ ト レベル aをも う少し差温大の 方に設定する ） '

なお第 9図において、 直流電源回路 4 Oは抵抗 4 O a , 4 O b 、 ダイ ； ί"ー ド 4 0 c ， 4 0 d 、 ツ エ ナーダイ オー ド 4 0 e 、 コ ンデンサ 4 0 f を有するとと もに、 酸欠検知ならびに動作部 には抵抗 4 5 a 〜 4 5 Q、 ト ラ ン ジスタ 4 6、 コ ンデンサ 4ァ、 ダイ オー ド 4 8が接続されてお J?、 電源スィ ッ チ 3 6によって 交流電源 4 9が入れられるよ うになつている。

お上記実施例では室温を検知する素子 3 4を送風フ ァ ^26 の吸込口 3 2に設けたがこれは別の所、 例えば通気筒 7内ある いは室内の適所に設けても よい。 また燃焼形態も灯芯 3式に限 られることな くその他の形式のものでも よい。 さらに上記実施 例では酸欠を検知して動作する動作部がレバー 4を吸着保持す

ί __0_:".ΡΙ ヽ るソ レノイ ド 6等の燃焼停止手段の場合を説明したが、 これは ランプ、 ブザー等の警報手段として酸欠状態を使用者に知らせ るよ うにしても よ ものである o

産業上の利用可能性 ·

以上のように本発明によれば、 酸欠牧態による事故を未然—に 防止することができるとともに、 その動作も確実 ものとする ことができ、 かつタール生成、 逆風等による異常燃焼も検出で さ o

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 燃焼部と、 この燃焼部からの燃焼排ガス温度を検知する第 1 の温度検出素子と、 室温を検知する第 ²の温度検出素子と.、 上記両素子の出力差が一定以下、 あるいは一定以±になると前

5 記燃焼部の燃焼を停止、 あるいは警報を発する動作部とから る液体燃料燃焼装置。

2 . 請求の範囲第.1 項において 燃焼部は燃料気化を行なわせ る電気発熱手段を有すると ともに、 両素子の出 Λ差でこの電気 発熱手段の発熱を制御するように構成したことを特徵とする液 i o 体燃^ 燃焼装 。

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