JP2000274669A - 燃焼安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼状態の推定がきめ細かく行え、応答の早
い燃焼安全装置を提供する。 【解決手段】 バーナ１０の側部には、紫外線透過性ガ
ラスからなる覗き窓９が配設されている。バーナ火炎３
の覗き窓９を介する反対側には、所定の空隙を隔ててフ
ィルタ５が配設されている。フィルタ５は、気体分子Ｏ
Ｈ、ＣＨ及びＣ２の各波長に応じて３つのフィルタが用
意されている（図示略）。フィルタ５の右側には、光電
素子７が配設されている。光電素子７も３つのフィルタ
に対応して３つ用意されている（図示略）。気体分子Ｏ
Ｈ、ＣＨ及びＣ２からの紫外光の強度及びインプットに
基づき、バーナ火炎３の燃焼状態を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃焼安全装置に係わ
り、特に燃焼状態の推定がきめ細かく行え、応答の早い
燃焼安全装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の不完全燃焼防止装置の主要部を図
３に基づき説明する。図３において、不完全燃焼防止装
置は、立ち消え安全装置をも兼用している。この不完全
燃焼防止装置は、ファンヒーターなど燃焼利用の暖房機
に装備されている。

【０００３】熱電対１はバーナ１０の基部に固定されて
いる。そして、熱電対１のセンサー先端部が、バーナ火
炎３に包まれるように設定されている。ファンヒーター
の運転中は、バーナ火炎３により熱電対１は加熱され
る。このときに生じた熱電対１の起電力は図示しないＣ
ＰＵによりモニターされている。図３に示すように、バ
ーナ火炎３が正常燃焼している場合には、熱電対１の起
電力は安定している。

【０００４】一方、図４に示すように、燃焼が悪化し、
バーナ火炎３が不安定になった場合には、熱電対１の加
熱が不十分となり、起電力が低下する。ＣＰＵでは、こ
のときの起電力が一定のレベル以下に低下したか否かを
判断する。そして、起電力が一定のレベル以下に低下し
たと判断されるときには、ガス比例制御電磁弁１５を遮
断し、バーナ１０へのガスの供給を停止する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる熱電
対１は、種々の使用環境や量産バラツキを担保して安定
な動作を保証するため、熱電対起動力が高めになるよう
設定する必要がある。そして、このように熱電対起動力
を高めに設定した場合には、熱電対１の寿命や耐久性が
問題となる。

【０００６】また、このときの熱電対１の熱容量は高い
ため、応答性が低くなる。更に、燃焼が不安定（例え
ば、バーナ火炎３がばたつくような状況）になったり、
火炎長が伸びたりするまで熱起電力は大きく変化しない
ため、不完全燃焼による機器停止前に、室内酸素濃度の
低下に従って換気を促すサインを出すなどのきめ細かい
制御には不向きである。

【０００７】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、燃焼状態の推定がきめ細かく行え、応答
の早い燃焼安全装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため本発明（請求項
１）は、バーナと、該バーナに送るガスの供給量を調節
する制御弁と、前記バーナの火炎の燃焼過程において生
ずる気体分子ＯＨ、ＣＨ及びＣ２の内から選択された複
数の気体分子より発する紫外光の強度をそれぞれ検出す
る光強度測定手段と、該光強度測定手段で検出された複
数の気体分子から発せられた複数の紫外光の強度と前記
制御弁の開度に基づき空気比を推定する空気比推定手段
と、該空気比推定手段で推定した空気比が予め設定した
空気比設定値以下となったか否かを判定する空気比判定
手段と、該空気比判定手段で前記空気比が前記空気比設
定値以下であると判定されたとき、前記制御弁を遮断す
る制御弁遮断手段とを備えて構成した。

【０００９】光強度測定手段では、バーナの火炎の燃焼
過程において生ずる気体分子ＯＨ、ＣＨ及びＣ２の内か
ら選択された複数の気体分子より発する紫外光の強度を
それぞれ検出する。バーナの火炎の燃焼過程において、
気体分子ＯＨ、ＣＨ及びＣ２が生ずる。この気体分子Ｏ
Ｈ、ＣＨ及びＣ２は、紫外線領域の光を発する。光強度
測定手段では、この内の２つ又は理想的には３つの気体
分子からの紫外光の強度を検出する。

【００１０】そして、空気比推定手段では、光強度測定
手段で検出された複数の気体分子から発せられた複数の
紫外光の強度と制御弁の開度に基づき空気比を推定す
る。バーナの火炎の燃焼の状態は空気比によって変わ
る。このため、空気比を推定すれば火炎の燃焼の状態を
推定可能である。

【００１１】空気比と制御弁の開度、複数の紫外光の強
度の間の関係は、予めデータをテーブル化又はグラフ化
しておく。そして、このテーブル化等されたデータはＣ
ＰＵに予め記憶させておく。ＣＰＵでは、検出された制
御弁の開度、複数の紫外光の強度に基づきテーブル化等
されたデータと対比することで空気比を推定可能であ
る。

【００１２】空気比判定手段では、空気比推定手段で推
定した空気比が予め設定した空気比設定値以下となった
か否かを判定する。不完全燃焼により、空気比は変動し
小さくなる。このため、空気比推定手段で推定した空気
比が空気比設定値以下となったときには、不完全燃焼し
ていると判断する。

【００１３】制御弁遮断手段では、この空気比判定手段
で空気比が空気比設定値以下であると判定されたとき、
制御弁を遮断する。

【００１４】以上により、バーナの火炎とは非接触に空
気比を推定可能である。そして、不完全燃焼の場合に
は、自動消火することが可能である。火炎の発光を用い
たため、空気比推定の精度は上がり、かつ応答性を高く
することが出来る。

【００１５】また、本発明（請求項２）は、前記光強度
測定手段は、前記気体分子ＯＨ、ＣＨ及びＣ２の内の複
数の気体分子から発する紫外光のみを選択して通過させ
る複数のフィルタと、該フィルタにそれぞれ接続され、
前記各紫外光の光量を電気量に変換する複数の光電素子
と、該光電素子で変換された電気量に基づき前記各紫外
光の強度を算出する複数の光強度算出部を備えて構成し
た。

【００１６】気体分子ＯＨ、ＣＨ及びＣ２からの紫外光
は、選択した波長のみを通過させるためフィルタをかけ
る。光電素子は、各紫外光の光量を電気量に変換する。
光強度算出部では、光電素子で変換された電気量に基づ
き各紫外光の強度を算出する。

【００１７】更に、本発明（請求項３）は、前記バーナ
には、紫外線透過性ガラスからなる覗き窓が配設され、
該覗き窓と前記フィルタ間には、端部がそれぞれ前記覗
き窓と前記フィルタに固着された光ファイバを備えて構
成した。

【００１８】光ファイバは、紫外域透過性を有する。こ
の光ファイバにより、バーナの火炎から離れた位置で紫
外光の光量を測定出来る。光ファイバを通過させること
で、ノイズが少ない状態で紫外光の光量を測定可能であ
る。

【００１９】更に、本発明（請求項４）は、前記バーナ
には、開放された覗き窓が配設され、該覗き窓に一端が
挿入され、他端が前記フィルタに固着された光ファイバ
を備えて構成した。

【００２０】光ファイバの一端は、覗き窓からバーナの
火炎に向けて挿入する。この光ファイバにより、バーナ
の火炎から離れた位置で紫外光の光量を測定出来る。

【００２１】更に、本発明（請求項５）は、前記バーナ
には、紫外線透過性ガラスからなる又は開放された覗き
窓が配設され、前記フィルタは該覗き窓を通過した紫外
光から選択された波長の光のみを抽出する。

【００２２】フィルタは覗き窓と接するように配設して
もよいし、所定の隙間を隔てて配設してもよい。このフ
ィルタは、覗き窓を通過した紫外光から、選択された波
長の光のみを抽出する。

【００２３】更に、本発明（請求項６）は、前記制御弁
遮断手段は、前記空気比判定手段で前記空気比が前記空
気比設定値以下であると判定されたとき、又は前記光強
度測定手段で測定された前記各紫外光の強度がゼロであ
るとき、前記制御弁を遮断する。

【００２４】立ち消えにより火炎が消滅した場合は、紫
外光がなくなるため、紫外光の強度はゼロとなる。この
ため、光強度測定手段で測定された各紫外光の強度がゼ
ロであるとき、制御弁を遮断する。以上により、不完全
燃焼に加え、立ち消えに関しても対処可能である。

【００２５】更に、本発明（請求項７）は、前記空気比
推定手段で推定した空気比が予め設定した空気比警告値
以下となったか否かを判定する空気比警告判定手段と、
該空気比警告判定手段で前記空気比が前記空気比警告値
以下であると判定されたとき、警告表示及び／又は前記
制御弁の開度を所定値まで絞る警告表示等手段とを更に
備えて構成した。

【００２６】空気比設定値は制御弁の遮断を目的として
設けたが、この空気比設定値より程度の軽い空気比警告
値を設ける。そして、空気比警告判定手段では、空気比
推定手段で推定した空気比が予め設定した空気比警告値
以下となったか否かを判定する。

【００２７】警告表示等手段では、空気比警告判定手段
で空気比警告値以下であると判定されたとき、室内酸素
濃度の減少と判断し、警告表示及び／又は制御弁の開度
を所定値まで絞る。この警告表示は、例えば換気サイン
点灯である。以上により、きめの細かい警告や制御が素
早く行える。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。本発明の第１実施形態の構成図を図１に示
す。図１において、バーナ１０の側部には、紫外線透過
性ガラスからなる覗き窓９が配設されている。バーナ火
炎３の覗き窓９を介する反対側には、所定の空隙を隔て
てフィルタ５が配設されている。

【００２９】フィルタ５は、気体分子ＯＨ、ＣＨ及びＣ
２の各波長に応じて３つのフィルタが用意されている
（図示略）。フィルタ５の右側には、光電素子７が配設
されている。光電素子７も３つのフィルタに対応して３
つ用意され、それぞれの光電素子が対応するフィルタと
接続されている（図示略）。

【００３０】次に、本発明の第１実施形態の動作を説明
する。バーナの火炎の燃焼過程において、気体分子Ｏ
Ｈ、ＣＨ及びＣ２が生ずる。そして、気体分子ＯＨから
は波長３０６ｎｍ前後の紫外線が発せられる。気体分子
ＣＨからは波長４３１ｎｍ前後の紫外線が発せら、気体
分子Ｃ２からは波長５００ｎｍ前後の紫外線が発せられ
る。

【００３１】これらの紫外線は、覗き窓９を介して透過
し、フィルタ５に届く。フィルタ５では、３種類の紫外
線がそれぞれ選択され、光電素子７に達する。光電素子
７では、受光した光量が電圧に変換される。そして、Ｃ
ＰＵでは、この光電素子７からの電圧に基づき紫外光の
強度が算出される。

【００３２】一方、例えばファンヒーターの場合には、
室温と設定温度との偏差から、ガス比例制御電磁弁１５
の開度（以下、インプットという）を制御するととも
に、ファンへの供給電流を制御している。即ち、インプ
ットを制御することでガスの供給量を変え、ファンを制
御することで空気量を変えている。

【００３３】ここに、気体分子ＯＨ、ＣＨ及びＣ２から
の紫外光の強度及びインプットは、バーナ火炎３の燃焼
状態と密接に関連することが経験的及び実験的に確かめ
られている。そこで、気体分子ＯＨ、ＣＨ及びＣ２から
の紫外光の強度及びインプットに基づき、バーナ火炎３
の燃焼状態を推定する。

【００３４】バーナ火炎３の燃焼状態は空気比により変
わるため、気体分子ＯＨ、ＣＨ及びＣ２からの紫外光の
強度及びインプットと空気比の関係をテーブル化してお
く。このテーブル化作業は、実験等により予めデータ取
得しておき、ＣＰＵの記憶部等に保存しておく。

【００３５】実験は、例えば、インプットを１０段階に
分け、各段階において、それぞれ空気比を変えたときに
気体分子ＯＨ、ＣＨ及びＣ２からの紫外光の強度がどの
ようになるかを測定し、データ化する。また、各条件時
でのバーナ火炎３の燃焼状態についても、良否を判定
し、データ化しておく。

【００３６】そして、バーナ火炎３の燃焼状態を推定す
るに際しては、この空気比をテーブルの対応したデータ
から読み取る。例えば、測定された気体分子ＯＨ、ＣＨ
及びＣ２からの紫外光の強度及びインプットをテーブル
に当てはめ、対応する空気比を求める。

【００３７】ＣＰＵでは、この推定された空気比が予め
設定した空気比警告値以下となった場合には、例えば、
室内酸素濃度の減少と判断し、換気サイン点灯やインプ
ット低下などの制御をかける。

【００３８】また、更に燃焼が悪化して輝炎が発生する
ような状況に対応させて空気比設定値を定義する。そし
て、空気比が空気比設定値以下となった場合には、ガス
比例制御電磁弁１５を遮断し、ファンヒーターの運転を
停止する。

【００３９】また、立ち消えによりバーナ火炎３が消滅
した場合は、紫外光がなくなるため、紫外光の強度はゼ
ロとなる。このとき、ＣＰＵは即座に立ち消えと判断
し、ガス比例制御電磁弁１５を遮断すると共に所定のエ
ラーコードを表示する。

【００４０】なお、本発明の第１の実施形態では、覗き
窓９を配設するとして説明したが、覗き窓９を設けずに
開放した状態で、直接バーナ火炎３の燃焼光を受光する
ようにしてもよい。

【００４１】また、本発明の第１実施形態では、気体分
子ＯＨ、ＣＨ及びＣ２のすべてから紫外光の強度を測定
すべくフィルタ及び光電素子は３式用意した。このよう
に、３式用意するのが理想であるが、この内の２つの気
体分子について紫外光の強度が得られれば、一通りの空
気比の推定は可能である。

【００４２】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。本発明の第２実施形態の構成図を図２に示す。
なお、図１と同一要素のものについては同一符号を付し
て説明は省略する。図２において、光ファイバ１１は、
端部がそれぞれ覗き窓９とフィルタ５に固着されてい
る。この光ファイバ１１は、紫外域透過性を有する。

【００４３】このように、光ファイバ１１を介在させた
ことで、フィルタ５及び光電素子７は、バーナ火炎３か
ら離れた位置で紫外光の光量を測定出来る。また、光フ
ァイバ１１を通過させることで、ノイズが少ない状態で
紫外光の光量を測定可能である。

【００４４】なお、本発明の第２の実施形態では、覗き
窓９を配設するとして説明したが、覗き窓９を設けずに
開放した状態で、光ファイバ１１の一端を開放された覗
き窓９からバーナ火炎３に向けて挿入してもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、制
御弁の開度、複数の紫外光の強度に基づき空気比を推定
することとしたので、燃焼状態の推定がきめ細かく行
え、不完全燃焼や立ち消えに際し応答の早い制御を行う
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の構成図

【図２】 本発明の第２実施形態の構成図

【図３】 従来の不完全燃焼防止装置の主要部の構成図

【図４】 バーナ火炎が不安定になったときの様子を示
す図

【符号の説明】 １ 熱電対 ３ バーナ火炎 ５ フィルタ ７ 光電素子 ９ 覗き窓 １０ バーナ １１ 光ファイバ １５ ガス比例制御電磁弁

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナと、該バーナに送るガスの供給量
   を調節する制御弁と、前記バーナの火炎の燃焼過程にお
   いて生ずる気体分子ＯＨ、ＣＨ及びＣ２の内から選択さ
   れた複数の気体分子より発する紫外光の強度をそれぞれ
   検出する光強度測定手段と、該光強度測定手段で検出さ
   れた複数の気体分子から発せられた複数の紫外光の強度
   と前記制御弁の開度に基づき空気比を推定する空気比推
   定手段と、該空気比推定手段で推定した空気比が予め設
   定した空気比設定値以下となったか否かを判定する空気
   比判定手段と、該空気比判定手段で前記空気比が前記空
   気比設定値以下であると判定されたとき、前記制御弁を
   遮断する制御弁遮断手段とを備えたことを特徴とする燃
   焼安全装置。
2. 【請求項２】 前記光強度測定手段は、前記気体分子Ｏ
   Ｈ、ＣＨ及びＣ２の内の複数の気体分子から発する紫外
   光のみを選択して通過させる複数のフィルタと、該フィ
   ルタにそれぞれ接続され、前記各紫外光の光量を電気量
   に変換する複数の光電素子と、該光電素子で変換された
   電気量に基づき前記各紫外光の強度を算出する複数の光
   強度算出部を備えた請求項１記載の燃焼安全装置。
3. 【請求項３】 前記バーナには、紫外線透過性ガラスか
   らなる覗き窓が配設され、該覗き窓と前記フィルタ間に
   は、端部がそれぞれ前記覗き窓と前記フィルタに固着さ
   れた光ファイバを備える請求項２記載の燃焼安全装置。
4. 【請求項４】 前記バーナには、開放された覗き窓が配
   設され、該覗き窓に一端が挿入され、他端が前記フィル
   タに固着された光ファイバを備える請求項２記載の燃焼
   安全装置。
5. 【請求項５】 前記バーナには、紫外線透過性ガラスか
   らなる又は開放された覗き窓が配設され、前記フィルタ
   は該覗き窓を通過した紫外光から選択された波長の光の
   みを抽出する請求項２記載の燃焼安全装置。
6. 【請求項６】 前記制御弁遮断手段は、前記空気比判定
   手段で前記空気比が前記空気比設定値以下であると判定
   されたとき、又は前記光強度測定手段で測定された前記
   各紫外光の強度がゼロであるとき、前記制御弁を遮断す
   る請求項１、２、３、４又は５記載の燃焼安全装置。
7. 【請求項７】 前記空気比推定手段で推定した空気比が
   予め設定した空気比警告値以下となったか否かを判定す
   る空気比警告判定手段と、該空気比警告判定手段で前記
   空気比が前記空気比警告値以下であると判定されたと
   き、警告表示及び／又は前記制御弁の開度を所定値まで
   絞る警告表示等手段とを更に備える請求項１、２、３、
   ４、５又は６記載の燃焼安全装置。