JP3087200B2 - 燃焼安全装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼用空気を強制的に
取り込んで燃焼する燃焼器（例えば、強制排気式燃焼
器）の不完全燃焼を防止するための安全装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一酸化炭素中毒の原因である不完全燃焼
は、主に燃焼器の給排気系不良や、排気の漏洩による室
内酸欠状態という２つの要因により生じる。そこで、従
来から燃焼器には不完全燃焼を検知して燃焼を停止させ
る安全装置が設けられている。こうした安全装置の技術
は、例えば特公昭５９−３９６４７号、特公昭６１−３
１７６８号などに示されている。

【０００３】前者は、図１０に示すように、外筒５０内
に混合ガスが供給される内筒５１を設けて、各々の開口
部でブンゼン燃焼させ、一次空気口５２および補助空気
口５３から流入する空気の酸素濃度が低下したときに、
内筒５１側のブンゼン火炎がリフトすることから、この
リフト現象による熱電対５４の起電力低下でガス流路を
閉じるものである。また、後者は、フィン閉塞等の排気
系不良により排出しきれない燃焼排気を、上記の空気口
に導入するようにして燃焼用空気の酸素濃度を低下さ
せ、ブンゼン火炎をリフトさせて異常を検出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ファン
により強制的に燃焼用空気を取り込む燃焼機器にこれら
の安全装置を組み込んでも、室内の酸欠による不完全燃
焼は検出できるものの、給排気経路の閉塞やファンの能
力低下による風量低下に伴う不完全燃焼は検出できない
という問題が生じていた。その理由について説明する。
火炎の形成位置は、燃焼速度とガス噴出速度とのバラン
スで決まる。一方、燃焼速度は空気比（理論空気量に対
する実際の空気量の比）によって決まる。そこで、ファ
ンから供給される風量低下が生じると安全装置に供給さ
れる混合気の空気比も低下することとなり、燃焼速度が
低下する。従って、火炎はリフトするはずであるが、ブ
ンゼン燃焼の場合には、拡散燃焼であることから縦方向
だけでなく横方向、斜め方向にも広がるため、空気比の
低下に対して敏感にリフトしない。しかも、二次空気の
流速が低下することも手伝って、かえってリフトを抑え
る側に働いてしまう。この結果、熱電対で火炎の状態を
検出していても、風量低下による不完全燃焼は防止でき
ないのである。本発明の燃焼安全装置は上記課題を解決
し、室内の酸欠であっても給排気不良による風量低下で
あっても確実に不完全燃焼を検知することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の燃焼安全装置
は、燃焼用空気を強制的に取り込んで燃焼するメインバ
ーナに隣接して、該メインバーナの空気供給路中に配設
される安全装置であって、複数の炎孔を形成したプレー
トを炎口形成面とした予混合バーナと、上記炎孔形成面
を囲んで、上記炎孔形成面に形成される火炎と上記予混
合バーナの周囲の燃焼用空気との接触を妨げるととも
に、燃焼用空気の供給量不足により上記炎孔形成面に形
成される火炎がリフトしたとき先端開口部にて保炎する
筒状ガードと、上記火炎の形成位置に応じた検知信号を
出力する炎検知素子とを備えたことを要旨とする。

【０００６】

【作用】上記構成を有する本発明の燃焼安全装置は、メ
インバーナに隣接してその空気供給路中に設けられ、炎
孔形成面に形成される火炎が筒状ガードにより周囲の燃
焼用空気との接触を妨げられて全一次燃焼が行われ、こ
の火炎の形成位置に応じた検知信号を炎検知素子が出力
する。給排気系の不良によりメインバーナへの燃焼用空
気量が減少したときには、それに伴って予混合バーナの
空気比が低下し燃焼速度が変化する。この場合、全一次
燃焼であることから、火炎の状態は燃料噴出方向にのみ
変化、つまりリフトすることとなり火炎形成位置が大き
く変化する。また、二次空気の流速にも影響されない。
この結果、燃焼用空気量の変動に対して火炎形成位置が
敏感に変化し、これにより炎検知素子の出力が変化して
異常が検出される。しかも、リフトした火炎は、筒状ガ
ードの先端開口部に達すると燃焼用空気と接触して保炎
されるため、筒状ガード内で火炎が不安定にリフトする
といった異常燃焼までの過渡状態の期間を短くすること
ができ、火炎位置の変化を大きくとることができる。こ
の結果、給気不足か否かを明確に区別できるものとな
り、センシングが容易になる。また、室内が酸欠状態で
ある場合には、予混合バーナの空気比は一定であっても
燃焼に寄与する酸素量が実質的に低下していることか
ら、燃焼速度が低下して火炎形成位置が変化する。これ
らの結果、炎検知素子の出力に基づくことにより、メイ
ンバーナの不完全燃焼を確実に防止することができる。

【０００７】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の燃焼安全装置の好適な実
施例について説明する。図１は、一実施例としての燃焼
安全装置の概略構成を表す。燃焼安全装置１は、後述す
る強制排気式（ＦＥ式）ガス給湯器の燃焼室内でメイン
バーナに隣合って設けられるもので、縦方向に配置され
て両端を開口した筒体２と、この筒体２の途中に装着さ
れ複数の炎口３を形成する多孔質プレート４（本実施例
ではセラミックプレートを用いる）とで予混合バーナ５
を構成すると共に、筒体２の上部（セラミックプレート
より上部）が二次空気の接触を妨げる筒状ガード６とな
っている。詳しくは、筒体２の下開口部７にガスノズル
２０を臨ませて多孔質プレート４までの間を混合室８と
し、混合室８での空気比を正常時には０．９となるよう
に下開口部７の開度が設定されている。この混合比
（０．９）は燃焼速度が最大となる設定である。つま
り、混合比がこの値から外れてくると燃焼速度が遅くな
るようになっている。

【０００８】混合室８で混合された混合気は、多孔質プ
レート４の各炎口３から噴出し、給湯器のメインバーナ
（図９に示す）から火移りしてプレート表面上で火炎を
形成する。この場合、火炎の回りを囲む筒状ガード６に
よって二次空気の供給が遮られ、全一次燃焼が行われ
る。筒状ガード６には、横方向から熱電対９が装着され
その受熱部９ａが火炎内に位置付けられている。この熱
電対９は、給湯器の燃焼コントローラ（図示略）に接続
され、熱電対９の起電力に応じてメインバーナのガス流
路に設けた電磁弁を開閉制御するように構成されてい
る。つまり、熱電対９の起電力が所定レベル以下になっ
たときにガス流路を閉じるように動作する。尚、熱電対
９の起電力でマグネット安全弁を吸着保持してガス流路
を開状態に維持する構成であってもよい。

【０００９】さて、図示しない熱交換器のフィン閉塞
や、燃焼室に燃焼用空気を送り込むファン能力低下によ
り燃焼用空気の風量が減少すると、混合室８内の空気比
が減少し燃焼速度が低下する。このため、多孔質プレー
ト４上に形成されていた火炎はリフトしていき、図２に
示すようについには筒状ガード６先端開口部に火炎を形
成する。つまり、全一次燃焼中においては風量の低下
（空気比の低下）に対して火炎が敏感にリフトし、筒状
ガード６先端開口部に達すると、その周りから二次空気
が供給されてブンゼン燃焼が行われる。また、ブンゼン
燃焼時には、拡散燃焼であることや、風量の低下により
火炎を上方に持ち上げる力が減ることから、風量の変化
に対してほとんどリフトしなくなる。

【００１０】このように風量が減少すると、熱電対９の
起電力は図３に示すように、急激に減少する。この特性
図は実験により得られたもので、横軸は給湯器のメイン
バーナの空気比λを、実線は熱電対の起電力（mV）を、
破線は器具排気中の一酸化炭素濃度（ppm ）を表す。特
性図から分かるように、熱電対９の起電力は空気比の低
下に対して急激に減少する。従って、一酸化炭素濃度が
高くなる前に熱電対９の起電力が設定値以下になりガス
流路を閉じることができる。

【００１１】次に、室内の酸素濃度の低下による不完全
燃焼を防止する作動について説明する。室内の酸素濃度
が低下すると、風量（空気比）が同じであっても燃焼に
寄与する酸素量が減少するために、燃焼速度が遅くな
る。この結果、図４に示すように全一次燃焼中の火炎が
リフトし始め、筒状ガード６先端開口部に達したのちは
失火してしまう。この場合の熱電対９の起電力および器
具排気中の一酸化炭素濃度の特性を図５に示す。この特
性図は実験により得られたもので、横軸を酸素濃度
（％）としている。特性図から分かるように、一酸化炭
素濃度は室内酸素濃度が１８．５％以下にまで低下して
急激に上昇するのに対し、熱電対９の起電力は酸素濃度
低下に対してリニアに減少する。従って、一酸化炭素濃
度が上昇するまでに熱電対９の起電力は十分低下してい
るため、安全レベルで確実にガス流路を閉じることがで
きる。

【００１２】次に、熱電対９の装着位置の変形例につい
て説明する。先の実施例では、熱電対９を筒状ガード６
に横方向から装着したが、図６（Ａ）に示すように多孔
質プレート４に貫通させて受熱部９ａを火炎内に位置さ
せた構成や、同図（Ｂ）に示すように受熱部９ａを多孔
質プレート４に埋設させて、赤熱するプレート温度を検
出する構成であってもよい。更に、同図（Ｃ）に示すよ
うに筒状ガード６先端開口部の上に設けて、リフト時に
起電力を発生させる構成であってもよい。

【００１３】また、予混合バーナ５の形状も様々なもの
が考えられる。例えば、図７に示すように、Ｕ字状に形
成されたスロート１１を中継して横向きに配置すること
で、熱交換器からのドレン等による落下物詰まりを防止
するようにしてもよい。更に、図８に示すように、Ｖ字
状に形成されたスロート１２を中継して傾斜させて配置
すると共に、筒状ガード６先端に落下物防止板１３を設
けるようにしてもよい。また、この落下物防止板１３は
メインバーナからの火移りを補助する火移り板としても
作用する。

【００１４】次に、燃焼安全装置１をガス給湯器内に組
み込んだ構成の一例を示す。図９は、ＦＥ式ガス給湯器
の燃焼室３０内を上方から視た概略構成図である。燃焼
室３０内には、偏平な複数のメインバーナ３１が並設さ
れ、それらのスロート３２先端に一次空気量調整用のダ
ンパ３３が設けられ、ノズル台３４に設けられた各ガス
ノズル３５から燃料ガスが供給される。このノズル台３
４へのガス流路には能力（燃焼量）を調整するための比
例制御弁やガス流路を開閉する電磁弁（以上図示略）が
設けられる。また、燃焼室３０の下部にはシロッコファ
ン（図示略）が設けられ、燃焼用空気を燃焼室３０に供
給しメインバーナ３１でブンゼン燃焼を行い、この燃焼
熱で熱交換器（図示略）を加熱して出湯するよう構成さ
れている。

【００１５】燃焼安全装置１は、このメインバーナ３１
に並設され、共通のノズル台３４に設けたガスノズル３
６から燃料ガスが供給される。従って、別個にガス流路
を設けることなく簡易な構造となっている。また、能力
が大の場合と小の場合とでは、メインバーナ３１の空気
比の設定が異なるが、燃焼安全装置１においてもそれに
応じて空気比が変更され、実際のメインバーナ３１の燃
焼状態にそくした不完全燃焼検出を実施することができ
る。

【００１６】以上説明した実施例においては、熱電対９
の起電力が所定値以下に減少したときにガス流路を閉じ
るものであったが、さらに、ガス流路を閉じる前にファ
ンの回転数を調整するようにしてもよい。つまり、排気
ダクト（図示略）からの逆風やフィン閉塞等により空気
比が低下したときには、ファンの回転数を増大させれば
燃焼器を停止させることなく使用できるケースがある。
そこで、熱電対９の起電力が予め設定したレベルにまで
低下したときに、ファンの回転数を増大すると共に所定
の回転数に達しても起電力の回復が得られないとき、つ
まり空気比が増大しないときにガス流路を閉じて器具を
停止させるのである。また、ファンの回転数を増大させ
てから所定期間経過しても起電力が回復しない場合にガ
ス流路を閉じるようにしてもよい。

【００１７】また、熱電対９の起電力が常に一定値にな
るようにファン回転数を制御してもよい。つまり熱電対
９の起電力をフィードバック制御因子としてファンの回
転数を制御するのである。この場合、ファンの回転数が
所定範囲内に収まらない場合にはガス流路を閉じて不完
全燃焼を防止する。こうした熱電対９の起電力に基づく
制御は、燃焼安全装置１が風量不足や酸欠状態を非常に
敏感に検出するがゆえに（図の特性図参照）可能であ
り、従来のようなブンゼン燃焼のリフト検出では精度の
良い制御を望んでも無理である。尚、燃焼開始時におい
ては熱電対９の起電力が安定するまで制御動作を行わな
いようにする。

【００１８】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、例えば、熱電対１に代えて火炎電流を検出するフレ
ームロッド等の素子を用いてもよく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ること
は勿論である。また、給湯器に限らずファンヒータ等の
燃焼器にも適用できる。更に、酸欠が心配されない外置
きタイプの器具においても、風量低下を検知するセンサ
として用いることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の燃焼安全
装置によれば、燃焼器の給排気不良であっても室内の酸
欠であってもメインバーナの不完全燃焼を確実に防止す
ることができるという優れた効果を奏する。特に、燃焼
用空気の供給量不足に対しては、リフトした火炎が筒状
ガードの先端開口部で保炎するため、火炎位置を大きく
変化させることができ、火炎位置の変化検出を簡単に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例としての燃焼安全装置の概略構成図で
ある。

【図２】風量低下時における火炎の状態を表す説明図で
ある。

【図３】空気比の変動に対する熱電対の起電力、ＣＯ濃
度特性を表すグラフである。

【図４】酸欠時における火炎の状態を表す説明図であ
る。

【図５】酸素濃度の変動に対する熱電対の起電力、ＣＯ
濃度特性を表すグラフである。

【図６】熱電対の装着位置の変形例を表す概略構成図で
ある。

【図７】他の実施例の燃焼安全装置の概略構成図であ
る。

【図８】他の実施例の燃焼安全装置の概略構成図であ
る。

【図９】ガス給湯器に燃焼安全装置を組み込んだ状態の
燃焼室を表す説明図である。

【図１０】従来の燃焼安全装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１…燃焼安全装置、 ４…多孔質プレート、 ５…予混
合バーナ、６…筒状ガード、 ９…熱電対。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23N 5/10 F23N 5/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼用空気を強制的に取り込んで燃焼す
   るメインバーナに隣接して、該メインバーナの空気供給
   路中に配設される安全装置であって、複数の炎孔を形成した プレートを炎口形成面とした予混
   合バーナと、上記 炎孔形成面を囲んで、上記炎孔形成面に形成される
   火炎と上記予混合バーナの周囲の燃焼用空気との接触を
   妨げるとともに、燃焼用空気の供給量不足により上記炎
   孔形成面に形成される火炎がリフトしたとき先端開口部
   にて保炎する筒状ガードと、 上記火炎の形成位置に応じた検知信号を出力する炎検知
   素子とを備えてなる燃焼安全装置。