JP4822408B2 - Tint burner - Google Patents
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Description
本発明は、空燃比検出センサが設けられた濃淡バーナに関する。 The present invention relates to a light and dark burner provided with an air-fuel ratio detection sensor .
従来から、ガス給湯器などのガス燃焼機器においては、機器内の酸欠や不完全燃焼を防止して燃焼状態を良好に保つために、ガス燃焼機器の空燃比(空気と燃料ガスとの混合比)を検出することが求められている。 Conventionally, in a gas combustion device such as a gas water heater, in order to prevent oxygen deficiency and incomplete combustion in the device and maintain a good combustion state, the air-fuel ratio (mixing of air and fuel gas) of the gas combustion device is maintained. Ratio) is required to be detected.
例えば、特許文献1には、空燃比を検出するセンサーとして熱電対を用いたガス燃焼機器が開示されている。図8によりその構造を説明すると、空気と燃料ガスとの混合ガスXが供給され、この混合ガスXを燃焼させるガスバーナ80は、混合ガスが噴出されて火炎が形成されるバーナープレート82を備え、このバーナープレート82の全周を囲んで燃焼筒84が設けられている。そして、その燃焼火炎86(図中において実線で示される)に臨むように熱電対88が配置され、熱電対88の先端の感熱部88aが燃焼火炎86で加熱されることにより、温接点と冷接点との間で電位差が生じて熱起電力が発生し、この起電力の値から火炎温度を検知するようになっている。
For example, Patent Literature 1 discloses a gas combustion device using a thermocouple as a sensor for detecting an air-fuel ratio. The structure will be described with reference to FIG. 8. A
このような構成においては、バーナープレート82の全周を燃焼筒84が囲んでいることから、バーナープレート82上に形成される燃焼火炎86が燃焼用二次空気と接触しない。この場合、混合ガスX中の空気の量が低下する(空燃比が低下する)と、燃焼状態が変化して燃料ガスの燃焼速度が噴出速度よりも遅くなる。
In such a configuration, since the
これにより、燃焼火炎86がバーナープレート82上でバランスすることができなくなり、燃焼火炎86は燃焼筒84の先端開口部84aの方にリフトしていく(図中において点線で示される)。この時、熱電対88は、より低温の未燃ガスに囲まれるため、起電力が低下する。つまり、ガスバーナ80の空燃比の変化に応じて燃焼火炎86がリフトし、その時の熱電対88の位置における温度変化を検出することによってガスバーナ80の空燃比を検出するというものである。
As a result, the
ここで、特許文献1に示されるものは、ガスバーナ80を点火して、その燃焼火炎86により熱電対88が所定温度に温められた後から燃焼火炎86を検出するため、点火から燃焼火炎86を検出するまで一定の時間を要していた。
Here, the one disclosed in Patent Document 1 ignites the
このような構成のものであっても、適切なタイミングでメインバーナ80の不完全燃焼を防止することができるものであるが、ガス燃焼機器の空燃比を検出して不完全燃焼を防止することは、安全に関わることである。よって、点火から燃焼火炎86を検出する時間をさらに短縮させることは、より安全性を追求したガス燃焼機器とすることに繋がる。つまり、このような短時間で燃焼火炎を検出開始できるような、より性能の高い空燃比検出センサーが求められている。
Even with such a configuration, incomplete combustion of the
本発明が解決しようとする課題は、より検出性能の高い空燃比検出センサが設けられた濃淡バーナを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a light and dark burner provided with an air-fuel ratio detection sensor with higher detection performance.
上記課題を解決するために本発明に係る濃淡バーナは、燃料用空気よりも燃料用ガスの割合が大きい混合ガスが供給されるバーナ、および、燃料用ガスよりも燃料用空気の割合が大きい混合ガスが供給されるバーナとを備える濃淡バーナであって、前記燃料用空気よりも燃料用ガスの割合が大きい混合ガスが供給されるバーナによって形成される濃火炎に近接して配置される燃料極、および、前記燃料用ガスよりも燃料用空気の割合が大きい混合ガスが供給されるバーナによって形成される淡火炎に近接して配置される空気極を有する燃料電池の起電力を検出する空燃比検出センサが設けられていることことを要旨とする。 In order to solve the above problems, the concentration burner according to the present invention includes a burner to which a mixed gas having a larger proportion of fuel gas than fuel air is supplied, and a mixture having a larger proportion of fuel air than fuel gas. A fuel electrode disposed in the vicinity of a rich flame formed by a burner to which a mixed gas having a larger proportion of fuel gas than fuel air is supplied. And an air-fuel ratio for detecting an electromotive force of a fuel cell having an air electrode disposed in the vicinity of a light flame formed by a burner to which a mixed gas having a larger proportion of fuel air than the fuel gas is supplied The gist is that a detection sensor is provided .
本発明によれば、より検出性能の高い空燃比検出センサが設けられた濃淡バーナとすることができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light and dark burner provided with an air-fuel ratio detection sensor with higher detection performance.
図1から図7を参照して、本発明の一実施形態について詳細に説明する。 An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
本発明に係るガス燃焼機器の空燃比検出方法は、ガス燃焼機器のガスバーナの燃焼火炎に近接して、所定の高温状態に達すると発電する燃料電池を配設し、この燃料電池の燃料極に燃焼ガスを接触させ、空気極に燃焼用空気を接触させることにより生じる燃料電池の起電力を検出し、この検出された起電力の値に基づいて、ガスバーナの空燃比を検出するようにしたことを特徴とする。 An air-fuel ratio detection method for a gas combustion device according to the present invention includes a fuel cell that generates power when a predetermined high temperature is reached in the vicinity of a combustion flame of a gas burner of a gas combustion device, and is disposed at the fuel electrode of the fuel cell. The fuel cell electromotive force generated by bringing the combustion gas into contact with the air electrode and the combustion air is detected, and the air-fuel ratio of the gas burner is detected based on the value of the detected electromotive force. It is characterized by.
ここで、ガスバーナには、例えば、ブンゼンバーナや濃淡バーナなどが挙げられる。また、ブンゼンバーナには、扁平状のものや円筒状のものなどが例示できる。そして、これらのガスバーナは、ガス燃焼機器において、ガスバーナの燃焼熱を供給するために用いるメインガスバーナであることもあるし、ガス燃焼機器内の酸素供給状態等をモニタするために用いるモニタ用のガスバーナであることもある。 Here, examples of the gas burner include a Bunsen burner and a light and dark burner. Further, examples of the bunsen burner include a flat one and a cylindrical one. These gas burners may be a main gas burner used for supplying combustion heat of the gas burner in a gas combustion device, or a monitor gas burner used for monitoring the oxygen supply state in the gas combustion device. Sometimes it is.
ガスバーナの燃焼火炎に近接して燃料電池を配設するとは、ガスバーナの燃焼火炎に含まれる燃料ガスに燃料電池の燃料極を接触させて燃料電池が発電可能となるような状態に置くことをいう。この場合、燃焼火炎の中に燃料電池を配置しても良いが、燃料電池を効率よく発電させるには、その空気極に燃焼用空気を充分に供給させるようにする方が良い。 The arrangement of the fuel cell in the vicinity of the combustion flame of the gas burner means that the fuel cell is brought into contact with the fuel gas contained in the combustion flame of the gas burner so that the fuel cell can generate power. . In this case, a fuel cell may be disposed in the combustion flame. However, in order to efficiently generate power in the fuel cell, it is better to sufficiently supply combustion air to the air electrode.
より好ましくは、ガスバーナの燃焼火炎に沿って燃料電池を配設し、その燃料極のみが燃焼火炎に接触するようにすることである。つまり、燃焼火炎の外炎付近に燃料電池を立設させ、燃料極側をその燃焼火炎に向け、空気極側を燃焼火炎の外側に向けるようにすることである。 More preferably, the fuel cell is arranged along the combustion flame of the gas burner so that only the fuel electrode contacts the combustion flame. That is, a fuel cell is erected near the outer flame of the combustion flame so that the fuel electrode side faces the combustion flame and the air electrode side faces the outside of the combustion flame.
燃料電池の燃料極に燃焼ガスを接触させ、空気極に燃焼用空気を接触させることにより生じる燃料電池の起電力を検出する際、無負荷の状態ではその起電力の変化が捉えにくい。そのため、通常は、ある程度の負荷をかけることになる。この場合、起電力の検出精度を上げるためには、異なる抵抗値を有する複数の負荷に、切替操作などによって切替接続して、複数の負荷において、起電力の変化を捉えるようにすると良い。 When detecting the electromotive force of the fuel cell generated by bringing the combustion gas into contact with the fuel electrode of the fuel cell and bringing the combustion air into contact with the air electrode, it is difficult to detect the change in the electromotive force in a no-load state. Therefore, a certain amount of load is usually applied. In this case, in order to increase the detection accuracy of the electromotive force, it is preferable to switch and connect to a plurality of loads having different resistance values by a switching operation or the like so that changes in the electromotive force are captured at the plurality of loads.
また、検出された起電力の値に基づいてガスバーナの空燃比を検出するとは、燃料電池の起電力の値とその時に供給した燃料ガスの空燃比の値との関係を予め調べておき、この関係により、検出された起電力の値からガスバーナの空燃比を算出することをいう。 Further, to detect the air-fuel ratio of the gas burner based on the detected electromotive force value, the relationship between the electromotive force value of the fuel cell and the air-fuel ratio value of the fuel gas supplied at that time is examined in advance. By the relationship, it means calculating the air-fuel ratio of the gas burner from the detected electromotive force value.
一般的に、この種の燃料電池は、セルの温度や、燃料極への燃料ガスの供給(空燃比や流速及び接触の仕方など)、空気極への空気の供給(流速や接触の仕方など)などによって、その発電量(起電力)が変化するものである。そして、これらの諸条件と発電量との関係を調べた上で、このような特性を利用することによって、ガスバーナの空燃比を算出(検出)することができる。 In general, this type of fuel cell has a cell temperature, fuel gas supply to the fuel electrode (air-fuel ratio, flow rate, contact method, etc.), and air supply to the air electrode (flow rate, contact method, etc.) ) Etc., the amount of power generation (electromotive force) changes. Then, after examining the relationship between these various conditions and the amount of power generation, the air-fuel ratio of the gas burner can be calculated (detected) by using such characteristics.
このような空燃比検出方法によれば、燃料電池の起電力と供給ガスの空燃比との関係により、燃料電池の発生起電力の値に基づいてガス燃焼機器の空燃比を検出することができる。 According to such an air-fuel ratio detection method, the air-fuel ratio of the gas combustion device can be detected based on the value of the generated electromotive force of the fuel cell based on the relationship between the electromotive force of the fuel cell and the air-fuel ratio of the supply gas. .
そして、この燃料電池を構成する電解質や電極は、熱電対と比べて熱容量が小さいことから、この燃料電池をその作動温度まで温め、燃焼火炎を検出することができるようになるまでの時間を、従来の熱電対をセンサとしていたものと比べて短くすることができる。 And, since the electrolyte and electrodes constituting this fuel cell have a smaller heat capacity than the thermocouple, the time until the fuel cell can be warmed up to its operating temperature and a combustion flame can be detected, It can be shortened compared with what used the conventional thermocouple as the sensor.
このようなガス燃焼機器の空燃比検出方法に好適に用いることができる空燃比検出センサは、図1に示すものなどが例示できる。 Examples of the air-fuel ratio detection sensor that can be suitably used for such an air-fuel ratio detection method for gas combustion equipment include the one shown in FIG.
本発明に係る空燃比検出センサは、例えば、図1に示すように、酸素イオン伝導性を有するジルコニア等の固体電解質12の表面に電極(燃料極14aと空気極14b)が設けられ、これら両極から電気を取り出すための電線(図示略)が配されたものからなる。このものは、所定の高温状態に達すると発電する燃料電池であり、ガス燃焼機器のガスバーナに配設され、燃料極14aに燃焼ガスを接触させ、空気極14bに燃焼用空気を接触させることにより起電力を生じさせる。
As shown in FIG. 1, for example, the air-fuel ratio detection sensor according to the present invention is provided with electrodes (
固体電解質12は、図示された板状のものに限られず、例えば、空燃比検出センサが配設されるガス燃焼機器のガスバーナの炎口部の形状等に合わせて、円筒状にしたものでも良い。この場合、ガスバーナから噴出される燃焼火炎に燃料極を接触させるためには、円筒状とした固体電解質の内側に燃料極を設け、外側に空気極を設ければ良い。
The
固体電解質12の表面に設けられる電極は、燃料極14aと空気極14bとからなるが、図示されるような、一方の面に燃料極14aを1つ設け、他方の面に空気極14bを1つ設けたものに限られるものではない。一方の面のみに燃料極と空気極とを設けたものであっても良い。また、燃料極と空気極は、2対以上としても良い。
The electrode provided on the surface of the
空燃比検出センサ10は、燃料極14aと空気極14bとが室等によって区分けされておらず、燃焼ガスと燃焼用空気とを分けてそれぞれの極に供給するものではない。そのため、燃料ガスと空気との混合ガスでも発電が可能な、いわゆる単室型燃料電池に用いられる固体電解質や電極材料を用いれば良い。
In the air-fuel
そして、このような空燃比検出センサ10をガスバーナの適切な位置に配設して、ガスバーナの空燃比を検出することができる。この時の適切な位置とは、例えば、図2〜図4に示すようなものが例示できる。
Such an air-fuel
例えば、図2によって、複数配置された扁平状のブンゼンバーナに空燃比検出センサ10を配設する場合について説明する。ガス燃焼機器内には、複数の扁平状のブンゼンバーナ16、16・・・が配置されているが、扁平状のブンゼンバーナ16、16・・・のいずれか1つ又は2つ以上に空燃比検出センサ10を配設したもので良い。このような扁平状のブンゼンバーナ16においては、燃料ガス管(図示略)からの燃料ガスと給排気ファン(図示略)からの燃焼用空気が送られ、流路A1、A2・・・から燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスが供給され、流路B1、B2・・・から燃焼用空気が供給される。
For example, the case where the air-fuel
よって、燃料極14aに燃焼ガスを接触させ、空気極14bに燃焼用空気を接触させるためには、図示するように、扁平状のブンゼンバーナ16から噴出される燃焼火炎18に沿った方向に空燃比検出センサ10を配置させ、燃料極14aを内側に、空気極14bを外側に向けると良い。この時、噴出される燃焼火炎18の還元炎が、燃料極14aと接するようにすれば良い。なお、還元炎とは、還元作用のある炎であり、混合ガスが完全燃焼する前の状態であって、燃料ガスが残存する炎(内炎部分)である。
Therefore, in order to bring the combustion gas into contact with the
ここで、空燃比検出センサ10を扁平状のブンゼンバーナ16に配置する位置は、図示するものに限られるわけではない。例えば、扁平状のブンゼンバーナ16の炎口部16aに直接取付けたものではなく、炎口部16aの上方に離して配置しても良い。また、燃焼火炎18の中に配置し、燃焼火炎18に燃料極14aが覆われるようにしたものであっても良い。燃焼火炎18の中に配置する場合には、空気極14bが燃焼火炎に覆われて燃焼用空気が供給されないことのないように、燃焼火炎の上部に配置すれば良い。
Here, the position at which the air-fuel
ブンゼンバーナの形状は、図示される扁平状のものに限られず、円筒状にしたものであっても良い。この場合には、円筒状にした固体電解質を用い、円筒状の固体電解質の内側に燃料極を設け、外側に空気極を設けて、ブンゼンバーナから噴出される燃焼火炎に沿った方向に、円筒状のブンゼンバーナの外周を取り囲んで空燃比検出センサを配置すれば良い。ブンゼンバーナの形状を円筒状にする場合には、燃焼火炎分布が均一になるため、その外周を取り囲んで配置した空燃比検出センサは安定した出力を得ることができるようになる。 The shape of the Bunsen burner is not limited to the illustrated flat shape, and may be a cylindrical shape. In this case, a cylindrical solid electrolyte is used, a fuel electrode is provided inside the cylindrical solid electrolyte, an air electrode is provided outside, and the cylinder is formed in a direction along the combustion flame ejected from the Bunsen burner. The air-fuel ratio detection sensor may be disposed so as to surround the outer periphery of the bunsen burner. When the Bunsen burner is cylindrical, the combustion flame distribution becomes uniform, so that the air-fuel ratio detection sensor arranged so as to surround the outer periphery can obtain a stable output.
図3は、濃淡バーナ20への配設について示す図である。燃料ガス管(図示略)からの燃料ガスと給排気ファン(図示略)からの燃焼用空気が送られ、流路Cから燃料ガスと燃焼用空気の理論空燃比より燃料ガスの割合が希薄な(燃焼用空気の割合が多い)混合ガスが供給され、流路D1、D2から理論空燃比より燃料ガスの割合が濃い(燃料ガスの割合が多い)混合ガスが供給される。
FIG. 3 is a view showing the arrangement in the light and
そして、淡炎口部20aから淡火炎22aが形成され、濃炎口部20bから濃火炎22bが形成される。よって、燃料極14aに濃火炎22bを接触させ、空気極14bに淡火炎22aを接触させるためには、図示するように、濃淡バーナ20から噴出される燃焼火炎22a、22bに沿った方向に空燃比検出センサ10を配置させ、燃料極14aを外側に、空気極14bを内側に配置すれば良い。
And the
ここで、空燃比検出センサ10を濃淡バーナ20に配置する位置は、図示するものに限られるわけではない。例えば、濃淡バーナ20の炎口部20a、20bに直接取付けたものではなく、炎口部20a、20bの上方に離して配置しても良い。また、電極14a、14bを炎口部20a、20bに向け、燃焼火炎22a、22bと直交する方向にして燃焼火炎22a、22bの中に配置し、燃焼火炎22a、22bに覆われるようにしたものであっても良い。
Here, the position at which the air-fuel
図4は、ガス燃焼機器のメインガスバーナ24、24・・・に隣設されたモニタ用のガスバーナ26への配設について示す図である。このモニタ用のガスバーナ26は、メインガスバーナ24と初期設定や空燃比の変化割合を変えることができるものである。そして、メインガスバーナ24やモニタ用のガスバーナ26への供給ガスの状態が変化すると、メインガスバーナ24より先に燃焼火炎の状態が変化する。これにより、ガス燃焼機器において、メインガスバーナ24の燃焼状態が悪化する前に、空燃比が悪化していることを検出することができる。
FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the
この場合、空燃比検出センサ10をモニタ用のガスバーナ26から噴出される燃焼火炎28に沿った方向に配置させ、燃料極14aを燃焼火炎の内側に、空気極14bを外側に向けると良い。なお、モニタ用のガスバーナ26の形状は、上記ブンゼンバーナで述べたように、扁平状や円筒状のもの等が例示できる。また、空燃比検出センサ10は、炎口部26aへの取付けにおいて、内周半径や高さ、及び幅を適宜調節することができるのは言うまでもない。
In this case, the air-fuel
このような構成の空燃比検出センサによれば、ガス燃焼機器のガスバーナの適切な位置に配置することにより、ガスバーナの燃焼火炎に含まれるガスの空燃比に対応した起電力を発生させる。そして、ガスバーナの空燃比の変化を燃料電池の発電により発生する起電力の変化として捉えることができるため、これにより空燃比の変化を検出して、ガス燃焼機器が不完全燃焼を起こす前に、燃焼異常を知ることができる。 According to the air-fuel ratio detection sensor having such a configuration, an electromotive force corresponding to the air-fuel ratio of the gas contained in the combustion flame of the gas burner is generated by disposing it at an appropriate position of the gas burner of the gas combustion device. And since the change of the air-fuel ratio of the gas burner can be regarded as the change of electromotive force generated by the power generation of the fuel cell, this detects the change of the air-fuel ratio, and before the gas combustion device causes incomplete combustion, Can know combustion abnormality.
次に、このような空燃比検出センサを配設したガス燃焼機器の一実施形態について説明する。 Next, an embodiment of a gas combustion device provided with such an air-fuel ratio detection sensor will be described.
図5は、本発明に係るガス燃焼機器の一実施形態である。図示するものは、図4に示すように、メインガスバーナに隣設されたモニタ用のガスバーナに空燃比検出センサを配設したガス給湯器30の概略構成図である。
FIG. 5 is an embodiment of a gas combustion device according to the present invention. As shown in FIG. 4, a schematic diagram of a
このガス給湯器30は、給水管32と出湯管34とが配管された熱交換器36がケーシング38内に配設されると共に、その熱交換器36を加熱する複数のメインガスバーナ40が配設されている。これらメインガスバーナ40に併設する形で、モニタ用のガスバーナ42が隣設されている。このモニタ用のガスバーナ42は、メインガスバーナ40やモニタ用のガスバーナ42への供給ガスの状態変化が生じると(例えば、酸素不足状態になると)、メインガスバーナ40より先に燃焼火炎の状態が変化するようになっている。これにより、ガス燃焼機器30において、メインガスバーナ40の燃焼状態が悪化する前に、空燃比が悪化していることを検出する。
The
メインガスバーナ40とモニタ用のガスバーナ42は、共通のノズル台44に設けられたガスノズル46から燃料ガスが供給される。ノズル台44には、燃料ガス供給管48が接続されている。
The
給水管32には、水の流れとその流量を検知する水流スイッチ(水流センサ)50や、その水の温度を検知する入水温サーミスタ52が設けられ、出湯管34には、出湯温度を検知する出湯温サーミスタ54が設けられている。また、出湯管34の出湯口には、給湯栓56が設けられている。
The
一方、ガスバーナ40、42へのガス管路48には、元電磁弁58、メイン電磁弁60、及びガス量を連続的に変化させるガス比例弁62が設けられている。そして、ガスバーナ40、42の下方には、送風ファン64が設けられ、ガスバーナ40、42に燃焼用空気を供給する。モニタ用のガスバーナ42には、空燃比検出センサ10が配設されている。
On the other hand, the
ケーシング38の上部には、ガスバーナ40、42による燃焼ガスを外部に排出する排出口66が設けられている。
In the upper part of the
このガス給湯器30の運転を制御するコントローラ68には、その入力側に、水流スイッチ50と、入水温サーミスタ52と、出湯温サーミスタ54等の信号が入力される他、空燃比検出センサ10からの出力信号も入力される。一方、コントローラ68の出力側には、ガス比例弁62や送風ファン64のモータ(図示略)等が接続されている。
The
このような構成のガス給湯器30は、給湯栓56を開くことによって水流スイッチ(水流センサ)50がオンになり、その信号をコントローラ68で受信し、送風ファン64の駆動回路(図示略)へ指令が送られて、送風ファン64が回転し、ガスバーナ40、42へ燃焼用空気が供給される。また、コントローラ68から、元電磁弁58と、メイン電磁弁60と、ガス比例弁62にも指令が送られ、順次開かれることにより、燃料ガスがガスバーナ40、42へ供給され、次いで、イグナイタ(図示略)による点火動作によってガスバーナ40、42が点火される。
In the
このガスバーナ40、42の点火初期動作段階では、給水管32を流れる水の温度がその給水管32に設けられた入水温サーミスタ52からの検知信号によって把握され、コントローラ68では、出湯管34を流れる湯の出湯温度が設定温度に近づくように、ガス比例弁62の開度を調整して、ガスバーナ40、42へ供給するガス量を調整する。
In the initial ignition operation stage of the
そして、ガスバーナ40、42の燃焼が安定状態になった後は、出湯管34に設けられる出湯温サーミスタ54からの信号を受けて、コントローラ68では、ガス比例弁62の比例弁電流回路(図示略)と送風ファン64の駆動回路(図示略)に信号を送り、ガス比例弁62の開度と送風ファン64の回転数を調整することによって出湯温度が設定温度に維持されるように運転管理がなされる。
After the combustion of the
次に、図6、図7を用いて、このようなガス給湯器30の運転時における制御フローの一実施形態について説明する。
Next, an embodiment of a control flow during operation of such a
まず、図6に示す制御フローについて説明すると、運転スイッチのオン(ON)操作によりガスバーナが点火されて燃焼(運転)が開始される。この燃焼による燃焼熱によって空燃比検出センサ(図中、DFFCと示す)がその作動温度に温められた後、火炎が検出される(ステップ1、図中及び以下において、S1、S2・・・と表記する)。 First, the control flow shown in FIG. 6 will be described. When the operation switch is turned on, the gas burner is ignited and combustion (operation) is started. After the air-fuel ratio detection sensor (shown as DFFC in the figure) is warmed to its operating temperature by the combustion heat due to this combustion, flame is detected (in step 1, in the figure and below, S1, S2,... write).
炎を検出してから空燃比検出センサが安定するまでの一定時間の経過を待った後(S2、「YES」)、この空燃比検出センサの出力側を検出負荷(抵抗負荷)Aに接続する(S3)。そして、モニタ用のガスバーナの燃焼状態に応じて、空燃比検出センサからコントローラに出力信号が送られる。この検出した出力値(起電力値)が予め定めた基準値A以上となっていない時(S4、「NO」)には、空燃比が所定の範囲となっていないとして燃焼異常と判断され、ガスバーナの燃焼(運転)を停止(消火)させる(S8)。この場合、ガス給湯器の操作パネル(図示略)にエラーコードが表示される(S9)。使用者は、運転スイッチをオフ(OFF)操作し、エラーの原因を除去した後、再度運転を開始することになる。 After waiting for a certain period of time from the detection of the flame until the air-fuel ratio detection sensor is stabilized (S2, “YES”), the output side of this air-fuel ratio detection sensor is connected to the detection load (resistance load) A ( S3). An output signal is sent from the air-fuel ratio detection sensor to the controller in accordance with the combustion state of the monitoring gas burner. When the detected output value (electromotive force value) is not equal to or greater than a predetermined reference value A (S4, “NO”), it is determined that the air-fuel ratio is not within a predetermined range, and combustion abnormality is determined. The combustion (operation) of the gas burner is stopped (extinguishes) (S8). In this case, an error code is displayed on the operation panel (not shown) of the gas water heater (S9). The user turns off the operation switch, removes the cause of the error, and then restarts the operation.
一方、この検出した出力値が予め定めた基準値A以上となっている時には、正常な空燃比に基づきガスバーナの燃焼が正常に行われていると判断される(S4、「YES」)。 On the other hand, when the detected output value is equal to or greater than a predetermined reference value A, it is determined that the combustion of the gas burner is normally performed based on the normal air-fuel ratio (S4, “YES”).
検出負荷Aにおいて空燃比検出センサからの出力値が基準値A以上と判断された後は、検出負荷Aより基準値が高い検出負荷Bに接続する(S5)。この検出負荷Bにおいて、空燃比検出センサが検出した出力値が基準値Bより低い時(S6、「NO」)には、S4と同様に、空燃比が所定の範囲となっていないとして燃焼異常と判断され、ガスバーナの燃焼(運転)を停止(消火)させる(S8)。 After the detection load A determines that the output value from the air-fuel ratio detection sensor is greater than or equal to the reference value A, the detection load B is connected to the detection load B having a higher reference value than the detection load A (S5). In this detected load B, when the output value detected by the air-fuel ratio detection sensor is lower than the reference value B (S6, “NO”), as in S4, it is determined that the air-fuel ratio is not within the predetermined range and combustion abnormality occurs. And the combustion (operation) of the gas burner is stopped (extinguishes) (S8).
一方、検出負荷Bにおいても空燃比検出センサからの出力値が基準値Bを上回る時(S6、「YES」)には、正常運転と判断される(S7)。空燃比検出センサは、再び検出負荷Aと接続される。このような操作が一定の時間間隔で繰り返され、継続される。 On the other hand, when the output value from the air-fuel ratio detection sensor also exceeds the reference value B at the detection load B (S6, “YES”), it is determined as normal operation (S7). The air-fuel ratio detection sensor is connected to the detection load A again. Such an operation is repeated and continued at regular time intervals.
上記検出負荷の切替は、例えば、トランジスタやFET(電界効果トランジスタ)などの半導体スイッチを用いて検出時に行えば良い。 The detection load may be switched at the time of detection using a semiconductor switch such as a transistor or FET (field effect transistor).
次に、図7に示す制御フローについて説明する。 Next, the control flow shown in FIG. 7 will be described.
運転スイッチのオン操作から火炎検出、検出負荷Aに接続するまでは、図6に示す制御フローと同様である。検出負荷Aに接続(S3)後、モニタ用のガスバーナの燃焼状態に応じて、空燃比検出センサからコントローラに出力信号が送られる。この検出した出力値が予め定めた基準値A以上となっていない時(S4、「NO」)には、空燃比を変化させるために、ガスバーナへの燃焼用空気の供給量を上げる操作が行われる(S10)。この操作は、送風ファンの回転数を上げたり、燃料ガスの供給量を減らしたりするなどして行うことができる。 From the ON operation of the operation switch to the flame detection and detection load A connection, the control flow is the same as that shown in FIG. After connection to the detection load A (S3), an output signal is sent from the air-fuel ratio detection sensor to the controller in accordance with the combustion state of the monitoring gas burner. When the detected output value is not equal to or greater than the predetermined reference value A (S4, “NO”), an operation for increasing the supply amount of combustion air to the gas burner is performed in order to change the air-fuel ratio. (S10). This operation can be performed by increasing the rotational speed of the blower fan or reducing the amount of fuel gas supplied.
S10の操作により、ガスバーナへの燃焼用空気の供給量が増加し、空燃比検出センサの出力が上昇した時(S11、「YES」)には、S4に進み、再び出力値が基準値A以上かどうかが判断される。一方、S10の操作によっても出力が上昇しない時(S11、「NO」)には、反対にガスバーナへの燃焼用空気の供給量を下げる操作が行われる(S12)。この操作は、送風ファンの回転数を下げたり、燃料ガスの供給量を増やしたりするなどして行うことができる。 When the supply amount of combustion air to the gas burner is increased by the operation of S10 and the output of the air-fuel ratio detection sensor is increased (S11, “YES”), the process proceeds to S4, and the output value is equal to or higher than the reference value A again. It is judged whether or not. On the other hand, when the output is not increased by the operation of S10 (S11, “NO”), on the contrary, an operation of decreasing the supply amount of the combustion air to the gas burner is performed (S12). This operation can be performed by reducing the rotational speed of the blower fan or increasing the supply amount of the fuel gas.
S12の操作により、適正な空燃比となり、空燃比検出センサの出力が上昇した時(S13、「YES」)には、S4に進み、再び出力値が基準値A以上かどうかが判断される。一方、S12の操作によっても出力が上昇しない時(S13、「NO」)には、燃焼用空気の量以外の問題と考えられ、その他の原因除去を行うために、燃焼異常と判断され、ガスバーナの燃焼(運転)を停止させる(S8)。 When the air-fuel ratio becomes an appropriate air-fuel ratio by the operation of S12 and the output of the air-fuel ratio detection sensor rises (S13, “YES”), the process proceeds to S4, and it is determined again whether the output value is equal to or greater than the reference value A. On the other hand, when the output does not increase even after the operation of S12 (S13, “NO”), it is considered that there is a problem other than the amount of combustion air. Is stopped (operation) (S8).
そして、S4において、この検出した出力値が予め定めた基準値A以上となっている時には、図6に示す制御フローと同様、正常な空燃比に基づきガスバーナの燃焼が正常に行われていると判断される(S4、「YES」)。そして、一定の時間間隔で、空燃比検出センサの出力が基準値A以上となっているかどうかの判断を繰返し継続して行う。 In S4, when the detected output value is equal to or greater than the predetermined reference value A, the combustion of the gas burner is normally performed based on the normal air-fuel ratio, as in the control flow shown in FIG. Determination is made (S4, “YES”). Then, it is repeatedly determined whether the output of the air-fuel ratio detection sensor is equal to or higher than the reference value A at regular time intervals.
図7に示す制御方法は、図6に示すものと異なり、基準値以上の出力かどうかに基づいて、運転が正常かどうかを判断するだけでなく、その検出値に対し目標値からずれていたらその目標値に近づけるように空燃比を変化させて、出力をフィードバックさせる等の制御を行うものである。この場合、空燃比の変化は、例えば、コントローラからの信号によりガス比例弁の開閉状態を変化させたり、送風ファンの回転数を変化させたりするなどして行うと良い。 Unlike the method shown in FIG. 6, the control method shown in FIG. 7 not only determines whether the operation is normal based on whether the output exceeds the reference value, but also if the detected value deviates from the target value. Control is performed such as changing the air-fuel ratio so as to approach the target value and feeding back the output. In this case, the change of the air-fuel ratio may be performed, for example, by changing the open / close state of the gas proportional valve or changing the rotation speed of the blower fan by a signal from the controller.
これらは制御フローの一実施形態であって、他にも、多種多様の制御を行うことは可能である。 These are one embodiment of the control flow, and various other types of control can be performed.
このような構成のガス燃焼機器によれば、空燃比検出センサを内部に備えていることから、空燃比検出センサによりガス燃焼機器の空燃比を検出し、燃料ガスの供給を遮断するなどの措置を講じて、燃焼を停止させることができる。これにより、ガス燃焼機器の不完全燃焼を防止することができる。 According to the gas combustion device having such a configuration, since the air-fuel ratio detection sensor is provided inside, measures such as detecting the air-fuel ratio of the gas combustion device by the air-fuel ratio detection sensor and shutting off the supply of fuel gas, etc. Can be used to stop the combustion. Thereby, incomplete combustion of the gas combustion device can be prevented.
そして、メインガスバーナにモニタ用のガスバーナを隣設し、このモニタ用のガスバーナに空燃比検出センサを配設する場合には、メインバーナと初期設定を変えて、空燃比の変化割合をより大きく捉えられるものとすることができる。これにより、メインバーナの燃焼状態が悪化する前に、空燃比が悪化していることを検出することができる。 When a monitoring gas burner is provided next to the main gas burner and an air-fuel ratio detection sensor is provided on the monitoring gas burner, the initial setting is changed from that of the main burner so that the rate of change of the air-fuel ratio is increased. Can be. Thereby, it is possible to detect that the air-fuel ratio is deteriorated before the combustion state of the main burner is deteriorated.
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記実施形態において、ガス燃焼機器は、モニタ用のガスバーナに空燃比検出センサを配設したガス給湯器について示しているが、メインのガスバーナに空燃比検出センサを配設したものであっても良いことは勿論である。また、ガス燃焼機器は、給湯器に限られず、ガスコンロ等であっても良い。 For example, in the above-described embodiment, the gas combustion apparatus shows a gas water heater in which an air-fuel ratio detection sensor is provided in a monitor gas burner, but an air-fuel ratio detection sensor is provided in a main gas burner. Of course, it is also good. Further, the gas combustion device is not limited to the hot water heater, and may be a gas stove or the like.
本発明に係る空燃比検出センサは、給湯器やガスコンロ等のガス燃焼機器における不完全燃焼を防止する装置等として使用することができる。 The air-fuel ratio detection sensor according to the present invention can be used as a device for preventing incomplete combustion in gas combustion equipment such as a water heater or a gas stove.
10 空燃比検出センサ
12 固体電解質
14a 燃料極
14b 空気極
16 扁平状のブンゼンバーナ
18、28 燃焼火炎
20 濃淡バーナ
22a 淡火炎
22b 濃火炎
26、42 モニタ用のガスバーナ
30 ガス給湯器
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記燃料用空気よりも燃料用ガスの割合が大きい混合ガスが供給されるバーナによって形成される濃火炎に近接して配置される燃料極、および、前記燃料用ガスよりも燃料用空気の割合が大きい混合ガスが供給されるバーナによって形成される淡火炎に近接して配置される空気極を有する燃料電池の起電力を検出する空燃比検出センサが設けられていることを特徴とする濃淡バーナ。 A burner to which a mixed gas having a larger proportion of fuel gas than fuel air is supplied and a burner having a burner to which a mixed gas having a larger proportion of fuel air than fuel gas is supplied,
A fuel electrode disposed in the vicinity of a rich flame formed by a burner to which a mixed gas having a larger proportion of fuel gas than the fuel air is supplied, and a proportion of fuel air than the fuel gas; A concentration burner characterized in that an air-fuel ratio detection sensor for detecting an electromotive force of a fuel cell having an air electrode arranged in the vicinity of a light flame formed by a burner supplied with a large mixed gas is provided .
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