JPH081304B2 - 全一次燃焼器の安全装置 - Google Patents

全一次燃焼器の安全装置

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JPH081304B2
JPH081304B2 JP61093739A JP9373986A JPH081304B2 JP H081304 B2 JPH081304 B2 JP H081304B2 JP 61093739 A JP61093739 A JP 61093739A JP 9373986 A JP9373986 A JP 9373986A JP H081304 B2 JPH081304 B2 JP H081304B2
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air
combustion
fuel ratio
exhaust gas
burner
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慶一 森
博久 今井
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、燃焼用空気を室内から採集し、排気も室内
に放出する室内開放型燃焼器において、排気ガス中の窒
素酸化物(NOX)を低減させる目的で全一次表面燃焼を
行なう場合の燃焼状態検出を行なう安全装置に関するも
のである。
従来の技術 従来、この種の燃焼器の安全装置は各種提案されてい
る。これ等の燃焼器は室内で使用するために室内の酸素
欠乏や、空燃比のずれ等により不完全燃焼となり有毒な
一酸化炭素(CO)が発生する前に何等かの処置を取る必
要がある。例えば特開昭59−145422号公報のような手段
が提案されている。第3図にその構成図、第4図に特性
図を示す。第3図でガスノズル1から噴出した燃料ガス
は混合管2で誘引空気と混合され燃料板3で燃焼する。
4は燃焼火炎内に挿入したフレームロッドで、バーナの
ケース5との間に電源6により電圧を印加し、火炎の炎
イオン電流を検知抵抗7で検出する構成である。第4図
はこの特性図で横軸に室内酸度濃度、縦軸に炎イオン電
流If、燃焼器から発生するCOガスの出力変化(相対値)
を示す。
炎イオン電流は図のように酸素濃度の低下と共に増加
していく、従ってしきい値If1以上になった時に酸素欠
乏として燃焼を停止させる。また定常酸素濃度(約21
%)で、空気量が増減した場合、つまり空燃比が変化し
た場合においても不完全燃焼を防止するために検知可能
とするために、炎電流がしきい値If1を越えた場合、お
よびしきい値If2以下になった場合に検知するための2
つのしきい値を設けた構成としている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来の構成では、空燃比のずれ
と、酸素欠乏の判定手段がないため18%の近傍の酸素欠
乏を検知するためのしきい値If1と、同じしきい値で空
燃比のずれを判定する必要がある。しかし酸欠時と空燃
比の変化時のCOの立上り特性が異なり、両方共COの立上
り前に判定することは困難を要した。この点はフレーム
ロッド4に替えて酸化スズ(SnO2)を使用した金属酸化
物半導体センサや、ジルコニア(ZrO2)を使用した固体
電解質を利用した酸素濃炎電池センサを使用した場合に
おいても同じことが言える。また第4図では炎電流If
変化を相対値で示しているための変化が大きく見える
が、実際には、全一次表面燃焼器は第3図のように火炎
は燃焼板3の表面に密着して燃焼するために、フレーム
ロッド4で検知可能な炎イオン濃度が低く、炎電流If
数マイクロアンペア以下となり非常に微少電流である。
また炎電流Ifの絶対値の変化量も微小となり第4図に示
すような2つのしきい値を設けることは実際上困難を極
めるという問題点があった。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の全一次燃焼器
の安全装置は、室内空気を送風する送風機と、この空気
と燃料を混合して全一次燃焼する室内開放燃焼型バーナ
と、バーナの燃焼火炎に挿入したフレームロッドと、前
記バーナの排ガスに接して設けた排ガスセンサと、フレ
ームロッドと排ガスセンサの出力によりバーナの燃焼状
態を検出する燃焼状態検知部を有し、燃焼状態検知部に
は排ガスセンサの信号によりバーナの空燃比を判定する
空燃比検知部と、フレームロッドの信号により室内空気
の酸素欠乏を判定する酸欠検知部を有する構成としたも
のである。
作用 本発明は上記した構成によって酸欠検知はフレームロ
ッドの信号により判定し、空燃比の検出は排ガスセンサ
の信号により判定する構成であるため、各々の判定しき
い値を任意に設定可能となり、各々最適な点で検知でき
るものである。
実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。第1図では本発明を石油燃焼器に応用した例で説明
する。燃焼灯油はオイルタンク8から燃料ポンプ9によ
り気化ヒータ10で加熱された気化混合室11に供給され
る。気化混合室11で燃料は気化され、送風機12からの燃
焼空気と混合され、バーナ13に導入され、多数の小孔14
を有する整流筒15から噴出し、点火器(図示せず)で点
火され、金網炎口16の表面に火炎を形成し、金網16を赤
熱して燃焼する。17はバーナ13を囲むガラス筒で、金網
16からの輻射熱を外部に放出すると共に燃焼排気通路18
を形成している。排気は排気口19から室内に放出する。
20は金網炎孔16に対向して設けたフレームロッドで火炎
の炎イオン電流を検知回路21で検知する。22は排ガス通
路21に設けた排ガスセンサで、実施例ではジルコニアに
よる酸素濃淡電池式センサを用いている。このセンサは
ジルコニア筒の内外面に蒸着した白金電極により、筒内
部の酸素濃度と外部の酸素濃度に差があった場合に起電
力が発生する周知のセンサである。図では筒外に燃焼排
ガス、筒内に室内空気を導入し、その濃度差により検知
回路23で排ガス中の残存酸素濃度を検出して、これによ
りバーナの空燃比を求めるものである。排ガスセンサ22
はジルコニアセンサ以外に酸化スズやチタニアを用いた
酸化物半導体酸素センサを使用しても良いが、これ等の
センサを利用する場合は出力は起電力でなく抵抗値変化
となる。検知回路21,23の出力は燃焼状態検知部24の酸
欠検知部25と空燃比検知部26に各々入力され、異常が判
定すると異常検知部27に出力する。異常検知部27で異常
検知するとリセット信号を出力し、バーナの燃焼を停止
する。異常検知部27はリセット信号を出す構成以外に空
燃比のずれが発生した場合に燃料流量や空気量を制御し
て最適な空燃比に戻すような空燃比フィードバック制御
を行なう構成でもよい。
第2図に各々のセンサの特性図を示す。第2図ABはフ
レームロッド20による炎電流Ifの特性、第2図はCDのジ
ルコニア排ガスセンサの起電力esの特性を示し、ACは空
燃比が変化した場合の特性で、空燃比を空気比PAで示し
ている。ここで空気比PAは次式で現される。
PA=(実際の空気量/その燃焼量に必要な理論空気量) PAが大きい程燃料に比べて空気量が大きいことを示
し、PA>1で燃焼している場合に全一次燃焼となる。
また第2図B,Dは室内空気の酸素濃度特性を示す。
フレームロッド20で検知した炎電流Ifは第2図A特性
に示すように空気比PAに対してPA=1を頂点とする山形
の特性を有する。ここでバーナ13が全一次燃焼バーナで
あるためPA=1.5近傍で燃焼させる場合、炎電流Ifの変
化が非常に少ない。また第2図では示していないが炎電
流Ifの値もピーク点で数マイクロアンペアと非常に小さ
な値であり、またロッド20と金網16との距離等によりバ
ラツキが大きい。従って例えばPA1〜PA2の間の空気比内
に制御するために炎電流Ifの信号で判断することは非常
に難しい。一方第2図Cの排気ガスセンサ22の出力は図
のように空気比1を境に出力電圧esが大きく変化する。
これはPA<1では燃焼排ガス中の残存酸素がほとんど零
であるのに対して、PA>1では空気比に比例して残存酸
素が増加するためである。以上から排気センサ22の出力
は安定しており、取付場所や燃焼量の影響をほとんど受
けない。従って第2図Cのように上限しきい値es1と下
限しきい値es2を設けて、空燃比判定部28でes>es1およ
びes<es2となった時に空気比PAがPA1〜PA2の間からは
み出したとして異常検知部21に出力する。
一方、酸素濃度特性は室内酸素濃度が18%前後になれ
ば、室内空気の換気を促すか、酸欠異常として燃焼を停
止する必要がある。第2図D特性のように排ガスセンサ
22の出力は酸素濃度の変化に対して出力esの変化は異常
に緩い特性となる。酸素濃度がさらに低下すれば急激な
特性変化がある(図の破線)が、この時点では酸素濃度
18%を大きく下回り、危険である。一方第2図Bはフレ
ームロッド20の炎電流Ifの酸欠特性を示す。炎電流If
酸素濃度の低下に伴ない増加していく。この増加率は大
きく空気化PA=1のピーク電流値よりも高い値となる。
これは酸素欠乏時には、全体空気流量は変化せずにその
中の酸素量が減少していくために、火炎が金網表面から
伸びて、燃焼反応を行なう距離が大きくなる。従ってフ
レームロッド20が火炎に包み込まれることになり、炎イ
オンの検出し易くなるためである。これに対して空気比
PAを変化させた場合は、空気量全体が変るために火炎の
厚みに大きな変化がない。このためロッドと火炎の接触
面積が限られ炎電流は少ない。本発明は全一次表面を燃
焼バーナの以上の特異な特性に着眼し、酸素濃度が18%
近傍の炎電流Ifが酸素濃度21%の空気比1の時の最大炎
電流値よりも大きくなることを利用して酸欠しきい値を
If1に設定することにより、酸欠判定部29は空気比のず
れでは検出せず酸欠時のみ検出可能となる。
このように酸欠時はフレームロッドで検出し、空気比
(空燃比)のずれは排ガスセンサにより各々単独に検出
可能となる。
尚、本明細書の実施例では石油燃焼器に応用した例で
説明したがガス燃焼器においても全く同様の効果が得ら
れる。また排ガスセンサ22はジルコニア以外のものであ
っても実現可能である。さらにバーナ13の構成も実施例
以外の構成であっても全一次表面燃焼であれば、同等の
作用が得られる。第2図では各々しきい値を設けて、こ
の値から外れた場合にリセットする手段で説明したが、
センサの信号によりフィードバック制御するいわゆるA/
F制御のための信号として使用することも容易に考えら
れる。
発明の効果 以上のように本発明の全一次燃焼器の安全装置によれ
ば次のような効果が得られる。
(1)空燃比の判定と酸素欠乏の判定は各々単独のセン
サからの信号によりなされるために、各々任意の値に設
定可能となり、燃焼器として最適な点で制御可能とな
る。
(2)空燃比の判定は出力の安定している排ガスセンサ
で行ない、酸欠の判定は酸欠時に変化の大きいフレーム
ロッドの炎電流により検知する構成とし、お互いのセン
サの長所のみを利用するため、安全で確実な可能とな
る。
(3)バーナの着火や失火は両方のセンサ共検知可能な
ため、着火、失火検知に関してはダブルチエックとなり
一方のセンサが故障しても検知不能に至ることがなく安
全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における全一次燃焼器の安全
装置の制御ブロック図、第2図は各センサの検知特性
図、第3図は従来の全一次バーナの断面図、第4図はこ
の特性図である。 12……送風機、13……バーナ、20……フレームロッド、
22……排ガスセンサ、24……燃焼状態検知部、25……酸
欠検知部、26……空燃比検知部、28……空燃比判定部、
29……酸欠判定部、es1……空燃比上限しきい値、es2
…空燃比下限しきい値、If1……酸欠しきい値。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】室内空気を送風する送風機と、この空気と
    燃料を混合して全一次燃焼する室内開放燃焼型バーナ
    と、前記バーナの燃焼火炎に挿入したフレームロッド
    と、前記バーナの燃焼排ガスに接して配置した排ガスセ
    ンサと、前記フレームロッドおよび排ガスセンサの出力
    により前記バーナの燃焼状態を検出する燃焼状態検知部
    を有し、前記燃焼状態検知部には排ガスセンサの検知信
    号と空燃比上限しきい値および空燃比下限しきい値とを
    比較してこの間から外れたことを検出する空燃比判定部
    により空燃比異常を判定して異常検知部に信号を出力す
    る空燃比検知部、およびフレームロッドの検知電流信号
    と室内空気の酸素濃度が予め定められた値に低下したと
    きのフレームロッドの検知電流信号と、室内空気の酸素
    濃度が予め定められた値に低下したときのフレームロッ
    ドの検知電流値に設定した酸欠しきい値を比較する酸欠
    判定部により室内空気の酸素欠乏を判定して、異常検知
    部に信号を出力する酸欠検知部を有する構成とした全一
    次燃焼器の安全装置。
JP61093739A 1986-04-23 1986-04-23 全一次燃焼器の安全装置 Expired - Lifetime JPH081304B2 (ja)

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JPS60235915A (ja) * 1984-05-10 1985-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃焼安全装置

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