JPH0138210B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は不完全燃焼検知用の酸素濃淡電池型セ
ンサを用いた燃焼器に関するものである。

従来例の構成とその問題点 一般に不完全燃焼を検出するセンサとして酸素
濃淡電池型のセンサ、例えばジルコニアセンサが
知られており、ガスを燃料とした燃焼器において
実用化されている。このジルコニアセンサは高温
雰囲気中では第１図に示すように空燃比（以下Ｍ
値と称す）Ｍ≦１の点で起電力が急変するととも
に、第２図に示す如くその内部抵抗は温度上昇に
よつて減少する特性を有している。したがつて従
来はこの温度特性を利用して着火を検知するセン
サとしても兼用されている。第３図にこの検知回
路の一例を示す。１はジルコニアセンサで、起電
力e_iと内部抵抗R_iで等価される。２はジルコニア
センサ１と直列に接続された直列抵抗で、直流電
源３に接続されている。ａ，ｂは検知出力端子を
示す。

今燃焼前には内部抵抗R_iが数100MΩとなり直
列抵抗２よりも十分大きく、出力電位は直流電源
３とほぼ同等となる。バーナが燃焼すると温度上
昇に伴なつて内部抵抗R_iが低下し、直列抵抗２よ
りも十分小さな値となり、直列抵抗２と内部抵抗
R_iによる分圧電位は第１図Ａで示すように降下し
てほとんど零となる。したがつてこの降下電圧を
検出することによつてバーナが燃焼したことを検
知できる。

以上のように酸素濃淡電池型センサを使用すれ
ばこれを利用してバーナの着火検知ができる。と
ころが従来このバーナの着火は空燃比Ｍが１より
も大かそれと略等しい正常範囲（以下正常Ｍ値と
称す）内で行なわれており、ガス濃度が稀釈され
着火ミスを起すことが多々あつた。

この着火ミスは空燃比が１よりも小さい範囲
（以下低Ｍ値と称す）で着火させるように構成す
れば解消することができる。しかしながらこの低
Ｍ値で着火すると発生する燃焼排ガス中には人体
に有害な一酸化炭素が多く含まれる等のためあま
り好ましくなく、着火と同時に正常Ｍ値燃焼へと
切換える必要がある。このＭ値切換えはセンサに
よる着火検知によつて行なうようにすればよい
が、低Ｍ値での着火は着火しても低Ｍ値状態、す
なわち不完全燃焼状態であるためセンサの出力は
従来のように急変することがなく、不完全燃焼検
知用センサを利用しての低Ｍ値での着火検知は極
めて困難であつた。すなわち第４図に示すように
低Ｍ値で着火させた場合、センサの出力は破線で
示す如く従来と同様降下しようとするが、不完全
燃焼状態を検知してセンサ自身の起電力が発生し
始め、前記出力降下を相殺して実線で示す如くバ
ーナ着火後も出力変化が現われず着火しているの
か失火しているのかの検知ができなくなるのであ
る。したがつてこの低Ｍ値での着火は実用化が困
難であつた。

発明の目的 本発明は上記両者の問題点に鑑みてなしたもの
で、着火性能の向上と着火検知の確実化を目的と
したものである。

発明の構成 上記目的を達成するため本発明はバーナの燃焼
状態を検知する酸素濃淡電池センサにセンサ自身
の起電力よりも十分大きな電圧を電源回路により
印加するとともに低Ｍ値で着火させるようにした
ものである。センサ出力が所定値に達したことを
検知する着火検知回路によりバーナの着火を検出
すると同時に低Ｍ値から正常Ｍ値に切替える構成
としたものである。

実施例の説明 以下その一実施例を図面とともに説明する。第
５図は石油を燃料とした燃焼装置の一例を示し、
１１は燃料パイプ、１２はこの燃料パイプ１１か
らの燃料を気化する気化筒、１３はこの気化筒１
２を予熱するヒータ、１４は上記気化筒１３内に
燃焼用空気を供給する送風管、１５は送風機、１
６は燃料ポンプ、１７は気化筒は上に設けたバー
ナ筒、１８はこのバーナ筒１７に形成した透孔、
１９は気化筒１２の外周を囲む如く設けた排気
筒、２０は排気口、２１は上記排気筒１９上に設
けた耐熱熱透過筒２１と前記バーナ筒１７との間
に形成された燃焼室、２３はバーナ筒１７及び耐
熱熱透過筒２１上を覆つた蓋体、２４はこの蓋体
２３に取付けた点火器、２５は同じく蓋体２３に
取付けた不完全燃焼検知用のセンサである。

このセンサ２５はジルコニアを材料としたもの
で、酸素濃度の変化によつて起電力を発生する酸
素濃淡電池型センサであり、バーナの着火と不完
全燃焼とを検知するようになつている。

以下そのバーナの着火と不完全燃焼とを検知す
る具体的な回路構成を第６図を用いて説明してい
くと、２６は交流電源で、運転開始スイツチ２７
を介して安定化電源回路２８の電源トランス２９
に印加されている。安定化電源回路２８はトラン
ス２９の出力をダイオードブリツジ３０で整流
し、抵抗３１、コンデンサ３２、定電圧ダイオー
ド３３により平滑、定電圧化されてセンサ２５お
よびその他の回路に直流電源を供給している。セ
ンサ２５は直列抵抗３４を通して電源回路２８に
接続され、その中点電位ａは着火検知回路３５お
よび燃焼状態検知回路３６に信号を出力する。電
位ａは着火検知回路３５の比較器３７の正入力端
子に入力し、負入力端子に入力した抵抗３８，３
９の分圧電位ｂと比較して出力ｃを得る。比較器
３７の出力ｃはリレーR_y2のコイル４０を通して
電源回路２８に接続されている。燃焼状態検知回
路３６は比較器４３，４４によりセンサ２５の出
力電位ａと抵抗４５，４６，４７で分圧された電
位ｄ，ｅと各々比較してウイドコンパレータ回路
を構成している。比較器４３，４４の出力ｆは抵
抗４８によりプルアツプされると共にインバータ
回路４９に入力されてその出力電位ｇを得てい
る。抵抗５０はインパータ回路４９のプルアツプ
抵抗を示す。５１は気化筒は（第５図）を予熱す
るヒータ１３の予熱回路を示す。抵抗５２と気化
筒１２の温度センサ５３（ここでは負特性感温抵
抗素子を使用）の分圧電位ｈと、抵抗５４，５５
の分圧電位ｉを比較器５６で比較し出力電位ｊを
得ている。比較器５６の出力ｊはリレーR_y3のコ
イル５７を通して電源回路２８に接続されると共
にインパータ回路５８に入力される。インパータ
回路５８の出力はタイマ回路５９の抵抗６０とコ
ンデンサ６１の分圧電位ｋに接続され、タイマ回
路５９は電位ｋと抵抗６２，６３の分圧電位ｌを
比較器６４で比較し、その出力ｍはリレーR_y1の
コイル６５に接続されると共にダイオード６６の
アノードに接続されている。ダイオード６６のカ
ソードは燃焼状態検知回路３６の出力電位ｇに接
続されている。

また交流電源２６には点火回路６７が接続され
ている。点火回路６７は運転スイツチ２７とこれ
と並列に接続された停止スイツチ６８とリレー
R_y1の接点６９の直列回路により電源を供給され
る。点火器２４はリレーR_y2の第１の接点７０の
NC接点に接続され、NO接点は温風の送風フア
ン（図示せず）駆動用モータ７１が接続されてい
る。リレーR_y3の接点７２には燃料ポンプ１６お
よび燃焼用送風機１５が接続されている。ここで
燃焼用送風機１５は送風量のHi（高）―Lo（低）
切替を可能とし、これをリレーR_y2の第２の接点
７０′により切替える。１３は気化筒１２を予熱
するヒータを示す。尚ここで説明した比較器３
７，４３，４４，５６，６４は一般周知の入力オ
ープンコレクタ出力のコンパレータ、インパータ
回路４９，５８もオープンコレクタ出力のインバ
ータを使用している。

次に動作を説明していく。運転スイツチ２７を
押すとヒータ１３および電源回路２８に通電され
センサ２５、着火検知回路３５、燃焼状態検知回
路３６、予熱回路５１およびタイマ回路５９に電
源を供給する。

最初センサの雰囲気温度は室温と等しいため内
部抵抗R_iは数100MΩと大インピーダンスとなり、
直列抵抗３４に比べて十分に大きな値となる。こ
のため分圧電位ａは電源回路２８の電位ひとほぼ
等しく基準電位ｂに比べてａ＞ｂとなり、比較器
３７の出力ｃはHi（高）出力となる。比較器３７
は前述のようにオープンコレクタ出力であるため
出力Hiはオープンと等しく、リレーR_y2のコイル
４０に通電されない。このため接点７０，７０′
共NC接点に保たれ、点火器２４が通電される。

また予熱回路５１は初期気化筒の温度が低いた
め温度センサ５３の抵抗値が大きく電位ｈ＞ｉと
なり比較器５６の出力ｊがHiであり、リレーR_y3
５７も導通しない。このためポンプ１６および送
風機１５は動作しない。同時にインバータ５８の
出力はLo出力となり、タイマ回路５９のコンデ
ンサ６１に充電する事を防ぐ。このため電位ｋは
ほぼ零ボルトとなり、電位ｋ＜ｌから比較器６４
の出力ｍはLo出力となる。これによりリレーR_y1
が導通し、運転スイツチ２７を離しても接点６９
により電源を供給し続ける。つまり初期はヒータ
１３と点火器２４が動作しし予熱を行なう。

気化筒は温度が上昇し温度センサ５３の抵抗値
が低下するに従い、電位ｈが低下して電位ｉに近
づいて来る。ここで電位ｉは気化筒の温度が燃料
が気化可能な温度になつた時の電位ｈと等しくな
るように設計されており、電位ｈ≦ｉとなつた時
比較器５６はLo出力になり、リレーR_y3が導通す
る。これにより燃料ポンプ１６と送風機１５が動
作する。ここでリレーR_y2は動作していないため
送風機１５は低風量となり、燃料ポンプ１６より
供給される燃料が必要な空気量よりも低い風量と
している。つまり低Ｍ、値であり、濃い混合ガス
を供給して着火性能の向上をはかつている。

比較器５６の出力ｊがLo出力となるとインバ
ータ５８はHi出力（オープン）となり、タイマ
回路５９のコンデンサ６１には抵抗６０を介して
充電され始める。何等かの原因でバーナが着火し
ない場合はコンデンサ６１の充電により電位ｋ≧
ｌとなつた時点で比較器６４がHi出力となりリ
レーR_y1のコイル６５に通電し、そのリレー接点
６９を遮断して運転を停止する。

このタイマ回路５９がリレーR_y1のコイル６５
への通電をOFF（オフ）する前にバーナに着火し
た時は燃焼状態検知回路３６がセンサ２５からの
出力を比較判断してダイオード６６を介しリレー
R_y1のコイル６５へ通電し続け燃焼を継続させ
る。ここで上記センサ２５からの出力は低Ｍ値着
火であつても大きく変化する。すなわちバーナに
着火するとセンサ２５は温度上昇して内部抵抗R_i
が低下し、電源回路２８からの電源電圧による分
圧電位ａが低下していく。一方上記センサ２５の
温度上昇とともにセンサ２５自身が起電力を発生
し上記分圧電位ａの低下を阻止するようなかたち
となる。しかしながらこのセンサ２５の起電力は
最大でも1V程度であるから上記内部抵抗R_iと直
列抵抗３４とによる分圧電位ａを当初この1Vよ
りも十分大きな値となるように直列抵抗３４の抵
抗値を設定しておけば第７図に示す如く内部抵抗
R_iの低下による分圧電位にはセンサ２５自身の起
電力のみの電位イまで低下してくる。したがつて
このセンサ２５自身の起電力による電位よりも抵
抗３８，３９で分圧される電位ｂの方が大きくな
るように設定しておけばセンサ２５の内部抵抗R_i
が低下してセンサ自身の起電力のみとなつた時点
でａ≦ｂとなり、着火検知回路３５が着火を検知
することになる。すなわち低Ｍ値状態での着火で
あつても確実にセンサ２５の出力を変化させ、着
火を検知させることができるのである。一方この
ようにして着火検知回路３５が着火を検知させる
ことができるのである。一方このようにして着火
検知回路３５が着火を検知すると比較器３７の出
力ｃがLo出力となりリレーR_y2のコイル４０に通
電する。これにより接点７０がNO側に切替り点
火器２４の動作を停止して送風フアン駆動用モー
タ７１を駆動し、温風を室内に放出する。同時に
リレーR_y2の接点７０′もNO側に切替り、送風機
１５をHi風量にする。すなわちポンプ１６の供
給燃料に適した燃焼風量を供給するようになり、
正常Ｍ値状態の燃焼へと移行する。

この状態でセンサ２５がさらに加熱されると内
部抵抗R_iがさらに低下し、直列抵抗３４に対して
十分小さな値となる。これにより分圧電位ａはほ
とんど零ボルトとなり、センサ２５の起電力e_iの
出力だけが残る状態となる。この時燃焼は正常Ｍ
値状態へと移行しているのでセンサ２５の起電力
は極めて小さなもの、すなわち前述したイ点を越
えて降下した極めて小さなものとなつている。そ
してこの起電力e_iと等しいａ電位と電位ｄ，ｅと
を比較器４３，４４で比較して燃焼状態検知回路
３６が燃焼を鑑視して不完全燃焼が発生すると燃
焼を停止させるが、本発明の要旨ではないので説
明は省略する。

なお上記実施例では電子回路で構成した例で説
明したがこれ等の燃焼シーケンスをマイクロコン
ピユータ等のプログラムで構成しても容易に実現
可能であり、この場合、回路構成が簡略化される
と共にさらに精度の高い制御や複雑な制御シーケ
ンスも容易に実現可能となる。また送風機１５は
モータの回転数によつてHi―Lo風量の切替を行
なつているが、ダンパ等による風路切替方式によ
り風量切替を行なうことも容易である。またバー
ナも石油を燃料としたもので説明したが、ガスを
燃料としたものであつても同様の効果が得られ
る。

発明効果 以上のように本発明の燃焼装置は、次のような
効果を有する。

(1) バーナの点火時には低空燃比で点火する構成
の点火回路を設けているために、濃い混合気で
点火できる。従つて外気温度が低いなどの悪条
件であつても確実に点火可能となる。

(2) 着火時に酸素濃淡電池型のセンサでは起電力
の変化が小さく着火検出が困難であるが、セン
サに外部から電圧を印加する電源回路を設ける
ことにより、センサの内部抵抗の温度変化によ
り着火検出可能となる。

(3) さらにバーナに着火すると正常空燃比に戻す
構成の着火検知回路を設けたため、センサが着
火検知したと同時に正常燃焼に戻り、低空燃比
による不完全燃焼を瞬時に抑えられる。この後
にバーナが異常燃焼するとセンサの起電力によ
り異常燃焼の検出が可能となる。

(4) 着火検知と異常燃焼検知を一つのセンサの内
部抵抗の温度特性の変化と起電力の変化を使い
分けて各々の有利な特性のみ使用する構成であ
るために、個々の検出が確実で安全性が高い。
その上センサが一つで良いために構成が簡単で
信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の不完全燃焼を検知する酸素濃淡
電池型センサの出力特性図、第２図は同センサの
温度特性図、第３図は従来の不完全燃焼検知兼着
火検知装置の回路図、第４図は低Ｍ値着火させた
場合のセンサ出力の特性図、第５図は本発明の一
実施例における燃焼装置の断面図、第６図は同回
路図、第７図は同センサの出力特性図である。 １７……バーナ、２５……センサ、２８……電
源回路、３４……抵抗、３６……着火検知回路、
６７……点火回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 空気と燃料を混合して燃焼するバーナと、前
   記バーナの燃焼状態を検知して起電力を発生する
   ジルコニアなどを用いた酸素濃淡電池型のセンサ
   と、前記センサにセンサの起電力よりも十分大き
   な電圧を外部から印加する電源回路と、前記バー
   ナを低空燃比状態で着火させる点火回路と、前記
   バーナの着火によつて得られるセンサの出力が所
   定値に達するとこれを着火信号として検出して空
   燃比を低空燃比状態から正常空燃比状態へと切換
   える着火検知回路とを備えた燃焼装置。