JPH0215815B2 - - Google Patents
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- JPH0215815B2 JPH0215815B2 JP56073868A JP7386881A JPH0215815B2 JP H0215815 B2 JPH0215815 B2 JP H0215815B2 JP 56073868 A JP56073868 A JP 56073868A JP 7386881 A JP7386881 A JP 7386881A JP H0215815 B2 JPH0215815 B2 JP H0215815B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flame
- combustion
- oxygen concentration
- oxygen
- light receiving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
- G01N21/72—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited using flame burners
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- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
Description
本発明は、青炎式燃焼器において、その炎の色
から空気中の酸素濃度を検知し、酸欠状態を未然
に防止するための装置に関する。 燃焼器具を密閉度の高い部屋で燃焼させた場合
時間経過と共に酸素濃度は減少し、さらに酸素不
足の状態に陥いると、燃焼器具は不完全燃焼を起
し、排ガス中には不燃ガスや一酸化炭素が増加し
てくるために生理上有害となり、時には死亡につ
ながる危険な雰囲気をかもし出していた。 現在、その検知手段として半導体（金属酸化
物）や接触燃焼式等が提案されているが、これら
はいずれも高濃度ガス（対称：可逆性ガス、CO）
であることが前提であり、又低濃度ガス検知では
二次的な要因（タバコの煙、アルコール、湿度、
電圧変化）等によつて、誤動作を起しやすい欠点
があつた。又、これらを燃焼器の換気センサとし
て用いるには、低濃度域での精度が得られにくい
等の問題があつた。その他フレームロツドは強燃
焼では酸素不足になるとソフト炎によつて自動消
火は可能であるが弱燃焼でのその作動は不完全で
あつた。 これに対して、換気を必要とする室内酸素濃度
となつた場合には、青炎（燃焼炎）から発生する
光の波長が大幅に変化し、受光素子の出力に変換
した場合正常燃焼時に比して明瞭なる変化を読み
取ることができる。 本発明はこのような事実に基づきなされたもの
である。以下本考案を灯油気化式燃焼器に実施し
た場合について図面を参照して説明する。 第１図は気化式燃焼器の正面図であつて、１は
油タンク２を１側に備えた燃焼器本体である。３
は油タンク２と連通した気化器で液体灯油を気化
ガスに変換する。４はこの気化ガスを燃焼させる
ブンゼン式のバーナで、当該気化ガスはここで環
元炎５、酸化炎６からなる青炎として燃焼する。
７はバーナ４を囲繞する如く設けられた炉で上方
に排気口８を有する。この排気口８からの熱気９
は本体１内の後部に設けられたフアン（図示せ
ず）で温風として本体１前面に送風される。１０
は上記炉７の酸化炎６に対応した位置に穿設され
た透視窓で、その外周部には断熱材１１を介して
〓字状の素子取付アングル１２がビス１３でもつ
て締着されている。１４は上記アングル１２に挿
通固定された保護管でその一端に光電変換素子
（受光素子という）１５が設けられている。この
保護管１４は素子１５の保護と同時にその性能を
向上させるため外部からの光をしや断する役目も
兼ねている。１６は素子１５のリード線である。
なお素子１５の取り付け位置（Ｘ…高さ）はバー
ナ面上から10〜50mmの適当な位置にするが、青炎
との関係で最適位置を選べばよい。 次にその動作について説明する。 今、密度で酸素リツチな状態から燃焼を開始す
ると、バーナの燃焼炎は還元炎と酸化炎を形成し
青炎で完全燃焼する。しかし時間経過と共に酸素
不足になれば還元炎５は伸炎となり、従来の酸化
炎６の青炎は赤火のきざしをみせてくる。例えば
酸素量と燃焼炎との関係は下表のようになる。即
ち酸素濃度18％以下になれば酸化炎６は、ほぼ完
全に赤炎となつて酸素不足の兆候をみせる。この
時点より不燃ガス量や一酸化炭素が多くなる。
から空気中の酸素濃度を検知し、酸欠状態を未然
に防止するための装置に関する。 燃焼器具を密閉度の高い部屋で燃焼させた場合
時間経過と共に酸素濃度は減少し、さらに酸素不
足の状態に陥いると、燃焼器具は不完全燃焼を起
し、排ガス中には不燃ガスや一酸化炭素が増加し
てくるために生理上有害となり、時には死亡につ
ながる危険な雰囲気をかもし出していた。 現在、その検知手段として半導体（金属酸化
物）や接触燃焼式等が提案されているが、これら
はいずれも高濃度ガス（対称：可逆性ガス、CO）
であることが前提であり、又低濃度ガス検知では
二次的な要因（タバコの煙、アルコール、湿度、
電圧変化）等によつて、誤動作を起しやすい欠点
があつた。又、これらを燃焼器の換気センサとし
て用いるには、低濃度域での精度が得られにくい
等の問題があつた。その他フレームロツドは強燃
焼では酸素不足になるとソフト炎によつて自動消
火は可能であるが弱燃焼でのその作動は不完全で
あつた。 これに対して、換気を必要とする室内酸素濃度
となつた場合には、青炎（燃焼炎）から発生する
光の波長が大幅に変化し、受光素子の出力に変換
した場合正常燃焼時に比して明瞭なる変化を読み
取ることができる。 本発明はこのような事実に基づきなされたもの
である。以下本考案を灯油気化式燃焼器に実施し
た場合について図面を参照して説明する。 第１図は気化式燃焼器の正面図であつて、１は
油タンク２を１側に備えた燃焼器本体である。３
は油タンク２と連通した気化器で液体灯油を気化
ガスに変換する。４はこの気化ガスを燃焼させる
ブンゼン式のバーナで、当該気化ガスはここで環
元炎５、酸化炎６からなる青炎として燃焼する。
７はバーナ４を囲繞する如く設けられた炉で上方
に排気口８を有する。この排気口８からの熱気９
は本体１内の後部に設けられたフアン（図示せ
ず）で温風として本体１前面に送風される。１０
は上記炉７の酸化炎６に対応した位置に穿設され
た透視窓で、その外周部には断熱材１１を介して
〓字状の素子取付アングル１２がビス１３でもつ
て締着されている。１４は上記アングル１２に挿
通固定された保護管でその一端に光電変換素子
（受光素子という）１５が設けられている。この
保護管１４は素子１５の保護と同時にその性能を
向上させるため外部からの光をしや断する役目も
兼ねている。１６は素子１５のリード線である。
なお素子１５の取り付け位置（Ｘ…高さ）はバー
ナ面上から10〜50mmの適当な位置にするが、青炎
との関係で最適位置を選べばよい。 次にその動作について説明する。 今、密度で酸素リツチな状態から燃焼を開始す
ると、バーナの燃焼炎は還元炎と酸化炎を形成し
青炎で完全燃焼する。しかし時間経過と共に酸素
不足になれば還元炎５は伸炎となり、従来の酸化
炎６の青炎は赤火のきざしをみせてくる。例えば
酸素量と燃焼炎との関係は下表のようになる。即
ち酸素濃度18％以下になれば酸化炎６は、ほぼ完
全に赤炎となつて酸素不足の兆候をみせる。この
時点より不燃ガス量や一酸化炭素が多くなる。
【表】
以上のような酸素濃度と燃焼炎との関係がある
がこれを一個の光起電力型変換素子を使つた場合
の酸素濃度と燃焼炎波長変化による該素子の出力
との関係とした場合について第２図ａ，ｃに示
す。この図よりO2濃度21〜19％範囲の燃焼にお
いては出力はほぼ横ばいあるがO2濃度19％以下
の燃焼（前述のように酸化炎の青炎が赤炎とな
る）ではこれに対応して出力は急速に下降してく
る。 一方換気基準の設定については規定はないが、
その基準を 生理有害度からみた酸素濃度の必要な最小限
度は17〜19％であること。 酸素欠乏防止規則から酸欠基準は18％未満で
あること。 上述の酸素濃度と燃焼状態との兼合い。 環境基準から見たCO許容濃度は50ppmであ
るが燃焼時のO2濃度が19％の時の室内CO濃度
は20ppm前後に対応する。 等から判断して少なくとも室内O2濃度が19％以
上で換気すれば問題はない。従つて青炎の波長変
化を受光素子１５の出力として捕えると、室内酸
素濃度が容易に検知できることになる。 しかしながら、上記受光素子１５は第２図ｃに
示したように酸素濃度が19％以上でもその出力が
大きく変化することがあり、この出力を利用する
と動作が不安定であるという欠点がある。 本発明はこのような欠点を除去するため、波長
感度の異なるホトダイオード（受光素子）を同一
チツプ上に設けた半導体色センサ（以下色センサ
という）を用いて燃焼炎の波長変化を検知するよ
うにしたものである。 上記色センサの構造及び等価回路を第３図ａ，
ｂに示す。Ｐ層１７とＮ層１８とのPN接合によ
るホトダイオードPD１は短波長感度が大であり、
Ｐ層１９とＮ層１８とのPN接合によるホトダイ
オードPD２は長波長感度が大である。なお、２
０は絶縁膜、２１はＰ層１７に設けられた電極、
２２はＮ層１８に設けられた電極、２３はＰ層１
９に設けられた電極である。上記両ホトダイオー
ドPD１，PD２の短絡電流比ISC2／ISC1と受光波長
λとは第４図に示す如く、１：１の対応関係を有
している。従つて、逆に、両ダイオードPD１，
PD２の短絡電流比が判れば、受光した波長すな
わち色を識別することができるはずである。しか
しながらこの色センサは単一波長に対しては識別
が正確であつても、燃焼炎のように複数種類の波
長を放射しているものをどのように識別するかに
ついては判然としていない。そこで酸素濃度と、
この時の燃焼炎の色に対する短絡電流比との関係
を実験により調べた処第２図ｂの如く、酸素濃度
が19％まではその短絡電流比がほぼ一定で、それ
以下の酸素濃度になると、当該電流比が急速に下
降していることがわかつた。この変化は受光素子
１５の出力変化とほぼ変らないため、酸欠状態の
判定素子として、上記色センサを用いることが可
能であることが判明した。 以下、受光素子１５の代りに色センサを用いた
装置を第５図に従つて説明する。同図において、
２４は第１図の受光素子１５の位置に代つて設け
られた色センサである。２５，２６はそれぞれ対
数増幅回路で各ホトダイオードPD１，PD２に接
続されている。２７は上記各対数増回路２５，２
６の出力log ISC1，log ISC2の差をとるための演算
手段である差動増器である。この増幅器２７の出
力（log ISC2／ISC1）は第２図ｂに示す如く、酸素
濃度が19％までは、ほぼ一定でそれ以下で急速に
下降しており、酸素濃度に対する出力の変化は受
光素子１５と変えないが、19％までの出力が受光
素子１５に比して極めて安定している。従つて、
イ点のレベルを判定基準とするコンパレータ２８
を設けておけば、誤動作することなく正確に酸素
濃度を判定することができる。そして、このコン
パレータ２８すなわち検知手段の出力によつて燃
焼制御器２９、換気扇３０、警報ブザー３１等を
制御する処理回路（マイコン）３２を設けておけ
ば室内の酸欠状態を未然に防止することができ
る。すなわち、この色センサ２４を用いると、受
光された光の波長は２つのホトダイオードPD１，
PD２の出力間の比として得られ、受光素子１５
を使用する場合のように、素子１５の出力の絶対
値に依存しないから、受光面に汚れがあつたり、
炎がゆらいだりしてもその影響をほとんど受ける
ことがなく、正確に酸素濃度を検知することがで
きる。又、同一チツプ上に、２個のホトダイオー
ドPD１，PD２が集積されているので、素子２４
への温度影響は相殺され、温度の影響を小さくで
きる。又、透視窓１０が汚れていても電流比をと
るからその汚れの影響をあまり受けなくて済む。 なお、上記実施例は同一チツプ上に２個のフオ
トダイオードを形成し、そのSi層にフイルタの役
割をさせた色センサを用いたが、波長感度の異な
る受光素子を２個設け、この受光素子の出力間の
相対値を用いてもよい。 叙上のように本発明によれば受光面に汚れがあ
つたり、炎がゆらいだりして光の強度が変化して
も、その影響はほとんど受けることなく、正確に
酸欠状態を検知することができる。従つてこの検
知出力を利用して換気等を行うようにすれば酸欠
による事故はもちろん酸素不足に伴う頭痛等もな
くすことができる。
がこれを一個の光起電力型変換素子を使つた場合
の酸素濃度と燃焼炎波長変化による該素子の出力
との関係とした場合について第２図ａ，ｃに示
す。この図よりO2濃度21〜19％範囲の燃焼にお
いては出力はほぼ横ばいあるがO2濃度19％以下
の燃焼（前述のように酸化炎の青炎が赤炎とな
る）ではこれに対応して出力は急速に下降してく
る。 一方換気基準の設定については規定はないが、
その基準を 生理有害度からみた酸素濃度の必要な最小限
度は17〜19％であること。 酸素欠乏防止規則から酸欠基準は18％未満で
あること。 上述の酸素濃度と燃焼状態との兼合い。 環境基準から見たCO許容濃度は50ppmであ
るが燃焼時のO2濃度が19％の時の室内CO濃度
は20ppm前後に対応する。 等から判断して少なくとも室内O2濃度が19％以
上で換気すれば問題はない。従つて青炎の波長変
化を受光素子１５の出力として捕えると、室内酸
素濃度が容易に検知できることになる。 しかしながら、上記受光素子１５は第２図ｃに
示したように酸素濃度が19％以上でもその出力が
大きく変化することがあり、この出力を利用する
と動作が不安定であるという欠点がある。 本発明はこのような欠点を除去するため、波長
感度の異なるホトダイオード（受光素子）を同一
チツプ上に設けた半導体色センサ（以下色センサ
という）を用いて燃焼炎の波長変化を検知するよ
うにしたものである。 上記色センサの構造及び等価回路を第３図ａ，
ｂに示す。Ｐ層１７とＮ層１８とのPN接合によ
るホトダイオードPD１は短波長感度が大であり、
Ｐ層１９とＮ層１８とのPN接合によるホトダイ
オードPD２は長波長感度が大である。なお、２
０は絶縁膜、２１はＰ層１７に設けられた電極、
２２はＮ層１８に設けられた電極、２３はＰ層１
９に設けられた電極である。上記両ホトダイオー
ドPD１，PD２の短絡電流比ISC2／ISC1と受光波長
λとは第４図に示す如く、１：１の対応関係を有
している。従つて、逆に、両ダイオードPD１，
PD２の短絡電流比が判れば、受光した波長すな
わち色を識別することができるはずである。しか
しながらこの色センサは単一波長に対しては識別
が正確であつても、燃焼炎のように複数種類の波
長を放射しているものをどのように識別するかに
ついては判然としていない。そこで酸素濃度と、
この時の燃焼炎の色に対する短絡電流比との関係
を実験により調べた処第２図ｂの如く、酸素濃度
が19％まではその短絡電流比がほぼ一定で、それ
以下の酸素濃度になると、当該電流比が急速に下
降していることがわかつた。この変化は受光素子
１５の出力変化とほぼ変らないため、酸欠状態の
判定素子として、上記色センサを用いることが可
能であることが判明した。 以下、受光素子１５の代りに色センサを用いた
装置を第５図に従つて説明する。同図において、
２４は第１図の受光素子１５の位置に代つて設け
られた色センサである。２５，２６はそれぞれ対
数増幅回路で各ホトダイオードPD１，PD２に接
続されている。２７は上記各対数増回路２５，２
６の出力log ISC1，log ISC2の差をとるための演算
手段である差動増器である。この増幅器２７の出
力（log ISC2／ISC1）は第２図ｂに示す如く、酸素
濃度が19％までは、ほぼ一定でそれ以下で急速に
下降しており、酸素濃度に対する出力の変化は受
光素子１５と変えないが、19％までの出力が受光
素子１５に比して極めて安定している。従つて、
イ点のレベルを判定基準とするコンパレータ２８
を設けておけば、誤動作することなく正確に酸素
濃度を判定することができる。そして、このコン
パレータ２８すなわち検知手段の出力によつて燃
焼制御器２９、換気扇３０、警報ブザー３１等を
制御する処理回路（マイコン）３２を設けておけ
ば室内の酸欠状態を未然に防止することができ
る。すなわち、この色センサ２４を用いると、受
光された光の波長は２つのホトダイオードPD１，
PD２の出力間の比として得られ、受光素子１５
を使用する場合のように、素子１５の出力の絶対
値に依存しないから、受光面に汚れがあつたり、
炎がゆらいだりしてもその影響をほとんど受ける
ことがなく、正確に酸素濃度を検知することがで
きる。又、同一チツプ上に、２個のホトダイオー
ドPD１，PD２が集積されているので、素子２４
への温度影響は相殺され、温度の影響を小さくで
きる。又、透視窓１０が汚れていても電流比をと
るからその汚れの影響をあまり受けなくて済む。 なお、上記実施例は同一チツプ上に２個のフオ
トダイオードを形成し、そのSi層にフイルタの役
割をさせた色センサを用いたが、波長感度の異な
る受光素子を２個設け、この受光素子の出力間の
相対値を用いてもよい。 叙上のように本発明によれば受光面に汚れがあ
つたり、炎がゆらいだりして光の強度が変化して
も、その影響はほとんど受けることなく、正確に
酸欠状態を検知することができる。従つてこの検
知出力を利用して換気等を行うようにすれば酸欠
による事故はもちろん酸素不足に伴う頭痛等もな
くすことができる。
第１図……本発明の装置を具備した燃焼器の正
面説明図。第２図ａ，ｂ，ｃ……燃焼時間及び酸
素濃度と、受光素子の出力、及び色センサの短絡
電流比との関係を示す特性図。第３図ａ，ｂ……
色センサの構造図及び等価回路図。第４図……第
３図色センサの短絡電流比−波長特性を示す特性
図。第５図……本発明装置の要部ブロツク図。 符号、２４：色センサ、２５，２６：対数増幅
回路、２７：差動増幅器、２８：コンパレータ。
面説明図。第２図ａ，ｂ，ｃ……燃焼時間及び酸
素濃度と、受光素子の出力、及び色センサの短絡
電流比との関係を示す特性図。第３図ａ，ｂ……
色センサの構造図及び等価回路図。第４図……第
３図色センサの短絡電流比−波長特性を示す特性
図。第５図……本発明装置の要部ブロツク図。 符号、２４：色センサ、２５，２６：対数増幅
回路、２７：差動増幅器、２８：コンパレータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 青炎を燃焼炎とするバーナを具備した燃焼器
において、 上記青炎からの光を受光する、波長感度の異な
る２個の受光素子と、 この２個の受光素子の短絡電流比を演算する演
算手段と、 この演算手段によつて得られた短絡電流比が急
速に低下したことを検知して酸欠情報を出力する
検知手段と、 から成る酸欠状態検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7386881A JPS57189043A (en) | 1981-05-15 | 1981-05-15 | Detector for oxygen deficiency state |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7386881A JPS57189043A (en) | 1981-05-15 | 1981-05-15 | Detector for oxygen deficiency state |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57189043A JPS57189043A (en) | 1982-11-20 |
| JPH0215815B2 true JPH0215815B2 (ja) | 1990-04-13 |
Family
ID=13530587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7386881A Granted JPS57189043A (en) | 1981-05-15 | 1981-05-15 | Detector for oxygen deficiency state |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57189043A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH068029A (ja) * | 1992-03-27 | 1994-01-18 | Budd Co:The | 切削工具 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59170751U (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-15 | シャープ株式会社 | 不完全燃焼検知回路 |
| JPS59221520A (ja) * | 1983-05-31 | 1984-12-13 | Sharp Corp | 不完全燃焼検知装置 |
-
1981
- 1981-05-15 JP JP7386881A patent/JPS57189043A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH068029A (ja) * | 1992-03-27 | 1994-01-18 | Budd Co:The | 切削工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57189043A (en) | 1982-11-20 |
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