JPH0220606Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は燃焼安全装置、とりわけ熱電素子を
電源としガス敏感性金属酸化物半導体からなるガ
ス検知素子により不完全燃焼を検出するようにし
た燃焼安全装置の改良に関する。

特公昭55−39729号は第１図に示す燃焼安全装
置を開示している。熱電素子２を種火により加熱
し、200mV程度の起電力を得てこれを電源とし
て用いる。SnO₂等からなるガス検知素子４に直
列に負荷抵抗６を接続する。ガス検知素子４を排
ガス流路中に設置し、素子４の加熱と不完全燃焼
の検出とを行う。そして素子４の抵抗値の変化に
より制御用トランジスタ８をオン−オフさせて、
常閉型の電磁弁１０を制御する。

この装置は外部電源を必要とせず、湯沸器やボ
イラー、ストーブ等の燃焼機器に容易に組み付け
ることができる。そしてガス検知素子４の加熱を
排ガスに委ね消費電力の節減を図るとともに、排
ガス組成の変化に対する素子４の感度の高さを利
用して確実に不完全燃焼を防止する。

本考案者らはこの装置の実用化研究を行つた。
まず第１図の回路から電磁弁１０とトランジスタ
８とを取り外ずしたものを、試験回路とする。熱
電素子２として、種火の加熱により200mVの起
電力が得られるものを用いる。ガス検知素子４の
材料としてSnO₂を用いたところ、メインバーナ
の正常燃焼時に約10kΩ、不完全燃焼時（この明
細書では、排ガス中のCO濃度が300ppm以上であ
る場合を不完全燃焼とする。）には100Ω以下の抵
抗値となつた。そして負荷抵抗６として、100Ω
のものを用いた。

ここでメインバーナを１分ごとにオン−オフさ
せると、（偶数分にオン、奇数分にオフ）、第２図
に示す結果が得られた。すなわちメインバーナへ
の着火後の１〜３秒程度の間、素子４の抵抗値が
50Ω程度に低下し負荷抵抗６への印加電圧V_RLに
鋭いピークが生ずる。このことはメインバーナの
着火のごとに、安全装置が誤動作することを意味
する。この現象は、メインバーナのオン−オフの
間隔や用いた燃焼機器の種類によらず広く一般に
生じた。

メインバーナの着火時の排ガス組成を分析した
ところ、着火直後には高濃度のCO（300ppm以上）
が含まれることがわかつた。着火後燃焼状態が安
定するまでの過渡期に大量のCOが発生し、ガス
検知素子４がこのCOに感応してV_RLにピークが
生じたのである。

この考案はメインバーナ着火時の燃焼安全装置
の誤動作を防止することを目的とする。

この考案の燃焼安全装置では、サーモパイル等
の熱電素子によりパイロツトバーナからの熱を起
電力に変換して電源とする。ここで熱電素子はパ
イロツトバーナの失火検出手段として兼用しても
良い。つぎにガス敏感性金属酸化物半導体、例え
ばSnO₂やZnO，NiO，の抵抗値の変化を利用し
たガス検知素子によりメインバーナ等の不完全燃
焼を検出し、異常時に電磁弁等の燃料遮断要素を
閉じさせる。またガス検知素子は、メインバーナ
の上方に設けて、その排ガスにより加熱する。

サーモパイルや正特性サーミスタ、バイメタル
スイツチ等の感熱要素を用い、その熱時定数を利
用してメインバーナの着火に応動するタイマとす
る。このタイマの動作期間中は、ガス検知素子の
出力によらず燃料遮断要素を開放させて、装置の
誤動作を防止する。そしてこの燃焼安全装置は、
例えばガス燃料の燃焼機器には電磁弁等を燃料遮
断要素として、液体燃料を用いるものには灯芯の
落下機構等を燃料遮断要素として、各種の燃焼機
器に適用することができる。

以下に図面を基にこの考案の各実施例を説明す
る。

第３図ａ，ｂは第１の実施例を示すもので、第
３図ａはその回路図である。この回路は第１図に
示す従来例の回路図の制御用トランジスタ８に並
列に、正特性サーミスタ（以下PTCサーミスタ
とする。）１２を配置したものである。すなわち
２は熱電素子で、クロメル−アルメル等の熱電対
を10本程度直列に接続したサーモパイルからなつ
ている。熱電素子２としては、サーモパイルの他
に、半導体間の接合部から生ずる熱起電力を利用
したもの等、熱を起電力を転換し得るものであれ
ば良い。熱電素子２に直列に負荷抵抗６とガス検
知素子４とを接続する。ガス検知素子４として
は、SnO₂，ZnO等のＮ形金属酸化物半導体、あ
るいはNiO等のＰ形金属酸化物半導体の抵抗値の
変化を利用したものを用いる。ここでガス敏感性
金属酸化物半導体の抵抗値の変化を利用したもの
をガス検知素子４として用いるのは、CO等の還
元性ガスへの感度が大きく付帯回路を単純化し得
ること、および感度が高いので排ガス温度の変動
等の影響が小さいことによる。ここではガス検知
素子４としてSnO₂を焼結したものを用いる。な
おその特性はメインバーナからの排ガスにより約
200℃に加熱した場合、正常燃焼時には10kΩ程
度の抵抗値を、不完全燃焼時には100Ω以下の抵
抗値を示すものである。

常閉型の電磁弁を燃料遮断要素１０とし、
PNP形のゲルマニウムトランジスタからなる制
御用トランジスタ８とPTCサーミスタ１２の並
列片を介して、熱電素子２に接続する。この燃料
遮断要素１０は内部インピーダンスが５Ωで、
80mV以下の印加電圧で閉じメインバーナやパイ
ロツトバーナへの燃料の供給を絶つものである。
制御用トランジスタ８のベースをガス検知素子４
と負荷抵抗６との中間点に接続し、素子４の抵抗
値の低下により燃料遮断要素１０を閉じさせる。
PTCサーミスタ１２として、例えば常温で５Ω
以下の抵抗値を示し、80℃程度で抵抗が急上昇し
て数十Ω以上の抵抗値となるものを用いる。

燃料遮断要素１０等については、種々の変形が
可能である。ここでは熱電素子２によりパイロツ
トバーナの失火検出を行うようにしたため常閉形
の電磁弁を用いたが、失火の検出を他の手段で行
うならば常開形のものでも良い。制御用トランジ
スタ８は、ガス検知素子４による燃料遮断要素１
０の制御手段の１例を示すものであるが、熱電素
子２の電源容量等の許す範囲で変形しても良い。
PTCサーミスタ１２の抵抗温度特性や抵抗値に
ついては、燃料遮断要素１０の特性に応じ決定す
れば良い。またPTCサーミスタ１２に代えて、
バイメタルスイツチ等の感熱要素を用いても良
い。

第３図ｂに瞬間湯沸器への燃焼安全装置の組み
付け例を示す。

この瞬間湯沸器は、パイロツトバーナ２０をあ
らかじめ着火して用いるもので、メインバーナ２
２のスイツチ２４により、メインバーナ２２へ燃
料を供給するとともに熱交換器２６に給水するよ
うにしたものである。

パイロツトバーナ２０により加熱される位置に
熱電素子２を配置する。熱交換器２６の上方の煙
道中にガス検知素子４と、PTCサーミスタ１２
とを配置する。ここでガス検知素子４は、例えば
メインバーナ２２の着火時に200℃程度に加熱さ
れるようにする。またPTCサーミスタ１２は、
メインバーナ２２の着火後数秒程度の熱時定数で
抵抗急変温度まで加熱される位置に取り付ける。
メインバーナ２２の消火後、PTCサーミスタ１
２がただちに冷却されるように、放熱体３０を設
ける。この放熱体３０は、メインバーナ２２のス
イツチ２４に連動するクランク機構３２により回
動するアーム３４に装着してある。なおPTCサ
ーミスタ１２の抵抗値が急上昇するまでの熱時定
数は、メインバーナ２２の着火時の誤動作を防止
し得るように決定し、通常は少くとも１秒以上、
好ましくは３〜５秒とする。

この燃焼安全装置は以下の様に動作する。パイ
ロツトバーナ２０の着火を熱電素子２により検出
し、燃料遮断要素１０を開放させる。熱電素子２
からの電力を電源とし、回路を動作させる。メイ
ンバーナ２２で不完全燃焼が生ずると、ガス検知
素子４の抵抗が減少し、制御用トランジスタ８が
オフして燃料遮断要素１０が閉じる。

PTCサーミスタ１２はメインバーナ２２の着
火を検出するとともにタイマとしても作動する。
着火後PTCサーミスタ１２の温度が抵抗急変温
度に達するまでの間は、制御用トランジスタ８の
オン−オフにかかわらず、PTCサーミスタ１２
から燃料遮断要素１０に通電される。PTCサー
ミスタ１２の抵抗値が増すと、ガス検知素子４に
より燃料遮断要素１０が制御される。

メインバーナ２２が頻繁にオン−オフされる場
合、放熱体３０によりPTCサーミスタ１２がそ
の都度冷却される。すなわちスイツチ２４の動作
により、クランク機構３２とアーム３４は図の鎖
線のように運動し、放熱体３０がPTCサーミス
タ１２に接触する。なお放熱体３０はメインバー
ナ２２によつては加熱されない位置に配置し、ま
た放熱体３０の熱容量が小さい場合、アーム３４
を太くし冷却効率を高めるようにする。

PTCサーミスタ１２の冷却には他の手段を用
いても良い。例えばその取り付け位置や周囲との
熱伝導率等を選択し、加熱にくらべて冷却が充分
速くなるようにしても良い。

つぎに回路的変形例について説明する。PTC
サーミスタ１２等の接続は、例えば第４図に示す
ように負荷抵抗６と並列であつても良い。あるい
は一定の温度を境に抵抗が急減する負特性サーミ
スタを感熱要素とし、ガス検知素子４と直列に接
続しても良い。さらに第５図に示すように、メイ
ンバーナ２２により加熱される第２の熱電素子３
６を設けて、感熱要素としても良い。

この考案では、コンデンサ型のタイマを用いる
ことなく、メインバーナ着火時の燃焼安全装置の
誤動作を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の回路図、第２図はメインバー
ナ着火時のガス検知素子の特性図である。第３図
ａは実施例の回路図、第３図ｂは実施例の瞬間湯
沸器への取り付け例を示す部分断面図、第４図、
第５図はそれぞれ変形例の回路図である。 ２……熱電素子、４……ガス検知素子、８……
制御用トランジスタ、１０……燃料遮断要素、１
２……正特性サーミスタ、３０……放熱体、３６
……第２の熱電素子。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 熱電素子によりパイロツトバーナからの熱を起
   電力に変換して電源とし、ガス敏感性金属酸化物
   半導体からなるガス検知素子により不完全燃焼を
   検出して燃料遮断要素を制御するようにしたもの
   において、 前記ガス検知素子を、メインバーナの上方でメ
   インバーナからの排ガスにより加熱される位置に
   設置すると共に、 メインバーナの着火により所定の熱時定数で加
   熱され、かつこの熱時定数の間前記燃料遮断要素
   の動作を停止させる様に構成した感熱要素を設け
   たことを特徴とする燃焼安全装置。