JPH07324733A

JPH07324733A - 燃焼機器

Info

Publication number: JPH07324733A
Application number: JP6117282A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Tsuruta; 邦弘鶴田; Kenji Kondo; 憲司近藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: JP3012966B2

Abstract

(57)【要約】【目的】限界電流式酸素センサの耐久信頼性を高め、
酸素濃度計測が長期間安定してできる燃焼機器を提供す
る。【構成】限界電流式酸素センサ５と、このセンサ５に
併設されて一体となった加熱体６を、燃焼排ガスが排気
させる排ガス流路４に配置した構成である。燃料を供給
する燃料供給部１または、空気を供給する空気供給部２
は、限界電流式酸素センサ５からの酸素濃度信号に基づ
き制御される。排ガス流路４には排ガス温度検出手段１
３が配置されており、排ガス温度が高いと加熱体６を動
作させるための加熱用直流電源１０の発生電圧値が小さ
くなるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排ガス流路中に配置し
て酸素濃度を検出する限界電流式酸素センサ（以下、酸
素センサという）を用いた燃焼機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃焼機器は、特開平５−２５６４
４２号公報に示すように完全燃焼が得られるように予め
空気供給量と燃料供給量との比率（以下、空燃比とい
う）を計算し、その計算をもとにした空気供給量または
燃料供給量で燃焼させるものであった。しかし、燃焼機
器を様々な環境下で使用すると外気温度の変動・気圧の
変動、さらに燃料供給手段や空気供給手段の耐久性にま
つわる変動のため空燃比が当初の計算値より変動する。
例えば、海抜２０００メートルの酸素希薄環境の高地で
は空燃比が大きく異なり、平地で求めた当初の計算値の
まま使用すると不完全燃焼が発生する。

【０００３】このことを解決する手段として空燃比が燃
焼排ガス流路中の酸素濃度と相関があることに着目し、
酸素濃度を計測する酸素センサを開発し、この酸素セン
サを燃焼排ガス流路中に配置して最適な空燃比の制御を
行う燃焼機器の開発が試みられている。

【０００４】従来の燃焼機器の一例を図７に示す。この
燃焼機器は、燃料供給部１で燃料を供給し、空気供給部
２で空気を供給しながら燃料を燃焼部３で燃焼させ、燃
焼排ガスを酸素センサ５を配置した排ガス流路４を通し
て排気させる構成である。酸素センサ５は、電極膜（記
載せず）に一定電圧を印加する素子駆動用直流電源７
と、発生電流を検出するための素子電流検出手段８とが
直列に接続され閉回路を構成している。制御部９は、素
子電流検出手段８で得られる発生電流を酸素濃度信号と
して処理し、燃料供給部１または空気供給部２を制御す
ることで、最適な空燃比の制御を行う。一方、酸素セン
サには加熱体６が併設されており、加熱体６には加熱の
ための一定電圧または一定電力を印加する加熱用直流電
源１０が接続されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、酸素センサ５
を用いて空燃比制御を行う燃焼機器においては、加熱体
６を一定電圧または一定電力が発生する加熱用直流電源
１０を用いて加熱しているため、酸素センサ５の動作温
度が燃料供給量や空気供給量の変化による排ガス温度の
影響を大きく受ける問題が発生していた。

【０００６】図８は、空気供給量を一定にして燃焼量
（実際は燃料供給量）を変化させた場合の排ガス温度お
よび排ガス中酸素濃度を測定した結果である。排ガス温
度は、燃焼量（燃料供給量）により変化しており、さら
に、同じ３５００ｋｃａｌ／ｈの燃焼量（燃料供給量）
でも排ガス中酸素濃度が異なる（実際は空気供給量が異
なる）と排ガス温度が異なることが分かる。

【０００７】図９は、加熱用直流電源１０の発生電圧と
それに伴う発生電力を変化させた場合の酸素センサ５の
動作温度である。加熱用直流電源１０の発生電圧（発生
電力）が同じでも、排ガス温度が高くなると酸素センサ
５の動作温度が高くなることが分かる。

【０００８】図１０は、排ガス中酸素濃度が５％であ
り、しかも加熱用直流電源１０の発生電圧が一定におい
て、排ガス温度を変化させた場合の酸素センサ５の電圧
電流特性である。排ガス温度が高くなると電流も大きく
なることが分かる。これは、排ガス温度が高くなると酸
素センサ５の動作温度も高くなるためである。

【０００９】酸素センサ５の耐久信頼性を確保する観点
においては酸素センサ５の動作温度は低い方が望ましい
が、反対に酸素センサ５に必要な限界電流特性を確保す
る観点においては酸素センサ５の動作温度は高い方が望
ましい。しかし排ガス中において、酸素センサ５の動作
温度が燃料供給量や空気供給量の変化による排ガス温度
の影響を大きく受け、過度に動作温度が高くなることは
耐久信頼性の確保の観点において望ましくない。

【００１０】本発明はかかる従来の問題点を解消するも
ので、燃料供給量や空気供給量さらに排ガス温度の影響
を受けにくくして常に同じ動作温度で酸素センサを作動
させ、酸素センサの耐久信頼性を確保することを目的と
している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の燃焼機器は、排ガス流路に配置した排ガス温
度検出手段により検出した排ガス温度を排ガス温度比較
部で設定値と比較し、排ガス温度が高くなるにつれて、
酸素センサに併設して排ガス流路に配置した加熱体を動
作するための加熱用直流電源の発生電圧値を、加熱電圧
変更手段で小さくしたものである。

【００１２】また、本発明の燃焼機器は、燃料供給部か
ら供給する燃料供給量を燃料供給量比較部で設定値と比
較し、燃料供給量が多くなるにつれて、酸素センサに併
設して排ガス流路に配置した加熱体を動作するための加
熱用直流電源の発生電圧値を、加熱電圧変更手段で小さ
くしたものである。

【００１３】また、本発明の燃焼機器は、燃料供給部か
らの燃料供給量に対応して空気供給部から供給する空気
供給量を空気供給量比較部で設定値と比較し、空気供給
量が多くなるにつれて、酸素センサに併設して排ガス流
路に配置した加熱体を動作するための加熱用直流電源の
発生電圧値を、加熱電圧変更手段で小さくしたものであ
る。

【００１４】

【作用】本発明は上記構成において、排ガス温度が高い
場合や燃料供給部から供給する燃料が多い場合またはそ
れに対応した空気供給量が多い場合は、酸素センサは排
ガスから多くの熱量を授受するため、酸素センサの動作
温度は自然に上昇する。そのためこれらに対応して加熱
用直流電源の発生電圧値を小さくすると、酸素センサは
過度に高くない適切な動作温度となり、酸素センサの耐
久信頼性が確保できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図１〜図３
を参照しながら説明する。なお従来例で説明したものと
同一構成部材には同一番号を用いる。図１は本発明の一
実施例の燃焼機器のブロック図である。図１に示すよう
に燃焼機器は、燃料供給部１で燃料を供給し、空気供給
部２で空気を供給しながら燃料を燃焼部３で燃焼させ、
燃焼排ガスを排ガス流路４を通して排気させる構成であ
る。排ガス流路４には、酸素センサ５と、この酸素セン
サ５に併設されて一体となった加熱体６が配置されてい
る。

【００１６】酸素センサ５には、その電極膜１ａ・１ｂ
（両方とも記載せず）に一定電圧を印加する素子駆動用
直流電源７と、酸素センサ５からの発生電流を検出する
ための素子電流検出手段８とが直列に接続され閉回路を
構成している。制御部９は、素子電流検出手段８で得ら
れる発生電流を酸素濃度信号として処理し、燃料供給部
１または空気供給部２を制御する。

【００１７】加熱体６には、加熱のための電圧を印加す
る加熱用直流電源１０が接続されており、さらに加熱用
直流電源１０には、加熱用直流電源１０が発生する電圧
を変更する加熱電圧変更手段１１が併設されている。

【００１８】加熱電圧変更手段１１は、排ガス温度比較
部１２と接続されている。排ガス温度比較部１２は、排
ガス流路４に配置された排ガス温度検出手段１３と接続
されており、検出される排ガス温度が高いと、加熱用直
流電源１０の発生電圧値が小さくなるように加熱電圧変
更手段１１を制御する。

【００１９】また、加熱電圧変更手段１１は、燃料供給
量比較部１４と接続されている。燃料供給量比較部１４
は、燃料供給部１と接続されており、供給される燃料が
多くなると、加熱用直流電源１０の発生電圧値が小さく
なるように加熱電圧変更手段１１を制御する。

【００２０】また、加熱電圧変更手段１１は、空気供給
量比較部１５と接続されている。空気供給量比較部１５
は、空気供給部２と接続されており、供給される燃料が
多くなりそれに伴い供給される空気が多くなると、加熱
用直流電源１０の発生電圧値が小さくなるように加熱電
圧変更手段１１を制御する。

【００２１】図２は、本発明の一実施例である燃焼機器
の動作を示す図である。排ガス温度比較部１２または燃
料供給量比較部１４または空気供給量比較部１５が、排
ガス温度Ｔまたは燃料供給量Ｆまたは空気供給量Ｑなど
の検出値のどれか一つが設定値を超えているか否かを判
断する。検出値が設定値を超えている場合はその判断時
点から所定時間Ａ以内は、加熱用直流電源１０の発生電
圧値は変更することなしに今までの電圧値Ｖ₀をそのま
ま維持し、酸素センサ５からの酸素濃度信号に基づき燃
料供給部１または空気供給部２の制御を行う。所定時間
Ａが経過すると、加熱用直流電源１０の発生電圧値は新
しい電圧値Ｖ₁に変更され、酸素センサ５からの酸素濃
度信号に基づく燃料供給部１または空気供給部２の制御
が解除される。この燃料供給部１または空気供給部２の
制御解除は所定時間Ｂ後に終了しそれ以後は、酸素セン
サ５からの酸素濃度信号に基づく燃料供給部１または空
気供給部２の制御が再び実行される。

【００２２】図３は、本発明の一実施例である燃焼機器
に用いた酸素センサ５の一部破断斜視図である。カソー
ド電極膜１６ａおよびアノード電極膜１６ｂ（記載せ
ず）が、酸素イオン伝導性の固体電解質体１７の両面に
形成されている。そして、固体電解質体１７の片側上部
にはカソード側電極膜１６ａを囲み、しかも始端と終端
が互いに間隔を有するように配置された螺旋型スペーサ
１８が配置され、さらに螺旋型スペーサ１８の上部には
シール板１９が配置されている。酸素拡散通路２０は、
螺旋型スペーサ１８の相対向する隔壁と固体電解質体１
７とシール板１９で囲まれる螺旋型の空間に形成され
る。

【００２３】加熱体６は、シール板１９の上部に配置さ
れており、酸素センサ５に併設して一体化されている。

【００２４】次に具体的実験例に基づいて説明する。図
３の酸素センサ５は、次の材料で構成した。固体電解質
体１７はジルコニア（ＺｒＯ₂にＹ₂Ｏ₃を８モル％添加
した物）である。電極膜１６ａ・１６ｂは、白金を主成
分としており、酸化銅と酸化ビスマスからなる結合材が
小量（例えば、５％）含有されている。螺旋型スペーサ
１８は、硝子（熱膨張係数はジルコニアと概略同一であ
り、所定粒径の耐熱性粒子を微量含有）である。シール
板１９はフォルステライトであり、加熱体６は白金ヒー
タである。

【００２５】製法について記す。電極膜１６ａ・１６ｂ
を固体電解質体１７の上に、さらに螺旋型スペーサ１８
を固体電解質体１７の上に厚膜印刷技術および焼成技術
を用いて形成した。シール板１９の上部の加熱体６を、
厚膜印刷技術および焼成技術を用いて形成した。次に、
固体電解質体１７上の螺旋型スペーサ１８とシール板１
９とを積層し加熱溶融することで酸素拡散通路２０を形
成した。

【００２６】焼成は、加熱体６以外はすべて８２０℃で
ある。この焼成条件は、白金電極に小量添加した酸化銅
と酸化ビスマスからなる結合材の融点（約８５０℃）と
特性を得るのに必要な電流確保の観点から決めた。

【００２７】最後にリード線（記載せず）を取り付けて
完成であり、この酸素センサ５および加熱体６は、断熱
材で外包しさらにこの断熱材をステンレス製金網で外包
した実装体として使用した。

【００２８】以下、本発明の効果を実験に基づき説明す
る。図３記載の加熱体６と一体化された酸素センサ５を
排ガス流路４に配置し、酸素センサ５からの酸素濃度信
号を受けて排ガス中酸素濃度が１０％になるように空気
供給部２を制御する燃焼機器を試作した。

【００２９】この燃焼機器は、灯油を燃料とした暖房用
燃焼機器であり、燃焼量を変えることで燃料供給量・空
気供給量・排ガス温度を各々変化させている。燃料供給
部１は電磁ポンプであり、電磁ポンプのパルス信号から
燃料供給量を検知している。空気供給部２は送風ファン
であり、送風ファンの回転数から空気供給量を検知して
いる。排ガス温度は、排ガス流路４に配置した温度セン
サからなる排ガス温度検出手段１３で検出している。酸
素センサ５の動作温度は、温度センサ１３を酸素センサ
５に取り付けて検出している。

【００３０】各々の条件における加熱用直流電源１０の
発生電圧値と酸素センサ５の動作温度を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】加熱用直流電源１０の発生電圧値は、次の
設定値に応じて変化させた。燃料供給量の設定値は、Ｆ
maxが４００ｇ／ｈでありＦminが２５０ｇ／ｈである。
検出値Ｆが４８５ｇ／ｈの場合はＦmaxの４００ｇ／ｈ
より大きいため、加熱用直流電源１０の発生電圧値をＶ
minの９．０Ｖに設定した。検出値Ｆが３４０ｇ／ｈの
場合はＦmaxの４００ｇ／ｈより小さくＦminの２５０ｇ
／ｈより大きいため、加熱用直流電源１０の発生電圧値
をＶaveの９．４Ｖに設定した。一方、検出値Ｆが１９
５ｇ／ｈの場合はＦminの２５０ｇ／ｈより小さいた
め、加熱用直流電源１０の発生電圧値をＶmaxの９．８
Ｖに設定した。

【００３３】空気供給量の設定値は、Ｑmaxが１．９０
Ｎｍ³／ｈでありＱminが１．２０Ｎｍ³／ｈである。検
出値Ｑが２．３３Ｎｍ³／ｈの場合はＱmaxの１．９０Ｎ
ｍ³／ｈより大きいため、加熱用直流電源１０の発生電
圧値をＶminの９．０Ｖに設定した。検出値Ｆが１．６
３Ｎｍ³／ｈの場合はＱmaxの１．９０Ｎｍ³／ｈより小
さくＱminの１．２０Ｎｍ³／ｈより大きいため、加熱用
直流電源１０の発生電圧値をＶaveの９．４Ｖに設定し
た。一方、検出値Ｑが０．９３Ｎｍ³／ｈの場合はＱmin
の１．２０Ｎｍ³／ｈより小さいため、加熱用直流電源
１０の発生電圧値をＶmaxの９．８Ｖに設定した。

【００３４】排ガス温度の設定値は、Ｔmaxが２００℃
でありＴminが１５０℃である。検出値Ｔが２５０℃の
場合はＴmaxの２００℃より大きいため、加熱用直流電
源１０の発生電圧値をＶminの９．０Ｖに設定した。検
出値Ｔが１９０℃の場合はＴmaxの２００℃より小さく
Ｔminの１５０℃より大きいため、加熱用直流電源１０
の発生電圧値をＶaveの９．４Ｖに設定した。一方、検
出値Ｔが１３０℃の場合はＴminの１５０℃より小さい
ため、加熱用直流電源１０の発生電圧値をＶmaxの９．
８Ｖに設定した。

【００３５】加熱用直流電源１０の発生電圧値を、燃料
供給量や空気供給量さらに排ガス温度に応じて変化させ
ることで、酸素センサ５の動作温度はほぼ５００℃で維
持できた。そのため、酸素センサ５は長期間使用しても
充分な耐久信頼性を確保できた。

【００３６】一方、従来のように燃料供給量や空気供給
量さらに排ガス温度に無関係に、加熱用直流電源１０の
発生電圧値を一定にしておくと、例えば高燃焼の場合は
酸素センサ５の動作温度が５５０℃と過度に高い温度と
なって耐久信頼性が短時間に低下したり、例えば低燃焼
の場合は酸素センサ５の動作温度が４５０℃と極端に低
い温度となり特性を得るに必要な限界電流が得られにく
くなる等の問題が発生した。

【００３７】次に、加熱用直流電源１０の発生電圧値の
変更時期について説明する。排ガス温度Ｔまたは燃料供
給量Ｆまたは空気供給量Ｑの検出値のどれか１つが前述
の設定値を超えていると判断された場合はその後２分間
は、加熱用直流電源１０の発生電圧値を変更することな
く今までの電圧値をそのまま維持した。そして、この２
分間で酸素センサ５からの酸素濃度信号に基づき空気供
給部２の制御を行って排ガス中酸素濃度を１０％に調整
した。これは、これらの検出値が設定値を超えているこ
とは、燃料供給量または空気供給量が大幅に変化したこ
とを意味し、このときは酸素センサ５からの酸素濃度信
号に基づき空気供給部２の制御を最優先で行って排ガス
中酸素濃度を１０％になるように調整するためである。
なお、検出値を２個以上とした燃焼機器の場合は、どれ
か１つが設定値を超えていると判断した時点において残
り１個以上の検出値の判断は行わないとした。

【００３８】この所定時間Ａの２分が経過するとすぐ
に、加熱用直流電源１０の発生電圧値は新しい電圧値に
変更され、その後の０．５分間は酸素センサ５からの酸
素濃度信号に基づく空気供給部２の制御を解除した。こ
れは、加熱用直流電源１０の発生電圧値を変更すると酸
素センサ５は誤測定が発生して正確な酸素濃度が測定で
きなくなるためである。そして、この所定時間Ｂの０．
５分が経過すると、酸素センサ５からの酸素濃度信号に
基づく空気供給部２の制御が再び実行された。このこと
で、加熱用直流電源１０の発生電圧値の変更に伴う酸素
センサ５からの酸素濃度信号の変化も円滑に対応でき、
燃焼機器は不完全燃焼を生じることなく正常に燃焼し
た。

【００３９】一方、前述の所定時間Ａや所定時間Ｂを設
けることなく、瞬時に加熱用直流電源１０の発生電圧値
を変更し、しかも常に酸素センサ５からの酸素濃度信号
での制御を実施すると、加熱用直流電源１０の発生電圧
値変更に伴い酸素センサ５は誤測定が発生して正確な酸
素濃度が測定できず、燃焼機器は不完全燃焼を生じた。

【００４０】実験は、酸素センサ５からの酸素濃度信号
を受けて排ガス中酸素濃度が１０％になるように空気供
給部２を制御する燃焼機器で行ったが、燃料供給部１を
制御して排ガス中酸素濃度が例えば５％になるようにし
た燃焼機器でも同様な効果が得られたことは言うまでも
ない。また実験は、白金を主成分として酸化銅と酸化ビ
スマスからなる結合材を小量（例えば、５％）含有して
いる電極膜で行った。この電極の場合は結合材として用
いた酸化銅と酸化ビスマスの融点が約８５０℃であり、
過度に酸素センサ５の動作温度を高めることは電極の耐
久性確保の観点から好ましくない。従って、本発明は特
に有効であった。なお、他構成の酸素センサや他結合材
を用いた白金電極膜でも、同様な効果が得られることは
言うまでもない。

【００４１】実験は、加熱体６として白金ヒータを用い
た。白金ヒータは温度係数が小さいうえに温度センサの
役割を同時にはたす。そのため、一体化した加熱体６が
排ガス温度などの僅かな燃焼条件を受けにくくして酸素
センサ５の動作温度をほぼ一定に保つ利点があった。

【００４２】（実施例１）本発明の第１の実施例につい
て図４を参照しながら説明する。

【００４３】図４は、本発明の第１の実施例の燃焼機器
の制御流れのフローチャートである。スタートすると、
ステップ１で排ガス温度比較部１２におけるＲＡＭがク
リアにされる。つぎに、ステップ２で排ガス温度比較部
１２において排ガス温度Ｔの読み取りを行い、ステップ
３で設定値Ｔmax，Ｔminを呼び出し、ステップ４で排ガ
ス温度Ｔと設定値Ｔmax，Ｔminを比較する。もしも、排
ガス温度Ｔが設定値Ｔmaxより大きいか等しいとステッ
プ５で判断すると、ステップ６で加熱電圧変更手段１１
が作動して加熱用直流電源１０の発生電圧値をＶminに
設定する。一方、排ガス温度Ｔが設定値Ｔmaxより小さ
くしかも設定値Ｔminより大きいとステップ７で判断す
ると、ステップ８で加熱用直流電源１０の発生電圧値を
Ｖaveに設定する。また、排ガス温度Ｔが設定値Ｔminよ
り小さいか等しいとステップ９で判断すると、ステップ
１０で加熱用直流電源１１の発生電圧値をＶmaxに設定
する。

【００４４】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
について、図５を参照しながら説明する。

【００４５】図５は、本発明の第２の実施例である燃焼
機器の制御流れのフローチャートである。スタートする
と、ステップ１１で燃料供給量比較部１４におけるＲＡ
Ｍがクリアにされる。つぎに、ステップ１２で燃料供給
量比較部１４が燃料供給量Ｆの読み取りを行い、ステッ
プ１３で設定値Ｆmax，Ｆminを呼び出して、ステップ１
４で燃料供給量Ｆと設定値Ｆmax，Ｆminを比較する。も
しも、燃料供給量Ｆが設定値Ｆmaxより大きいか等しい
とステップ１５で判断すると、ステップ１６で加熱電圧
変更手段１１が作動して加熱用直流電源１０の発生電圧
値をＶminに設定する。一方、燃料供給量Ｆが設定値Ｆm
axより小さくしかも設定値Ｆminより大きいとステップ
１７で判断すると、ステップ１８で加熱用直流電源１０
の発生電圧値をＶaveに設定する。また、燃料供給量Ｆ
が設定値Ｆminより小さいか等しいとステップ１９で判
断すると、ステップ２０で加熱用直流電源１０の発生電
圧値をＶmaxに設定する。

【００４６】（実施例３）本発明の第３の実施例につい
て図６を参照しながら説明する。

【００４７】図６は、本発明の第３の実施例の燃焼機器
の制御流れのフローチャートである。スタートすると、
ステップ２１で空気供給量比較部１５におけるＲＡＭが
クリアにされる。つぎに、ステップ２２で空気供給量比
較部１５が空気供給量Ｑの読み取りを行い、ステップ２
３で設定値Ｑmax，Ｑminを呼び出して、ステップ２４で
空気供給量Ｑと設定Ｑmax，Ｑminを比較する。もしも、
空気供給量Ｑが設定値Ｑmaxより大きいか等しいとステ
ップ２５で判断すると、ステップ２６で加熱電圧変更手
段１１が作動して加熱用直流電源１０の発生電圧値をＶ
minに設定する。一方、空気供給量Ｑが設定値Ｑmaxより
小さくしかも設定値Ｑminより大きいとステップ２７で
判断すると、ステップ２８で加熱用直流電源１０の発生
電圧値をＶaveに設定する。また、空気供給量Ｑが設定
値Ｑminより小さいか等しいとステップ２９で判断する
と、ステップ３０で加熱用直流電源１０の発生電圧値を
Ｖmaxに設定する。

【００４８】

【発明の効果】

（１）本発明は、排ガス温度が高くなる場合または、燃
料供給部から供給する燃料が多くなる場合または、供給
燃料量に対応して空気供給量が多くなる場合は、加熱体
を動作するための加熱用直流電源の発生電圧値が小さく
なる。排ガス温度が高い場合や燃料供給部から供給する
燃料が多い場合またはそれに対応した空気供給量が多い
場合は、酸素センサが排ガスから多くの熱量を授受する
ため、酸素センサの動作温度は自然に上昇する。そのた
めこれらに対応して加熱用直流電源の発生電圧値を小さ
くすると、酸素センサは過度に高くない適切な動作温度
となり、耐久信頼性が向上した。

【００４９】（２）本発明は、排ガス温度および燃料供
給量および空気供給量に設定値を設け、検出値が設定値
より大小を判断している。そのため、加熱用直流電源の
発生電圧値を大小にするかが的確に判断されて、酸素セ
ンサは過度に高くない適切な動作温度となり、耐久信頼
性が一層向上した。

【００５０】（３）本発明は、排ガス温度および燃料供
給量および空気供給量に設定値を設け検出値が設定値を
超えているか否かを判断する。検出値が設定値を超えて
いる場合はその判断時点から所定時間Ａ以内は、加熱用
直流電源の発生電圧値は変更することなしに今までの電
圧値をそのまま維持し、酸素センサからの酸素濃度信号
に基づき燃料供給部または空気供給部の制御を行う。そ
して所定時間Ａが経過すると、加熱用直流電源の発生電
圧値は新しい電圧値に変更され、酸素センサからの酸素
濃度信号に基づく燃料供給部また空気供給部の制御が解
除される。この燃料供給部または空気供給部の制御解除
は所定時間Ｂ後に終了しそれ以後は、酸素センサからの
酸素濃度信号に基づく燃料供給部または空気供給部の制
御が再び実行される。そのため、加熱用直流電源の発生
電圧値の変更に伴う酸素センサからの酸素濃度信号の変
化も円滑に対応でき、燃焼機器は不完全燃焼を生じるこ
となく正常に燃焼した。

【００５１】（４）本発明に用いた酸素センサは、カソ
ード電極膜およびアノード電極膜を酸素イオン伝導性固
体電解質体の両面に形成した後、固体電解質体の片側上
部にカソード側電極膜を囲み、しかも始端と終端が互い
に間隔を有するように配置された螺旋型スペーサを配置
し、さらに螺旋型スペーサの上部にはシール板を配置し
た構成である。酸素拡散通路は、螺旋型スペーサの相対
向する隔壁と固体電解質体とシール板で囲まれる螺旋型
の空間に形成されるため、厚膜印刷を用いて酸素センサ
が製造できる。しかも、加熱体がシール板の上部に配置
されており、酸素センサに併設して一体化されているた
め簡素化された構成となり、前述の厚膜印刷を用いた酸
素センサ製造と合わせて酸素センサが低コストで製造で
きる。また、酸素センサと加熱体が一体化されているた
め、一体化した加熱体が排ガス温度などの僅かな燃焼条
件を受けにくくする利点がある。

【００５２】（５）本発明に用いた酸素センサのカソー
ド電極膜およびアノード電極膜は、白金を主成分とし酸
化銅と酸化ビスマスからなる結合材を小量（例えば、５
％）含有している。電極の結合材として用いた酸化銅と
酸化ビスマスの融点は約８５０℃であり、過度に酸素セ
ンサの動作温度を高めることは電極の耐久性確保の観点
から好ましくないが、排ガス温度が高くなる場合などの
燃焼条件に対応して加熱体を動作するための加熱用直流
電源の発生電圧値を小さくしているため、酸素センサは
過度に高くない適切な動作温度となり、耐久信頼性が向
上した。

【００５３】（６）加熱体として白金ヒータを用いた。
白金ヒータは温度係数が小さいうえに温度センサの役割
を同時にはたす。そのため、一体化した加熱体が排ガス
温度などの僅かな燃焼条件を受けにくくして酸素センサ
の動作温度をほぼ一定に保つ利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の燃焼機器のブロック図

【図２】同、燃焼機器の動作図

【図３】同、酸素センサと加熱体の一部破断斜視図

【図４】本発明の第１の実施例の燃焼機器の制御流れの
フローチャート

【図５】本発明の第２の実施例の燃焼機器の制御流れの
フローチャート

【図６】本発明の第３の実施例の燃焼機器の制御流れの
フローチャート

【図７】従来の燃焼機器のブロック図

【図８】同、空気供給量を一定にして燃焼量を変化させ
た場合の排ガス温度と排ガス中酸素濃度を示す特性図

【図９】同、加熱用直流電源の発生電力を変化させた場
合の酸素センサの動作温度を示す特性図

【図１０】同、排ガス温度を変化させた場合の酸素セン
サの電圧電流特性図

【符号の説明】

１燃料供給部２空気供給部４排ガス流路５酸素センサ６加熱体９制御部１０加熱用直流電源１１加熱電圧変更手段１２排ガス温度比較部１３排ガス温度検出手段（温度センサ）１４燃料供給量比較部１５空気供給量比較部１６ａカソード電極膜１６ｂアノード電極膜１７固体電解質体１８螺旋型スペーサ１９シール板２０酸素拡散通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排ガス流路に配置した限界電流式酸素セ
ンサからの酸素濃度信号に基づいて、燃料を供給する燃
料供給部または空気を供給する空気供給部を制御部で制
御する燃焼機器において、前記排ガス流路に配置した排
ガス温度検出手段により検出した排ガス温度を排ガス温
度比較部で設定値と比較し、排ガス温度が高くなるにつ
れて、前記限界電流式酸素センサに併設して排ガス流路
に配置した加熱体を動作するための加熱用直流電源の発
生電圧値を、加熱電圧変更手段で小さくするようにした
燃焼機器。
【請求項２】排ガス流路に配置した限界電流式酸素セ
ンサからの酸素濃度信号に基づいて、燃料を供給する燃
料供給部または空気を供給する空気供給部を制御部で制
御する燃焼機器において、前記燃料供給部から供給する
燃料供給量を燃料供給量比較部で設定値と比較し、燃料
供給量が多くなるにつれて、前記限界電流式酸素センサ
に併設して排ガス流路に配置した加熱体を動作するため
の加熱用直流電源の発生電圧値を、加熱電圧変更手段で
小さくするようにした燃焼機器。
【請求項３】排ガス流路に配置した限界電流式酸素セ
ンサからの酸素濃度信号に基づいて、燃料を供給する燃
焼供給部または空気を供給する空気供給部を制御部で制
御する燃焼機器において、前記燃料供給部からの燃料供
給量に対応して前記空気供給部から供給する空気供給量
を空気供給量比較部で設定値と比較し、空気供給量が多
くなるにつれて、前記限界電流式酸素センサに併設して
排ガス流路に配置した加熱体を動作するための加熱用直
流電源の発生電圧値を、加熱電圧変更手段で小さくする
ようにした燃焼機器。
【請求項４】請求項１における排ガス温度、および請
求項２における燃料供給量、および請求項３における空
気供給量にそれぞれ設定値を設け、検出値が前記設定値
より大小を判断することで加熱用直流電源の発生電圧値
を大小に制御するようにした燃焼機器。
【請求項５】請求項１における排ガス温度、および請
求項２における燃料供給量、および請求項３における空
気供給量にそれぞれ設定値を設け、検出値が設定値を超
えていると判断した時点から所定時間Ａ以内は、加熱用
直流電源の発生電圧値を変更しないで、限界電流式酸素
センサからの酸素濃度信号に基づき燃料供給部または空
気供給部を制御し、前記所定時間Ａ経過後さらに所定時
間Ｂ以内は、限界電流式酸素センサからの酸素濃度信号
に基づく燃料供給部または空気供給部の制御を解除し
て、加熱用直流電源の発生電圧値を変更するようにした
燃焼機器。
【請求項６】限界電流式酸素センサが、酸素イオン電
導性固体電解質体と、前記固体電解質体の両面に形成さ
れた対となるカソード電極膜およびアノード電極膜と、
前記固体電解質体の片側に位置し前記カソード電極膜を
囲み始端と終端が互いに間隔を有するように配置された
螺旋型スペーサと、前記螺旋型スペーサの上部に配置さ
れたシール体とから構成され、酸素拡散通路を前記固体
電解質体と前記螺旋型スペーサの相対向する隔壁と前記
シール体とで囲まれる螺旋型空間に形成し、加熱体を前
記シール体に形成した請求項１ないし５のいずれかに記
載の燃焼機器。
【請求項７】限界電流式酸素センサのカソード電極膜
およびアノード電極膜が、白金を主成分としており、酸
化銅と酸化ビスマスからなる結合材を小量含有してなる
請求項６記載の燃焼機器。
【請求項８】加熱体が白金ヒータである請求項６記載
の燃焼機器。