JPH1163488A

JPH1163488A - 燃焼制御装置

Info

Publication number: JPH1163488A
Application number: JP9227845A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Umeda; 孝裕梅田; Takeshi Nagai; 彪長井; Akio Fukuda; 明雄福田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼制御装置において、燃焼用空気中に揮発
性のシリコーン化合物が混入し、バーナや電極手段の表
面に絶縁性のシリコン酸化物が形成されても正確に燃焼
状態をを検出することを目的とする。【解決手段】バーナ１と、燃料供給手段２と、燃焼用
空気供給手段３と、第１火炎インピーダンス検出手段１
９と、標準火炎インピーダンス選択手段２０と、第１燃
焼判断手段２１と、燃焼制御手段１０を備え、火炎４そ
のものの性質を示す火炎インピーダンスを用い燃焼状態
を判断するので、バーナ１や電極手段５に絶縁性のシリ
コン酸化物が形成されても、正確に燃焼状態を検出する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃焼装置に搭載さ
れ、燃焼を制御する燃焼制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の燃焼制御装置は、特開平６
−２１３４３２号公報などに記載されているようなもの
が一般的であった。

【０００３】この装置は図１４のブロック図に示されて
いるように燃料を燃焼させるバーナ１と、入力された燃
焼量に応じて一定の燃料および燃焼用空気を供給する燃
料供給手段２および燃焼用空気供給手段３と、バーナ１
に形成された火炎４に含まれる荷電粒子に接触するよう
に配置される電極手段５と、バーナ１と電極手段５間に
電圧を印加する電圧印加手段６と、バーナ１と電極手段
５間に流れる電流を検出する電流検出手段７と、入力さ
れた燃焼量に応じて標準電流を選択する標準電流選択手
段８と、検出した電流と標準電流を比較し燃焼が正常で
あるかどうかを判断する燃焼判断手段９と、燃焼が異常
のとき燃焼を停止する燃焼制御手段１０を備えていた。

【０００４】灯油などの液体燃料は、入力された燃焼量
に応じ燃料供給手段２により一定の割合で気化筒１１内
部に供給され、同時に燃焼用空気供給手段３により必要
な燃焼用空気が供給されていた。燃料は気化筒１１内部
に臨ませたノズル１２より噴出され、気化筒１１に埋設
された電気ヒータ１３により加熱され、気化し、燃料ガ
スとなり、燃料ガスは燃焼用一次空気通孔１４より供給
される燃焼用一次空気と混合され、予混合ガスとなり、
予混合ガスはバーナ１と気化筒１１の間に配置された絞
り板１５を通り、バーナ１底壁の通孔１６を通ってバー
ナ１内部に導入されていた。

【０００５】さらに、予混合ガスはバーナ１周壁の炎孔
１７を通過するときにバーナベース１８に固定された点
火ロッド１９により点火され、火炎４を形成していた。

【０００６】火炎４は燃料ガスと予混合された燃焼用一
次空気との燃焼反応により炎孔１７に形成された内炎４
ａと、周囲の燃焼用二次空気との燃焼反応により内炎４
ａの外側に形成された外炎４ｂから成る。内炎４ａおよ
び外炎４ｂには熱電離したイオンや電子などの荷電粒子
が多く存在し、特に内炎４ａの荷電粒子密度は外炎４ｂ
のそれに比べて高い。

【０００７】電極手段５は、バーナベース１８に固定さ
れ、大きな電流を流すため荷電粒子の密度の高い内炎４
ａに接触するように配置されていた。

【０００８】また、電極手段５の先端５ａには、補助ロ
ッド５ｂが設けられており、補助ロッド５ｂは電極手段
５と熱膨張係数の異なる材質で構成されていた。

【０００９】上記構成により、従来の燃焼制御装置は、
図１５に示すフローチャートのような動作を行ってい
た。まず、ステップ１で運転スイッチが入っているかど
うかが確認され、入っていればステップ２において温度
設定などにより燃焼量Ｑ_inが入力され、燃焼が開始され
ていた。バーナ１と電極手段５間に電圧印加手段６によ
り一定の電圧が印加されると、火炎４中の荷電粒子が加
速され、バーナ１あるいは電極手段５に向かって移動
し、バーナ１と電極手段５間に電流Ｉ_frが流れる。この
電流Ｉ_frをステップ３で電流検出手段７により検出す
る。電流Ｉ_frは正常燃焼であれば一定であり、燃焼量Ｑ
_inとともに変化する。予め正常燃焼における電流Ｉ_frと
燃焼量Ｑ_inの関係を調べておき、ステップ４で標準電流
選択手段８により燃焼量Ｑ_inに応じ標準電流Ｉ_stdが選
択されていた。検出された電流Ｉ_frはステップ５で燃焼
判断手段９により標準電流Ｉ_stdとほぼ同じであるか確
認され、ほぼ同じであれば正常燃焼と判断され、再びス
テップ１に戻り、運転スイッチが入っている限りステッ
プ５までの動作が繰り返され、燃焼を継続する。一方、
電流Ｉ_frは酸欠燃焼などの異常燃焼のときは減少するの
で、電流Ｉ_frが標準電流Ｉ _stdと異なれば異常燃焼と判
断され、ステップ６で燃焼制御手段１０により燃焼が停
止され、換気を促す警報を発するなどの燃焼制御が行わ
れていた。

【００１０】しかし、燃焼用空気中に整髪スプレーなど
に含まれる揮発性の有機シリコーン化合物が混入する
と、バーナ１や電極手段５の表面に絶縁性のシリコン酸
化物が形成され、電流Ｉ_frが減少するという課題があっ
た。電流Ｉ_frは異常燃焼のときも減少するので、燃焼判
断手段９は正常燃焼であるにも関らず異常燃焼と判断
し、燃焼制御手段１０が誤って動作し、燃焼を停止して
いた。

【００１１】そこで、電極手段５に異なる材質からなる
補助ロッド５ｂを設け、電極手段５の表面に絶縁性のシ
リコン酸化物が形成されても、燃焼を判断できるように
していた。特開平６−２１３４３２号公報によれば、電
極手段５と補助ロッド５ｂの熱膨張率が異なるため、シ
リコン酸化物の形成された電極手段５の表面に温度が変
化することにより亀裂や孔食が生じ、その部分が新たな
導通部となるので電流Ｉ_frは減少せず、シリコン酸化物
の影響を受けることなく燃焼を判断できるとしている。

【００１２】

【発明の解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃焼制御装置では、燃焼用空気中に揮発性の有機シリコ
ーン化合物が混入した場合、電極手段５の先端５ａに補
助ロッド５ｂを設けることにより、表面に絶縁性のシリ
コン酸化物が形成されても、電流Ｉ_frは減少しないとし
ているが、シリコン酸化物は電極手段５だけでなくバー
ナ１の表面にも形成される。バーナ１の表面にシリコン
酸化物が形成されると、たとえ正常燃焼であっても電流
Ｉ_frは減少するので、燃焼判断手段９が異常と判断し、
燃焼制御手段１０が誤って動作するという課題を有して
いた。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、バーナと、燃料供給手段と、燃焼用空気供
給手段と、第１火炎インピーダンス検出手段と、標準火
炎インピーダンス選択手段と、第１燃焼判断手段と、燃
焼制御手段を備えた燃焼制御装置としたものである。

【００１４】上記発明によれば、絶縁性のシリコン酸化
物の影響を受ける電流でなく、第１火炎インピーダンス
検出手段により検出する火炎そのものの性質を示す火炎
インピーダンスから燃焼を判断するので、燃焼用空気中
に揮発性の有機シリコーン化合物が混入して、バーナや
電極手段の表面に絶縁性のシリコン酸化物が形成されて
も、安定して正確に燃焼を判断することができ、燃焼制
御が誤って動作することがない。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、各請求項に記載の形態
で実施できるものであり、請求項１記載のように、燃料
を燃焼させるバーナと、入力された燃焼量に応じて一定
の燃料および燃焼用空気を供給する燃料供給手段および
燃焼用空気供給手段と、前記バーナに形成された火炎の
インピーダンスを検出する第１火炎インピーダンス検出
手段と、入力された燃焼量に応じて標準火炎インピーダ
ンスを選択する標準火炎インピーダンス選択手段と、検
出した火炎インピーダンスと標準火炎インピーダンスを
比較し燃焼が正常であるかどうかを判断する第１燃焼判
断手段と、燃焼が異常のとき燃焼を停止する燃焼制御手
段を備えた燃焼制御装置とすることにより、第１火炎イ
ンピーダンス検出手段により検出する火炎そのものの性
質を示す火炎インピーダンスを用いて燃焼を判断するの
で、燃焼用空気中に揮発性の有機シリコーン化合物が混
入し、バーナや電極手段の表面に絶縁性のシリコン酸化
物が形成されても、正確に燃焼を判断することができ
る。

【００１６】また、請求項２記載のように、第１火炎イ
ンピーダンス検出手段は、バーナに形成された火炎に含
まれる荷電粒子に接触するように配置される電極手段
と、前記バーナと前記電極手段間に電圧を印加する電圧
印加手段と、前記バーナと前記電極手段間に流れる電流
を検出する電流検出手段と、互いに異なる荷電粒子の電
位を検出する第１電位検出手段および第２電位検出手段
と、前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段間の
電位差を検出する電位差検出手段と、入力された燃焼量
に応じて補正電位差を選択する補正電位差選択手段と、
電流と電位差および補正電位差より火炎インピーダンス
を演算する演算手段を請求項１記載の燃焼制御装置に加
えることにより、実施できるものである。

【００１７】そして、電極手段とバーナ間に電圧を印加
し、電極手段とバーナ間に流れる電流を検出し、第１電
位検出手段および第２電位検出手段の接触する荷電粒子
の異なる等電位面間の電位差を検出する。電位差は電流
に対し、直線的に変化し、その傾きは第１電位検出手段
と第２電位検出手段間の火炎インピーダンスに相当す
る。火炎中に電流が流れなくてもわずかに電位差が生じ
るので正確な火炎インピーダンスを求めるためには検出
した電位差から電流−電位差特性における切片に相当す
る補正電位差を引き、補正する必要がある。補正した電
位差を検出した電流で割ることにより、正確な火炎イン
ピーダンスを求めることができ、燃焼を正確に判断する
ことができる。

【００１８】また、請求項３記載のように、燃料を燃焼
させるバーナと、入力された燃焼量に応じて一定の燃料
および燃焼用空気を供給する燃料供給手段および燃焼用
空気供給手段と、前記バーナに形成された火炎に含まれ
る荷電粒子に接触するように配置される電極手段と、前
記バーナと前記電極手段間に電圧を印加する電圧印加手
段と、前記バーナと前記電極手段間に流れる電流を検出
する電流検出手段と、入力された燃焼量に応じて標準電
流を選択する標準電流選択手段と、検出した電流と標準
電流を比較し燃焼が正常であるかどうかを判断する第２
燃焼判断手段と、電流が標準電流より低いとき火炎イン
ピーダンスを検出する第２火炎インピーダンス検出手段
と、入力された燃焼量に応じて標準火炎インピーダンス
を選択する標準火炎インピーダンス選択手段と、検出し
た火炎インピーダンスと標準火炎インピーダンスを比較
し燃焼が正常であるか判断する第３燃焼判断手段と、燃
焼が異常のとき燃焼を停止する燃焼制御手段を備えた燃
焼制御装置として実施することができる。

【００１９】そして、火炎インピーダンスの酸素濃度に
対する特性はバーナの形状や構成に大きく依存する。例
えば、バーナの周囲にアースリングのようなバーナと電
気的に同じ電位の導電体が存在した場合、酸素濃度が減
少し、火炎が酸素不足のため外側に伸び、アースリング
に接触すると、火炎中の電場が大きく変化し、火炎イン
ピーダンスなどの電気的特性に大きな影響を与える。ア
ースリングのような導電体がなければ、酸素濃度が減少
すれば火炎インピーダンスは単調に増加し、酸欠などを
確実に検出することができる。しかしアースリングのよ
うな導電体が存在した場合、酸素濃度が減少すると、火
炎がアースリングに接触し、火炎インピーダンスの特性
が大きく変化し、一旦増加した後、極大値を持って減少
しはじめる。このように燃焼装置がアースリングのよう
な導電体を備える場合、火炎インピーダンスのみから酸
欠などの異常燃焼を判断するのは困難であり、主に電流
により燃焼を判断し、電流が減少した場合のみ、火炎イ
ンピーダンスを検出し、電流の減少の原因がシリコン酸
化物の形成によるものなのか、異常燃焼によるものなの
かを判断することにより、アースリングのような導電体
があっても燃焼を正確に判断することができる。

【００２０】また、請求項４記載のように、第２火炎イ
ンピーダンス検出手段は、互いに異なる荷電粒子の電位
を検出する第１電位検出手段および第２電位検出手段
と、前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段間の
電位差を検出する電位差検出手段と、入力された燃焼量
に応じて補正電位差を選択する補正電位差選択手段と、
電流と電位差および補正電位差より火炎インピーダンス
を演算する演算手段を請求項３記載の燃焼制御装置に加
えた実施形態とすることができる。

【００２１】そして、電流が減少した場合のみ、電位差
検出手段により第１電位検出手段および第２電位検出手
段間の電位差を検出し、演算手段により検出した電流
と、電位差と補正電位差とから火炎インピーダンスを求
めるので、電流あるいは火炎インピーダンスのどちらか
一方で燃焼状態を判断するときに比べて、二重に燃焼状
態を判断しているので、より確実に燃焼状態を判断する
ことができる。

【００２２】また、請求項５記載のように、検出した電
流が標準電流より小さく、かつ検出した火炎インピーダ
ンスが標準火炎インピーダンスであるときバーナや電極
手段の表面にシリコン酸化物が形成されていることを表
示する第１表示手段を請求項１または３記載の燃焼制御
装置に加えた実施形態とすることができる。

【００２３】その場合は、使用者が燃焼装置の近傍で揮
発性の有機シリコーン化合物が含まれる整髪スプレーを
頻繁に使用した場合、燃焼用空気中に揮発性の有機シリ
コーン化合物が混入して、バーナと電極手段の表面に絶
縁性のシリコン酸化物が形成され、電流が減少するが、
火炎インピーダンスが変わらなければ、シリコン酸化物
が形成されているだけで燃焼は正常であるので、第１表
示手段によりシリコン酸化物の形成を表示することによ
り、有機シリコーン化合物が含まれる整髪スプレーの使
用を控えるよう使用者に告知することができ、より長く
燃焼装置を使用することができる。

【００２４】また、請求項６記載のように、入力された
燃焼量に応じて検出限界電流を選択する検出限界電流選
択手段と、電流が検出限界電流より小さいとき異常であ
ると判断する検出限界判断手段を請求項１または３記載
の燃焼制御装置に加えた実施形態とすることができる。

【００２５】その場合、電極手段とバーナ間に電圧を印
加すると、火炎中に存在する荷電粒子（イオンや電子）
が加速され、バーナあるいは電極手段へと移動するた
め、電極手段とバーナ間に電流が生じる。火炎中の荷電
粒子に接触するように配置された第１電位検出手段およ
び第２電位検出手段は、それぞれが接触する荷電粒子の
等電位面の電位を検出する。第１電位検出手段と第２電
位検出手段間の電位差は電極手段とバーナ間に流れる電
流に対して、直線的に変化し、その傾きは第１電位検出
手段と第２電位検出手段間の火炎インピーダンスに相当
するが、バーナや電極手段の表面に絶縁性のシリコン酸
化物が形成されていくと、燃焼が正常であっても電流は
徐々に減少していく。電流が減少しつづけると、バーナ
あるいは電極手段に到達する荷電粒子の数が減少し、電
気的な特性が変化するので、ある電流で傾きが変化す
る。この電流を検出限界電流とし、検出する電流が検出
限界電流に達すれば、火炎インピーダンスが大きく変わ
り、正確な火炎インピーダンスの検出が困難となる。本
発明は検出限界判断手段を備えているので、検出限界電
流までは正確に燃焼状態を検出することができ、検出限
界電流を超えれば異常と判断し、燃焼を停止することも
可能となる。

【００２６】また、請求項７記載のように、入力された
燃焼量に応じてリフト限界電流を選択するリフト限界電
流選択手段と、検出した火炎インピーダンスが標準火炎
インピーダンスでなく、かつ検出した電流がリフト限界
電流より小さいとき異常であると判断するリフト限界判
断手段を請求項１または３記載の燃焼制御装置に加えた
形態として実施できる。

【００２７】そして、不純物の混入した燃料や、変質し
た燃料を用いた場合、ヒータにより加熱され、気化する
とき、タールが生成し、気化素子に蓄積されていく。多
量のタールが蓄積すると、圧力損失が生じるので、燃料
が供給されにくくなり、実際の燃焼量は入力した燃焼量
よりも低くなる。一方、燃焼用空気の量は入力された燃
焼量に対して一定であるので、タールが蓄積し、実際の
燃焼量が減少すると、空気リッチの燃焼となる。さらに
燃焼量が減少すれば、火炎は吹き飛び、バーナの炎孔か
らリフトするようになる。火炎がリフトすれば火炎と炎
孔の間に隙間が生じ、そこから未燃混合ガスが漏れるの
で、臭気が発生するだけでなく危険である。直接実際の
燃焼量を測定することは困難であるが、空気リッチにな
ると電流は減少していくので、リフト直前にリフト限界
電流を設定し、リフト限界電流を超えれば異常と判断す
るリフト限界判断手段を設けることによりリフト限界ま
で正確に火炎インピーダンスを検出することができ、リ
フト限界電流を超えれば異常と判断し、燃焼を停止する
ことも可能となる。

【００２８】また、請求項８記載のように、入力された
燃焼量に応じてリフト限界火炎インピーダンスを選択す
るリフト限界火炎インピーダンス選択手段と、検出した
火炎インピーダンスとリフト限界火炎インピーダンスを
比較し燃焼が正常であるかどうかを判断するリフト限界
判断手段を請求項１または３記載の燃焼制御装置に加え
た形態で実施できるものである。

【００２９】そして、燃焼量が減少すると空気リッチの
燃焼となるため電流は減少するが、火炎インピーダンス
はある燃焼量範囲で一旦減少し、その後増加するといっ
た特性を有する。火炎インピーダンスはリフト直前で火
炎がバーナ炎孔より吹き飛ぶため、極めて大きく増加す
るので、このリフト直前の火炎インピーダンスをリフト
限界火炎インピーダンスとすれば、タールが蓄積し、実
際の燃焼量が減少しても燃焼としてはリフトしなければ
安全であるので、燃焼を継続することができ、リフト直
前まで正確に燃焼状態を検出することができ、より幅広
い燃焼量範囲での燃焼が可能となる。

【００３０】また、請求項９記載のように、検出した電
流がリフト限界電流より小さくなく、かつ検出した火炎
インピーダンスがリフト限界火炎インピーダンスより小
さいとき実際の燃焼量が入力された燃焼量より低下して
いることを表示する表示手段を請求項１または３記載の
燃焼制御装置に加えた形態で実施できるものである。

【００３１】そして、電流が減少し、検出した火炎イン
ピーダンスが正常な燃焼量の火炎インピーダンスより減
少した場合、気化素子にタールが蓄積し、実際の燃焼量
が入力した燃焼量より低くなっていると判断することが
できる。燃焼としてはリフトしなければ安全であるので
表示手段を用いて燃焼量の低下を表示し、使用者に気化
素子にタールが付着している可能性があるので、正常な
灯油を使用するように告知することができ、より長く燃
焼装置を使用することができる。

【００３２】また、請求項１０記載のように、燃焼制御
装置は、実際の燃焼量が入力された燃焼量より低下した
とき、検出した火炎インピーダンスが標準火炎インピー
ダンスになるように燃焼用空気の供給量を制御すること
ができる請求項１または３記載の燃焼制御装置として実
施することができる。

【００３３】そして、気化素子にタールが付着するなど
して、実際の燃焼量が入力した燃焼量より低下すると、
燃焼用空気供給手段は入力された燃焼量に従って空気を
供給するので、燃焼は正常な燃焼より空気リッチな燃焼
となる。このとき火炎インピーダンスは実際の燃焼量に
応じて変化し、一旦標準火炎インピーダンスよりも小さ
くなった後、再び増加し、リフト限界火炎インピーダン
スに到達する。検出する火炎インピーダンスがこのリフ
ト限界火炎インピーダンスより小さければ、火炎はリフ
トしておらず、燃焼としては安全である。しかし、燃焼
制御装置で火炎インピーダンスが標準火炎インピーダン
スになるように、燃焼用空気供給手段を制御し、燃焼用
空気量を適切に減少させることにより、より安全な燃焼
を保持することができる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００３５】（実施例１）図１は本発明の実施例１にお
ける燃焼制御装置のブロック図である。実施例１におい
て従来例と同一構成要素のものについては同一符号を付
し一部説明を省略する。

【００３６】図１において灯油などの液体燃料および燃
焼用空気は燃料供給手段２および燃焼用空気供給手段３
により供給され、予混合ガスとなりバーナ１で燃焼し、
火炎４を形成する。そして、第１火炎インピーダンス検
出手段２０により火炎４の火炎インピーダンスを検出
し、標準火炎インピーダンス選択手段２１が入力された
燃焼量に応じ標準火炎インピーダンスを選択する。さら
に、第１燃焼判断手段２２が検出した火炎インピーダン
スと標準火炎インピーダンスを比較し、燃焼が正常であ
るかどうかを判断する。検出した火炎インピーダンスが
標準火炎インピーダンスに比較して正常でない場合、異
常燃焼と判断し、燃焼制御手段１０が燃焼を停止し、警
報を発したり、エラーを表示したりすることができる。

【００３７】第１火炎インピーダンス検出手段２０は、
火炎４に接触するように配置される電極手段５と、バー
ナ１と電極手段５間に電圧を印加する電圧印加手段６
と、バーナ１と電極手段５間に流れる電流を検出する電
流検出手段７と、火炎４に含まれるイオンや電子などの
荷電粒子の等電位面の電位を検出する第１電位検出手段
２３および第２電位検出手段２４と、第１電位検出手段
２３と第２電位検出手段２４間の電位差を検出する電位
差検出手段２５と、入力された燃焼量に応じ検出した補
正電位差を選択する補正電位差選択手段２６と、検出し
た電流と電位差および補正電位差から第１電位検出手段
２３と第２電位検出手段２４間の火炎インピーダンスを
演算する演算手段２７で構成される。

【００３８】次に本発明の実施例１における燃焼制御装
置の動作を図２のフローチャートを用いて説明する。ま
ず、ステップ７で運転スイッチが入っているかどうかが
確認され、入っていればステップ８において温度設定な
どにより燃焼量Ｑ_inが入力され、燃焼が開始される。燃
焼開始と同時にステップ９で第１火炎インピーダンス検
出手段２０により、バーナ１に形成される火炎の火炎イ
ンピーダンスＲ₁₂が検出される。そして、ステップ１０
で標準火炎インピーダンス選択手段２１により燃焼量Ｑ
_inに応じた標準火炎インピーダンスＲ_stdが選択され、
ステップ１１で第１燃焼判断手段２２により検出した火
炎インピーダンスＲ₁₂が標準火炎インピーダンスＲ_std
とほぼ同じであるかどうかが判断される。同じであれば
正常燃焼であると判断され再びステップ７に戻り、運転
スイッチが入っている限りステップ１１までの動作が繰
り返され、燃焼は継続される。一方火炎インピーダンス
Ｒ ₁₂が標準火炎インピーダンスＲ_stdと異なれば異常燃
焼であると判断され、ステップ１２で燃焼制御手段１０
により燃焼が停止され、換気を促す警報を発するなどの
燃焼制御を行うことができる。

【００３９】火炎インピーダンスを検出するステップ９
はステップ１３からステップ１６のサブルーチンで構成
され、まず、ステップ１３でバーナ１と電極手段５間に
電圧印加手段６に一定の電圧を印加したときに流れる電
流Ｉ_frを電流検出手段７により検出する。次にステップ
１４で電位差検出手段２５により第１電位検出手段２３
と第２電位検出手段２４間の電位差Ｖ₁₂を検出する。さ
らにステップ１５で燃焼量Ｑ_inに応じ補正電位差選択手
段２６により補正電位差ａ₁₂を選択する。そして、ステ
ップ１６で演算手段２７により火炎インピーダンスＲ₁₂
を次式より求めることができる。

【００４０】

【数１】

【００４１】上記構成の本発明の燃焼制御装置は暖房機
器などの燃焼装置に搭載され、燃焼装置の運転スイッチ
が入り、温度設定などにより燃焼量が入力されると、入
力された燃焼量に応じ灯油などの液体燃料は燃料供給手
段２により一定の割合で気化素子２８に供給され、同時
に燃焼用空気供給手段３により必要な燃焼用空気が供給
される。燃料は気化素子２８において電気ヒータ１３に
より加熱され、気化し、燃料ガスとなり、ノズル１２よ
りバーナ１内部に噴出される。そのときイジェクタ作用
により燃焼用一次空気が周囲から吸引され燃料ガスと混
合され、予混合ガスとなる。予混合ガスはバーナ１周壁
の炎孔１７を通過するときに点火され、火炎４を形成す
る。

【００４２】火炎４は燃料ガスと予混合された燃焼用一
次空気の燃焼反応により炎孔１７に形成された内炎４ａ
と、周囲の燃焼用二次空気の燃焼反応により内炎４ａの
外側に形成された外炎４ｂから成る。内炎４ａおよび外
炎４ｂには熱電離したイオンや電子などの荷電粒子が多
く存在し、特に内炎４ａの荷電粒子密度は外炎４ｂのそ
れに比べて高い。電極手段５と第１電位検出手段２３お
よび第２電位検出手段２４は荷電粒子密度の高い内炎４
ａに接触して配置した。

【００４３】バーナ１と電極手段５間に電圧印加手段６
で一定の電圧を印加すると、火炎４中の荷電粒子が加速
され、バーナ１あるいは電極手段５に向かって移動し、
バーナ１と電極手段５間に燃焼量に応じた一定の電流が
流れる。また、第１電位検出手段２３および第２電位検
出手段２４が接触する荷電粒子の異なる等電位面の電位
を検出し、電位差検出手段２５でこれらの間の電位差を
検出する。

【００４４】第１電位検出手段２３と第２電位検出手段
２４間の電位差Ｖ₁₂は電流Ｉ_frに対して直線的に変化
し、Ｖ₁₂−Ｉ_fr特性における直線の傾きは第１電位検出
手段２３と第２電位検出手段２４間の火炎インピーダン
スＲ₁₂に相当する。電位差Ｖ₁₂は電流Ｉ_frが流れなくて
もわずかに生じるため、電位差Ｖ₁₂と電流Ｉ_frから正確
な火炎インピーダンスＲ₁₂を求めるためにはＶ₁₂−Ｉ_fr
特性における直線の切片相当部分を引算する必要があ
る。この切片相当部分を補正電位差ａ₁₂と呼ぶ。

【００４５】燃焼量などの燃焼条件が決まれば、補正電
位差ａ₁₂および火炎インピーダンスＲ₁₂はある一定の値
を示す。予め各燃焼量において正常燃焼時の補正電位差
ａ₁₂および火炎インピーダンスＲ₁₂を求めておけば、実
際に入力された燃焼量に応じ、補正電位差選択手段２６
および標準火炎インピーダンス選択手段２１によりそれ
ぞれ選択することができる。

【００４６】上記実施例によれば、燃焼用空気中に整髪
スプレーなどに含まれる揮発性の有機シリコーン化合物
が混入され、バーナ１や電極手段５の表面に絶縁性のシ
リコン酸化物が形成されたときに、従来のようにシリコ
ン酸化物の形成により減少する電流Ｉ_frでなく、火炎の
本質的な量を示す火炎インピーダンスＲ₁₂を用いるの
で、シリコン酸化物の形成とは無関係に確実に燃焼状態
を判断することができる。

【００４７】本実施例の燃焼制御装置を搭載した燃焼装
置を用いてＶ₁₂−Ｉ_fr特性を調べた。燃焼量を２，５０
０ｋｃａｌ／ｈに設定したときの正常燃焼におけるＶ₁₂
−Ｉ _fr特性を図３に示す。図３より電位差Ｖ₁₂は電流Ｉ
_frに対し直線的に変化しており、この直線の傾きおよび
切片がそれぞれ火炎インピーダンスＲ₁₂および補正電位
差ａ₁₂に相当し、それぞれおよそ１．６ｋΩおよび３
９．７ｍＶであった。

【００４８】バーナ１や電極手段５の表面に絶縁性のシ
リコン酸化物が形成されると電流Ｉ _frは減少するが、正
常燃焼であれば火炎インピーダンスＲ₁₂は一定であり、
また火炎インピーダンスＲ₁₂は酸欠やリフト燃焼などの
異常燃焼時には変化するので、第１燃焼判断手段２２で
標準火炎インピーダンス選択手段２１で選択する標準火
炎インピーダンスＲ_stdと比較することにより燃焼を判
断することができる。

【００４９】次に、本実施例の燃焼制御装置を用いて、
燃焼量約２，５００ｋｃａｌ／ｈにおけるシリコン酸化
物の形成に伴う電流Ｉ_frと電位差Ｖ₁₂の経時変化につい
て調べた。

【００５０】実際にバーナ１や電極手段５の表面に形成
されるシリコン酸化物は枝毛コート剤などの整髪スプレ
ーなどに含まれる揮発性の有機シリコーン化合物が燃焼
用空気中に混入し、高温になったバーナ１や電極手段５
の表面で酸化され形成されるが、本実施例では模擬的か
つ加速的にシリコン酸化物の形成される特性を調べるた
め、液体燃料である灯油中に有機シリコーンオイルを重
量濃度で約２００ｐｐｍ添加した灯油を用いて実験を行
った。

【００５１】バーナ１と電極手段５の間には、電圧印加
手段６により約２４Ｖの一定の直流電圧を供給した。

【００５２】正常灯油における正常燃焼時の電流Ｉ_frは
約８０μＡであった。燃料を正常灯油から有機シリコー
ンオイル添加灯油に切り替えると、電流Ｉ_frは燃焼が正
常であるにもかかわらず、時間とともに減少し、有機シ
リコーンオイル添加灯油で約６時間連続燃焼後には、初
期電流の約４０％である３０μＡまで減少した。

【００５３】一方、正常灯油使用における正常燃焼時の
電位差Ｖ₁₂は約０．１９Ｖであった。燃料を正常灯油か
ら有機シリコーンオイル添加灯油に切り替えると、電位
差Ｖ ₁₂は時間とともに減少し、有機シリコーンオイル添
加灯油中で約６時間連続燃焼後には、初期電位差の約６
０％である０．１１Ｖまで減少した。

【００５４】また、有機シリコーンオイル添加灯油中で
約６時間連続燃焼後、燃焼を停止し、バーナ１の炎孔１
７や電極手段５の表面にシリコン酸化物からなる白い付
着物の存在を確認した。この事からシリコン酸化物が形
成されるために、バーナ１および電極手段５表面の絶縁
抵抗が増加し、バーナ１と電極手段５間に流れる電流Ｉ
_frが減少することは明らかである。

【００５５】従来はこの電流Ｉ_frにより燃焼状態を判断
していたが、本実施例では火炎インピーダンスＲ₁₂によ
り燃焼状態を判断するので、比較しやすいように電流Ｉ
_frで電源電圧（２４Ｖ）を割ったフレームロッド抵抗Ｒ
_fr＝２４／Ｉ_frを算出した。

【００５６】フレームロッド抵抗Ｒ_frと火炎インピーダ
ンスＲ₁₂のシリコン酸化物の形成に伴う経時変化を図４
に示す。図４より時間の経過とともにフレームロッド抵
抗Ｒ _frが初期約３００ｋΩから約６時間連続燃焼後約
２．７倍の８００ｋΩ近くまで増加することが判る。

【００５７】このフレームロッド抵抗Ｒ_frは酸欠などの
不完全燃焼時にも増加するため従来の燃焼制御装置はシ
リコン酸化物が形成された場合、このフレームロッド抵
抗Ｒ _frの増加が異常燃焼によるものなのか、シリコン酸
化物の形成によるものなのかどうかを区別することがで
きず、正常燃焼であっても異常燃焼であると判断し、燃
焼を強制的に停止するなどの誤った燃焼制御を行うこと
があった。

【００５８】一方火炎インピーダンスＲ₁₂は初期約１．
６ｋΩから約９０分後、約１．３倍の２ｋΩまで増加し
たが、その後シリコン酸化物が形成されているにもかか
わらず、約２ｋΩ前後で安定しており、正常燃焼であれ
ばシリコン酸化物の形成量とは無関係にほぼ一定であっ
た。この火炎インピーダンスＲ₁₂は第１電位検出手段２
３で検出する等電位面と第２電位検出手段２４で検出す
る等電位面間の火炎インピーダンスに相当し、火炎イン
ピーダンスは燃焼により生成した荷電粒子の密度や易動
度に大きく依存し、正常燃焼であればバーナ１や電極手
段５の表面に形成されるシリコン酸化物の有無にかかわ
らず、すなわち電流Ｉ_frの大小に依らず一定であるの
で、本実施例の構成により火炎インピーダンスＲ₁₂を用
いれば燃焼用空気中に有機シリコーン化合物が混入して
も、燃焼状態を正確に判断することができる。

【００５９】また、シリコン酸化物は燃焼条件によりバ
ーナ１に多く付着したり、電極手段５に付着したりする
が、火炎インピーダンスは火炎の本質的な量を示す値で
あり、シリコン酸化物とほぼ無関係であり、火炎インピ
ーダンスを検出すれば、シリコン酸化物がバーナ１およ
び電極手段５のどちらに形成されても正確に燃焼状態を
判断し制御することができる。

【００６０】また、本実施例では重量濃度で２００ｐｐ
ｍといった極めて高濃度な有機シリコーンオイル添加灯
油で約６時間連続燃焼を行ったが、実際に使用する燃焼
制御装置の燃焼用空気中に混入する有機シリコーン化合
物の濃度はもっと低いことを考慮すると正確に燃焼状態
を検出することができる時間は従来よりかなり大幅に伸
びることが判る。

【００６１】なお、電極手段５と第１電位検出手段２３
および第２電位検出手段２４の先端を、火炎４が短い場
合など、内炎４ａに接触するように配置することが困難
な場合、外炎４ｂに接触するように配置しても燃焼状態
が正常であるか、異常であるかは同様にして判断するこ
とができる。

【００６２】また、電極手段５と第１電位検出手段２３
と第２電位検出手段２４の材料には、高温燃焼火炎に対
して安定した導体として使用でき、化学的にも安定であ
るという点で、高耐熱性金属であるけい素、アルミニウ
ムおよびチタニウムを微量に含有する直径約φ１から３
ｍｍのステンレス線を用いた。

【００６３】また、電圧印加手段６が直流電源のとき、
電流Ｉ_frが多く流れるという点で、表面積の大きいバー
ナ１を負極とし電極手段５を正極に接続するのが好まし
い。

【００６４】また、電圧印加手段６に交流電源を用いれ
ば、バーナ１と電極手段５間には表面積の違いによりバ
ーナ１が正極の場合、電流Ｉ_frはあまり流れないが、負
極の場合よく流れるといった整流作用があるため、スス
などによりバーナ１と電極手段５間の短絡を検出するこ
とができる。

【００６５】また、バーナ１からのリードの取り出しが
困難な場合など、バーナ１と電気的に導通しているバー
ナベース１８や他の導電体を電極として用いてもよい。

【００６６】また、バーナ１がセラミックなどの絶縁体
からなる場合は、炎孔１７の近傍に網状などの導電体を
火炎４に接触するように配置し、その導電体を電極とし
て用いてもよい。

【００６７】また、電流検出手段７は電流計あるいは既
知抵抗端の電圧を検出する電圧計を用いることができ、
検出する信号に大きなノイズがある場合はコンデンサを
並列に接続すると交流成分を除去することができ、安定
した電流および電位差を検出することができる。

【００６８】また、電位差検出手段２５はエレクトロメ
ータなど入力抵抗の大きな電圧計が好ましいが、実用的
には第１電位検出手段２３および第２電位検出手段２４
の間に１００ｋΩから１０ＭΩ程度の抵抗を接続し、そ
の抵抗端の電圧を検出すれば、汎用の電圧計で電位差を
測定することができる。検出する電位差に大きなノイズ
がある場合はコンデンサを並列に接続すると交流成分を
除去することができ安定した電位差を検出することがで
きる。

【００６９】（実施例２）図５は本発明の実施例２の燃
焼制御装置のブロック図である。

【００７０】図５において実施例１と異なる点は、電流
と火炎インピーダンスを併用して燃焼を判断するところ
である。

【００７１】なお実施例１と同一符号のものは同一構造
を有し、説明は省略する。本発明の実施例２の燃焼制御
装置は、電流が減少しない限り、バーナ１と電極手段５
間に流れる電流により燃焼を判断し、標準電流選択手段
８により入力された燃焼量に応じた標準電流と検出した
電流を第２燃焼判断手段２９により比較して燃焼状態が
正常であるかどうかを判断することができる。そして、
電流が低下した場合のみ、電流の低下の原因が異常燃焼
によるものなのかそれともバーナ１や電極手段５の表面
に形成された絶縁性のシリコン酸化物によるものなのか
どうかを判断するために、第２火炎インピーダンス検出
手段３０により火炎インピーダンスを検出し、標準火炎
インピーダンス選択手段２１により入力された燃焼量に
応じた標準火炎インピーダンスと検出した火炎インピー
ダンスを第３燃焼判断手段３１により比較して燃焼状態
が正常であるかどうかを判断することができる。したが
って電流と火炎インピーダンスの両方により燃焼を判断
するので、電流あるいは火炎インピーダンスだけで燃焼
状態を判断するときに比べて、より確実に燃焼を判断す
ることができる。

【００７２】また、火炎インピーダンスの酸素濃度に対
する特性はバーナ１の形状や構成に大きく依存する。例
えば、バーナ１の周囲にアースリング３２のようなバー
ナ１と電気的に同じ電位の導電体が存在した場合、酸素
濃度が減少し、火炎４が酸素不足のため外側に伸び、ア
ースリング３２に接触すると、火炎４中の電場が大きく
変化し、火炎インピーダンスなどの電気的特性に大きく
影響を与える。アースリング３２のような導電体がなけ
れば、酸素濃度が減少すれば火炎インピーダンスは単調
に増加し、酸欠などを確実に検出することができる。し
かしアースリング３２のような導電体が存在した場合、
酸素濃度が減少すると、火炎４がアースリング３２に接
触したときに火炎インピーダンスの特性が大きく変化
し、一旦増加した後、極大値を持って減少しはじめる。
このように火炎インピーダンスが極大値を有する場合、
火炎インピーダンスのみから酸欠などの異常燃焼を判断
するのは困難である。

【００７３】本発明の実施例２の燃焼制御装置は、電流
を併用して燃焼状態を判断するので、アースリング３２
ような導電体が存在しても、燃焼を正確に判断すること
ができる。

【００７４】上記構成において、以下その動作を図５の
フローチャートを用いて説明する。まず、ステップ１７
で運転スイッチが入っているかどうかが確認され、入っ
ていればステップ１８において温度設定などにより燃焼
量Ｑ_inが入力され、燃焼が開始される。バーナ１と電極
手段５間に流れる電流をステップ１９で電流検出手段７
により検出する。そして、ステップ２０で燃焼量Ｑ_inに
応じ標準電流選択手段８が標準電流Ｉ_stdを選択し、検
出された電流Ｉ_frはステップ２１で第２燃焼判断手段２
９により標準電流Ｉ_stdとほぼ同じであるかどうかが確
認され、ほぼ同じであれば正常燃焼と判断され、再びス
テップ１７に戻り、運転スイッチが入っている限りステ
ップ２１までの動作が繰り返され、燃焼を継続する。一
方、電流Ｉ_frが標準電流Ｉ_stdと異る場合は、ステップ
２２で第２火炎インピーダンス検出手段３０により、バ
ーナ１に形成される火炎４の火炎インピーダンスＲ₁₂が
検出される。そして、ステップ２３で標準火炎インピー
ダンス選択手段２１により燃焼量Ｑ_inに応じた標準火炎
インピーダンスＲ_stdが選択され、ステップ２４で第３
燃焼判断手段３１により検出した火炎インピーダンスＲ
₁₂が標準火炎インピーダンスＲ_stdとほぼ同じであるか
どうかが判断される。同じであれば燃焼は正常であると
判断され再びステップ１７に戻り、運転スイッチが入っ
ている限りステップ２４までの動作が繰り返され、燃焼
を継続することができる。一方火炎インピーダンスＲ₁₂
が標準火炎インピーダンスＲ_stdとほぼ同じでなければ
異常であると判断され、ステップ２５で燃焼制御手段１
０により燃焼が停止され、換気を促す警報を発するなど
の燃焼制御を行うことができる。

【００７５】火炎インピーダンスを検出するステップ２
２はステップ２６からステップ２８のサブルーチンで構
成され、まず、ステップ２６で電位差検出手段２５によ
り第１電位検出手段２３と第２電位検出手段２４間の電
位差Ｖ₁₂を検出する。さらにステップ２７で燃焼量Ｑ_in
に応じ補正電位差選択手段２６により補正電位差ａ₁₂を
選択する。そして、ステップ２８で演算手段２７により
火炎インピーダンスＲ ₁₂を求めることができる。

【００７６】以上説明したように本実施例によれば、電
流と火炎インピーダンスの両方から燃焼を判断するの
で、電流あるいは火炎インピーダンスだけで燃焼を判断
する場合より、確実に燃焼状態を判断することができ、
アースリング３２のようなバーナ１と電気的に同じ電位
の導電体が存在しても、電流が減少しなければ電流で燃
焼状態を判断し、電流が減少した場合のみ火炎インピー
ダンスで燃焼状態を判断するので、酸欠などの異常燃焼
を確実に判断することができる。

【００７７】（実施例３）図７および図８は本発明の実
施例３の燃焼制御装置のブロック図およびフローチャー
トである。

【００７８】図７において実施例１と異なる点は、第１
表示手段３３を設け、電流が減少しても火炎インピーダ
ンスが変化しなければ、燃焼をそのまま継続し、さらに
シリコン酸化物の形成を表示するようにしたところであ
る。

【００７９】なお実施例１と同一符号のものは同一構造
を有し、説明は省略する。次に本発明の実施例３の燃焼
制御装置の動作について図８のフローチャートを用いて
説明する。図８において、ステップＳ７から火炎インピ
ーダンスＲ₁₂を検出し、標準火炎インピーダンスＲ_std
と比較するステップ１１までは実施例１のフローチャー
トと同じである。ステップ１１において、火炎インピー
ダンスＲ₁₂が標準火炎インピーダンスＲ_stdとほぼ同じ
であれば正常燃焼と判断し、ステップ７に戻り運転スイ
ッチが入っている限り、燃焼は継続されるが、ステップ
７に移行する前に、ステップ２９を追加することによ
り、第１表示手段３３によりバーナ１や電極手段４の表
面にシリコン酸化物が形成されていることを表示するこ
とができるようになっている。

【００８０】上記構成により、電流が減少しても火炎イ
ンピーダンスが変化しなければ、燃焼用空気中に整髪ス
プレーなどに含まれる揮発性の有機シリコーン化合物が
混入し、バーナ１や電極手段５の表面に絶縁性のシリコ
ン酸化物が形成されるだけで、燃焼状態は正常のままで
あるので、第１表示手段３３により、シリコン酸化物の
形成を表示し、燃焼は継続することができ、使用者に有
機シリコーン化合物の含まれる整髪スプレーの使用を控
えるよう告知することができ、より長く燃焼装置を使用
することができる。

【００８１】また、本実施例の燃焼制御装置は実施例２
のように主に電流で燃焼を検出する場合にも適用でき、
同様の効果を得ることができる。

【００８２】（実施例４）図９および１０は本発明の実
施例４における燃焼制御装置のブロック図およびフロー
チャートである。

【００８３】図９において実施例１と異なる点は、検出
限界電流選択手段３４および検出限界判断手段３５を設
け、電流検出手段７で検出する電流が検出限界電流に達
した場合、正確な火炎インピーダンスを検出することは
困難となるため、異常燃焼と判断し、燃焼を停止するよ
うにしたところである。

【００８４】なお実施例１と同一符号のものは同一構造
を有し、説明は省略する。バーナ１と電極手段５間に電
圧を印加すると、火炎４中に存在する荷電粒子（イオン
や電子）が加速され、バーナ１あるいは電極手段５へと
移動するため、バーナ１と電極手段５間に電流が生じ
る。火炎４中の荷電粒子に接触するように配置された第
１電位検出手段２３および第２電位検出手段２４は、そ
れぞれが接触する荷電粒子の等電位面の電位を検出す
る。第１電位検出手段２３と第２電位検出手段２４間の
電位差はバーナ１と電極手段５間に流れる電流に対し
て、直線的に変化し、その傾きは第１電位検出手段２３
と第２電位検出手段２４間の火炎インピーダンスに相当
するが、バーナ１や電極手段５の表面に絶縁性のシリコ
ン酸化物が形成されていくと、燃焼が正常であっても電
流は徐々に減少していく。電流が減少しつづけると、バ
ーナ１あるいは電極手段５に到達する荷電粒子の数が減
少し、電気的な特性が変化するので、ある電流で傾きが
変化する。この電流を検出限界電流とし、検出する電流
が検出限界電流に達すれば、火炎インピーダンスが大き
く変わり、正確な火炎インピーダンスの検出が困難とな
る。本実施例は検出限界判断手段３５を備えているの
で、検出限界電流までは正確に燃焼状態を検出すること
ができ、検出限界電流を超えれば異常と判断し、燃焼を
停止することができる。

【００８５】上記構成における、動作について図１０の
フローチャートを用いて説明する。図１０において実施
例１のフローチャートと異なる点は、火炎インピーダン
スＲ ₁₂の検出するステップ９のサブルーチンの中で電流
Ｉ_frを検出するステップ１３の後に入力された燃焼量燃
焼量Ｑ_inに応じ検出限界電流Ｉ_Siを選択するステップ３
０および検出限界を判断するステップ３１を追加したと
ころである。ステップ１３において検出した電流Ｉ_frが
検出限界電流Ｉ_Siより大きければ、そのままステップ１
４に移り電位差Ｖ₁₂を検出し、以下実施例１と同様にし
てステップ１６で火炎インピーダンスＲ₁₂を演算する。
しかし、ステップ３１で電流Ｉ_frが検出限界電流Ｉ_Siよ
り小さかった場合、正確に火炎インピーダンスＲ₁₂を検
出することは困難となるので、安全のために異常と判断
し、その段階でステップ１２へ移り、燃焼を停止するこ
とができる。

【００８６】以上のように検出限界判断手段３５を設け
ることにより、シリコン酸化物がバーナ１や電極手段５
の表面に形成され、電流Ｉ_frが減少しても検出限界電流
Ｉ_Siぎりぎりまで正確に火炎インピーダンスを検出する
ことができる。

【００８７】また、本実施例の燃焼制御装置は実施例２
のように主に電流で燃焼を検出する場合にも適用でき、
同様の効果を得ることができる。

【００８８】（実施例５）図１１および図１２は本発明
の実施例５の燃焼制御装置のブロック図および同燃焼制
御装置における火炎インピーダンスの燃焼量特性図であ
り、図１３は同燃焼制御装置のフローチャートである。

【００８９】図１１において実施例１と異なる点は、リ
フト限界電流選択手段３６と、第１リフト限界判断手段
３７と、リフト限界火炎インピーダンス選択手段３８
と、第２リフト限界判断手段３９と、第２表示手段４０
を備えたところである。

【００９０】なお実施例１と同一符号のものは同一構造
を有し、説明は省略する。入力された燃焼量に応じてリ
フト限界電流を選択するリフト限界電流選択手段３６
と、電流がリフト限界電流より小さいとき異常であると
判断する第１リフト限界判断手段３７を備えることによ
り、火炎４がリフトしたときを検出し、燃焼を停止する
ことができる。

【００９１】不純物の混入した燃料や、変質した燃料を
用いた場合、電気ヒータ１３により加熱され、気化する
とき、タールが生成し、気化素子２８に蓄積されてい
く。多量のタールが蓄積すると、圧力損失が生じるの
で、燃料が供給されにくくなり、実際の燃焼量は入力し
た燃焼量よりも低くなる。一方、燃焼用空気の量は入力
された燃焼量に対して一定であるので、タールが蓄積
し、実際の燃焼量が減少すると、空気リッチの燃焼とな
る。さらに燃焼量が減少すれば、火炎４は吹き飛び、バ
ーナ１の炎孔１７からリフトするようになる。火炎４が
リフトすれば火炎４と炎孔１７の間に隙間が生じ、そこ
から未燃混合ガスが漏れるので、臭気が発生するだけで
なく、危険である。直接実際の燃焼量を測定することは
困難であるが、空気リッチになると電流は減少していく
ので、リフト直前にリフト限界電流を設定し、さらにリ
フト限界電流を超えて減少すれば異常と判断する第１リ
フト限界判断手段３７を設けることによりリフト限界ま
で正確に火炎インピーダンスを検出することができる。

【００９２】また、入力された燃焼量に応じてリフト限
界火炎インピーダンスを選択するリフト限界火炎インピ
ーダンス選択手段３８と、検出した火炎インピーダンス
とリフト限界火炎インピーダンスを比較し燃焼が正常で
あるかどうかを判断する第２リフト限界判断手段３９
と、検出した火炎インピーダンスがリフト限界火炎イン
ピーダンスより小さいとき実際の燃焼量が入力された燃
焼量より低下していることを表示する第２表示手段４０
を備えることにより、たとえ気化素子２８にタールが蓄
積し、火炎インピーダンスが正常な燃焼量の火炎インピ
ーダンスより減少しても、燃焼としてはリフトしなけれ
ば安全であるので、燃焼を継続し、幅広い燃焼量範囲で
の燃焼を可能にしたものである。

【００９３】燃焼量が減少すると空気リッチの燃焼とな
るため電流は減少するが、火炎インピーダンスはある燃
焼量範囲で一旦減少し、その後増加するといった特性を
有する。火炎インピーダンスの燃焼量依存性を図１２に
示す。図１２において燃焼用空気供給手段３である送風
機の回転数を１，１３０ｒｐｍに保ち、初期燃焼量約
４，０００ｋｃａｌ／ｈから強制的に燃焼量Ｑを下げて
いったとき、火炎インピーダンスＲ₁₂は初期約９ｋΩで
あったが、燃焼量Ｑの低下とともに減少し、燃焼量Ｑ＝
１，５００ｋｃａｌ／ｈで約３ｋΩと最小になった。そ
の後火炎インピーダンスＲ₁₂は火炎４が炎孔１７より吹
き飛ぶため急激に増加し、リフト直前の燃焼量Ｑ＝８０
０ｋｃａｌ／ｈでは約１７ｋΩと大きく増加した。この
リフト直前の火炎インピーダンスをリフト限界火炎イン
ピーダンスとすれば、タールが蓄積し、実際の燃焼量が
減少してもリフト直前まで正確に燃焼状態を検出するこ
とができる。

【００９４】そして、電流が減少し、検出した火炎イン
ピーダンスが正常な燃焼量の火炎インピーダンスより減
少した場合、気化素子２８にタールが蓄積し、実際の燃
焼量が入力した燃焼量より低くなっていると判断するこ
とができ、燃焼としてはリフトしなければ安全であるの
で、第２表示手段４０を用いて燃焼量の低下を表示し、
燃焼を継続することができ、幅広い燃焼量範囲での燃焼
が可能となる。

【００９５】また、燃焼制御装置１０は、実際の燃焼量
が入力された燃焼量より低下したとき、検出した火炎イ
ンピーダンスが標準火炎インピーダンスになるように燃
焼用空気の供給量を制御することができるので、より安
全な燃焼を保持することができる。

【００９６】上記構成において、以下その動作について
図１３のフローチャートを用いて説明する。ステップ７
から火炎インピーダンスＲ₁₂を検出し、標準火炎インピ
ーダンスＲ_stdと比較するステップ１１までは実施例１
と同じである。ステップ１１で検出した火炎インピーダ
ンスＲ₁₂が標準火炎インピーダンスＲ_stdとほぼ同じ場
合は、正常燃焼であると判断し、ステップ７へ戻り、運
転スイッチが入っている限り、ステップ１１までの動作
を繰り返し燃焼が継続する。しかし、火炎インピーダン
スＲ₁₂が標準火炎インピーダンスＲ_stdと異なる場合
は、火炎がリフトしていないか確認するため、ステップ
３２で燃焼量Ｑ_inに応じてリフト限界電流選択手段３６
によりリフト限界電流Ｉ_liftが選択される。そして、ス
テップ３３で第１リフト限界判断手段３７により、検出
した電流Ｉ_frとリフト限界電流Ｉ_li _ftを比較し、電流Ｉ
_frがリフト限界電流Ｉ_liftより小さければ、その段階で
火炎４がリフトしている可能性があるため燃焼制御手段
１０を介し、燃焼を停止することができる。また、電流
Ｉ_frがリフト限界電流Ｉ_liftより大きければ、ステップ
３４へ進み、リフト限界火炎インピーダンス選択手段３
８により、燃焼量Ｑ_inに応じたリフト限界火炎インピー
ダンスＲ_liftを選択し、第２リフト限界判断手段３９に
より、ステップ３５で検出した火炎インピーダンスＲ₁₂
と限界火炎インピーダンスＲ_liftを比較し、燃焼が正常
であるかを確認することができる。もし、火炎インピー
ダンスＲ₁₂が限界火炎インピーダンスＲ_liftより大きい
場合は、火炎４がバーナ１よりリフトしている可能性が
あるため、異常と判断し、燃焼制御手段１０により燃焼
を停止することができる。また、火炎インピーダンスＲ
₁₂が限界火炎インピーダンスＲ_liftより小さい場合は、
気化素子２８にタールが付着し、実際の燃焼量が入力し
た燃焼量よりも低くなっている可能性が有り、燃焼は空
気リッチの燃焼になっているが、リフトはしていないた
め燃焼を継続することができ、より燃焼量幅の広い燃焼
が可能となる。さらにステップ３６で、第２表示手段４
０により実際の燃焼量が入力した燃焼量より低下してい
ることを表示することにより、使用者に正常灯油を使用
するよう告知することができ、気化素子２８の交換時期
を予め警告することができ、より長く燃焼装置を使用す
ることができる。さらにステップ３７で燃焼量が低下し
たことを燃焼制御装置９にフィードバックすることによ
り、燃焼用空気量を決める燃焼用空気供給手段３の回転
数を制御し、より適切な燃焼に調整することができる。

【００９７】また、本実施例の燃焼制御装置は実施例２
のように主に電流で燃焼を検出する場合にも適用でき、
同様の効果を得ることができる。

【００９８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
請求項１記載の発明によれば、電流の大きさに依存しな
い火炎インピーダンスを用いて燃焼が正常であるかどう
かを判断するので、燃焼用空気中に整髪スプレーなどに
含まれる揮発性の有機シリコーン化合物が混入し、バー
ナや電極手段の表面に絶縁性のシリコン酸化物が形成さ
れ、正常な燃焼であるにもかかわらず、電流が減少して
も、誤って燃焼を制御することなく正確に燃焼状態を判
断することができる。

【００９９】また、請求項２記載の発明によれば、荷電
粒子に接触するように配置された第１電位検出手段およ
び第２電位検出手段は接触した等電位面の電位を検出
し、電位差検出手段で等電位面間の電位差を検出する構
成になっており、電位差は電流に対し、直線的に変化
し、その傾きは第１電位検出手段と第２電位検出手段間
の火炎インピーダンスに相当し、電流−電位差特性にお
ける切片に相当する補正電位差を検出した電位差から引
き、さらに検出した電流で割るので、正確な火炎インピ
ーダンスを算出することができる。

【０１００】また、請求項３記載の発明によれば、燃焼
装置がアースリングのようなバーナと電気的に同じ電位
の導電体を備える場合、酸欠燃焼時に火炎インピーダン
スが極大値を示し、火炎インピーダンスだけで燃焼を判
断するのは困難となるが、電流を併用して燃焼状態を判
断することにより、アースリングのような導電体があっ
ても、酸欠などの異常燃焼を確実に検出することができ
る。本発明は電極手段とバーナ間に流れる電流が減少し
なければ、電流により燃焼を判断し、電流が減少した場
合のみ、火炎インピーダンスを検出し、燃焼を判断する
ので、アースリングがあっても酸欠などの異常燃焼を確
実に検出することができる。

【０１０１】また、請求項４記載の発明によれば、電流
が減少した場合のみ、火炎インピーダンスを電位差検出
手段により検出した第１電位検出手段および第２電位検
出手段間の電位差と、電流検出手段で検出した電流と、
補正電位差とから演算するので、正確な火炎インピーダ
ンスを求めることができる。

【０１０２】また、請求項５記載の発明によれば、使用
者が燃焼装置の近傍で揮発性の有機シリコーン化合物が
含まれる整髪スプレーを頻繁に使用した場合、燃焼用空
気中に揮発性の有機シリコーン化合物が混入して、バー
ナと電極手段の表面に絶縁性のシリコン酸化物が形成さ
れ、電流が減少するが、火炎インピーダンスが変わらな
ければ、シリコン酸化物が形成されているだけで燃焼状
態は正常であるので、第１表示手段によりシリコン酸化
物の形成を表示することにより、有機シリコーン化合物
が含まれる整髪スプレーの使用を控えるよう使用者に告
知することができ、より長く安定して燃焼装置を使用す
ることができる。

【０１０３】また、請求項６記載の発明によれば、第１
電位検出手段と第２電位検出手段間の電位差は電極手段
とバーナ間に流れる電流に対して、直線的に変化し、そ
の傾きは第１電位検出手段と第２電位検出手段間の火炎
インピーダンスに相当するが、バーナや電極手段表面に
絶縁性のシリコン酸化物が形成されていくと、燃焼が正
常であっても電流は徐々に減少していく。電流が減少し
つづけると、バーナあるいは電極手段に到達する荷電粒
子の数が減少し、電気的な特性が変化するので、ある電
流で傾きが変化する。この電流を検出限界電流とし、検
出する電流が検出限界電流に達すれば、火炎インピーダ
ンスが大きく変わり、正確な火炎インピーダンスの検出
が困難となる。本発明は検出限界判断手段を備えている
ので、検出限界電流までは正確に燃焼状態を検出するこ
とができ、検出限界電流を超えれば異常と判断し、燃焼
を停止することが可能となる。

【０１０４】また、請求項７記載の発明によれば、不純
物の混入した燃料や、変質した燃料を用いた場合、ヒー
タにより加熱され、気化するとき、タールが生成し、気
化素子に蓄積されていく。多量のタールが蓄積すると、
圧力損失が生じるので、燃料が供給されにくくなり、実
際の燃焼量は入力した燃焼量よりも低くなる。一方、燃
焼用空気の量は入力された燃焼量に対して一定であるの
で、タールが蓄積し、実際の燃焼量が減少すると、空気
リッチの燃焼となる。さらに燃焼量が減少すれば、火炎
は吹き飛び、バーナの炎孔からリフトするようになる。
火炎がリフトすれば火炎と炎孔の間に隙間が生じ、そこ
から未燃混合ガスが漏れるので、臭気が発生するだけで
なく、危険である。直接実際の燃焼量を測定することは
困難であるが、空気リッチになると電流は減少していく
ので、リフト直前にリフト限界電流を設定し、リフト限
界電流を超えれば異常と判断するリフト限界判断手段を
設けることによりリフト限界まで正確に火炎インピーダ
ンスを検出することができ、リフト限界電流を超えれば
異常と判断し、燃焼を停止することも可能となる。

【０１０５】また、請求項８記載の発明によれば、燃焼
量が減少すると空気リッチの燃焼となるため電流は減少
するが、火炎インピーダンスはある燃焼量範囲で一旦減
少し、その後増加するといった特性を有する。火炎イン
ピーダンスはリフト直前で火炎がバーナ炎孔より吹き飛
ぶため、極めて大きく増加するので、このリフト直前の
火炎インピーダンスをリフト限界火炎インピーダンスと
すれば、タールが蓄積し、実際の燃焼量が減少してもリ
フト直前まで正確に燃焼状態を検出することができ、幅
広い燃焼量範囲での燃焼が可能となる。

【０１０６】また、請求項９記載の発明によれば、検出
した電流がリフト限界電流より小さくなく、検出した火
炎インピーダンスが正常な燃焼量の火炎インピーダンス
より減少しリフト限界火炎インピーダンスより小さくな
った場合、気化素子にタールが蓄積し、実際の燃焼量が
入力した燃焼量より低くなっていると判断することがで
き、燃焼としてはリフトしなければ安全であるので、表
示手段を用いて燃焼量の低下を表示し、使用者に気化素
子にタールが付着している可能性があるので正常灯油を
使用するよう告知することができ、また、気化素子など
の交換時期を予め警告することができ、長く燃焼装置を
使用することができる。

【０１０７】また、請求項１０記載の発明によれば、実
際の燃焼量が入力された燃焼量より低下したとき、それ
を火炎インピーダンスとして検知し、燃焼制御装置にフ
ィードバックして、検出した火炎インピーダンスと標準
インピーダンスの差に基き燃焼用空気量を決める燃焼用
空気供給手段の回転数を制御し、より適切な燃焼に調整
することができ、燃焼を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における燃焼制御装置のブロ
ック図

【図２】同燃焼制御装置のフローチャート

【図３】同燃焼制御装置のＶ₁₂−Ｉ_fr特性図

【図４】同燃焼制御装置を用いたときの耐シリコン特性
図

【図５】本発明の実施例２における燃焼制御装置のブロ
ック図

【図６】同燃焼制御装置のフローチャート

【図７】本発明の実施例３における燃焼制御装置のブロ
ック図

【図８】同燃焼制御装置のフローチャート

【図９】同実施例４における燃焼制御装置のブロック図

【図１０】同燃焼制御装置のフローチャート

【図１１】本発明の実施例５における燃焼制御装置のブ
ロック図

【図１２】同燃焼制御装置における火炎インピーダンス
の燃焼量特性図

【図１３】同燃焼制御装置のフローチャート

【図１４】従来の燃焼制御装置のブロック図

【図１５】同燃焼制御装置のフローチャート

【符号の説明】

１バーナ２燃料供給手段３燃焼用空気供給手段４火炎５電極手段６電圧印加手段７電流検出手段８標準電流選択手段１０燃焼制御手段２０第１火炎インピーダンス検出手段２１標準火炎インピーダンス選択手段２２第１燃焼判断手段２３第１電位検出手段２４第２電位検出手段２５電位差検出手段２６補正電位差選択手段２７演算手段２９第２燃焼判断手段３０第２火炎インピーダンス検出手段３１第３燃焼判断手段３３第１表示手段３４検出限界電流選択手段３５検出限界判断手段３６リフト限界電流選択手段３７第１リフト限界判断手段３８リフト限界火炎インピーダンス選択手段３９第２リフト限界判断手段４０第２表示手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を燃焼させるバーナと、入力された燃
焼量に応じて一定の燃料および燃焼用空気を供給する燃
料供給手段および燃焼用空気供給手段と、前記バーナに
形成された火炎のインピーダンスを検出する第１火炎イ
ンピーダンス検出手段と、入力された燃焼量に応じて標
準火炎インピーダンスを選択する標準火炎インピーダン
ス選択手段と、検出した火炎インピーダンスと標準火炎
インピーダンスを比較し燃焼が正常であるかどうかを判
断する第１燃焼判断手段と、燃焼が異常のとき燃焼を停
止する燃焼制御手段を備えた燃焼制御装置。
【請求項２】第１火炎インピーダンス検出手段は、バー
ナに形成された火炎に含まれる荷電粒子に接触するよう
に配置される電極手段と、前記バーナと前記電極手段間
に電圧を印加する電圧印加手段と、前記バーナと前記電
極手段間に流れる電流を検出する電流検出手段と、互い
に異なる荷電粒子の電位を検出する第１電位検出手段お
よび第２電位検出手段と、前記第１電位検出手段と前記
第２電位検出手段間の電位差を検出する電位差検出手段
と、入力された燃焼量に応じて補正電位差を選択する補
正電位差選択手段と、電流と電位差および補正電位差よ
り火炎インピーダンスを演算する演算手段を備えた請求
項１記載の燃焼制御装置。
【請求項３】燃料を燃焼させるバーナと、入力された燃
焼量に応じて一定の燃料および燃焼用空気を供給する燃
料供給手段および燃焼用空気供給手段と、前記バーナに
形成された火炎に含まれる荷電粒子に接触するように配
置される電極手段と、前記バーナと前記電極手段間に電
圧を印加する電圧印加手段と、前記バーナと前記電極手
段間に流れる電流を検出する電流検出手段と、入力され
た燃焼量に応じて標準電流を選択する標準電流選択手段
と、検出した電流と標準電流を比較し燃焼が正常である
かどうかを判断する第２燃焼判断手段と、電流が標準電
流より低いとき火炎インピーダンスを検出する第２火炎
インピーダンス検出手段と、入力された燃焼量に応じて
標準火炎インピーダンスを選択する標準火炎インピーダ
ンス選択手段と、検出した火炎インピーダンスと標準火
炎インピーダンスを比較し燃焼が正常であるかどうかを
判断する第３燃焼判断手段と、燃焼が異常のとき燃焼を
停止する燃焼制御手段を備えた燃焼制御装置。
【請求項４】第２火炎インピーダンス検出手段は、互い
に異なる荷電粒子の電位を検出する第１電位検出手段お
よび第２電位検出手段と、前記第１電位検出手段と前記
第２電位検出手段間の電位差を検出する電位差検出手段
と、入力された燃焼量に応じて補正電位差を選択する補
正電位差選択手段と、電流と電位差および補正電位差よ
り火炎インピーダンスを演算する演算手段を備えた請求
項３記載の燃焼制御装置。
【請求項５】検出した電流が標準電流より小さく、かつ
検出した火炎インピーダンスが標準火炎インピーダンス
であるときバーナあるいは電極手段の表面にシリコン酸
化物が形成されていることを表示する第１表示手段を備
えた請求項１または３記載の燃焼制御装置。
【請求項６】入力された燃焼量に応じて検出限界電流を
選択する検出限界電流選択手段と、検出した電流が検出
限界電流より小さいとき異常であると判断する検出限界
判断手段を備えた請求項１または３記載の燃焼制御装
置。
【請求項７】入力された燃焼量に応じてリフト限界電流
を選択するリフト限界電流選択手段と、検出した火炎イ
ンピーダンスが標準火炎インピーダンスでなく、かつ検
出した電流がリフト限界電流より小さいとき異常である
と判断する第１リフト限界判断手段を備えた請求項１ま
たは３記載の燃焼制御装置。
【請求項８】入力された燃焼量に応じてリフト限界火炎
インピーダンスを選択するリフト限界火炎インピーダン
ス選択手段と、検出した火炎インピーダンスとリフト限
界火炎インピーダンスを比較し燃焼が正常であるかどう
かを判断する第２リフト限界判断手段を備えた請求項１
または３記載の燃焼制御装置。
【請求項９】検出した電流がリフト限界電流より小さく
なく、かつ検出した火炎インピーダンスがリフト限界火
炎インピーダンスより小さいとき実際の燃焼量が入力さ
れた燃焼量より低下していることを表示する第２表示手
段を備えた請求項１または３記載の燃焼制御装置。
【請求項１０】燃焼制御装置は、実際の燃焼量が入力さ
れた燃焼量より低下したとき、検出した火炎インピーダ
ンスが標準火炎インピーダンスになるように燃焼用空気
の供給量を制御することができる請求項１または３記載
の燃焼制御装置。