JPH1183013A

JPH1183013A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH1183013A
Application number: JP9239343A
Authority: JP
Inventors: Akio Fukuda; 明雄福田; Takeshi Nagai; 彪長井; Takahiro Umeda; 孝裕梅田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1997-09-04
Publication date: 1999-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】立炎や失火のような火炎形状が大きく変化す
る異常燃焼だけでなく、火炎形状に表れない異常燃焼も
検知でき、さらに電極などの表面の劣化や汚染による影
響を受けにくく、信頼性の高い燃焼状態検知手段を有す
る燃焼装置を提供するものである。【解決手段】火炎を生成する火炎生成手段６と、火炎
により生成した荷電粒子と接触する第１電極手段９と、
火炎生成手段６と第１電極手段９の間に電圧を印加する
電圧印加手段１０と、荷電粒子の電位を検出する電位検
出手段１２を備え、電位検出手段１２と第１電極手段９
の間の電位差を電位検出手段１４で検出し、燃焼状態を
検知する燃焼装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を燃焼する燃
焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の燃焼装置は、特開昭６１
−２３５６１２号公報に記載されているようなものが一
般的であった。この燃焼装置は図１３に示すようにバー
ナ１と、燃焼が正常状態において火炎に接触するように
配置されたフレーム電極２と、燃焼が異常状態で立炎し
た時に火炎に接触するように配置されたフレーム電極３
と、交流電源４と、電流検知手段５によって構成されて
いる。

【０００３】そして上記構成によれば、着火直後や燃焼
中の異常で火炎が小さい時は火炎はフレーム電極２、３
にとどかずフレーム電極２、３に充分なフレーム電流が
流れないので火炎なしの警報が出る。そして正常燃焼時
は、フレーム電極２のみ火炎中に位置し、フレーム電極
３には火炎が届かない。従つて、交流電圧は主としてフ
レーム電極２を介して電流を流し、火炎ありの状態を示
す。立炎時は、フレーム電極３も火炎中に入り、フレー
ム電極３にもフレーム電流が流れ、交流電圧による電流
はフレーム電極２、３間で平均化し、フレーム電極２を
流れる電流が減少し、火炎なし状態を示し警報を発する
ようになっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の燃焼装置では、燃焼状態が正常か異常かを判断するた
めの必要条件が、火炎が小さくなるとか立炎するといっ
た火炎形状の変化であり、異常原因が火炎形状に大きな
変化を及ぼさないような場合には従来の燃焼装置では検
知できないという課題があった。また前記フレーム電極
２、３の表面が劣化あるいは汚染の影響を受け、電極表
面が絶縁性を有し、正常燃焼にも係らず電流値が低下す
ることがある。この場合、結果として誤動作の可能性を
有するという課題もあった。また、燃焼装置の構成によ
っては、正常燃焼でない時に、電流値が増加し、フレー
ム電極だけでは異常判断できない場合があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、火炎を生成する火炎生成手段と、前記火炎に
より生成した荷電粒子と接触する第１電極手段と、前記
火炎生成手段と前記第１電極手段の間に電圧を印加する
電圧印加手段と、前記荷電粒子の電位を検出する電位検
出手段を備えた燃焼装置としたものである。

【０００６】上記発明によれば、火炎生成手段と第１電
極手段の間は、電圧印加手段によって一定電圧に保たれ
ているため、火炎内部の荷電粒子は、一定電圧に対して
火炎内部の荷電粒子分布などに起因する電位分布を持
つ。

【０００７】火炎内部の荷電粒子分布は燃焼状態と相関
関係を有するので、電位分布を検出することにより燃焼
状態を検知することができる。従って異常燃焼の場合、
荷電粒子の分布や流れが正常燃焼状態から変化し、火炎
の電位分布が変るので、その電位分布を検出することに
より異常燃焼を検知するものである。この場合の異常燃
焼とは、従来のような立炎や失火といった火炎の形状に
表れる変化だけでなく、火炎の形状変化が発生しないよ
うな火炎内部の荷電粒子分布の変化など微小な燃焼状態
を検出することができる。また、従来のような電流を検
出して燃焼状態を検知するのではなく、電位を検出して
燃焼状態を検出するので電極表面の劣化や汚染による影
響を受けにくく、信頼性の高い燃焼状態の検知を行うこ
とができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は各請求項記載の形態によ
って実施できるものであり、請求項１記載のようには、
火炎を生成する火炎生成手段と、前記火炎により生成し
た荷電粒子と接触する第１電極手段と、前記火炎生成手
段と前記第１電極手段の間に電圧を印加する電圧印加手
段と、前記荷電粒子の電位を検出する電位検出手段を備
えることにより、火炎生成手段（通常は燃焼バーナ）と
第１電極手段の間は、電圧印加手段によって一定電圧に
保たれているため、火炎内部の荷電粒子は、一定電圧に
対して火炎内部の荷電粒子分布などに起因する電位分布
を持つ。火炎内部の荷電粒子分布は燃焼状態と相関関係
を有するので、電位分布を検出することにより、燃焼状
態を検出することができる。従って異常燃焼の場合、荷
電粒子の分布や流れが正常燃焼状態から変化し、火炎の
電位分布が変るので、電位分布を検出することにより異
常燃焼を検知するものである。この場合の異常燃焼と
は、従来のような立炎や失火といった火炎の形状に表れ
る変化だけでなく、火炎の形状変化が発生しないような
火炎内部の荷電粒子分布の変化など微小な燃焼状態の変
化を検出することができる。また、従来のように電流を
検出して燃焼状態を検知するのではなく、電位を検出し
て燃焼状態を検知するので電極表面の劣化や汚染による
影響を受けにくく、信頼性の高い燃焼状態の検知を行う
ことができる。

【０００９】また、本発明の請求項２記載のように、火
炎を生成する火炎生成手段と、前記火炎により生成した
荷電粒子と接触する第１電極手段及び第２電極手段と、
前記第１電極手段と前記第2電極手段との間に電圧を印
加する電圧印加手段と、前記荷電粒子の電位を検出する
電位検出手段を備えることにより、火炎生成手段は、多
くの場合ステンレスなどの高耐熱性導電材料で構成され
るが、セラミックスなどの高耐熱性絶縁材料で構成され
る場合もあるから、火炎生成手段が導電性材料で構成さ
れる場合、火炎生成手段は電極として機能するが、火炎
生成手段が絶縁材料で構成される場合、火炎生成手段は
電極として機能しない。このような場合、火炎により生
成した荷電粒子と接触する第２電極手段を設けることに
より、火炎生成手段を導電性材料で構成した請求項１記
載の発明と同等の効果を得ることができる。

【００１０】また、本発明の請求項３記載のように、荷
電粒子の電位を検出する電位検出手段を移動可能にする
移動手段を請求項１または２記載の燃焼装置に加えるこ
とにより、電位検出手段が火炎中を任意に移動して荷電
粒子の電位を検出し、移動方向に対する荷電粒子の電位
分布から火炎の内部状態が検知でき、前述した相関関係
から火炎の正常又は異常の判断がなされる。このよう
に、荷電粒子の電位分布が測定されると、電位検出手段
の移動線上において火炎内部のどの位置において異常で
あるのかが判定できるようになる。

【００１１】さらに、荷電粒子の電位を検出する電位検
出手段を移動可能にする移動手段を請求項２記載の燃焼
装置に加えることにより、火炎生成手段は、多くの場合
ステンレスなどの高耐熱性導電材料で構成されるが、セ
ラミックスなどの高耐熱性絶縁材料で構成される場合も
あるから、火炎生成手段が導電性材料で構成される場
合、火炎生成手段は電極として機能するが、火炎生成手
段が絶縁材料で構成される場合、火炎生成手段は電極と
して機能しない。このような場合、火炎により生成した
荷電粒子と接触する第２電極手段を設けることにより、
火炎生成手段を導電性材料で構成した場合と同等の効果
を得ることができる。

【００１２】また、本発明の請求項４記載のように、火
炎内の任意に選択した複数の被検出箇所に設置された荷
電粒子の電位を検出する電位検出手段を備えた請求項１
記載の燃焼装置に加えることにより、燃焼火炎内に任意
に設置された複数の電位検出手段によって、荷電粒子の
２次元ないし３次元的な電位分布を連続して検出し、前
述した相関関係から火炎の正常又は異常などの燃焼状態
を検知することができる。このように、荷電粒子の電位
分布が２次元ないし３次元的にかつ連続して測定される
と、火炎形状の変形や歪みがわかり、より精度よく燃焼
状態を検知することができる。

【００１３】さらに、火炎内の任意に選択した複数の被
検出箇所に設置された前記荷電粒子の電位を検出する電
位検出手段を請求項２記載の燃焼装置に加えることによ
り、火炎生成手段は、多くの場合ステンレスなどの高耐
熱性導電材料で構成されるが、セラミックスなどの高耐
熱性絶縁材料で構成される場合もあるから、火炎生成手
段が導電性材料で構成される場合、火炎生成手段は電極
として機能するが、火炎生成手段が絶縁材料で構成され
る場合、火炎生成手段は電極として機能しない。このよ
うな場合、火炎により生成した荷電粒子と接触する第２
電極手段を設けることにより、火炎生成手段を導電性材
料で構成した場合と同等の効果を得ることができる。

【００１４】

【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。なお、各実施例において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。

【００１５】（実施例１）図１は本発明の実施例１の燃
焼装置の構成を示す断面図である。

【００１６】図１において６は火炎生成手段であり、一
般的にガス状燃料に予め理論燃焼空気量以下の１次空気
を混合した混合ガスを複数の炎孔７より噴出させて燃焼
させたとき、炎孔７のごく近傍に可燃ガスと予混合され
た１次空気との燃焼反応による内炎８ａが形成され、さ
らにこの内炎８ａの外側に周囲からの２次空気との燃焼
反応による外炎８ｂが形成される。内炎８ａは明るく輝
いて見え、外炎８ｂは透明に近い燃焼炎となり、内炎８
ａと外炎８ｂとで全体の火炎８を形成している。この火
炎８の中に荷電粒子(イオンと電子)が存在する。第１電
極手段９の一方の端部は、火炎８により生成した荷電粒
子と接触し、他端は電圧印加手段１０を介して火炎生成
手段６に接続されている。

【００１７】火炎８は、内炎８ａと外炎８ｂとから構成
され、内炎８ａに多くの荷電粒子が存在するが、外炎８
ｂにも少ない密度であるにしても荷電粒子は存在する。
荷電粒子が無視できる程度に少ない場合、例えば、火炎
８が存在しないとき、すなわち、燃焼が停止した状態で
は、電圧印加手段１０により、１０〜２０Ｖの電圧を第
１電極手段９と火炎生成手段６に印加しても、殆ど電流
は流れない。しかし、正常燃焼状態の場合は第１電極手
段９を内炎８ａから数ｍｍ離れた位置に配置しても、上
記電圧を印加したとき、数μＡ以上の電流が流れる。こ
のことは、内炎８ａの近傍および外炎８ｂにも荷電粒子
が存在することを示す。電極手段９と火炎生成手段６間
に流れる電流は、例えば、一定の抵抗値を有する抵抗体
の両端の電圧から求める電流検出手段１１により検出さ
れる。もちろん、抵抗体の代わりに電流計を用いてもよ
い。

【００１８】電位検出手段１２は、高耐熱性金属体で構
成され、その一方の端部は荷電粒子と接触する位置に配
置されている。電位検出手段１２は、第１電極手段９
が、絶縁セラミック１３を介して固定台(図示なし)に取
り付けられているのと同様絶縁セラミック１３ａを介し
て固定台に取り付けられている。そして、電位検出手段
１２と第１電極手段９のそれぞれの荷電粒子との非接触
端は電位差検出手段１４を介して接続されている。第１
電極手段９と火炎生成手段６の間に電流が流れていると
き、両者の間には電位勾配が存在し、電流は空間的に広
がりをもって流れるので、荷電粒子の等電位面が、電流
の流れ方向に対して直交して存在する。この時、電位検
出手段１２に接触する等電位面が存在する。電位検出手
段１２は導電性であり、その電位は接触する等電位面と
同じ電位になる。これによって、電位差検出手段１４
は、電位検出手段１２が検出する荷電粒子の第１電極手
段９に対する電位を、第１電極手段９と電位検出手段１
２間の電位差として検出するように構成されている。

【００１９】火炎８に存在する荷電粒子の電位は、温度
や粒子密度などの荷電粒子の存在状態によって決まる。
そして、荷電粒子を生成する火炎８は、その形状や内部
状態が空燃比や燃焼量、燃焼空間の性質、火炎生成手段
６の性質等によって異なる性状を示す。この時、荷電粒
子の等電位面も火炎８の性状変化と共に変化し、従って
電位検出手段１２によって検出される荷電粒子の電位も
変化する。このようにして、荷電粒子の電位検出から正
常燃焼や異常燃焼に限らず微小な燃焼状態の検知が可能
になる。

【００２０】荷電粒子と接触する第１電極手段９や電位
検出手段１２の端部表面にシリコン酸化物が形成された
場合、このシリコン酸化物は絶縁性であるので、たとえ
正常燃焼状態であっても、電流検出手段１１によって検
出される電流は当然減少する。しかし、電流は減少して
も、その電流値に対応した一定の電位勾配が存在し、ま
た等電位面も存在することは明らかである。すなわち、
電位検出手段１２はシリコン酸化物に影響されずに作用
する。

【００２１】火炎内部は荷電粒子が流動しているので、
電位差検出手段１４が検出する電位差は、ゆらぎを示
す。この場合、電位差検出手段１４は例えば、１ＭΩの
抵抗器と数μＦのコンデンサの並列接続回路と電圧計の
並列接続構成とすることが好ましい。電位差のゆらぎを
コンデンサでバイパスすることにより、直流成分を容易
に取り出せるからである。

【００２２】図１の燃焼装置の具体構成については、電
圧印加手段１０は直流電源で、多くの場合、第１電極手
段９と火炎生成手段６の間を２４Ｖに保つようにした。
以下の実施例では、特に説明のない限り第１電極手段９
と火炎生成手段６の間の電圧は２４Ｖである。電流検出
手段１１は１０ｋΩの抵抗器、電位差検出手段１４は１
ＭΩの抵抗器と数μＦのコンデンサの並列接続回路と電
圧計の並列接続構成とした。第１電極手段９および電位
検出手段１２として高耐熱ステンレス線（直径約２ｍ
ｍ）を用いた。火炎生成手段６は家庭用石油ファンヒー
タに搭載されている、高耐熱ステンレス製のバーナであ
る。

【００２３】図１の燃焼装置で石油を強制燃焼させ、電
位差検出手段１４によって得られた電位差Ｖ_frを図２に
示した。図２は、燃焼量約２５００ｋｃａｌ／ｈの正常
燃焼における、火炎８内部の水平方向（Ａ−Ａ’方向）
の電位差分布曲線である。図２の横軸は、炎孔７の外面
（Ｂ−Ｂ’面）から電位検出手段１２端部先端までの距
離Ｌである。実施例１では電位検出手段１２の荷電粒子
と接触する端部の高さは、電位検出手段１２の端部先端
からＡ−Ａ’面まで距離Ｈとした。図２ではＨ＝２８ｍ
ｍおよび３２ｍｍで測定した結果を示す。Ｈ＝３２ｍｍ
では、電位差は炎孔近傍のＬ＝１０ｍｍ以内で高い値を
示し、炎孔から離れるに従い低下し、特にＬが１０ｍｍ
以上になると急激に低くなっている。そして、Ｌが約２
０ｍｍ程度になると、電位差がほぼ０Ｖになり荷電粒子
の存在限界を示唆する。また、Ｈ＝２８ｍｍではＬが６
〜７ｍｍのところで電位差Ｖ_frがピーク値を示すもの
の、Ｌが約１０ｍｍ以内ではほぼ一定の値を示し、炎孔
８から離れるに従い、Ｌが１０ｍｍ以上になると急激に
低くなっている。そして、Ｌが約２０ｍｍ程度になる
と、電位差がほぼ０Ｖになり荷電粒子の存在限界を示唆
する。この時、電位差Ｖ _frが、ほぼ０Ｖの位置が目視に
よる火炎８の最外面に一致する。

【００２４】図３は、図２と同様に燃焼量約２５００ｋ
ｃａｌ／ｈにおける電位差Ｖ_frの一次空気量への依存性
を示す電位差分布曲線である。図３において、横軸は炎
孔７の外面（Ｂ−Ｂ’面）から電位検出手段１２端部先
端までの距離Ｌであり、各一次空気比ＰＡ（一次空気と
理論空気量の比）における電位差Ｖ_frとＬの関係を示し
ている。なおＨ＝２８ｍｍとした。さらに図４は、Ｌが
約６ｍｍにおける電位差Ｖ_frと一次空気比ＰＡの相関を
示す電位差−ＰＡ曲線である。図４は、電位差Ｖ_frとＰ
Ａの強い正の相関を示すものである。燃焼量一定での正
常燃焼状態では、電位差Ｖ_frの値はほぼ一定であるの
で、図４の相関を用いれば、一次空気変動による異常燃
焼を検知することが可能になる。

【００２５】図５は、図２と同様に燃焼量約２５００ｋ
ｃａｌ／ｈにおける電位差Ｖ_frの二次空気量への依存性
を示す電位差分布曲線である。図５において、横軸は炎
孔７の外面（Ｂ−Ｂ’面）から電位検出手段１２端部先
端までの距離Ｌである。また、Ｈ＝３２ｍｍとした。図
５では、Ｌが１０ｍｍ以内において、二次空気の有無で
の電位差分布に明らかな差がある。特に、電位検出手段
９の位置をＬが５〜７ｍｍの間に固定配置すると、正常
燃焼と二次空気不足による異常燃焼の検知が十分に可能
である。目視によると、この時の火炎８の形状は極端に
変化するなどの大きな変化は見られなかった。従って本
実施例によれば火炎形状に表れない燃焼状態の異常でも
検知することができる。前述した従来例のフレーム電極
による電流検知では、火炎８の形状に大きな変化を及ぼ
さない二次空気不足による異常検知は困難であるし、一
般的に、電流検知による二次空気に起因する異常の検知
の困難さを回避するための手段が様々にとられている。
このことからも、本発明の有効性がわかる。

【００２６】（実施例２）図６は、本発明の実施例２の
燃焼装置の構成を示す断面図である。火炎生成手段６が
ステンレスなどの耐熱性導電材料で構成されている場
合、それ自身がイオンや電子などの荷電粒子を集める電
極として作用できる。しかし、火炎生成手段６がセラミ
ックスなどの耐熱性絶縁材料で構成されている場合、火
炎生成手段６は電極として作用しない。このような場
合、図６に示すように、第２電極手段１５を火炎８によ
り生成した荷電粒子と接触する位置に配置することが望
ましい。第２電極手段１５が、イオンや電子などの荷電
粒子を集める電極として作用するからである。より好ま
しくは、第２電極手段１５を火炎生成手段６の近傍に配
置することが望まれる。火炎生成手段６には複数の炎孔
７が設けられているので、この配置により、第２電極手
段１５は１個の内炎８ａあるいは複数の内炎８ａに確実
に接触できる。内炎８ａには多くの荷電粒子が存在する
ので、それらの第２電極手段１５への入射が容易にな
る。従って、火炎生成手段６が導電材料で構成されてい
る場合と同等の電位差Ｖ_frを検出できる。なお、第２電
極手段１５は、燃料や燃焼ガスの流通に支障のない範囲
で多孔性であること、例えば、金網状などが好ましいこ
とは明らかである。

【００２７】（実施例３）図７は本発明の実施例３の燃
焼装置の構成を示す断面図である。本実施例３におい
て、実施例１または実施例２と異なる点は、電位検出手
段１２を移動手段１６により移動可能にしたことにあ
る。（実施例１または実施例２の場合、電位検出手段１
２は定められた位置に固定されていた。）移動手段１６
は、電位検出手段１２を図７のＡ−Ａ’方向に移動させ
る。移動距離は、電位検出手段１２が火炎生成手段６に
接触しない最も近接した距離から、火炎８の最外縁をや
や超える距離とした。図２からもわかるように、Ｌが０
ｍｍから３０ｍｍ程度がよい。これによって、火炎８の
Ａ−Ａ’方向の電位差分布が容易に得られる。電位差分
布は、図２および図３、図４と同様になるが、実施例１
や実施例２でなされた固定点での検出と比較してＡ−
Ａ’方向に１次元の広がりを持った燃焼検知ができる。
従って、電位差のピーク位置の変化や、ピーク位置近傍
の電位の変化あるいは火炎の広がりの程度から、Ａ−
Ａ’方向のどの部分で異常かがわかる。

【００２８】移動手段１６は、電位検出手段１２をＡ−
Ａ’方向の他Ｂ−Ｂ‘方向あるいはＡ−Ａ’方向やＢ−
Ｂ’方向と垂直な方向に移動させる構成であってもよ
い。この場合、得られる電位差分布は図２と異なるが、
燃焼状態検知については、同様の考え方でよい。

【００２９】（実施例４）図８は、本発明の実施例４の
燃焼装置の構成を示す断面図である。火炎生成手段６が
ステンレスなどの耐熱性導電材料で構成されている場
合、それ自身がイオンや電子などの荷電粒子を集める電
極として作用できる。しかし、火炎生成手段６がセラミ
ックスなどの耐熱性絶縁材料で構成されている場合、火
炎生成手段６は電極として作用しない。このような場
合、図８に示すように、第２電極手段１５を火炎８によ
り生成した荷電粒子と接触する位置に配置することが望
ましい。第２電極手段１５が、イオンや電子などの荷電
粒子を集める電極として作用するからである。より好ま
しくは、第２電極手段１５を火炎生成手段６の近傍に配
置することが望まれる。火炎生成手段６には複数の炎孔
７が設けられているので、この配置により、第２電極手
段１５は１個の内炎８ａあるいは複数の内炎８ａに確実
に接触できる。内炎８ａには多くの荷電粒子が存在する
ので、それらの第２電極手段１５への入射が容易にな
る。従って、火炎生成手段６が導電材料で構成されてい
る場合と同等の電位差Ｖ_frを検出できる。なお、第２電
極手段１５は、燃料や燃焼ガスの流通に支障のない範囲
で多孔性であること、例えば、金網状などが好ましいこ
とは明らかである。移動手段１６の動作、作用は、実施
例３と同等であるので説明を省略する。

【００３０】（実施例５）図９は本発明の実施例５の燃
焼装置の構成を示す平面図である。本実施例５におい
て、実施例１または実施例２、３、４と異なる点は、複
数の電位検出手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを火
炎８内の任意に選択した複数の被検出点Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ
（図９では点Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの４点であるが、これに限
るものではない。）に配置したことにある。被検出点の
位置は、実施例３と同様にＬおよびＨで表すことができ
る。各々の電位検出手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２
ｄの一方の端部は、実施例１と同様にそれぞれの電位差
検出手段１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを介して第１
電極手段９の一方の端部と接続されている。また、それ
ぞれの電位検出手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは
それぞれの絶縁セラミック１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１
３ｄを介して固定台（図示せず）に取り付けられてい
る。ＬおよびＨを任意に決めると、荷電粒子の電位は２
次元あるいは３次元の分布として連続的に測定され、検
知することができる。従って、前述の実施例１〜４と比
較して、より立体的にかつ時間的に連続して燃焼状態の
検知ができる。

【００３１】図１０は、燃焼量約２５００ｋｃａｌ／ｈ
の正常燃焼における、被検出点Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆでの電位
差分布図である。４本の電位検出手段１２ａ、１２ｂ、
１２ｃ、１２ｄの配置は、火炎生成手段６を中心にし
て、隣り合う２本の電位検出手段１２と火炎生成手段６
のなす角（例えばＣ−火炎生成手段６−Ｄ）が、ほぼ
９０°になるようにした。なお、図１０中のＣ’とＤ’
とＥ’とＦ’は、それぞれの被検出点Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆと
図１０の右回転方向に隣あう内炎８ａとの間の被検出位
置を示す。また、ＬおよびＨについては、４本の電位検
出手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのいずれもＬ＝
６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍとした。図１０から、電位差Ｖ_fr
が内炎８ａの位置に近いほど大きいことがわかる。つま
り電位差Ｖ _frから判断して星型の火炎形状であることが
わかる。ここで、例えばＤ点近傍において、何らかの空
燃比の異常変動や、燃焼環境の異常変化が発生すると、
Ｄ点近傍の荷電粒子の分布や流れに変化が起こり、Ｄ点
近傍での等電位面が変動する。したがって、電位検出手
段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄで検出される電位差
は、電位検出手段１２ｂが検出するＤ点において最も変
化することになる。異常の程度によってはＤ点以外も影
響を受けるが、顕著に影響を受けるのはＤ点である。こ
のような電位分布の変化を検出することによって、実施
例１〜４にはない立体的な燃焼状態の検知が可能とな
る。

【００３２】（実施例６）図１１は、本発明の実施例６
の燃焼装置の構成を示す平面図である。火炎生成手段６
がステンレスなどの耐熱性導電材料で構成されている場
合、それ自身がイオンや電子などの荷電粒子を集める電
極として作用できる。しかし、火炎生成手段６がセラミ
ックスなどの耐熱性絶縁材料で構成されている場合、火
炎生成手段６は電極として作用しない。このような場
合、図１１に示すように、第２電極手段１５を火炎８に
より生成した荷電粒子と接触する位置に配置することが
望ましい。第２電極手段１５が、イオンや電子などの荷
電粒子を集める電極として作用するからである。より好
ましくは、第２電極手段１５を火炎生成手段６の近傍に
配置することが望まれる。火炎生成手段６には複数の炎
孔７が設けられているので、この配置により、第２電極
手段１５は１個の内炎８ａあるいは複数の内炎８ａに確
実に接触できる。内炎８ａには多くの荷電粒子が存在す
るので、それらの第２電極手段１５への入射が容易にな
る。従って、火炎生成手段６が導電材料で構成されてい
る場合と同等の電位差Ｖ_frを検出できる。なお、第２電
極手段１５は、燃料や燃焼ガスの流通に支障のない範囲
で多孔性であること、例えば、金網状などが好ましいこ
とは明らかである。なお、被検出点Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆに設
けられた電位検出手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ
の動作、作用は実施例５と同用であるので説明を省略す
る。

【００３３】（実施例７）次に市販の石油ファンヒータ
を用いて、その燃焼部が実施例１と同等の構成になるよ
うに必要な構成要素を付加し、燃焼装置とした。火炎生
成手段は前述の火炎生成手段６とは炎孔７などの構造が
異なるが、電位差Ｖ_frの検出は基本的に前述の実施例と
同等である。

【００３４】図１２は、実施例７において燃焼量約２５
００ｋｃａｌ／ｈの時の、後述する種々の燃焼状態で検
出された電位差Ｖ_frを図示したものである。電位検出手
段７の位置は、Ｌ＝６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍとした。図１
２の横軸は、次のように種々の燃焼状態を表している。
それぞれ、（ａ）が正常燃焼、（ｂ）が吹出し口の一部
閉塞、（ｃ）が二次空気孔の閉塞、（ｄ）が火炎生成手
段を囲む燃焼室の壁面の一部に直径約１０ｍｍの孔を開
けた状態である。市販の燃焼装置では、従来例と同様に
電流による燃焼検知ができるが、電流の挙動だけでは上
記（ｃ）や（ｄ）の異常を検出するには困難なこともあ
り、異常検知には複雑な構成を必要とした。しかしなが
ら、図１２から分かるように、電位差Ｖ_frが正常燃焼と
異常燃焼もしくは異常な燃焼環境との差異を明確に示し
ており、本実施例によれば簡単な構成で比較的容易に異
常検知が可能となる。

【００３５】また、実施例７では、実施例１の構成を市
販の石油ファンヒータに付加したが、前述の説明にある
ように、実施例３および実施例５の構成を付加すること
により、さらに詳細な燃焼検知ができることは明らかで
ある。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように請求項１
記載の発明によれば、火炎内部の被検出点において、火
炎によって生成される荷電粒子の電位を、電位検出手段
を用いて第１電極手段との電位差として検出し、その電
位差の変化から燃焼状態を検知するものである。その電
位差は、１次空気や２次空気に異常な変動（空燃比の変
動を含む）があった場合に、正常燃焼状態の電位差と異
なる値を示す。従って、従来例のように、着火直後や燃
焼中の異常で火炎が小さくなった時、もしくは立炎時だ
けでなく、燃焼時に火炎形状に表れないようなわずかな
変化も検知することが可能である。また、従来のように
電流による検出でなく、荷電粒子の電位を検出するので
シリコン酸化物などが電位検出手段や第一電極手段の表
面に付着し汚染しても影響を受けることなく燃焼状態の
検知が可能である。従って、簡単な構成で、信頼性の高
い燃焼検知ができると同時に、燃焼状態のわずかな変化
を検知することにより、異常の初期の段階での燃焼制御
を可能にするという効果がある。

【００３７】また、請求項２記載の発明によれば、火炎
生成手段が絶縁性材料で構成され電極として機能しない
場合でも導電性を有する第２電極手段を火炎生成手段の
炎孔近傍の火炎内に設けることにより、第１電極手段と
の間に電圧を印可する構成であり、絶縁性材料で構成さ
れた火炎生成手段であっても、簡単な構成で請求項１記
載の発明の効果と同等の効果を得ることができる。

【００３８】また、請求項３記載の発明によれば、電位
検出手段を移動手段により移動可能にしたので、固定点
での検出と比較して、電位差のピーク位置の変化や、ピ
ーク位置近傍の電位の変化、あるいは火炎の広がりの程
度を検知することができ、火炎のどの部分で異常なのか
が検知できる。さらに、その時の異常に対する最適な燃
焼制御ができることになる。また、従来例のように電流
で検出するのではなく、荷電粒子の電位を検出するので
シリコン酸化物などによる表面の汚染の影響を受けるこ
となく信頼性の高い燃焼検知が可能となる。

【００３９】さらに、火炎生成手段６が絶縁性の材料で
構成され、電極として機能しない場合でも導電性を有す
る第２電極手段を火炎生成手段の炎孔近傍の火炎内に設
けることにより、第１電極手段との間に電圧を印可する
構成であり、絶縁性材料で構成された火炎生成手段であ
っても、簡単な構成で上記の効果と同等の効果を得るこ
とができる。

【００４０】また、請求項４記載の発明によれば、電位
検出手段を火炎内の任意に選択した複数の被検出点に配
置したので、荷電粒子の電位を２次元あるいは３次元の
分布として連続して検出することができ、火炎に局所的
な異常があっても、その異常を検知できる。さらに、そ
の時の異常に対する最適な燃焼制御ができることにな
る。また、従来例のように電流で検出するので、荷電粒
子の電位を検出するのでシリコン酸化物などによる表面
の汚染の影響を受けることなく信頼性の高い燃焼検知が
可能となる。

【００４１】さらに、火炎生成手段が絶縁性材料で構成
され、電極として機能しない場合でも導電性を有する第
２電極手段を火炎生成手段の炎孔近傍の火炎内に設ける
ことにより、第１電極手段との間に電圧を印可する構成
であり、絶縁性材料で構成された火炎生成手段であって
も、簡単な構成で上記の効果と同等の効果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による燃焼装置の断面図

【図２】同燃焼装置における火炎の電位差分布曲線を示
す図

【図３】同燃焼装置における火炎の一次空気量への依存
性を示す電位差分布曲線を示す図

【図４】同燃焼装置における火炎の電位差−ＰＡ曲線を
示す図

【図５】同燃焼装置における火炎の二次空気量への依存
性を示す電位差分布曲線を示す図

【図６】本発明の実施例２における燃焼装置の断面図

【図７】本発明の実施例３における燃焼装置の断面図

【図８】本発明の実施例４における燃焼装置の断面図

【図９】本発明の実施例５における燃焼装置の平面図

【図１０】同燃焼装置による電位差分布図

【図１１】本発明の実施例６における燃焼装置の平面図

【図１２】本発明の実施例７の燃焼装置における各種燃
焼状態での電位差を示す図

【図１３】従来の燃焼装置の構成図

【符号の説明】

６火炎生成手段８火炎９第１電極手段１０電圧印加手段１２電位検出手段１２ａＣ点の電位検出手段１２ｂＤ点の電位検出手段１２ｃＥ点の電位検出手段１２ｄＦ点の電位検出手段１４電位差検出手段１５第２電極手段１６移動手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】火炎を生成する火炎生成手段と、前記火
炎により生成した荷電粒子と接触する第１電極手段と、
前記火炎生成手段と前記第１電極手段の間に電圧を印加
する電圧印加手段と、前記荷電粒子の電位を検出する電
位検出手段を備えた燃焼装置。
【請求項２】火炎を生成する火炎生成手段と、前記火
炎により生成した荷電粒子と接触する第１電極手段及び
第２電極手段と、前記第１電極手段と前記第2電極手段
との間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記荷電粒子
の電位を検出する電位検出手段を備えた燃焼装置。
【請求項３】荷電粒子の電位を検出する電位検出手段
を移動可能にする移動手段を備えた請求項１または２記
載の燃焼装置。
【請求項４】火炎内の任意に選択した複数の被検出箇
所に設置された荷電粒子の電位を検出する電位検出手段
を備えた請求項１または２記載の燃焼装置。