JPS58108327A - 燃焼安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、燃焼安全装置に係り、特に、酸素欠乏状態下
では燃焼機器の運転を自動停止できるようにした燃焼安
全装置に関する。

発明の技術的背景 最近、建材の進歩に伴なって住宅の密閉化が進んでいる
。このため、部屋内での燃焼式暖房器や燃焼式給湯器の
長時間便用による酸素欠乏事故や一酸化炭素中毒事故が
多発している。このような事故を未然に防止するには、
＆ｌ１ｍの保気に十分注意することは勿論のこと、部屋
内の酸素濃度を測定し、この濃度が所定以下のとき燃焼
機器の運転を自動停止する燃焼安全装置を設けることが
必要である。

ところで、このような目的に供される燃焼安全装置とし
ては、従来、固体・Ｉｌｌ！ｃ解′Ｘ酸素セン号を用い
たものが知られている。この従来の装置は、円部形の安
定化ジルコニアの内外面会こ白金電極を塗布した一種の
酸素濃淡電池を燃焼火炎の下流域に設置し、内面に室内
空気を接触させ、また外面に燃焼ガスを接触させるよう
にしている。すなわち、燃焼器を使用する室内の酸素濃
度が２０％以上の正常状態に保たれている場合には酸素
センサの外周面に接触する酸素量が多いため内外電極間
に生じる起電力が小さく、また室内の酸素濃度が低下す
ると火炎が伸びてセンサの外周面を包み、この結果、セ
ンサの内外面での酸素濃度差が大きくなって内外電極間
に生じる起電力が極端に大きくなることを利用し、上記
起電力が所定以上のとき燃焼機器の運転を停止、具体的
には燃料の供給を停止するようにしている。

しかしながら、固体電解質酸素センサを用いた従来の装
置にあっては、センサ自身の応答性が非常に高く、火炎
中に発生するガス変動成分によって起電力が大幅に変化
するため動作の安定性に欠ける問題があった。また一本
のバーナで燃焼量を変化させる場合のように燃焼量の調
各燃焼量に対して酸素欠乏検出が困難であるなどの問題
もあった。さらにセンサの内面に室内空気を接触させ、
外面に燃焼ガスを接触させる必要があるので、センサ設
置部の構成が複雑で、しかも着火時等に生成される煤の
付着によって検出特性が変化するなどの問題もあった。

そこで最近では、このような不具合を解消する燃焼安全
装置として、酸素欠乏時に炎が伸び、バーナから同じ高
さ位置での炎温度が、正常時より低下する現象を利用し
て酸素欠乏を検出するようにしたものが考えられている
。この装置は、燃焼機器の燃焼炎における内炎の先端部
によって加熱赤熱されるように耐熱材製のセンサ管を設
けるとともに上記センサ管内に一部が遊挿される関係に
光導体を配置し、この光導体を介して導ひかれたセンサ
管内面からの赤熱光を光量に応じた電気□信号に変換す
る受光素子を設け、上記受光素子の出力電気信号が予め
定められた範囲のとき前記燃焼機器への燃料を停止する
ようにしている。

このような燃焼安全装置にあっては、耐熱材製のセンサ
管を燃焼炎によって直接加熱して赤熱させ、このセンサ
管の内面から放射される赤熱光の強さから酸素欠乏状態
を判定するようにしている。したがって、上記センサ管
の肉厚をある程度薄（設定しておけば酸素量の変化に伴
なう燃焼炎の伸びに追従させてセンサ管内面の赤熱光強
度を応答性よく変化させることができ、結局、応答性の
よい装置を得ることができる。

また、ある楊度熱容量のあるセンサ管を用いるようにす
ると、正常燃焼時に火炎にゆらぎが生じた場合でも、上
記熱容量で光量変動を抑制でき、ゆらぎに伴なう誤検出
の発生を防止することができる。また、耐熱材製の管体
をセンサとして用い、この管体の内面から放射される赤
熱光を検出するようにしているので、上記管体の加熱側
端部を閉塞したシ、あるいは火炎を横切るように管体を
設置することによって煤や外光の影響を皆無にすること
ができる。

また燃焼量の可変が要求される燃焼器の場合で１本のバ
ーナへの燃料供給量を調整するものにあっても、弱燃焼
時に形成される内炎先＠部にセンサ管を配置することに
よって十分艦こ機能させることができる。すなわちこの
場合に＆１、燃焼供給停止を定める受光素子の発生・ｄ
圧の設定範囲を、通常の強撚焼時の範囲と変えることに
よって、通常燃焼時および弱燃焼時にお１７１て良好な
動作をさせることができる。また、複数のバーナが設け
られており、一部の）（−ナヘθ）燃料供給を停止する
ことによって、全・燃焼器を調整するものにあっても燃
料供給を停止しないバーナに前記センサ管を配置すれば
よい。

背景技術の問題点 しかしながら、上記のようにセンサ管の赤熱光量を測定
して酸素欠乏状態を検出する燃焼安全装置にあっては、
赤熱光量を検出し電気信号に変換する受光素子が一般的
暑こ耐熱特性に劣っているため、上記受光素子を収容す
るケースをバーナに近接して設置すると上記燃焼安全装
置に誤動作が生じ、結局、装置の信頼性が低下する懸念
がある。また、前記燃焼安全装置が温風吹出式の燃焼暖
房器に組込まれている場合には、温風吹出口が何等かの
障害物によって塞がれた時は暖房器内の温度が急激に上
昇し上記受光素子の性能劣化が促進し、結局、装置全体
の寿命が短くなる懸念もあった・ 発明の目的 本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、簡単な構成で、受光素子の誤動
作および劣化を抑制でき、もって装置全体の信頼性向上
化と長寿命化を図れる゛′燃焼安全装置を提供すること
にある。

発明の概要 本発明の燃焼安全装置は、燃焼炎によって赤熱されるセ
ンサ管の一部と光導体の一部および受光素子をケース内
に固定配置するとともに上記ケースを燃焼室外に配設す
ることによって上記受光素子を高銀雰囲気から隔離し、
保護したことを特徴としている。

発明の効果 このように構成された装置にあっては、正常燃焼時にお
ける燃焼炎の内炎先端部にセンサ管を配置することによ
って、帥述したように燃焼室内の酸素濃度に応じた゛電
気信号を検出することができるので装置全体の応答性向
上と安定性向上を図れる。

また、センサの受光素子をケース内に固定配　　　　−
置しこのケースを燃焼室外に配設しているので、上記ケ
ースはバーナの燃焼炎の輻射熱により直接加熱されるこ
とはなく、上記受光素子を比較的低温に保つことができ
、光導を越圧番こ変換４−る特性の安定化を図れ、受光
素子の温度上昇に伴う安全装置の誤動作を防止できる。

また、前記ケースは燃焼室外に配設しているので、上記
ケースを外部低温空気にて強制冷却することも可能であ
るので、燃焼機器が異常を一部し、燃焼室およびその周
囲の温風ｄ路が異常高温になっても、上記ケースのｆｉ
度上舛を抑制できるので、上記ケース内の受光素子の劣
化を抑制でき、結局装置全体の長寿命化を図ることがで
きる。

面図である。このセンサＬは、一端が閉塞された円筒状
のたとえば不透明ガラス製のセンサ管２と、このセンサ
管１の開口側から上記センサ蕾２内にその一部が遊挿さ
れる関係に配置された円柱状の第１の光導体３と、この
第１の光導体３の上記センサ管ｚ外に位置する端面に一
端面が接するように上記第１の光導体３と同軸的に配置
された上記第１の光導体３より大径の円柱状の第２の光
導体４と、この第２の光導体４の他端面に接するように
上記第２の光導体４と同軸的に配置された受光素子５と
、上記センサとセン １！Ｆ２の一部、第１の光導体３、第２の光導体４・お
よび受光素子５とを同軸的に収納するケーイ６とで構成
されている。なお、図中１は第１の光導体３を前記セン
サ管２に対し同軸的に支持するためのリング状の支持体
であり、また、上記受光素子５の第２の光導体４に接す
る端部は　−半球状に形成されている。また図中８は受
光素子５から電気信号を取シ出すための信号線を示して
いる。

鷲九 第２図は前記センサＬを燃料安全装置の一部として組込
んだ温風式燃焼器の概略構成を示す断面模式図である。

図中９は金属材でＷＩ減に形成された燃焼器の外枠であ
り、この外枠９内のほぼ中央部にバーナ１０を下方に収
容した燃焼室１１が設けられておシ、また燃焼室１ノの
下側には部屋内の空気をこの燃焼器を通して対流させる
対流用送風機１２を収容した送風室Ｊ３が仕切壁１４を
介して設けられており、さらに、上記燃焼室１１の片側
には仕切壁１５を介して制縄室１６が設けられている。

センサＬは仕切壁１５を境としてセンサ管２の部分が燃
焼室１１内に、ケース６の部分が燃焼室１１外に位置す
るように上記仕切壁１５を貫通して固定されている。な
お、センサムは上記センサｆ２の先端部が前記バーナ１
ｏの燃焼炎によって赤熱されるような高さに取り付けら
れており、また上記センサＬの信号−１は前記制御室１
納に験けられた制御装置１１に接続されている。なお、
制御装置１１は対流用送風機１１が動作開始後において
、受光素子５の出力信号レベルが定められた範囲のとき
燃料供給を停止するように制御する。

上記送風室１３の上側の仕切１ｉ１４％制御室１６内お
よび仕切壁１５には対流用送風機１２から送風される低
温空気を上記センサｌのケース６が位置している部分を
介して燃焼室１１内に導びくための流路１１が形成され
ている。なお、図中１９．：１０は上記流路１＃を形成
するための案内板を示している。

このように構成された温風式燃焼器にあって、まず図示
しないガスコックを開け、図示しない運転スイッチを投
入すると、図示しない燃料制御弁からバーナ１ｏに燃料
が送られるとともに図示しない点火装置が動作して燃焼
が開始される。燃焼炎が安定して形成され燃焼室ｌｌ内
の温度があらかじめ設定された温度以上になると、対流
用送風機１２が運転を開始し、室内の低温空気を外枠９
の下部から吸入させ、バーナ１０で加熱された高温空気
を上部から吹出させる。

従って室内は暖房される。

一方、センサＬのセンサ管２は、燃焼炎が形成されると
同時に燃焼炎によって加熱され赤熱光を放射しはじめる
。センサ管２から放射した赤熱光は第１の光導体３およ
び第２の光導体４を介して受光素子５に導入される。そ
して、この受光素子５は上記赤熱光の光器に対応した出
力電圧を送出し、この出力′成田は信号線１１３Ｉこて
制御装置１１へ伝達される。

上記赤熱光の光量は燃焼室１１内の舗素１度によって変
化する。すなわち、帥述したように酸素濃度が正常状態
である２０％以上に保たれている場合には、バーナ１０
上に形成された燃焼炎の伸びが小さく、従ってセンサ管
２の先端部は温度の高い燃焼炎の内炎先端部に位置する
ことになり、上記センサ管２の赤熱光量も多く、従って
受光素子５の出力電圧も大きくなり、制ＷＩＪｍａｚｌ
に送られる電圧値も高いものとなる。

しかし酸素濃度が低下した場合には燃焼炎が上方に伸び
るためセンサ管２の先端部は温度の高い内炎先端部から
離れ温度の低い内炎内部に位置するようになり、センサ
管２が放射する赤熱光量も少くなって受光素子５の出力
電圧も小さくなり、制御装置１１に送られる電圧値も低
いものとなる。第３図に受光素子の出力電圧値の赦素濃
度変化に対する変化の一例を示す。今、例えば、室内の
酸素濃度が１８％以下になると危険であるとすると、こ
の酸素濃度１８％に相当する出力電圧３．６ｖをあらか
じめ制御装置１１に設定しておき、受光素子５からの電
圧値が上記設定電圧３．６ｖより低下した場合には、上
記制御装ｆｌｌｌＪ７によ）ガス供給路中に設けられた
図示しない燃料制御弁が蘭じられ燃料供給を停止する。

このような構成および動作の装置にあって、センサ１の
受光素子５を収納したケース６を燃焼室１１を形成する
仕切壁１５の外側に配置するとともに低温の室内空気の
一部を対流用送風機１２で上記ケース６に強制的に接触
される構造としているので、上記ケース６の温度が上昇
することはない。さらに温風吹出口がふさがれた場合の
ような異常燃焼時に燃焼室１１およびその周囲の温風通
路が異常高温になっても、上記対流用送風機１２が運転
している間はケース６の囲りの気圧は燃焼室１ノ内の気
圧より高くなっており、燃焼室１１内の高温の空気がケ
ース６の囲９に逆流することはないノＣ１上記ケース６
の温度が大幅に上昇することはない。したがって受光素
子の性能劣化を抑制できるｊＱで装置全体の長寿命化を
図ることができる。

また上述の実施例においては、赤熱光がセ／す管２から
受光素子５まで伝達される経路に第ｌの光導体Ｓの地番
ここの第１の光導体３より大きい受光断面積を有する＃
Ｉ２の光導体４を第１の光導体１と受光素子５との間に
介挿設置し“Ｃいる。このように構成することによって
、センサ管２から第１の光導体３内に導びかれた赤熱光
がａｔの光導体３と第２の光導体４との境界面で大きく
減衰されることなく第２の光導体４内へ導かれる。さら
に本実施例では、第２の光導体の外径を受光素子５の外
径に等しく設定しているので、第２の光導体４と受光素
子５との境界面での赤熱光の減衰を抑制することができ
る。従って、たとえ上記受光素子５に一般の指向性の広
い受光素子を使用しても効率よくセンサｆ２の赤熱光を
受光でき、上記センサ管２の微細な温度変化でも検出で
きる。それ故、加工しにくい光導体でも上記のように受
光面積の大きい第２の光導体を配置することによって、
燃焼安全装置の精度を向上させることができる。

なお、第４図（ａ）に示すように第２の光導体４の受光
素子５に接する面を上記受光素子５の半球部が嵌入する
ように凹球面状に加工することに丸って、前述した境界
面での赤熱光の減衰をより小さくさせることができる。

さら擾こ第４図（ｂｌ　＊　（ｃ）は赤熱光の出光側を
入光側より大径に加工した光導体を示すものであり、こ
の場合には、前述の境界面が存在しないので、赤熱光の
減衰をさらに抑制でき、しかも前述した第２の光導体を
使用しなくても、センサ管の径を小さくできるので、燃
焼炎の温度変化を精度よく検出できる。

第５図は受光素子の径に対して光導体の径を変化させた
場合の酸素濃度と受光素子に発生する電圧との関係を示
したもので、図中Ａは受光素子の径と光導体の径が等し
い場合、Ｂは光導体の径が受光素子の径より小さい場合
、Ｃはさらｉこ小さい場合のそれぞれの特性を示す。こ
の図から判るように、光導体の送光面積を大きくすると
低酸素濃度下においても出力−圧を−くすることができ
、従って酸素濃度の構出精度をさらに向上させることが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る燃・暁安全装置におけ
る温度検出用のセンサの構成を示す断−図、第２図は同
実施例の燃焼安全装置を組込んだ温風式燃焼器の概略構
成を示す断面模式図、１ＩＩａ図は同実施例の動作を説
明するための図、第４図（＆）は本発明の他の実施例に
係る温度検出用センサの構成を示す断面図、同図（ｂ）
　、　（ｃ）はそれぞれ本発明の別の実施例に係る温度
検出用センサの要部を取り出して示す断面図、第５図は
本発明の実施例の効果を説明するための図である。 Ｌ・・・センサ、２・・・センサ管、３・・・第１の光
導体、４・・・第２の光導体、５・・・受光素子、６・
・・ケース、９・・・外枠、１０・・・バーナ、１１・
・・燃焼室、１２・・・対流用送風機、１４．Ｉｓ・・
・仕切壁、１１・・・制御装置、２０．：１１・・・案
内板。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦ｊａｉｌ声 ｌ３ｒ￥ｒ 醸鬼凍＆（’ｌｏ） ９４群 巳＝＝形啓　　　　（ｂ） ご＝ｌ　　　　　（Ｃ） Ｉｓ霞 ｑ末儂度−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　燃焼器の燃焼炎によって赤熱されるように配
   設されたセンサ管からの赤熱光を光導体を介して受光素
   子に導いて電気信号に変換し、この電気信号があらかじ
   め定められた範囲のときに前記燃焼器への燃料供給を停
   止するようにした燃焼安全装置において、前記受光素子
   をケース内に配設するとともに上記ケースを燃焼室外に
   配設してなることを特徴とする燃焼安全装置。
2. （２）　　前記ケースは、燃焼室へ導びかれる空気の進
   路に位置しているものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の燃焼安全装置。 （３１前記先導体の鵠紀受光素子側の送光断面積は、前
   記センサ管側の受光断面積より大きく形成されてなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１１項記載の燃焼安
   全装置。