JPS5818A - 燃焼装置の安全制御回路 - 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】 本発明は燃焼装置の安全制御回路に関するもので、特に
不完全燃焼による未燃ガス発生時における安全性の確保
とその信頼性向上とを目的としたものである。

従来の室内に排ガスを放散する燃焼装置は、室内や酸素
濃度が減少するにつれて不完全燃焼を生じ、使用者がそ
れを知らずに、例えば睡眠をとっている場合等は、発生
する一酸化炭素によって中毒を起こし、最悪の時には死
亡事故に至ることもある。

最近では、そうした有害な一酸化炭素を触媒等で酸化し
て無害な二酸化炭素にする装置や、炎電流を検知するフ
レームロッドによる酸欠を検知する方法等が提案されて
いる。しかし、前者においては、酸素濃度は減少する一
方であり、終にはやはり一酸化炭素中毒になる事態の可
能性が高く、また後者は風によって炎がゆれやすいこと
等から誤作動が非常に多く、信頼性に欠けるといった欠
点を有していた。

さらにガスを燃料とした燃焼装置では酸素分圧あるいは
酸素濃度差を検出する素子を用いて酸欠を検知する方法
等が提案されている。しかし々からこの素子を用いた場
合はいずれも素子が正常燃焼時には高酸素分圧あるいは
高酸素濃度雰囲気にあって酸欠時には低酸素分圧あるい
は低酸素濃度雰囲気になるように組込んである。すなわ
ちこの素子は正常燃焼時には火炎後流に位置し、酸欠時
にはこの酸欠によって伸びるあるいはリフトする火炎中
に入るように設定しである。

したがって酸欠状態になると火炎が伸びて正常時に対す
る酸素分圧あるいは酸素濃度が著しく変化、すなわち酸
素分圧・濃度変化を検出しやすい状態となる一次燃焼方
式のものには効果的である。

ところが、二次空気を必要とする燃焼装置にあっては上
記と同様の方法で酸素変化検出素子を設けると火炎後流
のＣＯ雰囲気中の酸素分圧あるいは酸素濃度差を検出す
ることになシ、この火炎後流では二次空気が混入して酸
素分圧あるいは酸素濃度差の変化があまシ起らないので
、この酸欠状態を検出することは不可能に近く実用化は
困難であった。

また、これら燃焼装置の異常検出の制御手段は、殆んど
の場合、燃焼を停止する方法がとられており、検出の設
定によっては、相当の異常時にならない限シ動作しない
場合や、逆に頻ばんに動作しすぎて、消火してしまう場
合など、使い勝手の面で不備な点があった。

本発明はこのような従来の欠点を一掃したもので、酸欠
状態になると燃焼量が低下する性質に着目してなしたも
のである。

以下その一実施例を温風暖房機に用いた灯芯式液体燃料
燃焼装置の場合について説明する。

図において、１は燃料タンクで、タンク１内の燃料２は
灯芯３によって毛細管現象で吸い上げられる。上記灯芯
３は芯上下機構のレバー４に連係されていてバネ６０作
用により通常、燃料タンク１内に位置する様に付勢され
ている。６は点火動作と同時に灯芯３を上方に押し出し
た状態でレバー４を保持するソレノイド、７は通気口８
を有した通気筒で、灯芯３の上下スライドのガイドとな
る。

９は多数の気孔１ｏを有する外火皿、１１は内炎筒で、
多数の１次空気供給気孔１２を有する。１３は多数の１
次空気供給気孔１４を有する外炎筒、１６は外筒、１６
は燃焼筒で、この燃焼筒１６内が燃焼部となっている。

１７は送風ファン、１８は通風口１９を有する風仕切板
、２０は送風″ガイド、２１は置台、２２は前記燃焼部
及び送風ファン１７を覆う如く置台２１上に装置した外
装ケースで、送風ファン１７の近傍に吸込口２３を、ま
た送風ガイド２０の開口と対向する部分には吹出口２４
を有する。２５は前記燃焼筒１６に取付金具２６によっ
て取り付けられた半導体ガスセンサで、半導体酸化物を
主成分とする焼結体検知素子２５ａと、これを保持する
セラミックベース２ｓｂ及び、焼結体検知素子２６ａよ
りセラミックベース２６ｂの中を通って接続された一対
の電極線２５ｃより構成されており、これによって未燃
ガスの検知をするものである。

第３図は、この半導体ガスセンサ２６によって未燃ガス
検知を行う制御回路図で、２７はレバー４の押圧操作に
よってＯＮされる電源スィッチ、２８は送風ファン１７
を回転させる送風モータ、２９は前記送風モータ２８の
回転数を切り換える強・弱スイッチである。３ｏは整流
ダイオード、３１は制限抵抗、３２はツェナーダイオー
ド、３３は電解コンデンサであり、これらによって直流
低電圧をつくり出している。３４はタイマ回路を構成す
るタイマ用ＩＣ１３６はタイマ時間設定用コンデンサ、
３６はオペアンプで、抵抗３了、３８により規制された
基準電圧を非反転入力に、前記タイマ用ＩＣ３４の出力
電圧を反転入力に接続し、整流用ダイオード３９によっ
て、後段の回路動作を遅延させる働きをしている。４ｏ
は電圧比較器の一例として用いたオペアンプで、抵抗４
？Ｉ４２＋４３により規制された基準電圧を非反転入力
に、一方、半導体ガスセンサ２６と、比較抵抗４４によ
る分圧電圧を反転入力に接続し、未燃ガスの検出を行な
う。４５．４６はトランジスタで、前記オペアンプ４０
の出力電圧によって開閉し、ソレノイド６を制御するも
のである。４７は、ソレノイド６の保護用ダイオードで
ある。４８は電圧比較器の一例として用いたオペアンプ
で、抵抗４１゜４２．４３による規制された基準電圧を
反転入力に、−男手導体ガスセンサ２６と比較抵抗４４
による分圧電圧を非反転入力に接続し、オペアンプ４ｏ
より早期のレベルで未燃ガスの検出を行う。

４９はトランジスタで、前記オペアンプ４８の出力電圧
によって０Ｎ−ＯＦＦ　　Ｌ、警報器の一例として用い
た警報ブザ−５ｏを制御するものである。

上記構成において、次にその動作を説明する。

まずレバー４を第１図の下方に押し下げると灯芯３は外
火皿９の上方に押し出される。この時、同時に電源スィ
ッチ２７がｏＮし、ＩＣタイマ３４が動作を始め、オペ
アンプ３６の反転入力が、タイマ動作中にＬｏに保たれ
る。従って、その出力はＨｉに保たれ、オペアンプ４８
の出力はＬｏに保たれた状態で、トランジスタ４９はＯ
ＦＦ状態にあり、警報ブザ−６ｏは動作しない。一方、
オペアンプ４０の出力はＨｉに保たれた状態で、トラン
ジスタ４５，４６がＯＮ状態となり、ソレノイド６は通
電状態となる。従って、ソレノイド６の吸着作用によっ
て、レバー４はそのまま保持される。そして点火ヒータ
による点火によって燃料タンク１から吸い上げた燃焼を
燃焼させる。同時に、強弱スイッチ２９を強側に設定す
ると送風モータ２８が強回転し、風は送風ガイド２０に
そって下方に吹き出される。この時吹き出される風のベ
ンチュリー効果によって燃焼排ガスが第１図の破線のよ
うに吸引され、送風ファン１７からの風と混合し、温風
として吹出口２４より吹出すようになる。一方、前記ベ
ンチュリー効果によって通気筒７の通気口８から燃焼用
空気を強制的に吸引供給するようになる。

なお燃焼は、内、外炎筒１１，１３の一次空気供給孔１
２．１４部分で行われ、燃焼しきれない未燃ガスは外炎
筒１３の上方で燃焼する。また、半導体ガスセンサ２６
には、高温の燃焼排ガスが当たることになる。

ここで、半導体ガスセンサ２６は、一般の燃料ガス洩れ
検知器等に使用されている素子と同等のもので、一般に
、一定温度（４００〜６００℃）の一定ガス雰囲気中で
安定した抵抗値を示し、還元ガスの雰囲気中に置かれる
と、抵抗値が大きく減少することが知られている。しか
し、温度による抵抗変化も比較的大きく、マた、高温状
態で使用しなければならないため、ガス洩れ検知器の場
合、センサ素子にヒータ線を埋め込んで通電し、一定置
温度に保持して使用している。

一方、本実施例の燃焼方式によると、強弱スイッチ２９
を器側に切シ換えた場合、送風ファン１７よりの風が減
少し、吹出口２４より吹出される温風量が減少するが、
燃焼用空気の量が減少した分だけ、燃料の気化量も減少
するため、燃料と空気量の比は、自然現象に従って一定
に保たれ、排気ガスの温度はほとんど変化しない。故に
、半導体ガスセンサ２５を適当な位置で排ガス中に設定
すれば、燃焼装置の強・弱に拘らず、半導体ガスセンサ
２６の温度は、４００〜６００℃の温度で一定に保たれ
、従って、その抵抗値も安定したレベルを示す。ここで
、ＩＣタイマ３４のタイマ時間を燃焼開始から、半導体
ガスセンサ２６が定常安定状態に移行する時間以上に設
定しておけば、ＩＣタイマ３４がタイムアツプして、そ
の出力がＨｉとなり、オペアンプ３６の出力がＬｏとな
っても、半導体ガスセンサ２６の抵抗値が充分高い値で
安定し１いる為、オペアンプ４ｏは依然Ｈｉ状態にあシ
、ソレノイド６の吸着により、燃焼は維持される。また
、オペアンプ４８の出力も依然ＬＯ状態を維持され、警
報ブザ−６０は動作しない。

次に、このような状態で燃焼中に酸欠状態になりはじめ
た場合の動作を説明する。酸欠状態になると、内、外炎
筒１１，１３の一次空気供給孔１２．１４に形成してい
た燃焼炎は酸欠により燃焼反応が衰え一次空気供給孔１
２．１４に形成されていた炎が次第に少なくなって炎の
形成されない一次空気供給孔１２．１４が多くなって来
ると同時に不完全燃焼となる。これは、通常状態では一
次空気供給孔１２．１４から供給される一次空気の噴出
速度と一次空気供給孔１２．１４に形成される火炎の燃
焼速度がバランスされて、大部分の一次空気供給孔１２
．１４に火炎を形成していたものが、酸欠状態になる事
により、火炎の燃焼速度が遅くなり一次空気供給孔１２
．１４から供給される空気噴出速度の方が速くなって厳
密にはリフトし一次空気供給孔１２．１４に形成する火
炎が消滅していくからである。

こうして、さらに酸欠が進行し、不完全燃焼が進行する
と、ついには−酸化炭素を始めとする未燃還元性ガスが
発生してくる。そして、半導体ガスセンサ２６が、この
未燃還元性ガスを含んだ排ガスの影響を受けて、その抵
抗値が減少する。この抵抗値の減少は制御回路上、オペ
アンプ４ｏの非反転入力及びオペアンプ４８の反転入力
の電圧減少となって現われる。ここで、オペアンプ４８
の非反転入力が、オペアンプ４ｏの反転入力より大電圧
に設定されているから、まず、オペアンプ４８の出力が
Ｈｌとなり、警報ブザ−５ｏが動作を開始する。この時
点で、使用者が不完全燃焼を知り、窓を開けるなどの換
気を行うと、不完全燃焼はもとの正常燃焼に復帰し、警
報ブザ−６ｏも停止する。しかし、例えば使用者が睡眠
中、或いは何らかの事情で警報ブザ−６ｏに気付がなか
った場合、酸欠はさらに進行し、未燃ガスの発生量がさ
らに増加し、危険な状態になる。この時、半導体ガスセ
ンサ２６の抵抗値も刀口速的に減少し、遂には、オペア
ンプ４ｏの出力がＨｉからＬｏ状態になシ、トランジス
タ４５．４６が０ＦＦＬ、ソレノイド６への通電が断た
れて、レバー４の吸着が解除され、灯芯３は降下して燃
焼は停止する。

同時に電源スィッチ２７も開となるため、送風モータ２
８をはじめ、すべての電気回路がＯＦＦする。

第４図は、本実施例の燃焼装置の酸欠状態における室内
酸素濃度と半導体ガスセンサ２６の抵抗値、及び排ガス
中の一酸化炭素濃度の関係を示したものである。この図
よりわかるように、酸欠初期の一酸化炭素の発生がほと
んど見られない状態（０２濃度１９〜２１％）では、半
導体ガスセンサ２６の抵抗値は、燃焼装置の強・弱に拘
らず、はぼ安定したレベルを示し、これに対し、−酸化
炭素の発生に伴って、大きなゲインで減少していること
がわかる。従って、回路定数を連出に設定することによ
シネ完全燃焼による未燃ガス発生の危険な状態を警報と
消火という二段階の安全制御で避けることができる。

尚、第５図は本発明の他の実施例を示している。

このように、送風ファンや強弱切換のない自然燃焼式の
ものにおいても、排ガス中で適当な温度条件のところに
半導体ガスセンサ２５を設定することにより、排ガス中
の一酸化炭素の検出ができる。

また、本実施例では、使用者の注意を喚起する方法とし
て警報ブザーを使用する方式で説明したが、このかわり
に、ランプを点灯させても良い。

以上のように、本発明によれば、酸欠状態での燃焼機器
の不完全燃焼による未燃ガス発生を検知して、使用者の
注意を喚起し、危険な状態を未燃に防ぐことができ、も
し、何らかの事情でさらに危険な状態になった場合には
、最終手段として燃焼を止めてしまう、という二段構え
の確実な安全制御が行える。

さらに未燃ガスの発生量を直接検知し、変化量も犬きく
とれるため酸欠状態に限らず、未燃ガスの発生する危険
な状態をすべて確実に検知できるという大きな効果があ
る。また、ガスセンサも、燃焼熱で温度設定しているた
め、従来のガス洩れ検知器等に使用されていたガスセン
サのように、温度制御ヒータが不要となり、従って、セ
ンサの構造も極めて簡単で、製造コストも大巾に削減で
きる。そして、制御回路も、燃焼量の変化によって、検
知レベルを変えるような配慮が不要で、簡単な制御で安
価に実現することができる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を適用した液体燃料燃焼装置
の断面図、第２図は本発明の一実施例における半導体ガ
スセンサの拡大図、第３図は制御回路図、第４図は半導
体ガスセンサの特性を示すグラフ、第５図は本発明の他
の実施例を適用した液体燃料燃焼装置の断面図である。 ６・・・・・・ソレノイド、１６・・　・・燃焼筒（燃
焼部）、２５・・・・・・半導体ガスセンサ（ガスセン
サ）、３４・・・　・ＩＣタイマ（タイマ回路）、４０
，４８・・・・・・オペアンプ（電圧比較器）。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼部と、前記燃焼部からの排ガス中に装着し、排ガス
   中の未燃ガスを検出するガスセンサと、前記ガスセンサ
   の抵抗値の変化を電圧で検出して異なる電圧レベルで動
   作する２個の電圧比較器と、前記２個の電圧比較器の動
   作を前記燃焼部の点火後一定時間遅延するタイマ回路と
   を備え、前記２個の電圧比較器のうち、前記ガスセンサ
   の抵抗変化の小さいレベルで動作する電圧比較器で警報
   手段を駆動し、他の電圧比較器の動作で前記燃焼部の消
   火を行うことを特徴とする燃焼装置の安全制御回路。