JPS5819624A - 燃焼状態検出装置 - 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】 本発明は、可燃性ガス検出素子を用いた燃焼状態検出装
置にかんするもので、燃料を気化させる芯と１次燃焼室
と２次燃焼室とを有する液体燃料燃焼装置に用いるもの
である。

５ｎ０２　、　ＴｌＯ２、ＭｇＦｅ２Ｏ４，−ＣｏＯ等
の金属酸化物半導体の抵抗値が、可燃性ガスの濃度によ
り変化することは広く知られている。また酸化触媒を可
燃性ガス中にさらすと、接触酸化作用により触媒の温度
が上昇することも広く知られている。このような性質を
利用した可燃性ガス検出素子も広く知られている。

つぎに、可燃性ガス検出素子を用いて、芯と１次燃焼室
と金網等の２次貫焼室とを有する液体燃料燃焼装置、例
えば石油ストーブ、の燃焼状態を検出する場合を考える
０素子の取り付は位置として最初に考えられるものは、
金網等の２次燃焼室の上部、あるいは周囲である。

この取り付は位置の場合には、燃焼装置から最終的に排
出されるガスの組成を検出できる反面で、実際番ζ不完
全燃焼が行ってからしか検出ができず安全性を欠くとい
う欠点がある。また、排ガスに周囲の空気が混入するた
め検出精度が低下する欠点もある。

本発明は、新規な位置に可燃性ガス検出素子を取りつけ
た燃焼状態検出装置を提供すること、および取りつけ位
置の変更によって生じる問題点、すなわち素子の温度の
複雑な変化、未反応燃料の存在、燃焼ガス中の濃度分布
の存在、を解決することを目的とする。

本願の第一の発明は、芯と１次燃焼室と２次燃焼室とを
有する液体燃料燃焼装置の、１次燃焼室に可燃性ガス検
出素子を設けるとともに、素子の温度依存性を補償する
ようにしたものである。

本願の第二の発明は、芯と１次燃焼室と２次燃焼室とを
有する液体燃料燃焼装置の、１次燃焼室に可燃性ガス検
出素子を設け、その温度依存性を補償するとともに、素
子の上流側に気体混合手段を設けて、燃焼室内の気体の
濃度分布を解消するようにしたものである。

ここに、可燃性ガス検出素子としては、５ｎ０２゜Ｔｉ
Ｏ２，ＭｇＦｅ２Ｏ４，Ｃｏｏ　等の金属酸化物半導体
の抵抗値の変化を利用したもの、あるいは白金線コイル
のような測温抵抗体を、アルミナやシリカ等に担持させ
た触媒でおおって、接触酸化による温度変化を検出する
ようにしたもの等の公知のガス検出素子を用いればよい
。このように可燃性ガス検出素子を用いるとしたのは、
１次燃焼室内では常に酸素過剰であるためである。

素子を１次燃焼室に取りつけることとしたのは、周囲空
気の影響をさけるとともに、１次燃焼室では燃焼ガスの
組成の変化が鋭敏に生じるためである。なお素子を１次
燃焼室に設けるとは、素子を１次燃焼室内の気体に接触
するように設けることを意味するものである。

素子の温１度依存性を補償するようにしたのは、１次燃
焼室の温度が、燃焼状態とともに変化するためである。

また気体混合手段を設けたのは、燃焼ガスの組成の濃度
分布を解消するためである。

足下に、本発明の実施例について説明する。

第１図および第２図（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例に
用いる可燃性ガス検出素子および温度補償手段の一例を
示すものである。第１−はその正面図を示すもので、第
２図（ａ）、（ｂ）はその要部拡大断面図であり、第２
図（ａ）は半導体および電極部分を、第２図（ｂ）は半
導体を加熱するヒータ部分を示すものである。

図において＋１１は耐熱絶縁性の基板で、緻密質のアル
ミナでできている。（２）は基板の端部に設けたくぼみ
部で、その内部に金属酸化物半導体（３）を充填等によ
って収容する。金属酸化物半導体（３）のガスに対する
感度を高める必要がある場合には、Ｐｄ。

ｐｔ等の貴金属触媒を加える。

また雰囲気ガス中の硫黄分や重金属による半導体（３）
の被毒を防止する必要がある場合には、半導体（３）の
表面に、多孔質のアルミナ等のコーティングを施し、被
毒成分をコーティング層に吸着させるようにする。

（４）および（６）は一対の電極で、半導体（３）に埋
設しである。このうち（４）は測温抵抗体兼用の電極で
、その一部をコイル状にするとともに、折り返えし部を
設けて、その両端の抵抗がら、半導体（３）の温度を検
出するようにしている。

（６）はヒータで、高温で各種の雰囲気にさらされるこ
とによる腐蝕を防ぐため、くぼみ部（２）の下部の基板
＋１１中に埋設しである。

測温抵抗体兼用の電極（４）およびヒータ（６）により
、素子の温度補償手段を構成する。半導体（３）の温度
を、測温抵抗体兼用の電極（４）で検出し、温度が一定
になるようにヒータ（６）を動作させる。

（７ａ）　、（７ｂ）は固着手段で、基板（１）に設け
た一対の透孔からなってかり、ボルトナツト止めにより
、基板１１）を１次燃焼室に固着する。（８ａ〜８ｄ）
は、電極（４）、（６）およびヒータ（６）と外部との
接続用のリードピンである。

なおこの素子では、半導体（３）の温度が一定になるよ
うに温度補償手段を設けたが、温度補償手段にはこれ以
外に種々のもめを用いることができる。

例えば、ヒータ（６）を設けず、素子の加熱を燃焼室ガ
スｉｑまかせ、半導体（３）の抵抗温度依存性を、測温
抵抗体兼用の電極（４）ｋよって補償してもよい。

本発明に用いる素子の他の一例を第３図に示す。

図において（１１）は、可燃性ガス検出素子、０′４は
その温度補償素子であり、（１′４、（１４）Ｇｉ白金
線コイルである。（１１よ白金線コイル（ｌ講をお詔う
触媒で、多孔質アルミナに白金黒を付着させたものであ
り、０引１、（Ｉ＠と同じ熱容量と放熱係数をもつ多孔
質のアルミナで、白金線コイル輌をおおっている。

第４図は、本発明の燃焼状態検出装置の一実施例を示す
ものである。

図において、（財）は液体燃料燃焼装置本体で、（イ）
はその貯油槽、に）は芯、（ハ）は多数の小透孔（ハ）
を両壁面に設けた１次燃焼室、（ホ）は２次燃焼室で金
網（２）により構成されている。

１次燃焼室に）の上部には、可燃性ガス検出素子（ホ）
が設けである。翰は気体混゛合手段で、１次燃焼室■の
素子に）の上流側に設けてあり、燃焼ガスの流路に垂直
な方向のガス組成の濃度分布を解消するためのものであ
る。混合手段−の構造を第５図に示す。

つぎに、この燃焼状態検出装置の機能について説明する
。

燃焼を開始すると、芯（至）から気化した燃料は１次燃
焼室（ハ）で部分的に燃焼しつつ、２次燃焼室（ホ）へ
移動する。この燃焼に伴う負圧によって、透孔（ハ）か
ら空気が吸引され、１次燃焼室（ハ）内での燃焼が保た
れる。この場合に１次燃焼室（ハ）内には常に未反応酸
素が存在するように透孔（ハ）を設けである。

また、１次燃焼室（ハ）での部分燃焼によって、３翰の
加熱が行われ、燃料の蒸発が保たれる。

１次燃焼室（ハ）で反応しなかった燃料は、２次燃焼室
（ホ）で燃焼を完了する。

正常燃焼時には、１次燃焼室（ハ）内には、若干の未反
応燃料が存在するが、その、濃度は低い。またその濃度
は、８翰側で大きく、上部では小さい。

反応中間体である、ＣＯやＨ２の濃度は低い。１次燃焼
室（ハ）内の温度は、上部で高く、下部では低い。

室内酸素濃度の低下等により、燃焼状態が悪化すると、
１次燃焼室（財）内には、大量のｃｏやＨ２が発生し、
未燃焼の燃料が増大する。室内酸素濃度と１次燃焼室■
内のｃｏ濃度との関係を、第７図の曲線Ａに示す。

一方これと同時に、１次燃焼室（ハ）内の温度も、第７
図の曲線Ｂに示すように大きく低下する。

これはつぎのような機構によるものである。燃焼量の低
下によって、８輸の温度も低下し、芯（至）からの蒸発
量も減少する。透孔（ハ）からの空気の供給は、燃焼に
よる負圧に依存しているので、燃焼量力ｊ減少すると、
空気の供給量も減少する。したがって燃料の気化量が減
少しても、燃焼状態は改善されず、発熱量はさらに低下
する。これによって１次燃焼室−の温度はさらに低下す
る。しかしながら、このような状態でも、１次燃焼室−
には、過剰の酸素が存在する。また、１次燃焼室（財）
でＣＯが発生しはじめるときの室内酸素濃度は、最終的
な排ガスにＣＯが含まれはじめる濃度よりも高い。

素子−は、正常燃焼時にも若干の未反応の燃料にさらさ
れているが、その濃度は低くほぼ一定であるので、素子
（ホ）からの出方は小さい。燃焼状態が悪化すると、素
子に）は大量の、ｃｏＪｐＨ２等の反応中間体や、未反
応の燃料にさらされる。この場合に、各成分の濃度比は
、燃料の種類やＩ次燃焼室■の構造によって変化するが
、いずれにせよ大量の可燃性ガスが発生することにかわ
りない。

しかしながらこの場合に、１次燃焼室（ハ）の温度も低
下するため、素子（ハ）の出方は複雑な挙動を示す。第
８図の曲線Ｃに、ＳｎＯ□を半導体として用い、温度補
償を行わない場合の半導体の抵抗変化を示す。半導体の
抵抗値は、室内酸素濃度が１７４３％までは、燃焼状態
の悪化とともに増大し、その後急激に減少する。これは
、燃焼状態の悪化の初期では、ＣＯ等の発生の効果を、
温度低下の効果が上回るためである。

これにたいして、第１図および第２図に示す素子の場合
、燃焼状態の悪化にともなって素子の温度が低下すると
、測温抵抗兼用の電＠（＋ｌで素子の温度を検出し、ヒ
ータ（６）を動作させて素子の温度を一定に保つ。また
ヒータ（６）を設けない場合、半導体（３）の抵抗温度
係数を、測温抵抗体（４）によって回路的に補償する。

第３図の素子の場合、温度補償素子（１２）Ｉこよって
、ガス検出素子（１１）の温度変化の効果を補償する。

第１図および第２図に示した素子を用いた場合の検出結
果を、第８図の曲線りに示す。

なおこの実施例では、素子（ホ）を１次燃焼室（ハ）の
上部に取りつけたが、上部に限らず１次燃焼室（ハ）の
種々の位置に取りつけることができる。その場合に、下
部に取りつけると、正常燃焼時の未反応燃料の濃度が高
い、および雰囲気の温度が低い等の問題がある。ただし
これらの条件は、燃焼装置の構造により変化するもので
あり、燃焼装置に応じた取りつけ位置をえらぶべきもの
である。

第５図に、本願の第２の発明に用いる気体混合手段の一
例を示す。図において、０◇は気体混合手段本体、（８
２ａ）、（８２ｂ）−は隔壁、（至）、（至）は本体０
ηに設けた多数のらせん状の透孔をあられす。気体混合
手段Ｃ１１）は、素子（ハ）を隔壁（８２ａ）、（８２
ｂ）で囲むように、１次燃焼室（ハ）に取りつける。

燃焼ガスは、本体Ｏｐの上流側の凸部によって収束され
て透孔■、に）に流入し、ここで部分的に混合する。透
孔（至）、（至）を出たガスは隔壁（８２ａ）、（８２
ｂ）内でらせん状に流れながら、混合を完了し、素子（
財）へ流入する。これによって、１次燃焼室（ハ）内の
水平方向のガスの濃度分布が消滅し、素子（ハ）と接触
するガスの組成のふらつきが解消できる。

気体混合手段には、第５図のものに限らず種々のものを
、例えば多数の透孔をたがいちがいに設けた２枚の板を
組み合せたもの、広く用いることができる。

第６図に、第１図および第２図の素子を用いた場合の検
出回路の一例を示す。

図において、θ力は半導体、（６）はヒータ、（財）は
測温抵抗体、■はヒータ制御用のトランジスタで、測温
抵抗体−で半導体（ロ）の温度が一定となるよう□、 にヒータ（６）を制御したものである。（ハ）は増幅器
、に）は制御手段で、燃焼状態の悪化によって、燃料の
供給を停止するもの等からなる。

以上に説明したように、本発明によれば、周囲空気の影
響を受けることなく、正確に燃焼状態を検出することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、金属酸化物半導体からなる可燃
性ガス検出素子の一例を示すもので、第３図は接触酸化
を利用した可燃性ガス検出素子の一例を示すものである
。 第４図は、本発明の燃焼状態検出装置の実施例の要部断
面図、第５図は気体混合手段の断面図で、第６図は本発
明の実施例で用いる検出回路の回路図である。 第７図は、室内酸素濃度と１次燃焼室の温度およびＣＯ
濃度との関係を示す特性図である。 第８図は、室内酸素濃度と、可燃性ガス検出素子の抵抗
値および温度補償後の出力を示すものである。 翰・・・芯、　　　　　（財）・・・１次燃焼室、（ホ
）・・・２次燃焼室、　（ホ）・・・可燃性ガス検出素
子。 特許出願人　フイガロ技研株式会社 代理人弁理士塩入　切回ｍ７’、Ｎ 第１図 ぐ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体燃料を蒸発させる芯と、１次燃焼室と２次燃焼
   室とを有する液体燃料燃焼装置の、（１）１次燃焼室に
   設けた可燃性ガス検出素子と、（２）前記可燃性ガス検
   出素子の温度依存性の補償手段と、可燃性ガス検出素子
   の出力により動作する制御手段とからなることを特徴と
   する燃焼状態検出装置。 ２、液体燃料を蒸発させる芯と、１次燃焼室と２次燃焼
   室とを有する液体燃料燃焼装置の、（１）１次燃焼室に
   設けた可燃性ガス検出素子と、（２）前記可燃性ガス検
   出素子の温度依存性の補償手段と、可燃性ガス検出素子
   の出力により動作する制御手段と、 （３）前記可燃性ガス検出素子の上流側に設けた気体混
   合手段とからなることを特徴とする燃焼状態検出装置。