JPS60243421A - ガスバ−ナ− - 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】 本発明は閉鎖された燃焼室内に配列されるノ＜−ナー板
と、ガス及び空気取入口を備えていてノマーナー板を境
にしてその燃焼室の反対側に位置する混合室と〜そして
その燃焼室におけるバーナー板の開口を通してその混合
室からのガス−空気混合物を給送するための送風機とを
備えたガスバ−ナーに関する。

この種のガスバーナーは、オランダ特許出願第７９０６
４５８号〔英国特許第２．０６３．４５１号に対応〕か
ら既に周知である。しかしこの周知のバーナーは可変負
荷のもとで動作するような応用においては適していない
。その理由としては、まず第一に、かかるバーナーには
金属ノに一ナー板が使用されていて、その火炎がそのノ
〈−ナー板Ｇこ吹きつけられずに打ち返される状況にお
ける負荷がそれぞれ僅かばかり異なっていること、そし
て第二に、かかるバーナーの場合、如上の基準Ｇこよっ
て決定される限度内での負荷変動が、ノマーナーの製造
過程において設定されるガス−空気混合物の混合比を代
えるので、かかる逸脱を補正するガス供給についての制
御が必要となることが指摘できる。混合物における空気
が多過ぎたり又は少なずぎたりするならば、その燃焼効
率が減少したり又は燃焼されたガス内に健康に有害な燃
焼物の濃度が増えることになる。

更にかかるバーナーには、経年変化、腐食、又はその汚
染を原因とした最初に設定された混合比からの逸脱によ
る不利な影響のいずれか、又はそれらの幾つかが同時に
発生することを考慮して比較的頻繁な保守が必要となる
という不具合がある。

本発明は、低い熱伝導率を持つバーナー板を有し、燃焼
室内にはそのバーナー板上に燃焼されたガスの成分に依
存した電気的抵抗を持つ酸化還元反応検出器が配列され
ていており、更にその入力に印加されるその検出器の抵
抗に比例した検出信号に応答してそのバーナーの混合室
へのガス＼空気、ガスと空気の両方のいずれかの供給を
制御するための１つ又はそれ以上の出力信号を作りだす
ための電子式制御ユニットを有していることにより、前
述の不具合を解消し得ることのできる如上の型式のガス
バーナーを提供せんとするものである。

本発明によるガスバーナーのバーナー板は低い熱伝導率
を持っていて、かかるバーナー板の最大に許容し得る負
荷はその火炎の逆流が生じない最低負荷の倍数であるた
めに、ガスバーナーとしては広範な異なる負荷において
運転できる。

本発明によるガスバーナーでもって適用されるように、
ガス−空気混合物の混合比を燃焼されたガスの還元成分
の濃度に依存して制御すれば、一方では各負荷及びガス
成分に関して完成燃焼を作り出すその混合比の値を持つ
ことができ、他方ではガスバーナーの摩耗、汚染、摩耗
と汚染の両方に起因した混合比の何等かの変動により制
御ユニットの制御範囲が越えられて、そのガス供給が止
められ、即ち鎖錠される値へと入るまで自動的に修正さ
れることになる。これと同時にその制御ユニットは、そ
のユニットの制御範囲がいまだ越えられではいないが、
バーナーについての手入れを必要とする摩耗又は汚染状
態を合図するためにも使用されろ。更に、混合比につい
てのこの自動修正により、燃焼効率及び有害な燃焼物の
形成に関して全く悪影響なしで長期間にわたるバーナー
を使用することができる。

更に、かかるバーナーを具備せる器具を用いれば、通風
断続器を使用する必要がなく、しかもその排出ダクトの
構成に関しては、その装置自体の安全性及び燃焼の安全
性を確保するだめの特別な要件を別に必要としないとい
う利点をもっている。

これは、燃焼されたガスの排出不良に起因した燃焼室内
での還元するガス成分の濃度における増大が酸化還元反
応検出器によって検出され、制御ユニットを通して、そ
のガス−空気混合物の混合比を変えることによって対処
され、しかもそのユニットの制御範囲が越えられるなら
ば、そうした状況を前取って合図した後に、そのバーナ
ーへのガス供給を止めることになるためである。

本発明の更に別な特徴によると、酸化還元反応検出器に
は、その検出器をその必要な運転温度へと加熱するため
の加熱素子が与えられて、その制御ユニットへと印加さ
れる検出信号がその検出器の温度に対する感度によって
影響されるのを防止するようになっている。もしも運転
に際してその温度が目立って変わらないバーナー板から
の短い距離に酸化還元反応検出器が配列されるとするな
らば、その検出器には、その燃焼室へのガス−空気混合
物の供給に先立ってその検出器自体をその必要な運転温
度へと予備加熱し且つガス−空気混合物を点火するため
の加熱素子が好都合に与えられる。

本発明の別な好ましき実施例において、その電子式制御
ユニットには、混合物が点火されないときに印加される
検出信号に応答して混合室へのガス供給を止めるための
手段が与えられている。

検出器はガス−空気混合物が燃焼室に給送される前にそ
の運転温度へと予備加熱され、増加する温度によって支
持されるバーナーへの点火中に生じる還元ガス成分の短
くて高い濃度を検出するようになっている。もしもガス
−空気混合物が点火されない結果として、その濃度が、
例えば、１〜２秒の予め決められた時間に渡ってそのま
まの状態にあるならば、混合室へのガス供給が止められ
るようになっている。また、この加熱素子は検出器につ
いてのこの保護機能の獲得以外にガス−空気混合物を点
火させるためにも使用される。従って、バイパス・バー
ナー又は電気点火装置のような手段を別途設ける必要が
ない。

以下この発明の詳細を添付図面を参照し・つつ説明する
。

第１図に示されている装置は、壁１と、その壁１によっ
て取り囲まれ、そこで発生される燃焼ガスを排出させる
ためのチャンネル２ａを持つ閉鎖された燃焼室２と、耐
火性の材料で作られていて、その燃焼室２内に設けられ
るバーナー板３と、そのバーナー板３を境にしてその燃
焼室２の反対側に位置し、ガス取入口５及び空気取入口
６が備えられている混合室４と、そしてその混合室４の
内部において、一方にある取入口５．６と他方にあるバ
ーナー板３との中間に配列される送風機７とを備えてい
る。混合室４において形成されるガス−空気混合物は、
バーナー板３における開口を通して燃焼室２へと送風機
７によって給送され、そして付加される２次空気なしで
燃焼室２において燃焼される。

この器具は、更に、燃焼室２内に配列されていて、水又
は空気を加熱するための熱交換器８を備えている。

燃焼室２内のバーナー板３のすぐ上部には、「酸化還元
反応検出器」としての−酸化炭素検出器９が設けられて
いて、この検出器９ば電子式制御ユニット１０に接続さ
れている。

制御ユニット１０には、送風ｔａ７に接続されている出
力、制御弁１２に接続されている出力、またはそれら両
方の出力、のいずれかが与えられている。制御弁１２は
ガス供給ライン１１に設けられてる。送風機７と制御弁
１２とは、検出器９によって測定された燃焼ガスにおけ
る一酸化炭素濃度が予め決められた制限値を越えて、制
御ユニ・７ト１０が制御信号を送風機７、制御弁１２、
送風機７と制御弁１２の両方、のいずれかへと供給した
ときに、その信号に応答して、混合室４への空気供給、
ガス供給量、空気供給とガス供給の両方、のいずれかを
越えて、その燃焼ガスによる一酸化炭素濃度を再びその
予め決められた制限値へと減少させるように配列されて
いる。

制御ユニット１０は、次のように、即ちその送風機７が
、燃焼されたガス内でバーナーの点火に際して又は予め
決められた制限値よりも高い一酸化炭素濃度が検出され
るに際して、まず、そのガス−空気混合物に余分な空気
を与えるような高速において回転するように調整され、
その後、その余分な空気が、その制御ユニット１０の入
力に印加される信号が一酸化炭素濃度の予め決められた
制限値に対応する値に到達するまで、その送風機７の回
転速度を下げることにより減少されるように、配列され
ても良い。

本発明の更に別な実施例によると、その制御ユニット１
０は、高い値から出発する過剰空気が予め決められた大
きさの検出信号の発生まで、小さなステップにおいて減
少され、その後、その検出器信号の増加に応答して予め
決められた量だけ増加され、引き続いて、小さなステッ
プ〔勾配制御〕において再び減少されるよ・うに配列さ
れている。

更・妃特定するに、その制御ユニット１０は、次のよう
に、即ちバーナーの点火時における選択される高い値（
例えば、１０〜２０％）から出発する過剰空気が、それ
に関連している２つの時点間における検出器信号の相対
的増加が予め決められた値（例えば、全信号の１０〜４
０％）に到達するまで、小さなステップ（例えば、０．
０１〜０．０２５％）において増加され、その後、その
検出器信号のその予め決められた増加に応答して予め決
められた量（例えば、１〜２％）だけ増加され、引き続
いて、前述の小さなステップにおいて再び減少されるよ
うに配列されても良い。検出器信号の増大に応答してそ
の過剰空気が増加される値は、バーナーの点火時におけ
るその過剰空気値よりも低く、例えば、１〜７％、好ま
しくは４％以下である。

一酸化炭素検出器９とそこに接続される制御ユニット１
０とを前述の如く組合わせることにより予め決められた
制限値からのその各逸脱の発生に際したその燃焼ガスに
おける一酸化炭素濃度は、その逸脱が、そこに供給され
るガス量の増大又は減少から生ずるバーナーの負荷変動
によるか又はバーナーの経年変化、腐食又は汚染或いは
その装置の排出ダクトの閉鎖によるかどうかに無関係に
その値へと自動的に戻されることになり、制御可能な負
荷を持つ器具は、本発明によるガスバーナーの適用を通
してその運転に信転性があり且つ安全で、しかもその保
守が比較的簡単であるという長所を持っている。

本発明によるガスバーナーに適合せるガス器具の安全性
をチェックするためには、次に示すわざわざ作り出され
る安全でない状況、即ち：（イ）ガス−空気混合物の点
火失敗 （ロ）燃焼されたガスの排出ダクトの閉塞（ハ）熱交換
器の汚染 （ニ）ガス圧の３０％の増減 （ホ）空気入口開口における通路の減少−に対する器具
の応答が検出される。

器具としては、次に示す状況、即ち； （イ）ガス弁の閉鎖 （ロ）ガス弁の閉鎖 （ハ）ガス−空気比の適応、そして汚れ過ぎた場合にお
けるガス弁の閉鎖 （ニ）ガス−空気比の再調整 （ホ）空気入口開口が小さ過ぎるようになったときでの
そのガス弁の閉鎖に続くガス−空気比の再調整 一に反応する・ 第２図に示されているグラフにおいて、曲線Ａは、通常
の家庭用ガス自動湯沸器に対する相対通負荷Ｌ　／　Ｌ
　ｎ　ｏ　ｍの関数としてのＣＯ発生の変化を表してい
る。この曲線から見られるように、燃焼されたガスにお
けるＣｏ？！！度は公称負荷Ｌｎ。

ｍを僅かばかり超過することで急速に増大している。第
２図における曲線Ｂは、本発明によるガスバーナーを備
えた器具に対する相対的負荷の関数としてのその燃焼ガ
スにおけるＣＯ濃度の変化を示している。酸化還元反応
検出器としては、型式％式％ 検出器９が利用されている。この曲線から見られるよう
に、負荷の極めて大きな変動にもかかわらず、ＣＯ濃度
はさほど増大していない。

第３図に示されているグラフにおいて、曲線Ａ、Ｂ及び
Ｃは、通常の家庭用ガス自動湯沸器、本発明によるガス
バーナーを具備した器具及び高能率のセントラル・ヒー
ティング・ボイラーのそれぞれに対する、過剰空気θの
関数としてのＣＯ濃度の変化を示している。そうした曲
線から見られるように、本発明によるガスバーナーを用
いると、その器具はガス−空気混合物において最低の過
剰空気をもって運転できるので、高い能率が達成される
。

本発明によるガスバーナーにはセラミック製のバーナー
板３が具備されており、かかるバーナー板は、広範な負
荷にわたって安定した火炎を与え且つ腐食に対して弱い
従来の金属バーナー板よりもはるかに長い寿命を持って
いる。

セラミック製のバーナー板を用いると、その表面ではガ
ス−空気混合物が均等に分配され、その混合物の燃焼に
際して形成される還元ガス成分の濃度はその板の全表面
において同一の値を持つことになる。これは、その混合
比を制御するための基準として使用される一酸化炭素濃
度の制限値が、次のような、即ちその検出器特性からし
て装置を制御するのに好ましい化学量論的燃焼（空気係
数二〇＜１．１）が維持されるような低い値に選ばれる
のを可能にする。−酸化炭素検出器９は、特に極めて低
い一酸化炭素濃度を測定するときには無視できない温度
に対する感度を持っていて、そのバーナー板３に近い距
離ではその温度が実質的に一定であるが、そのバーナー
板３から遠い距離においてはその熱交換器へと給送され
る媒体の温度変化のために大きく変わるので、なるべく
そのバーナー板３のすぐ近くの表面上に配列させるのが
好ましい。

第１図に示されている器具において、−酸化炭素検出器
９にはその検出器の周囲に巻かれて抵抗線の形態におけ
る加熱素子９ａが与えられる。加熱素子９ａはそのバー
ナーが運転状態に置かれるときにおける検出器９をバー
ナーのガスの供給に先立ってその運転温度へと加熱する
と同時に、ガス−空気混合物を点火するようにも作用す
る。

酸化還元反応検出器についての予備加熱は、その検出器
が、そこにある過剰空気のためにガス−空気混合物に生
じる還元ガス成分の比較的高い濃度と、その点火に際し
ての上昇温度と、を検出するという効果を達成し、且つ
そこでの制御ユニット１０は、この時点に供給されるそ
の検出信号に応答して、しかも還元するガス成分の高濃
度がその点火の瞬間から予め決められた時間（例えば、
１〜２秒）を越える時間にわたってそのままにあること
を条件として、そのガス供給を遮蔽することができる。

制御ユニット１０としては、周知の型式のアナログ制御
回路又は適当なマイクロプロセッサが使用できる。

本発明によるガスバーナーは、その応用面において、如
上の型式の器具としての使用に限定されないばかりでな
く、例えば、台所又は浴室用自動湯沸器及び料理器具に
おいても応用可能である。

料理器具に対するガスバーナーとしての応用において、
そのバーナー自体は前述の態様において配列され、且つ
それを取り囲んでいるハウジング内に取付けられ、その
上側は、燃焼されたガスを通すための開口が付与されて
いる金属製の料理板によってカバーされる。

本発明によるガスバーナーは、その排気ガスに含まれる
有害な物質の濃度が極めて低いという付加的利点を持っ
ている。従来のガスバーナーの排気ガスにおけるＮＯｘ
−化合物の放出レベルは１００〜１５０ｐｐｍ、又はそ
れ以上の値を持っているが、本発明のガスバーナーでは
、４ｏｐｐｍ。

以下であり、しかもｌｊｐｐｍ、以下にすることができ
る。例えば、もしもその空気係数θが値１゜０５を持つ
ならば、その排気ガスにおけるＣＯ濃度は３０．ｐ　ｐ
　ｍ、となり、Ｎｏｘｆｌｐ度は１４ｐｐｍとなること
が判明している。　最後に、１゜Ｏ〜５００Ｗの低パワ
ーを持つ特に小型の本発明によるガスバーナーは、例え
ば、１００ＫＷ又はそれ以上のパワーを持つ大型の産業
用バーナーに対する酸素供給を制御するためのパイロ７
）・バーナーとしても使用できる。ガス供給に関与する
この場合におけるパイロット・バーナーは産業用バーナ
ーに並列に接続されるが、この、パイロ。

１・・バーナーの送風機へと供給される制御電圧は、そ
の産業用バーナーの酸素要求量に対する大きさであり、
結果的にその産業用バーナーへの酸素供給を制御するだ
めの制御信号として使用される。

尚、以上説明説明してきた作用、効果を期待できる本発
明の「ガスバーナー」の具体例を列挙すれば次の通りで
ある。

（１）閉鎖された燃焼室２内に配列されるバーナー板３
と、ガス取入口５及び空気取入口６を備えていて前記バ
ーナー板３を境にして前記燃焼室２の反対側に位置する
混合室４と、前記燃焼室におけるバーナー板の開口を通
して前記混合室４がらのガス−空気混合物を給送するた
めの送風機７とを肴するガスバーナーに於いて、前記バ
ーナー板は低い熱伝導率を持つもので、且つ前記燃焼室
内には、燃焼されたガスの成分に依存する電気抵抗を持
つ酸化還元反応検出器９がバーナー板の上部に配列され
ており、更にその検出器の入力に印加されている抵抗に
比例した検出信号に応答して、前記燃焼室へのガス、空
気、ガスと空気の両方、のいずれかの供給を制御するた
めの１つ又はそれ以上の出力信号を作りだす電子式制御
ユニット１゜を備えていることを特徴とするガスバーナ
ー。

（２）　セラミックバーナー板を備えていることを特徴
とする前記第１項に記載のガスバーナー。

（３）　前記酸化還元反応検出器には、それ自体を必要
な運転温度へ加熱するための加熱素子が与えられること
を特徴とする前記第１項又は第２項のいずれかに記載の
ガスバーナー。

（４）前記酸化還元反応検出器は前記バーナー板から僅
かばかり離れた距離に配列されていることを特徴とする
前記第１項乃至第３項のいずれか１つに記載のガスバー
ナー。

（５）前記酸化還元反応検出器には、前記燃焼室へのガ
ス−空気混合物の供給に先立って、該検出器をその必要
な運転温度へと予備加熱し且つそのガス−空気混合物を
点火するための加熱素子９ａが与えれていることを特徴
とする前記第４項に記載のガスバーナー。

（６）　前記電子式制御ユニットには、前記ガス空気混
合物が点火しない場合に、そこに印加される検出信号に
応答して、前記混合室へのガス供給を止める手段が与え
られていることを特徴とする前記各項のいずれか１つに
記載のガスバーナー。

（７）前記電子式制御ユニットは、高い値から出発する
余分な空気が、予め決められた大きさの検出信号の発生
まで小さいステップにおいて減少され、その後前記検出
器信号の前記増大に応答して予め決められた量だけ増大
され、引続いて再び小さなステップにおいて減少される
［勾配制御〕ように配列されていることを特徴とする前
記各項いずれか１つに記載のガスバーナー。

（８）前記燃焼室内に配列されている前記酸化還元反応
検出器は、その燃焼されたガスの１っ又それ以上の還元
する成分の濃度に依存した電気的抵抗を持つ検出器であ
ることを特徴とする前記各項いずれか１つに記載のガス
バーナー。

（９）前記燃焼室内に配列されている前記酸化還元反応
検出器は一酸化炭素検出器であることを特徴とする前記
第８項に記載のガスバーナー。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるガスバーナーを備えた空気又は
水加熱装置の一実施例を示す概略図である。 第２図は、従来のガスバーナーと本発明によるガスバー
ナーとに対する相対的負荷の関数として示す燃焼中に発
生されるＣＯについてのグラフである。 第３図は、２つの従来のガス器具とそして本発明による
ガスバーナー備えたガス器具とに対する空気係数の関数
として発生されるＣＯのグラフである。 ｉ　−−−一壁 ２−＝−−−ｍ−燃焼室 ３−−−−−−バーナー板 ４−−−−一混合室 ５−−−−−−ガス取入口 ６−−−一空気取入口 ７−＝−送風機 ８−−−−熱交拷７ ９−−−−一検出上ン ９ａ−−一〜−−加熱素子 １０　＝−制御ユニット １１−−−−ガス供給ライン １２−−−−−−−制御弁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 閉鎖された燃焼室２内に配列されるバーナー板３と、ガ
   ス取入口５及び空気取入口６を備えていて前記バーナー
   板３を境にして前記燃焼室２の反対側に位置する混合室
   ４と、前記燃焼室におけるバーナー板の開口を通して前
   記混合室４からのガス−空気混合物を給送するための送
   風機７とを有するガスバーナーに於いて、 前記バーナー板は低い熱伝導率を持つもので、且つ前記
   燃焼室内には、燃焼されたガスの成分に依存する電気抵
   抗を持つ酸化還元反応検出器９がバーナー板の上部に配
   列されており、更にその検出器の入力に印加されている
   抵抗に比例した検出信号に応答して、前記燃焼室へのガ
   ス、空気、ガスと空気の両方、のいずれかの供給を制御
   するための１つ又はそれ以上の出力信号を作りだす電子
   式制御ユニット１０を備えていることを特徴とするガス
   バーナー。