(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させるバーナヘッドと、前記バーナヘッドに形成される火炎中の荷電粒子と接触する電極手段と、前記バーナヘッドと前記電極手段間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記バーナヘッドと前記電極手段間に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記荷電粒子の電位を検出する第１電位検出手段および第２電位検出手段と、前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段間の電位差を検出する電位差検出手段を備え、前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段は前記荷電粒子の異なる電位を検出するとともに、前記第１電位検出手段および前記第２電位検出手段の先端を直線状に成型し、前記バーナヘッドの炎孔に対して垂直方向に向くように配置した燃焼装置。
【請求項２】
電極手段の先端を直線状に成型し、バーナヘッドの炎孔に対して垂直方向に向くように配置した請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
第１電位検出手段と第２電位検出手段を同一の絶縁体に固定した請求項１または２記載の燃焼装置。
【請求項４】
電極手段と第１電位検出手段および第２電位検出手段を同一の絶縁体に固定した請求項１または２記載の燃焼装置。
【請求項５】
燃料に着火させる点火ロッドを備え、前記点火ロッドと電極手段と第１電位検出手段および第２電位検出手段を同一の絶縁体に固定した請求項１または２記載の燃焼装置。
【請求項６】
第１電位検出手段あるいは第２電位検出手段のうち少なくとも一つを点火ロッドと兼用する請求項１または２記載の燃焼装置。
【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させる燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の燃焼装置は、特開平６−２１３４３２号公報などに記載されているようなものが一般的であった。
【０００３】
この装置は図９に示されているように燃料を燃焼させるバーナヘッド１と、バーナヘッド１周壁の複数の炎孔２に形成される火炎３と接触する電極手段４を備え、バーナヘッド１と電極手段４間に流れる電流により火炎状態を判断し制御していた。
【０００４】
バーナヘッド１は、有底筒状の気化筒５の上端部に装着され、気化筒５は固定台６に固定され、バーナヘッド１の外周にはアースリング７が配置されていた。
【０００５】
燃料ポンプ（図示せず）により供給される灯油などの液体燃料は気化筒５内部に臨ませたノズル８より噴出され、気化筒５に埋設された電気ヒータ９により気化されていた。気化された燃料は一次空気通路１０より供給される空気と混合され、混合されたガスはバーナヘッド１と気化筒５の間に配置された絞り板１１を通り、バーナヘッド１の底壁の通孔１２を通ってバーナヘッド１内部に導入されていた。
【０００６】
さらに、混合ガスはバーナヘッド１周壁の炎孔２を通過するときに固定台６に固定された点火ロッド１３とバーナヘッド１の間で放電し発生した火花により着火され、火炎３を形成していた。
【０００７】
火炎３は可燃性ガスと予混合された一次空気の燃焼反応により炎孔２近傍に形成された内炎３ａと、周囲の二次空気の燃焼反応により内炎３ａの外側に形成された外炎３ｂから成る。内炎３ａおよび外炎３ｂには熱電離したイオンや電子などの荷電粒子が多く存在し、特に内炎３ａの荷電粒子の密度は外炎３ｂのそれより非常に高い。
【０００８】
電極手段４は、固定台６に固定され、電極手段４の先端４ａは炎孔２に対して平行方向に向くように配置され、また大きな電流を流すため荷電粒子の密度の高い内炎３ａに接触するように配置されていた。
【０００９】
また、電極手段４の先端４ａの炎孔２と反対側の面に補助ロッド４ｂが設けられ、補助ロッド４ｂは電極手段４と熱膨張係数の異なる材質で構成されていた。
【００１０】
上記構成により、バーナヘッド１と電極手段４間に一定の電圧を印加すると、火炎３には熱電離したイオンや電子などの荷電粒子が多く含まれているので、燃焼条件に対応した一定の電流が流れる。そして、バーナヘッド１と電極手段４間にある一定の電流が流れれば着火、流れなければ失火としていた。
【００１１】
また、正常燃焼時に流れる一定の電流値に対して設けたしきい値より電流が減少すれば酸欠や不完全燃焼といった異常燃焼と判断し、換気を促す警報を発したり強制的に燃焼を停止させるなどの燃焼制御を行っていた。
【００１２】
また、燃焼空気中に整髪料などに含まれる揮発性の有機シリコーンが存在した場合、バーナヘッド１や電極手段４の表面に絶縁性のシリコン酸化物被膜が形成され、バーナヘッド１と電極手段４間の抵抗値が増加し、流れる電流は正常燃焼であるにも関らず減少するので、異常燃焼と判断し、燃焼を強制的に停止させるなどの誤った制御動作をしていた。
【００１３】
しかし、電極手段４に補助ロッド４ｂを設けると、シリコン酸化物が形成されても、電極手段４と補助ロッド４ｂの熱膨張率が異なるため温度変化により表面に亀裂や孔食が生じ、その部分が新たな導通部となるので、電流は減少せず、シリコン酸化物被膜の影響を受けることなく安定して燃焼状態を検出することができるとしている。
【００１４】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃焼装置は、燃焼空気中に揮発性の有機シリコーンが存在した場合、電極手段４の先端４ａに補助ロッド４ｂを設けることにより、シリコン酸化物被膜が形成されても、電極手段４と補助ロッド４ｂの熱膨張率が異なるため温度変化により表面に亀裂や孔食が生じ、その部分が新たな導通部となるので、電流は減少しないとしているが、シリコン酸化物被膜は高温の部分に形成されやすく、燃焼条件によりシリコン酸化物被膜が電極手段４ではなくバーナヘッド１の表面に形成された場合、電流は正常燃焼であるにも関らず減少し、異常燃焼と判断し燃焼を停止させるなどの誤った制御動作をしてしまうという課題を有していた。
【００１５】
また、従来の燃焼装置の電極手段４の先端４ａは炎孔２に対して、平行方向に向くように配置されているが、先端４ａは高温の火炎に長時間さらされると変形するため、先端４ａと炎孔２間の相対的位置関係が変化し、電流が変化してしまうという課題を有していた。先端４ａは大きな電流を流すため火炎３のうちイオンや電子などの荷電粒子の密度が高い内炎３ａに接触するように配置されるが、内炎３ａ近傍は荷電粒子の密度の勾配が非常に激しく、先端４ａが変形し、内炎３ａの外側に変動した場合、先端４ａの接触する荷電粒子の密度が急激に小さくなるため、電流が急激に減少し、内炎３ａの内側に変動した場合、荷電粒子の密度の高い内炎３ａに接触する電極手段４の先端４ａの表面積が増加するため、電流が急激に増加する。つまり、先端４ａが炎孔２に対して平行方向に変動しても、先端４ａが内炎３ａに接触する表面積はあまり変化しないので電流はほとんど変化しないが、先端４ａが荷電粒子の密度の勾配が激しい内炎３ａの近傍で炎孔２に対して垂直方向に変動すると、電流は急激に変化する。従来の電極手段４は高温な火炎に長時間さらされると、先端４ａが炎孔２に対して垂直方向に大きく変動しやすい形状であり、先端４ａが炎孔２に近づけば電流は増加するので、異常燃焼であっても正常燃焼であると判断し、炎孔２から遠ざかれば電流は減少するので、正常燃焼であっても異常燃焼であると判断し、誤った制御動作をしてしまうという課題を有していた。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、バーナヘッドと、電極手段と、電圧印加手段と、電流検出手段と、第１電位検出手段と、第２電位検出手段と、電位差検出手段を備え、前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段は異なる電位を検出するとともに、前記第１電位検出手段および第２電位検出手段の先端を直線状に成型し、前記バーナヘッドの炎孔に対して垂直方向に向くように配置したものである。
【００１７】
上記発明によれば、電流検出手段で検出する電流（Ｉfr）と電位差検出手段で検出する電位差（Ｖ12）から第１電位検出手段と第２電位検出手段間の火炎インピーダンス（Ｒ12）を求めることができる。
【００１８】
電流（Ｉfr）に対して電位差（Ｖ12）は直線的に変化し、この傾きが火炎インピーダンス（Ｒ12）に相当するが、実際には電流（Ｉfr）が０μＡであっても第１電位検出手段と第２電位検出手段間の電位差（Ｖ12）は０Ｖではなく、切片電位差（ａ12）が生じる。
【００１９】
したがって、実際の火炎インピーダンス（Ｒ12）は電位差検出手段で測定する電位差（Ｖ12）から補正値（ａ１２）を引き、補正した電位差を電流検出手段で検出する電流（Ｉfr）で割った値（（Ｖ12−ａ12）／Ｉfr）に等しい。ただしａ１２は燃焼量や空燃比などによって決まる定数である。
【００２０】
火炎インピーダンスは燃焼により生成したイオンや電子などの荷電粒子の密度や易動度に大きく依存し、正常燃焼であればバーナヘッドや電極手段に形成されるシリコン酸化物とは無関係に、すなわち電流検出手段で検出する電流の大小に依らず、火炎インピーダンスは一定であるので、火炎インピーダンスを検出することにより着火や失火などの燃焼状態を容易に判断し制御することができる。
【００２１】
また、電位差検出手段により検出する電位差は、荷電粒子の密度の勾配の激しい内炎に接触するように配置した第１電位検出手段および第２電位検出手段の先端の位置に大きく依存しており、先端が炎孔に近づくと電位差は急激に増加し、遠ざかると減少する特性があるが、第１電位検出手段および第２電位検出手段の先端を直線状に成型し、バーナヘッドの炎孔に対して垂直方向に向くように配置したので、先端が高温な火炎に長時間さらされ変形しても、炎孔に対して電位差のあまり変化しない平行方向に変動し、電位差が激しく変化する垂直方向へは変動しにくくなり、安定した電位差を検出することができ、精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、高温な火炎中でも長時間正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明は、燃料を燃焼させるバーナヘッドと、前記バーナヘッドに形成される火炎中の荷電粒子と接触する電極手段と、前記バーナヘッドと前記電極手段間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記バーナヘッドと前記電極手段間に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記荷電粒子の電位を検出する第１電位検出手段および第２電位検出手段と、前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段間の電位差を検出する電位差検出手段を備え、前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段は前記荷電粒子の異なる電位を検出するとともに、前記第１電位検出手段および前記第２電位検出手段の先端を直線状に成型し、前記バーナヘッドの炎孔に対して垂直方向に向くように配置したものである。
【００２３】
そして、電流検出手段で検出する電流（Ｉfr）と電位差検出手段で検出する電位差（Ｖ12）から求めた第１電位検出手段と第２電位検出手段間の火炎インピーダンスを求めることができ、火炎インピーダンスは燃焼により生成した荷電粒子の密度や易動度に大きく依存し、正常燃焼であればバーナヘッドや電極手段に形成されるシリコン酸化物の有無に関らず、すなわち電流検出手段で検出する電流の大小に依らず一定であるので、火炎インピーダンスを検出することにより着火や失火などの燃焼状態を容易に判断し制御することができる。
【００２４】
そして、電位差検出手段により検出する電位差は、荷電粒子の密度の勾配の激しい内炎に接触するように配置した第１電位検出手段の先端および第２電位検出手段の先端が炎孔に近づくと急激に増加し、遠ざかると減少する特性があるが、第１電位検出手段および第２電位検出手段の先端を直線状に成型し、バーナヘッドの炎孔に対して垂直方向に向くように配置したので、先端が高温な火炎に長時間さらされ変形しても、炎孔に対して電位差のあまり変化しない平行方向に変動し、電位差が激しく変化する垂直方向へは変動しにくくなり、安定した電位差を検出することができ、精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、高温な火炎中でも長時間正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００２５】
また、さらに電極手段の先端も直線状に成型し、バーナヘッドの炎孔に対して垂直方向に向くように配置したものである。
【００２６】
そして、荷電粒子の密度の勾配の激しい内炎に接触するように配置した電極手段の先端と第１電位検出手段および第２電位検出手段の先端を直線状に成型し、バーナヘッドの炎孔に対して垂直方向に向くように配置したので、先端が高温な火炎に長時間さらされ変形しても、炎孔に対して電流および電位差のあまり変化しない平行方向に変動し、電流および電位差が激しく変化する垂直方向へは変動しにくくなり、安定した電流および電位差を検出することができ、より精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、高温な火炎中でも長時間正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００２７】
また、第１電位検出手段と第２電位検出手段を同一の絶縁体に固定したものである。
【００２８】
そして、第１電位検出手段と第２電位検出手段間の電位差は、第１電位検出手段の先端と第２電位検出手段の先端の炎孔に対する相対的位置関係に大きく依存しており、第１電位検出手段および第２電位検出手段を固定台に取り付ける際、炎孔に対する位置がどちらか一方でも正常位置と異なれば検出する電位差が変化してしまうが、第１電位検出手段および第２電位検出手段を同一の絶縁体に固定することにより、先端の相対的位置関係を保ちながら固定することができるので、再現性のある電位差を検出することができ、精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００２９】
また、電極手段と第１電位検出手段および第２電位検出手段を同一の絶縁体に固定したものである。
【００３０】
そして、バーナヘッドと電極手段間に流れる電流と、第１電位検出手段と第２電位検出手段間の電位差は、それぞれ電極手段の先端の炎孔に対する相対的位置関係および第１電位検出手段の先端および第２電位検出手段の先端の炎孔に対する相対的位置関係に大きく依存しており、電極手段と第１電位検出手段および第２電位検出手段を固定台に取り付ける際、電極手段の炎孔に対する位置が正常位置と異なれば検出する電流が変化し、第１電位検出手段および第２電位検出手段の炎孔に対する位置がいずれか一つでも正常位置と異なれば検出する電位差が変化してしまうが、電極手段と第１電位検出手段および第２電位検出手段を同一の絶縁体に固定することにより、先端の相対的位置関係を保ちながら固定することができるので、相関関係を保ちながら電流および電位差を検出することができ、より精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００３１】
また、燃料に着火させる点火ロッドを備え、前記点火ロッドと電極手段と第１電位検出手段および第２電位検出手段を同一の絶縁体に固定したものである。
【００３２】
そして、点火ロッドを電極手段と第１電位検出手段および第２電位検出手段と同一の絶縁体で同時に固定するので、再現性のある電流および電位差を検出することができ、より精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、正確に燃焼状態を判断し制御することができるだけでなく、さらに組立工程が簡便となり、装置を小型化することができ、コストを大幅に削減することができる。
【００３３】
また、第１電位検出手段あるいは第２電位検出手段のうち少なくとも一つを点火ロッドと兼用するものである。
【００３４】
そして、第１電位検出手段および第２電位検出手段のうち少なくとも一つを点火ロッドと兼用することによりロッドの本数が減少するので、構成が簡素となり、装置をさらに小型化することができ、コストを大幅に削減することができる。
【００３５】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の燃焼装置の要部断面図である。
【００３６】
図１においてバーナヘッド１を固定台６に固定し、バーナヘッド１の外周にアースリング７を配置した。バーナヘッド１の周壁に複数の炎孔２を設け、バーナヘッド１の下部に気化筒５と、ノズル８と、電気ヒータ９を配置した。
【００３７】
灯油などの液体燃料を燃料ポンプ（図示せず）により気化筒５に送り込み、電気ヒータ９により加熱し、ノズル８より噴出すると同時に、エジェクタ作用により一次空気通路より供給される空気と混合した。混合されたガスは混合管１４を通り、炎孔２を通過するときに点火ロッド１３に高電圧の交流を印加しバーナヘッド１と点火ロッド１３間に放電し発生した火花により着火され、火炎３を形成した。
【００３８】
火炎３は炎孔２近傍に形成される可燃ガスと予混合された一次空気との燃焼反応による内炎３ａと、内炎３ａの外側に形成される周囲からの二次空気との燃焼反応による外炎３ｂから成る。内炎３ａおよび外炎３ｂにはイオンや電子などの荷電粒子が多く存在し、特に内炎３ａの荷電粒子の密度は外炎３ｂのそれに比べて非常に高い。
【００３９】
そして、電極手段４と、第１電位検出手段１５と、第２電位検出手段１６をそれぞれセラミックからなる絶縁体１７、１８および１９を介し、取り付け金具２０、２１および２２により固定台６に固定し、電極手段４の先端４ａ、第１電位検出手段１５の先端１５ａおよび第２電位検出手段１６の先端１６ａが荷電粒子の密度の高い内炎３ａに接触するように配置した。
【００４０】
さらに、第１電位検出手段１５の先端１５ａおよび第２電位検出手段１６の先端１６ａを直線状に成型し、先端１５ａおよび１６ａを炎孔２に対して垂直方向に向くように配置し、先端１５ａ、１６ａを炎孔２から約１．５ｍｍ離して配置した。
【００４１】
また、電極手段４と第１電位検出手段１５と第２電位検出手段１６の材料には、高温燃焼火炎に対して安定した導体として使用でき、化学的にも安定であるという点で、高耐熱性金属であるけい素、アルミニウムおよびチタニウムを微量に含有する直径１から３ｍｍのステンレス線を用いた。
【００４２】
そして、バーナヘッド１と電極手段４間に電圧印加手段２３により電圧を印加し、バーナヘッド１と電極手段４間に流れる電流を電流検出手段２４により検出し、同時に第１電位検出手段１５と第２電位検出手段１６間の電位差を電位差検出手段２５により検出した。
【００４３】
電流（Ｉfr）に対して電位差（Ｖ12）は直線的に変化し、この傾きが火炎インピーダンス（Ｒ12）に相当するが、実際には電流（Ｉfr）が０μＡであっても第１電位検出手段１５と第２電位検出手段１６間の電位差（Ｖ12）は０Ｖではなく、切片電位差（ａ12）が生じる。
【００４４】
したがって、実際の火炎インピーダンス（Ｒ12）は式（１）により求めることができる。
【００４５】
Ｒ12＝（Ｖ12−ａ12）／Ｉfr    （１）
上記構成により、電流検出手段２４で検出する電流（Ｉfr）と電位差検出手段２５で検出する電位差（Ｖ12）から求めた第１電位検出手段１５と第２電位検出手段１６間の火炎インピーダンスは燃焼により生成した荷電粒子の密度や易動度に大きく依存し、正常燃焼であればバーナヘッド１や電極手段４に形成されるシリコン酸化物の有無に関らず、すなわち電流検出手段２４で検出する電流の大小に依らず、燃焼量により一定であるので、火炎インピーダンスにより着火や失火などの燃焼状態を容易に判断し制御することができる。また、異常燃焼時には換気を促す警報を発したり強制的に燃焼を停止させるなどの燃焼制御を行うことができる。
【００４６】
また、電位差検出手段２５により検出する電位差は、荷電粒子の密度の勾配の激しい内炎３ａに接触するように配置した第１電位検出手段１５の先端１５ａおよび第２電位検出手段１６の先端１６ａが炎孔２に近づくと急激に増加し、遠ざかると減少するが、先端１５ａ、１６ａを直線状に成型し、バーナヘッド１の炎孔２に対して垂直方向に向くように配置したので、先端１５ａ、１６ａが高温な火炎３に長時間さらされ変形しても、炎孔２に対して電位差のあまり変化しない平行方向に変動し、電位差が激しく変化する垂直方向へは変動しにくくなり、安定した電位差を検出することができ、精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、高温な火炎３中でも長時間正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００４７】
本実施例の燃焼装置を用いて、燃焼量２５００ｋｃａｌ／ｈで正常燃焼における特性について調べた。
【００４８】
電圧印加手段２３により電源電圧を変化させたとき、電流検出手段２４で検出する電流（Ｉfr）に対する電位差検出手段２５で検出する電位差（Ｖ12）の関係を図２に示す。
【００４９】
図２より電位差（Ｖ12）が電流（Ｉfr）に対し、直線的に変化しているのが判る。この傾きは第１電位検出手段１５で検出する等電位面と第２電位差検出手段１６で検出する等電位面間の火炎インピーダンス（Ｒ12）に相当するが、電流（Ｉfr）が０μＡのとき電位差（Ｖ12）は０Ｖではなく、切片電位差（ａ12）が生じているのが判る。燃焼量２５００ｋｃａｌ／ｈで正常燃焼のときａ１２はおよそ３９．７ｍＶであった。
【００５０】
次に燃焼量約２５００ｋｃａｌ／ｈで正常燃焼させたときのシリコン酸化物被膜の形成に伴う電流と火炎インピーダンスの経時変化について調べた。
【００５１】
実際にバーナヘッド１や電極手段４などに形成されるシリコン酸化物被膜は枝毛コート剤などの整髪料やスプレーなどに含まれる揮発性の有機シリコーンが燃焼空気中に混入し、燃焼時高温になったバーナヘッド１や電極手段４の表面で酸化され形成されるが、本実施例では模擬的かつ加速的にシリコン酸化物被膜の形成される特性を調べるため、液体燃料である灯油中に有機シリコーンオイルを重量濃度で約２００ｐｐｍ添加した灯油を用いて実験を行った。
【００５２】
従来は電流（Ｉfr）により燃焼状態を判断していたが、本実施例では火炎インピーダンスにより燃焼状態を判断するので、比較しやすいように電流（Ｉfr）を電源電圧（２４Ｖ）で割ったフレームロッド抵抗（Ｒfr＝２４／Ｉfr）を同時に検出した。
【００５３】
バーナヘッド１と電極手段４の間に電圧印加手段２３により約２４Ｖの一定の直流電圧を供給し、正常灯油中で燃焼させ安定した電流と火炎インピーダンスを測定した後、燃料を正常灯油から有機シリコーンオイル添加灯油に切り替え、燃焼させたときの電流と電位差の経時変化を調べた。
【００５４】
正常灯油中における燃焼量２５００ｋｃａｌ／ｈの正常燃焼時の電流検出手段２４で検出する電流（Ｉfr）は最初約８０μＡであった。燃料を正常灯油から有機シリコーンオイル添加灯油に切り替えると、電流は燃焼が正常であるにも関らず、時間とともに減少し、有機シリコーンオイル添加灯油中で約６時間連続燃焼後には、初期電流値の約４０％である３０μＡまで減少した。
【００５５】
一方、正常灯油中における燃焼量２５００ｋｃａｌ／ｈの正常燃焼時の電位差検出手段２５で検出する電位差（Ｖ12）は最初約０．１９Ｖであった。燃料を正常灯油から有機シリコーンオイル添加灯油に切り替えると、電位差（Ｖ12）は時間とともに減少し、有機シリコーンオイル添加灯油中で約６時間連続燃焼後には、初期電位差の約６０％である０．１１Ｖまで減少した。
【００５６】
また、有機シリコーンオイル添加灯油中で約６時間連続燃焼後、燃焼を停止し、バーナヘッド１の炎孔２や電極手段４の表面にシリコン酸化物から成る白い付着物の存在を確認した。この事からシリコン酸化物被膜が形成されるために、バーナヘッド１および電極手段４表面の絶縁抵抗が増加し、流れる電流が減少することは明らかである。
【００５７】
フレームロッド抵抗（Ｒfr）と電流と電位差から求めた火炎インピーダンス（Ｒ12）の経時変化を図３に示す。
【００５８】
図３よりシリコン酸化物被膜がバーナヘッド１や電極手段４の表面に形成されるため時間の経過とともにフレームロッド抵抗Ｒfrが初期約３００ｋΩから約６時間後約２．７倍の８００ｋΩ近くまで増加することが判る。
【００５９】
このフレームロッド抵抗Ｒｆｒは酸欠などの不完全燃焼時にも増加するため従来の燃焼装置はシリコン酸化物被膜が形成された場合、異常燃焼によるものか、シリコン酸化物被膜形成によるものかを区別することができず、正常燃焼であっても異常燃焼であると判断し、燃焼を強制的に停止するなどの誤った燃焼制御を行っていた。
【００６０】
一方、火炎インピーダンスＲ１２はシリコン酸化物被膜が形成されているにも関らず、約２ｋΩ前後で安定しており、正常燃焼であればシリコン酸化物被膜の形成量とは無関係にほぼ一定であることが判る。
【００６１】
この火炎インピーダンスＲ１２は第１電位検出手段１５で検出する等電位面と第２電位検出手段１６で検出する等電位面間の火炎インピーダンスに相当し、火炎インピーダンスは燃焼により生成した荷電粒子の密度や易動度に大きく依存し、正常燃焼であればバーナヘッドや電極手段に形成されるシリコン酸化物の有無に関らず、すなわち電流検出手段で検出する電流の大小に依らず火炎インピーダンスは一定であるので、火炎インピーダンスにより着火や失火などの燃焼状態を容易に判断し制御することができる。
【００６２】
また、シリコン酸化物被膜は燃焼条件によりバーナヘッド１に多く付着したり、電極手段４に付着したりするが、Ｒ１２は火炎そのもののインピーダンスであり、シリコン酸化物付着箇所とほぼ無関係であり、火炎インピーダンスＲ１２を検出すれば、シリコン酸化物被膜の形成に影響を受けることなく正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００６３】
また、本実施例では重量濃度で２００ｐｐｍといった極めて高濃度な有機シリコーンオイル添加灯油中で約６時間連続燃焼を行ったが、実際の燃焼空気中に含まれる有機シリコーンの濃度を考慮すると正確に燃焼状態を検出することができる時間は従来よりかなり大幅に伸びることが判る。
【００６４】
また、火炎３は内炎３ａと外炎３ｂから成り、外炎３ｂに比べて内炎３ａには非常に多くの荷電粒子が存在しており、電流が多く流れ、大きい電位差が生じるという点で、先端４ａ、１５ａ、１６ａは内炎３ａに接触するように配置するのが好ましい。しかし、火炎３が短い場合など、燃焼条件によっては内炎３ａに接触するように配置することは困難であるので、電流と電位差は減少するが外炎３ｂに接触するように配置してもよい。
【００６５】
また、第１電位検出手段１５および第２電位検出手段１６の電位は先端が電極手段４の先端４ａに近い方が高く、先端４ａ、１５ａ、１６ａを同一の炎孔２に配置できない場合は、バーナヘッド１に電位が近い第２電位検出手段１６の先端１６ａを電気的に導通している近傍の炎孔に配置してもよい。
【００６６】
また、電圧印加手段２３が直流電源のとき、イオン電流が多く流れるという点で、表面積の大きいバーナヘッド１を負極に電極手段４を正極に接続するのが好ましい。
【００６７】
また、バーナヘッド１が燃焼時高温になり、リードの取り出しが困難な場合、バーナヘッド１と電気的に導通している固定台６や他の金属体を電極として用いてもよい。
【００６８】
また、バーナヘッド１がセラミックなどの絶縁体からなる場合は、炎孔２の近傍に網状などの金属体を火炎３に接触するように配置し、その金属体を電極として用いてもよい。
【００６９】
また、電圧印加手段２３に交流電源を用いれば、バーナヘッド１と電極手段４間には表面積の違いによりバーナヘッド１が正極の場合、電流はあまり流れないが、負極の場合よく流れるといった整流作用があるため、ススなどによりバーナヘッド１と電極手段４間が短絡したときを検出することができる。
【００７０】
また、電流検出手段２４は電流計あるいは既知抵抗端の電圧を検出する電圧計を用いることができ、検出する信号に大きなノイズがある場合はコンデンサを並列に接続すると交流成分を除去することができ安定した電流および電位差を検出することができる。
【００７１】
また、異なる荷電粒子の電位差を検出する電位差検出手段２５はエレクトロメータなど入力抵抗の大きな電圧計が好ましいが、実用的には第１電位検出手段１５および第２電位検出手段１６の間に１００ｋΩから１０ＭΩ程度の抵抗を接続し、その抵抗端の電圧を検出すれば、汎用の電圧計で電位差を測定することができる。検出する電位差に大きなノイズがある場合はコンデンサを並列に接続すると交流成分を除去することができ安定した電位差を検出することができる。
【００７２】
（実施例２）
図４は本発明の実施例２の燃焼装置の要部断面図である。
【００７３】
図４において実施例１と異なる点は電極手段４の先端４ａも直線状に成型し、バーナヘッド１の炎孔２に対して垂直方向に向くように配置したところである。
【００７４】
なお実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
上記構成により、電極手段４の先端４ａと第１電位検出手段１５の先端１５ａおよび第２電位検出手段１６の先端１６ａを直線状に成型し、バーナヘッド１の炎孔２に対して垂直方向に向くように配置したので、先端４ａ、１５ａ、１６ａが高温な火炎３に長時間さらされ変形しても、炎孔２に対して電流および電位差のあまり変化しない平行方向に変動し、電流および電位差が激しく変化する垂直方向へは変動しにくくなり、電位差だけでなく電流も安定して検出することができ、より精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、高温な火炎中でも長時間正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００７５】
（実施例３）
図５は本発明の実施例３の燃焼装置の要部断面図である。
【００７６】
図５において実施例１と異なる点は第１電位検出手段１５および第２電位検出手段１６を同一の絶縁体２７を介し、取り付け金具２８で固定台６に設けたところである。
【００７７】
なお実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
上記構成により、第１電位検出手段１５と第２電位検出手段１６間の電位差は、第１電位検出手段１５の先端１５ａと第２電位検出手段１６の先端１６ａの炎孔２に対する相対的位置関係に大きく依存しており、第１電位検出手段１５および第２電位検出手段１６を固定台６に取り付ける際、炎孔２に対する位置がどちらか一方でも正常位置と異なれば検出する電位差が変化するが、第１電位検出手段１５および第２電位検出手段１６を同一の絶縁体２７に固定することにより、先端１５ａ，１６ａの相対的位置関係を保ちながら固定することができるので、再現性のある電位差を検出することができ、精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００７８】
（実施例４）
図６は本発明の実施例４の燃焼装置の要部断面図である。
【００７９】
図６において実施例１と異なる点は電極手段４と第１電位検出手段１５および第２電位検出手段１６を同一の絶縁体３０を介し、取り付け金具３２で固定台６に設けたところである。
【００８０】
なお実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
上記構成により、バーナヘッド１と電極手段４間に流れる電流と、第１電位検出手段１５と第２電位検出手段１６間の電位差は、それぞれ電極手段４の先端４ａの炎孔２に対する相対的位置関係および第１電位検出手段１５の先端１５ａおよび第２電位検出手段１６の先端１６ａの炎孔２に対する相対的位置関係に大きく依存しており、電極手段４と第１電位検出手段１５および第２電位検出手段１６を固定台６に取り付ける際、先端４ａの炎孔２に対する位置が正常位置と異なれば検出する電流が変化し、先端１５ａおよび１６ａの炎孔２に対する位置がいずれか一つでも正常位置と異なれば検出する電位差が変化するが、電極手段４と第１電位検出手段１５および第２電位検出手段１６を同一の絶縁体３０に固定することにより、先端４ａ、１５ａおよび１６ａの相対的位置関係を保ちながら固定することができるので、電流および電位差を再現性よく検出することができ、より精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００８１】
（実施例５）
図７は本発明の実施例５の燃焼装置の要部断面図である。
【００８２】
図７において実施例１と異なる点は点火ロッド１３と電極手段４と第１電位検出手段１５および第２電位検出手段１６を同一の絶縁体３４に固定したところである。
【００８３】
なお実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
上記構成により、点火ロッド１３を電極手段４と第１電位検出手段１５および第２電位検出手段１６と同一の絶縁体３４で同時に固定するので、再現性のある電流および電位差を検出することができ、より精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、正確に燃焼状態を判断し制御することができるだけでなく、さらに組立工程が簡便となり、装置を小型化することができ、コストを大幅に削減することができる。
【００８４】
（実施例６）
図８は本発明の実施例６の燃焼装置の要部断面図である。
【００８５】
図８において実施例１と異なる点は、第１電位検出手段１５あるいは第２電位検出手段１６のうち少なくとも一つを点火ロッドと兼用するところである。
【００８６】
なお実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
図７において３６は回路切替手段であり、点火時、回路切替手段３６を介し、第１電位検出手段１５を点火時のみ点火ロッドとして用い、第１電位検出手段１５とバーナヘッド１間で放電し、火花を発生させ混合ガスに着火させることができる。火炎が形成された後、第１電位検出手段１５を電位差検出手段２５に接続し、第１電位検出手段１５と第２電位検出手段１６間の電位差を検出することができる。
【００８７】
上記構成により、第１電位検出手段１５を点火ロッドと兼用することによりロッドの本数が減少するので、構成が簡素となり、装置をさらに小型化することができ、コストを大幅に削減することができる。
【００８８】
また、第１電位検出手段１５の代わりに、第２電位検出手段１６を点火時のみ点火ロッドとして用いても同様な効果が得られ、構成が簡素となり、装置を小型化することができ、コストを大幅に削減することができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の燃焼装置によれば、次の効果が得られる。
【００９０】
電流検出手段で検出する電流と電位差検出手段で検出する電位差から第１電位検出手段と第２電位検出手段間の火炎インピーダンスを求めることができ、火炎インピーダンスは燃焼により生成した荷電粒子の密度や易動度に大きく依存し、正常燃焼であればバーナヘッドや電極手段に形成されるシリコン酸化物の有無に関らず、すなわち電流検出手段で検出する電流の大小に依らず一定であるので、火炎インピーダンスにより着火や失火などの燃焼状態を容易に判断し制御することができる。
【００９１】
また、電位差検出手段により検出する電位差は、荷電粒子の密度の勾配の激しい内炎に接触するように配置した第１電位検出手段の先端および第２電位検出手段の先端が炎孔に近づくと急激に増加し、遠ざかると減少するが、第１電位検出手段の先端と第２電位検出手段の先端を直線状に成型し、バーナヘッドの炎孔に対して垂直方向に向くように配置したので、先端が高温な火炎に長時間さらされ変形しても、炎孔に対して電位差のあまり変化しない平行方向に変動し、電位差が激しく変化する垂直方向へは変動しにくくなり、安定した電位差を検出することができ、精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、高温な火炎中でも長時間正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００９２】
また、電極手段の先端と第１電位検出手段の先端および第２電位検出手段の先端を直線状に成型し、バーナヘッドの炎孔に対して垂直方向に向くように配置したので、先端が高温な火炎に長時間さらされ変形しても、炎孔に対して電流および電位差のあまり変化しない平行方向に変動し、電流および電位差が激しく変化する垂直方向へは変動しにくくなり、安定した電流および電位差を検出することができ、より精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、高温な火炎中でも長時間正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００９３】
また、第１電位検出手段と第２電位検出手段間の電位差は、第１電位検出手段の先端と第２電位検出手段の先端の炎孔に対する相対的位置関係に大きく依存しており、第１電位検出手段および第２電位検出手段を固定台に取り付ける際、炎孔に対する位置がどちらか一方でも正常位置と異なれば検出する電位差が変化するが、第１電位検出手段および第２電位検出手段を同一の絶縁体に固定するので、先端の相対的位置関係を保ちながら固定することができ、再現性のある電位差を検出することができ、精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００９４】
また、バーナヘッドと電極手段間に流れる電流と、第１電位検出手段と第２電位検出手段間の電位差は、それぞれ電極手段の先端の炎孔に対する相対的位置関係および第１電位検出手段の先端および第２電位検出手段の先端の炎孔に対する相対的位置関係に大きく依存しており、電極手段と第１電位検出手段および第２電位検出手段を固定台に取り付ける際、電極手段の炎孔に対する位置が正常位置と異なれば検出する電流が変化し、第１電位検出手段および第２電位検出手段の炎孔に対する位置がいずれか一つでも正常位置と異なれば検出する電位差が変化するが、電極手段と第１電位検出手段および第２電位検出手段を同一の絶縁体に固定するので、先端の相対的位置関係を保ちながら固定することができ、再現性のある電流および電位差を検出することができ、より精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、正確に燃焼状態を判断し制御することができる。
【００９５】
また、点火ロッドを電極手段と第１電位検出手段および第２電位検出手段と同一の絶縁体で同時に固定するので、再現性のある電流および電位差を検出することができ、より精度よく火炎インピーダンスを検出することができ、正確に燃焼状態を判断し制御することができ、さらに組立工程が簡便となり、装置を小型化することができ、コストを大幅に削減することができる。
【００９６】
また、第１電位検出手段および第２電位検出手段のうち少なくとも一つを点火ロッドと兼用することによりロッドの本数が減少するので、構成が簡素となり、装置をさらに小型化することができ、コストを大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の燃焼装置の要部断面図
【図２】実施例１の燃焼装置の電流に対する電位差の特性図
【図３】実施例１の燃焼装置のシリコン酸化物形成時の特性図
【図４】本発明の実施例２の燃焼装置の要部断面図
【図５】本発明の実施例３の燃焼装置の要部断面図
【図６】本発明の実施例４の燃焼装置の要部断面図
【図７】本発明の実施例５の燃焼装置の要部断面図
【図８】本発明の実施例６の燃焼装置の要部断面図
【図９】従来の燃焼装置の要部断面図
【符号の説明】
１  バーナヘッド
２  炎孔
３  火炎
４  電極手段
１３  点火ロッド
１５  第１電位検出手段
１６  第２電位検出手段
２３  電圧印加手段
２４  電流検出手段
２５  電位差検出手段
１７〜１９、２７、３０、３４  絶縁体
【図１】
0003663806.tif 000002
【図２】
0003663806.tif 000003
【図３】
0003663806.tif 000004
【図４】
0003663806.tif 000005
【図５】
0003663806.tif 000006
【図６】
0003663806.tif 000007
【図７】
0003663806.tif 000008
【図８】
0003663806.tif 000009
【図９】
0003663806.tif 000010