(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、火炎により生成した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の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の間に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電極手段と前記バーナヘッドの間の荷電粒子の電位を検出する第１電位検出手段と、前記電位と異なる電位を検出する第２電位検出手段と、前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段の間の第１電位差Ｖ１２を検出する第１電位差検出手段とを備え、前記火炎が前記バーナヘッド面より遊離するにつれて前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段の間の第１火炎インピーダンスが単調に増加する燃焼装置。
【請求項２】
火炎がバーナヘッド面より遊離したとき火炎が、バーナヘッドを除き、バーナヘッド電位と等しい等電位面に接触しない請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
保炎板が絶縁物である請求項２記載の燃焼装置。
【請求項４】
火炎が鉛直方向に形成される請求項１記載の燃焼装置。
【請求項５】
第２電位検出手段とバーナヘッドの間の第２電位差Ｖ２ｂを検出する第２電位差検出手段を備え、第２電位検出手段とバーナヘッドの間の第２火炎インピーダンスが単調に増加する請求項４記載の燃焼装置。
【請求項６】
燃料を燃焼させるバーナヘッドと、鉛直方向に形成される火炎と、火炎により生成した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の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の間に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電極手段と前記バーナヘッドの間の荷電粒子の電位を検出する第１電位検出手段と、前記第１電位検出手段と前記バーナヘッドの間の第２電位差Ｖ１ｂを検出する第２電位差検出手段とを備え、前記火炎が前記バーナヘッド面より遊離するにつれて前記第１電位検出手段と前記バーナヘッドの間の第２火炎インピーダンスが単調に増加する燃焼装置。
【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および火炎の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の燃焼装置は、特開平６−１０１８３４号公報および特開平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。これらの装置は図１１に示されているようにフレームロッド１とバーナヘッド２を用いていた。また、フレームロッド１は図１２（ａ）に示されているように電極の表面にミゾ１ａが形成されていたり、同図（ｂ）に示されているように電極の先端に補助ロッド１ｂが溶接されているなどの加工が施されていた。燃料は気化筒３においてヒータ４により気化され、ノズル５から噴出されると同時に空気と混合され、バーナーヘッド２の内部を通過し、複数の炎孔６を通過するときに着火し、火炎７を形成する。フレームロッド１はセラミックからなる絶縁体８を介し、取り付け金具９により固定台１０に取り付けられ、先端は火炎７に接触するように配置されていた。さらにフレームロッド１とバーナヘッド２の間には電圧供給手段１１として直流電圧電源および電流検出手段１２として電流計が接続されていた。また、点火は点火手段１３により行われ、例えば点火ロッド１４をセラミックからなる絶縁体１５を介し、取り付け金具１６により固定台１０に取り付け、交流電圧電源１７で高電圧を印加することにより点火ロッド１４の先端とバーナヘッド２の間に火花放電を発生させ点火するものが一般的であった。
【０００３】
上記構成により、フレームロッド１とバーナヘッド２の間に一定の直流電圧を供給したときに流れる直流電流を検出し、その電流値から燃焼状態を判断し、燃焼制御手段１８により燃焼を制御できるようになっていた。一般に燃焼火炎７中には熱電離により生じたイオンや電子が多く存在しており、フレームロッド１とバーナヘッド２の間に電圧を供給したときに電流が流れれば着火、流れなければ失火といった火炎７の有無を検知することができる。また電流は燃焼空気中の酸素濃度などの燃焼条件に大きく依存し、酸素濃度の低下により不完全燃焼になると電流は小さくなり、電流が予め設定したしきい値より小さくなったとき、燃焼制御手段１７により不完全燃焼と判断し、換気を促すブザーやランプといった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。
【０００４】
ところで燃焼空気中に整髪料などに含まれる有機シリコーンが存在しても燃焼自身は正常である。しかし、この燃焼中にフレームロッド１やバーナヘッド２の表面に絶縁性のシリコン酸化物被膜が形成され、フレームロッド１とバーナヘッド２の間に流れる電流が見掛け上小さくなるため正常燃焼であるにも関らず検知不良を起こす可能性がある。しかし、図１２（ａ）のように表面にミゾ１ａを設けた場合、ミゾ１ａの内側には飛散している有機シリコーンが入り込まないのでシリコン酸化物被膜が形成されず、電流が減少しないとしている。また、同図（ｂ）のように先端部に、フレームロッド１と熱膨張係数の異なる補助ロッド１ｂが溶接された場合、シリコン酸化物が形成されても、温度上昇したとき、両者の熱膨張係数の差に起因する微少な物理的形状変化のためにその表面に亀裂や付着シリコン酸化物の剥離が生じ、その部分が新たな導通部となり、電流は減少しないので安定して燃焼状態を検出することができるとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の燃焼装置は、フレームロッド１に前述した加工を施し、耐シリコーン性を向上するとしているが、シリコン酸化物被膜の形成による電流の低下はフレームロッド１のみならず相対的に表面積が大きいバーナヘッド２にも大きく依存しているので、たとえフレームロッド１にシリコン酸化物が付着しなくても、バーヘッド２へのシリコン酸化物付着により電流は徐々に低下する。このため正常燃焼であるにもかかわらず、検知不良を起こし燃焼を強制的に停止させるなどの燃焼制御が誤って動作してしまうという課題を有していた。
【０００６】
さらに、シリコン酸化物被膜の形成されたフレームロッド１やバーナヘッド２はその都度交換する必要があるので経済的でないという課題を有していた。
【０００７】
【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、燃料を燃焼させるバーナヘッドと、火炎により生成した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の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の間に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電極手段と前記バーナヘッドの間の荷電粒子の電位を検出する第１電位検出手段と、前記電位と異なる電位を検出する第２電位検出手段と、前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段の間の第１電位差Ｖ１２を検出する第１電位差検出手段とを備え、前記火炎が前記バーナヘッド面より遊離するにつれて前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段の間の火炎インピーダンスが単調に増加する燃焼装置である。
【０００８】
電極手段表面やバーナヘッド表面へのシリコン酸化物付着の有無にかかわらず、すなわち、電流の大小にかかわらず、第１電位検出手段と第２電位検出手段の間の火炎インピーダンスはほぼ一定である。本発明によれば、従来のように電流を用いるのではなくて、この火炎インピーダンスを用いているので、シリコン酸化物付着の影響を受けることなく、燃焼状態を検知できる。更に、酸欠燃焼などのときに火炎がバーナヘッド面より遊離したとき第１電位検出手段と第２電位検出手段の間の火炎インピーダンスが単調に増加するので、酸欠燃焼など異常燃焼を的確に検知できる。従って、シリコン酸化物付着に対して安定に動作できるのみならず、酸欠燃焼などに対しても燃焼停止などの的確な対応ができる。
【０００９】
【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、火炎により生成した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の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の間に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電極手段と前記バーナヘッドの間の荷電粒子の電位を検出する第１電位検出手段と、前記電位と異なる電位を検出する第２電位検出手段と、前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段の間の第１電位差Ｖ１２を検出する第１電位差検出手段とを備え、前記火炎が前記バーナヘッド面より遊離するにつれて、前記第１電位検出手段と前記第２電位検出手段の間の火炎  インピーダンスが単調に増加する燃焼装置である。
【００１０】
電極手段表面やバーナヘッド表面へのシリコン酸化物付着の有無にかかわらず、すなわち、電流の大小にかかわらず、正常燃焼であれば、第１電位検出手段と前記第２電位検出手段の間の火炎インピーダンスは一定である。本発明によれば、従来のように電流を用いるのではなくて、この火炎インピーダンスを用いているので、シリコン酸化物付着の影響も小さくして、燃焼状態を検知できる。更に、酸欠燃焼などの異常燃焼のときに火炎がバーナヘッド面より遊離するにつれて、この火炎インピーダンスは単調に増加するので、酸欠燃焼など異常燃焼を的確に検知できる。
【００１１】
また、火炎がバーナヘッド面より遊離したとき火炎が、バーナヘッドを除き、バーナヘッド電位と等しい電位面に接触しない燃焼装置である。
【００１２】
バーナヘッド面より遊離した火炎が、バーナヘッドを除き、バーナヘッド電位と等しい等電位面に接触した場合、電極手段とバーナヘッド間の電位分布はこの等電位面の影響を受けて、火炎インピーダンスは小さくなる。火炎の遊離が大きくなるとこの傾向は一層助長される。初期の酸欠燃焼では、火炎はバーナヘッドから少ししか遊離せず、酸素濃度の低下と共に火炎インピーダンスは増加する。しかし、酸素濃度が更に低下すると火炎がバーナヘッド面より大きく遊離して、バーナヘッド電位と等しい等電位面に接触すると火炎インピーダンスは減少する。それ以降、この傾向は一層助長される。従って、火炎インピーダンスは酸素濃度に対して極大値を有する。これは、ある火炎インピーダンスに対して二つの酸素濃度が対応することになるので、好ましくない。本構成では、火炎がバーナヘッド面より遊離したとき火炎が、バーナヘッドを除き、バーナヘッド電位と等しい電位面に接触しないので、火炎インピーダンスは酸素濃度の低下に対して単調に増加する。従って、酸欠燃焼を的確に検知できる。
【００１３】
また、保炎板が絶縁物である燃焼装置である。
種々のバーナ構成が構成が実用に供されているが、その一つにバーナヘッドの外周辺部に保炎板を備えたバーナ構成がある。この保炎板、バーナヘッドおよびそれらを固定する支持体は、通常、ステンレスなどの高耐熱性金属で構成さる。この場合、これらは電気的に同電位である。このようなバーナ構成では、火炎がバーナヘッド面より遊離したとき火炎が、バーナヘッドおよびバーナヘッド電位と等しい電位の保炎板に接触するので、前述した課題を生じる。本構成では、保炎板が絶縁物で構成されているので、前述下課題は生じない。従って、バーナヘッドの外周辺部に保炎板を備えたバーナ構成が可能である。
【００１４】
また、火炎が鉛直方向に形成される燃焼装置である。
上述したバーナ構成以外にも、火炎が鉛直方向に形成されるバーナ構成がある。この場合、通常、保炎板を必要としないので、バーナヘッドやそれを固定する支持体が高耐熱性金属で構成されても、酸欠燃焼時などの異常燃焼のときに火炎がバーナ面から遊離しても、火炎はバーナヘッド以外に、バーナヘッド電位と等しい等電位面と接触しない。従って、火炎インピーダンスは酸素濃度の低下に対して単調に増加し、酸欠燃焼を的確に検知できる。
【００１５】
また、第２電位検出手段とバーナヘッドの間の第２電位差Ｖ２ｂを検出する第２電位差検出手段を備え、第２電位検出手段とバーナヘッドの間の第２火炎インピーダンスが単調に増加する燃焼装置である。
【００１６】
火炎が鉛直方向に形成されるバーナ構成では、シリコン酸化物がバーナヘッド表面および電極手段表面に形成されても第２火炎インピーダンスはほぼ一定である。他方、酸欠燃焼時にはこの第２火炎インピーダンスは単調に増加するので、酸欠燃焼を的確に検知できる。本構成では、第１火炎インピーダンスに加えて、第２火炎インピーダンスも利用できる。第１火炎インピーダンスも、また、第２火炎インピーダンスもシリコン酸化物付着に対して安定に動作できると共に酸欠燃焼などの異常燃焼に対しても的確に検知できる。従って、これら両インピーダンスを用いて燃焼検知することにより、どちらか一方のインピーダンスが異常値、例えば、断線によりインピーダンスが零になった場合でも、残りのインピーダンスにより燃焼検知できるので、燃焼検知の信頼性を向上できる。
【００１７】
また、燃料を燃焼させるバーナヘッドと、鉛直方向に形成される火炎と、火炎により生成した荷電粒子と接触する電極手段と、バーナヘッドと電極手段の間に電圧を印加する電圧印加手段と、バーナヘッドと電極手段の間に流れる電流を検出する電流検出手段と、電極手段とバーナヘッドの間の荷電粒子の電位を検出する第１電位検出手段と、第１電位検出手段とバーナヘッドの間の第２電位差Ｖ１ｂを検出する第２電位差検出手段とを備え、火炎が前記バーナヘッド面より遊離したとき前記第１電位検出手段と前記バーナヘッドの間の第２火炎インピーダンスが単調に増加する燃焼装置である。
【００１８】
火炎が鉛直方向に形成されるバーナ構成では、第２火炎インピーダンスがシリコン酸化物付着に対して安定に動作できると共に酸欠燃焼などの異常燃焼に対しても的確に検知できることは前述したとうりである。本構成では、電位検出手段が１個でよいので、構成の簡素化、低価格化が得られる。
【００１９】
以下、本発明の実施例を図面に従い説明する。なお、従来例と同一部分には同一符号をつけ説明は省略する。また、気化筒３など本発明の必須要件でない部分は、図面で省略している。
【００２０】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の燃焼装置の構成を示す断面図である。一般的にガス状燃料に予め理論燃焼空気量以下の１次空気を混合した混合ガスを複数の炎孔６より噴出させて燃焼させたとき、炎孔６のごく近傍に可燃ガスと予混合された１次空気との燃焼反応による内炎７ａが形成され、さらにこの内炎７ａの外側に周囲からの２次空気との燃焼反応による外炎７ｂが形成される。内炎７ａは明るく輝いて見え、外炎７ｂは透明に近い燃焼炎となりる。内炎７ａと外炎７ｂとで全体の火炎７を形成している。この火炎７の中に荷電粒子（イオンと電子）が存在する。電極手段１９の一方の端部は、火炎７により生成した荷電粒子と接触し、他端は電圧印加手段１１や電流検出手段１２を介してバーナヘッド６に接続されている。火炎７は、内炎７ａと外炎７ｂとから構成され、内炎７ａに多くの荷電粒子が存在するが、外炎７ｂにも少ない密度であるにしても荷電粒子は存在する。荷電粒子が無視できる程度に少ない場合、例えば、火炎７が存在しないとき、すなわち、燃焼が停止した状態では、電圧印加手段１１により、（１０〜２０）Ｖの電圧を電極手段１９とバーナヘッド２に印加しても、殆ど電流は流れない。しかし、正常燃焼状態で電極手段１９を内炎７ａから数mm離れた位置に配置しても、上記電圧を印加したとき、数μＡ以上の電流が流れる。このことは、内炎７ａの近傍および外炎７ｂにも荷電粒子が存在することを示す。電極手段１９とバーナヘッド２間に流れる電流は、例えば、一定の抵抗値を有する抵抗体の両端の電圧から求める電流検出手段１２により検出される。もちろん、抵抗体の代わりに電流計を用いてもよい。
【００２１】
第１電位検出手段２０および第２電位検出手段２１は、高耐熱性金属体で構成され、その一方の端部は荷電粒子と接触する位置に配置されている。第１電位検出手段２０および第２電位検出手段２１は、電極手段１９と同様、絶縁セラミック８を介して固定台（図示なし）に取り付けられる。電極手段１９とバーナヘッド２の間に電流が流れているとき、両者の間には電位勾配が存在し、電流は空間的に広がりをもって流れるので、荷電粒子の等電位面が、電流の流れ方向に対して直交して存在する。第１電位検出手段２０および第２電位検出手段２１のそれぞれに接触する等電位面が存在する。第１電位検出手段２０および第２電位検出手段２１は、導電性であるので、これらの電位は、接触する等電位面と同じ電位になる。荷電粒子と接触する電極手段１９の端部表面やバーナヘッド２の表面にシリコン酸化物が形成された場合、このシリコン酸化物は絶縁性であるので、たとえ正常燃焼状態であっても、電流は当然減少する。しかし、電流は減少しても正常燃焼であれば、電極手段１９とバーナヘッド２の間には、その電流値に対応した一定の電位勾配が存在し、また、等電位面も存在することは明らかである。
【００２２】
電圧印加手段１１を用いて種々の電圧を印加したとき、電極手段１９とバーナヘッド２の間に流れる電流（Ｉfr）および第１電位差（Ｖ12）を測定し、横軸に電流（Ｉfr）、縦軸に第１電位差（Ｖ12）をプロットすると一定の傾きを有する直線が得られる。第１電位検出手段２０に接触する等電位面と第２電位検出手段２１に接触する等電位面の間の第１火炎インピーダンス（Ｒ12s）は、この傾きで定義される。この点は、後述する図６で詳述する。
【００２３】
シリコン酸化物がバーナヘッド２の表面や電極手段１９の表面に形成された場合、電流（Ｉfr）は減少し、第１電位差（Ｖ12）も電流の減少とともに減少するが、第１火炎インピーダンス（Ｒ12）は、ほぼ一定であるので、シリコン酸化物付着に対して安定して燃焼状態を検知できる。
【００２４】
酸素不足状態での燃焼（酸欠燃焼）は、酸素不足そのものが健康に好ましくなく、また、燃焼にとっても火炎７がバーナヘッド２の表面から遊離する点で正常燃焼と異なり好ましくない。このため、酸素濃度が一定レベル以下になったときに、燃焼停止などの対応が求められる。本発明の第１火炎インピーダンス（Ｒ12）は、火炎７がバーナヘッド２の表面から遊離するにつれて、すなわち、酸素濃度が低下すると共に単調に増加するので、酸欠燃焼を的確に検知できる。
【００２５】
（実施例２）
種々のバーナ構成が実用に供されいるが、その一つにバーナヘッド２の外周辺部に保炎板を備えたバーナ構成がある。このバーナ構成を用いたときの本発明の構成を図２に示す
バーナヘッド２は、支持体２３に固定され、バーナヘッド２の外周部に保炎板２４も支持体２３に固定される。これらバーナヘッド２、支持体２３および保炎板２４は、通常、ステンレスなどの高耐熱性金属で構成される。従って、これらの電位は全て同じ電位である。保炎板２４は、広い範囲にわたる燃焼量を確保するために設けられる。なお、電極手段１９、第１電位検出手段２０、第２電位検出手段２１、第１電位差検出手段２２、電圧印加手段１１および電流検出手段１２は図１と同様に配置される。
【００２６】
締め切った小部屋で本構成の石油ファンヒータを燃焼して酸欠燃焼実験した。燃焼量２３６０kcal/hのときは、容積９．９５m3、換気回数０．１２回/hの小部屋を、燃焼量７１０kcal/hのときは、容積３．３８m3、換気回数０．１２回/hの小部屋を、それぞれ用いた。燃焼開始と共に室内酸素濃度は初期値約２０．２％から徐々に低下し、前者の場合約８０分経過後酸素濃度は約１６％に、また、後者の場合約１１０分経過後酸素濃度は約１６％に、それぞれ低下した。それぞれの時間経過の中で連続して、酸素濃度、電流（Ｉfr）、第１火炎抵抗（Ｒ12）を測定した。
【００２７】
この測定で得られた酸素濃度ー電流（Ｉfr）特性を図３に、また、酸素濃度ー第１火炎抵抗（Ｒ12）特性を図４にそれぞれ示す。図３に示すように、酸素濃度の減少と共に燃焼量によらず電流（Ｉfr）も減少した。他方、図４に示すように、第１火炎抵抗（Ｒ12）の酸素濃度依存性は燃焼量に依存して異なる傾向を示した。すなわち、燃焼量が７１０kcal/hの場合、第１火炎抵抗（Ｒ12）は酸素濃度の低下と共に単調に増加した。しかし、燃焼量が２３８０kcal/hの場合、第１火炎抵抗（Ｒ12）は、酸素濃度が２０．２％から約１７％に低下するまで単調に増加したが、酸素濃度が約１７％以下になると逆に減少した。このように酸素濃度約１７％で第１火炎抵抗（Ｒ12）は極大値を示すので、例えば、第１火炎抵抗（Ｒ12）が２５kΩに対応する酸素濃度は約１６．５％と約１７．４％の２点存在する。このように酸欠状態を検知する量が複数の酸素濃度に対応することは好ましくない。そのときの酸欠状態が、どの酸素濃度であるか特定できないからである。
【００２８】
高燃焼量のときに第１火炎抵抗（Ｒ12）が極大値を示す理由は次のように考えられる。これら酸欠燃焼実験のときに火炎７を観察すると、火炎７は酸素濃度の低下と共にバーナヘッド２から遊離し、その長さも伸びることが観察された。燃焼量２３８０kcal/hの場合、内炎７ａは酸素濃度２０．２％のときには、バーナヘッド２のみに接触し、保炎板２４には接触していないが、酸素濃度の低下と共にその先端部が伸びて、酸素濃度が約１７％のときに、保炎板２４に接触した。しかし、燃焼量７１０kcal/hの場合、内炎７ａはもともと小さな火炎体積であるので、酸素濃度が低下して、その先端部が伸びても保炎板２４に接触するまでには至らなかった。バーナヘッド２、支持体２３および保炎板２４は、高耐熱性金属で構成されているので、これらの電位は同じである。従って、第１火炎抵抗（Ｒ１２）が酸素濃度約１７％のときに極大値を示した原因は、火炎７がバーナヘッド２から遊離して、その先端部が伸びたときにバーナヘッド２の電位と等しい等電位面を有する保炎板２４に接触したことに起因する。火炎７がバーナヘッド２から遊離したとき、火炎７がバーナヘッド２を除き、バーナヘッド２の電位と等しい等電位面に接触しないことが望ましく、この点で、石英などの保炎板２４は絶縁物であることが好ましい。この点は実施例３でも詳述する。
【００２９】
（実施例３）
図５は、本発明の実施例３の燃焼装置の構成を示す断面図である。火炎７が鉛直方向に形成されるバーナヘッド２が用いられる。燃料と空気の混合気体がバーナヘッド２の下面から供給され、バーナヘッド２の表面に火炎７が鉛直方向に形成される。図１や図２に示したバーナヘド７は、複数の炎孔６を有し、複数の火炎７が水平方向に形成されるが、本実施例のバーナヘッド２は多数個の小さな炎孔６（図示しない）が隣接した構成であるので、実質的に一つの炎孔であり、火炎７も一つである。なお、電極手段１９、第１電位検出手段２０および第２電位検出手段２１はバーナヘッド２のほぼ中央部に配置され、図１と同じ作用を有する。また、第１電位差検出手段２２、電圧印加手段１１および電流検出手段１２は、図１の構成と同じである。
【００３０】
本構成の石油ファンヒータを燃焼量２４００kcal/hで燃焼して、電圧印加手段１１として直流電源を用いて、直流電源の電圧を種々の値に保持して、シリコン酸化物の付着の無い状態で、電極手段１９とバーナヘッド２の間の電圧（Ｖfr）、そのときに流れる電流（Ｉfr）、第１電位差（Ｖ12）および第２電位差（Ｖ2b）を測定した。第１電位差（Ｖ12）は、第１電位検出手段１９と第２電位検出手段２０の間を１MΩの固定抵抗器と５μFのコンデンサの並列接続回路で短絡して測定した。また、第２電位検出手段２０とバーナヘッド２の間も１MΩの固定抵抗器と５μFのコンデンサの並列接続回路で短絡した。なお、第１電位差（Ｖ12）の測定は、上記並列接続回路の１MΩの固定抵抗器の両端の電圧を測定することになるので、測定器の入力インピーダンスは１０MΩ以上であれば充分である。従って、テスター程度の簡単な電圧計でも測定できる。測定器として、例えば、エレクトロメータのように１０００MΩ以上の高入力インピーダンスを有する電圧計を用いるのであれば、１MΩ以上であっても何ら問題無い。
【００３１】
その結果得られたＩfr−Ｖ12特性を図６に、Ｉfr−Ｖ2b特性を図７に示す。これらの図では、比較のために、図１のバーナ構成における特性も同時に示している。なお、電流（Ｉfr）は電圧（Ｖfr）の増加に対して直線的に増加しなかった。これは、電極手段１９とバーナヘッド２の間のインピーダンスがオーミックでなく、電流（Ｉfr）が電圧依存性を有することを示す。他方、図６や図７に示すように、第１電位差（Ｖ12）および第２電位差（Ｖ2b）は、電流（Ｉfr）の増加に対してほぼ直線的に増加した。第１電位差（Ｖ12）は、前述したように、第１電位検出手段１９に接する等電位面と第２電位検出手段２０に接する等電位面の間の電位差であることを考慮すると、第１電位差（Ｖ12）の直線的増加は、両等電位面間がほぼオーミックであることを暗示している。このことは、第２電位差（Ｖ2b）でも同様である。
【００３２】
図６に示した実線は、Ｉ fr−Ｖ12特性を直線回帰して求めた直線で、その回帰式は、例えば、図５の構成の場合、Ｖ12＝−０．１７７＋０．０１７９＊Ｉfrである。図１の構成の場合も、同様にして直線回帰式から求めた実線が示されている。図７でも同様である。図６の直線回帰式は、一般的に下式で示される。
【００３３】
Ｖ12＝Ｖ120＋Ｒ12d＊Ｉfr  ・・・・・（１）
ただし、［Ｖ12］＝［Ｖ120］＝Ｖ、［Ｒ12］＝MΩ、［Ｉfr］＝μA、また、Ｖ120を第１切片電位差、Ｒ12dを第１火炎インピーダンスと定義する。第１火炎インピーダンス（Ｒ12d）は、第１電位検出手段１９に接する等電位面と第２電位検出手段２０に接する等電位面の間の火炎インピーダンスに対応すると言える。
【００３４】
図７の直線回帰式も式（１）と同様、一般的に下式で示される。
Ｖ2b＝Ｖ2b0＋Ｒ2bd＊Ｉfr  ・・・・・（２）
ただし、［Ｖ2b］＝［Ｖ2b0］＝Ｖ、［Ｒ2b］＝MΩ、［Ｉfr］＝μA、また、Ｖ2b0を第１切片電位差、Ｒ2bdを第２火炎インピーダンスと定義する。この第２火炎インピーダンス（Ｒ2bd）は、第２電位差検出手段（図示しない）を備えることにより、第１火炎インピーダンス（Ｒ12d）と同様、容易に求められる。図６、図７あるいは式（１）に示したように、Ｉfr−Ｖ12特性およびＩfr−Ｖ2b特性は直線関係にあるが、その直線は原点を通過しない。この詳細な原因は明確でないが、燃焼プラズマのプラズマ電位が関与していると考えられる。
【００３５】
図６や図７から明らかなように、図５の構成、すなわち、火炎７が鉛直方向に形成される構成では、第１および第２動的火炎抵抗（Ｒ12dおよびＲ2bd）とも、図１の構成のそれらと比較すると３倍以上大きな値を有する。両動的火炎抵抗とも大きい方が、電流（Ｉfr）変化に対する電位差変化も大きくなる点で、言い換えると、電流（Ｉfr）に対して高感度である点で優れている。このように両動的火炎抵抗とも大きいことは、図５の構成の特有の効果である。
【００３６】
図３および図４の場合と同様にして、締め切った小部屋で本構成（図５）の石油ファンヒータを燃焼して酸欠燃焼実験した。燃焼量は２２００kcal/h一定で、容積９．９５m3、換気回数０．１２回/hの小部屋を用いた。燃焼開始と共に室内酸素濃度は初期値約２０．２％から徐々に低下し、約１００分経過後酸素濃度は約１５％に低下した。時間経過の中で連続して、酸素濃度、電流（Ｉfr）、第１火炎抵抗（Ｒ12）および第２火炎抵抗（Ｒ2b）を測定した。
【００３７】
この測定で得られた電流（Ｉfr）および第１火炎抵抗（Ｒ12）の酸素濃度依存性を図８に、また、電流（Ｉfr）および第２火炎抵抗（Ｒ2b）の酸素濃度依存性を図９にそれぞれ示す。図８に示すように、電流（Ｉfr）は図３のときと同様酸素濃度の低下と共に減少した。しかし、燃焼量２２００kcal/hは、図４の場合（２３８０kcal/h）と同程度であるにもかかわらず、第１火炎抵抗（Ｒ12）は酸素濃度が約１５％にまで低下しても単調に大きく増加した。図５の構成は、図２の構成と異なり、保炎板２４を必要としないので、バーナヘッド２の外周辺部にはバーナヘッド２の電位と等しい等電位面が存在しない。。従って、火炎７が、酸素濃度の低下と共にバーナヘッド２から遊離して、その先端部が伸びても、バーナヘッド２の電位と等しい等電位面と接触できない。このために第１火炎抵抗（Ｒ12）は単調に増加したと考えられる。
【００３８】
図９から明らかなように、第２火炎抵抗（Ｒ2b）も酸素濃度の低下に対して第１火炎抵抗（Ｒ12）と同様の傾向を示した。なお、図９の電流（Ｉfr）のデータは、図８のそれと同じである。図２の構成でも第２火炎抵抗（Ｒ2b）について同じ測定をしたが、図４と同様の傾向を示した。第２火炎抵抗（Ｒ2b）の場合も、第１火炎抵抗（Ｒ12）の場合のときと同じ現象に支配されていると考えられる。
【００３９】
本構成では、第１火炎インピーダンスに加えて、第２火炎インピーダンスも利用できる。第１火炎インピーダンスも、また、第２火炎インピーダンスもシリコン酸化物付着に対して安定に動作できると共に酸欠燃焼などの異常燃焼に対しても的確に検知できる。従って、これら両インピーダンスを用いて燃焼検知することにより、どちらか一方のインピーダンスが異常値、例えば、断線によりインピーダンスが零になった場合でも、残りのインピーダンスにより燃焼検知できるので、燃焼検知の信頼性を向上できる。
【００４０】
次に、図５の構成のシリコン酸化物付着に対する安定性について詳述する。
図５の構成を有する石油ファンヒータを用いて、２００ppm（重量比）のシリコーン油を添加した灯油燃焼中で、燃焼量を２２００kcal/hとして、第１電位検出手段２０と第２電位検出手段２１の間の第１電位差（Ｖ12）、第２電位検出手段２１とバーナーヘッド２の間の第２電位差（Ｖ2b）およびそのときに流れる電流（Ｉfr）の燃焼時間経過に対する変化を測定した。電圧印加手段１１の電圧はＤＣ２４Ｖ（一定）とした。
【００４１】
ここで、式（３）に示すように、平均火炎インピーダンス（Ｒfr）を定義する。
【００４２】
Ｒfr＝Ｖfr／Ｉfr  ・・・・・（３）
平均火炎インピーダンス（Ｒfr）、第１火炎インピーダンス（Ｒ12）および第２火炎インピーダンス（Ｒ2b）について、それぞれの初期値に対する割合をの焼経過時間依存性を図１０に示す。
【００４３】
図１０から明らかなように、平均火炎インピーダンス（Ｒfr）は、シリコン酸化物の付着により約４５０分経過後、初期値の約２倍に増加した。これは電流（Ｉfr）が約１／２に低下したことと等価である。他方、第１火炎インピーダンス（Ｒ12）および第２火炎インピーダンス（Ｒ2b）ともに初期的に約３０％低下したが、同じ経過時間後、初期値に対して約２０％以下の増加であり、シリコン酸化物付着に対しても安定して動作できることは明らかである。シリコン酸化物付着に対する安定性は、図１の構成でも確認されている。第１火炎インピーダンス（Ｒ12）は図１０と同様の安定性を示したが、第２火炎インピーダンス（Ｒ2b）はシリコン酸化物付着と共に増加する結果を示した。図１および図５のバーナ構成における第２火炎インピーダンス（Ｒ2b）のシリコン酸化物付着に対する安定性の相違は、詳細には不明であるが、図５の構成の場合電流（Ｉfr）の流れる有効バーナ表面積が大きいことに起因すると考えられる。このように、第２火炎インピーダンス（Ｒ2b）がシリコン酸化物付着に対して安定であることは、図５のバーナ構成における特有の効果である。
【００４４】
図９や図１０に示した第２火炎インピーダンス（Ｒ2b）に関する結果は、図５の構成において電位検出手段が一個でも、シリコン酸化物付着に対しても安定して動作できると共に酸欠燃焼に対しても的確に対応できることを示している。すなわち、図５の構成では、第１電位検出手段２０と第２電位検出手段２１の２個の電位検出手段を用いたが、第１電位検出手段２０のみを用いて、この第１電位検出手段２０とバーナヘッド２の間の第２電位差（Ｖ1b）を検出する第２電位差検出手段手段を備え、式（２）に従って求められる第２火炎インピーダンス（Ｒ 1bd）のみを用いることにより、シリコン酸化物付着に対しても安定して動作できると共に酸欠燃焼に対しても的確に対応できる。この第２火炎インピーダンス（Ｒ1bd）と前述した第２火炎インピーダンス（Ｒ2bd）は、全く等価であるからである。この場合は、構成が簡素であるので、低価格化が得られる。
【００４５】
なお、電極手段１９、第１電位検出手段２０や第２電位検出手段２１の形状は、図中では線状もしくは棒状で示したが、例えば、必要に応じてＵ字型、Ｌ字型など湾曲していてもよいことも明らかである。
【００４６】
また、燃焼は、燃料タンクから補給される液体燃料を用いた燃焼について述べてきたが、気体燃料を用いた燃焼でもよいことも明らかである。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明の燃焼装置によれば次の効果が得られる。
【００４８】
（１）第１電位検出手段と第２電位検出手段のそれぞれに接触する等電位面間の第１火炎インピーダンスを用い、火炎がバーナヘッドから遊離するにつれてこの第１火炎インピーダンスは単調に増加するので、電極手段表面やバナヘッド表面へのシリコン酸化物付着の有無にかかわらず、すなわち、電流の大小にかかわらず、燃焼状態を検知できると共に酸欠燃焼に対しても的確に対応できる。
【００４９】
（２）また、酸欠燃焼などにより火炎がバーナヘッドから遊離したとき、火炎がバーナヘッド電位と等しい等電位面に接触しないので、火炎がバーナヘッドから遊離するにつれて第１火炎インピーダンスは単調に増加する。従って、酸欠燃焼に対しても的確に対応できる。
【００５０】
（３）また、バーナヘッドの外周辺部に保炎板を配置したバーナ構成において、保炎板が絶縁物で構成されているので、火炎がバーナヘッドから遊離するにつれて第１火炎インピーダンスは単調に増加する。従って、酸欠燃焼に対しても的確に対応できる。
【００５１】
（４）また、火炎が鉛直方向に形成されるバーナ構成であるので、保炎板を必要としないので、バーナヘッドやそれを固定する支持体が高耐熱性金属で構成されても、酸欠燃焼時などの異常燃焼のときに火炎がバーナ面から遊離しても、火炎はバーナヘッド以外に、バーナヘッド電位と等しい等電位面と接触しない。従って、火炎インピーダンスは酸素濃度の低下に対して単調に増加し、酸欠燃焼を的確に検知できる。更に、このバーナ構成では、第１火炎インピーダンスも第２火炎インピーダンスも大きいという特有の効果も得られる。
【００５２】
（５）また、火炎が鉛直方向に形成されるバーナ構成において、第２電位検出手段とバーナヘッドの間の第２電位差Ｖ２ｂを検出する第２電位差検出手段を備え、第２電位検出手段とバーナヘッドの間の第２火炎インピーダンスも用いることができるので、第１火炎インピーダンスに加えて、第２火炎インピーダンスも利用できる。第１火炎インピーダンスも、また、第２火炎インピーダンスもシリコン酸化物付着に対して安定に動作できると共に酸欠燃焼などの異常燃焼に対しても的確に検知できる。従って、これら両インピーダンスを用いて燃焼検知することにより、どちらか一方のインピーダンスが異常値、例えば、断線によりインピーダンスが零になった場合でも、残りのインピーダンスにより燃焼検知できるので、燃焼検知の信頼性を向上できる。第２火炎インピーダンスもシリコン酸化物付着に対して安定に動作できることは、このバーナ構成の特有の効果である。
【００５３】
（６）また、前述した第２火炎インピーダンス（Ｒ2bd）と全く等価である第２火炎インピーダンス（Ｒ1bd）のみを用いることができるので、構成を簡素化し、低価格化が得られる。
【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】本発明の実施例２の燃焼装置の要部断面図
【図３】同燃焼装置におけるＩfr−酸素濃度特性図
【図４】同燃焼装置におけるＲ12d−酸素濃度特性図
【図５】本発明の実施例３の燃焼装置の構成図
【図６】同燃焼装置におけるＶ12−Ｉfr特性図
【図７】実施例３におけるＶ2b−Ｉfr特性図
【図８】同燃焼装置におけるＲ12d−酸素濃度特性図
【図９】同燃焼装置におけるＲ2bd−酸素濃度特性図
【図１０】同燃焼装置を用いたときの２００ppmシリコーン油添加灯油燃焼火炎中における初期値に対する割合の経過時間変化特性図
【図１１】従来の燃焼装置の要部断面図
【図１２】（ａ）従来の燃焼装置の要部構成図
（ｂ）従来の燃焼装置の要部構成図
【符号の説明】
２  バーナヘッド
７  火炎
１１  電圧印加手段
１２  電流検出手段
１９  電極手段
２０  第１電位検出手段
２１  第２電位検出手段
２２  第１電位差検出手段
２３  支持体
２４  保炎板
【図１】
0003663824.tif 000002
【図２】
0003663824.tif 000003
【図３】
0003663824.tif 000004
【図４】
0003663824.tif 000005
【図５】
0003663824.tif 000006
【図６】
0003663824.tif 000007
【図７】
0003663824.tif 000008
【図８】
0003663824.tif 000009
【図９】
0003663824.tif 000010
【図１０】
0003663824.tif 000011
【図１１】
0003663824.tif 000012
【図１２】
0003663824.tif 000013