(57)【要約】【課題】燃料ガス量に対する空気量の不足を確実に検出可能な検出手段を備えた燃焼装置を提供することである。【解決手段】一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、前記一次燃焼の火炎２４中に第一導電性部材６５を配置し、二次燃焼の火炎６８中に第二導電性部材６６を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎２４と二次燃焼の火炎６８に電圧を印加する共通の交流電源５０を設けて、前記一次燃焼の火炎２４中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎６８中を流れる第二電流値とを検出し、検出した第一電流値と第二電流値の和，第一電流，第二電流のうちのいずれかと、第一電流と第二電流の差の比率を含む計算式で燃焼状態を判定する。【選択図】図３
2008128554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、
前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、
検出した第一電流値と第二電流値の和，第一電流値，第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率を含む計算式で燃焼状態を判定することを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、
前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、
第一電流値の第一Ａ／Ｄ変換値と第二電流値の第二Ａ／Ｄ変換値の和，第一Ａ／Ｄ変換値，第二Ａ／Ｄ変換値のうちのいずれかと、第二Ａ／Ｄ変換値と第一Ａ／Ｄ変換値の差の比率を含む計算式で燃焼状態を判定することを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、
前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、
前記第一導電性部材で検出した第一電流値と第二導電性部材で検出した第二電流値の和，第一電流値，第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする燃焼装置。
【請求項４】
一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、
前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、
前記第一導電性部材で検出した第一電流値の第一Ａ／Ｄ変換値と、第二導電性部材で検出した第二電流値の第二Ａ／Ｄ変換値の和，第一Ａ／Ｄ変換値，第二Ａ／Ｄ変換値のうちのいずれかと、第二Ａ／Ｄ変換値と第一Ａ／Ｄ変換値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置に関するものであり、特に給湯器や風呂装置に採用することが推奨される燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置は、給湯器や風呂装置の主要な構成であり、工場はもとより一般家庭においても広く普及している。従来の燃焼装置では、燃焼状態を診断する手段として熱電対が使用されていたが、熱電対では供給される空気量の不足を検出することができないため、昨今は熱電対の代わりに火炎中に存在する燃料のイオン化した未燃成分の導電性を検出する導電性部材（以下、イオンプローブと呼ぶ。）が専ら採用されている。火炎中にはイオンが存在しているので、火炎は弱プラズマ体である。
【０００３】
このような火炎中の導電性を利用して燃焼状態を検出する燃焼装置が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている燃焼装置には、二つのイオンプローブを備えた空燃比検出装置が設けられている。特許文献１の燃焼装置の空燃比検出装置では、炎孔付近と火炎の外側付近に各々イオンプローブが配置されており、イオンプローブで検出される電流値から対応する空燃比を算出している。特許文献１に開示されている燃焼装置では、直流電源が使用されている。
【特許文献１】特公平４−３７３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示されている燃焼装置の空燃比検出装置でも、燃料ガス量に対する空気量の不足を検出することはできるが、電源に直流電源を採用しているため、火炎イオンが一方向にのみ移動し、同方向のイオン風を引き起こす。そのため、そのイオン風の影響を受けて火炎の形状が歪になり、これが失火の要因となる可能性がある。
【０００５】
また、ある特定のガス種では、両イオンプローブで検出される電流検出値の比率と空燃比との間の相関関係を見出すことは可能であるが、その比率はガス種（可燃成分の種類）によって異なるため、特許文献１の燃焼装置の空燃比検出装置では、ユニバーサル・バーナ（多種の燃料ガスに対応したバーナ）に対応することができない。
【０００６】
そこで本発明は、燃料ガス量に対する空気量の不足を確実に検出可能な燃焼装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、検出した第一電流値と第二電流値の和，第一電流値，第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率を含む計算式で燃焼状態を判定することを特徴とする燃焼装置である。
【０００８】
すなわち、二つの導電性部材を、各々上流側の一次火炎（一次燃焼の火炎）と下流側の二次火炎（二次燃焼の火炎）の二箇所に設置して、供給される空気量の不足を検出する。ちなみに、供給される空気量が不足すると、上流側の一次火炎の燃焼速度が遅くなり、一次火炎は下流側へ拡張し、下流側の二次火炎中における火炎イオンの含有量が増加し、二次火炎中の導電性が増加する。よって、空気量が不足すると、二次火炎の第二電流値が大きくなる。
【０００９】
請求項１の発明では、交流電源を使用するので、火炎中の燃料ガスの火炎イオンが特定の場所に偏ることがなく、火炎の形状を安定させた状態で火炎の導電性を検出することができ、燃焼状態に悪影響を及ぼすことなく燃焼状態を判定することができる。
【００１０】
また、請求項１の発明では、第一電流値と第二電流値の和，第一電流値，第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率を含む計算式で燃焼状態を判定することにより、確実に空気不足による異常燃焼を検出することができる。さらに、多様な燃料ガスに対応したユニバーサル・バーナの燃焼状態も適切に判定することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、第一電流値の第一Ａ／Ｄ変換値と第二電流値の第二Ａ／Ｄ変換値の和，第一Ａ／Ｄ変換値，第二Ａ／Ｄ変換値のうちのいずれかと、第二Ａ／Ｄ変換値と第一Ａ／Ｄ変換値の差の比率を含む計算式で燃焼状態を判定することを特徴とする燃焼装置である。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明と同様に、交流電源を使用するので、火炎中の火炎イオンが特定の場所に偏ることがなく、火炎の形状を安定させた状態で火炎の導電性を検出することができ、燃焼状態に悪影響を及ぼすことなく燃焼状態を判定することができる。特に、請求項２の発明では、両電流値の第一Ａ／Ｄ変換値と第二Ａ／Ｄ変換値とを用いて演算することにより、計算機（マイコン）の入力端子が１つで済む。なお、ここで言う（第一、第二）電流値とは、電流信号を指す。
【００１３】
請求項３の発明は、一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、前記第一導電性部材で検出した第一電流値と第二導電性部材で検出した第二電流値の和，第一電流値，第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする燃焼装置である。
【００１４】
請求項３の発明では、一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、第一導電性部材で検出した第一電流値と第二導電性部材で検出した第二電流値の和，第一電流値，第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御するので、燃焼の異常状態を速やかに解消することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、前記第一導電性部材で検出した第一電流値の第一Ａ／Ｄ変換値と、第二導電性部材で検出した第二電流値の第二Ａ／Ｄ変換値の和，第一Ａ／Ｄ変換値，第二Ａ／Ｄ変換値のうちのいずれかと、第二Ａ／Ｄ変換値と第一Ａ／Ｄ変換値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする燃焼装置である。
【００１６】
請求項４の発明では、第一導電性部材で検出した第一電流値の第一Ａ／Ｄ変換値と、第二導電性部材で検出した第二電流値の第二Ａ／Ｄ変換値の和，第一Ａ／Ｄ変換値，第二Ａ／Ｄ変換値のうちのいずれかと、第二Ａ／Ｄ変換値と第一Ａ／Ｄ変換値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御するので、燃焼の異常状態を速やかに解消することができる。なお、ここで言う（第一、第二）電流値とは、電流信号を指す。
【００１７】
請求項１乃至請求項４の発明の燃焼装置において、交流電源の周波数は、５０〜１１０ＫＨｚの範囲の高周波であるのが好ましい。また、第一電流値と第二電流値に同様の影響を与える交流電源のノイズや電圧変動，周波数変動による誤差は、互いに相殺されて解消することができるので、空気不足による異常燃焼状態を精度よく検出することができる。よって、請求項３，４の発明の燃焼装置では、異常燃焼状態が精度よく検出され、速やかに異常燃焼状態を解消することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明を実施すると、確実に空気不足による異常燃焼状態を検出することができるようになる。また、本発明を実施した燃焼装置は、燃料ガスの種類を問わず、上記効果を奏することができるので、本発明は、同一の燃焼装置で異なる種類の燃料ガスを使用するユニバーサル・バーナで実施することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例について説明する。最初に、本発明の概略構成と基本的な機能を図１の模式図を参照しながら説明し、その後に図３を参照しながら本発明に関わる構成について詳述する。図１は、本発明の燃焼装置１の構造を模式的に描写した断面斜視図であり、図３は、本発明の燃焼装置１の断面略図である。以下の説明において、上下の関係は、燃焼装置１を縦置きして上部側に火炎を発生させる姿勢を基準とする。また上流側、下流側の表現は、空気又は燃料ガスの流れを基準としている。幅方向とは、燃焼装置の最も大きい面積を正面として左右方向に相当する方向（図面の矢印Ｗ方向）である。
【００２０】
燃焼装置１は、ケース（図示せず）内に並列に並べて使用されたり、単独で使用されるものである。本実施形態の燃焼装置１は、予混合部材２と、炎孔部材３と、二つの空気流路部材５とを有する。このうちの少なくとも炎孔部材３と空気流路部材５は、通電可能な素材で構成されている。
【００２１】
燃焼装置１の構成部材たる予混合部材２は、内部で燃料ガス４２と一次空気１４とを予混合させる機能を果たす部材である。予混合部材２は、一次空気１４と燃料ガス４２とを導入する導入部２ａと、曲路を有する混合部７と、開口８が列状に設けられた開口列部１０とを備えている。開口列部１０は、断面が略四角形をした空洞が長く直線的に延びた部位である。
【００２２】
空気流路部材５は概略形状が薄い壁状をした部材である。空気流路部材５は、表面１１，裏面１２が薄板で作られ、この表面１１，裏面１２が僅かな隙間を開けて接合され、さらに下面側を除く３辺が接合されたものであり、内部に空気流路１３となる空隙が設けられている。空気流路部材５の先端部分には矢印Ｗ方向に稜線状に延びる頂部９（折り曲げ部）が形成されている。一方、空気流路部材５の基端側は、表面１１，裏面１２の板間が開放され、上流二次空気２８及び二次空気６７を導入する空気導入開口１５が形成されている。
【００２３】
空気流路部材５の表面１１，裏面１２の板は、大部分が平行に配置されているが、先端部分だけが山形に折り曲げられており、表面側と裏面側に傾斜面１６，１７が形成されている。そして当該傾斜面１６，１７に先端部開口２０が設けられている。また頂部９の最先端部分（稜線部分）にも先端部開口２１が設けられている。先端部開口２０，２１は、二次火炎６８に二次空気６７（下流二次空気）を供給するために設けられている。
【００２４】
また空気流路部材５の表面１１，裏面１２は、図１に示すように先端側の空気流路１３が基端部側に比べて幅狭く作られており、第一燃焼部４６の基端部分に相当する部位には段を形成する傾斜面２２が設けられている。そしてこの傾斜面２２には燃焼部向空気放出開口２３が設けられている。燃焼部向空気放出開口２３は第一燃焼部４６の一次火炎２４（後述）に上流二次空気２８を供給し、一次火炎２４の一部を燃焼させて第一燃焼部４６内の一部に二次火炎６８（後述）を発生させるものである。
【００２５】
空気流路部材５の、炎孔部材３に対向する位置にも空気放出開口（上流側空気放出開口）４８が設けられている。空気放出開口（上流側空気放出開口）４８は、炎孔部材３の側面部に空気を供給して保炎を図るものである。
【００２６】
炎孔部材３は、本体部材２５と減圧壁２６によって構成されている。炎孔部材３の本体部材２５は、炎孔として機能する頂面３０と、二つの側壁部３１，３２とを有している。また炎孔部材３の左右両辺部は閉塞され、図面の下側に位置する面だけが開放されている。炎孔部材３の頂面３０は、長尺状であり細長く広がっている。頂面３０には、炎孔３３となるスリットが規則的に配列されている。炎孔３３は、「中央部開口」として機能する。側壁部３１，３２の中間部分には外側（厚さ方向）に膨らんだ膨出部３４が設けられている。膨出部３４は、炎孔部材３の全幅（矢印Ｗ方向）に渡って設けられている。
【００２７】
側壁部３１，３２の開放端側は、図１に示すように二度に渡って折り返されて、外側に嵌合用凹溝３８が形成されている。嵌合用凹溝３８の底壁３６は、側壁部３１，３２に対して直角であり、嵌合用凹溝３８の外壁３７は、側壁部３１，３２と平行である。この外壁３７は空気導入開口１５に配置され、空気流路部材５の下端が外壁３７と底壁３６に当接しており、炎孔部材３の側壁部３１，空気流路部材５の間に形成される隙間４０と空気流路１３とは、空気放出開口４８を介して連通している。また、隙間４０は、底壁３６によって、上流側（図１で見て下側）の外界とは遮断されている。
【００２８】
前述の減圧壁２６の下部（上流側）は、本体部材２５の側壁部３１，３２に固定されており、本体部材２５の側壁部３１，３２との間には空隙２９が形成されている。空隙２９は、上部（下流側）が開口している。この開口は、側面側開口２７として機能する。本体部材２５の側壁部３１，３２であって、減圧壁２６に対向した部位には開口３５が設けられており、開口３５によって、本体部材２５の内面と空隙２９とが連通している。
【００２９】
側壁部３１，３２と開口列部１０との間は図示しない凹凸形状によって部分的に接しており、両者は一体化されている。よって、両者間には隙間が存在する。図１の断面は、側壁部３１，３２と開口列部１０が離れている部位における断面を図示している。
【００３０】
側壁部３１，３２の膨出部３４に相当する部位については、内包される開口列部１０とは離れている。膨出部３４の部位は、開口列部１０の開口８の列部に対向する位置にある。従って開口列部１０の開口８の外側は、側壁部３１，３２とは離れており、他に比べて広い空間（混合空間）３９がある。この空間は、全ての開口８に相当する部位に渡って連通している。
【００３１】
側壁部３１，３２の間であって開口列部１０の頂部と炎孔部材３の頂面３０部分との間には比較的大きな空間４７がある。本実施例では、前記した混合空間３９と、開口列部１０の下流側の空間４７によって炎孔上流側流路が形成されている。なお、予混合部材２と炎孔部材３の間には、空気導入部１９が形成されている。空気導入部１９には送風機４１によって空気４３（１．５次空気）が供給される。空気導入部１９から導入された空気４３は、混合空間３９において開口８から供給される混合気（一次空気１４と燃料ガス４２）と混合し、下流側の空間４７へ流れる。詳しくは後述するが、空気導入部１９から導入される空気４３が少なくなると、一次火炎２４の燃焼速度が遅くなり燃焼が悪化する。本発明は、この燃焼の悪化を検出するものである
【００３２】
炎孔部材３の頂面３０は、空気流路部材５の間に埋もれた位置にある。そのため炎孔部材３の頂面３０よりも先端側の空間は、二つの空気流路部材５の壁よって仕切られている。炎孔部材３の頂面３０と二つの空気流路部材５によって囲まれた空間が第一燃焼部４６として機能する。
【００３３】
ここで、一次火炎２４とは、燃料ガス４２と一次空気１４とが、予混合部材２内で混合されて過濃混合気が生成され、過濃混合気は開口８から空間４７へ流出し、空間４７において空気導入部１９から導入された空気（１．５次空気）と混合して希釈され、炎孔部材３の頂面３０上においてさらに燃焼部向空気放出開口２８から上流二次空気２８が供給され、酸素不足状態で燃焼する火炎である。一次火炎２４には、さらに空気流路部材５の頂部９の先端部開口２０，２１から下流側二次空気６７が供給され、空気不足が解消されて完全燃焼し、二次火炎６８が生成される。
【００３４】
以上説明した燃焼装置１に、第一プローブ６５（第一導電性部材）と第二プローブ６６（第二導電性部材）とが設置される。すなわち、炎孔部材３の上で且つ対向する二つの空気流路部材５に挟まれた第一燃焼部４６の中であって、燃焼時に発生する一次火炎２４（一次燃焼の火炎）の中の位置には、燃焼装置１の長手方向（矢印Ｗ方向）に沿って第一プローブ６５が配置され、空気流路部材５の先端部分の近傍に第二プローブ６６が配置される。第一プローブ６５及び第二プローブ６６は、第一燃焼部４６を仕切る図示しない紙面の手前側又は向こう側の壁に固着される。
【００３５】
火炎中には火炎イオンが存在しているので、火炎は電気的に導通性を有している。第一プローブ６５及び第二プローブ６６は、火炎中のイオン成分による導電状態を検出するものである。
【００３６】
第一プローブ６５は、一次火炎２４内に配置される。ここで第一プローブ６５は、一次火炎２４の高温の火炎面を貫通して、先端部分が一次火炎２４の内部に配置される。また、第二プローブ６６は、先端部開口２１（二次空気供給口）から供給（噴射）される二次空気６７が当たる位置（すなわち、先端部開口２１の近傍）に配置されて、二次空気６７によって冷却されるようになっている。
【００３７】
図１に示すように、燃焼装置１の空気流路部材５の下端と、炎孔部材３の嵌合用凹溝３８，外壁３７とは当接しているので、空気流路部材５と炎孔部材３とは通電可能に接続されている。図３に示すように、共通電源５０（詳しくは後述）の一方の極が空気流路部材５に接続されると、空気流路部材５と炎孔部材３に抵抗がなければ、両者は等電位となる。
【００３８】
図３に示すように、この燃焼装置１（空気流路部材５，炎孔部材３）と第一プローブ６５と共通電源５０（交流）とは電線で接続されており、一次火炎２４が生じると、炎孔部材３の頂部３０と第一プローブ６５の間に火炎イオンが介在し、第一交流回路５５が形成される。すなわち、第一交流回路５５は、第一プローブ６５，制御装置６９，共通電源５０，燃焼装置１（空気流路部材５，炎孔部材３），及び一次火炎２４で構成される。
【００３９】
同様に、燃焼装置１と第二プローブ６６と共通電源５０も、二次火炎６８が生じると空気流路部材５と第二プローブ６６の間に火炎イオンが介在し、第二交流回路５６が形成される。すなわち、第二交流回路５６は、第二プローブ６６，制御装置６９，共通電源５０，燃焼装置１（空気流路部材５），及び二次火炎６８で構成される。
【００４０】
第一交流回路５５，第二交流回路５６に接続された制御装置６９には、第一交流回路５５を流れる第一電流の第一電流値（信号）と第二交流回路５６を流れる第二電流の第二電流値（信号）とが入力され、制御装置６９は、後述する演算，比較，及び判定等を行い、さらに燃焼装置１の燃焼を正常に保つように送風機４１の送風量や燃料ガス供給弁５９等の開度調整を行って供給する燃料ガス量の調整を行う。
【００４１】
以下、制御装置６９による制御について説明する。
図２は、本発明を実施した燃焼装置１の制御系統図である。
図２に示すように、第一プローブ６５（第一交流回路）を流れる第一電流値と、第二プローブ６６（第二交流回路）を流れる第二電流値とが制御装置６９に入力され、制御装置６９は必要に応じて送風機４１（供給空気量），燃料ガス供給弁５９（燃料ガス供給量），燃料ガス比例弁１８（燃料ガス供給量）を制御する。
【００４２】
ところで、共通電源５０は、図示しない変換装置で商用電源又は発電機から得た電気を、例えば電圧が５０〜２００Ｖ，周波数が１０ｋＨｚ以上の交流に変換して、第一交流回路５５と第二交流回路５６に提供する。このような高周波の交流を使用すれば、一次火炎２４及び二次火炎６８中の火炎イオンが火炎中の特定の場所に偏るようにイオン風を生じることがなく、火炎の形状が崩れることがない。周波数は、特に５０ｋＨｚ以上に設定するのがより好ましい。
【００４３】
図２に示すように、制御装置６９には、演算手段，比較手段，及び判定手段として機能するＣＰＵ７４と、予め設定された設定値や検出された信号を一時的に記憶することができるメモリ７６とを備えている。この制御装置６９には、第一プローブ６５，第二プローブ６６から第一電流及び第二電流が印加され、第一電流及び第二電流は制御装置６９内でそれぞれ第一電流値Ｉ，第二電流値IIに変換され、これらの検出信号値（第一電流値Ｉ，第二電流値II）に基づいて制御装置６９は送風機４１（図１），燃料ガス供給弁５９（図１），及び燃料ガス比例弁１８へ指令信号を送信することができるようになっている。また、燃焼装置１の運転開始時には、制御装置６９は、適切なタイミングで燃料ガス（混合気）に点火するべくイグナイタ４へ指令信号を送信する。
【００４４】
一次火炎２４は、燃料ガス量に対して空気量が不足しており、燃焼雰囲気としては炭化水素系の火炎イオンが多量に存在している。そのため、正常燃焼時における一次火炎２４中には火炎イオンが多く含まれ、第一プローブ６５で検出される第一電流（第一電流値Ｉ）は大きい。
【００４５】
また、二次火炎６８には多量の二次空気６７が供給されており、希薄状態で燃焼するために、火炎イオンの濃度は比較的低い。そのため、正常燃焼時における二次火炎６８中の火炎イオン濃度は低く、第二プローブ６６で検出される第二電流（第二電流値II）は小さい。
【００４６】
そこで、図２の制御装置６９（ＣＰＵ７４）で以下の実施例１，２のような演算，比較，及び判定を行い、燃焼装置１の燃焼状態を判定し、燃焼が異常であれば正常化する。
【００４７】
（実施例１）
前述のように一次火炎２４で検出された第一電流値（信号値）を「Ｉ」，二次火炎６８で検出された第二電流値（信号値）を「II」とする。これらの個々の電流値「Ｉ」，「II」の和「Ｉ＋II」を「Σ」（シグマ）と表現する。また、第二電流値IIと第一電流値Ｉの差「II−Ｉ」を「Δ」（デルタ）と表現する。さらに、「Δ」を「Σ」で除算「Δ／Σ」した値を「Ｒ」（比例値）とする。
【００４８】
電流値「Ｉ」及び「II」は、燃料ガスの種類や燃焼量の大小（タウンダウン比の範囲内）によって相違するが、「Δ／Σ」を演算した比例値「Ｒ」では、これらの影響を無くすことができる。また、たとえ共通電源５０の電圧や周波数が変動したとしても、算出された比例値「Ｒ」では、変動を相殺することができ、変動の影響を解消することができる。比例値「Ｒ」については、詳しくは後述する。
【００４９】
予め実験を行って、燃焼装置１の正常燃焼時における比例値「Ｒ」の範囲を求めておき、この実験によって得られた比例値「Ｒ」が、制御装置６９のメモリ７６に記憶されている。そして、燃焼装置１の燃焼時に、ＣＰＵ７４は比例値「Ｒ」を算出し、さらに算出した比例値「Ｒ」が、メモリ７６に記憶されている正常な範囲内にあるか否かを判定する。
【００５０】
仮に、供給空気量が異常に少なくなると、一次火炎２４の燃焼速度が低下し、火炎が下流側へ広がり、やがて二次火炎６８の領域まで達し、二次火炎６８の領域部分における空気（酸素）が相対的に不足し、二次火炎６８が不完全燃焼を起こし、二次火炎６８の燃焼ガス中には燃料ガスの未燃成分である炭化水素（ＨＣ）等から発生する火炎イオンが多量に含まれるようになる。
【００５１】
その結果、二次火炎６８が不完全燃焼を起こすことによる第二電流値「II」の増大が顕著であり、一方、一次火炎２４では、空気不足により火炎イオン濃度が増大する傾向にあるものの火炎温度が低下するために、火炎イオン濃度は却って減少し、一次火炎２４で検出される第一電流値「Ｉ」は小さくなる。よって、「Δ」がマイナスからプラスに転じた結果、比例値「Ｒ」もマイナスからプラスに転じ、制御装置６９のメモリ７６に記憶されている所定範囲の正常値を逸脱し、ＣＰＵ７４は、燃焼装置１の燃焼が、空気不足による異常であると判定し、例えば送風機４１の送風量を増やすか、又は燃料ガス供給弁５９と燃料ガス比例弁１８のいずれかの開度を小さくするように、送風機４１，燃料ガス供給弁５９，燃料ガス比例弁１８に指令信号を送る。その結果、空燃比が適正となり、空気不足状態による異常燃焼が解消され、比例値「Ｒ」は適正な値となる。
【００５２】
ここで、比例値「Ｒ」を算出する計算式の分母の「Σ」は電流値「Ｉ＋II」であったが、「Σ」の代わりに電流値「Ｉ」，又は「II」を採用することもできる。「Σ」の代わりには、特に電流値「Ｉ」を採用するのが好ましい。すなわち、電流値「Ｉ」は一次火炎２４内のイオン濃度に比例する。この一次火炎２４内のイオン濃度は、二次火炎６８内のイオン濃度と比較して、燃料種類の違いや燃焼量大小の変化をより正確に反映する。そして、電流値「Ｉ」を用いて比率を取ることによって、燃料の種類や燃焼量の違いの影響をかなりキャンセルすることができる。この状況を、図６を参照しながら説明する。
【００５３】
図６は、本件出願人が行った実験結果を示すグラフであるが、図６のグラフには上記の事象が反映されている。図６（ａ）は、一次火炎２４側の電流値「Ｉ」と二次火炎６８側の電流値「II」の、燃料未燃成分濃度との関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、燃料ガスにプロパンガスと都市ガスを採用した場合において、両者の比例値「Ｒ」と燃料未燃成分濃度の関係を示すグラフであり、図６（ｃ）は、共通電源５０の電圧が大きい場合と小さい場合における比例値「Ｒ」と燃料未燃成分濃度の関係を示すグラフである。
【００５４】
図６(ａ)に示すように、電流値「Ｉ」は燃料未燃成分濃度と比例関係にあり、電流値「Ｉ」の方が電流値「II」よりも燃料未燃成分濃度との関係が明確である。また、図６（ｂ）に示すように、ガス種（プロパン燃料ガス，都市ガス）が異なっても、比例値「Ｒ」と燃料未燃成分濃度の関係はほとんど変化していない。さらに、図６（ｃ）に示すように、共通電源５０の電圧が変動しても比例値「Ｒ」はほとんど変化しない。
【００５５】
なお、実施例１では、「Ｒ＝Δ／Σ」を演算して、比例値「Ｒ」が大きくなると空気（酸素）不足による異常燃焼の傾向があることを検出する例を示したが、「Ｒ１＝Σ／Δ」とし、比例値「Ｒ１」が小さくなることで空気不足による異常燃焼を検出するようにしてもよい。
【００５６】
また、実施例１では、比例値「Ｒ」（又は「Ｒ１」）を算出したが、比例値「Ｒ」（又は「Ｒ１」）を算出する際には、必要に応じて定数を掛けても足してもよい。すなわち比例値「Ｒ」は、「Ｒ＝ε・Δ／Σ＋κ」（「Ｒ１＝ε１・Σ／Δ＋κ１」）と演算してもよい。ここでε，κ，ε１，κ１は任意の数である。
【００５７】
ここで、本件出願人が行った実験結果について言及しておく。図５は、本発明を実施した際の検出された電流値と燃料ガスの未燃成分濃度の関係を示すグラフである。曲線Ａ，曲線Ｂ，曲線Ｃのいずれも未燃成分濃度がゼロ付近からわずかに増加しただけで電流値が急激に増大し、その後の電流値は緩やかに増加するか，又はほとんど変化していない。すなわち、二次火炎６８雰囲気中は、未燃成分濃度が低いため、正常な燃焼状態であれば、検出される第二電流値「II」は低いが、わずかでも未燃成分濃度が向上すると、急激に第二電流値「II」が高くなる。また、曲線Ａと曲線Ｂは、同じ燃料ガスを燃焼させた際のグラフであるが、曲線Ａの方が曲線Ｂよりも燃焼温度が高い場合のグラフである。言い換えると、曲線Ａの場合の方が曲線Ｂの場合よりも燃焼量が多いために燃焼器の熱損失が少なく、燃焼温度が上昇している。図５のグラフから、燃焼温度が高くなるほど分子がイオン化し易くなり、検出される電流値が高くなることがわかる。
【００５８】
（実施例２）
図４は、本発明を実施した図３の実施例１とは別の燃焼装置の断面略図である。図４に示すように実施例２では、第一交流回路５５を流れる電流が、変換部５２で第一電流値Ｉ（信号値）に変換され、さらに第一電流値ＩがＡ／Ｄ変換されて制御装置６９へ伝送される。同様に、第二交流回路５６を流れる電流が、変換部５３で第二電流値II（信号値）に変換され、さらに第二電流値IIがＡ／Ｄ変換されて制御装置６９へ伝送される。
【００５９】
一次火炎２４の第一電流値ＩのＡ／Ｄ変換値を「Ｄ（Ｉ）」とし、二次火炎６８の第二電流値IIのＡ／Ｄ変換値を「Ｄ（II）」とする。これらの個々の変換値「Ｄ（Ｉ）」，「Ｄ（II）」，又はこれらの変換値の和「Ｄ（Ｉ）＋Ｄ（II）」を、「ΣＤ」（シグマ）と表現する。また、変換値「Ｄ（Ｉ）」と「Ｄ（II）」の差の「Ｄ（II）−Ｄ（Ｉ）」を「ΔＤ」（デルタ）と表現する。さらに、「ΔＤ」を「ΣＤ」で除算「ΔＤ／ΣＤ」した値を「Ｒ２」（比例値）とする。
【００６０】
変換値「Ｄ（Ｉ）」及び「Ｄ（II）」は、燃料ガスの種類や燃焼量の大小（タウンダウン比の範囲内）によって相違するが、「ΔＤ／ΣＤ」を演算した比例値「Ｒ２」では、これらの影響を無くすことができる。また、共通電源５０の周波数や電圧が変動することがあったとしても、比例値「Ｒ２」はそれらの変動を相殺し、変動の影響を解消することができる。
【００６１】
制御装置６９のメモリ７６には、予め燃焼装置１の正常燃焼時における比例値「Ｒ２」の範囲を記憶させておく。そして、燃焼装置１の燃焼時に、ＣＰＵ７４は比例値「Ｒ２」を算出し、さらに算出した比例値「Ｒ２」が、メモリ７６に記憶されている正常な比例値の範囲内にあるか否かを判定する。
【００６２】
ここで、比例値「Ｒ２」を算出する際の分母の「ΣＤ」は、変換値「Ｄ（Ｉ）」，「Ｄ（II）」，「Ｄ（Ｉ）＋Ｄ（II）」のいずれでもよいが、変換値「Ｄ（Ｉ）」又は「Ｄ（Ｉ）＋Ｄ（II）」を採用するのが好ましい。すなわち、変換値「Ｄ（Ｉ）」は一次火炎内のイオン濃度に比例する。この一次火炎内のイオン濃度は、二次火炎内のイオン濃度と比較して、燃料種類の違いや燃焼量大小の変化をより正確に反映する。なお、実施例２の実験結果のグラフは、実施例１の図６のグラフと同様のグラフになるので、描写は省略する。
【００６３】
制御装置６９が、燃焼が異常であると判定し、上記の措置をとった後、燃焼が正常化されると、制御装置６９は、比例値「Ｒ２」が予め設定してメモリ７６に記憶させた所定範囲を逸脱しないように、送風機４１や燃料ガス供給弁５９又は燃料ガス比例弁１８の開度を調整する。そして、適正なメンテナンスを行うことができるように、制御装置６９が燃焼異常であると判定した際には、警報ランプを点滅させるなどして、使用者に注意を喚起することもできる。
【００６４】
実施例２で算出した比例値「Ｒ２」も、実施例１の比例値「Ｒ」と同様に、必要に応じて定数を掛けても足してもよい。すなわち比例値「Ｒ２」の代わりに比例値「Ｒ３」として、「Ｒ３＝ε・ΔＤ／ΣＤ＋κ」と演算してもよい。ここでε，κは任意の数である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明を実施する燃焼装置の部分斜視図である。
【図２】本発明を実施した燃焼装置の制御系統図である。
【図３】本発明を実施した燃焼装置の断面略図である。
【図４】本発明を実施した図３とは別の燃焼装置の断面略図である。
【図５】使用する各燃料ガス毎の、検出された電流値と未燃成分濃度の関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、一次火炎側の電流値「Ｉ」と二次火炎側の電流値「II」の、燃料未燃成分濃度との関係を示すグラフである。（ｂ）は、燃料ガスにプロパンガスと都市ガスを採用した場合において、両者の比例値「Ｒ」と燃料未燃成分濃度の関係を示すグラフである。（ｃ）は、共通電源の電圧が大きい場合と小さい場合における比例値「Ｒ」と燃料未燃成分濃度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１          燃焼装置
２          予混合部材
３          炎孔部材
５          空気流路部材
１３        空気流路
１４        一次空気
１５        空気導入開口
１８        燃料ガス比例弁
２０、２１  先端部開口
２４        一次火炎
４１        送風機
４２        燃料ガス
４６        第一燃焼部
５０        交流電源
５９        燃料ガス供給弁
６５        第一プローブ（第一導通部材）
６６        第二プローブ（第二導通部材）
６７        二次空気
６８        二次火炎
６９        制御装置
７４        ＣＰＵ
７６        メモリ
Ｉ          第一電流値
II          第二電流値
Ｄ（Ｉ）    ＩのＡ／Ｄ変換値（第一Ａ／Ｄ変換値）
Ｄ（II）    IIのＡ／Ｄ変換値（第二Ａ／Ｄ変換値）
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  比例値
Σ          Ｉ＋IIの電流値
ΣＤ        Ｄ（Ｉ）とＤ（II）の和
Δ          IIとＩの差の電流値
ΔＤ        Ｄ（Ｉ）とＤ（II）の差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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