JP2014122751A

JP2014122751A - 失火検知回路

Info

Publication number: JP2014122751A
Application number: JP2012279005A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Haizuka; 真一灰塚; Atsushi Nakayama; 淳中山
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-07-03

Abstract

【課題】充放電の電位からバーナの失火を検知するシステムにおいて、その失火を迅速に検知可能とする。
【解決手段】出力端子は、コンデンサの電位もしくはコンデンサの電位に相関を有する電位を出力し、電圧制限器は、出力端子の電位の最大値を制限することで、フレームロッドとバーナの間に電圧を印加し、火炎の中に発生するイオンを利用して流れる電流を検知することで火炎の有無を判別可能としており、電圧制限部を備えることで燃焼状態によらない迅速な失火検知が可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、バーナの失火を目視などによって直接的に監視できない場合などに適用すべく、フレームロッドを用いた失火検知回路に関するものである。

従来、燃焼系統の制御においては、バーナの燃焼状態を検出して制御信号とするのが普通である。燃焼状態の検出器としては種々の原理のものが知られている。熱起電力を利用する熱電対は一般的であるが、応答時間が長く、着火状態を短時間で知る必要がある場合は適していない。

これに対して、フレームロッドセンサは、応答時間が非常に短いので、検出遅れの小さい検出出力を要求する制御に用いるのに適したものである。
フレームロッドセンサは、火炎における化学イオン化反応により発生したイオンを利用するものである。このイオンは再結合により急激に減少するのでイオン濃度の高い領域は火炎近傍に限られる。バーナを一方の電極とし、火炎近傍に探針を挿入して他方の電極として電圧を印加すると、電圧電流特性はバーナを（＋）側とし、探針を（−）側とする整流特性を示す。

イオン電流の検出を１０図の先行例を用いて説明する。バーナが燃焼中であれば、交流電源Ｅの極性が実線矢印の向きのときに電流が流れ、コンデンサＣ１を図示極性に充電する。交流電源Ｅの極性が反転するとコンデンサＣ１の電位に電源電圧が重畳されてコンデンサＣ２を図示極性に充電する。Ｒは放電抵抗である。

バーナが燃焼中でなければ交流電源Ｅの極性が実線矢印の向きのときに電流は流れず、コンデンサＣ１は充電されない。交流電源Ｅの極性が反転するとコンデンサＣ１とコンデンサＣ２との直列回路（ただし、コンデンサＣ２には並列に抵抗Ｒが接続されている。）を点線矢印の極性に充電する。コンデンサＣ１の電化は放電されることはないから、次のサイクルではダイオードＤにかかる電圧は交流電圧よりコンデンサＣ１の端子電圧だけ低くなり、コンデンサＣ２への充電量は減少し、抵抗Ｒによる放電を繰り返し、結局、コンデンサＣ２の端子間の電圧は零となり炎がないことを示す。

燃焼中に電極間のインピーダンスが短絡状態になるとコンデンサＣ２への出力がなくなり、炎がないことと同様な出力となる。

特開平３−７９９１５号公報

しかしながら、上記の従来技術においては、コンデンサの充電と抵抗による放電を繰り返すことで失火時の検知を行うために充放電の電位が零になる（失火を検知できるようになる）までに時間がかかる課題があった。

この発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、バーナ失火を迅速に検知可能とすることにある。

このような課題を解決するため、この発明では、炎の整流作用を利用したフレームロッド、抵抗、コンデンサ、出力端子を有する充放電回路と、前記充放電回路に交流電源を印加する交流電源と、前記出力端子の電位の変化によって炎の失火または着火を検知する判定機と、前記出力端子の電位を制限する電圧制限器と、を備えた失火検知回路において、前記出力端子は、前記コンデンサの電位もしくは前記コンデンサの電位に相関を有する電位を出力し、前記電圧制限器は、前記出力端子の電位の最大値を制限することを特徴としている。

本発明は上記した構成によって、フレームロッドとバーナの間に電圧を印加し、火炎の中に発生するイオンを利用して流れる電流を検知することで火炎の有無を判別可能としており、電圧制限部を備えることで燃焼状態によらない迅速な失火検知が可能である。

実施の形態１にかかる失火検知回路を示す概略図実施の形態１にかかるフレームロッド回路を示す概略図炎の整流作用を説明する説明図フレームロッド回路による炎の大きさと出力端子の電位の関係図フレームロッド回路による炎の大きさと失火検知時間の関係図電圧制限部を用いた場合のフレームロッド回路による炎の大きさと出力端子の電位の関係図電圧制限部を用いた場合のフレームロッド回路による炎の大きさと失火検知時間の関係図従来例の失火検知回路を示す概略図

本発明の失火検知回路は、炎の整流作用を利用したフレームロッド、抵抗、コンデンサ、出力端子を有する充放電回路と、前記充放電回路に交流電源を印加する交流電源と、前記出力端子の電位の変化によって炎の失火または着火を検知する判定機と、前記出力端子の電位を制限する電圧制限器と、を備えた失火検知回路において、前記出力端子は、前記コンデンサの電位もしくは前記コンデンサの電位に相関を有する電位を出力し、前記電圧制限器は、前記出力端子の電位の最大値を制限することを特徴としている。

これにより、フレームロッドとバーナの間に電圧を印加し、火炎の中に発生するイオンを利用して流れる電流を検知することで火炎の有無を判別可能としており、電圧制限部を備えることで燃焼状態によらない迅速な失火検知を可能とするものである。

以下、本発明の失火検知回路の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１はこの発明の実施例を示す構成図で、フレームロッド１とバーナ部２を備えた燃焼部３で炎が発生するとフレームロッド回路４で炎を検知し電圧に変換してマイコン５へ燃焼状態を通知する。マイコン５は失火状態を検知すると不燃ガスの流出を防ぐために直ちに燃焼部３へのガスの供給を止めるためにガス元圧弁７を閉める。またマイコン５が暴走している状態でも不燃ガスの流出を防ぐためにハード構成のみでもガス元圧弁７を閉じることができる手段としてインターロック回路６が用いられている。

インターロック回路６ではガス元圧弁７が開いている状態で一定時間以上失火の状態が
続くとマイコンの指令なしで直ちにガス元圧弁７を閉じることができる構成である。

さらに詳細な動作を説明するために図２のフレームロッド回路の構成例を用いて説明する。図２のフレームロッド回路はフレームロッド１と電気回路としてはＧＮＤとなるバーナ部２とコンデンサ１０、コンデンサ１１、コンデンサ１２と抵抗２１、抵抗２２、抵抗２３、抵抗２４、抵抗２５、閾値調整抵抗２０と閾値調整電源８０で構成された充放電回路６０と、充放電回路６０の出力につながる出力端子７０と、充放電回路６０へつながる交流電源３０と、出力端子７０の出力で失火と着火を判定する判定機４０と、充放電回路６０の出力端子７０の電圧を制限する電圧制限部５０で構成されている。

燃焼部３に炎がない場合、つまり失火している状態の場合、フレームロッド１は電気回路としてオープン状態となり、出力端子７０には電圧が発生しないため零ボルトとなる。このときに判定機４０は失火判別信号をマイコン５へ送る。なお、ここでは説明の例として失火検知の閾値を零ボルトとしているが、閾値は閾値調整抵抗２０と閾値調整電源８０で調整することが可能であり、零ボルト以外の値でも動作は同じとなる。

次に燃焼部３に炎がある場合を説明する。炎は電気回路に置き換えた場合、図３に示すように炎の中のイオン成分はフレームロッド１とバーナ部２の形状によって電子は一方にしか移動ができないため、抵抗成分とダイオード成分で表すことができる。つまり交流電源３０が正の電位の場合はコンデンサ１０、コンデンサ１１、コンデンサ１２に電流が流れるために充電され、交流電源３０が負の電位の場合は電流が流れないためコンデンサ１０、コンデンサ１１、コンデンサ１２にたまった電荷が放電される。交流電源３０により交互に正と負の電圧がかかることで充放電回路の出力端子の電位がある一定の電位で安定する。この電位の大きさと炎の大きさの関係を図４に表す。つまり、炎が大きくなると炎の中のイオンが増加することで電流がより多く流れ、コンデンサ１０、コンデンサ１１、コンデンサ１２にたまる電荷の量が増えるために出力端子７０の電位が大きくなる。

燃焼部３に炎がある状態から突然炎がなくなり失火状態となった場合、充放電回路６０にたまった電荷はフレームロッド１が電気的に開放となったことで徐々に充放電回路６０で充放電を繰り返して出力端子７０が零ボルトに近づいていく。図５に炎の大きさと失火検知にかかる時間を示す。炎の大きさが大きい場合は充放電回路６０にたまった電荷も多いため出力端子７０の電圧も大きくなり、その状態から失火した場合は充放電回路６０で充放電が繰り返されて出力端子７０の電位が零ボルトで失火と判断されるまでに時間がかかる。

そこで出力端子７０の電位が一定以上増加しないように電圧制限部５０を設ける。ここでは電圧制限の手段としてツェナーダイオードを用いた場合を説明する。その場合、図６に示すように炎の大きさが大きくなった場合でも出力端子７０の電位はある値以上は変化することがなく一定となる。つまり、図７に示すように出力端子７０の電位が一定以上大きくならないために失火した場合に充放電回路６０でたまる電荷も一定となり、失火した場合、出力端子７０が零ボルトとなる時間を短縮することができる。なお、電圧制限部５０は今回の構成例では出力端子７０に設置しているが、抵抗２１、抵抗２２、抵抗２３の接続端子部分であればどこに設置しても同じ効果を得ることが可能である。

以上のように、本発明にかかる失火検知回路は、バーナの失火を目視などで直接的に監視できない場合などに適用すべく、炎の整流作用と交流電源を利用したフレームロッドによる充放電回路での失火を検知する方法であり、可燃ガスやＣＯの流出を最低限にとどめるために失火検知時間を短縮する必要がある失火検知回路に適用することができる。

１フレームロッド
２バーナ部
３燃焼部
４フレームロッド回路
５マイコン
６インターロック回路
７ガス元圧弁
１０コンデンサ
１１コンデンサ
１２コンデンサ
２０閾値調整抵抗
２１抵抗
２２抵抗
２３抵抗
２４抵抗
２５抵抗
３０交流電源
４０判定機
５０電圧制限部
６０充放電回路
７０出力端子
８０閾値調整電源
Ｅ交流電源
Ｃ１コンデンサ
Ｃ２コンデンサ
Ｒ抵抗
Ｄダイオード

Claims

炎の整流作用を利用したフレームロッド、抵抗、コンデンサ、出力端子を有する充放電回路と、前記充放電回路に交流電源を印加する交流電源と、前記出力端子の電位の変化によって炎の失火または着火を検知する判定機と、前記出力端子の電位を制限する電圧制限器と、を備えた失火検知回路において、前記出力端子は、前記コンデンサの電位もしくは前記コンデンサの電位に相関を有する電位を出力し、前記電圧制限器は、前記出力端子の電位の最大値を制限する、失火検知回路。