JP2016121846A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大容量の燃焼装置にも適用可能な一本ロッド方式の燃焼制御装置を実現する。【解決手段】本発明に係る燃焼制御装置は、スパークロッドとフレームロッドとを兼ねた一本の電極棒（４）と、電極棒にスパークを発生させる点火装置（２）と、バーナ（５）の燃焼を制御するバーナコントローラ（３）とを備え、バーナコントローラは、交流電圧を電極棒とバーナとの間の空間に印加したときに、当該交流電圧の一方の半周期（ＴＢ）において電極棒に流れる火炎電流（Ｉｆ）に基づいて火炎検出を行う火炎検出回路（３１）と、交流電圧を点火装置に供給する点火回路（３０）とを有し、点火装置は、火炎検出回路によって印加される交流電圧の一方の半周期においてスパークを発生させ、火炎検出回路によって印加される交流電圧の他方の半周期（ＴＡ）においてスパークを発生させないことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼制御装置に関し、特に、スパークロッドとフレームロッドとを一本の電極棒で兼用する一本ロッド方式の点火装置と上記点火装置を制御するバーナコントローラとを備えた燃焼制御装置に関する。

燃焼炉、乾燥炉、およびボイラ等の燃焼装置は、燃焼室内の燃焼をコントロールするための燃焼制御装置として、バーナを点火するための点火装置と、点火装置を介したバーナの点火制御、バーナの燃焼監視、およびバーナへの燃料の供給と停止を制御する安全遮断弁の制御を行うためのバーナコントローラ（プロテクトリレー）とを備えている。

点火装置は、点火用のトランス（以下、「点火トランス」と称する。）を有し、点火トランスの二次側配線の一端を点火用の電極棒（以下、「スパークロッド」と称する。）に接続することにより、例えば数ｋＶ〜十数ｋＶの高電圧をスパークロッドに発生させる。 また、バーナコントローラは、バーナの燃焼を監視するための火炎検出回路を有している。火炎検出回路は、火炎検出用の電極棒（以下、「フレームロッド」と称する。）と電気的に接続され、フレームロッドから出力される火炎検出信号を入力し、その火炎検出信号に基づいて火炎の有無を判定する。

従来から、一般的な燃焼制御装置は、スパークロッドとフレームロッドとを別個に備えているものが多かった。しかしながら、小型の燃焼装置では、スパークロッドとフレームロッドのスペースを確保することが構造的に困難である場合が多く、より小さい燃焼制御装置に対する市場要求があった。

例えば、特許文献１には、着火回路（点火回路）と火炎検知回路とを、着火プラグの電極棒（ロッド）に切り替えリレーを介して夫々接続することにより、一本のロッドによって着火と火炎検知を行う一本ロッド方式の燃焼制御装置が開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示された燃焼制御装置では、一本のロッドの接続先を点火回路と火炎検知回路との間で切り替えるための切り替えリレーが必要となる。

一方、本願発明者らは、本願発明に先立って、上記特許文献１に開示されたものとは別の一本ロッド方式の燃焼制御装置を開発した（非特許文献１参照）。この燃焼制御装置は、スパークロッドとフレームロッドとを兼用する一本のロッドを点火トランスの二次側コイルの一端に接続し、点火トランスの二次側コイルの他端を信号線（ケーブル）を介してバーナコントローラ内の火炎検出回路に接続した構成を有するものである。この燃料制御装置によれば、上記特許文献１に記載の燃焼制御装置のようにロッドの接続先を切り替える必要がないため、切り替え用のリレーが不要となる。

本願発明者らが開発した上記燃料制御装置は、上記特許文献１に記載の燃焼制御装置のようにリレーによってロッドの接続先を切り替える構成ではないため、火炎発生中にスパークを発生させた場合、火炎を通してロッドを流れる電流（以下、「火炎電流」とも称する。）のみならず、スパークによってロッドとバーナとの間の空間（以下、「スパークギャップ」と称する。）を流れる電流（以下、「スパーク電流」と称する。）が発生する。また、本願発明者らが開発した上記燃料制御装置は、ロッドに流れる電流によって内部に設けた検出用容量を充電し、その検出用容量の電荷量に基づいて火炎の有無を判定する構成の火炎検出回路を採用している。
そのため、本願発明者らが開発した上記燃料制御装置のようにロッドの接続先を切り替えず火炎電流とスパーク電流とが一部共通の電流経路を流れる構成では、火炎発生中にスパークが発生すると、スパーク電流によって火炎検出回路内の検出用容量の電荷が不安定になり、正確な火炎検出を行うことができなくなるおそれがある。例えば、火炎電流によって検出用容量が充電されている状態において、スパークが発生すると、検出用容量の充電されていた電荷が、スパーク電流によって引き抜かれてしまうおそれがある。
そこで、本願発明者らが開発した上記燃焼制御装置では、スパーク電流による検出用容量への電荷の充放電が無視できる程度にまでスパークのパワーを十分に小さく設定していた。これにより、切り替えリレーを用いることなく、一本のロッドによるバーナの点火と、正確な火炎判定とを実現することができる。

特開２００２−２９５８２９号公報

「バーナコントローラ イグナイタ付きプロテクトリレー ＦＲＬ１００Ｂ，ＦＲＬ１０１Ｂ 取扱説明書」、２０１０年９月 改訂９版、アズビル株式会社。

しかしながら、本願発明者らが開発した上記燃焼制御装置は、スパークのパワーが小さいため、大容量のバーナを点火することが困難であり、大容量の燃焼装置には適用することができないという問題があった。

本発明の目的は、大容量の燃焼装置にも適用可能な一本ロッド方式の燃焼制御装置を実現することにある。

本発明に係る燃焼制御装置は、スパークロッドとフレームロッドとを兼ねた一本の電極棒（４）と、入力された交流電圧（Ｖ０）に基づいて電極棒にスパークを発生させる点火装置（２）と、電極棒の近傍に配置されるバーナ（５）の燃焼を制御するバーナコントローラ（３）とを備え、バーナコントローラは、前記火炎検出回路によって印加される交流電圧と同期した交流電圧（Ｖ０）を点火装置に供給する点火回路（３０）と、交流電圧を電極棒とバーナとの間の空間に印加したときに、印加した交流電圧と同期した交流電圧基準交流電圧の一方の半周期（ＴＢ）において空間を介して電極棒に流れる火炎電流（＋Ｉｆ）に基づいて、火炎検出を行う整流方式の火炎検出回路（３１）とを有し、点火装置は、火炎検出回路によって印加される交流電圧の一方の半周期（ＴＡ）においてスパークを発生させ、火炎検出回路によって印加される交流電圧の他方の半周期（ＴＢ）においてスパークを発生させないことを特徴とする。

上記燃焼制御装置において、点火装置は、互いに磁気結合した一次側コイル（Ｌ１）と二次側コイル（Ｌ２）とを有する点火トランス（２０）と、交流電圧を入力するための第１端子（Ｐ１）および第２端子（Ｐ２）と、第１端子と第２端子との間に入力された交流電圧に基づいて交流信号（Ｖｉｎ）を生成し、一次側コイルの両端に入力する信号生成回路（２２）と、二次側コイルの一端に接続されるとともに電極棒に接続される第３端子（Ｐ３）と、二次側コイルの他端に接続される第４端子（Ｐ４）と、基準電位に接続するための第５端子（Ｐ５）と、二次側コイルの他端と第５端子との間に接続され、二次側コイルの他端の電圧を制限する電圧制限素子（２１）とを含み、点火回路は、火炎検出回路によって印加される交流電圧の一方の半周期において第２端子の電圧が第１端子の電圧よりも大きくなり、火炎検出回路によって印加される交流電圧の他方の半周期において第２端子の電圧が第１端子の電圧よりも小さくなる交流電圧（Ｖ０）を、第１端子と第２端子との間に供給し、信号生成回路は、第２端子の電圧が第１端子の電圧よりも大きい場合に、交流信号を生成し、第２端子の電圧が第１端子の電圧よりも小さい場合に、交流信号を生成しないようにしてもよい。

上記燃焼制御装置において、信号生成回路は、アノードが第１端子に接続されたダイオード（Ｄ１）と、第２端子とダイオードのカソードとの間の電圧に基づいて、交流信号を生成する発振回路（２２０）とを含んでもよい。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって表している。

以上説明したことにより、本発明によれば、大容量の燃焼装置にも適用可能な一本ロッド方式の燃焼制御装置を実現することが可能となる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るバーナコントローラを備えた燃焼制御装置の構成を示す図である。 図２は、火炎検出回路の回路構成例を示す図である。 図３は、本発明に係る燃焼制御装置における火炎電流が発生する周期とスパークが発生する周期との関係を示す図である。 図４は、本発明に係る燃焼制御装置によるバーナ点火時のシーケンスを説明するための図である。 図５は、本発明に係る燃焼制御装置によるバーナ点火時のシーケンスを説明するための別の図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

〈本発明に係る燃焼制御装置の構成〉
図１は、本発明の一実施の形態に係る燃焼制御装置の構成を示す図である。
同図に示される燃焼制御装置１は、例えば、燃焼炉や乾燥炉、ボイラ等の燃焼装置において、燃焼室内のバーナによる燃焼を制御するための装置である。
燃焼制御装置１は、燃焼装置の燃焼室内に配置されたバーナを点火するためのスパークロッドと、燃焼室内のバーナによる火炎を検出するためのフレームロッドとを一本の電極棒で兼用した構造を有している。具体的に、燃焼制御装置１は、点火装置２、バーナコントローラ３、および電極棒（ロッド）４を備えている。点火装置２とバーナコントローラ３とは、例えば、別個にパッケージングされた別々の装置であり、信号線を介して互いに接続されている。

電極棒４は、スパークロッドとしての機能とフレームロッドとしての機能を有している。電極棒４の一端は、後述する点火装置２内の点火トランスの二次側コイルＬ２の一端に接続されている。また、電極棒４の他端は、燃焼制御装置１が燃焼炉等の燃焼装置に組み込まれた場合に、燃焼装置の燃焼室内におけるバーナ５の近傍に配設される。

点火装置（イグナイタ）２は、入力された交流電圧の一方の半周期において電極棒にスパークを発生させる半波タイプの点火装置であり、スパークを発生させることによって電極棒４を介してバーナ５を点火するとともに、火炎発生時に電極棒４（スパークロッド）に流れる火炎電流を外部に出力する機能を有している。具体的に、点火装置２は、外部端子Ｐ１〜Ｐ５と、点火トランス２０と、保護素子２１、信号生成回路２２とを備えている。

外部端子Ｐ１、Ｐ２は、交流電圧を入力するための入力端子である。

信号生成回路２２は、外部端子Ｐ１と外部端子Ｐ２との間に入力された交流電圧に基づいて交流信号Ｖｉｎを生成し、点火トランス２０の一次側コイルの両端に入力する回路である。具体的に、信号生成回路２２は、外部端子Ｐ２の電圧が外部端子Ｐ１の電圧よりも大きい場合に、交流信号Ｖｉｎを生成し、外部端子Ｐ２の電圧が外部端子Ｐ１の電圧よりも小さい場合に、交流信号Ｖｉｎを生成しない。

ここで、信号生成回路２２に印加される交流電圧は、後述する火炎検出回路３１の動作の基準となる交流電圧に同期した電圧であればよい。本実施の形態では、後述する基準交流電圧Ｖ０が信号生成回路２２に印加されるものとする。

信号生成回路２２の具体的な回路としては、図１に示すように、ダイオードＤ１および発振回路２２０を含む回路を例示することができる。ダイオードＤ１のアノードは、外部端子Ｐ２に接続されている。発振回路２２０は、外部端子Ｐ２からダイオードＤ１を介して電力が供給されたときに、外部端子Ｐ１とダイオードＤ１のカソードとの間の電圧に基づいて交流信号Ｖｉｎを生成する。

点火トランス２０は、互いに磁気結合した一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２とを有し、一次側コイルＬ１に印加された電圧に基づいて、二次側コイルＬ２に、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２の巻き数比に応じた電圧（例えば数ｋＶ〜十数ｋＶの高電圧）を発生させる部品である。一次側コイルＬ１の両端には、発振回路２２０によって生成された交流信号が入力される。

外部端子Ｐ３は、点火トランス２０の二次側コイルＬ２で発生した高電圧を出力するための出力端子である。外部端子Ｐ３は、点火トランス２０の二次側コイルＬ２の一端に接続されるとともに、電極棒４の一端に接続される。

外部端子Ｐ４は、電極棒４（スパークロッド）に流れる電流を出力するための端子であり、二次側コイルＬ２の他端に接続されるとともに、信号線６を介して後述するバーナコントローラ３の外部端子Ｆと接続されている。

外部端子Ｐ５は、基準電位（例えばグラウンド電位（アース））に接続するための端子である。

電圧制限素子２１は、点火トランス２０の二次側コイルＬ２の他端、すなわち二次側コイルＬ２の外部端子Ｐ３に接続される端子と反対側の端子と、外部端子Ｐ５との間に接続される。電圧制限素子２１は、点火トランス２０の二次側コイルＬ２で発生する電圧を所定の電圧（例えば６００Ｖ）に制限する（クランプする）素子である。電圧制限素子２１としては、例えばガスアレスタを例示することができる。これにより、外部端子Ｐ４、信号線６、外部端子Ｆを介して火炎検出回路３１に印加される電圧を制限し、火炎検出回路３１を保護することができる。

点火装置２は、例えば、点火トランス２０、保護素子２１、および信号生成回路２２が一つのパッケージで覆われることによって形成されている。ここで、上記パッケージとしては、例えば、絶縁性、耐衝撃性、および耐熱性に優れたポリカーボネイト等の材料からなるケースを例示することができる。

次に、バーナコントローラ３について説明する。
バーナコントローラ（プロテクトリレー）３は、バーナ５の点火制御、バーナ５の燃焼監視、およびバーナへの燃料の供給と停止を制御する安全遮断弁の制御を行う装置である。具体的に、バーナコントローラ３は、図１に示すように、複数の外部端子ＩＧｐ、ＩＧｎ、Ｆ、およびＧと、点火回路３０と、火炎点火回路３１と、制御部３２と、その他の図示されていないインターフェース回路等を有している。

点火回路３０は、入力された基準交流電圧Ｖ０を、制御部３２からの指示に応じて、外部端子ＩＧｐと外部端子ＩＧｎとの間に出力する。外部端子ＩＧｐ、ＩＧｎから出力された基準交流電圧Ｖ０は、点火装置２の外部端子Ｐ１、Ｐ２を介して信号生成回路２２に入力される。

ここで、基準交流電圧Ｖ０は、点火装置２と火炎検出回路３１の動作の基準となる交流電圧であり、点火装置２と火炎検出回路３１の動作周期を定めている。基準交流電圧Ｖ０は、例えば、バーナコントローラ５の外部から印加した５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用交流電源の１００Ｖ（または２００Ｖ）の交流電圧であってもよいし、上記商用交流電源に基づいてバーナコントローラ５内の電源回路（図示せず）によって生成された交流電圧であってもよい。

火炎検出回路３１は、火炎の整流作用を利用した整流方式の火炎検出回路である。具体的に、火炎検出回路３１は、基準交流電圧Ｖ０に基づく交流電圧を電極棒４とバーナ５との間のスパークギャップに印加したときに、基準交流電圧Ｖ０の一方の半周期においてスパークギャップを介して電極棒４に流れる火炎電流Ｉｆに基づいて、火炎検出を行う回路である。
図２に、火炎検出回路の回路構成の一例を示す。
同図に示されるように、火炎検出回路３１は、火炎電流Ｉｆを検出するための検出用容量Ｃｓと、抵抗Ｒ０と、フィルタ回路３１１と、比較回路３１０と、トランス３１２とを含む。

検出用容量Ｃｓは、一端が外部端子Ｆに接続され、他端がトランス３１２の二次側コイルＬ１２の一端（ノードＮＤ０）に接続されている。

トランス３１２は、互いに磁気結合した一次側コイルＬ１１と二次側コイルＬ１２とを有し、一次側コイルＬ１１の両端に印加された基準交流電圧Ｖ０に基づいて、一次側コイルＬ１１と二次側コイルＬ１２の巻き数比に応じた電圧を二次側コイルＬ１２の両端に発生させる。二次側コイルＬ１２の一端は、前述したように検出用容量Ｃｓに接続され、二次側コイルＬ１２の他端はグラウンド電位ノードに接続されている。
これにより、二次側コイルＬ１２の一端、すなわちノードＮＤ０には、基準交流電圧Ｖ０と同周期で、グラウンド電圧（０Ｖ）を基準として電圧が変化する交流電圧が発生する。

抵抗Ｒ０は、外部端子Ｇとグラウンド電位ノードとの間に接続されている。

ここで、火炎電流Ｉｆについて説明する。
例えば、バーナ５が点火し、火炎が発生している場合を考える。
この場合に、トランス３１２の一次側コイルＬ１１の両端に基準交流電圧Ｖ０が印加されることにより、二次側コイルＬ１２の一端（ノードＮＤ０）に正電圧が発生すると、火炎電流Ｉｆが、火炎検出回路３１から信号線６を経由して点火装置２に向かって流れる。すなわち、火炎電流Ｉｆが、トランス３１２の二次側コイルＬ１２から、容量Ｃｓ、外部端子Ｆ、信号線６、外部端子Ｐ４、点火トランス２０の二次側コイルＬ２、外部端子Ｐ３、電極棒４、およびバーナ５の火炎を通り、グラウンド電位（アース）を介して外部端子Ｇから抵抗Ｒ０に流れ込む。この火炎電流Ｉｆにより、検出用容量Ｃｓに対する電荷の充電が行われる。以下、上記のように火炎検出回路３１から点火装置２に向かって流れる火炎電流を火炎電流＋Ｉｆと表記する。

一方、トランス３１２の一次側コイルＬ１１の両端に基準交流電圧Ｖ０が印加されることにより、二次側コイルＬ１２の一端（ノードＮＤ０）に負電圧が発生すると、火炎電流Ｉｆが、点火装置２から信号線６を経由して火炎検出回路３１に向かって流れる。すなわち、火炎電流Ｉｆが、抵抗Ｒ０から、外部端子Ｇおよびグラウンド電位（アース）を介して、バーナ５の火炎を通り、電極棒４、外部端子Ｐ３、点火トランス２０の二次側コイルＬ２、外部端子Ｐ４、信号線６、外部端子Ｆ、および検出用容量Ｃｓを経由して二次側コイルＬ１２に流れ込む。この火炎電流により、検出用容量Ｃｓに対する電荷の放電が行われる。以下、上記のように点火装置２から火炎検出回路３１に向かって流れる火炎電流を火炎電流−Ｉｆと表記する。
ここで、炎の整流作用により、火炎電流＋Ｉｆの方が火炎電流（−Ｉｆ）よりも大きな電流となることから、火炎が発生している状態では、火炎電流Ｉｆの平均値は正（＋）となる。したがって、火炎検出回路３１では、火炎電流＋Ｉｆによって充電された検出用容量Ｃｓの電荷量に基づいて、火炎検出信号を生成する。

フィルタ回路３１１は、検出用容量Ｃｓの電荷量に応じた充電電圧を平滑化して出力する。具体的に、フィルタ回路３１１は、ローパスフィルタである。フィルタ回路３１１の回路構成としては、図２に示すように、抵抗Ｒ１と容量Ｃ１とから成るＣＲ回路と、抵抗Ｒ２と容量Ｃ２から成るＣＲ回路とが直列に接続された構成を例示することができる。

比較回路３１０は、フィルタ回路３１１から出力された電圧と閾値電圧ＶＴＨとを比較し、比較結果に応じた２値の火炎検出信号Ｖｆを出力するコンパレータ回路である。例えば、検出用容量Ｃｓの充電によってフィルタ回路３１１の出力電圧が上昇し、その出力電圧が閾値電圧ＶＴＨを超えた場合に、火炎があることを示す火炎検出信号Ｖｆ（例えばハイレベルの信号）を出力し、その出力電圧が閾値電圧ＶＴＨを超えていない場合に、火炎がないことを示す火炎検出信号Ｖｆ（例えばローレベルの信号）を出力する。
なお、検出用容量Ｃｓ、抵抗Ｒ０、フィルタ回路３１１を構成する回路素子の定数、および閾値電圧ＶＴＨは、例えば、数μＡの火炎電流（＋Ｉｆ）が約１秒間流れたときに、検出用容量Ｃｓの電荷量に応じた電圧が閾値電圧ＶＴＨを超えるように設定されている。

制御部３２は、バーナコントローラ３の統括的な制御を行う機能部であり、例えば、マイクロコントローラ等のプログラム処理装置で構成されている。
具体的に、制御部３２は、点火回路３０および火炎検出回路３１を制御する。
例えば、制御部３２は、点火回路３０を制御することにより、一定期間、点火装置２を動作させて電極棒４からスパークを発生させる。
また、制御部３２は、火炎検出回路３１による火炎検出信号Ｖｆに基づいて、バーナ５による火炎の有無を判定する（火炎判定）。具体的に、制御部３２は、火炎検出信号Ｖｆが例えばハイレベルである場合に、バーナ５によって火炎が発生していると判定し、火炎検出信号Ｖｆが例えばローレベルである場合に、火炎が発生していないと判定する。
更に、制御部３２は、バーナ５を点火するとき、バーナ５への燃料８の供給と停止を制御する安全遮断弁（ガスバルブ）７を制御して燃料８をバーナ５に供給する。また、バーナ５による燃焼を停止するとき、安全遮断弁７を制御してバーナ５への燃料８の供給を停止する。

〈本発明に係る燃焼制御装置の動作〉
燃焼制御装置１の動作について説明する。
ここでは、燃焼制御装置１による燃焼制御に係る動作のうち、点火時の動作について具体的に説明する。

先ず、火炎電流Ｉｆが発生する周期と点火装置２によるスパークが発生する周期について説明する。
前述したように、ロッドの接続先を切り替えず火炎電流とスパーク電流とが一部共通の電流経路を流れる構成を有する燃料制御装置１では、火炎発生中にスパークが発生すると、スパーク電流によって火炎検出回路３１内の検出用容量Ｃｓの電荷量が変動する。例えば、図２に示すように、電極棒４とバーナ５との間にスパークが発生すると、外部端子Ｆから、外部端子Ｐ４、点火トランス２０の二次側コイルＬ２、外部端子Ｐ３、電極棒４、バーナ５、グラウンド電位、外部端子Ｐ５、保護素子２１、外部端子Ｐ４を経由して外部端子Ｆに戻る経路に交流電流（スパーク電流）Ｉｓが流れる。このスパーク電流Ｉｓによって検出用容量Ｃｓに対する電荷の充放電が行われることで、検出用容量Ｃｓの電荷量が変動してしまう。例えば、スパーク電流Ｉｓは火炎電流Ｉｆよりも大きな電流であることから、火炎電流−Ｉｆと同じ方向にスパーク電流が発生すると、検出用容量Ｃｓに蓄積されている多くの電荷が引き抜かれてしまう。
そこで、本発明に係る燃焼制御装置１では、火炎検出のタイミング（火炎電流＋Ｉｆが流れるタイミング）に同期して、電極棒４からスパークが発生するように制御されている。以下、詳細に説明する。

図３は、燃焼制御装置１における火炎電流Ｉｆが発生する周期とスパークが発生する周期との関係を示す図である。
前述したように、点火装置２と火炎検出回路３１とは、基準交流電圧Ｖ０の周期に同期して動作する。
具体的に、火炎検出回路３１は、例えば図３に示すように、基準交流電圧Ｖ０が正電圧となる半周期ＴＡにおいて火炎電流−Ｉｆが流れ、基準交流電圧Ｖ０が負電圧となる半周期ＴＢにおいて火炎電流＋Ｉｆが流れる。
また、点火装置２では、前述したように、信号生成回路２２が、外部端子Ｐ２の電圧が外部端子Ｐ１の電圧よりも大きい場合に交流信号Ｖｉｎを生成し、外部端子Ｐ２の電圧が外部端子Ｐ１の電圧よりも小さい場合に交流信号Ｖｉｎを生成しない。したがって、図３に示すように、基準交流電圧Ｖ０が負電圧となる半周期ＴＢにおいては、点火トランス２０に交流信号Ｖｉｎが印加されることにより電極棒４からスパークが発生し、基準交流電圧Ｖ０が正電圧となる半周期ＴＡにおいては、点火トランス２０に交流信号Ｖｉｎが印加されないことから、スパークが発生しない。

以上のように、火炎電流＋Ｉｆが流れる期間ＴＢにおいては、火炎電流＋Ｉｆと同一方向にスパーク電流が流れるようにスパークを発生させることにより、検出用容量Ｃｓが充電される。一方、期間ＴＡにおいては、スパークが発生しないことから、スパーク電流による検出容量Ｃｓに対する電荷の引き抜き（放電）は起こらない。このように、本実施の形態に係る燃焼制御装置１では、より多くの火炎電流Ｉｆが流れる周期に同期してスパークが発生する。

次に、バーナ点火時における燃焼制御装置の動作シーケンスについて説明する。
図４は、本発明に係る燃焼制御装置によるバーナ点火時の動作を説明するための図である。同図には、点火動作によってバーナが点火した場合における燃焼制御装置１の動作シーケンスが示されている。

図４に示されるように、燃焼制御装置１の起動後、例えばタイミングｔ１においてバーナ５への点火が指示されると、制御部３２が、先ず、ダンパ（図示せず）を制御して燃焼室内の強制排気（プレパージ）を行った後、例えばタイミングｔ２において点火動作を開始する。具体的には、制御部３２が安全遮断弁７を制御してバーナ５への燃料供給を開始するとともに、点火回路３０を制御することにより、点火装置２に基準交流電圧Ｖ０を印加し、電極棒４からスパークを発生させる。

ここで、点火動作を継続する期間、すなわち、点火トランス２０によってスパークを繰り返し発生させるイグニッショントライアル期間Ｔｉｇは、例えば、燃料への着火が未確認の状態でもバーナに燃料を供給することが許されている最大の時間（以下、「点火期間」と称する。）Ｔｐより短くなるように設定されている。
なお、点火期間Ｔｐは規格で定められた時間（例えば、５秒間または１０秒間）であり、変更することは許されない。

イグニッショントライアル期間Ｔｉｇにおいては、前述したように、基準交流電圧Ｖ０が負電圧となる半周期毎にスパークが発生する。そのため、例えば図４に示すように、１回または数回のスパークの発生後に、検出容量Ｃｓの充電電圧が閾値電圧ＶＴＨを超え、火炎検出信号Ｖｆがハイレベルとなり、火炎ありと判定する。

点火動作の開始後、例えばタイミングｔ４において、バーナ５を介して燃焼炉内に供給されている燃料と空気の混合ガスとが着火し、火炎が発生すると、火炎電流Ｉｆが発生する。この火炎電流Ｉｆによって検出用容量Ｃｓの充電が開始される。

その後、タイミングｔ５において、制御部３２が点火装置２によるスパークの発生を停止させる。これにより、イグニッショントライアル期間Ｔｉｇが終了し、スパーク電流による検出用容量Ｃｓに対する充電が停止する。

制御部３２は、スパークの停止に引き続き、火炎の有無を判定する。同図の場合、火炎判定が行われるタイミングｔ５において、火炎検出信号Ｖｆがハイレベルになっていることから、制御部３２は、バーナ５によって火炎が生成されていると判定し、点火期間Ｔｐの経過後も燃料をバーナ５に供給し続ける。

なお、図４の場合、火炎検出回路３１における検出用容量Ｃｓの電荷量は、スパーク電流による電荷が支配的であるが、実際に火炎が発生していることから、タイミングｔ５以降に燃料の供給を継続しても問題は生じない。

次に、点火動作によってバーナが点火しなかった場合の燃焼制御装置による動作シーケンスについて説明する。
図５は、本発明に係るバーナコントローラを備えた燃焼制御装置によるバーナ点火時の動作を説明するための別の図である。同図には、点火動作によってバーナが点火しなかった場合における燃焼制御装置の動作シーケンスが示されている。

図５に示されるように、燃焼制御装置１の起動後、例えばタイミングｔ１においてバーナ５への点火が指示されると、図４の場合と同様に、制御部３２が所定の点火制御を開始する。図５の場合、イグニッショントライアル期間Ｔｉｇにバーナ５が点火せず、火炎が発生していないことから、イグニッショントライアル期間Ｔｉｇではスパーク電流による検出用容量Ｃｓに対する充電が行われ、火炎ありと判定する。

その後、タイミングｔ５において、イグニッショントライアル期間Ｔｉｇが終了すると、制御部３２が、スパークの発生を停止させ、それに引き続いて火炎判定を行う。図５の場合、タイミングｔ５において火炎が発生していないことから火炎電流Ｉｆが流れていない。そのため、スパーク電流Ｉｓによって充電された検出用容量Ｃｓの電荷は放電し、火炎検出信号Ｖｆは一定時間の経過後、例えばタイミングｔ６においてローレベルとなる。したがって、制御部３２は、タイミングｔ６において断火が発生したと判定し、安全遮断弁７を制御してバーナ５への燃料８の供給を停止する。点火時間とフレームレスポンス時間を適切に設定することで、点火期間Ｔｐを過ぎる前に燃料供給を遮断することができる。
その後、制御部３２は、例えばダンパを制御して燃焼室内の強制排気を実行し、点火に係る動作をロックアウトする。このロックアウト状態は、燃焼制御装置がリセットされるまで維持される。

〈本発明に係る燃焼制御装置による効果〉
以上、本発明に係るバーナコントローラによれば、スパークロッドとフレームロッドとを兼用した一本ロッド方式の燃焼制御装置において、バーナを点火するとき、スパークの発生タイミングを火炎検出のタイミング（より多くの火炎電流が流れるタイミング）に同期させるので、火炎電流によって充電された火炎検出回路３１の検出容量Ｃｓの電荷がスパーク電流によって引き抜かれることを防止することができる。これにより、スパーク電流の影響により火炎があっても火炎なしと判定し点火シーケンスが進まないことを防止出来る。
また、本発明に係る燃料制御装置によれば、火炎判定に与えるスパーク電流の影響を小さくするために、スパークのパワーを小さくする必要がないので、大容量の燃焼装置にも適用することができる。
すなわち、本発明に係るバーナコントローラによれば、火炎の有無の判定を正確に行うことができ、且つ大容量の燃焼装置にも適用可能な一本ロッド方式の燃焼制御装置を提供することができる。

また、本発明に係る燃料制御装置によれば、一本ロッド方式の燃焼制御装置を実現するために、整流方式の火炎検出回路を備えた既存のバーナコントローラをそのまま用いることができるので、バーナコントローラを新たに開発する必要がなく、燃料制御装置の開発コストの低減を図ることができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態において、火炎検出回路３１として、図２に示すような回路構成を例示したが、これに限定されるものではなく、火炎の整流作用を利用して、電極棒４に流れる火炎電流を検出し、火炎検出信号Ｖｆを生成する回路であれば、他の回路構成を採用することも可能である。

また、上記実施の形態において、点火時に安全遮断弁を開けて燃料供給を開始するタイミングと点火動作を開始するタイミングが同時である場合を例示したが、これに限られない。例えば、点火期間Ｔｐが終了する前にイグニッショントライアル期間Ｔｉｇが終了するのであれば、燃料供給を開始するタイミングと点火動作を開始するタイミングをずらしてもよい。

また、上記実施の形態において、点火装置２の信号生成回路２２として、ダイオードＤ１と発振回路２２０とから成る回路構成を例示したが、これに限られず、点火装置２に印加される基準交流電圧Ｖ０の一方の極性においてのみ交流信号を発生させる回路であれば、上記以外の回路構成であってもよい。

また、図４および図５に示したイグニッショントライアル期間Ｔｉｇにおける火炎検出信号Ｖｆは、あくまで一例であり、スパークが発生する周期、検出用容量Ｃｓ、スパーク電流、およびフィルタ回路３１１の回路定数等によって、火炎検出信号Ｖｆの論理レベルや論理レベルが変化するタイミング等は変動し得る。

１…燃焼制御装置、２…点火装置、３…バーナコントローラ、４…電極棒、５…バーナ、６…信号線、７…安全遮断弁、８…燃料、Ｐ１〜Ｐ５…外部電極、１０…パッケージ（ケース）、２０…点火トランス、Ｌ１、Ｌ１１…一次側コイル、Ｌ２、Ｌ１２…二次側コイル、２１…保護素子、２２…信号生成回路、２２０…発振回路、Ｄ１…ダイオード、３０…点火回路、３１…火炎検出回路、３２…制御部、ＩＧｐ、ＩＧｎ、Ｆ、Ｇ…外部端子、Ｃｓ…検出用容量、Ｒ０〜Ｒ２…抵抗、Ｃ１、Ｃ２…容量、３１０…比較器、３１１…フィルタ回路、３１２…トランス、Ｉｓ…スパーク電流、Ｉｆ…火炎電流、Ｖ０…基準交流電圧、Ｖｉｎ…交流信号。

Claims (3)

1. スパークロッドとフレームロッドとを兼ねた一本の電極棒と、
   入力された交流電圧に基づいて前記電極棒にスパークを発生させる点火装置と、
   前記電極棒の近傍に配置されるバーナの燃焼を制御するバーナコントローラと、を備え、
   前記バーナコントローラは、
   交流電圧を前記電極棒と前記バーナとの間の空間に印加したときに、印加した交流電圧の一方の半周期において前記空間を介して電極棒に流れる火炎電流に基づいて、火炎検出を行う整流方式の火炎検出回路と、
   前記火炎検出回路によって印加される交流電圧と同期した交流電圧を前記点火装置に入力する点火回路と、を有し、
   前記点火装置は、前記火炎検出回路によって印加される交流電圧の前記一方の半周期において前記スパークを発生させ、前記火炎検出回路によって印加される交流電圧の他方の半周期において前記スパークを発生させない、
   ことを特徴とする燃焼制御装置。
2. 前記点火装置は、
   互いに磁気結合した一次側コイルと二次側コイルとを有する点火トランスと、
   交流電圧を入力するための第１端子および第２端子と、
   前記第１端子と前記第２端子との間に入力された交流電圧に基づいて交流信号を生成し、前記一次側コイルの両端に入力する信号生成回路と、
   前記二次側コイルの一端に接続されるとともに前記電極棒に接続される第３端子と、
   前記二次側コイルの他端に接続される第４端子と、
   基準電位に接続するための第５端子と、
   前記二次側コイルの他端と前記第５端子との間に接続され、前記二次側コイルの他端の電圧を制限する電圧制限素子と、を含み、
   前記点火回路は、前記火炎検出回路によって印加される交流電圧の前記一方の半周期において前記第２端子の電圧が前記第１端子の電圧よりも大きくなり、前記火炎検出回路によって印加される交流電圧の他方の半周期において前記第２端子の電圧が前記第１端子の電圧よりも小さくなる交流電圧を、前記第１端子と前記第２端子との間に供給し、
   前記信号生成回路は、前記第２端子の電圧が前記第１端子の電圧よりも大きい場合に、前記交流信号を生成し、前記第２端子の電圧が前記第１端子の電圧よりも小さい場合に、前記交流信号を生成しない
   ことを特徴とする燃焼制御装置。
3. 請求項２に記載の燃焼制御装置において、
   前記信号生成回路は、
   アノードが前記第１端子に接続されたダイオードと、
   前記第２端子と前記ダイオードのカソードとの間の電圧に基づいて、前記交流信号を生成する発振回路と、を含む、
   ことを特徴とする燃焼制御装置。

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