JP3909490B2 - 火炎検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消炎検出時における検出動作の挙動から、装置各部の機能を診断する機能を備えた火炎検出装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
紫外線センサの一種である紫外線検出用放電管（ＵＶチューブ）は、紫外線を受けて放電を生起する一対の放電電極を円筒形のガラス管内に封入したもので、例えばガスバーナの燃焼状態をモニタする火炎検出器として用いられる。この種のＵＶチューブを用いた火炎検出装置は、概略的には図８に示すようにＵＶチューブ１の受光部前面に選択的に位置付けられて紫外線の入力を阻止するシャッタ２を備える。そしてＵＶチューブ駆動回路３により高電圧が印加されて駆動されるＵＶチューブ１の放電電流をＵＶレベル検出回路４にて検出し、ＵＶチューブ１が受光した紫外線強度に相当するＵＶ出力電圧（ＵＶレベル）を求めるように構成される。尚、典型的には特公昭４４−１０３９号公報に紫外線検出用放電管（ＵＶチューブ）の構成が示され、また特公昭４７−７８７８号公報にその検出回路が開示される。
【０００３】
ちなみに火炎検出装置においては前記ＵＶチューブ１の自己放電を防ぐべく、一般的にはレベル判定回路５を用いて上記ＵＶレベルを所定の判定閾値と比較して、ＵＶレベルが上記判定閾値を越えたときにはシャッタ周期設定回路６の制御の下でシャッタ駆動回路７を駆動して、所定時間に亘って前記ＵＶチューブ１への紫外線の入力を遮断するようにしている。尚、図中２ａは前記シャッタ駆動回路７により導通駆動されて前記シャッタ２を開くソレノイドコイルである。
【０００４】
具体的には、図９にその動作波形を示すようにシャッタ２が開いているときのＵＶチューブ１の放電電流から紫外線強度に対応したＵＶ出力電圧を求めて、このＵＶ出力電圧が所定の判定閾値Ｖthに達したとき、所定時間Ｔoffに亘って前記シャッタ２を閉じている。そして上述したＵＶ電圧の検出とシャッタ２の閉動作が周期的に繰り返されるとき、フレームリレー回路８をオン動作させて火炎検出を示すフレームリレー信号を出力するものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところでＵＶチューブ１は真空管の一種であり、使用時間の経過に伴ってその特性が次第に劣化することが否めない。そしてＵＶチューブ１の性能劣化は、そのまま火炎検出装置における火炎検出性能の低下の要因となる。しかしＵＶチューブ１は高価な電子部品なので、一般的には所期の性能が維持されている限り最大限に使用することが望ましい。そこで本出願人は、例えば特開平５−１２５８１号公報に開示するように、シャッタ２を閉じた後のＵＶチューブの出力を監視することで、ＵＶチューブ１の特性劣化を判定することを提唱した。
【０００６】
しかしながらこのようなＵＶチューブ１の特性判定機能を備えていても、従来一般的には、火炎検出装置から出力されるフレームリレー信号からガスバーナ等の燃焼状態（火炎の有無）をモニタしているだけなので、火炎検出装置として正常に消炎を検出したのか、或いは誤動作等により消炎検出状態となったのかを判定することができないと言う不具合がある。即ち、例えばＵＶチューブ１の性能が劣化してその出力が低下した場合、これを消炎として誤検出してフレームリレー信号（火炎検出信号）がオフする虞がある。またシャッタ機構に故障が生じてシャッタ２が閉じたままの状態となった場合にも、これを消炎として誤検出して前記フレームリレー信号がオフする虞がある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、装置各部の機能、特にＵＶチューブの性能やシャッタ機構の動作等を自己診断することのできる機能を備えた火炎検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る火炎検出装置は、火炎が発する紫外線を検出するＵＶチューブ等の紫外線センサと、この紫外線センサの受光部前面に選択的に位置付けられて前記紫外線の入力を阻止するシャッタと、前記紫外線センサにより検出された紫外線強度に応じて所定時間に亘って前記シャッタを閉じるシャッタ駆動回路と、前記シャッタが所定の周期で開閉駆動されたときにオン動作して火炎検出信号を出力するフレームリレー回路とを備えたものであって、
特に前記フレームリレー回路がオン動作している期間に亘って前記シャッタ駆動回路の動作状態を示す信号と前記紫外線センサの出力とを互いに関連付けて記憶する履歴記憶手段と、
前記フレームリレー回路がオフ動作する直前の所定時間に亘る前記シャッタ駆動回路の動作状態を示す信号および前記紫外線センサの出力を前記履歴記憶手段から求め、前記フレームリレー回路がオフ動作する前に前記シャッタが開いているか否かを調べると共に、前記紫外線センサの出力が徐々に低下しているか否かを調べて消炎検出が正常に行われたか否かを診断する診断手段と
を備えたことを特徴としている。
【０００９】
より具体的には前記紫外線センサは、紫外線を受けて放電を生起する紫外線検出用放電管（ＵＶチューブ）であって、前記履歴記憶手段は、所定のサンプリング周期毎に前記フレームリレー回路の出力、前記シャッタ駆動回路の動作状態、および前記紫外線検出用放電管の平均出力（フレーム電圧）とその放電回数をそれぞれ記憶するように構成される。そして前記診断手段においては、フレームリレー信号がオフとなったとき（消炎を検出したとき）、前記履歴記憶手段に残されている所定時間に亘るフレーム電圧の変化やシャッタの開閉回数、更にはＵＶチューブの放電回数等から、その消炎検出が正常に行われたか否か、また異常である場合には、その異常原因が何であるかを推定し得るようにしたことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る火炎検出装置について説明する。
図１はこの実施形態に係る火炎検出装置の要部概略構成を示すもので、前述した図４に示した火炎検出装置と同一部分には同一符号を付して示してある。この装置が特徴とするところは、前記ＵＶチューブ１の放電パルスを検出してその放電回数を計測するための放電パルス検出回路１１を備えると共に、前記シャッタ周期設定回路６が出力する前記シャッタ２のオン／オフ制御信号、前記フレームリレー回路８の動作状態を示すフレームリレー信号およびフレーム電圧を入力する診断装置１２を備える点にある。
【００１１】
この診断装置１２は、例えばマイクロコンピュータからなるもので、所定のサンプリング周期ΔＴ毎に前記フレームリレー回路８から出力されるフレームリレー信号Ｆを検出し、更に前記シャッタ２の開閉状態（シャッタ信号Ｓ）と上記サンプリング周期ΔＴ内におけるＵＶセンサ１の平均出力（フレーム電圧Ｖf）とその放電回数Ｎとをそれぞれ検出するように構成される。特に診断装置１２は、ＲＡＭ等からなる内部メモリ１３を備え、上述した如く所定のサンプリング周期ΔＴ毎に検出した火炎検出装置の動作を示す情報（フレームリレー信号Ｆ，フレーム電圧Ｖf，シャッタ信号Ｓ，および放電回数Ｎ）を所定時間Ｔに亘る動作履歴として記憶するものとなっている。
【００１２】
即ち、ＵＶチューブ１は、例えば図２に示すように倍電圧整流回路からなるＵＶチューブ駆動回路３により高電圧が印加されて駆動されるもので、前記放電パルス検出回路１１は、このＵＶチューブ１に流れる放電電流によって発光駆動される発光ダイオード１１ａの光をフォトトランジスタ１１ｂを介して検出し、これによって前記ＵＶチューブ１のパルス放電を検出する如く構成される。尚、ＵＶチューブ駆動回路３の出力として表れる放電電流量に相当するＵＶ出力電圧の変化からその放電を検出することも勿論可能である。しかしＵＶ出力電圧の出力レベルが低い場合、或いは１回の放電しか生じないような場合には、その放電を確実に検出することが困難となる虞があるので、上述したようにＵＶチューブ１に流れる放電電流そのものを検出して該ＵＶチューブのパルス放電を検出することが好ましい。
【００１３】
一方、前述したフレームリレー回路８は、例えば図３に示すように前記シャッタ周期設定回路６が出力するシャッタ閉信号（シャッタ信号Ｓに相当）を受けてスイッチ動作する相補型スイッチ回路８ａを備え、このスイッチ回路８ａを介してコンデンサ８ｂ,８ｃの充電を制御することで、リレー８ｄを十分に長い時定数でオン・オフ制御するように構成される。
【００１４】
ちなみに図３に例示するフレームリレー回路８においてはシャッタ閉信号がないとき（Ｌレベル）、ｎｐｎトランジスタを介してコンデンサ８ｂが所定電圧まで充電されている。この状態においてシャッタ閉信号（Ｈレベル）が与えられると、前記ｎｐｎトランジスタに代えてｐｎｐトランジスタが導通して前記コンデンサ８ｂに蓄えられた電荷によりコンデンサ８ｃが充電されてリレー８ｄがオンする。そしてコンデンサ８ｂ,８ｃの電荷が完全に放電される前に再び前記シャッタ閉信号がなくなると、これによって前記コンデンサ８ｂが再度充電される。この動作が繰り返される間、前記コンデンサ８ｃに所定の電荷が蓄えられて前記リレー８ｄがオン状態に保たれる。そして前記ＵＶチューブ１による火炎の検出がなくなり、これに伴って前記シャッタ閉信号の入力がなくなると前記コンデンサ８ｃの充電電荷が放電され、前記リレー８ｄがオフ動作する。このようなリレー８ｄのオン・オフ動作が、例えばそのリレー接点の出力として、或いはこのリレー８ｄによって動作制御される第２のリレー８ｅを介して前述したフレームリレー信号（火炎検出信号）Ｆとして出力される。
【００１５】
また前述したフレーム電圧Ｖfは、前記ＵＶチューブ１の放電に伴う前記ＵＶレベル変換回路４の出力（ＵＶ出力電圧）をフィルタリングするフレーム電圧変換回路１４により、その平均出力として求められる。ちなみにこのフレーム電圧（平均出力）Ｖfは、前述したシャッタ２が開いている期間において、前記ＵＶチューブ１の放電回数が多くなるほど次第に高くなり、放電回数が少なくなるに従って次第に低下する。
【００１６】
さて上述した如く構成された放電パルス検出回路１１により求められる放電パルス、前記シャッタ周期設定回路６から得られるシャッタ信号Ｓ（シャッタ閉信号）、前記フレームリレー回路８の動作状態を示すフレームリレー信号Ｆおよび前記フレーム電圧変換回路１４により求められたフレーム電圧Ｖfを入力する診断装置１２は、例えば図４に示す処理手順に従って動作する。即ち、診断装置１２は、火炎検出装置の電源が投入されたとき、先ず前記内部メモリ１３に対するデータ格納位置を初期化すると共に、サンプリング周期ΔＴを管理するタイマを初期化する〈ステップＳ１,Ｓ２〉。しかる後、前記フレームリレー信号Ｆがオンであるかオフであるか判定する〈ステップＳ３〉。
【００１７】
そしてフレームリレー信号Ｆがオンであるならば、前記フレームリレー回路８におけるフレーム電圧Ｖfを取得する〈ステップＳ４〉。具体的には図４(ｂ)に示すように監視装置（マイクロコンピュータ）１２のＡ／Ｄポートに入力される電圧ＡＤを調べ〈ステップＳ４ａ〉、先に求められている平均電圧ＡＤaveと今回求めた電圧ＡＤとの平均値を、新たな平均電圧ＡＤ ave［＝（ＡＤave＋ＡＤ）／２］として求めている〈ステップＳ４ｂ〉。
【００１８】
次いで前記シャッタ２の状態を監視して、該シャッタ２が開であるか、閉であるか、或いは閉状態に移行するエッジであるかを判定する〈ステップＳ５〉。特にシャッタ２が開であることを確認する。その後、前記ＵＶチューブ１における放電を監視する〈ステップＳ６〉。この放電の監視は、図４(ｃ)に示すように前記放電パルス検出回路１１により求められる放電パルスの有無から放電が生じているか否かを判定し〈ステップＳ６ａ〉、放電パルスが存在している場合には、その放電パルス数Ｎを計数する〈ステップＳ６ｂ〉。尚、シャッタが閉であるにも拘わらず放電パルスが検出されるような場合には、後述するようにシャッタ動作不良（故障）に対する処理を実行する。
【００１９】
このようなステップＳ４〜Ｓ６の処理を、前述したタイマにより管理されているサンプリング周期ΔＴが到来するまで繰り返し実行する〈ステップＳ７〉。そしてタイマーにより管理されている所定の時間ΔＴに達したとき、上記タイマを再び初期化した後〈ステップＳ８〉、次に前記データ格納位置が、その最大アドレスに達したか否かを判定する〈ステップＳ９〉。そして最大アドレスに達していない場合には、前記データ格納位置（アドレス）に従って前述したステップＳ４〜Ｓ６において求めた監視データを内部メモリ１３に格納する〈ステップＳ１１〉。このデータの格納は、図４(ｄ)に示すように内部メモリ１３のデータ格納位置（アドレス）を指定し〈ステップＳ１１ａ〉、そのアドレスに前述した平均電圧ＡＤ ave、シャッタ信号Ｓ、放電パルス数Ｎをそれぞれ書き込むことによってなされる〈ステップＳ１１ｂ,１１ｃ,１１ｄ〉。
【００２０】
しかる後、前述したデータ格納位置を次のアドレス（データ格納位置）に更新し〈ステップＳ１２〉、前述したステップＳ３からの処理を繰り返し実行する。この繰り返し処理によって前記内部メモリ１３には、例えば図５に示すように所定のサンプリング周期ΔＴ毎に検出された監視データが順に動作状態履歴として記録される。
【００２１】
この際、前述したステップＳ９において、前記データ格納位置（アドレス）がその最大アドレスに達した場合には、そのデータ格納位置（アドレス）を再度初期化した上で〈ステップＳ１０〉、前記内部メモリ１３への監視データの記録が実行される。この処理によって内部メモリ１３には、最も古いデータから順に最新の監視データが上書きされる。この結果、内部メモリ１３には常に最新の所定の時間（サンプリング周期ΔＴ×サンプリング回数ｎ）に亘る監視データが登録されることになる。
【００２２】
尚、上述した処理過程において、例えばステップＳ３による判定からフレームリレー信号Ｆがオンからオフに移行したことが検出された場合には、つまり消炎が検出された場合には、その直前に監視データが書き込まれた内部メモリ１３のデータ格納位置に終了マークを付し、火炎検出時における最後の監視データである旨を識別表示することが好ましい。このような終了マークを記録しておけば、以下に示す火炎検出装置の動作状態解析を実行する上でのデータ処理を容易に行うことが可能となる。
【００２３】
さて火炎検出装置の動作状態解析は、例えば前述したフレームリレー信号Ｆがオフに変位し、消炎が検出されたことを以て起動される。
この動作解析は、前述した終了マークが記録されたデータ格納位置を基準として内部メモリ１３のデータ格納位置を遡りながら、消炎検出直前の所定時間（サンプリング周期ΔＴ×サンプリング回数ｎ）に亘る監視データを求め、これらの監視データを、例えば図６または図７に示すようにグラフ化して実行される。そして上記所定時間におけるフレーム電圧Ｖfの変化の動向や、シャッタ信号Ｓの変化の様子、更にはＵＶチューブ１の前述したサンプリング周期ΔＴ毎の放電回数Ｎをそれぞれ調べることによって、消炎検出時直前の火炎検出動作の挙動を調べることで、異常（故障）の有無や、異常（故障）発生箇所の推定が行われる。
【００２４】
具体的には図６に示すようにフレーム信号Ｆがオフとなる前にシャッタ２が開き、これに伴ってフレーム電圧Ｖfが徐々に低下しており、またシャッタ２が開いているにも拘わらずＵＶチューブ１の放電がなくなっていることが示された場合には、火炎検出装置の各部がそれぞれ正常に機能して火炎がなくなったこと（消炎したこと）を検出したとして判定される。
【００２５】
これに対して図７に示すようにフレームリレー信号Ｆがオフとなる前にシャッタ２が閉じたにも拘わらずフレーム電圧Ｖfが次第に上昇すると共に、放電パルスも検出されていることが示されるような場合には、例えばフレームリレー回路８が故障している、或いはシャッタ駆動回路７が故障している、若しくはＵＶチューブ１が故障している判定される。このような故障判定と、その故障原因の推定は、火炎検出装置における他の動作の挙動を調べることにより、より精度良く調べることができる。
【００２６】
具体的にはシャッタ２を閉じたときのＵＶチューブ１の放電回数を調べれば、シャッタ２を閉じたにも拘わらず多くの放電が検出された場合には、ＵＶチューブ１の特性が劣化していると判定することができる。またフレームリレー信号ＦがオフであるときのＵＶチューブ１の放電回数を調べることにより、ＵＶチューブ１の善し悪しを判定することができる。更にはシャッタ２が開のときの放電回数と、シャッタ２が閉のときの放電回数とを対比すれば、ＵＶチューブ１の相対的な感度の劣化を判断することができる。
【００２７】
更には上記各条件下での初期状態における放電回数を記憶しておき、各放電回数の初期状態からの変化の程度を調べれば、例えば火炎から発せられた紫外線を受光する窓部の汚れに起因して、その出力が低下していることを推定することも可能となる。また前述した図２に示した如く発光ダイオード１１ａの発光をフォトトランジスタ１１ｂにて検出してＵＶチューブ１の放電を検出する放電パルス検出回路１１によれば、ＵＶチューブ１を介して流れる電流そのものを検出するので、放電時に流れる電流波形と短絡時に流れる電流波形との違いから、つまり電流波形の違いに起因する検出パルス幅の違いからＵＶチューブ１の短絡を検出することも可能となる。
【００２８】
従って上述した如く構成された火炎検出装置によれば、フレームリレー信号Ｆがオフした直前の所定時間に亘る監視データから、正常に機能して消炎を検出したか、或いはＵＶチューブ１から得られた偽信号によりフレームリレー信号Ｆがオフしたのかを容易に、しかも的確に判定することができる。従って火炎検出装置のメインテナンスの容易化を図ると共に、ＵＶチューブ１の特性劣化に伴う交換時期等を的確に判断することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。更には動作の不具合が検出された場合には、どの部位に不具合が発生したのかを容易に推定することが可能となる等の効果が奏せられる。
【００２９】
尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。例えばフレームリレー回路８の構成や、放電パルス検出回路１１の構成は、上述した回路例に限定されるものではない。またここでは診断装置１２をマイクロコンピュータにて実現するものとしたが、専用のハードウェア回路を構築しても良いことは言うまでもない。
【００３０】
更にはＵＶチューブ１に代えて半導体等を用いた固体紫外線センサを用いる場合も同様に適用することができる。但し、この場合には、放電回数に代えてＵＶ検出出力そのものを監視データとして収集するようにすれば良い。また前述した所定時間Ｔに亘る監視データの収集は、例えばサンプリング周期ΔＴを０.５秒とした場合、１０秒程度に設定すれば十分である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、フレームリレー回路および／または前記シャッタ駆動回路の動作と前記紫外線センサの出力とを所定時間に亘る履歴として記憶し、前記フレームリレー回路のオフ時における上記記憶情報に従って消炎検出時における検出動作の挙動を診断するので、装置が正常に機能している状態は勿論のこと、異常がある場合にはその異常発生箇所を容易に推定することができる。従ってそのメインテナンスの容易化を図ると共に、紫外線センサの特性劣化に伴う交換時期を適切に判定することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る火炎検出装置の要部概略構成図。
【図２】図１に示す火炎検出装置における放電パルス検出回路の構成例を示す図。
【図３】図１に示す火炎検出装置におけるフレームリレー回路の構成例を示す図。
【図４】診断装置における監視データの収集処理手順の例を示す図。
【図５】内部メモリに記憶される監視データの例を示す図。
【図６】内部メモリに記憶された履歴データに基づく火炎検出動作の挙動を示すグラフ化データの例を示す図。
【図７】内部メモリに記憶された履歴データに基づく火炎検出動作の挙動を示すグラフ化データの別の例を示す図。
【図８】従来の火炎検出装置の要部概略構成図。
【図９】火炎検出装置の基本動作を示す波形図。
【符号の説明】
１ ＵＶチューブ（紫外線センサ）
２ シャッタ
３ ＵＶチューブ駆動回路
４ ＵＶレベル検出回路
６ シャッタ周期設定回路
７ シャッタ駆動回路
８ フレームリレー回路
１１ 放電パルス検出回路
１２ 診断装置
１３ 内部メモリ
１４ フレーム電圧変換回路

Claims (2)

1. 火炎が発する紫外線を検出する紫外線センサと、
   この紫外線センサの受光部前面に選択的に位置付けられて前記紫外線の入力を阻止するシャッタと、
   前記紫外線センサにより検出された紫外線強度に応じて所定時間に亘って前記シャッタを閉じるシャッタ駆動回路と、
   前記シャッタが所定の周期で開閉駆動されたときにオン動作して火炎検出信号を出力するフレームリレー回路と、
   このフレームリレー回路がオン動作している期間に亘って前記シャッタ駆動回路の動作状態を示す信号と前記紫外線センサの出力とを互いに関連付けて記憶する履歴記憶手段と、
   前記フレームリレー回路がオフ動作する直前の所定時間に亘る前記シャッタ駆動回路の動作状態を示す信号および前記紫外線センサの出力を前記履歴記憶手段から求め、前記フレームリレー回路がオフ動作する前に前記シャッタが開いているか否かを調べると共に、前記紫外線センサの出力が徐々に低下しているか否かを調べて消炎検出が正常に行われたか否かを診断する診断手段と
   を備えたことを特徴とする火炎検出装置。
2. 前記紫外線センサは、紫外線を受けて放電を生起する紫外線検出用放電管であって、
   前記履歴記憶手段は、所定のサンプリング周期毎に前記フレームリレー回路の出力、前記シャッタ駆動回路の動作状態、および前記紫外線検出用放電管の平均出力とその放電回数をそれぞれ記憶し、
   前記診断装置は、前記消炎検出が正常に行われたか否かを診断する機能に加えて、上記放電回数から前記紫外線検出用放電管の特性劣化を診断する機能を備えることを特徴とする請求項１に記載の火炎検出装置。

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