JP4479965B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、異なる２つの電源から電力が供給されながら燃焼装置を制御する燃焼制御装置に関し、特に燃焼を開始させるに先立って自己点検を確実に行う燃焼制御装置に関する。

従来からボイラ、乾燥機、燃焼炉といった燃焼装置を制御する燃焼制御装置が知られている。この燃焼装置にはバーナを安全に燃焼させるため炎監視や失火時のバルブの安全遮断を行うために燃焼安全装置を備えている。この燃焼安全装置は、パイロットバーナ及びメインバーナの火炎の有無を検出する火炎検出器と、燃焼装置の燃焼監視や安全遮断を行うためのプロテクトリレー（燃焼安全制御器）とから構成されている。また、燃焼安全装置には、失火時にバルブを遮断するためのバルブ出力接点が備わっている。

燃焼安全装置は装置を安全に起動し、運転し、停止させるために、予め規定されたシーケンス（運転手順）に従って動作する。すなわち、プロテクトリレーは、燃焼装置の起動時に点火がなされる前段階において、例えば自己の故障の有無や火炎検出器の異常の有無等や内部回路の故障を自己点検する。自己点検の結果、安全に起動、燃焼できない場合は、ロックアウトする。

ここで、火炎検出器は、例えばその駆動に際して交流電源を利用した半波駆動方式をとる。すなわち、火炎検出器は、交流電源によってのみ動作する放電管方式の紫外線センサ（以下、「ＵＶチューブ」という）と、同じく交流電源によって駆動される火炎センサ駆動回路と、直流電源によって駆動される火炎センサ検出回路から構成されている。この火炎検出器の火炎検出信号（フレーム電流）を用いてプロテクトリレーにおいてパイロットバーナ及びメインバーナの火炎の有無を判断する。このように、火炎検出器がＵＶチューブを備えた場合、火炎センサと火炎センサ駆動回路はその構成上交流電源を用いることに限定され、直流電源を用いることはできない。

一方、交流電源によって動作する電子回路は電圧変動などの影響を受けやすいため、プロテクトリレーは直流電源によって動作する電子回路から構成されている。すなわち、プロテクトリレーなどの電子回路を交流電源で駆動することも可能であるが、交流電源で駆動すると電源電圧などの影響を受け易いので、高効率で電源電圧の変動の影響を受け難い安定したスイッチング電源として直流電源を用いることが要求されている。このプロテクトリレーは、火炎検出器から得られる火炎検出信号に応じて燃焼装置へ燃料を供給するための安全遮断弁の開閉を制御する。例えば、定常燃焼に際してパイロットバーナ又はメインバーナが燃焼している間は、火炎検出器からプロテクトリレーにフレーム電流が流れることにより、安全遮断弁が駆動されて開に保持され、燃焼装置への燃料供給が行われる。一方、パイロットバーナ及びメインバーナの火炎が消えた場合は、火炎検出器からプロテクトリレーにフレーム電流が流れなくなる。これにより、安全遮断弁の駆動が停止されて安全遮断弁が閉止され、燃焼装置への燃料供給が停止される。

このように構成される燃焼制御装置は、燃焼装置を安全に起動し、運転し、停止させるために、予め規定されたシーケンス（運転手順）に従って動作する。すなわち、プロテクトリレーは、燃焼装置の起動時に点火がなされる前段階において、例えば自己の故障の有無や火炎検出器の異常の有無等を自己点検する。この自己点検は、起動信号をプロテクトリレーに与えて各部に電流を流し、正常に動作するかどうかを確認することにより行われる。この起動前の一連の自己点検を、「スタートチェック」という。そして、スタートチェックにおいて、正常であることが確認されると燃焼装置を起動し、もし何らかの異常があれば、プロテクトリレーは安全スイッチを作動させて燃焼制御装置をロックアウト（リセットしないと再度起動できない状態にすること）し、燃焼装置の起動を阻止する。

なお、関連する技術として、特許文献１は、火炎レベルが低いときの誤動作を防止して、火炎検出動作の安定化を図ることのできる簡易な構成の火炎検出装置を開示している。この火炎検出装置は、火炎が発する紫外線を検出するＵＶチューブと、このＵＶチューブ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と、ＵＶチューブにより求められる紫外線強度に応じた検出出力が所定の判定閾値に達したとき、所定時間に亘ってシャッタを閉じるシャッタ駆動回路と、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火炎検出装置において、フレームリレー回路の動作をフィードバックすることにより、フレームリレー回路のオフ動作時には、そのオン動作時よりも判定閾値を高く設定する閾値変更回路を設けて構成されている。
特開２００４−３６９０７号公報

２電源を用いた回路においてどちらかの電源の電圧が低下してその回路が機能不全に陥っても、他方の電源に対応する回路がこれと同期して同時に機能不全に陥ることはなく、他方の回路は依然として作動しているのが一般的である。すなわち、本発明の背景技術の場合、火炎検出器の交流電源によって電力が供給されている回路が機能不全に陥るレベルとプロテクトリレーを構成する制御回路の機能不全に陥るレベルとは一致せず、一般に交流電源に電気的に接続された火炎検出器の回路の方が機能不全に陥るレベルが低い。

ところで、上述したスタートチェックにおいて、火炎検出器は、自己が検出すべきパイロットバーナ及びメインバーナの火炎ではなく、同じ燃焼装置内の他の部位に配置された他のパイロットバーナ及びメインバーナの火炎を検出する場合がある。この場合、火炎検出器が出力する火炎検出信号を「擬似火炎信号」という。プロテクトリレーは、スタートチェックにおいて火炎検出器から擬似火炎信号を受け取ると、燃焼制御装置をロックアウトし、これにより燃焼装置の起動が阻止される。

上述した従来の燃焼制御装置では、スタートチェックにおける火炎検出器の異常有無のチェックにおいて火炎検出器が擬似火炎信号を出力している状態で、瞬停（瞬時停電）や他の負荷によって一方の電源である交流電源の電圧が低下すると、火炎検出器の機能が停止し、擬似火炎信号が消滅する。この状態では、上述した２電源回路の一方の電源が電圧低下した場合のように、プロテクトリレーを構成する電子回路を動作させるための他方の電源である直流電源の出力が維持されたままとなるので、プロテクトリレーを構成する電子回路は正常に動作したままになる。従って、実際には擬似火炎信号が存在するにも拘わらず、交流電源の電圧の低下によって擬似火炎信号が存在しなかったものと誤判断されてスタートチェックが正常状態と同様に完了してしまう。その結果、本来は起動を阻止すべき状態であるにも拘わらず、燃焼装置が起動されてしまうという問題がある。

本発明は、上述した問題を解消するためのものであり、２電源により電力供給がなされる燃焼制御装置を用いた場合において燃焼装置を点火する前に実施される自己点検において異常が発生した時、電源の瞬停による電圧低下が起きてもこの異常発生を正常状態と誤判断することなく燃焼装置の起動を確実に抑止して異常状態にも係わらず正常状態時の燃焼シーケンスに移行するのを確実に阻止する燃焼制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る燃焼制御装置は、上記課題を達成するために、
燃焼装置を点火する前に自己点検を実施する燃焼制御装置において、
火炎センサ、火炎センサ駆動回路、及び火炎センサ検出回路からなる火炎検出器であって、当該火炎センサ及び火炎センサ駆動回路が第１の電源から出力される電力によって動作し、火炎の有無を検出して火炎検出信号として出力する火炎検出器と、
前記第１の電源とは独立して動作する第２の電源から出力される電力によって動作し、前記火炎検出器から得られた火炎検出信号に基づき疑似火炎による異常の有無を調べ、当該異常が有ることを判断した場合に前記燃焼装置の点火を阻止する制御回路と、
前記第１の電源の出力が低下した場合に、前記第２の電源から前記制御回路への電力供給を前記第１の電源の出力低下と同期して停止させる電源遮断回路、
を備えたことを特徴としている。

第１の電源の出力が低下した場合は、電源遮断回路は、この第１の電源の出力低下と同期して第２の電源から制御回路への電力の供給を停止する。これによって、燃焼装置を点火する前に実施される自己点検中に、火炎検出器によって擬似火炎が検出されている状態で第１の電源の出力が何らかの原因で低下して擬似火炎信号が消滅しても、第１の電源の出力低下と同期して第２の電源からの電力が制御回路に供給されなくなるので、制御回路は正常である旨の判断を行わない。その結果、燃焼装置の点火が阻止されるので、燃焼装置が誤って起動されることを防止できる。

また、第２の発明に係る燃焼制御装置は、第１の発明に係る燃焼制御装置において、
前記第１の電源は、交流電力を出力する交流電源からなり、
前記第２の電源は、直流電力を出力する直流電源からなり、
前記電源遮断回路は、前記第１の電源から出力される交流電圧が所定値より低下した場合に、前記第２の電源から前記制御回路への直流電力の供給を停止させることを特徴としている。

第１の電源から出力される交流電圧が低下した場合は、電源遮断回路は、この交流電圧の低下と同期して第２の電源から制御回路への直流電力の供給を停止する。これによって、燃焼装置を点火する前に実施される自己点検中に、火炎検出器によって擬似火炎が検出されている状態で第１の電源の交流電圧が何らかの原因で低下して擬似火炎信号が消滅しても、第１の電源である交流電圧の低下に同期して第２の電源からの直流電力が制御回路に供給されなくなるので、制御回路は正常である旨の判断を行わない。その結果、燃焼装置の点火が阻止されるので、燃焼装置が誤って起動されることを防止できる。

また、第３の発明に係る燃焼制御装置は、第２の発明に係る燃焼制御装置において、
前記第２の電源は例えばリレーの接点などの電気素子を介して前記制御回路に直流電力を供給し、
前記電源遮断回路は、前記第１の電源から出力される交流電圧が所定値より低下した場合に例えば前記リレーのコイルなどの電気素子に流れる電流を遮断して該リレーの接点などの電気素子を開放させることを特徴としている。

第２の電源から制御回路への直流電力の供給を停止させるかどうかを、第２の電源と制御回路との間に設けられたリレーなどの電気素子を開閉することにより行うように構成したので、電源遮断回路の構成が簡単になる。

本発明によれば、２電源により電力供給がなされる燃焼制御装置を用いて燃焼装置を点火する前に実施される自己点検において異常が発生した場合、電源の瞬停による電圧低下が起きてもこの異常発生を正常状態と誤判断することなく燃焼装置の起動を確実に抑止して異常状態にも係わらず正常状態時の燃焼シーケンスに移行するのを確実に阻止する燃焼制御装置を提供できる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る燃焼制御装置の構成を示すブロック図である。この燃焼制御装置は、交流電源１０、火炎検出器１１、直流電源１２、制御回路１３、電源遮断回路１４及びリレーＫ１から構成されている。

交流電源１０は、図示しない電源スイッチが投入されることにより、交流電力を火炎検出器１１の後述する火炎センサ１１ａ、火炎センサ駆動回路１１ｂ、及び電源遮断回路１４に供給する。この交流電源１０は、商用の交流電源が例えばトランスなどによって絶縁されることにより得られる電源である。

火炎検出器１１は、例えば紫外線放電管（ＵＶチューブ）から構成された火炎センサ１１ａと、この火炎センサ１１ａに電気的に接続され、火炎センサ１１ａを駆動する火炎センサ駆動回路１１ｂと、これらを制御する火炎センサ検出回路１１ｃとから構成されている。そして、火炎センサ１１ａはＵＶチューブからなり、火炎センサ駆動回路１１ｂはこれを駆動するものであるので、その構造上交流電源１０を利用している。その一方、火炎センサ検出回路１１ｃは信頼性向上のため直流電源を利用している。そして、交流電源１０から交流電圧が印加された状態で、パイロットバーナやメインバーナの火炎によって発生された紫外線が入射されると、火炎センサ１１ａにおいて交流電源の略半サイクル毎に放電が行われて放電電流が流れる。この火炎センサ１１ａで発生された放電電流は火炎検出器１１で火炎検出信号とされ、制御回路１３において火炎有無の判断に利用される。

一方、直流電源１２は、電源スイッチの投入に同期して起動される。この直流電源１２は、交流電源１０とは独立して動作し、例えば図示しない別系統の商用交流電源からの交流電力を整流して平滑するスイッチング電源から構成されている。なお、直流電源１２は、交流電源１０からの交流電力を整流して平滑するスイッチング電源から構成することもできる。この場合、スイッチング電源の変換効率は非常に高いので、瞬停や負荷の増大により交流電源１０の電圧が低下しても相当期間は所定の直流電圧を出力し続けることができる。すなわち、異なる電源電圧によって作動する２つの異なる回路がそれ自体の構成、すなわち本発明の特徴部分である電源遮断回路１４を有さない場合は、一方の電源電圧の低下によって他方の電源電圧によって作動する回路がこの一方の電源電圧の低下と同期して機能不全に陥ることはない。この直流電源１２から出力される直流電圧は、電源遮断回路１４に供給されるとともに、リレーＫ１の接点を経由して制御回路１３に供給される。

制御回路１３は、直流電源１２からリレーＫ１を経由して供給される直流電力により動作する。この制御回路１３は、例えばスタートチェックを行うためのスタートチェック回路、パイロットバーナやメインバーナの点火を制御するための点火回路、アラームを出力するためのアラーム回路など（何れも図示は省略する）を含むリレーの駆動やシーケンスの制御、スタートチェック用の制御回路である。この制御回路１３は、例えばスタートチェック回路において、火炎検出器１１からの火炎検出信号に基づき異常の有無をチェックし、このチェックの結果、異常が無いことを判断した場合は、燃焼装置を起動し、もし何らかの異常が有ることを判断した場合は安全スイッチを作動させて当該燃焼制御装置をロックアウトし、燃焼装置の起動を阻止する。

電源遮断回路１４は、瞬停や負荷の増大による交流電源１０の出力電圧の低下を検出し、直流電源１２からの直流電圧ＶＤＤによってリレーＫ１のコイル（図１中には図示せず）を駆動し、その接点を開放させる。これにより、直流電源１２から制御回路１３への直流電力の供給が停止される。

すなわち、この電源遮断回路１４は、異なる電源電圧によって電力が供給される２つの異なる回路を有する場合に、一方の電源電圧の低下によって他方の電源電圧によって作動する回路を一方の電源電圧の低下と同期して積極的に機能不全に陥らせる役目を果たしている。これによって、燃焼装置を点火する前に実施される自己点検において異常が発生した場合、交流電源の瞬停による電圧低下が起きてもこの異常発生を正常状態と誤判断することなく燃焼装置の起動を確実に抑止して異常状態にも係わらず正常状態時の燃焼シーケンスに移行するのを確実に阻止するようになっている。

図２は、電源遮断回路１４の具体的な構成例を示す回路図である。この電源遮断回路１４は、ダイオードＤ、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、コンデンサＣ１及びＣ２、トランジスタＱ並びにリレーＫ１のコイルから構成されている。

ダイオードＤのアノードは交流電源１０に接続されており、この交流電源１０から交流電圧ＡＣが印加される。ダイオードＤのカソードは抵抗Ｒ１の一端に接続されている。抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２の一端、コンデンサＣ１の一端及びトランジスタＱのベースに接続されている。抵抗Ｒ２の他端及びコンデンサＣ１の他端は接地されている。

トランジスタＱは、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタから構成されており、そのエミッタは接地され、コレクタは抵抗Ｒ３の一端に接続されている。抵抗Ｒ３の他端は、リレーＫ１のコイルを介して直流電源１２に接続されるとともに、コンデンサＣ２の一端に接続されている。コンデンサＣ２の他端は接地されている。

次に、上記のように構成される本発明の実施の形態に係る燃焼制御装置の動作を説明する。なお、この説明にあたっては理解の容易化のために図３に示すフローチャートに基づいて説明するが、実際にはこれらの動作は同時に行われていると理解すべきである。

まず、図示しない電源スイッチが投入されると、電源の供給が開始される（ステップＳ１）。すなわち、交流電源１０は、交流電圧ＡＣを火炎検出器１１の火炎センサ１１ａ、火炎センサ駆動回路１１ｂ、及び電源遮断回路１４に供給する。これにより、火炎検出器１１は火炎の検出を開始する。また、電源遮断回路１４は交流電圧ＡＣが低下したか否かの監視を開始する。また、電源スイッチの投入に同期して起動された直流電源１２は、直流電圧ＶＤＤを電源遮断回路１４に供給する。

この点についてさらに詳細に説明すると、交流電源１０から交流電圧ＡＣが印加された火炎検出器１１は火炎の有無を検出し、その検出結果は火炎検出信号として制御回路１３において信号処理される。また、交流電源１０から交流電圧ＡＣが印加された電源遮断回路１４は以下のように動作する。すなわち、交流電源１０からの交流電圧ＡＣがダイオードＤのアノードに印加されると、ダイオードＤのカソード側には、正の半波の直流電圧が出力される。この半波の直流電圧は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とによって抵抗分割されるとともにコンデンサＣ１で平滑化され、所定値を有する直流電圧としてトランジスタＱのベースに印加される。

このベースに印加された直流電圧によりトランジスタＱはオンし、直流電源１２からの直流電圧ＶＤＤがリレーＫ１のコイルに印加される。その結果、直流電源１２から、リレーＫ１のコイル、抵抗Ｒ３、及びトランジスタＱを経由して電流が接地に流れ、リレーＫ１の接点が閉成される。これにより、直流電源１２からリレーＫ１の接点を経由して、制御回路１３に直流電力が供給される。

このように制御回路１３に直流電力が供給された状態で、燃焼装置の点火前に実施される自己点検であるスタートチェックが行われる（ステップＳ２）。すなわち、制御回路１３内のスタートチェック回路（図示は省略する）は、あらかじめ定められたシーケンスに従って種々の自己点検（詳細な説明は省略する）を行う。そして、このスタートチェックにおいては、そのチェック項目として、火炎検出信号が有るかどうかが調べられる（ステップＳ３）。具体的には、制御回路１３内のスタートチェック回路は、火炎検出器１１に基づいて得られた火炎検出信号が火炎有りを表しているか否かを調べる。

このステップＳ３で、火炎検出信号に基づいて火炎有りと判断されると、燃焼装置の起動が停止される（ステップＳ４）。すなわち、制御回路１３内のスタートチェック回路は、スタートチェックの段階で存在するはずのない火炎が存在するので擬似火炎とみなし、以後のシーケンスを中止して燃焼制御装置をロックアウト状態にする。これにより、リセット操作がなされるまで燃焼制御装置は動作不可能にされ、燃焼装置の安全性が確保されている。

そして、スタート中、ステップＳ３で火炎検出信号有りと判断されてステップＳ４で起動停止とならない限り、交流電圧ＡＣの低下の有無が調べられる（ステップＳ５）。具体的には、電源遮断回路１４は、交流電圧ＡＣが低下してトランジスタＱのベースに印加する直流電圧が低レベルであるかどうかを判断する。

このステップＳ５で、交流電圧ＡＣの瞬間的かつ僅かな低下があった場合にこの電圧低下が有ることが判断されると、本発明の特徴部分である燃焼制御装置の即時停止動作を行う（ステップＳ６）。すなわち、擬似火炎が存在するにも拘わらず交流電圧ＡＣの低下によって擬似火炎信号が無いと判断される場合があるが、電源遮断回路１４は、交流電圧ＡＣの低下によってトランジスタＱのベースに印加される電圧が低レベルとなることで、交流電源ＡＣの低下と連動して（同期して）トランジスタＱをオフし、リレーＫ１のコイルに流れる電流を遮断する。これにより、リレーＫ１の接点が開放され、直流電源１２から制御回路１３に対する直流電力の供給が交流電源の瞬停によるわずかな電圧低下と連動して（同期して）停止される。その結果、制御回路１３内のスタートチェック回路による以後のシーケンスは中止されて当該燃焼制御装置はロックアウト状態にされ、擬似火炎が有るにもかかわらず交流電源の瞬停による擬似火炎無しとの誤判断に基づいて制御回路が続く燃焼シーケンスに移行するのを確実に防止する。これによって、リセット操作がなされるまで当該燃焼制御装置は動作不可能にされ、燃焼装置の安全性が確保される。

上記ステップＳ３における火炎検出信号有無の判断と上記ステップＳ５における交流電圧ＡＣの低下があったか否かの判断をスタートチェック中常に行い（ステップＳ７）、スタートチェックにおける他のチェック項目に異常が無くスタートチェックが無事に終了したならば、燃焼装置の起動が行われる（ステップＳ８）。これにより、燃焼装置が点火されて正常運転に入る。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る燃焼装置によれば、交流電源１０から出力される交流電圧ＡＣが低下した場合は、電源遮断回路１４は、この交流電圧ＡＣの低下と同期して直流電源１２から制御回路１３への直流電力の供給を停止する。従って、燃焼装置を点火する前に実施される自己点検中に火炎検出器１１によって擬似火炎が検出されている状態で、交流電源１０から出力される交流電圧ＡＣが瞬停や負荷の増大によって低下して擬似火炎信号が消滅しても、交流電圧ＡＣの低下と同期して直流電源１２からの直流電力は制御回路１３に供給されないので、制御回路１３は正常である旨の判断を行わない。その結果、燃焼装置の点火が阻止されるので、燃焼装置が誤って起動されることを防止できる。

すなわち、本発明による電源遮断回路を有することで、異なる電源電圧によって電力が供給される２つの異なる回路を有する場合に、一方の電源電圧の低下によって他方の電源電圧によって作動する回路をこれと同期して積極的に機能不全に陥らせるようにする。これによって、燃焼装置を点火する前に実施される自己点検において異常が発生した場合、電源の瞬停による電圧低下が起きてもこの異常発生を正常状態と誤判断することなく燃焼装置の起動を確実に抑止し、異常状態にも係わらず正常状態時の燃焼シーケンスに移行するのを阻止することができる。

本発明の実施の形態に係る燃焼制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る燃焼制御装置の電源遮断回路の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る燃焼制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ 交流電源
１１ 火炎検出器
１１ａ 火炎センサ
１１ｂ 火炎センサ駆動回路
１１ｃ 火炎センサ検出回路
１２ 直流電源
１３ 制御回路
１４ 電源遮断回路
Ｋ１ リレー
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｄ ダイオード
Ｑ トランジスタ

Claims (3)

1. 燃焼装置を点火する前に自己点検を実施する燃焼制御装置において、
   火炎センサ、火炎センサ駆動回路、及び火炎センサ検出回路からなる火炎検出器であって、当該火炎センサ及び火炎センサ駆動回路が第１の電源から出力される電力によって動作し、火炎の有無を検出して火炎検出信号として出力する火炎検出器と、
   前記第１の電源とは独立して動作する第２の電源から出力される電力によって動作し、前記火炎検出器から得られた火炎検出信号に基づき疑似火炎による異常の有無を調べ、当該異常が有ることを判断した場合に前記燃焼装置の点火を阻止する制御回路と、
   前記第１の電源の出力が低下した場合に、前記第２の電源から前記制御回路への電力供給を前記第１の電源の出力低下と同期して停止させる電源遮断回路、
   を備えたことを特徴とする燃焼制御装置。
2. 前記第１の電源は、交流電力を出力する交流電源からなり、
   前記第２の電源は、直流電力を出力する直流電源からなり、
   前記電源遮断回路は、前記第１の電源から出力される交流電圧が所定値より低下した場合に、前記第２の電源から前記制御回路への直流電力の供給を停止させることを特徴とする、請求項１記載の燃焼制御装置。
3. 前記第２の電源は電気素子を介して前記制御回路に直流電力を供給し、
   前記電源遮断回路は、前記第１の電源から出力される交流電圧が所定値より低下した場合に前記電気素子に流れる電流を遮断して該電気素子を開放させることを特徴とする、請求項２記載の燃焼制御装置。

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