JP6949789B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、フレームロッドを用いて燃焼状態を検知する炎検知回路を備えた燃焼装置に関するものである。

従来、石油ファンヒータ等の石油燃焼装置において燃焼状態を検知する手段として、フレームロッドを利用した炎検知回路が広く用いられている。また、炎検知回路の異常を検出するものとして特許文献１に示すようなものがある。特許文献１の燃焼装置の炎検知回路は、炎検出用抵抗と、これと分圧する分圧用抵抗を備え、燃焼運転開始前の冷状態において炎検出用抵抗および分圧用抵抗にかかる電圧値の比（分圧比）が予め定められた範囲内にあるか否かを判定することによって炎検出用抵抗の異常の有無を判断し、異常を検出した場合には運転を停止させることにより安全に燃焼装置を使用可能としている。

特開２０１０−１８１０６０号公報

燃焼運転中において炎検出用抵抗に異常が発生すると、酸素不足による燃焼状態の悪化を検出することができなくなり、安全性が低下する可能性がある。しかしながら、特許文献１の炎検知回路では燃焼運転中の炎検出用抵抗の異常を検出することはできない。

本発明は上記課題を解決するためのもので、燃焼運転中に炎検出用抵抗の故障を検出することのできる、安全性や信頼性に優れた燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明は、バーナとフレームロッドに電圧を印加して、炎の整流作用によって前記バーナと前記フレームロッド間に電流が流れた際に炎検出用抵抗での降下電圧から燃焼状態を検知する炎検知回路と、前記炎検知回路の検出結果により燃焼運転を制御する制御部とを備え、前記炎検知回路は、前記炎検出用抵抗が複数並列に配設され、前記制御部は、燃焼運転中には複数の前記炎検出用抵抗のいずれか１つが交互に前記炎検知回路と接続されるように、所定時間ごとに前記炎検出用抵抗の接続の切替えを行い、前記各炎検出用抵抗の接続時に検出された電圧値を比較した差異に基づいて複数の前記炎検出用抵抗のいずれかが故障したと判断し、燃焼運転を停止することを特徴とする燃焼装置に係わるものである。

上述の構成にすることにより、燃焼運転中に炎検出用抵抗の故障を検出することができ、安全性や信頼性に優れた燃焼装置を提供することができる。

本発明の燃焼装置の要部を示した図である。 本発明における燃焼装置の炎検知回路の回路図である。 本発明の電圧値の差異に対する異常データの積算処理のパターン表である。 本発明の炎検出用抵抗の故障検出制御を説明するフローチャートである。 本発明の他の実施例における電圧値の差異に対する異常データの積算処理のパターン表である。 本発明の他の実施例における炎検出用抵抗の故障検出制御を説明するフローチャートである。

好適と考える本発明の最良の形態を、本発明の作用効果を示して簡単に説明する。

本発明の燃焼装置は、燃焼状態を検知する炎検知回路と、炎検知回路の検出結果により燃焼運転を制御する制御部とを備え、燃焼運転中には複数並列に配設された炎検出用抵抗のいずれか１つが炎検知回路と接続されるように所定時間ごとに接続が切り替えられ、各炎検出用抵抗より検出された各電圧値を比較した差異に基づいて炎検出用抵抗の故障を判断し、燃焼運転を停止するものである。これにより、本来は同じ電圧値を示すはずの複数の炎検出用抵抗の電圧値に差異が生じた場合にはいずれかの抵抗に異常が発生したとの判断ができるので、複雑な回路構成とすることなく、燃焼運転中に炎検出用抵抗の故障を検出することが可能となり、安全に燃焼装置を使用することができる。

また、所定時間における各炎検出用抵抗の電圧の平均値より差異を算出し、この電圧の平均値の差異が第１所定量以上ある場合を異常データとして、異常データが出現した回数を積算し、この積算値が所定値に達すると炎検出用抵抗のいずれかが故障したと判断するようにした。これにより、異常データが所定の回数検出された場合にのみ炎検出用抵抗が故障しているとの判断をするので、正確な故障検出をすることができる。

また、電圧の平均値の差異が第１所定量よりも小さい第２所定量未満の場合には異常データの積算値を初期化するようにした。これにより、異常データを検出したとしても、その後に正常な電圧値が検出されていれば積算値は初期化されるため、ノイズの混入等による誤検出を回避して、誤った故障検出により燃焼運転が停止してしまうのを効果的に防止できる。

また、電圧の平均値の差異が大きい場合には、異常データとして積算される値も大きくするようにした。これにより、炎検出用抵抗の劣化の度合いが大きい場合には異常データの積算値が速やかに所定値に達して故障検出となるので、速やかに燃焼運転を停止させることができる。

また、炎検出用抵抗と分圧する分圧用抵抗を備え、非燃焼時には分圧用抵抗との分圧比により炎検出用抵抗の異常を判定するようにした。これにより、燃焼運転中に炎検出用抵抗の故障を検出するのに加え、燃焼運転開始前にも故障を検出することが可能となるので、さらに安全な燃焼装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

図１は燃焼装置の要部を示す図であり、液体燃料を燃焼し火炎を形成するバーナ１と、液体燃料を汲み上げる電磁ポンプ２と、電磁ポンプ２から供給された液体燃料を気化してバーナ１に噴出する気化器３とを有し、バーナ１には先端を火炎に臨ませるように設けられたフレームロッド４と点火装置５が設けられている。

図２は本発明における燃焼装置の炎検知回路を示した図であって、炎検知回路６には、フレームロッド４に接続される炎検出用抵抗７（抵抗７ａ、７ｂ）、炎検出用抵抗７の電圧を平滑する平滑コンデンサ８、炎検出用抵抗７の電圧からノイズを除去するノイズ除去回路９、炎検出用抵抗７と分圧する分圧用抵抗１０を備えている。本実施例の炎検知回路における２つの炎検出用抵抗７ａ、７ｂは、いずれも同一の抵抗値を示すものであり、炎検知回路６において互いに並列に配設されている。また、抵抗７ａ、７ｂの接続端子の一端は、バーナ１の燃焼を制御する制御部としてのマイコン１１に接続されており、燃焼運転中には抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方と炎検知回路６とが常に電気的に接続されるように、マイコン１１によって所定時間ごとに交互に接続の切り替えが行われる。

図１および図２に示した燃焼装置において、運転開始の指示をマイコン１１が受け付けると、マイコン１１は図示しないヒータにより気化器３の加熱を開始し、気化器３が液体燃料を気化することのできる温度に達すると電磁ポンプ２を駆動して液体燃料を気化器３へ供給する。気化器３で加熱されて気化ガスとなった燃料は、バーナ１へ噴出される際に空気と混合されて混合ガスとなり、バーナ１から噴出して点火装置５により点火されて燃焼が開始されることになる。

バーナ１とフレームロッド４に電圧を印加した状態でバーナ１に火炎が形成されると、炎の整流作用によってバーナ１とフレームロッド４との間に炎電流が流れる。そして、炎電流が炎検出用抵抗７を流れることにより、炎検出用抵抗７の両端では電圧降下による電位差（電圧値）が生じる。この電圧値は平滑コンデンサ８によって平滑化された後、ノイズ除去回路９でノイズが除去されてマイコン１１へと入力される。マイコン１１は、入力された電圧値の大きさから火炎の有無や燃焼状態を検知する。

また、燃焼が開始される前の冷状態において、マイコン１１は炎検出用抵抗７と分圧用抵抗１０の各抵抗値から得られる両抵抗の分圧比を検出する。炎検出用抵抗７と分圧用抵抗１０の各抵抗値はそれぞれ既知であるから、炎検出用抵抗７が正常な抵抗値を示しているときには、炎検出用抵抗７および分圧用抵抗１０にかかる電圧の分圧比は予め定められた範囲内にある。この予め定められた範囲内にあるか否かを判定することで炎検出用抵抗７に異常がないかを判断し、異常が検出された場合には燃焼動作を中止する。これにより、燃焼が開始される前に炎検出用抵抗７の故障を検出することができる。

次に、上記のように構成される炎検知回路６において炎検出用抵抗７の故障を検出する場合、マイコン１１は、バーナ１とフレームロッド４との間に流れる炎電流の状態を抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方を介してフレームロッド電圧値として検出する。抵抗７ａ、７ｂのいずれかと炎検知回路６との接続を所定時間ごとに切り替えることで得られる抵抗７ａの電圧値をＡ、抵抗７ｂの電圧値をＢとすると、いずれの抵抗も正常であれば電圧値Ａ、Ｂは同じ値を示すことになる。これに対して、電圧値Ａ、Ｂに差異が生じた場合にはこの差異に基づいて抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方の抵抗値に異常が発生したとの判断をすることができる。本実施例では、電圧値Ａ、Ｂの差異が所定の大きさ以上あった場合に異常が発生した可能性があると判断する。これにより、複雑な回路構成とすることなく、燃焼運転中に炎検出用抵抗の故障を検出することが可能となり、安全に燃焼装置を使用することができる。

図３は、本実施例における両電圧値の差分データに対する異常データの積算処理についてパターン別に示した表である。ここで異常データとは、抵抗７ａ、７ｂより得られた電圧値Ａ、Ｂを比較した差異である差分データ（Ａ−Ｂ）の大きさによって付与される数値のことであり、抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方の抵抗値に異常が発生した可能性がある場合に付与される。また、異常データは抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方の抵抗値に異常が検出されるとその都度積算値ｎに積算される。

また、本実施例では図３に示すように、両電圧値の差分データ（Ａ−Ｂ）の大きさを区分するため、第１所定量として２０ｈｅｘ（０．６Ｖの電位差に相当）を閾値として規定する。

図３より、燃焼運転中に得られた差分データの大きさが｜Ａ−Ｂ｜≧２０ｈｅｘの場合には、マイコン１１は抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方の抵抗値に異常が発生したと判断し、異常データとして＋１積算する。また、｜Ａ−Ｂ｜＜２０ｈｅｘの場合には、マイコン１１は異常データの積算を行なわない（積算処理上は＋０積算する）。

本実施例では、異常データの積算値ｎが所定値Ｎ（例えば、Ｎ＝１２）に達した場合に、マイコン１１は抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方が故障したものと判断して、燃焼装置にエラー報知をして燃焼運転を停止させる。

上記の故障検出制御を行うことにより、差分データが第１所定量以上あった場合にはマイコン１１は抵抗７ａ、７ｂに異常が発生した可能性があると判断し、さらにこの異常発生の可能性を示す異常データを積算して所定の回数検出された場合には抵抗７ａ、７ｂのいずれかが故障しているとの判断ができるので、正確な故障検出をすることができる。

次に、燃焼運転中における上記の炎検出用抵抗の故障検出制御について、図４のフローチャートを用いて説明する。

本発明の故障検出制御は、燃焼運転が開始されて燃焼状態が安定した後に実行される。故障検出制御の開始直後は、マイコン１１は抵抗７ａと炎検知回路６とが電気的に接続されるように、接続を切り替える（ステップ１）。

マイコン１１は、バーナ１とフレームロッド４との間に流れる炎電流の状態を抵抗７ａを介してフレームロッド電圧値として検出を開始するとともに、このフレームロッド電圧値を検出する電圧検出時間ｔ１の計測を開始する（ステップ２）。電圧検出時間ｔ１の間は、マイコン１１は例えば１秒ごとの所定の間隔でフレームロッド電圧値をサンプリングする。

続いて、マイコン１１は電圧検出時間ｔ１が所定時間Ｔ１（例えば、Ｔ１＝１０秒）を経過したか判断する（ステップ３）。電圧検出時間ｔ１が所定時間Ｔ１を経過したら、マイコン１１は所定時間Ｔ１の間にサンプリングした抵抗７ａのフレームロッド電圧値より平均電圧値Ａを算出し、これを記録する（ステップ４）。

平均電圧値Ａを取得したら、マイコン１１はもう一方の抵抗７ｂのフレームロッド電圧値の平均値を算出しているか否か判断する（ステップ５）。平均電圧値Ｂの算出が未実施であれば、ステップ１に戻り、抵抗７ｂと炎検知回路６とが電気的に接続されるように接続を切り替え、所定時間Ｔ１における抵抗７ｂの平均電圧値Ｂを算出する。

次に、マイコン１１は、算出した平均電圧値Ａおよび平均電圧値Ｂを比較し、両電圧値の差分データ（Ａ−Ｂ）が２０ｈｅｘ以上あるか否かを判断する（ステップ６）。｜Ａ−Ｂ｜≧２０ｈｅｘの場合には、マイコン１１は抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方の抵抗値に異常が発生した可能性があると判断し、異常データの積算値ｎに＋１積算する（ステップ７）。一方、｜Ａ−Ｂ｜＜２０ｈｅｘの場合には、マイコン１１は異常データの積算を行なわず、これまでに積算処理された異常データの積算値ｎに＋０積算する（ステップ１０）。

異常データの積算処理がなされた後、マイコン１１はこの異常データの積算値ｎが所定値Ｎ（例えば、Ｎ＝１２）に到達したか否かを判断する（ステップ８）。異常データの積算値がｎ＜１２であれば、再度ステップ１に戻り、抵抗７ａ、７ｂの接続を交互に切り替えて平均電圧値Ａ、Ｂの取得を繰り返す。なお、平均電圧値Ａ、Ｂは、抵抗７ａ、７ｂの切り替えによって炎検知回路６と接続される度に新しいデータが上書きされる。これにより、順次取得される平均電圧値Ａ、Ｂの差分データに基づき、ステップ８にて異常データの積算処理を繰り返す。なお、異常データの積算値ｎは、燃焼運転を停止してもリセットされることなくマイコン１１に記録されているので、燃焼運転再開後も引き続き異常データが積算される。

一方、異常データの積算値がｎ＝１２であれば、マイコン１１は抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方が故障したものと確定して（ステップ９）、燃焼装置にエラー報知をして燃焼運転を停止する。

また、他の実施例として、図５に示した異常データの積算処理についてのパターン表を用いて説明する。なお、ここでは実施例１と異なる点について説明する。

本実施例では図５に示すように、両電圧値の差分データ（Ａ−Ｂ）の第２所定量として、第１所定量（２０ｈｅｘ）よりも小さい１０ｈｅｘ（０．３Ｖの電位差に相当）を閾値として規定する。また、第１所定量よりもさらに大きい所定量の閾値として３０ｈｅｘ（０．９Ｖの電位差に相当）を規定する。

図５より、燃焼運転中に得られた差分データの大きさが｜Ａ−Ｂ｜≧３０ｈｅｘの場合には、実施例１における｜Ａ−Ｂ｜≧２０ｈｅｘの場合と同様に抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方の抵抗値に異常が発生したと判断するが、異常データとしては｜Ａ−Ｂ｜≧２０ｈｅｘの場合よりも大きい＋２を積算する。この差分データの大きさによる異常データの値の違いは、抵抗７ａ、７ｂの劣化の度合いを想定して付与されたものであり、差分データ（Ａ−Ｂ）が３０ｈｅｘ以上と大きい場合には劣化の度合いも大きいと想定され、速やかに故障検出させる必要があるので異常データとして積算される値を大きくしている。

一方、｜Ａ−Ｂ｜＜１０ｈｅｘの場合には、抵抗７ａ、７ｂのいずれからも抵抗値の異常が確認されず、正常に作動していることを示していることから、異常データの積算値ｎを初期化する。

これにより、異常データの検出が突発的にあったとしても、その後に正常な電圧値が検出されていれば異常データの積算値ｎは初期化されるので、ノイズの混入等による誤検出を回避して、誤った故障検出により燃焼運転が停止してしまうのを効果的に防止できる。

また、差分データ（Ａ−Ｂ）が３０ｈｅｘ以上と大きい場合には、異常データとして積算される値も大きくしたので、炎検出用抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方の劣化の度合いが大きいと想定される場合には、異常データの積算値ｎが速やかに所定値に達して故障検出される。これにより、速やかに燃焼運転を停止させることができ、安全性の高い燃焼装置を提供できる。

次に、燃焼運転中における炎検出用抵抗の故障検出制御について、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、ステップ５までは図４と同じため説明を省略する。

マイコン１１は、図６のステップ４までに算出した平均電圧値Ａおよび平均電圧値Ｂを比較し、両電圧値の差分データ（Ａ−Ｂ）が１０ｈｅｘ以上あるか否かを判断する（ステップ６）。｜Ａ−Ｂ｜≧１０ｈｅｘの場合にはステップ７へ進む。一方、｜Ａ−Ｂ｜＜１０ｈｅｘの場合には、抵抗７ａ、７ｂのいずれからも抵抗値の異常が確認されず、正常に作動していることを示しているので、マイコン１１はノイズの混入等により突発的に異常データを検出したものと判断して異常データの積算値ｎを初期化する（ステップ１２）。

次に、マイコン１１は差分データ（Ａ−Ｂ）が２０ｈｅｘ以上あるか否かを判断する（ステップ７）。｜Ａ−Ｂ｜≧２０ｈｅｘの場合には抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方の抵抗値に異常が発生したと判断し、ステップ８へ進む。一方、｜Ａ−Ｂ｜＜２０ｈｅｘの場合には、マイコン１１は異常データの積算を行なわず、これまでに積算処理された異常データの積算値ｎに＋０積算する（ステップ１３）。

さらに、マイコン１１は差分データ（Ａ−Ｂ）が３０ｈｅｘ以上あるか否かを判断する（ステップ８）。｜Ａ−Ｂ｜≧３０ｈｅｘの場合には、マイコン１１は抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方の劣化の度合いが大きいと判断し、異常データの積算値ｎに＋２積算する（ステップ９）。一方、差分データが｜Ａ−Ｂ｜＜３０ｈｅｘ（且つ｜Ａ−Ｂ｜≧２０ｈｅｘ）の場合には、マイコン１１は劣化の度合いが小さいと判断し、異常データの積算値ｎに＋１積算する（ステップ１４）。

異常データの積算処理がなされた後、マイコン１１はこの異常データの積算値ｎが所定値Ｎ（例えば、Ｎ＝１２）に到達したか否かを判断する（ステップ１０）。異常データの積算値がｎ＜１２であれば、再度ステップ１に戻り、抵抗７ａ、７ｂの接続を交互に切り替えて平均電圧値Ａ、Ｂの取得を繰り返し、この平均電圧値Ａ、Ｂの差分データに基づいて異常データの積算処理を繰り返す。

一方、異常データの積算値がｎ≧１２であれば、マイコン１１は抵抗７ａ、７ｂのいずれか一方が故障したものと確定して（ステップ１１）、燃焼装置にエラー報知をして燃焼運転を停止する。

１ バーナ
４ フレームロッド
６ 炎検知回路
７（７ａ、７ｂ） 炎検出用抵抗
１１ マイコン（制御部）

Claims (5)

1. バーナとフレームロッドに電圧を印加して、炎の整流作用によって前記バーナと前記フレームロッド間に電流が流れた際に炎検出用抵抗での降下電圧から燃焼状態を検知する炎検知回路と、前記炎検知回路の検出結果により燃焼運転を制御する制御部とを備え、前記炎検知回路は、前記炎検出用抵抗が複数並列に配設され、前記制御部は、燃焼運転中には複数の前記炎検出用抵抗のいずれか１つが交互に前記炎検知回路と接続されるように、所定時間ごとに前記炎検出用抵抗の接続の切り替えを行い、前記各炎検出用抵抗の接続時に検出された電圧値を比較した差異に基づいて複数の前記炎検出用抵抗のいずれかが故障したと判断し、燃焼運転を停止することを特徴とする燃焼装置。
2. 前記制御部は、前記所定時間における前記炎検出用抵抗から検出される電圧の平均値を算出し、前記電圧の平均値の差異が第１所定量以上ある場合を異常値とし、前記異常値が出現した回数を異常データとして積算し、前記異常データの積算値が所定値に達した場合には、複数の前記炎検出用抵抗のいずれかが故障したと判断することを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記炎検出用抵抗は、前記炎検知回路に並列に２個配設され、前記制御部は、前記電圧の平均値の差異が前記第１所定量よりも小さい第２所定量未満の場合には、前記異常データの積算値を初期化することを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置。
4. 前記制御部は、前記電圧の平均値の差異の大きさによって、前記異常データとして積算される値の大きさを変更することを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の燃焼装置。
5. 前記炎検知回路は、前記炎検出用抵抗と分圧する分圧用抵抗を備え、非燃焼時には前記分圧用抵抗との分圧比により前記炎検出用抵抗の異常を判定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の燃焼装置。

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