JPH0160735B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフエイルセイフ・デジタル燃料バーナ
制御装置に関する。

近年の燃料、特に天然ガスの価格の高騰によ
り、ガス燃料バーナの作動方法が変つてきた。天
然ガスが比較的低価格であつた当時は、空間を加
熱するのに用いられる多くのガス機器のパイロツ
ト・バーナは連続的にパイロツト・ガスの燃焼を
行ない、サーモカツプルなどの簡単な熱応答安全
器具によつてその燃焼が監視されていた。この種
のバーナ方式は一般に定着パイロツト式バーナ装
置と、 定置パイロツト式バーナ装置は少量の燃料を連
続的に使用するが、高信頼性を立証された安価な
点火方式である。天然ガスの急速な価格上昇が現
われたために、定置パイロツト式バーナ装置の使
用は経済的に問題となつてきた。或る地域では、
定置パイロツト式バーナ装置の新設を規制するよ
うになつている。定置パイロツト式バーナ装置に
代るものとして、新しい電子制御形で、かつスパ
ーク点火形パイロツト式バーナ装置が一般的にな
つてきた。これらの新形パイロツト式バーナ装置
は、パイロツト・バーナから流出する天然ガスを
点火するために、通常はスパーク発生器を用い
る。天然ガスが一度点火されると、次いでパイロ
ツト・バーナは主バーナを点火するのは用いられ
る。パイロツト・フレームの監視は、周知のフレ
ーム整流検出方式などにより、通常は行なわれ
る。フレーム整流検出方式に於ては、フレーム・
ロツドとパイロツト・バーナとの間に電圧が印加
され、フレームを含む回路を流れる電流の変化に
よつてフレームの存在の有無を検出することがで
きる。スパーク点火形パイロツトを有するバーナ
装置は一般にスパークを発生させるために弛張発
振器を用い、かつパイロツト・バーナと主バーナ
の制御を行なうためにSCRの如きゲート付半導
体スイツチで制御されるリレーを用いる。これら
のバーナ装置は、半導体スイツチを不適切にゲー
トする電気的ノイズが干渉の発生によつて、誤動
作を起こしやすい。スパーク発生器はノイズの一
次源であり、半導体スイツチを誤つてゲート即ち
トリガーし、好ましくないし、場合によつては安
全でないような動作をバーナ装置に起こさせるこ
とがある。この種の電気的ノイズの消去と、半導
体スイツチの安全動作の確保が、スパーク点火形
パイロツトを有するバーナ装置に於て、大きな課
題となつている。

本発明の目的は、上述の課導を解決した新規な
フエイルセイフ・デジタル燃料バーナ制御装置を
提供することにある。

本発明の更に他の目的は、点火機機能、パイロ
ツト燃料制御機能、及び主バーナ燃料制御機能に
の如き３つの別々の燃料バーナ機能を有する燃料
バーナを動作させることができるフエイルセイフ
燃料バーナ制御装置を提供することにある。この
燃料バート制御装置は、時間的に分離された２つ
の異なるデジタル・クロツク信号を用いて、３つ
の燃料バーナ機能の制御をデジタル信号処理技術
で実現する。時間的に位相の異なる信号を少なく
とも２種類用いることにより、スパーク発生源は
主燃料弁を制御するのに用いられる信号と時間的
に分離された信号によつて作動させられることが
可能である。迷走電気的ノイズがバーナ装置の動
作をうつかり危険な態様に陥らせるようなこと
も、本発明に於ては、殆んど生じない。

２つの時間的に分離された信号を用いることに
加えて、本発明燃料バーナ制御装置は、結合コン
デンサを介してゲート付半導体スイツチ手段のゲ
ートを制御する信号源として、回路の基準電位に
対して負の電位を有する電力供給手段を用いる。
半導体スイツチ手段は回路の基準電位に対して正
の電源で付勢されており、従つてこれらがター
ン・オンする唯一の方法は、これらのゲートにコ
ンデンサを介して結合されたパルス回路を利用す
ることである。この回路構成によれば、半導体ス
イツチ手段のいずれか１つのゲートに好ましくな
い電圧を印加するような制御回路内の故障に起因
する半導体スイツチ手段の不都合な動作は阻止さ
れる。

以下図面を用いて本発明の一実施例装置を説明
する。

第１図は３つの別々の燃料バーナ機能を有する
燃料バーナ装置を動作させる本発明の一実施例燃
料バーナ制制御装置の回路図である。燃料バーナ
制御装置１０は一対の電源端子８と１２を有す
る。電源端子８と１２は通常の交流電源に接続さ
れるものである。電源端子８と１２には多重巻変
圧器の形式の電力変換器１３が接続される。電力
変換器１３は一端をヒユーズ９とスイツチ１５を
経て電源端子８に、かつ他端を直接電源端子１２
に夫々接続された一次巻線１４を有し、更に複数
の巻線１６，１８及び２０とを有する。巻線１４
と１６は直列に接続され、直列回路の両端は２つ
の電圧φ1とφ2を提供する一対の端子１１と２２
に夫々接続される。図示の回路構成に於ては、２
つの電圧φ1とφ2は巻線１４と１６から得られ、
かつ180度の位相差で分離されている。

巻線１４と１６に加えて、巻線１８は第１図の
燃料バーナ制御装置が接続されるべき燃料バーナ
用の点火スパークを発生させるスパーク・ギヤツ
プ手段を形成する一対の電源２３と２４の間に、
炎検出動作を行なわせるための電圧を提供する。
この点に関しては、1980年12月９日発行の米国特
許第4238148号明細書に十分開示されている。変
圧器巻線１７は弛張発振器形スパーク発生器とし
て図示のスパーク発生手段２６の一部である他の
一次巻線２５と共働する。スパーク発生手段２６
は通常の銅−鉄変圧器を含み、リレーで付勢され
る通常の形成のものでもよい。この回路の一部
は、図示の弛張発振器形スパーク発生手段２６と
の関連で、後に詳述する。巻線２０はその一端を
巻線１４の一端に接続され、その他端を弛張発振
器形スパーク発生手段にダイオード３１を経て付
勢電力を供給する導線３０の一端に接続される。

端子２２上の電圧φ2は、電力供給素子３３、
フイルタ用コンデンサ３４及びダイオード３５と
から成る電力供給手段３６に、ヒユーズ３２を経
て供給される。電力供給手段３６は基準電位点３
７に対し負の12Vの電圧を提供する。電力供給手
段３６の出力導線３８には遅延手段４０の一端
が、該遅延手段の他端には燃料バーナ制御回路手
段４３の端子 ４１が夫々接続される。燃料バー
ナ制御回路手段４３の詳細は後述する。端子４１
は燃料バーナ制御回路手段４３に遅延電力を供給
し、かつ導線３８は端子４２に直接接続されて燃
料バーナ制御回路手段の構成要素の動作電圧を供
給する。

電圧φ2の端子２２はダイオード４４、抵抗４
５及びツエナー・ダイオード４６とから成る回路
にも接続される。この回路はφ2′デジタル・クロ
ツク手段としての端子４７を有するデジタル・ク
ロツク回路を提供する。電圧φ1の端子１１はダ
イオード５０、抵抗５１及びツエナー・ダイオー
ド５２とから成る回路にも接続される。この回路
はφ1′デジタル・クロツク手段としての端子５３
を有するデジタル・クロツク回路を提供する。端
子４７と５３に現われるデジタル・クロツクは印
加交流電圧に比較して時間的に180度分解されて
いる。燃料バーナ制御回路手段４３内のデジタ
ル・ロジツク素子のクロツク端子φ1′とφ2′は上記
φ1′デジタル・クロツク手段５３とφ2′デジタル・
クロツク手段４７に夫々接続される。

スパーク・ギヤツプ手段１９は電極２３と２４
間に点火スパーク発生させ、また該スパーク・ギ
ヤツプ手段の炎検出手段の一部でもある。スパー
ク・ギヤツプ手段１９は巻線１７と１８を経て炎
信号フイルタ５５に接続され、該炎信号フイルタ
５５は炎の存在の有無を表わす炎信号を導線５６
を経て、炎信号増幅器即ち炎信号比較回路５７に
提供する。代表的な炎応答回路６１は第２図回路
との関連で詳細に開示されており、後で詳述す
る。炎応答回路６１の出力端子は導線６２を経て
端子６３に接続され、端子６３には炎の存在の有
無を表わす信号が現われる。炎の存在の有無を表
わす信号はデジタル信号で、Ｆとで夫々表示さ
れる。導線６２は炎消滅リセツト手段６４にも接
続される。該炎消滅リセツト手段６４は燃料バー
ナ制御回路手段４３内のデジタル回路のリセツト
端子に接続されるリセツト信号端子６５を有す
る。

で表示された炎信号は安全始動チエツク・タ
イマー回路手段６８を提供するデジタル・ロジツ
ク回路の端子６６に与えられ、φ1′クロツク信号
はそのクロツク端子６７に与えられる。安全始動
チエツク・タイマー回路手段６８はどのような一
般的なものでもよい。該タイマー回路手段６８の
出力信号は導線７０を経て、３個のデジタル・ゲ
ート７１，７２及び７３の夫々の入力端子に与え
られる。デジタル・ゲート７１の他の入力端子７
４と７５には炎信号とクロツク信号φ2′が夫々
与えられる。ゲート７１の出力端子は燃料バーナ
制御回路手段４３の第１出力手段の端子７６に接
続される。

デジタル・ゲート７２の他の入力端子にはクロ
ツク信号φ2′が与えられ、その出力信号は燃料バ
ーナ制御回路手段４３の第２出力手段の端子７８
に接続される。

安全始動チエツク・タイマー回路手段６８は、
そのクロツク端子８０と炎信号入力端子８１にク
ロツク信号φ1′と炎信号Ｆを夫々印加されたデジ
タル・ゲート７３を制御する。該ゲート７３は通
常の回路構成の炎信号確認タイマー８２に出力信
号を与える。該炎信号確認タイマー８２には炎安
定化タイマー８３が接続される。該炎安定化タイ
マー８３はゲート入力端子８４と８５にφ1′クロ
ツク手段が接続される。該炎安定化タイマー８３
の出力ゲート８６は、その出力端子を燃料バーナ
制御回路手段４３の第３出力手段としての端子８
７に接続する。この炎安定化タイマー８３は複数
の信号を比較して、適切な時間経過後にφ1′クロ
ツク信号に応答した出力信号を端子８７に提供す
るデジタル・タイマーである。炎安定化タイマー
手段８３の回路構成は本発明に於て本質的なもの
ではなく、安全形あるいは冗長形構成のデジタ
ル・タイマーのいずれでも実現できる。唯一の要
件は、炎安定化タイマーは炎が検出された後に炎
安定化時間を提供すること、及びこれは入力端子
８４と８５に与えられるデジタル・クロツク信号
φ1′で制御されることである。

燃料バーナ制御回路手段４３の３つの出力手段
の端子７６，７８及び８７は、３つの半導体スイ
ツチ手段９０，９１及び９２に夫々接続される。
これら半導体スイツチ手段はSCRの如きゲート
付半導体スイツチ９３，９４及び９５を夫々含
む。SCR９３のゲートはコンデンサ９６を経て
出力手段の端子７６に接続される。SCR９４の
ゲートはコンデンサ９７を経て出力手段の端子７
８に、またSCR９５のゲートはコンデンサ９８
を経て出力手段の端子８７に夫々接続される。

SCR９３はコンデンサ１００とスパーク発生
手段２６の変圧器巻線２５と共に弛張発振器スパ
ーク発生器を形成し、スパーク発生器として動作
する。変圧器巻線２５はスパーク・ギヤツプ手段
１９に接続された変圧器巻線１７と結合してお
り、従つて電源２３と２４間にはスパークを発生
させることができる。スパーク発生手段２６は図
示ものに限られず、例えばSCRで制御されて、
通常の銅−鉄変圧器即ちピエゾエレクトリツク・
イグナイタを付勢するリレーで置換してもよい。

第１図のシステムは、電磁リレー１０５を制御
するSCR９５のゲートに、出力手段の端子８７
を結合コンデンサ９８を経て接続することにより
完結する。リレー１０５は常閉リレー接点１０６
と常開リレー接点１０７を制御し、主弁装置１０
８を付勢するのに用いられる。主弁で置１０８は
本発明回路装置で制御される第３のバーナ機能と
して機能する。

リレー点１０２，１０３，１０６及び１０７は
φ1電源端子１１から付勢され、他方、リレー１
０５はφ2電源端子２２から付勢されるので、複
数のバーナ制御負荷は位相的に分離され、３つの
分離された燃料バーナ機能が働かされる方法と調
整がとれている。

次に第１図回路の動作について説明する。

端子８，１２に電力が供給されると、電力供給
手段３６は導線３８に−12Vの電圧を発生させ、
燃料バーナ制御回路手段４３に電力を供給する。
これと同時に、遅延手段４０が付勢され、燃料バ
ーナ制御回路手段は約100ミリ秒の間リセツト状
態に保持される。この100ミリ秒のリセツト保持
動作の後、燃料バーナ制御回路手段内の回路はス
パーク・ギヤツプ手段１９に炎の存在の有無のチ
エツクを開始する。炎信号が検出されると、燃料
バーナ制御回路手段４３の回路は、炎信号が存在
しなくなるまで電気的ロツクアウト状態に入る。
すなわち、一旦炎信号が入力されると、第２図の
ところで詳述するが、所定時間の間、炎信号に変
化があつても、その変化には影響されない状態に
入る。炎信号がもはや検出されなくなつた時に該
回路はリセツトされ、炎の存在の有無のチエツク
を再び行なう。炎信号が検出されないときは、端
子５３のφ1′クロツク・パルスが安全始動チエツ
ク・タイマー回路手段６８に印加される。この時
間間隔に炎信号が検出されない場合、該タイマは
タイムアウトさせられ、ゲート７１と７２の入力
端子は端子７６と７８に出力パルスを供給する。
これら端子７６と７８にはコンデンサ９６と９７
が夫々結合されている。端子７６と７８上の出力
信号は電力供給手段３６が負電源のために負であ
るが、結合コンデンサ９６と９７を夫々経て、
SCR９３と９４をそれぞれ導通状態にするよう
なゲート信号となり得る。SCR９３の導通によ
り、弛張発振器形スパーク発生器２６はコンデン
サ１００を一次巻線２５を経て周期的に放電させ
てスパーク電圧を発生させ、かつこの電圧を変圧
器二次巻線１７に結合させ、これによつて電源２
３と２４の間にスパークを発生させる。SCR９
３の導通と同時に、SCR９４も導通し始め、リ
レー１０１を付勢して接点１０２と１０３を閉成
させる。するとパイロツト弁装置１０４が付勢さ
れ、パイロツト・バーナにガスが供給される。

スパーク・ギヤツプ手段１９のスパークがパイ
ロツト・ガスに点火すると、この点火は炎信号比
較回路５７と炎応答回路６１により検出され、端
子６３に炎信号出力Ｆを発生させる。端子６３の
信号は反転させられた後端子７４に結合され、ゲ
ート７１は炎が存在する場合にターン・オフさせ
られ、端子７６上の出力は消滅し、SCR９３は
スパークを供給するのを止める。端子６３の信号
は端子８１にも結合され、ゲート７３は開いて炎
信号確認タイマ８２を始動させ、スパークが止ん
だ時に炎が実際に存在しているか否かを決める。

この時間間隔は点火スパークの存在なしに炎信
号をチエツクする。もし炎信号がこの時間間隔を
通して検出されると、φ1′クロツク信号が炎安定
化タイマ８３にゲートを経て印加される。炎安定
化タイマ８３の作動後、ゲート８６が作動化させ
られ、端子８７上に出力が発生し、この出力は結
合コンデンサ９８を経てSCR９５に印加される。
これによつてリレー１０５は端子２２のφ2電圧
で付勢され、そのリレー接点１０６を開き、かつ
主弁用リレー接点１０７を閉じて主弁装置１０８
を付勢する。主弁１０８の付勢により主バーナが
付勢され、主バーナはパイロツト・バーナで点火
される。もし炎が消滅すると、これは直ちにスパ
ーク・ギヤツプ手段１９により検出され、スパー
ク発生手段２６が再作動させられる。

本発明の構成によれば、相互に時間を分離され
た出力を有する２個のデジタル・クロツク手段を
用いたデジタル回路信号処理装置によつて、３つ
の別々のバーナ機能が動作させられる。このた
め、半導体スイツチ手段９０，９１及び６２の動
作は時間的に分離される。これにより、第１図回
路で発生するノイズ信号、または、外部環境から
入り込むノイズ信号による該回路の安全でない状
態が引き起こされて回路がうつかり作動させられ
るようなことはない。パイロツト弁装置１０４と
主弁装置１０８をφ1端子１１から、リレー１０
５をφ2端子２２から付勢することによつて、こ
れらの動作時間を分離し、装置のうつかり動作を
阻止することができる。また、本発明装置に於
て、コンデンサ９６，９７及び９８のいずれかが
短絡し、関連するSCRのゲートに直接結合され
た場合、そのゲートに印加される電圧は回路の基
準電位に対して負であるので、該SCRは決して
導通しない。なぜなら、SCRはそのゲートに正
の電圧を印加しなければ導通しないからである。
このような回路構成であるために、装置内のうつ
かり故障は分離され、出力負荷を安全できない態
様で動作させることができない。

第２図は炎応答回路６１の詳細回路図である。
入力導線６０は直列接続のＣ−Ｄフリツプ・フロ
ツプの最初のフリツプ・フロツプ１１０に接続さ
れる。直列接続のＣ−Ｄフリツプ・フロツプは１
１０，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５
及び１１６である。Ｃ−Ｄフリツプ・フロツプ１
１０から１１５の６個のフリツプ・フロツプは
φ1′クロツクを夫々のクロツク端子に印加され、
またそのソース端子には電源端子４２から負電圧
が供給される。Ｃ−Ｄフリツプ・フロツプ１１６
は端子６２に炎応答回路の出力を提供する。ノ
ア・ゲート１２１とオア・ゲート１２２はリセツ
ト機能を提供する。この回路は、60Hzの信号が
φ1′クロツク端子に印加された場合、デジタル信
号を83.3ミリ秒から99.9ミリ秒遅延させる。この
回路は炎信号の検出に遅延を提供するが、入力信
号が少なくとも83.3ミリ秒の間、一定レベルに留
まつていなければ、状態の変化を起こさせない。
この炎応答回路６１は、デジタル・ロジツクの実
行部分の一手段の一例として、詳細に開示され
た。

燃料バーナ制御回路手段４３に含まれるデジタ
ル・ロジツクは種々の手段で実現でき、また本発
明の要部ではない。本発明は３つの異なつた燃料
バーナ機能をゲート回路を付勢または制御するた
めの手段として、相互に時間的に分離されたクロ
ツク・パルス出力を有する２つのデジタル・クロ
ツク手段を利用するアイデアを特に含む。本発明
はさらに、３個の出力半導体スイツチ手段への入
力として正の電位を用いるけれども、デジタル・
ロジツクを付勢するためには回路の基準電位に対
し負の電位を用いるというアイデアを含む。デジ
タル・ロジツクと半導体スイツチ手段との間に結
合コンデンサを用いることにより、デジタル・ロ
ジツク内の故障が半導体スイツチ手段のいずれを
も、うつかり点弧をもたらすことがない。さらに
また、結合コンデンサのいずれかの故障が、安全
でない状態をもたらすことも無い。

【図面の簡単な説明】

第１図の一実施例装置に回路図である。第２図
は第１図回路の炎応答回路６１の詳細を示す図で
ある。 ８，１２：電源端子、１３：電力変換手段、１
９：スパーク・ギヤツプ手段、２６：スパーク発
生手段、３６：電力供給手段、４３：燃料バーナ
制御回路手段、５５：炎信号フイルタ、５７：炎
信号比較回路、６１：炎応答回路、６４：炎消滅
リセツト手段、６８：安全始動チエツク・タイマ
ー回路手段、７６：出力手段、７８：出力手段、
８２：炎信号確認タイマー、８３：炎安定化タイ
マー、８７：出力手段、９０，９１，９２：ゲー
ト付半導体スイツチ手段、９６，９７，９８：結
合コンデンサ、１０４：パイロツト弁装置、１０
８：主弁装置、φ1，φ2：電力変換手段の出力電
圧、φ1′，φ2′：デジタル・クロツク信号、Ｆ，
Ｆ：炎信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ デジタル信号処理により燃料バーナを３つの
   個別の燃料バーナ機能で動作させるフエイルセイ
   フ・デジタル燃料バーナ制御装置であつて、 前記制御装置を付勢する交流電源に接続するた
   めの電源端子と、 前記電源端子に接続され、少なくとも、第１お
   よび第２の相互に位相的に分離された２つの出力
   電圧を含む複数の出力電圧を発生させる電力変換
   手段と、 前記第１の出力電圧を入力に受け、前記装置の
   基準電位に対して負の出力電圧を発生させる電力
   供給手段と、 前記第１および第２の出力電圧をそれぞれ入力
   に受け、相互に時間的に分離されたデジタル・ク
   ロスパルスを出力する第１および第２のデジタ
   ル・クロツク手段と、 前記燃料バーナ用の点火スパークを発生すると
   共に炎の有無を検出するスパーク・ギヤツプ手段
   と、 デジタル信号処理手段と第１、第２および第３
   の出力手段を含み、前記スパーク・ギヤツプ手段
   から炎の有無に対応したロジツクレベル信号を、
   前記電力供給手段から給電を、前記第１および第
   ２のデジタル・クロツク手段からデジタル・クロ
   ツクパルスをそれぞれ受け、該クロツク・パルス
   に応答してデジタル処理信号し、前記３つの個別
   の燃料バーナ機能に対応する信号を前記第１、第
   ２および第３の出力手段から出力する燃料バーナ
   制御回路手段と、 前記３つの個別の燃料バーナ機能を制御するよ
   うに前記第１、第２および第３の出力手段に結合
   コンデンサを介してそれぞれゲートが接続された
   第１、第２および第３のゲート付半導体スイツチ
   手段とからなり、 前記全てのゲート付半導体スイツチ手段は前記
   基準電位に対して正の電圧で付勢され、 燃料バーナ制御回路手段の第１および第２の出
   力手段は、前記第１のデジタル・クロツク手段の
   デジタル・クロツクパルスで、また第３の出力手
   段は、第２のデジタル・クロツク手段のデジタ
   ル・クロツクパルスでそれぞれクロツクされるよ
   うにして、前記第２および第３のゲート付半導体
   スイツチ手段を、前記時間的に分離されたデジタ
   ル信号で制御するようにしたことを特徴とするフ
   エイルセイフ・デジタル燃料バーナ制御装置。