JPH0160876B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料を燃焼するバーナの燃焼状態を温
度や圧力、ガス濃度、酸素濃度等で検出して、燃
料の供給を制御するバーナの燃焼状態検知回路に
関する。

従来、状態検知回路は種々あつたが簡単な回路
構成で幅広く応用できる構成を可能とし、安全性
が高く乾電池等の小パワーで駆動可能なものはな
かつたため、例えば家庭用のガス燃焼機器や石油
燃焼機器の温度安全器、燃焼安全器、ガス漏れ安
全器、酸欠安全器等に応用することは困難であつ
た。本発明の状態検知器はこれ等全てを満足し幅
広い応用を可能としたものである。

以下図に従つて本発明状態検知回路を具体的に
説明してゆく。

第１図は本発明の応用例を示すシステム図であ
る。図はガス燃焼機器における燃焼検知回路に応
用した例を示す。ガス配管１のガスバーナ２に至
る中間部に電磁弁３を有する。４はバーナ２の燃
焼熱を検知するセンサでここでは負特性感温抵抗
素子を使用している。５はセンサ４の信号に応じ
た周波数で発振する検知発振回路、６は検知発振
回路５の発振周波数に応じた直流電圧は発生し電
磁弁３を駆動するFV変換回路を示す。

第２図にその具体回路例を示す。７は直流電源
で８は通常ガスコツク（図示せず）等と連動して
投入される電源スイツチである。検知発振回路５
は直流電源７およびスイツチ８で駆動される
CMOSインバータゲート９，１０とコンデンサ
１１、抵抗１２，１３とセンサ４により無安定マ
ルチバイブレータ回路を構成している。この回路
は一般周知の方形波発振回路でコンデンサ１１と
抵抗１２、センサ４の抵抗値により決定される充
放電時間により発振周波数が定められる。１３
は発振安定用の抵抗を示す。以上によりセンサ４
の温度が低い場合はその抵抗値が大きくこのため
発振周波数は低く、センサ４の温度が上昇するに
伴ない周波数が高くなつてゆく。

６はFV変換回路を示し、検知発振回路５の出
力に応じてオンオフ動作するNPNトランジスタ
１４を有しそのコレクタは抵抗１５を介して電源
のに接続されると共に微分コンデンサ１６の一
端に接続されている。トランジスタ１４のエミツ
タは電源７のに接続されている。微分コンデン
サ１６の他端はダイオード１７，１８のアノード
およびカソードに各々接続されている。ダイオー
ド１７のカソードは積分コンデンサ１９および電
磁弁３を並列に介して電源のに、またダイオー
ド１８のアノードは抵抗２０を介して電源のに
接続されている。２１はトランジスタ１４のベー
ス抵抗２２はベースエミツタ抵抗を示す。

今発振回路５がある周波数_pで発振している時
トランジスタ１４もそれと同期してオンオフをく
り返す。これにより電位e_aはトランジスタ１４が
導通の時は零、遮断の時は電源電圧と抵抗１５に
よる電圧降下の差の電位が発生する。トランジス
タ１４が遮断の時に抵抗１５を通してコンデンサ
１６に充電されるため、電位e_bは正の微分出力と
なる。これはダイオード１７を通してコンデンサ
１９に充電される。次にトランジスタ１４が導通
したときコンデンサ１６の電荷はトランジスタ１
４および抵抗２０、ダイオード１８を通して放電
するため電位e_bは負の微分出力を出す。このとき
ダイオード１７は逆バイアスとなりコンデンサ１
９の電荷は弁３の抵抗値で決まる時定数で放電し
てゆくがこのとき次の正の微分パルスが印加され
るため電位e_cはある電位で釣合つた直流電圧とな
る。

第３図にこの特性を示し横軸に発振回路５の発
振周波数、縦軸に出力電圧e_cを示す。発振周波
数が低い場合はe_aがローからハイになる時間が
長いためコンデンサ１９の電荷が弁３を通して放
電する量が多いため電位e_cは低く、が高くなる
に従つてe_cも高くなる。が_pよりも高くなりe_a
がハイになつたときに抵抗１５をコンデンサ１６
の充電時定数よりも短かくなると電位e_bに発生す
る正の微分出力が小さくなるためコンデンサ１９
に充電する量が減少して電位e_cは低下してくる。
今電磁弁３の開閉動作電圧がe_c′であるとすれば
周波数が₁と₂の間にある場合のみ電磁弁３は開
きガスが流通する。以上によりセンサ４の抵抗値
がある範囲になつた場合にのみ電磁弁３が開きそ
れよりも大きな抵抗値あるいは小さな抵抗値にな
つた場合には電磁弁が閉じる。センサ４の抵抗値
と発振周波数はコンデンサ１１により決定でき
る。また₁とe_cの関係は電磁弁３の抵抗値とコン
デンサ１９により、₂は抵抗１５とコンデンサ１
６により決定できる。このため第３図の₀より右
の特性のみを利用するように設計することも可能
であり、この場合はセンサ４部の温度を一定に保
つ温度制御回路となる。また₀より左の特性を利
用することにより何等かの原因により炎が消えた
場合に電磁弁３を閉じて生ガスの流出を防止する
安全器として動作させることができる。

第４図は他の実施例を示す回路図で検知発振回
路５からFV変換回路６に至る信号線の途中にパ
ルス変換回路２３が接続されている。発振回路５
およびFV変換回路６は第２図と同じであるため
説明は省く。パルス変換回路２３はCMOSイン
バータ２４，２５、コンデンサ２６，２７、抵抗
２８，２９により一般周知の単安定マルチバイブ
レータを構成しておりその出力e_dはその入力e_f
（発振回路５の出力）がハイの時にローを保持し
ており、電位e_fがハイからローに切替つた時にe_d
はハイとなりコンデンサ２６と抵抗２９およびコ
ンデンサ２７と抵抗２８により決定される時間の
後再度ローに保持される。トランジスタ１４は出
力e_dによりオンオフ駆動されe_dがハイの場合にト
ランジスタ１４が導通しe_dがローの場合に遮断す
る。

第５図、第６図に発振回路５の出力e_fおよびト
ランジスタ１４のコレクタ電位e_aの状態を印すタ
イムチヤートを示し横軸ｔは時間である。今発振
回路５がある周波数で動作している時にその振幅
が第５図ａに示すt₁であつたとする。このときパ
ルス変換回路２３の単安定マルチバイブレータ動
作時間がt_aであるとその出力e_dは電位e_fのローに
なつた時からt_aの時間だけハイとなる。このため
トランジスタ１４のコレクタ電位e_aはe_dの反転出
力となる。（第５図ｂ）第６図ａのように発振周
波数が変化してt₂となつた場合でもトランジス
タ１４の導通時間t_aは変化しない。トランジスタ
１４が導通すれば第２図で説明したようにコンデ
ンサ１６の放電電流i_cが流れると同時に抵抗１５
を通して電源からの電流i_aが流れる。このi_aは実
用上不要な電流でありi_a分だけ消費電力をロスす
ることになりi_aをなるべく少なくする方が望まし
い。通常の場合FV変換回路６は第６図ａのよう
に発振周波数が低くなつた場合トランジスタ１４
の導通時間はt₂／２となりi_aの流れる時間が増加
する。これを防ぐため、パルス変換回路２３によ
りt₂が長くてもトランジスタ１４の導通時間はt_a
一定となりi_aの流れる時間は必要最少限に保つこ
とが可能となる。

第４図のような構成により回路全体の消費電力
が節減でき、乾電池などで駆動する回路も実現で
きる。

第７図は他の実施例を示す。この例ではセンサ
４′は酸化スズ（SnO₂）あるいは酸化チタン
（TiO₂）等の金属酸化物で構成した酸素濃度検知
センサを使用している。センサ４′は第１図と同
様に燃焼機器の火炎により加熱して使用してい
る。今、酸素濃度が低くなつた場合火炎は酸化物
のO₂を吸収するためセンサ４′の抵抗値は小さく
なる。またこのセンサには負の温度特性を有しバ
ーナ２によりセンサが一定温度に加熱されていな
い場合は抵抗値が大きい。以上からバーナ２の着
火後センサ４′の温度が安定するまでは抵抗値が
大きく例えば第３図の₁よりも右にあるため出力
e_cが小さいため電磁弁３を開くことができない。
このため第７図では点火後一定時間疑似的に周波
数₀を発生するタイマ回路３０を有する。タイマ
回路３０はコンデンサ３１，３２抵抗３３，３４
とCMOSインバータ回路３５，３６により構成
される単安定マルチバイブレータ回路と、抵抗３
７，３８コンデンサ３９、CMOSインバータ回
路４０とNANDゲート４１により構成される無
安定マルチバイブレータ回路により構成されてい
る。

第８図に第７図の回路動作を説明するタイムチ
ヤートを示し、第７図と共に説明してゆく。

今、時間t₀で点火装置と連動する点火スイツチ
を投入すると電位e_gがローになる（第８図ａ）こ
の電位e_gが単安定マルチバイブレータ回路を起動
させる。単安定マルチバイブレータ回路は一般周
知の回路構成であり、その出力e_hは入力e_gがロー
になつた瞬間にハイとなり抵抗３３とコンデンサ
３１および抵抗３４とコンデンサ３２により決定
される瞬間t_xの後にローに戻る。（第８図ｂ）こ
の時間t_xはバーナの燃焼が安定してセンサ４′の
出力R_Tが所定の値になる時間t_yよりも長く設計さ
れている。（第８図ｃ）出力e_hはCMOSインバー
タ４２の入力に接続されている。つまりe_hがハイ
の時には出力e_iはローとなるため検知発振回路５
は発振しない。e_hがローになつたときe_iはハイと
なり検知発振回路５がセンサ４′の抵抗値に応じ
た発振周波数で発振し始める。（第８図ｄ）。一方
e_hがハイの時には疑似発振回路３７とコンデンサ
３９で定まる周波数で発振しe_hがローになつたと
き発振は停止する（第８図ｅ）。両方の発振回路
の出力e_i，e_kはCMOSNORゲート４３に入力さ
れるためその出力e_nは第８図ｆのように時間t_xの
間は出力e_hで発振しその後は出力e_jで発振する。

時間t_x後にセンサ４′が正常にない場合は出力
e_nの発振は停止して電磁弁３を閉止する。また時
間t_xが終了後に酸欠その他の異常が発生してその
抵抗値が変化した場合（第８図ｃのRt_a，Rt_b）
出力e_jの発振周波数が変化して前述のようにFV
変換回路の出力がなくなり電磁弁３を閉止する。

第７図で説明した構成によりバーナに点火初期
に燃焼状態が安定するまでの間タイマ回路の出力
で疑似的に保持するために誤動作がなく安定した
状態検知が可能となる。

以上の回路はセンサが酸欠センサ４′以外の例
えば第２図のように感温素子であつてもよくまた
それ以外の可変抵抗素子であればよく種々の物理
量の検知、制御に応用できる。また電磁弁３もこ
れに限らず種々のアクチユエータを使用すること
も可能である。

以上に説明したように本発明の状態検知回路は
下のような効果を有する。

(1) 燃焼状態を検知するセンサの出力を一度周波
数に変換した後に、その周波数が一定の範囲に
あるときにのみ直流信号を出力して駆動部を駆
動するFV変換回路を有する構成であるために、
センサの破損やその他の回路部品の破損が発生
しても全て発振周波数が停止するために、燃料
を停止する方向に作用し、安全でフエールセー
フな燃焼状態検知回路を実現できる。これは燃
焼機器では部品の破損により必ず燃焼が停止す
るように動作しない場合には火炎や人身事故の
原因につながり非常に重要である。

(2) FV変換回路は入力された周波数が一定の範
囲にあるときだけ直流電圧出力を発生する構成
であるために、周波数が高周波側に変化する異
常と低周波側に変化する異常のいずれの異常が
発生しても燃焼を停止する。このために２つの
状態の判定にも応用できる。例えば第２図では
バーナの失火異常とバーナ部の異常温度上昇異
常の判定が一つの回路で実現できる。

(3) 検知センサの抵抗変化を発振周波数に変換す
る検知発振回路を設けたために、検知センサは
可変抵抗素子であればどの様なセンサにでも応
用可能であり、使用する燃焼機器に最適なセン
サを使用した回路を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の状態検知回路をガス燃焼検出
に応用した例を示す制御システム図、第２図はそ
の具体回路図、第３図はその出力特性図、第４図
は他の実施例を示す回路図、第５図、第６図はそ
の動作を説明するタイムチヤート、第７図はさら
に他の実施例を示す回路図、第８図はその動作を
説明するタイムチヤートである。 ３…電磁弁（駆動部）、４，４′…検知センサ、
５…検知発振回路、６…FV変換回路、２３…パ
ルス変換回路、３０…タイマ回路、４３…NOR
ゲート（OR回路）、９，１０，１７，２４，２
５，３５，４１，４０…CMOS集積回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料を燃焼するバーナの燃焼状態を検知して
   電気信号に変換する検知センサと、前記検知セン
   サの信号に応じて発振周波数を可変する検知発振
   回路と、前記検知発振回路の発振周波数が予め定
   められた周波数範囲にはいつたときにのみ前記発
   振周波数に応じた直流出力電圧を出すFV変換回
   路と、前記FV変換回路により前記バーナへの燃
   料の供給を駆動制御される駆動部とからなる構成
   のバーナの燃焼状態検知回路。 ２ FV変換回路は、検知発振回路の発振周波数
   に応じた発振パルス信号のハイ時間あるいはロー
   時間のいずれかを一定に保ち、パルスのデユーテ
   イ比を変えるパルス変換回路を通して駆動する構
   成とした特許請求の範囲第１項記載のバーナの燃
   焼状態検知回路。 ３ FV変換回路は、検知発振回路からの出力信
   号と、検知センサの出力が安定に至るまでの一定
   時間疑似状態を出力するタイマ回路とのOR回路
   により駆動する構成とした特許請求の範囲第１項
   記載のバーナの燃焼状態検知回路。