JPH02219911A - 燃焼機器の炎検知回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野］ 本発明はガス用小型湯沸器等の給湯機器あるいはガスス
トーブ等の暖房機器などの燃焼機器において、燃焼炎の
着火あるいは失火等の燃焼状態を検知する炎検知回路に
関する。

〔従来の技術〕

かかる燃焼機器においては、燃焼炎の着火、失火等を検
知する炎検知は燃焼制御を行なう上で不可欠な要素であ
り、従来から光検出法、フレームイオン検出法、温度検
出法などの多種類の方法が知られている。このうち熱電
対を使用した温度検出法は広（一般に普及している。

この熱電対温度検出法は低コストで信頼性が高い方法で
あるが、熱時定数が大きいため、応答時間が長いという
問題点がある。例えば現在５熱電対の熱起電力を使用し
てマグネットバルブを駆動する方法では、瞬間吸着させ
るため、機器内に電池を備え、運転スイッを押すと自己
保持回路が働いてこの電池から一定時間マグネットバル
ブに電流を流すようにしており、それにより熱電対自身
の熱起電力でマグネットバルブを作動できるようになる
までの熱起電力の立上がりの遅さを補っている。

かかる問題点をなくして迅速に炎の着火や失火の状態を
検知する方法として、微分検出法が知られており、例え
ば特公昭５３−４６２９１号公報、特公昭５３−４６２
９２号公報、特公昭５７−３５３７８号公報等に開示さ
れている。この微分検出法は、熱電対温度センサの検出
出力信号の時間微分値を検出し、これが上昇勾配である
場合には着火状態、下降勾配である場合には失火状態と
判定するものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の温度検出法では、例えば燃焼機器に着火直後では
温度センサからの出力は不安定であり、単に温度センサ
出力の上昇あるいは下降勾配を検知しただけでは炎の燃
焼状態を的確に上押できない。同じことは燃焼機器が定
常燃焼状態に至ったときにもいえ、この定常燃焼状態で
は周囲温度の変化や燃焼機器に吹き込む風等の周囲環境
の影響で温度センサの出力は揺らいでおり、この揺らぎ
における下降勾配によって実際に着火状態にあるにもか
かわらず失火と判定するなどの誤検知が生じる。

したがって本発明の目的は、かかる不安定領域における
燃焼状態の誤検知を防止することにある。

【課題を解決するための手段］ 上述の課題を解決するために、本発明に係る炎検知回路
は、燃焼炎の温度を熱電対を用いて検出する熱電対セン
サと、熱電対センサの検知温度信号の時間微分値をＣＲ
充電時定数を用いて検知する微分検知回路とを備え、微
分検知回路の検知出力によって燃焼炎の燃焼状態を検知
するように構成された燃焼機器の炎検知回路において、
熱電対センサの検知温度信号が所定の最低限レベル以下
であることを検知する最低限レベル検知回路と、熱電対
センサの検知温度信号が定常燃焼レベル以上であること
を検知する定常燃焼レベル検知回路と、最低限レベル以
下と定常燃焼レベル以上の領域で微分検知回路による燃
焼状態の検知を禁止する禁止回路とを備えたものである
。

［作用］ 熱電対センサの検出温度信号が最低限レベル以下と定常
燃焼レベル以上の領域にあることは、最低限レベル検知
回路と定常燃焼レベル検知回路によってそれぞれ検知さ
れる。そしてこの領域では、検出温度信号の上昇、下降
が不安定となるおそれがあるので、禁止回路によりその
領域内での熱電対センサによる燃焼状態の検知動作を禁
止・して、誤検知が生じることを防止する。

［実施例］ 以下、図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

本発明の一実施例としての燃焼機器の炎検知回路を第１
図に示す。この実施例はガス用小型湯沸器に本発明の炎
検知回路を適用したものである。

第１図において、１は熱電対であり、湯沸器の燃焼炎の
温度を検知するように配設されており、燃焼炎によって
熱せられて熱起電力を発生する。この熱電対１はその正
極側が接地され、負極側か炎増幅器３に入力される。

炎増幅器３は抵抗器Ｒ１〜Ｒ３、キャパシタＣ２、演算
増幅器３１を含み構成される反転増幅器である。この炎
増幅器３からの出力信号は、微分検知回路４、最低限レ
ベル検知回路５、定常燃焼レベル検知回路６にそれぞれ
人力される。

微分検知回路４は抵抗器Ｒ４〜Ｒ６、キャパシタＣ３、
演算増幅器４１を含み構成されており、炎増幅器３から
の出力信号を抵抗器Ｒ４とキャパシタＣ３を介して接地
し、抵抗器Ｒ４の両端電圧を抵抗器Ｒ５を介して演算増
幅器からなる比較器４１に入力させるようになっている
。

ここで比較器４１の反転入力端子は抵抗器Ｒ４の炎増幅
器３側に、非反転入力端子はキャパシタＣ３側に接続さ
れており、それにより比較器４１は抵抗器Ｒ４の両端電
圧の極性を検知することができる。この比較器４１は後
述する比較器５１．６１と同様にオープンコレクタ形の
ものである。

したがって比較器４１の出力信号は抵抗器Ｒ４を介して
キャパシタＣ３を充電するときにＬ”となり、放電する
ときには電源電圧ｖｅｃに引っ張られて“Ｈ”となる。

最低限レベル検知回路５は次槽幅器３からの出力信号が
所定の最低限レベル電圧ＶＬより高いか低いかを検知す
る回路であり、キャパシタＣ４、Ｃ７、抵抗器Ｒ８、演
算増幅器からなる比較器５１を含み構成されている。比
較器５１の非反転入力端子には次槽幅器３からの出力信
号が入力され、反転入力端子には基準電圧発生回路９か
ら最低限レベル電圧ＶＬが入力される。この最低限レベ
ル電圧Ｖ　＋−は熱電対１の熱起電力が揺らぎなく安定
的に上昇し始めたことを判定するためのしきい値である
。この最低限レベル検知回路５の出力は次槽幅器３の出
力信号が最低限レベル電圧ＶＬ以下のときに”Ｌ”、そ
れ以上のときに“Ｈ”となる。

定常燃焼レベル検知回路６は抵抗器Ｒ９、キャパシタＣ
６、演算増幅器からなる比較器６１を含み構成される。

この比較器６１の反転入力端子には次槽幅器３の出力信
号が入力され、非反転入力端子には基準電圧発生回路９
から定常燃焼レベル電圧■７が入力され、その出力信号
は抵抗器Ｒ９を介して比較器４１の非反転入力端子に入
力される。この定常燃焼レベル電圧■９は燃焼が定常状
態に至ったと判定するためのしきい置である。

定常燃焼レベル検知回路６の出力は次槽幅器３からの出
力信号が定常燃焼レベル電圧■、以下の時にキャパシタ
Ｃ３の端子電圧に従った値、それ以上の時に“Ｌ”とな
る。

基準電圧発生回路９は最低限レベル電圧■、と定常燃焼
レベル電圧■８を発生する回路であり、電圧レギュレー
タ９１．平滑キャパシタＣ５、分割抵抗器ＲＩＯ−Ｒ１
２等を含み構成され、分割抵抗器ＲＩＯ〜Ｒ１２は電圧
レギュレータ９１の出力を分圧してそれぞれＶ、、Ｖ、
の基準電圧を発生する。

微分検知回路４の出力信号はインバータ７と抵抗器Ｒ７
を介してＮＡＮＤ回路８の一方の入力端子に入力され、
このＮＡＮＤ回路８の他方の入力端子には最低限レベル
検知回路５からの出力信号が入力される。このＮＡＮＤ
回路８の出力信号は炎検知信号として用いられ、“Ｌ”
で着火、”Ｈ”で失火の検知となる。この炎検知信号は
イグナイターの駆動あるいは燃焼弁の開閉等のタイミン
グ決定に利用される。

この実施例回路の動作を図面を参照しつつ以下に説明す
る。ここで第２図は実施例回路の熱起電力電圧の上昇特
性を示す図、第３図は微分検知回路４の出力波形例を示
す図、第４図は着火と失火の検出状態を説明する図であ
る。第２図において、縦軸は次槽幅器３からの出力電圧
、横軸は時間を表わす。また第３図において、縦軸は微
分回路４と次槽幅器３の出力電圧、横軸は時間を表わし
、（イ）は微分検知回路４の出力、（ロ）は次槽幅器３
の出力である。また第４図において、縦軸は出力電力、
横軸は時間を表わし、　（ハ）は次槽幅器３の出力電圧
、（ニ）はキャパシタＣ３の端子電圧である。

いま湯沸器の口火を着火すると、この口火により熱電対
ｌが熱せられ、それにより熱起電力が発生し、この熱起
電力は次槽幅器３で増幅されて微分検知回路４、最低限
レベル検知回路５、および定常燃焼レベル検知回路６に
それぞれ入力される。

微分検知回路４においては、キャパシタＣ３が次槽幅器
３の出力信号によっ抵抗器Ｒ４を介して、それらのＣＲ
時定数で充放電される。そして、次槽幅器３出力信号が
上昇傾向すなわち着火状態ではキャパシタＣ３は充電′
され、下降傾向すなわち失火状態では放電されるので、
これを検知することによって燃焼炎の着火と失火を検知
できる。この検知は抵抗器Ｒ４に流れる電流の方向を検
知することによって行え、この電流の方向は抵抗器Ｒ４
の端子電圧の微分値の正負によって判定できる。

すなわち、抵抗器Ｒ４の次項幅器３側端子電圧をＶｉｎ
、キャパシタＣ３の端子電圧をＶｃとすると、次槽幅器
３の出力信号の上昇時には、キャパシタＣ３の端子電圧
Ｖｃは、 となり、抵抗器Ｒ４の両端電圧の微分値は、ｄｔ したがって微分検知回路４の出力は“Ｌ″′となる。

一方、次項幅器３の出力信号の下降時にはキャパシタＣ
３の端子電圧Ｖｃは、 となり、抵抗器Ｒ４の両端電圧の微分値は、となり、よ
って微分検知回路４の出力は“Ｈ”となる。

このように微分検知回路４は上昇傾向（すなわち充電モ
ード）の時には燃焼状態を着火と判断して“Ｌ”を出力
し、下降傾向（すなわち放電モード）の時には失火と判
断して“Ｈ”を出力する。

一方、口火が着火された直後はまだ熱電対１の出力信号
は不安定に揺らぐ状態にあり、その傾きが上昇したり下
降したりすることが考えられ、この時の熱電対１の出力
信号で着火と失火を判定すると誤検知を生じるおそれが
ある。

そこで、次項幅器３の出力信号の上昇傾向が安定的とな
る最低限レベル電圧■、を定め、次槽幅ｎ３の出力信号
がこの最低限レベル電圧■、に達したか否かを最低限レ
ベル検知回路５で検知する。最低限レベル電圧■、以下
であれば、最低限レベル検知回路５は°Ｌ°°を出力し
てＮＡＮＤ回路８の出力信号を強制的に°゛Ｈ”すなわ
ち失火検知の状態にする。

次項幅器３の出力信号が口火の燃焼に従って最低限レベ
ル電圧ＶＬを越えると、最低限レベル検知回路５の出力
信号は“Ｈ”となり、ＮＡＮＤ回路８から出力される炎
検知信号は微分検知回路４の出力信号によって決定され
ることになる。従ってこの状態では、次項幅器３の出力
信号が上昇傾向の時には微分検知回路４の出力信号が“
Ｌ“となり、これがインバータ７で反転されて“Ｈ”と
してＮＡＮＤ回路８に入力されるため、ＮＡＮＤ回路８
から出力される炎検知信号は着火を示す“Ｌ”となる。

一方、口火の失火により次項幅器３の出力信号が下降し
始めたならば、微分検知回路４の出力は“Ｈ”となり、
インバータ７の出力信号は“Ｌ“　したがってＮＡＮＤ
回路８からの炎検知信号は失火を閉めす“Ｈ”となる。

燃焼が進み、定常燃焼状態に至ると、熱電対１で発生さ
れる熱起電力は飽和状態となり、その値は周囲環境によ
って揺らぎを生じるようになる。

この場合、次項幅器３の出力信号は上昇したり下降した
りすることになるので、微分検知回路４の出力信号は“
Ｈ“となったり“Ｌ”となったりする、この結果、ＮＡ
ＮＤ回路８の炎検知信号が、着火状態であるにもかかわ
らず失火検知となる可能性がある。

そこで燃焼が定常燃焼状態に至ったと判断できる次項幅
器３の出力信号の定常燃焼１ノベル電圧ｖ１を予め定め
、次項幅器３の出力信号がこの定常燃焼レベル電圧ＶＮ
を越えたのならば、ＮＡＮＤ回路８の炎検知信号を２微
分検知回路４の出力信号の状態にかかわらず、強制的に
Ｌ″すなわち着火検知にする。

この動作は、定常燃焼レベル検知回路６によって次項幅
器３の出力信号が定常燃焼レベル電圧■、を越えたかを
検知し、これを越えた場合には比較器４１の非反転入力
端子を強制的に“Ｌ”レベルにし、それにより微分検知
回路４の出力信号を“Ｈ”とし、インバータ７を介して
ＮＡＮＤ回路８に“Ｌ”を入力することによって、その
炎検知信号を”Ｌ”にすることによる。

この実施例回路によれば、着火と失火の検知を迅速に行
うことができるので、イグナイタ放電後、着火を検出し
て直ちにイグナイタを停止することができる。特に、最
近の湯沸器は省エネの観点から口火を連続燃焼させるも
のではなく、湯の必要な時に口火に着火するダイレクト
着火方式が採用されているので、食器洗い時のように頻
繁に着火、消火を繰り返す湯沸器等に多い使用モードで
は、実施例回路は電池の消耗防止に役立ち、また使用勝
手も良くなる。そのうえ、失火検出のスピードが早くな
るため、失火検出が遅れたことにより機器内に生ガスが
充満してしまうような事態を防止でき、安全性の向上を
図れる。特に湯沸器のような室内使用ガス機器では、失
火検出の早さは安全性の上で大きな意味を持つ。

本発明の実施にあたっては種々の変形形態が可能である
。第５図には、かかる変形例の一つが示される。この第
５図の変形例回路は、前述の実施例回路における基準電
圧発生回路９の構成を変更したものである。すなわち、
この変形例回路の基準電圧発生回路９′では、第１図の
実施例回路の基準電圧発生回路９における分割抵抗Ｒ１
１の代わりにこれを二つに分割した抵抗Ｒ１１ｌ、Ｒ１
１２の直列接続回路を挿入し、抵抗Ｒ１１２の両端にキ
ャパシタＣＩＯを接続し、そして抵抗Ｒ１１１とＲ１１
２の共通接続点から最低限レベル電圧■、を取り出して
いる。

このように基準電圧発生回路９′を構成すると、電源ス
イッチＯＮ時の最低限レベル電圧ＶＬは第６図に示され
るような立上り特性を持つ。すなわち、基準電圧発生回
路９′の安定化基準電圧なＶ　ｒｅｆとすると、最低限
レベル電圧ＶＬは、最初は、 であり、この値から徐々に上昇して、最終的には、 Ｖ　Ｌ１＝ で安定するものとなる。

これにより電源スイッチＯＮ時には最低限レベル電圧■
、を下げることにより着火検出レベルを下げ、それによ
り着火検出時間を早めて着火検出を容易にすることがで
きる。

第７図には、本発明の更に他の変形例が示される。この
変形例回路も第５図の変形例回路と同様に基準電圧発生
回路の構成を変更したものである。この変形例回路が第
５図の変形例回路と相違する点は最低限レベル電圧Ｖ１
−の取り出し点を抵抗Ｒ１１２と抵抗Ｒ１２との共通接
続点からとしていることである。

この第７図のように基準電圧発生回路９“を構成すると
、電源スイッチＯＮ時の最低限レベル電圧■、の立上り
特性は第８図の如くになる。すなわち、電源スイッチＯ
Ｎ時には、 であったものが、徐々に下降して、 ＶＬ３＝ で安定する特性となる。

［発明の効果］ 本発明によれば、着火直後あるいは定常燃焼状態に至っ
た後の熱電対センサの出力の不安定時に生じる誤検知を
防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての燃焼機器の炎検知回
路を示す図、 第２図は実施例回路における熱起電力電圧の上昇特性を
示す図、 第３図は微分検知回路４の出力波形例を示す図、 第４図は着火と失火の検出状態を説明する図、 第５図は本発明の変形例を示す図、 第６図は変形例回路における最低限レベル電圧■５の立
上り特性を示す図、 第７図は本発明の他の変形例を示す図、および、 第８図は他の変形例回路における最低限レベル電圧Ｖ２
．の立上り特性を示す図である。 図において、 ｌ・・・熱電対 ３・・・次項幅器 ４・・・微分検知回路 ５・・・最低限レベル検知回路 ６・・・定常燃焼レベル検知回路 ７・・・インバータ ８−Ｎ　Ａ　Ｎ　Ｄ回路 ９・・・基準電圧発生回路 ３１・・・演算増幅器 ４１．５１．６１・・・比較器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃焼炎の温度を熱電対を用いて検出する熱電対センサと
   、該熱電対センサの検知温度信号の時間微分値をＣＲ充
   電時定数を用いて検知する微分検知回路とを備え、該微
   分検知回路の検知出力によって燃焼炎の燃焼状態を検知
   するように構成された燃焼機器の炎検知回路において、 該熱電対センサの検知温度信号が所定の最低限レベル以
   下であることを検知する最低限レベル検知回路と、該熱
   電対センサの検知温度信号が定常燃焼レベル以上である
   ことを検知する定常燃焼レベル検知回路と、該最低限レ
   ベル以下と定常燃焼レベル以上の領域で該微分検知回路
   による燃焼状態の検知を禁止する禁止回路とを備えたこ
   とを特徴とする燃焼機器の炎検出回路。