JPH0373773B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はガス、石油等の燃焼装置の火炎の燃焼
状態を検出する燃焼状態検出回路に関するもので
ある。

従来の技術 従来、フアンヒータ等の燃焼式暖房器は室内で
燃焼するため、炎の着火、失火および室内の酸素
濃度の低下、あるいは不完全燃焼の確実な検出を
必要とする。この種の検知センサとしてフレーム
ロツドセンサが広く使用されている。このセンサ
は火炎のイオン電流を計測して燃焼状態を検出す
るもので、例えば実開昭59−145422号公報のよう
なものがある。この動作を第７図から第９図を用
いて説明する。

第７図はガスバーナの構成図を示し、燃焼ガス
はノズル１より噴出し、混合管２により空気と混
合され、金網で形成された燃焼板３の内面４に火
炎５を形成して燃焼する。６は火炎５中に挿入さ
れたフレームロツドで、燃焼板３との間に直流電
源７を印加し、火炎のイオン電流Ifを抵抗８の両
端の電圧降下として検出する構成としている。

空気中の酸素濃度のイオン電流If、およびバー
ナより発生する一酸化炭素（CO）の特性を第８
図に示す。ここでコントローラ（図示せず）は電
流Ifが２以下の時は不着火あるいは失火と判断
し、また電流Ifが７以上の時は酸素濃度不足等に
よる異常燃焼と判断して燃料の供給を強制的に停
止させる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような従来の構成では、バ
ーナの不完全燃焼や着火、失火の検出ができる
が、炎電流の値は一般に数マイクロアンペアと微
少であるため、フレームロツド６にカーボンが付
着して燃焼板３と電気的に導通されたり、バーナ
内部の湿度が上昇して空気の抵抗値が小さくなつ
たときには酸素濃度が高くても炎電流Ifが第８図
の７以上となる現象が発生し、異常燃焼との区別
がつかないという課題があつた。

これを解決する手段として直流電源７に変えて
交流を印加し、火炎の整流特性を利用して検出す
る手段が実用化されている。第９図にこの特性を
示す。図でＡは印加電圧波形、Ｂは火炎に流れる
電流Ｉの波形を示す。

火炎に流れる電流Ｉは、ロツド６に＋、燃焼板
３に−を印加した時に多く流れ、この逆方向に印
加した時の電流が少ない整流特性があることが知
られている。コントローラはこの交流電流を平滑
して直流分の電流If′により燃焼状態を検出する。
この構成であると仮にロツド６にカーボンが付着
してシヨートすると正負共電流が流れるために整
流特性がなくなり電流If′がほとんど零になるた
めにロツド６のシヨートを判別できる。

しかしこの手段は電流If′が直流印加時の電流If
よりも大幅に小さな値となり（1/5〜1/10）検出
回路はＳ／Ｎ比の良い高価な回路を必要とすると
いう課題がある。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の燃焼状態検
出回路は 火炎に挿入され、炎イオン電流により火炎の燃
焼状態を検知する一対の電極を有するフレームロ
ツドセンサと、フレームロツドセンサの電極間に
直流電源回路により直流電圧を印加する構成と
し、この直流電圧の印加する方向を周期的に正負
に切替えるスイツチング回路と、フレームロツド
センサと直列に接続された炎電流検出抵抗を設
け、この電流検出抵抗に流れる炎電流を電流計測
回路により計測する構成とし、電流計測回路には
スイツチング回路と同期して形成される一対の第
１のしきい値ａ，ｂと炎電流を比較する第１の比
較回路と、この第１の比較回路と同期して形成さ
れる一対の第２のしきい値ｃ，ｄと炎電流を比較
する第２の比較回路を含み、この第２の比較回路
の出力により燃焼状態を判定する燃焼判定回路を
有する構成とした。

作 用 以上の構成により、火炎が正常に燃焼している
ときには第２の比較回路の出力はスイツチング回
路と同期した発信出力となり、失火や酸素欠乏、
空気過剰などの不完全燃焼時、およびフレームロ
ツドセンサの絶縁劣下等の異常時、さらにはスイ
ツチング回路や電流計測回路のいずれかの回路が
故障した場合においても全て第２の比較回路の発
信出力が停止するために、燃焼判定回路は発信出
力の有無をチエツクするだけでよいという作用を
有する。

実施例 以下本発明の実施例を第１図〜第６図に基づい
て説明していく。

第１図は本発明燃焼状態検出回路の一実施例を
示す回路図で、９は２つの電位ea，ebに分圧さ
れた直流電源、１０はフレームロツドセンサで、
ここでは一方の電極を火炎（図示せず）に挿入す
るフレームロツド１１、他方の電極を導電性のバ
ーナ１２により構成しているが、これは２本のフ
レームロツドで構成してもよい。また直流電圧
ea，ebは等しい電圧である必要もない。

バーナ１２は直流電源９の中点e0に接続され、
フレームロツド１１は炎電流検出抵抗１３を介し
てフレームロツドセンサ１０を直流電源９のｅ＋
電位とｅ−電位に周期的に切り替えて接続する。
スイツチング回路１４はここでは演算増幅器１５
を用い、抵抗１６とコンデンサ１７により決定さ
れる周期で発信する無安定マルチバイブレータを
構成し、演算増幅器１５がハイ出力の時はフレー
ムロツド１１に＋、バーナ１２に−方向に電源
eaが印加され、演算増幅器１５がロー出力の時
にはフレームロツド１１に−、バーナ１２に＋方
向に電源ebが印加するような構成となつている。
ここでスイツチング回路１４は周期的にフレーム
ロツド１１に印加する電源を切り替えるものであ
ればこの構成以外のものであつてもよい。

フレームロツドセンサ１０と炎検出用抵抗１３
の接続点の電位efはフレームロツドセンサ１０に
流れる電流Ifに比例した値となり、電流計測回路
１８に入力される。電流計測回路１８は第１の比
較回路１９と第２の比較回路２０により構成され
ている。第１の比較回路１９は一般周知の２入力
オープンコレクタ出力のコンパレータで、ハイ出
力の時はオープン出力、ロー出力の時は電位ｅ−
になる。第１の比較回路１９の負入力端子には電
源eaと電源ebの直列電源を抵抗２１，２２によ
り分圧された電位ｅ１が入力されている。さらに
電位ｅ１は抵抗２３、ダイオード２４を通してス
イツチング回路１４の出力に接続されている。第
１の比較回路１９の出力は電源eaと電源ebの直
列電源を抵抗２５，２６により分圧された電位ｅ
２に接続されると共に第２の比較回路２０の正入
力端子に接続されている。第１の比較回路１９の
正入力端子と第２の比較回路２０の負入力端子に
は炎電流Ifに比例した電位efが入力されている。
ここで第２の比較回路２０は一般周知の２入力プ
ツシユプル出力のコンパレータであり、ハイ出力
の時は電位ｅ＋ロー出力の時は電位ｅ−が出力さ
れ、この出力が燃焼判定回路２７に入力されてい
る。ここでは燃焼判定回路２７はトランス２８の
一次巻線２８′に第２の比較回路２０の出力が接
続され、二次巻線２８″にはダイオード２９を介
してコンデンサ３０と燃料供給用の安全弁３１が
接続されている。

次に第２図を用いて各部の動作を説明してい
く。第２図は第１図の回路の各部の特性を示し、
第２図Ａはスイツチング回路１４の切替状態を電
位ehで示す。電位ehは電位eoを中心にｅ＋、ｅ
−を交互に出力する。

第２図Ｂはフレームロツドセンサ１０に流れる
炎電流Ifを示し第１図の矢印で示した方向を正方
向、逆を負方向として説明していく。正方向の電
流If＋は第８図と同様にバーナの燃焼状態に応じ
て電流値が変化する特性を示す。負方向の電流If
−は第９図で説明した火炎の整流特性により通常
は非常に小さな値であるが、フレームロツド１１
へカーボンが付着したり絶縁が劣下したときには
電流If−が増加する。第２図Ｃは第１図の電流計
測回路１８への入力電圧efの波形を示し、efは第
２図Ｂの炎電流Ifを電圧に変換した電位で、電流
Ifと同様の特性を示す。（以下炎出力と呼ぶ） 室内が酸素欠乏状態になつた時は、第８図で説
明したように炎電流If＋は増加し、第２図Ｃに示
すように電流ef＋も増加してef＋′になる。反対
に空気過剰等の異常燃焼状態になつたときには炎
電流If＋は減少し、第２図Ｃの電流ef＋も減少し
てef＋″になる。

またフレームロツドセンサ１０の絶縁劣下が発
生したときには炎電流If−が増加し電位ef−はef
−′になる。

次に各々の状態に対する電位efの変化および第
１図の第１、第２の比較回路１９，２０の動作を
第３図から第６図を用いて説明する。第３図から
第６図それぞれにおいて波形Ａは電位efと第１の
比較回路１９のしきい値ｅ１の状態を示し、波形
Ｂは第１の比較回路１９の出力状態を示す。また
波形Ｃは電位efと第２の比較回路２０のしきい値
ｅ２の状態を示し、波形Ｄはその出力状態を示
す。

第３図は正常燃焼時の状態図で、しきい値ｅ１
はスイツチング回路１４の出力がハイの時はダイ
オード２４が逆バイアスになるために抵抗２１，
２２の分圧電位ａとなる。またスイツチング回路
１４がロー出力の時はダイオード２４を通して抵
抗２３が抵抗２２と並列に接続され、この合成抵
抗と抵抗２１の分圧電位ｂとなり、しきい値ｅ１
はスイツチング回路１４と同期してａ，ｂの電位
に切り替わる。ここで電位ａは正常燃焼時の炎出
力ef＋よりも低い値に設定され、しきい値ｂは正
常燃焼時の炎出力ef−よりも高い値に設定されて
いる。このために第１の比較回路１９の出力は第
３図の波形Ｂに示すようにスイツチング回路１４
と同期してハイとローを繰り返す。

第１の比較回路は前述のようにオープンコレク
タ出力であるために、第２の比較回路２０のしき
い値ｅ２は、第１の比較回路１９の出力がハイ
（オープン）の時は抵抗２５と２６の分圧電位ｃ
となる。また第１の比較回路１９の出力がローの
時はしきい値ｅ２は電位ｅ−と同じ値ｄとなる。
ここでしきい値ｃは正常燃焼時の炎電位ef＋より
も高い値に設定されているために、第２の比較回
路２０の出力もスイツチング回路１４の出力と同
期してハイ、ローのパルス信号を出力する。

第１図の判定回路２７は第２の比較回路２０が
パルス出力する事によりトランス２８の二次巻線
に誘導電圧が発生し、これをダイオード２９とコ
ンデンサ３０により整流、平滑して直流に変換
し、安全弁３１を駆動する。

通常、安全弁３１は燃焼回路に設けられ、バー
ナが正常燃焼時には開いているが異常になつたと
きに閉止し、燃料の供給を停止するものである。
燃焼判定回路２７は他の構成手段、例えばマイク
ロコンピユータ等で構成してもよいし、安全弁３
１も燃焼を停止する他の手段、例えば燃料ポンプ
などの燃料供給手段を停止する構成でもよいし、
報知や表示装置と併用する構成であつてもよい。

次に第４図は、酸素欠乏状態により炎電流Ifが
増加した状態を示す。時点Ｘで酸素欠乏が発生す
ると炎電流Ifの増加により電位ef＋はef＋′にな
る。このために第１の比較回路１９は入力電位の
関係が変わらないために第３図の正常燃焼時と同
等の動作をする。（第４図Ｂ） しかし第２の比較回路２０は図Ｃのように電位
ef＋′がしきい値ｃを越えるために出力がハイと
ならず発信出力が得られなくなる。（第４図Ｄ）
これにより燃焼判定回路２７はトランス２８の二
次巻線２８″に電圧が発生しなくなり、安全弁３
１は閉止し、燃焼を停止する。

第５図は空気過剰により炎電流Ifが減少した場
合の例を示し、時点Ｙで空気過剰が発生したとす
る。

これにより電位ef＋は低下し、ef＋″となり第
１の比較回路１９のしきい値ａよりも小さくな
る。このために第５図Ｂで示すように出力はハイ
にならない。第２の比較回路２０のしきい値ｃは
前述のように、第１の比較回路１９の出力がハイ
の時に分圧電位ｅ２が得られる構成であるため
に、第１の比較回路１９の出力がローのままであ
ると第２の比較回路２０のしきい値ｃもしきい値
ｄと同じレベルのc′となり、その出力もハイにな
る事はない。以上からパルス出力が燃焼判定回路
２７に伝わらなくなり燃焼は停止される。

第６図はフレームロツドセンサ１０にカーボン
などが付着して絶縁劣下したときの状態を示す。
図では時点Ｚで絶縁劣下したとする。このときは
炎電流If−が増加するために電位ef−がef−′と
なり、第１の比較回路１９のしきい値ｂよりも高
くなる。このために出力はローにならなくなり、
ハイを継続する。これにより第２の比較回路２０
のしきい値ｄもしきい値ｃと同電位のd′となるの
で、その出力もハイ出力が継続され、燃焼判定回
路２７のトランス２８の二次巻線２８″に電圧が
発生しなくなり、安全弁３１は閉止し、燃焼を停
止する。

実施例では第２の比較回路２０の出力波形がパ
ルス状か否かで以上を判定する構成としたが、第
１の比較回路１９および第２の比較回路２０の出
力状態を監視することにより異常状態が酸素欠乏
か空気過剰、あるいは絶縁不良のいずれの原因に
よるか判定する事もできる。

本実施例では第８図に説明したように酸素欠乏
により炎電流が増加するとして説明したが、バー
ナの構成やフレームロツドの位置により炎電流If
が減少する構成も実現できるが、この場合でも本
発明の構成であれば同様に作用する。さらに第
１、第２の比較回路のしきい値ａ，ｂ，ｃ，ｄの
入力方法は本実施例の組み合わせに限られる事は
ない。

発明の効果 以上説明したように本発明の燃焼状態検出回路
は以下に示すような効果を有する。

(1) 燃焼状態のチエツクは直流電源eaを印加し
た時の炎電流If＋の直流絶対値を検出する構成
であるために、従来の交流を平滑する構成に比
べて負方向の電流ロスがなくなり大きな電流値
で検出可能となる。従つて電流計測回路の設計
が容易となりノズルやドリフトなどの影響を受
けにくい。

(2) フレームロツドセンサの絶縁劣下は直流電源
ebを印加したときの炎電流If−により検出する
構成であるために、交流印加時と同様の火炎の
整流作用を利用して検出するためにフレームロ
ツドが完全にシヨートせずにカーボンの付着等
による数メグオームの大抵抗の絶縁劣下であつ
ても確実に検知可能となり、信頼性の高い絶縁
検出を可能とする。

(3) 電流計測回路は第１と第２の２つの比較回路
により、正常燃焼時にはパルス信号で伝達する
構成であり、何等かの異常が発生したときには
パルスがなくなる構成としているために、回路
中のどの回路部品が故障してもパルスがなくな
るので、燃焼を停止する方向に動作する完全な
フエールセーフ回路を構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明燃焼状態検出回路の一実施例を
示す回路図、第２図はその動作を説明する特性
図、第３図は第２図で正常燃焼状態時の各部の特
性図、第４図は第２図で酸素欠乏が発生したとき
の各部の特性図、第５図は第２図で空気過剰状態
が発生したときの各部の特性図、第６図は第２図
で絶縁劣下が発生したときの各部の特性図、第７
図は従来の燃焼状態検出回路を説明する構成図、
第８図はその特性図、第９図は他の従来例を説明
する特性図である。 ９……直流電源回路、１０……フレームロツド
センサ、１１……フレームロツド（フレームロツ
ドセンサの電極）、１２……バーナ（フレームロ
ツドセンサの電極）、１３……炎電流検出抵抗、
１４……スイツチング回路、１８……電流計測回
路、１９……第１の比較回路、２０……第２の比
較回路、２７……燃焼判定回路、If……炎電流、
ａ，ｂ……第１の比較回路のしきい値（第１の一
対のしきい値）、ｃ，ｄ……第２の比較回路のし
きい値（第２の一対のしきい値）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼火炎に挿入され、炎イオン電流により火
   炎の燃焼状態を検知する一対の電極を有するフレ
   ームロツドセンサと、前記フレームロツドセンサ
   の電極間に直流電圧を印加する直流電流回路と、
   前記フレームロツドセンサへの直流電圧の印加方
   向を周期的に正負に切替えるスイツチング回路
   と、前記フレームロツドセンサと直列に接続され
   た炎電流検出抵抗と、前記炎電流検出抵抗に流れ
   る炎電流を計測する電流計測回路を有し、前記電
   流計測回路は前記スイツチング回路に同期して形
   成される第１の一対のしきい値と前記炎電流を比
   較する第１の比較回路と、前記第１の比較回路の
   出力に同期して形成される第２の一対のしきい値
   と前記炎電流とを比較する第２の比較回路を有す
   る構成とし、前記第２の比較回路の出力により燃
   焼状態を判定する燃焼判定回路からなる燃焼状態
   検出回路。