JPH0713532B2 - 燃焼検出回路 - 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
出する燃焼検出回路に関するものである。

従来の技術 従来、ファンヒータ等の燃焼式暖房器は室内で燃焼する
ため、火炎の着火、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ッド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検出して燃焼状態
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５図、第６図を用いて説明
する。燃料ガスはノズル１より流出し、混合管２により
空気を混合され、金網で形成した燃焼板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
レームロッドで、燃焼板３との間に直流電源７が印加さ
れ、火炎のイオン電流Ifを抵抗８の両端電位で検出する
構成である。空気中の酸素濃度とイオン電流If、バーナ
より発生する一酸化炭素Coの特性を第６図に示す。ここ
でコントローラ（図示せず）は、電流Ifが相対値で0.5
以下の時は不着火、あるいは失火と判断して燃料の供給
を強制的に停止させる。また、電流Ifが相対値で７以上
の時には酸素不足による異常燃焼と判断し、燃焼を強制
的に停止する。

発明が解決しようとする問題点 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、失火の検出は可能であるが、フレーム
ロッド６にカーボンが付着して燃焼板３と電気的に数メ
グオームの抵抗で導通された時やロッド近傍の湿度が上
昇して絶縁抵抗が低下した場合には酸素濃度が高くても
電流Ifが７以上となる現象を示し、異常燃焼との区別が
つかなくなる。これを解決する従来の手段として直流電
源７に替えて交流を印加し、火炎の整流特性を利用して
検出する方法があった。第７図にこの特性を示す。

第７図でＡがフレームロッド６への印加電圧、Ｂが炎電
流特性を示す。火炎に流れる電流Ifはロッド６に、燃
焼板３をに印加した時に多く流れ、逆方向に印加した
時には電流Ifが非常に少なくなる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′により燃焼状態を判定する。ここでロ
ッド６にカーボンが付着してショートされると整流特性
がなくなり平滑電流If′は低下することを利用してロッ
ド６のショートを判別するものである。

しかしこの手段では電流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）、検出回路が雑
音等の影響による誤検出を行なう可能性が有る。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の燃焼検出回路は、
バーナの燃焼火炎に挿入されたフレームロッドとバーナ
との間の炎イオン電流により火炎の燃焼状態を検出する
構成において、直流電源とこの直流電源を分圧して得ら
れた基準電圧を有する電源回路部と、基準電圧から炎電
流検出抵抗を介してバーナに接続された炎検知回路部
と、フレームロッドに接続され外部の制御信号に応じて
フレームロッドの電位を直流電源のプラス電位とマイナ
ス電位に切替えるスイッチング回路部と、炎電流検出抵
抗の両端電位を増幅する増幅回路部とからなる構成とし
た。

作用 本発明は上記の構成により、着火、失火や不完全燃焼等
の燃焼状態のチェックはフレームロッドに、バーナに
方向に電位を印加して行ない、フレームロッドとバー
ナとの絶縁劣下の検出はフレームロッドに、バーナに
電圧を印加するようにスイッチング回路により定期的
に切替えることにより両者共直流電圧の絶対値を直接検
出するという作用を有する。

また、同時に他のセンサと併用したときに他センサの絶
縁劣化が発生した場合にもバーナの燃焼を停止する安全
側に作用する。

実施例 以下、本発明の実施例を第１図から第３図を用いて説明
する。第１図は本発明の一実施例の燃焼検出回路を示す
回路図で、９は電源電圧ecを供給する直流電源10とこれ
を抵抗11、12で分圧して基準電位eaを得る電源回路部で
ある。13は電位ec−eaを安定化するコンデンサを示す。
14は炎検知回路部で、基準電位eaから炎電流検出抵抗15
を介してバーナ16に接続されている。一方フレームロッ
ド17はスイッチング回路部18により直流電源のマイナス
電位egとプラス電位ecに切り替え接点19に接続される。
切替接点19は外部信号（図示せず）により定期的にフレ
ームロッド17の電位を切替える。増幅回路部20は炎電流
検出抵抗15の両端の電圧降下を増幅して出力電圧eoを得
る増幅回路で、演算増幅器21と抵抗22,23により構成さ
れる非反転増幅回路である。

次に回路動作を説明する。今接点19が第１図の様にａ側
に接続されている時、火炎は第１図の等価回路（Ｍ）の
様に抵抗RfとダイオードDfを有する整流回路となるた
め、炎電流Ifはプラス電圧ecから接点ａ、フレームロッ
ド17、Rf、Df、バーナ16、検知抵抗15を通り基準電位ea
に流れる。（第１図矢印の方向）以上により検知抵抗15
の両端にはeb＝If×R15の電圧降下が発生する。このた
め増幅回路部20はこの電位ebを増幅して出力eoを得る。
第１図の回路構成では出力eoは次式になる。

今、炎抵抗Rfは第６図に説明したように火炎の燃焼状態
に応じて変化する。つまり、炎電流Ifが変化し、出力eo
が変化する。このため出力電位eoの値により炎の燃焼状
態が判別できる。

接点19がｂ側に接続された場合には、電流Ifは基準電位
eaから検知抵抗15、バーナ16、Df、Rf、フレームロッド
17、接点ｂからマイナス電位egに流れようとするが、火
炎の等価回路が（Ｍ）の状態であるため、ダイオードDf
が逆バイアスされIfはほとんど流れない。以上から検知
抵抗15の電圧降下ebはほとんど0vとなり、出力eo＝eaと
なる。

しかし、この時フレームロッド17とバーナ16の間の絶縁
が劣下していると、等価回路は（Ｍ）と並列に（Ｎ）の
漏れ抵抗Rlが接続された形となる。この時には抵抗Rlを
通して炎電流Ifが図の矢印とは逆方向に流れる。このた
め検知抵抗15には電圧降下−ebが発生し、出力eoは基準
電位eaよりも低い値となる。第２図に炎電流Ifと出力電
位eoの関係を示す。図で第１図の矢印方向に流れる電流
Ifを＋If、逆方向を−Ifとして示し、Ｘ域は接点19がａ
側に、Ｙ域はｂ側に接続された状態を示す。また図では
基準電位eaと直流電源ecの関係を とした場合であるがこれ以外であってもよい。今火炎が
ない時、消火している時はIfは零であるためX,Y域共出
力eo＝eaとなる。バーナが燃焼すると火炎が発生し、Ｘ
域では電流Ifが大きく流れ、０点Ｙ域ではほとんど流れ
ないＰ点になる。以上からＸ域で出力eoが電位ed以上で
あれば燃焼中、ed以下では失火と判定できる。また電位
ef以上であれば異常燃焼と判断して燃焼と停止すること
も可能である。さらに,X域で０点を維持するように空気
量や燃料の量を制御する空燃比制御にも利用できる。

Ｙ域では電位eh以下になればフレームロッド16とバーナ
17の絶縁が劣下していると判断できるものである。

以上の様に出力eo処理のみで種々の制御信号として利用
可能となる。またこの時出力電位eoがＸ域で電位eaより
も低い値になった場合やＹ域で電位ea以上になる場合
は、検出回路が何等かの異常であると判断できる。この
ように回路の故障も検出可能である。

X,Y域の切替は外部信号により接点19を切替えるのみで
よい。

第３図に別の実施例を示す。ここでは基準電位eaを定電
圧ダイオード24と抵抗25により安定化している。これは
直流電源10の電位ecが変化しても第２図のＹ域で電流−
Ifに影響しない。Ｘ域のIfの精度が必要な場合は抵抗25
と定電圧ダイオード24を逆に接続する、あるいは電源10
を安定化してもよい。

第３図でスイッチング回路部18は、演算増幅器26により
構成している。演算増幅器26は出力がプッシュプル構成
のものを使用しており、ハイ出力の時は電位ecを、ロー
出力時は電位egを出力するものである。抵抗27、28は基
準電位ejを得るもので、外部から入力する入力電位eiが
ei＞ejの時、出力電位はハイ、ei＜ejの時はロー出力と
なる。つまり入力電位eiにより第１図の接点19の替りの
働きをする。演算増幅器26の替りに論理ゲート回路であ
ってもトランジスタスイッチ回路であってもよい。29は
電位ebの安定化コンデンサを示す。電位ejにより電源電
圧ecの変化に応じて電位eoを補正する信号に使用しても
よい。例えばeo′＝eo−ejを演算し、eo′により燃焼状
態を判定する方法が考えられる。

第４図は本発明の燃焼検出回路の特有の効果を説明する
模擬回路図を示す。第１図と同一機能の部品は同一番号
で示す。一般にこの種の燃焼検出回路を含むコントロー
ラは他のセンサ回路と併用して使用することが多い。第
４図では温度センサ30により温度を検出してバーナの燃
焼量制御を行なう例であり、ここでは温度センサ30は感
温抵抗素子を用いた例で示し、電源31を抵抗32とで分圧
した電位ekを検出する構成である。ところがこの種のセ
ンサは温度応答時間を速めるために絶縁膜は薄く絶縁不
良を発生し易い。センサ30の絶縁不良は燃焼器のケース
33との間に発生する。一方バーナ16はケース33′とは絶
縁されないので電気的に同電位である。従ってセンサ30
の絶縁劣下が発生すると擬似的に抵抗35が接続されたの
と同電位となる。今、抵抗35が零の時、つまりセンサ30
とケース33が完全にショートされた時は、スイッチ19が
接点ａに接続された時に出力eoが第２図のea以下とな
り、Ｘ域でed以上とならないためバーナの着火検知が不
能となり燃焼を停止する。また接点ｂに接続時は第２図
Ｙ域で電位eh以下となりフレームロッドのショートした
と判定して異常検出する。

また抵抗35がある値である時、つまりセンサ30の絶縁が
劣下したり、他の回路、例えば抵抗32を通してショート
した場合には、接点ａに接続時は、抵抗35が小さい程第
２図edに近づき、着火検知が困難な方向になる。また接
点ｂに接続時も絶縁劣下を検知し易い方向に作用し、い
ずれにおいても安全側に作用する。

第４図でバーナ16とフレームロッドを逆にした回路構成
も考えられる。つまり第１図でフレームロッド17とバー
ナ16を入替え、バーナ16側をスイッチング回路部で正負
に切替える構成も同等の効果が得られる可能性を検証し
てみる。この場合は第４図でセンサ30が絶縁劣化したと
きには、フレームロッド17とバーナ16の絶縁劣化を検知
しにくい方向に移行する。例えばセンサ30が絶縁劣化し
たときには電位ecとegとの間に等価抵抗35が接続された
のと同じ状況になり、このために電源回路部９が正規の
電圧を確保できなくなり、不完全燃焼やバーナの失火の
判定不能になってしまう。最悪はセンサ30が機体と短絡
したときには電源回路部を短絡したことになり破損させ
る事になってしまい危険性が残る回路構成となる。

以上から第１図あるいは第３図の回路構成、つまりフレ
ームロッド17側をスイッチング回路部により正負に切替
える構成にする事がより安全性の高い燃焼検出回路を構
成できる。尚、本発明の構成以外に直流電源10をスイッ
チング回路で逆方向に切替接続する構成でも同様の効果
が得られる。

発明の効果 以上説明したように本発明の燃焼検出回路は次のような
効果を有する。

（１） フレームロッド17には直流電圧が印加されてい
るため、火炎電流の絶対値が検出可能となる。従って交
流印加による実効電流値を検出するよりも同電圧で大き
な電流出力が得られ信頼性が高い。

（２） スイッチング回路部の切替えによりフレームロ
ッドに逆電圧が印加され、火炎の整流特性の有無を判定
しフレームロッドの絶縁劣下を検知できるため、交流印
加方式と同等の高精度の絶縁劣下検出が可能となり安全
性が高い。

（３） 燃焼状態検知と絶縁劣下検知は外部回路からの
出力により任意の時に任意の検知に切替えられ、必要な
時に必要な信号が即検出できる。さらに出力はeoの電位
のみで判別可能であり、マイクロコンピュータへ入力し
て使用する場合は１つのA/D入力が良く簡単な回路構成
となる。

（４） 本発明の回路構成とすることによりフレームロ
ッドとバーナの絶縁劣化の検出以外に、他のセンサや回
路部品が機体との間で絶縁劣化した場合においても、バ
ーナの燃焼を停止させる方向に作用する構成であるため
に、安全性に非常が高いフェールセーフな燃焼検出回路
システムが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す燃焼検出回路の回路
図、第２図は同特性図、第３図は同他の実施例を示す回
路図、第４図は同動作を説明する模擬回路図、第５図は
従来例を示すバーナの構成図、第６図は同特性図、第７
図はフレームロッドに交流を印加した場合の特性図を示
す。 ９……電源回路部、10……直流電源、14……炎検知回路
部、15……炎電流検出抵抗、16……バーナ、17……フレ
ームロッド、18……スイッチング回路部、20……増幅回
路部、ea……基準電位、ec……直流電源のプラス電位、
eg……直流電源のマイナス電位、If……炎イオン電流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バーナの燃焼火炎に挿入され、前記バーナ
   との間の炎イオン電流により火炎の燃焼状態を検出する
   フレームロッドと、直流電源とこの直流電源を分圧して
   基準電位を得る構成の電源回路部と、前記基準電位から
   炎電流検出抵抗を介して前記バーナに接続された炎検知
   回路部と、前記フレームロッドに接続され外部の制御信
   号に応じて前記フレームロッドに印加する電位を前記直
   流電源のプラス電位とマイナス電位に切替えるスイッチ
   ング回路と、前記炎電流検出抵抗の両端の電位を増幅す
   る増幅回路部とからなる燃焼検出回路。