JPH0730913B2 - 炎電流検出装置 - Google Patents

炎電流検出装置

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JPH0730913B2
JPH0730913B2 JP9374086A JP9374086A JPH0730913B2 JP H0730913 B2 JPH0730913 B2 JP H0730913B2 JP 9374086 A JP9374086 A JP 9374086A JP 9374086 A JP9374086 A JP 9374086A JP H0730913 B2 JPH0730913 B2 JP H0730913B2
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慶一 森
博久 今井
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/20Systems for controlling combustion with a time programme acting through electrical means, e.g. using time-delay relays

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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
出する安全装置に関するものである。
従来の技術 従来、燃焼機器は火炎の着火、失火や不完全燃焼を検出
して不安全な動作にならない安全装置が広く用いられ、
この種の燃焼状態を検出するセンサとして汎用的に使用
されているものがフレームロッドである。このセンサは
火炎の中に電極棒(ロッド)を挿入して、バーナとの間
あるいは電極棒の間に流れる炎イオン電流を検出するも
のである。
この動作を第5図および第6図を用いて説明する。第5
図はガスバーナの例で燃料ガスはノズル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との間に交流電
源7が印加され、火炎のイオン電流Ifを抵抗8で検出
し、コンデンサ9で平滑して検知信号を得る。ところで
火炎5には電流の整流作用があることが一般に知られて
いる。第6図にこの特性を示す。Aは印加交流電圧波
形、Bはこの時に流れる炎電流の波形を示す。炎電流は
フレームロッド6に、燃焼板3に電圧を印加した時
に多く流れ(X域)、逆方向に印加した時の電流が少な
い(Y域)。この電流Ifをコンデンサ9で平滑して直流
電流分If′を検知回路(図示せず)により検出して燃焼
状態を判定する。ここでフレームロッド6と燃焼板3と
の間の絶縁不良やすす等ショートされた場合を考える。
この時は電圧がどちらの方向に印加されても電流が流れ
整流特性がなくなる。従って平滑された電流If′は低下
するため、火炎による電流と絶縁不良を判別できるもの
である。しかし、この検知手段の欠点として第6図Bの
ように検知する電流値If′は実際に流れる電流Ifよりも
大幅に小さな値(1/5〜1/10)となり検知効率が悪いと
いう問題がある。
別の検知手段として特開昭59−145422号公報のようにフ
レームロッド6と燃焼板3に直流電圧を印加するものが
ある。この場合火炎電流Ifは直接検知電流となり検知効
率は交流印加するものよりも向上する。しかしこの場合
火炎とフレームロッドの絶縁不良との判別がつかず、絶
縁劣下した場合に火炎がなくても燃焼していると判定し
てしまう。
発明が解決しようとする問題点 これを解決するためにバーナの燃焼前に炎電流Ifを検知
して、この時に電流Ifが流れた場合は絶縁劣下と判断す
る手段が考えられる。ところがこの初期チエックを行な
う場合、低温でフレームロッド近傍が結露した時にこの
水分により炎電流Ifと同等の電流が流れるため、初期チ
エックでこれを検出して異常判定し、次の動作に移行し
なくなる。結露があってもバーナが燃焼すればその熱で
蒸発乾燥するために点火前に結露があってもバーナの燃
焼に移行しても問題はない。むしろ結露時に燃焼に移行
しなければいつまでも結露はなくならない。このため直
流電圧を印加するフレームロッド回路では燃焼前のチエ
ックはできないという問題点があった。
問題点を解決するための手段 本発明の炎電流検出装置は上記問題点を解決するため
に、バーナの燃焼火炎に挿入し、炎イオン電流により火
炎の燃焼状態を検出する一対の電極を有するフレームロ
ッドセンサと、このフレームロッドセンサの電極間に直
流電圧を印加する直流電源回路と、フレームロッドセン
サに流れる炎電流を計測する検知回路と、バーナの燃焼
中に検知回路の出力が予め定められた値にない時に異常
判定する燃焼異常判定部と、この出力によりバーナへの
燃料供給手段の動作を停止するリセット部と、バーナの
燃焼前に検知回路の出力を計測する初期チエック部を設
け、初期チエック部には一定時間計測するタイマと、タ
イマ終了時に検知回路の出力が予め定められた値にある
時に異常と判定し、リセット部に信号を出力する初期異
常判定部を有する構成とした。
作用 本発明は上記した構成によって、バーナの燃焼開始前に
炎電流の有無を判定してフレームロッドの絶縁不良を判
定するに際し、結露により炎電流と同等の出力が発生し
た場合に、定められた時間動作するタイマの動作以内に
結露が解消された場合は正常と判定し、タイマ終了時に
また炎電流がある場合には結露以外の原因、つまり絶縁
劣下あるいは検知回路の異常としてバーナの燃焼に移行
させないように動作する。
実施例 以下本発明の実施例を添付図にもとづいて説明してい
く。第1図は本発明の炎電流検出装置の一実施例を説明
するブロック図である。第1図では石油燃焼器に応用し
た例であり燃焼タンク10の燃料を燃料ポンプ11で吸引
し、気化混合器12で気化され、ファンモータ13から供給
される燃焼空気と混合され、バーナ14で燃焼する。これ
等の機能部品は燃焼シーケンス部15により定められたシ
ーケンスに従い駆動制御される。16はバーナ14の燃焼火
炎に挿入されたフレームロッドで、バーナ14とで一対の
電極としたフレームロッドセンサ17を構成している。こ
のフレームロッドセンサ17の一方の電極はバーナ14とは
別に設ける構成としても良い。直流電源回路18の両端に
フレームロッドセンサ17と検知回路19の検知抵抗20の直
列回路が接続されている。フレームロッドセンサ17に流
れる炎電流Ifは検知抵抗20の両端の電位差eaとして発生
し、ボルテージフォロア構成の演算増幅器21によりイン
ピーダンス変換され、電位eaと等しい電位ea′がA/D変
換回路22に入力され炎電流Ifを読み取る。バーナ14が燃
焼中はこの出力に応じて燃焼異常判定部23で異常を判定
し、異常が発生した場合は異常信号をリセット部24に出
力し、リセット部24は燃料ポンプ11の駆動部25へ燃焼停
止信号を出力する。第2図にバーナ14の空燃比mと炎電
流Ifの関係を示す。炎電流Ifの挙動は空気と燃料の比率
つまり空燃比mの値により第2図のように山形に変化す
る。今、バーナ14の設定空燃比mをV点に設計したとす
る。この場合、炎電流IfがIf1以下の場合はバーナ14が
失火したと判定する。また炎電流がIf2以上となれば空
気量不足で不完全燃焼の可能性がある。このため炎電流
IfがIf2>If>If1の間にある時に正常と判断する。また
バーナ14の設定空燃比がWの点にあるバーナを想定すれ
ば、炎電流がIf2以上で正常、If2以下で異常燃焼と判断
する。本発明では設定空燃比はいずれであっても限定さ
れることがないので、V点の空燃比で説明を続ける。
第2図で、もしバーナ14とフレームロッド16がカーボン
やその他の物で接触し、絶縁が劣下したとする。これに
よりバーナ14に火炎がなくても電流Ifは流れ、第2図の
If2>If>If1の条件が成立すれば正常に燃焼していると
判断し燃料を供給し続けるので非常に危険となる。この
ため、フレームロッド16の絶縁劣下を判定する何等かの
手段が必要となる。第1図の初期チエック部26でバーナ
14の燃焼前に炎電流Ifの有無を判定することによりフレ
ームロッドセンサ17の絶縁劣下を検知する構成としてい
る。
初期チエック部26のタイマ27は、燃焼器の運転開始スイ
ッチ(図示せず)をオンした時に動作開始し、予め定め
られた時間経過後に炎電流Ifがある場合はフレームロッ
ドセンサの絶縁不良と判断し、初期異常判定部28が異常
信号をリセット部24に出力する。運転スイッチオン後炎
電流Ifが零になった場合はタイマ27の終了を待たず燃焼
開始判定部29に正常信号を出力し、燃焼シーケンス部15
へ燃焼開始信号を送る。
第3図は運転スイッチオン直後の炎電流Ifの特性を示
す。第3図Aは正常時で、運転スイッチオン時炎電流If
がないため燃焼開始判定部29はシーケンス部15に燃焼開
始信号を出力し、通常のシーケンス動作(気化混合気12
の予熱やファンモータ13によるプリパージ等)を行なっ
た後、燃料ポンプ25をオンする信号を出力する。この時
同時に点火器(図示せず)も動作し、バーナ14に点火す
る。これによりフレームロッドセンサ17の電極間に炎イ
オンが発生し炎イオン電流Ifが流れ、正常燃焼を行な
う。
第3図Bは燃焼器を低温の部屋から急激に高温の部屋に
移動した場合等に空気中の水分が結露して、バーナ14の
周囲に付着する。これによりフレームロッド16とバーナ
14の間が水滴で導通されるとある電流Ifが流れる。この
時に異常判定してしまえば正常燃焼に移行せずに動作を
停止してしまうため、使い勝手が非常に悪くなる。結露
は時間と共に自然に蒸発して解消してしまうため第3図
Bのようにタイマ27の動作が終了するまでは異常判定を
しない構成としている。図で結露はX域で乾燥して炎電
流は零に戻ることがわかる。このためタイマの動作中に
電流Ifがしきい値If以下になった時点で正常判定し、燃
焼開始信号を出力する。以後は第3図Aと同様の動作と
なる。
第3図Cはフレームロッドセンサ17が絶縁不良を発生し
ている場合で、スイッチオンと同時に電流IfはIf1以上
出力されている。この時点ではBの結露との判断ができ
ない。タイマ27が終了時にまだ電流If>If1であるなら
ばこの時にフレームロッドセンサの絶縁不良と判定して
リセット部24に信号を出力し、次の動作に移行しない。
これは絶縁不良以外に検知回路19の故障の場合も判定で
きる。このように初期チエック機能とタイマとの組合せ
により炎電流検知回路の安全性を向上できるものであ
る。
第4図に上記の制御をマイクロコンピュータで実現した
場合のプログラムのフロー図を示す。図で第1図と同等
の作用をするフローに同一の番号を付した。
以上の実施例では、結露がない場合はタイマ27の動作に
無関係にすぐ燃焼シーケンスに移行し、結露があった場
合はこれが解消するとすぐに燃焼シーケンスに移行する
構成としているため、タイマ27を設けたことによりバー
ナ14の点火が遅くなり使い勝手が悪くなることはほとん
どなく、結露があった時のみ点火時間が長くなるのみで
ある。
タイマ時間は結露が解消するのに十分な時間に設定すれ
ば良く、燃焼器に応じて最適点に設定可能である。
また第1図の実施例に示すような気化式石油燃焼機器の
場合は第4図のフロー図に示すように、燃焼シーケンス
15を「運転スイッチオン」と同時に「気化器ヒーターオ
ン、燃焼用送風モータ(図示せず)オン」にする構成に
した事により、ヒーターの加熱により結露の解消時間を
短縮する事も容易である。
尚、実施例では石油燃焼器で説明したガス燃焼器でも同
様の効果が得られる。この場合は燃料ポンプ11の替りに
電磁弁を使用すれば良い。
発明の効果 以上のように本発明の炎電流検出装置によれば次の効果
が得られる。
(1)フレームロッドセンサに直流電圧を印加し、炎電
流Ifの絶対値を検出する構成であるため、従来の交流印
加する構成よりも検知効率が良く小さい炎電流の検知で
もS/N比の良好な状態で可能となる。
(2)バーナの燃焼前に電流Ifを検知してフレームロッ
ドセンサの絶縁不良を判定する初期チエック部を設け、
初期チエック部に一定時間Ifを検出して異常判定をしな
いためのタイマを設けた構成としたため、フレームロッ
ドセンサに結露が発生した場合に異常検出して誤ってリ
セットすることがなくなり使い勝手が向上する。
(3)これ等の構成によりバーナの異常燃焼や失火、フ
レームロッドの絶縁劣下、検知回路の故障等の各種の故
障モードを確実に検出でき安全性の高い炎電流検出装置
を簡単な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す炎電流検出装置のブロ
ック図、第2図は燃焼異常判定部の動作を説明する特性
図、第3図は初期チエック部の動作を説明する特性図、
第4図は本発明を実現するためのフロー図、第5図は従
来の炎電流検出装置を示す回路図、第6図はその特性図
である。 11……燃料ポンプ(燃焼供給手段)、14……バーナ(フ
レームロッドセンサの一方の電極)、15……燃焼シーケ
ンス部、16……フレームロッド(フレームロッドセンサ
の一方の電極)、17……フレームロッドセンサ、18……
直流電源回路、19……検知回路、23……燃焼異常判定
部、24……リセット部、26……初期チエック部、27……
タイマ、28……初期異常判定部、29……燃焼開始判定
部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バーナの燃焼火炎に挿入し、炎イオン電流
    により火炎の燃焼状態を検出する一対の電極を有するフ
    レームロッドセンサと、前記フレームロッドセンサの電
    極間に直流電圧を印加するす直流電源回路と、前記フレ
    ームロッドセンサに流れる電流を計測する検知回路と、
    前記バーナの燃焼中に前記検知回路の出力が予め定めら
    れた値にない時に異常判定する燃焼異常判定部と、前記
    燃焼異常判定部の出力により前記バーナへの燃料供給手
    段の動作を停止するリセット部と、前記バーナの燃焼前
    に前記検知回路の出力を計測する初期チエック部を有
    し、前記初期チエック部は、一定時間計測するタイマ
    と、前記タイマ終了時に前記検知回路の出力が予め定め
    られた値にある時に異常と判定し、前記リセット部に信
    号を出力する初期異常判定部とからなる炎電流検出装
    置。
  2. 【請求項2】初期チエック部は、タイマ動作終了前に検
    知回路の出力が正常信号が出力された時、予め定められ
    た燃焼シーケンスに従って燃焼を開始する燃焼シーケン
    ス部に燃焼開始信号を出力する燃焼開始判定部を有する
    構成とした特許請求の範囲第1項記載の炎電流検出装
    置。
JP9374086A 1986-04-23 1986-04-23 炎電流検出装置 Expired - Lifetime JPH0730913B2 (ja)

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