JPS5815693B2 - ネンシヨウアンゼンソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来、燃料炎検知センサに熱電対を用いたものとして、
ガス風呂釜、ガス瞬間湯沸器などに使用されている押し
廻し安全弁方式がある。

この方式は、押ボタン、つまみ等の押圧で弁が開き、燃
料に点火させると共に、着火によって生じる燃焼炎で加
熱される熱電対で電磁石を動作させ、前記電磁石と停動
するよう構成された弁を開位置に保持吸着させる構造で
ある。

また、他の方式として熱電対起電力で直接電磁リレーを
動作させ、その接点で燃料弁２点火器、タイマ等の燃焼
制御部品を制御するものもある。

これらの安全装置はいずれも熱電対で燃料弁等の負荷を
直接駆動する方式のため、太い素線径の材料で熱電対を
構成しないと弁駆動電流が得られない。

従って、燃焼検知素子の熱容量、すなわち熱時定数が大
きく々るため応答性が問題とな９、燃料に着火しても熱
電対が充分加熱されるまで押ボタンの押圧を継続し々け
れば弁を吸着保持できず、点火操作に手間どる問題があ
る。

また、燃焼中に風などで吹消えた場合も熱電対が充分冷
却されるまで燃料が流出し、ガス中毒、再点火時の爆発
事故などが発生する危険性を含んでいる。

また、太陽電池などの発電素子で燃焼炎を検知する方式
も考えられるが、電池パワーのみで弁を駆動するには電
池表面積が大きぐなり過ぎ実用できにくい。

また、Ｃｄ５１サーミスタなどで検出する方法もあるが
、ＣｄＳ、サーミスタの部品故障時、特に着火検出と同
じ信号を発生する故障があり、この状態で失火すると生
ガスが連続流出する極めて危険な事故が発生するなど多
くの問題を含んでいる。

本発明の意図する点は、燃焼炎の作用で起電力および抵
抗等が変化する熱起電力発生型燃焼検知素子の出力電圧
を検知増幅して発振を開始し、発振により生じる発振交
流成分を燃焼検知素子の出力に重畳させて発振系を構成
し、この発振に停動して燃焼弁を駆動することで従来の
燃料弁直接駆動形の燃焼検知素子に比べ小形、高速化が
計れ、しかも、安全性、フェールセーフ性、操作性の向
上を計ることにある。

以下本発明の実施例を図面に基すいて説明する。

第１図において、１は電源、２は運転スイッチ、３は点
火スイッチ、４は点火器、５は押し廻し安全弁本体、６
は第２燃料弁、７はサーモスタット、８は電源回路、９
は増幅器、１０は増幅器９の増幅電圧を検知して発振す
る発振器、１１は発振器１０の発振周波数を検出する燃
料弁駆動部である。

１３は主バーナ、１３ａはその炎、１４は種火バーナ、
１５はその炎、１６は点火器４の放電極、１７は燃焼検
知素子で例えば熱電対で種火１５で加熱される。

１８は安全弁本体５に内蔵される電磁石で、巻線２０を
もつ。

２１は可動鉄片であり、２２は燃料弁で、鉄片２１と連
動する。

２３は弁座、２４は圧縮コイルバネであり、弁２２を弁
座２３に押圧するものである。

２５は押ボタンであり、これにはロッド２６が固着され
、さらに、円筒形コック２７が連係している。

２８はコック２７の小穴であり、押ボタン２５を左へ９
０度押し廻すと上記小穴２８とパイプ２８ａが連通し、
種火バーナ１４に燃料が導かれる。

２９は大穴であり、押ボタン２５を上記位置から９０度
、すなわち、停止の初期位置から１８０度廻すと、この
大穴２９とパイプ２９ａが連通し、燃料が第２燃料弁６
に導かれる。

３０は圧縮バネである。３２は電源回路８のトランスで
、低電圧端子３２ａと３２ｂを有する。

３３と３４は半波整流用のダイオードである。

３５と３６は平滑コンデンサ、３７と３８は抵抗、３９
と４０は定電圧ダイオードである。

電源回路８は上記部品で構成され、出力端子Ｂを基準と
してプラス電圧端子Ａとマイナス電圧端子Ｃを有する。

４１はオペアンプ等の増幅素子で、電源端子４１ａ、４
１ｂ、入力端子４１Ｃ，４１ｄ、出力端子４１ｅを持つ
。

４２は入力抵抗、４３は接地抵抗、４４はゲイン設定用
の抵抗である。

増幅器９は上記部品で構成され、熱電対等の燃焼検知素
子１７の入力端子りとＥ、および増幅出力端子Ｆ、Ｇを
有する。

４９と５０は抵抗、５１はコンデンサ、５３はトランジ
スタ、５４と５５はダイオード、５６はコンデンサ、５
７は抵抗であり、上記部品で発振器１０を構成している
。

６０と６１は抵抗、６２はトランジスタ、６３はトラン
ス、６４はコンデンサ、６５は抵抗、６６は全波整流ダ
イオード、６７はコンデンサであり、燃料弁駆動部１１
は上記部品で構成され、燃料弁の巻線２０への出力端子
Ｈと■を有する。

次に動作の説明を行う。

押ボタン２５を「停止」位置から左へ９０度、すなわち
「種火点火」位置に押し廻すと、運転スイッチ２と点火
スイッチ３が閉じ点火器４が動作すると共に、押ボタン
２５に固着されたロッド２６の先端を介して弁２２が弁
座２３から離れ、かつ円筒形コック２Ｔの小穴２８とパ
イプ２８ａが連通ずる。

従って、燃料は入ロア０から入り、弁２２と弁座２３の
間を通や小穴２８を介して種火バーナ１４に流出し、放
電極１６で点火される。

また、電流は運転スイッチ２を通り、電源回路８に加わ
る。

電源回路８は半波整流、平滑され、端子Ａ。Ｂ、Ｃから
端子Ｂを基準とした端子Ａ、Ｃの２電源が得られ、これ
が増幅器９の増幅素子４１の電源となる。

熱電対等の燃焼検知素子１７が燃焼炎で加熱されるため
増幅器９０入力端子りとＥに第２図の起電圧ｅ１が印加
される。

また、増幅器９の出力端子ＧとＦには第２図の入力電圧
ｅ１に、増幅を乗じた電圧ｅ２が、電源回路８の出力端
子Ｂを基準として表われる。

この電圧を第３図に示す。第３図において時間１＝０で
着火し、増幅器９の出力端子Ｆの電圧ｅ２がトランジス
タ５３のベース、エミッタ電圧ＶＢＥに達する（時間１
＝１１）と、いままでオフであったトランジスタ５３が
オンする。

従って抵抗５７とダイオード５５を介してコンデンサ５
６に充電されていた電荷がトランジスタ５３、増幅器９
の入力端子Ｅ、熱電対１７、抵抗６９、増幅器９の入力
端子Ｄ、ダイオードシを介して放電する。

このコンデンサ５６の放電々流は燃焼検知素子１７の起
電力ｅ１に加算２重畳される極性に流している。

そのため増幅器９の出力電圧ｅ２は、第４図ａに示すよ
うに、時間ｔが１＝１１からｅ２１で示されるパルス（
コンデンサ５６の放電電流）電圧が重畳される。

なおパルス電圧ｅ２、の波高値ｅ２１′および立ち上り
、立ち下り波形はコンデンサ５６の容量値と熱電対１７
の内部インピーダンスおよび抵抗６９の値で決まる。

またパルス電圧ｅ２１の発生により発振器１０のトラン
ジスタ５３は抵抗４９を介してより深くバイアスされる
と共にコンデンサ５１はパルス電圧ｅ２１のピーク値（
ｅ２＋ｅ２１′）まで充電される。

そしてコンデンサ５６が放電を終了すると、パルス電圧
ｅ２１も減衰しｅ２１′＝０となり、増幅器９の出力電
圧ｅ２は定常の燃焼検知素子１７０人力ｅ１に増幅率ａ
を乗じたｅ２＝ａｅ１に落ちつく。

このとき、コンデンサ５１の電圧Ｖｃは増幅電圧ｅ２に
パルス電圧ｅ２１の波高値ｅ２、′を加えたＶｃ＝ｅ２
＋ｅ２１′の電圧が残留電圧Ｖｃ１として残っている。

しかるにトランジスタ５３のベース、エミッタ電圧ＶＢ
Ｅは下記電圧が逆方向に加わる。

ＶＢＥ＝Ｖｃ１−ｅ２＝（ｅ２１’＋ｅ２）−ｅ２＝ｅ
２１’この状態を第４図すのｅ２１′として示している
。

従って、トランジスタ５３は急激にオフする。

これにともない抵抗５７とダイオード５５を介シテコン
デンサ５６は充電され、次の放電に備える。

まだコンデンサ５１の残留電圧Ｖｃ１によりトランジス
タ５３のベース、エミッタ電圧は第４図すに示すように
ｅ２．′まで逆方向電圧が印加されるが、コンデンサの
残留電圧■ｃ１は抵抗４９を介して増幅電圧ｅまで放電
して行く。

そして、時間ｔがｔ＝ｔ２でトランジスタ５３の順方向
ベース、エミッタ電圧ＶＢＥに達し再度トランジスタ５
３はオンする。

トランジスタ５３がオンすることにより前記動作のくり
返し、すなわちコンデンサら６の電荷がトランジスタ５
３、熱電対１７を通って放電し、これにより増幅器出力
電圧Ｅ３が第４図ａで示す、ｅ２２のパルス電圧が重畳
され、トランジスタ５３はさらに順方向に深くバイアス
され、オンを継続し、その後コンデンサ５６の電荷が上
記ルートで放電完了する。

そして、コンデンサ５１の残留電圧Ｖｃ１が■ｃ１＝ｅ
＋ｅ２□′として残留するため、トランジスタ５３のベ
ース、エミッタ間が第４図すのｅ２□′で示す電圧まで
逆バイアスされ、トランジスタ５３がオフし、その後第
４図ａの増幅電圧ｅまで抵抗４９を介して放電して行き
時間ｔが１＝１３で、トランジスタ５３のベース、エミ
ッタ間の順方向電圧ＶＢＥに達し、再度トランジスタ５
３がオンする一連の動作を繰返すものである。

この状態を第４図ａ、ｂの時間ｔがｔ＝ｔｎの波形で示
している。

以上で詳述したように、着火後、時間ｔがｔ＝ｔ１に達
することで増幅器９の出力に交流成分が表われ、この交
流成分を増幅器９の出力端子Ｇからカップリングコンデ
ンサ６８を介して燃料弁駆動部１１に導き、燃料弁コイ
ル２０で弁２２を開成保持するものである。

燃料弁駆動部１１に交流成分が入力となるので、トラン
ジスタ６２はオン。

オフシ、トランス６３に流れた電流がコンデンサ６４に
チャージされ、トランジスタ６２がオフするとトランス
６３の一次巻線、抵抗６５を介してディスチャージして
トランス６３を交流で駆動する。

そして、トランス６３の２次巻線出力を全波ダイオード
６６とコンデンサ６７で整流平滑し、コイル２０に流し
弁を開成保持する。

この状態を第５図に示す。

コイル２０が開成保持する時間は第４図ａ、ｂに示す着
火からの時間ｔが１＝１１とほぼ同じである。

上記時間ｔ１の経過後、第１図に示す押ボタン２５を左
へさらに９０度廻す。

すなわち「停止」位置から１８０度廻すと、円筒コック
２７の大穴２９がバイブ２９ａと連通し、第２燃料弁６
の開成により主バーナ１３に燃料が噴出し着火され主バ
ーナ炎１３ａが生じ、正常運転に入る。

その後、サーモスタット７で温度の上昇、下降により主
バーナ１３のみが制御される。

次に燃焼中風など何らかの原因で時間ｔがｔ＝ｔ３で消
火した場合は燃焼検知素子１７が冷却され第６図に示す
ように熱起電力ｅ１が下降する。

まだ増幅器９の出力電圧Ｅ３も第７図に示すように下降
する。

第７図における増幅電圧ｅ２は第４図ａと同様パルスｅ
′２ｎが重畳された波形である。

時間ｔがｔ＝ｔ３で失火し、時間ｔが１＝１４までは増
幅電圧ｅ２が発振器１０のトランジスタ５３のベース、
エミッタ電圧ＶＢＥ以上のため、発振、すなわちパルス
ｅ２ｎ′が重畳され、コイル２ｏに通電している。

時間ｔが１＝１４を過ぎると、ｅ２〈ＶＢＥとがるため
、トランジスタ５３はオフし、発振動作を停止してコイ
ル２０への通電を断ち、燃料弁を閉じるので燃料の供給
は停止され安全が確保される。

以上が第１図の回路に基ずく一連の動作である。

第８図は本発明の一実施例である第１図の変形応用例で
ある。

第８相は第１図の発振器１０と燃料弁駆動部１１を共用
化したもので、第１図と第８図の同一機能部品は、同一
記号を付した。

第８図の燃料弁駆動部１１の抵抗５７．コンデンサ５６
゜ダイオード５４．５５は第１図の発振器１０を構成し
ている部品であり、上記部品は発振器１０のコンデンサ
５１と抵抗４９で定まる時定数で周期的にコンデンサ５
６の電荷を燃焼検知素子１７の起電力Ｅ１に重畳、放電
させ、増幅電圧ｅ２にパルス電圧ｅ２ｎ’を発生させる
ものである。

コイル２０への通電は発振器１０のトランジスタ５３０
周期的にオフする抵抗５７．コンデンサ５６．ダイオー
ド５５を通る微分電流をコンデンサ６７で積分しコイル
２０への励磁電源としている。

その他の動作は第１図と全く変るところがない。

次に第１図、第８図に基ずく部品故障時の安全性、フェ
ールセーフ性の説明を行う。

燃焼検知素子１７の断線故障、短絡故障はいずれの場合
も種火炎１５が発生しても第２図の熱起電力Ｅ１が発生
しないため増幅器９の増幅電圧ｅ２が発生せず、発振器
１０のトランジスタ５３はオフ状態を維持する。

すなわち、発振器１０が不動作のため、燃料弁駆動部１
１には発振交流成分が印加されずコイル２０へは電流が
供給されない。

次に増幅器９が増幅電圧ｅ２を生じない故障は上記燃焼
検知素子１７の故障と同じパターンでコイル２０に電流
は供給されない。

また増幅器９が増幅電圧ｅ２を生じるショート故障のと
き運転スイッチ２を投入すると、抵抗５７を介してコン
デンサ５６に充電される以前に増幅電圧ｅ２によりトラ
ンジスタ５３がオンするため、その後、種火に着火し熱
電対１７の起電力が発生してもトランジスタ５３はオン
状態を継続するため発振系が成立しない。

再度、記述すると、発振系が成立するのは運転スイッチ
２０投入後コンデンサ５６に充電後増幅器９の出力電圧
ｅ２が発生し、トランジスタ５３が導通する場合のみで
、この起動条件が揃わない限り、発振系は成立しない。

よって、増幅器９の故障時コイル２０への通電は行なわ
れず安全性が確保される。

さらに発振器１０を構成するいずれの部品の短絡、断線
故障に対しても発振系は成立しないので故障に対し安全
性が確保される。

また、燃料弁駆動部１１を構成する部品についても発振
交流成分を整流、平滑してコイル２０へ通電するためト
ランジスタ６２．抵抗、コンデンサなどの短絡、断線故
障に対しても安全性が確保できる。

次に第１図、第８図においてつまみ２５をさらに９０度
、すなわち、停止位置から１８０度まで廻すと、コック
２７の穴２９がパイプ２９ａと連通し、第２電磁弁６が
サーモスタツ）７により開成しているとき燃料が主バー
ナ１３に達して種火炎１５により主炎１３ａが確立する
。

以後、サーモスタツ）７で主バーナ炎１３ａが制御され
る。

また、燃焼を停止したい場合は、つまみ２５を停止位置
に戻すと円筒形コック２７により燃料が止まり、またス
イッチ２が開路するため電流も流れなくなる。

以上述べたように本発明によれば次のようなすぐれた効
果が得られるものである。

■ 運転スイッチ等の投入により、コンデンサに充電し
その後に生じる燃焼炎を検知する燃焼検知素子の出力電
圧を検出してトランジスタ等のスイツチンン素子を導通
し、前記コンデンサの電荷を燃焼検知素子を通して放電
して発振する燃焼検知素子からの電圧検知形発振系を構
成して燃料弁を駆動することで、燃焼検知素子を含むあ
らゆる部品故障の常時錯視が可能である。

すなわち従来の起動時のみ部品故障をチェックする定期
チェックシステムに比べ、本発明は常時透視形のだめ完
全にフェールセーフ化が達成でき、いかなる事故に対し
ても生ガス等の燃料流出事故は有りえず、極めて安全性
が高い。

■ 熱電対を熱起電力発生型燃焼検知素子に使用した場
合、従来方式は直接燃料弁を駆動する方式のため応答性
が悪かった。

これに対し本発明は燃焼検知素子として用い、直接燃料
弁を駆動しないので従来のような太線径の熱電対が不必
要である。

そのため熱電対の熱容量が下げられ、応答性は実用上無
視し得る程まで小さくすることが可能である。

よって着火応答、失火応答性が向上し、使い勝手、失火
時の生ガス流出時間の短縮など安全性の向上が計れる。

■ 実施例では燃焼検知素子として熱電対接用いた例を
説明したが、太陽電池等を使用しても全く同様の効果を
有する。

さらにＣｄＳ、サーミスタなどの感温素子、燃焼炎のイ
オン化現象を用いるフレームロッドセンサなどを用い、
上記素子をブリッジ回路等の一辺に接続して検知する場
合でも本発明の構成が利用でき、しかも熱起電力発生型
燃焼検知素子を含む制御系のフェールセーフが達成でき
るのは当然である。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は燃焼
検知素子の出力電圧波形図、第３図は増幅器の出力電圧
波形図、第４図ａは増幅器の出力電圧波形図、第４図す
はトランジスタのＶＢＥ波形図、第５図は出力電圧波形
図、第６図は燃焼検知素子の失火時の出力電圧波形図、
第７図は同素子の増幅電圧波形図、第８図は本発明の他
の実施例を示す回路図である。

９……増幅器、１０……発振器、１１……燃料弁駆動部
、１７……燃焼検知素子、２２……燃料弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 運転スイッチ等の投入により燃料が点火され、着火
   により生じる燃焼炎を検知する熱起電力発生型燃焼検知
   素子と、この熱起電力発生型燃焼検知素子の出力を増幅
   する増幅器と、増幅器の出力電圧を検知して発振を開始
   し、発振により生じる交流成分を上記熱起電力発生型燃
   焼検知素子に重畳させて自励発振する増幅電圧検知形の
   発振器と、発振器の発振周波数に停動し七燃料弁を制御
   する燃料弁駆動部を備えてなる燃焼安全装置。