JPS5824724A - フェイルセイフ・デジタル燃料バ−ナ制御装置 - 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】 本発明はフェイルセイフ・デジタル部将バーナ制御装置
に関する。

近年の燃料、特に天然ガスの価格の高騰により、ｆＸ燃
料バーナの作動方法が変ってきた。天然がスが比較的低
価格であった当時は、空間を加熱するのに用いられる多
くのガス機器のΔイロ、ト・バーナは連続的にΔイロッ
ト・ガスの燃焼ヲ行ない、サーモカップルなどの簡単な
熱応答安全器具によってその燃焼が監視されていた。こ
の種のバーナ方式は一般に定置ノ４イロヅト式バーナ装
置と呼ばれている。

定置・譬イロヅト式Δ−す装置は少量の燃料を連続的に
使用するが、高信頼性を立証された安価な点火方式であ
る。天然ガスの急速な価格上昇が現われたために、定置
Δイロット式バーナ装置の使用は経済的に問題と表うて
きた。成る地域では、定置ノ譬イロット式ｔ＋−す装置
、の新設を規制するようＫなっている。定置Δイロット
式バーナ装置に代るものとして、新しい電子制御形で、
がっス１４−り点火形／譬イロヅト式Δ−す装置が一般
的になってきた。これらの新形Δイロット式バーナ装置
は、・母イロットリーナから流出する天然ガスを点火す
るために、通常はスノーク発生器を用い石。

天然ガスが一度点火されると、次いでノ譬イロット・バ
ーナは主バーナを点火するのに用いられる。・譬イロッ
ト・フレームの監視は、周知のフレーム整流検出方式な
どによシ、通常は行なわれる。フレーム整流検出方式に
於ては、フレーム・ロッドとノ譬イロット・／童−すと
の間に電圧が印加され、フレームを含む回路を流れる電
流の変化によってフレームの存在の有無を検出すること
ができる。スパーク点火形／４イロ、トを有するバーナ
装置は一般にス・譬−りを発生させるために弛張発振器
を用い、かつａ４イロット・Δ−すと主バーナの制御を
行なうためにＳＣＲの如＠）ｙ’−）相半導体スイッチ
で制御されるリレーを用いる。これらの／童−、ナ装置
は、半導体スイッチを不適切にｒ−）する電気的ノイズ
や干渉の発生によって、誤動作を起こしやすい、スノ４
−り発生器はノイズの一次源であシ、半導体スイッチを
誤って？−）即ちトリゴーし、好ましくないし、場合に
よ、うては安全でないような動作をバーナ装置に起こさ
せることがある。この種の電気的ノイズの消去と、半導
体スイッチの安全動作の確保が、スΔ−り点火形Δイロ
、トを有するバーナ装置に於て、大きな課題となってい
る。

本発明の目的は、上述の課題を解決した新規なフェイル
セイフ・デジタル燃料Δ−す制御装置を提供することに
ある。

本発明の更に他の目的は、点火機能、ノ々イロヅト燃料
制御機能、及び主バーナ燃料制御機能の如き３つの別々
の燃料Δ−す機能を有する燃料バーナを動作させること
ができるフェイルセイフ燃料バーナ制御装置を提供する
ことにある。この燃料バーナ制御装置は、時間的に分離
された２つの異表るデジタル・クロック信号を用いて、
３つの燃料バーナ機能の制御をデジタル信号処理技術で
実現する６時間的に位相の異なる信号を少なくとも２種
類用いることＫよ如、ス／々−り発生源は主燃料弁を制
御するのに用いられる信号と時間的に分離された信号に
よって作動させられることが可能である。迷走電気的ノ
イズがΔ−す装置の動作をうつかシ危険な態様に陥らせ
るよう表ととも、本発明に於ては、殆んど生じない。

２つの時間的に分離された信号を用いることに加えて、
本発明燃料バーナ制御装置は、結合コンデンサを介して
？−）相半導体スイッチ手段のｒ−トを制御する信号源
として、回路の基準電位に対して負の電位を有する電力
供給手段を用いる。

半導体スイッチ手段は回路の基準電位に対して正の電源
で付勢されておシ、従ってこれらがターン・オンする唯
一の方法は、これらの？−）にコンデンサを介して結合
された・ぐルス回路を利用することである。この回路構
成によれば、半導体スイッチ手段のいずれか１つの？−
）に好ましくない電圧を印加するような制御回路内の故
障によって、半導体スイッチ手段の不都合な動作が阻止
される。

以下図面を用いて本発明の一実施例装置を説明する。

第１図は３つの別々の燃料バーナ機能を有する燃料バー
ナ装置を動作させる本発明の一実施例燃料／４−す制御
装置の回路図である。燃料バーナ制御装置ｌＯは一対の
電源端子８と１２を有する。

電源端子８と１２は通常の交流電源に接続されるもので
ある。電源端子８と１２には多重巻変圧器の形式の電力
変換器１３が接続される。電力変換器１３は一端をと、
−ズ９とスイッチ１５を経て電源端子８に、かつ他端を
直接電源端子１２に夫々接続された一次巻線１４を有し
、更に複数の巻線１６．１８及び２０とを有する０巻線
１４と１６は直列ＫＩＩ続され、直列回路の両端は２つ
の電圧φｌとφ２を提供する一対の端子１１と１２に夫
々接続される６図示の回路構成に於ては、２つの電圧φ
１とφ２は巻線１４と１６から得られ、かつ１８０度の
位相差で分離されている。

巻線１４と１６に加えて、巻４１１８は第１図の燃料バ
ーナ制御装置が接続されるべき燃料バーナ用の点火ス／
ダークを発生させるスミーク・ギャップ手段を形成する
一対の電極２３と２４の間に、炎検出動作を行なわせゐ
ための電圧を提供する。

この点に関しては、１９８０年１２月９日発行の米国特
許第４，２３８，１４８号明細書に十分開示されている
。変圧器巻線１７は弛張発振器形スミーク発生器として
図示のス／譬−り発生手段２６の一部である他の一次巻
線２５と共働する。スミ４−り発生手段２６は通常の鋼
−鉄変圧器を含み、リレーで付勢され為通常の形式の４
のでもよい、この回路の一部は、図示の弛張発振器手段
２６との関連で、後に詳述する１巻１／ｓ２０はその一
端を巻線１４の一端に接続され、その他端を弛張発振器
形スＩ４−り発生手段にダイ寸−ド３１を経て付勢電力
を供給する導線３０の一端に接続される。

導線２２上の電圧φ２は、電力供給素子３３、フィルタ
ー用Ｉイオード３４及びダイｔ−）’３５とから成る電
力供給手段３６に％し、−ズ３２を経て供給、される、
電力供給手段３６は基準電位点３７に対し負の１２Ｖの
電圧を提供する。電力供給手段３６の出力導線３８には
遅延手段４０の一端が、該遅延手段の他端には燃料バー
ナ制御回路手段４３の端子４３が夫々接続される。燃料
バーナ制御回路手段４３の詳細は後述する。端子４１は
燃料バーナ制御回路４３に遅延電力を供給し、かつ導線
３８は端子４２に直接接続されて燃料／４−す制御回路
手段の構成要素の動作電圧を供給する。

電圧φ２ｅＤ導１１１２２Ｆｉ１４　オー　）Ｐ４４、
抵に４５及びツェナー・メイｔ−ド４６とから成る回路
にも接続される。この回路はφ２′デジタル・クロック
手段としての端子４７を有するデジタル・クロック回路
を提供する。電圧φ１の導線１１は〆イオー）’５０、
抵抗５２及びツェナー・メイオーｒ５２とから成る回路
にも接続される。乙の回路はφ１′デジタル・クロック
手段としての端子５３を有するデジタル・クロック回路
を提供する。端子４７と５３に現われるデジタル・クロ
プクは印加交流電圧に比較して時間的に１８０度分離さ
れている。燃料バーナ制御回路手段４３内のデジタル・
ロジック素子のクロック回路φｌ′とφｒは上記φ１′
デジタル・クロック手段５３とφ２′デジタル・クロッ
ク手段４７に夫々接続される。

スａ４−り・ギャップ手段１９は電極２３と２４間に点
火ス／譬−りを発生させ、また該スミ譬−り・ギャップ
手段の炎検出手段の一部でもある。スΔ−り・ギヤ、デ
手段１９は巻４１１７と１８を経て炎信号フィルタ５５
に接続され、該−炎信号フィルタ５５は炎の存在の有無
を表わす炎信号を導線５６を経て、炎信号増幅器即ち炎
信号比較回路５７に提供する０代表的な、炎応答回路６
１は第２図回路との関連で詳細に開示されてシシ、後で
詳述する。

炎応答回路６１の出力端子は導＠６２を経て端子６３に
接続され、端子６３には炎の存在の有無を表わす信号が
現われる。炎の存在の有無を表わす信号はデジタル信号
で、Ｆとｔで夫々表示される。

導！Ｉ６２は炎消滅すセ、ト手段６４にも接続される。

該炎消滅すセ、ト手段６４は燃、料バーナ制御回路手段
４３内のデジタル回路の、リセｖ）端子に接続されるリ
セット信号端子６５を有する。

ｔで表示された炎信号は安全始動チェック・タイマー回
路手段６８を提供するデジタル・ロジック回路の端子６
６に与えられ、φｌ′クロック信号はそのクロック端子
６７に与えられる。安全始動チェック・タイマー回路手
段６８はどのような一般的なものでもよい、該タイマー
回路手段６８の出力信号は導線７０を経て、３個のデジ
タル・ｒ−）７１．７２及び７３の夫々の入力端子に与
えられる。デジタル・？−）７１の他の入力端子７４と
７５には炎信号ｔとクロ、り信号φ２′が夫々与えられ
る。　？−）　７１の出方端子は燃料バーナ制御回路手
段４３の第１出力手段である端子７６に接続される。

デジタル・ｒ−）　７２の他の入力端子にはクロック信
号φ２′が与えられ、その出力端子は燃料バーナ制御回
路手段４３の第２出力手段である端子７８に接続される
。

安全始動チェック・タイマ一手段６８は、そのりＷツク
端子８０と炎信号入力端子８１にクロック信号φ１′と
炎信号Ｆを夫々印加されたデジタル・ｒ−）　７３を制
御する。蚊？−）７Ｂは通常の回路構成の炎信号確認タ
イマー８２に出方信号を与える。該炎信号確認タイツ−
８２には炎安定化タイマー８３が接続される。１１炎安
定化タイマー８３は？−）端子８４と８Ｓにφｌ′クロ
、り手段が接続される。誼炎安定化タイマー８３の出方
？−）８６は、その出力端子を燃料バーナ制御回路手段
４３の第、３出力手段としての端子８７に接続する。

この炎安定化タイマー８３は複数の信号を比較して、適
切な時間経過後にφ】′クロ、り信号に応答した出力信
号を端子８７に提供するデジタル・タイマーである。炎
安定化タイツ一手段８３０回路構成は本発明に於て本質
的表ものではなく、安全形するいは冗長多構成のデジタ
ル・タイマーのいずれでも実現できる。唯一の要件は、
炎安定化タイマーは炎が検出された後に炎安定化時間を
提供すること、及びこれは入力端子８４と８５に与えら
れるデジタル・クロック信号φｌ′で制御されることで
ある。

燃料バーナ制御回路手段４３０３つの出力手段７６．７
８及び８７は、３つの半導体スイッチ手段９０．９１及
び９２に夫々接続される。これら半導体スイッチ手段は
ＳＣＲの如＠Ｉ’−）相半導体スイッチ９３．９４及び
９５を夫々含む、　８ＣＲ９３の？−）はコンデンサ９
６を経て出力手段７６に接続される＊　８０Ｒ９４の？
−）は云ンデンサ９７を経て出力手段７８に％また８０
Ｒ９Ｂのゲートはコンデンサ９Ｂを経て出力手段８７に
夫々接続される。

ＳＣＲ９３はコンデンサ１００とスミ譬−り発生手段２
６の変圧器巻線２５と共に弛張発振器形スミ譬−り発生
器を形成し、スΔ−り発生器として動作する。変圧器巻
線２５はスミ譬−り・ギャップ手段１９に接続された変
圧器巻線１７と結合しており、従って電極２３と２４間
にはスＩ４−りを発生させゐことができる。ス、ｅ　−
Ｊ発生手段２６は図示のものに限られず、例えばＳＣＲ
で制御されて、通常の鋼−鉄変圧器即ちピエゾエレクト
リーク・イグナイタを付勢するリレーで置換してもよ込
。

第１図のシステムは、電磁リレ一手段１０５を制御する
８ＣＲ９５のｒ−）Ｋ、出力手段８７を結合コンデンサ
９Ｂを経て接続するととｋよ）完結する。リレー１０Ｂ
は常閉接点１０６と常開接点１０７を制御し、主弁装置
１０８を付勢するのに用いられる。主弁装置１０８は本
発明回路装置で制御される第３のバーナ機能として機能
する。

リレー接点１０２，１０３．１０６及び１０７はφｌ電
源端子１１から付勢され、他方、リレー接点ｌＯＳはφ
２電源端子２２から付勢されるので、複数のＩ４−す制
御負荷は位相的に分離され、３つの分離された燃料バー
ナ機能が働かされる方法と調整がとれている。

次に第１図回路の動作について説明する。

端子１１．１２に電力が供給されると、電力供給手段３
６は導線３８に一１２Ｖの電圧を発生させ、燃料バーナ
制御回路手段４３に電力を供給する。これと同時に、遅
延手段４０が付勢され、燃料バーナ制御回路手段は約１
００ミリ秒の間リセダト状態に保持される。この１００
ｔす秒のリセット保持動作の後、燃料バーナ制御回路手
段内の回路はス／ダーク・ゼヤッデ手段１９に炎の存在
の有無のチェックを開始する。炎信号が検出されると、
燃料バーナ制御回路手段４３０回路は、炎信号が存在し
なくなるまで電気的鎖錠状ｌ１ｌＫ入る。

炎信号がもはや検出されなくなった時に該回路はりセッ
トされ、炎の存在の有無のチェックを再び行なう、炎信
号が検出されないときは、端子５３のφｌ′クロヅク・
Δルスが安全始動チェック・タイマ６Ｂに印加される。

この時間間隔に炎信号が検出されない場合、該タイマは
タイムアウトさせられ、？−）７１と７２の入力端子は
導線７６と７８に出力・譬ルスを供給する。これら導線
７６と７８にはコンデンサ９６と９７が夫々結合され−
ている。導線７６と７８上の出力信号は電力供給手段３
６が負電源のために負であるが、結合コンデンサ９６と
９７を夫々経て、８（Ｊ　９３と９４をそれぞれ導通状
態にするような？−）信号となり得る。　８ＣＲ９３の
導通により、弛張発振器形スミ譬−り点火器２６はコン
デンサ１００を一次壱纏２５を経て周期的に放電させて
スミーク電圧を発生させ、かつこの電圧を変圧器二次巻
線１７に結合させ、これＫよって電極２３と２４の間に
スミークを発生させる。　ＳＣＲ９３の導通と同時Ｋ　
、　ＩＩＣＩＩ　９４も導通し始め、リレー１０１を付
勢して接点１０２と１０３を閉成させる。するとノ譬イ
ロット弁手段１０４が付勢され、ノ譬イロｔト・Δ−す
にｆスが供給される。

スＩ４−り・ギャップ手段１９のスミ譬−クカ・譬イロ
、ト・ガスに点火すると、この点火は炎信号比較器５７
と炎応答回路６１により検出され、端子６３に炎信号出
力Ｆを発生させる。端子６３の信号は反転させられた後
端子７４に結合され、ゲート７１は炎の存在しない場合
にターン・オフさせられ、導線７６上の出力は消滅し、
８ＣＲ９３はスー々−りを供給するのを止める。端子６
３の信号は端子８１にも結合され、ゲート７３は開いて
炎信号存在確認タイマ８２を始動させ、スミｌ−りが止
んだ時に炎が実際に存在しているか否かを決める。

この時間間隔は点火スΔ−りの存在なしに炎信号をチェ
ックする。もし炎信号がこの時間間隔を通して検出され
ると、φｌ′クロック信号が炎安定化タイマ８３に？−
）を経て印ｉされる。炎安定化タイマ８３の作動後、？
−）８６が作動化させられ、導線８７上に出力が発生し
、こや出力は結合コンデンサ９Ｂを経てＢＣＲ９５に印
加される。

これＫよってリレー１０５は端子２２のφ２電圧で付勢
され、そのリレー接点１０６を開き、かつ主弁用接点１
０７を閉じて主弁１°０８を付勢する。

主弁１０Ｂの付勢によシ主、ｐ４−すが付勢され、主バ
ーナはＩ４イロット・Δ−すで点火される。もし炎が消
滅すると、これは直ちにスＩ譬−り・ａｆヤツデ装置１
９によシ検出され、スミ々−り発生装置２６が再作動さ
せられる。

本発明の構成によれば、相互に時間を分離された出力を
有する２個のデジタル・クロック手段を用いたデジタル
回路信号処理装置によって、３つの別々のバーナ機能が
動作させられる。このため、半導体スイッチ手段９０．
９１及び９２の動作は時間的に分離される。第１図回路
によシ発生させるか、または電子機器の作動する環境中
で得られるノイズ信号が、該回路の安全でない状態を弓
１き起こすような回路部分をうつか）作動させるような
ことを防止する。Ａイロット弁１０４と主弁１０８をφ
ｌ端子１１から、リレー１０５をφ２爆子２２から付勢
すｂことによって、これらの動作時間を分離し、装置の
うつかヤ動作を阻止することができる。また、本発明装
置に於て、コンデ７＋９６．９７及び９Ｂのいずれ力１
力（短絡し、関連する８ＣＨの？−）に直接結合された
場合、その？−）に印加される電圧は回路の接地電位に
対して負であるので、該８ＣＲは決して導通しない・な
ぜなら、８０Ｒはその？−）に正の電圧を印カロしなけ
れば導通しないからである。このような回路構成である
ために、装置内のうつかり故障は分離され、出力負荷を
安全でない態様で動作させることができない。

第２図は炎応答回路６１の詳細回路図である。

人力導線６０は直列接続のＣ−Ｄフリップ・フロッデノ
最初のフリップ・フロップ１１０に接続すれる。直列接
続のＣ−Ｄフリップ・フロップは１１０．１１１．１１
２，１１３．１１４．１．１５及び１１６である。Ｃ−
Ｄフリップ・フロップ１１０から１１５の６個のフリッ
プ・フロップはφｌ′クロックを夫々のクロック端子に
印加され、またそのソース端子には電源端子４２から負
電圧が供給される。Ｃ−Ｄフリップ・フロップ１１．６
は端子６２に炎応答回路の出力を提供する。ノア・ｒ　
−）　１２１とｔ丁・デート１２２はリセット機能を提
供する。この回路は、６９　Ｈｕの信号がφｌ′クロ雫
り端子に印加された場合、デジタル信号を８３．３ミリ
秒から９９，９１り秒に遅延させる。この回路は炎信号
の検出に遅延を提供するが、入力信号が少なくとも８３
．３ｔり秒の間、一定レベルに留まっていなければ、状
態の変化を起こさせない、この炎検出回路手段６１は、
デジタル・ロジックの実行部分の一手段の一例として、
詳細に開示された。

燃料バーナ制御回路手段４３に含まれるデジタル・ロジ
ックは種々の手段で実現でき、また本発明の要部ではな
い０本発明は３つの異なった燃料バーナ機能をｒ−）回
路を一付勢または制御するための手段として、相互に時
間的に分離されたクロック・Ｉ４ルス出力を有する２つ
のデジタル・クロック手段を利用するアイデアを特に含
む０本発明はさらに、３個の出力半導体スイＶチ手段へ
の入力として正の電位を用いるけれども、デジタル・負
の電位を用いるというアイデアを含む、デジタル・ロジ
ックと半導体スイッチ手段との間に結合コンデンサを用
いるととＫよシ、デジタル・ロジック内の故障が半導体
スイψチ手段のいずれをも、うつかり点弧をもたらすよ
うなことがない、さらにまた、結合コンデンサのいずれ
かの故障が、安全でない状態をもたらすことも無い。

【図面の簡単な説明】

１１１図は本発明の一実施例装置の回路図である。 第２図は第１図回路の炎応答回路６１の詳細を示す図で
ある。 ８．１２：電源端子、１３：電力変換手段、１９：スミ
譬−り・ギャッｆ手段、２６　ニス７４−り発生手段、
３６：電力供給手段、４３：燃料バーナ制御回路、５５
：炎信号フィルタ、５７：炎検出回路手段、６１：゛炎
志答回路、６４：炎消滅リセット手段、６８：安全始動
チェック・タイマー回路手段、７６：出力手段、７８：
出力手段、８ｚ：炎信号確認タイマー、８３：炎安定化
タイマー、８７：出力手段、９０．９１．９２：ゲート
相半導体スイ、チ手段、９６．９７．９８：結合コンデ
ンサ、１０４：Ｉ譬イロット弁、１０８：主弁、φ１．
−２＝電圧変換手段の出力電圧、φｌ′、φｚ′；デジ
タル・クロ、り信号、Ｆ、Ｆ：炎信号。 特許出願人　　ハネウェル・インコーｆレーテ、ド代理
人弁理士松下義治

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電源に接続され為電源端子、該電源端子から交流電
   圧を受は入れ、相互に位相的に分離された少なくとも２
   つの出力電圧を含む複数の出力電圧を発生させる電力変
   換手段、該電力変換手段の第１の出力電圧を受は入れて
   、装置の基準電位に対して負の出力電圧を発生す為電力
   供給手段、上記電力変換手段の２つの出力電圧を夫々の
   入力端子に受は入れ、相互に時間的に分離されたデジタ
   ル・クロヅクノタルスを夫々の出力端子に発生させる２
   個のデジタル・クロック手段、燃料バーナ用と炎検出用
   の点火ス／４−りを発生させるスノ々−り・イヤツブ手
   段、該スノ臂−り・ギャップ手段に接、続されて炎の存
   在の有無を検出する燃料バーナ制御回路手段であって、
   デジタル信号処通手段を含みかつ上記電力供給手段で付
   勢畜れ、上記２個のデジタル・クロ、り手段に接続され
   て該クロック手段に応答してデジタル信号を処理し、さ
   らに、３個の出力手段を含み、その第１と第２の出力手
   段を上記デジタル・クロック手段の第１のデジタル・ク
   ロックで、かつその第３の出力手段を第２のデジタル・
   クロ、りで夫々クリックされる燃料ノ（−す制御回路手
   段、及び３つの燃料−々−す機能の別々の１つの機能を
   制御するように接続された３個のｒ−）付半導体スイッ
   チ手段であって、夫々が上記基準電位に対して正の電圧
   で付勢され、夫々の？−）は上記燃料バーナ制御手段の
   出力手段に接続されて、上記２個のデジタル・クロ、り
   手段によって時間的に分離されたデジタル信号で制御さ
   れる３個の？−）付半導体スイ、チ手段とから成るフェ
   イルセイフ・デジタル燃料バーナ制御装置