JPS6071822A - 炎検出装置 - 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】 〔発明の分野〕 本発明は異なる２つの回転速度ｋＷする吸出しブロアを
用いｆｃ２−ステージのガλ燃焼型の炉の制御装置に関
する。

〔本発明の背景〕

ガス燃焼炉の効率？上げるため、２−ステージのガス弁
と吸出しブロアを用いた吸出しブロア型の炉（強制通風
型炉］が使用されている。この型の炉は住居の熱要求に
よくマツチした熱出力を供給するので、それ々りに古い
型の自然通風量の炉工９効率は工い。

住居の熱要求にマツチした熱會炉から供給させ↓うとし
て２−ステージのガス弁は異なる２つの流速（流量］で
動作するようにされ、また、吸出しブロアは異なる２つ
の速度で運転される。この型の装置は燃焼室内の圧力、
吸出しブロアの速度お工びガス弁への信号を含む多くの
パラメータ會検出して、ガス弁ｔ２−ステージ動作で制
御するための制御装置に↓す動作するようにされるもの
であった。この童の装置はマイクロコンピュータやマイ
クロプロセッサにエリ制御され、インテグレーテッド制
御装置として知られている。これらの装置に古い型の炉
制御装置工り効率は１いが、吸出しブロア型の装置につ
いてのある種の安全面の考慮が要求される。かかること
は古い自然通風型の装置においては重要でないものであ
る。

これらの安全面の考慮というのはガス弁が災際正常に機
能しているか、ガス漏れしていないか、吸出しブロアが
実際に適正な速度で動作しているか、更に、煙突がある
種の障害物に工って詰まつてしまっていないか否かとい
うようなことでおる。

〔本発明の要約〕

フレームロンドが炎検出手段として用いられる場合、フ
レームロンドはそれがバーナーの炎の外焔に置かれると
ユニークな信号出力音提供することがわかった。すなわ
ち、炎の強さは、バーナーを通る２欠空気、つまり、吸
出し空気の関数であるということである。通常、フレー
ムロンドは炎Ｑ円焔に配置され、ノ々−ナー自体に送ら
れるガスにＬ９誘起される１次空気で燃焼するガスに感
応する。

フレームロンドが８焔に置かれ、１次空気とガスとの混
合物に１って発生する炎に感応する従来の装置にあって
は、フレームロンドの出力信号は。

炉葡通る２次空気流量に工っては殆んどあるいは全熱変
動しない。

本発明においてはフレームロンドは外焔に置かれ、２次
空気に感応し、この空気流量に工って変わる出力信号を
提供する。フレームロンドが炎に感応するという基本的
な現象はよく知られているが、フレームロンドの２次空
気に対するレスポン３− スに以前は認められて酋ていない。

本発明に工れば、炉の完全な炎検出装置が提供され、か
つ、マイクロプロセッサやマイクロコンピュータペース
の電子制御により動作するインテグレーテッド制御装置
と共に開示される。

本発明に工れば、可変の燃料源と、１ｖｃお工び２欠字
気會バーナーに送る空気源を含む炉のバーナー全制御す
るための炎検出装置が提供される。

この装置は、ノ々−ナーが動作中のとき、バーナーの炎
の外焔に位置する↓うに置かれるフレームロンドと、電
圧源に工り付勢され、かつ、フレームロンドとバーナー
に接続されて、燃料流量ならびに２次空気流量に工って
変る炎整流検出信号會出力する炎検出回路手段と會含む
。

また５本発明によれば、可変の燃料源と１次お工び２欠
字気會バーナーに送る空気源會含む炉のノ々−す一會制
御するための炎検出装置が提供される。

この装置に、バーナーが動作中のとき、バーナーノ炎の
外焔に位置するように置かれるフレーム４− ロンドと、電圧源に工り付勢され、かつ、フレームロン
ドとバーナーに接続されて、燃料流量ならびに２次空気
流量によって変る炎整流検出信号を出力する炎検出回路
手段と、更に、この炎検出回路手段、前記の可変の燃料
源お工び空気源に接続され、前記の炎整流検出信号に応
答してノ々−ナー七制御する炉制御手段とｔ含む。

〔好ましい災施例の説明〕

第１図はインテグレーテッド制御装置に接続されたバー
ナーの概略外観図である。図において。

吸出し屋の炉１０はバーナー１１．リミツ“ト手段１２
、点火源１３お工び弁手段１４￥を含むものが示されて
いる。弁手段１４はガスすなわち燃時源１５に接続され
、バーナー１１に接続された出力１６を有する。ここで
、燃料はバーナー１１の取入口１７に空気？誘導し、バ
ーナーに１欠字気會生じさせる。

炉１６の煙突２０にはバーナー１０に吸出し空気を与え
る２−スピードのブロア２１が取付けられ、弁手段１４
が低燃料入力にセットされているときには炉に導びかれ
る空気會少くするため低速動作ケする。ブロア２１は高
速度ケも有し、ノマーナー１１に多量の燃料？送る弁手
段１４の弁開設定に対しては多量の空気流ｉ’ｔ−供給
する。

バーナー１１にはブラケット２３に１リフレームロツド
２２が取付けられる。バーナー１１とブラケット２３に
電気的に２４で炉にグランドされる。ブラケット２３そ
れ自体はフレームロッド２２から絶縁され、その結果フ
レームロッドはグランド２４とは電気的に独立している
。

第１図において、バーナー１１は８焔２５と外焔２６に
有するものが示されている。８焔２５は通常青色をした
炎で主としてパイプ１６會介して供給される燃料と取入
口１７會通って導入される空気との関数で、１次火炎と
呼ばれる。通常、従来装置においては、フレームロッド
を用いると自フレームロンドは８焔２５に置かれ、フレ
ームロッドの出力は外焔の炎の高さが変っても殆んど変
化しないままである。本発明においては、フレームロッ
ド２２は外焔２６に置かれ、この炎の強さは、燃料弁１
４孕介して供給される燃料量とブロア２１の速度とに従
って変わる。出力信号は導線３０に与えられ、この導線
は第３図のところで詳細に説明する出力信号ケ有する。

差当たシ導線３０のこの出力信号は外焔２６の高さ、す
なわち強さの関数でア夛、そして、この炎にブロア２１
の回転速度と弁手段１４の設定の関数であると理解して
いて十分である。

フレームロッドの導線３０は変圧器３２の２ｖｃ巻線３
１に接続される。この２次巻線３１に、端子３４と３５
にＬり任意の交流電源に１次巻線３３が接続されてなる
変圧器３２の一部である。２次巻線３１は電圧降下用抵
抗３６とダイオード３７會介して抵抗４０に接続され、
次いで、電気的にグランド２４に接続されてなるグラン
ド４１に接続される。電荷蓄積用コンデンサ４２は抵抗
４゜に並列接続され、導線３０からの炎整流信号は積分
されて端子４３と４４間に炎信号として出力される。ダ
イオード３７はフレームロッドカラの電流の流れ方向？
特徴づけ、コンデンサ４２ＷＩ−流れ７− する加算電流はある極性符号によって表わされることが
知れよう。また、ダイオード３７は回路の動作にとって
基本的なものではなく使っても使わなくてもよいことは
理解できよう。フレームロッド２２に与えられる電力は
交流電圧源からのものとして示されているが、フレーム
ロッド２２とグランド４１間に直流源を用いることも可
能である。

しかしながら、直流源は、ある種の故障がインテグレー
テッド制御装置により検出できない点で安全機能が制限
を受ける。これについては後はど説明する。

端子４３および４４からの炎信号はインテグレーテッド
制御装置１ｔ？構成するマイクロプロセッサまたはマイ
クロコンピュータ４５に接続される。

インテグレーテッド制御架［４５は導線４６によｐ弁手
段１４に出力制御信号を与え、他方、リミット手段１２
から導線４７により情報を受ける。

リミット手段１２は温度リミット、圧力スイッチなどで
、これらは炉１０において、典型的なものである。更に
インテグレーテッド制御装置ｔ４５は、導線５０にブロ
ア２１を制御するための出力を有８− する。このイングレーテッド制御装置４５は部分的に示
されているに過ぎないがありふれた設計のものである。

このインテグレーテッド制御装置４５は、更に、サーモ
スタットやリミットや電源等からの制御信号のような他
の入力や出力を含むが、これらは本発明の理解のために
必要力ものとは考えられないので省略する。

第１図のフレームロッド２２の動作はここでは簡単に触
れ、詳しい説明は第３図と第４図のところで行う。フレ
ームロッド２２は外焔に置かれていることが理解されよ
う。外焔２６の強さは燃料弁１４により供給される燃料
量とブロア２１の速度の関数である。低速運転で、かつ
、弁１４が低設定の場合にはフレームロッド２２は、比
較的小さい電圧出力を導線３０に有する。燃料弁１４が
弁開度を大きくシ、ブロア２１が最高速度に設定される
と、導［３０上の出力電圧は大きく増大する。これらの
機能は、バーナの動作の質（良否）を検出するのに用い
ることができる。この質はまた安全性と係わる。なんと
なれば、バーナーの動は完全に開いているか、または、
ガス漏れして１いないかなどを表わし得るからである。

これらのすべての機能は炎電流がインテグレーテッド制
御装置４５の制御シーケンスと関連を有していることを
示している第３図のグラフのところで詳しく説明する。

第２図は、オプションのパイロットヲ有するバーナー装
置で、第１図の装置に付加されるものが示されている。

図において、変圧器３２は２次巻線３１と抵抗３６．コ
ンデンサ４２および炎信号出力電圧のための端子４３．
４４を再び有する。

この例においては電圧源もまた抵抗５１を介して端子５
０から与えられる。抵抗５２とオプションのダイオ−Ｆ
′５３は導線３０に接続される。導線３０は７レームロ
ツド２２（図示せず）に、また、更に導線５４ｔ−介し
てオプションのパイロット５６に設けられるフレームロ
ッド５５に接続される。

そして、ノぐイロット５６は点火源１３に関連して、あ
るいはバーナー１１の点火源１３に代って用いることが
できる。第２図に簡単に示しπオプションのノぐイロッ
ト５６の使用は本発明の一つの適用例で、パイロット５
６とパイロットフレームロッド５５に用いる装置にいか
に応用し得るかを示すものに過ぎない。

第３図は時間に対してプロットした４つの機能のグラフ
である。第１の機能に圧力スイッチのオン／オフ機能６
０で、これはリミット手段１２の１つに対応する。プロ
ットされた第２の機能は吸出しブロアの速度６１で、ブ
ロア２１の時間に対する状態が、オフの状態からプロッ
トされ、低速状態そして高速状態が示されている。第３
の機能はガス弁１４の状態６２で、オフの状態、低燃焼
位置ならびに高燃焼位置の状態がプロットされている。

プロットされている最後の機能は炎信号電圧６３で、こ
れは第１図のコンデンサ４２０両端子４３と４４で測定
されるのであるが、０■からおお工そ５■まで変化する
。これら６０．６１゜６２お工び６３のすべての機能は
６４で示す時間ニ対してプロットされており、炉１０の
スタートシーケンスで開始する。各シーケンスとそれら
の変化については、時間のベースラインに沿って。

これ全説明する。このシーケンスは時間に関し、各機能
が正常な状態にあるものが示され、これらに第１図のマ
イクロプロセッサやマイクロコンピュータ４５にＬつて
制御されている例である。第３図の説明文にエリ基本的
なところは自明であると思うので、　、ｃＣ関連の深い
幾つかの点についてのみ特に説明することとする。

スタートアップ時においては、圧力スイッチ信号６０．
吸出しブｐア速度信号６１．ガス弁償号６２および炎信
号電圧６３はすべて６５に示すように最小値にある。６
６で、プレノ臂−ジ、高速吸出しブロアお工び煙突の詰
りのチェックが圧力スイッチを用いて開始される。ここ
で、圧力が検出された場合、圧力スイッチはオフ（ある
いは低）状態からオン（あるいは高）状態に変わる。６
７で点火トライアルが行われる。これに工りガス弁機能
６２はフロアが正常に機能していることを示す空気圧の
存在下において、オフから低状態に移行する。この時点
で炎信号１圧６３ＵＯＶ出力から約５ｖに同って上昇し
始める。この夾施例装置においては、リセット・炎信号
レファレンステストレベル７０が確立される。このとき
ガス弁機能６２は開いて高状態になｐ、他方、圧力スイ
ッチ信号６０は高位置に、また、吸出しフロア信号６１
も高にある。このテスト状態７０では炎信号は５Ｖレベ
ルに近づく。

７１で炎信号はガス弁信号６２ｔ−高レベルから低レベ
ルに下げることに工っで検証される。このと色、炎信号
室ＥＥ６３は７２において少くとも０．３Ｖだけ下がり
、ガス弁状態に変化がめったととを示す。

７３で低燃焼状態にされると圧力スイッチ機能６０はオ
フ状態に降下し、吸出しフロアの速度６１は低に降下し
、ガス弁機能は低に降下する。この時点において、炎信
号電圧６３は７４で僅かに増加するかめるいは全熱増加
せず、以って、フレームロッド２２が適正な炎を検出し
ていることｔ示す、電圧が僅かに増加し几シ、全熱減少
しないことに工り吸出しブロアが低速設定状態にあるこ
とがわかる。

この７３における曲線中の破断によって示されるように
低燃焼状態が熱要求全満足させているなら、この燃焼状
態が維持される。この曲線中にたった１つ付加されるポ
イントを特に説明すると。

それは、ユニークなフレームロッドの置かれる位置と、
炎信号とがいかに炎の状態を検出するのに用いられ得る
かということである。炎信号電圧６３におけるこのポイ
ント７５で煙突２０が詰っているか否かのチェックがア
メリカガス協会（Ａｍｅｒ−１ｃａｎ　Ｇａｓ　Ａａｓ
ｏｏｉａｔｉｏｎ＋Ｌおよびアンダーライターズラゼラ
トリ（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔ＠ｒ’ｓ　Ｌａｂｏｒａｔｏ
ｒｉｅｓ　）のテスト要件全溝たすべく為される。！１
図に示すこの型式の装置においては煙突が詰ってい力い
ことを確認すべく、ある種のテストが行われる。しかも
このテストハ１通常、周期的に為される。この例におい
てに吸出しブロアの速度６１は高状態に増加され、圧力
スイッチ出力機能６０もまた高状態に上昇する。これと
同じ時間において、ガス弁機能６２は低レベル動作に維
持され、炎室圧６３は７５でほんの僅か降下しているの
が示されている。７５に訃けるこの僅かな降下は２次空
気量の変化上反映するもので、この炎室圧の減少はフレ
ームロッド２２によって検出される。７５でこの電圧の
変化がない場合には、煙突は詰っているか。

または部分的に詰っていることｔ示す。更に、特記され
るもう一つの点は、７５で示すように炎信号室Ｅ６３が
７６に示すように降下したならば。

吸出しブロアの速度ハ下がってしまってブロア故障全示
し、フレームロッド２２からの炎信号電圧は大幅に下が
り、不安定となるであろう。マイクロコンピュータまた
はマイクロプロセッサ制御装置４５はこれ全危険な状態
として検出し、適切に呼応する。第３図に示す制御シー
ケンスの残りの部分は前述の説明お工び第４図として続
くフローチャートと共にシーケンスの各部に付されてい
る説明文？みれば基本的に自明であると思われる。

第４図は第３図において説明した典型的なインテグレー
テッド制御装置の動作の７１：ｌ−チャートである。サ
ーモスタットは熱要求’Ｉｋ８０で出す。

すると、空気供給確認のため安全スタートチェック圧力
スイッチテストが８１で始まる。これに第１５− ３図の時間（タイムシーケンス）６４の開始に対応する
。第３図の６６に対応するプレパージ８２が行われ、次
いでガス弁１４Ｇ’１８３でチェックされ、リークして
いるか否かが調べられる。弁がリークしている場合には
炎信号カウントがそれ？検出する。弁がリークしている
と、リークしていないときのと異なる炎信号カウント（
Ｆ、Ｓ、）　’に有する。

８４で弁がリークしていると制御装置はこれ′ｆｒ：ｓ
断する。８５で弁がリークしていない場合には制御装置
は点火シーケンスの実行に移行し、これは第３図の６７
に対応する。８６で行われる点火により制御装置は８７
のアンチラスト（さび防止）サイクルに移る。このアン
チラストサイクルは炉温を上げることに工って、炉内に
生ずる凝縮に↓るダメージ（さび）を最小にするための
高燃焼サイクルである。

アンチラストサイクル８７が完了すると、制御装置は８
８に進み、第３図の炎信号電圧６３のレファレンス信号
レベル″’ｅ確立する。このレファレンス信号レベル會
設けることによυマイクロゾロ−１６− セッサ４５は装置が笑際正常に動作していることｔ判断
するのに用いる情報？得る。制御装置は次に８９に進み
低ガス（このとき空気は高空気にある）と１０秒遅廷に
移行する。９０で制御装置は高燃焼状態にあるのか低燃
焼状態にあるのかｔ確立すべく、低ガスと炎信号カウン
トの減少−炎信号アナログ／ディジタルカウント機能に
よるカウント可能値２２５カウントのうちの１６カウン
トだけのカウントの減少−の検証が行われる。９１で示
す機能８８．８９お工び９０は、弁１４の高ガス動作の
７エイルチエツクでおる。これに↓す、制御装置に高燃
焼動作または低燃焼動作に移行する前にガス弁１４の起
シ得る故障のチェックが行われる。

正常なシーケンスは制御装置が９２で低空気に移り、医
に、９３で、あるタイムリミツト内においてサーモスタ
ットが満足されずにそのタイムリミツ）ｋ超過し高燃焼
状態に移ることである。

久に、制御装置１”１１．９４で再び炎信号カウントを
比較することによって低空気供給異常チェックｔ行う、
そして、２５５カウントのうち４０カウントだけの増加
が判断ブロック９４のｙｅｓとＮｏの出力の限界線？示
す。・ 次に、フローはブロック９５に移る。このブロック９５
は、煙突の詰りチェックで、このチェックは５分毎に行
われ、破線９６で示す工うに煙突の詰Ｊ）ｔ＊は高ガス
位置故障のチェックの一部會構成する。９５の煙突の詰
りチェックの後は炎のレファレンスレベルが９７で再び
確立される。９８で高空気がセットされ、かつ、検証さ
れ更に１０秒遅延が９９で与えられる。ブロック１００
で前記２５５カウントのうち４カウントの減少が生じた
か否かが調べられる。４カウントの減少工す少ない場合
は煙突に詰りかなく制御装置は高燃焼に移行できる。

高燃焼状態に１０１に集められ、高空気への移行を示す
１０２のブロックへと続き、１０３で高空気がチェック
される。圧力スイッチのチェックに工り高空気が達成さ
れたか否かがわかる。１０４で弁１４の開成にニジ高ガ
スが行われる。制御装置は１０５まで動作全続行し、サ
ーモスタッ）８０が満足されると、制御装置はシャット
ダウンする。

基本的に第４図のフローチャートはこれでみれば自ずと
わかり、それ以上の特別な説明は必要ない。第３図のグ
ラフと併せて第４図のフローチャーとｔ見れば炉１０の
インテグレーテッド制御装置がマイクロコンピュータ４
５により如何に機能するかの完全な説明が得られよう。

そして、マイクロコンピュータにおいてはフレームロッ
ド２２からの炎信号が各要素上制御するキーの１つとな
っている。

本願はフレームロッドがバーナーの外焔に置かれ、かつ
、１次空気と２次空気の供給を受けるノ々−す−の炎の
２次的な特性に感応するというユニークなフレームロッ
ド検出装置の１つの特別な例を示した。フレームロッド
２２は導線３ｏに成る信号全出力し、この信号は２次燃
焼窒気とその空気の変化の表示として機能する。この種
の変化はバーナー火炎の主要部（８焔）−取入口１７で
ノ々−ナーに導かれる１次空気によってのみ与えられ１
９− る−においては測定可能なレベルとして生じない。

第３図および第４図に開示し７’（特定のシーケンスは
吸出しブロアのインテグレーテッド制御装置の典型的な
シーケンスで、本発明の５！施に関する駆足ｒ形成する
ものでは決してない。

本発明は種々の異ったシーケンスでバーチ−を動作する
ように為すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図にインテグレーテッド制御装置に接続されるバー
ナーの概略図、 第２図はオプションの）々イロッｌＦ−含む／々−ナー
装置を示す図。 第３図は時間に対する制御装置の４つの機能のグラフ、 第４図に第３図の典型的なインテグレーテッド制御装置
の動作のフローチャートである。 １０：炉、１１：バーナー、１２：リミット手段。 １３：点火源、１４：弁手段、２０：煙突、２１ニブロ
ア、２２：フレームロッド、２５　：ＦＦ３焔、２６：
外焔、 ２０− ４５：インテグレーテッド制御装置。 ５５：パイロットフレーム皇ツド。 ５６：オプションのパイロット。 特許出願人　ハネウェル・インコーポレーテッド代理人
　弁理士　松　下　義　治

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　可変の燃料源と１次および２欠字気ｔバーナー
   に送る空気源を含む炉のバーナーを制御するための炎検
   出装置であって、 前記バーナーが動作中のと！、前前記−ナーの炎の外焔
   に位置する工うに置かれるフレームロッドと。 電圧源に工り付勢され、かつ、前記フレームロッドと前
   記バーナーとに接続されて燃料流量ならびに２ｖ＜空気
   流量によって変る炎整流検出信号會出力する炎検出回路
   手段とｔ含む炎検出装置。
2. （２）　可変の燃料源と１次および２欠字気ケバーナー
   に送る空気源を含む炉のバーナー會制御するための炎検
   出装置であって、 前記バーナーが動作中のと色、前記バーナーの炎の外焔
   に位置するように置かれるフレームロッドと、 電圧源に↓９付勢され、かつ、前記フレームロッドと前
   記バーナーとに接続されて燃料流量ならびに２次空気流
   量に１って変る炎整流検出信号七出力する炎検出回路手
   段と、前記炎検出回路手段、前記可変の燃料源。 訃工び前記空気源に接続され、前記炎整流検出信号に応
   答して前記ノ々−ナーを制御する炉制御手段とを含む炎
   検出装置。