JPS6139564B2

JPS6139564B2 -

Info

Publication number: JPS6139564B2
Application number: JP5225777A
Authority: JP
Inventors: Yoshuki Adachi; Hiroshi Horii; Takeo Yuda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-05-06
Filing date: 1977-05-06
Publication date: 1986-09-04
Also published as: JPS53137429A

Description

【発明の詳細な説明】従来、燃焼炎検知素子に熱電対を用いたものと
して、ガス瞬間湯沸器、ガス風呂釜、ガスストー
ブなどに使用されている押し回し安全弁方式があ
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、着火によつて
生じる燃焼炎で加熱される熱電対で電磁石を動作
させ、前記電磁石と係動するように構成された弁
を開位置に保持吸着させる構成である。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、燃料弁点火器、タイヤ等の
燃焼制御部品を制御するものである。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
駆動する方式の為、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。従つて、
燃焼検知素子の熱容量、すなわち熱時定数が大き
くなるため、応答性が問題となり、燃料に着火し
ても熱電対が十分加熱されるまで押ボタンの押圧
を継続しな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十分冷却されるまで燃料
が流れ出し、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、cds、サーミスタなどで検知する方法も
あるが、cds、サーミスタの部品故障時特に着火
検知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、燃焼炎を検知する燃焼
検出素子の出力電圧を増幅すると共に、発振器の
交流成分を燃焼検出素子の出力を打消す方向に重
畳させ、発振周波数で作動する増幅回路及び電力
増幅回路に係動して燃料弁を駆動することにより
従来の燃料弁直接駆動形の燃焼安全装置に比べ、
高速化が計れ、しかも安全性、フエールセーフ
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ずいて説明す
る。第１図において、１は電源、２は運転スイツ
チ、３は電源回路、４は発振器、５は燃焼検知素
子、６は増幅器、７は増幅器６の増幅電圧を検知
すると共に、発振器４の発振周波数で作動する電
力増幅回路、８は結合コンデンサ、９は発振器４
の発振周波数を検出する燃料弁駆動部、１０は燃
料弁である。

運転スイツチ２はガスコツクと連動して作動す
るもので、別にコツク操作により種火に何らかの
方法で点火できるものとし、燃料弁本体も押圧保
持できる構成とする。

１１は電源回路３の変成器で低電圧端子１１ａ
と１１ｂを有する。１２と１３は半波整流用ダイ
オード、１４と１５はコンデンサ、１６と１７は
抵抗、１８と１９は定電圧ダイオードである。電
源回路３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。

２０は発振器４の一実施例である単安定マルチ
バイブレータ回路で、２１，２２，２３，２４の
抵抗、２５，２６のコンデンサ、２７，２８のト
ランジスタで構成し、抵抗２２とコンデンサ２５
及び抵抗２３とコンデンサ２６の時定数で定めら
れた発振周波数で発振する。２９は抵抗、３０は
トランジスタ、３１と３２は抵抗である。３３は
オペアンプ等の増幅素子で、電源端子３３ａ，３
３ｂ、入力端子３３ｃ，３３ｄ、出力端子３３ｅ
を持つ。３４は入力抵抗、３５は接地抵抗、３６
はゲイン設定用の抵抗である。増幅器６は上記部
品で構成され、熱電対等の燃焼検知素子５の入力
端子ＤとＥ及び増幅出力端子Ｆを有する。３７と
３８は抵抗、３９はトランジスタ、４０，４１，
４２，４３，４４は抵抗、４はダイオード、４６
と４７はトランジスタ、４８と４９は抵抗であ
り、上記部品で増幅器６の増幅電圧を検知すると
共に、発振器４の発振周波数で作動する電力増幅
回路７を構成する。８は結合コンデンサ、５０は
変成器、５１と５２は半波整流用ダイオード、５
３は平滑用コンデンサであり、燃料弁駆動部９は
上記部品で構成され燃料弁１０を構成する電磁石
５５の巻線５４への出力端子ＧとＨを有する。

次に動作の説明を行なう。

ガスコツクを操作することにより、運転スイツ
チ２がオンすると共に、種火への点火が圧電点火
または点火器等により点火される。また、電流は
運転スイツチ２を通り、電源回路３に加わる。電
源回路３は半波整流、平滑された端子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、これらが増幅器６の増幅素子３３の電源と
なる。また、端子Ａ，Ｂの電源が発振器４の電源
となり、無安定マルチバイブレータ回路２０が抵
抗２２とコンデンサ２５及び抵抗２３とコンデン
サ２６の時定数で定められた周期Ｔ≒0.7（抵抗
２２の抵抗値R₂₂×コンデンサ２５の容量値C₂₅＋
抵抗２３の抵抗値R₂₃×コンデンサ２６の容量値
C₂₆）でトランジスタ２７と２８が交互にオン・オ
フ状態を繰返す方形波の出力が得られる。無安定
マルチ２０の一方の出力をトランジスタ２８に設
けた抵抗２９を通してトランジスタ３０を無安定
マルチ２０の周期Ｔと同期させてオン・オフさせ
抵抗３１と３２を通して増幅し、増幅器６の入力
端子Ｆに直結する。

また、熱電対等の燃焼検知素子５が燃焼炎で加
熱されるため増幅器６の入力端子ＤとＥに第２図
の起電圧e₁が印加される。また、増幅器６の出力
端子Ｆには、第２図の入力電圧e₁に、増幅素子３
３の増幅率α，α≒抵抗３６の抵抗値Ｒ_３６／抵抗３４
の抵抗値Ｒ_３４を乗じた電圧e₂が、電源回路路３の出力端子Ｂを基準と
して表われる。この電圧を第３図に表わす。ここ
で、熱電対等の燃焼検知素子５の起電圧e₁は増幅
器６の入力端子ＤとＥには抵抗５６を通して入力
端子Ｄには電源回路３の出力端子Ｂを基準として
マイナス方向に印加する。入力端子Ｄ，Ｅにマイ
ナス方向に印加することにより、出力端子ＦにＢ
端子を基準としてプラス電圧が増幅される。いわ
ゆる反転増幅器のオペアンプ等の増幅端子３３を
用いる。

熱電対等の燃焼検知素子５の起電圧e₁が増幅器
６の出力端子Ｆで出力電圧e₂＝αe₁として増幅さ
れる。一方、発振器４の周期Ｔによる発振周波数
でオン・オフする方形波の電流が、抵抗３１，３
２，５６及び燃焼検知素子５を通して流れる。こ
こで抵抗３１，３２，５６の各々の抵抗値R₃₁，
R₃₂，R₅₆及び燃焼検知素子５の内部インピーダン
スR₅とした時、R₅₆の両端電圧e₃ e₃≒Ｒ_５６／Ｒ_３１＋Ｒ_３２＋Ｒ_５６＋Ｒ_５×電源電
圧（Ｖ_AB）で求められるe₃の方形波電圧を燃焼検知
素子５の起電圧e₁を打消す逆方向に、増幅器６の
入力端子Ｄ，Ｅに印加される。

ここで、増幅器最高出力電圧e_2naxは、燃焼検
知素子５の定常状態の入力起電圧e_1naxに増幅率
αを乗じたe_2nax＝αe_1naxに落ちつく。従つて、
起電圧e₁を打消す逆方向に印加する方形波電圧e₃
が起電圧e₁に逆方向に重畳されて第４図ａに示す
出力電圧e₂に重畳する方形波出力電圧e₄＝αe₃が
必らず基準端子Ｂよりマイナスになるようにe₃を
設定し、抵抗値R₃₁，R₃₂，R₅₆を設定するものと
する。

第４図ａに示すように増幅器の出力端子Ｆに
は、出力電圧e₂に方形波電圧e₄が逆方向に重畳さ
れて発生している。増幅器６の出力端子Ｆの電圧
が電力増幅回路７に印加され、出力電圧e₂が第４
図ｂに示すようなトランジスタ３９のベース・エ
ミツタ電圧Ｖ_BEになる時間t₁でバイアス電圧が印
加されトランジスタ３９がオンする。

ところが、発振器４の発振に基ずく周期Ｔの方
形波電圧e₄の時間τ_１で逆方向にバイアスされ、
トランジスタ３９がオフする。時間τ_２でオン、
τ_３でオフと交互に周期Ｔでオン・オフが繰返さ
れる。トランジスタ３９のオン・オフ動作に係動
して、トランジスタ３９のオン時、抵抗４０と４
１で設定されたバイアスがトランジスタ４６に加
わり、トランジスタ４６をオンせしめる。また、
トランジスタ３９がオフ時、抵抗４２，４３，４
４で設定されたバイアスが加わり、トランジスタ
４７をオンせしめる。ここでトランジスタ３９が
オン時に、トランジスタ４７へのバイアスがトラ
ンジスタ４７のＶ_BE以上にならぬよう、抵抗４及
びダイオード４５を通して電流を流し、トランジ
スタ４７のバイアス電圧をダイオード４５の順方
向電圧Ｖ_F＋トランジスタ３９のコレクタ・エミ
ツタ間飽和電圧Ｖ_CE（sat）の約1Vとし、トラン
ジスタ４７のバイアス電圧を制限し、トランジス
タ３９のオン・オフ動作に係動し、トランジスタ
４６と４７が交互にオン・オフ動作を繰返す電力
増幅回路７が構成されている。結合コンデンサ８
を介して、燃料弁駆動部９の変成器５０を接続す
ることにより、トランジスタ４６がオン時、結合
コンデンサ８を充電する方向に変成器５０に電流
を流し、トランジスタ４６がオフし、トランジス
タ４７がオンすることにより、結合コンデンサ８
に蓄えられた電荷を放電する方向に電流を変成器
５０に流す。従つて、結合コンデンサ８への充放
電円繰返すことにより、変成器５０に交流成分が
加えられる。変成器５０の二次側で全波整流、平
滑され、端子Ｇ，Ｈに直流電流が得られ、燃料弁
１０の電磁石５５の巻線５４に通電される。

巻線５４に通電されることにより、コツク操作
で押圧された燃料弁１０の電磁石５５が吸着保持
される。そこで、コツク操作でメーンバーナへの
通路を開くことにより、メーンバーナへ着火され
る。

そこで、変成器５０へ流れる電流波形は、一般
的に第５図ａに示すように流れる。結合コンデン
サ８の容量C₈と変成器５０の一次巻線のインダ
クタンスＬと内部抵抗Ｒと、抵抗４８及び４９の
R₄₈，R₄₉がトランジスタのオン・オフ動作によ
り、いわゆるLRC直列共振回路となり、LRC直
列共振回路の過渡現象として回路方程式として次
式、Ｌｄｉ／ｄｔ＋Ri＋１／Ｃ∫idt＝ｖ（ｔ）で与えら
れる。

この場合の電流ｉの波形を第５図ｂで示される
ように３種類の電流波形が考えられる。回路素子
の値を選定し、第５図ｂで示される３の振動的な
状態を設定し、トランジスタ４６と４７のオン・
オフ周期、すなわち発振器４の発振周波数を第５
図ｂの３の初期振動周波数t₂＝τ_１＝τ_２と合致
することにより、変成器５０には正弦波の交流電
流を得ることができ、変成器５０としての効率を
最大限発揮でき、大容量の電流を得ることができ
る。第５図ｃに波形を示す。

結合コンデンサ８を介して変成器５０は交流駆
動され、二次巻線出力から巻線５４へ通電され、
燃料弁１０を開成保持する。この状態を第６図に
示す。巻線５４が開成保持する時間は第４図の
ａ，ｂに示す着火からの時間ｔがｔ＝t₁とほぼ同
じである。

上記時間t₁の経過後、コツク操作で燃料弁１０
を開成保持し、メーンバーナへ着火し、正常運転
に入る。サーモスタツトなどでメーンバーナの制
御をすることができる。

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、燃焼検知素子５が冷却され、
第７図に示すように、熱起電力e₁が下降する。ま
た、増幅器６の出力電圧E₃も第８図に示すよう
に下降する。第８図に於ける増幅電圧e₂は第４図
ａと同様、方形波電圧e₃が逆方向に重畳された波
形である。時間ｔがｔ＝t₃で失火しｔ＝t₄までは
増幅電圧e₂がトランジスタ３９のベース・エミツ
タ電圧Ｖ_BE以上のため、発振器４に係動して巻線
５４に通電している。ｔ＝t₄を過ぎると、e₂＜Ｖ
_BEとなる為、トランジスタ３９はオフし、電力増
幅回路７の動作が停止し、巻線５４への通電を断
ち、燃料弁を閉成し燃料の供給は停止され安全が
確保される。

次に第１図に基ずく部品故障時の安全性、フエ
ールセーフ性の説明を行なう。

燃焼検知素子５の断線故障、短絡故障はいずれ
の場合も種火燃焼炎が発生しても第２図の熱起電
力E₁が発生しないため、増幅器６の増幅電圧e₂が
発生せず、トランジスタ３９がオフ状態を維持す
る。すなわち、発振器４の発振動作が生じない
為、燃料弁駆動部９には交流成分が印加されず、
巻線５４には電流が供給されない。次に増幅器６
が増幅電圧e₂を生じない故障は、上記燃焼検知素
子５の故障と同じパターンで巻線５４に電流は供
給されない。

また、増幅器６が増幅電圧e₂を生じるシヨート
故障の時、トランジスタ３９がオンするが、オン
状態を維持する為、発振器４の方形電圧e₃が出力
に重畳されても、トランジスタ３９がオン状態を
継続し、オン・オフ動作を発振器４の発振周波数
に係動して動作しないため、燃料弁駆動部９には
交流成分が印加されず、巻線５４には電流が供給
されない。また、発振器４に於けるスイツチング
素子（トランジスタ）の断線故障、短絡故障はい
ずれも発振系が成立せず、また、トランジスタ３
０の断線故障、短絡故障も同じパターンで、発振
系が成立しないので安全性が確保される。また、
燃料弁駆動部９を構成する部品についても、発振
交流成分を整流、平滑して巻線５４へ通電するた
め、ダイオード、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。

また、電力増幅回路７のダイオード、トランジ
スタなどの短絡、断線故障に対しても発振系が成
立しないので安全性を確保できる。

また、燃焼を停止したい場合は、コツク操作に
より、運転スイツチ２がオフされ、巻線５４への
通電が断たれ、燃料弁を閉じることが出来る。停
電時などの場合、電源がオフされるので巻線５４
への通電が瞬時に断たれ、燃料弁を閉じることが
できる。

このように本発明によれば次のような種々の効
果が期待できる。

(1) 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グ素子を
導通するとともに、発振器からの発振周波数に
係動する電力増幅回路を動作させ、燃料弁駆動
部に交流成分を印加することにより、あらゆる
部品故障に対する安全性、フエールセーフ性が
確保でき、生ガス流出等の事故が有り得ない極
めて安全性の高いものである。

(2) 発振器の発振周波数と結合コンデンサと変成
器の共振回路の周波数とを合致することによ
り、正弦波交流が得られ、変成器としての効率
を最大限に利用することができ、小型変成器で
大容量の電流を得ることができる。

(3) 熱電対を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
性が悪かつた。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うえ、
増幅器により出力電圧をアツプさせてスイツチ
ング素子を動作させる為、応答性を高速化する
ことができると共に、従来のような太線径の熱
電対が不要であり、内部インピーダンスに制限
がない為、検知素子と、燃焼安全装置の回路と
を分離し遠隔操作をすることができる。従つて
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。

(4) 実施例では燃焼検知素子として熱電対を用い
た例を示したが、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
るフレームロツドセンサーなどを用い、上記素
子をブリツ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る。しかも、
安全性及びフエールセーフ性が確保されるのも
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燃焼安全装置
の回路図、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、ｂはトランジスタの
Ｖ_BE波形図、第５図ａは変成器の電流波形図、ｂ
はRLC回路の電流波形図、ｃは変成器の電流波
形図、第６図は巻線印加波形図、第７図は燃焼検
知素子の失火時の出力波形図、第８図は同素子の
増幅電圧波形図である。５……燃焼検知素子、４……発振器、６……増
幅器、７……電力増幅回路、８……結合コンデン
サ、９……燃料弁駆動部。

Claims

【特許請求の範囲】１燃焼炎を検知する燃焼検知素子と、この燃焼
検知素子の出力を増幅する増幅器と、この増幅器
に燃焼検知素子の出力を打ち消す方向に交流成分
を重畳させる発振器と、増幅器の出力電圧により
発振器の発振周波数で作動する増幅回路と、この
増幅回路のオン時に一方のスイツチング素子を通
してコンデンサを充電し、オフ時にもう一方のス
イツチング素子を通してコンデンサの充電を放電
するように構成した電力増幅回路に変成器を結合
し、その二次側で直流成分を得るようにしてなる
燃焼弁駆動部とを備えてなることを特徴とする燃
焼安全装置。２前記増幅回路に於いては、結合コンデンサと
変成器とのLC共振の初期振動周波数と発振器の
発振周波数とを合致させ変成器に正弦波交流を得
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の燃焼安全装置。