JPS62202933A - 燃焼検出回路 - 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】 産業上の利用分野 本発明はガヌ、石油等の燃焼装置の火炎の燃焼状態を検
出する燃焼検出回路に関するものである。

従来の技術 従来、ファンヒータ等の燃焼式暖房器は室内で燃焼する
ため、火炎の着火、失火および室内の酸素濃度の低下、
あるいは不完全燃焼の確実な検出を必要とする。この種
の検知センサとしてフレームロッドが広く使用されてい
る。このセンサは火炎のイオン電流を検出して燃焼状態
を検出するもので例えば実開昭５９−１４５４２２号公
報のようなものがある。この動作を第４図、第５図を用
いて説明する。燃料ガスはノズル１より流出し、混合管
２により空気を混合され、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Ｓ中に挿入
されたフレームロッドで、燃焼板３との間に直流電源７
が印加され、火炎のイオン電流１ｆを抵抗８の両端電位
で検出する構成である。空気中の酸素濃度とイオン電流
Ｉｆ、バーナより発生する一酸化炭素Ｃｏの特性を第５
図に示す。ここでコントローラ（図示せず）は、電流Ｉ
ｆが相対値で０．５以下の時は不着火、あるいは失火と
判断して燃料の供給を強制的に停止きせる。また、電流
Ｉｆが相対値で７以上の時には酸素不足による異常燃焼
と判断し、燃焼を強制的に停止する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような従来の構成ではバーナの不完
全燃焼や、着火、失火の検出は可能であるが、フレーム
ロッド６にカーボンが付着して燃焼板３と電気的に数メ
グオームの下抵抗で導通された時やロッド近傍の湿度が
上昇して絶縁抵抗が低下した場合には酸素濃度が高くて
も電流Ｉｆが７以上となる現象を示し、異常燃焼との区
別がつかなくなる。これを解決する従来の手段として直
流電源７に替えて交流を印加し、火炎の整流特性を利用
して検出する方法があった。第６図にこの特性を示す。

第６図でＡがフレームロッド６への印加電圧、Ｂが炎電
流特性を示す。火炎に流れる電流Ｉｆはロッド６に■、
燃焼板３にＯを印加した時に多く流れ、逆方向に印加し
た時には電流Ｉｆが非常に少なくなる整流特性があるこ
とが知られている。

コントローラはこの交流電流を平滑して直流分の電流Ｉ
ｆ’により燃焼状態を判定する。ここでロッド６にカー
ボンが付着してショートされると整流特性がなくなり平
滑電流Ｉｆ’は低下することを利用してロッド６のショ
ートを判別するものである。

しかしこの手段では電流Ｉｆ’が直流印加時の電流器よ
りも大幅に小さな値となり（１〜１）、検出回路が雑音
等の影響による誤検出を行なう可能性が有る。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明の燃焼検出回路は、
バーナの燃焼火炎に挿入されたフレームロッドとバーナ
との間の炎イオン電流により火炎の燃焼状態を検出する
構成において、直流電源とこの直流電源を分圧して得ら
れた基準電圧を有する電源回路部と、基準電圧から炎電
流検出抵抗を介してバーナに接続された炎検知回路部と
、フレームロッドに接続きれ外部の制御信号に応じてバ
ーナの電位を直流電源のプラス電位とマイナス電位に切
替えるスイッチング回路部と、炎電流検出抵抗の両端電
位を増幅する増幅回路部とからなる構成とした。

作　　　用 本発明は上記の構成により、着火、失火や不完全燃焼等
の燃焼状態のチェックはフレームロッドに■、バーナに
θ方向に電位を印加して行ない、フレームロッドとバー
ナとの絶縁劣下の検出はフレームロッドにθ、バーナに
ｅ電圧を印加するようにスイッチング回路により定期的
に切替えることにより両者共面流電圧の絶対値を直接検
出するという作用を有する。

実施例 以下、本発明の実施例を第１図から第３図を用いて説明
する。第１図は本発明の一実施例の燃焼検出回路を示す
回路図で、９は電源電圧ｅｃを供給する直流電源１０と
これを抵抗１１．１２で分圧して基準電位ｅａを得る電
源回路部である。１３は電位ｅｃ　＠ａを安定化するコ
ンデンサを示す。

１４は炎検知回路部で、基準電位ｅａから炎電流検出抵
抗１５を介してバーナ１６に接続されている。一方フレ
ームロッド１７はスイッチング回路部１８により直流電
源のマイナス電位ｅｇとプラス電位ｅ０に切り替え接点
１９に接続される。切替接点１９は外部信号（図示せず
）により定期的にバーナ１４の電位を切替える。増幅回
路部２０は炎電流検出抵抗１５の両端の電圧降下を増幅
して出力電圧ｅＱを得る増幅回路で、演算増幅器２１と
抵抗２２．２３により構成される非反転増幅回路である
。

次に回路動作を説明する。合接点１９が第１図の様にａ
側に接続されている時、火炎は第１図の等価回路（Ｍ）
の様に抵抗Ｒ４とダイオードＤｆを有する整流回路とな
るため、炎電流１１はプラス電圧ｅｃから接点ａ１フレ
ームロッド１７、Ｒ（。

Ｄｆ、バーナ１６、検知抵抗１５を通り基準電位ｅａに
流れる。（第１図矢印の方向）　以上により検知抵抗１
５の両端にはｅｂ：ｌ：　Ｉ（ＸＲ１５の電圧降下が発
生する。このため増幅回路部２０はこの電位ｅｂを増幅
して出力ｅ０を得る。第１図の回路構成では出力ｅ０は
次式になる。

ａ　ｏ　＝　ｅ’ａ　−（１＋’−”）　Ｘ　ｅ　ｂ今
、炎抵抗Ｒｆは第５図に説明したように火炎の燃焼状態
に応じて変化する。つまり、炎電流Ｉｆが変化し、出力
ｅ０が変化する。このため出力電位ｅ０の値により炎の
燃焼状態が判別できる。

接点１９がｂ側に接続された場合には、電流１ｉは基準
電位ｅ１から検知抵抗１５、バーナ１６、Ｄｆ、　Ｒｆ
、フレームロッド１７、接点すからマイナス電位ｅｇに
流れようとするが、火炎の等価回路が（Ｍ）の状態であ
るため、ダイオードＤｉが逆バイアスされｉはほとんど
流れない。以上から検知抵抗１５の電圧降下ｅｂはほと
んどＤｖとなり、出力＠６”＠＠となる。

しかし、この時フレームロッド１７とバーナ１６の間の
絶縁が劣下していると、等価回路は（Ｍ）と並列に（Ｎ
）の漏れ抵抗Ｒ１が接続された形となる。

この時には抵抗Ｒ１を通して炎電流ｉが図の矢印とは逆
方向に流れる。このため検知抵抗１５には電圧降下−ｅ
ｂが発生し、出力ｅ０は基準電位ｅａよりも低い値とな
る。第２図に炎電流Ｉｆと出力電位ｅ０の関ＣＱ示す。

図で第１図の矢印方向に流れる電流Ｉｌを＋Ｉｉ、逆方
向を−Ｉｆとして示し、Ｘ域は接点１９がａ側に、Ｙ域
はｂ側に接続された状態を示す。また図では基準電位ｅ
８と直流電源ｅｃの関係を９Ｂ　　２　　どした場合で
あるがこれ以外であってもよい。今火炎がない時、消火
している時はＩｆは零であるためＸ、Ｙ域共出力＋ＩＯ
＝＃ａとなる。バーナが燃焼すると火炎が発生し、Ｘ域
では電流Σ量が大きく流れ、０点Ｙ域ではほとんど流れ
ないＰ点になる。以上からＸ域で出力ｅｏが電位ｅｄ以
下であれば燃焼中、ａｄ以下では失火と判定できる。ま
た電位ｅ（以上であれば異常燃焼と判断して燃焼と停止
することも可能である。さらに電位ｅｌを常に保つよう
に空気量や燃料の量を制御する空燃比制御にも利用でき
る。

Ｙ域では電位ｅｈ以下になればフレームロッド１６とバ
ーナ１７の絶縁が劣下していると判断できるものである
。

以上の様に出力ｅ０処理のみで種々の制御信号として利
用可能となる。またこの時電位８ｆｉ以上になる事はな
く、もし電位ｅａ以上の時は検出回路が何等かの異常で
あると判別し、回路部分の異常を検出可能である。

Ｘ、Ｙ域の切替は外部信号により接点１９を切替えるの
みでよい。

第３図に別の実施例を示す。ここでは基準電位ｅａを定
電圧ダイオード２４と抵抗２５により安定化している。

これは直流電源１０の電位ｅｃが変化しても電流−１４
に影響しない。Ｘ域のＩｆの精度が必要な場合は抵抗２
５と定電圧ダイオード２４を逆に接続する、あるいは電
源１０を安定化してもよい。

第３図でスイッチング回路部１８は、演算増幅器２６に
より構成している。演算増幅器２６は出力がプツシニブ
ル構成のものを使用しており、ハイ出力の時は電位１１
Ｃを、ロー出力時は電位ｅｇを出力するものである。抵
抗２７．２８は入力電位ｅｉを得るもので、入力電位ｅ
０がｅｉ）ｅＨの時、出力電位はハイ、ｅ　４　（ｅ　
Ｈの時はロー出力となる。つまり入力電位ｅｉにより第
１図の接点１９の替りの働きをする。演算増幅器２６の
替りに論理ゲート回路であってもトランジスタスイッチ
回路であってもよい。２９は電位ｅｌ）の安定化コンデ
ンサを示す。電位ｅｉにより電源電圧ｅｃの変化に応じ
て電位ｅ０を補正する信号に使用してもよい。例えば４
１０’　＝　９（５−１１ｉを演算し、ｅｏ′により燃
焼状態を判定する方法が考えられる。

第４図は本発明の燃焼検出回路の特長を説明する模擬回
路図を示す。第１図と同一機能の部品は同一番号で示す
。一般にこの種の燃焼検出回路を含むコントローラは他
のセンサ回路と併用して使用することが多い。第４図で
は温度センサ３０により温度を検出してバーナの燃焼量
制御を行なう例であり、ここでは温度センサ３０は感温
抵抗素子を用いた例で示し、電源３１を抵抗３２とで分
圧した電位ｅｋを検出する構成である。ところがこの種
のセンサは温度温容時間を速めるために絶縁膜は薄く絶
縁不良を発生し易い。センサ３０の絶縁不良は燃焼器の
ケース３３との間に発生する。

一方バーナ１６はケース３３’とは絶縁されないので電
気的に同電位である。従ってセンサ３０の絶縁劣下が発
生すると擬似的に抵抗３４が接続されたのと同電位とな
る。今、抵抗３５が零の時、つまりセンサ３０とケーク
３３が完全にショートされた時は、スイッチ１９が接点
ａに接続された時に出力ｅ０が第２図のｅａ以下となり
、Ｘ域でａｄ以上とならないためバーナの着火検知が不
能となり燃焼を停止する。また接点すに接続時は第２図
Ｙ域で電位ｅｈ以下となりフレームロッドのショートし
たと判定して異常検出する。

また抵抗３５がある値である時、つまりセンサ３０の絶
縁が劣下したり、他の回路、例えば抵抗３２を通してシ
ョートした場合には、接点ａに接続時は、抵抗３５が小
さい程第２図・ｄに近づき、着火検知が困難な方向にな
る。また接点すに接続時も絶縁劣下を検知し易い方向に
作用し、いずれにおいても安全側に作用する。

第４図でバーナ１６とフレームロッドを逆にした使用方
法も考えられるが、この場合はセンサ３０の絶縁劣下に
よりフレームロッド１７とバーナ１６の絶縁劣下の検知
しにくい方向、例えば第２図で言えばＹ域で電位ｅ６に
近づく方向で正常判定する方向となり最悪はフレームロ
ッドの絶縁劣下が検出不可能となる。この時にＸ域では
絶縁劣下に。

より擬似的に炎電流Ｉｆが流れたと判定し、失火しても
これを検知できなくなる危険性がある。以上から第１図
あるいは第３図の回路溝底以外ではフユールセーフな検
知回路は実現不可能なものである。尚、本発明の構成以
外に直流電源１０をスイッチング回路で逆方向に切替接
続する構成でものような効果を有する。

（１）　　フレームロッド１７には直流電圧が印加され
ているため、火炎電流の絶対値が検出可能となる。

従って交流印加による実効電流値を検出するよりも同電
圧で大きな電流出力が得られ信頼性が高い。

（２スイッチング回路部の切替えによりフレームロッド
に逆電圧が印加され、火炎の整流特性の有無を判定しフ
レームロッドの絶縁劣下を検知できるため、交流印加方
式と同等の高精度の絶縁劣下検出が可能となり安全性が
高い。

（３燃焼状態検知と絶縁劣下検知は外部回路からの出力
により任意の時に任意の検知に切替えられ、必要な時に
必要な信号が即検出できる。さらに出力はｅｏの電位の
みで判別可能であり、マイクロコンピュータへ入力して
使用する場合は１つのＡ／Ｄ入力が良く簡単な回路構成
となる。

（４Ｊ　　本発明の回路構成とすることによりフレーム
ロッドとバーナの絶縁劣下の検出と同時に他のセンサや
回路部品がケースとの間で絶縁劣下した場合においても
燃焼を停止する方向に働くため非常に安全性が高いフユ
ールセーフなシステムとなる。

【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検出回路の回路図
、第２図は同特性図、第３図は同他の実施例を示す回路
図、第４図は同動作を説明する模擬回路図、第５図は従
来例を示すバーナの構成図、第６図は同特性図、第７図
はフレームロッドに交流を印加した場合の特性図を示す
。 ９・・・・・・電源回路部、１０・・・・・・直流電源
、１４・・・・・・炎検知回路部、１５・・・・・・炎
電流検出抵抗、１６・・・・・・バーナ、１７・・・・
・・フレームロッド、１８・・・・・・スイッチング回
路部、２ｏ・・・・・・増幅回路部、ｅａ基準電位、ｅ
ｃ・・・・・・直流電源のプラス電位、０ｇ直流電源の
マイナス電位、Ｉ（・旧・・炎イオン電流。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 （Ｎ） 第　２　図 一エナ　　　　　　　　　　　　　０　　　　　　　　
　　　　　　　　＋Ｉｆ炎りｉ−ラ晟　Ｉす 第３図 第４図 ｒ 第５図 史気中の０２濃度

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　バーナの燃焼火炎に挿入され、前記バーナとの間の炎
   イオン電流により火炎の燃焼状態を検出するフレームロ
   ッドと、直流電源とこの直流電源を分圧して基準電位を
   得る構成の電源回路部と、前記基準電位から炎電流検出
   抵抗を介して前記バーナに接続された炎検知回路部と、
   前記フレームロッドに接続され外部の制御信号に応じて
   前記フレームロッドに印加する電位を前記直流電源のプ
   ラス電位とマイナス電位に切替えるスイッチング回路と
   、前記炎電流検出抵抗の両端の電位を増幅する増幅回路
   部とからなる燃焼検出回路。