JPS62252823A - 炎電流検出装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、ガス石油等の燃焼装置の火炎の燃焼状態を検
出する安全装置に関するものである。

従来の技術 従来、燃焼機器は火炎の着火、失火や不完全燃焼を検出
して不安全な動作にならない安全装置が広く用いられ、
この種の燃焼状態を検出するセンサとして汎用的に使用
されているものがフレームロッドである。このセンサは
火炎の中に電極棒（ロッド）を挿入して、バーナとの間
あるいは電極棒の間に流れる炎イオン電流を検出するも
のである。

この動作を第５図および第６図を用いて説明する。第５
図はガスバーナの例で燃料ガスはノズル１より噴出し、
混合管２により空気と混合され金網で形成した燃焼板ａ
の内面４に火炎５を形成して燃焼する。６は火炎５中に
挿入されたフレームロッドで、燃焼板ａとの間に交流電
源７が印加され、火炎のイオン電流Ｉ（を抵抗８で検出
し、コンデンサ９で平滑して検知信号を得る。ところで
火炎５には電流の整流作用があることが一般に知られて
いる。第６図にこの特性を示す。Ａは印加交流電圧波形
、Ｂはこの時に流れる炎電流の波形を示す。炎電流はフ
レームロッド６に■、燃焼板３にｅ電圧を印加した時に
多く流れ（Ｘ域）、逆方向に印加した時の電流が少ない
（Ｙ域）。この電流Ｉ（をコンデンサ９で平滑して直流
電流分Ｉ（’を検知回路（図示せず）により検出して燃
焼状態を判定する。ここでフレームロッド６と燃焼板３
との間の絶縁不良やすす等ショートされた場合を考える
。この時は電圧がどちらの方向に印加されても電流が流
れ整流特性がなくなる。従って平滑された電流Ｉ（’は
低下するため、火炎による電流と絶縁不良を判別できる
ものである。しかし、この検知手段の欠点として第６図
Ｂのように検知する電流値Ｉ（’は実際に流れる電流Ｉ
ｆよりも大幅に小さな値（１１５〜？／１０　）となり
検知効率が悪いという問題がある。

別の検知手段として特開昭５９−１４５４２２号公報の
ようにフレームロッド６と燃焼板３に直流電圧を印加す
るものがある。この場合火炎電流１１は直接検知電流と
なり検知効率は交流印加するものよりも向上する。しか
しこの場合火炎とフレームロッドの絶縁不良との判別が
つかず、絶縁劣下した場合に火炎がなくても燃焼してい
ると判定してしまう。

発明が解決しようとする問題点 これを解決するためにバーナの燃焼前に炎電流Ｉ（を検
知して、この時に電流１（が流れた場合は絶縁劣下と判
断する手段が考えられる。ところがこの初期チェックを
行なう場合、低温でフレームロッド近傍が結露した時に
この水分により炎電流Ｉｆ　と同等の電流が流れるため
、初期チェックでこれを検出して異常判定し、次の動作
に移行しなくなる。結露があってもバーナが燃焼すれば
その熱で蒸発乾燥するために点火前に結露があってもバ
ーナの燃焼に移行しても問題はない。むしろ結露時に燃
焼に移行しなければいつまでも結露はなくならない。こ
のため直流電圧を印加するフレームロッド回路では燃焼
前のチェックはできないという問題点があった。

問題点を解決するための手段 本発明の炎電流検出装置は上記問題点を解決するために
、バーナの燃焼火炎に挿入し、炎イオン電流により火炎
の燃焼状態を検出する一対の電極を有するフレームロッ
ドセンサと、このフレームロッドセンサの電極間に直流
電圧を印加する直流電源回路と、フレームロッドセンサ
に流れる炎電流を計測する検知回路と、バーナの燃焼中
に検知回路の出力が予め定められた値にない時に異常判
定する燃焼異常判定部と、この出力によりバーナへの燃
料供給手段の動作を停止するリセット部と、バーナの燃
焼前に検知回路の出力を計測する初期チェック部を設け
、初期チェック部には一定時間計測するタイマと、タイ
マ終了時に検知回路の出力が予め定められた値にある時
に異常と判定し、リセット部に信号を出力する初期異常
判定部を有する構成とした。

作　　用 本発明は上記した構成によって、バーナの燃焼開始前に
炎電流の有無を判定してフレームロッドの絶縁不良を判
定するに際し、結露により炎電流と同等の出力が発生し
た場合に、定められた時間動作するタイマの動作以内に
結露が解消された場合は正常と判定し、タイマ終了時に
また炎電流がある場合には結露以外の原因、つまり絶縁
劣下あるいは検知回路の異常としてバーナの燃焼に移行
させないように動作する。

実施例 以下本発明の実施例を添付図にもとづいて説明していく
。第１図は本発明の炎電流検出装置の一実施例を説明す
るブロック図である。第１図では石油燃焼器に応用した
例であり燃料タンク１ｏの燃料を燃料ポンプ１１で吸引
し、気化混合器１２で気化され、ファンモータ１３から
供給される燃焼空気と混合され、バーナ１４で燃焼する
。これ等の機能部品は燃焼シーケンス部１５により定め
られたシーケンスに従い駆動制御される。１６はバーナ
１４の燃焼火炎に挿入されたフレームロッドで、バーナ
１４とで一対の電極としたフレームロッドセンサ１７を
構成している。このフレームロッドセンサ１７の一方の
電極はバーナ１４とは別に設ける構成としても良い。直
流電源回路１８の両端にフレームロッドセンサ１７と検
知回路１９の検知抵抗２０の直列回路が接続されている
。

フレームロッドセンサ１７に流れる炎電流１（は検知抵
抗２０の両端の電位差ｅａとして発生し、ボルテージフ
ォロア構成の演算増幅器２１によりインピーダンス変換
され、電位ｅａと等しい電位、／がＡ／Ｄ変換回路２２
に入力され炎電流Ｉ（を読み取る。バーナ１４が燃焼中
はこの出力に応じて燃焼異常判定部２３で異常を判定し
、異常が、発生した場合は異常信号をリセット部２４に
出力し、リセット部２４は燃料ポンプ１１の駆動部２５
へ燃焼停止信号を出力する。＠２図にバーナ１４の空燃
比ｍと炎電流Ｉｆの関係を示す。炎電流Ｉ（の挙動は空
気と燃料の比率つまり空燃比ｍの値により第３図のよう
に山形に変化する。今、バーナ１４の設定空燃比ｍを７
点に設計したとする。この場合、炎電流ＩｆがＩｆｌ　
　以下の場合はバーナ１４が失火したと判定する。また
炎電流がＩｆ２　以上となれば空気量不足で不完全燃焼
の可能性がある。このため炎電流ＩｆがＩｆ２＜　Ｉｆ
＜Ｉｆｌ　　の間にある時に正常と判断する。またバー
ナ１４の設定空燃比がＷの点にあるバーナを想定すれば
、炎電流がＩｆ２　以上で正常、Ｉｆ２　以下で異常燃
焼と判断する。本発明では設定空燃比はいずれであって
も限定されることがないので、７点の空燃比で説明を続
ける。

第２図で、もしバーナ１４とフレームロッド１６がカー
ボンやその他の物で接触し、絶縁が劣下したとする。こ
れによりバーナ１４に火炎がなくても電流１ｆは流れ、
第２図の１１２＜Ｉｉ＜Ｉｆｌ　　の条件が成立すれば
正常に燃焼していると判断し燃料を供給し続けるので非
常に危険となる。

このため、フレームロッド１６の絶縁劣下を判定する何
等かの手段が必要となる。第１図の初期チェック部２６
でバーナ１４の燃焼Ｕ！′こ炎電流Ｉ（の有無を判定す
ることによりフレームロッドセンサ１７の絶縁劣下を検
知する構成としている。

初期チェック部２６のタイマ２７は、燃焼器の運転開始
スイッチ（図示せず）をオンした時に動作開始し、予め
定められた時間経過後に炎電流Ｉ（がある場合はフレー
ムロッドセンサの絶縁不良と判断し、初期異常判定部２
８が異常信号をリセット部２４に出力する。運転スイッ
チオン後炎電流１１が零になった場合はタイマ２７の終
了を待たず燃焼開始判定部２９に正常信号を出力し、燃
焼シーケンス部１５へ燃焼開始信号を送る。

第３図は運転スイッチオン直後の炎電流Ｉｆの特性を示
す。第３図Ａは正常的で、運転スイッチオン時炎電流Ｉ
（がないため燃焼開始判定部２９はシーケンス部１５に
燃焼開始信号を出力し、通常のシーケンス動作（気化混
合気１２の予熱やファンモータ１３によるプリパージ等
）を行なった後、燃料ポンプ２５をオンする信号を出力
する。

この時同時に点火器（図示せず）も動作し、バーナ１４
に点火する。これによりフレームロッドセンサ１７の電
極間に炎イオンが発生し炎イオン電流１［が流れ、正常
燃焼を行なう。

第３図Ｂは燃焼器を低温の部屋から急激に高温の部屋に
移動した場合等に空気中の水分が結露しテ、バーナ１４
の周囲に付着する。これによりフレームロッド１６とバ
ーナ１４の間が水滴で導通されるとある電流Ｉ（が流れ
る。この時に異常判定してしまえば正常燃焼に移行せず
に動作を停止してしまうため、使い勝手が非常に悪くな
る。結露は時間と共に自然に蒸発して解消してしまうた
め第３図Ｂのようにタイマ２７の動作が終了するまでは
異常判定をしない構成としている。図で結露はＸ域で乾
燥して炎電流は零に戻ることがわかる。このためタイマ
の動作中に電流Ｉｆがしきい値Ｉｆｌ　　以下になった
時点で正常判定し、燃焼開始信号を出力する。以後は第
３図Ａと同様の動作となる。

第３図Ｃはフレームロッドセンサ１７が絶縁不良を発生
している場合で、スイッチオンと同時に電流１１は１口
　以上出力されている。この時点ではＢの結露との判断
ができない。タイマ２７が終了時にまだ電流１（＞Ｉｆ
ｌであるならばこの時にフレームロッドセンサの絶縁不
良と判定してリセット部２４に信号を出力し、次の動作
に移行しない。

これは絶縁不良以外に検知回路１９の故障の場合も判定
できる。このように初期チェック機能とタイマとの組合
せにより炎電流検知回路の安全性を向上できるものであ
る。

第４図に上記の制御をマイクロコンピュータで実現した
場合のプログラムのフロー図を示す。図で第１図と同等
の作用をするフローに同一の番号を付した。

以上の実施例では、結露がない場合はタイマ２７の動作
に無関係にすぐ燃焼シーケンスに移行し、結露があった
場合はこれが解消するとすぐに燃焼シーケンスに移行す
る構成としているため、タイマ２７を設けたことにより
バーナ１４の点火が遅くなり使い勝手が悪くなることは
ほとんどなく、結露があった時のみ点火時間が長くなる
のみである。

タイマ時間は結露が解消するのに十分な時間に設定すれ
ば良く、燃焼器に応じて最適点に設定可能である。

尚、実施例では石油燃焼器で説明したがガス燃焼器でも
同様の効果が得られる。この場合は燃料ポンプ１１の替
りに電磁弁を使用すれば良い。

発明の効果 以上のように本発明の炎電流検出装置によれば次の効果
が得られる。

（１）　　フレームロッドセンサに直流電圧を印加し、
炎電流Ｉｆの絶対値を検出する構成であるため、従来の
交流印加する構成よりも検知効率が良く小さい炎電流の
検知でもＳ／Ｎ比の良好な状態で可能となる。

（２）バーナの燃焼前に電流Ｉｆ　を検知してフレーム
ロッドセンサの絶縁不良を判定する初期チェック部を設
け、初期チェック部に一定時間１（を検出して異常判定
をしないためのタイマを設けた構成としたため、フレー
ムロッドセンサに結露が発生した場合に異常検出して誤
ってリセットすることがなくなり使い勝手が向上する。

（３）　　これ等の構成によりバーナの異常燃焼や失火
、フレームロッドの絶縁劣下、検知回路の故障等の各種
の故障モードを確実に検出でき安全性の高い炎電流検出
装置を簡単な構成で実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す炎電流検出装置のブロ
ック図、＠２図は燃焼異常判定部の動作を説明する特性
図、第３図は初期チェック部の動作を説明する特性図、
第４図は本発明を実現するためのフロー図、第５図は従
来の炎電流検出装置を示す回路図、第６図はその特性図
である。 １１・・・・・・燃料ポンプ（燃焼供給手段）、１４・
・・・・・バーナ（フレームロッドセンサの一方の電極
）、１５・・・・・・燃焼シーケンス部、１６・・・・
・・フレームロッド（フレームロッドセンサの一方の電
極）、１７・・・・・・フレームロッドセンサ、１８・
・・・・・直流電源回路、１９・・・・・・検知回路、
２３・・・・・・燃焼異常判定部、２４・・・・・・リ
セット部、２６・・・・・・初期チェック部、２７・・
・・・・タイマ、２８・・・・・・初期異常判定部、２
９・・・・・・燃焼開始判定部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 二′ｖ′Ｘししｍ 第３図 オン　　　　　　　　　　　　４資３ 第４図 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）バーナの燃焼火炎に挿入し、炎イオン電流により
   火炎の燃焼状態を検出する一対の電極を有するフレーム
   ロッドセンサと、前記フレームロッドセンサの電極間に
   直流電圧を印加する直流電源回路と、前記フレームロッ
   ドセンサに流れる電流を計測する検知回路と、前記バー
   ナの燃焼中に前記検知回路の出力が予め定められた値に
   ない時に異常判定する燃焼異常判定部と、前記燃焼異常
   判定部の出力により前記バーナへの燃料供給手段の動作
   を停止するリセット部と、前記バーナの燃焼前に前記検
   知回路の出力を計測する初期チェック部を有し、前記初
   期チェック部は、一定時間計測するタイマと、前記タイ
   マ終了時に前記検知回路の出力が予め定められた値にあ
   る時に異常と判定し、前記リセット部に信号を出力する
   初期異常判定部とからなる炎電流検出装置。
2. （２）初期チェック部は、タイマ動作終了前に検知回路
   の出力が正常信号が出力された時、予め定められた燃焼
   シーケンスに従って燃焼を開始する燃焼シーケンス部に
   燃焼開始信号を出力する燃焼開始判定部を有する構成と
   した特許請求の範囲第１項記載の炎電流検出装置。