JPS62252824A - 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、バーナ呂の間
あるいば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７図および第８図を用いて説明する。第７
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３
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３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８図にこの特性を示す。（４）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、ラド６に■、燃焼板３にｅ電圧を印加
した時に多く流れ（Ｘ［）、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１ｉ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！−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　、ｌ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８図ω）のように検知する電流値Ｉ　ｔｌは実際
に流れる電流Ｉ（よりも大幅に小さな値（１１５〜１／
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フレームロッド６に■、燃焼板３ｉ
Ｃｅの直流電圧を印加するものがある。この場合火炎電
流Ｉ（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、絶縁劣化した場合に火
炎がなくても燃焼していると判定してしまう。

この両方の長所を併せ持った検知手段として第９図のよ
うに特開昭６０−１６４１１７号公報を応用したものが
考えられる。これは、スイッチ１ｏの接点ａに接続して
フレームロッドにｅ１燃焼板にｅの直流電圧を印加した
状態で火炎電流１１を検知して燃焼状態を判定し、定期
的に接点すに接続しフレームロッドにｅ１燃焼板にｅの
直流電圧を印加し、フレームロッドの絶縁不良をチェッ
クする構成であり、逆電圧印加時には火炎の整流特性に
より正常時はほとんど電流は流れないが、絶縁不良時に
は電流が流れることからショートチェックが可能となる
。

発明が解決しようとする問題点 第９図の構成はフレームロッドの絶縁不良のチェックが
可能で、しかも炎電流ＩＩの検知効率が良い。しかし演
算増幅器１１が故障したり、分圧抵抗１２．１３のばら
つきゃ故障等により、炎電流！（と検知出力Ｖ□の関係
が変化し、正確な検知が不可能となることが考えられる
。これは第７図の交流電圧を印加する手段でも同様のこ
とが言える。これを解決するためにバーナに点火する前
に出力Ｖ□を計測し、火炎がないにもかかわらずこの値
がある値以上出力されている場合は回路上で何等かの異
常があると判断し、点火動作を行なわせないようなシー
ケンスが考えられる。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場合に水
分により炎電流工（と同等の電流が流れることがあり、
初期チェック時にこれを検出して次の動作に移行しなく
なる。結露はバーナが燃焼すれば蒸発乾燥するために点
火動作に移行してもさしつかえない。従来の交流電圧を
印加する構成では結露した場合は電流が流れるが整流特
性がないため出力電流Ｉ　ｉｌは零であるから正常と判
断し、次のシーケンスに移行できる。以上のように第９
図の構成では初期チェックができないために回路部品の
故障が判定できず、最悪の場合は火炎がなくても火炎が
あると判定し、しかも絶縁不良の判定もできないという
問題がある。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の炎電流検出装置は
、バーナの燃焼火炎に挿入され、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金有スるフレームロ
ッドセンサと、このフレームロッドセンサの電極間に電
圧を印加する直流電源回路と、この電源回路によりフレ
ームロッドセンサに印加する電圧の極性を切替えるスイ
ッチング回路と、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、スイッチング回路に同期してフレ
ームロッドセンサに正方向に電圧を印加シた時に流れる
電流を検知して記憶する正電流検知部と、負方向に印加
時の電流を検知記憶する負電流検知部と、バーナの燃焼
中に正電流検知部と負電流検知部の各々の検出値が予め
定められた値にない時に異常判定する異常判定部と、異
常判定部の出力によりバーナの燃料供給手段を停止する
リセット部と、バーナの燃焼前の正電流検知部と負電流
検知部の出力の差を演算する演算部と、この出力により
検知回路の異常を判定してリセット部に異常出力を出す
初期異常判定部とからなる構成とした。

作　　用 本発明は上記した構成によって、バーナの燃焼中は正電
圧印加によって燃焼状態を判定し、負電圧印加によりフ
レームロッドの絶縁劣化の判定を行ない、さらに燃焼前
に正負電圧印加時の電流の差により検知回路異常を判定
するものである。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。第１図は本発明を石油溶焼器に応用した例であり１４
は直流電源回路で内部に電源ｅａ。

ｅｂを持つがこれは一つの電源を分圧して設けてもよい
。１５はスイッチング回路で、ｅｏの■電位ｅ＋とｅｂ
のｅ電位ｅ−をスイッチにより切替る。スイッチング回
路１５はマイクロコンピュータ（図示せず）等のコント
ローラにより定期的に接点を切替るものであるが、電子
スイッチであってもよい。スイッチング回路１５のコモ
ン端子はフレームロッドセンサの一方の電極を構成する
フレームロッド１６に接続される。フレームロッド１６
はバーナ１７の燃焼火炎内に挿入され、バーナ１７はフ
レームロッドセンサの他方の電極を兼ねている。バーナ
１７とは別にフレームロッド１６に対向して火炎に挿入
された電極を設けてもよい。ここでバーナ１７は燃料タ
ンク１８の燃料を燃料ポンプ１９により供給し、気化混
合器２０で気化され、ファンモータ２１からの燃焼空気
と混合されそ燃焼する。ポンプ１９はポンプ駆動部、２
２の信号により必要な燃料流量を制御される。

ポンプ駆動部２２およびファンモータ２１はマイクロコ
ンピュータ等のコントローラの信号により燃焼量および
空気量を制御される。

フレームロッドセンサの一方の電極を兼ねているバーナ
１７は抵抗２３を通して電源回路１４の電源ｅａ（！：
ｅｂの中点電位ｅ０に接続されている。

抵抗２３に流れる電流により発生する電位差を検知回路
２４の演算増幅器２５の両人力に接続されている。演算
増幅器２５は抵抗２６．２７とにより非反転増幅回路を
構成し、抵抗２３の両端の電位を増幅して出力電位ｅｃ
を得る。出力電位ｅｃは抵抗２８．２９で分圧され電位
ｅｄとし、この電位ｅｄをＡ／Ｄ変換部３０でデジタル
値に変換してフレームロッド１６とバーナ１７間に流れ
る電流値として計測される。

Ａ／Ｄ変換部３ｏの出力は、スイッチング回路１５が接
点ａに接続時に流れる電流１（＋を検知する正電流検知
部３１と、接点すに接続された時の電流Ｉｆ−を検知す
る負電流検知部３２に入力される。燃焼異常判定部３３
は、正電流検知部３１と負電流検知部３２の出力で現在
のバーナ１７の燃焼状態を判定するものである。第２図
、第３図に燃焼異常判定部の判定状態を示す。第２図は
火炎電流Ｉ（と出力電位ｅｄの関係を示す。

今、バーナ１７に火炎がなく炎電流Ｉｆ＋、Ｉｆ−共に
流れない時は抵抗２３の両端に電圧降下がなＧ）。この
ため演算増幅器２５の特性からその出力電位ｅｃはｅ。

”　ｅ　０となり、検知電位ａｄはこれを抵抗２８．２
９で分圧した電位”ｄｏ　　となる。

この他はスイッチング回路１５の状態に無関係に一定と
なる。次にバーナ１７に火炎が形成された時、スイッチ
ング回路１５が接点ａに接続されている場合は炎電流Ｊ
＋が流れ、抵抗２３に電圧降下が発生する。演算増幅器
２５は非反転増幅回路であるためその出力電位Ｑｄは炎
電流１（＋　に比例する（第２図実線部）。このため電
位ｌｉｄが一定のしきい（Ｗｅａ１以上となった時、バ
ーナ１７が着火されたと判断する。燻焼中にまた電位６
ｄｌ　　以下になった時はバーナ１７が失火したとして
燃料の供給を停止する。またバーナ１７が異常燃焼にな
った場合は炎電流Ｉｉ＋　が増加し、出力電位ａｄが０
６２以上となった時にこれを検知して燃料の供給を停止
する。炎電流Ｉｆと空燃比ｍの関係を第３図に示す。炎
電流Ｉｆの挙動は空燃比ｍの値により異なる。今説明し
た状態は第３図Ｖ点に空燃比を設定した時に正常に燃焼
するバーナであり、しきい値”ｃＮ　、ｅｄ２に対応す
る炎電流１１２．１０の間にある時を正常燃焼と判断す
る。またバーナの設計により設定空燃比をｍ＝１近傍の
Ｗ点に設定した場合はＩｆ２以上の炎電流の時が正常燃
焼、Ｉｆ２　以下で異常燃焼となるが、これは本発明で
はどちらでも限定されないが以後の説明は設定Ｖにした
例で話を進めていく。

次にスイッチング回路１５の接点すに接続された場合を
説明する。バーナ１７が正常燃焼している時は第８図で
説明した整流作用により電流１ｆ−はほとんど流れるこ
とはない。従って出力ｅｄはほとんど’ｄＯに近い値と
なる。ここでフレームロッド１６とバーナ１７の間の絶
縁が劣化した場合には電流Ｉｆ−が流れる。これにより
抵抗２３へは逆方向の電圧降下が発生し、出力＠ｄは電
流Ｉｉ−に比例して電位ａｄｏから下方に電圧出力する
。（第２図破線）　ここで出力ｅｄがしきい値ｅｄ３　
以下の時絶縁劣化と判定される。これ等の動作は燃焼異
常判定部３３で実行され、何等かの異常が発生した時に
リセット部３４へ信号を出力しポンプ駆動部２２の動作
を停止して燃焼を停止する。スイッチング回路１５は定
期的に接点ａ。

ｂを切替える。この動作を第４図で示す。図でタイミン
グＯ，Ｑ、Ｓはスイッチング回路１５の接点ａに接続時
、Ｐ、Ｒは接点すに接続時の状態を示す。燃焼異常判定
部３３はタイミング０．Ｐの状態が継続した時には正常
燃焼、Ｑの状態で不完全燃焼、Ｒの状態で絶縁劣化、Ｓ
の状態で失火と判定する。

ここで分圧抵抗２８．２９の値が変化した場合は第２図
の縦軸・ｄが全く変化してしまい電位１’ｄＯの値がず
れる。一方しきい値８ｄｌ〜ｅｄ３は燃焼異常判定部３
３で固定された値であるから。

接点ａの接続時にバーナ１７に火炎がなくても着火と判
定し、また接点すに接続時にも正常と判定される点が発
生する。つまりバーナ１７の状態にかかわらず第４図の
ｏ、Ｐの状態が常に維持されるため異常判定が全く不能
な状態となり危険である。これを解決するためにバーナ
１７の着火前に出力ｅｄをチェックし、この時にｅｔｌ
〉θｄ１の出力があった場合には回路的に何等かの異常
が発生したと判断する方法がある。しかし、前述のよう
にバーナ１７とロッド１６に結露がある場合には電位ｅ
　、１　＞　ｅ　ｄｌの状況となり、これでリセット部
３４を動作させてしまうため、この方法は使用できなか
った。

そこで本発明はバーナ１７の点火前にスイッチング回路
１５の接点４時の出力と接点す時の出力を計測し、演算
部３５により各々の出力の差を演算する構成とした。（
出力の比を演算してもよい゛初期異常判定部３６はこの
演算結果で異常を判定する。第５図にバーナ１７の燃焼
前の出力状態を第４図と同様に説明している。図でＴは
接点４時、Ｕは接点すに接続時である。第５図（５）は
全て正常時の出力で状態Ｔ、Ｕいずれでも電流Ｉｆ＋、
Ｉ（−は流れないため出力ｅｄは８ｄＯとなる。従って
その差は零であるため正常と判定し、バーナ１７を燃焼
させるための動作へ移行する。また第５図（Ｂ）ではフ
レームロッド１６に結露している場合であるが、この時
は結露水の抵抗によりＩｆ＋、Ｉｆ−共に流れる。この
ことからＴ、Ｕの状態でそれぞ゛れ同じ出力＋Δ・ｄ、
−Δｅｄが発生するがこの差（＋Δｅｄと−Δｅｄは極
性が逆であるため和の演算でよい）は第５図囚と同様零
となり正常判定される。もし、Δ・ｄが結露でなくフレ
ームロッド１６の絶縁劣化であった場合も正常判定とな
るが、この場合は燃焼開始後に第４図Ｈの状態で判定す
る。結露の場合は燃焼熱により水分が蒸発するので第４
図のＲの状態にはならない。

１　　　次に抵抗２８．２９の分圧比がずれた場合は第
５図（Ｃ）のようにＩｆ＋、Ｉｆ−共に零の時の出力が
＠ｄＯ’となりｅｄｏ　と異なった値となる。このため
設計値ｅｄｏとの差Δｅｄは、＋Δｅｄ、−Δｅｄ共に
正方向になるため、Δｅｄの差（和）は零とならない。

同様に第５図（２）で結露している場合もΔ１ｉｌｄ　
の差は零とならないことから初期異常判定部３６で異常
判定する。抵抗２８．２９が逆方向にばらついた場合は
＠ｄｏ’がａｄｏよりも下方に発生するが同様に異常判
定が可能となる。このように設計値ｅａｏ　がずれたこ
とを燃焼前に判定可能となり、これは結露の影響を受け
ない。

第６図に以上の動作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要部をフロー図にして示す。第６図
で、第１図の各部機能部に対応したフローに第１図と同
じ番号を印す。

尚、本実施例では石油気化式燃焼器を例で説明したがガ
ス燃料であっても同様の効果が得られ、この場合はポン
プ１９に替えて電磁弁等を使用すればよい。また演算部
３５の演算方法も第５図、第６図の方法以外であっても
、正負に流れる電流の差で判定する構成であってもよい
。また必要に応じて電源回路１４の電位”ａ＋・ｂの電
圧比を異ならせても良いが、この場合は演算部３５でこ
の電圧化分を補正演算する必要がある。

発明の詳細 な説明したように本発明の炎電流検出装置は次のような
効果を有する。

（１）フレームロッドセンサに直流電圧を印加し、炎電
流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、低い炎電流の検知がＳ
／Ｎ比の良好な状態で可能となる。

（２）燃焼中にスイッチング回路により定期的に逆方向
の直流電圧を印加することによりフレームロッドセンサ
の絶縁劣化やススやロッドの曲がりによるショートの検
出も交流印加方式と同様に精度良く実現できる。

（３）バーナの燃焼前に正負電圧を印加し、その電流の
差により回路異常を判定する構成であるため、フレーム
ロッドセンサに結露した場合の誤検出がなく回路異常の
みを正確に判定できる。

（４）以上のようにバーナの燃焼状態の異常、フレーム
ロッドセンサの異常、検知回路部の異常、と全ての異常
が判定可能となるため、非常に安全性が高く性能の良い
炎電流検出装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す炎電流検出装置のブロ
ック図、第２図は同装置の入出力の状態を説明する特性
図、第３図はバーナの空燃比ｍと炎電流Ｉ（の特性図、
第４図は燃焼異常判定部の動作説明図、第５図は初期異
常判定部の動作説明図、第６図はフロー図、第７図は従
来例の回路図、第８図は第７図の特性図、第９図は他の
従来例の回路図である。 １４・・・・・・直流電源回路、１５・・・・・・スイ
ッチング回路、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・・・・・・バ
ーナ（フレームロッドセンサの他方の電４Ｍ）、２２・
・・・・・燃料ポンプ（燃料供給手段）、２４・・・・
・・検知回路、３１・・・・・・正電流検知部、３２・
・・・・・負電流検知部、３３・・・・・・燃焼異常判
定部、３４・・・・・・リセット部、３５・・・・・・
演算部、３６・・・・・・初期異常判定部、Ｉｆ・・・
・・・炎イオン電流、ｅｄｏ　、ｅｄｌ　、ｅｄ２　、
　＠１ｄ３　・＋＋・＋＋予め定められた値。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　歓　男　ほか１名第　
２１１！Ｊ 第３図 蛋燃、シｌ：ｗｔ 第４図 第５図 第６図 第７図 ０′−／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バーナの燃焼火炎に挿入され、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電圧
   を印加する直流電源回路と、前記電源回路により前記フ
   レームロッドセンサに印加する電圧の極性を切替えるス
   イッチング回路と、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、前記スイッチング回路に同
   期して前記フレームロッドセンサに正方向に電圧を印加
   した時に流れる電流を検知して記憶する正電流検知部と
   、負方向に電圧印加時の電流を検知記憶する負電流検知
   部と、前記バーナの燃焼中に前記正電流検知部と負電流
   検知部の各々の検出値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異
   常出力により前記バーナの燃料供給手段を停止するリセ
   ット部と、バーナを燃焼させる前に検知した前記正電流
   検知部と、負電流検知部の検知出力の差を演算する演算
   部と、前記演算部の出力により前記検知回路の異常を判
   定し前記リセット部に異常出力を出す初期異常判定部と
   からなる炎電流検出装置。