JPS62255729A - 燃焼状態検知回路 - 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、ガスや石油等を燃料とする燃焼機器の不完全
燃焼その他の異常状態を検知する燃焼状態検知回路に関
するものである。

従来の技術 ファンヒータ等の燃焼機器は室内で溶焼させるために室
内空気の換気は不可欠である。現在、室内酸素濃度の低
下やその他の原因により不完全燃焼に至った場合には、
バーナ火炎に挿入したフレームロッドにより炎のイオン
電流の変化を検出して燃焼を停止させるものが一般的で
ある。この検知出段の例として特開昭５９−１４５４２
２号公報に記載のものがある。第６図にこの構成を説明
する。第６図はガス燃焼器の例で、燃料ガスはノズ）ｖ
ｌよシ噴出し、混合管２によシ空気と混合され、金網で
構成した燃焼板３の内部４に火炎５゛を形成して燃焼す
る。６は火炎５内に挿入した電極棒で、燃焼板３とでフ
レームロッドセンサを構成し、直流電源７の印加により
流れる火炎のイオン電流１１を抵抗８の両端の電圧降下
により検出する。異常判定部（図示せず）はこの出力電
位が一定のしきり値以下、あるいは以上になった時に異
常燃焼であると判断し、燃料の供給を停止し、バーナを
消火する。

第７図にこの特性を示す。横軸に室内酸素濃度、縦軸に
炎電流Ｉ（、およびバーナから発生する一酸化炭素（Ｃ
ｏ　）を各々相対値で示す。密閉した室内で長時間燃焼
すると室内の酸素濃度が低下し、これに従って炎電流Ｉ
ｆは上昇していく。（バーナの設計により下降する場合
も有る。）これと同時にバーナが不完全燃焼になり一酸
化炭素Ｃｏが発生し始める。−酸化炭素は人体に非常に
有害であるため、−酸化炭素が増加する前、つまり電流
Ｘ（の値が７以上となった時にバーナを消火し、−酸化
炭素による中毒事故を防止する。

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手段を、実際の惚焼器
に応用するには次のような問題点がある。

それは実際のバーナにより検知する炎電流ＩｆＱ値は数
十〜数マイクロアンペアであり、バーナによっては１マ
イクロアンペア以下の微少電流であり、しかもこの電流
値が火炎のゆらぎ等により大きく変動し、第７図のよう
な明確な特性とはならない。従って検知回路部でＳ／Ｎ
比が良好で微少電流値の検知が可能な複雑な回路構成が
必要となるという問題である。またこの種の安全装置は
検知回路の故障や電極棒とバーナのショート、配線外れ
等の異常に対しても必ず安全側（バーナを消火する側）
に動作するフェールセーフ性能が要求され、第６図のよ
うな従来の構成に加えてこれ等安全機能のための回路が
必要となる。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するだめに本発明の燃焼状態検知回路
は、バーナの燃焼火炎に挿入して火炎の炎イオン電流を
検出する一対の電極からなるフレームロッドセンサと、
これに並列に接続したコンデンサと、コンデンサと直列
に接続され、直流電源からコンデンサへの充電電流を断
続するスイッチング回路と、スイッチング回路がオフの
時のコンデンサの放電時間を計測する計時部と、計時部
の値に応じてバーナの燃焼状態を判定する燃焼状態判定
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、燃焼状態に応じて変化
する火炎の炎抵抗Ｒ１Ｏ値により、コンデンサの放電時
間が変化することを利用し、この放電時間を計測して燃
焼状態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図において９はフレームロッドセンサで、電極１
０とバーナ１１により一対の電極を構成している。１２
はフレームロッドセンサと並列に接続されたコンデンサ
で直列に充電電流制限用の抵抗１３、スイッチング回路
１４を通して直流電源１６に接続されている。１６は比
較回路で、コンデンサ１２の両端の電圧ａと抵抗１７゜
１８で分圧された電位すを比較器１９によシ比較する。

比較器１９は一般周知の２人カオープンコレクタ出力の
コンパレータで、出力電位Ｃは抵抗２０により電源にプ
ルアップされている。抵抗２１により比較器１９Ｃ・出
力を正帰還し動作の安定をはかっている。

比較回路１６の出力は計時部２２に入力し、比較器１９
のハイまたはローの出力時間を計測する。

この結果を燃焼状態判定部２３により燃焼状態が正常か
異常かを判断し、異常の場合は異常出力ｄを出す。燃焼
制御器（図示せず）は、異常出力ｄに応じて燃焼を停止
する動作、あるいは正常燃焼に戻すように作用する。計
時部２２はスイッチング回路１４から計時のための同期
信号ｆを入力される。あるいはスイッチング回路動作出
力を出す構成でもよい。

次に動作を説明する。今、スイッチング回路１４がオン
の時は、抵抗１３を通してコンデンサ１２に充電される
。火炎は第１図のようにダイオードＤｆと抵抗Ｒ１で等
価される。通常Ｊは数１００Ｋｎ〜数十ＭΩと非常に大
抵抗で・あり、抵抗１３よりも十分に大きいためコンデ
ンサ１２の充電電位ａはほぼ電源電圧となる。この時比
較回路の基準電位すに対してａ＞ｂとなる。従って出力
電位Ｃはロー出力となっている。第２図にこれ等の動作
をタイムチャートにして示すが上記説明は第２図Ｘ域を
示す。

ここでスイッチング回路１４がオフすると、コンデンサ
１２の充電電荷は炎ダイオードＤ１１炎抵抗Ｒ（を通し
て放電される。（比較器１９の入力インピーダンスは非
常に高いとする。）このため電位ａは低下し始める。（
第２図Ｙ域）やがて電位ａ≦ｂとなると比較器１９の出
力電位Ｃはハイ出力に切替る。（第２図Ｚ域） 計時部２２はスイッチング回路１４がオフ後、比較回路
１６の出力がハイになるまでのＹ域の時間ｔを計測する
。この後スイッチング回路１４は再度オンとなり以上の
動作をくり返す。

ここで計時時間ｔは、炎電流Ｉｆに比例するため、第７
図で説明したように空気中の酸素濃度に対して計時時間
ｔも、炎電流Ｉｆと同じカーブとなる。従って燃焼状態
判定部２３は、計時時間ｔが予め定められた値よりも大
きければ燃焼異常と判断してバーナ１１の燃焼を停止す
るための異常出力ｄを出す。もし電極棒１０がバーナ１
１とショートしていればコンデンサ１２は瞬時に放電し
てしまうだめ異常判定ができる。またバーナが失火した
時や電極棒へのリード線が外れた場合は時間ｔが非常に
長くなり異常判定可能である。同様にスイッチング回路
や比較回路、計時回路の故障も検知可能である。

第３図にはスイッチング回路１４の具体回路例を示す。

スイッチング回路１４は第１図のように接点を設けても
よいが第３図のように半導体スイッチによる構成が実用
的である。すなわちトランジスタ２４のベース電位ｇに
よりトランジスタ２４をオンオフするものである。尚、
第３図ではフレームロッドセンサ９の一方の電極ヲバー
ナ１１と兼ねずに第２の電極２５により構成している。

これによりバーナ１１がセラミック等の絶縁物であって
も検知可能となる。

第４図は他の実施例で、第１図の燃焼状態検知部Ｖと着
火検知部Ｗを設けている。ここでは比較回路１６、計時
部２２、燃焼状態判定部２３を全てマイクロコンピュー
タ２６内で構成している。

まだバーナ１１の火炎内に第２のフレームロッドセンサ
２７の電極２８が挿入されている。第２のフレームロッ
ドセンサ２７は第６図と同様炎電流１（を検出する構成
であり、炎電流１．にヨリ発生する電圧降下を抵抗２９
で検出し、この電位りと電位ｉを比較器３０によシ比穀
し、マイクロコンピュータ２６に入力される。

燃焼状態検知部Ｖは第２図で説明したように時間ｔによ
り燃焼状態を判定する構成であるだめ炎電流Ｉｆのふら
つきに影響されにくい反面判定に時間を要する。しかし
、バーナ１１の着火、失火は瞬時に判定しなければ未燃
ガスが放電され危険である。第４図はこれを解決するた
め、着火検知部Ｗで炎電流１１そのもので火炎の有無を
判定する構成とし、瞬時に着火失火の判定を可能とした
。

第４図で第１、第２のフレームロッドセンサを兼ねる回
路構成であってもよい。

第５図はマイクロコンピュータ２６の動作全説明するフ
ロー図を示す。第１図の各回路部と対応する番号をフロ
ーに付したので各々の動作がわかる。ここで電位すはマ
イクロコンピュータ内部でメモリされた値を使用し、電
位ａをＡ／Ｄ変換された値と比較する構成としている。

またスイッチング回路１４のオンオフの指示もマイクロ
コンピュータ２６から出力する構成とした。さらに七判
定後異常時に停止する構成としだが、これ以外に燃焼状
態を改善するための空燃比のフィードバック制御出力と
しても良い。またｔ・の判定を一定の値と時間ｔを比較
して判定する構成以外に時間ｔの変化割合いで判定する
方法や何回かの平均値で判定する方法であってもよい。

本明細書の実施例ではガスバーナを例にして説明しだが
石油バーナやその他の燃料の燃焼器にも応用可能である
。また第１図の回路構成以外に、スイッチング回路１４
を電源の逆方向に挿入する方法、あるいは直流電源１５
の極性が逆である回路等は本発明から容易に類推できる
。

発明の効果 以上のように本発明の燃焼状態検知回路によれば次の効
果が得られる。

（１）炎抵抗Ｊの変化をコンデンサ１２の放電時定数の
変化ｔで検出する構成であるため、炎電流１（すなわち
炎抵抗Ｒ１が火炎のゆらぎ等によシ瞬時に変動してもそ
の平均的な値を検出することになり、検出値が非常に安
定する。

（２）炎抵抗が非常に大きな値（数十ＭΩ以上）である
場合でも、微少電流を検出する構成ではないだめ、微少
電流検知のための特別な回路が不要で、コンデンサ１２
の値によシ簡単な回路構成となる。

（３）　　スイッチング回路１４により各部の電位は常
に変化させて使用する回路構成であるため、スイッチン
グ回路の故障、フレームロッドセンサの電極ショート、
リード線外れ、比較回路の故障、計時回路の故障等、全
ての回路故障があっても、正常な計時時間ｔが得られな
くなり故障の判定が可能なため安全性の高いフェールセ
ーフな回路となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における燃焼状態検知回
路の回路図、第２図はその動作を説明するタイミング図
、第３図は本発明の第２の実施例における要部回路図、
第４図は本発明の第３の実施例における回路図、第５図
は本発明の全体の作用を説明するフロー図、第６図は従
来の燃焼状態検知装置の構成の断面図、第７図はその特
性図である。 ９・・・・・フレームロッドセンサ、１０・・・電極棒
（フレームロッドセンサの一方の’Ｋ１Ｍ）、ｔｔ　・
・・・バーナ（フレームロッドセンサの他方の電極）、
１２・・・・・・コンデンサ、１４・・・・・・スイッ
チング回路、１５・・・・・直流電源、２２・・・・・
・計時部、２３・・・・・燃焼状態判定部、２５・・・
・第２の電極棒（フレームロッドセンサの他方の電極）
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 ＸＹＺＸ”７’Ｚ 第３図 第５図 第６図 第７図 ■ 女 乎 ν　５ （〕 カ １６　　　　　　　　　　　　　υ ９ら気宇のＯＺメ翫不ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料を燃焼するバーナの燃焼火炎に挿入して火炎の炎抵
   抗を検出する一対の電極からなるフレームロッドセンサ
   と、前記フレームロッドセンサと並列に接続したコンデ
   ンサと、前記コンデンサと直列に接続され直流電源から
   コンデンサへの充電電流を断続するスイッチング回路と
   、前記スイッチング回路がオケ時のコンデンサの放電時
   間を計測する計時部と、前記計時部の値に応じて前記バ
   ーナの燃焼状態を判定する燃焼状態判定部とからなる燃
   焼状態検知回路。