JP4395882B2 - 炎検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼機器等における炎検出方法と炎検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃焼機器等，たとえばボイラにおける炎検出を行う方法および装置は、炎を検出すると、放電パルスを生成するパルス信号生成手段，いわゆる紫外線放電管を用いた方式が多用されるようになった。この紫外線放電管方式は、その故障パターンとして、放電しなくなるパターンと放電し続けるパターンとがあり、必ずしも確実に炎検出することができなかった。前記ボイラの制御においては、前記両故障パターンのいずれのときも安全に炎検出を行い、燃焼制御を継続する必要がある。また、炎が存在していないことも確実に検出する必要がある。さらに、一般に前記ボイラの制御回路部には、トランジスタ等の電子部品で構成した電子回路部やマイクロコンピュータが用いられる。前記電子部品やマイクロコンピュータの故障のときにも安全に炎検出を行い、燃焼制御を継続する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、電子回路部やマイクロコンピュータを用いる燃焼機器等の炎検出において、より安全な炎検出を行うことである。
【０００４】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、炎を検出すると放電パルスを生成するパルス信号生成手段と、このパルス信号生成信号から出力されるパルス信号を蓄電し、この蓄電手段で蓄電した電力を発振回路部へ供給し、前記発振回路部は、この電力の供給があると、蓄電された電力を電源として前記パルス信号よりも高い周波数の高周波パルス信号を生成し、前記高周波パルス信号に基づいて炎の有無を判定することを特徴としている。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、前記高周波パルス信号により、電力を約２００Ｈｚから５００Ｈｚの周波数で高速オンオフ制御し、リレー駆動部へ出力し、前記リレー駆動部は、高速オンオフ制御された電力の供給があるときのみ、リレーコイルが作動し、出力接点が閉じることを特徴としている。
【０００６】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記パルス信号生成手段は、炎を検出すると、約６０Ｈｚ以下の放電パルスを生成することを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について説明すると、この発明は、電子回路部やマイクロコンピュータを用いて制御を行う燃焼機器等の炎検出方法と炎検出装置において、好適に実施できる。
【０００８】
まず、この発明における炎の検出方法の形態について説明する。この炎の検出方法が適用される燃焼機器として、ボイラを例として説明する。このボイラに備えたバーナが着火トライの後、燃焼を開始する。そして、炎を検出すると、放電パルスを生成するパルス信号生成手段から出力されるパルス信号を蓄電手段に蓄電する。つぎに、この蓄電した電力により，すなわちこの蓄電手段を電源として、前記パルス信号よりも高い周波数の高周波パルス信号を生成する。さらに、この高周波パルス信号に基づいて、炎の有無を検出する。すなわち、前記高周波パルス信号が存在していると、炎が存在していると判定できる。ここにおいて、前記パルス信号よりも高い周波数の高周波パルス信号を生成するとき、前記パルス信号の持っている周波数をより高い周波数へ変換するように発振させることが好ましい。
【０００９】
つぎに、この炎検出装置の実施の形態について説明する。この炎検出装置は、前記バーナの燃焼制御回路部において用いる炎検出装置に好適に実施できる。
【００１０】
まず、この炎検出装置の構成について説明する。この炎検出装置は、炎の存在を検出すると、放電パルスを生成するパルス信号生成手段と、このパルス信号生成手段から出力されるパルス信号を蓄電する蓄電手段と、この蓄電手段に蓄えた電力により前記パルス信号よりも高い周波数の高周波パルス信号を生成する発信回路部と、前記高周波パルス信号に基づいて、炎の有無を判定する判定回路部とにより構成されている。さらに、前記判定回路部の判定結果を出力する出力回路部を備えた構成とすることもできる。
【００１１】
前記パルス信号生成手段は、紫外線放電管を用いたものであり、炎が存在すると、約６０Ｈｚ以下の放電パルスを生成するように構成されている。
【００１２】
前記蓄電手段は、コンデンサや蓄電池であり、前記パルス信号生成手段の二次側に接続されている。そして、前記パルス信号生成手段から出力されるパルス信号を蓄え、電力として取り出すことができるように蓄電する。ここにおいて、蓄電の具体的な形態は、パルス信号を前記コンデンサにて平滑して直流電源とするものである。
【００１３】
前記発信回路部は、前記蓄電手段の二次側に接続されている。そして、前記蓄電手段に蓄えた電力を電源として、前記パルス信号の周波数よりも高い周波数，たとえば約２００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の高周波パルス信号を生成する。ここにおいて、前記発信回路部は、前記パルス信号の持っている周波数を元にして、この周波数自体より高い周波数へ変換するように発振させることが好ましい。
【００１４】
前記判定回路部は、前記発信回路部の二次側に接続されている。そして、前記判定回路部は、前記高周波パルス信号に基づいて、炎の有無を判定する。ここにおいて、前記判定回路部は、前記高周波パルス信号の有無により判定することもできるが、前記高周波パルス信号自体により作動する構成がより好ましい。すなわち、前記高周波パルス信号の高周波の特性により確実に作動する判定回路とする。
【００１５】
前記出力回路部は、前記判定回路部の判定結果を出力する出力手段を備えている。前記出力手段は、たとえばリレーの接点等やトランジスタ等の出力信号である。
【００１６】
つぎに、前記構成の炎検出装置の作用について説明する。前記バーナが着火トライの後、燃焼を開始する。そして、この炎検出装置では、炎を検出すると、まず前記パルス信号生成手段から出力されるパルス信号を前記蓄電手段に蓄電する。つぎに、前記発信回路部は、この蓄電した電力により前記パルス信号の周波数よりも高い周波数の高周波パルス信号を生成する。さらに、前記判定回路部は、この高周波パルス信号に基づいて，すなわち前記高周波パルス信号の高周波の特性に基づいて、確実に作動し炎の有無を判定する。
【００１７】
したがって、この発明の炎検出によれば、炎が存在しているときのみ、前記高周波パルス信号を生成できる。一方、前記パルス信号生成手段が故障したときや前記蓄電手段および前記各回路部を構成しているトランジスタ等の多数の電子部品のいずれかあるいは複数の電子部品の故障のときは、前記高周波パルス信号を生成できないので、炎が存在しないと判定することができる。あるいは、炎の有無を検出することができないことになる。したがって、炎が存在しないときに、誤って炎有りの判定をすることがない。これにより、前記ボイラの運転は、炎無しの状態であるのに、誤って炎有りとしての状態で運転が継続されることをなくすようにすることができるので、安全側への制御とすることができる。また、前記判定回路部は、前記高周波パルス信号自体により作動する構成とすると、この高周波パルス信号でない周波数のときは、前記出力手段を作動できないことになる。すなわち、フェールセーフ回路を備えた炎検出とすることができる。
【００１８】
【実施例】
以下、この発明の第一実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。この炎検出方法を適用する炎検出装置について説明する。まず、炎検出装置１の構成について、図１に基づいて詳細に説明する。図１は、炎検出装置１の概略回路図である。
【００１９】
この炎検出装置１は、炎の存在を検出すると、放電パルスを生成するパルス信号生成手段２と、このパルス信号生成手段２から出力されるパルス信号を蓄電する蓄電手段３と、この蓄電手段３に蓄えた電力により前記パルス信号よりも高い周波数の高周波パルス信号を生成する発信回路部４と、前記高周波パルス信号に基づいて、炎の有無を判定する判定回路部５および前記判定回路部５の判定結果を出力する出力回路部６とにより構成されている。
【００２０】
前記パルス信号生成手段２は、紫外線放電管（以下、「ＵＶセンサ２」と云う）であり、炎を検出すると、約６０Ｈｚ以下の放電パルスを生成する。そして、生成した放電パルスを逆流を防止する第一ダイオード７を介して、前記蓄電手段３へ出力する。
【００２１】
前記蓄電手段３は、第一コンデンサ（以下、「第一コンデンサ３」と云う）であり、前記第一コンデンサ３の第一コンデンサプラス側端子８は、前記第一ダイオード７を介して、前記ＵＶセンサ２と接続されている。前記第一コンデンサ３の第一コンデンサマイナス側端子９は、接地するためのアース１０と接続されている。前記第一コンデンサプラス側端子８は、前記発信回路部４の発信回路部プラス側端子１１と接続されている。前記第一コンデンサ３は、前記発信回路部４へ電力を供給する。
【００２２】
前記発信回路部４は、前記第一コンデンサ３の二次側に接続されている。すなわち、前記第一コンデンサ３に蓄えた電力を電源とすることができる構成としている。前記発信回路部４の発信回路部マイナス側端子１２は、前記アース１０と接続されている。前記発信回路部４は、前記パルス信号の周波数よりも高い周波数，たとえば約２００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の高周波パルス信号を生成する。ここにおいて、前記発信回路部４は、前記パルス信号の持っている周波数を元にして、この周波数自体より高い周波数へ変換するように発振させる構成としている。前記発信回路部４は、高周波パルス信号出力端子１３を備え、前記判定回路部５へ出力する。
【００２３】
前記判定回路部５は、電力を前記高周波パルス信号により、高速でオンオフ制御するスイッチ部１４と、前記スイッチ部１４からの高周波パルス信号出力により作動するリレー駆動部１５とにより構成されている。そして、前記判定回路部５は、前記高周波パルス信号出力端子１３の二次側に接続されている。
【００２４】
まず、前記スイッチ部１４の構成について詳細に説明する。このスイッチ部１４は、電流を制限する第一抵抗素子１６と、直流の電源を供給する直流電源１７と、第一トランジスタ１８および第二トランジスタ１９とにより構成されている。また、前記第一トランジスタ１８は、前記直流電源１７と接続されている。前記第二トランジスタ１９は、前記第一トランジスタ１８の後段になるように、直列に接続されている。
【００２５】
そして、前記第一抵抗素子１６は、前記高周波パルス信号出力端子１３と接続されている。前記両トランジスタ１８，１９のそれぞれの第一トランジスタベース端子２０と第二トランジスタベース端子２１が結合され、その結合点２２は、前記第一抵抗素子１６の二次側と接続されている。前記直流電源１７と前記第一トランジスタ１８の第一トランジスタコレクタ端子２３が接続されている。前記第一トランジスタ１８の第一トランジスタエミッタ端子２４と前記第二トランジスタ１９の第二トランジスタエミッタ端子２５が直列に接続されている。前記第二トランジスタ１９の第二トランジスタコレクタ端子２６は、前記アース１０と接続されている。そして、前記スイッチ部１４は、前記直流電源１７の電力を前記高周波パルス信号により、高速でオンオフ制御し、前記第一トランジスタエミッタ端子２４と前記第二トランジスタエミッタ端子２５との接続点２７から、前記リレー駆動部１５へ出力するように構成されている。
【００２６】
つぎに、前記リレー駆動部１５の構成について詳細に説明する。このリレー駆動部１５は、電流を制限する第二抵抗素子２８と、リレー駆動するためのリレーコイル２９と、電流を平滑するための第二コンデンサ３０と、電流を整流するための第二ダイオード３１と、電流を平滑するための第三コンデンサ３２および電流を整流するための第三ダイオード３３とにより構成されている。
【００２７】
そして、前記接続点２７には、前記第二抵抗素子２８が接続されている。前記第二抵抗素子２８の二次側は、前記リレーコイル２９のリレーコイル一端３４と、前記第二コンデンサ３０の第二コンデンサマイナス側端子３５および前記第二ダイオード３１の第二ダイオードアノード端子３６とそれぞれ接続されている。前記第二ダイオード３１の第二ダイオードカソード端子３７は、前記第三コンデンサ３２の第三コンデンサプラス側端子３８と接続されている。前記第三コンデンサ３２の第三コンデンサマイナス側端子３９は、前記アース１０と接続されている。前記第二ダイオードカソード端子３７と前記第三コンデンサプラス側端子３８は、ともに前記第三ダイオード３３の第三ダイオードアノード端子４０と接続されている。前記第三ダイオード３３の第三ダイオードカソード端子４１は、前記リレーコイル２９のリレーコイル他端４２および前記第二コンデンサ３０の第二コンデンサプラス側端子４３と接続されている。
【００２８】
さらに、前記出力回路部６は、前記判定回路部５の判定結果に基づいて、炎の有無の信号を出力する。前記出力回路部６は、出力接点４４を備えている電磁開閉器，いわゆるリレー（図示省略）により構成されている。前記出力接点４４は、前記リレーコイル２９の作動により、閉じられるように構成されている。
【００２９】
前記構成の炎検出の作用について説明する。以下の説明は、ボイラのバーナに実施した場合についての説明である。まず、正常に炎の検出が行われるときの説明を行う。前記バーナの燃焼が開始され、その炎を存在を前記ＵＶセンサ２が検出すると、前記ＵＶセンサ２から出力されるパルス信号を前記第一コンデンサ３に蓄電する。つぎに、この蓄電した電力を前記発振回路部４へ供給する。前記発振回路部４は、この電力の供給があると，すなわちこの蓄電された電力を電源として、前記パルス信号よりも高い周波数の高周波パルス信号を生成する。
【００３０】
そして、この高周波パルス信号により、前記スイッチ部１４は、前記直流電源１７の電力を高速（たとえば、約２００Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数による切替速度）でオンオフ制御し、前記リレー駆動部１５へ出力する。
【００３１】
前記リレー駆動部１５は、高速でのオンオフ制御された電力の供給であるときのみ、前記リレーコイル２９が作動し、前記出力接点４４を閉じるようにしている。ここにおける前記リレーコイル２９の作動は、前記第二コンデンサ３０と、前記第二ダイオード３１と、前記第三コンデンサ３２および前記第三ダイオード３３とにより行われる回路としている。したがって、高速でのオンオフ制御された電力の供給であれば、前記リレーコイル２９の作動を継続できる回路としているので、前記判定回路部５として、炎有りと判定し、その判定を継続することができる。すなわち、前記ＵＶセンサ２の出力パルス信号を蓄電し、この蓄電した電力で生成した高周波パルス信号に基づいて、前記判定回路部５において、炎の有りの状態を検出することができる。
【００３２】
一方、前記バーナにおける着火トライが失敗し、炎の検出が行われないときの説明を行う。炎が検出されないと、前記ＵＶセンサ２からパルス信号が出力されない。したがって、前記発振回路部４も高周波パルス信号を生成できない。前記リレーコイル２９は、前記直流電源１７の電力が供給されない、または低速（たとえば、約１００Ｈｚ以下の周波数による切替速度）でオンオフ制御されると、その作動が維持されない。したがって、前記判定回路部５として、炎無しの状態と判定することができる。
【００３３】
つぎに、前記ＵＶセンサ２や前記各電子部品が故障したときについて説明する。前記ＵＶセンサ２が故障し、パルス信号を出力しなくなったときや前記第一コンデンサ３および前記各回路部４，５を構成している多数の電子部品のいずれか、あるいは複数の電子部品の故障のときは、前記高周波パルス信号を生成できないので、炎が存在しないと判定することができる。あるいは、炎の有無を検出することができないことになる。
【００３４】
さらに、前記各電子部品の故障がなく、前記ＵＶセンサ２が放電し続けたときについて説明する。このときの前記ＵＶセンサ２の出力は、パルス信号でなく電圧のみ出力されるので、前記第一コンデンサ３は、蓄電される。しかし、前記前記発振回路部４は、前記ＵＶセンサ２の周波数を元にして発振するようにしているので、高周波数のパルス信号を生成できない。したがって、前記判定回路部５として、炎無しの状態と判定することができる。
【００３５】
以上のように、前記バーナにおける着火トライの失敗，前記ＵＶセンサ２や前記各電子部品の故障および前記ＵＶセンサ２が放電し続ける故障のように、各故障状態で炎が存在しないとき、誤って炎有りの判定をすることがない。すなわち、炎無しの状態であるのに、誤って炎有りとしての状態で前記ボイラの運転が継続されることをなくすようにすることができるので、前記ボイラの運転を安全側への制御とすることができる。
【００３６】
また、前記判定回路部５は、前記高周波パルス信号自体により作動する構成としているので、この高周波パルス信号でないときは、前記出力回路部６を作動できない。したがって、前記ボイラの燃焼制御において、フェールセーフとなる炎検出とすることができる。
【００３７】
つぎに、第二実施例について説明する。燃焼機器として、前記第一実施例と同様、ボイラを例として説明する。この第二実施例は、前記第一実施例で説明した前記出力回路部６の具体的実施例である。図２は、前記ボイラ（図示省略）の燃料の供給を制御する燃料制御弁４５を前記炎検出装置１により制御するときの制御回路図である。ここにおいて、前記第一実施例と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
前記ボイラは、バーナ（図示省略）と、前記炎検出装置１と、燃焼制御する制御回路部（図示省略）とを備えている。前記バーナは、燃焼の供給を制御する燃料制御弁４５と、燃料に着火するための点火トランス（図示省略）を備えている。図２において、前記燃料制御弁４５は、交流電源４６と前記出力接点４４を介して、電線４７，４８，４９によりそれぞれ接続されている。
【００３９】
この第二実施例における炎検出の作用を説明する。まず、前記制御回路部は、着火トライ回路（図示省略）により、前記点火トランスと前記燃料制御弁４５をともに作動させ、前記バーナを着火トライの状態とする。そして、前記炎検出装置１が炎の存在を検出すると、前記判定回路部５から高周波パルス信号が出力され、前記出力接点４４が閉じ、前記燃料制御弁４５を作動させる状態が維持される。前記点火トランスは、所定の時間経過の後、作動を停止する。前記点火トランスの停止の後も炎の存在が検出されていれば、前記ボイラは通常運転へ移行する。
【００４０】
一方、前記点火トランスの停止の後に炎の存在が検出されていなければ、前記判定回路部５の指示により、前記出力接点４４が開き、前記燃料制御弁４５を閉じるとともに、前記ボイラは不着火の状態となり、運転を停止する。
【００４１】
前記炎検出装置１の構成部品の故障のときは、炎を検出できなくなるので、前記出力接点４４が開き、前記ボイラの燃焼を継続できなくすることができる。
【００４２】
以上説明したように、この高周波パルス信号に基づいて、前記判定回路部５において炎の有無を検出し、前記出力回路部６で前記燃料制御弁４５を制御することができる。この第二実施例では、説明を簡略するために、前記ボイラの燃焼制御をオンオフ制御として説明したが、前記燃料制御弁４５を複数設け、それに合わせた多段階の制御を実施するボイラにも適用できる。
【００４３】
【発明の効果】
この発明によれば、電子回路部やマイクロコンピュータを用いる燃焼機器等の炎検出において、より安全な炎検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炎検出装置の概略回路図である。
【図２】燃料制御弁を炎検出装置により制御するときの制御回路図である。
【符号の説明】
２ ＵＶセンサ（パルス信号生成手段）
３ 第一コンデンサ（蓄電手段）
４ 発信回路部
５ 判定回路部
６ 出力回路部

Claims (3)

1. 炎を検出すると放電パルスを生成するパルス信号生成手段２と、
   このパルス信号生成信号２から出力されるパルス信号を蓄電する蓄電手段３と、
   この蓄電手段３で蓄電した電力を発振回路部４へ供給し、
   前記発振回路部４は、この電力の供給があると、蓄電された電力を電源として前記パルス信号よりも高い周波数の高周波パルス信号を生成し、
   前記高周波パルス信号に基づいて炎の有無を判定する判定回路部５と、
   前記判定回路部５の判定の結果を出力する出力回路部６を備えた
   ことを特徴とする炎検出装置。
2. 前記高周波パルス信号により、電力を約２００Ｈｚから５００Ｈｚの周波数で高速オンオフ制御し、リレー駆動部１５へ出力し、
   前記リレー駆動部１５は、高速オンオフ制御された電力の供給があるときのみ、リレーコイル２９が作動し、出力接点４４が閉じる
   ことを特徴とする請求項１に記載の炎検出装置。
3. 前記パルス信号生成手段は、炎を検出すると、約６０Ｈｚ以下の放電パルスを生成することを特徴とする請求項１に記載の炎検出装置。

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