JPS5815692B2 - ネンシヨウアンゼンソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来、燃焼炎検知センサに熱電対を用いたものとしてガ
ス風呂釜、ガス瞬間湯沸器などに使用されている押し廻
し安全弁方式がある。

この方式は押ボタン、つまみ等の押圧で弁が開き、燃料
に点火させると共に、着火によって生じる燃焼炎で加熱
される熱電対で電磁石を動作させ、前記電磁石と伴動す
るよう構成された弁を開位置に保持吸着させる構造であ
る。

また、他の方式として熱電対超電力で直接電磁リレーを
動作させ、その接点で燃料弁、点火器、タイマ等Ｑ燃焼
制御部品を制御するものもある。

これらの安全装置は、いずれも熱電対で燃料弁等の負荷
を直接駆動する方式のため、太い素線径の材料で熱電対
を構成しないと弁駆動電流が得られない。

従って、燃焼検知素子の熱容量、すなわち熱時定数が大
きくなるため応答性が問題となり、燃料に着火しても熱
電対が充分加熱されるまで押ボタンの押圧を継続しなけ
れば弁を吸着保持できず、点火操作に手間どる問題があ
る。

また燃焼中に風などで吹消えた場合も熱電対が充分冷却
されるまで燃料が流出し、ガス中毒再点火時の爆発事故
などが発生する危険性を含んでいる。

また、太陽電池などの発電素子で燃焼炎を検知する方式
も考えられるが、電池パワーのみで弁を駆動するには電
池表面積が大きくなり過ぎ実用できにくい。

また、ＣｄＳ、サーミスタなどで検出する方法もあるが
、ＣｄＳ、サーミスタの部品故障時、特に着火検出と同
じ信号を発生する故障があり、この状態で失火すると生
ガスが連続流出する極めて危険な事故が発生する、など
多くの問題を含んでいる。

本発明の意図する点は、燃焼炎の作用で超電力および抵
抗等が変化する燃焼検知素子を用い、着火直後の燃焼検
知素子の出力が閾値より低いときは高増幅度を有し、か
つ、前記出力が閾値より高くなると低増幅度になるゲイ
ン切替形の増幅器の出力で燃料弁を駆動することで応答
性の悪い燃焼検知素子を使用しても着火検出の応答速度
、精度の向上が計れ、点火操作、安全性の向上が達成で
きる装置に関するものである。

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、１は電源、２は運転スイッチ、３は点
火スイッチ、４は点火器、５は押し廻し安全弁本体、６
は第２燃料弁、７はサーモスタット、８は電源回路、９
は増幅器、１０は増幅器９の増幅電圧を検知して発振す
る発振器、１１は発振器１０の発振周波数を検出する燃
料弁駆動部である。

１３は主バーナ、１３ａはその炎、１４は種火バーナ、
１５はその炎、１６は点火器４の放電極、１７は燃焼検
知素子で、例えば熱電対で種火１５で加熱される。

１８は安全弁本体５に内蔵される電磁石部で、巻線２０
をもつ。

２１は可動鉄片であり、２２は燃料弁で、鉄片２１と連
動する。

２３は弁座、２４は圧縮コイルバネであり、弁２２を弁
座２３に押圧するものである。

２５は押ボ！ンであり、これにはロッド２６が固着され
、さらに、円筒形コック２７が連係している。

２８はコック２７の***であり、押ボタン２５を左へ９
０度押し廻すと上記***２８とパイプ２８ａが連通し、
種火バーナ１４に燃料が導かれる。

２９は大穴であり、押ボタン２５を上記位置から９０度
、すなわち、停止の初期位置から１８０度廻すと、この
大穴２９とパイプ２９ａが連通し、燃料が第２燃料弁６
に導かれる。

３０は圧縮バネである。

３２は電源回路８のトランスで、低電圧端子３２ａと３
２ｂを有する。

３３と３４は半波整流用のダイオードである。

３５と３６は平滑コンデンサ、３７と３８は抵抗、３９
と４０は定電圧ダイオードである。

電源回路８は上記部品で構成され、出力端子Ｂを基準と
してプラス電圧端子Ａとマイナス電圧端子Ｃを有する。

４１はオペアンプ等の増幅素子で電源端子４１ａ、４１
ｂ、入力端子４１ｃ、４１ｄ、出力端子４１ｅを持つ。

４２は入力抵抗、４３は接地抵抗、４４は燃焼検知素子
１γの着火直後の低出力時に動作するゲイン設定用の抵
抗である。

４５は定電圧ダイオードであり、増幅素子４１の出力が
定電圧ダイオード４５の電圧を越えると抵抗４６が動作
し、抵抗４４と抵抗４６の並列合成抵抗で増幅器９のゲ
インが定まる。

増幅器９は上記部品で構成され、熱電対等の燃焼検知素
子１７０入力端子りとＥおよび増幅出力端子Ｆ、Ｇを有
する。

４９と５０は抵抗、５１はコンデンサ、５３はトランジ
スタ、５４と５５はダイオード、５６はコンデンサ、５
７は抵抗であり、上記部品で発振器１０を構成している
。

６０と６１は抵抗、６２はトランジスタ、６３はトラン
ス、６４はコンデンサ、６５は抵抗、６６は全波整流ダ
イオード、６７はコンデンサである。

燃料弁駆動部１１は上記部品で構成され、燃料弁２２０
巻線２０への出力端子Ｈと■を有する。

次に動作の説明を行う。

押ボタン２５を「停止」位置から左へ９０度、すなわち
「種火点火」位置に押し廻すと、運転スイッチ２と点火
スイッチ３が閉じ点火器４が動作すると共に、押ボタン
２５に固着されたロッド２６の先端を介して弁２２が弁
座２３から離れ、かつ円筒形コック２７の***２Ｂとパ
イプ２８ａが連通する。

従って燃料は入ロア０から入り、弁２２と弁座２３０間
を通り***２８を介して種火バーナ１４に流出し、放電
極１６で点火される。

また、電流は運転スイッチ２を通り、電源回路８に加わ
る。

電源回路８は半波整流、平滑され、端子Ａ、Ｂ、Ｃから
端子Ｂを基準とした端子Ａ、Ｃ１の２電源が得られ、こ
れが増幅器９の増幅素子４１の電源となる。

燃焼検知素子１７が燃焼炎で加熱されるため、増幅器９
０入力端子りとＥに第２図の起電圧ｅ１が印加される。

これにより増幅器９の出力端子ＧとＦには第３図ａで示
すように入力電圧Ｅ１、すなわち、熱起電力Ｅ１がＸ点
まで、増幅器出力電圧Ｅ２は、ｅ２＝ａｌ・ｅｌ。

て増幅される。

そして、入力電圧Ｅ１がＸ点になると、出力電圧Ｅ２が
定電圧ダイオード４５の放電々圧ｖ２（閾値）と等しく
なる。

このＸ意思上の入力電圧Ｅ１では定電圧ダイオード４５
が導通し、抵抗４６に電流が流れる。

す々わち、抵抗４４と抵抗４６が並列に接続されたこと
になる。

この並列抵抗をＲａとすると、入力電圧Ｅ１がＸ意思上
では増幅器出力電圧Ｅ２ として、で示される式に基ず
くゆるやかな勾配で、増幅され、入力電圧Ｅ１が３０ｍ
Ｖまで直線増幅されて、電源電圧１５Ｖで飽和する。

すなわち入力電圧Ｅ。が閾値Ｘ点まではａｌで増幅し、
これ以上はａ２で増幅するゲイン切替を有している。

一例として数値で示すと、第３図ａの場合ｅ２は入力電
圧Ｅ１が６ｍＶで出力電圧Ｅ２が電源電圧１５Ｖに達し
、＝２５００である。

またｅ２′はＸ点、すなわち２ｍＶで出力電圧Ｅ２が５
ｖであり、３０ｍＶで飽和しているため、増幅率ａ２は
、 である。

ｅ２′ は従来例でゲイン切替を有しない増幅器、すな
わち、定電圧ダイオード４５と抵抗４６が無くて抵抗４
４で増幅する特性であ抄、この場合の増幅率は、 で示される。

第３図すは、第３図ａで示される機能を有する増幅器９
に第２図の起電力Ｅ１を加えると増幅器９の出力端子Ｇ
、Ｆにはｅ２ａで示される波形の電圧が出てくる。

図において、入力電圧Ｅ、がＸ点まですなわち、時間ｔ
Ｘまではａｌで増幅され、時間ｔＸ以上はゲインが切替
わりａ２で増幅される波形である。

また、８２ａ′は第３図ａにおける従来例、すなわちゲ
イン切替機能を有しないｅ２Ｉ特性の増幅器で、第１図
の熱起電力Ｅ、を増幅した例である。

第３図すで、時間ｔが１＝０で着火し、第２図の熱起電
力Ｅ１が増幅器９の入力に加わると、本実施例ではｅ２
ａで示される増幅電圧が得られるため時間ｔが１＝１１
で電圧検知形の発振器１０のトランジスタ５３のベース
・エミッタ電圧Ｖに達し、このトランジスタ５３が導通
して後述する順序で燃料弁２２を駆動する。

また、従来の増幅器を使用するｅ２ａＩの波形では時間
ｔが１＝１ａでトランジスタ５３０ベース・エミッタ電
圧に達するだめ種火バーナ１５が着火しているにもかか
わらすｔａ時間まで燃焼炎の検出が出来ず応答が遅い。

しかし本実施例では、ｔ０時間で検出が可能になり応答
性の向上が図れる。

次に動作の説明を加える。

時間１＝０で着火し、増幅器９の出力端子Ｆの電圧ｅ２
がトランジスタ５３のベース・エミッタ電圧ＶＢＥに達
する（時間１＝１１）と、いままでオフであったトラン
ジスタ５３がオンする。

従って抵抗５７とダイオード５５を介してコンデンサ５
６に充電されていた電荷がトランジスタ５３増幅器９０
入力端子Ｅ、燃焼検知素子１７、抵抗６９、増幅器９０
入力端子Ｄ１ダイオード５４を介して放電する。

このコンデンサ５６の放電々流は燃焼検知素子１７の起
電力ｅ１に加算、重畳される極性に流している。

そのため増幅器９の出力電圧ｅ２ａは第４図ａに示すよ
うに、時間ｔが１＝１１からｅ２１で示されるパルス（
コンデンサ５６の放電電流）電圧が重畳される。

なお、パルス電圧ｅ２１の波高値０２１′および立ち上
り、立ち下り波形はコンデンサ５６の放電波形と同じで
あり、パルス幅はコンデンサ５６の容量値と燃焼検知素
子１７の内部インピーダンスおよび抵抗６９の値で決ま
る。

またパルス電圧ｅ２１０発生により発振器１０のトラン
ジスタ５３は抵抗４９を介してより深くバイアスされる
と共にコンデンサ５１はパルス電圧ｅ２１のピーク値（
ｅ２ａ＋ｅ２１’）ｔで充電される。

そしてコンデンサ５６が放電を終了すると、パルス電圧
ｅ２１も減衰し、０２１′−〇となり、増幅器９の出力
電圧ｅ２ａは定常の燃焼検知素子人力ｅ１に増幅率ａを
乗じたｅ２ａ＝ａｅ１ に落ちつく。

このとき、コンデンサ５１の電圧Ｖｃは増幅電圧ｅ２ａ
にパルス電圧ｅ２１の波高値ｅ２１′を加えたＶｅ＝ｅ
２ａ＋ｅ２１’電圧が残留電圧Ｖｃ１として残っている
。

しかるにトランジスタ５３０ベース・エミッタ電圧ｖＢ
Ｆは下記電圧が逆方向に加わる。

ＶＢＥ＝ＶＣ１−ｅｔａ＝（ｅｚｔ’＋ｅ２ａ）この状
態を第４図すのｅ２１′として示している。

従って、トランジスタ５３は急激にオフする。

これにともない抵抗５７とダイオード５５を介してコン
デンサ５６は充電され、次の放電に備える。

またコンデンサ５１の残留電圧Ｖｃ、によりトランジス
タ５３のベース・エミッタ電圧は第４図すに示すように
ｅ２１１まで逆方向電圧が印加されるが、コンデンサの
残留電圧Ｖｃ１は抵抗４９を介して増幅電圧ｅ２ａまで
放電して行く。

そして、時間ｔがｔ＝ｔ２でトランジスタ５３の順方向
ベース・エミッタ電圧ＶＢＥに達し、再度トランジスタ
５３はオンする。

トランジスタ５３がオンすることにより前記動作のくり
返し、すなわちコンデンサ５６の電荷がトランジスタ５
３、燃焼検知 素子１７を通って放電し、これに
より増幅器出力電圧Ｅ３が第４図ａで示すｅ２２のパル
ス電圧が重畳されトランジスタ５３はさらに順方向に深
くバイアスされオンを継続し、その後コンデンサ５６の
電荷が上記ルートで放電完了する。

そして、コンデンサ５１の残留電圧Ｖｃ１が ＶＣ１＝ｅ２ａ＋ｅ２２’として残留するため、トラン
ジスタ５３０ベース・エミッタ間が第４図すのｅ２□１
で示す電圧まで逆バイアスされ、トランジスタ５３がオ
フし、その後第４図ａの増幅電圧ｅ２ａまで抵抗４９を
介して放電して行き、時間ｔがｔ＝ｔ３でトランジスタ
５３のベース・エミッタ間の順方向電圧ｖＢＥに達し、
再度トランジスタ５３がオンする一連の動作を繰返すも
のである。

この状態を第４図ａ、ｂの時間ｔがｔ二ｔｎの波形で示
している。

以上詳述したように着火後時間ｔが１＝１１に達するこ
とで増幅器９の出力に交流成分が表われ、この交流成分
を増幅器９の出力端子Ｇからカップリングコンデンサ６
Ｂを介して燃料弁駆動部１１に導き、燃料弁コイル２０
で弁を開成保持するものである。

燃料弁駆動部１１に交流成分が入力となるので、トラン
ジスタ６２はオン、オフし、トランス６３に流れだ電流
がコンデンサ６４にチャージされ、トランジスタ６３が
オフするとトランス６３の一次巻線、抵抗６５を介して
ディスチャージしてトランス６３を交流で駆動する。

そしてトランス６３０２次巻線出力を全波ダイオード６
６とコンデンサ６７で整流平滑し、コイル２０に流し弁
を開成保持する。

この状態を第５図に示す。

コイル２０が開成保持する時間は第４図ａ。ｂに示す着
火からの時間ｔが１＝１．とほぼ同じである。

上記時間ｔ１の経過後、第１図に示す押ボタン２５を左
へさらに９０度廻す。

すなわち「停止」位置から１８０度廻すと、円筒コック
２１０大穴２９がパイプ２９ａと連通し、第２燃料弁６
の開成により主バーナ１３に燃料が噴出し着火され主バ
ーナ炎１３ａが生じ、正常運転に入る。

その後、サーモスタット７で温度の上昇、下降によす主
バーナ１３のみが制御される。

次に燃焼中、風など何らかの原因で時間ｔがｔ＝ｊ３で
消火した場合、燃焼検知素子１７が冷却され、第６図に
示すように熱起電力Ｅ１が下降する。

また、増幅器９の出力電圧Ｅ３も第７図に示すように下
降する。

第７図における増幅電圧６２Ｂは第４図ａと同様、パル
スｅ１２ｎが重畳された波形である。

時間ｔがｔ−ｔ３で失火し、時間ｔが１＝１４までは増
幅電圧ｅ２ａが発振器１０のトランジスタ５３０ベース
・エミッタ電圧ＶＢ８以上のため、発振、すなわちパル
スｅ２ｎｌが重畳され、コイル２０に通電している。

時間ｔが１＝１４を過ぎると、ｅ２ａくＶＢｏとなるた
め、トランジスタ５３はオフし、発振動作を停止してコ
イル２０への通電を断ち、弁２２を閉じるので燃料の供
給は停止され、安全が確保される。

以上が第１図の回路に基づく一連の動作である。

第８図は本発明の一実施例である第１図の変形応用例で
ある。

第８図は第１図の発振器１０と燃料弁駆動部１１を共用
化したもので、第１図と第８図の同一機能部品は同一番
号を付した。

第８図の燃料弁駆動部１１の抵抗５７、コンデンサ５６
、ダイオード５４．５５は第１図の発振器１０を構成し
ている部品であり、上記部品は発振器１０のコンデンサ
５１と抵抗４９で定まる時定数で同期的にコンデンサ５
６の電荷を燃焼検知素子１７の起電力Ｅ１に重畳、放電
させ、増幅電圧ｅ２にパルス電圧ｅ２ｎを発生させるも
のである。

コイル２０への通電は発振器１０のトランジスタ５３の
周期的にオフする抵抗５７、コンデンサ５６、ダイオー
ド５５を通る微分電流をコンデンサ１３７で精分し、コ
イル２０への磁電源としている。

その他の動作は第１図と全く変るところがない。

次に第１図、第８図に基づく部品故障時の安全性、フェ
ールセーフ性の説明を行う。

燃焼検知素子１７の断線故障、短絡故障はいずれの場合
も種火炎１５が発生しても第２図の熱起電力に１が発生
しないだめ増幅器９の増幅電圧ｅ２ａが発生せず、発振
器１０のトランジスタ５３はオフ状態を維持する。

すなわち発振器１０が不動作のため、燃料弁駆動部１１
には発振交流成分が印加されず、コイル２０へは電流が
供給されない。

次に増幅器９が増幅電圧ｅ２ａを生じない故障は上記燃
焼検知素子１７の故障と同じパターンでコイル２０に電
流は供給されない。

また増幅器９が増幅電圧ｅ２ａを生じるショート故障の
とき運転スイッチ２を投入すると、抵抗５７を介してコ
ンデンサ５６に充電される以前に増幅電圧ｅ２ａにより
トランジスタ５３がオンするため、その後種火に着火し
燃焼検知素子１７の起電力が発生してもトランジスタ５
３はオン状態を継続するため発振系が成立しない。

再度記述すると、発振系が成立するのは運転スイッチ２
の投入後コンデンサ５６に充電後、増幅器９の出力電圧
ｅ２ａが発生し、トランジスタ５３が導通する場合のみ
で、この起動条件が揃わない限り発振系は成立しない。

よって、増幅器９の故障時コイル２０への通電は行なわ
れず安全性が確保される。

さらに、発振器１０を構成するいずれの部品の短絡、断
線故障に対しても発振系は成立しないので、故障に対し
安全性が確保される。

まだ、燃料弁駆動部１１を構成する部品についても発振
交流成分を整流、平滑してコイル２０へ通電するため、
トランジスタ６２、抵抗、コンデンサなどの短絡、断線
故障に対しても安全性が確保できる。

次に第１図、第８図においてつまみ２５をさらに９０度
、すなわち停止位置から１８０度まで廻すと、コック２
７の穴２９がパイプ２９ａと連通し、第２電磁弁６がサ
ーモスタット７により開成しているとき、燃料が主バー
ナ１３に達して種火炎１５により主炎１３ａが確立する
。

以後サーモスタット７で主バーナ炎１３ａが制御される
。

また、燃焼を停止したい場合はつまみ２５を停止位置に
戻すと円筒形コック２７により燃料が止まり、またスイ
ッチ２が開路するため、電流も流れなくなるものである
。

なお、実施例ではゲイン切替機能として定電圧ダイオー
ド４５と抵抗４６を用いてオペアンプ４１の帰還率を変
えたが、トランジスタ等で実施しても同等の効果が有る
のは当然である。

以上の実施例からも明らかなように本発明によれば次の
ようなすぐれた効果が期待できるものである。

■、熱電対を燃焼検知素子に使用した場合、従来方式は
直接燃料弁を駆動するものであるため、太線径の熱電対
が必要であり、よって熱容量が増加して応答性が悪かっ
た。

本発明は従来と全く同一の熱容量の大きい、応答の悪い
熱電対を使用しても、着火直後の熱起電力の低い状態で
は増幅率を上げ、増幅出力電圧が燃料弁を駆動する発振
開始の閾値電圧を越える電圧以上では増幅率を下げるゲ
イン切替機能を付加することで応答性の向上が図れる。

すなわち、着火してから瞬時に燃料弁が開成保持し、使
い勝手の向上が図れる。

■、運転スイッチ等の投入によりコンデンサに充電し、
その後に生じる燃焼炎を検知する燃焼検知素子の出力電
圧を検出してトランジスタ等のスイッチング素子を導通
し、前記コンデンサの電荷を燃焼検知素子を通して放電
して発振する燃焼検知素子からの電圧検知形発振系を構
成して燃料弁を駆動することで、燃焼検知素子を含むあ
らゆる部品故障の常時監視が可能である。

すなわち、従来の起動時のみ部品故障をチェックする定
期チェックシステムに比べ、本発明は常時監視形のため
完全にフェールセーフ化が達成できいかなる事故に対し
ても生ガス等の燃料流出事故は有りえず、極めて安全性
が高い。

■、実施例の図面では燃焼検知素子として熱電対を用い
た例を説明したが、太陽電池等を使用しても全く同様の
効果を有する。

さらにＣｄＳ。サーミスタなどの感温素子などを用い、
上記素子をブリッジ回路等の一辺に接続して検知する場
合でも本発明の構成が利用でき、しかも燃焼検知素子を
含む制御系のフェールセーフが達成できるのは当然であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は熱電
対の出力電圧波形図、第３図ａは増幅器の増−特性図、
第３図すは増幅器の出力電圧波形図、第４図ａは増幅器
の出力電圧波形図、第４図すはトランジスタのＶＢＥ波
形図、第５図は出力電圧波形図、第６図は熱電対の失火
時の出力電圧波形図、第７図は同増幅電圧波形図、第８
図は本発明の他の実施例を示す回路図である。 ９……増幅器、１１……燃料弁駆動部、１７……燃焼検
知素子、２２…山燃料弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 運転スイッチ等の投入により燃料が点火され、その
   着火により生じる燃焼炎を検知する燃焼検知素子と、燃
   焼検知素子の出力を増幅し、かつ増幅電圧が閾値電圧を
   越えると増幅率が犬から小に切替わるゲイン切替形の増
   幅器と、増幅器の閾値電圧以下の出力電圧を検知し、こ
   の出力で自励発振する発振器と、この発振出力で燃料弁
   を駆動する燃料弁駆動部を備えてなる燃焼安全装置。