JPS6183825A - バ−ナ点火装置 - Google Patents

バ−ナ点火装置

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JPS6183825A
JPS6183825A JP59205500A JP20550084A JPS6183825A JP S6183825 A JPS6183825 A JP S6183825A JP 59205500 A JP59205500 A JP 59205500A JP 20550084 A JP20550084 A JP 20550084A JP S6183825 A JPS6183825 A JP S6183825A
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JP
Japan
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heater
circuit
temperature
power supply
control circuit
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JP59205500A
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English (en)
Inventor
Tomohiko Sadakata
貞方 知彦
Shigehiro Kawano
川野 滋洋
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/22Details
    • F23Q7/24Safety arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
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    • F23Q7/001Glowing plugs for internal-combustion engines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

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〕 本発明はバーナ点火装置に係り、特にセラミックスヒー
タを用いたものであって、ヒータの過熱による寿命低下
をvi止するのに好心なバーナ点火装置に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
従来よりバーナ点火装置の点火源としては、第1図に示
すように、ノズルIの近傍に設けたスパークイブナイタ
2の’1UFi2a、2b間に生ずる火花放電3を利用
するものと、第2図に示すような発熱体として金属シー
ズヒータやセラミックスヒータの如き赤熱体4を利用す
るものとが知られている。前者は、点火温度に達するま
での時間(点火所要時間)が短いという特長があるが、
点火領域が狭い、放電電極間に異物が付着すると放電不
能となる、所要電圧が高いため防爆構造が必要であるな
どの欠点があった。一方後者のうち、金属ノーズヒータ
等の金rI4抵抗体を用いた場合は、上記の如き問題は
生じないが、点火所要時間が長く、ボイラの如く多量の
燃料を噴霧するバーナでは安全上問題がある。これに対
し、SICとZrBgとの複合導電性セラミックスを赤
熱体に用いたセラミックスヒータは、耐熱性、点火領域
、使用電圧等の点でバーナの点火源として優れた特性を
有している。
第3図はii!電時開時間ラミックスヒータの発熱温度
との関係を示しており、ヒータの燃料点火温度は900
(℃1以上、ヒータ材の酸化による劣化温度は約140
0(℃)以上であるため、ヒータの発熱温度は900〜
1400(t]とする必要がある9図かられかるように
、発熱量が大きい場合には点火所要時間は短いが、ヒー
タが過熱して劣化する恐れがあり、発熱量が小さいと、
ヒータの過熱は防止できるが点火所要時間が長くなる。
しかし、バーナの点火源としては、安全f’)の面から
点火所要時間が短く、寿命の而からは過熱を防止するこ
とが必要であり、点火源としての要求特性とヒータの発
熱特性が相反する。
第4図はヒータの発熱温度と空気流速との関係を示すも
ので、図かられかるように、空気流速によってヒータの
発熱温度が太き(変化するため、同じ電源条件であって
もバーナの燃焼用空気流速が大きくなった場合には、発
熱温度が低下して点火不良となったり、逆に空気流速が
小さくなった場合には発熱温度が上昇してヒータが劣化
する恐れがある。
〔発明が解決しようとする問題点3 本説明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、セラミ
ックスヒータの過熱による寿命低下を防止するとともに
十分な点火性能を有するバーナ点火装置の提供を目的と
している。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するための構成として、本発明は、セラ
ミックスヒータに電力を供給するis回路と、ヒータの
発熱による抵抗値の変化を検出する検出回路と、を源回
路からの供給電力を制御する制御回路とを備え、前記検
出回路の出力によりヒータへの供給電力をIIIWL、
、セラミックスヒータを所定の温度範囲内に保持するよ
うにしたことを特徴としている。
即ち、セラミックスヒータが短時間で点火状態に達し、
かつ過熟しないようにするためにヒータの発熱温度を制
御するのであるが、SIC−ZrBgセラミンクスから
なるヒータの場合の抵抗値は、第5図に示すようにその
発熱温度に比例して増加することが知られているから、
ヒータの抵抗値が0.29〜0.39(Ω〕の間にある
ように電源がらの供給電力を制限して発熱量を制御すれ
ば、ヒータの発熱温度は適正使用温度域(900〜14
00 (t] )内に保持することができるのである。
〔実施例〕
第6図は本発明によるバーナ点火装置の電源及び制御回
路の構成を示したものであり、セラミックスヒータ5を
発熱させるための電源回路6、セラミックスヒータ5の
1氏抗+aを検出するためのフリンジ回路で構成した検
出回路7、検出回路7がらの出力により発熱量の制御信
号を出力する制御回路8、ヒータの電流条件と制御回路
8からの制御信号から電源回路6のt流制御を行うため
の電流制御回路9、電源回路6中のサイリスタ6aを位
相制御するためのゲート信号を制御する位相制御回路1
0、及びヒータの電源条件と抵抗値とによりヒータの寿
命評価を行う監視回路11から成る。
次に上記各回路の動作を、セラミックスヒータが室温か
ら設定発熱温度120013まで昇温した場合について
説明する。
ここに用いたセラミックスヒータの室温における抵抗値
は0.11(Ω〕であり、第6図に示す如くヒータ5は
検出回路7の一部を構成しているので、電源を投入する
室温におけるヒータ抵抗値と設定発熱温度1200C℃
]におケル抵抗fI[0,35〔Ω〕との差がブリッジ
回路のa−b端子間の電圧として検出される。検出され
た電圧に応して制jn回路8からヒータ電流を増加させ
る信号が出てヒータが発熱しはしめる。
一方制御回路8では、比例制御器8aと積分回路8bと
を組合せて比例−積分制御を行うため、ヒータ5の昇温
速度に対応して信号を発生する。
このヒータ抵抗値に基づく電流増加の信号と、ヒータ電
流検出回路12で検出されたヒータ5の電流値から、電
流制御回路9でヒータ5に負荷すべき′rM、流値が決
まり、これに従ちてサイリスタゲートの位相制tD回路
!Oが電源回路6中のサイリスタ6aを11II御し、
ヒータ電流を増加させ発熱温度を上昇させる。
ヒータ5が設定温度に達すると、a−b端子間の電圧は
Oとなり、制御回路8からの電流増加信号は停止する。
このためヒータ電流制御回路9はその時点での電流値を
維持し、発熱温度は一定となる。
ヒータ5が設定温度を越えた場合には、その抵抗値が0
.35(Ω〕より大きくなるため、a−b端子間には昇
温時の場合と逆の電圧を生しる。そこで制御回路8から
ヒータ電流を減少さセる18号が発生し、昇温時と同様
の動作順序でヒータ電流は減少し、発熱温度は低下する
ここで本発明における効果を説明するため、従来一般に
用いられている電源でセラミックスヒータを発熱させ、
本発明実施例による電源を用いた場合とヒータの発熱状
態を比較した。
第7図はその結果を示したもので、同一環境条件下にあ
る同一セラミックスヒータを室温から設定温度1200
[’C)まで、3種類の電源、即ちりヒータの発熱温度
を制御しない定電圧?!!源A、2)ヒータ発熱温度を
比例制御器で電圧制御する電源B、3)本発明実施例に
よる電Bc、で昇温させた。
その結果、上記1)では、回路構成は簡単であるが、設
定温度1200(t)以上に発熱しないように発熱の当
初から発熱量を小さくしているため、設定温度に達する
のに15秒以上を要する。
このように点火所要時間の長い点火源では、点火トーチ
用燃料噴射時期と点火晴朗とを対応させることが難しく
、点火トーチの安全上問題がある。
これに対し、上記2) 、 3)では、発熱温度に対応
して発熱量が変化されるため、発熱の初期には発熱量を
大きくして昇温速度を上げ、設定温度付近では発熱量を
小さくしてヒータの過熱を防止することが可能であると
ともに、約2.5秒で設定温度まで上昇させることがで
きた。
しかしながら上記2)のような制御方式の電源では動作
が不安定で、発pm度は設定温度1200(℃lを中心
として100〜200(t)の範囲で変動を操り返す、
これはヒータの発熱温度の応答が0.3秒程度かかるの
に比べ、制御方式が比例制御であることから制御動作が
瞬時となり、iia条件の変更量が過剰になり易いため
と、電圧制御であるために発熱温度に対応した電圧条件
の変更がなされても、変更時点のヒータ抵抗値が設定温
度での値より大きいか、又は小さいので、電流が適正な
値より過剰に流れたり、不足したりするためである。こ
のような不安定動作を繰り返すと、発熱温度の制御が不
可能となるばかりでなく、ヒータに周期的に大きな温度
変化を与えるため、熱疲労による亀裂を生じてヒータの
寿命低下が起こるおそれがある。
これに対し上記3)の本説明実施例による電源では、制
御方式に比例−積分制御を用いてヒータの応答速度に対
応した制御動作を行い、さらに電源を電流制御0するた
め、制御回路8からの信号に対応した適正な電流が流れ
る。従って本電源を用いたヒータの発熱温度は安定して
おり、設定温度1200(℃]に対し非常に小さな変動
しか見られない。
以上はヒータ加熱時の電源の動作について述べたが、−
aにバーナ点火源の環境条件は常に大きく変動している
0例えばボイラ用点火バーナでは空気流速は3〜12(
m/s]の範囲で変動する。そこでヒータ発熱温度に及
ぼす空気流速の影響を発熱温度の制御をしていない定電
圧電goと本発明によるtfiEとについて考察すると
、第8図のようになる。
図において、発熱温度の制御をしていない電源Dの場合
、空気/lL浬が3 (m/s)まで減少するとヒータ
の熱損失が小さく、ヒータは過熱してしまう。逆に12
 (Ie/s)に上昇すると熱損失が増加して発熱温度
が燃料点火温度以下に下がり、点火不良を起こす可能性
がある。
これに対し本発明による電aEを用いた場合は空気流速
による熱損失に応してヒータの発熱量を制御するため、
空気流速の変動によるヒータ発熱温度の変化は生しない
。このため発熱温度の上昇によるヒータの劣化や、温度
降下による点火不良の防止効果が大である。
第9図、第10図はヒータ寿命の延長を説明するもので
、第9図は所定の発熱パターンで繰り返しヒータを加熱
した場合のヒータ発熱温度を示す。
実験では、燃料点火温度900(t)まで2秒の昇温速
度で、通電時間8秒、冷却時間16秒を繰り返した。発
熱温度を制御していない定電圧電源りでは約7秒後にヒ
ータの耐酸化限界である1400〔℃〕を越えたが、本
発明のN、BEでは設定発熱温度+200c℃]以上に
は発熱していない。
第10図は上記発熱パターンによる繰り返し試験の結果
を示すもので、ヒータの発熱回数を寿命として評価する
と、温度制御を行わない上記電源りを使用した場合に比
べ、本発明にょる[fiEを使用した場合は5倍以上の
寿命を示した。
このように本発明による電源回路を使用することにより
、セラミックスヒータの寿命が延びるが−mにバーナの
点火源では使用条件の差異が大きく、ヒータの寿命はバ
ラつき易い、このヒータの寿命による破断で点火不良が
起こることを防止するために、本発明ではヒータの寿命
を測定し、表示又は警報音を発する監視回路11を設け
ている。
第11図はセラミックスヒータに繰り返し通電試験を行
い、その通電回数とヒータ抵抗値との関係を示したもの
である0図がられがるように、ヒータが劣化して破断す
る直前には、そのt圧抗値が上昇するIll向がある。
そこで第6図に示す検出回路7中のヒータ電流検出回路
12とブリッジ回路の一方の端子aとの間に前記監視回
路11を接続し、ヒータの抵抗値とヒータに流れる電流
がらヒータの劣化による抵抗値の上昇を検出し、抵抗値
がある一定値以上になった場合に、警報表示又は警報音
等を発するようになっている。
こうした警報に基づいて、ヒータ交換、点火装置の点検
を行なうことにより、点火トーチの信頼性を著しく高め
ることが可能である。
〔発明の効果〕
本発明は取上の如くであり、電源回路をヒータ抵抗値の
変化により制御して、ヒータの発熱温度を一定範囲内に
保つようにしたものである。
従って、点火所要時間が数秒であるような急速な加熱を
行っても、設定温度以上に過熱することがないので、点
火所要時間を短くすることができ、バーナの燃料噴霧の
時期と点火時期とを同調させ易い、その結果、点火遅れ
による爆発事故を防止することができる。
また、点火用セラミックスヒータ周囲の環境が変化して
も、ヒータ温度が一定であるこめ、ヒータ発熱温度の低
下による点火不良や、発熱温度上昇によるヒータ劣化を
防止できる。
更に、従来の’111Rに比べ発弧温度が一定であるた
め、温度変動による熱疲労亀裂の発生を防止でき、ヒー
タの寿命が延びる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の火花放電式バーナ点火プラグを示す概略
図、第2図は本発明に用いたセラミ’7クスヒータ式バ
ーナ点火プラグを示す概略図、第3図はセラミックスヒ
ータの発熱特性を示す図、第4図はセラミックスヒータ
の発熱温度に及ぼす空気流速の影響を示した図、第5図
はセラミックスヒータの抵抗値と発熱温度の関係を示す
図、第6図は本発明実施例のバーナ点火装置の回路図、
第7図は各種電源で発熱させたセラミックスヒータの発
熱特性を示す図、第8図は従来の電源と本発明実施例の
1taでそれぞれ発熱させたセラミックスヒータの発熱
温度に及ぼす空気流速の影響を示す図、第9図は従来の
aimと本発明実施例の電源を用いて行ったセラミック
スヒータの繰り返し通電試験の発熱パターンを示す図、
第10図は従来の電源と本発明実施例の電源を用いて行
ったセラ≧7クスヒータの操り返し1ffi電試験牟吉
果を示す財、第11図はセラミックスヒータの操り返し
通電試験におけるヒータ抵抗値の変化を示す図である。 5・・・セラミックスヒータ、6・・・電源回路、6a
・・・サイリスク、7・・・検出回路、8・・・I’制
御回路、8a・・・積分回路、9・・・ヒータ電流V+
御回路。 第1図 \、 第2図 第3図 第4図 空気5に速fm/S) 第5図 セラミックスヒータのオ身几イ直 (Ω)第7図 第8図 空気5光逼(m/S) 第9図 第10図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セラミックスヒータに電力を供給する電源回路と
    、ヒータの発熱による抵抗値変化を検出する検出回路と
    、電源回路からの供給電力を制御する制御回路とを備え
    、前記検出回路の出力によりヒータへの供給電力を制御
    し、セラミックスヒータを所定の範囲内の温度に保持す
    るようにしたバーナ点火装置。
  2. (2)前記検出回路をブリッジ回路にて構成し、ブリッ
    ジ回路の出力にて前記制御回路を介して電源回路のサイ
    リスタまたはトランジスタを制御するようにした特許請
    求の範囲第(1)項記載のバーナ点火装置。
  3. (3)前記制御回路は前記検出回路の出力を積分する積
    分回路を有する特許請求の範囲第(1)項記載のバーナ
    点火装置。
  4. (4)前記電源回路は前記制御回路によってその電流を
    制御されるようにした特許請求の範囲第(1)項記載の
    バーナ点火装置。
  5. (5)前記検出回路にはヒータの抵抗値変化からヒータ
    の寿命を監視する監視回路を接続してなる特許請求の範
    囲第(1)項記載のバーナ点火装置。
JP59205500A 1984-10-02 1984-10-02 バ−ナ点火装置 Pending JPS6183825A (ja)

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