JPH0235207B2

JPH0235207B2 -

Info

Publication number: JPH0235207B2
Application number: JP56197497A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Mori
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-12-07
Filing date: 1981-12-07
Publication date: 1990-08-09
Also published as: JPS5899614A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は火炎に挿入しその炎電流を検出するこ
とにより火炎の有無、あるいは燃焼状態を検知す
る構成のフレームロツドセンサを用いた燃焼検知
装置に関するものである。

従来よりこの種のフレームロツド方式による燃
焼検知装置はセンサ部が安価、堅牢で応答性が速
い等の特長があり、一般に広く使用されている。
第１図はその一例を示すものでブンゼン式ガスバ
ーナに使用した例である。この構成ではガスは入
口１から流入し安全弁２を通りノズル３から噴出
する。ここで一次空気４と混合しバーナ５の炎孔
６に火炎７を形成する。８は火炎７内に挿入した
フレームロツドを示しバーナ５の炎孔６とフレー
ムロツド８との間に流れる火炎イオン電流（以下
火炎電流とする）iFを炎検知回路９で検知して火
炎７、すなわち炎電流iFがなくなつた場合に安全
弁２を閉止する出力を出す。１０は炎検知回路９
を駆動し火炎電流iFを供給する交流電源を示す。
火炎電流iFはフレームロツド８とバーナ５の接触
事故と判別する目的で交流電圧を印加し火炎の整
流作用を利用する方式である。

この場合火炎電流iFの大きさは印加電圧、バー
ナ５の炎孔６とフレームロツド８の距離、火炎の
形状、イオン状態、フレームロツド８とバーナ５
の面積等により大きく異なる。このためフレーム
ロツド８の取付精度が厳しく要求され、またバー
ナ炎孔６の形状により微妙に変化することから、
これらの設計および組立は非常に高度で複雑であ
つた。またバーナはブンゼンバーナの中にもライ
ンバーナその他の各種形状のバーナがあり、ブン
ゼンバーナ以外のバーナや灯油等のバーナ等形状
は種々雑多をきわめる。これ等を通して一定の炎
電流iFの絶対値を検出することは非常に困難であ
り、このため現在は火炎電流iFの有無、つまり火
炎の有無を検知する火炎検知器として利用される
ことが多い。しかし最近の無公害燃焼傾向により
火炎の有無はもちろん、火炎の燃焼状態を監視し
て常に最適燃焼に保つ燃焼制御、あるいは異常燃
焼時に自動的に燃焼を停止する燃焼安全機能が要
求されつつある。このためには炎電流iFの絶対値
を検出する必要がある。しかし前述のように機器
間あるいは製品のバラツキ等により火炎電流iFが
なかなか安定して検出できず、機器に応じて検出
回路の設計を行ない、フレームロツド８の取付位
置や検知レベルに高精度の調整を行なわざるを得
ず、原価を引き上げるのみでなく信頼性の面でも
不安があつた。

さらに、炎のインピーダンスが非常に高く火炎
電流iFが非常に小さいため検知回路のＳ／Ｎ比が
所定値まで充分大きくとれにくいためフレームロ
ツド８とバーナ５との間に印加する電圧を高くし
て火炎電流iFの増加をはかつていた。しかしフレ
ームロツド８とバーナ５との短絡の危険性を考慮
するとあまり高電圧を印加できず、この火炎電流
iFを増加することが課題となつていた。

さらにまた従来の大きな問題として誤動作の発
生があげられる。第２図において１１はバーナ５
により加熱される熱交換器等の被加熱部材であ
る。また１２はケース等の構造体を示し一般にこ
れ等は金属部品でありバーナ５と電気的にシヨー
トされている。このため火炎電流は通常は図のよ
うにフレームロツド８からバーナ５へ流れるが、
リフト等により火炎が伸びた場合は図のiF′のよ
うな火炎電流も流れるため誤動作の原因となつ
た。従来はこれを解決するためにバーナ５を絶縁
物で絶縁する等の方法が考えられたが構成が複雑
であつた。

本発明は上記従来の問題を解消するもので、バ
ーナの形状に無関係で、またフレームロツドの取
付位置に大きく影響されず低電圧印加であつても
大きく、かつ安定した火炎電流を検出可能とした
燃焼検知装置を提供することを目的とする。

さらにバーナを極として兼用することなく、し
たがつて複雑な絶縁構造をなくして耐久性が高く
構造の簡単なしかも安全性の高い燃焼検知装置を
提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は２本のフレ
ームロツドを使用し、その一方をコイル状に巻回
することにより表面積を増加して炎検知電流を大
きくするとともに、他方をコイル状のロツド内に
挿入して２つのロツド間の火炎電流を検知する構
成としてバーナ形状やバーナとロツド間の距離に
無関係に２つのロツド間隙の管理のみで安定した
出力を得る構成としたものである。

以下、本発明の実施例について図面に基づき説
明する。

第３図にブンゼン式ガスバーナの火炎検知器に
実施した例を示す。フレームロツド１３はコイル
状に巻回された外ロツド１４と内ロツド１５を有
し、絶縁ガイシ１６により互いに電気的に絶縁さ
れている。また絶縁ガイシ１６はフレームロツド
１３と絶縁を保ちながらケース等の構造体１７に
取付けられている。検知回路９は前記外ロツド１
４と内ロツド１５間に電圧を印加してその間の火
炎電流を検知する。安全弁２の動作は従来の第１
図と同一であるためここでの説明は省く。

第４図は印加電圧V_Fと火炎電流iFの関係が２
本のフレームロツドの面積比によつてどのような
特性を示すかを表わしたものである。図において
横軸V_Fはフレームロツドの印加電圧を示し、内
ロツド１５に、外ロツドにを印加した場合を
＋V_F、逆に印加した場合を−V_Fで示している。
縦軸iFは火炎電流を示し第３図に示す方向のiFを
＋iF、逆を−iFで示す。つまり第４図は火炎の整
流特性を示すものである。ここでＡ，Ｂ，Ｃは
各々のフレームロツド１４，１５の面積比を変化
させたものであり、面積比はＡ＞Ｂ＞Ｃとなる。
つまり曲線Ｃは２本のフレームロツド１４，１５
の面積比はほぼ等しいとき、曲線Ａは２本のロツ
ド面積の比が大きいときを示し、＋iFの特性は面
積比にほとんど影響されないことから面積比が大
きい程整流作用が大きいと言える。

本実施例のフレームロツド構成の場合は、内ロ
ツド１５が直線であるのに対して外ロツド１４は
コイル状に巻かれているため面積比は非常に大き
くなる。

ここで各フレームロツド１４と１５との間に交
流電圧を印加した場合、第４図の特性によりV_F
の＋と−で炎電流iFにアンバランスが発生する。
検知回路９はこれを平滑して直流電圧として検出
するため特性Ｃはほとんど出力の直流電圧は零と
なつてしまうが、特性Ａは大きい直流出力を得る
ことができる。

これは従来の第１図に示す構成の欠点を解消す
るものである。すなわち従来の構成では一般には
バーナ５はフレームロツド８より十分に面積が大
きいと考え第４図のＡ特性を期待しているもので
あるが、バーナ５の形状によりその面積も種々に
変化して特性が安定しなかつた。またロツドの取
付位置によりバーナとの距離が変化して火炎電流
の値も大きいバラツキが発生したのであるが、上
述の実施例はこの欠点を解消することができる。

さらに外ロツド１４のコイル巻径とロツド径お
よび内ロツド１５のロツド径を管理するのみでよ
く、取付方向や取付位置に高い精度を必要とせ
ず、組立が容易で故障しにくい効果を有する。

次に本発明の他の実施例について第５図に基づ
き説明する。この実施例では１次空気４はフアン
モータ１８により回転するフアン１９により強制
的に供給される。２０は燃焼状態監視回路で火炎
電流iFを検出してその大きさに応じた燃焼状態信
号を出力する。２１はバーナ５へ供給される一次
空気４の量を制御するダンパモータ２２を駆動す
る送風制御回路を示す。この構成では、バーナ５
が常に最適燃焼状態になるように１次空気量を自
動制御することができる。

以下上記構成における制御回路の一例を第６図
に基づき説明する。

フレームロツドセンサ１４，１５と抵抗２３，
２４の直列回路が交流電源１０に接続され、抵抗
２３，２４の分圧電位はコンデンサ２５により平
滑されＮチヤンネル接分型電界効果トランジスタ
（以下FETと呼ぶ）２６のゲートに入力される。
FET２６のドレインは抵抗２７を通して直流電
源２８の＋電位へ、またソースは直流電源２８の
−電位へ接続されている。同時にFET２６のド
レインと抵抗２７の接続点は抵抗２７を介して演
算増幅器３０の負入力端子に接続され、演算増幅
器３０の正入力端子は電位e_aが入力されている。
また出力は抵抗３１により負入力端子へ負帰環さ
れ、演算増幅器３０は反転増幅回路を構成してい
る。

今、火炎が正常に燃焼しているときは火炎電流
iFは大きく、このためFET２６のゲート電位e_b
は高くなる。これによりFET２６は導通しドレ
イン電位e_cは低下する。これにより演算増幅器３
０の出力電位e_dは電位e_cとe_aの差を抵抗３１と２
９の比の増幅率で反転増幅して出力する。

この実施例では送風制御回路２１を直流ダンパ
モータ２２の回転方向を切替えるウインドコンパ
レータ方式を採用したが、送風モータ１８を交流
モータとして位相制御を行なう方式あるいは他の
方式等でもちろんよい。

回路中の比較器３２，３３はウインドコンパレ
ータを構成し、各々はオープンコレクタ出力の一
般周知のコンパレータである。燃焼状態監視回路
２０の出力e_dは比較器３２，３３の正、負入力端
子に各々接続されている。また分圧抵抗３４，３
５，３６で分圧された電位e_f，e_gも図のように
各々入力端子に接続されている。さらに両比較器
の出力は各々抵抗３７，３８を通して電源２８の
＋電位に接続されると共にダンパモータ２２に接
続されている。

今、正常燃焼時の電位e_dは、e_f＞e_d＞e_gの関係
になるように設計されている。このとき比較器３
２は低出力となり抵抗３７を通して比較器３２へ
電流が流れ込む。同様に比較器３１も低出力とな
り、抵抗３８を通して比較器３３に電流を流す。
この為、ダンパモータ２２の両端に電位差はなく
ダンパモータ２２は回転しない。

次に空気不足となり不完全燃焼になつた場合は
火炎電流iFは小さくなる。このため電位e_bは低下
し、従つてe_cは上昇し、e_dは低下する。これによ
りe_f＞e_g＞e_dとなり、比較器３２は低出力、比較
器３３は高出力（オープン）となる。このため電
流は抵抗３８、ダンパモータ２２、比較器３２へ
流れダンパモータ２２が回転してダンパを開成す
る。これにより正常燃焼に戻ると再度e_f＞e_d＞e_g
の関係となりその点でダンパモータ３２は停止す
る。

尚、この実施例ではダンパモータ２２により燃
焼制御を行なう方式であるが、これ以外に燃焼状
態監視回路２０の出力e_dにより異常燃焼が発生し
た時に燃焼を停止させる方法、またはブザーその
他の報知をする方法、あるいは換気扇を自動運転
させる方法等種々考えられる。また図示していな
いがバーナの失火等により火炎電流iFがなくなつ
た場合は第３図のように安全弁２を閉止する回路
も併用することは言うまでもない。

以上のように本発明によれば次の効果を得る。

(1) 互いに絶縁された２本のフレームロツドを使
用し一方をコイル状に形成しその内部に他方の
フレームロツドを設ける構成としたので２本の
フレームロツドの面積比を大きくとることがで
き、このため火炎整流効果が大きく、これを平
滑した出力電圧を高くできるため検知回路の
Ｓ／Ｎ比が大きく確実な動作を行なうことがで
きる。

(2) またバーナを極として兼用していないためバ
ーナの形状や面積が変化しても整流効果は変わ
らないため安定した出力を得ることができると
ともにバーナを絶縁するために複雑な構造とす
る必要がない。

(3) さらに互いのロツド間の距離の寸法管理のみ
でフレームロツドの取付位置、取付方向の影響
がなく、部品加工及びそれらの組立が容易とな
り、信頼性の高い安全装置となる。

(4) さらに本発明の特有の効果として、２本のフ
レームロツドが共にバーナやケースと絶縁され
ているため、例えば火炎がリフトしてバーナと
同電位のケース等に接して電流がバイパスする
ことによる誤動作がなくなり、きわめて安全性
が高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の燃焼検知装置の構
成図および動作説明図、第３図は本発明の一実施
例である燃焼検知装置の構成図、第４図は同装置
の整流効果を示す特性図、第５図は本発明の他の
実施例の燃焼検知装置の構成図、第６図は同装置
の制御回路図である。７……燃焼火炎、９……炎検知回路（燃焼監視
回路）、１０……交流電源、１３……一対のフレ
ームロツド、１４……先端にコイル状部を有する
第１のフレームロツド、１５……直線状の第２の
フレームロツド、１６……絶縁ガイシ（絶縁体）、
１７……構造体、IF……炎電流。

Claims

【特許請求の範囲】

１バーナの燃焼火炎に挿入された一対のフレー
ムロツドと、前記フレームロツドを互いに一定の
間隙を保つて保持すると共に構造体と電気的に絶
縁して固定する絶縁体と、前記フレームロツド間
に交流電圧を印加し、火炎の整流作用により流れ
る炎電流により火炎の燃焼状態を監視する燃焼監
視回路とからなり、前記一対のフレームロツドは
先端にコイル状部を有する第１のフレームロツド
と、前記コイル状部の中心に貫通配置された直線
状の第２のフレームロツドとからなる燃焼検知装
置。