JPH0423168B2 - - Google Patents
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- JPH0423168B2 JPH0423168B2 JP60164710A JP16471085A JPH0423168B2 JP H0423168 B2 JPH0423168 B2 JP H0423168B2 JP 60164710 A JP60164710 A JP 60164710A JP 16471085 A JP16471085 A JP 16471085A JP H0423168 B2 JPH0423168 B2 JP H0423168B2
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- JP
- Japan
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- flame
- circuit
- combustion
- current
- detection circuit
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
- F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
- F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
- F23N2223/12—Integration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Combustion (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はガス、石油等の燃焼装置の火炎によ
り、その燃焼状態を検出する装置に関するもので
ある。
り、その燃焼状態を検出する装置に関するもので
ある。
従来の技術
従来、フアンヒータ等の燃焼式暖房器は室内で
燃焼するため、炎の着火、失火および室内の酸素
濃度の低下、あるいは不完全燃焼の確実な検出を
必要とする。この種の検知センサとしてフレーム
ロツドセンサが広く使用されている。このセンサ
は火炎のイオン電流を検出して燃焼状態を検出す
るもので例えば実開昭59−145422号公報のような
ものがある。この動作を第５図を用いて説明す
る。
燃焼するため、炎の着火、失火および室内の酸素
濃度の低下、あるいは不完全燃焼の確実な検出を
必要とする。この種の検知センサとしてフレーム
ロツドセンサが広く使用されている。このセンサ
は火炎のイオン電流を検出して燃焼状態を検出す
るもので例えば実開昭59−145422号公報のような
ものがある。この動作を第５図を用いて説明す
る。
燃料ガスはノズル１より噴出し混合管２により
空気と混合され金網で形成した燃焼板３の内面４
に火炎５を形成して燃焼する。６は火炎５中に挿
入されたフレームロツドで燃焼板３との間に直流
電源７を印加され、火炎のイオン電流Ifを抵抗８
で検出する構成としている。
空気と混合され金網で形成した燃焼板３の内面４
に火炎５を形成して燃焼する。６は火炎５中に挿
入されたフレームロツドで燃焼板３との間に直流
電源７を印加され、火炎のイオン電流Ifを抵抗８
で検出する構成としている。
以上の構成により炎電流Ifを抵抗８の両端の電
圧降下で検出し、この出力が一定のしきり値以
下、あるいは以上になつた時に異常燃焼を判断
し、燃料の供給を停止させ、消火する。あるいは
炎電流Ifが一定の幅に保持されるように燃料の供
給量または燃焼空気の供給量を増減して制御する
ものである。
圧降下で検出し、この出力が一定のしきり値以
下、あるいは以上になつた時に異常燃焼を判断
し、燃料の供給を停止させ、消火する。あるいは
炎電流Ifが一定の幅に保持されるように燃料の供
給量または燃焼空気の供給量を増減して制御する
ものである。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら火炎は一般にゆらぎがあり炎電流
もこれに応じて大きく変動する。このため燃焼制
御を行なうには炎電流検知回路に積分回路を設
け、安定した直流電圧に変換して検出する事が一
般に用いられていたが、この積分要素により検知
時定数が長くなり、実際に異常燃焼になつてもこ
れを検出するまでに時間がかかり、これにより一
酸化炭素の発生や失火等の事故に至るという問題
があつた。
もこれに応じて大きく変動する。このため燃焼制
御を行なうには炎電流検知回路に積分回路を設
け、安定した直流電圧に変換して検出する事が一
般に用いられていたが、この積分要素により検知
時定数が長くなり、実際に異常燃焼になつてもこ
れを検出するまでに時間がかかり、これにより一
酸化炭素の発生や失火等の事故に至るという問題
があつた。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決するために本発明の燃焼検出
装置は、火炎に挿入されたフレームロツドと、こ
のフレームロツドに電圧を印加する電源回路とこ
のフレームロツドに流れる電流を検出する炎電流
検出回路を設け、炎電流検出回路には、時定数の
短い第１の積分回路を通して炎電流を検知し、こ
の値が予め定められた値になると燃焼を停止する
出力を出す異常検知回路と、時定数の長い第２の
積分回路を通して炎電流を検出し、この値が一定
になるように燃料供給量、あるいは燃焼空気の供
給量を可変する制御出力を出す制御信号検知回路
とからなる構成とした。
装置は、火炎に挿入されたフレームロツドと、こ
のフレームロツドに電圧を印加する電源回路とこ
のフレームロツドに流れる電流を検出する炎電流
検出回路を設け、炎電流検出回路には、時定数の
短い第１の積分回路を通して炎電流を検知し、こ
の値が予め定められた値になると燃焼を停止する
出力を出す異常検知回路と、時定数の長い第２の
積分回路を通して炎電流を検出し、この値が一定
になるように燃料供給量、あるいは燃焼空気の供
給量を可変する制御出力を出す制御信号検知回路
とからなる構成とした。
作 用
上記構成により、燃焼状態の制御には高精度の
安定した炎電流出力が得られるように時定数の長
い積分回路を通して炎電流を検出する構成とし、
空燃比の急激な変化や失火等の急を要する検知に
は時定数の短い積分回路を通して炎電流を検出
し、瞬時に燃焼を停止させるという作用を有す
る。
安定した炎電流出力が得られるように時定数の長
い積分回路を通して炎電流を検出する構成とし、
空燃比の急激な変化や失火等の急を要する検知に
は時定数の短い積分回路を通して炎電流を検出
し、瞬時に燃焼を停止させるという作用を有す
る。
実施例
以下本発明の一実施例を第１図から第４図を用
いて説明していく。
いて説明していく。
第１図は本発明の構成を説明する原理図を示
す。
す。
第１図で９はガスバーナでガス入口１０から制
御弁１１を通してバーナ９に導かれる。また燃焼
用空気はフアンモータ１２によりバーナ９へ供給
され、火炎１３を形成する。１４は火炎１３に挿
入されたフレームロツドでバーナ９との間に電源
回路１５により直流電圧が印加されている。これ
はフレームロツドを複数本火炎に挿入する構成で
も良い。また印加電圧は交流電圧であつてもよ
い。図の破線内１６が本発明の燃焼検出装置で、
フレームロツド１４から火炎１３を通じてバーナ
３へ流れる炎電流Ifを検出する炎電流検出回路１
７を有する。炎電流検出回路１７は第１の積分回
路１８を内蔵した異常検知回路１９と、第２の積
分回路２０を内蔵した制御信号検知回路２１とか
らなる。異常検知回路１９は、炎電流Ifが異常燃
焼レベルになつたことを検出して、制御弁駆動回
路２２へ信号を出力し、制御弁１１を閉止する。
御弁１１を通してバーナ９に導かれる。また燃焼
用空気はフアンモータ１２によりバーナ９へ供給
され、火炎１３を形成する。１４は火炎１３に挿
入されたフレームロツドでバーナ９との間に電源
回路１５により直流電圧が印加されている。これ
はフレームロツドを複数本火炎に挿入する構成で
も良い。また印加電圧は交流電圧であつてもよ
い。図の破線内１６が本発明の燃焼検出装置で、
フレームロツド１４から火炎１３を通じてバーナ
３へ流れる炎電流Ifを検出する炎電流検出回路１
７を有する。炎電流検出回路１７は第１の積分回
路１８を内蔵した異常検知回路１９と、第２の積
分回路２０を内蔵した制御信号検知回路２１とか
らなる。異常検知回路１９は、炎電流Ifが異常燃
焼レベルになつたことを検出して、制御弁駆動回
路２２へ信号を出力し、制御弁１１を閉止する。
第２図にこの関係をグラフにして示す。図で横
軸λは空燃比を示し、λが大きい程空気量が多く
なる。縦軸Ifは炎電流を示す。今バーナ９の正常
燃焼範囲を図のＡ部とすれば、燃焼用空気供給フ
アン１２が故障したり吸気口がつまつたりした場
合はλが小さい方に移行する。これに供い炎電流
Ifも低下していくが異常検知回路１９は電流Ifが
If1以下になつた時に制御弁１１を閉じる信号を
出力する。また何等かの原因で失火した場合に火
炎１３がなくなるため炎電流Ifも零となる。この
時もしきい値If1以下であるため制御弁１１を閉
じ燃料を停止させる。異常検知回路１９はこれ以
外に燃料の供給量の低下を検出するために別にし
きり値If2を設け、電流Ifがこれ以上になつた時に
も制御弁１１を閉じる構成も可能である。また、
異常検知以外にバーナ９の着火検知に利用しても
よい。
軸λは空燃比を示し、λが大きい程空気量が多く
なる。縦軸Ifは炎電流を示す。今バーナ９の正常
燃焼範囲を図のＡ部とすれば、燃焼用空気供給フ
アン１２が故障したり吸気口がつまつたりした場
合はλが小さい方に移行する。これに供い炎電流
Ifも低下していくが異常検知回路１９は電流Ifが
If1以下になつた時に制御弁１１を閉じる信号を
出力する。また何等かの原因で失火した場合に火
炎１３がなくなるため炎電流Ifも零となる。この
時もしきい値If1以下であるため制御弁１１を閉
じ燃料を停止させる。異常検知回路１９はこれ以
外に燃料の供給量の低下を検出するために別にし
きり値If2を設け、電流Ifがこれ以上になつた時に
も制御弁１１を閉じる構成も可能である。また、
異常検知以外にバーナ９の着火検知に利用しても
よい。
制御信号検知回路２１は、炎電流Ifが予め定め
られた設定値If0になるようにフアンモータ駆動
回路２３に信号を出力し、フアンモータ１２の回
転数を制御する。今、炎電流Ifが設定値If0よりも
大きくなればフアンモータ１２の回転数を低下し
て空燃比λの値を下げ炎電流IfをIf0に近ずける。
Ifが小さくなつた時はフアンモータ１２の回転数
を上昇してIfを大きくし、If0に近づけるように制
御する。尚、本明細書では制御信号検知回路の信
号によりフアンモータ１２の回転数を制御する構
成で説明しているが、燃料を制御する構成でも同
様の働きが得られる。また第２図では空燃比λが
増加すれば炎電流Ifも増加するが、空燃比の設定
のし方により空燃比λが増加すれば炎電流Ifが低
下する特性とすることも可能であり、この場合に
は第１図の制御方向を逆転させることにより同一
の動作となる。
られた設定値If0になるようにフアンモータ駆動
回路２３に信号を出力し、フアンモータ１２の回
転数を制御する。今、炎電流Ifが設定値If0よりも
大きくなればフアンモータ１２の回転数を低下し
て空燃比λの値を下げ炎電流IfをIf0に近ずける。
Ifが小さくなつた時はフアンモータ１２の回転数
を上昇してIfを大きくし、If0に近づけるように制
御する。尚、本明細書では制御信号検知回路の信
号によりフアンモータ１２の回転数を制御する構
成で説明しているが、燃料を制御する構成でも同
様の働きが得られる。また第２図では空燃比λが
増加すれば炎電流Ifも増加するが、空燃比の設定
のし方により空燃比λが増加すれば炎電流Ifが低
下する特性とすることも可能であり、この場合に
は第１図の制御方向を逆転させることにより同一
の動作となる。
第３図に具体回路図を示す。直流電圧１５に抵
抗２４、フレームロツド１４、バーナ９、抵抗２
５が直列に接続されている。フレームロツド１４
はバーナ９に火炎がある時にはそのイオン電流に
より数マイクロアンペアの微少電流が流れ、これ
が炎電流Ifである。抵抗２４は電流制限抵抗であ
る。第３図の回路では炎電流Ifにより抵抗２５の
両端に発生する電圧降下e0として炎電流Ifの検知
を行なう。e0は異常検知回路１９の第１の積分回
路１８に入力される第１の積分回路１８は抵抗２
６とコンデンサ２７とからなりこれ等の定数によ
り積分時定数が決定される。第１の積分回路１８
の出力e1は、電圧比較回路２８に入力される。電
圧比較回路２８は炎電流Ifと比例する電位e1と第
２図で説明した異常検知レベルIf1に相当する電
位ef1と比較し、e1≦ef1となつた時出力eaはロー
となり、制御弁駆動回路２２に出力する。制御弁
駆動回路２２は電位eaがローになれば制御弁１１
を閉止する信号を出力して燃料を停止する。
抗２４、フレームロツド１４、バーナ９、抵抗２
５が直列に接続されている。フレームロツド１４
はバーナ９に火炎がある時にはそのイオン電流に
より数マイクロアンペアの微少電流が流れ、これ
が炎電流Ifである。抵抗２４は電流制限抵抗であ
る。第３図の回路では炎電流Ifにより抵抗２５の
両端に発生する電圧降下e0として炎電流Ifの検知
を行なう。e0は異常検知回路１９の第１の積分回
路１８に入力される第１の積分回路１８は抵抗２
６とコンデンサ２７とからなりこれ等の定数によ
り積分時定数が決定される。第１の積分回路１８
の出力e1は、電圧比較回路２８に入力される。電
圧比較回路２８は炎電流Ifと比例する電位e1と第
２図で説明した異常検知レベルIf1に相当する電
位ef1と比較し、e1≦ef1となつた時出力eaはロー
となり、制御弁駆動回路２２に出力する。制御弁
駆動回路２２は電位eaがローになれば制御弁１１
を閉止する信号を出力して燃料を停止する。
バーナ９が失火してフレームロツド１４に炎が
なくなれば炎電流If＝０となり、従つてe0、e1共
に零となる。このため比較回路２８ではe1≦ef1
が成立し、出力eaがローとなり制御弁１１を閉じ
る。これによりバーナ９からの未燃ガスの流出を
防止する。
なくなれば炎電流If＝０となり、従つてe0、e1共
に零となる。このため比較回路２８ではe1≦ef1
が成立し、出力eaがローとなり制御弁１１を閉じ
る。これによりバーナ９からの未燃ガスの流出を
防止する。
第１の積分回路１８の出力e1は同時に制御信号
検知回路２１の第２の積分回路２０に入力され
る。第２の積分回路２０も第１の積分回路１８と
同様抵抗２９とコンデンサ３０により積分時定数
が決定される。第２の積分回路２０の出力e2は演
算増幅器３１に入力される。演算増幅器３１は第
２図の標準空燃比の時の炎電流If0に相当する電
位ef0とe2の差電位を増幅し、フアンモータ駆動
回路２３に出力する。抵抗３２，３３は増幅率を
決定する。フアンモータ駆動回路２３はこの信号
電圧に応じてその回転数を増減し、燃焼空気量を
制御する。
検知回路２１の第２の積分回路２０に入力され
る。第２の積分回路２０も第１の積分回路１８と
同様抵抗２９とコンデンサ３０により積分時定数
が決定される。第２の積分回路２０の出力e2は演
算増幅器３１に入力される。演算増幅器３１は第
２図の標準空燃比の時の炎電流If0に相当する電
位ef0とe2の差電位を増幅し、フアンモータ駆動
回路２３に出力する。抵抗３２，３３は増幅率を
決定する。フアンモータ駆動回路２３はこの信号
電圧に応じてその回転数を増減し、燃焼空気量を
制御する。
第３図では第２の積分回路２０は第１の積分回
路１８の出力e1を入力としているが、e0を直接入
力する構成であつても良い。
路１８の出力e1を入力としているが、e0を直接入
力する構成であつても良い。
ここで第２の積分回路２０の積分時定数は第１
の積分回路１８の積分時定数よりも十分大きく設
計されている。
の積分回路１８の積分時定数よりも十分大きく設
計されている。
第４図にこの関係を示す。第４図は横軸に経過
時間を示し、電位e0、e1、e2の波形を示す。
時間を示し、電位e0、e1、e2の波形を示す。
炎電流Ifは火炎のゆらぎ、その他の原因により
非常に不安定でありこれに比例して検知電位e0も
大きく変化する。第４図でタイミングT1からT2
に移行時に空燃比λが小さくなり炎電流Ifが減少
するが電位e0の変動幅が大きいためこれを検出す
るのが困難である。そこで積分時定数の小さい
（1/10〜数秒）第１の微分回路１８の出力e1は変
動幅が大幅に減少し、炎電流Ifの変化が明確にな
る。このためこの出力により異常燃焼の検知を行
なう。しかし制御信号検知回路２１では電位e1の
ように変動があれば増幅器３１により増幅され、
安定なフアンモータ１２の回転数制御が困難にな
る。そこで第２の積分回路２０では十分に大きな
積分時定数（数秒〜十数秒）を通し、その出力e2
はほとんど直流電圧となつている。このために安
定したフアンモータ１２の回転数制御にフイード
バツク可能となる。しかし、積分時定数が大きい
ため変化が緩慢でありタイミングT1からT2に変
化した時にも出力e2はなかなか変化に現れない。
このため電位e2により異常検知を行なえば例えば
バーナ９が失火してもそれを検知するまでに長時
間かかり、この間未燃ガスが流出して非常に危険
となる。このように、検出スピードの必要な異常
検知は小さい積分時定数で行ない、検出電流の安
定性の必要なフアンモータ制御には長い時定数で
検知を行なう構成としている。
非常に不安定でありこれに比例して検知電位e0も
大きく変化する。第４図でタイミングT1からT2
に移行時に空燃比λが小さくなり炎電流Ifが減少
するが電位e0の変動幅が大きいためこれを検出す
るのが困難である。そこで積分時定数の小さい
（1/10〜数秒）第１の微分回路１８の出力e1は変
動幅が大幅に減少し、炎電流Ifの変化が明確にな
る。このためこの出力により異常燃焼の検知を行
なう。しかし制御信号検知回路２１では電位e1の
ように変動があれば増幅器３１により増幅され、
安定なフアンモータ１２の回転数制御が困難にな
る。そこで第２の積分回路２０では十分に大きな
積分時定数（数秒〜十数秒）を通し、その出力e2
はほとんど直流電圧となつている。このために安
定したフアンモータ１２の回転数制御にフイード
バツク可能となる。しかし、積分時定数が大きい
ため変化が緩慢でありタイミングT1からT2に変
化した時にも出力e2はなかなか変化に現れない。
このため電位e2により異常検知を行なえば例えば
バーナ９が失火してもそれを検知するまでに長時
間かかり、この間未燃ガスが流出して非常に危険
となる。このように、検出スピードの必要な異常
検知は小さい積分時定数で行ない、検出電流の安
定性の必要なフアンモータ制御には長い時定数で
検知を行なう構成としている。
尚、本実施例はガスバーナによる検知回路で説
明したが石油バーナであつても全く同様の働きを
する。この場合には制御弁１２は給油用の燃料ポ
ンプにしてもよい。
明したが石油バーナであつても全く同様の働きを
する。この場合には制御弁１２は給油用の燃料ポ
ンプにしてもよい。
発明の効果
以上説明したように本発明の燃焼検出装置は次
のような効果を有する。
のような効果を有する。
１ 以上燃焼の検出は小さい積分時定数で検知す
るため応答が速く、燃焼制御用の検出信号は大
きな積分時定数で検出するために安定した検出
信号が得られる。このように各々の検出に最適
な信号が得られ、応答が速くしかも安定して精
度が良いという相反する特性の長所のみを利用
した精度の良い燃焼システムを実現できる。
るため応答が速く、燃焼制御用の検出信号は大
きな積分時定数で検出するために安定した検出
信号が得られる。このように各々の検出に最適
な信号が得られ、応答が速くしかも安定して精
度が良いという相反する特性の長所のみを利用
した精度の良い燃焼システムを実現できる。
２ 同様に火炎の状態を検出するフレームロツド
は１本使用するだけで、２本使用した場合と全
く同じ性能が得られるため構成が簡単で信頼性
が高い。
は１本使用するだけで、２本使用した場合と全
く同じ性能が得られるため構成が簡単で信頼性
が高い。
３ 各々の検知回路は検知レベルや設定値を各々
単独に任意の値に設計することが可能であり、
また複数の検知レベルの設定も可能であり種々
の燃焼方式の燃焼器に幅広く応用できる。
単独に任意の値に設計することが可能であり、
また複数の検知レベルの設定も可能であり種々
の燃焼方式の燃焼器に幅広く応用できる。
第１図は本発明の一実施例の燃焼検出装置の原
理図、第２図は同空燃比λと炎電流Ifの関係を示
す特性図、第３図は第１図の具体回路図、第４図
は第３図の各部の電圧波形を示すタイムチヤー
ト、第５図は従来の燃焼検出装置の構成図であ
る。 ９……バーナ（フレームロツドセンサの電極）、
１３……燃焼火炎、１４……フレームロツド（フ
レームロツドセンサの電極）、１５……電源回路、
１６……燃焼検出装置、１７……炎電流検出回
路、１８……第１の積分回路、１９……異常検知
回路、２０……第２の積分回路、２１……制御信
号検知回路、If1……予め定められた値。
理図、第２図は同空燃比λと炎電流Ifの関係を示
す特性図、第３図は第１図の具体回路図、第４図
は第３図の各部の電圧波形を示すタイムチヤー
ト、第５図は従来の燃焼検出装置の構成図であ
る。 ９……バーナ（フレームロツドセンサの電極）、
１３……燃焼火炎、１４……フレームロツド（フ
レームロツドセンサの電極）、１５……電源回路、
１６……燃焼検出装置、１７……炎電流検出回
路、１８……第１の積分回路、１９……異常検知
回路、２０……第２の積分回路、２１……制御信
号検知回路、If1……予め定められた値。
Claims (1)
- １ 燃焼火災に挿入され炎イオン電流により火災
の燃焼状態を検出するフレームロツドセンサと、
前記フレームロツドセンサの電極間に電圧を印加
する電源回路と、前記フレームロツドセンサに流
れる電流を検出する炎電流検出回路を有し、前記
炎電流検出回路は時定数の短い第１の積分回路を
通して前記炎電流を検知し、この値が予め定めら
れた値になると燃焼を停止する出力を出す異常検
知回路と、時定数の長い第２の積分回路を通して
炎電流を検知し、炎電流が一定になるように燃料
供給量あるいは燃焼空気供給量を可変する制御出
力を出力する制御信号検知回路とからなる燃焼検
出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60164710A JPS6226417A (ja) | 1985-07-25 | 1985-07-25 | 燃焼検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60164710A JPS6226417A (ja) | 1985-07-25 | 1985-07-25 | 燃焼検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6226417A JPS6226417A (ja) | 1987-02-04 |
| JPH0423168B2 true JPH0423168B2 (ja) | 1992-04-21 |
Family
ID=15798410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60164710A Granted JPS6226417A (ja) | 1985-07-25 | 1985-07-25 | 燃焼検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6226417A (ja) |
-
1985
- 1985-07-25 JP JP60164710A patent/JPS6226417A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6226417A (ja) | 1987-02-04 |
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