JPS6046341B2 - 燃焼安全装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼安全装置に係るもので、燃焼炎を検知する
燃焼検知素子と、この燃焼検知素子の出力電圧を入力と
する第２の電圧比較器と、この第２電圧比較器に交流成
分を重畳させる第１電圧比較器を有する発振器と、前記
第２電圧比較器の作動て発振器の発振周波数にて係動し
て燃料弁を制御する燃料弁駆動部を備えることにより、
燃焼炎検出の高速化を図るとともに、安全性、フエール
セーフ性、操作性を向上したものである。

従来、燃焼炎検知素子に熱電対を用いたものとして湯沸
器、風呂釜、ストーブなどに使用されている押し回し安
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、前記電磁石と係動するように構成された弁を
開位置に保持吸着させる構造である。また、他の方式と
して熱電対起電力て直接電磁リレーを動作させ、その接
点で燃料弁、点火器、タイマ等の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為、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。従つて、
燃焼検知素子の熱容量、すなわち熱時定数が大きくなる
為、応答性が問題となり、燃料に着火しても熱電対が十
分加熱されるまて安全弁を吸着保持できず、操作性に問
題があつた。本発明はこのような従来の問題を解消した
もので、以下その実施例を添附図面とともに説明すＪる
。

図において、１は電源、２は運転スイッチ、３は電源回
路、４は発振器、５は第１電圧比較器、６は燃焼検知素
子、７は第２電圧比較器、８は燃料弁駆動部、９は燃料
弁である。上記運転スイッチ２はガスコックと連動して
作丁動するもので、別にコック操作により種火に何らか
の方法で点火できるものとし、燃料弁本体も押圧保持で
きる構成とする。１０は電源回路３の変成器で、低電圧
端子１０ａと１０ｂを有する。

１１は全波ブリッジ整流用ダイオード、１２は平滑用コ
ンデンサ、１３は抵抗、１４は定電圧ダイオードである
。

電源回路３は上記部品で構成され、出力端子Ａ，Ｂ，Ｃ
を有する。第１電圧比較器５は電源端子５ａ，５ｂ１入
力端子５ｃ，５ｄ１出力端子５ｅを持つ。１５は抵抗、
１６はコンデンサ、１８と１９は抵抗、１９は抵抗、２
０はダイオード、２１は抵抗、２２はダイオード、２３
と２４は抵抗、２５はトランジスタ、２６は抵抗である
。

上記部品で第１電圧比較器５を有する発振器４を構成す
る。２７は抵抗で熱電対等の燃焼検知素子６と直列接続
され、第２電圧比較器７の入力に接続されている。

第２電圧比較器７は電源端子７ａ，７ｂ、入力端子７ｃ
，７ｄ、出力端子７ｅを持つ。

２８と２９は抵抗である。

上記部品で第２電圧比較器を構成する。３０と３１は抵
抗、３２はダイオード、３３，３４，３５は抵抗、３６
と３７はトランジスタ、３８と３９は抵抗、４０は結合
コンデンサ、４１はコンデンサで、電力増幅回路を構成
し、変成器４２に接続されている。

４３と４４は半波整流用ダイオード、４５は平滑用コン
デンサであり、燃料弁駆動部８は上記部品で構成され、
燃料弁９を，構成する電磁石４７の巻線４６への出力端
子ＤとＦを有する。

次に動作の説萌を行なう。

ガスコックを操作することにより、運転スイッチ２がオ
ンすると共に、種火への点火が圧電点火．または点火器
等の放電により行なわれる。

また、電流は運転スイッチ２を通り、電源回路３に加わ
る。

電源回路３は変成器１０で低電圧となり、全波ブリッジ
ダイオード１１で全波整流、平滑用コンデンサ１２で平
滑され、定電圧ダイオｊード１４で定電圧化された定電
圧が出力端子Ａ，Ｂに得られると共にＣ端子にも平滑さ
れた電源が得られ、これらが発振器牡及び第２電圧比較
器７及び燃料弁駆動部８の電源となる。発振器４の第１
電圧比較器５の入力端子の５ｃに抵抗１７，１８が接続
されており、抵抗１７の抵抗値をＲｌ７、抵抗１８の抵
抗値をＲｌ８とすると一■一×（Ａ−Ｂ間電圧）で設定
された基準電Ｒｌ７＋Ｒｌ８圧で設定されており、もう
一方の入力端子５ｄに抵抗１５とコンデンサ１６が接続
されており、抵抗１５を通してコンデンサ１６に充電さ
れて、５ｄの電位が５ｃの基準電圧より高くなると、第
１電圧比較器５の出力端子５ｅはＬ（オン）となる。

オンすると、５ｃの基準電圧が抵抗１９の抵抗
（ｎ（１８とＫｌ９の並列世抗）値Ｒｌ９
とすると、侶揶自Ｙ】召電？１？■下−× Ｒ
ｌ８＋百＝ すなわち〜下＝ー３了−ーーー×（Ａ−Ｂ
間゛電圧）まで電位が下がる。

するとコンデンサ１６の電荷がＲ２ｌを通して放電され
る。放電により、５ｄの電位が５ｃの電位より下がると
出力端子５ｅはＨ（オフ）となる。 この状態を第２図
に示す。 第２図に示すように、基準電圧■５１とＶ５
。

の設定と、コンデンサ１６と抵抗１５の充電時定数Ｃｌ
６，Ｒｌ５で得られる時間Ｔ１とコンデンサ１６と抵抗
２１の放電時定数Ｃｌ６，Ｒ２ｌで得られる時間Ｔ２で
出力端子５ｅがＨ（オフ）、Ｌ（オン）を繰返し発振し
、トランジスタ２５が電圧比較器１のＨ（オフ）時にオ
フ、Ｌ（オン）時にオンしてオン・オフする発振器４が
得られる。 ここで、Ｔ１＝Ｔ２となるようにＣｌ６，
Ｒｌ５とＣｌ６，Ｒ２ｌの時定数及び、抵抗値Ｒｌ７，
Ｒｌ８，Ｒｌ９，Ｒ２ｌを各々設定することにより、矩
形波のＤｕｔｙｌ：１の発振周波数て係動する発振器を
得ることが出来る。

抵抗２８と２９で設定された基準電圧■３に対して７
ｃの電位は燃焼検知素子６の起電力を受けない時抵抗２
６と２７の抵抗値Ｒ２６とＲ２７で設定された電圧Ｅ２
＝ー月旺−×（Ａ−Ｂ間電圧（■９Ｒ田＋Ｒ２７Ｂ））
が第２電圧比較器７の入力端子７ｃと７ｄ間ｔ に発
振器４の発振周波数で交流成分が基準電圧■幻に重畳さ
れている。

ところが、７ｃの電位が７ｄの電位■ぉに比較して高い
為、出力端子７ｅはＨ（オフ）となり、トランジスタ３
７はオンしているが、トランジスタ３６がオンしていな
い為、変成器４２には通電されていない。第３図にその
状態を示す。燃焼炎により加熱され、燃焼検知素子６に
熱起電力が発生し、入力端子７ｃに入力電セ、が印加さ
れると、７ｃの電位が７ｄの電位■。

より下がる為出力端子７ｅがＬ（オン）となる。ところ
が入力端子７ｃと７ｄ間に発振器４の発振周波数の交流
成分が重畳されているので、Ｒ２７の両端電圧Ｅ２が交
流印加されており、出力端子７ｅがＨ（オフ）・Ｌ（オ
ン）を繰返し発振周波数と係動して動作する。第４図に
その状態を示す。

７ｅがＬ（オン）時に抵抗３０と３１で設定されたバイ
アスが電源回路Ｃ端子を電源としてトランジスタ３６に
加わり、トランジスタ３６をオンせしめる。

また７ｅがＨ（オフ）時に抵抗３３，３４，３５で設定
されたバイアスが加わり、トランジスタ３７をオンせし
める。第５図にその状態を示す。発振器４の発振周波数
と係動してトランジスタ３６と３７が交互にオン・オフ
しており、結合コンデンサ４０を介して変成器４２を接
続することにより、トランジスタ３０がオン時、結合コ
ンデンサ４０を充電する方向に変成器４２に電流を流し
、トランジスタ３６がオフし、トランジスタ３７がオン
することにより、結合コンデンサ４０に蓄えられた電荷
を放電する方向に電流を変成器４２に流す。

従つて、結合コンデンサ４０への充放電を繰返すことに
より、変成器４２に交流成分が加えられる。コンデンサ
４１は変成器４２の逆起電力で生じる異常電圧を吸収す
るものである。変成器４２の二次側で全波整流、平滑さ
れ、端子Ｄ，Ｅに直流電源が得られ、燃料弁９の電磁石
４７のコイル４６に通電される。コイル４６に通電され
ることにより、コック操作で押された燃料弁９の電磁石
４７が吸着保持される。

そこで、コック操作でメインバーナへの通路を開くこと
により、メインバーナへ着火される。ここで、変成器４
２へ流れる電流波形は一般的に第６図ａで示すように流
れる。

結合コンデンサ４０と変成器４２の一次巻線のインダク
タンスＬと内部抵抗Ｒと、抵抗３８及び３９のＲ３８，
Ｒ３９がトランジスタのオン・オフ動作により、いわゆ
る１．ＲＣ直列共振回路となり、過渡現象の回路方程式
として次式Ｌ品＋Ｒｉ＋吉Ｆｉｄｔ＝ｖ（ｔ）で与えら
れる。この場合の電流１の波形を第６図ｂで示こ さ
れるように、３種類の電流波形が考えられる。回路素子
の値を選定し、第６図ｂで示される３の振動的な状態を
設定し、トランジスタ３６と３７のオン・オフ周期すな
わち発振器４の発振周波数を、第６図ｂの３の初期振動
周波数Ｔ２＝Ｔ１＝Ｔ２ｌと合致することにより、変成
器４２にろ正弦波の交流電流を得ることができる。第６
図ｃにその波形を示す。 結合コンデンサ４０を介して
変成器４２は交流駆動され、二次巻線出力からコイル４
６に通電され燃料弁９を開成保持する。

コイル４６に通電され燃料弁９を開成保持する時間は、
第４図の着火からの時間ｔ＝（とほぼ同じである（第７
図に示す）。 上記時間ζ経過後、コック操作で燃料弁
９を開成保持し、メインバーナへ着火し正常運転に入る
。

次に燃焼中何らかの原因で時間ｔ＝Ｔ３で消火した場
合、燃焼検知素子６が冷却され、熱起電力ｅ１が下降し
、時間ｔ＝Ｔ４で７ｃの電位が７ｅオフレベル以下にな
ると第２電圧増幅器７の７ｅの出力端子が発振を停止し
、変成器４２を交流駆動しなくなり、コイル４６への通
電を断ち、燃料弁を閉成し燃料の供給は停止され安全が
確保される。

その状態を第８図に示す。１ 次に第１図に基づく部
品故障時の安全性、フエールセーフ性の説明を行う。

燃焼検知素子６の断線、矩絡故障はいずれも燃焼炎が
発生しても、起電力が発生しない為、第２電圧比較器の
出力端子７ｅがオンオフせず、発振７器４の発振周波数
で係動されない為、燃料弁９には通電されない。

また発振器４が発振しない第１電圧比較器５の断線、
矩絡故障、及び第２電圧比較器７の断線矩絡故障時にも
発振が変成器４２に伝わらない為、９燃料弁９へは通電
されない。

また電力増幅回路部分でのトランジスタ３６，３７の
断線矩絡故障でも同様である。

要するに各部品故障時に発振系が成立しないので安全
性を確保できる。

また、燃焼を停止する場合には、コック操作により運転
スイッチ２がオフされ、電源回路３がオフされるので燃
料弁９への通電が断たれる。

停電などの場合も、瞬時に燃料弁９への通電加断たれる
。燃焼検知素子の内部インピーダンスに制限がない為、
検知素子と燃料弁との回路を分離することができ遠隔操
作をすることができる。

実施例では燃焼検知素子として熱電対を用いた例を示し
たが、太陽電池、ＣｄＳｌサーシスタなど感温素子、燃
焼炎のイオン化現象を用いるフレームロッドセンサなど
を用いて、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る。しかも、
安全性及びフエールセーフ性が確保されるのも当然であ
る。

また第９図に示すように、燃料弁駆動部において、変成
器４２への電流を結合コンデンサ４０の充電放電を利用
する簡素化した実施例も考えられる。

また発振器４に於いて、５ｃ，５ｄの入力端子への電源
を遅延タイマ回路４８を電源回路３の端子Ａ，Ｂを電源
として印加し、抵抗４９、ダイオード５０、タイマ用コ
ンデンサ５１を直列接続し抵抗４９とダイオード５０の
接続点に端子Ｆを有，する。

発振器４を構成する抵抗１５と１７をタイマ用コンデン
サ５１の両端部から印加するように接続する。

それ以外は第１図と同様とする。ここで動作を説明する
と、運転スイッチ２とオｊンすることにより、電源回路
３のＡ，Ｂ端子から遅延タイマ回路４８に印加され、コ
ンデンサ５１の両端電圧が徐々に上昇（ｔ＝Ｃ５ｌ，Ｒ
４９の時定数）する。

この両端電圧の上昇に伴ない、第１電圧比較器５はコン
デンサ両端電圧■。により設定ｊされた■７及び■２で
発振を開始する。従つて、Ｃ５ｌ×Ｒ４９の値を設定し
て瞬時に充電されるようにしておけば、運転スイッチ２
のオンと殆んど遅れることなく発振器４は発振する。燃
焼検知素子６が燃焼炎で加熱されると電圧比イ較器２，
７は発振器４の発振周波数で７ｅ出力端子がＨ（オフ）
、Ｌ（オン）を交互に繰返す。

オン・オフ動作と係動して、コンデンサ４０に充電電流
及ひ放電電流が流れ（抵抗５２を通して放電する）変成
器４２が交流駆動され、二次巻線から直流電源が得られ
、燃料弁１０を開成保持する。ここで遅延タイマ回路４
８の端子Ｆに何らかの異常信号（例えば、モータなどが
回転しない時など）で端子Ｆ−Ｂ間を短絡する信号を入
れるとコンデンサ５１への通電が断たれる。 するとコ
ンデンサ５１に蓄えられた電荷が抵抗１５，１７，１８
，１９，２１を負荷抵抗として放電が開始し、コンデン
サ両端電圧が減少し、発振が停止する。

発振が停止することにより、燃料弁９への通電が断たれ
、ガスが遮断される。 従つて、異常信号により、燃料
弁９を遮断することが容易に出来るもので、発振周波数
と係動して放電する為、長いタイマ時間を得ることもで
きる。燃料弁駆動回路８は第２電圧比較器７と直結でな
く、増幅回路を経ても同様である。 以下本発明による
効果を示す。

Ｉ燃焼炎を検知する燃焼検出素子の出力電圧を 入力と
する電圧比較器を動作させると共に発振 器の発振周波
数を重畳させて、燃料弁駆動部に 交流成分を印加する
ことにより、あらゆる部品 故障に対する安全性，フエ
ールセーフ性が確保 できる。

■ 発振器の発振周波数と結合コンデンサと変成 器の
共振回路の周波数と合致させることにより 正弦波交流
が得られ、変成器としての効率を最 大限に利用するこ
とが出来、小型変成器で大容 量の電流を得ることがで
きる。

■ 燃焼検知素子の出力電圧を電圧比較器の入力 に印
加する為、数ｍ■で電圧比較器を動作させ ることが出
来るので、応答性を高速化すること が出来る。

【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図は第
１電圧比較器の動作波形図、第３図は第２電圧比較器の
動作波形図、第４図は燃焼検知素子が加熱された時の第
２電圧比較器の動作波形図、第５図はトランジスタ３６
と３７の動作波形図、第６図ａは変成器４２の電流波形
図、ｂはｍ℃ｆ 回路の電流波形図、ｃは変成器の電
流波形図、第７図はコイル印加電圧波形図、第８図は失
火時の第２電圧比較器の動作波形図、第９図は他の実施
例を示す回路図である。 ４・・・・・・発振器、５・・・・・・第１電圧比較器
、６・・・燃焼検知素子、７・・・・・・第２電圧比較
器、８・・・・・喉料弁駆動部、９・・・・・・燃料弁
、３６，３７・・・・・・スイッチング素子（トランジ
スタ）、４０，４１・（ コンデンサ、４２・・・
・・変成器、４８・・・・・遅延タイ マ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼炎を検知する燃焼検知素子と、この燃焼検知素
   子の出力電圧を入力とする第２電圧比較器と、この第２
   電圧比較器に燃焼検知素子の出力を打ち消す方向に交流
   成分を重畳させる第１電圧比較器を有する発振器と、前
   記第２電圧比較器の作動で前記発振器の発振周波数で係
   動する出力状態がオンの時、一方のスイッチング素子を
   通してコンデンサを介して充電し、オフの時にもう一方
   のスイッチング素子を通してコンデンサを介して放電す
   るように構成した電力増幅回路に変成器を結合し、その
   二次側で直流成分を得るようにしてなる燃料弁駆動部と
   を備えた燃焼安全装置。 ２ 電力増幅回路に於いて、結合コンデンサと変成器と
   のＬＣ共振の初期振動周波数と発振器の発振周波数とを
   合致させ変成器に正弦波交流を得るようにした特許請求
   の範囲第１項記載の燃焼安全装置。