(57)【要約】      （修正有）【課題】火炎の小さな揺らぎの状態を検知し、火炎の有無を確実に検出できる火炎センサ及びこの火炎センサを使用して燃焼状態を検出する方法。【解決手段】火炎の光量に応じた電圧を発生する光起電力素子１の出力電圧を受けて動作するＭＯＳ−ＦＥＴ２の出力により火炎の有無を検出する火炎センサであって、光起電力素子１の正極側の端子をゲート３に接続し、光起電力素子１の負極側の端子をソース４に接続し、ドレイン５とゲート３の間に自己バイアス抵抗６を接続し、光起電力素子１とゲート３の間にコンデンサ７を直列に接続した構成とし、ＭＯＳ−ＦＥＴ２から出力する電圧を検出する信号を取り出し、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発している場合は、燃焼機器が適正な燃焼状態にあるとし、ハイ，ロウの間を示す信号を連続して発している場合は、火炎が消失しているとし、ハイまたはロウのみの信号を連続して発している場合は、異常状態であるとした。【選択図】図１
2007271571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炎の光量に応じた電圧を発生する光起電力素子の出力電圧を受けて動作するＭＯＳ−ＦＥＴの出力により火炎の有無を検出する火炎センサであって、光起電力素子の正極側の端子が前記ＭＯＳ−ＦＥＴのゲートに接続され、光起電力素子の負極側の端子が前記ＭＯＳ−ＦＥＴのソースに接続され、前記ＭＯＳ−ＦＥＴのドレインと前記ＭＯＳ−ＦＥＴのゲートの間に自己バイアス抵抗が接続され、光起電力素子と前記ＭＯＳ−ＦＥＴのゲートの間にコンデンサが直列に接続されていることを特徴とする火炎センサ。
【請求項２】
前記コンデンサに抵抗が並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の火炎センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の火炎センサを使用し、前記ＭＯＳ−ＦＥＴから出力する信号を取り出し、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発している場合は、燃焼機器が適正な燃焼状態にあるとし、ハイ，ロウの間で信号を連続して発している場合は、火炎が消失しているとし、ハイまたはロウのみの信号を連続して発している場合は、異常状態であるとすることを特徴とする燃焼状態検出方法。
【請求項４】
請求項２に記載の火炎センサを使用し、前記ＭＯＳ−ＦＥＴから出力する信号を取り出し、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発している場合は、燃焼機器が適正な燃焼状態にあるとし、ハイ，ロウの中間位置とロウとの間で信号を連続して発している場合は、火炎が消失しているとし、ハイ，ロウの中間位置で信号を連続して発している場合、ロウのみの信号を連続して発している場合、または、ハイのみの信号を連続して発している場合は、異常状態であるとすることを特徴とする燃焼状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機器の火炎の明度を検出して信号を発する火炎センサ及びこの火炎センサを使用した燃焼状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ボイラ、熱媒ボイラ、温水ボイラ、焼却炉等の燃焼機器には、火炎の有無を検出する火炎センサが設けられており、燃焼中に火炎が消失すれば、これを前記火炎センサで検出し、燃料の供給を停止するようにしている。
【０００３】
従来、火炎センサとして、ＣｄＳを用い光量を検出してハイ，ロウ信号を発するものが知られている。しかし、ＣｄＳにはカドミウムが多量に用いられていることから、製造時の環境汚染や廃棄処分について環境への影響が問題になる。
【０００４】
かかる問題を解消するものとして、外光の明るさに応じた電圧を発生する、例えば太陽電池といった光起電力素子と、前記光起電力素子の出力電圧を受けてオン，オフされるスイッチング素子とを備えたものが、照度センサとして提案されている（特許文献１参照。）。そこで、前記照度センサを燃焼機器の火炎センサとして使用し、火炎の明度がある一定以上でハイとし、それ以下をロウとして燃焼を検出することが考えられる。
【特許文献１】特開平１１−２１１５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１で提案されている照度センサを燃焼機器の火炎センサとして使用すると、燃焼機器のバーナー火炎の揺らぎは大きく、火炎が揺らぐことによる光量の変化によって光起電力素子の出力電圧が変化し、火炎が消失していなくてもハイ（炎有り）とする電圧のレベルを下回ることがあり、この場合、ロウ（炎無し）の信号を発してしまうことになる。燃焼機器はその危険性から、火炎が消失すると素早く燃料供給を中止し機器を停止させるように制御されているため、前記ロウ（炎無し）の信号を受けて燃焼機器がすぐさま異常停止してしまうことになり、この結果、火炎が消失していないにもかかわらず運転の継続ができなくなるといった問題が生じることになる。
【０００６】
かかる問題を解決すべく研究を重ねた結果、前記の問題は、照度センサでは火炎の揺らぎを検知できないことと、前記の照度センサによる燃焼状態の検知方法として、ハイの信号を「炎有り」としロウの信号を「炎無し」として検出するところにあることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明の目的とするところは、火炎の光量に応じて発生する光起電力素子の電圧の僅かな変化でも確実に信号の発生を可能とすることにより、火炎の小さな揺らぎの状態を検知し、火炎の有無を確実に検出できる火炎センサ及びこの火炎センサを使用して燃焼状態を検出する方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、火炎の光量に応じた電圧を発生する光起電力素子の出力電圧を受けて動作するＭＯＳ−ＦＥＴの出力により火炎の有無を検出する火炎センサであって、光起電力素子の正極側の端子が前記ＭＯＳ−ＦＥＴのゲートに接続され、光起電力素子の負極側の端子が前記ＭＯＳ−ＦＥＴのソースに接続され、前記ＭＯＳ−ＦＥＴのドレインと前記ＭＯＳ−ＦＥＴのゲートの間に自己バイアス抵抗が接続され、光起電力素子と前記ＭＯＳ−ＦＥＴのゲートの間にコンデンサが直列に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、前記コンデンサに抵抗が並列に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の火炎センサを使用し、前記ＭＯＳ−ＦＥＴから出力する信号を取り出し、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発している場合は、燃焼機器が適正な燃焼状態にあるとし、ハイ，ロウの間で信号を連続して発している場合は、火炎が消失しているとし、ハイまたはロウのみの信号を連続して発している場合は、異常状態であるとすることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の火炎センサを使用し、前記ＭＯＳ−ＦＥＴから出力する信号を取り出し、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発している場合は、燃焼機器が適正な燃焼状態にあるとし、ハイ，ロウの中間位置とロウとの間で信号を連続して発している場合は、火炎が消失しているとし、ハイ，ロウの中間位置で信号を連続して発している場合、ロウのみの信号を連続して発している場合、及び、ハイのみの信号を連続して発している場合は、誤動作といった異常状態であるとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の火炎センサによれば、ゲート電圧が高かったときには、前記ＭＯＳ−ＦＥＴはオン状態となり、ドレイン電流が増え、ドレイン電圧が低下する。ドレイン電圧が低下すればゲート電圧が低下するので、前記ＭＯＳ−ＦＥＴはオフになる。そこで、前記ＭＯＳ−ＦＥＴはオンでもオフでもない、アナログ動作の領域に安定的に存在することになる。
【００１３】
この状態で、火炎が揺れて光量が変化すれば、光起電力素子の電圧が変化し、この電圧の変化を、光起電力素子とゲートの間に接続されているコンデンサがそのままゲートへ伝えるので、前記オンとオフの中間でバランスしていた前記ＭＯＳ−ＦＥＴはコンデンサによってゲート電圧が振らされることになり、これにより、小さな炎の揺れでも前記ＭＯＳ−ＦＥＴはオン・オフし、前記ＭＯＳ−ＦＥＴから出力する電圧を検出する信号が、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発することになる。
【００１４】
このハイ，ロウの信号を交互に連続して発している状態は、火炎が一定の位置で揺らいでいる状態により生じるものであり、従って交互に発しているハイ，ロウの連続する信号によって、燃焼機器が適正な燃焼状態にあることを検出することができる。そして、ハイ，ロウの間を連続して発している信号によって、火炎の消失を検出することができ、また、ハイまたはオフのみを連続して発している信号によって、異常状態を検出することができる。
【００１５】
請求項２に記載の火炎センサによれば、請求項１に記載の、前記コンデンサに抵抗が並列に接続されている。ゲート電圧が高かったときには、前記ＭＯＳ−ＦＥＴはオン状態となり、ドレイン電流が増え、ドレイン電圧が低下する。ドレイン電圧が低下すればゲート電圧が低下するので、前記ＭＯＳ−ＦＥＴはオフになる。そこで、前記ＭＯＳ−ＦＥＴはオンでもオフでもない、アナログ動作の領域に安定的に存在することになる。
【００１６】
この状態で、火炎が揺れて光量が変化すれば、光起電力素子の電圧が変化し、この電圧の変化は、光起電力素子とゲートの間の抵抗によって抑制されてゲートに影響を与えるものの、光起電力素子とゲートの間に抵抗と並列に接続されているコンデンサが、光起電力素子の電圧の変化をそのままゲートへ伝えるので、前記オンとオフの中間でバランスしていた前記ＭＯＳ−ＦＥＴはコンデンサによってゲート電圧が振らされることになり、これにより、小さな炎の揺れでも前記ＭＯＳ−ＦＥＴはオン・オフし、前記ＭＯＳ−ＦＥＴから出力する電圧を検出する信号が、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発することになる。
【００１７】
このハイ，ロウの信号を交互に連続して発している状態は、火炎が一定の位置で揺らいでいる状態により生じるものであり、従って交互に発しているハイ，ロウの連続する信号によって、燃焼機器が適正な燃焼状態にあることを検出することができる。そして、ハイ，ロウの中間位置とロウとの間を連続して発している信号によって、火炎の消失を検出することができ、ハイ，ロウの中間位置を連続して発している信号、ロウのみ連続して発している信号、または、ハイのみ連続して発している信号によって、異常状態を検出することができる。
【００１８】
請求項３に記載の燃焼状態検出方法によれば、請求項１に記載の火炎センサを使用し、前記ＭＯＳ−ＦＥＴから出力する信号を取り出し、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発している場合は、燃焼機器が適正な燃焼状態にあるとし、ハイ，ロウの間で信号を連続して発している場合は、火炎が消失しているとし、ハイまたはロウのみの信号を連続して発している場合は、異常状態であるとしたので、前記ＭＯＳ−ＦＥＴから発する信号により、燃焼機器の燃焼状態を確実に検出することができ、これにより、燃焼機器の安全運転を確保することができる。
【００１９】
請求項４に記載の燃焼状態検出方法によれば、請求項２に記載の火炎センサを使用し、前記ＭＯＳ−ＦＥＴから出力する信号を取り出し、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発している場合は、燃焼機器が適正な燃焼状態にあるとし、ハイ，ロウの中間位置とロウとの間で信号を連続して発している場合は、火炎が消失しているとし、ハイ，ロウの中間位置で信号を連続して発している場合、ロウのみの信号を連続して発している場合、または、ハイのみの信号を連続して発している場合は、異常状態であるとしたので、前記ＭＯＳ−ＦＥＴから発する信号により、燃焼機器の燃焼状態を詳細に且つ確実に検出することができ、これにより、燃焼機器のより一層の安全運転を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る火炎センサ及びこの火炎センサを使用した燃焼状態検出方法を実施するための最良の形態を説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る火炎センサの実施の形態の第１例を示す回路図である。  
本例では、火炎の明度に応じた電圧を発生する、例えば太陽電池からなる光起電力素子１の正極側の端子が、ＭＯＳ−ＦＥＴ２のゲート３に接続され、光起電力素子１の負極側の端子が、ＭＯＳ−ＦＥＴ２のソース４に接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ２のドレイン５とゲート３の間に自己バイアス抵抗６が接続され、光起電力素子１とＭＯＳ−ＦＥＴ２のゲート３の間にコンデンサ７が直列に接続されている。８は電源端子、９は出力端子、１０はグランド、１１は負荷抵抗である。
【００２２】
このように構成された本例の火炎センサでは、ＭＯＳ−ＦＥＴ２をオンさせるゲート３の電圧は、電源電圧と負荷抵抗１１の値によって決まり、ゲート３の電圧が高かったときには、ＭＯＳ−ＦＥＴ２はオン状態となり、ドレイン５の電流が増え、負荷抵抗１１の電流も増えるので、ドレイン５電圧が低下する。ドレイン５の電圧が低下すればゲート３の電圧が低下するので、ＭＯＳ−ＦＥＴ２はオフになる。そこで、ＭＯＳ−ＦＥＴ２はオンでもオフでもない、アナログ動作の領域に安定的に存在することになる。
【００２３】
この状態で、火炎が揺れて光量が変化すれば、光起電力素子１の電圧が変化し、この電圧の変化を、光起電力素子１とゲート３の間に接続されているコンデンサ７がそのままゲート３へ伝える。これにより、前記オンとオフの中間でバランスしていたＭＯＳ−ＦＥＴ２はコンデンサ７によってゲート３の電圧が振らされることになり、小さな炎の揺れでもＭＯＳ−ＦＥＴ２はオン・オフし、ＭＯＳ−ＦＥＴ２から出力する電圧を検出する信号が、ハイ（電源電圧）、ロウ（グランド電圧）の信号を交互に連続して発することになる。
【００２４】
このようにＭＯＳ−ＦＥＴ２から、ハイ，ロウの信号が交互に連続して発している状態は、燃焼機器の火炎が一定の位置で揺らいでいる状態により生じるものであり、従って交互に発しているハイ，ロウの連続する信号は、燃焼機器が適正な燃焼状態にあることを意味するものということができる。また、ハイ，ロウの間で連続して発している一定の信号は、燃焼機器の火炎の消失を意味するものということができ、また、ハイのみを連続して発している一定の信号は、電源端子８と出力端子９間の配線のショートなどによる誤動作といった異常状態を意味するものということができ、また、ロウのみを連続して発している一定の信号は、出力端子９とグランド１０間の配線のショートなどによる誤動作といった異常状態を意味するものということができる。
【００２５】
従って、本発明に係る火炎センサによれば、火炎の揺らぎをＭＯＳ−ＦＥＴ２から交互に出力するハイ，ロウの連続する信号により検知することができ、この信号によって、燃焼機器が適正な燃焼状態にあることを検出することができ、そして、ハイ，ロウの間を連続して発している一定の信号によって、火炎の消失を検出することができ、また、ハイまたはオフのみを連続して発している一定の信号によって、配線のショートなどによる誤動作といった異常状態を検出することができる。
【００２６】
上記のように構成された火炎センサを使用した燃焼状態検出方法は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２から出力する電圧を検出する信号を取り出し、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発している場合は、燃焼機器が適正な燃焼状態にあるとし、ハイ，ロウの間で一定の信号を連続して発している場合は、火炎が消失しているとし、ハイのみの一定の信号を連続して発している場合は、電源端子８と出力端子９間の配線のショートなどによる誤動作といった異常状態であるとし、また、ロウのみの一定の信号を連続して発している場合は、出力端子９とグランド１０間の配線のショートなどによる誤動作といった異常状態であるとする。
【００２７】
かかる燃焼状態検出方法によれば、ＭＯＳ−ＦＥＴ２から発する信号により、燃焼機器の燃焼状態を確実に検出することができ、火炎の消失や燃焼機器の異常に対し速やかに対処することができるので、燃焼機器の安全運転を確保することができる。
【００２８】
図２は本発明に係る火炎センサの実施の形態の第２例を示す回路図である。なお、図２において、第１例を示す図１と対応する部分には、同一の符合を付して説明する。
【００２９】
本例では、光起電力素子１の正極側の端子がＭＯＳ−ＦＥＴ２のゲート３に接続され、光起電力素子１の負極側の端子がＭＯＳ−ＦＥＴ２のソース４に接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ２のドレイン５とのゲート３の間に自己バイアス抵抗６が接続され、光起電力素子１とＭＯＳ−ＦＥＴ２のゲート３の間に、コンデンサ７と抵抗１２とが並列に接続されている。
【００３０】
このように構成された本例の火炎センサでは、ＭＯＳ−ＦＥＴ２をオンさせるゲート３の電圧は、電源電圧と光起電力素子１の電圧、負荷抵抗１１、自己バイアス抵抗６及び抵抗１２の値によって決まり、ゲート３の電圧が高かったときには、ＭＯＳ−ＦＥＴ２はオン状態となり、ドレイン５の電流が増え、負荷抵抗１１の電流も増えるので、ドレイン５の電圧が低下する。ドレイン５の電圧が低下すればゲート３の電圧が低下するので、ＭＯＳ−ＦＥＴ２はオフになる。そこで、ＭＯＳ−ＦＥＴ２はオンでもオフでもない、アナログ動作の領域に安定的に存在することになる。
【００３１】
この状態で、火炎が揺れて光量が変化すれば、光起電力素子１の電圧が変化する。この電圧の変化は、光起電力素子１とゲート３の間の抵抗１２によって抑制されてゲート３に影響を与えるが、光起電力素子１とゲート３の間に抵抗１２と並列に接続されているコンデンサ７が、光起電力素子１の電圧の変化をそのままゲート３へ伝えるものとなる。これにより、前記オンとオフの中間でバランスしていたＭＯＳ−ＦＥＴ２はコンデンサ７によってゲート３の電圧が振らされることになり、小さな炎の揺れでもＭＯＳ−ＦＥＴ２はオン・オフし、ＭＯＳ−ＦＥＴ２から出力する電圧を検出する信号が、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発することになる。
【００３２】
このようにＭＯＳ−ＦＥＴ２から、ハイ，ロウの信号が交互に連続して発している状態は、燃焼機器の火炎が一定の位置で揺らいでいる状態により生じるものであり、従って交互に発しているハイ，ロウの連続する信号は、燃焼機器が適正な燃焼状態にあることを意味するものということができる。また、ハイ，ロウの中間位置とロウとの間で連続して発している一定の信号は、燃焼機器の火炎の消失を意味するものということができ、ハイ，ロウの中間位置で連続して発している一定の信号は、光起電力素子１と接続する配線のショートなどによる誤動作といった異常状態を意味するものということができ、また、ロウのみを連続して発している一定の信号は、出力端子９とグランド１０間の配線のショートなどによる誤動作といった異常状態を意味するものということができ、また、ハイのみを連続して発している一定の信号は、過燃焼状態或いは配線のショートなどによる誤動作といった異常状態を意味するものということができる。
【００３３】
従って、本発明に係る火炎センサによれば、火炎の揺らぎをＭＯＳ−ＦＥＴ２から交互に出力するハイ，ロウの連続する信号により検知することができ、この信号によって、燃焼機器が適正な燃焼状態にあることを検出することができ、そして、ハイ，ロウの中間位置とロウとの間で連続して発している一定の信号によって、燃焼機器の火炎の消失を検出することができ、ハイ，ロウの中間位置で連続して発している一定の信号によって、光起電力素子１を接続する配線のショートなどによる誤動作といった異常状態を検出することができ、また、ロウのみを連続して発している一定の信号によって、出力端子９とグランド１０間の配線のショートなどによる誤動作といった異常状態を検出することができ、また、ハイのみを連続して発している一定の信号によって、過燃焼状態或いは配線のショートなどによる誤動作といった異常状態を検出することができる。
【００３４】
上記のように構成された火炎センサを使用した燃焼状態検出方法は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２から出力する電圧を検出する信号を取り出し、ハイ，ロウの信号を交互に連続して発している場合は、燃焼機器が適正な燃焼状態にあるとし、ハイ，ロウの中間位置とロウとの間で一定の信号を連続して発している場合は、火炎が消失しているとし、ハイ，ロウの中間位置で一定の信号を連続して発している場合は、光起電力素子１を接続する配線のショートなどによる誤動作といった異常状態であるとし、また、ロウのみの一定の信号を連続して発している場合は、出力端子９とグランド１０間の配線のショートなどによる誤動作といった異常状態であるとし、また、ハイのみの一定の信号を連続して発している場合は、過燃焼状態或いは配線のショートなどによる誤動作といった異常状態であるとする。
【００３５】
かかる燃焼状態検出方法によれば、火炎センサのＭＯＳ−ＦＥＴ２から発する信号により、燃焼機器の燃焼状態を確実に検出することができ、火炎の消失、過燃焼状態或いは配線のショートなどによる誤動作といった異常状態の発生に対し速やかに対処することができるので、燃焼機器のより一層の安全運転を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る火炎センサの実施の形態の第１例を示す回路図である。
【図２】本発明に係る火炎センサの実施の形態の第２例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  光起電力素子
２  ＭＯＳ−ＦＥＴ
３  ゲート
４  ソース
５  ドレイン
６  自己バイアス抵抗
７  コンデンサ
８  電源端子
９  出力端子
１０  グランド
１１  負荷抵抗
１２  抵抗
【図１】
2007271571.tif 000003
【図２】
2007271571.tif 000004