(57)【要約】【課題】火炎検出装置の寿命が短くなるのを抑制しつつ、点検手段により火炎検出手段を効率的に点検し、火炎検出装置としての信頼性を向上させることが可能な制御器と、この制御器を備えた炎検出装置を提供すること。【解決手段】バーナ制御部３０により制御されるバーナ１２の火炎を検出する火炎検出手段４１と、前記火炎検出手段４１の作動を点検する点検手段４５とを備えた火炎検出装置４０に設けられ、前記バーナ制御部３０に制御信号を出力する制御器５０であって、前記バーナ制御部３０により前記バーナ１２の燃焼状態が切り換えられた際に前記点検手段４５を作動する第１の制御部を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナ制御部により制御されるバーナの火炎を検出する火炎検出手段と、前記火炎検出手段の作動を点検する点検手段とを備えた火炎検出装置に設けられ、前記バーナ制御部に制御信号を出力する制御器であって、
前記バーナ制御部により前記バーナの燃焼状態が切り換えられた際に前記点検手段を作動する第１の制御部を備えていることを特徴とする制御器。
【請求項２】
前記第１の制御部は、
前記バーナへの燃焼用空気の送風量及び燃料の供給量を切り換える切換手段が、前記バーナ制御部により切り換えられてから所定時間経過後に前記点検手段を作動する第２の制御部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の制御器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の制御器を備えることを特徴とする火炎検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、火炎検出手段を点検する点検手段を有する火炎検出装置に設けられる制御器と、この制御器を備えた火炎検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラ等、バーナを用いる燃焼機器等には、バーナが失火した状態で重油、ガス等の燃料が未燃のまま放出されるのを防止するために、バーナの火炎の有無を検出し、火炎の有無に基づいてバーナ制御部に制御信号を出力する火炎検出装置が、一般的に設けられている。
【０００３】
かかる火炎検出装置は、バーナの火炎の有無を火炎検出信号として検出する火炎検出手段と、火炎検出信号に基づいてバーナ制御部に制御信号を出力する制御部とを備えており、この火炎検出手段が正常に作動しているかどうかを点検するための点検手段を備えた構成とされるものがある。
【０００４】
例えば、バーナの火炎が発する紫外線を検出する紫外線光電管を火炎検出手段として用いる場合、紫外線光電管が自己放電することによって、紫外線の入射がないにも関わらず火炎検出信号が出力される場合がある。
そこで、紫外線光電管を火炎検出手段として用いる場合には、紫外線を遮光可能なシャッタ等の遮光手段をバーナと紫外線光電管の間に配置することにより点検手段を構成し、紫外線光電管への紫外線を所定の間隔で遮光して遮光されている間火炎検出信号（紫外線検出信号）が出力されないことを以って、バーナに火炎がある場合にのみ紫外線光電管から火炎検出信号が出力されることを確認するようになっており、かかる火炎検出装置の信頼性を向上するための技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３０３４２０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、間隔をあけて火炎検出手段を点検する場合、点検から次の点検までの間に、火炎の有無に関わらず火炎検出信号が出力される状態が発生すると、火炎検出装置としての機能が充分に果せないこととなる。
一方、点検手段による点検間隔を短くすると、火炎検出手段の故障を早期に発見することが可能になるが、点検手段の作動回数が燃焼機器の運転時間とともに増加するために点検手段ひいては火炎検出装置の寿命が短くなりランニングコストが増大するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、火炎検出装置の寿命が短くなるのを抑制しつつ点検手段により火炎検出手段を効率的に点検し、火炎検出装置としての信頼性が向上可能な制御器と、この制御器を備えた炎検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１記載の発明は、バーナ制御部により制御されるバーナの火炎を検出する火炎検出手段と、前記火炎検出手段の作動を点検する点検手段とを備えた火炎検出装置に設けられ、前記バーナ制御部に制御信号を出力する制御器であって、前記バーナ制御部により前記バーナの燃焼状態が切り換えられた際に前記点検手段を作動する第１の制御部を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この発明に係る制御器によれば、バーナ制御部によりバーナの燃焼状態が切り換えられて、バーナの燃焼が不安定となり失火が発生しやすくなる際に、第１の制御部が点検手段を作動して火炎検出装置を点検するように構成されているため、バーナの燃焼状態が切り換わり失火し易い状況における火炎検出手段の失火検出不能を効率的に検出してバーナ制御部に燃焼を停止する制御信号を出力することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、制御器であって、前記第１の制御部は、前記バーナへの燃焼用空気の送風量及び燃料の供給量を切り換える切換手段が、前記バーナ制御部により切り換えられてから所定時間経過後に前記点検手段を作動する第２の制御部を備えていることを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る制御器によれば、バーナへの燃焼用空気の送風量及び燃料の供給量を切り換える切換手段が切り換えられて所定時間経過後に第２の制御手段が、点検手段を作動するため、バーナの燃焼が安定した後又は失火した後にバーナを点検することが可能となる。
その結果、燃焼用空気の送風量及び燃料の供給量が切り換えられて失火しやすい状況における火炎検出手段の失火検出不能を早期に検出して失火したバーナに燃料が供給されるのを抑制することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、火炎検出装置であって、請求項１又は請求項２に記載の制御器を備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る火炎検出装置によれば、バーナが失火しやすい状態で火炎検出手段を点検するので、火炎検出手段の失火検出不能を早期に検出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る制御器及び火炎検出装置によれば、バーナ制御部により燃焼状態が切り換えられて失火が発生しやすい状態において火炎検出装置の失火検出不能を点検するので、火炎検出手段を効率的に点検することが可能となり、火炎検出手段の失火検出不能を早期に検出し、失火状態のバーナに燃料が供給されるのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１から図４を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る火炎検出装置をボイラ（燃焼器）に適用した場合の概略図であり、符号１はボイラを、符号４０は火炎検出装置を示している。
【００１５】
ボイラ１は、図１に示すように、ボイラ本体１０と、燃焼切換部（切換手段）２０と、バーナ制御部３０と、火炎検出装置４０とを備えており、ボイラ本体１０のウインドボックス１１にはバーナ１２が配置されている。
バーナ１２は、例えば、燃料ガスを燃焼させて、高燃焼、低燃焼、燃焼停止の３つの燃焼量を段階的に得ることが可能な３位置制御バーナ１２とされている。
【００１６】
燃焼切換部２０は、送風ファン２１と、燃料供給バルブ２２とを備え、送風ファン２１から送風された燃焼用空気と燃料供給バルブ２２から供給された生ガス（燃料）とがダクト内で混合されて燃料ガスが生成され、この燃料ガスがバーナ１２に供給されるようになっている。
【００１７】
送風ファン２１は、回転が、例えばインバータにより制御されており、バーナ１２の燃焼量に応じてバーナ制御部３０から送られる回転制御信号Ｃ１により回転数が制御可能とされ、その結果、燃焼用空気の送風量が調整されるようになっている。
燃料供給バルブ２２は、燃料供給源（図示せず）から供給される生ガスの供給量を調整するものであり、バーナ制御部３０から送られる供給量制御信号Ｃ２により切り換わり生ガス供給量が調整されるようになっている。
【００１８】
バーナ制御部３０は、例えば、ボイラ１０内の圧力センサによって検出される蒸気圧力に対応して送風ファン２１の回転数及び燃料供給バルブ２２を切り換えて生ガスの供給量を調整し、その結果、バーナ１２の燃焼量が調整されるようになっている。
【００１９】
火炎検出装置４０は、図２に示すように、火炎検出手段４１と、点検用シャッタ機構（点検手段）４５と、制御器５０とを備え、火炎検出手段４１が火炎からの光を受けることによって出力される火炎検出信号に基づいてバーナ１２の火炎の有無を判断するとともに、その判断結果をバーナ制御部３０に出力可能に構成されている。
【００２０】
この実施の形態において、火炎検出手段４１は、紫外線光電管４２と、紫外線光電管４２を収納するとともに周囲からの光を遮蔽する収納筒４３とを備えており、紫外線光電管４２には所定の周期でパルス状の駆動電圧が印加されて紫外線が入射されることにより電流が流れて火炎検出信号（紫外線検出信号）が出力されるようになっている。
火炎検出信号は、火炎が発する紫外線が入射されている場合にはＯＮ、紫外線が入射されていない場合にはＯＦＦのパルス信号により構成されている。
【００２１】
点検用シャッタ機構４５は、シャッタ板４６と、シャッタ板４６を回動させるステップモータ４７とを備え、制御器５０からのシャッタ制御信号Ｃ３によってステップモータ４７がシャッタ板４６を回動するようになっている。
【００２２】
シャッタ板４６は、例えば、紫外線を遮光可能な材料により形成された略円形状の平板からなり、周方向に複数の紫外線が通過可能な開口部４６Ａと紫外線を遮光する遮光領域４６Ｂとが交互に配置され、紫外線光電管４２の前面に開口部４６Ａが位置する状態で火炎が検出可能とされている。
【００２３】
この開口部４６Ａ及び遮光領域４６Ｂは、ステップモータ４７によりシャッタ板４６が回動することにより紫外線光電管４２の前面に交互に移動可能とされ、遮光領域４６Ｂが紫外線光電管４２の前面に位置して紫外線光電管４２へ紫外線を遮光することにより自己放電による火炎検出信号の出力の有無が検出可能とされている。
【００２４】
制御器５０は、火炎検出部５１と、点検手段制御部（第１の制御部）５２とを備え、火炎検出部５１は、紫外線光電管４２が出力した火炎検出信号が入力されるとともに、火炎検出信号に基づいてバーナ１２の火炎の有無を判断し、その結果を必要に応じてバーナ制御部３０に出力するようになっている。
【００２５】
点検手段制御部５２は、バーナ制御部３０が燃焼切換部２０に出力した回転制御信号Ｃ１及び供給量制御信号Ｃ２が並行して入力され、この回転制御信号Ｃ１及び供給量制御信号Ｃ２に基づいて点検用シャッタ機構４５にシャッタ制御信号Ｃ３を出力して点検用シャッタ機構４５を作動させるようになっている。
また、シャッタ制御信号Ｃ３は、紫外線光電管４２の前面に位置する開口部４６Ａを遮光領域４６Ｂとする回動動作と、遮光領域４６Ｂを再び開口部４６Ａとする回動動作とから構成されている。
【００２６】
この実施形態において、点検手段制御部５２は第２の制御部を備え、第２の制御部は、図３のフロー図に示すように、回転制御信号Ｃ１による送風ファン２１の風量切り換え（Ｓ１）、供給量制御信号Ｃ２による燃料供給バルブ２２の供給量切り換え（Ｓ２）、燃料供給バルブ２２の供給量切り換え後の所定時間経過のカウント（Ｓ３）、点検用シャッタ機構４５へのシャッタ制御信号Ｃ３の出力（Ｓ４）の順に作動するようになっている。
【００２７】
この第２の制御部の動作タイミングは、図４に示すように、送風ファン２１による燃焼用空気の送風量が切り換えられた後、第１の所定時間Ｔ１又は第３の所定時間Ｔ１１が経過した後に燃料供給バルブ２２による燃料供給量が切り換えられ、その後第２の所定時間Ｔ２、又は第３の所定時間Ｔ１２が経過した後に、点検用シャッタ機構４５を作動させるようになっており、燃焼切換部２０の切り換えは、バーナ制御部３０から燃焼切換部２０に出力された回転制御信号Ｃ１及び供給量制御信号Ｃ２が第２の制御部に入力されることにより検出されるようになっている。
【００２８】
次に、制御器５０及び火炎検出装置４０の作用について、図４を参照しながら説明する。
まず、例えば、ボイラ１０内の蒸気圧力が低下してバーナ１２の燃焼量を増加させる場合には、バーナ制御部３０は、図４において（Ｖ）で示したように、バーナ１２の燃焼量に応じて回転制御信号Ｃ１を増加させ、回転制御信号Ｃ１の増加が開始されて第１の所定時間Ｔ１が経過して燃焼用空気の風量が増加したら供給量制御信号Ｃ２を出力して燃料供給バルブ２２の燃料供給量を切り換える。
ダクト内で混合される燃焼用空気の風量と生ガスの供給量が増加するのにともない燃料ガスの供給量が増加し、バーナ１２の燃焼量が所定の燃焼量に増加する。
【００２９】
この回転制御信号Ｃ１の出力は、増加が開始されたタイミングで第２の制御部に入力され（Ｓ１）、次いで第１の所定時間Ｔ１経過後の供給量制御信号Ｃ２の出力が第２の制御部に入力される（Ｓ２）。
この供給量制御信号Ｃ２の出力が第２の制御部に入力されると、第２の制御部のカウンタＣＴＲがカウントを開始し、カウンタＣＴＲが第２の所定時間Ｔ２をカウント（Ｓ３）した後に、第２の制御部から点検用シャッタ機構４５にシャッタ制御信号Ｃ３が出力される（Ｓ４）。
このシャッタ制御信号Ｃ３により、点検用シャッタ機構４５のステップモータ４７はシャッタ板を回動させる。
【００３０】
シャッタ板４６が回動して遮光領域４６Ｂが紫外線光電管４２を覆うと、火炎が発する紫外線が紫外線光電管４２に到達しなくなる。
紫外線光電管４２が遮光された状態で火炎検出信号がＯＦＦの場合には、制御器５０の火炎検出部５１は紫外線光電管４２が正常に作動していると判断し、紫外線光電管４２が遮光されているにも関わらず火炎検出信号がＯＮの場合には、火炎検出部５１は、紫外線光電管４２が失火検出不能であると判断する。
【００３１】
紫外線光電管４２が正常に作動している場合には、火炎検出装置４０による監視が継続され、紫外線光電管４２が失火検出不能である場合には、火炎検出部５１はバーナ制御部３０に制御信号を出力し、バーナ制御部３０はバーナ１２の運転を停止する。
【００３２】
バーナ１２の燃焼量を減少させる場合には、図４に符号Ｗにより示すように、バーナ制御部３０から出力される回転制御信号Ｃ１が送風ファン２１の風量を低下するものであり、その後第３の所定時間Ｔ１１が経過して燃料供給バルブ２２の供給量を減少させる供給量制御信号Ｃ２が出力されてバーナ１２の燃焼量が減少させられる。
そして、供給量制御信号Ｃ２が出力されて第４の所定時間Ｔ１２が経過した後に、第２の制御部からシャッタ制御信号Ｃ３が出力されて点検シャッタ機構４５が作動する。その他は、上記と同様であり説明を省略する。
【００３３】
上記実施形態に係る制御器５０によれば、バーナ１２が失火しやすい状況において失火した場合、紫外線光電管４２が正常に作動している場合には紫外線光電管４２がバーナ１２の失火を検出し、紫外線光電管４２が失火検出不能である場合は点検手段制御部５２が点検用シャッタ機構４５を作動して失火検出不能を検出してバーナ制御部３０に制御信号を出力するので失火状態のバーナ１２への燃料ガスの供給が早期に停止される。
【００３４】
また、第２の制御手段が、燃焼切換部２０がバーナ制御部３０により切り換えられてから所定時間Ｔ２、Ｔ１２経過後に、点検用シャッタ機構４５を作動するように構成されているため、バーナ１２の燃焼が安定状態となり又はバーナ１２が失火した後に、点検用シャッタ機構４５による点検がされ、バーナ１２の燃焼量切り換え時における失火が紫外線光電管４２の失火検出不能に起因して見逃されるのを抑制し、失火後、短時間で失火を検出しバーナ１２への燃料供給を停止することができる。
【００３５】
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
上記実施の形態においては、火炎検出手段が紫外線光電管４２とされ、点検手段が点検用シャッタ機構４５とされる場合について説明したが、例えば、火炎検出手段をフォトダイオード、温度センサとし、これら火炎検出手段に対応可能な点検手段を設けることにより火炎検出装置を構成してもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態においては、点検手段制御部５２が、バーナ１２への燃焼用空気の送風量が切り換えられて第１の所定時間Ｔ１が経過した後に燃料供給バルブ２２が切り換えられ、その後第２の所定時間Ｔ２が経過した後に点検用シャッタ機構４５を作動する第２の制御部を備える場合について説明したが、点検手段制御部５２は、回転制御信号Ｃ１と供給量制御信号Ｃ２のいずれかを以って燃焼切換部２０の切り換えとし、又は、これら切り換え後の所定時間経過により点検用シャッタ機構４５を作動させる構成としてもよい。
【００３７】
また、上記実施の形態における場合のように、インバータ制御された送風ファン２１の燃焼用空気の送風量の切り換えによってバーナ１２の燃焼状態の切り換えを検出する場合、例えば、インバータが出力する周波数の切り換え、送風ファン２１のモータ回転数が所定回転数に到達したこと、又は燃焼用空気の風圧が所定の数値に到達したこと等、切り換えを検出する対象を選択することが可能である。
【００３８】
また、インバータ制御に代えて、送風ファンとダンパの切り換えにより風量を制御してもよく、かかる場合、ダンパの切り換え、燃焼用空気の風圧の所定値への到達等の検出信号を以ってバーナ１２の燃焼状態の切り換えを検出する構成としてもよい。
また、バーナ制御部３０による切換手段の切り換えを、燃焼用空気の送風量の切り換えと燃料供給バルブ２２の切り換えのいずれかに拠るものとしてもよいし、これら以外の構成を以って切換手段の切り換えとすることも可能である。
【００３９】
上記実施の形態においては、制御器５０が火炎検出装置４０の一部として構成される場合について説明したが、例えば、火炎検出装置と別個に制御器５０が設けられる構成としてもよいし、バーナ制御部３０の基板内に配置されるＲＯＭ 、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭやこれらを備える基板として構成してもよい。
また、上記実施の形態においては、所定時間Ｔ２、所定時間Ｔ１２の経過が第２の制御部の外部でカウントされて第２の制御部に入力される構成とすることも可能である。
また、上記実施の形態においては、バーナ１２、燃料切換部２０が、燃料ガスを燃料とする場合について説明したが、燃料ガスに代えて重油を燃料とする構成としてもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る火炎検出装置をボイラに用いた場合の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る火炎検出装置の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る制御器の動作を説明するフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る制御器の動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１２  バーナ
２０  燃焼切換部（切換手段）
３０  バーナ制御部
４０  火炎検出装置
４１  火炎検出手段
４５  点検用シャッタ機構（点検手段）
５０  制御器  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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