JP2016200281A

JP2016200281A - 燃焼安全制御装置

Info

Publication number: JP2016200281A
Application number: JP2015078131A
Authority: JP
Inventors: 貴政長谷川; Takamasa Hasegawa
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2016-12-01

Abstract

【課題】フレームロッドにより燃焼炎を検知する場合に、燃焼検知回路の故障を判定して、安全な燃焼運転を可能とする。
【解決手段】フレームロッド１に所定の交流電圧を印加し、燃焼炎の整流作用によりフレームロッド１に流れる電流に基づき、燃焼運転中、継続して燃焼炎の有無を検知する燃焼検知回路２と、燃焼検知回路２からの出力に基づき、燃焼運転を制御する制御部４とを備え、燃焼運転中、所定時間毎に燃焼検知回路２への電源供給を休止し、休止時の燃焼検知回路２からの出力に基づき燃焼検知回路２の回路故障を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用電源を電源とする加熱調理器や給湯器などの燃焼器具に用いられる燃焼安全制御装置に関する。特に、本発明は、燃焼運転中、フレームロッドにより継続してバーナの燃焼状態を検知する燃焼検知回路の回路故障を判定するための燃焼安全制御装置に関する。

ガスコンロや給湯器などの燃焼器具では、燃焼炎の検知に基づいて燃料ガスの供給を制御する燃焼安全制御装置が用いられている。この種の燃焼安全制御装置には、検知手段として熱電対やフレームロッドが利用されている（例えば、特許文献１〜３）。これらの検知手段の中で、熱電対は、熱電対自体がもつ熱容量と熱抵抗のために熱応答性に劣る。それゆえ、消火後、短時間内に再点火したときに点火不良が生じると、熱起電力が十分低下していないため、一定時間、未燃ガスが漏出する虞がある。

これに対し、フレームロッドは、熱電対に比べて燃焼炎の検知や消火に対する応答性に優れるものの、燃焼炎を監視するためには常時、フレームロッドへ所定電圧を印加する必要がある。それゆえ、電池を電源とした燃焼器具でフレームロッドのみにより燃焼炎を検知する場合、電池の消耗が大きいという問題がある。特に、近年のガスコンロや給湯器などの燃焼器具では高機能化により電気的負荷が大きくなっている。それゆえ、フレームロッドにより燃焼運転中、継続して燃焼炎を検知する燃焼器具では、商用電源を電源として用いる必要がある。

上記のようなフレームロッドは、フレームロッドに所定電圧を印加した状態で燃焼炎がフレームロッドに接すると、燃焼炎の整流作用により燃焼炎を介してフレームロッドに電流が流れ、一方、燃焼炎がフレームロッドに接しなくなると、フレームロッドに電流が流れなくなる。従って、フレームロッドに流れる電流を検知する燃焼検知回路を設け、燃焼運転を開始させると燃焼検知回路へ電源供給し、燃焼検知回路からの出力に基づきバーナの点火、失火状態を判定している。そして、バーナへ燃料ガスを供給する開閉弁や比例制御弁が開弁しているにも関わらず燃焼炎が検知されなければ、未燃ガスの漏出を防止するために、これらの開閉弁や比例制御弁、あるいはさらに安全弁などを閉弁させている。

ところで、上記燃焼検知回路は、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）等のスイッチング素子などを備えており、フレームロッドに電流が流れて燃焼炎が検知されるときにはハイレベルの検知信号をマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）に出力し、燃焼炎が検知されないときにはローレベルの検知信号をマイコンに出力して、それに基づきバーナの点火、失火状態が判断される。

しかしながら、商用電源を電源とする燃焼器具で燃焼運転中にフレームロッドによりバーナの点火、失火状態を判定する場合、例えば、ノイズ等によりスイッチング素子にオフ故障が発生すると、継続して燃焼検知回路からハイレベルの検知信号が出力されるため、バーナが失火状態であるにも関わらず、点火状態にあると誤判定される。そのため、フレームロッド以外に熱電対等の他の燃焼炎の検知手段が設けられていない燃焼器具では、バーナの失火判定が遅れる虞がある。

特開昭６３−３１２５号公報特開昭６３−１０１６２１号公報特開平１１−１２５４２２号公報

本発明は上記課題を解決するものであり、本発明の目的は、商用電源を電源とする燃焼器具でフレームロッドによりバーナの燃焼状態を判定する場合に、燃焼運転中における燃焼検知回路の回路故障を早期に発見し、安全に燃焼運転を行うことができる燃焼安全制御装置を提供することにある。

本発明は、
商用電源を電源とする燃焼器具の燃焼安全制御装置であって、
バーナの燃焼炎に臨むフレームロッドと、
フレームロッドに所定の交流電圧を印加し、燃焼炎の整流作用によってフレームロッドに流れる電流を検知することにより、燃焼運転中、継続してバーナの燃焼状態を検知する燃焼検知回路と、
燃焼検知回路からの出力に基づき、燃焼運転を制御する制御部とを、備え、
制御部は、燃焼運転中、所定時間毎に燃焼検知回路への電源供給を休止し、休止時における燃焼検知回路からの出力に基づき燃焼検知回路の回路故障を判定する燃焼安全制御装置である。

上記燃焼安全制御装置によれば、フレームロッドにより燃焼炎の有無を検知する燃焼検知回路への電源供給が常時、可能な商用電源が電源として用いられている場合でも、燃焼運転中、所定時間毎に燃焼検知回路への電源供給を休止するから、燃焼検知回路が正常に動作していれば、燃焼検知回路からバーナの点火状態を示す検知信号は出力されない。従って、電源供給を休止している間の燃焼検知回路からの出力を確認することにより、燃焼運転中の燃焼検知回路の回路故障を判定できる。

上記燃焼安全制御装置は、好ましくは、屋内設置型の燃焼器具に使用される。
屋内設置型の燃焼器具では、未燃ガスの漏出を早期に防止する必要があるから、上記燃焼安全制御装置が好ましく用いられる。

以上のように、本発明によれば、商用電源が用いられる燃焼器具において、フレームロッドのみにより燃焼炎の有無を検知する場合でも、所定時間毎に燃焼検知回路の回路故障を判定するから、燃焼運転中、回路故障が発生すれば直ちにバーナへの燃料ガスの供給を停止できる。これにより、未燃ガスの漏出を防止して、安全性の高い燃焼安全制御装置を提供できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る燃焼安全制御装置の一例を示す回路図である。図２は、本発明の実施の形態に係る燃焼安全制御装置の動作の一例を示すタイムチャートである。図３は、本発明の実施の形態に係る燃焼安全制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本実施の形態に係る燃焼器具について具体的に説明する。
図１は、本実施の形態の燃焼安全制御装置の一例を示す回路図である。図１に示すように、本実施の形態の燃焼安全制御装置は、フレームロッド１と、フレームロッド１に流れる電流を検知する燃焼検知回路２と、燃焼検知回路２からの出力に基づき、バーナ３の燃焼運転を制御するマイコン４とを備える。

燃焼検知回路２は、変圧器２１、トランジスタ２２等により構成された周知の発振回路２０を備えている。この発振回路２０のトランジスタ２２のベースには、抵抗２３を介してベース・エミッタ間を抵抗２５で接続してなるトランジスタ２４が接続されている。そして、トランジスタ２４のベースは、制御部であるマイコン４の出力ポートと抵抗２６を介して接続されており、給電部２７に図示しない商用交流電源を整流、平滑化した定電圧が付与されて、発振するように構成されている。

発振回路２０の出力側コイルの一端ｐには、接続点ｑを介してフレームロッド１が接続されており、さらに接続点ｑには、抵抗１１，１２を介してＦＥＴ１３のゲートが接続されている。また、フレームロッド１と接地部１０との間には、コンデンサ１４、ツェナーダイオード１５、及び抵抗１６が並列に接続されている。このＦＥＴ１３のソースは、接地部１０に接地され、またＦＥＴ１３のドレインは、プルアップ抵抗１７を介して定電圧の給電部１８に接続されている。そして、ＦＥＴ１３のドレインとプルアップ抵抗１７の間の出力部は、マイコン４の入力ポートに接続されている。なお、コンデンサ１４、及び抵抗１６は、発振回路２０の出力を平滑化するためのものであり、ツェナーダイオード１５は、ＦＥＴ１３のゲート・ソース間に過大な逆バイアス電圧が付与されるのを防止するためのものである。また、抵抗１６は、冗長構成となっており、いずれか一方の抵抗が切断しても、電流が流れる構成となっている。

マイコン４からハイレベルの制御信号が出力され、ＦＥＴ１３のドレインに接続された給電部１８に電源電圧が与えられた状態では、トランジスタ２４は抵抗２６を介してベース電流が与えられて導通し、またトランジスタ２２は抵抗２３を介してベース電流が与えられて導通して、発振回路２０が作動し、変圧器２１を介して燃焼検知回路２に電源供給される。このとき、フレームロッド１にバーナ３の燃焼炎が接していなければ、発振回路２０から交流電圧がフレームロッド１に印加されても、フレームロッド１に電流が流れず、ＦＥＴ１３のゲート電位は、接地部１０と同電位となり、ソース・ドレイン間が導通する。これにより、ＦＥＴ１３のドレインとプルアップ抵抗１７の間の出力部からマイコン４の入力ポートにフレームロッド１に燃焼炎が作用していないことを示すローレベル（接地レベル）の検知信号が出力される。また、マイコン４から制御信号の出力がオフされて、ＦＥＴ１３のドレインに接続された給電部１８に電源電圧が与えられた状態では、燃焼検知回路２に電源供給されず、フレームロッド１に電流が流れないため、上記の失火状態と同様に、ローレベルの検知信号が出力される。

一方、フレームロッド１に燃焼炎が接している場合には、その燃焼炎は、フレームロッド１及び接地部間で等価回路的に直列回路として機能する。このとき、燃焼炎は整流作用を有しているため、発振回路２０から印加される交流電圧によって、フレームロッド１に燃焼炎を介して電流が流れるとともに、変圧器２１の出力側コイルの他端が接地部２８よりも低電位となるため、ＦＥＴ１３のゲート・ソース間が逆バイアスされ、ゲート・ソース間が遮断される。これにより、ＦＥＴ１３のドレインとプルアップ抵抗１７の間の出力部からマイコン４へフレームロッド１に燃焼炎が作用していることを示すハイレベル（電源レベル）の検知信号が出力される。

図示しないが、制御部であるマイコン４は、ＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えて構成されており、バーナ３へ燃料ガスを供給するために、ガス流路を連通・遮断するための開閉弁や比例制御弁、安全弁などを通電駆動する弁駆動回路などと接続されている。また、マイコン４は、点消火スイッチの操作による点消火信号や燃焼検知回路２からの出力信号などに基づき、燃焼運転を制御する。

次に、燃焼安全制御装置における燃焼運転中における制御動作について説明する。使用者が、図示しない点消火スイッチを点火操作することでバーナ３の燃焼運転が開始されると、マイコン４への給電が開始され、マイコン４から発振回路２０へ制御信号を出力して、燃焼検知回路２への電源供給を開始させる。本実施の形態では、燃焼運転中、常時、フレームロッド１に交流電圧を印加して、燃焼検知回路２から燃焼炎の有無を出力させるのではなく、図２に示すように、燃焼検知回路２への電源供給を所定時間毎（例えば、６０秒間毎）に一定の休止時間（例えば、１秒間）、休止させる。

すなわち、燃焼運転が開始されて、図示しないイグナイタを駆動して電極から火花放電させる点火処理が行われると、燃焼検知回路２へ常時、電源を供給するのでなく、所定時間毎にマイコン４からの制御信号の出力をオフし、燃焼検知回路２への電源供給を休止させる。燃焼運転中、燃焼検知回路２に電源供給されている間、燃焼検知回路２が正常に動作していれば、図２に示すように、燃焼検知回路２からはハイレベルの検知信号がマイコン４に出力されるから、バーナ３は点火状態にあると判定される。しかしながら、燃焼運転中、燃焼検知回路２への電源供給を一定時間休止させると、フレームロッド１に燃焼炎が接していても、フレームロッド１に電流が流れないため、燃焼検知回路２が正常に動作していれば、失火状態と同様に、燃焼検知回路２からはローレベルの検知信号が出力される。これに対し、例えば、ＦＥＴ１３がオフ故障している場合、図２の検知信号における破線で示すように、燃焼検知回路２への電源供給を休止しても、燃焼検知回路２からハイレベルの検知信号がマイコン４に出力される。従って、この休止時間における燃焼検知回路２からの出力を確認することにより、燃焼運転中における燃焼検知回路２が正常に動作しているかどうかを判定できる。

次に、燃焼運転中における燃焼検知回路２の故障判定ルーチンについて、図３を参照して説明する。使用者が図示しない点消火スイッチを点火操作し、燃焼検知回路２からハイレベルの検知信号が出力されてバーナ３の点火状態が検知されると、マイコン４は、タイマをスタートさせる（ステップＳＴ１〜ＳＴ３）。なお、図示しないが、燃焼運転を開始させた後、所定の点火処理時間内に燃焼検知回路２からハイレベルの検知信号が出力されなければ、点火不良が生じたと判定して、強制的に燃焼運転を停止させる。

タイマカウントの開始から所定の電源供給時間Ｔｏｎ（例えば、５９秒間）が経過するまで、ハイレベルの検知信号が出力されていれば（ステップＳＴ４及びＳＴ５で、Ｙｅｓ）、マイコン４からの制御信号の出力をオフし、燃焼検知回路２への電源供給を休止する（ステップＳＴ６）。次いで、所定の休止時間Ｔｏｆｆ（例えば、１秒間）内に燃焼検知回路２からハイレベルの検知信号が出力されるかどうかが確認される（ステップＳＴ７）。このとき、燃焼検知回路２へ電源供給されていないにも関わらず、ハイレベルの検知信号が出力されている場合（ステップＳＴ７で、Ｙｅｓ）、燃焼検知回路２の回路故障と判定して、図示しない電磁弁や比例制御弁、安全弁を閉弁して、バーナ３を消火させる（ステップＳＴ１０）。一方、燃焼検知回路２からローレベルの検知信号が出力された状態で休止時間が経過すると（ステップＳＴ７で、Ｎｏ、ステップＳＴ８で、Ｙｅｓ）、燃焼検知回路２への電源供給を再開する（ステップＳＴ９）。そして、上記と同様に、点消火スイッチで消火操作がされるまで、燃焼検知回路２から電源供給時間Ｔｏｎ内及び休止時間Ｔｏｆｆ内にハイレベルの検知信号が出力されるかが判定される。このように、交互に電源供給と休止とを繰り返す。

以上のように、本実施の形態の燃焼安全制御装置によれば、商用電源を電源とする燃焼器具において、燃焼運転中、継続して燃焼炎の検知をフレームロッド１のみにより行う場合でも、燃焼検知回路２への電源供給を所定時間毎に休止させるから、休止時にはフレームロッド１に燃焼炎が接していても、フレームロッド１に電流が流れなくなる。従って、燃焼検知回路２が正常に動作していれば、バーナ３の失火状態が検知される。これに対し、燃焼検知回路２への電源供給を休止しても、バーナ３の点火状態が検知された場合、燃焼検知回路２が回路故障していると判定できる。これにより、例えば、スイッチング素子であるＦＥＴ１３がオフ故障した場合でも、早期にバーナ３への燃料ガスの供給を停止させることができるから、未燃ガスの漏出を防止することができる。従って、上記燃焼安全制御装置を用いることにより、燃焼器具の安全性を向上できる。

なお、上記実施の形態では、燃焼検知回路２の回路故障を判定するためにバーナ３の点火が確認された後、燃焼運転中に燃焼検知回路２への電源供給を休止しているが、さらに、バーナ３の点火前の非燃焼運転中、所定時間毎に燃焼検知回路２に電源を供給して、燃焼検知回路２からローレベルの検知信号が出力されるかどうかを判定してもよい。これにより、例えば、ＦＥＴ１３のオン故障を判定できるから、燃焼運転を開始させる前に燃焼検知回路２の回路故障を判定できる。

１フレームロッド
２燃焼検知回路
３バーナ
４マイコン（制御部）
１３電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）

Claims

商用電源を電源とする燃焼器具の燃焼安全制御装置であって、
バーナの燃焼炎に臨むフレームロッドと、
フレームロッドに所定の交流電圧を印加し、燃焼炎の整流作用によってフレームロッドに流れる電流を検知することにより、燃焼運転中、継続してバーナの燃焼状態を検知する燃焼検知回路と、
燃焼検知回路からの出力に基づき、燃焼運転を制御する制御部とを、備え、
制御部は、燃焼運転中、所定時間毎に燃焼検知回路への電源供給を休止し、休止時における燃焼検知回路からの出力に基づき燃焼検知回路の回路故障を判定する燃焼安全制御装置。
請求項１に記載の燃焼安全制御装置において、
屋内設置型の燃焼器具に用いられる燃焼安全制御装置。