JPH0456211B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃焼機器の点火用に用いられる電気ヒ
ータの通電制御回路に関し、特に立ち上がり時間
が短く、発熱量の大きなセラミツクヒータの通電
に用いて効果的である。

［従来の技術］ 燃焼機器の点火装置では、短時間に点火すると
ともに燃焼制御等を行うマイコンへの雑音の影響
がなく、特に燃焼用空気を送風機によつて供給す
る強制送風式燃焼装置においては、空気流による
冷却に対しても十分な発熱量が得られるように、
高温を発生する電気ヒータ、特にセラミツクヒー
タが点火手段として使用されている。こうしたヒ
ータは、特に発熱温度の立ち上がりをよくするた
めのいわゆる急速昇温型のものでは、大電流を流
すために抵抗値が小さく設定されていて、ヒータ
の溶断を防止するために、その電流値が制御され
ている。このとき、通電電流はヒータの温度に基
づいて変化する抵抗値により制御されため、セラ
ミツクヒータへの通電には、抵抗値の検出が行い
やすい直流電流が使用されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、このように抵抗値を検出して通電電流
を制御するためには、抵抗値の検出のために回路
が複雑になり、価格が高くなるという問題があ
る。

本発明は、燃焼機器の点火に使用されるヒータ
に対して、速やかにかつ確実に点火できる着火性
能を維持しつつ、ヒータの溶断防止のためにヒー
タの温度を制御することができる安価な通電制御
回路を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の点火ヒータの通電制御回路は、電源の
供給時間に応じて出力電圧が上昇するとともに、
前記電源の停止後の経過時間に応じて前記出力電
圧が低下する充放電回路と、該充放電回路の出力
電圧が所定電圧以下のとき作動信号を出力する比
較回路と、前記電源が供給されるとき一定パルス
の作動信号を出力するパルス発生回路と、前記比
較回路の出力と前記パルス発生回路の出力との論
理和を実現する論理和回路と、該論理和回路の出
力に応じて点火ヒータを通電する通電回路とから
なる技術的手段を採用した。

［作用］ 本発明では、充放電回路と比較回路とにより、
充放電回路の出力電圧に応じた時間、作動するタ
イマが形成される。このタイマは電源が供給され
ると、充放電回路の出力電圧が所定電圧に達する
までの時間、作動信号を出力する。この作動信号
は、論理和回路を経て通電回路へ伝えられ、点火
ヒータは連続的に通電される。充放電回路の出力
電圧が所定電圧より高くなり、タイマの作動信号
が停止すると、一定パルスの作動信号を出力して
いるパルス発生回路の作動信号により、点火ヒー
タはそのパルスに応じて間欠的に通電される。

電源が停止されると、点火ヒータへの通電が停
止され、充放電回路の出力電圧は、電源の停止後
の経過時間に応じて低下する。

［発明の効果］ 本発明では、点火ヒータへの通電初期には、点
火ヒータへの通電は連続的に行われるため、点火
ヒータの温度は目的温度まで急速に上昇する。こ
の連続通電の時間は、充放電回路と比較回路とに
よつて形成されるタイマによつて制限されるた
め、点火ヒータの温度が目的温度より高くなりす
ぎることがない。点火ヒータの温度が目的温度ま
で上昇したあとには、点火ヒータはパルスに応じ
て間欠的に通電されるため、目的温度が維持さ
れ、温度が低下することがない。従つて、確実に
点火を行うことができる。

また、充放電回路の出力電圧は、電源の停止後
の経過時間に応じて低下するため、点火作動を一
旦停止した後に、再度行う場合には、再点火まで
の時間に応じて作動信号の出力時間が異なり、再
点火までの時間が短い程、作動信号の出力時間が
短くなる。従つて、点火ヒータが過剰昇温するこ
とがなく、点火ヒータを保護することができる。

［実施例］ 次に本発明の実施例を図面に示すガス給湯器１
に基づいて説明する。

第２図に概略を示すガス給湯器１の給湯器ケー
ス１０内の下方には、複数のスリツトバーナを２
列に配した２連式のバーナ群１１が設けられてい
る。バーナ群１１には、給湯器ケース１０の下方
に備えられた送風機１２によつて燃焼用空気が供
給される。給湯器ケース１０内の上方には、通過
する水をバーナ群１１の燃焼熱によつて加熱する
熱交換器１３が設けられている。また給湯器ケー
ス１０内のバーナ群１１の近傍には、点火用のセ
ラミツクヒータ１４と、炎を検知するフレームロ
ツド１５が設けられている。

バーナ群１１の下方には、ガス管２０から供給
される燃料ガスを噴出するノズル１６が配されて
いる。なお、燃焼ガスは給湯器ケース１０の上方
の排気口２から排出される。

セラミツクヒータ１４は、第３図に示すとおり
窒化珪素により成型されたセラミツク基板１４ａ
の表面に抵抗体１４ｂをプリントして焼成し、さ
らにセラミツク基板１４ｃを重ねてホツトプレス
焼成法によつて一体化したもので、抵抗体１４ｂ
は両セラミツク基板１４ａ，１４ｃによつて密閉
されている。セラミツクヒータ１４には、通電用
の端子１４ｄ，１４ｅが設けられ、各端子１４
ｄ，１４ｅ間に電圧が印加されるとその電流値に
応じて発熱する。

セラミツクヒータ１４は、第４図に示すとお
り、温度上昇に伴つて抵抗値が大きくなる抵抗温
度係数を有しており、特に抵抗体１４ｂの抵抗値
が印加電圧に対して小さく設定された急速昇温型
のものである。セラミツクヒータ１４は、その温
度が約1400℃を超えると溶断してしまうため、本
実施例では、後述するヒータ回路５０によつて約
1200℃以上にならないようにセラミツクヒータ１
４への電流を制御して、発熱温度を抑えている。

ノズル１６へ燃料ガスを導くガス管２０には、
上流より元電磁弁２１、主電磁弁２２、供給され
る燃料ガスの圧力を調節するガバナ比例弁２３が
設けられ、ガス管２０はガバナ比例弁２３の下流
で分岐して２連式のバーナ群１１の各連へ燃料ガ
スを導き、分岐した一方のガス管２０ａには、バ
ーナ群１１の一連のみを燃焼させるために燃料供
給を停止する電磁弁２４が設けられている。

制御装置３０は第５図に示すとおり、マイコン
を中心として構成された燃焼状態を制御する燃焼
制御回路３１と、セラミツクヒータ１４への通電
状態を制御するヒータ回路５０とからなり、コン
トローラ４０の操作状態に応じて作動する。

燃焼制御回路３１は、所定のシーケスで燃焼の
開始および停止を制御するとともに、コントロー
ラ４０による設定温度、図示しない水量センサお
よびサーミスタによつて検知される入水量、入水
温度、出湯温度に基づいて燃焼量制御を行う。

ヒータ回路５０は、燃焼制御回路３１から点火
信号が出力されたときに、点火作動としてセラミ
ツクヒータ１４を通電する回路であり、第１図に
示すとおり、充放電回路５１、比較回路５２、パ
ルス発生回路５３、OR回路５４、ヒータ通電回
路５５を主要構成とし、点火信号によつて図示し
ないリレーが駆動されるとその接点５６が閉じ
て、セラミツクヒータ１４への通電が行われる。

以下、ヒータ回路５０の各回路を説明する。

充放電回路５１は、接点５６が閉じるとコンデ
ンサ６１が半固定抵抗６２およびダイオード６３
を通じて電源Vccにより充電され、接点５６が開
くとダイオード６４および半固定抵抗６５を通じ
てOR回路端子６６によりコンデンサ６１が放電
される。ここでは、OR回路素子６６の入力端子
はともに抵抗６７を介して電源Vccの供給ライン
Ｌと接続されており、接点５６が閉じるとOR回
路素子６６の出力はハイレベルになるが、ダイオ
ード６４がコンデンサ６１に対して逆方向に設け
られているため、コンデンサ６１は半固定抵抗６
２およびダイオード６３のみによつて充電され
る。逆に、接点５６が開くとOR回路素子６６の
出力はローレベルに反転するため、コンデンサ６
１の電荷を確実に放電させることができる。コン
デンサ６１の電位は充放電回路５１の出力電圧と
してダイオード６８を介して比較回路５２へ与え
られる。

比較回路５２は、比較器６９によつて充放電回
路５１の出力電圧を基準電圧と比較し、比較結果
に応じて出力する。ここでは、電源Vccを抵抗７
０，７１によつて分圧して得た基準電圧は比較器
６９の正入力端子６９ａへ、充放電回路５１の出
力電圧は比較器６９の負入力端子６９ｂへそれぞ
れ与えられ、充放電回路５１の出力電圧が基準電
圧より低いときに作動信号が出力される。

従つて、充放電回路５１と比較回路５２とによ
つてタイマが形成され、作動信号の出力時間は、
コンデンサ６１の放電状態によつて異なり、接点
５６が開いてから閉じるまでの時間が短い程、出
力時間は短くなり、長い程、出力時間は長くな
る。タイマとしての作動特性は半固定抵抗６２，
６５によつて調節でき、半固定抵抗６２によりタ
イマ作動時間が決定され、半固定抵抗６５により
再作動時における作動時間が決定される。

パルス発生回路５３は、パルス発生用素子７２
を使用してパルス信号を発生させ、それを作動信
号として出力するもので、半固定抵抗７３によつ
て周波数が調節され、半固定抵抗７４によりデユ
ーテイ比が調節される。

OR回路５４は、比較回路５２の出力とパルス
発生回路５３の出力との論理和を実現する回路
で、その出力に基づいてトランジスタ７５により
ヒータ通電回路５５を駆動する。また、使用者に
セラミツクヒータ１４の通電状態を知らせるため
に、出力を利用してトランジスタ７６により発光
ダイオード７７を点灯させる。

ヒータ通電回路５５は、OR回路５４の出力に
応じて、セラミツクヒータ１４を通電する回路で
ある。

ここでは、セラミツクヒータ１４の通電を商用
電源５７によつて直接行うため、絶縁のためにホ
トカプラ７８を使用している。

ホトカプラ７８は、発光素子としての発光ダイ
オード７９と受光素子としてのホトトライアツク
８０とからなり、OR回路５４の出力によつて発
光ダイオード７９を点灯させている。ホトトライ
アツク８０のゲート８０ａと一方のアノード８０
ｂとの間には、ゼロクロス回路素子８１が接続さ
れ、アノード８０ｂはトライアツク８２のゲート
８２ａと接続されている。ゼロクロス回路素子８
１は、ゼロ電圧スイツチ回路を集積回路にしたも
のである。

セラミツクヒータ１４は、商用電源５７とトラ
イアツク８２のアノード８２ｂとの間に接続され
ていて、ホトトライアツク８０が発光ダイオード
７９の光によつて導通すると、トライアツク８２
が導通して、セラミツクヒータ１４への通電が行
われる。

なお、トライアツク８２のアノード８２ｂとア
ノード８２ｃには、サージ吸収のための抵抗８３
とコンデンサ８４による直列回路と、バリスタ８
５がそれぞれ並列に接続されている。

次にヒータ回路５０の動作を、本実施例のガス
給湯器の作動に合わせて、第６図に基づいて説明
する。

使用者がコントローラ４０によつて運転スイツ
チを入れるとともに出湯温度を設定し、図示しな
い給湯栓を開くと、熱交換器１３内を水が通過す
る。水の流動に伴つて水量センサがパルスを発生
すると、燃焼制御回路３１により点火制御が開始
され、送風機１２が駆動され給湯器ケース１０内
へ燃焼用空気の供給を開始する。

時間t1で、送風機１２が所定の回転数になる
と、燃焼制御回路３１の図示しないリレーが駆動
されて接点５６が閉じ、電源Vccからの電流が充
放電回路５１、比較回路５２およびパルス発生回
路５３へ供給ラインＬによつて供給される。充放
電回路５１では、半固定抵抗６２およびダイオー
ド６３からコンデンザ６１へ電流が流れ込み、コ
ンデンサ６１が充電が開始される。比較回路５２
は基準電圧に対してコンデンサ６１の電位がまだ
低いため、作動信号としてのハイレベルを出力す
る。また、パルス発生回路５３では、電源Vccが
供給されると同時にパルスを発生する。

このとき、OR回路５４の出力は比較回路５２
の出力によつてハイレベルとなるため、セラミツ
クヒータ１４には、ヒータ通電回路５５から連続
した通電が行われ、セラミツクヒータ１４では、
供給された電流により抵抗体１４ｂが発熱し、セ
ラミツクヒータ１４の温度は速やかに上昇する。

コンデンサ６１が充電され、次第にその電位が
上昇して、時間t2で基準電圧より高くなると、比
較回路５２の出力が反転してローレベルになる。
従つてOR回路５４には、パルス発生回路５３か
らのパルスだけが入力されるため、セラミツクヒ
ータ１４には、ヒータ通電回路５５からパルスに
応じた間欠的な通電が行われ、電流値が制限され
るため、セラミツクヒータ１４は、一定温度、例
えば1200℃に制御され、その温度が維持される。

セラミツクヒータ１４への通電に続いて、各電
磁弁２１，２２が開状態にされバーナ群１１に燃
料が供給されると、送風機１２によつて供給され
る空気と混合して着火する。

時間t3でフレームロツド１５によつて着火が検
知されると、接点５６が開かれ、充放電回路５
１、比較回路５２、パルス発生回路５３への通電
が停止されるため、ヒータ通電回路５５からセラ
ミツクヒータ１４への通電が停止する。このと
き、コンデンサ６１の電荷は、その出力をローレ
ベルに反転したOR回路素子６６により、ダイオ
ード６４、半固定抵抗６５を介して放電される。

時間t4で、何かの原因で炎が消えたとき、ある
いは所定時間以内にフレームロツド１５によつて
着火が検知されないときには、燃焼制御回路３１
により再び点火制御が行われる。

このとき、コンデンサ６１の放電電荷量は、時
間t3からの経過時間Δt（＝t4−t3）に応じて異な
るため、再充電される際に充放電回路５１の出力
電圧が基準電圧に達するまでの時間が異なる。従
つて、比較回路５２のハイレベルの出力時間が変
更されるため、セラミツクヒータ１４への連続通
電時間が変化する。この連続通電時間は経過時間
Δtが短い程、短くなるため、前回の通電によつ
てその温度が低下していないセラミツクヒータ１
４に対して、過剰通電が行われることがない。従
つて、セラミツクヒータ１４を損傷させたり溶断
させることがない。

着火後、一定時間が経過すると、コントローラ
４０の設定温度、センサおよびサーミスタからの
検知信号に応じて燃焼量制御が行われる。

その後、使用者が一旦給湯栓を閉じると、熱交
換器１３への水の流入が停止し、燃焼が停止す
る。

上記の実施例では、第１図に示したヒータ通電
回路５５において、ホトトライアツク８０とゼロ
クロス回路素子８１とを使用したが、第７図に示
すとおり、ホトトライアツク８０の代わりにホト
サイリスタ９０を使用し、ゼロクロス回路素子８
１の代わりに、デイスクリート構成によるゼロク
ロス回路９１を使用してもよい。

また、再使用時において、バーナの加熱による
セラミツクヒータの温度変化の影響を避けるため
に、使用停止後の一定時間以内には、充放電回路
および比較回路によるタイマの作動を停止させ
て、パルス発生回路の信号による通電のみにし
て、使用停止後の一定時間を経過した場合にの
み、タイマの信号による通電を行うようにしても
よい。

以上の実施例では、点火装置が備えられる燃焼
機器としてガス給湯器を示したが、暖房機、調理
器でもよい。また、燃料をガスに限定するもので
はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例であるガス給湯器の制
御装置におけるヒータ回路を示す回路図、第２図
は本発明の点火ヒータの通電制御回路を使用した
ガス給湯器の実施例を示す概略構成図、第３図は
本実施例のセラミツクヒータの構造を示す構成
図、第４図は本実施例のセラミツクヒータの温度
変化に対する抵抗値特性を示す特性図、第５図は
第２図に示したガス給湯器における制御装置の概
略構成を示すブロツク図、第６図は本実施例のガ
ス給湯器の作動説明のためのタイムチヤート、第
７図は本発明の点火ヒータの通電制御回路を示す
部分回路図である。 図中、１４……セラミツクヒータ（点火ヒー
タ）、５１……充放電回路、５２……比較回路、
５３……パルス発生回路、５４……OR回路（論
理和回路）、５５……ヒータ通電回路（通電回
路）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電源の供給時間に応じて出力電圧が上昇する
   とともに、前記電源の停止後の経過時間に応じて
   前記出力電圧が低下する充放電回路と、 該充放電回路の出力電圧が所定電圧以下のとき
   作動信号を出力する比較回路と、 前記電源が供給されるとき一定パルスの作動信
   号を出力するパルス発生回路と、 前記比較回路の出力と前記パルス発生回路の出
   力との論理和を実現する論理和回路と、 該論理和回路の出力に応じて点火ヒータを通電
   する通電回路と からなる点火ヒータの通電制御回路。