(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナーと燃料配管との間に元弁と比例弁が設けられ、所望の燃焼出力に応じた駆動電流を該比例弁に供給する比例弁駆動回路を有する燃焼装置において、
バーナー着火前に、該比例弁駆動回路から所望の燃焼出力に応じた駆動電流を該比例弁に供給するよう制御し、駆動電流の上下動に応じて上下動するフィードバック信号を平滑化し、当該平滑化されたフィードバック信号が所定の検出基準値を超えないことを確認してから前記元弁を開いてバーナーに着火し、当該平滑化されたフィードバック信号が該検出基準値を所定時間継続して超える場合には、該元弁を開いての着火を禁止する様制御されることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃焼装置において、
バーナー燃焼中において、前記比例弁駆動回路から所望の燃焼出力に応じた駆動電流を該比例弁に供給するよう制御し、その時の比例弁電流値が前記検出基準値を越える場合には、該元弁を閉じて燃焼を停止する様制御されることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃焼装置において、
該検出基準値が、当該比例弁の定格最大電流値よりも所定値分高い値に設定されていることを特徴とする。
【請求項４】
バーナーと燃焼配管との間に元弁と比例弁が設けられ、所望の燃焼出力に応じた駆動電流を該比例弁に供給する比例弁駆動回路を有する燃焼装置において、
燃焼制御用シーケンスプログラムを格納し、該比例弁駆動回路に前記所望の燃焼出力に応じた制御信号を供給する制御部を有し、
該比例弁駆動回路は、
前記駆動電流の上下動に応じて上下動するフィードバック信号を平滑化する平滑回路と、
前記制御部から燃焼出力に応じた制御信号と該平滑化されたフィードバック信号とを比較する第一の比較回路と、
該平滑化されたフィードバック信号が制御信号を超えない時に該第一の比較回路の出力により導通し前記比例弁に駆動電流を供給し、制御信号を超える時に非導通になって、該駆動電流の供給を停止する駆動トランジスタと、
該平滑化されたフィードバック信号が所定の検出基準信号を超える時に該制御部に異常信号を供給する第二の比較回路とを有し、
該制御部は、前記制御用シーケンスプログラムに従って、前記異常信号を所定時間継続して受信すると、前記元弁の開弁を禁止する様制御することを特徴とする燃焼装置。
【請求項５】
請求項４記載の燃焼装置において、
前記検出基準信号が、該比例弁の定格最大電流が当該比例弁に供給された時のフィードバック信号より所定値分高い値に設定されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等の燃焼装置のガス比例弁の駆動の安全性を高めることができる駆動回路の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器や風呂釜等の燃焼装置は、出湯温度を設定温度に制御する為に水量、入水温度、出湯温度から最適な燃焼量を演算により求め、その燃焼量を出力する為に必要なガス供給量と燃焼ファン回転数で燃焼制御を行う。
【０００３】
従って、所望のガスを供給する為にガス供給管とバーナーとの間にガス比例弁が設けられている。ガス比例弁は、通常電磁弁で構成され、駆動電流の大きさによって弁の開閉度が変化することを利用してガス供給量を制御する。この比例弁電流は、燃焼装置の設定能力に応じてその最大値と最小値が定められ、比例弁電流を制御するマイクロコンピュータ等により最大値と最小値の間の所望の駆動電流が供給される様に制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この駆動電流を供給する駆動トランジスタに短絡故障が生じたり、その駆動トランジスタを制御するためのマイクロコンピュータから出される制御電圧が、何らかの要因で制御範囲から大きく外れた電圧になり、ガス比例弁に大電流が供給されるといった故障が発生することがある。その場合は、比例弁に流れる電流を監視して異常が認められたら燃焼を停止する措置を取る必要がある。
【０００５】
かかる点を考慮した比例弁の安全装置が種々提案されている。例えば、特開昭６０−２６３０１６  等である。しかしながら、これらの安全装置は、主として燃焼中にガス比例弁に大きな駆動電流が供給されるのを検出して燃焼を停止することを主眼としており、燃焼開始時に異常に多くのガスが供給されて着火時の爆発を招く可能性の問題点についての考慮はされていない。また、どの程度の駆動電流の増大が発生したら異常状態と認識して燃焼を停止すべきかについて検討も十分成されていない。比例弁の場合は、定格最大電流値が設定されておりその値を越えて駆動が行われると電磁弁のコイルの故障につながる。従って、定格最大電流値を越える駆動電流を供給することはやがて電磁弁のコイルが故障してより大きな事故につながる可能性も出てくる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ガス比例弁に定格電流以上の大電流が流れて爆発着火や燃焼中の許容値以上の燃焼出力を確実に避けることができるガス比例弁制御回路を有する燃焼装置を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の別の目的は、ガス比例弁に最大定格電流以上の駆動電流が流れるのを検出して燃焼を停止することで、ガス比例弁の疲労故障を未然に防ぐことができるガス比例弁制御回路を有する燃焼装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明によれば、バーナーと燃料配管との間に元弁と比例弁が設けられ、所望の燃焼出力に応じた駆動電流を該比例弁に供給する比例弁駆動回路を有する燃焼装置において、
バーナー着火前に、該比例弁駆動回路から所望の燃焼出力に応じた駆動電流を該比例弁に供給するよう制御し、その時の比例弁電流値が所定の検出基準値を越えないことを確認してから前記元弁を開いてバーナーに着火し、当該比例弁電流値が該検出基準値を越える場合には、該元弁を開いての着火を禁止する様制御されることを特徴とする燃焼装置を提供することにより達成される。
【０００９】
更に、本発明の燃焼装置は、バーナー燃焼中において、前記比例弁駆動回路から所望の燃焼出力に応じた駆動電流を該比例弁に供給するよう制御し、その時の比例弁電流値が前記検出基準値を越える場合には、該元弁を閉じて燃焼を停止する様制御される。そして、上記の検出基準値が、当該比例弁の定格最大電流値よりも所定値分高い値に設定されている。
【００１０】
上記の構成により、着火時に先ず比例弁電流に異常がないかどうかのチェックがなされ、正常範囲の値であることが確認されてから元弁を開いてバーナーの着火が行われるので、爆発着火を防止することができる。この着火時は、給湯器等の場合はＱ機能として所定時間着火を遅らせて出湯温度が高騰するのを防止することが行われるので、通常の着火動作に整合させて行うことができる。
【００１１】
また、上記の目的は、本発明の別の例によれば、バーナーと燃料配管との間に元弁と比例弁が設けられ、所望の燃焼出力に応じた駆動電流を該比例弁に供給する比例弁駆動回路を有する燃焼装置において、
燃焼制御用のシーケンスプログラムを格納し、該比例弁駆動回路に前記所望の燃焼出力に応じた制御信号を供給する制御部を有し、
該比例弁駆動回路は、前記制御部から燃焼出力に応じた制御信号と前記駆動電流に応じたフィードバック信号とを比較する第一の比較回路と、該フィードバック信号が制御信号を越えない時に該第一の比較回路の出力により導通し前記比例弁に駆動電流を供給し、制御信号を越える時に非導通になって該駆動電流の供給を停止する駆動トランジスタと、該フィードバック信号が所定の検出基準信号を越える時に該制御部に異常信号を供給する第二の比較回路とを有し、
該制御部は、前記異常信号を受信して前記元弁の開弁を禁止する様制御することを特徴とする燃焼装置を提供することにより達成される。
【００１２】
かかる構成にすることにより、比例弁の駆動電流が所望値になるよう制御可能となり、その駆動電流制御に使用しているフィードバック信号を検査基準信号と比較することで、駆動電流の異常状態の検出を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲はその実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明の燃焼装置の一例である給湯器の概略図である。給湯器１０内には、先端に給湯蛇口１１を備えた給水管１２とその途中に設けられた熱交換器１３が設けられている。熱交換器１３に対向してバーナ１７が設けられ、バーナ１７にはガス供給管２０から電磁元弁２１と電磁比例弁２２を介して燃料ガスが供給される。またバーナ１７での燃焼に必要な空気が燃焼ファン２３によって供給される。２７は、燃焼ファン２３の回転数を検出するセンサであり、実際の回転数が演算で求められた目標の回転数に一致するように燃焼ファン２３の駆動電流が制御される。給水管１２中には、蛇口１１が開かれて給水が行われたことを検出するフローセンサ１４、熱交換器１３の入口の入水温度センサ１５、出湯温度センサ１６がそれぞれ設けられている。また、バーナ１７に対しては、着火用のイグナイタ１８と着火を検出するフレームロッド１９が設けられている。２５は排気口であり、２６は吸気口である。水量、入水温度、出湯温度を元に設定温度の出湯温度を確保する為に必要な燃焼量を演算してガス比例弁２２と燃焼ファン２３を制御する電装基板２４が設けられている。電装基板２４内には、後述するようなマイクロコンピュータや各種アクチュエータ駆動回路及びセンサ入力回路等が設けられている。
【００１５】
図２は、ガス比例弁を駆動する回路図であり、ガス比例弁に定格最大電流を越える電流が供給されたことを検出する安全機能を有している。これらの回路は、前述した電装基板２４上に実装されている。３０は、マイクロコンピュータであり、給湯器の燃焼制御シーケンスプログラムを内蔵し、各種の制御を行う。
【００１６】
ポートＰ１から所望のガス比例弁開度に応じた電圧値が出力され、駆動トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２によりガス比例弁２２の電磁コイルＬｐに駆動電流ｉＬが供給される。また、駆動電流ｉＬの値は抵抗ＲＬにより電圧Ｖｆとして監視され、比較回路３３等により、その値の異常上昇がポートＰ３を介してマイクロコンピュータ３０にフィードバックされる。Ｐ４は、ガス元弁２１の開閉を指令する信号を出力するポートである。また、ポートＰ１４，１５，１６，１８，１９，２３，２７はそれぞれ、フローセンサ１４、入水温度センサ１５、出湯温度センサ１６、イグナイタ１８、フレームロッド１９、燃焼ファン２３、及び回転数センサ２７に接続される。
【００１７】
図３は、その回路図を説明する為の各電圧値の関係を示すグラフである。先ず最初に、ガス比例弁２２の駆動電流制御について説明する。ポートＰ１には、マイクロコンピュータ３０によって演算された燃焼量に応じた比例弁駆動電流値を与える為に必要な制御電圧が出力される。抵抗Ｒ４，５，６は分圧回路を構成し、ポートＰ１からの出力に従って、比較回路３１のプラス側入力端子に所望の制御電圧Ｖｓが供給される。今仮に、比較回路３１の出力がＨレベルとすると、トランジスタＴｒ２がオンし、駆動トランジスタＴｒ１にベース電流を供給し、トランジスタＴｒ１をオンさせ、電源（３０Ｖ）からの駆動電流ｉＬが比例弁２２のコイルＬｐに供給される。
【００１８】
駆動電流ｉＬは時間とともに上昇し、抵抗ＲＬに発生する電圧（ｉＬ×ＲＬ）が平滑回路３２を介して検出されるＶｆとして比較回路３１にフィードバックされる。駆動電流ｉＬが増加してフィードバック電圧Ｖｆが制御電圧Ｖｓを越えると、比較回路３１の出力はＬレベルとなり、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ１がオフになり、駆動電流ｉＬの供給がなくなる。その時、コイルＬｐはオン時に蓄積されたエネルギーによりそれまで流れていた電流を維持しようとするが、そのエネルギーの減少とともに駆動電流ｉＬは徐々に減少し、それに伴い駆動電流ｉＬに応じたフィードバック電圧Ｖｆが制御電圧Ｖｓより低くなると、比較回路３１の出力がＨレベルになり、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ１がオンして再度駆動電流ｉＬの供給が始まる。従って、図３に示した通り、フィードバック電圧Ｖｆは制御電圧Ｖｓを中心にして上下しながら、比例弁２２の開度が制御値に維持され、目標の燃焼量に必要な燃料ガスが供給される。
【００１９】
以上の様に、駆動電流ｉＬに応じたフィードバック電圧Ｖｆを利用してトランジスタＴｒ１をオンオフ動作させることで、制御電圧Ｖｓに見合った駆動電流ｉＬが比例弁２２のコイルに供給される。従って、トランジスタＴｒ１のデューティ比に従って駆動電流ｉＬの値が設定される。尚、３２は抵抗ＲＬに検出される上下変化する電圧を平滑化する平滑化回路である。
【００２０】
以上の様に、ガス比例弁２２の駆動電流が一定に保たれるが、例えば落雷によるサージ電圧により駆動トランジスタＴｒ１のエミッタ・コレクタ間が短絡故障を発生する可能性がある。また、例えば抵抗Ｒ４，Ｒ６の短絡故障等により制御電圧Ｖｓが異常に高くなる可能性もある。かかる故障が発生すると、駆動電流ｉＬが定格最大電流以上となり、比例弁２２が全開状態となる。その結果、着火前においては爆発着火を招く可能性があり、また燃焼中においては風量不足状態の過大燃焼状態となる。
【００２１】
そこで、図２の回路では、フィードバック電圧Ｖｆを監視し、所定の検出用基準電圧Ｖｃｈｋと比較し、検出用基準電圧Ｖｃｈｋを越えるとマイクロコンピュータ３０のポートＰ３に検出信号を与えるようにしている。即ち、比較回路３３の出力は、駆動電流ｉＬが定格最大電流値近傍値より低い通常状態では、Ｈレベルであるが、駆動電流ｉＬが定格最大電流値を越える場合にはフィードバック電圧Ｖｆも上昇し、検出用基準電圧Ｖｃｈｋを越えるとその出力はＬレベルになる。マイクロコンピュータ３０では、検出用の入力ポートＰ３にＬレベルが入力されると、ポートＰ４からガス元弁２１を閉じる指令信号を出力することで、ガスの供給を停止する。
【００２２】
この検出用基準電圧Ｖｃｈｋは、比例弁２２への駆動電流ｉＬが比例弁の定格最大電流ｉＭＡＸ  の時に対応するフィードバック電圧Ｖｆの値ＶＭＡＸ  より所定値高い値に設定される。即ち、図３に示した通り、制御電圧Ｖｓは、通常定格最大電流と最小電流に対応するフィードバック電圧値ＶＭＡＸ  ，ＶＭＩＮ  の間に設定される。従って、検出基準電圧Ｖｃｈｋは、その最大電圧値ＶＭＡＸ  よりも所定値高い値に設定されている。
【００２３】
図３に示した通り、故障状態であってもその故障モードによりフィードバック電圧Ｖｆは、種々の値を取りうる。例えば、図３に示したのは、駆動トランジスタＴｒ１がエミッタ・コレクタ短絡故障を起こした場合の電圧Ｖｆ１と、抵抗Ｒ４が短絡故障した場合の電圧Ｖｆ２である。この様に、故障モードによって検出されるフィードバック電圧Ｖｆは種々の値を取りうる。従って、本発明では、比例弁の駆動電流ｉＬがその定格最大電流値を越えると、その状態を検出してマイクロコンピュータ３０に通知することができるようにしている。こうすることで、比例弁２２が最大開度状態での燃焼制御を防止することができると共に、比例弁の故障につながる定格最大電流値以上の駆動電流状態を避けることができる。
【００２４】
図４は、図２の比例弁駆動回路を利用して燃焼制御を行うシーケンスのフローチャート図である。先ず、蛇口１１が開かれて給水管１２に水が流れたことをフローセンサ１４が検出すると（Ｓ１）、ガス比例弁２２をオンさせる駆動信号がポートＰ１から出力され、同時に燃焼ファン２３をオンさせる駆動信号がポートＰ２３から出力される。比例弁の駆動信号に従って、比例弁２２に駆動電流ｉＬが流され、比例弁は開いた状態となる。また、燃焼ファン２３の回転数センサ２７からの信号に基づいて所望の回転数になるよう燃焼ファン２３の駆動信号が調整される（Ｓ２）。
【００２５】
そして、ガス元弁を開きイグナイタ１８をオンして着火する前に、比例弁２２の駆動電流ｉＬが定格の範囲より大きくなっていないかどうかのチェックが行われる（Ｓ３）。具体的には、フィードバック電圧Ｖｆが検出基準電圧Ｖｃｈｋより高くないかどうかのチェックが図２の回路により行われる。もし、フィードバック電圧Ｖｆが検出基準電圧Ｖｃｈｋよりも高くなっていると、その状態がＴ１秒間続くかどうかを判断し（Ｓ４）、Ｔ１秒間高い状態が続くようだと、比例弁駆動電流が異常に大きくなっていることを意味し、直ちにエラー信号を出力して着火動作を禁止する（Ｓ５）。Ｔ１秒間は例えば５秒程度が適切であり、これによりノイズ等により誤って駆動電流が高くなっていると検出されるのを防止することができる。
【００２６】
比例弁の駆動電流が異常でない場合には、Ｔ２秒後に（Ｓ６）、ガス元弁２１を開いて、イグナイタ１８を放電させて着火し、燃焼を開始する（Ｓ７）。従って、着火前に必ず比例弁の駆動電流が正常値であることを確認するので、着火時に大量のガスが充満し爆発着火を起こすことが防止される。尚、Ｔ２時間の待機は、例えばＱ機能を実現するための待機時間に合わせることで、Ｑ機能の実現と着火前の比例弁駆動電流のチェックを同時に行うことができる。
【００２７】
ステップＳ８〜Ｓ１１は燃焼中の制御フローである。燃焼中であっても何らかの故障が原因して比例弁２２の駆動電流ｉＬが高くなり、全開状態になっていないかどうかの監視が続けられる。即ちステップＳ８とＳ９により、Ｔ１秒以上比例弁電流が高い値にならないかどうかのチェックが行われ、その状態が検出されると直ちにガス元弁２１を閉じる指令信号がマイクロコンピュータ３０から出力される。駆動電流の異常が検出されない場合は、やがてフローセンサ１４がオフしたのを検出して（Ｓ１１）、ガス元弁、比例弁、燃焼ファンが共にオフして（Ｓ１２）、燃焼が終了する。この一連の制御により、燃焼中であっても比例弁が異常に開いた状態になるのを監視して、全開状態になる場合には燃焼を止めるように制御する。
【００２８】
上記の実施の形態では、ガスを燃料として場合の燃焼機器で説明したが、灯油等を燃料として比例弁でその燃料を制御する場合にも適用できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、比例弁の駆動電流を着火前にチェックして異常が検出されると着火を禁止するよう制御されるので、爆発着火等の可能性を低く抑えることができる。また、燃焼中であっても同様に駆動電流が高くなって比例弁が大きく開く状態を検出したら燃焼を止めるように制御するので、許容範囲以上の燃焼状態になることを防止することができる。更に、駆動電流を監視して着火禁止や燃焼停止を行う閾値を、比例弁の定格最大電流値より少し高い値に設定しているので、比例弁の故障を未然に防ぐこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼装置の一例である給湯器の概略図である。
【図２】ガス比例弁を駆動する回路図である。
【図３】図２の回路図を説明する為の各電圧値の関係を示すグラフである。
【図４】図２の比例弁駆動回路を利用して燃焼制御を行うシーケンスのフローチャート図である。
【符号の説明】
１０                  給湯器
１３                  熱交換器
１４                  フローセンサ
１７                  バーナ
１８                  イグナイタ
２１                  ガス元弁
２２                  ガス比例弁
２３                  燃焼ファン
２４                  電装基板
３０                  マイクロコンピュータ
３１                  比較回路
３３                  比較回路
Ｔｒ１，Ｔｒ２    駆動トランジスタ
ｉＬ                        駆動電流
Ｖｆ                        フィードバック電圧
Ｖｃｈｋ                検出基準電圧
【図１】
0003571847.tif 000002
【図２】
0003571847.tif 000003
【図３】
0003571847.tif 000004
【図４】
0003571847.tif 000005