(57)【要約】電気抵抗点火器を動作させるシステムと方法を開示する。このシステムと方法は、システムの線間電圧を判定し、電気抵抗点火器に印加される電圧を制御することによって、第１の電圧が、開始時からある期間印加され、その後第２の電圧が印加される。第２の電圧は、点火器の動作電圧である。本システムと方法は、電気抵抗点火器をガスを点火するのに十分な温度まで加熱するために必要な時間を短縮させる一方、点火器に送られる出力電圧を調整して、点火器への過電圧印加による損傷を防止する。
2005519257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と１以上の電気抵抗点火器との間に接続されたスイッチと、
前記スイッチに接続された制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記スイッチを選択的に制御して、前記１以上の電気抵抗点火器への電圧印加を制御するように構成配置され、
前記スイッチは、最初に印加される電圧がフル・オン期間に印加される第１の電圧であり、その後に印加される平均的電圧が第２の電圧であるように構成配置される、
１以上の電気抵抗点火器への電源からの通電を制御する通電制御システム。
【請求項２】
前記第１の電圧は、電源のフル線間電圧であり、前記第２の電圧は、前記１以上の電気抵抗点火器の公称動作電圧である請求項１に記載の通電制御システム。
【請求項３】
さらに、前記電源の出力電圧を測定するために前記電源に接続され、前記制御装置に前記測定された出力電圧の出力を与えるために制御装置に接続された電圧測定装置を備え、前記制御装置は、前記測定された出力電圧に基いて前記フル・オン期間を決定するよように構成配置されている請求項１に記載の通電制御システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第２の電圧として十分一定の電圧を与えるように、構成配置されている請求項１に記載の通電制御システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記測定された出力電圧に基いて十分一定の電圧を与えるように、前記第２電圧を調整するように構成配置されている請求項３に記載の通電制御システム。
【請求項６】
さらに、複数の期間値と関連出力電圧とを記憶する記憶装置を備え、前記制御装置は、前記計測された出力電圧に基いて、前記記憶された複数の期間値から１つの期間値を前記フル・オン期間として選択するように構成配置されている請求項３に記載の通電制御システム。
【請求項７】
前記制御装置は、第２の電圧を調整するためにスイッチを選択的に動作させるように構成配置されている請求項５に記載の通電制御システム。
【請求項８】
前記スイッチは、トライアックである請求項１に記載の通電制御システム。
【請求項９】
前記制御装置は、半波サイクルを増加させて前記電源出力電圧を断続することによって前記第２の電圧を調整するために、前記トライアックを選択的に動作させるように構成配置されている請求項８に記載の通電制御システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、マイクロプロセッサと該マイクロプロセッサにおいて実行されるアプリケーションプログラムであって、前記制御装置と前記スイッチとが有する機能を制御する命令と基準を含むアプリケーションプログラムを有する請求項１に記載の通電制御システム。
【請求項１１】
電源と１以上の電気抵抗点火器との間に接続されたスイッチと、
前記スイッチに接続されたマイクロプロセッサと、
前記電源の出力電圧を測定するために前記電源に接続され、前記マイクロプロセッサに前記測定された出力電圧の出力を与えるために前記マイクロプロセッサに接続された電圧測定装置と、
前記マイクロプロセッサの動作と機能及び前記スイッチの機能とを制御する命令と基準を含み、前記マイクロプロセッサにおいて実行されるプログラムと
を備え、
前記プログラムは、
前記スイッチを制御し、これにより前記１以上の電気抵抗点火器への電圧印加を制御する命令及び基準と、
最初に印加される電圧が第１の電圧であり、該第１の電圧をフル・オン期間に印加するように前記スイッチを制御する命令及び基準と、
その後に印加される平均的電圧が第２の電圧であるように前記スイッチを制御する命令及び基準と、
前記測定された出力電圧に基いて前記フル・オン期間を決定する命令及び基準と
を含む
１以上の電気抵抗点火器への電源からの通電を制御する通電制御システム。
【請求項１２】
前記第１の電圧は、電源のフル線間電圧であり、前記第２の電圧は、前記１以上の電気抵抗点火器の公称動作電圧である請求項１１に記載の通電制御システム。
【請求項１３】
前記プログラムは、十分一定の電圧が前記１以上の電気抵抗点火器に印加されるように、前記第２の電圧を調整する命令及び基準とを含む請求項１１に記載の通電制御システム。
【請求項１４】
前記プログラムは、前記測定された出力電圧に基いて、十分一定の電圧が前記１以上の電気抵抗点火器に印加されるように、前記第２の電圧を調整する命令及び基準とを含む請求項１３に記載の通電制御システム。
【請求項１５】
さらに、複数の期間値と関連出力電圧とを記憶する記憶装置を備え、前記プログラムは、前記計測された出力電圧に基いて、前記記憶された複数の期間値から１つの期間値を前記フル・オン期間として選択するする命令及び基準を含む請求項１３に記載の通電制御システム。
【請求項１６】
前記プログラムは、第２の電圧を調整するためにスイッチを選択的に動作させる命令及び基準を含む請求項１１に記載の通電制御システム。
【請求項１７】
前記スイッチは、トライアックである請求項１１に記載の通電制御システム。
【請求項１８】
前記プログラムは、半波サイクルを増加させて前記電源出力電圧を断続することによって前記第２の電圧を調整するために、前記トライアックを選択的に動作させる命令及び基準を含む請求項１７に記載の通電制御システム。
【請求項１９】
電源と１以上の電気抵抗点火器との間に接続されたトライアックと、
前記トライアックに接続されたマイクロプロセッサと、
前記電源の出力電圧を測定するために前記電源に接続され、前記マイクロプロセッサに前記測定された出力電圧の出力を与えるために前記マイクロプロセッサに接続された電圧測定装置と、
マイクロプロセッサに接続され、複数の期間値と関連出力電圧とを記憶する記憶装置と、
前記マイクロプロセッサの動作と機能及び前記トライアックの機能とを制御する命令と基準を含み、前記マイクロプロセッサにおいて実行されるプログラムと
を備え、
前記プログラムは、
前記トライアックを制御し、これにより前記１以上の電気抵抗点火器への電圧印加を制御する命令及び基準と、
最初に印加される電圧が第１の電圧であり、該第１の電圧が電源からのフル線間電圧であるフル・オン期間に、前記第１の電圧を印加するように前記スイッチを制御する命令及び基準と、
その後に印加される平均的電圧が第２の電圧であり、該第２の電圧は、前記１以上の電気抵抗点火器の公称動作電圧であるように前記トライアックを制御する命令及び基準と
前記測定された出力電圧に基いて前記フル・オン期間を決定する命令及び基準と、
を含み、
前記決定する場合には、測定された出力電圧に基いて、前記フル・オン期間として前記記憶された複数の期間値の１つを選択する
１以上の電気抵抗点火器への電源からの通電を制御する通電制御システム。
【請求項２０】
フル・オン期間に電源からの線間電圧を電気抵抗点火器に印加するステップと、
その後第２の電圧を電気抵抗点火器に印加するステップと
を有する
電源の電気抵抗点火器への通電を制御する通電制御方法。
【請求項２１】
さらに、電源の出力電圧を測定するステップと、
該測定された出力電圧に基いてフル・オン期間を決定するステップと
を有する請求項２０に記載の通電制御方法。
【請求項２２】
前記測定するステップは、線間電圧が最初に電気抵抗点火器に印加される場合に実行される請求項２１に記載の通電制御方法。
【請求項２３】
さらに、電源の出力電圧を測定するステップと、
該測定された出力電圧に基いてフル・オン期間を決定するステップとを備え、
前記決定するステップは、測定された出力電圧に基いて、前記フル・オン期間として記憶された複数の期間値の１つを選択することを含む請求項２０に記載の通電制御方法。
【請求項２４】
前記測定するステップは、線間電圧が最初に電気抵抗点火器に印加される場合に実行される請求項２３に記載の通電制御方法。
【請求項２５】
前記第２の電圧を印加するステップは、電気抵抗点火器に対して実質的に一定の電圧を調整することを含む請求項２０に記載の通電制御方法。
【請求項２６】
前記調整には、前記電源の測定された出力電圧に基いて、前記実質的に一定の電圧を調整することを含む請求項２５に記載の通電制御方法。
【請求項２７】
前記調整には、半波サイクルを増加させて電源からのＡＣ線間電圧を断続することを含む請求項２５に記載の通電制御方法。
【請求項２８】
さらに、スイッチが前記電気抵抗点火器に印加する電圧を選択的に制御するように、電源と電気抵抗点火器との間に該スイッチを接続するステップとを有し、
前記第２の電圧を印加するステップは、実質的に一定の電圧が前記電気抵抗点火器に印加されるように、前記スイッチを選択的に制御することを含む
請求項２０に記載の通電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料バーナー点火器の制御システムに関し、具体的には、燃料バーナ用電気抵抗型点火器の制御システム、及びその電圧制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
料理用レンジ、衣類乾燥機等の器具やボイラー、加熱炉等の加熱装置が多数存在している。そこでは、可燃性炭化水素（例えば、プロパン、天然ガス、石油）等の可燃性物質が、空気（すなわち酸素）と混合し、その器具や加熱装置内で燃焼し続け、持続する熱エネルギー源を供給する。この持続する熱エネルギー源を用いて、例えば料理をつくり、水を加熱して給湯源を提供し、空気あるいは水を加熱して住宅等の構造物を暖めることができる。
【０００３】
燃料と空気の混合物（すなわち燃料／空気混合物）は、混合するだけでは着火しないので、燃焼プロセスを開始して、燃焼プロセスが自続的になるまでその動作を続ける点火源を備える必要がある。それほど遠くない過去では、点火源は、通常種火と呼ばれるものであり、加熱装置や器具が動作していない場合でも、非常に少量の可燃性物質と空気とが混合され、連続して燃焼していた。種々の理由から、点火源として種火を使用することはなくなり、代りに点火器が使用されている。
【０００４】
点火器は、燃料／空気混合物の点火に必要な状態を、要求に応じて形成する器具であり、圧電点火器等のスパーク型点火器具、及び炭化けい素熱面点火器等の熱面型点火器を含む。スパーク型点火器は、ガスを点火する電気火花を生成するもので、非常に速い点火、つまり数秒以内の点火を与えるのが利点である。しかし、スパーク型点火器の問題は、スパークによって生じる電気的物理的ノイズを他のものに与えることである。
【０００５】
例えば炭化けい素熱面点火器のような熱面点火器では、加熱チップ又は加熱素子は、燃料／空気混合物の点火に必要な温度まで、抵抗により電気的に加熱され、燃料／空気混合物が点火器に近接して流れているときに、点火される。加熱装置／器具に対する特定の動作の要求に合わせる必要があるかぎり、このプロセスは繰り返される。熱面型点火器は、スパーク型点火器に比べて、無視できる程度のノイズしか出さないことが特長である。しかしながら、熱面型点火器は、ガスを点火させるのに十分な温度まで、その抵抗点火器を抵抗により電気的に加熱するためには、かなりの点火／ウォームアップ時間を要する。いくつかの応用例では、このウォームアップ時間は、約１５秒から約４５秒の間でいろいろ変化する。
【０００６】
近年、頑強で低ノイズな点火器であって、急速につまり数秒以内にガスに点火できる点火器を開発する取り組みがされている。米国特許４，９２５，３８６号には、電気抵抗型点火器の制御システム、具体的には、窒化けい素の絶縁体に埋め込まれたタングステンヒータ素子の制御システムが開示されている。窒化けい素点火器の比較的狭い動作温度範囲は、そのような制御システムを必要とする。窒化けい素点火器の動作範囲は、ガスに点火する最低の温度と、点火器が動作しなくなる温度すなわちタングステンヒータ素子が破壊する温度との間になければならない。
【０００７】
時間がたてば、この狭い動作温度範囲は、「エイジング」と呼ばれるプロセスによりますます狭くなる。タングステンヒータ素子を比較的高い温度で繰り返し加熱すると、タングステンフィラメントは酸化あるいは「エイジング」する。エイジングは、タングステンフィラメントにおける断面の変化すなわち減少として現れる。その結果、許容される動作温度はいつものように減少し、エイジングとともにさらに減少しつづける。前記した制御システムは、マイクロプロセッサと学習ルーチンを有し、半導体スイッチング手段を制御・調節して、点火器を、最大動作温度以下の適切な点火温度まで急速に加熱して、その温度あるいはその近傍の温度に保持する。さらに、急速な点火を行なうために、前記した学習ルーチンは、ガスの点火に必要な温度より少し上に、点火器の温度を保持する。この間、点火器の損傷を防ぐために、最大許容温度をモニタし続ける。
【０００８】
同様に、米国特許５，７２５，３６８には、窒化けい素点火器の通電を制御する改良された制御システムであって、その説明によれば、約２秒以内に点火できるものが開示されている。この制御システムは、点火器に直列に接続されたトライアックと組合わされるマイクロコンピュータと、学習ルーチンを有する。点火器を通電するのに利用される電圧と点火器の抵抗との関数として、点火器に入力する電力レベルを、マイクロコンピュータは判定する。トライアックは、不規則な点火シーケンスを用いて、時間依存電力を点火器に供給する。
【０００９】
しかしながら、これらの２つの制御システムにはいくつかの欠点がある。まず、これらは、エイジングの影響を受けやすい特定のタイプの点火器に向けられている。その結果、システムは、学習ルーチンを可能にするハードウェアとソフトウェアとを必要とする。それらはまた、点火器の温度を最小点火温度よりわずか上、すなわち１２００℃に維持し続ける。したがって、顕著なエイジングを受けず、点火器を約１２００℃に維持し続ける必要がないタイプの熱面型点火器に通電する堅牢な制御システムを提供することが望まれている。
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、制御装置を備える熱面型点火器の制御システムであって、その制御装置は、システムの線間電圧を連続的にモニタし、フル線間電圧が熱面型点火器に印加されるべき時間を、測定された線間電圧の関数として決定し、電気抵抗点火器への印加電圧を他の電圧レベルに調整するように構成配置される。制御システムはまた、制御装置からの信号に応答して、電気抵抗点火器への印加電圧を選択的に制御するスイッチング装置を備える。ある具体的な実施形態では、他の電圧レベルは、電気抵抗点火器の公称動作電圧である。
【００１１】
他の実施形態では、制御装置は、マイクロプロセッサを有し、スイッチング装置は、サイリスタさらに具体的にはトライアックを有する。マイクロプロセッサは、当業者に公知の多くのマイクロプロセッサのうちの１つであり、中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、１以上のメモリと、ＣＰＵで実行されるアプリケーションプログラムとを含む。特定の実施形態では、１以上のメモリは、２つのメモリをもち、１つはＣＰＵによってアクセスされ、第２のものは、不揮発性タイプのメモリであり、「フル・オン」時間の持続時間を決定し調整するルックアップテーブル、及び線間電圧に基いて電気抵抗点火器に連続的に電圧を供給するデューティサイクルを決定するルックアップテーブルのような情報を記憶している。さらに他の実施形態では、ＣＰＵ及び１以上のメモリは単一チップに配置される。
【００１２】
サイリスタ又はトライアックは、制御装置と電気抵抗点火器に接続され、制御装置により選択的に制御され、電気抵抗点火器の印加電圧を選択的に制御する。具体的な実施形態では、サイリスタ又はトライアックは、制御装置によりフル線間電圧が所定の期間だけ印加されるように制御され、その後、制御装置は、サイリスタ又はトライアックを他のレベルの電圧に対応する電圧が印加されるように制御する。特定の実施形態では、制御装置は、線間電圧をモニタし、印加電圧を調整して、十分一定の電圧を電気抵抗点火器へ印加する。
【００１３】
本発明の他の態様によると、１以上の電気抵抗点火器への通電を制御する方法に特徴がある。この方法によると、線間電圧を決定し、「フル・オン」期間の間電気抵抗点火器へフル線間電圧を与え、「フル・オン」期間の終了後、電気抵抗点火器の電圧を調整する。具体的な実施形態では、「フル・オン」期間は、システムが１以上の電気抵抗点火器へ通電すべきときの、印加電圧システムの線間電圧に基いて決定される。さらに、前記調整するステップは、公称動作電圧が電気抵抗点火器に印加されるように調整することを含む。特定の実施形態では、前記調整するステップは、in half-wave incriments でＡＣ線間電圧を断続することを含む。
【００１４】
本発明の制御システム及び制御方法は、大幅な経年変化に影響を受けないロバストな制御のシステム及び方法を提供する。さらに、本発明の制御システム及び制御方法によると、おおよそ点火温度（例えば、１２００℃）に点火器を連続して維持するのではなく、所定の期間フル線間電圧を用いて１以上の熱面点火器を抵抗加熱し、その後他のレベルの電圧すなわち点火器に対する公称動作電圧を印加するように、入力線間電圧を調整する制御システム及び制御方法が提供される。
【００１５】
本発明はまた、本発明による点火器制御システムを含む加熱用品、装置又は器具を特徴とする。このような加熱用品、装置又は器具はさらに、点火器の近くに燃焼ガスを制御して供給する機構を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の他の態様と実施形態とは、以下に説明される。
【００１７】
本発明の本質と期待される目的とをより十分に理解できるように、以下に、添付図面を参照して詳細に説明するが、複数の図面を通して、同じ参照符号は対応する部分を示している。
【００１８】
同じ参照符号は同じ部分を示す複数の図を参照すると、図１には、電気的面点火器２０と電力供給源４に電気的に接続されている、本発明による点火器制御システム１０を例示する実施形態の概略図が示されている。電気的面点火器２０は、多くの抵抗発熱面点火器のいずれかであり、具体的にはセラミック型の電気面点火器であり、当業者には公知である。
【００１９】
具体的に例示した実施形態では、点火器２０はセラミック／合金熱面点火器であり、例えばサン・ゴバン・インダストリアル・セラミック・ノートン・イグナイタ・プロダクツ（St. Gobain Industrial Ceramics Norton Igniter Products）によって製造されたノートンミニ点火器（Norton MIni Igniter 登録商標)である。このような点火装置は一般に、加熱素子を備えており、加熱素子は、それが固定されるベースの一端から外側に延びている。しかし、これに限定されるものではなく、本発明は、他のタイプの熱面点火器と同様、例えばノートンクライスタ点火器（Norton CRYSTAR Igniter 登録商標)のような他のタイプの点火装置又は点火器に使用できる。特定の一般的実施形態では、電気面点火器２０は、通常の動作電圧１８，６０，７０，８０，又は１５０ボルト（Ｖ）ＡＣをもつ電気抵抗点火器であるが、本発明はこれらの代表的な公称動作電圧に特に限定されるというものではない。
【００２０】
抵抗熱面点火器２０と制御システム１０のための電源４は、可燃混合気の点火及び制御システムの種々の機能の動作に必要な温度まで、点火器の加熱素子を加熱するのに十分な能力をもつ。電源４は、当業者に公知の多数の電源のいずれでもよい。代表的な実施形態では、電源４は、加熱装置１００（図３）を配置した建築物あるいは構造物の電線であり、その電線は、フューズボックス又は同等物を介して電気事業者の配電システムに接続されている。明細書に示すように、このような配電システムの動作電圧は、電力を生産する国や地域に依存するとともに、その電圧範囲を超えて変り得る。
【００２１】
本発明の一態様による制御システム１０は、電気面点火器の通電等の動作を制御するように構成配置されている。本発明による制御システム１０は、サイリスタ１２、ゼロクロス回路１４、給電装置１６、線間電圧測定装置１８及びマイクロコントローラ３０を備える。
【００２２】
ゼロクロス回路１４は、電源からの線間電圧をモニタするために電源４に接続し、またマイクロコントローラ３０に接続している。ゼロクロス回路１４は、当業者に知られている多くの回路のいずれでもよく、ＡＣ線間電圧が、時間軸を横切るときすなわちゼロ電圧を通過するときを検知あるいは判定することができるように、構成配置されている。ゼロクロス回路１４はまた、ゼロ電圧を通過するときマイクロコントローラ３０に出力信号を与えるように、構成配置されている。代表的な実施形態では、出力信号はデジタル信号である。
【００２３】
給電装置１６は、電源４とマイクロコントローラ３０に接続して動作する。給電装置１６には、当業者に公知の電源のいずれかが、マイクロコントローラ３０の動作に必要な適切な電圧と電流を供給するように構成配置される。代表的な実施形態では、給電装置１６は、直列に接続されたキャパシタとツェナ−ダイオードを備え、線間電圧をマイクロコントローラ３０の動作電圧まで下げる。
【００２４】
線間電圧測定装置１８は、電源４に接続し、マイクロコントローラ３０に接続して動作する。線間電圧測定装置１８は、当業者に公知の多数の線間電圧測定回路のいずれかであって、電源４からの線間電圧をモニタして決定し、この決定された線間電圧を示す出力信号を与えるように構成配置される。具体的には、このような回路は、線間電圧を速やかに決定でき、マイクロコントローラ３０に出力信号を供給できるように構成配置される。さらに具体的な実施形態では、線間電圧測定装置１８は、従来の抵抗分割フィルタ回路を備えている。代表的な実施形態では、出力信号はアナログ信号であるが、その回路は、デジタル信号を供給するように構成することもできる。
【００２５】
マイクロコントローラ３０は、処理ユニット３２、ランダムアクセスメモリ３４、不揮発性メモリ３６及び処理ユニットにおいて実行されるアプリケーションプログラムを備える。アプリケーションプログラムは、命令と基準とを有し、この命令と基準は、線間電圧測定装置１８及びゼロクロス回路１４からマイクロコントローラ３０に入力するさまざまな信号を受信して処理し、サイリスタ１２に制御出力信号を供給して、熱面点火器２０の通電を制御する。命令と基準を含むアプリケーションプログラムは、図２と図３に関連して後に説明する。
【００２６】
処理ユニット３２は、当業者に公知の多くのマイクロプロセッサのいずれかであり、本明細書で説明する機能を実行し、対象とする環境で動作するものである。代表的な実施形態では、処理ユニット３２は、サムソン（Samusng）Ｓ３Ｃ９４４４又はマイクロチップ（Microtip）１２Ｃ６７１である。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３４及び不揮発性メモリ３６は、多数のメモリデバイス、メモリチップ等当業者に公知のもののいずれかである。不揮発性メモリ３６は、具体的には、フラッシュ又はスピンドルタイプのメモリのいずれかを含むようにできる。さらに例示する実施形態では、不揮発性メモリ３６には、不揮発性のランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）及びＥＰＲＯＭのような読出し専用メモリ（ＲＯＭ）等がある。特定の実施形態では、処理ユニット３２、ＲＡＭ３４及び不揮発性メモリ３６は、単一の集積チップ上に共に位置するように、配置／配列されている。これらの素子は、これに限らず、当業者に公知の多くの方法のうちのいずれかで、構成配置されることができる。
【００２７】
サイリスタ１２は、順逆両方向において電流をブロックする整流器である。特定の実施形態では、サイリスタ１２は、当業者に公知のトライアックであり、マイクロコントローラ３０からゲートパルスを受信するまで、どちらかの方向の電流をブロックする。ゲートパルスを受信すると、電流がトライアックを通って流れる。サイリスタ１２あるいはトライアックは、電源から熱面点火器を通る電流を制御するために、電源４と熱面点火器２０に電気的に接続されている。このように、サイリスタ１２あるいはトライアックが電流をブロックしている場合、熱面点火器２０には通電しない。サイリスタ１２あるいはトライアックがゲートパルスを受信すると、電流は熱面点火器２０を通り、これにより点火器に通電して加熱する。
【００２８】
点火器制御システム１０の操作は、図２を参照する以下の説明により最もよく理解することができる。第１図と先に説明された制御システムの特徴と機能もまた参照されるべきであり、これらは以下においても同様に提示説明されるものである。前述のように、以下においても機能を説明するとともに、マイクロコントローラ３０のプロセッサ３２で実行されるアプリケーションプログラムの命令と基準をも説明する。
【００２９】
図３に関連して以下により具体的に説明するように、熱エネルギーが器具すなわち加熱装置１００（第３図）で発生してはいけないときには、点火器制御システム１０は、熱面点火器に通電しないように動作する。このように、熱を発生しない期間では、ステップ２０２のように、点火器制御システム１０はアイドル状態にある。より具体的な実施形態では、点火器制御システム１０は、アイドル状態では、電源を切るように構成され設計されている。熱エネルギーが器具すなわち加熱装置１００によって発生されなければならないときには、入力信号が点火器制御システム１０のマイクロコントローラ３０に与えられる。このような信号は、ステップ２０４のように、１以上の加熱装置の熱面点火器２０に電力を与える信号に対応する。これに代って、点火器制御システム１０が電源を切ってアイドル状態にある場合、その信号は、制御システムに電力を戻すことによって示される。
【００３０】
この信号の受信に従い、マイクロコントローラ３０は、サイリスタを導通させるために、トライアックあるいはサイリスタ１２に信号（例えばゲートパルス）を出力し、これにより電源４からの電流は１以上の熱面点火器を通って流れる。具体的には、マイクロコントローラ３０は、トライアックあるいはサイリスタ１２を制御し、その電流は連続して流れ、ステップ２０６のように、「フル・オン」電圧が熱面点火器２０に供給される。これは一般的に「過電圧」状態を形成する。すなわち、熱面点火器２０に印加される電圧は、点火器の公称動作電圧より大きなものとなる。したがって、熱面点火器２０は、所定の温度まで急速に加熱され、点火器内に大きな熱エネルギーを発生させる。
【００３１】
先に示したように、線間電圧測定装置１８は、電源４の線間電圧をモニタし、線間電圧を示す出力信号をマイクロコントローラ３０に与える。そのような駆動信号を受信したのち、マイクロコントローラ３０は、線間電圧測定装置１８からの出力信号を処理し、ステップ２２０のように、線間電圧の大きさを決定する。米国では、標準の線間電圧は２２０ＶＡＣであり、公称線間電圧は一般的に約２０８ＶＡＣと約２４０ＶＡＣの範囲にある。ヨーロッパ及び世界のその他の地域では、標準の線間電圧は２３０ＶＡＣであり、公称線間電圧は一般的に約２２０ＶＡＣと約２４０ＶＡＣの範囲にある。したがって、線間電圧差は、一般に約１７６ＶＡＣと約２６４ＶＡＣの間のいずれかにある。米国では、他の公称線間電圧が見られる場合がある。その一つは、公称線間電圧は１１０ＶＡＣであり、１０２ＶＡＣと１３２ＶＡＣの範囲にある。他の場合は、公称線間電圧は２４ＶＡＣであり、２０ＶＡＣと２６ＶＡＣの範囲にある。
【００３２】
マイクロコントローラ３０は、決定された又は測定された線間電圧を評価して、ステップ２２２のように、熱面点火器２０に「フル線間（full-line）」電圧を印加あるいは供給する期間を決定する。具体的には、プロセッサ３２は、決定された線間電圧をルックアップテーブルと比較し、決定された線間電圧に最適な「フル・オン」期間を決定する。特定の実施形態では、ルックアップテーブルは、不揮発性メモリ３６に記憶されている。代表的な実施形態では、「フル・オン」期間を決定するこの方法は、点火器を駆動する信号をマイクロコントローラ３０が受信した後、約１秒以内に終了する。
【００３３】
したがって、マイクロコントローラ３０が熱面点火器の駆動信号を受信するごとに、毎回測定された線間電圧に基いて、プロセッサ３２が「フル・オン」期間を調整しする。言い換えれば、熱面点火器２０に「フル・オン」電圧を印加あるいは供給する期間は、点火器が駆動されるごとに測定された線間電圧に依存して変動することになる。例えば、測定電圧が所定の電圧範囲の下方にあれば、「フル・オン」期間は、これを補償をするように、長時間にわたって「フル・オン」電圧を印加するように調整される。同様に、測定電圧が所定の電圧範囲の上方にあれば、「フル・オン」期間は、これを補償をするように、下方の線間電圧に対する場合より相対的に短い時間だけ「フル・オン」電圧を印加するように調整される。
【００３４】
「フル・オン」期間を決定した後、プロセッサ３２は、ステップ２０８のように、この期間が終了したか否かを継続的に判断する。その期間が終了していない（ステップ２０８のＮＯ）場合、マイクロコントローラ３０、具体的にはプロセッサ３２は、トライアックあるいはサイリスタ１２を制御し、ステップ２０６のように、「フル・オン」電圧を熱面点火器２０に印加又は供給し続ける。その期間が終了した（ステップ２０８のＹＥＳ）場合、プロセッサ３２は、トライアックあるいはサイリスタ１２を制御し、ステップ２１０のように、トライアックあるいはサイリスタに印加される電圧を調整する。
【００３５】
「フル・オン」電圧期間が終了した（ステップ２０８のＹＥＳ）後、マイクロプロセッサ３２は、トライアックあるいはサイリスタ１２を制御し、トライアックあるいはサイリスタに印加される電圧を調整して、点火器のほぼ公称動作電圧に維持する。代表的実施形態では、マイクロプロセッサ３２は、トライアックあるいはサイリスタ１２を制御し、半波サイクルを増加させて（in half-wave cycle increments）ＡＣ線間電圧を断続することにより印加電圧を調整する。特に、マイクロプロセッサ３２は、ゼロクロス回路１４からの出力信号を用いて、半波サイクルを増加させるようにトライアックあるいはサイリスタ１２の動作を制御する。特定の実施形態では、マイクロプロセッサ３２によって実現される調整方法は、半波サイクルを増加させてＡＣ線間電圧を断続することによって印加される電圧を調整する。ここでは、約５０の半波サイクルからなる１期間は、フリッカを減少させるために、およそ５つの半波サイクルからなる複数のサブ期間に分割されている。
【００３６】
以下に、１５０ＶＡＣの公称電圧が熱面点火器２０に印加される場合に、この調整方法を適用する例を説明する。１５０ＶＡＣの公称電圧を維持するために、５０の半波サイクルのうち３２サイクルが印加電圧を調整するために必要であるとすると、半波サイクルは、次のようにサブ期間に分布する。すなわち、そのデューティサイクルにおいて１０のサブ期間のうち８の期間が３の半波サイクルを有する（８×３＝２４）。残りの２のサブ期間は４の半波サイクルを有する（２×４＝８）。４の半波サイクルをもつ２のサブ期間は第１及び第２のサブ期間（それぞれＳＰ−１及びＳＰ−２）であり、マイクロプロセッサ１６は、熱面点火器２０への出力電圧を次のように調整する。すなわち、第１のサブ期間（ＳＰ−１）では、トライアックあるいはサイリスタ１２を、４つの半波サイクルに対してターンオンし、１つの半波サイクルでターンオフし、他のものにおいても４つの半波サイクル（ＳＰ−２）ではターンオンし、１つの半波サイクルでターンオフする。３つの半波サイクル（ＳＰ−３）では、ターンオンし、これは第４から第１０のサブ期間（ＳＰ−１０）も同様である。
【００３７】
具体的な実施形態では、不揮発性メモリ３６はさらに第２のルックアップテーブルをもち、この第２のルックアップテーブルは、電源からの線間電圧を、熱面点火器２０の印加電圧を調整するのに必要な半波サイクル数に関係付けており、これにより印加電圧は、点火器の公称動作電圧あるいはその近くに維持される。当業者であれば、半波サイクルの期間、サブ期間の数、及び／又はサブ期間毎の半波サイクル数は、ここに説明したものから変更することができ、このような変更は本発明の範囲及び精神の内にはいる。
【００３８】
他の実施形態では、マイクロコントローラ３０は、決定された線間電圧あるいは測定された線間電圧を評価し、周期的にデューティサイクルを調整して、熱面点火器２０の印加電圧を維持し、熱面点火器をほぼ一定の温度に維持する。さらに具体的には、マイクロプロセッサ３２は、新たに決定された線間電圧あるいは測定された線間電圧を第２のルックアップテーブルと比較し、熱面点火器２０の印加電圧を調整するために必要な半波サイクル数を決定し、これにより印加電圧は点火器の公称動作電圧あるいはその近くに維持される。
【００３９】
ステップ２１２のように、マイクロプロセッサ３２は継続的に、熱面点火器２０の通電サイクルが終了すなわち完了したか否かを判断する。一般的には、マイクロプロセッサ３２は、外部センサ又はスイッチからの入力信号を受信して、加熱プロセスは終了したほうがよいこと、あるいは定常燃焼過程が加熱装置内で確立して点火源もはや必要がないことを知る。通電サイクルが終了したと判断されると、マイクロプロセッサ３２は、トライアック又はサイリスタ１２を通る電流を遮断する適切な信号を供給し、制御システムをアイドル状態（ステップ２０２）にする。通電サイクルが終了していないと判断されると（ステップ２１２のＹＥＳ）、マイクロプロセッサ３２は、引き続き熱面点火器２０の印加電圧を調整する（ステップ２１０）。
【００４０】
本発明による点火器制御システム１０によると、熱面点火器２０が急速に加熱して、加熱装置あるいは加熱器具の点火時間を短縮することを可能にする制御システムが得られる。この制御システムによって、所定の時間が経過した後、その後の印加電圧を減少させるように調整し、この結果熱面点火器はほぼ一定の動作温度を維持し、熱面点火器の動作寿命が必要以上に短くならないようになる。他の実施形態では、電圧を調整する方法により、電気的放射を最小にする方法が得られ、ラインフィルタの必要がなく、製造コストのような関連コストだけでなく必要なハードウェアを減らすことができる。
【００４１】
図３を参照すると、加熱装置１０の簡単な概略図が示されている。家電製品あるいは加熱器具等の加熱装置１０は、本発明の方法及び装置による熱面点火器２０と点火器制御システム１０を有する、図示されている加熱装置１００は、以下に、熱エネルギーを得るためにその中で燃焼するガス状炭化水素（天然ガス、プロパン等）を使用するものとして説明される。ただし、こららの材料に限定するものと解釈してはならない。燃焼のために使用する材料は、ガス状炭化水素に限らず、燃焼可能な液体炭化水素及びその他のガス（水素等）並びにいったん点火すると燃焼しつづける液体を含む。
【００４２】
このような加熱装置は、点火器装置２０、バーナチューブ１０４、装置制御回路１０６、燃料供給バルブ１０８及び点火器制御システム１０を備える。装置制御回路１０６は、燃料供給バルブ１０８及び点火器制御システムに電気的に相互接続され、以下に説明するように、それぞれが選択的に動作して熱エネルギーを発生する。燃料供給バルブ１０８は、加熱装置１００に対する燃料としての燃焼材料の供給源２にパイプあるいはチューブを用いて流体路として相互接続される。図に示した実施形態では、パイプ又はチューブは、天然ガス又はプロパンのようなガス状炭化水素の供給源に相互接続される。燃料源は、当業者にとって公知の、外部タンクあるいは地下天然ガス配管システムの一方であってよい。
【００４３】
制御回路１０６は、加熱装置１００の適切な動作のために制御回路に適切な信号を供給する外部スイッチ装置１９０に電気的に接続される。例えば、加熱装置１００が、建築構造物又は温水をより熱く加熱する加熱炉であるとすると、外部スイッチ装置１９０は、建築構造物のあるいはタンク内の温水中の全体温度（bulk temperature）を検知する、当業者にとって公知のサーモスタットである。検知した温度に基いて、サーモスタットは制御回路１０６に信号を出力し、その器具あるいは温水をより熱くするようにオン・オフする。加熱装置１００が、コンロのような加熱器具であれば、外部装置スイッチ装置１９０は、一般的に機械的タイプ及び／又は電気的タイプのスイッチである。スイッチは、制御装置に信号を出力し、この制御装置によって、ユーザは加熱装置１００（例えばコンロのバーナ、オーブン）をオン・オフし、さらに加熱装置によって生じる熱エネルギーの量を調節又は調整することができる。
【００４４】
使用に際して、制御回路１０６は、加熱装置１００（例：コンロのバーナ、オーブン、温水ヒータ、炉等）をターンオンするように求める信号を、外部スイッチ装置１９０から受信する。この信号に応答して、制御回路１０６は、点火器制御システム１０に信号を出力し、熱面点火器２０に通電し、電気が点火器２０の加熱素子を通って流れるようにして、燃料／空気混合物が点火する所望の温度に加熱素子を加熱する。点火器の通電と加熱のこれらのプロセスは、図２に関連して先に説明したとおりである。点火器の加熱素子が所望の温度まで加熱された後、制御回路１０６は燃料供給バルブ１０８を作動し、バーナチューブ１０４を通って燃料が点火器の加熱素子に流れるようにする。当該技術分野において知られているとおり、空気は、点火器の加熱素子に提供される燃料と混合して、燃焼混合気が形成され、点火器の加熱素子によって点火する。この点火した燃料／空気混合物は、燃焼領域１１４に進み、利用可能な熱エネルギーが引き出され、加熱装置の使用目的（例えば、料理又は水の加熱）に使用される。単一のバーナチューブ１０４が図示されているが、当業者に公知のように、加熱装置１００は、所望の熱出力を生成するために、複数又は多数あるいはずっと多くのバーナチューブで構成可能であり、さらに１以上の燃料供給バルブ１０８を備えることができる。一般的に、複数又は多数あるいはずっと多くのバーナチューブの１つは、熱面点火器２０に配置される。
【００４５】
センサ１１２は、一般的に、熱面点火器に近接して配置され、燃料／空気混合物の連続的燃焼の存在を判定するために用いられる。一実施形態では、センサ１１２は、サーモパイルタイプのセンサであり、燃料／空気混合物が燃焼している領域の温度を検知する。他の実施形態では、センサ１１２は、炎調整方法又は技術を実現するように構成配置される。センサ１１２は、制御回路１０６に相互接続され、例えばセンサが、その期間内に熱点火器の安全で連続的な点火を示す信号を制御回路に出力しなければ、制御回路は、燃料供給バルブ１０８を閉じる。当業者に公知のように、ある応用では、制御回路１０６はまた、１以上の回数で加熱装置１００あるいは器具の加熱プロセスをスタートさせるために、燃料／空気の混合物に点火する試みを繰り返すように構成配置される。一般的には、熱電点火器２０への電力はまた、そのような場合には断たれる。
【００４６】
加熱機能が終了すると、制御回路１０６は、再び外部スイッチ装置１９０から、加熱装置をターンオフすることを求める信号を受信する。この信号に応答して、制御回路１０６は、燃料供給バルブ１０８を閉じて燃料の流入を遮断し、これにより燃焼プロセスを止める。さらに、前記したように、点火器制御システムは、少なくとも１つの加熱機能が終了しているアイドル又はスタンバイ状態（図２、ステップ２０２）に位置付けられる。
【００４７】
本発明の多くの実施形態を説明したが、本発明について、他の実施形態及び／又は修正、組合わせ、及び置換は可能であり、これらすべては、開示された発明の範囲と精神に属することは、当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるシステムの点火器制御システムを説明する実施形態の概略図である。
【図２】本発明による点火器を駆動する方法の一実施形態を説明する制御フロー図である。
【図３】本発明による点火器を有する器具又は加熱装置及び点火器制御システムの単純化された概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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