(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼制御に用いる所定の温度を測定する熱電対と、該熱電対を熱電対側電圧差生成抵抗と電源側電圧差生成抵抗とを介して電源に接続するとともに前記熱電対側電圧差生成抵抗と前記電源側電圧差生成抵抗との間の測定部の電圧値を熱電対測定値として出力する測定回路と、該測定回路が出力する熱電対測定値に基づいて前記熱電対が測定対象とする温度を演算により求める制御部とを備え、前記測定回路は、オフ時に前記熱電対を前記測定部から遮断するとともにオン時に前記熱電対を前記測定部に導通させるスイッチング素子を前記測定部と前記熱電対との間に備え、該スイッチング素子は前記制御部によりオン／オフ駆動される燃焼機器において、
前記制御部並びに前記測定回路は、前記測定回路の前記スイッチング素子と前記熱電対との間の電路を接地するか否かを選択的に切替制御可能に構成されており、前記制御部は、前記電路を接地し且つ前記スイッチング素子をオンしたときの前記測定部の電圧値を補正値として取得するとともに、前記電路を接地せず且つ前記スイッチング素子をオンしたときの前記熱電対測定値を前記補正値を用いて補正して前記熱電対が測定対象とする温度を演算により求めるよう構成されていることを特徴とする燃焼機器。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼機器において、前記制御部はオープンドレイン形式若しくはオープンコレクタ形式の出力ポートを有するマイクロプロセッサにより構成され、前記電路は前記出力ポートに接続され、該出力ポートをＬｏｗ出力に切り替えることにより前記電路が接地されるよう構成されていることを特徴とする燃焼機器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃焼機器において、前記熱電対は複数設けられていると共に該熱電対の数に応じて前記測定回路も複数設けられており、少なくとも前記電源側電圧差生成抵抗並びに前記測定部はすべての測定回路に共用とされ、前記スイッチング素子は各測定回路に個別に設けられ、各測定回路は、いずれか一の熱電対を前記熱電対側電圧差生成抵抗と前記電源側電圧差生成抵抗とを介して前記測定部に接続するか若しくは直列に接続された２以上の熱電対を前記熱電対側電圧差生成抵抗と前記電源側電圧差生成抵抗とを介して前記測定部に接続するものであり、前記制御部並びに各測定回路は、各測定回路の前記スイッチング素子と前記一又は２以上の熱電対との間の電路を接地するか否かをそれぞれ選択的に切替制御可能に構成されていることを特徴とする燃焼機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定部位の温度を検出する熱電対を備える燃焼機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願出願人は、下記の特許文献１に、各種制御を行うマイクロプロセッサと、バーナが燃焼しているか否かを検知するためのバーナ用熱電対と、器具温度に基づいて異常を検知するための異常検知用熱電対と、これら熱電対が検出する温度に応じた熱電対測定値を生成出力する測定回路と、該測定回路が出力する熱電対測定値を増幅してマイクロプロセッサのＡ／Ｄ入力ポートに出力する増幅回路とを備え、Ａ／Ｄ入力ポートに入力したアナログ信号値に基づいてマイクロプロセッサが各熱電対が測定対象とする温度を演算により求めるよう構成されたガス瞬間湯沸器（燃焼機器の一種）を開示している。
【０００３】
測定回路は、熱電対を熱電対側電圧差生成抵抗と電源側電圧差生成抵抗とを介して電源に接続するものであり、これら２つの抵抗はバーナ用熱電対の測定回路と異常検知用熱電対の測定回路とで共用のものとされ、これら２つの抵抗の間の電路（測定部）から熱電対測定値を出力する。また、熱電対側電圧差生成抵抗の負側で各熱電対毎に分岐されており、この分岐部の負側で各測定回路には、それぞれＦＥＴからなるスイッチング素子が設けられ、マイクロプロセッサがいずれか一方のスイッチング素子をオンし他方をオフすることによって、一方の測定回路に接続された熱電対の熱電対測定値を増幅回路を介してマイクロプロセッサのＡ／Ｄ入力ポートから入力可能に構成されている。
【０００４】
なお、特許文献１に開示された回路構成では２つの熱電対は並列に接続されているが、２つの熱電対を直列に接続して、第１の測定回路はいずれか第１の熱電対のみの熱電対測定値を出力し、第２の測定回路は２つの熱電対の合成値としての熱電対測定値を出力するよう構成でき、これら２つの測定値の差を求めることで第２の熱電対の検出温度を算出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７５９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の回路構成において、増幅回路やスイッチング素子や各電圧差生成抵抗の特性のばらつきによりマイクロプロセッサが算出する温度にばらつきが生じる。特に、燃焼機器においては、燃焼開始直後と、ある程度継続して燃焼を行った場合との間で、機器の温度に大きな差が生じ、温度上昇による各回路素子の抵抗値の変動などによってばらつきが大きくなる傾向がある。
【０００７】
かかるばらつきを解消する方法として、図２に示すように、熱電対側電圧差生成抵抗の負側をグラウンドに短絡させる短絡路Ｃを追加し、この短絡路Ｃに、各測定回路に用いたスイッチング素子と同じ型番のスイッチング素子Ｑcを設けて、矢印Ｘで示すようにマイクロプロセッサがスイッチング素子Ｑcをオン駆動して短絡路Ｃを導通させたときのＡ／Ｄ入力ポートの入力信号を補正値として読み込み、熱電対Ｔ１，Ｔ２の測定時にはスイッチング素子Ｑcをオフ駆動して短絡路Ｃを遮断させて、上記補正値によって各測定回路が出力する熱電対測定値を補正する方法がある。
【０００８】
しかしながら、上記の方法では、同じ型番のスイッチング素子Ｑcであっても、個体毎の特性の差が存在するとともに、基板上に実装される位置などによって各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑcの温度も異なってくるため、正確な補正値を取得することができない。さらに、ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑcを追加する必要があるためコストアップになるという問題もある。
【０００９】
そこで、本発明は、熱電対を測定部に導通させるか測定部から遮断するかを切替えるためのスイッチング素子を有する熱電対用測定回路を備えた燃焼機器において、低コストで熱電対による温度測定精度の一層の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、次の技術的手段を講じた。
【００１１】
すなわち、本発明は、燃焼制御に用いる所定の温度を測定する熱電対と、該熱電対を熱電対側電圧差生成抵抗と電源側電圧差生成抵抗とを介して電源に接続するとともに前記熱電対側電圧差生成抵抗と前記電源側電圧差生成抵抗との間の測定部の電圧値を熱電対測定値として出力する測定回路と、該測定回路が出力する熱電対測定値に基づいて前記熱電対が測定対象とする温度を演算により求める制御部とを備え、前記測定回路は、オフ時に前記熱電対を前記測定部から遮断するとともにオン時に前記熱電対を前記測定部に導通させるスイッチング素子を前記測定部と前記熱電対との間に備え、該スイッチング素子は前記制御部によりオン／オフ駆動される燃焼機器において、前記制御部並びに前記測定回路は、前記測定回路の前記スイッチング素子と前記熱電対との間の電路を接地するか否かを選択的に切替制御可能に構成されており、前記制御部は、前記電路を接地し且つ前記スイッチング素子をオンしたときの前記測定部の電圧値を補正値として取得するとともに、前記電路を接地せず且つ前記スイッチング素子をオンしたときの前記熱電対測定値を前記補正値を用いて補正して前記熱電対が測定対象とする温度を演算により求めるよう構成されているものである（請求項１）。
【００１２】
かかる本発明の燃焼機器によれば、実際に熱電対の測定時に測定回路の一部を構成するスイッチング素子と熱電対との間の電路を接地させることによって、熱電対の起電力が作用していない状態での測定部の電圧値を、上記スイッチング素子のその時点での特性を反映した補正値として取得することができ、この補正値を用いて熱電対測定値を補正することによって、より正確な温度を演算によって求めることができる。
【００１３】
なお、本発明において、熱電対は、単一のものであってもよく、２以上の熱電対が直列に接続されていてもよい。２以上の熱電対が直列に接続されている場合、熱電対測定値は、２以上の熱電対の起電力を合成（差分を含む。）してなる合成起電力を測定するものとなるが、各熱電対毎に個別に熱電対測定値を読み込んでおき、合成起電力を測定する熱電対測定値との差分をとるなどの演算によって、合成起電力を測定する熱電対測定値に基づいて各熱電対が測定対象とする温度を求めることができる。
【００１４】
上記本発明の燃焼機器において、前記制御部はオープンドレイン形式若しくはオープンコレクタ形式の出力ポートを有するマイクロプロセッサにより構成され、前記電路は前記出力ポートに接続され、該出力ポートをＬｏｗ出力に切り替えることにより前記電路が接地されるよう構成されているものであってよい（請求項２）。これによれば、ＦＥＴなどのスイッチング素子を追加することなく、測定回路のスイッチング素子の負側をグラウンドに接地させて、熱電対の起電力が無い状態での測定部の電圧値を補正値として取得することができ、部品点数の削減、基板面積の縮小を図り、ひいては製造コスト低減を図ることができる。
【００１５】
なお、本発明は、マイクロプロセッサの外部に、前記電路をグラウンドに短絡させる短絡路を設け、該短絡路にバイポーラトランジスタやＦＥＴなどからなる短絡用スイッチング素子を設けて、この短絡用スイッチング素子をマイクロプロセッサによってオン／オフ駆動するよう構成することもできる。
【００１６】
また、前記熱電対は複数設けられていると共に該熱電対の数に応じて前記測定回路も複数設けられており、少なくとも前記電源側電圧差生成抵抗並びに前記測定部はすべての測定回路に共用とされ、前記スイッチング素子は各測定回路に個別に設けられ、各測定回路は、いずれか一の熱電対を前記熱電対側電圧差生成抵抗と前記電源側電圧差生成抵抗とを介して前記測定部に接続するか若しくは直列に接続された２以上の熱電対を前記熱電対側電圧差生成抵抗と前記電源側電圧差生成抵抗とを介して前記測定部に接続するものであり、前記制御部並びに各測定回路は、各測定回路の前記スイッチング素子と前記一又は２以上の熱電対との間の電路を接地するか否かをそれぞれ選択的に切替制御可能に構成されているものとすることもできる（請求項３）。これによれば、測定部を複数の測定回路に共用としたので、測定部からの出力信号を増幅して制御部に出力する増幅回路を設ける場合、この増幅回路は一つのみでよく、また、制御部の入力ポートも複数の測定回路に共通の一つでよく、回路構成の簡素化とコスト低減とを図ることができる。また、各測定回路の電路を接地可能に構成したので、各測定回路のそれぞれのスイッチング素子の特性を反映した各測定回路毎の補正値を制御部に読み込ませることができ、複数の測定回路のそれぞれの熱電対測定値を個別に精度よく補正することができ、複数の熱電対が測定対象とする温度をより正確に求めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る燃焼機器によれば、実際に熱電対の測定時に測定回路の一部を構成するスイッチング素子と熱電対との間の電路を接地させることによって、熱電対の起電力が作用していない状態での測定部の電圧値を、上記スイッチング素子のその時点での特性を反映した補正値として取得することができ、この補正値を用いて熱電対測定値を補正することによって、より正確な温度を演算によって求めることができる。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る燃焼機器によれば、ＦＥＴなどのスイッチング素子を追加することなく、測定回路のスイッチング素子の負側をグラウンドに接地させて、熱電対の起電力が無い状態での測定部の電圧値を補正値として取得することができ、部品点数の削減、基板面積の縮小を図り、ひいては製造コスト低減を図ることができる。
【００１９】
また、本発明の請求項３に係る燃焼機器によれば、測定部を複数の測定回路に共用としたので、測定部からの出力信号を増幅して制御部に出力する増幅回路を設ける場合、この増幅回路は一つのみでよく、また、制御部の入力ポートも複数の測定回路に共通の一つでよく、回路構成の簡素化とコスト低減とを図ることができる。また、各測定回路の電路を接地可能に構成したので、各測定回路のそれぞれのスイッチング素子の特性を反映した各測定回路毎の補正値を制御部に読み込ませることができ、複数の測定回路のそれぞれの熱電対測定値を個別に精度よく補正することができ、複数の熱電対が測定対象とする温度をより正確に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス瞬間湯沸器の温度検出回路の回路図である。
【図２】本発明の着想前に提案された温度検出回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態に係る燃焼機器としてのガス瞬間湯沸器の温度検出回路の概略構成を示しており、該温度検出回路は、燃焼缶体温度に基づいて異常を検知するための異常検知用熱電対Ｔ１（燃焼缶体温度測定用熱電対）、並びに、バーナが燃焼しているか否かを検知するためのバーナ用熱電対Ｔ２（燃焼温度測定用熱電対）のそれぞれの測定対象温度を最終的にマイクロプロセッサＰによって演算によって求めるよう構成されている。本実施形態では、バーナ用熱電対Ｔ２の正極側がアースに接続され、このバーナ用熱電対Ｔ２の負極側に異常検知用熱電対Ｔ１の負極側が直列に接続されている。また、マイクロプロセッサＰは、異常検知用熱電対Ｔ１の測定対象の温度（燃焼缶体温度）が所定の閾値を超えると異常報知を行うとともに燃焼動作を停止する制御を行うとともに、燃焼動作中にバーナ用熱電対Ｔ２の測定対象の温度（燃焼温度）が所定の閾値未満であることを検出すると失火乃至点火不良と判定して元ガス電磁弁を閉じるなどの所定の燃焼制御を行うよう構成されている。
【００２３】
本実施形態に係るガス瞬間湯沸器の温度検出回路は、上記した２つの熱電対Ｔ１，Ｔ２と、直列接続された２つの熱電対Ｔ１，Ｔ２を第１の熱電対側電圧差生成抵抗Ｒ１と電源側電圧差生成抵抗Ｒ２とを介して電源に接続するとともに第１の熱電対側電圧差生成抵抗Ｒ１と電源側電圧差生成抵抗Ｒ２との間の測定部ｍの電圧値を２つの熱電対Ｔ１，Ｔ２の合成起電力に基づく熱電対測定値として出力する第１の測定回路１と、バーナ用熱電対Ｔ２を第１の熱電対側電圧差生成抵抗Ｒ１と電源側電圧差生成抵抗Ｒ２とを介して電源に接続するとともに第１の熱電対側電圧差生成抵抗Ｒ１と電源側電圧差生成抵抗Ｒ２との間の測定部ｍの電圧値をバーナ用熱電対Ｔ２単独の起電力に基づく熱電対測定値として出力する第２の測定回路２とを備えている。上記２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２は、第１及び第２の測定回路に共用のものとされており、第１の熱電対側電圧差生成抵抗Ｒ１の負側の分岐部Ｂで各測定回路毎に分岐されて、２つの熱電対Ｔ１，Ｔ２用の第１の測定回路１では分岐路ｂ１が異常検知用熱電対Ｔ１の正極側に接続され、バーナ用熱電対Ｔ２用の第２の測定回路２では分岐路ｂ２がバーナ用熱電対Ｔ２の負極側に接続されている。さらに、測定部ｍの電圧値は、増幅回路Ａによって増幅された後、ＣＭＯＳ型マイクロプロセッサＰ（制御部）のＡ／Ｄ入力ポートに入力されるよう回路構成されている。
【００２４】
各測定回路の上記分岐路ｂ１，ｂ２には、それぞれＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が設けられ、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と熱電対Ｔ１，Ｔ２との間には、それぞれ第２及び第３の熱電対側電圧差生成抵抗Ｒ３，Ｒ４が直列に接続されている。また、第１の測定回路１のスイッチング素子Ｑ１と第２の熱電対側電圧差生成抵抗Ｒ３との間の電路は、マイクロプロセッサＰの第１のオープンドレイン出力ポートに接続されて、マイクロプロセッサＰによってグラウンドに短絡（接地）するか否かを選択的に切替制御可能とされている。同様に、第２の測定回路２のスイッチング素子Ｑ２と第３の熱電対側電圧差生成抵抗Ｒ４との間の電路は、マイクロプロセッサＰの第２のオープンドレイン出力ポートに接続されて、マイクロプロセッサＰによってグラウンドに短絡するか否かを選択的に切替制御可能とされている。なお、第１及び第２の測定回路１，２の上記電路を、同じオープンドレイン出力ポートに接続してもよい。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、マイクロプロセッサＰの第１及び第２の制御信号出力ポートＯＵＴ１，ＯＵＴ２から出力される制御信号によってそれぞれオン／オフ切替制御可能に構成されている。
【００２５】
なお、第２及び第３の熱電対側電圧差生成抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は、上記電路を接地したときに熱電対Ｔ２の逆起電力によって上記電路、すなわちマイクロプロセッサＰのオープンドレイン出力ポートに負電圧が生じないように設定しておくことが好ましい。また、上記第１の熱電対側電圧差生成抵抗Ｒ１は省略することもできる。
【００２６】
マイクロプロセッサＰは、燃焼動作制御中、（１）第１の測定回路１の補正値の取得、（２）第１の測定回路１による２つの熱電対Ｔ１，Ｔ２の合成起電力に基づく熱電対測定値の取得、（３）第２の測定回路２の補正値の取得、（４）第２の測定回路２による熱電対Ｔ２の起電力に基づく熱電対測定値の取得、（５）上記（１）〜（４）で取得した補正値並びに熱電対測定値に基づく各熱電対Ｔ１，Ｔ２の測定対象の温度の算出、の５つのステップを継続的に繰り返し（例えば１００ミリ秒周期で）行うようにプログラミングされている。
【００２７】
各ステップについてより詳細に説明すると、上記（１）のステップでは、スイッチング素子Ｑ１をオン、第１のオープンドレイン出力をＬｏｗ出力（接地）、スイッチング素子Ｑ２をオフ、並びに、第２のオープンドレイン出力をオープン（開放）した状態で、測定部ｍの電圧値を増幅回路Ａを介してＡ／Ｄ入力ポートから第１の測定回路１の補正値として取得する。
【００２８】
上記（２）のステップでは、スイッチング素子Ｑ１をオン、第１のオープンドレイン出力をオープン、スイッチング素子Ｑ２をオフ、並びに、第２のオープンドレイン出力をオープンした状態で、測定部ｍの電圧値を増幅回路Ａを介してＡ／Ｄ入力ポートから２つの熱電対Ｔ１，Ｔ２の合成起電力に基づく熱電対測定値として取得する。
【００２９】
上記（３）のステップでは、スイッチング素子Ｑ１をオフ、第１のオープンドレイン出力をオープン、スイッチング素子Ｑ２をオン、並びに、第２のオープンドレイン出力をＬｏｗ出力とした状態で、測定部ｍの電圧値を増幅回路Ａを介してＡ／Ｄ入力ポートから第２の測定回路２の補正値として取得する。
【００３０】
上記（４）のステップでは、スイッチング素子Ｑ１をオフ、第１のオープンドレイン出力をオープン、スイッチング素子Ｑ２をオン、並びに、第２のオープンドレイン出力をオープンした状態で、測定部ｍの電圧値を増幅回路Ａを介してＡ／Ｄ入力ポートから熱電対Ｔ２の起電力に基づく熱電対測定値として取得する。
【００３１】
そして、上記（５）のステップでは、熱電対Ｔ１，Ｔ２の合成起電力に基づく熱電対測定値を第１の測定回路１の補正値を用いて補正するとともに、熱電対Ｔ２の起電力に基づく熱電対測定値を第２の測定回路２の補正値を用いて補正する。この補正の方法は適宜であってよいが、最も単純な補正方法としては、各熱電対測定値から補正値を引くことによって、熱電対Ｔ１，Ｔ２の起電力と第２及び第３の熱電対側電圧差生成抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗値に依存する補正後の熱電対測定値が求められる。次に、熱電対Ｔ１，Ｔ２の合成起電力に基づく補正後の熱電対測定値から、熱電対Ｔ２の起電力に基づく補正後の熱電対測定値を引くことによって、熱電対Ｔ１単独の起電力に基づく熱電対測定値に相当する値を取得できる。これら取得された補正後の値を、熱電対の特性曲線データに当てはめることによって、各熱電対Ｔ１，Ｔ２のそれぞれが測定対象とする温度、すなわちバーナの燃焼部位の温度並びに燃焼缶体温度を良好な精度で演算により取得できる。
【００３２】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、熱電対は３以上設けられていてもよく、測定回路は熱電対の数に応じて測定部ｍに対して並列的に設けることができる。各熱電対はそれぞれ並列に設けられていてもよく、この場合は、各測定回路が対応する一の熱電対を測定するものであってよい。また、制御部は上記実施形態ではマイクロプロセッサにより構成したが、ロジック回路等により構成することもできる。また、電源の電圧は、電池式燃焼機器の場合には電池電圧であってもよいが、より精度の高い温度検出のためには電池電圧に基づいて所定電圧を生成するレギュレータの出力電圧とすることが好ましい。また、本発明は、ガスコンロや暖房機器など、熱電対によって測定される温度に基づく燃焼制御を行う適宜の燃焼機器に適用できる。
【符号の説明】
【００３３】
Ｔ１，Ｔ２        熱電対
Ｑ１，Ｑ２        スイッチング素子
Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４  熱電対側電圧差生成抵抗
Ｒ２              電源側電圧差生成抵抗
ｍ                測定部
Ｐ                制御部（マイクロプロセッサ）
１，２            測定回路
【図１】
0006569433.tif 000002
【図２】
0006569433.tif 000003