(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス通路の途中に接続され、燃焼部へ至るガスの供給及び停止を行う電磁弁と、この電磁弁におけるコイルの一方が電源供給トランジスタを介してＤＣ電源に接続され、もう一方が電磁弁駆動トランジスタを介して回路グランドに接続された電磁弁駆動回路と、周波数／電圧変換回路とスイッチングトランジスタを介して前記電源供給トランジスタのベースに接続され、前記ＤＣ電源の供給を制御するパルス信号を出力する第１の出力端子および電磁弁駆動トランジスタのベースに接続されて、電磁弁の動作を制御する電磁弁駆動信号を出力する第２出力端子を有するマイクロコンピューターとを具備し、前記電磁弁駆動トランジスタのコレクタには、電磁弁駆動回路の動作状態を監視する故障検出トランジスタのベースを接続し、この故障検出トランジスタのコレクタより故障検出信号を取り出しマイクロコンピューターの入力端子に接続し帰還させるように構成し、かつ、前記電磁弁駆動信号は一定周期のパルス信号であって、そのオン時間をオフ時間よりも著しく大きく設定したガス燃焼機器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス燃焼機器において、ガス供給通路を閉止及び開放する電磁弁の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガス燃焼機器においては、安全性の向上はもちろんのこと小型化、静音化などの要望がある。
【０００３】
安全性においては、ガス通路部を開閉する電磁弁とその駆動回路の故障により直接ガス漏れに至るため、電磁弁への電力供給方法に工夫が凝らされ、従来から安全対策がなされてきた。
【０００４】
以下にガスファンヒーターを事例にして、従来の電磁弁駆動の制御装置について説明する。
【０００５】
図３は制御装置のブロック図を示すものである。図において、ガス通路１の途中にガスの供給及び停止を行う電磁弁２が設けてある。ガスは電磁弁２を介して燃焼部３に供給される。電磁弁２のコイルは、一方は電源供給トランジスタ４を介してＤＣ２４Ｖ電源に接続されもう一方は電磁弁駆動トランジスタ７を介して回路グランドに接続され、電磁弁駆動回路が形成されている。
【０００６】
６はマイクロコンピューター（以下マイコンと言う）である。マイコン６のＯ1は、ＤＣ２４Ｖ電源の供給を制御するパルス信号の出力端子であり、周波数／
電圧変換回路５とスイッチングトランジスタをＴ介して電源供給トランジスタ４のベースに接続される。
【０００７】
また、マイコン６のＯ2は、電磁弁２の動作を制御する電磁弁駆動信号９の出力端子であり、電磁弁駆動トランジスタ７のベースに接続される。電磁弁駆動トランジスタ７のコレクタには、電磁弁駆動回路の動作状態を監視する故障検出トランジスタ８のベースが接続され、故障検出トランジスタ８のコレクタより故障検出信号１０を取り出しマイコン６の入力端子ｉに接続し帰還させる。
【０００８】
図４は電磁弁駆動信号９と故障検出信号１０のタイミングチャート図を示すものである。電磁弁駆動信号９は、オン時間ｔ1とオフ時間ｔ2が等しい一定周期のパルス信号であり、本事例では周波数８０Hz、オン時間ｔ1＝オフ時間ｔ2＝６．２５mS（デューティー比５０．０％）の信号を示す。故障検出信号１０は、電源供給トランジスタ４と電磁弁２と電磁弁駆動トランジスタ７が電気的に正常に接続されている時の信号波形を示し、電磁弁駆動信号９と同一論理の信号が検出される。
【０００９】
このような構成において、機器が停止から燃焼となる時は、まずマイコン６がＯ1よりパルス信号を出力し、周波数／電圧変換回路５を介して電源供給トランジスタ４をオン状態とし、ＤＣ２４Ｖ電源を供給する。次にＯ2より電磁弁駆動信号９を出力し電磁弁２を開放状態とし燃焼部３にガスを供給する。
【００１０】
ここで、電磁弁駆動信号９はパルス信号であるため、電磁弁駆動トランジスタ７はスイッチングを行い電磁弁２には断続的にしか電力供給されないが、１００Hz前後の周波数であれば電磁弁２が持つ保持力により電磁弁２の弁体が離脱し閉止状態になることはなく、継続してガスを供給できる。
【００１１】
また、マイコン６は電磁弁駆動信号９を出力すると同時に、故障検出信号１０を監視しており、電磁弁駆動回路が正常なときは、ｔ1、ｔ2の各々のタイミングにおいて、Ｏ1から出力された信号論理とｉに入力される信号論理は等しいことが期待されるため、マイコン６がそれを判定し、電磁弁駆動回路の状態を常時監視することができる。
【００１２】
例えば、電磁弁駆動信号９のオン時間ｔ1では、電磁弁駆動トランジスタ７がオープン故障（ガスは止まる故障）すると故障検出信号１０はオフとなり逆論値となる。また、電磁弁駆動信号９のオフ時間ｔ2では、電磁弁駆動トランジスタ７がショート故障（ガス漏れする故障）すると故障検出信号１０はオンとなり逆論値となる。
【００１３】
マイコン６が逆論理＝故障と判定し、電磁弁２への電源供給を停止し、ガス供給通路を閉止する。電磁弁駆動信号９を常時オン（直流信号）として動作させた場合では後者のショート故障（ガス漏れする故障）の常時検出が不可能となり安全性が低下する。
【００１４】
このように、電磁弁２への電力供給の制御にパルス信号を用いることで、電磁弁駆動回路のオープン、ショートの両モードの故障を常時検出することができ、安全性を高めてきた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、故障検出を行うために電磁弁２をパルス駆動することで、電磁弁２への電力供給が時間的に１／２となり電力供給効率が悪くなっている。
【００１６】
電磁弁２を直流信号で駆動した時に対して、電磁弁２に同一の電磁力を得るには、駆動電圧を２倍とするか、電磁弁コイルの巻数を２倍にする必要がある。しかし、駆動電圧を上げることはシステムの回路全体の消費電力ロスの増加につながり、コイル巻数を増やすことは電磁弁２の大型化につながる。
【００１７】
また、電磁弁２が開放動作をする際、プランジャーと電磁弁ボディーとの衝突音が生じる。静音対策はプランジャーと電磁弁ボディーとの間に緩衝材を設けることで可能であるが、同じ電磁力では弁体が閉止する離脱電圧が高くなり、電磁力を増すためコイル巻数を増加する必要がある。すなわち、電磁弁２の静音化は電磁弁２の大型化を意味する。または、駆動回路において、駆動電圧の上昇や駆動信号の直流化などにより対策をする必要がある。等と言った課題がある。
【００１８】
そこで本発明の目的は、従来と同じ安全性を確保し、且つ電磁弁の小型化や静音化を実現することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、ガス通路の途中に接続され、燃焼部へ至るガスの供給及び停止を行う電磁弁と、この電磁弁におけるコイルの一方が電源供給トランジスタを介してＤＣ電源に接続され、もう一方が電磁弁駆動トランジスタを介して回路グランドに接続された電磁弁駆動回路と、周波数／電圧変換回路とスイッチングトランジスタを介して前記電源供給トランジスタのベースに接続され、前記ＤＣ電源の供給を制御するパルス信号を出力する第１の出力端子および電磁弁駆動トランジスタのベースに接続されて、電磁弁の動作を制御する電磁弁駆動信号を出力する第２出力端子を有するマイクロコンピューターとを具備し、前記電磁弁駆動トランジスタのコレクタには、電磁弁駆動回路の動作状態を監視する故障検出トランジスタのベースを接続し、この故障検出トランジスタのコレクタより故障検出信号を取り出しマイクロコンピューターの入力端子に接続し帰還させるように構成し、且つ、前記電磁弁駆動信号は一定周期のパルス信号であって、そのオン時間をオフ時間よりも著しく大きく設定したものである。
【００２０】
上記発明によれば、電磁弁をパルス信号で駆動し故障を検出するため、従来の構成と同じ安全性を実現できるとともに、パルス信号の電磁弁への電力供給時間の停止時間に対する比率が十分に大きいため、効率よく電磁力が得られ、コイル巻数を減少させ電磁弁を小型化することができる。また、緩衝材による静音化対策を従来のコイル巻数のまま実現することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、ガス通路の途中に接続され、燃焼部へ至るガスの供給及び停止を行う電磁弁と、この電磁弁におけるコイルの一方が電源供給トランジスタを介してＤＣ電源に接続され、もう一方が電磁弁駆動トランジスタを介して回路グランドに接続された電磁弁駆動回路と、周波数／電圧変換回路とスイッチングトランジスタを介して前記電源供給トランジスタのベースに接続され、前記ＤＣ電源の供給を制御するパルス信号を出力する第１の出力端子および電磁弁駆動トランジスタのベースに接続されて、電磁弁の動作を制御する電磁弁駆動信号を出力する第２出力端子を有するマイクロコンピューターとを具備し、前記電磁弁駆動トランジスタのコレクタには、電磁弁駆動回路の動作状態を監視する故障検出トランジスタのベースを接続し、この故障検出トランジスタのコレクタより故障検出信号を取り出しマイクロコンピューターの入力端子に接続し帰還させるように構成し、且つ、前記電磁弁駆動信号は一定周期のパルス信号であって、そのオン時間をオフ時間よりも著しく大きく設定したものである。
【００２２】
そして、電磁弁をパルス信号で駆動し故障を検出するため、電磁弁の駆動回路オープン、ショートの故障を検出できるため従来通りの安全性を確保できる。且つ、パルス信号の電磁弁への電力供給時間の停止時間に対する比率が十分に大きいため、効率よく電磁力が得られ、コイル巻数を減少させ電磁弁を小型化することができる。また、電磁弁の静音化に際しても、電力供給効率で電磁力を補うことでコイルを大型化させること無く電磁弁の静音対策を実施することができる。
【００２３】
以下、本発明の実施例について図１、図２を用いて説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１は本発明の制御装置のブロック図を示すものである。ガス通路１１の途中にガスの供給及び停止を行う電磁弁１２が設けてある。ガスは電磁弁１２を介して燃焼部１３に供給される。電磁弁１２のコイルは、一方は電源供給トランジスタ１４を介してＤＣ２４Ｖ電源に接続され、もう一方は電磁弁駆動トランジスタ１７を介して回路グランドに接続され、電磁弁駆動回路が形成されている。
【００２５】
１６はマイクロコンピューター（以下マイコンと言う）である。マイコン１６のＯ1は、ＤＣ２４Ｖ電源の供給を制御するパルス信号の出力端子であり、周波数／電圧変換回路１５とスイッチングトランジスタを介して電源供給トランジスタ１４のベースに接続されている。
【００２６】
また、マイコン１６のＯ2は、電磁弁１２の動作を制御する電磁弁駆動信号１９の出力端子であり、電磁弁駆動トランジスタ１７のベースに接続される。電磁弁駆動トランジスタ１７のコレクタには、電磁弁駆動回路の動作状態を監視する故障検出トランジスタ１８のベースが接続され、故障検出トランジスタ１８のコレクタより故障検出信号２０を取り出しマイコン１６の入力端子ｉに接続し帰還させる。
【００２７】
図２は電磁弁駆動信号１９と故障検出信号２０のタイミングチャートを示すものである。電磁弁駆動信号１９は一定周期のパルス信号であり、オン時間ｔ３とオフ時間ｔ４が著しく異なり、オン時間ｔ３＞オフ時間ｔ４の関係にある。
【００２８】
本実施例では周波数８０Hｚ、オン時間ｔ３＝１２．４ｍＳ、オフ時間ｔ４＝０．１ｍＳ（デューティー比９９．２％）の信号を示す。オン時間を十分に長くする理由は、電磁弁１２への電力供給効率を向上させるためである。
【００２９】
故障検出信号２０は、電磁弁駆動信号１９により電磁弁駆動トランジスタ１７と故障検出トランジスタ１８がスイッチンッグ動作した結果得られる信号である。
【００３０】
本図では、電源供給トランジスタ１４と電磁弁１２と電磁弁駆動トランジスタ１７が電気的に正常に接続されている時の信号波形を示し、電磁弁駆動信号と同一論理の信号が検出される。
【００３１】
電磁弁駆動信号１９のオフ時間ｔ４は、短いほど電力供給効率は増すが、故障検出信号を形成するには、最低限二つのトランジスタ１７、１８のスイッチング時間を確保する必要がある。一般的にトランジスタのスイッチング時間は数十μSであり、ばらつき、安全率を考慮し０．１ｍ（＝１００μ）Sとする。
【００３２】
また、スイッチング動作の早いトランジスタを使うことにより、オフ時間ｔ４は更に短縮でき、デューティー比を改善することができる。
【００３３】
次に動作、作用について説明すると、機器が停止から燃焼となる時は、まずマイコン６がＯ１よりパルス信号を出力し、周波数／電圧変換回路１５を介して電源供給トランジスタ１４をオン状態とし、ＤＣ２４Ｖ電源を供給する。
【００３４】
次にＯ２より電磁弁駆動信号１９を出力し電磁弁１２を開放状態とし燃焼部３にガスを供給する。
【００３５】
ここで、電磁弁駆動信号１９は従来の駆動信号に対し、同一の周波数でデューディー比が９９．２％に増加するため、電磁弁１２への電力供給効率が十分に改善されている。
【００３６】
パルス駆動ではあるが、余裕を持って電磁弁１２を動作させ、問題なくガスを供給できる。
【００３７】
また、オフ時間ｔ４が十分に短いため同一の保持力でも、電磁弁１２の弁体の開放状態からの離脱電圧に関しても改善される。
【００３８】
従来構成と同じ電磁弁１２を使用するならば、電磁弁駆動条件に余裕がうまれるばかりか、電磁弁１２の駆動電圧を低下させることも可能となる。
【００３９】
また、電磁弁１２の設計条件も緩和される。例えば、コイルの巻数の減少やコイル線径を細くしコイルの小型化も可能となる。あるいは、電磁弁１２のプランジャーに衝撃緩衝材を設け電磁弁１２を静音化することも可能となる。電磁弁１２の動作条件を厳しくしても、電磁弁駆動回路側で従来より余裕ができているためである。
【００４０】
また、従来の構成と同様、マイコン１６は電磁弁駆動信号１９を出力すると同時に、故障検出信号２０を監視しており、電磁弁駆動回路が正常なときは、ｔ３、ｔ４の各々のタイミングにおいて、Ｏ１から出力された信号論理とｉに入力される信号論理は等しいことが期待されるため、マイコン６がその一致、不一致を判定し、電磁弁駆動回路の正常状態、異常状態を常時監視し、異常時にはＤＣ２４Ｖの供給を停止しガスを遮断することができる。
【００４１】
尚、本実施例では、電磁弁駆動信号１９を１２．５ｍＳ周期としたが、周期（ｔ３＋ｔ４）を１０００ｍＳと長くし、オフ時間ｔ４を０．１ｍＳのままとしておけば、デューティー比はより改善されることになる。設計した電磁弁との関係で最適な周期を決定する。ただし、電磁弁駆動信号１９の周期は故障検出のサンプリング周期であるため、故障発生時、その検出に支障のない時間とすべきである。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電磁弁への電力供給を、パルス信号を用いて制御しているので、電磁弁駆動回路故障の検出が可能となり、従来と同じ安全性を確保できる。且つ、パルス信号が電力供給時間の電力停止時間に対する比率が十分に大きいと言う特徴を備えているため、電磁弁への電力供給効率が良く、電磁弁の設計条件を緩和することが可能となり、コイル巻数の減少による電磁弁の小型化や、電磁弁の静音化対策の実施が可能となり、ガス機器の小型化、静音化への改善に効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１を示すガス燃焼機器の制御装置のブロック図
【図２】  同制御装置の制御信号のタイミングチャート
【図３】  従来のガス燃焼機器の制御装置のブロック図
【図４】  同制御装置の制御信号のタイミングチャート
【符号の説明】
１１  ガス供給通路
１２  電磁弁
１６  マイクロコンピューター
１７  電磁弁駆動トランジスタ
１８  故障検出トランジスタ
１９  電磁弁駆動信号
【図１】
0003858343.tif 000002
【図２】
0003858343.tif 000003
【図３】
0003858343.tif 000004
【図４】
0003858343.tif 000005