JP2006207903A - 燃焼制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 主制御装置および副制御装置には燃焼装置の動作状態を知るための信号が並列的に入力される。燃焼開始前に前記主制御装置による遮断動作と副制御装置による遮断動作を個別に行い、それぞれの遮断動作が有効であることを前記遮断確認手段で確認する。また燃焼中に遮断確認手段が有効に機能していることを確認する。
【選択図】 図5
Description
この観点から特許文献1に記載の制御装置を見ると、まだまだ改善すべき課題がある。即ち特許文献1の構成によると、サブマイクロコンピュータは、メインマイクロコンピュータが異常であった場合に燃焼装置を停止させるものであるが、サブマイクロコンピュータからの停止信号が有効に発信されるか否かを事前にチェックする機能がない。
そこで本発明は、停止信号が有効に発信されることを事前にチェックする機能を設け、従来のものに比べて安全性が高い燃焼制御装置の提供を課題とするものである。
また遮断確認手段の有効性のチェックを燃焼中に行うので、時間が有効利用される。即ち燃焼開始前にチェック作業を行うと、その間、使用者を待たせることとなり、使用者にいらいら感を与える。
そこで本発明では、燃焼中に上記したチェックを実施することとした。
また本発明では、主制御装置だけでなく副制御装置も所定の停止条件となった場合に緊急的な遮断動作を実行するから、いずれか一方に不具合があっても確実に燃料の供給を遮断することができる。
さらに本発明では、副制御装置が緊急的な遮断動作を実行する際の停止条件は、主制御装置が遮断動作を実行する際の停止条件に比べて緩やかであるから正常運転の際に誤って燃焼が停止してしまうといった不具合もない。
即ち近年では、燃焼装置がいろいろな燃焼条件で燃焼されるから、短時間の間、燃焼量が大きくなったり、送風量が増減する場合もある。このような動作は短時間の間に復旧するので異常燃焼とは言えず、危険な状態でもない。そのため主制御装置ではこのような想定される範囲の振れでは機器が停止しない様な設定やプログラムが施される場合が多い。そのため副制御装置において異常であると判定する閾値を主制御装置のそれよりも低い(異常であると判断され易い方向)にすると、本来停止すべきでない状態の時にも頻繁に遮断動作が実行され、使い勝手が悪くなる懸念がある。
これに対して副制御装置についても主制御装置と同様のプログラムを搭載する方策も考えられるが、主制御装置と同様のプログラムグラムを搭載する方策は、前記した副制御装置の要求性能を下げたいという趣旨に反する。
そこで本発明では、副制御装置が緊急的な遮断動作を実行する際の停止条件を、主制御装置が遮断動作を実行する際の停止条件に比べて緩やかにして、副制御装置による遮断動作を制限し、安全性の向上と、互換性の向上とを両立させた。
図1は本発明の燃焼制御装置を給湯装置の制御装置として活用した場合の回路ブロック図である。図2は、本発明の燃焼制御装置を給湯装置の制御装置として活用した場合の回路図である。図3は、本発明の制御装置によって制御される給湯装置の概念図である。図4は、図1に示す燃焼制御装置の動作の一部を示すフローチャートである。図5は、図2の各電磁弁の接続関係を示す回路図である。
また各供給路は、一本に統合されてガス供給源13に接続されているが、その間に比例弁15と元電磁弁16が介在している。なおガス電磁弁10,11,12及び元電磁弁16は、常時閉の電磁弁であり、ソレノイドへの電流供給が遮断されると閉止される。
さらにバーナ群2の近傍には、フレームロッド30とバーナセンサ31が設けられている。フレームロッド30は火炎の存在を検知するものであり、バーナセンサ31は火炎の温度を検知するものである。
また送風機9の回転数を検知する回転数検知センサー32が設けられている。
主制御装置35は、公知の燃焼制御装置に内蔵されている制御装置と同様の機能を果たすものであり、燃焼制御装置27の主たる制御を担う。即ちバーナ群2への着火、出湯温度やガスの調整、各電磁弁の開閉、送風機9の制御等を行う。また給湯装置1にリモコンが接続される場合には、当該リモコンと通信を行い、リモコンからの各種指令を受信し、また、リモコンに対して給湯装置1の動作状況を送信する等の処理を行う。即ち主制御装置35は、従来のガス給湯装置の制御装置が備える基本的な機能の全てを備えている。
これに対して副制御装置36は、燃料の供給を遮断する遮断動作のみを行う。即ち副制御装置は、元電磁弁16とガス電磁弁10,11,12の開閉のみを制御する。
即ち主制御装置35と副制御装置36の双方に各センサ等の信号が並列的に入力される。
ここで電源遮断回路43は、駆動電源45から電磁弁駆動回路46に至る回路に挿入されており、元電磁弁16及びガス電磁弁10,11,12に供給されていた電圧を遮断するものである。
前記した様に元電磁弁16及びガス電磁弁10,11,12は、常時閉形式であるから、電源遮断回路43が機能して各電磁弁に供給されていた電圧が遮断されると、各電磁弁が閉じてバーナ群2へのガスの供給が停止する。
また駆動電源45からの通電が遮断されたか否かは、電圧検知回路47の信号を主制御装置35が確認することによって判別できる。即ち電圧検知回路47は、電磁弁駆動回路46に電力が供給されているか否かを判定する回路であり、バーナ群2に対する燃料供給の有無を間接的に知るための回路(遮断確認手段)である。
さらに各電磁弁に電流が流れているか否かは、元電磁弁監視回路及びガス電磁弁監視回路の信号を主制御装置35及び副制御装置36が確認することによって判別できる。
ここで主制御装置35側の停止信号出力端子50は、給湯装置1が正常に動作している場合にはH信号を出力し、異常状態であることを検知するとLo信号を出力する。
一方、副制御装置36の停止信号出力端子51は、給湯装置1が正常に動作している場合にはLoであり、異常状態であることを検知すると開放(オープン)となる。
またトランジスタ(PNP形)Q4のコレクタ端子は、トランジスタ(NPN形)Q3のベース端子に接続されている。
さらにトランジスタ(NPN形)Q3のエミッタ端子はアースされている。
即ち主制御装置35が異常や危険状態、あるいはその要因を検知すると停止信号出力端子50がLoとなり、トランジスタQ3のベースがLoとなって当該トランジスタQ3がオフとなる。そのためトランジスタQ2もオフとなって各リレーRL10、RL11、RL12、RL16に供給がされる電流が遮断される。
即ち駆動電源V1の供給ラインであって、前記したトランジスタQ2の下流側が並列分岐されてトランジスタ(NPN形)Q5のベース端子に接続されている。またこのトランジスタ(NPN形)Q5のコレクタ端子は主制御装置35の電圧検知信号接続端子52に接続されている。またトランジスタ(NPN形)Q5のコレクタ端子は抵抗を介して信号用電源53が接続されている。
トランジスタ(NPN形)Q5のエミッタ端子はアースされている。
逆に駆動電源V1の供給ラインがオフ状態となると、トランジスタ(NPN形)Q5のベースに電流が供給されず、トランジスタQ5がオフとなり、信号電圧が主制御装置35の電圧検知信号接続端子52に掛かる。
また、上記炎検知回路55は、バーナ5,6,7の近傍に配されたフレームロッド30により燃焼の有無を検出し、燃焼していると炎検知信号を出力する。さらに、上記水量検出回路56は、上記熱交換器18の上流に設けられる水量センサー29から得られる検出信号に基づいて通水流量を検出し、上記最低作動水量を超える通水があると水流検知信号を出力する。
出湯温度検出回路57は、出湯温度センサー26の信号によってカラン等から最終的に出湯される湯の温度を検出する回路である。バーナセンサー検出回路59は、バーナセンサー31の信号によって火炎の温度を検出する回路である。比例弁電流検出回路60は、比例弁に入力される電気信号を検知して、比例弁の開度を検知する回路である。
送風機回転数検出回路58は、回転数検知センサー32の信号から送風機9の回転数を検知する回路である。
本発明では給湯装置1の制御手段として、主制御装置35と副制御装置36を用いており、そのうち主制御装置35が電磁弁の開閉を含む給湯装置各部の動作を制御し、副制御装置36は元電磁弁16とガス電磁弁10,11,12の開閉のみを制御する。
本実施形態の燃焼制御装置27は、元電磁弁16とガス電磁弁10,11,12の開閉制御に特徴があるので、当該部分に重点をおいて説明する。
元電磁弁16及びガス電磁弁10,11,12は、給湯装置1に異常が発生した場合や危険な運転状況となった場合に閉止されるが、給湯装置1が正常に動作している場合にも勿論開閉される。
従って元電磁弁16及びガス電磁弁10,11,12が閉止される場合には、給湯装置1が正常に動作している場合と、異常がある場合とがあり、両者を分けて説明する。
本実施形態の燃焼制御装置27では、主制御装置35が行う給湯装置各部の制御のうち、通常の給湯運転に伴う燃焼停止の処理に関しては副制御装置36もその処理を分担して行うように構成されている。
本実施形態の燃焼制御装置27では、二つの制御装置35,36は、双方向でデータ通信を行っており、通常運転を行っている場合における燃焼停止要求についても主制御装置35側から副制御装置36に送信される。
上記した燃焼停止処理の分担にあたり、副制御装置36は、上述したデータ通信によって主制御装置35から与えられる燃焼停止処理の実行命令を受信した時に、停止信号出力端子51から停止信号を発信する。具体的には、停止信号出力端子51を開放(オープン)し、各リレーRL10、RL11、RL12、RL16に供給がされる電流を遮断する。即ち副制御装置36によって機器駆動回路42への通電を遮断する。
本実施形態の燃焼制御装置27では、所定の停止条件が揃った場合に元電磁弁16及びガス電磁弁10,11,12を閉止する。本実施形態の燃焼制御装置27では、安全性をより高めるため、停止条件は多岐に渡り、燃焼状態が異常であったり高温の湯が出湯されている場合は勿論のこと、これらの状況が発生する要因が検知された状態でも燃焼を停止させる。
「異常」である場合とは、例えば未燃焼ガス(未燃焼燃料)の漏出とバーナの空焚きとがある。具体的には、バーナユニットに燃料が供給されているにもかかわらずバーナユニットが燃焼していない状態は未燃焼ガスの漏出があるといえる。換言すれば、元電磁弁16が開弁している状態であって、上記ガス電磁弁10,11,12のうち少なくとも一つが開弁しているにもかかわらず炎が未検出の状態にあるときに未燃焼ガスの漏出があるといえ、異常である。
またバーナユニットに燃料が供給されておりかつ、バーナユニットが燃焼状態にあるにもかかわらず、熱交換器に通水がない状態にあるときは空焚きであるといえる。換言すれば、上記ガス電磁弁10,11,12のうち少なくとも一つが開弁しており、炎が検出されている状態にも係わらず通水が全くないか、あるいは通水はあっても給湯装置の最低作動水量(MOQ)以下の通水しかない状態にあるときは空焚きであるといえ、異常である。
さらに出湯温度センサー26が90度以上という様な高温を検知した場合は火傷の危険がある。
また送風機9の回転数が上昇しない場合は、直ちに危険であるとは言えないが、一定時間この状態が続くと異常燃焼の要因となる。同様に比例弁15が全開状態になっている状態が一定時間続いたり、火炎の温度が異常である場合も危険要因の一つである。
センサー等によって検知される燃焼装置の動作状態を知るための信号については、主制御装置35と副制御装置36に並列的に入力されるので、副制御装置36は、直接受信した信号を活用して異常の判定を行う。
即ち本実施形態では、副制御装置36で行われる判断の閾値は、主制御装置35のそれよりもあまい。言い換えると、副制御装置36は、より異常や危険の程度が高い状態を検知しなければ異常や危険状態と判断しない。副制御装置36の判断基準は、主制御装置35のそれに対して、10〜30%程度緩い。
より具体的には、出湯温度センサー26が85度を検知すると主制御装置35は異常と判断するが、副制御装置36では、90度を検知した時に異常と判断する。85度では、副制御装置36は停止信号を発しない。
またバーナセンサ31の検出温度が800度を越える状態を150秒続くと主制御装置35は異常と判断して停止信号を発するが、この条件下では副制御装置36は停止信号を発しない。副制御装置36は、800度を越える状態が200秒続くと異常と判断する。
また送風機9の回転数が1000rpmの状態が10秒続くと主制御装置35は異常と判断するが、副制御装置36では、20秒続くと異常と判断する。
比例弁15の電流値等が高い状態、或いは低い状態が4秒連続して続くと主制御装置35は異常と判断するが、副制御装置36では、5秒続くと異常と判断する。
なお上記した未燃ガスの漏出がある場合は例外であり、炎検知回路55が火炎を検知しなかった場合に消火動作(遮断動作)を行う。
また各リレーRL10、RL11、RL12、RL16に供給がされる電流が遮断されたか否かは、電圧検知回路(遮断確認手段)47の信号によって確認される。即ち駆動電源V1の供給ラインがオン状態の時は、主制御装置35の電圧検知信号接続端子52がLoとなっているが、主制御装置35の停止信号が正常に発信され、消火動作(遮断動作)が実行されて駆動電源V1の供給ラインがオフ状態となると、信号電圧が主制御装置35の電圧検知信号接続端子52に掛かる。従って電圧検知信号接続端子52に所定の電圧が掛かると、駆動電源V1の供給ラインがオフとなったことが確認される。
また電磁弁監視回路61,62からの弁監視信号に基づいても消火動作が正常に行われたか否かを判断することができる。
即ち本実施形態では、センサー等の信号が主制御装置35と副制御装置36に並列的に入力されるので、両者の信号は一致する。理論的には両者は完全に一致する筈であるが、実際には、アナログ/デジタル変換を行う際に僅かに誤差が生じることがある。しかしながら両者の信号が想定できる範囲を越えて相違する場合は、断線や短絡等の不具合が疑われる。そこで本実施形態では、主制御装置35に入力された各センサーの信号と、副制御装置36に入力された各センサーの信号を比較し、両者の間に一定の差異があればガス電磁弁10,11,12等を閉止することとした。
即ち本実施形態の燃焼制御装置では、所謂プリチェックと、プリパージを行わしめる機能を備えており、この期間に遮断動作の事前チェックを行う。また燃焼が行われている最中に遮断動作を確認する機能の動作状態をチェックする。即ち燃焼が行われている最中に電圧検知回路(遮断確認手段)47の機能をチェックする。
以下、図6を参照しつつ説明する。
図6は、本実施形態の燃焼制御装置の通常時における動作の流れを示すフローチャートである。
即ち燃焼制御装置27は、公知のそれと同様に、燃焼要求を待って一連の動作が開始される。ここで燃焼要求は、例えば使用者がカランを開くことによって,図3の熱交換器18を通過する回路に通水され、図3の水量センサー29から得られる検出信号に基づいて水量検出回路56が通水流量を検出した場合に発信される。
即ち副制御装置36の停止信号出力端子51のみから停止信号を発信し、主制御装置35によって電圧検知回路47の電圧を確認する。より具体的には副制御装置36の停止信号出力端子51を開放(オープン)にして停止信号を発信し、主制御装置35を正常状態、即ちHにする。また同時に通電部(図2)を介してデータ通信によって副制御装置36が停止信号を発信した旨の情報を主制御装置35に発信する。
一方、ステップ8で前記した各リレーRL10、RL11、RL12、RL16に掛かる電圧が消失したことを表す信号が入力されなかった場合、具体的には主制御装置35の電圧検知信号接続端子52に所定の電圧が無い場合は、遮断動作が機能していないのでステップ12に移行し、所定の異常表示をすると共に以降の制御を停止する。即ち燃料ガスを供給することなく給湯装置1を停止する。
具体的には、ステップ102で燃焼停止(消火信号)が確認されるまでの間、ステップ100で各リレーRL10,RL11,RL12,RL16に掛かる電圧が有ることを監視し続ける。
即ち前記したステップ9でガス電磁弁10,11,12等の電磁弁が開弁され、燃焼が続けられるから、ステップ9以降は機器駆動回路42への通電が維持され続けている。言い換えると各リレーRL10,RL11,RL12,RL16に掛かる電圧が存在する。従って前記した電圧検知回路47が各リレーRL10,RL11,RL12,RL16に掛かる電圧の存在を検知し、主制御装置35の電圧検知信号接続端子52には各リレーRL10,RL11,RL12,RL16に掛かる電圧の存在を示す信号(Lo)が現れている筈である。
ここで実際には、他の制御信号との関係で、僅かな時間に限って電圧検知信号接続端子52に現れる信号がHになる場合もあるので、本実施形態では、電圧検知信号接続端子52に現れる信号がHである時間を計測し、当該時間が一定値を越えた場合に電圧検知回路47に異常があると判断する。
続いてステップ104に進み、前記したタイマを確認して計時時間が所定時間を越えているか否かを確認する。
計時時間が所定時間内である(NOの場合)ならばステップ106に移行し、消火する旨の信号が発せられているか否かを確認する。
消火信号が無い(NOの場合)ならば、ステップ100に戻り、再度電圧検知信号接続端子52が各リレーRL10,RL11,RL12,RL16に掛かる電圧の存在を示す信号(Lo)を確認する。
また消火信号があるならば、一連の制御が終了する。
要するに、燃料を供給する機器を動作させる機器駆動回路を検査し、機器駆動回路への通電の有無を確認することによって遮断動作のチェックを行えば足る。
図6に示したフローチャートでは、プリチェックの際に一方の制御装置側のチェックを行い、プリパージの時に他方のチェックを行ったが、チェックの時期と、プリチェック、プリパージのタイミングは厳密なものではない。ただし、プリチェックの際には、色々な信号が交錯するので、この時期に主副双方のチェックを行うことは推奨できない。プリチェックの際には、主制御装置35に掛かる負荷が大きいので、図6のフローチャートの様に副制御装置36側のチェックを行うことが望ましい。
プリパージの際に双方のチャックを行ってもよい。
10,11,12 ガス電磁弁
16 元電磁弁
27 燃焼制御装置
35 主制御装置
36 副制御装置
47 電圧検知回路(遮断確認手段)
55 炎検知回路
56 水量検出回路
57 出湯温度検出回路
58 送風機回転数検出回路
Claims (8)
- 主制御装置と、副制御装置と、燃料の供給が遮断されたことを直接的に又は間接的に確認する遮断確認手段を備え、両制御装置はいずれも燃料の供給を遮断する遮断動作を実行することが可能であり、燃焼開始前に前記主制御装置による遮断動作と副制御装置による遮断動作を個別に行い、それぞれの遮断動作が有効であることを前記遮断確認手段で確認することを特徴とする燃焼制御装置。
- 燃焼制御装置によって制御される燃焼装置は、燃焼部に燃料を供給して燃焼させると共に燃焼部に送風する送風機を備え、燃焼制御装置は、送風機を動作させるプリパージ工程と、燃焼部への燃料供給を開始する燃料供給開始工程を順次実行するものであり、プリパージ工程の前に一方の制御装置により遮断動作を実行すると共に当該制御装置又は他の制御装置によって遮断動作が有効であることを確認し、プリパージ工程の最中に他方の制御装置による遮断動作を実行すると共に当該制御装置又は他の制御装置によって遮断動作が有効であることを確認することを特徴とする請求項1に記載の燃焼制御装置。
- 遮断動作が有効でないことが判明した場合は、燃料供給開始工程に移行しないことを特徴とする請求項2に記載の燃焼制御装置。
- 燃焼中に遮断確認手段が有効に機能していることを確認することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の燃焼制御装置。
- 遮断確認手段が有効に機能していないことが判明した場合は、燃焼を停止することを特徴とする請求項4に記載の燃焼制御装置。
- 主制御装置が燃焼装置の全般的制御を担い、主制御装置および副制御装置には燃焼装置の動作状態を知るための信号が入力され、前記主制御装置及び副制御装置は前記信号が所定の停止条件となった場合に遮断動作を実行し、副制御装置が緊急的な遮断動作を実行する際の停止条件は、主制御装置が遮断動作を実行する際の停止条件に比べて緩やかであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の燃焼制御装置。
- 燃料を供給する機器を動作させる機器駆動回路を備え、遮断確認手段は、機器駆動回路への通電の有無を確認するものであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の燃焼制御装置。
- 主制御装置と副制御装置は通信手段によって結ばれている請求項1乃至7のいずれかに記載の燃焼制御装置。
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