JP2016180698A - Water detection electrode circuit, and hot-water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水検知電極回路、及び給湯器に関し、例えば、潜熱回収型給湯器の中和器に備えられる水検知電極回路に関する。 The present invention relates to a water detection electrode circuit and a water heater, for example, a water detection electrode circuit provided in a neutralizer of a latent heat recovery type water heater.
台所や浴室で使用される給湯器は、一次熱交換器、及び二次熱交換器を備え、二次熱交換器で再加熱を行う潜熱回収型給湯器が使用されるようになってきている。潜熱回収型給湯器は、二次熱交換器から流れ出した酸性の結露水を中和器で中和するように構成されており、この中和器から燃焼ガスが漏洩しないよう中和器に水封構造を設けている。このため、潜熱回収型給湯器は、バーナを点火する前に中和器に十分な結露水が蓄えられているか検知する水位検知用電極が必要である。特許文献1は、給湯器において、適正水位検知用電極、危険水位検知用電極、最低水位検知用電極が開示されている。 Hot water heaters used in kitchens and bathrooms are equipped with primary heat exchangers and secondary heat exchangers, and latent heat recovery type water heaters that reheat with secondary heat exchangers have come to be used. . The latent heat recovery type water heater is configured to neutralize acidic condensed water flowing out from the secondary heat exchanger with a neutralizer, and water is supplied to the neutralizer so that combustion gas does not leak from the neutralizer. A sealing structure is provided. For this reason, the latent heat recovery type water heater needs a water level detection electrode that detects whether sufficient dew condensation water is stored in the neutralizer before the burner is ignited. Patent Document 1 discloses an appropriate water level detection electrode, a dangerous water level detection electrode, and a minimum water level detection electrode in a water heater.
水検知回路は、水(検出対象水)が浸された電極に直流電流を流したり、トランスを用いて交流電流を流したりして、電極の電気抵抗の大小により水の有無を判定する回路が知られている。 The water detection circuit is a circuit that determines the presence or absence of water based on the electrical resistance of the electrode by passing a direct current through an electrode immersed in water (water to be detected) or by passing an alternating current using a transformer. Are known.
検出対象水に交流電流を流す交流通電方式は、電極に流れる電流が一定時間毎に逆向きになるので、電気分解による電極の腐食や水に溶解している不純物の析出が生じ難く、動作不良が発生しにくい。しかしながら、交流変圧器を用いた交流通電方式は、構成部品が高価になり、基板上の部品専有面積が大きくなる問題点がある。一方、直流通電方式は、フォトカプラやリレー等のスイッチ素子を用いて構成されるので、回路構成部品が安価であり、基板上の部品専有面積が小さい。しかしながら、直流通電方式は、電極に流れる電流が常に一定方向であるので、電気分解による電極の腐食や水(検出対象水)に溶解している不純物の析出が生じやすい。 In the AC energization method in which an alternating current is passed through the water to be detected, the current flowing through the electrode is reversed every fixed time, so it is difficult for the electrode to corrode due to electrolysis or to precipitate impurities dissolved in the water. Is unlikely to occur. However, the AC energization method using an AC transformer has the problems that the component parts are expensive and the area occupied by the components on the board is large. On the other hand, the DC energization method is configured using switch elements such as photocouplers and relays, so that circuit components are inexpensive and the area occupied by components on the board is small. However, in the DC energization method, since the current flowing through the electrode is always in a certain direction, electrode corrosion due to electrolysis and precipitation of impurities dissolved in water (detection target water) are likely to occur.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、直流電源を用いて検出対象水に交流電流を流すことができる水検知電極回路、及び給湯器を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the water detection electrode circuit and water heater which can flow an alternating current to detection object water using DC power supply.
前記目的を達成するために、第1発明は、検出対象水に浸される電極に電流を流し、前記検出対象水の有無を検知する水検知電極回路であって、第1の抵抗器(31)と第3の抵抗器(33)と前記電極(10)と第4の抵抗器(34)と第1のスイッチ素子(フォトトランジスタ22a)とをこの順に直列接続した第1の直列回路と、第2の抵抗器(35)と前記第4の抵抗器(34)と前記電極(10)と前記第3の抵抗器(33)と第2のスイッチ素子(フォトトランジスタ20a)とをこの順に直列接続した第2の直列回路と、前記第1の直列回路の両端、及び前記第2の直列回路の両端に電圧を印加する直流電源と、前記第1の抵抗器(31)と前記第3の抵抗器(33)との接続点、及び前記第2の抵抗器(35)と前記第4の抵抗器(34)との接続点の何れか一方又は双方の電位を検出する電位検出回路(例えば、A/D変換器156)と、前記第1のスイッチ素子の短絡時間と前記第2のスイッチ素子の短絡時間とを略等しくする制御部(152)とを備えることを特徴とする。ここで、前記第3の抵抗器、及び前記第4の抵抗器は、短絡状態であっても構わない。なお、( )内の符号や文字は例示である。
In order to achieve the above object, the first invention is a water detection electrode circuit for detecting the presence or absence of the detection target water by passing a current through an electrode immersed in the detection target water, wherein the first resistor (31 ), A third resistor (33), the electrode (10), a fourth resistor (34), and a first switch element (
また、第2発明は、検出対象水に浸される電極(10)に電流を流し、前記検出対象水の有無を検知する水検知電極回路(104)であって、第1可動接点が第1固定接点に接続されるとき、第2可動接点が第3固定接点に接続され、前記第1可動接点が第2固定接点に接続されるとき、前記第2可動接点が第4固定接点に接続される、2回路2接点リレー(51)と、一端が前記第1固定接点、及び第4固定接点に接続される抵抗器(41)と、前記抵抗器の他端と前記第2固定接点、及び前記第3固定接点との間に直流電圧を印加する直流電源と、前記抵抗器と前記第1固定接点との接続点の電位を検出する電位検出回路(例えば、A/D変換器156)と、前記2回路2接点リレーのコイルの通電時間と非通電時間とを略等しくする制御部(152)とを備え、前記電極は、前記第1可動接点と前記第2可動接点とに接続されていることを特徴とする。なお、( )内の符号や文字は例示である。 The second invention is a water detection electrode circuit (104) for detecting the presence or absence of the detection target water by passing a current through the electrode (10) immersed in the detection target water, wherein the first movable contact is the first. When connected to the fixed contact, the second movable contact is connected to the third fixed contact, and when the first movable contact is connected to the second fixed contact, the second movable contact is connected to the fourth fixed contact. A two-circuit two-contact relay (51), a resistor (41) having one end connected to the first fixed contact and the fourth fixed contact, the other end of the resistor and the second fixed contact, and A DC power source that applies a DC voltage to the third fixed contact; a potential detection circuit (for example, an A / D converter 156) that detects a potential at a connection point between the resistor and the first fixed contact; The coil energization time and the non-energization time of the two-circuit two-contact relay are made substantially equal. And a unit (152), the electrode is characterized in that it is connected to the first movable contact on the second movable contact. Note that symbols and characters in parentheses are examples.
また、第3発明は、検出対象水に浸される電極に電流を流し、前記検出対象水の有無を検知する水検知電極回路であって、抵抗器と前記電極とを直列接続した直列回路と、前記電極に流れる電流の方向を反転させるスイッチ回路と、前記抵抗器の一端に電圧を印加する直流電源と、前記抵抗器の他端の電位を検出する電位検出回路と、前記スイッチ回路が前記電極に電流を正方向に流す時間と反転電流を流す時間とを略等しくする制御部とを備えることを特徴とする。 The third invention is a water detection electrode circuit that detects the presence or absence of the detection target water by passing a current through the electrode immersed in the detection target water, and a series circuit in which a resistor and the electrode are connected in series. A switch circuit that reverses the direction of the current flowing through the electrode, a DC power source that applies a voltage to one end of the resistor, a potential detection circuit that detects the potential of the other end of the resistor, and the switch circuit It is characterized by comprising a control unit that makes the time for flowing the current in the positive direction to the electrode substantially equal to the time for flowing the reverse current.
本発明によれば、直流電源を用いて検出対象水に交流電流を流すことができる。また、スイッチ素子を用いるので、変圧器を用いて交流電流を流すよりも安価であり、部品専有面積も小さくなる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, an alternating current can be sent through detection object water using DC power supply. In addition, since a switch element is used, it is cheaper than an alternating current flowing using a transformer, and the component-occupied area is also reduced.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」と称する)につき詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings. Each figure is only schematically shown so that the present invention can be fully understood. Therefore, the present invention is not limited to the illustrated example. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the common component and the same component, and those overlapping description is abbreviate | omitted.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態である水検知電極回路の回路図である。
水検知電極回路100は、電極10と、2個のフォトカプラ20,22と、4本の抵抗器31,33,35,37,39とを備え、マイコン150(図3)のA/D変換器156のAD入力ポート、及びI/Oポート158の出力ポートに接続される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of a water detection electrode circuit according to the first embodiment of the present invention.
The water
フォトカプラ20,22は、スイッチ素子としてのフォトトランジスタ20a,22aと、フォトダイオード20b,22bとを有し、フォトカプラアレイを使えば、製造時のロットバラツキが排除され、特性が揃いやすくなる。なお、A/D変換器156は、電位検出回路として機能する。
The
電極10は、2本の金属棒10a,10bを備え、2本の金属棒10a,10bが水(検出対象水)に浸される。抵抗器31は、一端が5Vの直流電源(片電源)に接続されており、他端がフォトトランジスタ20aのコレクタに接続されている。また、フォトトランジスタ20aのエミッタは接地されている。また、フォトトランジスタ22aは、エミッタが接地され、コレクタが抵抗器35の一端に接続され、抵抗器35の他端は5Vの直流電源に接続されている。
The electrode 10 includes two
電極10の一方の金属棒10aは、抵抗器33を介して、抵抗器31の他端とフォトトランジスタ20aのコレクタとの接続点(A点)に接続されており、該接続点がマイコン150(図3)のAD入力ポート(A/D変換器156)に接続されている。電極10の他方の金属棒10bは、抵抗器34を介して、抵抗器35の一端とフォトトランジスタ22aのコレクタとの接続点に接続されている。なお、抵抗器33,34は、ノイズ対策用である。
One
言い換えれば、直流電源は、抵抗器31、抵抗器33、電極10、抵抗器34、フォトトランジスタ22aの直列回路と、抵抗器35、抵抗器34、電極10、抵抗器33、フォトカプラ20aの直列回路とを接続していることになる。
In other words, the DC power supply includes a series circuit of the
フォトダイオード20bは、アノードが抵抗器39を介して5Vの直流電源に接続されており、カソードがマイコン150の出力ポート2に接続されている。フォトダイオード22bは、アノードが抵抗器37を介して5Vの直流電源に接続されており、カソードがマイコン150の出力ポート1に接続されている。なお、出力ポート1,2は、プルアップされたオープンコレクタになっている。
The
以下、実施例として、抵抗器31,33,34,35,37,39の具体的抵抗値を例示する。抵抗器31,35は、抵抗値82kΩであり、抵抗器33,34は、抵抗値2.2kΩであり、抵抗器37,39は、抵抗値1kΩである。
Hereinafter, specific resistance values of the
(動作)
水検知電極回路100は、マイコン150(図3)の出力ポート1、及び出力ポート2が交互にLOWレベルになって動作するように構成されている。
まず、出力ポート1がLOWレベルになり、出力ポート2がHIGHレベルだとする。これにより、フォトカプラ22は、フォトダイオード22bが発光し、フォトトランジスタ22aがON状態になる。一方、フォトカプラ20は、フォトダイオード20bが消灯し、フォトトランジスタ20aがOFF状態になる。
(Operation)
The water
First, assume that the output port 1 is at a LOW level and the
水検知電極回路100は、3本の抵抗器31,33,34と電極10(水)との直列回路に5Vの直流電源(片電源)と接続され、抵抗器31からフォトトランジスタ22aの方向に直流電流が流れる。このとき、マイコン150のAD入力ポートが接続されているA点の電位は、水が無ければ、+5Vの電源電圧であり、水があれば、電源電圧よりも抵抗器31の電圧降下だけ低下する。このため、マイコン150は、A点の電位を検出することにより、水の有無を判定することができる。
The water
次に、マイコン150の出力ポート2がLOWレベルに変化し、出力ポート1がHIGHレベルに変化したとする。これにより、フォトカプラ20は、フォトダイオード20bが発光し、フォトトランジスタ20aがON状態になる。一方、フォトカプラ22は、フォトダイオード22bが消灯し、フォトトランジスタ22aがOFF状態になる。
Next, it is assumed that the
水検知電極回路100は、3本の抵抗器35,34,31と電極10(水)との直列回路が5Vの直流電源と接続され、抵抗器35からフォトトランジスタ20aの方向に直流電流が流れる。このとき、マイコン150のAD入力ポートが接続されているA点の電位は、水が有っても無くても、接地電位である。このため、この状態では、マイコン150は、水の有無を判定することができない。しかしながら、マイコン150は、AD入力ポートが抵抗器34と抵抗器35との接続点(B点)の電位を測定すれば、水の有無を判定することができる。
In the water
さらに、マイコン150の出力ポート1,2が共に、HIGHレベルだとする。この場合は、フォトトランジスタ20a,22aは、共にOFF状態であり、水が有っても無くても、A点の電位は、電源電位になる。また、水が有っても、電流は流れない。
Furthermore, it is assumed that both the
マイコン150の出力ポート1、及び出力ポート2が交互にLOWレベルになることにより、水検知電極回路100は、抵抗器31からフォトトランジスタ22aの方向に直流電流が流れたり、抵抗器35からフォトトランジスタ20aの方向に直流電流が流れたりする。したがって、電極10は、交互に逆方向の電流が流れる。
When the output port 1 and the
また、マイコン150は、出力ポート1がLOWレベルになる時間と、出力ポート2がLOWレベルになる時間とが等しくなるように制御すれば、電極10は方形波状の交流電流を水に流す。また、マイコン150は、出力ポート1をLOWレベルにする時間と、出力ポート2をLOWレベルにする時間との間に、出力ポート1,2を共にHIGHレベルにする時間を設けることにより、電極10は、所定周期の矩形波状(奇関数波形)の交流電流を水に流す(図4(d)参照)。
In addition, if the microcomputer 150 performs control so that the time when the output port 1 becomes the LOW level is equal to the time when the
図2は、本発明の第1実施形態である水電極検知回路を備える給湯器の構成図である。
給湯器200は、一次熱交換器210と、二次熱交換器220と、バーナ230と、中和器250とを備える。また、給湯器200は、給水された水が二次熱交換器220、及び一次熱交換器210を通流して、給湯するように給水管が配設されており、バーナ230で発生した燃焼排ガスは、一次熱交換器210で熱交換されて顕熱を奪われ、さらに二次熱交換器220で潜熱を奪われるようにして給水を加熱するように構成されている。
FIG. 2 is a configuration diagram of a water heater provided with a water electrode detection circuit according to the first embodiment of the present invention.
The water heater 200 includes a primary heat exchanger 210, a secondary heat exchanger 220, a burner 230, and a neutralizer 250. The water heater 200 is provided with a water supply pipe so that the supplied water flows through the secondary heat exchanger 220 and the primary heat exchanger 210 to supply hot water, and the combustion exhaust gas generated by the burner 230 is provided. Is configured to heat feed water in such a manner that heat is exchanged in the primary heat exchanger 210 and sensible heat is taken away, and latent heat is taken away in the secondary heat exchanger 220.
つまり、給湯器200は、給水された水を二次熱交換器220で予備加熱し、予備加熱された温水を一次熱交換器210で再加熱するように構成されている。これにより、二次熱交換器220は、一次熱交換器210の約200℃の排熱を約60℃になるまで再利用(潜熱回収)し、総合的な熱効率を高めている。 That is, the water heater 200 is configured to preheat the supplied water with the secondary heat exchanger 220 and reheat the preheated hot water with the primary heat exchanger 210. As a result, the secondary heat exchanger 220 reuses (recovers latent heat) the exhaust heat of about 200 ° C. of the primary heat exchanger 210 until it reaches about 60 ° C., thereby improving the overall thermal efficiency.
また、二次熱交換器220は、潜熱回収するときに、発生する結露水中に燃焼排ガス中の微量の成分が溶け込むため、結露水(ドレイン水)は酸性になる。中和器250は、障壁255と前記した電極10とを備え、結露水を貯留すると共に、二次熱交換器220から流れ落ちる結露水を炭酸カルシウム等の中和剤で中和するものである。 In addition, when the secondary heat exchanger 220 recovers latent heat, a minute amount of components in the combustion exhaust gas is dissolved in the generated condensed water, so that the condensed water (drain water) becomes acidic. The neutralizer 250 includes a barrier 255 and the electrode 10 described above, stores condensed water, and neutralizes the condensed water flowing down from the secondary heat exchanger 220 with a neutralizing agent such as calcium carbonate.
障壁255は、燃焼ガスの通流を阻止するものであり、中和器250に水封装置としての機能を兼ねさせている。ここで、電極10の下端部は障壁255の下端部よりも上部に配置されており、水検知電極回路100が水を検知すれば、給湯器200は、必ず、水封されていることになる。つまり、電極10は、水封検知電極としての機能を有する。
The barrier 255 blocks the flow of the combustion gas, and makes the neutralizer 250 also function as a water seal device. Here, the lower end portion of the electrode 10 is disposed above the lower end portion of the barrier 255, and if the water
ところで、中和器250は、中和剤が充填されているので、詰まりが発生し、水が充満することがある。中和器250は、電極10よりも高い位置に他の電極10(図示せず)を備え、他の電極10が水の充満を検出することが好ましい。 By the way, since the neutralizer 250 is filled with the neutralizing agent, clogging may occur and the water may be filled. It is preferable that the neutralizer 250 includes another electrode 10 (not shown) at a position higher than the electrode 10, and the other electrode 10 detects the filling of water.
給湯器200は、中和器250の内部に前記した水検知電極回路100を備えている。水検知電極回路100は、水に交流電流を流すので、電気分解による電極の腐食や水に溶解している不純物の析出が生じにくい。特に、中和器250の水は、中和剤である炭酸カルシウム等が溶解しているので、カルシウムが析出し易いが、水検知電極回路100は交流電流を流すので、このカルシウムの析出が発生しにくい。
The water heater 200 includes the water
図3は、本発明の第1実施形態である給湯器のブロック図である。
給湯器200は、前記した水検知電極回路100と、マイコン150と、バーナ点火回路235と、操作部240とを備え、マイコン150は、制御部152と記憶部154とA/D変換器156とI/Oポート158とを備える。A/D変換器156は、前記したAD入力ポートを備え、I/Oポート158は、前記した出力ポート1,2を備える。
FIG. 3 is a block diagram of a water heater according to the first embodiment of the present invention.
The water heater 200 includes the water
記憶部154は、FROM(Flash Read Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)から構成されている。制御部152は、CPU(Central Processing Unit)であり、FROMに格納されているプログラムを実行することにより、A/D変換器156、及びI/Oポート158を制御し、水検知電極回路100やバーナ点火回路235を機能させる。
The
バーナ点火回路235は、バーナ230(図2)を点火させるものであり、制御部152は、水検知電極回路100を機能させて、水が中和器250に蓄えられていることを確認してから、バーナ点火回路235を機能させて、バーナ230(図2)を点火させる。
The
操作部240は、表示部245を備え、例えば、中和器250(図2)に水が足りない旨を表示し、使用者に異常を報知する。
The
図4は、水電極検知回路の動作を示すタイミングチャートであり、マイコン150の出力ポート1,2の時間変化と、AD入力ポートに接続されるA点(図1)の電位変化と、電極10の電流とを示している。
マイコン150の出力ポート1と出力ポート2とは、交互にLOWレベルになっており、このLOWレベルの幅は、共に時間T1である(図4(a)(b)参照)。A点の電位は、出力ポート1がLOWレベルの時間帯で電圧V1になり、出力ポート2がLOWレベルの時間帯で接地電位になり、他の時間帯は、5Vの電源電位になっている(図4(c)参照)。また、電極10に流れる電流は、出力ポート1,2がLOWレベルの時間帯のみ電流が流れる矩形波電流(奇関数波形)である(図4(d)参照)。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the water electrode detection circuit. The time change of the
The output port 1 and the
(比較例)
図5は、本発明の比較例である水電極検知回路の回路図であり、図5(a)は直流通電方式を示し、図5(b)は交流通電方式を示す。
図5(a)の直流通電方式において、電極10は、一方の金属棒10aが抵抗器31を介して電源Vccに接続されており、他方の金属棒10bが接地されている。また、抵抗器31と一方の金属棒10aとの接続点がマイコン150(図3)のAD入力ポート(電位検出回路)に接続されている。
(Comparative example)
5A and 5B are circuit diagrams of a water electrode detection circuit as a comparative example of the present invention, in which FIG. 5A shows a direct current energization method and FIG. 5B shows an alternating current energization method.
In the DC energization method of FIG. 5A, the electrode 10 has one
直流通電方式は、電極10を介して水(検出対象水)に流れる電流が常に一定方向であるので、電気分解による金属棒10a,10bの腐食や、水に溶解している不純物の析出が生じやすい。
In the direct current energization method, the current flowing to the water (detection target water) through the electrode 10 is always in a certain direction, so that corrosion of the
図5(b)の交流通電方式において、電極10は、一方の金属棒10aが抵抗器31を介してトランス65の二次側巻線の一端に接続されており、他方の金属棒10bが接地されている。また、抵抗器31と一方の金属棒10aとの接続点がマイコン150のAD入力ポートに接続されている。トランス65は、二次側巻線の他端が接地されており、一次側巻線の両端に交流電源(例えば、商用電源)が接続されている。
In the AC energization method of FIG. 5B, the electrode 10 has one
交流通電方式は、電極10を介して水に流れる電流が一定時間毎に逆向きになるので、直流通電方式よりも、電気分解による金属棒10a,10bの腐食や水に溶解している不純物の析出による動作不良が発生しにくい。しかしながら、交流通電方式は、トランス65を用いるので、構成部品が高価になり、基板上の部品専有面積が大きくなる。
In the AC energization method, since the current flowing in the water through the electrode 10 is reversed every predetermined time, the corrosion of the
これらの比較例に対して、第1実施形態の水検知電極回路100は、変圧器(トランス65)を用いることなく、片電源のみで、水に交流電流(直流分を含まない方形波電流)を流す交流通電方式を実現している。つまり、水検知電極回路100は、電気分解による金属棒10a,10bの腐食や水に溶解している不純物の析出による動作不良が発生しにくい。また、水検知電極回路100は、フォトカプラ20,22を用いて構成されているので、構成部品が安価であり、基板上の部品専有面積が小さい。
In contrast to these comparative examples, the water
(第2実施形態)
第1実施形態の水検知電極回路100は、電極10に抵抗器33,34を介して接続していたが、抵抗器33,34を省略することができる。
図6は、本発明の第2実施形態である水検知電極回路の回路図である。
水検知電極回路102は、水検知電極回路100(図1)に比較して、抵抗器33,34は、その抵抗値を略0にして、短絡状態にさせている点で相違する。言い換えれば、水検知電極回路100は、水検知電極回路102に対して、電極10と、抵抗器31及びフォトトランジスタ20aとの間に抵抗器33を挿入し、電極10と、抵抗器35及びフォトトランジスタ22aとの間に抵抗器34を挿入したものである。
(Second Embodiment)
Although the water
FIG. 6 is a circuit diagram of a water detection electrode circuit according to the second embodiment of the present invention.
The water detection electrode circuit 102 is different from the water detection electrode circuit 100 (FIG. 1) in that the
これにより、水検知電極回路102は、フォトトランジスタ20aやフォトトランジスタ22aが短絡したとき、A点の電位が水検知電極回路100の電位と異なるが、A/D変換器156がA点の電位を測定することにより、水の有無を判定できることや、水に交流電流(直流分を含まない方形波電流)が流れることは水検知電極回路100と同様である。
Thereby, when the
(第3実施形態)
第1実施形態の水検知電極回路100や第2実施形態の水検知電極回路102は、フォトカプラ20,22を用いたが、代わりにリレーを用いて構成することもできる。なお、リレーは、機械式リレーでも半導体リレーでもよい。
(Third embodiment)
Although the water
図7は、本発明の第3実施形態である水検知電極回路の回路図である。
水検知電極回路104は、電極10と、2回路2接点リレー51(2接点スイッチ51a,51b、コイル51c)と、抵抗器41と、接地されたDC電源(直流電源)と、デジタルトランジスタ60とを備え、マイコン150(図3)のAD入力ポート、及び出力ポートに接続される。
FIG. 7 is a circuit diagram of a water detection electrode circuit according to the third embodiment of the present invention.
The water detection electrode circuit 104 includes an electrode 10, a two-circuit two-contact relay 51 (two-
2回路2接点リレー51は、第1固定接点と第2固定接点と第1可動接点とを備える2接点スイッチ51aと、第3固定接点と第4固定接点と第2可動接点とを備える2接点スイッチ51bと、2接点スイッチ51a,51bの接点を同時に切り替えるコイル51cとを備える。なお、図7には、第1固定接点に符号1を付し、第2固定接点に符号2を付し、第3固定接点に符号3を付し、第4固定接点に符号4を付している。
The two-circuit two-
2回路2接点リレー51は、コイル51cの通電状態/非通電状態に応じて、第1可動接点が第1固定接点に接続されるとき、第2可動接点が第3固定接点に接続され、第1可動接点が第2固定接点に接続されるとき、第2可動接点が第4固定接点に接続されるものである。
The two-circuit two-
なお、本実施形態では、区別する必要がないが、2回路2接点リレー51は、コイル51cに電流が流れていないときに閉じている固定接点を常閉接点(NC:Normally Close)といい、コイル51cに電流が流れていないときに開いている固定接点を常開接点(NO:Normally Open)という。
In the present embodiment, although it is not necessary to distinguish between them, in the two-circuit two-
デジタルトランジスタ60は、トランジスタに加えて、2本の内部抵抗器を備え、デジタル入力可能に構成されたものである。デジタルトランジスタ60は、内部のトランジスタのベースとエミッタとの間に内部抵抗器が接続され、ベースから他の内部抵抗器を介して外部と接続されるように構成されている。
The
電極10の一方の金属棒10aは、第1可動接点に接続され、第1固定接点は抵抗器41の一端に接続され、抵抗器41の他端は直流電源に接続される。電極10の他方の金属棒10bは、第2可動接点に接続され、第3固定接点は、接地されている。また、第1固定接点と第4固定接点とが接続され、第2固定接点と第3固定接点とが接続されている。
One
コイル51cは、一端が直流電源に接続され、他端がデジタルトランジスタ60のコレクタに接続される。デジタルトランジスタ60のエミッタは、接地され、ベースは内部抵抗器を介してマイコン150(図3)の出力ポート1に接続される。
One end of the
(動作)
まず、マイコン150の出力ポート1は、LOWレベルを出力したとして説明する。
デジタルトランジスタ60はOFF状態になり、コイル51cには電流が流れない。本実施形態においては、2回路2接点リレー51は、コイル51cが非通電状態になることにより、第1固定接点と第1可動接点とが接続し、第3固定接点と第2可動接点とが接続するとする。
(Operation)
First, it is assumed that the output port 1 of the microcomputer 150 outputs a LOW level.
The
水検知電極回路104は、直流電源が抵抗器41、第1固定接点、第1可動接点、電極10(検出対象水)、第2可動接点、第3固定接点を介して、この方向に電流を流す。つまり、電極10に水が浸されていれば、AD入力ポート(A点)は、電源電圧から抵抗器41の電圧降下を減じた電位になる。一方、電極10に水が浸されていない場合には、AD入力ポート(A点)は、電源電圧になる。
In the water detection electrode circuit 104, a direct current power source supplies a current in this direction via the
次に、出力ポート1は、HIGHレベルに変化したとする。
デジタルトランジスタ60はON状態になり、コイル51cに電流が流れる。このとき、2回路2接点リレー51は、コイル51cが通電状態になることにより、第2固定接点と第1可動接点とが接続し、第4固定接点と第2可動接点とが接続する。
Next, it is assumed that the output port 1 has changed to a HIGH level.
The
水検知電極回路104は、直流電源が抵抗器41、第4固定接点、第2可動接点、電極10、第1可動接点、第2固定接点を介して、この方向に電流を流す。つまり、電極10に流れる電流は、マイコン150の出力ポート1がLOWレベルを出力したときと逆方向になる。したがって、出力ポート1がHIGHレベルとLOWレベルとを交互に出力すれば、電極10を浸している水に流れる電流は、直流分を有した矩形波電流になる。また、出力ポート1が出力するHIGHレベルの時間とLOWレベルの時間とが同一であれば、方形波電流(直流分を含まない交流電流)となり、電気分解による電極の腐食や水に溶解している不純物の析出による動作不良が発生しにくくなる。
In the water detection electrode circuit 104, a direct current power source passes a current in this direction through the
また、電極10に水が浸されている場合は、AD入力ポート(A点)は、電源電圧から抵抗器41の電圧降下を減じた電位になり、一方、電極10に水が浸されていない場合には、AD入力ポート(A点)は、電源電位になる。
When the electrode 10 is immersed in water, the AD input port (point A) has a potential obtained by subtracting the voltage drop of the
本実施形態の水検知電極回路104によれば、水に方形波電流(直流分を含まない交流電流)が流れるので、電気分解による電極の腐食や水に溶解している不純物の析出による動作不良が発生しにくい。また、変圧器(トランス65(図5(b))を備えていないので、安価であり、構成部品の占有面積が少ない。なお、機械式リレーはコイルが1個であるが、トランスは2巻線必要である。 According to the water detection electrode circuit 104 of the present embodiment, since a square wave current (an AC current not including a DC component) flows in water, malfunction due to electrode corrosion caused by electrolysis or precipitation of impurities dissolved in water. Is unlikely to occur. Further, since the transformer (transformer 65 (FIG. 5B)) is not provided, the transformer is inexpensive and the area occupied by the components is small. The mechanical relay has one coil, but the transformer has two windings. A line is necessary.
(第4実施形態)
第3実施形態の水検知電極回路104は、常に方形波電流が水に流れており、水に流れる電流をOFFさせることができなかった。このため、給湯器200(図2)は、バーナ230(図2)の点火前に水の有無を確認してからも、直流電源が直流電力を供給している限り、水に方形波電流が流れ続けていた。
(Fourth embodiment)
In the water detection electrode circuit 104 of the third embodiment, a square wave current always flows in the water, and the current flowing in the water cannot be turned off. For this reason, the water heater 200 (FIG. 2) has a square wave current in the water as long as the DC power supply supplies DC power even after the presence of water is confirmed before the ignition of the burner 230 (FIG. 2). It continued to flow.
図8は、本発明の第4実施形態である水電極検知回路の回路図である。
水検知電極回路106は、第3実施形態の水検知電極回路104に対して、フォトカプラ24(フォトトランジスタ24a,フォトダイオード24b)、及び抵抗器45を追加したものである。
FIG. 8 is a circuit diagram of a water electrode detection circuit according to the fourth embodiment of the present invention.
The water detection electrode circuit 106 is obtained by adding a photocoupler 24 (
水検知電極回路106は、電極10と、2回路2接点リレー53(53a、53b、53c)と、抵抗器43と、接地されたDC電源(直流電源)と、フォトカプラ24(24a,24b)と、デジタルトランジスタ60とを備え、マイコンのAD入力ポート、及び出力ポート1,2に接続される。
The water detection electrode circuit 106 includes an electrode 10, a two-circuit two-contact relay 53 (53a, 53b, 53c), a
2回路2接点リレー53は、第1固定接点と第2固定接点と第1可動接点とを備える2接点スイッチ53aと、第3固定接点と第4固定接点と第2可動接点とを備える2接点スイッチ53bと、2接点スイッチ53a,53bの可動接点を同時に可動させるコイル53cとを備える。
The two-circuit two-contact relay 53 includes a two-
電極10の一方の金属棒10aは、第1可動接点に接続され、第1固定接点はフォトトランジスタ24aのエミッタに接続され、コレクタが抵抗器43の一端に接続される。また、抵抗器41の他端は直流電源に接続される。電極10の他方の金属棒10bは、第2可動接点に接続され、第3固定接点は、接地されている。また、第1固定接点と第4固定接点とが接続され、第2固定接点と第3固定接点とが接続されている。
One
コイル53cは、一端が直流電源に接続され、他端がデジタルトランジスタ60のコレクタに接続される。デジタルトランジスタ60のエミッタは、接地され、ベースは内部抵抗器を介してマイコン150(図3)の出力ポート1に接続される。また、フォトダイオード24bは、アノードが抵抗器45の一端に接続され、他端が直流電源に接続される。またフォトダイオード24bのカソードは、マイコン150の出力ポート2に接続される。
One end of the
(動作)
まず、マイコンの出力ポート2がLOWレベルであるとする。この場合は、フォトダイオード24bに電流が流れ、フォトトランジスタ24aがON状態になるので、水検知電極回路106の動作は、第3実施形態の水検知電極回路104の動作と同様である。
次に、マイコン150(図3)の出力ポート2がHIGHレベルであるとする。この場合は、フォトダイオード24bに電流が流れず、フォトトランジスタ24aがOFF状態に遷移し、何れの方向にも電極10に電流が流れず、マイコン150のAD入力ポートは、HIGHレベルとなる。
(Operation)
First, assume that the
Next, it is assumed that the
つまり、水検知電極回路106は、水検知電極回路104と異なり、電極10に流れる電流を遮断することができる。給湯器200(図2)は、バーナ230の点火前に、水検知電極回路106が水の有無を確認し、確認後、電極10に流れる電流を遮断すれば、水検知電極回路104の構成よりも、電気分解による電極の腐食や水に溶解している不純物の析出による動作不良が発生しにくい。 That is, unlike the water detection electrode circuit 104, the water detection electrode circuit 106 can block the current flowing through the electrode 10. If the water detection electrode circuit 106 confirms the presence or absence of water before the burner 230 is ignited and the current flowing through the electrode 10 is cut off after the confirmation, the water heater 200 (FIG. 2) However, it is difficult to cause malfunction due to electrode corrosion caused by electrolysis or precipitation of impurities dissolved in water.
(変形例)
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
(1)前記第1実施形態の水検知電極回路100(図1)は、抵抗器31と抵抗器33の接続点(A点)の電位を測定していたが、抵抗器35と抵抗器34の接続点の電位を測定してもよい。同様に、前記第2実施形態の水検知電極回路102(図6)は、抵抗器31と電極10の接続点(A点)の電位を測定していたが、抵抗器35と電極10の接続点(B点)の電位を測定してもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications such as the following are possible.
(1) Although the water detection electrode circuit 100 (FIG. 1) of the first embodiment measures the potential at the connection point (point A) between the
(2)前記第3実施形態の水検知電極回路104(図7)は、抵抗器41の一端に直流電圧を印加し、2接点スイッチ51bの第3固定接点を接地していたが、抵抗器41の一端を接地し、2接点スイッチ51bの第3固定接点に直流電圧を印加してもよい。つまり、抵抗器41の一端と2接点スイッチ51bの第3固定接点との間に直流電源を接続すればよい。
(2) The water detection electrode circuit 104 (FIG. 7) of the third embodiment applies a DC voltage to one end of the
(3)前記第4実施形態の水検知電極回路106(図8)は、2接点スイッチ53aの第1固定接点と抵抗器43との間にフォトトランジスタ24aを挿入していたが、挿入箇所は、抵抗器43と直流電源との間でもよく、2接点スイッチ53aの第1可動接点と電極10問の間でもよく、電極10と2接点スイッチ53bの第3固定接点との間でもよく、2接点スイッチ53bの第2可動接点との間でもよい。つまり、スイッチ素子(フォトトランジスタ)は、電極10と第1可動接点とを接続する接続線と、電極10と第2可動接点とを接続する接続線と、第1固定接点、第3固定接点、抵抗器、及び直流電源を直列接続する複数の接続線との何れか一又は複数の接続線に挿入すればよい。
(3) In the water detection electrode circuit 106 (FIG. 8) of the fourth embodiment, the
(4)水検知電極回路100(図1),102(図6)は、抵抗器31と電極10とが直列接続されており、スイッチ素子であるフォトカプラ22aと、抵抗器35及びフォトカプラ20aとの組み合わせが電極10に流れる電流の方向を反転させるスイッチ回路を構成する。また、水検知電極回路104(図7),106(図8)は、2接点スイッチ51a,51b,53a,53bが電極10に流れる電流の方向を反転させるスイッチ回路を構成する。
(4) In the water detection electrode circuits 100 (FIG. 1) and 102 (FIG. 6), the
(5)前記各実施形態は、A/D変換器156を用いて、電極10の電位を検出したが、コンパレータ乃至ヒステリシスコンパレータを用いて、所定の設定電位と比較してもよい。
(5) In each of the above embodiments, the potential of the electrode 10 is detected using the A /
10 電極
10a,10b 金属棒
20,22,24 フォトカプラ
20a,22a,24a フォトトランジスタ(スイッチ素子)
20b,22b,24b フォトダイオード
31,33,34,35,37,39,41,43,45 抵抗器
51,53 2回路2接点リレー
51a,51b,53a,53b 2接点スイッチ
51c,53c コイル
60 デジタルトランジスタ
65 トランス
100,102,104,106 水検知電極回路
150 マイコン
152 制御部
154 記憶部
156 A/D変換器(電位検出回路)
158 I/Oポート
200 給湯器
210 一次熱交換器
220 二次熱交換器
230 バーナ
235 バーナ点火回路
240 操作部
245 表示部
250 中和器
255 障壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
20b, 22b,
158 I / O port 200 Water heater 210 Primary heat exchanger 220 Secondary heat exchanger 230
Claims (7)
第1の抵抗器と第3の抵抗器と前記電極と第4の抵抗器と第1のスイッチ素子とをこの順に直列接続した第1の直列回路と、
第2の抵抗器と前記第4の抵抗器と前記電極と前記第3の抵抗器と第2のスイッチ素子とをこの順に直列接続した第2の直列回路と、
前記第1の直列回路の両端、及び前記第2の直列回路の両端に電圧を印加する直流電源と、
前記第1の抵抗器と前記第3の抵抗器との接続点、及び前記第2の抵抗器と前記第4の抵抗器との接続点の何れか一方又は双方の電位を検出する電位検出回路と、
前記第1のスイッチ素子の短絡時間と前記第2のスイッチ素子の短絡時間とを略等しくする制御部と
を備えることを特徴とする水検知電極回路。 A water detection electrode circuit that detects the presence or absence of the detection target water by passing an electric current through an electrode immersed in the detection target water,
A first series circuit in which a first resistor, a third resistor, the electrode, a fourth resistor, and a first switch element are connected in series in this order;
A second series circuit in which a second resistor, the fourth resistor, the electrode, the third resistor, and a second switch element are connected in series in this order;
A DC power source for applying a voltage to both ends of the first series circuit and to both ends of the second series circuit;
A potential detection circuit that detects a potential at one or both of a connection point between the first resistor and the third resistor and a connection point between the second resistor and the fourth resistor. When,
A water detection electrode circuit comprising: a control unit configured to substantially equalize a short circuit time of the first switch element and a short circuit time of the second switch element.
前記第3の抵抗器、及び前記第4の抵抗器は、短絡状態であることを特徴とする水検知電極回路。 The water sensing electrode circuit according to claim 1,
The water detection electrode circuit, wherein the third resistor and the fourth resistor are in a short circuit state.
前記第1のスイッチ素子、及び前記第2のスイッチ素子は、フォトカプラ内部のフォトトランジスタであり、
前記制御回路は、前記フォトカプラ内部のフォトダイオードを発光させて前記短絡時間を制御することを特徴とする水検知電極回路。 The water detection electrode circuit according to claim 1 or 2,
The first switch element and the second switch element are phototransistors inside a photocoupler,
The water detection electrode circuit, wherein the control circuit controls the short-circuiting time by causing a photodiode inside the photocoupler to emit light.
第1可動接点が第1固定接点に接続されるとき、第2可動接点が第3固定接点に接続され、前記第1可動接点が第2固定接点に接続されるとき、前記第2可動接点が第4固定接点に接続される、2回路2接点リレーと、
一端が前記第1固定接点、及び第4固定接点に接続される抵抗器と、
前記抵抗器の他端と前記第2固定接点、及び前記第3固定接点との間に直流電圧を印加する直流電源と、
前記抵抗器と前記第1固定接点との接続点の電位を検出する電位検出回路と、
前記2回路2接点リレーのコイルの通電時間と非通電時間とを略等しくする制御部とを備え、
前記電極は、前記第1可動接点と前記第2可動接点とに接続されている
ことを特徴とする水検知電極回路。 A water detection electrode circuit that detects the presence or absence of the detection target water by passing an electric current through an electrode immersed in the detection target water,
When the first movable contact is connected to the first fixed contact, the second movable contact is connected to the third fixed contact, and when the first movable contact is connected to the second fixed contact, the second movable contact is A two-circuit two-contact relay connected to the fourth fixed contact;
A resistor having one end connected to the first fixed contact and the fourth fixed contact;
A DC power source for applying a DC voltage between the other end of the resistor and the second fixed contact and the third fixed contact;
A potential detection circuit for detecting a potential at a connection point between the resistor and the first fixed contact;
A control unit for making the energization time and non-energization time of the coil of the two-circuit two-contact relay substantially equal,
The water detection electrode circuit, wherein the electrode is connected to the first movable contact and the second movable contact.
前記電極と前記第1可動接点とを接続する接続線と、前記電極と前記第2可動接点とを接続する接続線と、前記第1固定接点、前記第3固定接点、前記抵抗器、及び前記直流電源を直列接続する複数の接続線との何れか一又は複数の接続線に挿入されるスイッチ素子をさらに備える
ことを特徴とする水検知電極回路。 The water detection electrode circuit according to claim 4,
A connection line connecting the electrode and the first movable contact; a connection line connecting the electrode and the second movable contact; the first fixed contact; the third fixed contact; the resistor; A water detection electrode circuit, further comprising a switch element inserted into any one or a plurality of connection lines of a plurality of connection lines connecting DC power supplies in series.
請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の水検知電極回路をさらに備え、
前記電極は、前記中和器の内部に備えられていることを特徴とする給湯器。 A primary heat exchanger that directly heats with a burner, a secondary heat exchanger that preheats water with the exhaust gas of the primary heat exchanger, and supplies the preheated water to the primary heat exchanger; and the secondary heat exchanger A water heater comprising a neutralizer for neutralizing condensed water condensed in a heat exchanger,
The water detection electrode circuit according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
The water heater is characterized in that the electrode is provided inside the neutralizer.
抵抗器と前記電極とを直列接続した直列回路と、
前記電極に流れる電流の方向を反転させるスイッチ回路と、
前記抵抗器の一端に電圧を印加する直流電源と、
前記抵抗器の他端の電位を検出する電位検出回路と、
前記スイッチ回路が前記電極に電流を正方向に流す時間と反転電流を流す時間とを略等しくする制御部と
を備えることを特徴とする水検知電極回路。 A water detection electrode circuit that detects the presence or absence of the detection target water by passing an electric current through an electrode immersed in the detection target water,
A series circuit in which a resistor and the electrode are connected in series;
A switch circuit that reverses the direction of the current flowing through the electrode;
A DC power supply for applying a voltage to one end of the resistor;
A potential detection circuit for detecting the potential of the other end of the resistor;
The water detection electrode circuit, wherein the switch circuit includes a control unit that substantially equalizes a time during which a current flows through the electrode in a positive direction and a time during which a reverse current flows.
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