JP2019143929A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出部からの検出信号を複数のマイコンで監視する構成とされた場合に、精度良く検出信号をマイコンが取得できる燃焼装置を提供する。【解決手段】給湯器は、出湯温度を検出するための出湯サーミスタ１１１と、出湯サーミスタ１１１から出力された検出信号であるアナログ電圧信号が入力される複数のマイコン１２１と、を備える。ここで、複数のマイコン１２１は、それぞれが、入力されたアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するためのアナログ−デジタル変換回路１２２を含み、当該アナログ−デジタル変換回路１２２の前段にアナログ電圧信号をホールドするためのコンデンサ１２５が設けられる。さらに、出湯サーミスタ１１１と各マイコン１２１との間の入力ラインＬ２に、ボルテージフォロア回路１２６が設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、給湯器等の燃焼装置に関する。

燃焼装置の一例であるガス給湯器において、２つのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略す）を備え、バーナーの燃焼を検出する炎検出回路からの炎検出信号、熱交換器の通水流量を検出する水量検出回路からの通水検出信号など、燃焼動作の制御に用いられる検出信号を、双方のマイコンに入力させるようにしたものが特許文献１に記載されている。

マイコンには、複数のアナログ入力ポートが用意されており、上記検出信号がアナログ電圧信号（アナログ電圧値）である場合にアナログ入力ポートに入力される。さらに、マイコンには、アナログ−デジタル変換回路（以下、「ＡＤ変換回路」という）が内蔵されており、アナログ入力ポートに入力されたアナログ電圧信号がＡＤ変換回路によってデジタル電圧信号（デジタル電圧値）に変換される。

ＡＤ変換回路の前段には、複数のアナログ入力ポートに入力されたアナログ電圧信号を順次サンプリングしてホールドするサンプル・ホールド回路が設けられる。サンプル・ホールド回路には、アナログ電圧信号をホールドするため、そのアナログ電圧信号がチャージされるコンデンサが備えられる。

特許第３８７１６６３号公報

ところで、上記のように２つのマイコンの双方にアナログ電圧信号である検出信号が入力される場合には、検出信号の入力ラインが分岐され、分岐された各入力ラインがアナログ入力ポートに接続される。このような構成において、一方のマイコンのアナログ入力ポート側においてグランドとの短絡などの不具合が生じた場合に、不具合の影響なく他方のマイコンに適正に検出信号がされるように、分岐された各入力ラインに、十分に値の大きな抵抗を挿入する構成が採られ得る（図３参照）。

しかしながら、この場合、挿入された抵抗とサンプル・ホールド回路のコンデンサとにより積分回路が構成される。しかも、挿入された抵抗の値が大きいため、積分回路の時定数も大きくなってしまう。これにより、コンデンサによるアナログ電圧信号のチャージに時間が掛かってしまうことが懸念される。こうなった場合、マイコンの駆動クロックが高速になってサンプリング速度が大きくなると、コンデンサによりアナログ電圧信号である検出信号の適正なホールドが行われる前にＡＤ変換回路で検出信号の取得が行われてしまい、デジタル電圧信号である検出信号が正常に得られない、ということが生じ得る。

かかる課題に鑑み、本発明は、検出部からの検出信号を複数のマイコンで監視する構成とされた場合に、精度良く検出信号をマイコンが取得できる燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る燃焼装置は、燃焼動作を行うために必要な情報を検出するための検出部と、前記検出部から出力された検出信号であるアナログ電圧信号が入力される複数のマイクロコンピュータと、を備える。ここで、前記複数のマイクロコンピュータは、それぞれが、入力された前記アナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するためのアナログ−デジタル変換回路を含み、当該アナログ−デジタル変換回路の前段に前記アナログ電圧信号をホールドするためのコンデンサが設けられる。さらに、前記検出部と前記各マイクロコンピュータとの間の入力ラインに、ボルテージフォロア回路が設けられる。

上記の構成によれば、ボルテージフォロア回路により、入力ラインが電気的に縁切りされるような回路構成を実現できるので、何れかのマイクロコンピュータの入力側で不具合が発生しても、その影響が他のマイクロコンピュータの入力側に及ぶことを防止でき、他のマイクロコンピュータによって温度検出部からの検出信号を正常に検出することができる。

しかも、ボルテージフォロア回路の抵抗分とコンデンサとで積分回路が構成されたとしても、その時定数は極めて小さなものとなるため、コンデンサによる検出信号のチャージが遅延しにくい。このため、マイクロコンピュータのクロック周波数が高くなっても、コンデンサによりアナログ電圧信号である検出信号を正常にホールドすることが可能となり、アナログ−デジタル回路でのアナログ−デジタル変換によってデジタル電圧信号である検出信号を正常に得ることが可能となる。

本態様に係る燃焼装置において、前記マイクロコンピュータは、複数のアナログ入力ポートを有し、これらアナログ入力ポートの１つに、前記検出部からの前記アナログ電圧信号が入力されるような構成とされ得る。この場合、前記複数のアナログ入力ポートと前記コンデンサとの間に、前記マイクロコンピュータのクロック周波数に基づく周波数のクロック信号によりスイッチングされて、前記各アナログ入力ポートと前記コンデンサとを順次接続させるマルチプレクサ回路が設けられる。そして、前記クロック周波数が３２ＭＨｚ以上とされる。

上記の構成によれば、クロック周波波が３２ＭＨｚ以上となることで、マイクロコンピュータが大きく高速化しても、コンデンサによる検出信号のチャージの遅延に起因して検出信号が正常にホールドできなくなることを防止できるので、マイクロコンピュータにより、検出部からの検出信号を正常に検出できる。

本態様に係る燃焼装置において、前記燃焼動作により生成された湯が出される出湯部をさらに備える構成が採られ得る。この場合、前記検出部は、出湯温度を検出するための温度検出部を含む。

上記の構成によれば、マイクロコンピュータは、出湯温度を精度良く検出することができるので、出湯部から適正な温度の湯を供給することが可能となる。

以上のとおり、本発明によれば、検出部からの検出信号を複数のマイコンで監視する構成とされた場合に、精度良く検出信号をマイコンが取得できる燃焼装置を提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施形態に係る、給湯器の構成を示す図である。 図２は、実施形態に係る、出湯サーミスタが接続された制御基板の回路ブロック図である。 図３は、比較例に係る、出湯サーミスタが接続された制御基板の回路ブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、給湯器に本発明を適用したものである。

本実施形態において、給湯器１００が、特許請求の範囲に記載の「燃焼装置」に対応する。また、配管１０８が、特許請求の範囲に記載の「出湯部」に対応する。さらに、出湯サーミスタ１１１が、特許請求の範囲に記載の「検出部」および「温度検出部」に対応する。

ただし、上記記載は、あくまで、特許請求の範囲の構成と実施形態の構成とを対応付けることを目的とするものであって、上記対応付けによって特許請求の範囲に記載の発明が実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る、給湯器１００の構成を示す図である。

給湯器１００は、外装ケース１０１と、外装ケース１０１の前面を覆うフロントカバー１０２とを備える。外装ケース１０１の内部に缶体１０３が配置され、缶体１０３内に、燃焼器１０４と、熱交換器１０５が収容される。燃焼器１０４には、配管１０６によって燃焼ガスが供給される。配管１０６には、燃焼ガスの供給量を調節するための電磁弁１０７が設けられる。

熱交換器１０５には、水の流路を構成する配管１０８が通される。配管１０８の入口に水が供給され、配管１０８の出口から湯が放出される。配管１０８を流れる水が熱交換器１０５の流路を通る間に、燃焼器１０４で生じた熱が熱交換器１０５を介して水に伝達される。これにより、水が沸かされる。配管１０８には、湯の放出量すなわち給湯量を調整するための電磁弁１０９が設けられる。

缶体１０３の給気口１０３ａにファン１１０が連結される。缶体１０３の排気口１０３ｂは、外装ケース１０１の側面に形成された孔を介して外部に開放されている。ファン１１０は、モータ１１０ａが駆動されることにより、燃焼器１０４に燃焼用の空気を供給する。ファン１１０は、所定の空燃比で燃焼器１０４に空気が供給されるよう、所定の回転数に制御される。

配管１０８には、電磁弁１０９よりも湯の流れの下流位置に、放出される湯の温度、即ち出湯温度を検出するための出湯サーミスタ１１１が取り付けられる。配管１０８に取り付けられた出湯サーミスタ１１１は、その感温部が配管１０８の内部に臨む。出湯温度は、湯を生成するための燃焼器１０４による燃焼動作に必要な情報である。出湯サーミスタ１１１は、出湯温度に応じた検出信号を出力する。検出信号は、アナログ電圧信号（アナログ電圧値）の形式で出力される。

給湯器１００は、燃焼器１０４の点火装置（図示せず）、電磁弁１０７、ファン１１０のモータ１１０ａ等の負荷を制御するため、外装ケース１０１内に、制御基板１２０を備える。また、制御基板１２０は、リモートコントローラ２００（以下、「リモコン２００」と略す）と通信を行い、リモコン２００から各種の操作信号を入力したり、リモコン２００に表示される各種の情報を出力したりする。

制御基板１２０は、２つのマイクロコンピュータ１２１（以下、「マイコン１２１」と略す）を備える。この他、制御基板１２０は、モータ１１０ａ等の負荷を駆動するための駆動回路（図示せず）、ファン１１０の回転数を検出する回転数検出回路（図示せず）等を備える。各マイコン１２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read OnlyMemory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含み、発振子から発振されるクロック周波数に従って制御動作を行う。本実施形態では、各マイコン１２１のクロック周波数が３２ＭＨｚ以上の周波数、たとえば３２ＭＨｚとされる。

２つのマイコン１２１は、協働して給湯器１００の負荷を制御する。これにより、給湯器１００の動作中に、２つのマイコン１２１のうち一方に異常が生じても、正常な他方により給湯器１００の動作を停止させることが可能となる。

２つのマイコン１２１は、それぞれが、同じ機能を実行したり、異なる機能を実行したりし得る。たとえば、電磁弁１０７は、双方のマイコン１２１によりオンオフ制御され、双方のマイコン１２１からのオン信号があったときに開放され、何れかのマイコン１２１からのオフ信号があったときに閉鎖される。また、たとえば、ファン１１０は、一方のマイコン１２１によりオンオフ制御されるが、回転数検出回路で検出されたファン１１０の回転数は、他方のマイコン１２１にも入力され、双方のマイコン１２１でファン１１０の回転数が監視される。また、出湯サーミスタ１１１からの検出信号も、双方のマイコン１２１により監視される。これにより、一方のマイコン１２１が検出信号を検出できなくなっても、他方のマイコン１２１により、出湯温度に基づく燃焼器１０４等の制御を行うことが可能となる。

図２は、本実施形態に係る、出湯サーミスタ１１１が接続された制御基板１２０の回路ブロック図である。なお、図２では、制御基板１２０において、２つのマイコン１２１と、出湯サーミスタ１１１に関わる回路構成のみが示されている。

マイコン１２１には、アナログ電圧信号が入力可能なアナログ入力ポート１２１ａが複数設けられる。出湯サーミスタ１１１とマイコン１２１との間の検出信号の入力ラインＬ１は、途中で分岐され、分岐された入力ラインＬ２が、各マイコン１２１の１つのアナログ入力ポート１２１ａに接続される。なお、図２には示されていないが、その他のアナログ入力ポート１２１ａにも、必要に応じて、出湯サーミスタ１１１以外のセンサから、その他の検出信号がアナログ電圧信号の形式で入力される。

マイコン１２１は、アナログ−デジタル変換回路１２２（以下、「ＡＤ変換回路１２２」という）と、サンプル・ホールド回路１２３とを内蔵する。ＡＤ変換回路１２２は、アナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。サンプル・ホールド回路１２３は、ＡＤ変換回路１２２の前段に配置され、複数のアナログ入力ポート１２１ａに入力されたアナログ電圧信号を順次サンプリングしてホールドする。ホールドされたアナログ電圧信号がＡＤ変換回路１２２に入力される。

サンプル・ホールド回路１２３は、マルチプレクサ回路１２４と、コンデンサ１２５とを含む。マルチプレクサ回路１２４は、各アナログ入力ポート１２１ａとコンデンサ１２５との間の接続切り替えを行うスイッチ部１２４ａを有する。マルチプレクサ回路１２４は、マイコン１２１のクロック周波数に基づく周波数のクロック信号に従ってスイッチングされることにより、即ち、各スイッチ部１２４ａが順次オン、オフされることにより、各アナログ入力ポート１２１ａとコンデンサ１２５とを順次接続させる。コンデンサ１２５は、マルチプレクサ回路１２４によりサンプリングされたアナログ電圧信号をホールドするため、そのアナログ電圧信号をチャージする。

出湯サーミスタ１１１と各マイコン１２１との間の各入力ラインＬ２には、ボルテージフォロア回路１２６が設けられる。ボルテージフォロア回路１２６は、オペアンプにより構成される。

出湯サーミスタ１１１からアナログ電圧信号としてアナログ入力ポート１２１ａに入力された検出信号は、そのアナログ入力ポート１２１ａに対応するスイッチ部１２４ａがオンしたタイミングでコンデンサ１２５にチャージされホールドされる。そして、スイッチ部１２４ａがオフすると、ホールドされたアナログ電圧信号である検出信号がＡＤ変換回路１２２に取得されてデジタル電圧信号である検出信号に変換される。コンデンサ１２５が放電されると、マルチプレクサ回路１２４では、次のスイッチ部１２４ａがオンする。残りのスイッチ部１２４ａが、順次、オン、オフされた後、再び、出湯サーミスタ１１１が接続されたアナログ入力ポート１２１ａに対応するスイッチ部１２４ａがオンし、出湯サーミスタ１１１からの検出信号が、再び、コンデンサ１２５でホールドされた後、ＡＤ変換回路１２２でアナログ−デジタル変換（以下、「ＡＤ変換」という）される。

上述のように、各マイコン１２１のクロック周波数は、３２ＭＨｚ以上の周波数とされる。このように、クロック周波数が高くなると、マルチプレクサ回路１２４に入力されるクロック信号の周波数も高くなるため、マルチプレクサ回路１２４、即ちサンプル・ホールド回路１２３によるアナログ電圧信号、即ち検出信号のサンプリング周波数も高くなる。このため、マイコン１２１において、出湯サーミスタ１１１からの検出信号を、より連続に近い状態で取得でき、高い検出精度を確保できる。

ここで、一方のマイコン１２１において、出湯サーミスタ１１１が接続されたアナログ入力ポート１２１ａ側で不具合が生じた場合、たとえば、グランドとの短絡が生じ、アナログ入力ポート１２１ａがグランドレベルになった場合、ボルテージフォロア回路１２６がなければ、他方のマイコン１２１における出湯サーミスタ１１１が接続されたアナログ入力ポート１２１ａもグランドレベルとなり、他方のマイコン１２１によって出湯サーミスタ１１１からの検出信号が検出できなくなる。本実施形態では、ボルテージフォロア回路１２６により、入力ラインＬ２が電気的に縁切りされるような回路構成を実現できる。これにより、一方のマイコン１２１のアナログ入力ポート１２１ａ側で発生したグランドとの短絡などの不具合の影響が、他方のマイコン１２１側の入力ラインＬ２およびアナログ入力ポート１２１ａに及びにくい。よって、他方のマイコン１２１によって出湯サーミスタ１１１からの検出信号を正常に検出できる。

さらに、上記のように、マイコン１２１のクロック周波数が高くなることでサンプル・ホールド回路１２３のサンプリング周波数が高くなると、マルチプレクサ回路１２４では、スイッチ部１２４ａのオン時間、即ち、コンデンサ１２５のアナログ電圧信号のチャージに与えられる時間が短くなる。しかしながら、ボルテージフォロア回路１２６は、抵抗分の値が数Ωとわずかであるため、その抵抗分とサンプル・ホールド回路１２３のコンデンサ１２５とで積分回路が構成されたとしても、その時定数は極めて小さなものとなる。このため、コンデンサ１２５によるアナログ電圧信号、即ち検出信号のチャージを遅延させることがほぼ生じない。よって、マイコン１２１のクロック周波数が高くなることにより、サンプル・ホールド回路１２３のサンプリング周波数が高くなっても（スイッチ部１２４ａのオン時間が短くなっても）、コンデンサ１２５により、検出信号のチャージを十分に完了させること、即ち検出信号を正常にホールドすることができ、ＡＤ変換回路１２２でのＡＤ変換によってデジタル電圧信号である検出信号を正常に得ることができる。

図３は、比較例に係る、出湯サーミスタ１１１が接続された制御基板１２０の回路ブロック図である。

図３に示すように、出湯サーミスタ１１１と各マイコン１２１との間の各入力ラインＬ２に、ボルテージフォロア回路１２６に替えて、値の大きな抵抗１２７、たとえば、１００ｋΩの抵抗１２７を挿入することで、一方のマイコン１２１のアナログ入力ポート１２１ａ側で発生したグランドとの短絡などの不具合の影響が、他方のマイコン１２１側の入力ラインＬ２およびアナログ入力ポート１２１ａに及びにくいようにすることもできる。

しかしながら、このような構成とされた場合、抵抗１２７とサンプル・ホールド回路１２３のコンデンサ１２５とで構成される積分回路の時定数が大きくなるので、コンデンサ１２５によるアナログ電圧信号、即ち検出信号のチャージが大きく遅延しやすくなる。よって、マイコン１２１のクロック周波数が高くなることにより、サンプル・ホールド回路１２３のサンプリング周波数が高くなると、コンデンサ１２５による検出信号のチャージが間に合わず、即ち検出信号を正常にホールドできず、ＡＤ変換回路１２２でのＡＤ変換によってデジタル電圧信号である検出信号を正常に得られない虞がある。なお、このような不具合は、マイコン１２１のクロック周波数が３２ＭＨｚ以上となった場合に特に生じやすく、クロック周波数が１６ＭＨｚ程度である場合には生じにくい。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、以下の効果が奏され得る。

ボルテージフォロア回路１２６により、入力ラインＬ２が電気的に縁切りされるような回路構成を実現できる。これにより、一方のマイコン１２１のアナログ入力ポート１２１ａ側で不具合が発生しても、その影響が他方のマイコン１２１側の入力ラインＬ２およびアナログ入力ポート１２１ａに及ぶことを防止でき、他方のマイコン１２１によって出湯サーミスタ１１１からの検出信号を正常に検出することができる。

しかも、ボルテージフォロア回路１２６の抵抗分とサンプル・ホールド回路１２３のコンデンサ１２５とで積分回路が構成されたとしても、その時定数は極めて小さなものとなるため、コンデンサ１２５によるアナログ電圧信号、即ち検出信号のチャージが遅延しにくい。これにより、マイコン１２１のクロック周波数が高くなっても、コンデンサ１２５により、検出信号を正常にホールドすることが可能となり、ＡＤ変換回路１２２でのＡＤ変換によってデジタル電圧信号である検出信号を正常に得ることが可能となる。よって、マイコン１２１は、出湯温度を精度良く検出することができるので、給湯器１００から適正な温度の湯を供給することが可能となる。

特に、ボルテージフォロア回路１２６に替えて抵抗１２７が用いられた場合、クロック周波波が３２ＭＨｚ以上となることで、マイコン１２１が大きく高速化すると、コンデンサ１２５による検出信号のチャージが遅延に起因して検出信号が正常にホールドできなくなることが極めて生じやすくなる。この点、本実施形態では、このようにマイコン１２１が大きく高速化しても、コンデンサ１２５による検出信号のチャージの遅延に起因して検出信号が正常にホールドできなくなることを防止できるので、マイコン１２１により、出湯サーミスタ１１１からの検出信号を正常に検出できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態によって何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施形態も、上記以外に種々の変更が可能である。

上記実施形態では、出湯温度を検出する出湯サーミスタ１１１の検出信号がマイコン１２１のアナログ入力ポート１２１ａに入力され、その検出信号の入力ラインＬ２にボルテージフォロア回路１２６が設けられる構成が例示された。しかしながら、燃焼動作の制御に必要な情報を検出するための検出部は、出湯サーミスタ１１１以外のセンサ、たとえば、配管１０８に供給される水の温度を検出するサーミスタ、燃焼器１０４の燃焼を検出するフレームロッド等であってもよい。

また、上記実施形態では、給湯器１００は、風呂の追い炊き機能を備えていないが、風呂の追い炊き機能を備えていてもよい。

さらに、上記実施形態では、給湯器１００が例示されたが、本発明は、ガスコンロ、ガスファンヒータなど、給湯器１００以外の燃焼装置に適用することができる。

この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に記載の範囲で適宜変更可能である。

１００ 給湯器（燃焼装置）
１０８ 配管（出湯部）
１１１ 出湯サーミスタ（検出部、温度検出部）
１２１ マイクロコンピュータ
１２１ａ アナログ入力ポート
１２２ アナログ−デジタル変換回路
１２４ マルチプレクサ回路
１２５ コンデンサ
Ｌ２ 入力ライン

Claims (3)

1. 燃焼動作を行うために必要な情報を検出するための検出部と、
   前記検出部から出力された検出信号であるアナログ電圧信号が入力される複数のマイクロコンピュータと、を備え、
   前記複数のマイクロコンピュータは、それぞれが、入力された前記アナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するためのアナログ−デジタル変換回路を含み、当該アナログ−デジタル変換回路の前段に前記アナログ電圧信号をホールドするためのコンデンサが設けられ、
   前記検出部と前記各マイクロコンピュータとの間の入力ラインに、ボルテージフォロア回路が設けられる、
   ことを特徴とする燃焼装置。
2. 前記マイクロコンピュータは、複数のアナログ入力ポートを有し、これらアナログ入力ポートの１つに、前記検出部からの前記アナログ電圧信号が入力され、
   前記複数のアナログ入力ポートと前記コンデンサとの間に、前記マイクロコンピュータのクロック周波数に基づく周波数のクロック信号によりスイッチングされて、前記各アナログ入力ポートと前記コンデンサとを順次接続させるマルチプレクサ回路が設けられ、
   前記クロック周波数が３２ＭＨｚ以上とされる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記燃焼動作により生成された湯が出される出湯部をさらに備え、
   前記検出部は、出湯温度を検出するための温度検出部を含む、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置。

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