JP2624565B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、バーナへの燃料供給を司る電磁弁をマイク
ロコンピュータ（以下「マイコン」という）によって制
御する燃焼制御装置に関する。

［従来の技術］ 例えばガス給湯器等のガス機器では、安全な点火動作
や目標の加熱量に応じて適切な制御ができるようにする
ためにマイコンを搭載した燃焼制御装置が多く用いられ
ており、そうした燃焼制御装置では、マイコンが正常に
作動しているか否かを監視するためのウォッチドッグタ
イマ回路が備えられている。そして、正常作動時にマイ
コンから送出される正常作動信号が外部雑音等によって
誤動作が発生したときに所定時間以上送出されなくなっ
てウォッチドッグタイマ回路がタイムアップすると、ウ
ォッチドッグタイマ回路がマイコンをリセットし、マイ
コンの暴走を防止して、正常動作へ復帰させている。

また、ウォッチドッグタイマ回路がタイムアップした
場合に、単にマイコンをリセットするだけでなく、マイ
コンへの電力の供給を停止するものがあり、そうした燃
焼制御装置のウォッチドッグタイマ回路では、電力の供
給を停止してから一定時間が経過すると自動的に電力供
給を再開してマイコンを再機動するようになっている。

一方、燃焼制御装置においては、バーナへ燃料を供給
する燃料供給路に設けられる電磁弁は、マイコンによっ
て制御されるリレーの接点を介して通電駆動され、リレ
ー駆動回路には駆動用電力が常時供給されていて、マイ
コンによってトランジスタ等のスイッチング素子がオン
に制御されるとリレーが通電されて電磁弁を駆動し、燃
料ガスがバーナへ供給される。

［発明が解決しようとする課題］ このように、電磁弁を駆動するためのリレー駆動回路
には常時電力が供給されていて、トランジスタ等のスイ
ッチング素子のオン動作に応じて直ぐに電磁弁を通電し
て電磁弁が開状態になるため、マイコンが誤動作してス
イッチング素子に対してオン信号が与えられると、直ち
に、燃料ガスがバーナへ供給されてしまう。

外部へ雑音等によってマイコンが誤動作した場合、通
常はリセットすることによって正常動作に復帰するが、
マイコンのハード面での異常が発生した場合には、ウォ
ッチドッグタイマ回路によってマイコンがリセットされ
ても正常動作に復帰できない場合が考えられる。

そのような場合には、従来のウォッチドッグタイマ回
路のみを備えた燃焼制御装置では、誤動作によってスイ
ッチング素子へのオン信号が繰り返してマイコンから送
出されることになり、それに応じて電磁弁が繰り返して
開状態になり、これが点火装置が作動していない場合に
発生すると、流出する燃料ガスがバーナ付近に充填し、
こうした状態で点火装置が作動すると、最悪の場合には
爆発着火の危険が生じるという問題がある。

本発明は、ガス等の燃焼機器を制御する燃焼制御装置
において、マイコンの誤動作の影響を受け難く、未燃焼
ガスの流出が生じにくく、従来のものと比較してより安
全が確保される燃焼制御装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、正常作動するとき正常作動信号が一定時間
間隔で発せられる制御用のマイクロコンピュータを有
し、バーナへの燃料供給路に設けられた電磁弁を通電す
るためのリレーを前記マイクロコンピュータによって制
御する燃焼制御装置であって、前記マイクロコンピュー
タへ電力供給を司る第１のスイッチング手段と、前記正
常作動信号が第１の所定時間以上停止した場合に前記第
１のスイッチング手段を制御して、前記マイクロコンピ
ュータへの電力供給を一旦停止した後、再び電力供給を
行う第１ウォッチドッグタイマ回路と、前記リレーを通
電するための通電回路を制御する第２のスイッチング手
段と、前記正常作動信号が前記第１の所定時間より長い
第２の所定時間以上停止したとき前記第２のスイッチン
グ手段を開く第２ウォッチドッグタイマ回路とを備える
ことを技術的手段とする。

［作用］ 本発明では、バーナへの燃料供給を制御する電磁弁
は、マイクロコンピュータによって制御されるリレーの
接点を介して通電され、マイクロコンピュータの制御状
態に応じて開閉される。

一方、マイクロコンピュータの正常作動時には、マイ
クロコンピュータからタイマ回路へ正常作動信号が送出
される。

各ウォッチドッグタイマ回路は、各所定時間以内に正
常作動信号が入力されている間は、正常作動信号が入力
される毎にリセットされて再始動する。

今仮に、マイクロコンピュータに異常が発生して正常
作動信号が送出されなくなると、第１ウォッチドッグタ
イマ回路は、正常作動信号が入力されなくなってから第
１の所定時間が経過したときに、マイクロコンピュータ
への電力供給を停止して、その後電力供給を行うため、
マイクロコンピュータは、電源の再投入に伴ってリセッ
ト動作を行い再起動する。従って、外部雑音等によって
マイクロコンピュータが誤動作した場合には、これによ
りマイクロコンピュータは正常動作に復帰する。

第２ウォッチドッグタイマ回路は、正常作動信号が入
力されなくなってから第１の所定時間より長い第２の所
定時間が経過したときに、リレーへの電力供給を行う通
電回路を制御して第２のスイッチング手段を開くため、
リレーによる電磁弁への通電ができなくなる。

このため、電磁弁を通電するためのリレーは、マイク
ロコンピュータの異常動作による開信号が与えられても
駆動されず、電磁弁が開くことがない。

従って、マイクロコンピュータが正常に動作せず、異
常動作を行う場合には、マイクロコンピュータの異常が
発生してから第２の所定時間を経過すれば、燃料が流出
することがなくなり、安全が確保される。

［発明の効果］ 本発明では、外部雑音等によりマイクロコンピュータ
に異常が発生して第１の所定時間が経過すると、第１ウ
ォッチドッグタイマ回路による再起動を行ってマイクロ
コンピュータをリセットする。従って、外部雑音等の一
時的なノイズによって誤動作した場合に、燃焼が停止す
ることがない。

また、マイクロコンピュータが故障して第１の所定時
間より長い第２の所定時間が経過すると、バーナへ燃料
を供給するための電磁弁を駆動するリレーへの通電が停
止するため、電磁弁を開くための制御信号がマイクロコ
ンピュータから送出されても燃料が流出することがな
い。

従って、従来の燃焼制御装置に比べて、より安全が確
保できる。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図に示す湯張り機能付きガス給湯器１は、図示し
ない給湯栓を備えた幾つかの給湯口への給湯を浴槽Ｂへ
の自動湯張りを行うもので、燃焼ケース２内には、上水
道等の水供給源から供給される水を加熱するための熱交
換器10と、加熱源として複数の板状バーナを配列した２
組のバーナ群３、3aとが設けられており、燃焼ケース２
には、バーナ群３、3aへ燃焼用空気を供給するための送
風機４が備えられている。

各バーナ群３、3aへ燃焼ガスを供給するガス供給路５
には、燃料ガスの供給を制御する元電磁弁5a、目標燃焼
量に応じて開度を調節して燃料ガスの供給量を調節する
ためのガバナ比例弁5bが設けられ、ガバナ比例弁5bの下
流でガス供給路５は分岐して、バーナ群３には燃焼時に
開弁し、停止によって閉弁する小電磁弁６が設けられ、
バーナ郡3a側には、目標燃焼量に応じて開閉される小電
磁弁6aが設けられ、各小電磁弁６、6aの下流には、各バ
ーナ群３、3aに対応して燃料ガスを噴出するノズル群を
備え、２室7a、7bに区画されたマニホールド７が接続さ
れている。

また、燃焼ケース２内には、バーナ群３、3aの点火電
磁８と、炎検知のためのフレームロッド９が設けられて
いる。

一方、熱交換器10へ水を供給するための上水道等と接
続される給水管11には、異物等の混入を防ぐためのフィ
ルタ12が最上流部に備えられ、その下流には、供給され
る水の温度を検知する入水温サーミスタ13と流量センサ
14が設けられている。

熱交換器10から湯水が流出する出湯管15には、熱交換
器10で加熱された水の温度を検知する出湯温サーミスタ
16が設けられ、さらにその下流には、熱交換器10を通過
する湯水の流量を調節するための湯量サーボ17が設けら
れている。

湯量サーボ17は、送りねじ機構によって支持された回
動軸の先端にテーパ形状の弁体を固定し、この弁体を開
口内に配して回動軸をギャドモータの出力軸に連結した
もので、ギャドモータが回転すると、前述の送りねじ機
構によって弁体が開口内を移動して開度を調節し、それ
によって通過流量を調節する。

出湯管15は、湯量サーボ17の下流で分流して、一方は
図示しない幾つかの給湯口と接続された給湯管18とな
り、他方は浴槽Ｂと接続された湯張り管19となってい
る。

給湯管18は、入水温サーミスタ13の下流で給水管11か
ら分岐したバイパス管20と接続されており、バイパス管
20にはバイパス管20を開閉して給水管11と給湯管18との
連通を制御するためのバイパス電磁弁21と、バイパス管
20を流れる水流を検知するための水流スイッチ22が設け
られている。

給湯管18と出湯管15との接続部には、バイパス電磁弁
21が開状態の場合に、給水管11と連通するバイパス管20
側から湯張り管18への水の流入を防止するための逆止弁
23が設けられ、また給湯管18には残火等の異常により発
生する高圧から熱交換器10等を保護するための圧力逃し
弁24が逆止弁23と一体に設けられている。

湯張り管19には、湯張り制御を行うための湯張り電磁
弁25と浴槽Ｂからの湯水の逆流を防止する逆止弁26とが
設けられ、逆止弁26の上流側には、上水道の断水等によ
って負圧が発生した場合に作動して、出湯管15を大気に
開放する負圧作動弁（バキュームブレーカ）27が設けら
れている。

以上の構成からなる本実施例の湯張り機能付きガス給
湯器１は、給湯器ケース1A内に設けられた制御装置30に
よって制御される。

制御装置30は、第１図に示すとおり、マイクロコンピ
ュータ（以下「マイコン」という）31を中心として、ガ
ス供給路５に設けられた各弁、送風機４と、出湯管15あ
るいはバイパス管20に設けられた湯量サーボ17および各
弁をそれぞれ駆動するための幾つかの駆動回路から構成
され、プラグを電灯線に接続するとそれぞれの回路に必
要な電圧を供給する電源回路50を備えている。

マイコン31には、制御プログラムがあらかじめ組み込
まれており、制御装置30は、以上の構成から各バーナ群
３、3aの燃焼状態を制御するための燃焼制御部と熱交換
器10を通過する湯水の流量および自動湯張りあるいは高
温差し湯のために通水を制御する水量制御部の各機能部
を形成し、各運転状態を設定操作するために備えられた
風呂リモコン41あるいはメーンリモコン42の操作に応じ
て、給湯運転、湯張り運転あるいは高温差し湯運転をそ
れぞれ行う。

また、マイコン31は、正常に作動している場合には、
一定時間Δｔ間隔でパルス信号を送出する。

ここでは、ガス供給路５に設けられた各電磁弁5a、
６、6aの駆動に関して説明する。

制御装置30では、各電磁弁5a、６、6aを駆動するため
に、各電磁弁に対応したリレー32A、32B、32Cが設けら
れており、各電磁弁5a、６、6aは、各リレー32A、32B、
32Cの接点32a、32b、32cをそれぞれを介して電源回路50
の弁駆動電源51と接続されている。

各リレー32A、32B、32Cは、マイコン31によって制御
されるリレー駆動回路32によってそれぞれ駆動される。

リレー駆動回路32は、電源回路50のリレー電源52の電
力がスイッチング手段33を介して供給され、この電力が
供給されている場合に限って各リレーを駆動することが
できる。

マイコン31には、電源回路50の5V電源53の電力をスイ
ッチング回路34を介して供給され、マイコン31には、同
じくスイッチング回路34により5V電源53の電力が供給さ
れるリセット回路31aが備えられており、スイッチング
回路34による電力供給が停止した後に、電力供給が再開
されるとマイコン31をリセットする。

制御装置30には、その他に、第１ウォッチドッグタイ
マ回路（以下「第１タイマ」という）60と、第２ウォッ
チドッグタイマ回路（以下「第２タイマ」という）70と
が設けられている。

これらのタイマ回路は、マイコン31で異常が発生した
場合に、制御装置30における異常動作をできる限り防止
するために設けられたものであり、ここでは、電源回路
50の立ち上がりに伴って供給される電力によって作動を
開始し、マイコン31にあらかじめ組み込まれた制御プロ
グラムが正常に作動している場合に、正常作動を示すた
めの信号として一定時間Δｔ間隔で送出されるパルス信
号に基づいて計時を行い、パルス信号が入力される毎に
計時がリセットされる。

第１タイマ60は、電源回路50のマイコン用電源53から
マイコン31へ供給される電力を制御するスイッチング回
路34を制御して、パルス信号が入力される間は、ハイレ
ベルを出力してスイッチング回路34をオン状態にしてマ
イコン31へ電力を供給し、所定時間t1の間パルス信号が
停止した場合には、出力をローレベルに反転してスイッ
チング回路34をオフ状態にしてマイコン31への電力供給
を停止する。

なお、この電力停止後は、マイコン31が停止している
ためパルス信号が継続して停止したままであるが、第１
タイマ60では、所定時間t2を経過すると、出力が自動的
にハイレベルに復帰して、マイコン31を再作動させる。

第２タイマ70は、リレー電源52からリレー駆動回路32
へ供給される電力を制御するスイッチング回路33を制御
して、パルス信号が入力される間は、ハイレベルを出力
してスイッチング回路33をオン状態にしてリレー駆動回
路32へ電力を供給し、所定時間t3の間パルス信号が停止
していた場合には、出力をローレベルに反転してスイッ
チング回路33をオフ状態にしてリレー駆動回路32への電
力供給を停止する。

第２タイマ70では、出力がローレベルになった場合で
も、パルス信号が入力されれば、直ちに出力をハイレベ
ルに反転する。

次に、第１タイマ60および第２タイマ70を、第３図に
示す具体的な回路に基づいて説明する。

第１タイマ60は、出力反転のための入力レベルに差を
与えたヒステリシスを有するインバータ61とコンデンサ
62とからタイマを形成するとともに、抵抗63を介してイ
ンバータ61の出力と入力とを接続している。なお、ここ
では、インバータ61としてNAND回路素子の入力端子を短
絡したものを用いている。

またインバータ61の前段には、マイコン31からのパル
ス信号を波形整形する波形整形回路64と、波形整形回路
64の出力によってスイッチング動作を行うトランジスタ
65とを設けている。

第１タイマ60では、パルス信号が波形整形回路64に入
力されると、トランジスタ65がオンになってインバータ
61の入力61aに接続されたコンデンサ62の電荷が放電さ
れるため、インバータ61の入力61aはローレベルになり
出力61bは逆にハイレベルになる。

このとき、入力61aは抵抗63を介して出力61bのハイレ
ベルが印加されるが、パルス信号が入力される毎にトラ
ンジスタ65がオンになってコンデンサ62を放電するた
め、パルス信号が継続して入力される限り入力61aはロ
ーレベルが保たれ、その結果インバータ61の出力61bは
ハイレベルに維持される。

一方、マイコン31の異常によってパルス信号が送出さ
れなくなると、コンデンサ62の電位は次第に上昇し、イ
ンバータ61の入力61aの電位が基準レベルを越えると、
出力61bはハイレベルからローレベルに反転する。

パルス信号が入力されなくなってからインバータ61の
出力61bが反転するまでの所定時間t1は、コンデンサ62
と抵抗63とから設定されており、ここでは、例えば３秒
が経過したときに、インバータ61の出力61bはハイレベ
ルからローレベルに反転する。

インバータ61では、出力61がローレベルになると、入
力61aに接続されたコンデンサ62の電荷を抵抗63を介し
て放電する。この放電によって、コンデンサ62の電荷が
減少して入力61aの電位が下がると、インバータ61は、
再び出力61bをローレベルからハイレベルへ反転する。

ここでは、パルス信号が入力されない場合に、出力61
bがローレベルからハイレベルへ反転するまでの所定時
間t2として約２秒が設定されている。

この第１タイマ60によって制御されるスイッチング回
路34は、具体的には5V電源53として設けられたリセット
端子付きのレギュレータであって、第１タイマ60の出力
がハイレベルである場合に電力を供給し、ローレベルの
場合には電力供給を行わない。

第２タイマ70は、比較器71を中心として構成され、マ
イコン31からのパルス信号によって第１タイマ60の前段
に設けられたトランジスタ65の出力信号がローレベルに
なったときに計時を開始してハイレベルを出力し、比較
器71の負入力端子71aに接続されたコンデンサ72と抵抗7
3とによって設定された所定時間t3を計時するまでの間
に、再びパルス信号が入力されない場合に、タイムアッ
プして出力を反転してローレベルにするものであり、反
転した後は、負入力端子71aの電位が下がるまでは、出
力はローレベルのままである。

ここでは、タイムアップするまでの所定時間t3とし
て、例えば30秒が設定されている。

なお、スイッチング回路33は、スイッチング素子とし
てトランジスタが用いられており、第２タイマ70の出力
がハイレベルの場合に電力をリレー駆動回路32へ供給
し、ローレベルの場合には、電力供給を停止する。

次に以上の構成を有する本実施例の制御装置30におけ
る、マイコン31の作動と、各電磁弁の駆動について、第
４図を参考に説明する。

時間T1〜T2に示すとおり、マイコン31が正常に作動し
ている場合には、マイコン31からは一定時間Δｔ間隔で
パルス信号が送出され、それによって各タイマ回路60、
70はパルス信号が入力される毎にリセットされて、各タ
イマ回路60、70の出力はハイレベルに維持される。

従って、マイコン31およびリレー駆動回路32には、そ
れぞれ5V電源53およびリレー電源52から電力が供給さ
れ、各リレーは、マイコン31の制御状態に応じて駆動さ
れる。

いま仮に、時間T3に示すとおり、制御装置30におい
て、外部雑音等によってマイコン31あるいはその周辺回
路において異常が発生し、マイコン31が正常作動をしな
くなり、そのとき、マイコン31からリレー駆動回路32へ
各電磁弁を開状態にするための制御信号が誤って送出さ
れたとすると、各電磁弁が開状態に駆動され、バーナ群
へ燃料ガスが供給される。

このとき、マイコン31は正常作動をしないため、マイ
コン31からはパルス信号が送出されなくなる。従って、
第１タイマ60および第２タイマ70では、各コンデンサ6
2、72の電位が経過時間に応じて次第に上昇し、第１タ
イマ60では、３秒が経過するまでにパルス信号が入力さ
れないと、出力をローレベルに反転する。

このため、時間T4にスイッチング回路34は5V電源53か
らマイコン31への電力の供給を停止し、リレー駆動回路
32は、マイコン31からの制御信号を受けることがなくな
り、各電磁弁は閉状態に戻る。

その後、さらに２秒間経過した時間T5に、マイコン31
の再機動を行うために、第１タイマ60の出力がローレベ
ルからハイレベルに自動的に反転すると、5V電源53から
マイコン31へ電力が供給されてリセット動作によって再
機動する。

この場合、異常動作が単に外部雑音等によるものであ
った場合には、マイコン31の再機動によって正常動作に
復帰するが、周辺回路の異常によって誤動作が発生した
場合には、マイコン31が再機動しても正常作動に戻らな
い場合がある。

そうしたときには、再び各電磁弁が誤って開状態に制
御されて燃料ガスが流出するが、マイコン31からは正常
作動を示すパルス信号が送出されないため、所定時間t1
（３秒）を経過するとスイッチング回路34によるマイコ
ン31への電力供給が停止するため、電磁弁が閉じられ
る。

マイコン31の周辺回路の異常による誤動作が発生した
場合には、各電磁弁は以上の動作を繰り返すことになる
が、他方、リレー駆動回路32へ電力を供給するスイッチ
ング回路33は、第２タイマ70によって制御され、第１タ
イマ60の作動とは関係なくパルス信号が停止してから所
定時間t3（30秒）が経過すると、スイッチング回路33を
開いて、リレー駆動回路32への電力供給を停止する。

このため、マイコン31が何度かの再機動をしても正常
作動に復帰できない場合でも、マイコン31からのパルス
信号が最初に停止してから所定時間t3（例えば30秒）を
経過すると、リレー駆動回路32が作動しなくなり、各リ
レーが駆動されなくなり、電磁弁が開状態に駆動される
ことがない。

従って、燃料ガスの流出を最小限に抑えることがで
き、安全な給湯器とすることができる。

以上の実施例では、給湯あるいは湯張りされる温水
は、すべて熱交換器を通過するが、給水管の水の一部が
熱交換器を迂回するようにしたものでもよい。

以上の実施例では、ガスを燃料とするバーナを加熱源
としたが、石油を燃料とするものでもよい。

また、以上の実施例では、燃料機器として給湯器を示
したが、暖房機でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の湯張り機能付き給湯器の制御装置の
部分ブロック図、第２図は本実施例の湯張り機能付きガ
ス給湯器の概略を示す構成図、第３図は本実施例におけ
る各タイマ回路を示す回路図、第４図は本実施例の作動
説明のためのタイムチャートである。 図中、１……湯張り機能付き給湯器、３、3a……バーナ
群（バーナ）、５……ガス供給管（燃料供給路）、5a…
…元電磁弁（電磁弁）、６、6a……小電磁弁（電磁
弁）、30……制御装置（燃焼制御装置）、31……マイク
ロコンピュータ、32A、32B、32C……リレー、33……ス
イッチング回路（第２のスイッチング手段）、34……ス
イッチング回路（第１のスイッチング手段）、60……第
１ウォッチドッグタイマ回路、70……第２ウォッチドッ
グタイマ回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正常作動するとき正常作動信号が一定時間
   間隔で発せられる制御用のマイクロコンピュータを有
   し、バーナへの燃料供給路に設けられた電磁弁を通電す
   るためのリレーを前記マイクロコンピュータによって制
   御する燃焼制御装置であって、 前記マイクロコンピュータへ電力供給を司る第１のスイ
   ッチング手段と、 前記正常作動信号が第１の所定時間以上停止した場合に
   前記第１のスイッチング手段を制御して、前記マイクロ
   コンピュータへの電力供給を一旦停止した後、再び電力
   供給を行う第１ウォッチドッグタイマ回路と、 前記リレーを通電するための通電回路を制御する第２の
   スイッチング手段と、 前記正常作動信号が前記第１の所定時間より長い第２の
   所定時間以上停止したとき前記第２のスイッチング手段
   を開く第２ウォッチドッグタイマ回路と を備えることを特徴とする燃焼制御装置。