JP3698252B2 - ガス燃焼機器の電磁弁駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス燃焼機器に組込まれており、オンオフすることでガスの供給をオンオフする電磁弁を駆動する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガス燃焼機器に組込まれている電磁弁を駆動するために、電磁弁駆動コイルと直列に無接点スイッチ(例えば半導体スイッチ)を接続し、制御回路によってその無接点スイッチをオンオフ制御する電磁弁駆動装置が知られている。制御回路は、例えばガス燃焼機器の火力調整や被加熱物体の温度調整のために、無接点スイッチを断続的にオンオフさせる。半導体スイッチ等の無接点スイッチは、繰返してオンオフを切換えることに対する耐久性が高く、無接点スイッチを利用する電磁弁駆動回路は、ガスの供給を小刻みに断続的に多数回オンオフするのに適している。このために火力や温度を精度よく制御することができる。
【0003】
しかしながら、無接点スイッチは一般に熱に弱く、高熱にさらされるとオン異常(制御回路の制御状態によらず、無接点スイッチが常時オンしてしまう状態をいう)が生じる可能性がある。無接点スイッチがオン異常となると、制御回路でガスの供給をオフする制御をしてもガスの供給が遮断されなくなってしまう。従って、何らかのフェイルセーフ対策が必要とされる。
特開平6−17963号公報に記載の技術では、電磁弁駆動コイルに対して複数の無接点スイッチを直列に接続することによって、一つの無接点スイッチにオン異常が生じても、他の無接点スイッチで電磁弁をオフさせることができる駆動装置が開示されており、安全性が高められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記した電磁弁駆動装置のように、電磁弁駆動コイルに複数の無接点スイッチを直列に接続することによって、ある程度の安全性を確保することができる。しかしながら、ガス燃焼機器に電磁弁駆動装置が組込まれる場合、複数の無接点スイッチが熱の影響を受けやすい位置に配置される場合もあり得る。従って、電磁弁駆動コイルに複数の無接点スイッチを直列に接続する方式では、複数の無接点スイッチが同時にオン異常することがないとはいえず、更なる安全性の向上が望まれている。
【0005】
本発明は、より高い安全性を確保することができるガス燃焼機器のための電磁弁駆動装置を実現することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明で実現されたガス燃焼機器の電磁弁駆動装置は、少なくとも一つの有接点スイッチと少なくとも一つの無接点スイッチと電磁弁駆動コイルが直列に接続された電磁弁の駆動回路と、ガス燃焼機器の運転開始時に有接点スイッチをオンさせ、ガス燃焼機器の運転終了時に有接点スイッチをオフさせ、ガス燃焼機器の運転中に無接点スイッチを断続的にオンオフさせる制御回路とを備える。
ここでいう「有接点スイッチ」とは、接点の機械的開閉によってスイッチ動作を実現するものをいい、典型的には有接点リレーが例示される。「無接点スイッチ」とは、可動部を有しないでスイッチ動作を実現するものをいい、典型的には半導体スイッチ(バイポーラトランジスタやFET等)が例示される。
【0007】
本発明の駆動回路では、有接点スイッチと無接点スイッチと電磁弁駆動コイルが直列に接続されている。有接点スイッチは、一般に熱に強く、高温にさらされても異常となりづらい。但し、有接点スイッチは無接点スイッチに比較して、オンオフの切換可能回数は少なく、無接点スイッチよりも少ない切換え回数で寿命が尽きてしまう。本発明の駆動装置では、有接点スイッチが、ガス燃焼機器の運転開始時にオンし、運転中はオンに維持され、運転終了時にオフする方式であるために、有接点スイッチのオンオフの切換回数は少なくて済む。ガス燃焼機器の運転中は、無接点スイッチが断続的にオンオフしてガス燃焼機器の火力調整や被加熱物体の温度調整をする。無接点スイッチに熱によるオン異常が生じても、よほどの高熱でなければ有接点スイッチまでオン異常が生じる可能性は低い。このため、無接点スイッチに熱によるオン異常が生じても、よほどの高熱でなければ有接点スイッチをオフさせることができるので、電磁弁をオフさせることができる。従って、本発明によると、従来よりも高い安全性を確保することができる。
【0008】
本発明の駆動装置は、有接点スイッチと無接点スイッチの長所を活用して短所が現われないようにした装置であり、有接点スイッチは熱によるオン異常が生じにくく、無接点スイッチはオンオフの繰返し可能回数が多いという長所がガス燃焼機器の特性に生かされる。有接点スイッチはオンオフの繰返し可能回数が少なく、無接点スイッチは熱によるオン異常が生じやすいという短所がガス燃焼機器の特性に現われない。
【0009】
上記した駆動装置の場合、その駆動回路が、電磁弁駆動コイルの通電時と非通電時とで異なる信号を出力する通電検出手段を備えており、制御回路が、所定条件成立時に、経時的に、有接点スイッチのみをオンさせ、または、無接点スイッチのみをオンさせ、または、有接点スイッチと無接点スイッチの両者をオンさせるスイッチ診断手順を実行するようにプログラムされていることが好ましい。
ここで、スイッチを「オンさせる」とは、制御回路からオン信号を出力するかあるいはオフ信号の出力を止めること等によってスイッチをオンさせるべく制御することを意味する。即ち、結果的にスイッチがオンすることを意味しない。また所定条件成立時とは、ガス燃焼機器の運転に影響しないときにスイッチ診断手順を実行できるものであればよく、例えばガス燃焼機器に電源が入れられた直後に短時間でスイッチ診断手順を実行することが例示される。
【0010】
スイッチ診断手順が、経時的に、有接点スイッチのみをオンさせ、または、無接点スイッチのみをオンさせ、または、有接点スイッチと無接点スイッチの両者をオンさせる場合、それと連動して通電検出手段の出力信号を検出していくことによって、スイッチの異常が特定できる。例えば、有接点スイッチのみをオンさせているのに、通電検出手段によって通電状態が検出されれば、無接点スイッチがオン異常していることがわかる。無接点スイッチのみをオンさせているのに、通電状態が検出されれば、有接点スイッチがオン異常していることがわかる。スイッチの異常の中でも、特に異常の検出が必要なオン異常については、どのスイッチにオン異常が生じているかを特定することができる。
【0011】
特に、駆動回路と制御回路が電気的に絶縁されていることが好ましい。この場合には、駆動回路と制御回路の間に、有接点スイッチをオンまたはオフさせる制御回路の信号を駆動回路に中継する第1中継手段と、無接点スイッチをオンまたはオフさせる制御回路の信号を駆動回路に中継する第2中継手段と、駆動回路の通電検出手段の検出信号を制御回路に中継する第3中継手段とを設ける。
【0012】
この構成によると、駆動回路と制御回路が電気的に絶縁されているので、両回路の駆動電圧等を全く別に設定することができ、回路構成の自由度が向上する。第1中継手段と第2中継手段で中継することによって、制御回路によって有接点スイッチと無接点スイッチをオンまたはオフさせることができる。また、第3中継手段で中継することによって、駆動回路の有接点スイッチまたは無接点スイッチの異常を検出することができる。
従来の技術では、駆動回路と制御回路が電気的に絶縁されている場合に、駆動回路のスイッチの異常を直接的に検出するものは存在せず、制御回路が正常に信号を出力したかを検出することに留まっていた。本構成によると、制御回路からの信号によって駆動回路のスイッチがオンまたはオフしたかを直接的に検出するので、電磁弁駆動装置の信頼性を向上させることができる。
【0013】
前記した第1中継手段から第3中継手段の少なくとも1つは、有接点リレーまたは無接点リレーで形成することが好ましい。なお、ここでいう「無接点リレー」にはフォトカプラも含まれる。
この構成によると、中継手段を簡単に構成することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の実施例の電磁弁駆動装置20の回路構成を示す。この電磁弁駆動装置20は、ガスコンロ、ガスヒータ、ガスストーブ、ガス炊飯器等のガス燃焼機器(図示省略)に組込み、ガス燃焼機器の火力調整や被加熱物体の温度調整のために、ガスの供給・停止を断続的に切換えるのに好適に用いることができる。
【0015】
図1に示す電磁弁駆動装置20は、駆動回路(1次側の回路)30と、制御回路(2次側の回路)50を備えている。
駆動回路30は、交流電源32と、有接点スイッチ34(リレー33のスイッチ)と、ブリッジダイオード36と、電磁弁37の駆動コイル38と、無接点スイッチ(この例ではトランジスタ)44を備えている。有接点スイッチ34がオンされると、ブリッジダイオード36から整流された電源電圧が供給される。ブリッジダイオード36に対して、電磁弁の駆動コイル38と無接点スイッチ44が直列に接続されている。従って、有接点スイッチ34と無接点スイッチ44が共にオンしたときに、電磁弁37の駆動コイル38に整流された電源電圧が供給される。図1の回路は、整流用ブリッジダイオード36が挿入されているものの、基本的には、電磁弁37の駆動コイル38に、有接点スイッチ34と無接点スイッチ44が直列に接続されている回路ということになる。
【0016】
電磁弁37の駆動コイル38に通電されると、電磁弁37の可動部(図示省略)が動き、その可動部がガスの流路を開閉する。この場合、電磁弁37の駆動コイル38に通電されると可動部はガス流路を開き、駆動コイル38に通電されないと可動部がガス流路を閉じる。電磁弁の駆動コイル38に並列に発光ダイオード42が接続されており、駆動コイル38に通電されている間は発光ダイオード42が光る。無接点スイッチ44のベースにはフォトトランジスタ46が接続され、フォトトランジスタ46のコレクタ側には電圧VCCがかけられている。フォトトランジスタ46がオンすると無接点スイッチ44はオフされ、フォトトランジスタ46がオフすると無接点スイッチ44はオンされる。有接点スイッチ34は、リレー33の励磁コイル54に通電されるとオンする。
【0017】
制御回路50は、制御手段(この例ではマイクロコンピュータ)72を備えている。また、トランジスタ56と、このトランジスタ56のコレクタ端子に一端が接続されたリレー33の励磁コイル54を備えている。リレー33の励磁コイル54の他端には電圧VCCがかけられている。トランジスタ56のベース端子は、制御手段72の第1出力部74に接続されており、制御手段72が有接点スイッチ34のオン信号を出力すると、トランジスタ56が導通して励磁コイル54が励磁されて有接点スイッチ34が閉じる。
制御回路50は、さらに、トランジスタ70と、このトランジスタ70のコレクタ端子にカソード側が接続された発光ダイオード68を備えている。発光ダイオード68とフォトトランジスタ46は、フォトカプラ45を構成している。発光ダイオード68のアノード側には、電圧VCCがかけられている。トランジスタ70のベース端子は、制御手段72の第2出力部78に接続されている。制御手段72が無接点スイッチ44のオフ信号を出力すると、トランジスタ70が導通し、発光ダイオード68が点灯し、フォトトランジスタ46がオンする結果、無接点スイッチ44がオフする。
【0018】
制御回路50は、また、フォトトランジスタ64を備えている。フォトトランジスタ64は発光ダイオード42と組になってフォトカプラ41を構成している。フォトトランジスタ64のコレクタ側には抵抗60を介して電圧VCCがかけられている。また、抵抗62を介して制御手段74の入力部(この例ではアンサー入力ポート)76に接続されている。電磁弁37の駆動コイル38が通電していないときは発光ダイオード42は点灯せず、フォトトランジスタ64はオフとなり、アンサー入力ポート76にはほぼVCCの電圧(Hi)が入力される。電磁弁37の駆動コイル38に通電されると発光ダイオード42が点灯し、フォトトランジスタ64はオンとなり、アンサー入力ポート76にはほぼアース電位の電圧(Lo)が入力される。
【0019】
励磁コイル54と有接点スイッチ34で構成されるリレー33が第1中継手段を構成し、励磁コイル54と有接点スイッチ34は絶縁されている。発光ダイオード68とフォトトランジスタ46で構成されるフォトカプラ45が第2中継手段を構成し、発光ダイオード68とフォトトランジスタ46は絶縁されている。発光ダイオード42とフォトトランジスタ64で構成されるフォトカプラ41が第3中継手段を構成し、発光ダイオード42とフォトトランジスタ64は絶縁されている。
【0020】
なお、本実施例では、有接点スイッチ34で第1中継手段33の一部を構成しているが、第1中継手段とは別に構成してもよい。一方、無接点スイッチ44は、第2中継手段45とは別に構成されているが、第2中継手段の一部に構成してもよい。また、電磁弁37の駆動コイル38と発光ダイオード42は直列に接続されていてもよい。また、発光ダイオード42に代えて、半導体レーザ素子や有機EL(Electro LumineScence)素子等を用いてもよい。フォトトランジスタ46、64に代えて、フォトダイオードやCdSセル等を用いてもよい。
【0021】
図2に電磁弁駆動装置20のスイッチ診断用のフローチャートを示す。このスイッチ診断処理は、電磁弁駆動装置20を組込んだガス燃焼機器の運転開始時に、燃焼運転開始前の短時間の間に実行される。
まず、S10で制御手段72によって無接点スイッチ44のみをオンさせるはずの処理を行い、アンサー入力がHi(電磁弁37の駆動コイル38が導通しない場合)か、Lo(電磁弁37の駆動コイル38が導通する場合)かを判別する(S20)。S20でアンサー入力がLo(導通)の場合は、無接点スイッチ44はオフ異常しておらず、かつ、有接点スイッチ34はオン異常していることがわかる(図2の右側の表(1)の状態)。図2の右側に示す表は、図2の処理とアンサーから判別される各スイッチ44、34の状態を示しており、番号は図2の処理のアンサーによる分岐に対応している。
【0022】
S20でアンサー入力がLo(導通)の場合は、有接点スイッチ34のみをオンさせるはずの処理を行い(S30)、アンサー入力がHiかLoかを判別する(S40)。S40でアンサー入力がLo(導通)の場合は、無接点スイッチ44までオン異常していることがわかる(図2の右側の表(2)の状態)。S40でアンサー入力がHi(非導通)の場合は、無接点スイッチ34はオン異常していないことがわかる(図2の右側の表(3)の状態)。S20でアンサー入力がLo(導通)の場合は、無接点スイッチ34はオフ異常でないことがわかっているので、S40でアンサー入力がHi(非導通)の場合は、無接点スイッチ34は正常であることがわかる(オン異常でもオフ異常でもないので正常である)。
【0023】
S10の処理の結果、S20でアンサー入力がHi(非導通)の場合、「無接点スイッチ34と有接点スイッチ44の両方ともがオン異常していることはない」ことがわかる(図2の右側の表(4)の状態)。図2の右側の表(4)に示す記号は、「両方のスイッチがともにオン異常していることはない」ことを示す。しかしそれ以上に詳しいことはわからない。例えば、有接点スイッチ44がオン異常でないということはできない。無接点スイッチ34がオフ異常であれば、有接点スイッチ44がオン異常であっても導通しないからである。
この場合には、S50で有接点スイッチ34のみをオンさせるはずの処理を行い、アンサー入力がHiかLoかを判別する(S60)。S60でアンサー入力がLo(導通)の場合、有接点スイッチ34はオフ異常しておらず、無接点スイッチ44がオン異常していることがわかる(図2の右側の表(5)の状態)。無接点スイッチ44がオン異常しているにもかかわらず、S20で導通しなかったことから、有接点スイッチ34はオン異常でなかったことがわかる。従って、有接点スイッチ34は正常であることがわかる(オン異常でもオフ異常でもないので正常である)。
【0024】
S60でアンサー入力がHi(非導通)の場合は、「無接点スイッチ44と有接点スイッチ34の両方ともがオン異常していることがない」ことが確認されるだけで、それ以上のことはわからない(図2の右側の表(6)の状態)。そこで、この場合には、無接点スイッチ44と有接点スイッチ34の両方をオンさせるはずの処理を行い(S70)、アンサー入力がHiかLoかを判別する(S80)。S80でアンサー入力がLo(導通)の場合は、無接点スイッチ44と有接点スイッチ34はいずれもオフ異常でないことがわかる(図2の右側の表(7)の状態)。無接点スイッチ44がオフ異常でないのに、S20でアンサー入力がHi(非導通)であったことから、有接点スイッチ34はオン異常でないことがわかる。また、有接点スイッチ34がオフ異常でないのに、S60でアンサー入力がHi(非導通)であったことから、無接点スイッチ34はオン異常でないことがわかる。このことから、無接点スイッチ44と有接点スイッチ34は共に正常であることがわかる。
【0025】
S70の処理の結果、S80でアンサー入力がHi(非導通)の場合は、無接点スイッチ44と有接点スイッチ34のうちの少なくとも一方がオフ異常であることがわかる(図2の右側の表(8)の状態)。この場合、両方ともにオフ異常している可能性がある。無接点スイッチ44と有接点スイッチ34のうちの少なくとも一方がオフ異常である場合には、それ以上に細かく分析することができない。
【0026】
以上のスイッチ診断処理によって、いずれかのスイッチ44,34の異常を検出した場合は、制御手段72によって、ガス燃焼機器の燃焼運転を開始させないとともに、スイッチ異常を報知する。ガス燃焼機器は、両方のスイッチ44,34が正常に作動することを確認できたときにのみ燃焼運転を開始する。
【0027】
ガス燃焼機器は、燃焼運転の開始時に、有接点スイッチ44と無接点スイッチ34の両者をオンさせる。ガス燃焼機器の運転中は、有接点スイッチ34はオン状態に維持される。有接点スイッチ34は、ガス燃焼機器の運転終了時にオフされる。それに対して、無接点スイッチ44は制御手段72に制御によって、ガス燃焼機器の運転中に断続的にオンオフされる。制御手段72が火力を調整する制御をしている場合には、火力が強すぎれば制御手段72が無接点スイッチ44をオフし、火力が弱すぎれば制御手段72が無接点スイッチ44をオンする。制御手段72が被加熱物の温度を調整する制御をしている場合には、温度が高すぎれば制御手段72が無接点スイッチ44をオフし、温度が低すぎれば制御手段72が無接点スイッチ44をオンする。
無接点スイッチ44は断続的にオンオフを繰返すが、無接点スイッチ44のオンオフ切換回数寿命は長い。ガス燃焼機器の運転終了時には有接点スイッチ34がオフして電磁弁37をオフするために、ガス燃焼機器の運転中に無接点スイッチ44がオン異常となっても、ガス燃焼機器の運転終了時にはガスの供給を確実に遮断することができる。
【0028】
ガス燃焼機器の運転中に無接点スイッチ44にオン異常が生じると、無接点スイッチ44による小刻みな調整が行えなくなる。この場合、図示しない過熱センサで検出された温度が所定温度以上になると、電磁弁37とは別の遮断弁によってガス燃焼機器の燃焼運転が停止される。このようにしてガス燃焼機器の安全性は確保される。
ガス燃焼機器が再度運転される場合、燃焼運転の再開前に上記した診断処理が実行される結果、無接点スイッチ44のオン異常が発見されるために、スイッチ異常のままで運転が開始される事はない。ガス燃焼機器の安全性は確保される。
【0029】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の電磁弁駆動装置の回路構成を示す。
【図2】 同装置のスイッチ診断処理のフローチャートを示す。
【符号の説明】
20:電磁弁駆動装置
30:駆動回路(1次側の回路)
32:交流電源
33:リレー(第1中継手段)
34:有接点スイッチ
36:ブリッジダイオード
38:電磁弁駆動コイル
41:フォトカプラ(第3中継手段)
42:発光ダイオード
44:無接点スイッチ(トランジスタスイッチ)
45:フォトカプラ(第2中継手段)
46:フォトトランジスタ
50:制御回路(2次側の回路)
54:リレーの励磁コイル
56:トランジスタ
64:フォトトランジスタ
68:発光ダイオード
70:トランジスタ
72:制御手段(マイクロコンピュータ)
Claims (4)
- ガスの供給をオンオフするためにガス燃焼機器に組込まれている電磁弁の駆動装置であって、
少なくとも一つの有接点スイッチと少なくとも一つの無接点スイッチと電磁弁駆動コイルが直列に接続された電磁弁の駆動回路と、
ガス燃焼機器の運転開始時に有接点スイッチをオンさせ、ガス燃焼機器の運転終了時に有接点スイッチをオフさせ、ガス燃焼機器の運転中に無接点スイッチを断続的にオンオフさせる制御回路と、
を備えるガス燃焼機器の電磁弁駆動装置。 - 駆動回路は、電磁弁駆動コイルの通電時と非通電時とで異なる信号を出力する通電検出手段をさらに備え、
制御回路は、所定条件成立時に、経時的に、有接点スイッチのみをオンさせ、または、無接点スイッチのみをオンさせ、または、有接点スイッチと無接点スイッチの両者をオンさせるスイッチ診断手順を実行するようにプログラムされていることを特徴とする請求項1に記載の電磁弁駆動装置。 - 駆動回路と制御回路は電気的に絶縁されており、
駆動回路と制御回路の間には、有接点スイッチをオンまたはオフさせる制御回路の信号を駆動回路に中継する第1中継手段と、無接点スイッチをオンまたはオフさせる制御回路の信号を駆動回路に中継する第2中継手段と、駆動回路の通電検出手段の検出信号を制御回路に中継する第3中継手段とを有することを特徴とする請求項2に記載の電磁弁駆動装置。 - 第1中継手段から第3中継手段の少なくとも1つは、有接点リレーまたは無接点リレーを有することを特徴とする請求項3に記載の電磁弁駆動装置。
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