JP5379090B2

JP5379090B2 - 燃焼装置

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Publication number: JP5379090B2
Application number: JP2010176110A
Authority: JP
Inventors: 誠治森口
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2030-08-05
Also published as: JP2012037107A

Description

本発明は、熱電対によりバーナの燃焼状態を監視する機能を有する燃焼装置に関する。

従来より、バーナの近傍に設けられた熱電対によりバーナの燃焼状態を検出する燃焼装置において、バーナが消火された時点から所定時間が経過しても、熱電対による炎検出信号のレベルが消火レベルまで低下しないときに、炎検知回路が故障していると判断するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開平８−１４５３４８号公報特開２００７−１６２９９１号公報

上記従来の燃焼装置においては、バーナが消火されてから所定時間が経過するまで、炎検知回路と炎検知回路の故障を判断する制御回路を作動させる必要がある。そのため、電池により炎検知回路と制御回路を作動させる燃焼装置においては、バーナが消火された時点から前記所定時間が経過するまで、炎検知回路と制御回路の作動を継続させることにより、電池の寿命が短くなるという不都合がある。

本発明は上記不都合を解消し、熱電対を用いた炎検知回路の故障検知に伴う電池寿命の短縮を抑制した燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、バーナと、前記バーナの燃焼状態を検出する熱電対と、前記バーナの点火及び消火を指示するための操作スイッチと、電池と、スイッチング素子と、前記操作スイッチがオンしたときに前記スイッチング素子を導通状態とする駆動回路と、前記スイッチング素子を介して前記電池に接続され、前記スイッチング素子を介して前記電池から供給される電力により作動して、前記バーナの作動を制御する制御回路とを備えた燃焼装置の改良に関する。

そして、前記制御回路は、前記駆動回路により前記スイッチング素子が導通状態とされて、前記電池からの電力供給が開始されたときに、前記操作スイッチのオン／オフに拘わらず前記スイッチング素子を導通状態に保持する電源供給保持部と、前記操作スイッチによる点火操作に応じて前記バーナに点火し、前記バーナの燃焼中に、前記操作スイッチによる消火操作がなされたとき及び前記熱電対による炎検出信号により前記バーナの失火が検知されたときに、前記バーナを消火する燃焼運転部と、前記電池から供給される電力により前記制御回路が作動を開始した時から前記バーナが消火されるまでの期間内に、前記熱電対による炎検出信号のレベルが所定の炎検知範囲から外れた状態が生じたときは、前記バーナが消火された時に前記電源供給保持部による前記スイッチング素子の導通状態の保持を解除して前記スイッチング素子を遮断状態とし、前記期間内に、前記熱電対による炎検出信号のレベルが前記炎検知範囲から外れた状態が生じなかったときには、前記バーナが消火された時から所定時間が経過するまでに、前記熱電対による炎検出信号のレベルが所定の故障判定域から外れるかを否かを判断する前記バーナ消火後の前記熱電対の故障検知処理を行った後に、前記電源供給保持部による前記スイッチング素子の導通状態の保持を解除して前記スイッチング素子を遮断状態とする熱電対故障検知部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、前記操作スイッチがオンされたときに前記駆動回路により前記スイッチング素子が導通状態とされて、前記電池から前記スイッチング素子を介して供給される電力により前記制御回路が作動を開始する。そして、前記電源供給保持部により前記スイッチングが導通状態に維持されて、前記制御回路への電力供給が継続される。

ここで、前記操作スイッチがオンされたときに、前記熱電対の温度が周囲温度と同程度であって前記熱電対が正常動作していれば、前記バーナに点火される前の前記熱電対による炎検出信号のレベルは、前記炎検知範囲から外れたものになる。そこで、前記熱電対故障検知部は、前記制御回路が作動を開始した時から前記バーナが消火されるまでの期間内に、前記熱電対による炎検出信号のレベルが前記炎検知範囲から外れた状態が生じ、前記熱電対が正常に動作していると認識できるときには、前記バーナが消火された後の前記熱電対の故障の有無の判断を行わず、前記バーナが消火された時に前記電源供給保持部による前記スイッチング素子の導通状態の保持を解除して前記スイッチング素子を遮断状態とする。

そして、これにより、前記バーナが消火された時から所定時間が経過するまでに、前記熱電対による炎検出信号のレベルが前記炎検知範囲から外れるか否かの判断を常に行う場合よりも、前記電池からの電力の消費を低減することができるため、前記熱電対の故障検知に伴う前記電池の寿命の短縮を抑制することができる。

本発明の燃焼装置であるガスコンロの構成図。電源供給保持部、燃焼運転部、及び熱電対故障検知部による処理の第１フローチャート。熱電対異常検知部、異常報知部、及び電源供給遮断部による処理の第２フローチャート。

本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１を参照して、本実施形態の燃焼装置は、電池１０を電源として作動するコントローラ１によりその作動が制御されるガスコンロであり、このガスコンロは、使用者がバーナ２の点火及び消火を指示するための操作スイッチ５と、バーナ２に接続されたガス供給路３に設けられた電磁弁３０と、バーナ２の近傍に設けられてバーナ２の燃焼状態を検出する熱電対２０と、バーナ２に点火するための点火電極２２と、パイロットランプ３３とを備えている。

コントローラ１はマイクロコンピュータ５０（以下、マイコン５０という）を備え、マイコン５０はトランジスタ１１（本発明のスイッチング素子に相当する）を介して電池１０から供給される電力により作動する。トランジスタ１１のベース端子は、抵抗１３を介して駆動素子１２及び駆動素子１６に接続されている。

駆動素子１２の入力端子は、操作スイッチ５を介して電池１０の正極に接続されると共に、抵抗１４を介して接地（０Ｖ電位部に接続）されている。そして、この構成により、使用者の点火操作により操作スイッチ５がオン（導通）したときに、トランジスタ１１のベース端子から駆動素子１２にベース電流が流れてトランジスタ１１が導通状態（エミッタ端子とコレクタ端子間が導通した状態）となる。

なお、電池１０の正極とトランジスタ１１のベース端子間に接続された、操作スイッチ５と駆動素子１２と抵抗１４とにより、本発明の操作スイッチがオンしたときにスイッチング素子を導通状態とする駆動回路が構成されている。

また、駆動素子１６の入力端子はマイコン５０の出力ポートＰo1と接続され、出力ポートＰo1の出力レベルがHigh（Ｖccレベル）であるときに、トランジスタ１１のベース端子から駆動素子１６にベース電流が流れてトランジスタ１１が導通状態（エミッタ端子とコレクタ端子間が導通した状態）となる。

また、操作スイッチ５がオフ（開放状態）であって、マイコン５０の出力ポートＰo1の出力レベルがLow（０Ｖレベル）であるときには、トランジスタ１１のベース電流が流れないため、トランジスタ１１が遮断状態（エミッタ端子とコレクタ端子が遮断状態）となる。

熱電対２０は増幅器２１を介してマイコン５０のＡＤ（Analog/Digital変換）入力ポートＰadに接続されている。そして、熱電対２０の起電力を増幅器２１で増幅した炎検出信号Ｖtcがマイコン５０のＡＤ入力ポートＰadに入力され、デジタル値に変換されてマイコン５０に読み込まれる。

点火電極２２は、点火電極２２に高電圧を印加して火花放電を生じさせるイグナイタ２３を介して、マイコン５０の出力ポートＰo2に接続されている。そして、マイコン５０の出力ポートＰo2の出力レベルがHigh（Ｖccレベル）であるときは、イグナイタ２３がオンして点火電極２２に高電圧が印加され、Ｐo2の出力レベルがLow（０Ｖレベル）であるときには、イグナイタ２３がオフして点火電極２２への高電圧の印加が停止する。

電磁弁３０の一端は抵抗３１及び駆動素子３２を介してマイコン５０の出力ポートＰo3に接続され、他端は接地（０Ｖ電位部に接続）されている。そして、マイコン５０の出力ポートＰo3の出力レベルがHigh（Ｖccレベル）であるときは、電磁弁３０が閉弁状態となり、Ｐo3の出力レベルがLow（０Ｖレベル）であるときには、電磁弁３０が開弁状態となる。

パイロットランプ３３の一端は抵抗３４及び駆動素子３５を介してマイコン５０の出力ポートＰo4に接続され、他端はＶcc電位部に接続されている。そして、マイコン５０の出力ポートＰo4の出力レベルがHigh（Ｖccレベル）であるときは、パイロットランプ３３が点灯状態となり、Ｐo3の出力レベルがLow（０Ｖレベル）であるときには、パイロットランプ３３が消灯状態となる。

マイコン５０は、メモリ５５に保持されたガスコンロの制御用プログラムを実行することにより、電源供給保持部５１、燃焼運転部５２、熱電対故障検知部５３、及び熱電対故障報知部５４として機能する。

バーナ２が消火状態であるときに使用者が操作スイッチ５を操作すると、操作スイッチ５がオンして駆動素子１２によりトランジスタ１１が導通状態とされる。そして、トランジスタ１１を介した電池１０からマイコン５０への電力供給が開始され、マイコン５０が作動を開始する。

電源供給保持部５１は、入力ポートＰi1への入力がHigh（操作スイッチ５がオン状態）であることを検知したときに、出力ポートＰo1の出力レベルをHighに維持し、これにより、トランジスタ１１を導通状態に保って電池１０からマイコン５０に電力供給された状態を保持する。

また、燃焼運転部５２、熱電対故障検知部５３、及び熱電対故障報知部５４は、図２〜図３に示したフローチャートによる処理を実行する。

図２のＳＴＥＰ１，ＳＴＥＰ２及びＳＴＥＰ２０は、熱電対故障検知部５３による処理である。熱電対故障検知部５３は、ＳＴＥＰ３で、入力ポートＰi1へのHighレベルの入力により、操作スイッチ５の点火操作が検知されるまで、ＳＴＥＰ１で、ＡＤポートＰadに入力される熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火検知レベルよりも低いか否かを判断する。

なお、熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火検知レベルよりも低い状態が、本発明の熱電対による炎検出信号のレベルが所定の炎検知範囲から外れた状態に相当する。

そして、炎検出信号Ｖtcが着火検知レベルよりも低いときは、熱電対２０及び増幅器２１が正常に作動していると判断できるのでＳＴＥＰ２に進み、熱電対故障検知部５３は、後述する図３のＳＴＥＰ１４，ＳＴＥＰ１５，ＳＴＥＰ７０によるバーナ２の消火後の熱電対２０及び増幅器２１の故障検知を行うことを指示するフラグである、消火後チェックフラグ（図中消火後チェックＦで示す）を０（リセット）にしてＳＴＥＰ３に進む。

一方、熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火検知レベル以上であるときには、熱電対２０又は増幅器２１が故障しているか、前回のバーナ２の消火時点からの経過時間が短く、熱電対２０の温度が周囲温度付近まで低下していないと想定される。そこで、この場合には、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２０に分岐し、熱電対故障検知部５３は、消火後チェックフラグを１（セット）にしてＳＴＥＰ３に進む。

ＳＴＥＰ３で操作スイッチ５の点火操作が検知されるとＳＴＥＰ４に進む。ＳＴＥＰ４〜ＳＴＥＰ１０は燃焼運転部５２による処理である。燃焼運転部５２は、ＳＴＥＰ４で１０タイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ５で出力ポートＰo3の出力レベルをLowとして電磁弁３０を開弁すると共に、ＳＴＥＰ６で出力ポートＰo2の出力レベルをHighとして点火電極２２に火花放電を生じさせて、バーナ２の点火処理を行う。

続くＳＴＥＰ７で、燃焼運転部５２は２秒タイマをスタートさせ、熱電対故障検知部５３は、次のＳＴＥＰ８で２秒タイマのタイムアップの有無を判断しつつ、ＳＴＥＰ３０で熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベルよりも低いか否かを判断する。

そして、ＳＴＥＰ３０で、熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベルよりも低いときはＳＴＥＰ３１に進み、熱電対故障検知部５３は、消火後チェックフラグを０にしてＳＴＥＰ８に戻る。一方、熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベル以上であるときには、消火後チェックフラグを０にすることなくＳＴＥＰ８に戻る。

ＳＴＥＰ８で２秒タイマがタイムアップしたときにＳＴＥＰ９に進み、燃焼運転部５２は、熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベル以上であるか否かを判断する。そして、熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベル以上であって、バーナ２の点火が確認されたときはＳＴＥＰ１０に進み、燃焼運転部５２は、イグナイタ２３をオフして図３のＳＴＥＰ１１に進む。

一方、ＳＴＥＰ９で熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベルよりも低く、バーナ２の点火が確認されなかったときにはＳＴＥＰ４０に分岐し、燃焼運転部５２は、１０秒タイマがタイムアップしたか否かを判断する。そして、１０秒タイマがタイムアップしていないときはＳＴＥＰ９に戻る。一方、１０秒タイマがタイムアップしたときはＳＴＥＰ４１に進み、イグナイタ２３をオフして図３のＳＴＥＰ５４に進む。この場合、燃焼運転部５２は、ＳＴＥＰ５４で電磁弁３０をオフしてバーナ２への燃料ガスの供給を停止し、続くＳＴＥＰ５５でパイロットランプ３３を点灯させて失火エラー報知を行なう。

そして、燃焼運転部５２は、次のＳＴＥＰ５６で６０秒タイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ５７で６０秒タイマがタイムアップしたときにＳＴＥＰ５８に進む。ＳＴＥＰ５８で、燃焼運転部５２は、出力ポートＰo1の出力レベルをLowとして電源供給保持部５１によるトランジスタ１１の導通状態の維持を解除（トランジスタ１１をオフ（遮断状態））して、電池５からマイコン５０への電力供給を遮断する。

電池５からマイコン５０への電力供給が遮断されることにより、マイコン５０の出力ポートＰo4の出力レベルがLowとなって、パイロットランプ３３が消灯する。このように、バーナ２に点火されなかったときには、パイロットランプ３３が６０秒間点灯する失火報知がなされる。

バーナ２が燃焼中であるときは、燃焼運転部５２は、図３のＳＴＥＰ１１とＳＴＥＰ５０とＳＴＥＰ６０からなるループを繰り返し実行し、ＳＴＥＰ１１で操作スイッチ５によるバーナ２の消火操作がなされたか否かを判断すると共に、ＳＴＥＰ５０で熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベルよりも低いか否かを判断する。

そして、ＳＴＥＰ１１で操作スイッチ５の消火操作がなされたときはＳＴＥＰ１２に進み、燃焼運転部５２は、出力ポートＰo3の出力レベルをLowにして電磁弁３０をオフし、バーナ２を消火する。続くＳＴＥＰ１３〜ＳＴＥＰ１６及びＳＴＥＰ７０は、熱電対故障検知部５３による処理である。

熱電対故障検知部５３は、ＳＴＥＰ１３で消火後チェックフラグが１であるか否かを判断する。そして、消火後チェックフラグが１であるときはＳＴＥＰ１４に進み、熱電対故障検知部５３は消火後チェックタイマ（例えば、６０秒がタイマ時間に設定される）をスタートさせる。

続くＳＴＥＰ１５とＳＴＥＰ７０からなるループで、熱電対故障検知部５３は、ＳＴＥＰ１４で熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベルよりも低いか否かを判断すると共に、ＳＴＥＰ７０で消火後チェックタイマがタイムアップしたか否かを判断する。この場合、着火レベル以上の範囲が本発明の故障判定域に相当し、熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベルよりも低いか否かの判断は、本発明の炎検出信号のレベルが故障判定域から外れたか否かの判断に相当する。

そして、ＳＴＥＰ１５で熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベルよりも低いときは、熱電対２０及び増幅器２１が正常に動作していると認識できるので、ＳＴＥＰ１６に進み、熱電対故障検知部５３は、上述したＳＴＥＰ５８と同様にマイコン５０への電力供給を停止し、ＳＴＥＰ１７に進んで処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ１５で熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベルよりも低くならずに、ＳＴＥＰ７０で消火後チェックタイマがタイムアップしたときは、バーナ２を消火してからある程度の時間が経過したにもかかわらず、炎検出信号Ｖtcが高い状態が維持されていることから、熱電対２０又は増幅器２１が故障していると判断することができる。

そこで、この場合はＳＴＥＰ７１に進む。ＳＴＥＰ７１〜ＳＴＥＰ７３は、熱電対故障報知部５４による処理である。熱電対故障報知部５４は、出力ポートＰo4の出力レベルをHighとLowに交互に切替えてパイロットランプ３３を点滅させて熱電対故障報知を行なう。続くＳＴＥＰ７２で、熱電対故障報知部５４は、６０秒タイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ７３で６０秒タイマのタイムアップを待ってＳＴＥＰ１６に進み、上述したＳＴＥＰ５８と同様にマイコン５０への電力供給を停止し、ＳＴＥＰ１７に進んで処理を終了する。これにより、パイロットランプ３３の点滅による熱電対故障報知が６０秒間実行される。

また、ＳＴＥＰ１２で消火後チェックフラグが１でなかったときは、図２のＳＴＥＰ２，ＳＴＥＰ３１で、熱電対２０及び増幅器２１の正常動作が確認され、バーナ２の消火後の故障検知（ＳＴＥＰ１４，ＳＴＥＰ１５，ＳＴＥＰ７０）が不要とされているので、ＳＴＥＰ１６に分岐し、熱電対故障検知部５３は、上述したＳＴＥＰ５８と同様にマイコン５０への電力供給を停止し、ＳＴＥＰ１７に進んで処理を終了する。

この場合は、ＳＴＥＰ１４，ＳＴＥＰ１５，ＳＴＥＰ７０によるバーナ２の消火後の熱電対２０及び増幅器２１の故障検知を行わずに、直ちに電池１０からマイコン５０への電力供給が遮断される。そのため、バーナ２の消火後の熱電対２０及び増幅器２１の故障検知を常に行う場合よりも、電池１０からの電力の消費を低減させて、熱電対２０及び増幅器２１の故障検知に伴う電池１０の寿命の短縮を抑制することができる。

次に、ＳＴＥＰ５０で、バーナ２の燃焼中に、熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベルよりも低くなり、バーナ２が失火したと認識されるときはＳＴＥＰ５１に進む。ＳＴＥＰ５１は熱電対故障検知部５３による処理であり、熱電対故障検知部５３は、消火後チェックフラグを０にする。

続くＳＴＥＰ５２で、燃焼運転部５２は、失火タイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ５３で失火タイマがタイムアップするまでＳＴＥＰ１１に戻る。そして、ＳＴＥＰ５０で熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベル以上に復帰したときには、炎検出信号Ｖtcが燃焼炎の揺らぎ等により一時的に低下したものと考えられるため、ＳＴＥＰ６０に分岐して、燃焼運転部５２は失火タイマをストップさせて計時値をクリアする。

ＳＴＥＰ５３で失火タイマがタイムアップしたとき、すなわち、熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベルよりも低い状態が失火タイマの設定時間以上継続したときに、ＳＴＥＰ５４に進み、燃焼運転部５２は、上述したように失火エラー報知を行なって処理を終了する。

なお、本実施形態では、バーナ２の消火後の図２のＳＴＥＰ１５で、熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが着火レベルよりも低いか否かにより、熱電対２０の故障の有無を判断したが、熱電対２０による炎検出信号Ｖtcが、例えば、着火レベルよりも低く設定した故障検知判定レベル、或いは着火レベルよりも若干高く設定した故障検知判定レベルよりも低いか否かにより、熱電対２０の故障の有無を判断するようにしてもよい。

なお、本実施の形態では、本発明の燃焼装置としてガスコンロを示したが、バーナの燃焼状態を熱電対により検出する燃焼装置であれば、ガス給湯器等の他の種類の燃焼装置に対しても本発明の適用が可能である。

１…コントローラ、２…バーナ、５…操作スイッチ、１０…電池、１１…トランジスタ、２０…熱電対、３０…電磁弁、５０…マイコン、５１…電源供給保持部、５２…燃焼運転部、５３…熱電対故障検知部、５４…熱電対故障報知部。

Claims

バーナと、
前記バーナの燃焼状態を検出する熱電対と、
前記バーナの点火及び消火を指示するための操作スイッチと、
電池と、
スイッチング素子と、
前記操作スイッチがオンしたときに前記スイッチング素子を導通状態とする駆動回路と、
前記スイッチング素子を介して前記電池に接続され、前記スイッチング素子を介して前記電池から供給される電力により作動して、前記バーナの作動を制御する制御回路とを備えた燃焼装置において、
前記制御回路は、
前記駆動回路により前記スイッチング素子が導通状態とされて、前記電池からの電力供給が開始されたときに、前記操作スイッチのオン／オフに拘わらず前記スイッチング素子を導通状態に保持する電源供給保持部と、
前記操作スイッチによる点火操作に応じて前記バーナに点火し、前記バーナの燃焼中に、前記操作スイッチによる消火操作がなされたとき及び前記熱電対による炎検出信号により前記バーナの失火が検知されたときに、前記バーナを消火する燃焼運転部と、
前記電池から供給される電力により前記制御回路が作動を開始した時から前記バーナが消火されるまでの期間内に、前記熱電対による炎検出信号のレベルが所定の炎検知範囲から外れた状態が生じたときは、前記バーナが消火された時に前記電源供給保持部による前記スイッチング素子の導通状態の保持を解除して前記スイッチング素子を遮断状態とし、前記期間内に、前記熱電対による炎検出信号のレベルが前記炎検知範囲から外れた状態が生じなかったときには、前記バーナが消火された時から所定時間が経過するまでに、前記熱電対による炎検出信号のレベルが所定の故障判定域から外れるかを否かを判断する前記バーナ消火後の前記熱電対の故障検知処理を行った後に、前記電源供給保持部による前記スイッチング素子の導通状態の保持を解除して前記スイッチング素子を遮断状態とする熱電対故障検知部
とを備えたことを特徴とする燃焼装置。