JP6035949B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

この発明は燃焼装置に関し、より詳細には、制御用のマイコンを備えた燃焼装置において、マイコンのクロック信号の周波数の異常を検出する技術に関する。

従来、ガス給湯装置などの燃焼装置には、装置各部の制御や異常検出などの各種処理を行わせるために制御用のマイコンが備えられている。この種の制御用のマイコンは、一般には１チップマイコンと称されるマイクロコントローラで構成されており、ＣＰＵ、メモリ、入出力ポート、タイマなど、燃焼装置の制御に必要な各種モジュールが備えられている。

そして、このような燃焼装置の制御用のマイコンは、上述した各種処理を実行することから、そのクロック信号には高速のクロック信号が求められる。そのため、この種の制御用のマイコンには、数ＭＨｚ乃至十数ＭＨｚの高い周波数のクロック信号を出力する発振回路が備えられている。

ところで、このような制御用のマイコンにおいては、発振回路の故障によって発振が停止すると、マイコンによる燃焼装置の制御ができなくなってしまうことから、マイコンにクロック信号が正常に与えられているか否かを検出する外部監視回路が備えられている。

図３は、外部監視回路を備えたマイコンの回路構成の一例を示している。図３に示すように、この種のマイコンａは、発振回路ｂから与えられるクロック信号に基づいて外部監視回路（ウォッチドッグタイマ回路）ｃに与えるウォッチドッグパルスを生成して定期的に出力するように構成されており、外部監視回路ｃはマイコンａから与えられるウォッチドッグパルスが停止すると、マイコンａにリセット信号を与えてマイコンａをリセットするように構成されている。なお、マイコンａがリセットされると、燃焼装置の全負荷は動作を停止するので、燃焼装置を安全に停止する。

しかしながら、このように外部監視回路ｃとしてウォッチドックタイマ回路を備える構成を採用しても、発振回路ｂの発振周波数（クロック信号の周波数）の異常までは検出することができない。たとえば、規定の発振周波数が８ＭＨzの発振回路ｂから４ＭＨｚのクロック信号が出力されている場合、このような周波数のズレは外部監視回路ｃでは検出することができない。

したがって、たとえば、異常な高温出湯が２秒間継続すると高温出湯異常と判定する処理を行う制御用のマイコンにおいて、規定値８ＭＨｚのクロック信号に対して実際には４ＭＨｚのクロック信号が与えられていた場合に、上述した外部監視回路ｃを備える構成だけでは、クロック信号の周波数の異常を検出できないだけでなく、マイコンが高温出湯異常と判定するまでに正常時の倍の時間（つまり４秒）がかかってしまうという問題があった。

そのため、ガス給湯装置のような燃焼装置においては、安全確保の観点から、制御用のマイコンを２基搭載して、相互に監視させる構成を採用したものがある（たとえば、特許文献１参照）。

特許第３７５８５１９号公報

しかしながら、このように制御用のマイコンを２基搭載する構成は、制御回路の構成が複雑になるとともに、制御用のマイコンにかかるコストが上昇するという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、制御用のマイコンが一基で構成された燃焼装置において、マイコンのクロック信号の周波数の異常を簡易な構成で検出できるようにすることで、クロック信号の周波数に異常があった場合において燃焼装置を安全に停止させることができる燃焼装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る燃焼装置は、発振回路から与えられるクロック信号に基づいて動作する制御用のマイコンを備えた燃焼装置において、交流電源の電源周波数に応じたパルス信号を生成するパルス発生手段を備え、上記制御用のマイコンは、上記パルス信号の周期を計測し、その計測結果を上記電源周波数に基づいて設定される基準値と比較することにより、上記クロック信号の周波数について異常の有無を判定する制御構成を備えていることを特徴とする。

すなわち、本発明に係る燃焼装置では、燃焼装置に備えられた制御用のマイコンに与えられるクロック信号の周波数に異常があるか否かを、交流電源の電源周波数に基づいて生成されるパルス信号を比較対象にして制御用のマイコン自身が判定する。そのため、この本発明に係る燃焼装置によれば、制御用のマイコンに与えられるクロック信号の周波数に異常があるか否かの判断にあたり、他の発振回路や他のマイコンを別途設けることなく、単一の制御用のマイコンだけで、クロック信号の周波数の異常の有無を判断することができる。

具体的には、本発明に係る燃焼装置では、上記パルス信号とクロック信号との比較にあたり、制御用のマイコンは、上記パルス信号の周期を計測する。この周期の計測は、たとえば、上記パルス信号のＨｉ期間及び／又はＬｏ期間を制御用のマイコンのカウンタでカウントする。そして、このカウント値（計測結果）をパルス信号生成の基礎になった交流電源の電源周波数に基づいて設定される基準値、たとえば、クロック信号の周波数が正常であれば上記期間にマイコンのカウンタがカウントしたと予想されるカウント値（基準値）と比較することによって、クロック信号の周波数に異常があるか否かを判断する。

また、本発明は他の好適な実施態様として、上記クロック信号の周波数についての異常の有無の判定において、クロック信号に異常があると判定した場合には、上記制御用のマイコンがあらかじめ設定された所定の安全処理を実行するように構成されていることを特徴とする。そして、この安全処理は、燃焼装置に備えられる燃焼部での燃焼停止を含んでいることを特徴とする。また、この安全処理は、燃焼装置に備えられる報知手段を通じた外部への報知を含んでいることを特徴とする。

この実施態様では、制御用のマイコンがクロック信号の周波数に異常があると判定したときには、制御用のマイコンにあらかじめ設定された所定の安全処理が実行されるので、たとえば、この安全処理に燃焼装置に備えられる燃焼部での燃焼停止が含まれているときには燃焼装置を安全に停止させることができ、また、この安全処理に燃焼装置に備えられる報知手段を通じた外部への報知が含まれているときにはクロック信号の周波数の異常をユーザなどに知らせることができる。

本発明によれば、発振回路から与えられるクロック信号に基づいて動作する制御用のマイコンを備えた燃焼装置において、交流電源の電源周波数に応じたパルス信号を生成するパルス発生手段を設け、このパルス発生手段から出力されるパルス信号を制御用のマイコンに入力し、制御用のマイコンでこのパルス信号との比較によってクロック信号の周波数に異常があるか否かを判定するようにしているので、クロック信号の周波数に異常があるか否かの判定にあたり、監視用のマイコンを別途設けることなく簡易な構成でクロック信号の周波数に異常がないかを判定することができる。

また、制御用マイコン自身がクロック信号の周波数の異常の有無を判定するので、異常が検出されたときには当該制御用のマイコンを用いて速やかに燃焼装置を安全に停止させることができる。

本発明を適用したガス給湯装置の一例を示す概略構成図である。 同ガス給湯装置における制御用マイコンの異常検出回路の説明図である。 従来の燃焼装置における制御用マイコンの異常検出回路の説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明を適用したガス給湯装置（燃焼装置）の概略構成を示している。このガス給湯装置１は、図示しない市水などの水源から供給される常温の水を図示しないリモコンなどで設定される給湯設定温度まで加熱昇温させて給湯栓Ｋに供給する装置であって、水を加熱昇温させる熱源となる燃焼部としてバーナ２を備えている。なお、図示例では、給湯栓Ｋは１基のみ示しているが複数基設けられていてもよい。

バーナ２は、図示しないガス供給源から供給される燃料ガスを燃料としており、複数（図示例では１２本）の燃焼管３によって構成されている。これら燃焼管３は、所定本数（図示例では、２本、３本、７本）ごとにガス電磁弁４ａ〜４ｃの一端と配管接続されており、これらガス電磁弁４ａ〜４ｃを開く数を制御することで、燃料ガスが供給される燃焼管３の本数（燃焼能力）の切り換えができるようになっている。

そして、ガス電磁弁４ａ〜４ｃの他端は、燃料ガスの供給量を調節するガス比例弁５の一端に配管接続されるとともに、ガス比例弁５の他端は、ガス供給源からのガス供給を遮断可能に構成された元ガス電磁弁６の一端と配管接続されている。つまり、ガス電磁弁４ａ〜４ｃの開閉制御とガス比例弁５の開度制御によってバーナ２の火力調節ができるようになっている。

なお、図において、７はバーナ２に点火するための点火プラグ、８はバーナ２の炎の有無を検出するバーナ炎検出装置を示している。また、９は上記バーナ２と後述する一次熱交換器１２および二次熱交換器１３を収容する缶体を、１０はバーナ２に燃焼用の空気を供給する送風ファンを示している。１１は送風ファン１０の回転数を検出する回転数センサである。

缶体１０には、上述したバーナ２の上方にバーナ２の燃焼ガスを利用して水を加熱する一次熱交換器１２と、この一次熱交換器１２の上方に一次熱交換器１２を加熱した燃焼ガスの排ガスに含まれる潜熱を利用して一次熱交換器１２に供給される水を加熱しておく二次熱交換器１３とが備えられている。

すなわち、このガス給湯装置１では、二次熱交換器１３の入水口１３ａは、水源と配管接続された入水管１５と配管接続されており、その出水口１３ｂが一次熱交換器１２の入水口１２ａに配管接続されている。そして、この一次熱交換器１２の出水口１２ｂが、さらに給湯栓Ｋに連通する給湯配管１７と配管接続された出湯管１６に配管接続されている。つまり、このガス給湯装置１では、水源から供給される水は二次熱交換器１３、一次熱交換器１２の順に流れ、これらを流れる間に二次熱交換器１３および一次熱交換器１２で加熱昇温され、出湯管１６から給湯配管１７を経て給湯栓Ｋに供給されるようになっている。なお、これら一次熱交換器１２および二次熱交換器１３はいずれもプレートフィン式熱交換器などの熱交換器で構成さている。

ここで、入水管１５には、水源から供給される水の流量（入水流量）を検出する入水流量センサ１８と、水源から供給される水の温度（入水温度）を検出する入水温度センサ１９とが備えられている。なお、上記入水流量センサ１８には羽根車式流量計が好適に使用され、入水温度センサ１９にはサーミスタが好適に使用される。一方、出湯管１６には、出湯管１６からの出湯流量を調節する出湯流量調整弁２０と、出湯管１６から出湯する温水の温度（出湯温度）を検出する出湯温度センサ２１とが備えられている。また、２２は出湯管１６内の圧力が規定値を超えたときに作動して出湯管１６内の温水を管外に排出する過圧逃がし弁（過圧防止機構）である。なお、出湯温度センサ２１にはサーミスタが好適に使用される。

また、このガス給湯装置１は、上述したように、バーナ２の排ガスに含まれる潜熱を二次熱交換器１３で回収するように構成されているので、二次熱交換器１３の下方には潜熱回収時に発生する酸性のドレン水を回収するためのドレン水回収機構２３が備えられている。そして、このドレン水回収機構２３で回収されたドレン水はドレン水回収配管２４を通って中和器２５に貯留され、中和器２５で中和された後に排水管２６を通って外部に排出されるようになっている。

３０はこのように構成されたガス給湯装置１の制御部を示しており、４０はガス給湯装置１の電源部を示している。

制御部３０は、ガス給湯装置１の各部を制御する制御装置であって、ガス給湯装置１の筐体（図示せず）内の所定位置（たとえば、バーナ２の熱の影響を受け難い位置）に収容されている。そして、この制御部３０は、筐体外部に設けられる図示しないリモコンと通信可能に構成されており、リモコンでの設定に基づいてガス給湯装置１の各部を制御するようになっている。

たとえば、リモコンでガス給湯装置１の運転開始を指示する操作が行われると、制御部３０はガス給湯装置１の各部を給湯待機状態に設定する。ここで、給湯待機状態は給湯栓Ｋからの給湯（温水の出湯）が可能な状態を意味する。ガス給湯装置１が給湯待機状態にあるときに給湯栓Ｋが開栓されると、ガス給湯装置１内には通水が生じる。そして、この通水によって入水流量センサ１８が所定流量（最低作動流量）以上の流量を検出すると、制御部３０は、元ガス電磁弁６、ガス比例弁５およびガス電磁弁４ａ〜４ｃを制御してバーナ２に燃料ガスを供給するとともに、図示しない点火装置を作動させて点火プラグ７に火花を発生させ、バーナ２の燃焼運転を開始させる。

この燃焼運転では、制御部３０はリモコンで設定される給湯設定温度の温水が給湯栓Ｋから出湯されるようにガス給湯装置１を制御する。具体的には、制御部３０は、出湯温度センサ２１で検出される出湯温度を監視しながら、入水流量センサ１８で検出される入水流量と入水温度センサ１９で検出される入水温度とに応じて、出湯温度が給湯設定温度となるように、ガス電磁弁４ａ〜４ｃを開く数やガス比例弁５の開度の調節（バーナ２の燃焼制御）を行う。またその際、制御部３０は、給湯設定温度での出湯が困難であれば、出湯流量調整弁２０を制御して出湯流量を絞るといった出湯流量の制御も併せて行う。さらに、制御部３０は、バーナ２が燃焼運転を行っている間は、回転数センサ１１で送風ファン１０の回転を監視し、バーナ２の燃焼に必要な風量がバーナ２に供給されるように送風ファン１０の回転の制御も行う。

そして、給湯栓Ｋが閉栓されると、制御部３０は、入水流量センサ１８で検出される入水流量からガス給湯装置１内の通水の停止（すなわち、給湯栓Ｋの閉栓）を検知する。そして、ガス給湯装置１内の通水停止を検知した制御部３０は、ガス電磁弁４ａ〜４ｃをすべて閉じてバーナ２の燃焼を停止させるとともに、元ガス電磁弁６を閉じてバーナ２への燃料ガスの供給を遮断する。

このように、制御部３０は、リモコンの設定に基づいてガス給湯装置１の各部を制御することから、図示しない通信線を介してリモコンと通信接続されるとともに、ガス給湯装置１の各部に備えられた各種センサ類や電磁弁などとも図示しない信号線や電源線を介して電気的に接続されている。

そして、この制御部３０は、上述した各種制御を制御部３０に備えられた制御用のマイコン３１（図２参照）で行うように構成されている。この制御用のマイコン３１は、一般に１チップマイコンと称されるマイクロコントローラで構成されており、図示しないＣＰＵ、メモリ、入出力ポート、タイマなどガス給湯装置１の制御に必要な各種モジュールを備え構成されている。そして、本実施形態では、この制御用のマイコン３１は、外部の発振回路３２（図２参照）から与えられるクロック信号に基づいて動作するように構成されている。なお、本実施形態では、この制御用のマイコン３１は、上述した制御に加えて、発振回路３２から与えられるクロック信号の周波数に異常がないか否かを監視して（周波数異常検出処理）、周波数に異常があればガス給湯装置１の燃焼を停止させるなど所定の安全動作を行わせる制御（安全処理）も行うように構成されている（詳細は後述する）。

電源部４０は、商用電源などの外部の交流電源ＰＷ（図２参照）から電力供給を受けて、ガス給湯装置の各部の電気部品に電力を供給する電源装置であって、この電源部４０には交流電源ＰＷから供給される交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置（図示せず）などが備えられている他、本実施形態に示す電源部４０には、交流電源ＰＷから与えられる交流電力（具体的には、交流電源ＰＷの電源周波数と同じ周波数の交流信号）を後述するパルス変換回路３３に供給する回路（図示せず）が備えられている。なお、４１は交流電源ＰＷに電源部４０を接続するためのコンセントを示している。

次に、図２を示しながら、制御用マイコン３１における周波数異常検出処理ならびに安全処理について説明する。

この図２に示すように、本実施形態に示すガス給湯装置１では、制御用のマイコン３１は外部の発振回路３２からクロック信号が与えられるように構成されている。発振回路３２は、あらかじめ設定された規定の周波数（たとえば、８ＭＨｚや１６ＭＨｚ）のクロック信号を生成・出力する回路で構成されており、本実施形態では、この発振回路３２はセラミック発振子を備えた発振回路で構成されている。

そして、本実施形態に示すガス給湯装置１では、上記制御部３０には、上記交流電源ＰＷの電源周波数に応じたパルス信号を生成するパルス変換回路（パルス発生手段）３３が備えられており、このパルス変換回路３３で生成されたパルス信号が制御用のマイコン３１の入力ポートに入力されるようになっている。

本実施形態では、このパルス変換回路３３は、電源部４０から交流電源ＰＷの電源周波数と同じ周波数の交流信号を受けて、この交流信号と同じ周期（周波数）のパルス信号を生成するように構成されている。すなわち、交流電源ＰＷの電源周波数と同じ周期のパルス信号を生成するように構成される。たとえば、交流電源ＰＷの電源周波数が５０Ｈｚである場合、このパルス信号の周期は２０ｍ秒であるので、このパルス変換回路３３は１０ｍ秒ごとにＨｉ／Ｌｏを繰り返すパルス信号を生成する。

そして、制御用のマイコン３１は、このパルス変換回路３３から与えられるパルス信号との比較において（つまり、このパルス信号を比較対象として）、発振回路３２から与えられるクロック信号の周波数に異常があるか否かを判定するように構成されている（周波数異常検出処理）。

具体的には、制御用のマイコン３１は、上記パルス信号の周期を計測し、その計測結果を電源周波数に基づいて予め設定される基準値Ａと比較することにより、クロック信号の周波数に異常がないかを判定する。

たとえば、この判定にあたり、制御用のマイコン３１は、一定時間（たとえば、２５０μ秒）ごとに上記パルス信号のＨｉ期間を制御用のマイコン３１に備えられたカウンタでカウントする。このとき、交流電源ＰＷの電源周波数が５０Ｈｚであれば、パルス変換回路３３からは１０ｍ秒ごとにＨｉ／Ｌｏを繰り返すパルス信号が出力されるので、クロック信号の周波数が正常であれば（周波数に狂いがなければ）、上記カウンタのカウント値Ｘは４０となる。

したがって、この場合、上記基準値Ａとして４０±α（ここで、αは許容誤差でありα≧０とされる）と設定しておくことによって、制御用のマイコン３１に与えられたクロック信号の周波数が正常範囲内であるか否かを判定することができる。換言すれば、制御用のマイコン３１のメモリに、上記基準値Ａとして４０±αを記憶させておくことで、発振回路３２から出力されるクロック信号の周波数が正常か否かを制御用のマイコン３１で判定することができるようになる。なお、上記基準値Ａは交流電源ＰＷの電源周波数に応じて適宜設定変更される。

そして、本実施形態では、制御用のマイコン３１は、常時または定期的あるいはバーナ２が燃焼運転中であるなどの所定条件をみたすときに、上述した周波数異常検出処理を実行してマイコン３１に与えられるクロック信号の周波数に異常がないかを判定し、異常が検出されたときは、以下のような安全処理を実行する。

すなわち、たとえば、バーナ２が燃焼運転中にクロック信号の周波数の異常が検出されると、制御用のマイコン３１は、バーナ２での燃焼を停止させる。すなわち、ガス電磁弁４ａ〜４ｃを閉じるとともに元ガス電磁弁６を閉じるなどの処理を実行する。また、バーナ２が燃焼中であるときはもちろんのこと、バーナ２が燃焼運転を行っていないときにクロック信号の周波数の異常を検出したときは、ガス給湯装置１やリモコンに備えられる表示部やスピーカ（いずれも図示せず）などの報知手段を通じて当該異常が検出されたことを外部に報知する。つまり、表示部には異常があった旨を表示し、スピーカからは所定の警報音を出力するなどの処理を行うように構成される。

このように、本実施形態に示すガス給湯装置１では、制御用のマイコン３１が、パルス変換回路３３から出力されるパルス信号を比較対象としてクロック信号の周波数に異常があるか否かを単独で判定するようになっているので、クロック信号の周波数に異常があるか否かの判定にあたり、監視用のマイコンを別途設けることなく簡易な構成でクロック信号の周波数異常の有無を判定することができる。

なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。

たとえば、上述した実施形態では、本発明をガス給湯装置に適用した場合を示したが、本発明は燃焼部を備える燃焼装置であれば、オイルを燃料とする給湯装置など他の構成を備えた燃焼装置にも適用可能である。

また、上述した実施形態では、クロック信号の周波数異常検出処理にあたり、パルス変換回路３３から与えられるパルス信号のＨｉ期間をマイコン３１のカウンタでカウントする構成を示したが、パルス信号のＬｏ期間またはＨｉ期間およびＬｏ期間の双方をカウントするなどの構成を採用することも可能である。さらには、上記パルス信号のＨｉ期間及び／又はＬｏ期間の持続時間を測定して基準値と比較するように構成することも可能である。

また、上述した実施形態では、パルス変換回路３３は交流電源ＰＷの電源周波数と同じ周波数のパルス信号を生成するように構成した場合を示したが、パルス変換回路３３から出力されるパルス信号は交流電源ＰＷの電源周波数に応じたパルス信号を生成するものであればよいので、たとえば、交流電源ＰＷの電源周波数を逓倍または分周した交流信号をパルス変換回路３３で変換するように構成することも可能である。

また、上述した実施形態では、制御用のマイコン３１のクロック信号がマイコン３１の外部に備えられた発振回路３２から与えられる構成を示したが、この発振回路３２は制御用のマイコン３２に内蔵されていてもよい。

また、上述した実施形態では、制御用のマイコン３１がクロック信号の周波数の異常を検出したことによってガス給湯装置１を安全に停止させる構成を採用しているので、制御用のマイコン３１の監視回路としてウォッチドッグタイマ回路を省略した場合を示したが、安全対策上の観点からウォッチドッグタイマ回路も備えるように構成してもよい。

１ ガス給湯装置（燃焼装置）
２ バーナ（燃焼部）
３ 燃焼管
４ａ〜４ｃ ガス電磁弁
５ ガス比例弁
６ 元ガス電磁弁
１０ 送風ファン
１２ 一次熱交換器
１３ 二次熱交換器
１５ 入水管
１６ 出湯管
１８ 入水流量センサ
１９ 入水温度センサ
２０ 出湯流量調整弁
２１ 出湯温度センサ
２３ ドレン水回収機構
２５ 中和器
３０ 制御部
３１ 制御用のマイコン
３２ 発振回路
３３ パルス変換回路（パルス発生手段）
４０ 電源部
Ｋ 給湯栓

Claims (4)

1. 発振回路から与えられるクロック信号に基づいて動作する制御用のマイコンを備えた燃焼装置において、
   交流電源の電源周波数に応じたパルス信号を生成するパルス発生手段を備え、
   前記制御用のマイコンは、前記パルス信号の周期を計測し、その計測結果を前記電源周波数に基づいて設定される基準値と比較することにより、前記クロック信号の周波数について異常の有無を判定する制御構成を備えている
   ことを特徴とする燃焼装置。
2. 前記クロック信号の周波数についての異常の有無の判定において、クロック信号に異常があると判定した場合には、前記制御用のマイコンがあらかじめ設定された所定の安全処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記安全処理は、燃焼装置に備えられる燃焼部での燃焼停止を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置。
4. 前記安全処理は、燃焼装置に備えられる報知手段を通じた外部への報知を含んでいることを特徴とする請求項２または３に記載の燃焼装置。

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