JP6874311B2

JP6874311B2 - 温水機器

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Publication number: JP6874311B2
Application number: JP2016189011A
Authority: JP
Inventors: 吉成鳴瀬; 太田川
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2021-05-19
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: JP2018054189A

Description

本発明は、給湯器や温水暖房機器などの温水機器に関する。

従来より、給湯器などの温水機器においては、下記の特許文献１に開示されているように、温水路内の凍結を予防するための凍結予防ヒータが適所に設けられており、この凍結予防ヒータへの通電を行うか否かをメカニカルリレーの開閉により制御している。

特開２００７−３２２００４号公報

しかし、メカニカルリレーの接点固着や、メカニカルリレーの動作指令を行うためのマイコンの暴走等の異常や、マイコンの動作指令に基づいてメカニカルリレーに駆動信号を出力する駆動回路の故障などによって、メカニカルリレーが開状態のまま固定された状態（以下、かかる状態を「開固定故障」という。）となってしまうことがあり、この場合は凍結が発生する低温になっても凍結予防ヒータへの通電が行われず、温水路内で凍結が生じることにより温水路の破損のおそれがある。

また、長期不在等で温水路内の水が抜けているときに、メカニカルリレーが閉状態のまま固定された状態（以下、かかる状態を「閉固定故障」という。）になってしまうと、内部に水の無い温水路が常時加熱されてしまうため、配管焼けが生じたり、意図しない高温出湯が生じるおそれがある。

そこで、本発明は、マイコンに開閉制御されるリレー（通電路開閉手段）の閉固定故障が発生したときでも、温水路が常時加熱されてしまうことを防止することを第１の目的とする。さらに本発明は、凍結予防ヒータに通電されない故障の発生を検出することによりエラー報知可能にすることを第２の目的とし、さらに好ましくは故障部位をある程度特定可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、温水路と、該温水路の所定部位に設けられた凍結予防ヒータと、該凍結予防ヒータへの通電路を開閉する第１の通電路開閉手段と、所定の空間乃至部位の温度（例えば、雰囲気温度や、温水路の配管温度など）に応じた検出信号（典型的には電圧信号）を出力する温度検出手段と、該温度検出手段の検出信号を入力するとともに前記第１の通電路開閉手段を閉動作させるための第１のヒータＯＮ指令を出力するか否かを制御する制御部とを備える温水機器において、次の技術的手段を講じた。

すなわち、本発明の温水機器は、前記第１の通電路開閉手段と直列に設けられて前記通電路を開閉する第２の通電路開閉手段と、前記温度検出手段から入力する検出信号と所定の判定基準値とに基づいて前記第２の通電路開閉手段を閉動作させる第２のヒータＯＮ指令を出力するか否かが切り替わるよう構成された駆動回路とをさらに備え、これにより前記第１及び第２のヒータＯＮ指令の双方が出力されると前記凍結予防ヒータに通電されるよう構成されていることを特徴とするものである（請求項１）。

かかる本発明の温水機器によれば、第１の通電路開閉手段を開閉動作制御する制御部とは別に、温度検出手段から入力する検出信号と所定の判定基準値とに基づいて（典型的には検出信号と判定基準値との比較結果に基づいて）第２の通電路開閉手段を閉動作させる第２のヒータＯＮ指令を出力するか否かが切り替わるように構成された駆動回路を設けたので、制御部の異常や、第１の通電路開閉手段の故障などによって、第１の通電路開閉手段の閉固定故障が生じた場合でも、駆動回路が第２の通電路開閉手段を開動作させる条件を満たせば第２の通電路開閉手段が開動作することによって凍結予防ヒータへの通電を停止させることができる。

典型的には制御部はマイコンにより構成することができ、駆動回路は比較器や分圧回路などからなるアナログ回路により構成することができる。また、駆動回路は、前記検出信号が示す温度が判定基準値が示す基準温度未満であるとき第２のヒータＯＮ指令を出力する（例えばＨｉｇｈ信号を第２のヒータＯＮ信号として出力する）よう構成できるとともに、検出信号が示す温度が判定基準値が示す基準温度以上であるときは第２のヒータＯＮ指令を出力しない（例えばＬｏｗ信号を出力する）よう構成できる。駆動回路が第２のヒータＯＮ指令を出力する条件（判定基準値の設定値）は、制御部が第１のヒータＯＮ指令を出力する条件と同じであってもよいし、異なる条件であってもよい。例えば、制御部は、温度検出手段の検出信号が示す検出温度が凍結のおそれのある所定の凍結予防運転開始温度、例えば４℃まで低下すると第１のヒータＯＮ指令を出力開始するよう構成でき、この場合、駆動回路も、検出温度が４℃まで低下すると第２のヒータＯＮ指令を出力開始するよう構成することもできるし、また、駆動回路は、制御部が第１のヒータＯＮ指令を出力開始する上記温度よりも高い所定の温度、例えば２０℃未満のときは第２のヒータＯＮ指令を出力し、２０℃以上になると第２のヒータＯＮ指令を出力しないよう構成することもできる。

制御部による第１のヒータＯＮ指令の出力制御は適宜のものであってよいが、好ましくは、温度検出手段の検出信号が示す検出温度が所定の凍結予防運転開始温度以上から凍結予防運転開始温度未満に低下すると第１のヒータＯＮ指令を出力開始し、検出温度が所定の凍結予防運転終了温度以上に上昇すると第１のヒータＯＮ指令の出力を終了するよう構成できる。凍結予防運転開始温度と凍結予防運転終了温度とは同一であってもよいが、第１の通電路開閉手段のチャタリング防止のために凍結予防運転終了温度は凍結予防運転開始温度よりも若干高く（例えば２〜３℃程度）なるよう設定しておくことが好ましい。

駆動回路も適宜の構成とすることができるが、好ましくは、温度検出手段の検出信号が示す検出温度が判定基準値以上から判定基準値未満に低下すると第２のヒータＯＮ指令を出力開始し、検出温度が判定基準値若しくは判定基準値よりも若干高い値まで上昇すると第２のヒータＯＮ指令の出力を終了するよう構成できる。このような駆動回路のヒステリシスは、例えば、比較器の正帰還回路によって実現できる。

また、駆動回路は、第１の通電路開閉手段の開閉状態に応じて判定基準値が変動するよう回路構成することもできるが、前記第１の通電路開閉手段が閉動作しているか否かにかかわらず判定基準値が一定となるよう構成することが好ましい。

上記本発明の温水機器において、前記駆動回路は、前記第２の通電路開閉手段の開閉動作状態に応じた駆動回路監視信号を前記制御部に出力するよう構成され、前記制御部は、前記温度検出手段の検出信号が前記判定基準値との関係で第２のヒータＯＮ指令が出力されない範囲内（例えば、検出信号が示す検出温度が判定基準値が示す基準温度以上）であるにもかかわらず「第２の通電路開閉手段が閉動作している」ことを示す前記駆動回路監視信号が入力されると、前記駆動回路の異常であると判定するよう構成されていてよい（請求項１）。これによれば、駆動回路に異常があることを簡単な構成及び判定処理によって特定できる。なお、かかる特定は厳密なものでなくてもよく、駆動回路の異常である蓋然性が高いという程度の判定とすることができる。また、駆動回路の異常としては、駆動信号を生成出力する回路部分の故障や、駆動回路監視信号を生成出力する回路部分の故障などを含むことができる。

なお、温度検出手段の故障（オープン故障及び／又はショート故障など）を制御部が判定可能に構成することが好ましく、上記駆動回路の異常判定は、温度検出手段の故障判定により正常が確認されているときにのみ実行されるものであってよい。これによれば、温度検出手段の故障による異常な検出温度に基づいて、正常動作している駆動回路が「異常である」と判定されてしまうことを防止できる。

さらに、本発明の温水機器は、前記凍結予防ヒータに通電されているか否かに応じたヒータ監視信号を前記制御部に出力するヒータ監視回路を備えることができる。そして、制御部は、前記温度検出手段の検出信号が前記判定基準値との関係で第２のヒータＯＮ指令が出力される範囲内（例えば、検出信号が示す検出温度が、判定基準値が示す基準温度未満）であるときに、前記第１のヒータＯＮ指令を出力していないにもかかわらず「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示す前記ヒータ監視信号が入力されると、前記第１の通電路開閉手段の閉固定故障であると判定するよう構成されていてよい（請求項２）。これによれば、第１の通電路開閉手段の閉固定故障が生じていることを簡単な構成及び判定処理によって特定できる。なお、第１の通電路開閉手段の閉固定故障は、第１の通電路開閉手段の接点の閉固着や、第１の通電路開閉手段の駆動回路を構成するスイッチング素子のショート故障や、ヒータＯＮ指令の出力ポートの電源ラインへの短絡等によって生じ得るものである。

また、前記制御部は、前記駆動回路の異常であると判定されておらず、且つ、前記温度検出手段の検出信号が前記判定基準値との関係で第２のヒータＯＮ指令が出力される範囲内であるときに、前記第１のヒータＯＮ指令を出力しても「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示す前記ヒータ監視信号が入力されなければ前記第１の通電路開閉手段の開固定故障であると判定するよう構成できる（請求項３）。これによれば、駆動回路の異常判定により正常であることが確認された後に第１の通電路開閉手段の開固定故障の判定を行うことにより、駆動回路の故障によって第２の通電路開閉手段が閉動作しない状態であるにもかかわらず正常動作している第１の通電路開閉手段の開固定故障が生じていると誤判定してしまうことを回避できる。なお、第１の通電路開閉手段の開固定故障は、第１の通電路開閉手段の接点の開固着や、第１の通電路開閉手段の駆動回路を構成するスイッチング素子のオープン故障や、ヒータＯＮ指令の出力ポートのグラウンドへの短絡等によって生じ得るものである。

また、上記本発明の温水機器において、前記凍結予防ヒータに通電されているか否かに応じたヒータ監視信号を前記制御部に出力するヒータ監視回路をさらに備え、前記駆動回路は、前記第１の通電路開閉手段が閉動作しているときは第１閾値が前記判定基準値として設定されるとともに、前記第１の通電路開閉手段が開動作しているときは第１閾値とは異なる第２閾値が前記判定基準値として設定されるよう構成され、前記第２閾値は、前記第１の通電路開閉手段が開動作しているときは常に第２のヒータＯＮ指令が出力されるよう設定されていてもよい（請求項４）。かかる構成において、第１閾値は、制御部が第１のヒータＯＮ指令の出力を開始する凍結予防運転開始温度（例えば３〜５℃）よりも高い温度（例えば１０〜３０℃、より好ましくは２０℃程度）に設定することが好ましい。また、第２閾値は、温度検出手段が出力可能な信号範囲外（例えば出力電圧範囲外）の値に設定することができる。

かかる構成によれば、第１の通電路開閉手段が開動作しているときは第２の通電路開閉手段が常時閉動作するので、第１のヒータＯＮ指令の出力制御状態とヒータ監視信号の状態との整合性の確認により、第１の通電路開閉手段の接点の閉固着や、第１のヒータＯＮ指令の出力ポートの電源ライン等への短絡などに起因する第１の通電路開閉手段の閉固定故障を、ヒータ監視信号に基づいて判定できる。したがって、第１の通電路開閉手段の異常判定専用の監視ポートを設ける必要がなく、制御部として機能するマイコンの空きポートが少ない製品においても第１の通電路開閉手段の閉固定故障判定を実施できる。

さらに、上記構成によれば、第１の通電路開閉手段が閉動作しているときに検出温度が第１閾値以上になると第２の通電路開閉手段が開動作するため、第１の通電路開閉手段が閉動作した状態で固定される異常が生じたときでも、検出温度が第１閾値以上であれば駆動回路の機能によって凍結予防ヒータへの通電を停止できる。なお、温水路を構成する配管内に水が無いときに凍結予防ヒータによって配管が加熱されると温度検出手段の検出温度が上昇して上記第１閾値（例えば２０℃）以上にまで上昇するように温度検出手段を配設することができ、これによれば、第１の通電路開閉手段が閉固定故障し、且つ、雰囲気温度が０℃近辺であり、且つ、温水路内に水が無い場合に、凍結予防ヒータにより温水路が長時間加熱されて配管焼け等が生じることを防止できる。

また、前記制御部は、前記第１のヒータＯＮ指令を出力しておらず、且つ、前記温度検出手段の検出信号が前記第１閾値との関係では第２のヒータＯＮ指令が出力されない範囲内であるときに、前記駆動回路の異常判定のために前記第１のヒータＯＮ指令を出力するよう構成されているとともに、当該出力により「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示す前記ヒータ監視信号が入力されると前記駆動回路の異常であると判定するよう構成されていてよい（請求項５）。これによれば、駆動回路の異常判定用の監視ポートを設けることなく、上記異常判定処理を行ったときのヒータ監視信号の入力状態に基づいて駆動回路の異常判定を行うことができる。なお、駆動回路の異常には、駆動回路自体の回路故障の他、駆動回路によって駆動される第２の通電路開閉手段の接点溶着をも含んでいてよい。

また、前記制御部は、前記温度検出手段の検出信号が前記第１のヒータＯＮ指令を出力すべき範囲内であるときに前記第１のヒータＯＮ指令を出力せずに前記ヒータ監視信号を確認し、当該ヒータ監視信号が「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示していれば第１の通電路開閉手段の閉固定故障であると判定するよう構成されていてよい（請求項６）。これによれば、第１の通電路開閉手段の閉固定故障判定用の監視ポートを設けることなく、上記判定処理を行ったときのヒータ監視信号の入力状態に基づいて第１の通電路開閉手段の閉固定故障の判定を行うことができる。

また、前記制御部は、前記温度検出手段の検出信号が前記第１のヒータＯＮ指令を出力すべき範囲内となったことを検出することにより前記第１のヒータＯＮ指令を出力しても、「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示す前記ヒータ監視信号が入力されないとき、所定の故障であると判定するよう構成されていてよい（請求項７）。これによれば、上記駆動回路の異常判定、並びに、第１の通電路開閉手段の閉固定故障判定によって正常が確認された後に、上記の所定の故障であるとの判定を行うことで、駆動回路の異常や第１の通電路開閉手段の閉固定故障を除く他の故障（例えば、第２の通電路開閉手段の接点の開固着や、第１の通電路開閉手段の接点の開固着や、ヒータ監視回路の故障など）であることを特定可能である。

なお、上記した故障乃至異常が検出された場合には、対応するエラーコードやエラーメッセージなどによるエラー報知を行うよう制御部を構成することが好ましい。また、本発明の温水機器は、正常動作時（上記異常乃至故障が発生していないとき）は、前記第１及び第２のヒータＯＮ指令の少なくとも一方が出力されないときは前記凍結予防ヒータに通電されないよう構成できる。

以上説明したように、本発明によれば、第１の通電路開閉手段の閉固定故障が発生したときでも、第２の通電路開閉手段の開動作によって凍結予防ヒータへの通電を停止可能とし、これにより温水路が常時加熱されてしまうことを防止できる。さらに、本発明によれば、制御部によるヒータＯＮ指令の出力制御状態や、検出温度や、監視信号の入力状態などの相関関係に基づいて故障部位をある程度特定することができる。

本発明の温水機器の第１実施形態に係る瞬間湯沸かし式給湯器の作動原理図である。同給湯器における凍結予防ヒータの駆動制御に関連する回路構成の主要部を示す回路図である。本発明の第２実施形態に係る凍結予防ヒータの駆動制御に関連する回路構成の主要部を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の温水機器の一例としての瞬間湯沸かし式の潜熱回収型高効率給湯器を示しており、該給湯器は、各種制御を行う制御基板１と、燃焼缶体２と、給湯回路３（温水路）とを備えている。缶体２内部には、燃焼ガスを生成する燃焼部４と、該燃焼部４の上方に配置された一次熱交換器５と、該一次熱交換器５のさらに上方に配置された二次熱交換器６（凝縮熱交換器）とが設けられている。さらに、燃焼部４に対して燃焼用空気を供給するファン７が燃焼部４の下方に配設されている。ファン７には回転数センサ７１が取付けられている。

燃焼部４は、複数（図示例では２つ）の燃焼領域に区分されており、各燃焼領域はそれぞれ複数本のバーナによって形成されている。各燃焼領域には、燃料ガス供給源側から燃焼用燃料として燃料ガスを供給するガス供給管４１が接続されている。このガス供給管４１には、燃料ガス供給源側から順に、元栓としての元ガス電磁弁４２と、ガス供給量を調整するガス比例弁４３とが設けられている。このガス比例弁４３の下流側でガス供給管４１が各燃焼領域毎に分岐されている。各燃焼領域に対応して複数の能力切替弁ＳＶ１，ＳＶ２が個別に設けられており、各能力切替弁ＳＶ１，ＳＶ２を開閉することによって各燃焼領域への燃料ガスの供給を個別に制御可能となっている。各燃焼領域に供給された燃料ガスは、各バーナ毎に設けられたガス通路を介して各バーナに供給され、バーナ内で燃料ガスと燃焼用空気とが混合され、該混合ガスが燃焼することによって燃焼ガスが生成される。

一次熱交換器５は、燃焼部４で生じる燃焼ガスの顕熱を回収するものであり、二次熱交換器６は、一次熱交換器５において回収しきれなかった燃焼ガスの熱エネルギー、すなわち潜熱を回収して一次熱交換器５での加熱前に給水を予熱するためのものである。これら熱交換器によって熱エネルギーが回収された後の燃焼排ガスは、缶体２の上部に設けられた排気口２ａより強制排気される。

給湯回路３は、給水接続口から給水を受けた水道水等を二次熱交換器６に入水させる入水路３１と、二次熱交換器６及び一次熱交換器５で熱交換加熱された湯を出湯させる出湯路３２と、入水路３１から分岐して出湯路３２に冷水を供給するバイパス路３３とを備えている。入水路３１には缶体流量センサ３４と入水温度センサ３５とが設けられている。出湯路３２には、出湯流量制御弁３６と出湯温度センサ３７とが設けられている。

なお、燃焼部４の上方には点火プラグ８及びフレームロッド（立消え安全装置）９が燃焼缶体２に設けられている。また、二次熱交換器６の下方には凝縮水をドレンとして回収するドレン回収トレイ６１が設けられ、回収されたドレンは中和装置６２によって中和された後に排水される。また、入水温度、出湯温度、缶体排気温度及びファン７の回転数など、給湯運転制御に必要な各種パラメータを測定するセンサ乃至測定回路が適所に設けられている。

また、給湯器の筐体内の適所に、サーモスタットにより構成される雰囲気温度センサ１０（温度検出手段）が取り付けられているとともに、複数の凍結予防ヒータＨが取付られている。この凍結予防ヒータＨは、特に凍結が問題となる部位に設けることができ、図示例では、入水路３１の下端部近傍、出湯路３２の下端部近傍、一次熱交換器５の屈曲部近傍、及び、中和装置６２の近傍にそれぞれ凍結予防ヒータＨを配設している。凍結予防ヒータＨは、商用交流電源に通電されることにより動作するものが好ましく、複数の凍結予防ヒータＨは、商用交流電源に対して直列に接続されていてもよいし並列に接続することもできる。なお、各凍結予防ヒータＨの出力熱量は適宜設計できるが、例えば入水路３１や出湯路３２や一次熱交換器５を構成する配管を、その内部に水が無い状態で８０℃程度まで昇温させることが可能なものとすることができる。

上記ファン７、点火プラグ８、能力切替弁ＳＶ１，ＳＶ２、元ガス電磁弁４２、ガス比例弁４３、出湯流量制御弁３６、並びに、複数の凍結予防ヒータＨなどの各制御対象は、制御基板１によって動作制御される。該制御基板１は、図２にも示すように制御中枢としてのマイコン１１（制御部）を備えており、マイコン１１は、給湯運転中、上記各センサからそれぞれの検出値を取得し、これら検出値と要求される給湯能力とに基づいて要求燃焼熱量を決定し、要求燃焼熱量が得られるように燃焼部４の能力段数及び比例弁４３の開度を制御するとともに出湯流量制御弁３６の開度を制御する。さらに、マイコン１１は、要求燃焼熱量に応じた最適な送風量となるようファン７の目標回転数を演算により求め、かかる目標回転数でファン７を回転駆動させる。

また、マイコン１１は、少なくとも給湯運転停止中、雰囲気温度センサ１０の検出信号が示す検出温度を監視して、給湯回路３を構成する配管内で凍結するおそれがある凍結予防運転開始温度（例えば３〜５℃）まで検出温度が低下すると第１のヒータＯＮ指令を後述する第１リレー駆動回路１６に出力することにより第１リレーＲＬ１を閉動作させ、検出温度が所定の凍結予防運転終了温度以上（例えば５〜７℃）に上昇すると第１のヒータＯＮ指令の出力を終了することにより第１リレーＲＬ１を開動作させるよう凍結予防運転制御を行う。また、マイコン１１は、給湯運転中も、上記凍結予防運転制御を行うよう構成することができる。

図２に示すように、制御基板１には、商用交流電源から凍結予防ヒータＨへの通電を行うためのヒータ駆動回路１３と、ヒータ駆動回路１３によって凍結予防ヒータＨに通電されているか否かを監視するヒータ監視回路１４と、雰囲気温度検出回路１５（温度検出手段）と、第１リレー駆動回路１６と、第２リレー駆動回路１７（第２の通電路開閉手段ＲＬ２の駆動回路）とが実装されている。また、電源基板１２（図１参照）上には、商用交流電源から機器動作用電源電圧（１５Ｖ直流電源電圧）を生成出力する絶縁型スイッチングコンバータ１８と、機器動作用電源電圧から制御用電源電圧（５Ｖ直流電源電圧）を生成出力するレギュレータ１９とが設けられている。

ヒータ駆動回路１３は、凍結予防ヒータＨの両端に商用交流電源電圧を通電するための通電路１３ａと、該通電路１３ａの中途部に設けられた第１及び第２のリレーＲＬ１，ＲＬ２（通電路開閉手段）とを備えている。凍結予防ヒータＨは２つのリレーＲＬ１，ＲＬ２に直列に接続されているとともに、２つのリレーＲＬ１，ＲＬ２の間に凍結予防ヒータＨが配設されている。本実施例では、各リレーＲＬ１，ＲＬ２として常開接点式の電磁リレーを用いており、内蔵電磁コイルＬ１，Ｌ２に駆動電流を供給すると閉動作し、駆動電流が供給されなければ開動作する。なお、これら電磁コイルＬ１，Ｌ２は数百〜数ｋΩ程度の抵抗成分を有している。

ヒータ監視回路１４は、凍結予防ヒータＨの両端に印加される交流電圧を半波整流する整流器Ｄと、フォトカプラＰＣとにより主構成されている。フォトカプラＰＣは、入力側の発光ダイオードと、出力側のフォトトランジスタとを備え、入力側の発光ダイオードが適宜の負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して整流器Ｄに直列に接続されている。出力側のフォトトランジスタは負極側端子がグラウンドに接続され、正極側端子は、プルアップ抵抗Ｒ３を介して制御用電源電圧に接続されるとともに、マイコン１１のヒータ監視ポートに接続されている。

したがって、凍結予防ヒータＨに交流電源電圧が通電されると、交流電源電圧の周期に応じたパルス信号が「凍結予防ヒータが通電されている」ことを示すヒータ監視信号としてマイコン１１のヒータ監視ポートに出力される。一方、凍結予防ヒータＨに通電されていないときは、マイコン１１のヒータ監視ポートの入力電圧がプルアップされるため、Ｈｉｇｈ信号が「凍結予防ヒータが通電されていない」ことを示すヒータ監視信号としてマイコン１１のヒータ監視ポートに出力されるようになっている。

雰囲気温度検出回路１５は、上記雰囲気温度センサ１０と固定抵抗器Ｒ４とを直列接続してなる分圧回路により構成されており、該分圧回路の両端には所定の電圧（例えば５Ｖ）が印加されている。本実施例では雰囲気温度センサ１０としてサーミスタを用いており、雰囲気温度センサ１０を固定抵抗器Ｒ４のグラウンド側に接続しているため、雰囲気温度が上昇するほど分圧回路の出力電圧が低下していくようになっている。例えば、雰囲気温度が２０℃のとき分圧回路の出力電圧が約３Ｖとなり、雰囲気温度が４℃のとき分圧回路の出力電圧が約４Ｖとなり、雰囲気温度が３０℃のとき分圧回路の出力電圧が約２．５Ｖとなるように雰囲気温度センサ１０の温度−抵抗値特性を設計できる。

雰囲気温度検出回路１５の検出信号、すなわち上記分圧回路の出力電圧は、マイコン１１の温度監視ポートに出力されるとともに、第２リレー駆動回路１７へも出力されている。

第１リレー駆動回路１６は、第１リレーＲＬ１の電磁コイルＬ１に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１を備えており、該スイッチング素子Ｑ１を介して電磁コイルＬ１の負極側端子がグラウンドに接続されている。電磁コイルＬ１の正極側端子は１５Ｖ電源ラインに接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、マイコン１１が出力する第１のヒータＯＮ指令によりオン／オフ制御され、マイコン１１が第１のヒータＯＮ指令を出力する（図示例ではＨｉｇｈ信号を出力する）とスイッチング素子Ｑ１がオンし、これにより電磁コイルＬ１に駆動電流が供給されて第１リレーＲＬ１が閉動作するよう構成されている。一方、マイコン１１が第１のヒータＯＮ指令を出力しないとき（図示例ではマイコンがＬｏｗ信号を出力するとき若しくはオープン出力に設定されたとき）、スイッチング素子Ｑ１がオフし、これにより電磁コイルＬ１への駆動電流の供給が遮断されて、第１リレーＲＬ１が開動作するよう構成されている。

第２リレー駆動回路１７は、第２リレーＲＬ２の電磁コイルＬ２に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ２を備えており、該スイッチング素子Ｑ２を介して電磁コイルＬ２の負極側端子がグラウンドに接続されている。電磁コイルＬ２の正極側端子は１５Ｖ電源ラインに接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、比較器１７ｂ（オペアンプ）の出力信号によってオン／オフ制御されるようになっている。比較器１７ｂは、雰囲気温度検出回路１５が出力する検出信号の電圧と、基準電圧生成用分圧回路１７ａが出力する一定の基準電圧（判定基準値）とを比較して、上記検出信号が示す検出温度が上記基準電圧が示す基準温度未満であればＨｉｇｈ信号を出力し、上記検出温度が上記基準温度以上であればＬｏｗ信号を出力する。図示例では、雰囲気温度検出回路１５の検出信号は比較器１７ｂの非反転入力端子に入力され、基準電圧生成用分圧回路１７ａが出力する基準電圧は比較器１７ｂの反転入力端子に入力されており、例えば基準電圧を４Ｖ（基準温度としては４℃）とすると、雰囲気温度が４℃未満になると比較器１７ｂの出力がＨｉｇｈ信号となって、該Ｈｉｇｈ信号によりスイッチング素子Ｑ２がオンして、これにより電磁コイルＬ２に駆動電流が供給されて第２リレーＲＬ２が閉動作するよう構成されている。なお、比較器１７ｂには正帰還回路（ヒステリシス回路）が設けられており、雰囲気温度が例えば６℃以上に上昇しなければＨｉ出力状態からＬｏｗ出力状態へ切り替わらないように構成されている。

また、第２リレー駆動回路１７は、第２リレーＲＬ２の開閉動作状態に応じた駆動回路監視信号をマイコン１１のＲＬ２監視ポートに出力する監視回路部１７ｃを備えている。この監視回路部１７ｃは、スイッチング素子Ｑ２がオンすることにより第２リレーＲＬ２の電磁コイルＬ２の負極側端子が接地されるとマイコン１１に「第２の通電路開閉手段が閉動作している」ことを示す駆動回路監視信号（図示例ではＨｉｇｈ信号）を出力する一方、スイッチング素子Ｑ２がオフすることにより第２リレーＲＬ２の電磁コイルＬ２の負極側端子がオープン状態になるとマイコン１１に「第２の通電路開閉手段が開動作している」ことを示す駆動回路監視信号（図示例ではＬｏｗ信号）を出力するよう構成されている。

具体的には、監視回路部１７ｃは、電磁コイルＬ２の負極側の電位によってオン／オフするスイッチング素子Ｑ３を備え、該スイッチング素子Ｑ３を介してマイコン１１のＲＬ２監視ポートが制御用電源電圧ラインに接続されている。また、ＲＬ２監視ポートはプルダウン抵抗Ｒ４を介してグラウンドに接続されている。スイッチング素子Ｑ３はｐｎｐ型バイポーラトランジスタにより構成され、そのベース（制御端子）は、逆流防止ダイオードＤ２を介して電磁コイルＬ２の負極側端子に接続されている。したがって、スイッチング素子Ｑ２がオンすると、スイッチング素子Ｑ３のベースが接地されてスイッチング素子Ｑ３がオンし、マイコン１１のＲＬ２監視ポートにＨｉｇｈ信号が入力される。一方、スイッチング素子Ｑ２がオフすると、スイッチング素子Ｑ３のベースがプルアップされてスイッチング素子Ｑ３もオフし、これによりＲＬ２監視ポートがプルダウンされてＬｏｗ信号が入力されることとなる。

また、マイコン１１は、以下説明するように、雰囲気温度検出回路１５の故障判定、第２リレー駆動回路１７の異常判定、第１リレーＲＬ１の閉固定故障判定、並びに、第１リレーＲＬ１の開故障判定を行うよう構成されている。

雰囲気温度検出回路１５の故障判定（以下、「Ａ判定」という。）は、例えば、雰囲気温度検出回路１５の検出信号電圧が正常範囲外の異常な電圧になると雰囲気温度検出回路１５が故障したものと判定することができる。また、例えば、マイコン１１の制御によって雰囲気温度センサ１０を自己発熱させる故障判定用電圧を該センサ１０に印加可能に回路構成し、所定のタイミングで雰囲気温度センサ１０に故障判定用電圧を印加することで雰囲気温度検出回路１５による検出温度が上昇するか否かによりオープン故障やショート故障が生じているか否かを判定できる。かかる故障判定によって雰囲気温度検出回路１５の故障と判定すると、マイコン１１は、雰囲気温度検出回路１５が故障した旨の所定のエラー報知を行う。

第２リレー駆動回路１７の異常判定（以下、「Ｂ判定」という。）は、例えば、雰囲気温度検出回路１５による検出温度が４℃（第２リレー駆動回路１７が第２のヒータＯＮ指令を出力開始する判定基準値に対応する基準温度）以上であるにもかかわらずＲＬ２監視ポートに「第２の通電路開閉手段が閉動作している」ことを示す駆動回路監視信号が入力されたことを検出すると、第２リレー駆動回路１７の異常、すなわち、リレー駆動回路１７における回路故障、若しくは、ＲＬ２監視ポートが電源ライン等に短絡する短絡故障などが生じたものと判定する。このＢ判定は、上記Ａ判定によって雰囲気温度検出回路１５が正常動作していることが確認された場合にのみ行われるよう構成できる。このＢ判定によって第２リレー駆動回路１７が異常であると判定すると、マイコン１１は、第２リレー駆動回路１７が異常である旨の所定のエラー報知を行う。

第１リレーＲＬ１の閉固定故障判定（以下「Ｃ判定」という。）は、上記Ａ判定およびＢ判定のいずれもが正常判定され、且つ、雰囲気温度検出回路１５による検出温度が凍結予防運転開始温度（４℃）未満となったときに第１のヒータＯＮ指令の出力開始前に実施することができ、第１のヒータＯＮ指令を出力していないにもかかわらず「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示すヒータ監視信号（パルス信号）を入力したことを検出すると、第１リレーＲＬ１の閉固定故障であると判定して、第１リレーＲＬ１が閉動作したまま固定されていることを示す所定のエラー報知を行う。マイコン１１は、上記Ｃ判定によって正常が確認されれば、本来の凍結予防運転を開始、すなわち、第１のヒータＯＮ指令を出力開始する。

第１のリレーＲＬ１の開固定故障判定（以下、「Ｄ判定」という。）は、マイコン１１が凍結予防運転を行っているときに実施でき、雰囲気温度検出回路１５による検出温度が４℃未満（第２リレー駆動回路１７が第２のヒータＯＮ指令を出力する基準温度未満）であって、且つ、第１のヒータＯＮ指令を出力しているにもかかわらず、「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示すヒータ監視信号をマイコン１１が入力しなければ、第１リレーＲＬ１の開固定故障であると判定して、第１リレーＲＬ１が開状態のまま固定されていることを示す所定のエラー報知を行う。

図３は本発明の第２の実施形態に係る制御回路構成を示しており、上記第１実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略し、異なる構成、作用効果について説明する。

本実施形態では、第２リレー駆動回路１７の監視回路部が設けられていないとともに、基準電圧生成用分圧回路１７ａはスイッチング素子Ｑ４を介して制御用電源ライン（５Ｖ）に接続され、マイコン１１が第１のヒータＯＮ指令を出力することにより第１リレーＲＬ１が閉動作するとスイッチング素子Ｑ４がオンして基準電圧生成用分圧回路１７ａが出力する基準電圧が例えば３Ｖ（第１閾値）に設定され、第１のヒータＯＮ指令が出力されないことにより第１リレーＲＬ１が開動作するとスイッチング素子Ｑ４がオフして基準電圧が例えば０Ｖ（第２閾値）に設定されるよう構成されている。

さらに、第２リレーＲＬ２として、常閉接点式の電磁リレーを用いており、比較器１７ｂがＬｏｗ信号（第２のヒータＯＮ指令）を出力するとスイッチング素子Ｑ２がオフして第２リレーＲＬ２の電磁リレーＬ２に通電されず、第２リレーＲＬ２が閉動作する。一方、比較器１７ｂがＨｉｇｈ信号を出力すると（第２のヒータＯＮ指令が出力されないことに相当する）、スイッチング素子Ｑ２がオンして第２リレーＲＬ２の電磁リレーＬ２に通電され、第２リレーＲＬ２が開動作するよう構成されている。

また、基準電圧生成用分圧回路１７ａが出力する基準電圧は比較器１７ａの非反転入力端子に入力され、比較器１７ｂの反転入力端子に雰囲気温度検出回路１５からの検出信号が入力されている。また、雰囲気温度検出回路１５の検出信号電圧は、例えば、雰囲気温度が４℃未満のときは４Ｖより大きく５Ｖ未満の電圧となり、雰囲気温度が４℃以上２０℃未満のときは４Ｖ以下で３Ｖより大きい電圧となり、雰囲気温度が２０℃以上のときは検出信号３Ｖ以下で０Ｖより大きい電圧となるよう定数設定されている。

したがって、雰囲気温度が４℃以上のときは、マイコン１１が第１のヒータＯＮ指令を出力せず、第１リレーＲＬ１が開動作しているため、比較器１７ｂの非反転入力端子の入力電圧は０Ｖとなり、一方、比較器１７ｂの反転入力端子に入力される雰囲気温度検出回路１５の検出信号電圧は常に０Ｖより大きくなるため、比較器１７ｂは常にＬｏｗ信号を第２のヒータＯＮ指令として出力する。

また、雰囲気温度が４℃未満のときは、マイコン１１が第１のヒータＯＮ指令を出力し、第１リレーＲＬ１が閉動作しているため、比較器１７ｂの非反転入力端子の入力電圧は３Ｖとなり、一方、比較器１７ｂの反転入力端子に入力される雰囲気温度検出回路１５の検出信号電圧は４Ｖより大きくなるため、何らかの故障や異常が生じていなければ、比較器１７ｂはＬｏｗ信号を第２のヒータＯＮ指令として常に出力するよう構成されている。

しかし、例えばマイコン１１の暴走等により雰囲気温度にかかわらず第１のヒータＯＮ指令が常時出力されたり、第１のヒータＯＮ指令出力ポートが電源ラインに短絡するなどして該ポートの電圧がＨｉｇｈ状態で固定されたり、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障などによって、第１リレーＲＬ１が閉動作した状態で固定される閉固定故障が生じた場合に、雰囲気温度が２０℃以上になれば雰囲気温度検出回路１５の検出信号電圧が３Ｖ以下となり、これにより比較器１７ｂがＨｉｇｈ信号を出力するため、第２リレーＲＬ２が駆動されて開動作し、凍結予防ヒータＨへの通電が停止される。

また、本実施形態では、マイコン１１は、雰囲気温度検出回路１５の故障判定、第２リレー駆動回路１７の異常判定、第１リレーＲＬ１の閉固定故障判定、並びに、その他の故障判定を行うよう構成されている。

雰囲気温度検出回路１５の故障判定は上記第１実施形態と同様のものとすることができる。

第２リレー駆動回路１７の異常判定は、本実施形態では、例えば雰囲気温度検出回路１５の検出信号に基づいてマイコン１１が検出する雰囲気温度が２５℃以上（上記第１閾値との関係では第２のヒータＯＮ指令が出力されない範囲）であるときに所定のタイミング（例えば一定周期毎）に行うことができる。かかる異常判定処理は、第２リレー駆動回路１７の異常判定のために第１のヒータＯＮ指令を出力したとき、「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示すヒータ監視信号を入力すると、第２リレー駆動回路１７の異常であると判定するよう制御構成されている。かかる異常判定がなされれば、マイコン１１は、第２リレー駆動回路１７の異常であることを示す所定のエラー報知を行う。

第１リレーＲＬ１の閉固定故障判定は、雰囲気温度検出回路１５の検出信号に基づいてマイコン１１が検出する雰囲気温度が４℃未満となったとき（第１のヒータＯＮ指令を出力すべき範囲内であるとき）に、凍結予防運転を開始する前に実施できる。すなわち、第１のヒータＯＮ指令の出力を開始する前に、ヒータ監視信号を確認して、ヒータ監視信号がパルス信号（「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示す信号）であれば、第１リレーＲＬ１の閉固定故障であると判定する。かかる故障判定がなされれば、マイコン１１は、第１リレーＲＬ１の閉固定故障であることを示す所定のエラー報知を行うとともに、その後エラー報知の所定の初期化が行われるまで、常時、雰囲気温度にかかわらず第１のヒータＯＮ指令を出力するよう構成できる。第１のヒータＯＮ指令を常時出力することにより、雰囲気温度が上記したように例えば２０℃まで上昇すると凍結予防ヒータＨへの通電が停止され、不慮の高温出湯を防止できるとともに配管焼けの発生等を防止できるようになる。

第１リレーＲＬ１の閉固定故障判定で正常と判定されれば、マイコン１１は、第１のヒータＯＮ指令の出力を開始することにより第１リレーＲＬ１を閉動作させて、凍結予防運転を開始する。凍結予防運転中、ヒータ監視信号としてＨｉｇｈ信号が入力されれば、第２リレー駆動回路１７の異常及び第１リレーＲＬ１の閉固定故障以外のその他の故障（例えば、ヒータ監視回路１４の故障、第２リレーＲＬ２の開固定故障、第１リレーＲＬ１の開固定故障など）であると判定して、その他の故障である旨の所定のエラー報知を行う。

上記第２実施形態によれば、第２リレー駆動回路１７の異常判定用の監視ポートをマイコン１１に設けることなく第２リレー駆動回路１７の異常判定を行うことができ、マイコン１１の空きポートが無い機種においても本発明を適用できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、各通電路開閉手段は、上記実施形態ではメカニカルリレーを用いたが、半導体リレーその他の半導体スイッチング素子や、その他の機械式スイッチであってもよい。また、凍結予防ヒータの電源は直流電源であってもよい。また、温度検出手段は、制御部に検出信号を出力する制御部用温度センサと、第２リレー駆動回路に検出信号を出力する駆動回路用温度センサが個別に設けられたものであってよく、これらセンサが検出する空間乃至部位は同一であっても異なっていてもよい。

３温水路（給湯回路）
１１マイコン（制御部）
１３ａ通電路
１５温度検出手段（雰囲気温度検出回路）
１７駆動回路（第２リレー駆動回路）
Ｈ凍結予防ヒータ
ＲＬ１第１の通電路開閉手段（第１リレー）
ＲＬ２第２の通電路開閉手段（第２リレー）

Claims

温水路と、該温水路の所定部位に設けられた凍結予防ヒータと、該凍結予防ヒータへの通電路を開閉する第１の通電路開閉手段と、所定の空間乃至部位の温度に応じた検出信号を出力する温度検出手段と、該温度検出手段の検出信号を入力するとともに前記第１の通電路開閉手段を閉動作させるための第１のヒータＯＮ指令を出力するか否かを制御する制御部とを備える温水機器において、
前記第１の通電路開閉手段と直列に設けられて前記通電路を開閉する第２の通電路開閉手段と、
前記温度検出手段から入力する検出信号と所定の判定基準値とに基づいて前記第２の通電路開閉手段を閉動作させる第２のヒータＯＮ指令を出力するか否かが切り替わるよう構成された駆動回路とをさらに備え、
これにより前記第１及び第２のヒータＯＮ指令の双方が出力されると前記凍結予防ヒータに通電されるよう構成されており、
前記駆動回路は、前記第２の通電路開閉手段の開閉動作状態に応じた駆動回路監視信号を前記制御部に出力するよう構成され、
前記制御部は、前記温度検出手段の検出信号が前記判定基準値との関係で前記第２のヒータＯＮ指令が出力されない範囲内であるにもかかわらず「第２の通電路開閉手段が閉動作している」ことを示す前記駆動回路監視信号が入力されると、前記駆動回路の異常であると判定するよう構成されていることを特徴とする温水機器。
請求項１に記載の温水機器において、
前記凍結予防ヒータに通電されているか否かに応じたヒータ監視信号を前記制御部に出力するヒータ監視回路をさらに備え、
前記制御部は、前記温度検出手段の検出信号が前記判定基準値との関係で前記第２のヒータＯＮ指令が出力される範囲内であるときに、前記第１のヒータＯＮ指令を出力していないにもかかわらず「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示す前記ヒータ監視信号が入力されると、前記第１の通電路開閉手段の閉固定故障であると判定するよう構成されていることを特徴とする温水機器。
請求項１又は２に記載の温水機器において、
前記制御部は、前記駆動回路の異常であると判定されておらず、且つ、前記温度検出手段の検出信号が前記判定基準値との関係で前記第２のヒータＯＮ指令が出力される範囲内であるときに、前記第１のヒータＯＮ指令を出力しても「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示す前記ヒータ監視信号が入力されなければ前記第１の通電路開閉手段の開固定故障であると判定するよう構成されていることを特徴とする温水機器。
温水路と、該温水路の所定部位に設けられた凍結予防ヒータと、該凍結予防ヒータへの通電路を開閉する第１の通電路開閉手段と、所定の空間乃至部位の温度に応じた検出信号を出力する温度検出手段と、該温度検出手段の検出信号を入力するとともに前記第１の通電路開閉手段を閉動作させるための第１のヒータＯＮ指令を出力するか否かを制御する制御部とを備える温水機器において、
前記第１の通電路開閉手段と直列に設けられて前記通電路を開閉する第２の通電路開閉手段と、
前記温度検出手段から入力する検出信号と所定の判定基準値とに基づいて前記第２の通電路開閉手段を閉動作させる第２のヒータＯＮ指令を出力するか否かが切り替わるよう構成された駆動回路とをさらに備え、
これにより前記第１及び第２のヒータＯＮ指令の双方が出力されると前記凍結予防ヒータに通電されるよう構成されており、
前記凍結予防ヒータに通電されているか否かに応じたヒータ監視信号を前記制御部に出力するヒータ監視回路をさらに備え、
前記駆動回路は、前記第１の通電路開閉手段が閉動作しているときは第１閾値が前記判定基準値として設定されるとともに、前記第１の通電路開閉手段が開動作しているときは第１閾値とは異なる第２閾値が前記判定基準値として設定されるよう構成され、前記第２閾値は、前記第１の通電路開閉手段が開動作しているときは常に前記第２のヒータＯＮ指令が出力されるよう設定されていることを特徴とする温水機器。
請求項４に記載の温水機器において、
前記制御部は、前記第１のヒータＯＮ指令を出力しておらず、且つ、前記温度検出手段の検出信号が前記第１閾値との関係では前記第２のヒータＯＮ指令が出力されない範囲内であるときに、前記駆動回路の異常判定のために前記第１のヒータＯＮ指令を出力するよう構成されているとともに、当該出力により「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示す前記ヒータ監視信号が入力されると前記駆動回路の異常であると判定するよう構成されていることを特徴とする温水機器。
請求項４又は５に記載の温水機器において、
前記制御部は、前記温度検出手段の検出信号が前記第１のヒータＯＮ指令を出力すべき範囲内であるときに前記第１のヒータＯＮ指令を出力せずに前記ヒータ監視信号を確認し、当該ヒータ監視信号が「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示していれば第１の通電路開閉手段の閉固定故障であると判定するよう構成されていることを特徴とする温水機器。
請求項５又は６に記載の温水機器において、
前記制御部は、前記温度検出手段の検出信号が前記第１のヒータＯＮ指令を出力すべき範囲内となったことを検出することにより前記第１のヒータＯＮ指令を出力しても、「凍結予防ヒータに通電されている」ことを示す前記ヒータ監視信号が入力されないとき、所定の故障であると判定するよう構成されていることを特徴とする温水機器。