JP6950564B2

JP6950564B2 - 燃焼装置

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Publication number: JP6950564B2
Application number: JP2018026750A
Authority: JP
Inventors: 政宏森; 岸本　知樹; 知樹岸本
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2038-02-19
Also published as: AU2019219900A1; CN111699346A; CN111699346B; WO2019159877A1; US20210033308A1; JP2019143840A; US11137168B2; AU2019219900B2

Description

本発明は、ガス給湯装置等の燃焼装置に関する。

ガス給湯装置等の燃焼装置では、バーナへ所望のガスを供給するためにガス供給路にガス比例弁が設けられている。ガス比例弁は、駆動電流の大きさによって弁の開度を変化させてガス供給量を制御するものである。このガス比例弁に何らかの要因で大電流の駆動電流が流れると、給湯温度が異常な高温となる等の不具合が発生するので、従来、ガス比例弁の駆動電流を監視する監視回路が設けられている。

特許文献１には、ガス比例弁の開度を検知するために比例弁電流検出回路を備えた燃焼制御装置が記載されている。
また、特許文献２には、ガス比例弁の駆動電流の電流値に応じた監視電圧信号を制御部に出力する駆動電流監視回路を備えたガス燃焼機器が記載されている。

特許４８７７６０４号公報特開２０１７−１１６１７６号公報

前述のように、ガス比例弁の駆動電流の監視回路を備えた場合、さらに安全面を考慮すると監視回路の故障をできるだけ確実に検出することが望まれる。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ガス比例弁の駆動電流の監視回路の故障をできるだけ確実に検出することができる燃焼装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある態様に係る燃焼装置は、燃焼部へ供給するガス量を調整するためのガス比例弁と、このガス比例弁を制御するための開度信号を出力する制御部と、前記開度信号に応じた駆動電流を前記ガス比例弁に供給するための駆動回路と、前記駆動電流に応じた監視電圧を生成し前記制御部に出力する監視回路とを備えた燃焼装置であって、前記監視回路は、前記駆動電流に応じた監視電圧を生成する電圧生成部と、前記電圧生成部で生成される監視電圧を前記制御部の２つの端子の各々に接続された２つの分岐経路を通じて各々の前記端子へ出力する分岐出力部と、を有し、前記制御部は、前記２つの端子の各々に入力される前記監視電圧を比較し、前記監視電圧間の電圧差が判定基準値以上である場合に、前記監視回路の故障であると判定する第１の判定処理を行うとともに、前記ガス比例弁を予め定められた状態となるように制御しているときに、前記監視電圧間の電圧差が前記判定基準値未満であり、かつ、少なくとも１つの前記監視電圧が予め定められた正常範囲内ではない場合に、前記監視回路の故障であると判定する第２の判定処理を行うよう構成されている。

また、本発明の他の態様に係る燃焼装置は、燃焼部へ供給するガス量を調整するためのガス比例弁と、このガス比例弁を制御するための開度信号を出力する制御部と、前記開度信号に応じた駆動電流を前記ガス比例弁に供給するための駆動回路と、前記駆動電流に応じた監視電圧を生成し前記制御部に出力する監視回路とを備えた燃焼装置であって、前記監視回路は、前記駆動電流に応じた監視電圧を生成する電圧生成部と、前記電圧生成部で生成される監視電圧を前記制御部の複数の端子の各々に接続された複数の分岐経路を通じて各々の前記端子へ出力する分岐出力部と、を有し、前記制御部は、前記複数の端子の各々に入力される前記監視電圧を比較し、前記監視電圧間の最大の電圧差が判定基準値以上である場合に、前記監視回路の故障であると判定する第１の判定処理を行うとともに、前記ガス比例弁を予め定められた状態となるように制御しているときに、前記監視電圧間の最大の電圧差が前記判定基準値未満であり、かつ、少なくとも１つの前記監視電圧が予め定められた正常範囲内ではない場合に、前記監視回路の故障であると判定する第２の判定処理を行うよう構成されている。

以上に述べた燃焼装置の構成によれば、第１の判定処理により監視回路の故障であると判定されたときには分岐出力部の故障が考えられ、第２の判定処理により監視回路の故障であると判定されたときには電圧生成部の故障が考えられる。これにより、ガス比例弁の駆動電流の監視回路の故障をできるだけ確実に検出することができる。

前記制御部は、前記ガス比例弁を閉弁状態となるように制御しているときに、前記正常範囲に第１所定範囲を用いて前記第２の判定処理を行うよう構成されていてもよい。この構成によれば、燃焼部による燃焼動作が行われていないときに第２の判定処理を行うことができる。

前記制御部は、前記燃焼部の点火直前または点火初期において、前記ガス比例弁を予め定められた開度となるように制御しているときに、前記正常範囲に第２所定範囲を用いて前記第２の判定処理を行うよう構成されていてもよい。この構成によれば、燃焼部による燃焼動作の直前または初期において第２の判定処理を行うことができる。

前記制御部は、相互に通信可能な複数のマイクロコントローラで構成され、それぞれの前記端子が異なる前記マイクロコントローラに備えられていてもよい。

本発明は、以上に説明した構成を有し、ガス比例弁の駆動電流の監視回路の故障をできるだけ確実に検出することができる燃焼装置を提供することができるという効果を奏する。

図１は、本実施形態の燃焼装置に備えられるガス比例弁の駆動回路及び監視回路等の一例を示す回路図である。図２は、本実施形態の燃焼装置の主要部の一例を示す概略図である。

以下、好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態）
図１は、本実施形態の燃焼装置に備えられるガス比例弁の駆動回路及び監視回路等の一例を示す回路図である。また、図２は、本実施形態の燃焼装置の主要部の一例を示す概略図である。

本実施形態の燃焼装置は、例えばガス給湯装置であり、図２に示すように、缶体（金属製の容器）２０内に、一次熱交換器１６ａ及び二次熱交換器１６ｂからなる熱交換器１６と、熱交換器１６を加熱するバーナ（燃焼部）１５と、能力切替電磁弁１４と、ガス比例弁１３と、元ガス電磁弁１２とが収容されている。

熱交換器１６は、潜熱回収用の二次熱交換器１６ｂと一次熱交換器１６ａとで構成されている。二次熱交換器１６ｂの流入側には入水経路１７の一端が接続され、入水経路１７の他端は図示されていないが、上水道に接続され、入水経路１７を介して二次熱交換器１６ｂへ水が流入される。一次熱交換器１６ａの流出側には出湯経路１８の一端が接続され、出湯経路１８の他端は図示されていないが、例えば、出湯経路１８の他端側から流出する湯は、入水経路１７から分岐されて流入する水と混合されて温度調整等が行われた後、外部配管を通ってカラン等の給湯栓から流出される。なお、熱交換器１６は、入水経路１７と出湯経路１８との間に接続された１つの熱交換器で構成されていてもよい。

ガス供給源（図示せず）からガス管１１を通って導入されるガスは、開弁状態の元ガス電磁弁１２、ガス比例弁１３及び能力切替電磁弁１４を通ってバーナ１５へ供給されて燃焼される。元ガス電磁弁１２及び能力切替電磁弁１４は、ＯＮ／ＯＦＦ制御電磁弁である。能力切替電磁弁１４は、バーナ１５の燃焼管の燃焼本数を数段階に切り替えられるように複数設けられている。ガス比例弁１３は、比例制御電磁弁であり、その開度を調整することによってバーナ１５へ供給するガス流量を調整することができる。

元ガス電磁弁１２及び能力切替電磁弁１４の開閉の制御、並びに、ガス比例弁１３の開度の制御は、図１に示す制御部１のメインマイクロコントローラ２（以下「メインマイコン２」という）によって行われる。

本燃焼装置に備えられた制御部１は、相互に通信可能に接続されたメインマイコン２と、サブマイクロコントローラ３（以下「サブマイコン３」という）とで構成されている。本例では、メインマイコン２が燃焼装置全般の制御を行う。

次に、ガス比例弁１３に関する回路について説明する。図１に示すように、例えば１５Ｖの電源ラインＶｃｃと接地ラインとの間に、電源ラインＶｃｃ側から順に、ガス比例弁１３、抵抗Ｒ１、駆動トランジスタＱ１、抵抗Ｒ２が接続されている。

そして、本実施形態の燃焼装置は、ガス比例弁１３に関して、メインマイコン２の開度信号出力端子（アナログ出力ポート）Ｔ３から出力されるガス比例弁１３の開度信号（アナログ信号）に応じた駆動電流をガス比例弁１３に供給するための駆動回路４と、ガス比例弁１３の駆動電流の電流値に応じた監視電圧（アナログ信号）を生成しメインマイコン２とサブマイコン３のそれぞれの監視電圧入力端子（アナログ入力ポート）Ｔ１、Ｔ２へ出力する監視回路５とを備えている。

駆動回路４は、開度信号に応じた駆動電流をガス比例弁１３に供給する定電流回路により構成されており、この定電流回路は、オペアンプＯＰ１を備えて開度信号のインピーダンス変換を行うボルテージフォロア４１と、変換後の開度信号を抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とで分圧して基準電圧を出力する分圧回路４２と、非反転入力端子に上記基準電圧が入力されるオペアンプＯＰ２と、このオペアンプＯＰ２の出力に接続されたＮＰＮ型の駆動トランジスタＱ１とを備えている。駆動トランジスタＱ１のベースがオペアンプＯＰ２の出力に接続され、駆動トランジスタＱ１のエミッタがオペアンプＯＰ２の反転入力端子に接続されて負帰還回路が構成されており、これによりオペアンプＯＰ２のバーチャルショートによりエミッタ電圧が上記基準電圧と等しくなって、定電流が駆動電流としてガス比例弁１３に供給される。この定電流は駆動トランジスタＱ１のエミッタから出力される。

監視回路５は、電圧生成部５１と複数の分岐経路を有する分岐出力部５２とを備えている。電圧生成部５１は、駆動トランジスタＱ１のエミッタに接続された負荷抵抗Ｒ２を備えており、この負荷抵抗Ｒ２にガス比例弁１３に流れる駆動電流が流れることによって、駆動電流に応じた電圧が負荷抵抗Ｒ２に生じる。この負荷抵抗Ｒ２の電圧は、抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ１で構成されるローパスフィルタを介して取り出される。このローパスフィルタを介して取り出された電圧（電圧生成部５１の出力電圧）は、分岐出力部５２へ供給されて、抵抗Ｒ６を有する分岐経路を介してメインマイコン２の監視電圧入力端子Ｔ１に与えられるとともに、抵抗Ｒ７を有する分岐経路を介してサブマイコン３の監視電圧入力端子Ｔ２に与えられる。

次に、本実施形態の燃焼装置の動作及び故障の診断方法等について説明する。
本燃焼装置を燃焼動作させる際、ここではガス給湯装置の給湯運転を行う際、メインマイコン２は、操作リモコン（図示せず）等から入力される設定温度や、入水経路１７や出湯経路１８に設けられている温度センサ（図示せず）等の検出値に基づいて、バーナ１５への燃料ガス供給量を算出し、それに応じたガス比例弁１３の開度信号を出力端子Ｔ３から出力する。

そして、メインマイコン２では、バーナ１５の燃焼中には、例えば、入力端子Ｔ１に入力される電圧が所定の許容値以下であるか否かを判断し、許容値を超えた時間が所定時間継続すると、駆動回路４の故障（例えば駆動トランジスタＱ１のＯＮ故障等）と判定し、所定の安全処理（例えば、元ガス電磁弁１２及び能力切替電磁弁１４を閉弁制御する）を行う。

一方、メインマイコン２では、入力端子Ｔ１の電圧値とサブマイコン３の入力端子Ｔ２の電圧値とに基づいて、監視回路５の故障診断を行う。ここで、サブマイコン３では、入力端子Ｔ２に与えられる電圧値の情報をメインマイコン２へ送信するようにしている。以下に、監視回路５の故障診断方法について説明する。

メインマイコン２は、監視回路５の故障診断を行うために、第１の判定処理と第２の判定処理とを行う。

まず、第１の判定処理では、メインマイコン２は、端子Ｔ１の電圧値と端子Ｔ２の電圧値とを比較し、これらの電圧値の差が所定の判定基準値以上であれば、監視回路５が故障していると判定する。この場合、端子Ｔ１，Ｔ２がはんだクラック等によって伝送線から浮いた状態となるオープン故障や、抵抗Ｒ６，Ｒ７が伝送線から浮いた状態となるオープン故障等の分岐出力部５２の故障が考えられる。この第１の判定処理は、バーナ１５の燃焼動作が行われているときも行われていないときも、すなわち、ガス比例弁１３の動作状態にかかわらず、常時、行うことができる。

次に、第２の判定処理では、メインマイコン２は、ガス比例弁１３を予め定められた状態となるように制御しているときに、端子Ｔ１の電圧値と端子Ｔ２の電圧値との差が判定基準値未満であって、両端子Ｔ１，Ｔ２のいずれかの電圧値が正常範囲内ではない場合に、監視回路５が故障していると判定する。この場合、抵抗Ｒ５が伝送線から浮いた状態となるオープン故障等の電圧生成部５１の故障が考えられる。この第２の判定処理は、次に述べる第１，第２の２つのケースに大別できる。

まず、第１のケースでは、メインマイコン２は、バーナ１５が燃焼動作を行っていないとき、すなわち、ガス比例弁１３を動作させていない状態（ガス比例弁１３が閉弁状態）のときに、端子Ｔ１の電圧値と端子Ｔ２の電圧値との差が判定基準値未満であって、両端子Ｔ１，Ｔ２のいずれかの電圧値が第１所定範囲（正常範囲）内ではない場合に、監視回路５（電圧生成部５１）が故障していると判定する。

例えば、監視回路５が正常な場合で、ガス比例弁１３が動作していない閉弁状態のときには、ガス比例弁１３に駆動電流は流れず、両端子Ｔ１，Ｔ２の印加電圧は０Ｖである。ところが、電圧生成部５１の抵抗Ｒ５がオープン故障になると、端子Ｔ１，Ｔ２の電圧値は、それぞれのマイコン２，３内部の入力インピーダンスや電圧によって一意に決まり、０Ｖにならない。また、分岐出力部５２が正常であれば、両端子Ｔ１，Ｔ２の印加電圧は等しい。

よって、ガス比例弁１３が閉弁状態のときに、両端子Ｔ１，Ｔ２の印加電圧は等しいが０Ｖでない場合には、上述のように電圧生成部５１の故障と判定できる。前述の第１所定範囲は、０Ｖから略０Ｖとみなすことができる範囲（例えば、０Ｖ〜０．５Ｖの範囲）に設定することができる。

次に、第２のケースについて説明する。本実施形態の燃焼装置では、バーナ１５の燃焼動作を行う際には、バーナ１５の点火を行う直前に、ガス比例弁１３の動作チェックを行い、電磁弁１２，１４を閉じた状態で、ガス比例弁１３を全開（所定の開度Ａ）状態にしてから閉じる。この動作チェックに異常があれば燃焼動作を中止し、異常がなければ、電磁弁１２，１４を開くとともに、ガス比例弁１３を開度Ａより少し小さい所定の開度Ｂとした状態で、バーナ１５の点火を行うようにしている。よって、バーナ１５の点火直前には、ガス比例弁１３を所定の開度Ａとし、バーナ１５の点火初期には、ガス比例弁１３を所定の開度Ｂとするようにしている。

そして、第２のケースでは、ガス比例弁１３をバーナ１５の点火直前の開度Ａ（全開）または点火初期の開度Ｂに制御したときにガス比例弁１３に流れる駆動電流に応じた監視電圧の正常範囲（第２所定範囲）を、予めメインマイコン２に記憶させておく。なお、開度Ａ（全開）の場合と開度Ｂの場合とでは、駆動電流及び監視電圧の正常範囲（第２所定範囲）は当然異なる。例えば、開度Ａ（全開）の場合の監視電圧の正常範囲（第２所定範囲）が、４．５±０．２Ｖの範囲であれば、開度Ｂの場合の監視電圧の正常範囲（第２所定範囲）は、開度Ａの場合の範囲よりも少し低いレベルの範囲となる。

そして、メインマイコン２は、バーナ１５の点火直前においてガス比例弁１３を開度Ａ（全開）に制御しているとき、または、バーナ１５の点火初期においてガス比例弁１３を開度Ｂに制御しているときに、端子Ｔ１の電圧値と端子Ｔ２の電圧値との差が判定基準値未満であって、両端子Ｔ１，Ｔ２のいずれかの電圧値がそれぞれの場合に応じた第２所定範囲（正常範囲）内ではない場合に、監視回路５（電圧生成部５１）が故障していると判定する。

上記の第２のケースにおける故障の判定処理は、開度Ａ（全開）の場合と開度Ｂの場合とのいずれか一方の場合において行うようにしてもよいし、両方の場合において行うようにしてもよい。

以上のようにして、メインマイコン２は、監視回路５が故障していると判定した場合に、バーナ１５が燃焼状態のときには、所定の安全処理、例えば、電磁弁１２，１４及びガス比例弁１３を閉弁状態にしてバーナ１５へのガスの供給を遮断し、燃焼動作を停止させ、燃焼動作の直前のときは燃焼動作をとりやめる。

本実施形態では、第１の判定処理により監視回路５の故障であると判定されたときには分岐出力部５２の故障が考えられ、第２の判定処理により監視回路５の故障であると判定されたときには電圧生成部５１の故障が考えられる。これにより、ガス比例弁１３の駆動電流の監視回路５の故障をできるだけ確実に検出することができる。

なお、本実施形態では、監視回路５の故障診断をメインマイコン２で行うようにしたが、メインマイコン２から端子Ｔ１の電圧値の情報をサブマイコン３へ送信するようにして、サブマイコン３で監視回路５の故障診断を行うようにしてもよい。また、メインマイコン２とサブマイコン３との両方で監視回路５の故障診断を行うようにしてもよい。

また、制御部１を、メインマイコン２とサブマイコン３との２つのマイコンで構成したが、１つのマイコンで構成してもよい。

また、本実施形態では、分岐出力部５２として、２つの分岐経路を設けたが、３つ以上の分岐経路を設け、各分岐経路の出力端を制御部１の各端子に接続し、それらの端子の電圧（監視電圧）に基づいて、監視回路５の故障診断（第１及び第２の判定処理）を行うようにしてもよい。この場合、第１の判定処理は、制御部１の各々の端子に入力される監視電圧を比較し、監視電圧間の最大の電圧差が判定基準値以上である場合に、監視回路の故障であると判定するようにして行われ、第２の判定処理は、ガス比例弁１３を予め定められた状態となるように制御しているときに、各々の端子に入力される監視電圧間の最大の電圧差が判定基準値未満であり、かつ、少なくとも１つの監視電圧が予め定められた正常範囲内ではない場合に、監視回路の故障であると判定するようにして行われる。また、監視電圧を入力する複数の端子の１つずつが相互に通信可能な複数のマイコンのそれぞれに備えられる場合、各々の端子に入力される監視電圧を比較するためにマイコン間での通信が行われる。また、監視電圧を入力する複数の端子が１つのマイコンからなる制御部１に備えられてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、ガス比例弁の駆動電流の監視回路の故障をできるだけ確実に検出することができる燃焼装置等として有用である。

１制御部
２メインマイクロコントローラ
３サブマイクロコントローラ
４駆動回路
５監視回路
５１電圧生成部
５２分岐出力部
１３ガス比例弁
１５バーナ

Claims

燃焼部へ供給するガス量を調整するためのガス比例弁と、このガス比例弁を制御するための開度信号を出力する制御部と、前記開度信号に応じた駆動電流を前記ガス比例弁に供給するための駆動回路と、前記駆動電流に応じた監視電圧を生成し前記制御部に出力する監視回路とを備えた燃焼装置であって、
前記監視回路は、
前記駆動電流に応じた監視電圧を生成する電圧生成部と、前記電圧生成部で生成される監視電圧を前記制御部の２つの端子の各々に接続された２つの分岐経路を通じて各々の前記端子へ出力する分岐出力部と、を有し、
前記制御部は、
前記２つの端子の各々に入力される前記監視電圧を比較し、前記監視電圧間の電圧差が判定基準値以上である場合に、前記監視回路の故障であると判定する第１の判定処理を行うとともに、前記ガス比例弁を予め定められた状態となるように制御しているときに、前記監視電圧間の電圧差が前記判定基準値未満であり、かつ、少なくとも１つの前記監視電圧が予め定められた正常範囲内ではない場合に、前記監視回路の故障であると判定する第２の判定処理を行うよう構成された、
燃焼装置。
燃焼部へ供給するガス量を調整するためのガス比例弁と、このガス比例弁を制御するための開度信号を出力する制御部と、前記開度信号に応じた駆動電流を前記ガス比例弁に供給するための駆動回路と、前記駆動電流に応じた監視電圧を生成し前記制御部に出力する監視回路とを備えた燃焼装置であって、
前記監視回路は、
前記駆動電流に応じた監視電圧を生成する電圧生成部と、前記電圧生成部で生成される監視電圧を前記制御部の複数の端子の各々に接続された複数の分岐経路を通じて各々の前記端子へ出力する分岐出力部と、を有し、
前記制御部は、
前記複数の端子の各々に入力される前記監視電圧を比較し、前記監視電圧間の最大の電圧差が判定基準値以上である場合に、前記監視回路の故障であると判定する第１の判定処理を行うとともに、前記ガス比例弁を予め定められた状態となるように制御しているときに、前記監視電圧間の最大の電圧差が前記判定基準値未満であり、かつ、少なくとも１つの前記監視電圧が予め定められた正常範囲内ではない場合に、前記監視回路の故障であると判定する第２の判定処理を行うよう構成された、
燃焼装置。
前記制御部は、
前記ガス比例弁を閉弁状態となるように制御しているときに、前記正常範囲に第１所定範囲を用いて前記第２の判定処理を行うよう構成された、
請求項１または２に記載の燃焼装置。
前記制御部は、
前記燃焼部の点火直前または点火初期において、前記ガス比例弁を予め定められた開度となるように制御しているときに、前記正常範囲に第２所定範囲を用いて前記第２の判定処理を行うよう構成された、
請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼装置。
前記制御部は、
相互に通信可能な複数のマイクロコントローラで構成され、
それぞれの前記端子が異なる前記マイクロコントローラに備えられた、
請求項１〜４のいずれかに記載の燃焼装置。