JPH0282017A - 点火ヒータの通電制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野コ 本発明は燃焼機器の点火用に用いられる電気ヒータの通
電制御回路に関し、特に立ち上がり時間が短く、発熱量
の大きなセラミックヒータの通電に用いて効果的である
。

し従来の技術］ 燃焼機器の点火装置では、雉時間に点火４′るとともに
燃焼制御等を行うマイコンへの雑音の影響がなく、特に
燃焼用空気を送風機によって供給する強制送風式燃焼装
置においては、空気流による冷却に対しても十分な発熱
量が得られるように、高温を発生する電気ヒータ、特に
セラミックヒータが点火手段として使用されている。こ
うしたヒータは、特に発熱温度の立ち上がりをよくする
ためのいわゆる急速昇温型のものでは、大電流を流すな
めに抵抗値が小さく設定されていて、ヒータの溶断を防
止するために、その電流値が制御されている。このとき
、通電電流はヒータの温度に基づいて変化する抵抗値に
より制御されるため、セラミックヒータへの通電には、
抵抗値の検出が行いやすい直流電流が使用されている。

し発明が解決しようとする課題］ しかし、このように抵抗値を検出して通電電流を制御す
るなめには、抵抗値の検出のために回路が複雑になり、
価格が高くなるという問題がある。

本発明は、燃焼機器の点火に使用されるヒータに対して
、速やかにかつ確実に点火できる着火性能を維持しつつ
、ヒータの溶断防止のためにヒータの温度を制御するこ
とができる安価な通電制御回路を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段コ 本発明の点火ヒータの通電制御回路は、電源の供給時間
に応じて出力電圧が上昇するとともに、前記電源の停止
後の経過時間に応じて前記出力電圧が低下する充放電回
路と、該充放電回路の出力電圧が所定電圧以下のとき作
動信号を出力する比較回路と、前記電源が供給されると
き一定パルスの作動信号を出力するパルス発生回路と、
前記比較回路の出力と前記パルス発生回路の出力との論
理和を実現する論理和回路と、該論理和回路の出力に応
じて点火ヒータを通電する通電回路とからなる技術的手
段を採用した。

［作用］ 本発明では、充放電回路と比較回路とにより、充放電回
路の出力電圧に応じた時間、作動するタイマが形成され
る。このタイマは電源が供給されると、充放電回路の出
力電圧が所定電圧に達するまでの時間、作動信号を出力
する。この作動信号は、論理和回路を経て通電回路へ伝
えられ、点火ヒータは連続的に通電される。充放電回路
の出力電圧が所定電圧より高くなり、タイマの作動信号
が停止すると、一定パルスの作動信号を出方しているパ
ルス発生回路の作動信号により、点火ヒータはそのパル
スに応じて間欠的に通電される。

電源が停止されると、点火ヒータへの通電が停止され、
充放電回路の出力電圧は、電源の停止後の経過時間に応
じて低下する。

［発明の効果］ 本発明では、点火ヒータへの通電初期には、点火ヒータ
への通電は連続的に行われるため、点火ヒータの温度は
目的温度まで急速に上昇する。この連続通電の時間は、
充放電回路と比較回路とによって形成されるタイマによ
って制限されるため、点火ヒータの温度が目的温度より
高くなりすぎることがない０点火ヒータの温度が目的温
度まで上昇したあとには、点火ヒータはパルスに応じて
間欠的に通電されるため、目的温度が維持され、温度が
低下することがない、従って、確実に点火を行うことが
できる。

また、充放電回路の出力電圧は、電源の停止後の経過時
間に応じて低下するため、点火作動を一旦停止した後に
、再度行う場合には、再点火までの時間に応じて作動信
号の出力時間が異なり、再点火までの時間が短い程、作
動信号の出力時間が短くなる。従って、点火ヒータが過
剰昇温することがなく、点火ヒータを保護することがで
きる。

［実施例］ 次に本発明の実施例を図面に示すガス給湯器１に基づい
て説明する。

第２図に概略を示すガス給湯器１の給湯器ケース１０内
の下方には、複数のスリットバーナを２列に配した２連
式のバーナ群１１が設けられている。バーナ群１１には
、給湯器ケース１０の下方に備えられた送風機１２によ
って燃焼用空気が供給される６給湯器ケース１０内の上
方には、通過する水をバーナ群１１の燃焼熱によって加
熱する熱交換器１３が設けられている。また給湯器ケー
ス１０内のバーナ群１１の近傍には、点火用のセラミッ
クヒータ１４と、炎を検知するフレームロッド１５が設
けられている。

バーナ群１１の下方には、ガス管２０から供給される燃
料ガスを噴出するノズル１６が配されている。なお、燃
焼ガスは給湯器ケース１０の上方の＃を気口２から排出
される。

セラミックヒータ１４は、第３図に示すとおり窒化珪素
により成型されたセラミック基板１４ａの表面に抵抗体
１４ｂをプリントして焼成し、さらにセラミック基板１
４ｃを重ねてホッｌ〜プレス焼成法によって一体化した
もので、抵抗体１４ｂは両セラミック基板１４ａ、１４
ｃによって密閉されている。セラミックヒータ１４には
、通電用の端？−１４ｄ、１４ｅが設けられ、各端子１
４ｄ、１４ｅ間に電圧が印加されるとその電流値に応じ
て発熱する。

セラミックヒータ１４は、第４図に示すとおり、温度干
、昇に伴って抵抗値が大きくなる抵抗温度係数を有して
おり、特に抵抗体１４ｂの抵抗値が印加電圧に対して小
さく設定された急速昇温型のものである。セラミックヒ
ータ１４は、その温度が約１４００℃を超えると溶断し
てしまうため、本実施例では、後述するヒータ回路５０
によって約１２００℃以十、にならないようにセラミッ
クヒータ１４への電流を制御して、発熱温度を抑えてい
る。

ノズル１６へ燃料ガスを導くガス管２０には、上流より
元電磁弁２１．主電磁弁２２、供給される燃料ガスの圧
力を調節するガバナ比例弁２３が設けられ、ガス管２０
はガバナ比例弁２３の下流で分岐して２連式のバーナ群
１１の各連へ燃料ガスを導き、分岐した一方のガス管２
０ａには、バーナ群１１の一連のみを燃焼させるために
燃料供給を停止する電磁弁２４が設けられている。

制御装置３０は第５図に示すとおり、マイコンを中心と
して構成され燃焼状態を制御する燃焼制御回路３１と、
セラミックヒータ１４への通電状態を制御するヒータ回
路５ｏとがらなり、コントローラ４０の操作状態に応じ
て作動する。

燃焼制御回路３１は、所定のシーケンスで燃焼の開始お
よび停止を制御するとともに、コントローラ４０による
設定温度、図示しない水量センサおよびサーミスタによ
って検知される入水量、入水温度、出湯温度に基づいて
燃焼量制御を行う。

ヒータ回路５０は、燃焼制御回路３１がら点火信号が出
力されたときに、点火作動としてセラミックヒータ１４
を通電する回路であり、第１図に示すとおり、充放電回
路５１、比較回路５２、パルス発生回路５３、ＯＲ回路
５４、ヒータ通電回路５５を主要構成とし、点火信号に
よって図示しないリレーが駆動されるとその接点５６が
閏じて、セラミックヒータ１４への通電が行われる。

以下、ヒータ回路５０の各回路を説明する。

充放電回路５１は、接点５６が閉じるとコンデンサ６１
が半固定抵抗６２およびダイオード６３を通じて電源Ｖ
ｃｃにより充電され、接点５６が開くとダイオード６４
および半固定抵抗６５を通じてＯＲ回路素子６６により
コンデンサ６１が放電される。ここでは、ＯＲ回路素子
６６の入力端子はともに抵抗６７を介して電源ＶＣＣの
供給ラインＬと接続されており、接点５６が閏じるとＯ
Ｒ回路素子６６の出力はハイレベルになるが、ダイオー
ド６４がコンデンサ６１に対して逆方向に設けられてい
るなめ、コンデンサ６１は半固定抵抗６２およびダイオ
ード６３のみによって充電される。逆に、接点５６が開
くとＯＲ回路素子６６の出力はローレベルに反転するた
め、コンデンサ６１の電荷を確実に放電させることがで
きる。コンデンサ６１の電位は充放電回路５１の出力電
圧としてダイオード６８を介して比較回路５２へ与えら
れる。

比較回路５２は、比較器６９によって充放電回路５１の
出力電圧を基準電圧と比較し、比較結果に応じて出力す
る。ここでは、電源Ｖｃｃを抵抗７０．７１によって分
圧して得た基準電圧は比較器６９の正入力端子６９ａへ
、充放電回路５１の出力電圧は比較器６９の負入力端子
６９ｂへそれぞれ与えられ、充放電回路５１の出力電圧
が基準電圧より低いどきに作動信号が出力される。

従って、充放電回路５１と比較回路５２とによってタイ
マが形成され、作動信号の出力時間は、コンデンサ６１
の放電状態によって異なり、接点５６が開いてから閉じ
るまでの時間が短い程、出力時間は短くなり、長い程、
出力時間は長くなる。

タイマとしての作動特性は半固定抵抗６２．６５によっ
て調節でき、半固定抵抗６２によりタイマ作動時間が決
定され、半固定抵抗６５により再作動時における伴動時
間が決定される。

パルス発生回路５３は、パルス発生用素Ｔ−７２を使用
してパルス信号を発生させ、それを作動信号として出力
するもので、半固定抵抗７３によって周波数が調節され
、半固定抵抗７４によりデユーティ比が調節される。

ＯＲ回路５４は、比較回路５２の出力とパルス発生回路
５３の出力との論理和を実現する回路で、その出力に基
づいてトランジスタ７５によりヒータ通電回路５５を駆
動する。また、使用者にセラミック上−２１４０通電状
態を知らせるために、出力を利用してトランジスタ７６
により発光ダイオード７７を点灯させる。

ヒータ通電回路５５は、ＯＲ回路５４の出力に応じて、
セラミックヒータ１４を通電する回路である。

ここでは、セラミックヒータ１４の通電を商用電ｉ５７
によって直接行うため、絶縁のためにホトカプラ７８を
使用している。

ホトカプラ７８は、発光素子としての発光ダイオード７
９と受光素子としてのホトトライアック８０とからなり
、ＯＲ回路５４の出力によって発光ダイオード７つを点
灯させている。ホトトライアック８０のゲート８０ａと
一方のアノード８０ｂとの間には、ゼロクロス回路素子
８１が接続され、７ノード８０ｂはトライアック８２の
ゲー）−８２ａと接続されている。ゼロクロス回路素子
８１は、ゼロ電圧スイッチ回路を集積回路にしたもので
ある。

セラミックヒータ１４は、商用電源５７とトライアック
８２のアノード８２ｂとの間に接続されていて、ホトト
ライアック８０が発光ダイオード７９の光によって導通
すると、トライアック８２が導通して、セラミックヒー
タ１４への通電が行われる。

なお、ｌ・ライアック８２のアノード８２ｂとアノード
８２ｃには、サージ吸収のための抵抗８３とコンデンサ
８４による直列回路と、バリスタ８５がそれぞれ並列に
接続されている。

次にヒータ回路５０の作動を、本実施例のガス給湯器の
作動に合わせて、第６図に基づいて説明する。

使用者がコントローラ４０によって運転スイッチを入れ
るとともに出湯温度を設定し、図示しない給湯栓を開く
と、熱交換器１３内を水が通過する。水の流動に伴って
水量センサがパルスを発生すると、燃焼制御回路３１に
より点火制御が開始され、送風機１２が駆動され給湯器
ケース１０内へ燃焼用空気の供給を開始する。

時間ｔ１で、送風機１２が所定の回転数になると、燃焼
制御回路３１０図示しないリレーが駆動されて接点５６
が閉じ、電源Ｖｃｃからの電流が充放電回路５１、比較
回路５２およびパルス発生回路５３へ供給ラインしによ
って供給される。充放電回路５１では、半固定抵抗６２
およびダイオード６３からコンデンサ６１へ電流が流れ
込み、コンデンサ６１が充電が開始される。比較回路５
２は基準電圧に対してコンデンサ６１の電位がまだ低い
ため、作動信号としてのハイレベルを出力する。また、
パルス発生回路５３では、電源ＶｃＣが供給されると同
時にパルスを発生する。

このとき、ＯＲ回路５４の出力は比較回路５２の出力に
よってハイレベルとなるため、セラミックヒータ１４に
は、ヒータ通電回路５５から連続した通電が行われ、セ
ラミックヒータ１４では、供給された１流により抵抗体
１４ｂが発熱し、セラミックヒータ１４の温度は速やか
に」−昇する。

コンデンサ６１が充電され、次第にその電位が上昇して
、時間ｔ２で基準電圧より高くなると、比較回路５２の
出力が反転してローレベルになる。

従ってＯＲ回路５４には、パルス発生回路５３からのパ
ルスだけが入力されるため、セラミックヒータ１４には
、ヒータ通電回路５５からパルスに応じた間欠的な通電
が行われ、電流値が制限されるため、セラミックヒータ
１４は、一定温度、例えば１２００℃に制御され、その
温度が維持される。

セラミックヒータ１４への通電に続いて、各電磁弁２１
．２２が開状態にされバーナ群１１に燃料が供給される
と、送風機１２によって供給される空気と混合して着火
する。

時間ｔ３でフレームロッド１５によって着火が検知され
ると、接点５６が開かれ、充放電回路５１、比較回路５
２、パルス発生回路５３への通電が停止されるため、ヒ
ータ通電回路５５からセラミックヒータ１４への通電が
停止する。このとき、コンデンサ６１の電荷は、その出
力をローレベルに反転したＯＲ回路素子６６により、ダ
イオード６４、半固定抵抗６５を介して放電される。

時間ｔ４で、何かの原因で炎が消えたとき、あるいは所
定時間以内にフレームロッド１５によって着火が検知さ
れないときには、燃焼制御回路３１により再び点火制御
が行われる。

このとき、コンデンサ６１の放電電荷量は、時間上３か
らの経過時間Δｔ　（＝ｌ：、４−ｔ３）に応じて異な
るため、再充電される際に充放電回路５１の出力電圧が
基準電圧に達するまでの時間が異なる。従って、比較回
路５２のハイレベルの出力時間が変更されるため、セラ
ミックヒータ１４への連続通電時間が変化する。この連
続通電時間は、経過時間Δｔが短い程、短くなるなめ、
前回の通電によってその温度が低下していないセラミッ
クヒータ１４に対して、過剰通電が行われることがない
。従って、セラミックヒータ１４を損傷させたり溶断さ
せることがない。

着火後、一定時間が経過すると、コンＩ−ローラ４０の
設定温度、センサおよびサーミスタからの検知信号に応
じて燃焼量制御が行われる。

その後、使用者が−り給湯栓を閉じると、熱交換器１３
への水の流入が停止し、燃焼が停止する。

上記の実施例では、第１図に示したヒータ通電回路５５
において、ホトトライアック８０とゼロクロス回路素子
８１とを使用したが、第７図に示すとおり、ホトトライ
アック８０の代わりにホトサイリスタ９０を使用し、ゼ
ロクロス回路素子８１の代わりに、ディスクリート構成
によるゼロクロス回路９１を使用してもよい。

また、再使用時において、バーナの加熱によるセラミッ
クヒータの温度変化の影響を避けるために、使用停止後
の一定時間以内には、充放電回路および比較回路による
タイマの作動を停止させて、パルス発生回路の信号によ
る通電のみにして、使用停止後の一定時間を経過した場
合にのみ、タイマの信号による通電を行うようにしても
よい。

以十の実施例では、点火装置が備えられる燃焼機器とし
てガス給湯器を示したが、暖房機、調理器でもよい、ま
た、燃料をガスに限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例であるガス給湯器の制御装置に
おけるヒータ回路を示す回路図、第２図は本発明の点火
ヒータの通電制御回路を使用したガス給湯器の実施例を
示す概略構成図、第３図は本実施例のセラミックヒータ
の構造を示す構造図、第４図は本実施例のセラミックヒ
ータの温度変化に対する抵抗値特性を示す特性図、第５
図は第２図に示したガス給湯器における制御装置の概略
構成を示すブロック図、第６図は本実施例のガス給湯器
の作動説明のためのタイムチャート、第７図は本発明の
点火ヒータの通電制御回路を示す部分回路図である。 図中、１４・・・セラミックヒータ（点火ヒータ）、５
１・・・充放電回路、５２・・・比較回路、５３・・・
パルス発生回路、５４・・・ＯＲ回路（論理和回路）、
５５・・・ヒータ通電回路（通電回路）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電源の供給時間に応じて出力電圧が上昇するととも
   に、前記電源の停止後の経過時間に応じて前記出力電圧
   が低下する充放電回路と、 該充放電回路の出力電圧が所定電圧以下のとき作動信号
   を出力する比較回路と、 前記電源が供給されるとき一定パルスの作動信号を出力
   するパルス発生回路と、 前記比較回路の出力と前記パルス発生回路の出力との論
   理和を実現する論理和回路と、 該論理和回路の出力に応じて点火ヒータを通電する通電
   回路と からなる点火ヒータの通電制御回路。