JP2004040890A - 熱発電制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】制御回路側へ必要以上の電圧が加わらないようにすると共に、アクチュエータに十分な電圧で電源供給することを目的とする。
【解決手段】電源回路３６には、昇圧部３６ｂへの電源供給を昇圧回路３７からの電力にするか、乾電池３４からの電力にするかを切替える切替部３６ａが形成され、切替部３６ａは、ダイオードＤ１とダイオードＤ２とを備える。昇圧回路３７と切替部３６ａとの間には、昇圧回路３７から供給される電圧（ＶＣＣ２）を所定値（２．５Ｖ）以下に規制するレギュレーションＩＣ３６ｃが備えられる。これによって、マイコン３５の過電圧による故障を防止できる。言いかえれば、直列型熱電対１３からの電力を昇圧回路３７でマイコン３５の許容電圧以上に昇圧させることが可能となり、十分な電力を送風ファン８に供給できる。
【選択図】 図１
【解決手段】電源回路３６には、昇圧部３６ｂへの電源供給を昇圧回路３７からの電力にするか、乾電池３４からの電力にするかを切替える切替部３６ａが形成され、切替部３６ａは、ダイオードＤ１とダイオードＤ２とを備える。昇圧回路３７と切替部３６ａとの間には、昇圧回路３７から供給される電圧（ＶＣＣ２）を所定値（２．５Ｖ）以下に規制するレギュレーションＩＣ３６ｃが備えられる。これによって、マイコン３５の過電圧による故障を防止できる。言いかえれば、直列型熱電対１３からの電力を昇圧回路３７でマイコン３５の許容電圧以上に昇圧させることが可能となり、十分な電力を送風ファン８に供給できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱発電部からの電力をアクチュエータへ供給する熱発電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、バーナの燃焼熱で加熱された熱電対（熱発電部）の起電力を昇圧回路で昇圧させ、昇圧された出力電圧でモータ等のアクチュエータ（負荷）を駆動する熱発電制御装置が知られている。
こうした熱発電制御装置の赤外線ストーブへの適用の一例として、赤熱プレート式のガスバーナからの輻射熱に加え、熱発電により駆動する送風ファンによる温風によっても暖房を行うファン付赤外線ストーブが知られている。
また、このような熱発電制御装置の中には、バーナの燃焼を制御するマイコンを主要部とした燃焼制御回路へも昇圧回路からの電力を供給しているものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃焼制御回路への入力電圧を高くしすぎると、次のような不具合を生じる。
▲１▼マイコン等の回路素子の使用電圧範囲を超えてしまう。
▲２▼Ａ／Ｄ変換器の基準電圧がずれてしまい、各種センサからの信号が正しく読み込めない。
このため、昇圧回路で昇圧させる電圧を低く抑えざるを得ず、アクチュエータへ供給する電源電圧が不足してしまうことがあった。
本発明の熱発電制御装置は上記課題を解決し、制御回路側へ必要以上の電圧が加わらないようにすると共に、アクチュエータに十分な電圧で電源供給することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の熱発電制御装置は、
バーナの燃焼熱により発電する熱発電部と、
上記熱発電部で発電した電力を昇圧する昇圧回路と、
上記昇圧された電力を電源として駆動するアクチュエータと、
上記昇圧された電力を電源とし、上記バーナの燃焼を制御する燃焼制御回路と
を備えた熱発電制御装置において、
上記昇圧回路の出力部と上記燃焼制御回路の電源入力部との間に、該燃焼制御回路に供給される電源電圧を所定値以下に規制する電圧規制装置を設けたことを要旨とする。
【０００５】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の熱発電制御装置は、昇圧回路が熱発電部で発生した電力を昇圧した後に、この電力をアクチュエータや燃焼制御回路に供給する。この際、電圧規制装置がアクチュエータへの電源電圧を規制することなく、燃焼制御回路へ供給される電源電圧のみを所定値以下に規制するため、燃焼制御回路の過電圧による故障を防止できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の熱発電制御装置の好適な実施形態について説明する。
【０００７】
図２は、熱発電制御装置を備えたファン付赤外線ストーブの断面概略図であり、図３は、そのシステム構成図である。
ファン付赤外線ストーブ１（以下、単にストーブ１と略称する）は、前面に輻射開口２が設けられた本体ケース３内に、この輻射開口２に対向させて赤熱プレート式のバーナ４を備える。
バーナ４は、燃料ガスと一次空気との混合室を形成するバーナ本体５と、バーナ本体５に装着される多数の炎孔が設けられたセラミックス製の燃焼プレート６とを備えた全一次空気式バーナである。バーナ本体５の基端には、燃料ガスと一次空気とが吸入される吸入口５６が開口し、吸入口５６に臨んでノズル４４が設けられる（図３参照）。
このバーナ４では、ノズル４４から噴出された燃料ガスと、その噴出に伴って吸入口５６から吸入された一次空気とがバーナ本体５内で良好に混合され、その混合気が燃焼プレート６の炎孔から噴出して、燃焼プレート６上で表面燃焼する。
【０００８】
また、バーナ本体５は、上バーナ本体５ａと下バーナ本体５ｂとに上下二段に分割形成される。そして、燃焼プレート６は、上バーナ本体５ａと下バーナ本体５ｂとにそれぞれ左右二枚ずつ設けられる構成であり、全面で燃焼する強火力設定と下バーナ本体５ｂに設けられた二面のみで燃焼する弱火力設定との二種類の火力切替が行える。
【０００９】
本体ケース３内の底部には、バーナ４の燃焼ガスを本体ケース３前面下部に設けられた温風吹出口７から送出する送風ファン８が設けられる。バーナ４の後方には、バーナ４の上方近傍に温風吸込口９を有し、送風ファン８に燃焼ガスを導くファン給気筒１０が設けられる。ファン給気筒１０の後方上部には、複数の上段冷風吸込口１１が設けられ、送出する燃焼ガスを火傷等の危険がない適切な温度にまで冷却するための空気が吸い込まれる。また、本体ケース３後面には、器具外部の空気を本体ケース３内に吸引するための複数の取込口１２が設けられる。
ファン給気筒１０内は途中まで仕切板４６によって、温風吸込口９と連通した温風通路と上段冷風吸込口１１と連通した冷風通路とに分割される。
ファン給気筒１０の前方下部には、後述する直列型熱電対１３の冷接点１３ａの近傍に中段冷風吸込口１４を有した吸込筒１５が連結され、吸込筒１５の下方には下段冷風吸込口１６が開口される。
また、送風ファン８と温風吹出口７とはファン排気筒１７によって連通される。
【００１０】
従って、送風ファン８を駆動すると、温風吸込口９から燃焼ガスが吸引されると共に、取込口１２を介して器具内に吸引された外部空気が上段、中段、下段冷風吸込口１１，１４，１６から吸引される。そして、これらの燃焼ガスと空気とが送風ファン８に吸込まれ均一に混合されて、温風として温風吹出口７から送出される。
【００１１】
バーナ４の燃焼面の前面には、前後二列で配列された複数の熱電対素子を直列に接続した直列型熱電対１３が対向して設けられ、この直列型熱電対１３で発生した起電力が送風ファン８のモータ（ＤＣモータ）８ａや燃焼等を制御するコントローラ１８（後述）の電源として用いられる。尚、送風ファン８のモータ８ａが本発明におけるアクチュエータである。
また、器具正面には、向かって左側に点火レバー２１が、右側にバーナ４の火力を切替える切替レバー２２が設けられる。
【００１２】
バーナ４へのガス流路には、図３に示すように、上流から順に、点火レバー２１の操作力によって機械的に開弁され後述する第一熱電対２３からの起電力によって開弁保持されるマグネット電磁弁２４と、点火レバー２１の操作力によって機械的に開閉されるメイン弁２５と、切替レバー２２の操作によって上下両バーナ本体５ａ，５ｂへのガス流路を開弁状態とする第一状態と下バーナ本体５ｂへのガス流路のみを開弁状態とする第二状態とを切替える切替弁２６とが設けられる。
【００１３】
また、バーナ４には、センシングバーナ２７が併設され、センシングバーナ２７の近傍には、マグネット電磁弁２４のコイルと直列に接続された第一熱電対２３が設けられる。第一熱電対２３は、主にセンシングバーナ２７の炎により直接加熱され、この際発生する起電力によってマグネット電磁弁２４を開弁保持する。
マグネット電磁弁２４は、常に閉弁方向に付勢するバネを備え、この付勢力に反して電磁石の吸着力で開弁保持されるが、室内の酸素濃度が低下してくるとセンシングバーナ２７の炎がリフトし始めて、第一熱電対２３の起電力が低下して吸着保持できなくなりガス流路を遮断する。従って、不完全燃焼を未然に防ぐことができる。
尚、センシングバーナ２７へのガス流路は、メイン弁２５と切替弁２６との間のガス流路から分岐して形成される。
【００１４】
バーナ４の近傍には、バーナ４へ点火するための点火用バーナ２８が設けられ、点火用バーナ２８の近傍には、点火用バーナ２８へ点火するための点火電極２９が設けられる。点火電極２９は、イグナイタ３０と接続される。
点火用バーナ２８へのガス流路は、メイン弁２５の下流から分岐して設けられ、点火レバー２１を開操作している間のみ開状態となる点火弁５５が設けられる。すなわち、点火用バーナ２８には、点火操作時のみ炎が形成される。
【００１５】
バーナ４の炎に直接熱せられる位置に直列型熱電対１３と隣接して第二熱電対３１が設けられる。この第二熱電対３１からの起電力Ｖｘを検出して判定起電力Ｖｒｅｆ と比較することによって、バーナ４の吸入口５６が閉塞を起こした場合（以下、ダンパー閉塞と呼ぶ）の燃焼不良を判断する。ダンパー閉塞が生じて、燃焼用空気が足りなくなってくると、不完全燃焼し始めるため、第二熱電対３１を正常な火炎で適切に加熱できなくなり、起電力は低下する。
また、この判定起電力Ｖｒｅｆ は、ガス種によって適正値が異なるため、器具背面に設けられたスライド式の切替スイッチ４５により複数通りに設定できるようになっている。
尚、バーナ４とセンシングバーナ２７との一次空気吸入口がそれぞれ異なるため、このようなダンパー閉塞による燃焼不良を、センシングバーナ２７の火炎により加熱される第一熱電対２３の起電力に基づいて検出することはできない。
【００１６】
ストーブ１本体内には、上述したセンサ類からの信号を入力して各種のアクチュエータ類を駆動制御するコントローラ１８が設けられる。
また、点火レバー２１で点火操作しているときのみＯＮする、つまり点火レバー２１を押し下げている時のみＯＮする点火スイッチ３２と、点火レバー２１での点火操作によりＯＮ保持され、消火操作（点火レバー２１の持ち上げ操作）によりＯＦＦ状態に切り替わる電源スイッチ３３とが設けられており、この点火スイッチ３２及び電源スイッチ３３からのＯＮ信号はコントローラ１８へ入力される。
【００１７】
コントローラ１８は、図１に示すように、主制御部のマイクロコンピュータ３５（以下、単にマイコン３５と呼ぶ）と、マイコン３５に電源を供給する電源回路３６、直列型熱電対１３からの起電力を昇圧させる昇圧回路３７、送風ファン８のモータ８ａを制御するモータ制御回路３８、マグネット電磁弁２４と第一熱電対２３の直列接続を切断するＭｇ回路３９、第二熱電対３１からの起電力を入力する炎検知回路４０、ダンパー閉塞を検出するための判定起電力Ｖｒｅｆ を切替える判定値入力回路４１、表示回路４２、イグナイタスイッチ回路４３等を備える。尚、図中の符号ＣＮはコネクタを示す。
【００１８】
昇圧回路３７は、マイコンの出力ポートｃからのパルス信号によりＯＮ／ＯＦＦするＦＥＴ３（スイッチング素子）、ＦＥＴ３のＯＮ／ＯＦＦにより電圧を誘起するコイルＬ２、コイルＬ２の放電時のインピーダンスを小さくする電解コンデンサＣ３、電荷を蓄える電解コンデンサＣ４、昇圧後の電源から昇圧回路３７側へ電流が流れることを防止するショットキーバリアーダイオードＤ３を備える。
こうした構成の昇圧回路３７では、点火操作（電源スイッチ３３のＯＮ動作）が行われると、マイコン３５が、出力ポートｃからパルス信号をＦＥＴ３へ送信し、そのパルス信号によりＦＥＴ３をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、これによりコイルＬ２に電圧を誘起させて直列型熱電対１３からの入力電圧（約１Ｖ）を昇圧して電気エネルギーを蓄えさせる。
【００１９】
ＦＥＴ３がＯＮの時、直列型熱電対１３の起電力により、コイルＬ２に電流が流れ、ＦＥＴ３をＯＦＦすると、コイルＬ２の性質により電流を流し続けようとして電圧が上昇し、電源回路３６およびモータ制御回路３８へ通電される。そして、この電流は、モータ制御回路３８からモータ８ａのコイルへの電源として使われる。
このようにして、昇圧回路３７は、直列型熱電対１３で発生した約１Ｖの起電力をＶＣＣ２（３．５Ｖ）まで昇圧させる。マイコン３５は、昇圧回路３７の出力電圧ＶＣＣ２を入力ポートｄから検知する。尚、抵抗Ｒ４，Ｒ５（各抵抗値は等しい）により入力ポートｄへの入力電圧を半分に分圧することによって、マイコン３５の過電圧による故障を防止している。
【００２０】
マイコン３５は、基本的には、直列型熱電対１３からの起電力を電源として駆動されるものであるが、点火開始時には、必要な電力が直列型熱電対１３からは得られない。このため、その補助電源として、乾電池３４（電圧ＶＣＣ１は１．５Ｖ）が用いられる。そして、直列型熱電対１３から十分な電力が得られるようになった後は、マイコン３５への電源として直列型熱電対１３からの電力を用いる。
尚、モータ８ａへは、十分な電力が得られない点火初期から直列型熱電対１３の起電力のみがそのまま電源として用いられる。
【００２１】
乾電池３４からの起電力ＶＣＣ１（１．５Ｖ）は、電源回路３６の昇圧部３６ｂでＶＤＤ（３Ｖ）に昇圧され、マイコン３５へ供給される。
昇圧部３６ｂは、昇圧専用集積回路であるＩＣ３６ｄと、コイルＬ１と、電解コンデンサＣ２と、ダイオードＤ２と、トランジスタＱ１等を備える。
このような昇圧部３６ｂは、パルス信号によりトランジスタＱ１をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、これによりコイルＬ１に電圧を誘起させて、点火初期において乾電池３４からの入力電圧をＶＤＤ（３Ｖ）まで昇圧して、マイコン３５の電源ポートｅや表示回路４２等へ電源として供給する。
【００２２】
点火初期においては、この乾電池３４の電力によりマイコン３５が作動して昇圧回路３７を駆動し、直列型熱電対１３からの起電力を昇圧する（昇圧後の電圧ＶＣＣ２）。この昇圧された電力は、モータ８ａや電源回路３６に導かれる。
電源回路３６には、昇圧部３６ｂへの電源供給を昇圧回路３７からの電力にするか、乾電池３４からの電力にするかを切替える切替部３６ａが形成され、切替部３６ａは、ダイオードＤ１とダイオードＤ２とを備える。すなわち、乾電池３４の起電力ＶＣＣ１の方が昇圧回路３７からの起電力ＶＣＣ２よりも大きい場合には、昇圧部３６ｂへ供給される電源はダイオードＤ１を通る乾電池３４からの電力となり、昇圧回路３７からの起電力ＶＣＣ２の方が大きくなると昇圧部３６ｂへの供給電源はダイオードＤ２を通る昇圧回路３７からの電力へと切替わる。このように、マイコン３５への電力供給源を乾電池３４から熱電対１３に切り替えるため、乾電池３４を無駄に消費することがなく、長期に渡って乾電池３４を使用することができる。このため、乾電池交換を頻繁に行う必要もない。
【００２３】
また、昇圧回路３７と切替部３６ａとの間には、昇圧回路３７から供給される電圧（ＶＣＣ２）を所定値（２．５Ｖ）以下に規制するレギュレーションＩＣ３６ｃが備えられる。これに対して、モータ８ａには、電圧規制されないＶＣＣ２が直接供給される。
これによって、マイコン３５の過電圧による故障や誤動作を防止できる。言いかえれば、直列型熱電対１３からの電力を昇圧回路３７でマイコン３５の許容電圧以上に昇圧させることが可能となり、高い電圧で送風ファン８に供給できる。このため、直列型熱電対１３からの起電力だけで要求される風量を得ることが可能となる。
また、送風ファン８のモータ８ａとして用いているＤＣモータは、高い電圧で供給されればされるほど回転数が上がる。このため、特に、本実施形態のような熱発電を利用して低電圧で動作させるシステムのように、モータ８ａとしてＤＣモータを用いている場合、上述したようにしてモータ８ａへ供給する電圧を高めると風量を増すことができ一層効果的である。
尚、レギュレーションＩＣ３６ｃによって、２．５Ｖまでに低下させられた電力は、昇圧部３６ｂで再び、マイコン３５への適切な印可電圧である３Ｖまで昇圧される。
【００２４】
ところで、レギュレーションＩＣ３６ｃ及び切替部３６ａを昇圧部３６ｂの後に配置した回路も考えられる。尚、この場合にはレギュレーションＩＣ３６ｃとして電圧（ＶＣＣ２）を３Ｖ以下に規制するものを用いる。しかしながら、こうした場合には、昇圧部３６ｂからの電力とレギュレーションＩＣ３６ｃからの電力とを切替えるダイオードの特性が、各素子ごとにばらつきを含んでいるし、また温度等によってもばらつくためマイコン３５に供給する電圧が一定しなくなってしまう。これに対して本実施形態の電源回路３６では、各種条件により特性がばらついてしまうダイオードＤ１，Ｄ２の後に昇圧部３６ｂを配置しているため、マイコン３５へ供給する電圧を一定として、その動作を安定させることができる。
【００２５】
Ｍｇ回路３９は、直列に接続したマグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との接続を遮断する回路である。
Ｍｇ回路３９は、マグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との接続を開閉するスイッチング素子としてのＦＥＴ１、ＦＥＴ２と、ＦＥＴ１と接続されるトランジスタＱ２、電解コンデンサＣ５、コンデンサＣ６等を備える。
トランジスタＱ２は、マイコン３５の出力ポートａからのパルス信号によりオンオフする。トランジスタＱ２がオンしている時は、電源回路３６からの出力電圧ＶＤＤがＦＥＴ１に印可されてＦＥＴ１もオンする。そして、トランジスタＱ２がオフしても、電解コンデンサＣ５に電荷が溜まるまでは電流が流れるため、ＦＥＴ１には高い電圧が印可され一定時間ＦＥＴ１はオンする。つまり、ＦＥＴ１は、出力ポートａから所定周期の連続したパルス信号が出力されている間はオンし、パルス信号が出力されなくなるとコンデンサＣ６により直流信号が遮断されるためオフする。
ＦＥＴ２は、出力ポートｂからのレベル信号がｈｉｇｈの場合にＯＮし、ｌｏｗの場合にＯＦＦする。
【００２６】
このような構成のＭｇ回路は、第二熱電対３１からの入力電圧に基づいて燃焼不良が生じていると判断される場合や、後述するように消火操作が行われた場合に、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２をオフする。これによって、マグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との接続は遮断され、マグネット電磁弁２４は瞬時に閉弁してガス流路を遮断する。
【００２７】
ＦＥＴを二つ備えているのは、万が一どちらか一つが故障しても確実にガス流路を遮断できるようにするためである。つまり、一つしか備えていない場合、ＯＮ故障が発生すると、不完全燃焼時でも燃料ガスの供給を遮断できなくなってしまうが、二つ備えていれば、一つが故障しても他方のＦＥＴで確実にマグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との接続を遮断でき、安全性が向上する。
また、出力ポートａからＦＥＴ１への回路の途中に、コンデンサＣ６とトランジスタＱ２と電解コンデンサＣ５とを設けて、パルス信号の有無でＦＥＴ１をＯＮ／ＯＦＦしている。このため、マイコンが故障してｈｉｇｈのレベル信号やｌｏｗのレベル信号になったまま切り換わらなくなってしまった場合にも確実にマグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との接続を遮断することができる。
【００２８】
炎検知回路４０は、第二熱電対３１からの起電力をオペアンプ４１ａで増幅してマイコン３５の入力ポートｆに入力する。そして、この第二熱電対３１の起電力に基づいて、主にダンパー閉塞による不完全燃焼防止制御を行う。
モータ制御回路３８は、マイコン３５の出力ポートｇからのｈｉｇｈ−ｌｏｗのレベル信号によりＯＮ／ＯＦＦするＦＥＴ４を備えており、このＦＥＴ４をオンオフしてモータ８ａのコイルへの電力の給断を切替える。例えば、第二熱電対３１からの入力電圧に基づいて燃焼不良が生じていると判断した場合などに、レベル信号をｈｉｇｈからｌｏｗに切替えてモータを停止させる。
【００２９】
判定値入力回路４１は、固定抵抗Ｒ０と切替抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とを備え、切替スイッチ４５を操作すると固定抵抗と切替抵抗との接続が切替わり、固定抵抗と切替抵抗との接続点Ａの電位Ｖａが変化する構成である。
この電位Ｖａは、マイコン３５の入力ポートｈに入力される。そして、Ｖａに基づいて判定起電力Ｖｒｅｆ が設定される。
【００３０】
次に点火動作について説明する。
点火レバー２１を押し下げていくと、まずメイン弁２５が開弁されると共に、電源スイッチ３３がＯＮして電源回路３６に電源が供給される。次に、点火スイッチ３２がＯＮし、イグナイタ３０を動作させて点火電極２９を連続スパークさせる。更に、押し下げると順に、点火弁５５、マグネット電磁弁２４が開弁されバーナ４と点火用バーナ２８とセンシングバーナ２７へのガス流路が開放され、燃料ガスが供給される。
そして、点火用バーナ２８に着火した炎が、バーナ４やセンシングバーナ２７に火移りしていく。つまり、点火操作器である点火レバー２１を操作していくと、メイン弁２５の開弁→点火器としてのイグナイタ３０の作動開始→点火弁５５の開弁→マグネット電磁弁２４の開弁の順に動作してバーナ４に点火するのである。
センシングバーナ２７やバーナ４に点火されると、加熱される第一熱電対２３から起電力が発生しマグネット電磁弁２４を吸着保持する。そして、点火レバー２１から手を離すと、マグネット電磁弁２４は、閉弁可能状態となる。つまり、弁体を押しているスピンドル（図示略）が後退し、電磁力でのみ開弁が継続される状態となる。従って、第一熱電対２３からの起電力が所定の吸着保持電圧値以下となるとマグネット電磁弁２４は閉弁される。
尚、点火レバー２１を離すと、点火弁５５が閉弁して点火用バーナ２８へのガス流路は閉じられる。
【００３１】
ここで、従来のストーブにおけるホットスタート（急再点火動作）について述べる。
点火動作が消火後から短時間で行われた場合（第一熱電対２３からの起電力が吸着保持電圧以下となる前）、マグネット電磁弁２４が開弁状態になっているわけであるから点火動作によりメイン弁２５が開弁されると、その開弁にあわせて燃料ガスは放出されてしまう。そして、その後にイグナイタ３０が作動して点火用バーナ２８を介して点火されるため、その間に燃焼プレート６の前面に溜まった燃料ガスへの急激な着火となり、着火音や火炎が大きくなってしまう。
これに対して、本実施形態では、消火と同時にＦＥＴ１，２をオフしてマグネット電磁弁２４を閉弁しているため、このような不都合は生じない。
【００３２】
ここで、消火時にマイコン３５が行うマグネット電磁弁２４の強制閉弁制御について図４に示すフローチャートを用いて説明する。
点火レバー２１を消火操作すると、メイン弁２５が閉弁してバーナ４及びセンシングバーナ２７へのガス流路が遮断されると共に、電源スイッチ３３がＯＦＦされる（Ｓ１）。
そして、電源スイッチ３３がＯＦＦされたことを検出すると（Ｓ２：ＹＥＳ）、出力ポートａから出力していたパルス信号を停止させてＦＥＴ１をオフすると共に、出力ポートｂからのレベル信号をｌｏｗにしてＦＥＴ２をオフすることによって、マグネット電磁弁２４を強制的に閉弁させる（Ｓ３）。
【００３３】
このように、消火操作後には、第一熱電対２３とマグネット電磁弁２４との間の接続を強制的に切断しているため、第一熱電対２３の起電力がマグネット電磁弁２４の吸着保持電圧よりも大きい消火初期においても、マグネット電磁弁２４が一時的に開弁状態となってしまうことはない。従って、点火時には、マグネット電磁弁２４は常に閉弁しているので、ホットスタートを行っても、点火電極２９からのスパーク放電が燃料ガスの放出よりも遅れてしまうことを防止できる。すなわち、大きな着火音や大きな火炎が生じる遅点火は起こり得ないので、快適に使用することができる。
また、マグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との間の接続をオンオフするスイッチング素子として用いているＦＥＴには、機械的寿命がないため、故障する確率が減少し信頼性が向上する。更に、ＦＥＴは導通時には極めて低抵抗であるため、そこでの電圧降下は非常に小さく、マグネット電磁弁２４を開弁保持するのに十分なコイル電流が得られるので、マグネット電磁弁２４を安定して動作させることができ、一層信頼性が増す。
【００３４】
次に、マイコン３５が行う燃焼不良検出の制御について図５に示すフローチャートを用いて説明する。第二熱電対３１からの起電力Ｖｘを判定起電力Ｖｒｅｆ と比較することによって、主にダンパー閉塞に基づく不完全燃焼を検出する。
【００３５】
上述したような点火動作が終了すると（Ｓ１）、タイマーをスタートさせる（Ｓ２）。点火から４分経過するまでは、燃焼不良検出は行わずに待機する（Ｓ３：ＮＯ）。４分経過すると（Ｓ３：ＹＥＳ）、燃焼不良検出をし始めるわけであるが、経過時間Ｔによって判定起電力Ｖｒｅｆ を変化させる（Ｓ４〜Ｓ７）。
経過時間Ｔが４分から８分の間は、判定起電力Ｖｒｅｆ を１０ｍＶに設定する（Ｓ４）。そして、この判定起電力Ｖｒｅｆ と第二熱電対３１からの起電力Ｖｘを比較し、第二熱電対３１からの起電力Ｖｘの方が大きい場合には、燃焼状態が正常であると判断して、燃焼を継続させると共に、燃焼不良検出を継続する（Ｓ８：ＹＥＳ）。
これに対して、第二熱電対３１の起電力Ｖｘが小さい（Ｖｘが１０秒間以上、Ｖｒｅｆ 以下を継続した）場合には（Ｓ８：ＮＯ）、燃焼不良となっていると判断する（Ｓ９）。そして、燃焼不良と判断された場合には、出力ポートａからのパルス信号を止めて、ＦＥＴ１をオフすると共に、出力ポートｂの出力レベルをｌｏｗにして、ＦＥＴ２をオフしてマグネット電磁弁２４を強制的に閉弁させる。
ステップ４での経過時間Ｔが８分から１２分の間は、判定起電力Ｖｒｅｆ を１４ｍＶに切替え（Ｓ６）、経過時間Ｔが１２分を超えると、判定起電力Ｖｒｅｆ を１６ｍＶに切替えて（Ｓ７）、同様な制御を行う。
【００３６】
経過時間Ｔと第二熱電対３１からの起電力Ｖｘ及び判定起電力Ｖｒｅｆ との関係は、図６に示すグラフの様になる。
本実施形態のようなセラミックス製の赤熱プレート式のバーナ４は、点火後にプレート面の温度が上昇して安定するのに長い時間がかかるため、従来のように判定起電力Ｖｒｅｆ として、一つの基準（例えば、Ｖｒｅｆ ＝１６ｍＶ）しか持たなかった場合には、燃焼不良を検出し始めるのに長い時間を待たねばならず、この待機時間における不完全燃焼が大きな問題となる可能性があった。
これに対して、本実施形態のストーブ１では、判定起電力Ｖｒｅｆ として複数の基準を持ち、点火初期ほど低い値を用いているので、第二熱電対３１の起電力Ｖｘが上昇中である点火初期段階からの燃焼不良検出が可能となり、安全性が向上する。そして、点火後、所定時間が経過した後には、判定起電力を従来と同じような大きなしきい値に切替えるので、燃焼不良を確実に検出できる。
【００３７】
判定起電力Ｖｒｅｆ は、ガス種によって異なるものである。例えば、１２分超過後の判定起電力Ｖｒｅｆ は、ＬＰガスの場合は１６ｍＶであり、都市ガス（１３Ａ）の場合は１３ｍＶであり、その他ガス（６Ｃ）の場合は９ｍＶである。このため、器具背面に設けられた切替スイッチ４５を操作して判定起電力Ｖｒｅｆ を設定しなおすことを可能としている。
また、時間経過と共に変化する複数の判定起電力間の比率は、何れのガス種に対してもほぼ等しくなる。例えば、１２分超過後の判定起電力をＶｒｅｆ （１）、８分から１２分の間の判定起電力をＶｒｅｆ （２）、４分から８分の間の起電力Ｖｒｅｆ （３）とすると、その比は、
Ｖｒｅｆ （１）：Ｖｒｅｆ （２）：Ｖｒｅｆ （３）＝１：０．８７５：０．６２５
となる。このため、一つの判定起電力、例えば、１２分超過後の判定起電力Ｖｒｅ ｆ （１）を設定することによって、他の判定起電力Ｖｒｅｆ （２），Ｖｒｅｆ （３）は予め設定されているこの比率に応じて自動的に設定されるようする。
【００３８】
ここで判定起電力Ｖｒｅｆ の設定方法について述べる。
切替スイッチ４５を操作して、固定抵抗Ｒ０と切替抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３との接続を切替えると、その接続点Ａの電位Ｖａは変化する。電位Ｖａは、次式により求まる。
Ｖａ＝ＶＤＤ×ｒｘ／（ｒ０＋ｒｘ）
ｒ０：固定抵抗Ｒ０の抵抗（Ω）
ｒｘ：切替抵抗Ｒｘ（ｘ＝１，２，３）の抵抗（Ω）
切替抵抗Ｒ１はＬＰガス用であり、切替抵抗Ｒ２は都市ガス（１３Ａ）用であり、切替抵抗Ｒ３はその他ガス（６Ｃ）用である。
マイコン３５は、入力されるこの３種類の電位Ｖａに対する１２分超過後の判定起電力Ｖｒｅｆ （１）を記憶しており、入力された電位Ｖａに応じて判定起電力Ｖｒｅｆ （１）を設定する。そして、Ｖｒｅｆ （２）とＶｒｅｆ （３）は、Ｖｒｅｆ （１）との比率に応じて計算し設定する。尚、この比率（関係）は、マイコン３５に備えられたメモリーに記憶されている。
従って、判定起電力を再設定する際には、全ての判定起電力を設定しなおす必要はなく、複数あるうちの一つの判定起電力の再設定をするだけでよいため使い勝手が良い。
【００３９】
また、各ガス種毎に時間経過に応じたＶｒｅｆ をそれぞれ記憶した場合、すなわち、各ガス種毎に（Ｖｒｅｆ （１），Ｖｒｅｆ （２），Ｖｒｅｆ （３））を記憶した場合と比べると、記憶するデータの数が少なくてすむ。つまり、各ガス種毎にＶｒｅｆ をそれぞれ記憶した場合には、（ガス種数）×（各ガス種における判定起電力Ｖｒｅｆ 数）個のパラメータを記憶する必要があるのに対して、本実施形態の場合は、各時間ごとの比の値を固定的に記憶することと、ガス種数個のＶｒｅｆ （１）のパラメータを設定できるようにするだけで良い。
【００４０】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の熱発電制御装置によれば、電圧規制装置が燃焼制御回路へ供給される電圧を所定値以下に規制して燃焼制御回路の過電圧を防止しているため、昇圧回路では電力を燃焼制御回路の許容電圧以上に昇圧させることが可能となり、十分高い電圧でアクチュエータを駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態としてのコントローラの回路図である。
【図２】本実施形態としてのファン付赤外線ストーブの断面概略図である。
【図３】本実施形態としてのファン付赤外線ストーブのシステム構成図である。
【図４】マグネット電磁弁の強制閉弁制御を示したフローチャートである。
【図５】燃焼不良検出制御を示したフローチャートである。
【図６】点火開始からの経過時間と第二熱電対の起電力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
４…バーナ、８ａ…モータ、１３…直列型熱電対、３４…乾電池、３５…マイコン、３６…電源回路、３６ａ…切替部、３６ｃ…レギュレーションＩＣ、３７…昇圧回路、３８…モータ制御回路、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード。
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱発電部からの電力をアクチュエータへ供給する熱発電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、バーナの燃焼熱で加熱された熱電対（熱発電部）の起電力を昇圧回路で昇圧させ、昇圧された出力電圧でモータ等のアクチュエータ（負荷）を駆動する熱発電制御装置が知られている。
こうした熱発電制御装置の赤外線ストーブへの適用の一例として、赤熱プレート式のガスバーナからの輻射熱に加え、熱発電により駆動する送風ファンによる温風によっても暖房を行うファン付赤外線ストーブが知られている。
また、このような熱発電制御装置の中には、バーナの燃焼を制御するマイコンを主要部とした燃焼制御回路へも昇圧回路からの電力を供給しているものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃焼制御回路への入力電圧を高くしすぎると、次のような不具合を生じる。
▲１▼マイコン等の回路素子の使用電圧範囲を超えてしまう。
▲２▼Ａ／Ｄ変換器の基準電圧がずれてしまい、各種センサからの信号が正しく読み込めない。
このため、昇圧回路で昇圧させる電圧を低く抑えざるを得ず、アクチュエータへ供給する電源電圧が不足してしまうことがあった。
本発明の熱発電制御装置は上記課題を解決し、制御回路側へ必要以上の電圧が加わらないようにすると共に、アクチュエータに十分な電圧で電源供給することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の熱発電制御装置は、
バーナの燃焼熱により発電する熱発電部と、
上記熱発電部で発電した電力を昇圧する昇圧回路と、
上記昇圧された電力を電源として駆動するアクチュエータと、
上記昇圧された電力を電源とし、上記バーナの燃焼を制御する燃焼制御回路と
を備えた熱発電制御装置において、
上記昇圧回路の出力部と上記燃焼制御回路の電源入力部との間に、該燃焼制御回路に供給される電源電圧を所定値以下に規制する電圧規制装置を設けたことを要旨とする。
【０００５】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の熱発電制御装置は、昇圧回路が熱発電部で発生した電力を昇圧した後に、この電力をアクチュエータや燃焼制御回路に供給する。この際、電圧規制装置がアクチュエータへの電源電圧を規制することなく、燃焼制御回路へ供給される電源電圧のみを所定値以下に規制するため、燃焼制御回路の過電圧による故障を防止できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の熱発電制御装置の好適な実施形態について説明する。
【０００７】
図２は、熱発電制御装置を備えたファン付赤外線ストーブの断面概略図であり、図３は、そのシステム構成図である。
ファン付赤外線ストーブ１（以下、単にストーブ１と略称する）は、前面に輻射開口２が設けられた本体ケース３内に、この輻射開口２に対向させて赤熱プレート式のバーナ４を備える。
バーナ４は、燃料ガスと一次空気との混合室を形成するバーナ本体５と、バーナ本体５に装着される多数の炎孔が設けられたセラミックス製の燃焼プレート６とを備えた全一次空気式バーナである。バーナ本体５の基端には、燃料ガスと一次空気とが吸入される吸入口５６が開口し、吸入口５６に臨んでノズル４４が設けられる（図３参照）。
このバーナ４では、ノズル４４から噴出された燃料ガスと、その噴出に伴って吸入口５６から吸入された一次空気とがバーナ本体５内で良好に混合され、その混合気が燃焼プレート６の炎孔から噴出して、燃焼プレート６上で表面燃焼する。
【０００８】
また、バーナ本体５は、上バーナ本体５ａと下バーナ本体５ｂとに上下二段に分割形成される。そして、燃焼プレート６は、上バーナ本体５ａと下バーナ本体５ｂとにそれぞれ左右二枚ずつ設けられる構成であり、全面で燃焼する強火力設定と下バーナ本体５ｂに設けられた二面のみで燃焼する弱火力設定との二種類の火力切替が行える。
【０００９】
本体ケース３内の底部には、バーナ４の燃焼ガスを本体ケース３前面下部に設けられた温風吹出口７から送出する送風ファン８が設けられる。バーナ４の後方には、バーナ４の上方近傍に温風吸込口９を有し、送風ファン８に燃焼ガスを導くファン給気筒１０が設けられる。ファン給気筒１０の後方上部には、複数の上段冷風吸込口１１が設けられ、送出する燃焼ガスを火傷等の危険がない適切な温度にまで冷却するための空気が吸い込まれる。また、本体ケース３後面には、器具外部の空気を本体ケース３内に吸引するための複数の取込口１２が設けられる。
ファン給気筒１０内は途中まで仕切板４６によって、温風吸込口９と連通した温風通路と上段冷風吸込口１１と連通した冷風通路とに分割される。
ファン給気筒１０の前方下部には、後述する直列型熱電対１３の冷接点１３ａの近傍に中段冷風吸込口１４を有した吸込筒１５が連結され、吸込筒１５の下方には下段冷風吸込口１６が開口される。
また、送風ファン８と温風吹出口７とはファン排気筒１７によって連通される。
【００１０】
従って、送風ファン８を駆動すると、温風吸込口９から燃焼ガスが吸引されると共に、取込口１２を介して器具内に吸引された外部空気が上段、中段、下段冷風吸込口１１，１４，１６から吸引される。そして、これらの燃焼ガスと空気とが送風ファン８に吸込まれ均一に混合されて、温風として温風吹出口７から送出される。
【００１１】
バーナ４の燃焼面の前面には、前後二列で配列された複数の熱電対素子を直列に接続した直列型熱電対１３が対向して設けられ、この直列型熱電対１３で発生した起電力が送風ファン８のモータ（ＤＣモータ）８ａや燃焼等を制御するコントローラ１８（後述）の電源として用いられる。尚、送風ファン８のモータ８ａが本発明におけるアクチュエータである。
また、器具正面には、向かって左側に点火レバー２１が、右側にバーナ４の火力を切替える切替レバー２２が設けられる。
【００１２】
バーナ４へのガス流路には、図３に示すように、上流から順に、点火レバー２１の操作力によって機械的に開弁され後述する第一熱電対２３からの起電力によって開弁保持されるマグネット電磁弁２４と、点火レバー２１の操作力によって機械的に開閉されるメイン弁２５と、切替レバー２２の操作によって上下両バーナ本体５ａ，５ｂへのガス流路を開弁状態とする第一状態と下バーナ本体５ｂへのガス流路のみを開弁状態とする第二状態とを切替える切替弁２６とが設けられる。
【００１３】
また、バーナ４には、センシングバーナ２７が併設され、センシングバーナ２７の近傍には、マグネット電磁弁２４のコイルと直列に接続された第一熱電対２３が設けられる。第一熱電対２３は、主にセンシングバーナ２７の炎により直接加熱され、この際発生する起電力によってマグネット電磁弁２４を開弁保持する。
マグネット電磁弁２４は、常に閉弁方向に付勢するバネを備え、この付勢力に反して電磁石の吸着力で開弁保持されるが、室内の酸素濃度が低下してくるとセンシングバーナ２７の炎がリフトし始めて、第一熱電対２３の起電力が低下して吸着保持できなくなりガス流路を遮断する。従って、不完全燃焼を未然に防ぐことができる。
尚、センシングバーナ２７へのガス流路は、メイン弁２５と切替弁２６との間のガス流路から分岐して形成される。
【００１４】
バーナ４の近傍には、バーナ４へ点火するための点火用バーナ２８が設けられ、点火用バーナ２８の近傍には、点火用バーナ２８へ点火するための点火電極２９が設けられる。点火電極２９は、イグナイタ３０と接続される。
点火用バーナ２８へのガス流路は、メイン弁２５の下流から分岐して設けられ、点火レバー２１を開操作している間のみ開状態となる点火弁５５が設けられる。すなわち、点火用バーナ２８には、点火操作時のみ炎が形成される。
【００１５】
バーナ４の炎に直接熱せられる位置に直列型熱電対１３と隣接して第二熱電対３１が設けられる。この第二熱電対３１からの起電力Ｖｘを検出して判定起電力Ｖｒｅｆ と比較することによって、バーナ４の吸入口５６が閉塞を起こした場合（以下、ダンパー閉塞と呼ぶ）の燃焼不良を判断する。ダンパー閉塞が生じて、燃焼用空気が足りなくなってくると、不完全燃焼し始めるため、第二熱電対３１を正常な火炎で適切に加熱できなくなり、起電力は低下する。
また、この判定起電力Ｖｒｅｆ は、ガス種によって適正値が異なるため、器具背面に設けられたスライド式の切替スイッチ４５により複数通りに設定できるようになっている。
尚、バーナ４とセンシングバーナ２７との一次空気吸入口がそれぞれ異なるため、このようなダンパー閉塞による燃焼不良を、センシングバーナ２７の火炎により加熱される第一熱電対２３の起電力に基づいて検出することはできない。
【００１６】
ストーブ１本体内には、上述したセンサ類からの信号を入力して各種のアクチュエータ類を駆動制御するコントローラ１８が設けられる。
また、点火レバー２１で点火操作しているときのみＯＮする、つまり点火レバー２１を押し下げている時のみＯＮする点火スイッチ３２と、点火レバー２１での点火操作によりＯＮ保持され、消火操作（点火レバー２１の持ち上げ操作）によりＯＦＦ状態に切り替わる電源スイッチ３３とが設けられており、この点火スイッチ３２及び電源スイッチ３３からのＯＮ信号はコントローラ１８へ入力される。
【００１７】
コントローラ１８は、図１に示すように、主制御部のマイクロコンピュータ３５（以下、単にマイコン３５と呼ぶ）と、マイコン３５に電源を供給する電源回路３６、直列型熱電対１３からの起電力を昇圧させる昇圧回路３７、送風ファン８のモータ８ａを制御するモータ制御回路３８、マグネット電磁弁２４と第一熱電対２３の直列接続を切断するＭｇ回路３９、第二熱電対３１からの起電力を入力する炎検知回路４０、ダンパー閉塞を検出するための判定起電力Ｖｒｅｆ を切替える判定値入力回路４１、表示回路４２、イグナイタスイッチ回路４３等を備える。尚、図中の符号ＣＮはコネクタを示す。
【００１８】
昇圧回路３７は、マイコンの出力ポートｃからのパルス信号によりＯＮ／ＯＦＦするＦＥＴ３（スイッチング素子）、ＦＥＴ３のＯＮ／ＯＦＦにより電圧を誘起するコイルＬ２、コイルＬ２の放電時のインピーダンスを小さくする電解コンデンサＣ３、電荷を蓄える電解コンデンサＣ４、昇圧後の電源から昇圧回路３７側へ電流が流れることを防止するショットキーバリアーダイオードＤ３を備える。
こうした構成の昇圧回路３７では、点火操作（電源スイッチ３３のＯＮ動作）が行われると、マイコン３５が、出力ポートｃからパルス信号をＦＥＴ３へ送信し、そのパルス信号によりＦＥＴ３をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、これによりコイルＬ２に電圧を誘起させて直列型熱電対１３からの入力電圧（約１Ｖ）を昇圧して電気エネルギーを蓄えさせる。
【００１９】
ＦＥＴ３がＯＮの時、直列型熱電対１３の起電力により、コイルＬ２に電流が流れ、ＦＥＴ３をＯＦＦすると、コイルＬ２の性質により電流を流し続けようとして電圧が上昇し、電源回路３６およびモータ制御回路３８へ通電される。そして、この電流は、モータ制御回路３８からモータ８ａのコイルへの電源として使われる。
このようにして、昇圧回路３７は、直列型熱電対１３で発生した約１Ｖの起電力をＶＣＣ２（３．５Ｖ）まで昇圧させる。マイコン３５は、昇圧回路３７の出力電圧ＶＣＣ２を入力ポートｄから検知する。尚、抵抗Ｒ４，Ｒ５（各抵抗値は等しい）により入力ポートｄへの入力電圧を半分に分圧することによって、マイコン３５の過電圧による故障を防止している。
【００２０】
マイコン３５は、基本的には、直列型熱電対１３からの起電力を電源として駆動されるものであるが、点火開始時には、必要な電力が直列型熱電対１３からは得られない。このため、その補助電源として、乾電池３４（電圧ＶＣＣ１は１．５Ｖ）が用いられる。そして、直列型熱電対１３から十分な電力が得られるようになった後は、マイコン３５への電源として直列型熱電対１３からの電力を用いる。
尚、モータ８ａへは、十分な電力が得られない点火初期から直列型熱電対１３の起電力のみがそのまま電源として用いられる。
【００２１】
乾電池３４からの起電力ＶＣＣ１（１．５Ｖ）は、電源回路３６の昇圧部３６ｂでＶＤＤ（３Ｖ）に昇圧され、マイコン３５へ供給される。
昇圧部３６ｂは、昇圧専用集積回路であるＩＣ３６ｄと、コイルＬ１と、電解コンデンサＣ２と、ダイオードＤ２と、トランジスタＱ１等を備える。
このような昇圧部３６ｂは、パルス信号によりトランジスタＱ１をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、これによりコイルＬ１に電圧を誘起させて、点火初期において乾電池３４からの入力電圧をＶＤＤ（３Ｖ）まで昇圧して、マイコン３５の電源ポートｅや表示回路４２等へ電源として供給する。
【００２２】
点火初期においては、この乾電池３４の電力によりマイコン３５が作動して昇圧回路３７を駆動し、直列型熱電対１３からの起電力を昇圧する（昇圧後の電圧ＶＣＣ２）。この昇圧された電力は、モータ８ａや電源回路３６に導かれる。
電源回路３６には、昇圧部３６ｂへの電源供給を昇圧回路３７からの電力にするか、乾電池３４からの電力にするかを切替える切替部３６ａが形成され、切替部３６ａは、ダイオードＤ１とダイオードＤ２とを備える。すなわち、乾電池３４の起電力ＶＣＣ１の方が昇圧回路３７からの起電力ＶＣＣ２よりも大きい場合には、昇圧部３６ｂへ供給される電源はダイオードＤ１を通る乾電池３４からの電力となり、昇圧回路３７からの起電力ＶＣＣ２の方が大きくなると昇圧部３６ｂへの供給電源はダイオードＤ２を通る昇圧回路３７からの電力へと切替わる。このように、マイコン３５への電力供給源を乾電池３４から熱電対１３に切り替えるため、乾電池３４を無駄に消費することがなく、長期に渡って乾電池３４を使用することができる。このため、乾電池交換を頻繁に行う必要もない。
【００２３】
また、昇圧回路３７と切替部３６ａとの間には、昇圧回路３７から供給される電圧（ＶＣＣ２）を所定値（２．５Ｖ）以下に規制するレギュレーションＩＣ３６ｃが備えられる。これに対して、モータ８ａには、電圧規制されないＶＣＣ２が直接供給される。
これによって、マイコン３５の過電圧による故障や誤動作を防止できる。言いかえれば、直列型熱電対１３からの電力を昇圧回路３７でマイコン３５の許容電圧以上に昇圧させることが可能となり、高い電圧で送風ファン８に供給できる。このため、直列型熱電対１３からの起電力だけで要求される風量を得ることが可能となる。
また、送風ファン８のモータ８ａとして用いているＤＣモータは、高い電圧で供給されればされるほど回転数が上がる。このため、特に、本実施形態のような熱発電を利用して低電圧で動作させるシステムのように、モータ８ａとしてＤＣモータを用いている場合、上述したようにしてモータ８ａへ供給する電圧を高めると風量を増すことができ一層効果的である。
尚、レギュレーションＩＣ３６ｃによって、２．５Ｖまでに低下させられた電力は、昇圧部３６ｂで再び、マイコン３５への適切な印可電圧である３Ｖまで昇圧される。
【００２４】
ところで、レギュレーションＩＣ３６ｃ及び切替部３６ａを昇圧部３６ｂの後に配置した回路も考えられる。尚、この場合にはレギュレーションＩＣ３６ｃとして電圧（ＶＣＣ２）を３Ｖ以下に規制するものを用いる。しかしながら、こうした場合には、昇圧部３６ｂからの電力とレギュレーションＩＣ３６ｃからの電力とを切替えるダイオードの特性が、各素子ごとにばらつきを含んでいるし、また温度等によってもばらつくためマイコン３５に供給する電圧が一定しなくなってしまう。これに対して本実施形態の電源回路３６では、各種条件により特性がばらついてしまうダイオードＤ１，Ｄ２の後に昇圧部３６ｂを配置しているため、マイコン３５へ供給する電圧を一定として、その動作を安定させることができる。
【００２５】
Ｍｇ回路３９は、直列に接続したマグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との接続を遮断する回路である。
Ｍｇ回路３９は、マグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との接続を開閉するスイッチング素子としてのＦＥＴ１、ＦＥＴ２と、ＦＥＴ１と接続されるトランジスタＱ２、電解コンデンサＣ５、コンデンサＣ６等を備える。
トランジスタＱ２は、マイコン３５の出力ポートａからのパルス信号によりオンオフする。トランジスタＱ２がオンしている時は、電源回路３６からの出力電圧ＶＤＤがＦＥＴ１に印可されてＦＥＴ１もオンする。そして、トランジスタＱ２がオフしても、電解コンデンサＣ５に電荷が溜まるまでは電流が流れるため、ＦＥＴ１には高い電圧が印可され一定時間ＦＥＴ１はオンする。つまり、ＦＥＴ１は、出力ポートａから所定周期の連続したパルス信号が出力されている間はオンし、パルス信号が出力されなくなるとコンデンサＣ６により直流信号が遮断されるためオフする。
ＦＥＴ２は、出力ポートｂからのレベル信号がｈｉｇｈの場合にＯＮし、ｌｏｗの場合にＯＦＦする。
【００２６】
このような構成のＭｇ回路は、第二熱電対３１からの入力電圧に基づいて燃焼不良が生じていると判断される場合や、後述するように消火操作が行われた場合に、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２をオフする。これによって、マグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との接続は遮断され、マグネット電磁弁２４は瞬時に閉弁してガス流路を遮断する。
【００２７】
ＦＥＴを二つ備えているのは、万が一どちらか一つが故障しても確実にガス流路を遮断できるようにするためである。つまり、一つしか備えていない場合、ＯＮ故障が発生すると、不完全燃焼時でも燃料ガスの供給を遮断できなくなってしまうが、二つ備えていれば、一つが故障しても他方のＦＥＴで確実にマグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との接続を遮断でき、安全性が向上する。
また、出力ポートａからＦＥＴ１への回路の途中に、コンデンサＣ６とトランジスタＱ２と電解コンデンサＣ５とを設けて、パルス信号の有無でＦＥＴ１をＯＮ／ＯＦＦしている。このため、マイコンが故障してｈｉｇｈのレベル信号やｌｏｗのレベル信号になったまま切り換わらなくなってしまった場合にも確実にマグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との接続を遮断することができる。
【００２８】
炎検知回路４０は、第二熱電対３１からの起電力をオペアンプ４１ａで増幅してマイコン３５の入力ポートｆに入力する。そして、この第二熱電対３１の起電力に基づいて、主にダンパー閉塞による不完全燃焼防止制御を行う。
モータ制御回路３８は、マイコン３５の出力ポートｇからのｈｉｇｈ−ｌｏｗのレベル信号によりＯＮ／ＯＦＦするＦＥＴ４を備えており、このＦＥＴ４をオンオフしてモータ８ａのコイルへの電力の給断を切替える。例えば、第二熱電対３１からの入力電圧に基づいて燃焼不良が生じていると判断した場合などに、レベル信号をｈｉｇｈからｌｏｗに切替えてモータを停止させる。
【００２９】
判定値入力回路４１は、固定抵抗Ｒ０と切替抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とを備え、切替スイッチ４５を操作すると固定抵抗と切替抵抗との接続が切替わり、固定抵抗と切替抵抗との接続点Ａの電位Ｖａが変化する構成である。
この電位Ｖａは、マイコン３５の入力ポートｈに入力される。そして、Ｖａに基づいて判定起電力Ｖｒｅｆ が設定される。
【００３０】
次に点火動作について説明する。
点火レバー２１を押し下げていくと、まずメイン弁２５が開弁されると共に、電源スイッチ３３がＯＮして電源回路３６に電源が供給される。次に、点火スイッチ３２がＯＮし、イグナイタ３０を動作させて点火電極２９を連続スパークさせる。更に、押し下げると順に、点火弁５５、マグネット電磁弁２４が開弁されバーナ４と点火用バーナ２８とセンシングバーナ２７へのガス流路が開放され、燃料ガスが供給される。
そして、点火用バーナ２８に着火した炎が、バーナ４やセンシングバーナ２７に火移りしていく。つまり、点火操作器である点火レバー２１を操作していくと、メイン弁２５の開弁→点火器としてのイグナイタ３０の作動開始→点火弁５５の開弁→マグネット電磁弁２４の開弁の順に動作してバーナ４に点火するのである。
センシングバーナ２７やバーナ４に点火されると、加熱される第一熱電対２３から起電力が発生しマグネット電磁弁２４を吸着保持する。そして、点火レバー２１から手を離すと、マグネット電磁弁２４は、閉弁可能状態となる。つまり、弁体を押しているスピンドル（図示略）が後退し、電磁力でのみ開弁が継続される状態となる。従って、第一熱電対２３からの起電力が所定の吸着保持電圧値以下となるとマグネット電磁弁２４は閉弁される。
尚、点火レバー２１を離すと、点火弁５５が閉弁して点火用バーナ２８へのガス流路は閉じられる。
【００３１】
ここで、従来のストーブにおけるホットスタート（急再点火動作）について述べる。
点火動作が消火後から短時間で行われた場合（第一熱電対２３からの起電力が吸着保持電圧以下となる前）、マグネット電磁弁２４が開弁状態になっているわけであるから点火動作によりメイン弁２５が開弁されると、その開弁にあわせて燃料ガスは放出されてしまう。そして、その後にイグナイタ３０が作動して点火用バーナ２８を介して点火されるため、その間に燃焼プレート６の前面に溜まった燃料ガスへの急激な着火となり、着火音や火炎が大きくなってしまう。
これに対して、本実施形態では、消火と同時にＦＥＴ１，２をオフしてマグネット電磁弁２４を閉弁しているため、このような不都合は生じない。
【００３２】
ここで、消火時にマイコン３５が行うマグネット電磁弁２４の強制閉弁制御について図４に示すフローチャートを用いて説明する。
点火レバー２１を消火操作すると、メイン弁２５が閉弁してバーナ４及びセンシングバーナ２７へのガス流路が遮断されると共に、電源スイッチ３３がＯＦＦされる（Ｓ１）。
そして、電源スイッチ３３がＯＦＦされたことを検出すると（Ｓ２：ＹＥＳ）、出力ポートａから出力していたパルス信号を停止させてＦＥＴ１をオフすると共に、出力ポートｂからのレベル信号をｌｏｗにしてＦＥＴ２をオフすることによって、マグネット電磁弁２４を強制的に閉弁させる（Ｓ３）。
【００３３】
このように、消火操作後には、第一熱電対２３とマグネット電磁弁２４との間の接続を強制的に切断しているため、第一熱電対２３の起電力がマグネット電磁弁２４の吸着保持電圧よりも大きい消火初期においても、マグネット電磁弁２４が一時的に開弁状態となってしまうことはない。従って、点火時には、マグネット電磁弁２４は常に閉弁しているので、ホットスタートを行っても、点火電極２９からのスパーク放電が燃料ガスの放出よりも遅れてしまうことを防止できる。すなわち、大きな着火音や大きな火炎が生じる遅点火は起こり得ないので、快適に使用することができる。
また、マグネット電磁弁２４と第一熱電対２３との間の接続をオンオフするスイッチング素子として用いているＦＥＴには、機械的寿命がないため、故障する確率が減少し信頼性が向上する。更に、ＦＥＴは導通時には極めて低抵抗であるため、そこでの電圧降下は非常に小さく、マグネット電磁弁２４を開弁保持するのに十分なコイル電流が得られるので、マグネット電磁弁２４を安定して動作させることができ、一層信頼性が増す。
【００３４】
次に、マイコン３５が行う燃焼不良検出の制御について図５に示すフローチャートを用いて説明する。第二熱電対３１からの起電力Ｖｘを判定起電力Ｖｒｅｆ と比較することによって、主にダンパー閉塞に基づく不完全燃焼を検出する。
【００３５】
上述したような点火動作が終了すると（Ｓ１）、タイマーをスタートさせる（Ｓ２）。点火から４分経過するまでは、燃焼不良検出は行わずに待機する（Ｓ３：ＮＯ）。４分経過すると（Ｓ３：ＹＥＳ）、燃焼不良検出をし始めるわけであるが、経過時間Ｔによって判定起電力Ｖｒｅｆ を変化させる（Ｓ４〜Ｓ７）。
経過時間Ｔが４分から８分の間は、判定起電力Ｖｒｅｆ を１０ｍＶに設定する（Ｓ４）。そして、この判定起電力Ｖｒｅｆ と第二熱電対３１からの起電力Ｖｘを比較し、第二熱電対３１からの起電力Ｖｘの方が大きい場合には、燃焼状態が正常であると判断して、燃焼を継続させると共に、燃焼不良検出を継続する（Ｓ８：ＹＥＳ）。
これに対して、第二熱電対３１の起電力Ｖｘが小さい（Ｖｘが１０秒間以上、Ｖｒｅｆ 以下を継続した）場合には（Ｓ８：ＮＯ）、燃焼不良となっていると判断する（Ｓ９）。そして、燃焼不良と判断された場合には、出力ポートａからのパルス信号を止めて、ＦＥＴ１をオフすると共に、出力ポートｂの出力レベルをｌｏｗにして、ＦＥＴ２をオフしてマグネット電磁弁２４を強制的に閉弁させる。
ステップ４での経過時間Ｔが８分から１２分の間は、判定起電力Ｖｒｅｆ を１４ｍＶに切替え（Ｓ６）、経過時間Ｔが１２分を超えると、判定起電力Ｖｒｅｆ を１６ｍＶに切替えて（Ｓ７）、同様な制御を行う。
【００３６】
経過時間Ｔと第二熱電対３１からの起電力Ｖｘ及び判定起電力Ｖｒｅｆ との関係は、図６に示すグラフの様になる。
本実施形態のようなセラミックス製の赤熱プレート式のバーナ４は、点火後にプレート面の温度が上昇して安定するのに長い時間がかかるため、従来のように判定起電力Ｖｒｅｆ として、一つの基準（例えば、Ｖｒｅｆ ＝１６ｍＶ）しか持たなかった場合には、燃焼不良を検出し始めるのに長い時間を待たねばならず、この待機時間における不完全燃焼が大きな問題となる可能性があった。
これに対して、本実施形態のストーブ１では、判定起電力Ｖｒｅｆ として複数の基準を持ち、点火初期ほど低い値を用いているので、第二熱電対３１の起電力Ｖｘが上昇中である点火初期段階からの燃焼不良検出が可能となり、安全性が向上する。そして、点火後、所定時間が経過した後には、判定起電力を従来と同じような大きなしきい値に切替えるので、燃焼不良を確実に検出できる。
【００３７】
判定起電力Ｖｒｅｆ は、ガス種によって異なるものである。例えば、１２分超過後の判定起電力Ｖｒｅｆ は、ＬＰガスの場合は１６ｍＶであり、都市ガス（１３Ａ）の場合は１３ｍＶであり、その他ガス（６Ｃ）の場合は９ｍＶである。このため、器具背面に設けられた切替スイッチ４５を操作して判定起電力Ｖｒｅｆ を設定しなおすことを可能としている。
また、時間経過と共に変化する複数の判定起電力間の比率は、何れのガス種に対してもほぼ等しくなる。例えば、１２分超過後の判定起電力をＶｒｅｆ （１）、８分から１２分の間の判定起電力をＶｒｅｆ （２）、４分から８分の間の起電力Ｖｒｅｆ （３）とすると、その比は、
Ｖｒｅｆ （１）：Ｖｒｅｆ （２）：Ｖｒｅｆ （３）＝１：０．８７５：０．６２５
となる。このため、一つの判定起電力、例えば、１２分超過後の判定起電力Ｖｒｅ ｆ （１）を設定することによって、他の判定起電力Ｖｒｅｆ （２），Ｖｒｅｆ （３）は予め設定されているこの比率に応じて自動的に設定されるようする。
【００３８】
ここで判定起電力Ｖｒｅｆ の設定方法について述べる。
切替スイッチ４５を操作して、固定抵抗Ｒ０と切替抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３との接続を切替えると、その接続点Ａの電位Ｖａは変化する。電位Ｖａは、次式により求まる。
Ｖａ＝ＶＤＤ×ｒｘ／（ｒ０＋ｒｘ）
ｒ０：固定抵抗Ｒ０の抵抗（Ω）
ｒｘ：切替抵抗Ｒｘ（ｘ＝１，２，３）の抵抗（Ω）
切替抵抗Ｒ１はＬＰガス用であり、切替抵抗Ｒ２は都市ガス（１３Ａ）用であり、切替抵抗Ｒ３はその他ガス（６Ｃ）用である。
マイコン３５は、入力されるこの３種類の電位Ｖａに対する１２分超過後の判定起電力Ｖｒｅｆ （１）を記憶しており、入力された電位Ｖａに応じて判定起電力Ｖｒｅｆ （１）を設定する。そして、Ｖｒｅｆ （２）とＶｒｅｆ （３）は、Ｖｒｅｆ （１）との比率に応じて計算し設定する。尚、この比率（関係）は、マイコン３５に備えられたメモリーに記憶されている。
従って、判定起電力を再設定する際には、全ての判定起電力を設定しなおす必要はなく、複数あるうちの一つの判定起電力の再設定をするだけでよいため使い勝手が良い。
【００３９】
また、各ガス種毎に時間経過に応じたＶｒｅｆ をそれぞれ記憶した場合、すなわち、各ガス種毎に（Ｖｒｅｆ （１），Ｖｒｅｆ （２），Ｖｒｅｆ （３））を記憶した場合と比べると、記憶するデータの数が少なくてすむ。つまり、各ガス種毎にＶｒｅｆ をそれぞれ記憶した場合には、（ガス種数）×（各ガス種における判定起電力Ｖｒｅｆ 数）個のパラメータを記憶する必要があるのに対して、本実施形態の場合は、各時間ごとの比の値を固定的に記憶することと、ガス種数個のＶｒｅｆ （１）のパラメータを設定できるようにするだけで良い。
【００４０】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の熱発電制御装置によれば、電圧規制装置が燃焼制御回路へ供給される電圧を所定値以下に規制して燃焼制御回路の過電圧を防止しているため、昇圧回路では電力を燃焼制御回路の許容電圧以上に昇圧させることが可能となり、十分高い電圧でアクチュエータを駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態としてのコントローラの回路図である。
【図２】本実施形態としてのファン付赤外線ストーブの断面概略図である。
【図３】本実施形態としてのファン付赤外線ストーブのシステム構成図である。
【図４】マグネット電磁弁の強制閉弁制御を示したフローチャートである。
【図５】燃焼不良検出制御を示したフローチャートである。
【図６】点火開始からの経過時間と第二熱電対の起電力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
４…バーナ、８ａ…モータ、１３…直列型熱電対、３４…乾電池、３５…マイコン、３６…電源回路、３６ａ…切替部、３６ｃ…レギュレーションＩＣ、３７…昇圧回路、３８…モータ制御回路、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード。
Claims (1)
- バーナの燃焼熱により発電する熱発電部と、
上記熱発電部で発電した電力を昇圧する昇圧回路と、
上記昇圧された電力を電源として駆動するアクチュエータと、
上記昇圧された電力を電源とし、上記バーナの燃焼を制御する燃焼制御回路と
を備えた熱発電制御装置において、
上記昇圧回路の出力部と上記燃焼制御回路の電源入力部との間に、該燃焼制御回路に供給される電源電圧を所定値以下に規制する電圧規制装置を設けたことを特徴とする熱発電制御装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002193515A JP2004040890A (ja) | 2002-07-02 | 2002-07-02 | 熱発電制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002193515A JP2004040890A (ja) | 2002-07-02 | 2002-07-02 | 熱発電制御装置 |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2004040890A true JP2004040890A (ja) | 2004-02-05 |
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ID=31702459
Family Applications (1)
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| JP2002193515A Pending JP2004040890A (ja) | 2002-07-02 | 2002-07-02 | 熱発電制御装置 |
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| JP (1) | JP2004040890A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2002
- 2002-07-02 JP JP2002193515A patent/JP2004040890A/ja active Pending
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