JP2004072029A - 熱発電制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コントローラ18は、主制御部のマイコン35,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する第1昇圧回路37,第1昇圧回路37の出力電圧で送風ファン8のモータ8aを駆動するモータ駆動回路38,電源回路36の出力を昇圧する第2昇圧回路42,第1昇圧回路37からの入力電圧が所定値以上になった時にマイコン35用の電源を乾電池34から熱電対13が発電した電力に切り替える電源切替部36a,電源切替部36aをバイパスして乾電池34からマイコン35へ電力を供給するバイパス回路43,第1昇圧回路37を停止する停止回路45を備える。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼機に用いられ熱発電部からの電力を負荷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、バーナの燃焼炎に熱発電素子を臨ませ、熱発電素子から発生した起電力を昇圧回路で昇圧し、この昇圧された電力によりファン等のアクチュエータを駆動する燃焼機が知られている。
更に、本願出願人は、燃焼機の作動を統括する燃焼コントローラの電源までも熱発電により賄うものも既に提案している。こうしたものでは、燃焼開始時には所定の起電力が得られないため、十分な熱発電が得られるまでの間だけ乾電池等の補助電源を利用する構成を採用している。
燃焼機の始動後、燃焼コントローラの電源を乾電池等の補助電源から熱発電電源に切り替えるために、図5に示すように、両電源回路の出力をダイオードを介して接続し、出力電圧が高い方の電源回路の電力を燃焼コントローラへ供給するように電源切替部を構成した。
この場合、燃焼コントローラはマイコン等で構成されるため、その電源として安定した電圧が要求されることから、電源切替部の出力を第2昇圧回路で適正電圧にまで昇圧して燃焼コントローラに供給するようにしている。
この第2昇圧回路は、その昇圧動作を行うための電源が必要であり、入力された昇圧すべき電力を自身の電源として利用する負荷となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダイオードの順方向電圧降下Vfは、常温において約0.2Vであるため、例えば、第2昇圧回路の起動に必要な電圧が0.9Vである場合には、乾電池の電圧が1.1V未満になると第2昇圧回路を起動させることができなくなり、新品の乾電池と交換しなければならない。
しかも、ダイオードは、周囲の温度が低くなるほどその電圧降下Vfが大きくなる特性を持っているため、常温の時では第2昇圧回路を起動させれるだけの残容量があっても、低温時では起動できなくなり、乾電池の交換時期が早く来てしまう。
一方、第2昇圧回路は、起動に必要な電源電圧が0.9Vではあるものの、一旦起動した後は、それよりも低い電源電圧(例えば、0.5V)で作動を維持できるため、乾電池を十分に利用できているとは言えない。
本発明の熱発電制御装置は上記課題を解決し、負荷を確実に起動させると共に負荷のバックアップ電源の使用可能期間を長く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、
燃焼機の燃焼熱により起電力を発生する熱発電部と、
上記熱発電部で発生した起電力を昇圧する昇圧回路と、
上記熱発電部とは別に設けられる乾電池等の補助電源回路と、
上記昇圧回路の出力電圧と上記補助電源回路の出力電圧とを切り替えて負荷に供給する電源切替部と
を備え、
上記電源切替部から電力供給される負荷の少なくとも1つは、その起動に必要な電圧が起動後に動作を維持するために必要な電圧よりも高い特性を有する負荷であって、
上記燃焼機の始動時に上記電源切替部をバイパスして上記補助電源回路の出力電圧で上記負荷を起動させるバイパス回路を設けたことを要旨とする。
【0005】
また、本発明の請求項2記載の熱発電制御装置は、上記請求項1記載の熱発電制御装置において、
燃焼機の始動操作時のみ上記バイパス回路を閉じるバイパス用スイッチを備えたことを要旨とする。
【0006】
また、本発明の請求項3記載の熱発電制御装置は、上記請求項1または2記載の熱発電制御装置において、
燃焼機の始動操作時のみ上記昇圧回路を停止させる停止回路を設けたことを要旨とする。
【0007】
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、先ず燃焼機の始動時では、乾電池等の補助電源回路の電力が電源切替部をバイパスして、つまり、電源切替部での電圧降下の影響を受けずに高い電圧を維持した状態で、負荷へ供給されるため、負荷が確実に起動する。
始動後は、バイパス回路が遮断され、電源切替部の機能が働き、昇圧回路の出力電圧が所定の電圧よりも高くなると、電源切替部により補助電源回路からの電源供給を断ち、熱発電部から負荷への作動用電力を賄う。
この際、電源切替部において電圧が多少低下するが、負荷は、動作を維持するのに必要な電圧を得て、作動を継続できる。
尚、本願発明における電源切替部は、昇圧回路および補助電源回路の各出力電圧そのものを比較して高い方の電源を用いるものに限定されるものではなく、熱発電部の昇圧された電圧が所定の電圧以上となったら電源を切り替える構成も含むものである。
【0008】
また、本発明の請求項2記載の熱発電制御装置は、燃焼機の始動操作時という短時間の間だけバイパス用スイッチによってバイパス回路が閉じられるため、始動操作の終了後からは電源切替機能が働いて、昇圧回路の出力電圧が所定の電圧を上回った時点ですぐに電源を切り替えることができる。このようにして、適切な時期に電源切替を行うことができ、無駄に補助電源回路の電力を消耗することがない。
【0009】
また、本発明の請求項3記載の熱発電制御装置は、燃焼機の始動操作時のみ停止回路が昇圧回路を停止させるため、昇圧回路によって昇圧された電力が補助電源回路へ逆流することはない。
【0010】
【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。
【0011】
本発明の一実施形態としての熱発電制御装置について図1〜図4を用いて説明する。
図2は、自然燃焼式室内開放型の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と呼ぶ)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。
【0012】
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。
【0013】
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、機器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。
【0014】
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を介して機器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。
【0015】
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(熱発電部)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(熱発電制御装置)の電源として用いられる。
また、機器正面には、点火レバー21と、バーナ4の火力を切り替える切替レバー22とが設けられる。
【0016】
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り替える切替弁26とが設けられる。
【0017】
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、室内の酸素濃度低下を検出するための第一熱電対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の火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の火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は、酸素濃度低下に対してバーナ4よりも早く燃焼状態が変化するように構成されているため、バーナ4が不完全燃焼を起こす前に確実に燃料ガスを遮断できる。また、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。
【0018】
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、点火操作時のみ火炎が形成される。
【0019】
バーナ4の火炎に直接熱せられる位置に直列型熱電対13と隣接して、ダンパー閉塞に基づく不完全燃焼を検出するための第二熱電対31が設けられる。第二熱電対31は、直列型熱電対13を形成している熱電対素子と同一タイプの熱電対素子を1組用いて直列型熱電対13に並設したものである。
バーナ4の吸入口56が閉塞を起こすと(ダンパー閉塞)、燃焼用空気が不足して不完全燃焼し始め、第二熱電対31を正常な火炎で適切に加熱できなくなり、起電力が低下する。この第二熱電対31からの起電力を検出して判定起電力と比較することによって、ダンパー閉塞の燃焼不良を判断する。
【0020】
ストーブ1本体内には、ストーブ1の動作を制御するコントローラ18が設けられると共に、点火スイッチ32,バイパススイッチ41,電源スイッチ33も設けられ、この点火スイッチ32及び電源スイッチ33からのON信号がコントローラ18へ入力される。この点火スイッチ32は、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するスイッチである。また、バイパススイッチ41は、後述するバイパス回路43に備えられ点火スイッチ32と連動するスイッチである。そして、電源スイッチ33は、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状態に切り替わるスイッチである。
【0021】
コントローラ18は、図1に示すように、主要構成部として、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),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する第1昇圧回路37,第1昇圧回路37の出力電圧で送風ファン8のモータ8aを駆動するモータ駆動回路38,電源回路36の出力電圧を昇圧する第2昇圧回路42,電源回路36の電源切替部36a(後述)をバイパスして乾電池34(補助電源)からマイコン35へ電力を供給するバイパス回路43,第1昇圧回路37を停止させる停止回路45,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マグネット回路39,第二熱電対31からの起電力を入力する炎検知回路40を備える。尚、図中の符号CNはコネクタを示す。
【0022】
ここで、本実施形態の各回路を詳述する前に主要回路の電源供給系および制御指令系の関連について図4を用いて簡単に説明する。
コントローラ18では、バーナ4の燃焼熱を利用して送風ファン8を回転駆動するために、直列型熱電対13(以下、単に熱電対13と呼ぶ)から発生した電力(熱起電力は約1V)を第1昇圧回路37でVCC2(3.5V)まで昇圧して、モータ駆動回路38を介して送風ファン8のモータ8aに供給する。
一方、送風ファン8だけでなくマイコン35にも熱電対13の出力で電源供給したいが、燃焼機の始動時には、マイコン35の起動に必要な熱起電力が得られない。そこで、補助電源として乾電池34を用いて、二つの電源を切り替えてマイコン35に供給する。
【0023】
以下、マイコン35への電源供給について説明する。
コントローラ18には、2つのダイオードD1,D2を備えた電源切替部36aが設けられる。熱電対13から発生した電力は、第1昇圧回路37で昇圧された後、レギュレーションIC36bで2.5V以下に規制されて電源切替部36aに供給される。一方、乾電池34の電力(電圧は1.5V)は、電源スイッチ33を介して電源切替部36aに供給される。そして、熱電対13側の電源ルートからの入力電圧と乾電池34側の電源ルートからの入力電圧とのうち電圧が高い方の電源が、第2昇圧回路42で昇圧されてマイコン35へ供給される。従って、マイコン35は、燃焼機の始動直後は乾電池34から電源供給され、熱電対13から所定の出力電圧が得られるようになると熱電対13から電源供給される。
【0024】
レギュレーションIC36bは、第1昇圧回路37の出力電圧を上限2.5Vまでに規制することで、マイコン35の許容電圧を上回る電力が第1昇圧回路37からそのままマイコン35へ供給されて故障することを防止している。
第2昇圧回路42は、この規制された電圧をマイコン35の適正電圧VDD(3V)まで昇圧する役割およびマイコン35に安定した電源電圧を供給する役割を果たしている。
【0025】
電源切替部36aは、電圧降下を生じる素子であるダイオードを用いているため、そのぶん第2昇圧回路42への出力電圧が低下してしまい、電源切替部36の入力電圧がある程度高くないと第2昇圧回路42を起動させることができない。
一方、第2昇圧回路42は、その動作保持電圧(0.5V)が起動電圧(0.9V)よりも低い特性を有するため、一旦起動すれば低い電圧でも動作を維持できる。
そこで、第2昇圧回路42の起動時にバイパス回路43のバイパススイッチ41を閉じて電源切替部36aをバイパスし、乾電池34から第2昇圧回路42へ直接電源供給する構成にしている。この結果、残容量が少なくなった乾電池34でも第2昇圧回路42を起動できる。
また、第2昇圧回路42は、一旦起動すると低電圧で動作を維持できるため、その後バイパススイッチ41を開いてもそのまま昇圧動作を継続できる。
この場合、燃焼機の運転を開始すると同時にマイコン35の電力を供給するために、点火操作とバイパススイッチ41の閉動作とを連動させている。
【0026】
また、第1昇圧回路37で昇圧された電力がバイパス回路43を通って乾電池34に逆流して起きる乾電池34の液漏れ故障を防止するために、バイパス回路43が閉じている間は第1昇圧回路37を停止させる停止回路45が設けられる。
【0027】
次に、コントローラ18の各回路について図1を用いて詳述する。
第1昇圧回路37は、マイコン35の出力ポートcからのパルス信号によりON/OFFするスイッチング素子としてのFET1、FET1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C2、電荷を蓄える電解コンデンサC3、昇圧後の電源から第1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。
【0028】
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は、乾電池34から第2昇圧回路42を介して電源供給されて、出力ポートcからパルス信号をFET1へ送信し、そのパルス信号によりFET1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熱電対13からの入力電圧(約1V)を昇圧する。以下、この昇圧された電力の電圧をVCC2として表す。本実施形態では、熱電対13で発生した起電力を第1昇圧回路37により3.5Vまで昇圧させるように構成される。
【0029】
この昇圧(VCC2)された電力は、電源回路36およびモータ駆動回路38へ供給される。マイコン35は、第1昇圧回路37の出力電圧VCC2を入力ポートdから検知する。この検知電圧に基づいてFET1のスイッチング周波数やデューティ比(1周期中のオン時間の割合)を調整して出力電圧VCC2が所定の電圧になるようにする。
尚、抵抗R1,R2(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。
【0030】
電源回路36には、第2昇圧回路42への電源供給を第1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り替える電源切替部36aが設けられ、電源切替部36aは、2つのダイオードD1,D2を備える。
また、第1昇圧回路37と電源切替部36aとの間には、第1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IC36bが設けられる。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。
【0031】
電源切替部36aでは、第1昇圧回路37から供給されたレギュレーションIC36bの出力電圧よりも、乾電池34の起電力の方が大きい場合には、第2昇圧回路42へ供給される電源(電圧はVCC2)はダイオードD1を通る乾電池34からの電力となり、第1昇圧回路37側の出力電圧の方が大きくなると第2昇圧回路42への供給電源はダイオードD2を通る第1昇圧回路37からの電力へと切り替わる。
【0032】
第2昇圧回路42への入力電圧VCC1(乾電池34が供給電源の場合は1.5V)は、第2昇圧回路42でVDD(3V)に昇圧され、マイコン35へ供給される。
第2昇圧回路42は、入力された電力を自身の電源として作動する昇圧専用集積回路であるIC42aと、コイルL1と、電解コンデンサC1と、ダイオードD4と、トランジスタQ1等を備える。
こうした構成の第2昇圧回路42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、入力電圧VCC1をVDD(3V)まで昇圧して、マイコン35の電源ポートe等へ電源として供給する。
【0033】
第1昇圧回路37の出力電圧は、マイコン35の許容電圧より高い3.5Vであるが、レギュレーションIC36bによって2.5V以下に制限された後、第2昇圧回路42で再びマイコン35への適切な印加電圧である3Vまで昇圧されるため、マイコン35の過電圧による故障や誤動作を防止できる。
従って、第1昇圧回路37の出力電圧をマイコン35の許容電圧以上にして、高い電圧で送風ファン8に供給することが可能となる。このため、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。
【0034】
また、送風ファン8のモータ8aとして用いられるDCモータは、供給電圧が高い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モータを用いる場合では、上述のようにしてモータ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。
【0035】
バイパス回路43は、点火スイッチ32と連動するバイパススイッチ41を備え、その一端を乾電池34に接続し、他端を第2昇圧回路42と電源回路36との間に接続した回路である。
点火レバー21が押し下げられている間は、バイパススイッチ41がONして、乾電池34からの電力は、電源切替部36aをバイパスして直接第2昇圧回路42へ送られる。従って、電源切替部36aのダイオードによる電圧降下(冬場では約0.3V低下)の影響を受けることなく、高い電圧を維持したまま第2昇圧回路42へ供給されるため、第2昇圧回路42(起動電圧は0.9V)を確実に起動させることができる。
例えば、乾電池34の電圧が1.0Vの場合では、電源切替部36aをバイパスしないと電圧降下により第2昇圧回路42への印加電圧が0.7Vとなり、第2昇圧回路42の必要起動電圧(0.9V)を下回って、起動させることができないが、本実施形態では、電源切替部36aをバイパスするため、第2昇圧回路42への印加電圧がその起動電圧以上となり、乾電池34の残容量が少なくても起動できる。
【0036】
そして、点火レバー21から手が離されると、第2昇圧回路42への印加電圧が電源切替部36aの電圧降下により低下するが、第2昇圧回路42は、動作保持電圧(0.5V)が起動電圧(0.9V)よりも低いため、一旦起動してしまえば作動を継続できる。
このようにして、マイコン35は乾電池34から第2昇圧回路42を介して電力供給される。
【0037】
停止回路45は、点火スイッチ32とダイオードD5とを直列に接続し、ダイオードD5の一端を第1昇圧回路37のFET1のゲートに接続した回路である。従って、点火スイッチ32がONしている間は、FET1は、そのゲートがlowレベルになるためOFFになり、第1昇圧回路37が停止する。
このように、バイパス回路43が閉じている間は、停止回路45を閉じて第1昇圧回路37を停止させているため、第1昇圧回路37によって昇圧された電力がバイパス回路43を通って乾電池34に逆流するということはなく、乾電池34の液漏れ等の故障を防止できる。
例えば、バイパス回路43が閉じている間も第1昇圧回路37が作動する場合では、乾電池34が逆流により故障するおそれがあり、特に、バーナ4の消火後すぐに再点火操作をした場合には、熱電対13の起電力があまり低下しておらず、第1昇圧回路37の出力電圧が高いため、乾電池34がすぐに故障する可能性が高い。これに対して本実施形態では、そのような不具合はない。
符号fは、マイコン35の入力ポートで、点火スイッチ32のON動作によりhighレベルを入力して、マイコン35のスリープ状態を解除して起動させるためのものである。
【0038】
マグネット回路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FET3,FET4と、FET3に接続されるトランジスタQ2,電解コンデンサC4,コンデンサC5等を備える。
トランジスタQ2は、マイコン35の出力ポートgからのパルス信号によりON/OFFする。トランジスタQ2がONしている時は、電源回路36からの出力電圧VDDがFET3に印加されてFET3もONする。そして、トランジスタQ2がOFFしても、電解コンデンサC4に電荷が溜まるまでは電流が流れるため、FET3には高い電圧が印加され一定時間FET3はONする。つまり、FET3は、出力ポートg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ONし、パルス信号が出力されなくなるとコンデンサC5により直流信号が遮断されるためOFFする。
FET4は、出力ポートhからのレベル信号がhighの場合にONし、lowの場合にOFFする。
【0039】
このような構成のマグネット回路39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、FET3及びFET4をOFF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。
【0040】
マグネット回路39に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gからFET3への回路の途中に、コンデンサC5とトランジスタQ2と電解コンデンサC4とを設けて、パルス信号の有無でFET3をON/OFFしている。このため、マイコン35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。
【0041】
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40aで増幅してマイコン35の入力ポートb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。
【0042】
モータ駆動回路38は、マイコン35の出力ポートaからのhigh−lowのレベル信号によりON/OFFするスイッチング素子としてのFET2を備えており、このFET2をON/OFFしてモータ8aのコイルへの電力の給断を切り替える。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に切り替えてモータ8aを停止させる。
【0043】
次に点火動作と電源供給の流れについて説明する。
点火レバー21を押し下げていくと、先ずメイン弁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。この点火スイッチ32のONに連動してバイパススイッチ41もONになり、バイパス回路43が閉じて、乾電池34の電圧が第2昇圧回路42へそのまま印加される。この印加電圧は、電源切替部36aで電圧降下しないため、乾電池34の電圧が第2昇圧回路42の起動電圧以上あれば、これを起動させることができる。そして、乾電池34の電力は第2昇圧回路42で昇圧され、マイコン35の電源(電圧VDD)を作動させる。
また、点火スイッチ32がONしている間は、停止回路45が閉じており、第1昇圧回路37は、FET1がOFFになって作動しない。
【0044】
更に、点火レバー21を押し下げると、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に着火した火炎が、バーナ4やセンシングバーナ27に火移りしていく。
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。
【0045】
そして、点火レバー21から手を離すと、点火スイッチ32がOFFし、イグナイタ30の動作を停止させる。
これにより、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。一方、マグネット電磁弁24は、閉弁可能状態となり、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になると閉弁される。
また、この点火スイッチ32のOFFにより、停止回路45がOFFして第1昇圧回路37が作動し、熱電対13からの起電力が昇圧される(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。
しかも、点火スイッチ32のOFFに連動してバイパススイッチ41もOFFになり、バイパス回路43が開くため、乾電池34からの電流は、電源切替部36aのダイオードD1→第2昇圧回路42→マイコン35と流れて、マイコン35の作動を継続させる。
【0046】
このように、第2昇圧回路42への供給電力が電源切替部36aを通るため、第2昇圧回路42への供給電源が切替可能になり、第1昇圧回路37からの電源電圧の方が乾電池34の起電力よりも大きくなると、供給電源はダイオードD2を通る第1昇圧回路37からの電力へと切り替わる。
【0047】
従って、バーナ4の燃焼中、乾電池34を使わずに、熱電対13の熱起電力により第2昇圧回路42,マイコン35,第1昇圧回路37等の回路の作動を維持し、マイコン35がモータ駆動回路38のFET2をONして第1昇圧回路37からモータ8aへ直接電源供給する。これにより送風ファン8が回転して、温風による暖房が行われる。
尚、突風等により熱電対13の起電力が突然下がっても、電源切替部36aでマイコン35への供給電源が自動的に乾電池34に切り替わるため、マイコン35の作動が停止してしまうことはない。
【0048】
以上説明したように、本実施形態のストーブ1は、乾電池34の電力は、点火操作時に電源切替部36aをバイパスするため、そこでの電圧降下を受けずに高い電圧を維持して第2昇圧回路42を起動させることができる。
従って、第2昇圧回路42の起動に必要な乾電池電圧が、電源切替部36aでの電圧降下による影響を受ける場合よりも低くなり、乾電池34の使用可能最低電圧が下がって、長期に渡って乾電池34を使用できる。このため、乾電池交換を頻繁に行う必要がない。
しかも、電源切替部36aのダイオードの周囲の温度が下がって電圧降下が大きくなっても、これをバイパスしているため、温度に関係なく確実に第2昇圧回路42を起動でき、マイコン35を作動させることができる。
更に、第2昇圧回路42は動作保持電圧が起動電圧よりも低いため、一旦起動すると、電源切替部36aをバイパスしなくても、電圧降下した低い電圧で作動を維持できて、電源切替部36aを作動できる。
【0049】
加えて、電源切替部36aが二つのダイオードD1,D2を備えて適切な供給電源に自動的に切り替えるため、熱電対13を可能な限り供給電源として用いることができ、乾電池34を無駄に消費することがなく、その使用可能期間が一層長くなる。
更に、バイパス回路43を開いて電源切替可能状態にするタイミングを点火スイッチ32のOFF時としているため、乾電池34を使用する時間が短く、乾電池34の消耗を抑制できる。しかも、バイパス回路43を開くタイミングを決めるためのタイマーを設ける必要もなく、製造コストが低くなる。
【0050】
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。
例えば、本発明の電源切替部は、電流が流れると電圧降下を生じる素子を備えた構成であり、本実施形態のダイオードに代えてトランジスタを用いてもよい。
また、機械的にバイパス回路43を開閉するバイパススイッチ41に代えて、電気的に回路を開閉するトランジスタ等のスイッチング素子を用いてもよい。
また、乾電池34の代わりに蓄電池を用いてもよい。この場合には、熱電対13から電流が逆流しても構わないため、逆流防止用の停止回路45を備えなくてもよい。
【0051】
また、本実施形態では点火スイッチ32のOFF時にバイパス回路43を開いたが、これに代えて、点火スイッチ32がONしてから所定時間経過後にしてもよい。
また、本実施形態では第1昇圧回路37の出力電圧を規制するレギュレーションIC36bの出力電圧と乾電池34の出力電圧とを比較して高い方の電源を用いていたが、例えば、一方の電圧が他方の電圧より所定電圧以上上回った時など、予め電源切替用の大小関係を設定しておき、これに対して電圧が上回っている方の電源を用いる構成にしてもよい。
また、レギュレーションIC36bを設けずに第1昇圧回路37からの電力を直接電源切替部36へ供給してもよい。
尚、本実施形態の第1昇圧回路37が本発明の昇圧回路に相当し、本実施形態の第2昇圧回路42,マイコン35が本発明の負荷に相当する。
【0052】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項1の熱発電制御装置によれば、燃焼機の始動時に電源切替部をバイパスすることで電源切替部での電圧降下の影響を受けずに、補助電源回路によって負荷を確実に起動させることができる。この結果、補助電源回路の使用可能期間が長くなる。
また、一旦負荷が起動すると、電源切替部をバイパスさせなくても負荷の駆動を維持できると共に、電源切替機能を働かせるため、熱発電状態に応じた適切なタイミングで電源切替でき、補助電源回路の消耗を防止できる。
【0053】
更に、本発明の請求項2の熱発電制御装置によれば、燃焼機の始動操作時のみバイパス回路を閉じるため、早い時期に電源切替可能状態にすることができ、補助電源回路を長く使用できる。
また、始動操作に連動してバイパス回路を閉じるため、特別なバイパス開閉用のタイマー等を設ける必要がなく廉価に構成できる。
【0054】
更に、本発明の請求項3の熱発電制御装置によれば、燃焼機の始動操作時のみ昇圧回路を停止させるため、昇圧回路によって昇圧された電力が補助電源回路へ逆流することがなく、補助電源回路の故障を防止できる。
また、始動操作に連動して停止回路を閉じるため、特別な停止回路開閉用のタイマー等を設ける必要がなく製造コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態としての熱発電制御回路図である。
【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】本実施形態の主要回路の電力供給系および制御指令系の関連を示した説明図である。
【図5】従来例の熱発電制御回路の説明図である。
【符号の説明】
1…ファン付赤外線ストーブ、4…バーナ、8…送風ファン、8a…モータ、13…直列型熱電対、18…コントローラ、32…点火スイッチ、34…乾電池、35…マイコン、36…電源回路、36a…電源切替部、37…第1昇圧回路、38…モータ駆動回路、41…バイパススイッチ、42…第2昇圧回路、43…バイパス回路、45…停止回路。
Claims (3)
- 燃焼機の燃焼熱により起電力を発生する熱発電部と、
上記熱発電部で発生した起電力を昇圧する昇圧回路と、
上記熱発電部とは別に設けられる乾電池等の補助電源回路と、
上記昇圧回路の出力電圧と上記補助電源回路の出力電圧とを切り替えて負荷に供給する電源切替部と
を備え、
上記電源切替部から電力供給される負荷の少なくとも1つは、その起動に必要な電圧が起動後に動作を維持するために必要な電圧よりも高い特性を有する負荷であって、
上記燃焼機の始動時に上記電源切替部をバイパスして上記補助電源回路の出力電圧で上記負荷を起動させるバイパス回路を設けたことを特徴とする熱発電制御装置。 - 燃焼機の始動操作時のみ上記バイパス回路を閉じるバイパス用スイッチを備えたことを特徴とする請求項1記載の熱発電制御装置。
- 燃焼機の始動操作時のみ上記昇圧回路を停止させる停止回路を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の熱発電制御装置。
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