JP5378947B2

JP5378947B2 - ガス燃焼装置

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Publication number: JP5378947B2
Application number: JP2009245845A
Authority: JP
Inventors: 和也鎌田
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: JP2011089753A

Description

本発明は、熱電対によりバーナの燃焼状態を監視する機能を有するガス燃焼装置に関する。

従来より、バーナの燃焼状態を検出するためにバーナの近傍に設けられた熱電対を備えて、マイコンにより作動が制御されるガス燃焼装置において、マイコンとは独立して作動して、熱電対によりバーナの燃焼状態を監視する監視回路を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この監視回路は、マイコンによるバーナの点火処理後に起動して、熱電対の検出信号によりバーナの燃焼状態を監視する。そして、熱電対の検出信号のレベル低下によりバーナの失火を検知したときに、バーナに燃料ガスを供給するガス供給管に設けられた電磁弁の駆動コイルとその電源間に接続されたトランジスタをオフ（遮断状態）し、これにより電磁弁を閉弁してバーナへの燃料ガスの供給を停止する。

そして、バーナの燃焼中は、熱電対の検出信号に基づいて、マイコンによるバーナの燃焼状態の監視と監視回路によるバーナの燃焼状態の監視が並行して実行される。そのため、バーナの燃焼中にマイコンが故障した場合であっても、バーナの失火が生じたときには、監視回路によりバーナへの燃料ガスの供給を停止することができる。

しかし、監視回路が故障した状態で、マイコンによりバーナの点火がなされてバーナの燃焼運転が開始されたときに、バーナの燃焼中にマイコンの故障が生じると、バーナが失火してもバーナへの燃料ガスの供給を停止することができなくなる。

そこで、特許文献１記載のガス燃焼装置においては、使用者によりバーナの点火操作がなされたときに、マイコンによるバーナの点火処理が実行される前に、監視回路を強制的に起動してトランジスタがオフされるか否かを確認し、トランジスタがオフされたことが確認されなかったときには、バーナの点火処理を禁止するようにしている。

特開２００４−９３０４７号公報

バーナの燃焼状態を検出する素子として熱電対を用いた場合、温度変化に対する応答速度が遅いため、バーナを消火しても熱電対の検出信号のレベルが失火検知レベルよりも低くなるまでに、ある程度の時間を要する。

そのため、バーナを消火した後、直ぐにバーナを点火操作がなされたときには、熱電対の検出信号のレベルが失火検知レベルよりも高く、監視回路を起動しても電磁弁が閉弁されない場合がある。そして、この場合には、バーナの点火前に監視回路の動作を確認することができないため、失火対応の信頼性が低くなる。

本発明はかかる背景を鑑みてなされたものであり、バーナの失火対応の信頼性を高めることができるガス燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、バーナと、該バーナに燃料ガスを供給するガス供給管と、該ガス供給管を開閉する電磁弁と、電源と前記電磁弁の駆動コイルとの間に接続されたスイッチング手段と、前記バーナの燃焼状態を検知する熱電対と、前記バーナの点火処理を行うと共に、前記熱電対の検出信号から前記バーナの失火を検知したときに、前記スイッチング手段をオフする制御を行う燃焼制御手段と、前記バーナの点火処理がなされた後に起動して、前記熱電対の検出信号のレベルが第１失火判定値以下になったときに、前記スイッチング手段をオフする制御を行う監視回路とを備えたガス燃焼装置に関する。

そして、前記スイッチング手段がオン状態であるかオフ状態であるかを検出するスイッチング状態検出手段と、前記バーナの点火処理の有無に拘わらずに前記監視回路を起動させる制御を行う監視回路強制起動手段と、前記監視回路の動作に拘わらずに前記スイッチング手段をオフする制御を行う強制オフ制御手段と、前記バーナが消火状態にあるときに、前記熱電対の検出信号のレベルが、前記第１失火判定値以下に設定された第２失火判定値以下であるか否かを判断し、前記熱電対の検出信号のレベルが該第２失火判定値以下であるときは、前記監視回路強制起動手段により前記監視回路を起動する制御を行って、前記スイッチング状態検出手段により前記スイッチング手段がオフ状態であると検出されるか否かを判断する第１の失火対応確認処理を実行し、前記熱電対の検出信号のレベルが前記第２失火判定値を超えているときには、前記強制オフ手段により前記スイッチング手段をオフする制御を行って、前記スイッチング状態検出手段により前記スイッチング手段がオフ状態であると検出されるか否かを判断する第２の失火対応確認処理を実行して、前記第１の失火対応確認処理又は前記第２の失火対応確認処理において、前記スイッチング手段がオフ状態であると検出されなかったときには、前記バーナの点火処理を禁止する失火対応確認手段とを備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記バーナが消火状態にあるときに、前記失火対応確認手段により、前記熱電対の検出信号レベルが前記第２失火判定値以下であるか否かが確認される。そして、前記熱電対の検出信号のレベルが前記第２失火判定値以下であるとき（前記バーナが消火されてからある程度以上の時間が経過していると想定される）は前記第１の失火対応確認処理が実行され、前記熱電対の検出信号のレベルが前記第２失火判定値を超えているとき（前記バーナが消火されてからの経過時間が短いと想定される）には前記第２の失火対応確認処理が実行される。

ここで、前記熱電対の検出信号のレベルが前記第２失火判定値以下であるときは、前記第１の失火対応確認処理により、前記監視回路を強制的に起動させることで、前記監視回路及び前記スイッチング手段が共に正常に動作するか否かを確認することができる。

一方、前記熱電対の検出信号のレベルが前記第２失火判定値を超えているときには、前記監視回路を強制的に起動させても、前記監視回路により前記スイッチング手段がオフ制御されないため、前記監視回路及び前記スイッチング手段の動作を確認することができない。そこで、この場合には、前記第２の失火対応確認処理により、前記スイッチング手段を強制的にオフする制御を行うことによって、前記スイッチング手段が正常に動作するか否かを確認することができる。

このように、本発明によれば、前記熱電対の検出信号のレベルが前記第２失火判定値を超えている場合にも、前記失火対応確認手段により前記第２の失火対応確認処理が実行されて、前記スイッチング手段の動作が確認される。この場合、前記バーナが消火された直後に前記バーナの点火操作がなされたときに、前記スイッチング手段が正常に動作することを条件として点火処理が実行されるため、前記第１の失火対応確認処理のみを行う場合よりも、失火対応の信頼性を高めることができる。

本発明のガス燃焼装置の構成図。ガス燃焼装置のコントローラの構成図。監視回路及びリレー電源供給用トランジスタの動作確認のフローチャート。

本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１を参照して、本実施形態のガス燃焼装置はガスファンヒーターであり、このガスファンヒーターは、バーナ１、バーナ１に燃料ガスを供給するガス供給管２、ガス供給管２に設けられてガス供給管２を開閉する第１電磁弁３及び第２電磁弁４、ガス供給管２の開度を変更してバーナ１の燃焼量を調節する比例弁５、バーナ１の近傍に設けられてバーナ１の燃焼状態を検出する熱電対６、及びガスファンヒータの全体的な作動を制御するコントローラ１０を備えている。

第１電磁弁３及び第２電磁弁４の駆動コイルは整流回路７に接続され、整流回路７は、コントローラ１０に備えられたリレースイッチ１２ａ及びリレースイッチ１３ａを介して商用交流電源８と接続されている。この構成により、リレースイッチ１２ａとリレースイッチ１３ａが共にオン（導通状態）されたときに、商用交流電源８から整流回路７に電力が供給されて、第１電磁弁３及び第２電磁弁４が開弁するようになっている。

次に、図２を参照して、コントローラ１０の構成について説明する。コントローラ１０は、マイクロコンピュータ２０（以下、マイコン２０という）等により構成された電子回路ユニットであり、マイコン２０にガスファンヒータの制御用プログラムを実行させることによって、マイコン２０は、燃焼制御手段２１、監視回路強制起動手段２２、強制オフ制御手段２３、及び失火対応確認手段２４として機能する。

また、コントローラ１０は、第１リレー１２の駆動コイル１２ｂ及び第２リレー１３の駆動コイル１３ｂと電源との間に接続されたトランジスタ３１（本発明のスイッチング手段に相当する）、トランジスタ３１のベースに接続されてトランジスタ３１をオン／オフ駆動するトランジスタ駆動回路３２、トランジスタ３１のオン／オフ状態を検出するスイッチング状態検出回路３０、第１リレー１２のオン／オフを切り換える第１リレー駆動回路３８、第２リレー１３のオン／オフを切り換える第２リレー駆動回路３９、第１リレー１２のオン／オフ状態を検出する第１リレーアンサー回路３６、第２リレー１３のオン／オフ状態を検出する第２リレーアンサー回路３７、第１リレーアンサー回路３６と第２リレーアンサー回路３７の出力を強制的にリレーオン検出状態とするリレーアンサーオン回路３５、熱電対６と接続されてバーナ６の燃焼状態に応じた炎検出信号Ｆs（熱電対の検出信号）を出力する炎検出回路３４、及び、バーナ１の燃焼運転中に炎検出信号Ｆsによりバーナ１の燃焼状態を監視する監視回路３３を備えている。

スイッチング状態検出回路３０はマイコン２０の入力ポートＰi1と接続され、トランジスタ３１のコレクタ電位からトランジスタ３１がオン（導通）状態にあるかオフ（遮断）状態にあるかを検出する。そして、トランジスタ３１がオン状態であるときはスイッチング検出信号Tr_ansのレベルをHighとし、トランジスタ３１がオフ状態であるときにはスイッチング検出信号Tr_ansのレベルをLowとする。

トランジスタ駆動回路３２はマイコン２０の出力ポートＰo1及び監視回路３３と接続され、Ｐo1から強制オフ信号（Tr_off2）が出力されているとき、及び、監視回路３３から失火オフ信号（Tr_off1）が出力されているときに、トランジスタ３１のベースへの出力をHighレベルとしてトランジスタ３１をオフ状態とする。また、強制オフ信号（Tr_off1）と失火オフ信号（Tr_off2）がいずれも出力されていないときには、トランジスタ駆動回路３２は、トランジスタ３１のベースへの出力をLowレベルとしてトランジスタ３１をオン状態とする。

炎検出回路３４から出力される炎検出信号Ｆsはアナログ信号であり、マイコン２０のＡＤ入力（アナログ／デジタル変換入力）ポートＡＤiと監視回路３３に入力される。

第１リレー駆動回路３８はマイコン２０の出力ポートＰo3と接続され、Ｐo3から第１リレーオン信号（R1_on）が出力されているときは、第１リレー１２のコイル１２ｂに対する出力をLowとして第１リレー１２をオン（リレースイッチ１２ａを導通状態）する。また、Ｐo3から第１リレーオン信号（R1_on）が出力されていないときには、第１リレー駆動回路３８は、第１リレー１２のコイル１２ｂに対する出力をHighとして第１リレー１２をオフ（リレースイッチ１２ａを遮断状態）する。

第１リレーアンサー回路３６は、第１リレー１２がオン状態であるとき（このときは第１リレーアンサー回路３６への入力がほぼ０Ｖとなる）は、第１リレーアンサー信号Ｒ1_ansを出力する。また、第１リレー１２がオフ状態であるとき（このときは第１リレーアンサー回路３６への入力がほぼ電源電圧となる）には、第１リレーアンサー回路３６は、第１リレーアンサー信号Ｒ1_ansの出力を停止する。

第２リレー駆動回路３９はマイコン２０の出力ポートＰo4と接続され、Ｐo4から第２リレーオン信号（R2_on）が出力されているときは、第２リレー１３のコイル１３ｂに対する出力をLowとして第２リレー１３をオン（リレースイッチ１３ａを導通状態）する。また、Ｐo4から第２リレーオン信号（R2_on）が出力されていないときには、第２リレー駆動回路３９は、第２リレー１３のコイル１３ｂに対する出力をHighとして第２リレー１３をオフ（リレースイッチ１３ａを遮断状態）する。

第２リレーアンサー回路３７は、第２リレー１３がオン状態であるとき（このときは第２リレーアンサー回路３７への入力がほぼ０Ｖとなる）は、第２リレーアンサー信号Ｒ2_ansを出力する。また、第２リレー１３がオフ状態であるとき（このときは第２リレーアンサー回路３７への入力がほぼ電源電圧となる）には、第２リレーアンサー回路３７は、第２リレーアンサー信号Ｒ2_ansの出力を停止する。

リレーアンサーオン回路３５はマイコン２０の出力ポートＰo2と接続され、Ｐo2からリレーアンサーオン信号（Ra_on）が出力されているときに、第１リレーアンサー回路３６に対して、第１リレーアンサー信号（Ｒ1_ans）を出力させる指示信号（R1_f）を出力すると共に、第２リレーアンサー回路３７に対して、第２リレーアンサー信号（Ｒ2_ans）を出力させる指示信号（R2_f）を出力する。

監視回路３３は、燃焼制御手段２１によるバーナ１の点火処理に伴なって第１リレー１２及び第２リレー１３がオンされ、第１リレーアンサー回路３６から第１リレーアンサー信号Ｒ1_ansが入力されると共に、第２リレーアンサー回路３７から第２リレーアンサー信号Ｒ2_ansが入力される状態となった時点から所定時間（バーナ１の点火処理に要する時間よりも若干長く設定される）が経過した時に起動する。

監視回路３３は、作動を開始すると炎検出信号（Fs）のレベルが第１失火判定値（例えば、８mV±３mV程度に設定される）以下であるか否かを判断する。そして、炎検出信号（Fs）のレベルが第１失火判定値を超えているとき（バーナ１の失火が生じていないと判断される）は、トランジスタ３１のベースへの出力をLowレベル（０Ｖ）として、トランジスタ３１をオン状態とする。これにより、バーナ１の燃焼運転が継続される。

一方、炎検出信号（Fs）のレベルが第１失火判定値以下となったとき（バーナ１の失火が生じたとき）には、監視回路３３は、トランジスタ３１のベースへの出力をHighとして、トランジスタ３１をオフ状態とする。これにより、第１リレー１２の駆動コイル１２ｂ及び第２リレー１３の駆動コイル１３ｂへの通電が遮断されて、第１リレー１２及び第２リレー１３が共にオフし、第１電磁弁３及び第２電磁弁４が共に閉弁される。そして、ガス供給管２からバーナ１への燃料ガスの供給が遮断される。

燃焼制御手段２１は、使用者によりガスファンヒータの運転開始操作がなされたときに、出力ポートＰo3から第１リレー駆動回路３８に第１リレー駆動信号（R1_on）を出力して第１リレー１２をオンすると共に、出力ポートＰo4から第２リレー駆動回路３９に第２リレー駆動信号（R2_on）を出力して第２リレー１３をオンして、バーナ１の点火処理を行い、バーナ１の燃焼運転を開始する。

そして、燃焼制御手段２１は、バーナ１の燃焼運転中にＡＤ入力ポートＡＤiに入力される炎検出信号（Fs)のレベルを監視し、炎検出信号（Fs）のレベルが第１失火判定値以下になったときには、出力ポートＰo3からの第１リレー駆動信号（R1_on）の出力と、出力ポートＰo4からの第２リレー駆動信号（R2_on）の出力を停止する。これにより、燃焼制御手段２１は、第１リレー１２と第２リレー１３をオフして第１電磁弁３と第２電磁弁４を閉弁し、バーナ１への燃料ガスの供給を停止する。

監視回路強制起動手段２２は、出力ポートＰo2からリレーアンサーオン回路３５にリレーアンサーオン信号（Ra_on）を出力して、第１リレーアンサー回路３６から監視回路３３に第１リレーアンサー信号（R1_ans）を出力させると共に、第２リレーアンサー回路３７から監視回路３３に第２リレーアンサー信号（R2_ans）を出力させる。そして、これにより、監視回路強制起動手段２２は、第１リレー１２及び第２リレー１３のオン／オフに拘わらずに、監視回路３３を強制的に起動させる制御を行う。

強制オフ制御手段２３は、出力ポートＰo1からトランジスタ駆動回路３２に強制オフ信号（Tr_off2）を出力して、監視回路３３からの失火オフ信号（Tr_off1）の出力の有無に拘わらずにトランジスタ３１をオフする制御を行う。

次に、図３に示したフローチャートに従って、失火対応確認手段２４による処理について説明する。失火対応確認手段２４は、バーナ１が消火状態にあるときに図３のフローチャートによる処理を行う。

失火対応確認手段２４は、ＳＴＥＰ１で、ＡＤ入力ポートＡＤiに入力される炎検出信号Ｆsのレベルが、第１失火判定値（８mV）以下に設定された第２失火判定値（２mV）以下であるか否かを判断する。

そして、炎検出信号Ｆsのレベルが第２失火判定値以下であったときはＳＴＥＰ２に進み、失火対応確認手段２４は、監視回路強制起動手段２２により監視回路３３を起動させる。この場合、炎検出信号（Fs）のレベルが監視回路３３における第１失火判定値よりも低いので、監視回路３３が正常に動作すれば、監視回路３３からトランジスタ駆動回路３２に失火オフ信号（Tr_off1）が出力されて、トランジスタ駆動回路３２からトランジスタ３１のベースへの出力レベルがHighとなる。

そのため、トランジスタ３１が正常に動作していれば、トランジスタ３１はオフ状態となり、スイッチング状態検出回路３０からマイコン２０の入力ポートＰi1に出力されるスイッチング検出信号（Tr_ans）のレベルが、トランジスタ３１がオフ状態であるとの検出結果を示すLowとなる。

一方、ＳＴＥＰ１で炎検出信号Ｆsのレベルが第２失火判定値（２mV）を超えていたときにはＳＴＥＰ１０に進む。ここで、炎検出信号Ｆsのレベルが第２失火判定値２mVを超え、さらに第１失火判定値（８mV）を超えていると、監視回路３３からトランジスタ駆動回路３２に失火オフ信号（Tr_off1）が出力されずにトランジスタ３１がオン状態に維持される。そのため、監視回路３３の作動によってトランジスタ３１をオフすることができない。

そこで、失火対応確認手段２４は、ＳＴＥＰ１０で、出力ポートＰo1からトランジスタ駆動回路３２に強制オフ信号（Ｔr_off2）を出力する。そして、これにより、トランジスタ駆動回路３２からトランジスタ３１のベースへの出力がHighとなる。そのため、トランジスタ３１が正常に動作していれば、トランジスタ３１はオフ状態となり、リレー電源アンサー回路３０から出力されるスイッチング検出信号（Tr_ans）が、トランジスタ３１がオフ状態であるとの検出結果を示すLowとなる。

ＳＴＥＰ２及びＳＴＥＰ１０に続くＳＴＥＰ３で、失火対応確認手段２４は、スイッチング検出信号（Tr_ans）がLowであるか否かを判断する。ここで、ＳＴＥＰ２で監視回路起動信号（Ｒa_on）を出力して、スイッチング検出信号（Tr_ans）がLowとなったときは、監視回路３３とトランジスタ３１が正常に動作していると判断することができる。

また、ＳＴＥＰ１０でトランジスタ３１を強制的にオフする制御を行ったときに、スイッチング検出信号（Tr_ans）がトランジスタ３１がオフ状態であるとの検出結果を示すLowとなったときには、トランジスタ３１が正常に作動していると判断することができる。そのため、ＳＴＥＰ３でスイッチング検出信号（Tr_ans）がlowであるときはＳＴＥＰ４に進み、失火対応確認手段２４は、監視回路３３の強制動作を終了すると共に、ＳＴＥＰ５でトランジスタ３１の強制オフを終了し、ＳＴＥＰ６に進んで処理を終了する。

この場合は、燃焼制御手段２１によりバーナ１に点火して、バーナ１の燃焼運転を行なうことが可能である。

一方、ＳＴＥＰ２で監視回路を強制的に起動する制御を行ったときに、ＳＴＥＰ３で入力ポートＰi1に入力されるスイッチング検出信号（Tr_ans）のレベルがHighであったときには、監視回路３３とトランジスタ駆動回路３２とトランジスタ３１のうちの少なくともいずれか一方が故障していると判断することができる。なお、ＳＴＥＰ２及びＳＴＥＰ３の処理により、監視回路３３を強制的に起動する制御を行ってトランジスタ３１がオフ状態となるか否かを判断する処理は、本発明の第１の失火対応確認処理に相当する。

また、ＳＴＥＰ１０でトランジスタ３１を強制的にオフする制御を行ったときに、ＳＴＥＰ３でトランジスタ検出信号（Tr_ans）の出力がHighとなったときには、トランジスタ駆動回路３２とトランジスタ３１のうちの少なくともいずれか一方が故障していると判断することができる。なお、ＳＴＥＰ１０及びＳＴＥＰ３の処理により、トランジスタ３１を強制的にオフする制御を行ってトランジスタ３１がオフ状態となるか否かを判断する処理は、本発明の第２の失火対応確認処理に相当する。

そこで、ＳＴＥＰ３でスイッチング検出信号（Tr_ans）がHighとなったときにはＳＴＥＰ１１に分岐し、失火対応確認手段２４は、表示部（図示しない）に異常を報知する表示を行う。また、続くＳＴＥＰ１２で、失火対応確認手段２４は、燃焼制御手段２１によるバーナ１の点火処理を禁止する。

これにより、バーナ１が失火したときに、トランジスタ３１をオフ状態としてバーナ１への燃料ガスの供給を停止することが不能である状態で、ガスファンヒータの燃焼運転が開始されることを回避して、失火対応の信頼性を高めることができる。

なお、本実施の形態では、本発明のガス燃焼装置としてガスファンヒータを示したが、バーナの失火を検知したときにガス供給管に設けられた電磁弁を閉弁してバーナへの燃料ガスの供給を停止するガス燃焼装置であれば、本発明の適用が可能である。

また、本実施の形態では、本発明のスイッチング手段としてトランジスタ３１を用いたが、ＦＥＴやリレーを用いてもよい。

１…バーナ、２…ガス供給管、３…第１電磁弁、４…第２電磁弁、５…比例弁、６…熱電対、１０…コントローラ、１２…第１リレー、１３…第２リレー、２０…マイクロコンピュータ、３１…トランジスタ、３０…スイッチング状態検出回路、３２…トランジスタ駆動回路、３３…監視回路、３５…リレーアンサーオン回路。

Claims

バーナと、
該バーナに燃料ガスを供給するガス供給管と、
該ガス供給管を開閉する電磁弁と、
電源と前記電磁弁の駆動コイルとの間に接続されたスイッチング手段と、
前記バーナの燃焼状態を検知する熱電対と、
前記バーナの点火処理を行うと共に、前記熱電対の検出信号から前記バーナの失火を検知したときに、前記スイッチング手段をオフする制御を行う燃焼制御手段と、
前記バーナの点火処理がなされた後に起動して、前記熱電対の検出信号のレベルが第１失火判定値以下になったときに、前記スイッチング手段をオフする制御を行う監視回路とを備えたガス燃焼装置において、
前記スイッチング手段がオン状態であるかオフ状態であるかを検出するスイッチング状態検出手段と、
前記バーナの点火処理の有無に拘わらずに前記監視回路を起動させる制御を行う監視回路強制起動手段と、
前記監視回路の動作に拘わらずに前記スイッチング手段をオフする制御を行う強制オフ制御手段と、
前記バーナが消火状態にあるときに、前記熱電対の検出信号のレベルが、前記第１失火判定値以下に設定された第２失火判定値以下であるか否かを判断し、前記熱電対の検出信号のレベルが該第２失火判定値以下であるときは、前記監視回路強制起動手段により前記監視回路を起動する制御を行って、前記スイッチング状態検出手段により前記スイッチング手段がオフ状態であると検出されるか否かを判断する第１の失火対応確認処理を実行し、前記熱電対の検出信号のレベルが前記第２失火判定値を超えているときには、前記強制オフ手段により前記スイッチング手段をオフする制御を行って、前記スイッチング状態検出手段により前記スイッチング手段がオフ状態であると検出されるか否かを判断する第２の失火対応確認処理を実行して、前記第１の失火対応確認処理又は前記第２の失火対応確認処理において、前記スイッチング手段がオフ状態であると検出されなかったときには、前記バーナの点火処理を禁止する失火対応確認手段とを備えたことを特徴とするガス燃焼装置。