JP2007263446A - 機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ハードウェアでの安全機構を有する機器を提供する。
【解決手段】送風機１が作動して一定時間が経過した後にイグナイタ２および燃料供給弁３の作動が可能になるような、第三リレー９をハードウェアとしての第三接点駆動回路１１で制御する構成の機器になっている。また、ソフトウェアの短所をハードウェアの安全機構が補うような構成の機器になっている。第三接点駆動回路１１は、時定数回路１３を含む倍電圧整流回路２７と、この倍電圧整流回路２７の二次側の発振回路２８と、発振回路２８の二次側の接点駆動部分（リレー駆動回路）３７等を備えて構成されている。接点駆動部分３７の部分には、第三リレー９が接続されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、機器に関し、詳しくは、接点を有する回路装置を備えてなる機器に関するものである。

機器の一例としてボイラ（熱機器）を挙げ、以下これについて説明する。ボイラは、炉内に未燃ガスが残ったままで点火が行われると炉内爆発が起こる可能性を有している。これは、一般的に知られていることである。ボイラは、燃焼を開始する前に送風機（ＦＡＮあるいはＦＡＮモータ）を作動させて残留未燃ガスを換気する、所謂プレパージが行われるようになっている（例えば特許文献１参照）。

従来のプレパージの制御は、ＣＰＵまたはマイクロプロセッサを含む制御手段により行われている。すなわち、ソフトウェアによってプレパージ制御が行われるようになっている。具体的に説明すると、炉内換気に必要な時間となるプレパージ時間をソフトウェアの内部タイマーでカウントし、内部タイマーがカウントアップした時点で着火動作に移行するような、全てソフトウェアで処理する制御が行われるようになっている。図４はソフトウェアによるプレパージの制御を示すフローチャートである。

図４において、ボイラ内の圧力が低下してボイラの燃焼が必要な状態になったことを制御手段のＣＰＵが検知すると（ステップＳ１）、ＣＰＵは送風機を作動させる駆動信号を生成してこれを出力する（ステップＳ２）。駆動信号を受けて送風機が作動すると、炉内では残留未燃ガスを換気するための風が発生する。ここで風圧スイッチは、炉内に生じる風を検知することによりオンするスイッチであるものとし、この風圧スイッチのオン状態に関する信号がＣＰＵに取り込まれるようになっている。風圧スイッチのオン状態に関する信号がＣＰＵに取り込まれると、ＣＰＵでは内部タイマーとしてのプレパージタイマーがカウントを開始する。

その後ＣＰＵでは、プレパージタイマーのカウントアップが完了したか否かを判断する（ステップＳ３）。炉内換気に必要な時間が経過したことを示すプレパージタイマーのカウントアップが判断されると（ステップＳ３でＹ）、ＣＰＵはイグナイタおよび燃料供給弁を駆動するための駆動信号を生成してこれを出力する（ステップＳ４）。イグナイタおよび燃料供給弁は駆動信号を受けると、着火動作に移行する。

従来のプレパージの制御に関して補足説明をすると、全てソフトウェアで処理をするために、ソフトウェアの暴走対策としてウォッチドッグタイマーが採用されている。ウォッチドッグタイマーとは、プログラムがメインルーチンを１周する毎に１パルスを出力するような処理を設けている場合に、このパルスが連続して出力されている間はプログラムが正常に作動していると判断し、パルスが途絶えるとプログラムが異常な状態に陥ったと判断して強制的にＣＰＵに対しリセット信号を送る回路のことを指している。
特開平６−１０９２４３号公報 （第２頁、第１−３図）

ウォッチドッグタイマーを採用する従来のプレパージの制御においては、例えば機器外部から受ける外乱などによって次のようなＣＰＵでの問題点が懸念されている。すなわち、外乱などにより、ウォッチドッグタイマーへのパルス出力をし続けながら異常な動作に陥ってしまうという問題点を有している。また、ＣＰＵ内部のメモリなどが故障した場合には、ウォッチドッグタイマーへのパルス出力とは無関係に異常な動作を行ってしまうという問題点を有している。その他、プログラムにバグが内在する可能性があり、このバグによって異常な動作を引き起こしてしまうという問題点を有している。

従来のプレパージ制御においては、全てソフトウェアにより処理をしていたが、今後、必要な時間の経過を制御するためには、ソフトウェアとは独立したハードウェアでの安全機構、あるいはソフトウェアとハードウェアとによる二重の安全機構が必要であると本願発明者は考えている。

この発明が解決しようとする課題は、ハードウェアでの安全機構を有する機器を提供することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、第一接点のオンにより該第一接点の二次側の第一装置が作動するとともに、第二接点のオンにより該第二接点の二次側の一または複数の第二装置が作動する回路構成を有し、前記第二接点の一次側に第三接点を設け、該第三接点のオンを時定数回路を含む第三接点駆動回路により行う回路装置を備えることを特徴としている。

このような請求項１に記載の発明によれば、第三接点駆動回路が作動し時定数回路の時定数の分の時間が経過すると第三接点がオンする。第三接点がオンすると、この第三接点の二次側に存在する第二接点側に電流が流れて第二装置の作動が可能になる。本発明によれば、必要な時間経過の制御のために時定数回路を含む第三接点駆動回路が備えられる。従って本発明によれば、ソフトウェアの短所をハードウェアの安全機構が補うような構成の機器になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明を受けるもので、前記時定数回路を含みパルス信号が入力される倍電圧整流回路と、該倍電圧整流回路の二次側に設ける発振回路とを備えて前記第三接点駆動回路を構成することを特徴としている。

このような請求項２に記載の発明によれば、第三接点駆動回路において、この回路の直流電源より入力された電圧がコンデンサに蓄電されると、この蓄電された電圧に対しパルス信号の電圧が加算されて、ほぼ倍の電圧に昇圧される。この後、ダイオードおよび時定数回路により整流されて発振回路側へ出力される。本発明によれば、パルス信号が入力されて倍電圧になる時のみ、発振回路の出力部側に存在する第三接点がオンする構成の第三接点駆動回路にすることが可能になる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明を受けるもので、前記第一接点および前記第二接点のオンを制御手段からの制御信号に基づき行い、前記第三接点のオンのみ前記第三接点駆動回路により行うことを特徴としている。

このような請求項３に記載の発明によれば、仮に機器外部から外乱を受けて制御手段が異常な動作をしても、第三接点駆動回路はソフトウェアとは独立したハードウェアであることから、先に第二接点がオンして第二装置が作動してしまうようなことは避けられる。また、本発明によれば、複数種類の接点のうち第三接点のオンのみソフトウェアとは独立したハードウェアでの安全機構により制御することから、コスト面での影響を極力抑えた構成にすることが可能になる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明を受けるもので、前記第三接点の一次側に前記第一装置の作動を検知してオンする第四接点を設け、該第四接点のオン状態を前記制御手段にて監視することを特徴としている。

このような請求項４に記載の発明によれば、第一装置の作動が前提で第三接点駆動回路が作動し、時定数回路の時定数の分の時間が経過すると第三接点がオンして第二装置の作動が可能になる。本発明のように、第四接点のオン状態を監視すれば、第一装置が作動していない状態かつ第四接点がオンしている時は、第四接点の溶着が生じていることを判断することが可能になる。従って、第一装置が作動してない状態で第二装置が作動してしまうことが避けられる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明を受けるもので、前記第四接点がオフ状態であることを前記制御手段にて判断した上で前記第一接点をオンするための前記制御信号を生成することを特徴としている。

このような請求項５に記載の発明によれば、第一装置を作動させる前に第四接点の溶着有無を判断し、第四接点の溶着がなければ第一装置の作動が可能になる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明を受けるもので、前記第一接点をオンするための前記制御信号を倍電圧整流する第二の倍電圧整流回路を設け、該第二の倍電圧整流回路を第三接点駆動回路用電源とすることを特徴としている。

このような請求項６に記載の発明によれば、前記の如く第四接点の溶着がなければ第一装置の作動が可能になり、第二の倍電圧整流回路を第三接点駆動回路用電源とすることで、第一装置の作動が前提となって第三接点駆動回路が作動する。第三接点駆動回路が作動して時定数回路の時定数の分の時間が経過すると第三接点がオンし、第二装置の作動が可能になる。

請求項７に記載の発明は、第一接点のオンにより該第一接点の二次側の第一装置が作動するとともに、第二接点のオンにより該第二接点の二次側の一または複数の第二装置が作動する回路構成を有し、前記第二接点の一次側に第三接点を設け、該第三接点のオンを時定数回路を含む第三接点駆動回路により行う回路装置と、ソフトウェアにおける内部タイマーのカウントアップに基づき前記第二接点をオンするための制御信号を生成する制御手段と、を備えることを特徴としている。

このような請求項７に記載の発明によれば、第三接点駆動回路が作動し時定数回路の時定数の分の時間が経過すると第三接点がオンする。第三接点がオンすると、この第三接点の二次側に存在する第二接点側に電流が流れる。この時、またはこの後に、ソフトウェアにおける内部タイマーがカウントアップしていれば第二装置の作動が可能になる。本発明によれば、必要な時間経過の制御のために時定数回路を含む第三接点駆動回路が備えられる。本発明によれば、仮に機器外部から外乱を受けて制御手段が異常な動作をしても、第三接点駆動回路はソフトウェアとは独立したハードウェアであることから、先に第二接点がオンして第二装置が作動してしまうようなことは避けられる。

請求項８に記載の発明は、第一接点のオンにより該第一接点の二次側の第一装置が作動するとともに、第二接点のオンにより該第二接点の二次側の一または複数の第二装置が作動する回路構成を有し、前記第二接点の一次側に第三接点を設け、ソフトウェアにおける内部タイマーのカウントアップに基づき前記第三接点をオンするための制御信号を生成して前記第三接点のオンを行う制御手段と、該制御手段の異常時において時定数回路を含む第三接点駆動回路により前記第三接点のオンを行う回路装置と、を備えることを特徴としている。

このような請求項８に記載の発明によれば、制御手段の異常時において第三接点駆動回路が作動し、時定数回路の時定数の分の時間が経過すると第三接点がオンする。第三接点がオンすると、この第三接点の二次側に存在する第二接点側に電流が流れて第二装置の作動が可能になる。本発明によれば、制御手段の異常時に備えて第三接点駆動回路が備えられる。本発明によれば、ソフトウェアの短所をハードウェアの安全機構が補うような構成の機器になる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明を受けるもので、前記第三接点駆動回路をフェールセーフ回路とすることを特徴としている。

このような請求項９に記載の発明によれば、万が一、第三接点駆動回路が故障しても、この故障が確実に安全側のものとすることが可能になる。

さらに、請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明を受けるもので、前記回路装置を熱機器のプレパージ用とすることを特徴としている。

このような請求項１０に記載の発明によれば、熱機器のプレパージ制御に有効な回路装置が備えられることになる。

請求項１、７に記載のそれぞれの発明によれば、ハードウェアでの安全機構を有する機器を提供することができる。

請求項２、３、９に記載のそれぞれの発明によれば、ハードウェアでの安全機構の信頼性を高めることができる。

請求項４、５に記載のそれぞれの発明によれば、機器全体における信頼性を高めることができる。

請求項６に記載の発明によれば、機器全体における信頼性およびハードウェアでの安全機構の信頼性を高めることができる。

請求項８に記載の発明によれば、ソフトウェアとハードウェアとによる二重の安全機構を有する機器を提供することができる。

さらに、請求項１０に記載の発明によれば、プレパージ制御に有効な回路装置を備えてなる熱機器を提供することができる。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、機器に関するものであり、詳しくは、接点を有する回路装置を備えた機器に関するものである。機器として特に限定するものではないが、蒸気ボイラ、温水ボイラをはじめとする各種燃焼制御装置を含む熱機器が一例として挙げられる。接点としては、リレーやスイッチなどの公知のものが用いられる。回路装置は、これも特に限定するものではないが、前記熱機器の場合、プレパージ制御に好適なものになる。

この発明に係る機器は、以下で詳細に説明するが、第一装置が作動して一定時間が経過した後に第二装置の作動が可能になるような、第三接点をハードウェアで制御する構成の機器になっている。また、この発明に係る機器は、ソフトウェアの短所をハードウェアの安全機構が補うような構成の機器になっている。

以下で詳細に説明する実施の形態１は、特許請求の範囲の請求項１〜６に対応した説明であるものとする。実施の形態２は、特許請求の範囲の請求項７に対応した説明であるものとする。実施の形態３は、特許請求の範囲の請求項８に対応した説明であるものとする。さらに、実施の形態４は、特許請求の範囲の請求項１０に対応した説明であるものとする。特許請求の範囲の請求項９に関しては、実施の形態１〜４の説明に含まれるものとする。

（実施の形態１）
機器は、第一装置と、一または複数の第二装置と、複数の接点を有する回路装置とを備えている。第一装置は、交流電源に接続されている。また、第二装置も交流電源に接続されている。第一装置の一方の端子と交流電源との間の回路上には、第一接点が設けられている。具体的に説明すると、第一接点の一次端子側には交流電源が存在し、二次端子側には第一装置が存在するようになっている。第一装置の他方の端子は、交流電源に接続されている。

第二装置の一方の端子と交流電源との間の回路上には、第二接点、第三接点、第四接点が設けられている。具体的に説明すると、第二接点の二次端子側には、第二装置が存在するようになっている。第二装置が仮に二つの場合には、第二装置と第二接点の構成が並列になるようになっている。第二装置の他方の端子は、交流電源に接続されている。第二接点の一次端子は、第三接点の二次端子と接続されている。第三接点の一次端子は、第四接点の二次端子と接続されている。第四接点の一次端子は、交流電源に接続されている。

第一接点および第二接点は、特に限定するものではないが、ＣＰＵまたはマイクロプロセッサを含む制御手段により生成される制御信号に基づいてオンするようになっている。すなわち、第一接点および第二接点は、この制御がソフトウェアにより処理されるようになっている。これに対し、第三接点は、時定数回路を含む第三接点駆動回路によりオンするようになっている。第三接点駆動回路は、ソフトウェアとは独立したハードウェアでの機構となるものであって、本発明上では安全機構を構成するようになっている。第四接点は、第一装置の作動を検知してオンするようになっている。第四接点は、第一装置の作動を検知するため、ここではセンサとしての機能も有している。

第三接点の一次端子と第四接点の二次端子との接続点は、フォトカプラを設けてなるフォトカプラ回路を介して第一装置の他方の端子、第二装置の他方の端子と同様に交流電源に接続されている。フォトカプラは、発光ダイオードなどの発光素子とフォトトランジスタなどの受光素子とを一つにパッケージングしてなるものであって、発光素子側の入力信号および受光素子側の出力信号の両方が電気信号になるものの途中が光信号になることから、入出力が電気的に絶縁されるという特徴を有している。

前記第三接点駆動回路は、前記時定数回路を含みパルス信号が入力される倍電圧整流回路と、この倍電圧整流回路の二次側に設けられる発振回路とを備えている。倍電圧整流回路は、フェールセーフ回路となるように構成されている。時定数回路は、ショート故障のない抵抗、すなわち一例を挙げるならば金属皮膜抵抗と、容量変化の少ないコンデンサ、すなわち一例を挙げるならばタンタルコンデンサとを備えて構成されている。

倍電圧整流回路は、この一次側がバッファを介してフォトカプラに接続されている。倍電圧整流回路は、第四接点がオンして前記フォトカプラ回路に電流が流れると、バッファを介してパルス信号の電圧をほぼ倍の電圧に昇圧して発振回路へ出力するように構成されている。また、倍電圧整流回路は、時定数回路の時定数の分の時間が経過すると、ほぼ倍の電圧に昇圧したパルス信号の電圧を整流した状態で発振回路へ出力するように構成されている。

発振回路は、倍電圧整流回路によりほぼ倍の電圧に昇圧されたパルス信号の電圧が入力されることにより、あるいはバッファからのパルス信号がなく倍電圧整流回路の直流電源の電圧、言い換えれば倍電圧されてない電圧が入力されることにより、連続して一定な電気的な振動をつくりだす回路として構成されている。第三接点駆動回路は、倍電圧された電圧の入力により発振回路にてつくりだされた電気的な振動に基づき、発振回路の出力部側の回路（接点駆動部分）が第三接点をオンするように構成されている。

ここで以上の説明までの第三接点のオンについてまとめると、第一装置が作動して一定時間が経過した後に第三接点がオンするようになっている。第三接点は、ハードウェアでの安全機構により制御されるようになっている。

前記接続点は、この位置の電圧が前記制御手段により監視されている。すなわち、第一装置が作動していない状態で電圧が検知されれば、第四接点が溶着状態にあることが分かるようになっている。制御手段は、第四接点が溶着状態にある場合、第一接点および第二接点をオンさせる制御信号の生成を止めるようなロジックを有している。制御手段による接点の溶着監視は、第四接点に限らず第一接点、第二接点、および第三接点の各二次側の電圧に基づいて行うことも可能であるものとする。

第一装置の作動に関して簡単に一例を説明すると、先ず制御手段が第四接点の溶着有無を確認するようになっている。そして、第四接点の溶着なしが確認された時に、制御手段では第一装置を駆動するための駆動パルス信号が生成されるようになっている。この生成された駆動パルス信号は、第一接点をオンするための駆動回路に入力されるようになっている。駆動回路では、この回路上の接点駆動部分のコンデンサが充放電を繰り返して必要電圧が確保され、これによって第一接点がオンするようになっている。第一接点がオンすると第一装置が作動するようになっている。

前記駆動パルス信号は、第一装置を駆動するため以外に次のようなことにも利用することが可能であるものとする。すなわち、前記駆動回路に入力される他に、第二の倍電圧整流回路にも入力されるものとする。ここで第二の倍電圧整流回路は、駆動パルス信号を倍電圧整流して第三接点駆動回路用電源として利用することができるものである。第二の倍電圧整流回路を用いれば、この第二の倍電圧整流回路によりほぼ倍の電圧に昇圧された駆動パルス信号の電圧と、第三接点駆動回路の発振回路にてつくりだされた電気的な振動に基づき、発振回路の出力部側の回路（接点駆動部分）で第三接点がオンするように構成することができるようになる。また、駆動パルス信号が生成されない場合には、必要な電源が確保できなくなり、第三接点がオンしないようにも構成することができるようになる。

（実施の形態２）
機器は、前記実施の形態１と基本的に同じ構成を有しており、第三接点は時定数回路を含む第三接点駆動回路によりオンするようになっている。第三接点駆動回路は、ソフトウェアとは独立したハードウェアでの機構となるものであって、安全機構を構成する点は変わらないものとする。実施の形態１との相違点は、制御手段による処理であり、次のような処理になっている。すなわち、制御手段は、ソフトウェアにおける内部タイマーのカウントアップに基づき第二装置に対する第二接点をオンするための制御信号を生成する処理を行うようになっている。

上記構成において、第三接点駆動回路が作動し時定数回路の時定数の分の時間が経過すると、第三接点はオンするようになっている。第三接点がオンすると、この第三接点の二次側に存在する第二接点側に電流が流れるようになっている。第二接点側に電流が流れた時、またはこの後に、ソフトウェアにおける内部タイマーがカウントアップしていれば第二装置が作動するようになっている。

ここで、仮に機器外部から外乱を受けて制御手段が異常な動作をした場合を考えると、前記実施の形態１でも説明したように、第三接点駆動回路はソフトウェアとは独立したハードウェアであることから、先に第二接点がオンして第二装置が作動してしまうようなことはないようになっている。

（実施の形態３）
機器は、前記実施の形態１と基本的に同じ構成を有している。相違点は次に説明するような点である。すなわち、制御手段は、ソフトウェアにおける内部タイマーのカウントアップに基づき第三接点をオンするための制御信号を生成して第三接点のオンを行える処理を有するようになっている。また、制御手段の異常時においては、第三接点作動回路が作動し、時定数回路の時定数の分の時間が経過すると第三接点がオンするようになっている。実施の形態３では、制御手段の異常時に備えて第三接点駆動回路が備えられている。第三接点駆動回路は、ソフトウェアとは独立したハードウェアでの機構となるものであって、安全機構を構成する点は変わらないものとする。制御手段の異常時に備えて、第二接点のオンに関しても第三接点駆動回路と同様のハードウェアを設けてもよいものとする。

（実施の形態４）
熱機器の一例としてのボイラは、送風機（第一装置）と、イグナイタおよび燃料供給弁（第二装置）と、複数のリレー（接点）を有する回路装置とを備えている。以下、ボイラにおけるプレパージ制御に好適な発明として説明する。

送風機は、交流電源に接続されている。また、イグナイタおよび燃料供給弁も交流電源に接続されている。送風機の一方の端子と交流電源との間の回路上には、第一リレー（第一接点）が設けられている。具体的に説明すると、第一リレーの一次端子側には交流電源が存在し、二次端子側には送風機が存在するようになっている。送風機の他方の端子は、交流電源に接続されている。

イグナイタおよび燃料供給弁の各一方の端子と交流電源との間の回路上には、第二リレー（第二接点）、第三リレー（第三接点）、風圧スイッチ（第四接点）が設けられている。具体的に説明すると、第二リレーの二次端子側には、イグナイタおよび燃料供給弁が存在するようになっている。イグナイタ、燃料供給弁と第二リレーの構成は、並列になるようになっている。イグナイタおよび燃料供給弁の各他方の端子は、交流電源に接続されている。第二リレーの一次端子は、第三リレーの二次端子と接続されている。第三リレーの一次端子は、風圧スイッチの二次端子と接続されている。風圧スイッチの一次端子は、交流電源に接続されている。

第一リレーおよび第二リレーは、特に限定するものではないが、ＣＰＵまたはマイクロプロセッサを含む制御手段により生成される制御信号に基づいてオンするようになっている。すなわち、第一リレーおよび第二リレーは、この制御がソフトウェアにより処理されるようになっている。これに対し、第三リレーは、時定数回路を含む第三接点駆動回路によりオンするようになっている。第三接点駆動回路は、ソフトウェアとは独立したハードウェアでの機構となるものであって、本発明上では安全機構を構成するようになっている。風圧スイッチは、送風機の作動を検知してオンするようになっている。風圧スイッチは、送風機の作動を検知するため、センサとしての機能も有している。

第三リレーの一次端子と風圧スイッチの二次端子との接続点は、フォトカプラを設けてなるフォトカプラ回路を介して送風機の他方の端子、イグナイタおよび燃料供給弁の各他方の端子と同様に交流電源に接続されている。フォトカプラは、発光ダイオードなどの発光素子とフォトトランジスタなどの受光素子とを一つにパッケージングしてなるものであって、発光素子側の入力信号および受光素子側の出力信号の両方が電気信号になるものの途中が光信号になることから、入出力が電気的に絶縁されるという特徴を有している。

前記第三接点駆動回路は、前記時定数回路を含みパルス信号が入力される倍電圧整流回路と、この倍電圧整流回路の二次側に設けられる発振回路とを備えている。倍電圧整流回路は、フェールセーフ回路となるように構成されている。時定数回路は、ショート故障のない抵抗、すなわち一例を挙げるならば金属皮膜抵抗と、容量変化の少ないコンデンサ、すなわち一例を挙げるならばタンタルコンデンサとを備えて構成されている。

倍電圧整流回路は、この一次側がバッファを介してフォトカプラに接続されている。倍電圧整流回路は、風圧スイッチがオンして前記フォトカプラ回路に電流が流れると、バッファを介してパルス信号の電圧をほぼ倍の電圧に昇圧して発振回路へ出力するように構成されている。また、倍電圧整流回路は、時定数回路の時定数の分の時間が経過すると、ほぼ倍の電圧に昇圧したパルス信号の電圧を整流した状態で発振回路へ出力するように構成されている。

発振回路は、倍電圧整流回路によりほぼ倍の電圧に昇圧されたパルス信号の電圧が入力されることにより、あるいはバッファからのパルス信号がなく倍電圧整流回路の直流電源の電圧、言い換えれば倍電圧されてない電圧が入力されることにより、連続して一定な電気的な振動をつくりだす回路として構成されている。第三接点駆動回路は、倍電圧された電圧の入力により発振回路にてつくりだされた電気的な振動に基づき、発振回路の出力部側の回路（接点駆動部分（リレー駆動回路））が第三リレーをオンするように構成されている。

ここで以上の説明までの第三リレーのオンについてまとめると、送風機が作動して一定時間が経過した後に第三リレーがオンするようになっている。第三リレーは、ハードウェアでの安全機構により制御されるようになっている。

前記接続点は、この位置の電圧が前記制御手段により監視されている。すなわち、送風機が作動していない状態で電圧が検知されれば、風圧スイッチが溶着状態にあることが分かるようになっている。制御手段は、風圧スイッチが溶着状態にある場合、第一リレーおよび第二リレーをオンさせる制御信号の生成を止めるようなロジックを有している。制御手段による接点の溶着監視は、風圧スイッチに限らず第一リレー、第二リレー、および第三リレーの各二次側の電圧に基づいて行うことも可能であるものとする。

送風機の作動に関して簡単に一例を説明すると、先ず制御手段が風圧スイッチの溶着有無を確認するようになっている。そして、風圧スイッチの溶着なしが確認された時に、制御手段では送風機を駆動するための駆動パルス信号が生成されるようになっている。この生成された駆動パルス信号は、第一リレーをオンするための駆動回路に入力されるようになっている。駆動回路では、この回路上の接点駆動部分のコンデンサが充放電を繰り返して必要電圧が確保され、これによって第一リレーがオンするようになっている。第一リレーがオンすると送風機が作動するようになっている。送風機が作動すると、ボイラにおける炉内では残留未燃ガスを換気するための風が発生するようになっている。この時ボイラでは、プレパージが行われている状態になっている。

前記駆動パルス信号は、送風機を駆動するため以外に次のようなことにも利用することが可能であるものとする。すなわち、前記駆動回路に入力される他に、第二の倍電圧整流回路にも入力されるものとする。ここで第二の倍電圧整流回路は、駆動パルス信号を倍電圧整流して第三接点駆動回路用電源として利用することができるものである。第二の倍電圧整流回路を用いれば、この第二の倍電圧整流回路によりほぼ倍の電圧に昇圧された駆動パルス信号の電圧と、第三接点駆動回路の発振回路にてつくりだされた電気的な振動に基づき、発振回路の出力部側の回路（接点駆動部分（リレー駆動回路））で第三リレーがオンするように構成することができるようになる。また、駆動パルス信号が生成されない場合には、必要な電源が確保できなくなり、第三リレーがオンしないようにも構成することができるようになる。

以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明の第一実施例を示す概略回路図である。

図１において、ボイラは、炉内の残留未燃ガスを換気するプレパージを行うとともに、燃焼要求に応じて着火動作を行うために、送風機（ＦＡＮあるいはＦＡＮモータ。第一装置）１と、イグナイタ２および燃料供給弁３（ともに第二装置）と、これらを作動させるための回路装置４と、制御手段５とを備えて構成されている。ここでの説明は主要な構成のみ挙げるものとする。

送風機１とイグナイタ２と燃料供給弁３は公知のものであるものとする。回路装置４は、交流電源６と、第一リレー７（第一接点）、第二リレー８、８（第二接点）と、第三リレー９（第三接点）と、風圧スイッチ１０（第四接点）と、第三接点作動回路１１とを備えて構成されている。第一リレー７は図面上の記号がＸ１となっている。第二リレー８、８は図面上の記号がＸ３、Ｘ４となっている。第三リレー９は図面上の記号がＸ２となっている。

ボイラは、以下で詳細に説明するが、送風機１が作動して一定時間が経過した後にイグナイタ２および燃料供給弁３の作動が可能になるような、第三リレー９をハードウェアとしての第三接点駆動回路１１で制御する構成の機器になっている。また、ボイラは、従来懸念されていたソフトウェアの短所をハードウェアの安全機構が補うような構成の機器になっている。

以下、回路装置４の各構成について、また、回路装置４と送風機１とイグナイタ２と燃料供給弁３との接続配置関係について説明する。

交流電源６は、２００Ｖの公知ものが用いられている（今後説明中の電圧は全て一例であるものとする）。このような交流電源６には、送風機１とイグナイタ２と燃料供給弁３とがそれぞれ接続されている。送風機１の一方の端子と交流電源６との間の回路上には、第一リレー７が接続されている。第一リレー７は、この一次端子に交流電源６が接続されている。また、第一リレー７は、この二次端子に送風機１の一方の端子が接続されている。

イグナイタ２および燃料供給弁３の各一方の端子と交流電源６との間の回路上には、第二リレー８、８、第三リレー９、風圧スイッチ１０がそれぞれ接続されている。第二リレー８、８は、この各二次端子にイグナイタ２、燃料供給弁３がそれぞれ接続されている。イグナイタ２、燃料供給弁３と第二リレー８、８は、図示のように並列になるように配置されている。

イグナイタ２および燃料供給弁３の各他方の端子は、それぞれ交流電源６に接続されている。第二リレー８、８の各一次端子は、接続点Ｂ（図中のＢ点）を介して第三リレー９の二次端子とそれぞれ接続されている。第三リレー９の一次端子は、接続点Ａ（図中のＡ点）を介して風圧スイッチ１０の二次端子と接続されている。風圧スイッチ１０の一次端子は、交流電源６に接続されている。風圧スイッチ１０は、送風機１の作動を検知するために設けられている。また、風圧スイッチ１０は、センサとしての機能を有している。風圧スイッチ１０は、ボイラの炉内に生じる風を検知してオンするように設定されている。

第三リレー９の一次端子側の接続点Ａと、二次端子側の接続点Ｂは、制御手段５によってこの位置の電圧が監視されるように設定されている。制御手段５は、ＣＰＵまたはマイクロプロセッサを含んで構成されている。制御手段５は、予め記憶されている処理プログラムに基づいて各種の処理を実行するようになっている。制御手段５は、ボイラ全体を制御する制御装置の一部として、またはプレパージ等の専用のものとして備えられている。

第一リレー７および第二リレー８、８は、制御手段５により生成される制御信号に基づいてオンするように設定されている。すなわち、第一リレー７および第二リレー８、８は、この制御がソフトウェアに基づいて処理されるように設定されている。制御手段５により生成される制御信号は、第一リレー７が含まれる駆動回路１２と、第二リレー８、８が含まれる駆動回路（図示省略）とにそれぞれ入力されるようになっている。

第三リレー９は、第三接点駆動回路１１によりオンするように設定されている。第三接点駆動回路１１は、ソフトウェアとは独立したハードウェアでの機構となるように構成されている（第一リレー７および第二リレー８、８と異なりソフトウェア的に第三リレー９がオンしないようになっている）。第三接点駆動回路１１は、後述するが時定数回路１３を含んでおり、この時定数回路１３によって前記一定時間の経過が得られるように構成されている。

前記制御信号に基づき第一リレー７をオンする駆動回路１２は、トランジスタ１４を有している。このトランジスタ１４のベース端子は、制御手段５に接続されている。制御手段５からの制御信号は、ハイレベルとローレベルとが繰り返すパルス信号になるものであって、ここではＦＡＮ駆動信号として設定されている。ＦＡＮ駆動信号の波形は矩形波であって、ハイレベルの時の電圧は５Ｖ、ローレベルの時の電圧は０Ｖとなっている。

トランジスタ１４のコレクタ端子には、抵抗１５の一端が接続されている。トランジスタ１４のエミッタ端子は、アースに接続されている。抵抗１５の他端には、１２Ｖの直流電源１６が接続されている。抵抗１５の一端には、トランジスタ１７のベース端子と、同じくトランジスタ１８のベース端子とが接続されている。トランジスタ１７のコレクタ端子には、１２Ｖの直流電源１９が接続されている。トランジスタ１７のエミッタ端子には、抵抗２０の一端が接続されている。トランジスタ１８のコレクタ端子は、アースに接続されている。トランジスタ１８のエミッタ端子には、抵抗２０の一端が接続されている。

抵抗２０の他端には、ダイオード２１のアノード端子が接続されている。ダイオード２１のカソード端子には、電解コンデンサ２２のプラス側端子が接続されている。電解コンデンサ２２のマイナス側端子は、アースに接続されている。電解コンデンサ２２のプラス側端子には、ダイオード２３のアノード端子が接続されている。ダイオード２３のカソード端子には、電解コンデンサ２４のプラス側端子が接続されている。電解コンデンサ２４のマイナス側端子は、抵抗２０の他端に接続されている。第一リレー７は、ダイオード２３のカソード端子と抵抗２０の他端とに跨って接続されている。図からも分かるように、接点駆動部分２５が構成されており、第一リレー７は制御手段５からのＦＡＮ駆動信号に基づいてオンするようになっている。

前記駆動回路１２において、トランジスタ１４のベース端子と制御手段５との間には、第二の倍電圧整流回路２６が接続されている（第一となる倍電圧整流回路２７については後述する）。第二の倍電圧整流回路２６は、公知の倍電圧整流回路と同じであって、ＦＡＮ駆動信号の入力がある時、この回路の直流電源より入力された電圧がコンデンサに蓄電され、この蓄電された電圧に対してＦＡＮ駆動信号の電圧が加算されて、ほぼ倍の電圧に昇圧される。この後、ダイオードにより整流されて第三接点駆動回路１１における後述する発振回路２８の出力部側の電源として、すなわち第三接点駆動回路用電源として出力されるようになっている。

第三接点駆動回路１１の説明の前にフォトカプラ回路２９について説明する。フォトカプラ回路２９は、抵抗３０と、発光ダイオード３１、３２と、フォトトランジスタ３３と、抵抗３４と、直流電源３５と、バッファ３６とを有している。抵抗３０の一端は、接続点Ａに接続されている。抵抗３０の他端には、発光ダイオード３１のアノード端子と、発光ダイオード３２のカソード端子とが接続されている。発光ダイオード３１のカソード端子と発光ダイオード３２のアノード端子は、交流電源６に接続されている。発光ダイオード３１、３２は並列に配置されている。

このような発光ダイオード３１、３２の近傍には、所定の間隔をあけてフォトトランジスタ３３が配置されている。フォトトランジスタ３３のコレクタ端子には、抵抗３４の一端が接続されている。フォトトランジスタ３３のエミッタ端子は、アースに接続されている。抵抗３４の他端には、５Ｖの直流電源３５が接続されている。抵抗３４の一端には、バッファ３６が接続されている。フォトカプラ回路２９は、風圧スイッチ１０がオンすると発光ダイオード３１、３２が発光するように構成されている。フォトカプラ回路２９は、発光ダイオード３１、３２の発光によって第三接点駆動回路１１へパルス信号を出力するように構成されている。

第三接点駆動回路１１へ出力されるパルス信号は、ハイレベルとローレベルとが繰り返す信号となるものであって、この波形は矩形波となり、ハイレベルの時の電圧は５Ｖ、ローレベルの時の電圧は０Ｖとなっている。

第三接点駆動回路１１は、時定数回路１３を含む倍電圧整流回路２７と、この倍電圧整流回路２７の二次側の発振回路２８と、発振回路２８の出力部側の接点駆動部分（リレー駆動回路）３７等を備えて構成されている。接点駆動部分３７の部分には、第三リレー９が接続されている。

倍電圧整流回路２７は、コンデンサ３８と、第一ダイオード３９と、第二ダイオード４０と、直流電源４１とを有している。また、このような倍電圧整流回路２７に含まれる時定数回路１３は、金属皮膜抵抗４２と、タンタルコンデンサ４３とを有している。

コンデンサ３８のマイナス側端子には、フォトカプラ回路２９のバッファ３６が接続されている。コンデンサ３８のプラス側端子には、第一ダイオード３９のカソード端子が接続されている。また、コンデンサ３８のプラス側端子には、第二ダイオード４０のアノード端子が接続されている。第一ダイオード３９のアノード端子には、５Ｖの直流電源４１が接続されている。

第二ダイオード４０のカソード端子には、時定数回路１３の金属皮膜抵抗４２の一端が接続されている。金属皮膜抵抗４２の他端には、時定数回路１３のタンタルコンデンサ４３のプラス側端子が接続されている。また、金属皮膜抵抗４２の他端には、発振回路２８の入力部側端子が接続されている。タンタルコンデンサ４３のマイナス側端子は、アースに接続されている。

ここで倍電圧整流回路２７の作用について説明する。先ず、バッファ３６を介して入力される前記パルス信号がある時の作用では、前記パルス信号の電圧が０Ｖの時に、コンデンサ３８において蓄電が行われる。この蓄電は、直流電源４１から第一ダイオード３９を介して行われる。蓄電は、直流電源４１と同電圧になるまで行われる。直流電源４１は５Ｖであることから、コンデンサ３８には５Ｖが蓄電されてこの状態が保持される。前記パルス信号の電圧が５Ｖの時に、コンデンサ３８は前記パルス信号の５Ｖで、この電圧は加算、すなわち押し上げられる。よって、コンデンサ３８のプラス側端子の電圧は、１０Ｖとなり倍の電圧になる。

前記パルス信号がある時、コンデンサ３８のプラス側端子の電圧は、５Ｖから１０Ｖの、前記パルス信号の周期に同期した波形の電圧になる。この同期した波形の電圧は、第二ダイオード４０と時定数回路１３とにより平滑され、ほぼ倍の電圧となる１０Ｖの電圧は発振回路２８の入力部側端子に入力される。発振回路２８の入力部側端子に入力される１０Ｖの電圧は、この前に、時定数回路１３によって時定数の分だけ時間の遅れが生じる（この時間の遅れが前記一定時間の経過に相当する）。

次に、前記パルス信号がない時は、コンデンサ３８のマイナス側端子の電圧は０Ｖまたは５Ｖである。このような状態においてコンデンサ３８では、直流電源４１から第一ダイオード３９を介して蓄電が行われる。蓄電は、直流電源４１と同電圧になるまで行われる。直流電源４１は５Ｖであることから、コンデンサ３８には５Ｖが蓄電されてこの状態が保持される。

前記パルス信号がない時、コンデンサ３８のマイナス側端子の電圧は０Ｖのままである。コンデンサ３８のプラス側端子の電圧は押し上げがなく、結果、５Ｖになる。この５Ｖの電圧は、第二ダイオード４０と時定数回路１３とにより平滑され、ほぼ５Ｖのままで発振回路２８の入力部側端子に入力される。

発振回路２８は、ほぼ倍の電圧となる１０Ｖに昇圧された前記パルス信号の電圧が入力されることにより、あるいは前記パルス信号がなく倍電圧整流回路２７の直流電源４１の電圧、言い換えれば倍電圧されていない５Ｖの電圧が入力されることにより、連続して一定な電気的な振動がつくりだされ、これが発振回路２８の出力部側端子から出力される。

発振回路２８の出力部側端子には、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）４４のゲート電極が接続されている。ＦＥＴ４４は、１０Ｖに昇圧された前記パルス信号の電圧の入力によって発振回路２８から出力される振動のみスイッチングするようになっている（言い換えれば前記パルス信号がない場合はスイッチングしない）。ＦＥＴ４４がスイッチングすると、接点駆動部分３７が作動して第三リレー９がオンするように構成されている。以下、ＦＥＴ４４の二次側の構成について説明する。

ＦＥＴ４４のソース電極には、５Ｖの直流電源４５が接続されている。ＦＥＴ４４のドレイン電極には、抵抗４６の一端が接続されている。この抵抗４６の他端には、第三接点駆動回路用電源としての第二の倍電圧整流回路２６が接続されている。抵抗４６の一端には、抵抗４７を介してＦＥＴ４８のゲート電極が接続されている。ＦＥＴ４８のソース電極には、抵抗４６の他端が接続されている。ＦＥＴ４８のドレイン電極には、抵抗４９の一端が接続されている。抵抗４９の他端は、アースに接続されている。抵抗４９の一端には、抵抗５０を介してトランジスタ５１のベース端子が接続されている。

トランジスタ５１のコレクタ端子には、抵抗５２の一端が接続されている。トランジスタ５１のエミッタ端子は、アースに接続されている。抵抗５２の他端には、１２Ｖの直流電源５３が接続されている。抵抗５２の一端には、トランジスタ５４のベース端子と、同じくトランジスタ５５のベース端子とが接続されている。トランジスタ５４のコレクタ端子には、１２Ｖの直流電源５６が接続されている。トランジスタ５４のエミッタ端子には、抵抗５６の一端が接続されている。トランジスタ５５のコレクタ端子は、アースに接続されている。トランジスタ５５のエミッタ端子には、抵抗５６の一端が接続されている。

抵抗５６の他端には、ダイオード５７のアノード端子が接続されている。ダイオード５７のカソード端子には、電解コンデンサ５８のプラス側端子が接続されている。電解コンデンサ５８のマイナス側端子は、アースに接続されている。電解コンデンサ５８のプラス側端子には、ダイオード５９のアノード端子が接続されている。ダイオード５９のカソード端子には、電解コンデンサ６０のプラス側端子が接続されている。電解コンデンサ６０のマイナス側端子には、抵抗５６の他端が接続されている。第三リレー９は、ダイオード５９のカソード端子と抵抗５６の他端とに跨って接続されている。第三リレー９は、ハードウェアとしての第三接点駆動回路１１にてオンするようになっている。

第三接点駆動回路１１は、以上の構成および図からも分かるようにフェールセーフ回路となっている。

次に、前記の構成に基づいてプレパージ等の制御に係る作用を説明する。説明は図１および図２を参照しながら説明する。図２はプレパージ等の制御に係る作用の説明のためのフローチャートである。図２のフローチャートには、制御手段５に係るソフトウェアでの制御フローと、送風機１などを含む外部機器の動作フローと、回路装置４に係るハードウェアの動作フローとが横に並んで示されている。

ボイラ内の圧力が低下してボイラの燃焼が必要な状態になると（ステップＳ１１）、制御手段５は接続点Ａにおいて電圧が検出されるか否かを判断する（ステップＳ１２）。この時点では、送風機１が作動する前の状態であることから、風圧スイッチ１０はボイラの炉内に生じる風を検知することがなく、よってオン状態になることはない。しかしながら、仮に風圧スイッチ１０に溶着が生じている場合には、接続点Ａにおいて電圧が検出されることになる。

接続点Ａにおいて電圧が検出されると（ステップＳ１２でＹ）、制御手段５は機器安全のために燃焼制御停止（インターロック）の処理（ステップＳ１３）へ移行する。一方、接続点Ａにおいて電圧が検出されない場合には（ステップＳ１２でＮ）、制御手段５においてＦＡＮ駆動信号が生成されて、制御手段５はこれを出力する（ステップＳ１４）。

第一リレー７がオンして送風機１が作動し、また、この後に風圧スイッチ１０がボイラの炉内に生じる風を検知してオンする（ステップＳ１５）と、回路装置４ではフォトカプラ回路２９の発光ダイオード３１、３２に発光が生じて前記パルス信号が第三接点駆動回路１１に入力される。これにより第三接点駆動回路１１が作動して（ステップＳ１６）、時定数回路１３により時定数の分だけ時間の遅れが生じ、この上で第三リレー９がオンする（ステップＳ１７）。

前記ステップＳ１５にて風圧スイッチ１０がオンすると、制御手段５では接続点Ｂにおいて電圧が検出されるか否かを判断する（ステップＳ１８）。この時点では、第三リレー９がオンする前の状態であることから、接続点Ｂに電圧が生じることはない。しかしながら、仮に第三リレー９に溶着が生じている場合には、接続点Ｂにおいて電圧が検出されることになる。

接続点Ｂにおいて電圧が検出されると（ステップＳ１８でＹ）、制御手段５は機器安全のために燃焼制御停止（インターロック）の処理（ステップＳ１３）へ移行する。一方、接続点Ｂにおいて電圧が検出されない場合には（ステップＳ１８でＮ）、制御手段５において内部タイマーとしてのプレパージタイマーがカウントを開始する。この後、制御手段５では、プレパージタイマーのカウントアップが完了したか否かを判断する（ステップＳ１９）。必要な時間が経過したことを示すプレパージタイマーのカウントアップが判断されると（ステップＳ１９でＹ）、制御手段５では第二リレー８、８をオンするための駆動信号が生成されて、制御手段５はこれを出力する（ステップＳ２０）。

前記ステップＳ１７にて第三リレー９がオンし、また、前記ステップＳ２０にて第二リレー８、８がオンするとイグナイタ２および燃料供給弁３が作動して着火動作に移行する（ステップＳ２１）。仮に第三リレー９がオンしない場合には異常が生じていることになり、制御手段５で第二リレー８、８をオンするための駆動信号を生成してこれを出力しても、イグナイタ２および燃料供給弁３が作動しないことになる。従って、炉内爆発は確実に避けられることになる。

以上、図１および図２を参照しながら説明してきたように、本発明によれば従来の問題点を解消して安全なボイラとすることができる。

図３はこの発明の第二実施例を示す概略回路図である。

図３において、第二実施例は、前記第一実施例の第二の倍電圧整流回路２６（図１参照）を取り外し、この替わりとして直流電源６１を抵抗４６の他端に接続した構成になっている。前記第一実施例では、前記ＦＡＮ駆動信号を利用して第三接点駆動回路１１を作動させることも可能な構成であったが、第二実施例ではこれを簡素化している点が特徴になっている。第二実施例での発明の効果は前記第一実施例と同じであるものとする。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

この発明の第一実施例を示す概略回路図である。 プレパージ等の制御に係る作用の説明のためのフローチャートである。 この発明の第二実施例を示す概略回路図である。 従来例のソフトウェアによるプレパージの制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 送風機（第一装置）
２ イグナイタ（第二装置）
３ 燃料供給弁（第二装置）
４ 回路装置
５ 制御手段
６ 交流電源
７ 第一リレー（第一接点）
８ 第二リレー（第二接点）
９ 第三リレー（第三接点）
１０ 風圧スイッチ（第四接点）
１１ 第三接点駆動回路
１３ 時定数回路
２６ 第二の倍電圧整流回路
２７ 倍電圧整流回路
２８ 発振回路
３７ 接点駆動部分

Claims (10)

1. 第一接点のオンにより該第一接点の二次側の第一装置が作動するとともに、第二接点のオンにより該第二接点の二次側の一または複数の第二装置が作動する回路構成を有し、前記第二接点の一次側に第三接点を設け、該第三接点のオンを時定数回路を含む第三接点駆動回路により行う回路装置を備える
   ことを特徴とする機器。
2. 前記時定数回路を含みパルス信号が入力される倍電圧整流回路と、該倍電圧整流回路の二次側に設ける発振回路とを備えて前記第三接点駆動回路を構成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の機器。
3. 前記第一接点および前記第二接点のオンを制御手段からの制御信号に基づき行い、前記第三接点のオンのみ前記第三接点駆動回路により行う
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機器。
4. 前記第三接点の一次側に前記第一装置の作動を検知してオンする第四接点を設け、該第四接点のオン状態を前記制御手段にて監視する
   ことを特徴とする請求項３に記載の機器。
5. 前記第四接点がオフ状態であることを前記制御手段にて判断した上で前記第一接点をオンするための前記制御信号を生成する
   ことを特徴とする請求項４に記載の機器。
6. 前記第一接点をオンするための前記制御信号を倍電圧整流する第二の倍電圧整流回路を設け、該第二の倍電圧整流回路を第三接点駆動回路用電源とする
   ことを特徴とする請求項５に記載の機器。
7. 第一接点のオンにより該第一接点の二次側の第一装置が作動するとともに、第二接点のオンにより該第二接点の二次側の一または複数の第二装置が作動する回路構成を有し、前記第二接点の一次側に第三接点を設け、該第三接点のオンを時定数回路を含む第三接点駆動回路により行う回路装置と、
   ソフトウェアにおける内部タイマーのカウントアップに基づき前記第二接点をオンするための制御信号を生成する制御手段と、
   を備える
   ことを特徴とする機器。
8. 第一接点のオンにより該第一接点の二次側の第一装置が作動するとともに、第二接点のオンにより該第二接点の二次側の一または複数の第二装置が作動する回路構成を有し、前記第二接点の一次側に第三接点を設け、ソフトウェアにおける内部タイマーのカウントアップに基づき前記第三接点をオンするための制御信号を生成して前記第三接点のオンを行う制御手段と、
   該制御手段の異常時において時定数回路を含む第三接点駆動回路により前記第三接点のオンを行う回路装置と、
   を備える
   ことを特徴とする機器。
9. 前記第三接点駆動回路をフェールセーフ回路とする
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の機器。
10. 前記回路装置を熱機器のプレパージ用とする
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の機器。

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