JPH0739867B2 - 点火用ヒータの通電制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃焼機器の点火用に用いられ電気ヒータの通
電制御装置に関し、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。

［従来の技術］ 例えばガス燃焼機器では、従来より、高電圧により火花
放電を行う放電式の点火装置が備えられ、速やかな点火
が行われている。また一方では、給湯器等において高精
度の出湯温度特性が得られるように燃焼制御等を行うた
めに、制御装置にマイクロコンピュータ（マイコン）が
導入されつつあり、そのために、燃焼制御等を行うマイ
コンへの雑音の影響がなく、また発熱量が大きく着火性
のよいことから、セラミックヒータを点火手段として利
用する試みがある。

このセラミックヒータでは、特に発熱温度の立ち上がり
をよくして、速やかな点火を行うために、発熱抵抗体の
抵抗値を小さく設定したセラミックヒータに大電流を流
すようにした、いわゆる急速昇温型のものがある。この
急速昇温型のセラミックヒータでは、大電流による通電
が継続されると過熱により溶断してしまうため、電流値
を制御する必要がある。

そこで、通電に伴う温度上昇に応じて電流値を制御する
ために、温度上昇に応じて変化するヒータの抵抗値に基
づいて通電を行う温度制御回路がある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、抵抗値に基づいて電流値が制御されるとして
も、セラミックヒータへは発熱量を大きくするために大
電流が供給されるため、セラミックヒータの抵抗値を監
視しながら電流値を制御する温度制御回路は、その構成
が複雑になり、高価になるとともに、点火時のみに使用
されるセラミックヒータの温度を制御するために、燃焼
制御のためのマイコンとは別に、回路構成が複雑で高価
な温度制御回路を設けなければならないという問題があ
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、簡単な構成によりヒータの過熱、溶断を防止できる
とともに、必要な発熱量が速やかに得られる安価な点火
用ヒータの通電制御装置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］ 本発明は、温度に応じて抵抗値の変化するヒーチを通電
制御する点火用ヒータの通電制御装置において、該通電
制御装置は、前記ヒータの抵抗値を検出する抵抗値検出
手段と、前記ヒータへ交流電力を供給する電力供給手段
と、前記抵抗値検出手段あるいは前記電力供給手段を前
記ヒータに対して選択的に接続する手段であって点火動
作時に前記ヒータに対して前記抵抗値検出手段を接続し
た後に前記電力供給手段を接続する接続切り替え手段
と、前記抵抗値検出手段によって検出された抵抗値に基
づいて前記電力供給手段による電力供給継続時間を制御
する継続時間制御手段とを具備することを技術的手段と
する。

［作用および発明の効果］ 本発明では、ヒータが通電される前に、抵抗値検出手段
によってヒータの抵抗値が検出される。この抵抗値は、
ヒータの温度に対応したものであるため、継続時間制御
手段では、ヒータの温度が高くなり過ぎないように、そ
の通電継続時間を決定する。接続切り替え手段によって
ヒータと抵抗値検出手段との接続がなくなり、通電制御
手段がヒータと接続されると、ヒータの抵抗値に基づい
て決められた継続時間だけヒータへの通電が行われる。
従って、着火ミスがあって通電された後に再び通電が行
われる場合や、燃焼を終わってヒータが加熱された場合
のように、ヒータの温度が高い場合には、抵抗値はその
温度に応じて変化しており、この抵抗値に基づいてヒー
タへの通電時間が制御されるため、ヒータの温度に合わ
せた時間だけ通電が行われ、通電時間が長くなり過ぎる
ことがない。

この結果、ヒータの温度を点火に必要な温度にすること
ができきるとともに、ヒータの温度が高いときに、通電
時間が過剰になってヒータの過熱したり、溶断すること
がないため、ヒータを保護できる。

また、ヒータの過熱、溶断を防止しヒータを保護するた
めに、ヒータの抵抗値を検出しながら通電電流値を制御
するような複雑で高価な通電制御回路が必要なく、簡単
な構成による安価な点火用ヒータの通電制御装置とする
ことができる。また、本発明では、ヒータに対して、交
流電流を通電するため、例えば、セラミックヒータを用
いた場合などにおいては、セラミックヒータの劣化を防
止できる。

［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。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から供給される燃焼ガ
スを噴出するノズル管16が配されている。

熱交換器13の上流には、熱交換器13へ流入する水量を検
出するための水量センサ17が備えられ、燃焼ガスは給湯
器ケース10の上方の排気口２から排出される。

セラミックヒータ14（以下「ヒータ14」とする）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の表面に抵抗値14bをプリントし、さらにセラミ
ック基板14cを重ねてホットプレス焼成法によって一体
化したもので、抵抗値14bは両セラミック基板14a、14c
によって密閉されている。ヒータ14には、通電用の端子
14d、14eが設けられ、各端子14d、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。

ヒータ14は、第４図に示すとおり、温度上昇に伴って抵
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。このヒータ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、
後述する制御装置30によって約1200℃以上にならないよ
うにヒータ14への通電時間を制御して、発熱温度を抑え
ている。

ノズル管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20a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１図に示すとおり、燃焼状態を制御する
マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」とする）40
を中心として構成され、ヒータ14への通電状態を制御す
るヒータ通電回路50、ヒータ14の抵抗値を検出するため
の抵抗値検出回路60、切り替え回路61とからなる。

ここで、ヒータ通電回路50は、パルス発生回路51、オア
回路52、発光回路53、受光回路54、ゼロクロス回路55、
トリガ回路56、トライアック57からなり、マイコン40に
よって制御され、商用電源58を利用してヒータ14を通電
する。

ヒータ通電回路50において、パルス発生回路51は、マイ
コン40の制御信号に応じてパルスを発生する回路であ
る。オア回路52は、パルス発生回路51のパルスとマイコ
ン40の制御信号の論理和を達成する。発光回路53は、オ
ア回路52の出力に応じて発光ダイオードを通電して発光
させる。受光回路54は、発光回路53の発光ダイオードと
フオトカプラを形成する受光素子、例えばフォトトラン
ジスタ、フォトサイリスタ、フォトトライアック等を備
え、発光回路53の発光状態に応じて出力する。ゼロクロ
ス回路55は、受光回路54の出力に応じて商用電源58の負
荷電圧が０［Ｖ］のときにON動作を行う。トリガ回路56
は、ゼロクロス回路55のON動作に応じてトライアック57
のゲート電流を流す。トライアック57はゲート電流が流
れると、商用電源58の電力をヒータ14へ供給する。

一方、抵抗値検出回路60は、ヒータ14の抵抗値からヒー
タ14の温度を求めるために温度信号を得る回路で、例え
ばヒータ14に対して直列接続される抵抗器を設け、これ
らによって形成される直列回路に直流電圧を印加して、
その接続点の分圧とヒータ14の温度信号とする。

切り替え回路61は、マイコン40により制御される図示し
ないリレーによって接点61aを切り替えて、ヒータ14が
接続される回路をヒータ通電回路50と抵抗値検出回路60
のどちらにするかを選択するものである。

マイコン40は、点火シーケンス部41により所定のシーケ
ンスで、点火制御を行う。

点火制御は、水量センサ17からのパルス信号によて熱交
換器13への水の流入が検知されると、送風機12を作動さ
せてバーナ群11へ燃焼用空気を供給し、ヒータ通電回路
50および切り替え回路61を制御して、ヒータ14を通電す
るとともに、ヒータ14の発熱状態に合わせて元電磁弁21
および主電磁弁22を開状態にして燃料を供給して点火を
行う。

本実施例では、ヒータ14を速やかに昇温させるために大
電流による通電を行うとともに、過熱によって溶断しな
いようにするために、第５図に示すとおり、初期通電時
間ｔαだけ連続して通電した後に、パルスによる間欠的
な通電によってヒータ14の温度が所定の限界温度（約12
00℃）以上にならないようにしている。

また、着火ミスや、燃焼後の再点火のように、ヒータ14
の温度が高くなっているような場合には、初期通電時間
ｔαが長くなりすぎると、ヒータ14が過熱してしまうた
め、ヒータ14の温度に基づいて初期通電時間ｔαを決定
する機能部として、タイマ部42を備え、タイマ部42の出
力に基づいてヒータ14の通電を行った後に、パルス発生
回路51を作動させて、パルスに応じた通電を行う。

ここでは、ヒータ通電回路50による通電の前に、抵抗値
検出回路60によりヒータ14の温度信号を得て、それに基
づいて、例えば第６図に示すとおり、温度が高いほど初
期通電時間ｔαを短く決定する。

マイコン40は、他に、燃焼量制御として、水量センサ17
により検知される水量、熱交換器13の上流および下流に
それぞれ備えられた図示しない入水温サーミスタ、出湯
温サーミスタ、使用者によって出湯温度が設定される図
示しないコントローラからの信号に応じて、送風機12、
比例弁23および電磁弁24を制御し、水を必要な温度に加
熱する。

また、熱交換器13の上流の水管中に配された図示しない
水量制御弁によって、熱交換器13への流入水量を調節す
る。

なお、マイコン40に設けられた入力インターフェース43
は、抵抗値検出回路60による温度信号をAD変換するため
のアナログマルチプレクサおよびAD変換器等からなるも
ので、他の、各センサ、サーミスタ等の信号も同様にAD
変換する。

次にヒータ通電回路50の作動を、本実施例のガス給湯器
の作動に合わせて、第７図に基づいて説明する。

使用者がコントローラによって出湯温度を設定し、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17がパルスを発生すると、
時間t0で点火シーケンス部41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
を供給する。

このとき、切り替え回路61の接点61aは、ヒータ14を抵
抗値検出回路60と接続しており、抵抗値検出回路60によ
ってヒータ14の温度信号が得られ、それに基づいてタイ
マ部42で初期通電時間ｔα_１が、ヒータ14の温度T1に応
じて決定される。

時間t1で、送風機12が所定の回転数になると、切り替え
回路61では図示しないリレーが駆動されて接点61aがヒ
ータ通電回路50側へ反転し、ヒータ14はヒータ通電回路
50と接続される。

そして、オア回路52にはタイマ部42で決定された初期通
電時間ｔα_１だけ、制御信号が伝送され、またシーケン
ス制御部41によってパルス発生回路51がパルスを発生す
る。

ヒータ14は、オア回路52の出力に応じて初期通電時間ｔ
αだけ連続して通電され、供給された電流により抵抗値
14bが発熱し、ヒータ14の温度は速やかに上昇する。

時間t2で初期通電時間ｔα_１が経過すると、オア回路52
にはパルス発生回路51からのパルスだけが入力されるた
め、ヒータ14には、パルスに応じた間欠的な通電が行わ
れ、通電時間が制限されるため、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。

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、パルス発生回路51によるパルスが停止し、ヒータ14
への間欠的な通電が停止する。またこのとき、切り替え
回路61によりヒータ14の接続が切り替えられ、ヒータ14
は抵抗値検出回路60に接続される。

着火後、一定時間が経過すると、コントローラの設定温
度、各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。

時間t4で、給湯を停止すると、元電磁弁21および主電磁
弁22が閉じられ、燃焼が停止する。

時間t4から間もない時間t5で再び給湯を開始すると、時
間t6で再び点火制御が行われる。

このとき、ヒータ14は、燃焼による余熱のために、その
温度が高くなっているが、初期通電時間ｔα_２は、この
ときのヒータ14の温度T2に応じて決定されるため、ヒー
タ14への連続通電時間が、前回の初期通電時間ｔα_１と
比較して短縮される。

従って、あまり温度が低下していないヒータ14に対し
て、過剰通電が行われることがないため、ヒータ14が過
熱することがない。従って、ヒータ14を損傷させたり溶
断させることがない。

以上の実施例では、通常の使用状態における作動につい
て説明したが、着火ミスによる再点火動作の場合にも、
セラミックヒータの温度に応じて初期通電時間が決定さ
れるため、通電によって一旦温度が上昇した場合にも、
セラミックヒータを保護することができる。

以上のとおり、本発明によれば回路構成が複雑で高価な
ヒータ制御回路を設けることなく、ヒータを溶断等から
保護することができる。

以上の実施例では、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
おけるヒータ通電制御回路およびマイコンの機能的構成
を示すブロック図、第２図は本発明の点火用ヒータの通
電制御装置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図は本実施
例の制御装置によるセラミックヒータの通電波形を示す
タイムチャート、第６図は本実施例のタイマ部における
セラミックヒータの温度に対する初期通電時間を示す特
性図、第７図は本実施例の作動説明のためのタイムチャ
ートである。 図中、14…セラミックヒータ（ヒータ）、30…制御装置
（点火用ヒータの通電制御装置）、40…マイクロコンピ
ュータ（継続時間制御手段）、50…ヒータ通電回路（電
力供給手段）、60…抵抗値検出回路（抵抗値検出手
段）、61…切り替え回路（接続切り替え手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】温度に応じて抵抗値の変化するヒータを通
   電制御する点火用ヒータの通電制御装置において、 該通電制御装置は、前記ヒータの抵抗値を検出する抵抗
   値検出手段と、前記ヒータへ交流電力を供給する電力供
   給手段と、前記抵抗値検出手段あるいは前記電力供給手
   段を前記ヒータに対して選択的に接続する手段であって
   点火動作時に前記ヒータに対して前記抵抗値検出手段を
   接続した後に前記電力供給手段を接続する接続切り替え
   手段と、前記抵抗値検出手段によって検出された抵抗値
   に基づいて前記電力供給手段による電力供給継続時間を
   制御する継続時間制御手段とを具備することを特徴とす
   る点火用ヒータの通電制御装置。