JPH0261414A - 燃焼装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、給湯器や暖房装置等に用いられる燃焼装置の
制御を行う制御装置に関する。

［従来の技術］ 燃焼室へ燃焼用の空気を供給する送風機は、質量の大き
い回転体を備えているため、回転速度は急激に変化でき
ない。一方、燃焼室へ燃料を供給する燃料調節器（例え
ば比例弁）は、弁体の質量が小さいため、容易に燃料の
供給量を変化させることができる。このため、送風機と
燃料調節器とを独立して制御したり、燃料調節器と送風
機とを同時に制御するものは、燃焼量が変化する際に、
燃料調節器による燃料の供給量と、送風機の風量とが適
合せず、空燃比異常が発生してしまう。

そこで、送風機による風量を燃焼量に応じて制御すると
ともに、燃料調節器の開度を送風機の風ｉ（例えば回転
速度）と燃焼状態（空燃比）とに応じて制御し、燃焼量
が変化する際の空燃比異常の発生を防ぐ燃焼装置が考案
されている（特開昭６２−２５２８２６号公報）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、空燃比の制御を燃料・調節器によって行
うと、空燃比補正により燃料の供給量が変化してしまう
。すると、燃焼装置の決定した熱量が燃焼部で得られな
い問題点を備え°Ｃいた。

本発明はの目的は、燃料の供給量を変化させて空燃比の
補正を行っても、目標の熱量を燃焼部で得ることのでき
る燃焼装置の制御装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、第１図に示すよう
に、燃料の燃焼を行う燃焼部１と、該燃焼部１へ燃焼用
の空気を供給する送風機２と、前記燃焼部１へ燃料を供
給する燃料調節器３と、前記送風機２の送風量を制御す
ることにより燃焼量を制御する燃焼量制御手段４を備え
るとともに、前記燃焼部１における空燃比に応じて前記
燃料調節器３における燃料の供給量をフィードバック補
正する空燃比補正手段５を備える制御装置６とを具備す
る燃焼装置において、前記制御装置６の前記燃焼量制御
手段４は、前記空燃比補正手段５によって増減される燃
料の変化量に応じて、燃焼量、つまり送風機２による送
風量を補正することを特徴とする技術的手段とする。

［作用および発明の効果］ 燃焼部における燃焼状態が、所定の空燃比内で燃焼され
ていないと、制御装置が所定の空燃比で燃焼が行われる
ように燃料調節器による燃料の供給量を変化させる。し
かるに、燃焼量は、空燃比補正によって増減される燃焼
量分があらかじめ補正されている。この結果、空燃比補
正が行われても、目標の熱量を燃焼部で得ることができ
る。

［発明の効果］ 本発明によれば、空燃比補正のために、燃料の供給量が
変化しても、燃料の変化量があらかじめ補正されて燃焼
量が決定される。このため、本発明の制御装置は、従来
に比較して、空燃比補正を行うことにより、燃焼量が変
化して要求される熱量が得られない欠点を無くすことが
できる。

［実施例］ 次に、本発明をバイパスミキシング式給湯器に適用した
実施例を図面を用いて説明する。

第２図にバイパスミキシング式のガス給湯器の概略図を
示す。

このガス給湯器は、大別して燃料の燃焼を行う燃焼部１
０と、ガス供給配管２０と、水配管３０と、制御装置４
０とから構成されている。

燃焼部１０は、セラミック製の表面燃焼式バーナ１１を
内部に配設した燃焼ケース１２と、この燃焼ケース１２
内に燃焼用の空気を供給する送風機１３とからなり、送
風機１３によって燃焼ケース１２内に導かれた燃焼用の
空気は、燃焼後、燃焼ガスとして図示しない排気口より
排出される。

ガス供給配管２０は、送風機１３の遠心式ファン１４の
内周に開口するノズル２１へ、燃料のガスを供給するも
ので、上流側より元電磁弁２２、主電磁弁２３、比例弁
２４が順次設けられている。比例弁２４の下流は２つに
分岐され、一方には切替用電磁弁２５、他方にはオリフ
ィス２６が設けられている。なお、元電磁弁２２、主電
磁弁２３および切替用電磁弁２５は、通電制御によって
ガス供給配管２０を開閉するもので、比例弁２４は通電
量に応じて開口比が変１ヒし、ノズル２１に供給される
ガス景を調節するものである。なお、比例弁２４および
切替用電磁弁２５は、本発明の燃料調節器である。

水配管３０は、一方が水の供給源に接続され、他方が給
湯口に接続されるもので、バーナ１１のガスの燃焼によ
って発生する熱と内部を流れる水とを熱交換し、内部を
通過する水を加熱する熱交換器３１と、この熱交換器３
１をバイパスするバイパス水路３２とを備える。

熱交換器３１とバイパス水路３２どの分岐路の上流の水
配管３０には、熱交換器３１とバイパス水路３２とに流
入する水圧が変化しても、流入する水量を一定に保つガ
バナ弁の機能と、水量を調節する水量調節弁の機能とが
組み合わされた電動水量制御装置３３が設けられている
。また、バイパス水路３２には、バイパス水路３２を通
過する水量を調節するとともに、バイパス水路３２を開
閉可能な絞り弁３４が設けられている。

なお、電動水量制御装置３３の絞り比は、熱交換器３１
およびバイパス水路３２へ流入する水の総量を規制する
ため、絞り弁３４と同じか、絞り弁３４より小さく設け
られている。また、電動水量制御装置３３と絞り弁３４
は、水量を調節する手段として、水路を開閉可能な弁体
をギアドモータを用いて駆動している。

制御装置４０は、第３図に示すように、マイクロコンピ
ュータ４１、リレー回路４２および駆動回路４３から構
成されるもので、使用者によって操作されるコントロー
ラ４４や各種センサの出力に応じて、バーナ１１に着火
を行うスパーカ４５、元電磁弁２２、主電磁弁２３、比
例弁２４、切替用電磁弁２５、電動水量制御装′ｌ１３
３、絞り弁３４を通電制御するものである。

制御装置４０の各種センサは、バーナ１１の炎の検出お
よび空燃比を検出するためのフレームロッド４６および
サーモカップル４７、電動水量制御装置３３および絞り
弁３４の弁体に連動し、開度を検出するポテンショメー
タ４８．４９、送風機１３の風量を回転速度によって検
出する風量検出センサ５０、熱交換３３１およびバイパ
ス水路３２に流入する水の温度を検出する入水温センサ
５１、熱交換器３１を通過した湯温を検出する湯温セン
サ５２、熱交換器３１およびバイパス水路３２を通過し
、混合された湯温を検出する出湯温センサ５３、熱交換
器３１およびバイパス水路３２に流入する水量を検出す
る水量検出センサ５４を備える。

なお、風量検出センナ５０は、送風機１３のモータに連
動する回転体を備え、この回転体の回転に応じたパルス
信号を発生する。また、水量検出センサ５４は、水の流
れによって回転する回転体を備え、この回転体の回転に
応じたパルス信号を発生する。

そして、コンピュータ４１は、風量検出センサ５０およ
び水量検出センサ５４の発生するパルス信号の間隔より
、送風＠１３の回転速度や、回転体の回転速度を検出し
、風量や水量を検出する。

次に、コンピュータ４１による燃焼制御、および水量制
御について簡単に説明する。

使用者が給湯口に接続されたカランを操作し、水配管３
０に水流が生じると、水産検出センサ５４内の回転体が
回転し、燃焼が開始される。燃焼開始後の燃焼量は、コ
ントローラ４４によって設定された設定温度が得られる
ように、各種センサによって得られた水量、入水温度、
熱交換器３１を通過した湯温、ミキシング湯温（出湯温
度）等より決定され、送風機１３は決定された燃焼量に
応じた風量をバーナ１１に供給するように電圧が制御さ
れる。

つまり、燃焼量イコール送風機１３の送風量とされる。

そして、送風機１３の回転速度やバーナ１１の炎の温度
に応じたガス量が得られるように、比例弁２４および切
替用電磁弁２５が通電制御される。なお、燃焼量は、熱
交換器３１を通過した湯温が、燃焼によって発生した水
（ドレン水）が熱交換器３１に付着しない温度（例えば
６０℃）以上に維持されるように設定される。

絞り弁３４は、入水温度、設定温度、熱交換３３１を通
過した湯温、出湯温度より算出された適切な開度で固定
される。なおこの固定は、バイパス水路３２を流れる流
量が、熱交換器３１を流れる水量の２倍となるように設
定されている。つまり、バイパス水路３２と熱交換器３
１との流通抵抗め比は、絞り弁３４により約２：１とさ
れる。また、絞り弁３４の開度の固定は、入水量が少な
い場合や、出湯温度を低下させる場合に解除され、入水
量、出湯温度に応じて算出された開度となるように絞り
弁３４が通電制御される。

また、電動水量制御装置３３は、出湯温度が得られるの
に必要な最大流量を越えないように通電制御される。

次に、コンピュータ４１内にプログラムされた燃焼量制
御手段による燃焼量の制御について詳述する。

燃焼ｊｌＱは、フィードフォワード燃焼量Ｆ［と、熱交
容量補正燃焼量にと、空燃比修正燃焼量］゛と、比例修
正燃焼量Ｐと、積分修正燃焼量Ｉとを加算したもので、 Ｑ＝ＦＦ＋に＋Ｔ＋Ｐ＋１の式で表される。

フィードフォワード燃焼量Ｅ「は、コントローラ４４で
設定された設定温度１Ｓと入水温センサ５１によって検
出された入水温度Ｔｉとの差と、水量検出センサ５４に
よって検出された水ｊｌＷと、熱交換器３１の熱交換効
率１／ｅｆｆとによって算出される。

これは、ＦＦ＝　（Ｔｓ　−Ｔｉ）　Ｗ／ｅＨの式で表
される。

熱交容量補正燃焼、ＩＫは、コントローラ４４で設定さ
れた設定温度Ｔｓと出湯温センサ５３によって検出され
た出湯温度Ｔａとの差と、使用される熱交換器３１に応
じて予め設定された熱容量Ｍと、熱交換器３１とバイパ
ス水路３２とのバイパス比に応じた定数ａとから算出さ
れる。

これは、Ｋ　＝ａ　（ＴＳ−Ｔｌｌ）　Ｍの式で表され
る。

なおこの熱交容量補正燃焼量にの算出は、コントローラ
４４で設定された設定温度Ｔｓが得られるに必要な熱交
換器３１の仮想温度■０を算出し、この仮想温度Ｔｅと
湯温センサ５２によって検出した湯温■０との差と、熱
容量Ｍとから算出しても同じことである。なおこれは、
Ｋ＝　（Ｔｅ　−Ｔｏ）　Ｍの式で表される。

本発明に係る空燃比修正燃焼量Ｔは、空燃比補正により
増減されるガス量を補正するもので、空燃比補正による
補正燃焼ｆｆ１Ｎの符号を反転さぜなものである。なお
、本発明にがかる空燃比補正手段は、燃焼量制御手段と
ともにコンピュータ４１内にプログラムされている。

これは、Ｔ　＝　−Ｎの式で表される。

比例修正燃焼ｊｌＰの算出は、コントローラ４４で設定
された設定温度Ｔｓと湯温センサ５２によって検出した
湯温１０との差と、水量検出センサ５４によって検出さ
れた水ｉ、ｗと、比例定数Ｅとから算出される。

これは、Ｐ＝Ｅ　（Ｉｓ−Ｔｏ）　Ｗの式で表される。

なお、（Ｔｓ−Ｔｏ）　Ｗは両差値を示す。また本実施
例では、Ｅ＝０．８前後が適切である。

積分修正燃焼量Ｉの算出は、コントローラ４４で設定さ
れた設定温度Ｔｓと湯温センサ５２によって検出した湯
温■０との差を積分したものである。

これは、１．＝Ｉ。〜’、　＋ｂＷ、　　（Ｔｓ−Ｔｏ
）の式で表される。なお、ｂｘｗ、は積分定数を示し、
■、は今回の算出する積分修正燃焼量で、Ｉ、、は前回
の算出した積分修正燃焼量である。積分修正燃焼量■の
変化量を流ｔＷ、に比例さぜることで、フィードバック
に要する時間遅れを修正し、積分修正燃焼量Ｉを均一評
価することができる。

また、積分修正燃焼量ＩをＦ［値の変化比の積とし、−
度収束した積分値を合理的に評価した上で変化に対応さ
せても良い。

本実施例によれば、フィードフォワード燃焼量Ｆ「に、
空燃比修正燃焼量Ｔを加算することにより、空燃比補正
により増減されるガスがあらかじめ燃焼量に補正される
。このため、空燃比補正によりガスの供給量が変化して
も、目標の熱量を燃焼部１０で得ることができる。この
結果、空燃比制御による燃焼量が変化する影響を無くし
て、使用者の設定した出湯温度を使用者に供給すること
ができる。

また、燃焼量Ｑ＝ＦＦ＋ＫＦＴ＋Ｐ＋Ｉとすることによ
り、使用者の設定した出湯温度を常に安定して供給する
ことができる。

（変形例） 燃焼量に応じた電圧を送風機に印加するため、上記燃焼
量の算出を直接、電圧の算出としても良い。つまり、送
風機に印加される電圧は、フィードフォワード電圧と、
熱交容量補正電圧と、空燃比修正電圧と、比例修正電圧
と、積分修正電圧とを加算して求めるものである。

また、バイパス水路を備えた給湯器を例に示したが、バ
イパス水路を有しない給湯器はむろん、燃焼式の暖房装
置等に本発明を適用しても良い。

さらに、燃料にガスを用いた例を示したが、灯油や重油
など液体燃料を用いた燃焼装置に適用しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図はバイ
パスミキシング式のガス給湯器の概略構成図、第３図は
制御装置の概略ブロック図である。 図中　１・・・燃焼部　２・・・送風機　３・・・燃料
調節器　４・・・燃焼量制御手段　５・・・空燃比補正
手段６・・・制御装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃料の燃焼を行う燃焼部と、 該燃焼部へ燃焼用の空気を供給する送風機と、前記燃焼
   部へ燃料を供給する燃料調節器と、前記送風機の送風量
   を制御することにより燃焼量を制御する燃焼量制御手段
   を備えるとともに、前記燃焼部における空燃比に応じて
   前記燃料調節器における燃料の供給量をフィードバック
   補正する空燃比補正手段を備える制御装置と を具備する燃焼装置において、 前記制御装置の前記燃焼量制御手段は、 前記空燃比補正手段によって増減される燃料の変化量に
   応じて、燃焼量を補正することを特徴とする燃焼装置の
   制御装置。