JPS6115018A - 燃焼制御装置用フアン・モ−タ異常検出方法 - 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】 ［１，産業上の利用分野］ 本発明は給湯器等の燃焼制御装置にあって、その時々に
要求される燃焼量に応じた量の空気を燃焼部に供給する
ためのファン・モータ回転制御系を有する燃焼装置に最
適なファン・モータ異常検出方法に関する。

［Ｉｒ、従来の技術］ 昨今の給湯器用燃焼装置にあっては、供給される給水温
及び給水量、出湯する出湯温を各検出し、これらのデー
タに基いて当該出湯温を使用者が臨む設定温に極力近づ
けるよう制御する主制御装曹を有するものが多くなって
きた。

そのため、こうしたものでは、上記のようにその時々に
定められる要求燃焼量に応じ、燃焼部に供給する空気の
量をも最適に制御しなければならない、そうでないと燃
焼効率を低下させるだけでなく、不完全燃焼を起こす虞
れも生ずるからである。

即ちこれは、ファン・モータの回転をも精度良く制御で
きる帰還型の制御系を必要とすることを意味するが、こ
れに伴い、最も望ましくはその時々の燃焼量に応じて理
論計算的に定められるファン・モータの最適設定回転数
に対し、出向。

％、或いは出向ｒｐ■かの許容範囲で当該ファン・モー
タの回転数を監視し、当該ファン・モータの回転数がこ
の許容範囲を外れた場合にファン・モータ回転異常とし
てこれを検出できる回路装置があることである。

然し従来、その時々の設定回転数との兼ね合いでファン
・モータの異常を検出するという方法乃至装置は提供さ
れていない。

既存のものとしては、単に最大燃焼量の時のファン・モ
ータ最大回転数許容上限と最小燃焼量の時に対応するフ
ァン・モータ最低回転数許容下限の二点を固定的に設定
して起き、ファン・モータの回転数がこれら二点のいづ
れかを上または下に越えた時にのみ、“異常”と判断す
るものがあったに過ぎない。

［■１発明が解決しようとする問題点］しかし実際には
、上記した従来の方法では例え“異常”とは判断されな
い範囲内であっても、その時の燃焼量にしてみれば望ま
しくない、寧ろ異常と言って良い回転数である、という
ことが十分に起こり得る。

このことは具体的な数値例を挙げると明白になる。

例えばファン・モータが最小燃焼量時に対応する最小回
転数としてｔｔｏｏｒｐ曹から最大燃焼量に対応する最
大回転数２４０Ｏｒｐｍの範囲で回転するものとしよう
。

このような場合、上記従来法では下限許容値として例え
ば最小回転数より１１００ｒｐ程低い１０００ｒｐ■を
、上限許容値として最大回転数より１００ｒｐｓ程高い
２５００ｒｐｍを、夫々固定的に各設定し、燃焼量の如
何に拘らず、ファン・モータのその時々の回転数がこの
範囲内にあれば“異常”とはせず、“正常”と判断する
のである。

然し、その時の燃焼量に対応して理論計算的に求められ
る最適設定回転数に対し、燃焼効率を低下させたり不完
全燃焼の虞れを回避し得る許容回転数変動範囲は実際に
は±１１００ｒｐ程度であることが多い。

してみると、上記従来法ではこうした異常事態は検出で
きないことが分かる。

即ち、その時の燃焼量に応じて定まった最適設定回転数
が例えば１８ＱＯｒｐ膳であったとしてみると、±１１
００ｒｐを許容範囲とすれば、これも例えば２２００ｒ
ｐｍは完全に許容範囲を外れた“異常回転数”である筈
なのに、既述のように１１００Ｏｒｐから２５０Ｏｒｐ
ｍまでは“正常範囲”と一義的に定めてしまった従来法
ではこれは勿論“正常”な範囲に入ってしまい、′異常
”とは検…できないのである。

こうしたことがら先づ、その時々の使用条件に応じて燃
焼量が変動し、これに伴って理論計算的に求められるフ
ァン・モータの最適設定回転数もその時々に応じて異な
った値を採るという現実の下では、その時々に定められ
た最適設定回転数に対して所要の範囲の回転数変動許容
範囲を設定し、その各許容範囲に対して実際のファン・
モータ回転数がこの中に入っているか否かをその都度、
弁別できるようにしなければならないことが理解される
０例えば設定回転数が１５０ｏｒｐｍの場合は最小１４
ＧＯｒｐｍから最大１８００ｒｐｍまで、１８００ｒｐ
ｍの場合はｔｓｏｏｒｐ腸から２０００ｒｐ腸まで、と
いうように、その時々の設定回転数に応じて最小、最大
の各臨界値も変えるようにし、その時点で設定されてい
る許容範囲を基準として実際のファン・モー夕回転数を
監視するように図るのである。但し上述の±１１００ｒ
ｐは例示であって、設定回転数の絶対値によって幅の異
なる％規定であっても良い。

然し一方、このようにすると、ファン・モータに関する
帰還制御系の応答特性というものも併せ考えなければな
らない。

許容範囲から外れたファン・モータ回転数に対しては既
述した帰還制御系が応答を開始し、当該ファン・モータ
の回転数をその時の最適設定回転数に持っていうこうと
機能するが、制御の完了までにはファン・モータの慣性
等もあって成る程度の時間が掛かる。従ってその時々の
燃焼量に応じて個別に比較的狭い許容範囲を定めた場合
、当該許容範囲を外れたからと言って直ちに異常と判断
していたのでは帰還系の機能を却って損うことになる。

本発明はこうした問題点を解決すべく成されたものであ
り、ファン・モータの回転数を正常と判断する許容範囲
を、単に１大燃焼量時に対応した最大許容回転数と最小
燃焼量時に対応した最小許容回転数との二臨界点のみに
て一義的、固定的に画するのを止め、その時々の燃焼量
に応じた最適設定回転数を挟んで上下に予定の幅で許容
回転数範囲を設定できるようにし、且ろ、従来の固定的
二点判断法に比せば狭い範囲となった許容回転数範囲に
対し、ファン・モータ回転数がこの許容範囲を外れても
直ちには異常と判断せず、帰還制御系の応答時間に鑑み
て定めた予定時間を経過して尚、その時の許容回転数範
囲に入らなかった場合に始めて、ファン・モータの回転
に異常があったと判断するファン・モータ異常検出方法
を提供するものである。

［１７，問題点を解決するための手段］°本発、明では
上記目的を達成するため、主制御装置からファン・モー
タ駆動回路へ送られるその時々の燃焼量に応じた設定回
転数信号に基き、当該その時々の設定回転数に相応しい
回転数変動許容範囲を規定する上限、下限の各臨界値信
号を作り出す。

そして帰還制御系において用いられるファン・モータか
らのその時の実際の回転数信号を流用する等し、このフ
ァン・モータ回転数信号が上社上限、下限の各臨界値信
号で規定されるその時の回転数変動許容範囲に入ってい
るか否かを判断する。

これは例えばファン・モータ回転数信号と上限、下限の
各臨界値信号とを個別に比較することにより為すことが
できる。

その結果、当該ファン・モータ回転数信号が上記上限、
下限の各臨界値信号で規定されるその時の設定回転数に
対する回転数変動許容範囲を外れていた場合には、タイ
マ回路を起動させる。

起動後、このタイマ回路がこれに定められている予定時
間Ｔ！を越えてタイム・アップした場合にはファン・モ
ータの回転異常と判定し、タイム・。

アップ以前に帰還制御系が帰還制御を完了してファン・
モータ回転数がその時の回転数変動許容範囲に入った場
合にはタイマ回路をリセットする。勿論、タイマ回路が
リセットされた時には正常と看做されたことになる。

［Ｖ、作　用］ 本発明においては、上記構成に顧かなように。

ファン・モータの回転数変動許容範囲はその時々の燃焼
量に応じたファン・モータ設定回転数毎に異なるものと
することができる。即ち、その時々の主制御回路からフ
ァン・モータ駆動回路へ送られる設定回転数信号に基い
て当該その時々の設定回転数に相応しい回転数変動許容
範囲を作っているから、この許容範囲を比較的狭くする
こともできる。換言すればその時の燃焼量に対して燃焼
効率を最適に、そして不完全燃焼等の虞れを確実に回避
できる空気量範囲を比較的厳密に規定することができる
。

そしてこのように、従来に比せば狭い許容範囲でファン
・モータの回転数を監視するようにしても、帰還制御系
の応答時間には十分鑑みることができる。

即ち、許容範゛囲を狭くすると、主制御回路からの設定
回転数情報が変更にな°った場合等にはファン・モータ
の実際の回転数は一時的にでも容易にこの許容範囲を外
れることがあり得るが、設定回転数と実際の回転数との
差を検出してこれを補正すべく主制御系が応答し、補正
をした形でファン・モータ駆動回路へ設定回転数信号を
送り出し、これに応答して電気機械部材であるファン・
モータがその回転数を正すまでの時間はタイマ回路の援
用による余裕時間として異常と検出しないようにできる
ので、制御系の本来の機能は何等損うことがない一方、
通常考えられる応答時間を経過して尚、その時の回転数
変動許容範囲に実際のファン・モータ回転数が入って来
ない場合には、ファン・モータ回転異常としてこれを速
やかに検出できることになる。

勿論、ファン・モータの焼損、故障等による回転停止や
逆に回路系の故障等による暴走事故は当然、検出できる
し、通常は検出し難い長時間に亘る緩やかな電源電圧変
動に伴う黒常現象をも検出することができる。

［Ｉｎ、実施例］ 本発明方法を実施するための回路系は既存の電子回路技
術をして各種各様のものを組むことができる。第１図中
にはそうした中から選んだ望ましい一構成例が示されて
いるが、この回路系ｌＯの説明の前に、先づもってファ
ン・モータの帰還制御系や燃焼量決定に伴う燃焼部制御
等、既存のこの種給湯器における他の制御態様及び装置
概要も併せて説明するため、第３図を参照する。

主制御回路ｌは、給水路中に設けである水量センサ６か
ら水量信号Ｓ６を受は取ると、使用者が望みの出湯温度
を指令する設定温信号Ｓｓ、給水路中に設けである給水
温センサ７からの給水温信号Ｓ７、そして出湯路中に設
けである実際の出湯温度を検出するための出湯温センサ
８からの出湯温信号Ｓ８の各信号を夫々取り込み、これ
らからガス・バーナ等の燃焼部３へ与えるべき燃焼量を
演算する。

そして、その結果に応じ、ガス比例弁制御信号Ｓ４をガ
ス比例弁４に送って燃料ガス供給量を制御すると共に、
当該燃焼量に応じた空気送給量乃至ファン・モータ設定
回転数データに基き、ファン・モータ５ヘフアン・モー
タ回転制御信号Ｓｃを送出する。

ファン・モータ５からはこれに適当なセンサを付す等し
て実際の回転数を示すファン・モータ回転数信号Ｆｒｐ
履が主制御回路へフィード・バックされ、この信号の持
つ実際の回転数データと先の設定回転数データとの偏差
に応じ、帰還制御が図られる。

また、上記において算出した燃焼量がガス・バーナの容
量を越えている場合には、主制御回路１から水量バルブ
制御信号Ｓ９が出力され、これを受けた水量バルブ９で
は出湯路を絞って出湯量を規制する。

次に第１図中の既存構成で良いファン・モータ”帰還制
御系部分に就いても説明すると、主制御回路１からは上
記のようにその時々に演算、決定した燃焼量に応じた空
気送給量に対応するファン・モータ設定回転数データが
電圧信号Ｖｓｏとして送られてくる。このファン・モー
タ設定回転数電圧信号Ｖｓｏは適当な駆動回路１１を介
してファン・モータ５の駆動に都合の良い設定回転数周
波数信号乃至設定回転数電力信号Ｓｃに変換され、当該
ファン・モータ５に送られてこれを制御する。

一方、ファン・モータ５からはこれに付した適当な回転
数検出センサを介する等して実際の回転数信号が送り出
されるが、一般には第３図に即して既に述べたように、
この回転数信号は回転数対周波数変換信号Ｆｒｐ層の形
を採ることが多い。

そこで一般には各信号は電圧次元の信号として取扱われ
るので、当該周波数変換された回転数信号Ｆｒｐｍは更
に適当なＦ／Ｖコンバータ１２にて対応した電圧信号Ｖ
ｒｐ■に変換される。

主制御回路ｌによるファン・モータ帰還制御系において
は、この実際のファン・モータ回転数信号Ｖｒｐｍと上
記その時の設定回転数信号Ｖｓｏとを比較し、適当なる
補正を加えて再度、ファン・モータを制御する。

このような既存構成で良い回路系に対し、本発明のファ
ン・モータ異常検出方法を組み込むとすれば、第１図示
中、異常判定回路ｌＯで示す構成を採ることができる。

先づ、主制御回路ｌから送り出されるその時々のファン
・モータ設定回転数電圧信号Ｖｇｏに基き当該その時々
の設定回転数に相応しい回転数変動許容範囲の上限、下
限を各示す上限、下限臨界値を作り出すが、これは例え
ば上限臨界電圧値Ｖｕｐｒ形成用形成−ポテンショ・メ
ータＰＩと下限臨界電圧値Ｖ１ｗｒ形成用の第二ポテン
ショ・メータＰ２の採用で簡単にできる。従って勿論、
上下に均等な許容幅とすれば、上限臨界電圧値Ｖｕｐｒ
と下限臨界電圧値Ｖ１ｗｒとの中間の電圧値Ｖｃｔｒ−
（ｖｕｐｒ＋ＶＩｗｒ）／２が設定回転数時の電圧値に
対応する。

こうして作られた上限臨界電圧値（以下単に上限値）　
Ｖｕｐｒは上限値比較器ＣＭＰＩの正相入力に加えられ
、下限値Ｖ１ｗｒは下限値比較器ＣＭＰ２の逆相入力に
加えられる。

一方、両比較器ＣＭＰＩ、ＣＭＰ２１７）他入力ニハ、
　Ｆ／Ｖコンバータ１２からのファン・モータ回転数電
圧信号Ｖｒｐ層を入力するが、設定回転数信号Ｖｓｏに
対してファン・モータが正しくこれに応じた設定回転数
で回っている時の当該回転数電圧信号Ｖｒｐｍの値が既
述した許容範囲中間値ＶｃｔＴになるように調整する。

この調整は既述の第一、第二の各ポテンシ菖・メータＰ
Ｉ、Ｐ２　Ｃできるし、必要に応じては図示していない
が実際のファン・モータ回転数電圧信号Ｖｒｐ腸に対し
てポテンショ・メータを付すことによっても行なえる。

勿論、これら各ポテンシ璽・メータの調整により、許容
幅内においても上下で違う変動許容幅を指定することも
できる。

両比較器ＣＮＰＩ、ＣＭＰ２の出力は共にナンド・ゲー
）１５の各入力に接続され、当該ナンド・ゲート１５の
出力はスイッチング素子１Ｂを介してこの場合、抵抗Ｒ
とキャパシタＣで簡単に構成されたタイマ回路１７を選
択的に起動する。また、スイッチング素子１６はやはり
この場合、ｎｐｎ型トランジスタで構成され、従ってナ
ンド・ゲート１５でナンド論理が採れるとターン・オン
し、キャパシタＣの蓄積電荷を時定数ＲＣに応じて放電
する。但し、当該トランジスタ１Ｂがオフにある時、乃
至オフ状態となった時にはキャパシタＣは電源電位Ｖｃ
ｃにより充電された状態にあるか、または速やかに充電
される。

してみるに、上記構成から順かなように、その時の実際
のファン・モータ回転数電圧信号Ｖｒｐｍが許容範囲に
あるか否かで、上限値比較器ＣＭＰＩ及び下限値比較器
ＣＭＰ２の各出力とナンド・ゲート１５の出力とは次の
第１表に示す関係となる。

−筋一」ニー１− 従って、その時の設定回転数電圧信号Ｖｇｏに対して定
められた上限値Ｖｕｐｒと下限値Ｖ１ｗｒとの間に正し
く実際のファン・モータ回転数電圧信号Ｖｒｐ腸が位置
している場合は、第２図中、′許容範囲内”領域に示す
ようにナンド・ゲー）１５の出力は論理“Ｌ″にあり、
トランジスタ１６はオフ状態を維持するから、キャパシ
タ両端電位としてのファン・モータ異常判定信号Ｓａも
論理“Ｈ”で正常状態を表している。

然し、主制御回路ｌからの設定回転数信号Ｖｓ。

が変化し、この変化にファン・モータ５の実際の回転が
まだ追い付かない帰還制御応答過渡期とか、或いは他の
何等かの外乱等により、ファン・モータ５のその時の実
際の回転数Ｖｒｐｍがその時の許容範囲の上限値Ｖｕｐ
ｒを上回るか、或いは下限値Ｖｌｖｒを下回ると、上記
第１表に示されるようにナンド・ゲット１５の出力は論
理″Ｈ″に反転する。

するとタイマ回路１７が起動し、具体的にはこの場合、
キャパシタＣの放電が開始し、その両端電位としての異
常判定信号Ｓａの電位はそれ迄の電源電位Ｖｃｃに伴う
最大充電電位Ｅ■ａ！から接地電位に向けて定められた
時定数ＲＣで低下を始める。

異常の判定乃至検出は、予定の閾値Ｅｔｈｅをこの低下
していく判定信号電位が横切った時点でなすが、逆に言
えばそれまでに要する時間を異常判定までの余裕時間Ｔ
１として設計する。

従って、正規の帰還制御系の応答遅れや一過性の電源電
圧変動等に起因するファン・モータ回転数Ｖｒｐｍの許
容範囲逸脱の場合には、第２図中。

“許容範囲逸脱■”領域に示すように、時刻ｔｏで許容
範囲からの逸脱がナンド・ゲー）１５の出力として表さ
れ、これに伴ってトランジスタ１Ｂがターン・オンし、
キャパシタＣの放電を開始して異常判定信号Ｓａの電位
が下がっていっても、帰還制御系の応答時間を経過して
ファン・モータ回転数が。

再び許容範囲内に入ってくれば、ナンド・ゲート１５の
出力は再度“Ｌ”に反転し、トランジスタ１Ｂは速やか
にターン・オフするため、タイマ回路１７はリセットさ
れたことになり、異常判定信号Ｓａも閾値Ｅｔｈｏに至
ることなく再び最大電位Ｅｍａｘに向けて充電されてい
く。

即ち、このような場合は一時的に許容範囲を外れる状態
が起きたにしても、タイマ回路１７はタイム・アップ以
前にリセットされ、従って第２図中に一括的に示すよう
にファン・モータは“正常”な回転状態にあると判定す
ることができる。

然し一方、外乱、故障、その他の何等かの要因によりフ
ァン・モータ回転数Ｖｒｐ腸が許容範囲から外れたとす
ると、第２図中、“許容範囲逸脱■”領域に示すように
、一旦許容範囲を外れたファン・モータ回転数はその後
、再び自ら許容範囲に入ってくるとは先づ考えられない
。

従って“許容範囲逸脱■”領域の時刻ｔｌから低下し始
めた異常判定信号Ｓａは、いづれ予定の閾値Ｅｔｈｏを
下回る結果となる。即ちタイマ回路１？として考えると
設定時間Ｔｘを経過してタイム・アップすることになり
、この時点をして０フアン・モータの回転異常”と同定
することができる。

勿論、上記メカニズムから順かなように、許容範囲を外
れたからと言って異常とは１做さない余裕時間乃至設定
時間丁１は任意設計的に定めることができるし、実際に
閾値Ｅｔｈｏを横切った時の判定は公知既存の電子回路
技術をして極めて容易に為すことができる。また、図示
の回路系も全くの例示であって、本発明方法″を実現す
る回路構成は他にも任意に組み得るものである。

更に、異常判定回路１（ｌは、一般に主制御回路１とし
て用いられているマイクロ・コンピュータの内蔵レジス
タやタイマ乃至カウンタ類を流用し、適当なプログラム
を組むことによってこれらを本発明方法に適するように
稼動させても実現することができる。このような場合に
は例示した回路におけるとは興なり、一般には各設定回
転数に相応しい許容回転数変動幅は各許容範囲毎に一定
幅として設定されることが多い。

尚、本発明によりファン・モータの異常が検出された場
合には、一般には主制御回路において燃焼を止めるのが
最も普通の安全対策である。

〔■１発明の効果〕 本発明によればファン・モータの焼損や故障、回路系の
故障に伴う顕かに異常と認められる回転停止や暴走は勿
論、正しく回っているようでもその時の燃焼量からすれ
ば相応しくない回転数にあることを各燃焼量毎に対応的
に検出することができ、燃焼効率を挙げ、不完全燃焼の
虞れ等も略Ｃ完全に回避できる。

然も各燃焼量の応じた回転数変動許容範囲の設定やタイ
マ回路による余裕時間〒ｚ等は本来的に任意に設定でき
るから、設計自由度は極めて高い。

また、許容範囲を厳密に採って成る程度以上に狭くして
も、タイマ回路による余裕時間の設計如何で既存のファ
ン・モータ期間制御系には何の悪影響も与えないで済む
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための一回路例の回路構
成図、第２図は第１図中の要袖信号波形図、第３図は本
発明を適用できる燃焼装置の概要の説明図、である。 図中、ｌは主制御回路、２は熱変換器、３はガス・バー
ナ等の燃焼部、４はガス比例弁、５はファン・モータ、
６は水量センサ、７は給水温センサ、８は出湯温センサ
、ｌＯは本発明方法を実施した回路における全体として
の異常判定回路、１１はファン・モータ駆動回路、１２
はＦ／Ｖコンバータ、１５はナンド・ゲート、１７はタ
イマ回路、　Ｐｌ。 Ｐｌはポテンショ・メータ、ＣＭＰＩ、ＣＭＰ２は比較
器、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主制御装置により演算された燃焼量に応する空気量を燃
   焼部へ送給するためのファン・モータと、その回転数を
   制御するファン・モータ制御系を持つ燃焼装置において
   、当該ファン・モータの異常回転を検出する燃焼制御装
   置用ファン・モータ異常検出方法であって、 上記主制御装置からファン・モータ駆動回路へ送られる
   その時々の上記燃焼量に応じたファン・モータ設定回転
   数信号に基き、当該その時々の設定回転数に相応しい回
   転数変動許容範囲を規定する上限、下限の各臨界値信号
   を作り； 上記ファン・モータからのその時の実際の回転数信号が
   上記上限、下限の各臨界値信号で規定されるその時の回
   転数変動許容範囲に入っているか否かを判断し； その結果、当該ファン・モータ回転数信号が上記上限、
   下限各臨界値信号で規定されるその時の回転数変動許容
   範囲を外れていた場合には、タイマ回路を起動し； 起動後、該タイマ回路がこれに定められている予定時間
   を越えてタイム・アップした場合にはファン・モータの
   回転異常と判定し、一方、タイム・アップ以前に上記フ
   ァン・モータ回転数信号が上記その時の回転数変動許容
   範囲に入った場合にはタイマ回路をリセットする； ことを特徴とする燃焼制御装置用ファン・モータ異常検
   出方法。