DE102022125449A1

DE102022125449A1 - Gasverbrennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102022125449A1
Application number: DE102022125449.6A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Fujiwara
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2022-10-04
Publication date: 2023-06-15
Also published as: CN116263246A; JP2023087759A

Abstract

[Problem] Bei einer Gasverbrennungsvorrichtung wird Aussparungsluft hinzugefügt, um einen Verbrennungszustand in Echtzeit erfassen zu können, und ein günstiger Verbrennungszustand kann aufrechterhalten werden, während eine Struktur vereinfacht und Kosten reduziert werden.[Lösung] Ein Gasbrenner (20), ein Flammenstab (25), der einer Flamme des Gasbrenners ausgesetzt ist und einen Flammenstrom erzeugt, und eine Steuereinheit (110), die die Verbrennung steuert, sind vorgesehen. Die Steuereinheit (110), wenn eine Verbrennungsflammenzahl des Gasbrenners als n eingestellt ist, eine Gesamtverbrennungsflammenzahl des Gasbrenners als N eingestellt ist, eine Gaseinheit-Wärmeerzeugungsmenge des Brenngases als H eingestellt ist, eine erforderliche Luftrate des Brenngases als m eingestellt ist, eine Gasmenge als Qg eingestellt ist, eine Luftmenge als Qa eingestellt ist, eine konstante Zahl, die proportional zu einer Anzahl von Flammen ist, die zum Flammenstrom beitragen, als k1 eingestellt wird, und eine konstante Zahl, die zu einer angelegten Spannung und einem Widerstandswert des Flammenstabs beiträgt, als k2 eingestellt wird, eine Gasmenge und/oder eine Luftmenge, die dem Gasbrenner zugeführt werden soll, basierend auf einem berechneten Flammenstromwert If unter Verwendung einer Verbrennungskennformel berechnet wird: If=[k11n(HQg/n)+k2]exp[-(nQa/NmQg-1)2], und einem tatsächlich gemessenen Flammenstromwert des Flammenstabs.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasverbrennungsvorrichtung, die Luft mit Brenngas mischt und verbrennt. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Gasverbrennungsvorrichtung, die eine erforderliche thermische Ausgangsleistung bereitstellt und die Verbrennung unter Verwendung eines Flammensensors, wie beispielsweise eines Flammenstabs, steuert.
Beschreibung des Standes der Technik
Als Mittel zur Erfassung des Verbrennungszustands eines Brenners in einer Gasverbrennungsvorrichtung ist üblicherweise ein Mittel bekannt, das einen Flammenstrom eines Flammenstabs verwendet, der die leitende Wirkung einer Flamme nutzt.
Wenn daher der Verbrennungszustand unter Verwendung eines Flammenstabs in einer Verbrennungsvorrichtung mit einem mehrstufigen schaltbaren Brenner, der den Verbrennungsmodus zwischen mehreren Stufen umschalten kann, erfasst wird, wird aufgrund des Auftretens von überschüssiger Luft von einem Brenner, der nicht brennt, ein Flammenstrom im Verbrennungszustand erfasst, der viel Luft enthält, und der richtige Verbrennungszustand kann nicht erfasst werden.
Wenn mehrere Flammenstäbe oder andere Verbrennungssensoren verwendet werden, wird die Konfiguration kompliziert, und die Kosten steigen.
Daher ist als herkömmliche Gasverbrennungsvorrichtung eine Heißwasserversorgungsvorrichtung (siehe z.B. Patentdokument 1) bekannt, die einen Verbrennungsteil, einen Verbrennungssteuerteil und einen Verbrennungseinstellungssteuerteil enthält. Der Verbrennungsteil umfasst einen ersten Brenner, in dem ein Flammenstab den Verbrennungszustand der vom Brenner erzeugten Flamme erfasst, und einen zweiten Brennerteil ohne den Flammenstab. Der Verbrennungssteuerteil überwacht den Verbrennungsmodus des Verbrennungsteils, der entsprechend einer Warmwasserzufuhranforderung eingestellt ist, und wechselt in dem Fall, in dem ein zweiter Verbrennungsmodus, in dem der erste Brennerteil keine Verbrennung durchführt, für eine vorbestimmte Zeit andauert, zu einem ersten Verbrennungsmodus, in dem der erste Brennerteil eine Verbrennung durchführt. Der Verbrennungseinstellungskontrollteil erhält Informationen über den Verbrennungszustand des ersten Brenners, der unter Verwendung des Flammenstabs erfasst wird, und führt einen Verbrennungseinstellungsprozess des Verbrennungsteils aus.
In der Warmwasserversorgungseinrichtung wird ein Steuermittel eingesetzt, das, wenn der Verbrennungsmodus, der nicht durch den Flammenstab erfasst werden kann, für eine vorbestimmte Zeit andauert, auf den Verbrennungsmodus umschaltet, der durch den Flammenstab erfasst werden kann. Daher kann in dem Verbrennungsmodus, der von dem Flammenstab für eine vorbestimmte Zeit nicht erfasst werden kann, der Verbrennungszustand nicht in Echtzeit erfasst werden, und die Verbrennung kann nicht auf einen günstigen Verbrennungszustand gesteuert werden, der in der Lage ist, die Emissionen von CO oder NOX zu unterdrücken.
Darüber hinaus ist als weitere Gasverbrennungsvorrichtung eine Warmwasserversorgungsvorrichtung mit Gasverbrennung bekannt, die ein Gasproportionalventil, ein Gebläse, eine Steuereinrichtung, ein Gebläsesteuerteil und einen Drehzahldetektor umfasst (siehe beispielsweise Patentdokument 2). Das Gasproportionalventil steuert den Druck der Brenngaszufuhr zum Brenner. Das Gebläse dient der Luftzufuhr in einer von der Drehzahl abhängigen Luftmenge. Die Steuereinrichtung stellt einen Soll-Gasdruck ein, der eine Soll-Wärmeerzeugung durch den Brenner erzeugt, und eine Soll-Drehzahl, die eine Luftmenge zuführt, die zu einem vorgegebenen Luft-Brennstoff-Verhältnis führt. Das Gebläsesteuerteil steuert die Drehzahl des Gebläses in Abhängigkeit von der Solldrehzahl. Der Drehzahldetektor erfasst die Drehzahl des Gebläses. In der Warmwasserversorgungseinrichtung wird eine Erfassungsverzögerung aufgrund des Rotationsdetektors bei der Bestimmung des Versorgungsdrucks (Gasmenge) des Brenngases berücksichtigt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einer Übergangsperiode aufrechtzuerhalten, in der die Zieldrehzahl des Gebläses geändert wird.
So ist in der herkömmlichen Gasverbrennungsvorrichtung in einem Übergangszustand, in dem die Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zwischen Luft und Brenngas durchgeführt wird, da die Reaktion der zugeführten Luftmenge in Bezug auf die Reaktion der zugeführten Gasmenge langsam ist, die Regelung unter Berücksichtigung der Reaktionsfähigkeit der Luftmenge und der zugeführten Gasmenge erforderlich. Dadurch wird die Regelung kompliziert. Darüber hinaus beeinflussen die dynastischen Eigenschaften des Gebläses und des Gebläsemotors das Ansprechverhalten des Systems in der Struktur.
[Prior-Art-Dokument]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2020-143862
[Patentdokument 2] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2014-122763

ZUSAMMENFASSUNG
[Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst werden soll.]
Die Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Probleme gemacht, und ein Ziel der Erfindung ist es, eine Gasverbrennungsvorrichtung bereitzustellen, die den Aufbau vereinfacht und die Kosten reduziert, während sie in der Lage ist, den Verbrennungszustand in Echtzeit zu erfassen, indem sie überschüssige Luft hinzufügt, in der Lage ist, einen günstigen Verbrennungszustand aufrechtzuerhalten, und die Reaktionsfähigkeit der zuzuführenden Luftmenge erleichtert.
[Mittel zur Lösung des Problems]
Eine Gasverbrennungsvorrichtung der Erfindung umfasst: einen Gasbrenner, der Brenngas und Luft in Übereinstimmung mit einer Ausgangswärmeleistung mischt und verbrennt; einen Flammenstab, der einer Flamme des Gasbrenners ausgesetzt ist und einen Flammenstrom erzeugt; und eine Steuereinheit, die die Verbrennung steuert. Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass, wenn eine Verbrennungsflammenzahl des Gasbrenners als n eingestellt ist, eine Gesamtverbrennungsflammenzahl des Gasbrenners als N eingestellt ist, eine Gaseinheits-Wärmeerzeugungsmenge des Brenngases als H eingestellt ist, eine erforderliche Luftrate des Brenngases als m eingestellt ist, eine Gasmenge als Qg eingestellt ist, eine Luftmenge als Qa eingestellt ist, eine konstante Zahl, die proportional zu einer Anzahl von Flammen ist, die zu dem Flammenstrom beitragen, als k1 eingestellt ist, und eine konstante Zahl, die zu einer angelegten Spannung und einem Widerstandswert des Flammenstabs beiträgt, als k2 eingestellt ist,
Steuern einer Gasmenge und/oder einer Luftmenge, die dem Gasbrenner zugeführt werden soll, auf der Grundlage eines berechneten Flammenstromwertes If, der unter Verwendung einer Verbrennungskennformel wie folgt berechnet wird: If=[k11n(HQg/n)+k2]exp[-(nQa/NmQg-1)2], und einem tatsächlich gemessenen Flammenstromwert des Flammenstabs.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass, wenn der tatsächlich gemessene Flammenstromwert von dem berechneten Flammenstromwert abweicht, die Steuereinheit eine Steuerung ausübt, um die Gasmenge und/oder die Luftmenge zu verringern oder zu erhöhen, um den tatsächlich gemessenen Flammenstromwert mit dem berechneten Flammenstromwert in Einklang zu bringen.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass der Gasbrenner ein mehrstufig schaltbarer Gasbrenner mit einer Vielzahl von Fähigkeiten ist, die sich jeweils in der Gasmenge unterscheiden, die entsprechend einer Größe der Ausgangswärmeleistung zugeführt wird, und die Steuereinheit einen Speicherteil enthält, der charakteristische Informationen speichert, die auf der Grundlage der Verbrennungskennformel und entsprechend den Fähigkeiten berechnet werden.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass die im Speicherteil gespeicherte charakteristische Information eine charakteristische Information enthält, die eine Beziehung zwischen der Gasmenge des Brenngases und dem berechneten Flammenstromwert angibt.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass die Gasverbrennungsvorrichtung enthält: ein Gasmengeneinstellventil, das die Gasmenge des Brenngases für den Gasbrenner einstellt; und eine Luftmengeneinstelleinheit, die die Luftmenge zum Mischen mit dem Brenngas einstellt, und die Steuereinheit steuert das Gasmengeneinstellventil und die Luftmengeneinstelleinheit.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass die Steuereinheit Folgendes umfasst: einen Teil zur Berechnung der Ausgangswärmeleistung, der die Ausgangswärmeleistung berechnet; einen Teil zum Umschalten der Fähigkeit, der eine Bestimmung zum Umschalten auf eine erforderliche Fähigkeit auf der Grundlage von Ausgangswärmeleistungsinformationen des Teils zur Berechnung der Ausgangswärmeleistung vornimmt; und einen Teil zur Berechnung des Korrekturbetrags, der den tatsächlich gemessenen Flammenstromwert und den berechneten Flammenstromwert vergleicht und einen Korrekturbetrag auf der Grundlage einer Abweichung dazwischen berechnet. Die Steuereinheit steuert das Gasmengeneinstellventil auf der Grundlage der Information über die thermische Ausgangsleistung, der Information über die Fähigkeitsnummer des Fähigkeitsschaltungsteils und der Information über den Korrekturbetrag des Korrekturbetragsberechnungsteils.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass die Steuereinheit die Luftmengeneinstelleinheit basierend auf den Informationen über die thermische Ausgangsleistung und die Fähigkeitsnummer steuert.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass die Luftmengeneinstelleinheit Folgendes umfasst: ein Gebläse, das so angetrieben wird, dass es sich mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, um einen Luftstrom in Richtung des Gasbrenners zu erzeugen; und ein Luftmengeneinstellventil, das die Luftmenge einstellt, die dem Gasbrenner zugeführt werden soll, und die Steuereinheit Folgendes umfasst: einen Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsteil, der einen Soll-Öffnungsgrad des Luftmengen-Einstellventils auf der Grundlage der Ausgangs-Wärmeleistungsinformation und der Fähigkeitszahlinformation des Fähigkeits-Schaltteils berechnet; und einen Öffnungsgrad-Steuerteil, der einen Öffnungsgrad des Luftmengen-Einstellventils auf der Grundlage der Soll-Öffnungsgradinformation des Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsteils steuert.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass die Steuereinheit ein Gebläse antreibt, um mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit zu rotieren, die für jede der Fähigkeiten eingestellt ist.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass die Luftmengeneinstelleinheit Folgendes umfasst: ein Gebläse, das so angetrieben wird, dass es sich mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, um einen Luftstrom in Richtung des Gasbrenners zu erzeugen; und ein Luftmengeneinstellventil, das die Luftmenge einstellt, die dem Gasbrenner zugeführt werden soll, und die Steuereinheit umfasst einen Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsteil, der einen Soll-Öffnungsgrad des Luftmengen-Einstellventils auf der Grundlage der Ausgangs-Wärmeleistungs-Information und der Fähigkeitszahl-Information des Fähigkeits-Schaltteils berechnet; und einen Öffnungsgrad-Steuerteil, der einen Öffnungsgrad des Luftmengen-Einstellventils auf der Grundlage der Soll-Öffnungsgrad-Information des Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsteils steuert, und einen Soll-Drehzahl-Berechnungsteil, der eine Soll-Drehzahl des Gebläses auf der Grundlage der Ausgangs-Wärmeleistungs-Information und der Fähigkeitszahl-Information berechnet; und einen Drehungs-Steuerteil, der das Gebläse so antreibt, dass es sich mit einer konstanten Drehzahl auf der Grundlage der Soll-Drehzahl-Information des Soll-Drehzahl-Berechnungsteils dreht.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass das Luftmengeneinstellventil eine Antriebsquelle und eine Drosselklappe umfasst, die von der Antriebsquelle zum Öffnen oder Schließen angetrieben wird.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass die Antriebsquelle ein Schrittmotor ist.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass das Gebläse einen Motor umfasst, der eine Drehantriebskraft erzeugt, und der Motor ein Wechselstrommotor ist.
In der Gasverbrennungsvorrichtung kann es auch so konfiguriert sein, dass die Gasverbrennungsvorrichtung einen Wärmetauscher umfasst, der in der Nähe des Gasbrenners angeordnet ist.
[Erfindungsgemäß]
Bei der Gasverbrennungsvorrichtung gemäß der obigen Konfiguration wird der Aufbau vereinfacht, die Kosten werden reduziert, während der Verbrennungszustand so erfasst wird, dass ein günstiger Verbrennungszustand aufrechterhalten werden kann, die Reaktionsfähigkeit der zuzuführenden Luftmenge kann erleichtert werden, und die gewünschte thermische Ausgangsleistung kann erzielt werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Gasverbrennungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist ein Teildiagramm der Gasverbrennungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist ein schematisches Diagramm, das einen Verbrennungszustand (eine Beziehung zwischen einer Verbrennungsflammenzahl und einem Flammenstab) in Übereinstimmung mit Fähigkeiten (Fähigkeiten 1 bis 4) eines mehrstufigen schaltbaren Brenners in der Gasverbrennungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinheit in der Gasverbrennungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Ventilöffnungsgrad und einer Luftmenge in einem Luftmengeneinstellventil in der Gasverbrennungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Luftverhältnis X und einem für jede Fähigkeit (Fähigkeiten 1 bis 4) gemessenen Flammenstrom darstellt.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Brenngasmenge und dem für jede Fähigkeit (Fähigkeiten 1 bis 4) gemessenen Flammenstrom veranschaulicht.
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Gasmenge des Brenngases und dem Flammenstrom veranschaulicht, der für jede Fähigkeit (Fähigkeiten 1 bis 4) unter Verwendung einer Verbrennungskennformel berechnet wurde.
9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Gasmenge des Brenngases und einer Abweichung zwischen einem Flammenstromwert, der auf der Grundlage der Verbrennungskennformel berechnet wurde, und einem tatsächlich gemessenen Flammenstromwert in der erfindungsgemäßen Gasverbrennungsvorrichtung darstellt.
10 ist ein Flussdiagramm, das die Gesamtbetriebssteuerung in der Steuereinheit in der erfindungsgemäßen Gasverbrennungsvorrichtung darstellt.
11 ist ein Flussdiagramm, das die Verbrennungssteuerung in der Steuereinheit der erfindungsgemäßen Gasverbrennungsvorrichtung veranschaulicht.
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinheit in einer Gasverbrennungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden die Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Eine Gasverbrennungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, umfasst ein Gehäuse 10, einen Gasbrenner 20, einen Zünder 24, einen Flammenstab 25, eine Gaszufuhrleitung 30, ein Gasmengeneinstellventil 40, Gasschaltventile 51, 52, 53, ein Luftmengeneinstellventil 60, ein Gebläse 70, einen Wärmetauscher 80, eine Wasserzufuhrleitung 90, eine Warmwasserzufuhrleitung 100 und eine Steuereinheit 110.
Die Gasverbrennungseinrichtung ist hier als Gaswarmwasserlieferant konfiguriert. Darüber hinaus ist eine Luftmengenregulierungseinheit durch das Luftmengenregulierungsventil 60 und das Gebläse 70 ausgebildet.
Das Gehäuse 10 wird durch eine hitzebeständige Metallplatte usw. gebildet und umfasst, wie in 2 gezeigt, einen Innenraum 11, der den Gasbrenner 20 und den Wärmetauscher 80 umgibt, eine Einlassöffnung 12, die Luft in den Innenraum 11 ansaugt, und eine Auslassöffnung 13, die Verbrennungsgas aus dem Innenraum 11 abführt.
Der Gasbrenner 20, wie in den 2 und 3 gezeigt, umfasst mehrere Gasauslassöffnungen und umfasst mehrere (vier) erste Auslassöffnungen 21, die Brenngas ausgeben, das von einer ersten Zweigversorgungsleitung 32 geliefert wird, mehrere (zwei) zweite Auslassöffnungen 22, die Brenngas ausgeben, das von einer zweiten Zweigversorgungsleitung 33 geliefert wird, und mehrere (neun) dritte Auslassöffnungen 23, die Brenngas ausgeben, das von einer dritten Zweigversorgungsleitung 34 geliefert wird.
Der erste Auslassanschluss 21 funktioniert als Brenner 1, der Brenngas ausgibt, das durch Öffnen des Gasmengeneinstellventils 40 und des Gasschaltventils 51 zugeführt wird. Wenn das aus der ersten Auslassöffnung 21 abgegebene Brenngas verbrennt, ist die Flammenzahl vier. Die zweite Auslassöffnung 22 fungiert als Brenner 2, der Brenngas ausstößt, das durch Öffnen des Gasmengeneinstellventils 40 und des Gasschaltventils 52 zugeführt wird. Außerdem beträgt die Flammenzahl zu dem Zeitpunkt, zu dem das aus den zweiten Auslassöffnungen 22 abgegebene Brenngas brennt, zwei.
Die dritte Auslassöffnung 23 fungiert als Brenner 3, der Brenngas ausstößt, das durch Öffnen des Gasmengeneinstellventils 40 und des Gasschaltventils 53 zugeführt wird. Außerdem beträgt die Flammenzahl zu dem Zeitpunkt, zu dem das aus den dritten Auslassöffnungen 23 abgegebene Brenngas brennt, neun.
Darüber hinaus hat der Gasbrenner 20 mehrere Fähigkeiten, d.h. die Fähigkeiten 1 bis 4, die sich in der Gasmenge des zugeführten Brenngases in Übereinstimmung mit der Größe der thermischen Ausgangsleistung unterscheiden.
In der Fähigkeit 1 führt nur der Brenner 1 die Verbrennung durch Öffnen des Gasmengeneinstellventils 40 und des Gasumschaltventils 51 durch, und der Brenner 2 und der Brenner 3 werden nur mit Luft ohne Brenngas versorgt.
Bei der Fähigkeit 2 führen der Brenner 1 und der Brenner 2 die Verbrennung durch Öffnen des Gasmengeneinstellventils 40 und der Gasschaltventile 51 und 52 durch, und der Brenner 3 wird nur mit Luft ohne Brenngas versorgt.
In der Fähigkeit 3 führen der Brenner 2 und der Brenner 3 die Verbrennung durch Öffnen des Gasmengeneinstellventils 40 und der Gasschaltventile 52 und 53 durch, und der Brenner 1 wird nur mit Luft ohne Brenngas versorgt.
Bei der Fähigkeit 4 führen der Brenner 1, der Brenner 2 und der Brenner 3 die Verbrennung durch Öffnen des Gasmengeneinstellventils 40 und der Gasschaltventile 51, 52 und 53 durch. Das heißt, eine Verbrennungsflammenzahl n zum Zeitpunkt des Verbrennungsmodus der Fähigkeit 1 ist 4, die Verbrennungsflammenzahl n zum Zeitpunkt des Verbrennungsmodus der Fähigkeit 2 ist 6, die Verbrennungsflammenzahl n zum Zeitpunkt des Verbrennungsmodus der Fähigkeit 3 ist 11, und die Verbrennungsflammenzahl n zum Zeitpunkt des Verbrennungsmodus der Fähigkeit 4 ist 15.
Wenn die Verbrennung mit dem gesamten Brenngas durchgeführt wird, das von der ersten Auslassöffnung 21, der zweiten Auslassöffnung 22 und der dritten Auslassöffnung 23 abgegeben wird, beträgt daher die Gesamtzahl der für die Verbrennung verfügbaren Flammen, d.h. die Gesamtanzahl der Verbrennungsflammen N, 15.
Der Zünder 24 zündet den Verbrennungsbrennstoff und arbeitet auf der Grundlage eines Befehls der Steuereinheit 110.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist der Flammenstab 25 so angeordnet, dass er der Flamme des Gasbrenners 20 ausgesetzt ist, und überwacht, ob eine Flamme in einem Zustand vorhanden ist, in dem eine Spannung zwischen dem Flammenstab 25 und dem Gasbrenner 20 angelegt ist. Das heißt, der Flammenstab 25 erzeugt einen Flammenstrom, wenn er einer Flamme ausgesetzt ist. Die Information über den vom Flammenstab 25 abgegebenen Flammenstrom wird in die Steuereinheit 110 eingegeben.
Wie in 3 gezeigt, ist der Flammenstab 25 so konfiguriert, dass er im Verbrennungsmodus der Fähigkeit 1 einer Flamme des Brenners 1 ausgesetzt ist, im Verbrennungsmodus der Fähigkeit 2 einer Flamme des Brenners 1 und zwei Flammen des Brenners 2 ausgesetzt ist, im Verbrennungsmodus der Fähigkeit 3 zwei Flammen des Brenners 2 ausgesetzt ist und im Verbrennungsmodus der Fähigkeit 4 einer Flamme des Brenners 1 und zwei Flammen des Brenners 2 ausgesetzt ist.
Das heißt, der Flammenstab 25 ist so angeordnet, dass er der Anzahl von Flammen ausgesetzt ist, die der Größe der abgegebenen Wärmeleistung entspricht. Daher wird ergänzend dazu ein tatsächlich gemessener Flammenstromwert Ia des Flammenstabs 25 auf der Grundlage eines berechneten Flammenstromwerts If korrigiert, der gemäß einer im Folgenden zu beschreibenden Verbrennungskennformel (2) berechnet wird.
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst die Gaszufuhrleitung 30 ein stromaufwärts gelegenes Rohr 31, das erste Zweigzufuhrrohr 32, das zweite Zweigzufuhrrohr 33 und das dritte Zweigzufuhrrohr 34.
Die stromaufwärts gelegene Leitung 31 befindet sich stromaufwärts von der ersten Abzweigzuführungsleitung 32, der zweiten Abzweigzuführungsleitung 33 und der dritten Abzweigzuführungsleitung 34, und das Gasmengeneinstellventil 40 ist in der Mitte der stromaufwärts gelegenen Leitung 31 angeordnet.
Der erste Versorgungszweig 32 steht über das Gasschaltventil 51 mit den ersten Auslassöffnungen 21 (Brenner 1) des Gasbrenners 20 in Verbindung.
Die zweite Abzweigleitung 33 steht über das Gasumschaltventil 52 mit den zweiten Auslassöffnungen 22 (Brenner 2) des Gasbrenners 20 in Verbindung.
Die dritte Versorgungsleitung 34 steht über das Gasumschaltventil 53 mit den dritten Auslassöffnungen 23 (Brenner 3) des Gasbrenners 20 in Verbindung.
Wie in 1 gezeigt, ist das Gasmengeneinstellventil 40 in der Mitte des stromaufwärts gelegenen Rohrs 31 in der Gaszufuhrleitung 30 angeordnet und ist ein elektromagnetisches Proportionalventil, bei dem ein durch es geleiteter Strom ordnungsgemäß unter PWM-Steuerung gesteuert wird. Der Öffnungsgrad wird zwischen einer Position, in der der Pfad, durch den das Brenngas strömt, vollständig geschlossen ist, und einer Position, in der das Brenngas vollständig geöffnet ist, eingestellt.
Das heißt, das Gasmengeneinstellventil 40 steuert den Öffnungsgrad unter Verwendung des durchgeleiteten Stroms auf der Grundlage eines Befehls von der Steuereinheit 110 und stellt die Zufuhrmenge des Brenngases zum Gasbrenner 20 ein, um ein vorbestimmtes Luftverhältnis λ in Bezug auf die erforderliche thermische Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten.
Dabei ist das Luftverhältnis λ ein Verhältnis (Massenverhältnis) einer tatsächlich zugeführten Luftmenge zu einer theoretisch zur vollständigen Verbrennung des Brenngases erforderlichen Luftmenge.
Das Gasschaltventil 51 ist ein elektromagnetisches Ventil, das in der Mitte der ersten Abzweigleitung 32 in der Gaszufuhrleitung 30, die Brenngas zuführt, angeordnet ist und so gesteuert wird, dass es sich öffnet oder schließt, um den Weg, den das Brenngas durchläuft, vollständig zu schließen oder vollständig zu öffnen, und die Zufuhrmenge des Brenngases zu den ersten Auslassöffnungen 21 des Gasbrenners 20 einstellt.
Das Gasumschaltventil 52 ist ein elektromagnetisches Ventil, das in der Mitte der zweiten Abzweigleitung 33 in der Gaszufuhrleitung 30, die Brenngas zuführt, angeordnet ist und so gesteuert wird, dass es sich öffnet oder schließt, um den Weg, durch den das Brenngas strömt, vollständig zu schließen oder vollständig zu öffnen, und die Zufuhrmenge des Brenngases zu den zweiten Auslassöffnungen 22 des Gasbrenners 20 einstellt.
Das Gasschaltventil 53 ist ein elektromagnetisches Ventil, das in der Mitte der dritten Abzweigleitung 34 in der Gaszufuhrleitung 30, die Brenngas zuführt, angeordnet ist und so gesteuert wird, dass es sich öffnet oder schließt, um den Weg, durch den das Brenngas strömt, vollständig zu schließen oder vollständig zu öffnen, und die Zufuhrmenge des Brenngases zu den dritten Auslassöffnungen 23 des Gasbrenners 20 einstellt.
Das heißt, die Gasschaltventile 51, 52 und 53 werden jeweils so gesteuert, dass sie auf der Grundlage des Befehls von der Steuereinheit 110 in Übereinstimmung mit der erforderlichen thermischen Ausgangsleistung geöffnet oder geschlossen werden und die Zufuhrmenge des Brenngases in Bezug auf den Gasbrenner 20 einstellen.
Wie in 2 gezeigt, ist das Luftmengeneinstellventil 60 in der Einlassöffnung 12 des Gehäuses 10 angeordnet, stellt die in das Gehäuse strömende Luftmenge ein und umfasst eine Drosselklappe 61 und eine Antriebsquelle 62, die das Öffnen oder Schließen der Drosselklappe 61 bewirkt.
Die Drosselklappe 61 ist in einem Stoppzustand auf eine deaktivierte Position eingestellt, in der ein Pfad, durch den Luft strömt, mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad geöffnet ist, und wird zum Zeitpunkt des Betriebs so angetrieben, dass sie sich in einem Bereich von der deaktivierten Position bis zu einer vollständig geöffneten Position über einen Löschöffnungsgrad und einen Zündöffnungsgrad öffnet oder schließt. Es wird darauf hingewiesen, dass die deaktivierte Position und die Löschposition identisch sein können.
Bei der Antriebsquelle 62 handelt es sich um einen Schrittmotor, der eine Impulsspannung anlegt und einen Antrieb durchführt, der auf der Grundlage eines Befehls der Steuereinheit 110 gesteuert wird.
Wie in 5 gezeigt, hat das Luftmengeneinstellventil 60 eine Charakteristik, die eine proportionale Beziehung anzeigt, bei der die durchströmende Luftmenge in einem konstanten Verhältnis zum Öffnungsgrad der Drosselklappe 61 ansteigt und so gesteuert wird, dass der Öffnungsgrad mit zunehmender thermischer Ausgangsleistung steigt.
Das heißt, das Luftmengeneinstellventil 60 wird so gesteuert, dass es sich auf der Grundlage eines Befehls von der Steuereinheit 110 öffnet oder schließt und die dem Gasbrenner 20 zugeführte Luftmenge so einstellt, dass das vorbestimmte Luftverhältnis λ in Bezug auf die erforderliche Ausgangswärmeleistung beibehalten wird.
Wie in 2 dargestellt, ist das Gebläse 70 in der Nähe der Auslassöffnung 13 des Gehäuses 10 angeordnet und bläst die Luft oder das Verbrennungsgas in das Gehäuse 10. Darüber hinaus umfasst das Gebläse 70 ein Rotorblatt 71 mit mehreren Schaufeln und einen Motor 72, der das Rotorblatt 71 in Drehung versetzt.
Bei dem Motor 72 handelt es sich um einen Wechselstrommotor, der eine konstante Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz aufweist. Darüber hinaus enthält der Motor 72 einen Sensor, der die Drehgeschwindigkeit erfasst, und die Erfassungsinformationen des Sensors werden in die Steuereinheit 110 eingegeben.
Das heißt, das Gebläse 70 ist so angeordnet, dass es einen Luftstrom von der Einlassöffnung 12 in Richtung des Gasbrenners 20 erzeugt und angetrieben wird, um mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit auf der Grundlage eines Befehls von der Steuereinheit 110 zu rotieren, um das vorbestimmte Luftverhältnis λ in Bezug auf die erforderliche thermische Au sgangsl ei stung aufrechtzuerhalten.
Wie in 2 gezeigt, ist der Wärmetauscher 80 unmittelbar oberhalb des Gasbrenners 20 im Gehäuse 10 angeordnet und dient dazu, die vom Gasbrenner 20 erzeugte Wärme an das über die Wasserzuleitung 90 zugeführte Wasser (Wasser mit Raumtemperatur) zu übertragen. Das heißt, der Wärmetauscher 80 erwärmt das von der Wasserzuleitung 90 zugeführte Wasser mit Raumtemperatur (z. B. Leitungswasser) und liefert warmes Wasser an die Warmwasserzuleitung 100.
Wie in 1 dargestellt, ist die Wasserzufuhrleitung 90 mit der stromaufwärts gelegenen Seite des Wärmetauschers 80 verbunden und lässt Wasser mit Raumtemperatur, wie z. B. Leitungswasser, hindurch. Die Wasserzufuhrleitung 90 enthält einen Wasserdurchflusssensor 91 und einen Einlasstemperatursensor 92 in der Mitte der Wasserzufuhrleitung 90.
Der Wasserdurchflusssensor 91 erfasst die Durchflussmenge des zugeführten Wassers, das durch die Wasserleitung 90 fließt. Außerdem wird die Erfassungsinformation des Wasserdurchflusssensors 91 in die Steuereinheit 110 eingegeben.
Der Einlasstemperatursensor 92 erfasst die Temperatur des durch die Wasserzuleitung 90 fließenden Wassers. Darüber hinaus wird die Erfassungsinformation des Einlasstemperatursensors 92 in die Steuereinheit 110 eingegeben.
Wie in 1 dargestellt, ist die Warmwasserzufuhrleitung 100 mit der stromabwärts gelegenen Seite des Wärmetauschers 80 verbunden und lässt das vom Wärmetauscher 80 erwärmte Warmwasser durchlaufen. Die Warmwasserzuleitung 100 enthält einen Auslauftemperatursensor 101 und einen Warmwasserhahn 102 in der Mitte der Warmwasserzuleitung 100.
Der Auslauftemperatursensor 101 erfasst die Temperatur des durch die Warmwasserleitung 100 fließenden Warmwassers. Außerdem wird die Erfassungsinformation des Auslauftemperatursensors 101 in die Steuereinheit 110 eingegeben.
Der Warmwasserhahn 102 ist ein vom Bediener betätigtes Schließventil.
Die Steuereinheit 110 ist als Steuergerät konfiguriert, das einen Prozessor, einen Anzeigeteil, einen Zeitgeber, einen Kommunikationsteil, der mit einer externen Fernsteuerung 110a kommuniziert, sowie ein elektronisches Bauteil und eine elektronische Schaltung, die eine Eingangs-/Ausgangsschnittstelle bilden, usw. umfasst.
Der Timer misst die verstrichene Zeit in einer Steuersequenz.
Die externe Fernsteuerung 110a ist drahtgebunden oder drahtlos mit der Steuereinheit 110 verbunden und enthält ein Bedienteil, mit dem der Bediener eine ausgewählte Temperatur des warmen Wassers usw. einstellen kann, sowie ein Anzeigeteil, das einen Verbrennungsmodus, eine Warnung usw. anzeigt.
Wie in 4 gezeigt, umfasst die Steuereinheit 110 einen Soll-Wärmeleistungs-Berechnungsteil 111, einen Auslasstemperatur-FB-Steuerungsteil 112, einen Ausgangs-Wärmeleistungs-Berechnungsteil 113, einen Fähigkeits-Schaltungsteil 114, einen Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsteil 115 und einen Öffnungsgrad-Steuerungsteil 116 des Luftmengen-Einstellventils 60, einen Soll-Strom-Berechnungsteil 117 und einen Strom-Steuerungsteil 118 des Gasmengen-Einstellventils 40, einen Rotations-Steuerungsteil 119 des Ventilators 70, einen Speicherteil 120, der verschiedene Steuerinformationen speichert, und einen Korrekturmengen-Berechnungsteil 121.
Der Soll-Wärmeleistungs-Berechnungsteil 111 berechnet eine Soll-Wärmeleistung als eine Vorwärtssteuerungsgröße auf der Grundlage der Informationen eines Erfassungssignals (Wasserdurchflussmenge Qw) des Wasserdurchflusssensors 91, eines Erfassungssignals (Tin) des Einlasstemperatursensors 92 und einer Solltemperatur (T), die durch die externe Fernsteuerung 110a eingestellt wird.
Die Soll-Wärmeleistung wird nach der folgenden Formel (1) berechnet. Soll-Wärmeleistung = Wasserdurchsatz (Qw) × (Solltemperatur (T) - Eintrittstemperatur (Tin))/25...(1)
Der Auslasstemperatur-F/B-Steuerteil 112 berechnet eine korrigierte Wärmeleistung als Rückkopplungsbetrag auf der Grundlage der Informationen eines Erfassungssignals (Tout) des Auslasstemperatursensors 101 und der von der externen Fernsteuerung 110a eingestellten Solltemperatur (T).
Der Ausgangs-Wärmeleistungs-Berechnungsteil 113 berechnet die Ausgangs-Wärmeleistung auf der Grundlage der Informationen der Ziel-Wärmeleistung, die eine Vorwärtssteuerungsgröße ist, die von dem Ziel-Wärmeleistungs-Berechnungsteil 111 ausgegeben wird, und der Korrektur-Wärmeleistung, die eine Rückkopplungsgröße ist, die von dem Auslasstemperatur-FB-Steuerungsteil 112 ausgegeben wird.
Der Fähigkeitsumschaltteil 114 führt eine Bestimmung des Umschaltens auf eine erforderliche Fähigkeit durch und überträgt ein entsprechendes Befehlssignal auf der Grundlage der von dem Ausgangswärmeleistungsberechnungsteil 113 ausgegebenen Ausgangswärmeleistungsinformation.
Hier werden die Fähigkeit 1, die Fähigkeit 2, die Fähigkeit 3 und die Fähigkeit 4 als Fähigkeiten mit unterschiedlichen zugeführten Gasmengen in Übereinstimmung mit der Größe der thermischen Ausgangsleistung eingestellt.
Das heißt, das Fähigkeitsschaltteil 114 überträgt ein Befehlssignal zum Öffnen nur des Gasschaltventils 51 für die Fähigkeit 1, überträgt ein Befehlssignal zum Öffnen nur der Gasschaltventile 51 und 52 für die Fähigkeit 2, überträgt ein Befehlssignal zum Öffnen nur der Gasschaltventile 52, 53 für die Fähigkeit 3 und überträgt ein Befehlssignal zum Öffnen der Gasschaltventile 51, 52 und 53 für die Fähigkeit 4.
Darüber hinaus gibt der Fähigkeitsschaltteil 114 eine Fähigkeitsnummer, die jeder der Fähigkeiten 1, 2, 3 und 4 entspricht, als Fähigkeitsnummerinformation aus.
Der Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsteil 115 berechnet einen Soll-Öffnungsgrad des Luftmengen-Einstellventils 60 aus Karten-(Tabellen-)Informationen, die in dem Speicherteil 120 gespeichert sind, basierend auf den Ausgangs-Wärmeleistungs-Informationen, die von dem Ausgangs-Wärmeleistungs-Berechnungsteil 113 ausgegeben werden, und Fähigkeitsnummern-Informationen, die von dem Fähigkeits-Umschaltteil 114 ausgegeben werden. Hier ist die Kennfeldinformation die Information, die sich auf einen Öffnungsgrad bezieht, der eingestellt ist, um die erforderliche Luftmenge für die Erzeugung der Wärme in Übereinstimmung mit der Fähigkeitszahl zu liefern, während das vorbestimmte Luftverhältnis λ beibehalten wird.
Der Öffnungsgrad-Steuerteil 116 legt eine Impulsspannung an die Antriebsquelle 62 (Schrittmotor) des Luftmengen-Einstellventils 60 an, um einen Antrieb zum Erreichen des Ziel-Öffnungsgrads auf der Grundlage der vom Ziel-Öffnungsgrad-Berechnungsteil 115 ausgegebenen Ziel-Öffnungsgrad-Informationen durchzuführen.
Der Zielstromberechnungsteil 117 berechnet den Zielstrom, der dem Öffnungsgrad des Gasmengeneinstellventils 40 entspricht, basierend auf der Fähigkeitszahlinformation, die durch den Fähigkeitsschaltungsteil 114 ausgegeben wird, der Kennfeldinformation (Tabelle), die im Speicherteil 120 gespeichert ist, und der Korrekturbetragsinformation, die durch den Korrekturbetragsberechnungsteil 121 ausgegeben wird. Hier ist die Kennfeldinformation eine Information, die sich auf einen Stromsatz für die Zufuhr der erforderlichen Gasmenge zur Erzeugung von Wärme in Übereinstimmung mit der Fähigkeitszahl unter Beibehaltung des vorbestimmten Luftverhältnisses λ bezieht.
Der Stromsteuerteil 118 führt eine PWM-Steuerung eines Stroms durch, der dem Gasmengeneinstellventil 40 (elektromagnetisches Proportionalventil) zugeführt wird, basierend auf der Zielstrominformation, die von dem Zielstromberechnungsteil 117 ausgegeben wird, und der Rückkopplungsinformation des tatsächlichen Stroms. Dementsprechend wird die Zufuhrmenge des zugeführten Brenngases über das Gasmengeneinstellventil 40 eingestellt.
Der Rotationssteuerteil 119 treibt den Motor 72 des Gebläses 70 an, sich zu drehen, um eine konstante Rotationsgeschwindigkeit zu erreichen, basierend auf der Information bezüglich der Soll-Rotationsgeschwindigkeit, die im Voraus gespeichert wurde, und der Rückkopplungsinformation der tatsächlichen Rotationsgeschwindigkeit gemäß einem Befehlssignal, das von dem Prozessor basierend auf einem Ausgangssignal des Wasserdurchflusssensors 91 übertragen wurde.
Der Speicherteil 120 speichert ein Programm zum Durchführen einer Gesamtbetriebssteuerung, einer Verbrennungssteuerung und eines Überwachungsprozesses für den Verbrennungszustand, die Kennfeldinformation (Tabelle) bezüglich des Verbrennungszustands, die Kennfeldinformation bezüglich der Luftmenge und des Brenngases zum Aufrechterhalten des vorbestimmten Luftverhältnisses λ (z.B., λ1 für die Fähigkeit 1, λ2 für die Fähigkeit 2, λ3 für die Fähigkeit 3 und λ4 für die Fähigkeit 4), die charakteristischen Informationen, die auf der Verbrennungskennformel (2) basieren, und andere Informationen, und wird von einer Speichervorrichtung wie einem ROM, einem RAM, etc. gebildet.
Hier ist die Verbrennungscharakteristikformel (2) eine empirische Formel, die als Ergebnis der Forschung des Erfinders abgeleitet wurde, und ein berechneter Flammenstromwert If(µA) wird dargestellt als „If [k11n(HQg/n)+k2]exp[-(nQa/NmQg-1)2] (2)“, wenn die Verbrennungsflammenzahl des Gasbrenners 20 als n eingestellt wird, wird die Gesamtverbrennungsflammenzahl des Gasbrenners 20 als N eingestellt, die Wärmeerzeugungsmenge des Gases als H(kw/Nm3), die erforderliche Luftrate des Gases als m, die Gasmenge als Qg(m3/h), die Luftmenge als Qa(m3/h), die konstante Zahl, die proportional zur Flammenzahl ist und zum Flammenstrom beiträgt, als k1 und die konstante Zahl, die zur angelegten Spannung und zum Widerstandswert des Flammenstabs 25 beiträgt, als k2 eingestellt werden.
Als Brenngas wird hier Methan, Propan usw. verwendet.
Für Methan wird die Verbrennungsformel wie folgt dargestellt: CH4+2O2→CO2+2H2O, die Wärmeerzeugungsmenge H des Gases beträgt 11,04 kw/Nm3, und die erforderliche Luftrate m des Gases beträgt 9,52 (2/0,21).
Für Methan lautet die Verbrennungsformel C3H8+5O2 → 3CO2+4H2O, die Wärmeerzeugungsmenge H der Gaseinheit beträgt 27,64 kw/Nm3, und die erforderliche Luftrate m des Gases beträgt 23,81 (5/0,21).
Zum Zeitpunkt der Ableitung der Verbrennungskennformel (2) wurde für jede der Fähigkeiten 1 bis 4 der Gasverbrennungsvorrichtung ein Verbrennungsversuch durchgeführt. Als Ergebnis erhält man hinsichtlich der Beziehung zwischen dem Luftverhältnis λ und dem Flammenstrom das in 6 gezeigte Ergebnis. Darüber hinaus ergibt sich hinsichtlich der Beziehung zwischen der Gasmenge und dem Flammenstrom das in 7 dargestellte Ergebnis. Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, ist der Flammenstromwert im Wesentlichen proportional zur Verbrennungswärmeleistung (Ausgangswärmeleistung) und zur Anzahl der Flammen, die mit dem Flammenstab 25 in Kontakt sind. Mit anderen Worten, selbst wenn die Verbrennungswärmeleistung wie in der Fähigkeit 3 erhöht wird, wenn die Anzahl der Flammen, die den Flammenstab 25 berühren, abnimmt, sinkt der Flammenstromwert, und in dem Verbrennungszustand, in dem die Verbrennungswärmeleistung wie in der Fähigkeit 4 erhöht wird und ein Strom zwischen benachbarten Flammen übertragen wird, steigt der Flammenstromwert.
Darüber hinaus wird zum Zeitpunkt der Steuerung der Verbrennung im Verbrennungsmodus jeder der Fähigkeiten 1 bis 4 das Luftverhältnis λ ausgewählt, das zu einem optimalen Verbrennungszustand führt, in dem die CO- und NOx-Emissionen reduziert sind.
Da in der Praxis nicht die gesamte Luft zur Verbrennung verwendet wird, wird mehr Luft als die theoretische Luftmenge zugeführt. Konkret wird ein Luftüberschusszustand von λ > 1 eingestellt.
Konkret beträgt das Luftverhältnis λ zum Beispiel 2. Es wird ein Bereich von 8 bis 12 gewählt. Wie in 6 gezeigt, wird das Luftverhältnis λ = λ1 für die Fähigkeit 1, das Luftverhältnis λ = λ2 für die Fähigkeit 2, das Luftverhältnis λ = λ3 für die Fähigkeit 3 und das Luftverhältnis λ = λ4 für die Fähigkeit 4 (λ1<λ2<λ3<λ4) gewählt.
Mit diesen Ergebnissen und Bedingungen als Annahmen wurde die Verbrennungskennformel (2) als eine Verbrennungskennformel gefunden, die dem in 7 gezeigten experimentellen Ergebnis ähnlich ist. Wenn die Beziehung zwischen der Gasmenge und dem Flammenstrom für jede der Fähigkeiten 1 bis 4 grafisch dargestellt wird, erhält man auf der Grundlage der Verbrennungscharakteristikformel (2) die in 8 gezeigten Ergebnisse.
Die in 8 gezeigten Ergebnisse werden als charakteristische Informationen, die die Beziehung zwischen der Gasmenge des Brenngases und dem Flammenstromwert angeben, im Speicherteil 120 gespeichert.
Bei der Verbrennungsregelung wird auf der Grundlage des berechneten Flammenstromwerts If, der gemäß der Verbrennungskennformel (2) berechnet wurde, und des tatsächlich gemessenen Flammenstromwerts Ia des Flammenstabs 25 die dem Gasbrenner 20 zuzuführende Gasmenge und/oder Luftmenge geregelt.
Zum Beispiel, wie in 9 gezeigt, wenn der tatsächlich gemessene Flammenstromwert Ia größer als der berechnete Flammenstromwert If ist, d.h. wenn der Wert des Luftverhältnisses λ kleiner als der vorbestimmte λ-Wert ist (λ1 zum Zeitpunkt der Fähigkeit 1, λ2 zum Zeitpunkt der Fähigkeit 2, λ3 zum Zeitpunkt der Fähigkeit 3 und λ4 zum Zeitpunkt der Fähigkeit 4), wird die Gasmenge des zugeführten Brenngases so gesteuert, dass sie reduziert wird, so dass der tatsächlich gemessene Flammenstromwert Ia mit dem berechneten Flammenstromwert If übereinstimmt. Wenn der tatsächlich gemessene Flammenstromwert Ia kleiner als der berechnete Flammenstromwert If ist, d.h. wenn der Wert des Luftverhältnisses λ größer als der vorbestimmte λ-Wert ist, wird die Gasmenge des zugeführten Brenngases so gesteuert, dass sie sich erhöht, so dass der tatsächlich gemessene Flammenstromwert Ia mit dem berechneten Flammenstromwert If übereinstimmt.
Der Korrekturbetragsberechnungsteil 121 vergleicht, basierend auf dem tatsächlich gemessenen Flammenstromwert Ia, der von dem Flammenstab 25 ausgegeben wird, der Fähigkeitszahlinformation, die von dem Fähigkeitsschaltteil 114 ausgegeben wird, und der charakteristischen Information (die charakteristische Information, die die Beziehung zwischen der Gasmenge und dem Flammenstrom in Übereinstimmung mit der Fähigkeitszahlinformation angibt), die sich auf die Verbrennungskennformel (2) bezieht, die in dem Speicherteil 120 gespeichert ist, den tatsächlich gemessenen Flammenstromwert Ia mit dem berechneten Flammenstromwert If und macht die Abweichung zu Null, das heißt,
berechnet einen Korrekturbetrag, der den tatsächlich gemessenen Flammenstromwert Ia mit dem berechneten Flammenstromwert If in Übereinstimmung bringt, und gibt die Korrekturbetragsinformation an den Zielstromberechnungsteil 117 aus.
Anschließend wird der Regelungsbetrieb der Gasverbrennungsvorrichtung anhand der in den 10 und 11. Der Steuerbetrieb wird von der Steuereinheit 110 auf der Grundlage der Erfassungsinformationen verschiedener Sensoren und der charakteristischen Informationen und der Kennfeldinformationen, die im Voraus im Speicherteil 120 gespeichert wurden, durchgeführt.
Erstens wird, wenn der Bediener den Warmwasserhahn 102 öffnet, in Schritt S1 bestimmt, ob die vom Wasserdurchflusssensor 91 erfasste Durchflussmenge (Qw) des zugeführten Wassers gleich oder größer als eine vorgegebene Wasserdurchflussmenge ist. Ist die Durchflussmenge (Qw) kleiner als die vorgegebene Wasserdurchflussmenge, kehrt der Fluss zu Schritt S 1 zurück. Ist die Durchflussmenge (Qw) gleich oder größer als die vorgegebene Wasserdurchflussmenge, geht der Fluss zu Schritt S2 über.
In Schritt S2 wird das Luftmengeneinstellventil 60 auf den für die Zündung definierten Zündöffnungsgrad eingestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Zündöffnungsgrad auch ein Öffnungsgrad sein kann, der im deaktivierten Zustand im Voraus eingestellt wurde.
Dann wird in Schritt S3 das Gebläse 70 aktiviert und dreht sich mit einer im Voraus eingestellten konstanten Drehgeschwindigkeit.
In Schritt S4 wird dann der Zünder 24 in Betrieb genommen, und in Schritt S5 werden das Gasmengeneinstellventil 40 und das Gasschaltventil 51 auf den Zündöffnungsgrad geöffnet, der die für die Zündung erforderlichen Durchflussmengen liefert.
In Schritt S6 wird dann auf der Grundlage des Erfassungssignals des Flammenstabs 25 ermittelt, ob eine Flamme am Gasbrenner 20 vorhanden ist (ob ein Flammenstrom durchfließt). In dem Fall, in dem festgestellt wird, dass keine Flamme vorhanden ist (kein Flammenstrom fließt), wird in Schritt S7 durch die Zeitmessung des Zeitgebers festgestellt, ob eine vorbestimmte Zeit vergangen ist. Wenn festgestellt wird, dass die vorgegebene Zeit nicht verstrichen ist, kehrt der Fluss zu Schritt S6 zurück und es wird erneut festgestellt, ob eine Flamme vorhanden ist.
In der Zwischenzeit werden in dem Fall, in dem festgestellt wird, dass die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, das Gasmengeneinstellventil 40 und das Gasschaltventil 51 in Schritt S8 geschlossen. Dann wird in Schritt S9 das Luftmengeneinstellventil 60 auf den Löschöffnungsgrad eingestellt. Dann, in Schritt S 10, wird durch die Zeitmessung des Zeitgebers festgestellt, ob eine vorbestimmte Zeit vergangen ist. Wenn festgestellt wird, dass die vorgegebene Zeit noch nicht verstrichen ist, kehrt der Fluss zu Schritt S 10 zurück. Wenn festgestellt wird, dass die vorgegebene Zeit verstrichen ist, wird die Drehung des Gebläses 70 in Schritt S 11 gestoppt.
In Schritt S6 wird in dem Fall, in dem festgestellt wird, dass eine Flamme vorhanden ist (der Flammenstrom fließt durch), der Betrieb der Zündvorrichtung 24 in Schritt S12 angehalten.
Dann wird in Schritt S13 die Verbrennungssteuerung gestartet. Die Verbrennungssteuerung treibt das Gebläse 70 an, mit einer konstanten Drehzahl zu rotieren, um die erforderliche thermische Ausgangsleistung zu erreichen, während das vorbestimmte Luftverhältnis λ (λ1, λ2, λ3, λ4) in Übereinstimmung mit den Fähigkeiten 1 bis 4 beibehalten wird, und stellt die Öffnungsgrade des Gasmengeneinstellventils 40 und des Luftmengeneinstellventils 60 entsprechend ein, um die dem Gasbrenner 20 zuzuführende Gasmenge und Luftmenge auf der Grundlage des berechneten Flammenstromwerts If, der aus der Verbrennungskennformel (2) erhalten wird, und des tatsächlich gemessenen Flammenstromwerts Ia zu steuern.
In der Beschreibung der Verbrennungsregelung in Schritt S13, wie in 11 gezeigt, wird die erforderliche thermische Ausgangsleistung in Schritt S131 berechnet. Die Ausgangswärmeleistung wird in der Steuereinheit 110 auf der Grundlage der Informationen der Soll-Wärmeleistung, die der vom Soll-Wärmeleistungsberechnungsteil 111 ausgegebene Vorwärtswert ist, und der Korrektur-Wärmeleistung, die der vom Auslasstemperatur-FB-Steuerungsteil 112 ausgegebene Rückkopplungswert ist, berechnet.
Dann wird in Schritt S132 das EIN/AUS der Gasschaltventile 51, 52 und 53 gesteuert. Hinsichtlich der Frage, ob die Gasschaltventile 51, 52 und 53 auf EIN (Ventilöffnung) oder auf AUS (Ventilschließung) gesetzt werden sollen, wird in dem Fähigkeitsumschaltteil 114 die Auswahl auf eine der Fähigkeiten 1, 2, 3 und 4 auf der Grundlage der von dem Ausgangs-Wärmeleistungsberechnungsteil 113 ausgegebenen Ausgangs-Wärmeleistungsinformationen bestimmt.
Das heißt, wenn die Fähigkeit 1 ausgewählt ist, wird das Gasschaltventil 51 auf EIN gesetzt, wenn die Fähigkeit 2 ausgewählt ist, werden die Gasschaltventile 51 und 52 auf EIN gesetzt, wenn die Fähigkeit 3 ausgewählt ist, werden die Gasschaltventile 52 und 53 auf EIN gesetzt, und wenn die Fähigkeit 4 ausgewählt ist, werden die Gasschaltventile 51, 52 und 53 auf EIN gesetzt.
Dann werden in Schritt S133 die Werte der Verbrennungsflammenzahl n, der Gesamtverbrennungsflammenzahl N, der Gaseinheitswärmeerzeugungsmenge H, der erforderlichen Gasluftrate m, der Gasmenge Qg und der Luftmenge Qa, die die Parameter der Verbrennungskennformel (2) sind, in Übereinstimmung mit der ausgewählten Fähigkeit eingestellt.
Dann wird in Schritt S134 der Öffnungsgrad der Drosselklappe 61 des Luftmengeneinstellventils 60 gesteuert. Bei der Öffnungsgradsteuerung der Drosselklappe 61 wird auf der Grundlage der Luftmenge Qa mit einem Befehl, der sich auf den Zielöffnungsgrad bezieht, der von dem Zielöffnungsgrad-Berechnungsteil 115 ausgegeben wird, eine Antriebssteuerung ausgeübt, so dass eine Impulsspannung an die Antriebsquelle 62 (Schrittmotor) des Luftmengeneinstellventils 60 angelegt wird, um den Zielöffnungsgrad zu erreichen.
Dann wird in Schritt S135 der Strom, der durch das Gasmengeneinstellventil 40 fließt, gesteuert. Hinsichtlich der Stromsteuerung wird in dem Stromsteuerungsteil 118 auf der Grundlage des Zielstroms, der von dem Zielstromberechnungsteil 117 auf der Grundlage der Gasmenge Qg und der Rückkopplungsinformation des Stroms ausgegeben wird, der Strom, der zu dem Gasmengeneinstellventil 40 (elektromagnetisches Proportionalventil) geleitet wird, unter PWM-Steuerung gestellt, und die Zufuhrmenge des Brenngases, das durch das Gasmengeneinstellventil 40 zugeführt wird, wird eingestellt.
Dann, in Schritt S136, werden der tatsächlich gemessene Flammenstromwert Ia des Flammenstabs 25 und der berechnete Flammenstromwert If, der durch die Verbrennungskennformel (2) des Speicherteils 120 erhalten wird, durch den Korrekturbetragsberechnungsteil 121 verglichen, und ein Korrekturbetrag in Übereinstimmung mit der Abweichung dazwischen wird berechnet.
Dann wird in Schritt S137, basierend auf dem Korrekturbetrag, der korrigierte Zielstrom durch den Zielstromberechnungsteil 117 berechnet, und der Stromsteuerteil 118 stellt den Öffnungsgrad des Gasmengeneinstellventils 40 basierend auf dem korrigierten Zielstrom ein, um die zugeführte Gasmenge einzustellen.
Wie oben beschrieben, wird in Schritt S13, der die Schritte S131 bis S 137 umfasst, die Verbrennungssteuerung, die den Verbrennungszustand überwacht, in Echtzeit auf der Grundlage der Verbrennungskennformel (2) durchgeführt.
Dann wird in Schritt S14 bestimmt, ob die vom Wasserdurchflusssensor 91 erfasste Durchflussmenge (Qw) des zugeführten Wassers gleich oder kleiner als die vorgegebene Wasserdurchflussmenge ist. Wenn festgestellt wird, dass die Durchflussmenge (Qw) gleich oder geringer als die vorgegebene Wasserdurchflussmenge ist, wird mit Schritt S8 fortgefahren. In dem Fall, in dem festgestellt wird, dass die Durchflussmenge (Qw) nicht gleich oder kleiner als die vorbestimmte Wasserdurchflussmenge ist, wird mit Schritt S15 fortgefahren.
In Schritt S15 wird auf der Grundlage des Erfassungssignals des Flammenstabs 25 festgestellt, ob eine Flamme im Gasbrenner 20 vorhanden ist. Wenn festgestellt wird, dass keine Flamme vorhanden ist, geht der Durchfluss zu Schritt S8 über. Wird hingegen festgestellt, dass eine Flamme vorhanden ist, geht der Durchfluss zu Schritt S 16 über.
In Schritt S16 wird festgestellt, ob der Verbrennungszustand abnormal ist. Wenn der Verbrennungszustand als abnormal bestimmt wird, geht der Ablauf zu Schritt S8 über. Wenn der Verbrennungszustand als nicht abnormal bestimmt wird, kehrt der Ablauf zu Schritt S13 zurück, und die Verbrennungssteuerung wird wieder aufgenommen.
Hier werden in Bezug auf die Bestimmung, ob der Verbrennungszustand anormal ist, die von verschiedenen Sensoren erfassten Erfassungsinformationen, die in dem Speicherteil 120 gespeicherten Kennfeldinformationen und die von der Steuereinheit 110 berechneten Informationen verglichen, und im Falle einer Abweichung von einem vorbestimmten Bereich wird bestimmt, dass der Verbrennungszustand anormal ist, während im Falle des Falles, dass er innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, bestimmt wird, dass der Verbrennungszustand nicht anormal ist.
Gemäß der Gasverbrennungsvorrichtung mit der obigen Konfiguration steuert die Steuereinheit 110 die Gasmenge, die dem Gasbrenner 20 zugeführt wird, basierend auf dem berechneten Flammenstromwert If, der aus der Verbrennungskennformel (2) berechnet wird, und dem tatsächlich gemessenen Flammenstromwert Ia des Flammenstabs 25. Daher kann die Steuereinheit 110 selbst in einem Verbrennungszustand mit Luftüberschuss den Verbrennungszustand in Echtzeit erfassen, indem sie einfach die Informationen des tatsächlich gemessenen Flammenstromwerts Ia verwendet, der von einem Flammenstab 25 erhalten wird. Dementsprechend wird der Aufbau vereinfacht, die Kosten werden reduziert, und der günstige Verbrennungszustand mit geringen CO- und NOx-Emissionen wird in Echtzeit fortgesetzt, und die gewünschte thermische Ausgangsleistung wird erreicht.
Insbesondere ist der Gasbrenner 20 ein mehrstufig schaltbarer Brenner, der die Fähigkeiten 1 bis 4 mit unterschiedlichen zugeführten Gasmengen in Übereinstimmung mit der Größe der thermischen Ausgangsleistung erzeugt. Da der Speicherteil 120 die auf der Basis der Verbrennungskennformel (2) berechneten Kennlinieninformationen entsprechend den Mehrfachfähigkeiten enthält, wird die Verbrennungsregelung, die das Luftverhältnis λ (λ1, λ2, λ3, λ4) für jede der Fähigkeiten 1 bis 4 einstellt, ermöglicht, und die jeweilige optimale Verbrennungsregelung kann entsprechend der Größe der abgegebenen thermischen Leistung durchgeführt werden.
Da die Gasverbrennungsvorrichtung mit der obigen Konfiguration außerdem als Luftmengeneinstelleinheit das Gebläse 70, das mit einer konstanten Drehzahl angetrieben wird, um einen Luftstrom zum Gasbrenner 20 zu erzeugen, und das Luftmengeneinstellventil 60, das die dem Gasbrenner 20 zuzuführende Luftmenge einstellt, umfasst, wird das Ansprechverhalten der Luftmenge im Übergangszustand erleichtert, und die Steuerung kann im Vergleich zu dem Fall, in dem die Drehzahl des Gebläses zur Einstellung der Luftmenge wie im herkömmlichen Stand der Technik gesteuert wird, vereinfacht werden. Da das Gebläse 70 mit einer konstanten Drehzahl rotiert, können darüber hinaus Geräusche, Vibrationen usw., die mit einer Änderung der Drehzahl einhergehen, unterdrückt oder verhindert werden.
Da das Ventil 60 zur Einstellung der Luftmenge die Antriebsquelle 62 und die Drosselklappe 61 umfasst, die von der Antriebsquelle 62 zum Öffnen oder Schließen angetrieben wird, kann ein Luftpfadbereich größer eingestellt werden, und der Luftpfadbereich kann einfach durch den Drehvorgang der Drosselklappe 61 umgehend eingestellt werden. Daher kann die Luftmenge sofort an die erforderliche Zufuhrmenge angepasst werden. Durch die Verwendung eines Schrittmotors als Antriebsquelle 62 ist keine Rückkopplungssteuerung erforderlich, und der Öffnungsgrad der Drosselklappe 61 kann genau gesteuert werden.
Durch die Bereitstellung des Motors 72, der die Rotationskraft des Ventilators 70 erzeugt, und die Verwendung eines Wechselstrommotors als Motor 72 ist es außerdem einfach, eine konstante Rotationsgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Frequenz aufrechtzuerhalten, die Variation der Rotationsgeschwindigkeit (Rotationsdrehmoment) wird reduziert und die Betriebszeit wird erhöht.
12 ist ein Diagramm, das eine Steuereinheit zeigt, die für die allgemeine Betriebssteuerung und die Verbrennungssteuerung einer Gasverbrennungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zuständig ist. Die gleiche Konfiguration wie die der Steuereinheit 110 der vorherigen Ausführungsformen ist mit dem gleichen Referenzsymbol gekennzeichnet, und die Beschreibung davon entfällt.
Eine Steuereinheit 210 der zweiten Ausführungsform umfasst den Ziel-Wärmeleistungs-Berechnungsteil 111, den Auslass-Temperatur FB-Steuerungsteil 112, den Ausgangs-Wärmeleistungs-Berechnungsteil 113, den Fähigkeits-Schaltungsteil 114, den Ziel-Öffnungsgrad-Berechnungsteil 115 und den Öffnungsgrad-Steuerungsteil 116 des Luftmengen-Einstellventils 60, den Zielstromberechnungsteil 117 und den Stromsteuerungsteil 118 des Gasmengeneinstellventils 40, den Speicherteil 120, der verschiedene Steuerinformationen speichert, den Korrekturbetragsberechnungsteil 121, einen Zieldrehzahlberechnungsteil 211, der die Drehzahl des Gebläses 70 berechnet, und einen Drehzahlsteuerungsteil 212, der die Drehzahl des Gebläses 70 steuert.
Der Zieldrehzahlberechnungsteil 211 berechnet eine Zieldrehzahl des Lüfters 70 aus den im Speicherteil 120 gespeicherten Kennfeldinformationen auf der Grundlage der vom Ausgangs-Wärmeleistungsberechnungsteil 113 ausgegebenen Ausgangs-Wärmeleistungsinformationen und der vom Fähigkeitsschaltungsteil 114 ausgegebenen Fähigkeitszahlinformationen.
Insbesondere wird als Kennfeldinformation eine konstante Drehzahl N1 in dem Fall eingestellt, in dem die Ausgangswärmeleistung die Fähigkeit 1 ist, eine konstante Drehzahl N2 (N2>N1) wird in dem Fall eingestellt, in dem die Ausgangswärmeleistung die Fähigkeit 2 ist, eine konstante Drehzahl N3 (N3>N2>N1) wird in dem Fall eingestellt, in dem die Ausgangswärmeleistung die Fähigkeit 3 ist, und eine konstante Drehzahl N4 (N4>N3>N2>N1) wird in dem Fall eingestellt, in dem die Ausgangswärmeleistung die Fähigkeit 4 ist. Daher bestimmt der Zieldrehzahlberechnungsteil 211 die Auswahl auf eine der Drehzahlen N1, N2, N3 und N4 in Übereinstimmung mit der Fähigkeit.
Der Rotationssteuerteil 212 treibt den Motor 72 des Ventilators 70 an, um mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit (N1, N2, N3, N4) zu rotieren, basierend auf der Information bezüglich der Rotationsgeschwindigkeit, die von dem Soll-Rotationsgeschwindigkeits-Berechnungsteil 211 ausgegeben wird, und der Rückkopplungsinformation der tatsächlichen Rotationsgeschwindigkeit.
Das heißt, die Steuereinheit 210 treibt das Gebläse 70 so an, dass es mit einer konstanten Drehzahl (N1, N2, N3 und N4) rotiert, die für jede der mehreren Fähigkeiten (Fähigkeit 1, Fähigkeit 2, Fähigkeit 3 und Fähigkeit 4) eingestellt ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die einzustellenden Drehgeschwindigkeiten nicht auf die vier oben genannten Drehgeschwindigkeiten beschränkt sind, sondern auch zwei oder drei Drehgeschwindigkeiten sein können.
Gemäß den Steuermitteln der Steuereinheit 210 gemäß der zweiten Ausführungsform wird die Drehzahl des Gebläses 70 reduziert, da die Luftmenge, die in einem Verbrennungsmodus benötigt wird, dessen erforderliche thermische Ausgangsleistung gering ist, reduziert wird. Dementsprechend können der Drosselwiderstand, der mit dem Öffnen/Schließen des Luftmengeneinstellventils 60 einhergeht, und das durch den Drosselwiderstand verursachte Geräusch unterdrückt oder verhindert werden. Da in der Zwischenzeit die Luftmenge, die in einem Verbrennungsmodus benötigt wird, dessen erforderliche thermische Ausgangsleistung hoch ist, erhöht wird, kann durch Erhöhen der Drehzahl des Gebläses 70 eine gewünschte thermische Ausgangsleistung erzielt werden, während das vorbestimmte Luftverhältnis λ beibehalten wird.
Obwohl die Steuereinheit 110, 210, die die Verbrennung auf der Grundlage der erfindungsgemäßen Verbrennungscharakteristikformel steuert, in den obigen Ausführungsformen in der Konfiguration gezeigt wird, in der die Größe der thermischen Ausgangsleistung ausgewählt werden kann, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Selbst in einer Gasverbrennungsvorrichtung, die eine einzige thermische Ausgangsleistung erzeugt, ist es durch die Steuerung der Verbrennung auf der Grundlage der erfindungsgemäßen Verbrennungsformel immer noch möglich, die Verbrennung in Echtzeit zu steuern, um einen günstigen Verbrennungszustand aufrechtzuerhalten, in dem die CO- und NOx-Emissionen begrenzt sind.
Darüber hinaus ist in den oben genannten Ausführungsformen, wie die mehreren Fähigkeiten mit unterschiedlichen zugeführten Gasmengen in Übereinstimmung mit der Größe der thermischen Ausgangsleistung, eine Konfiguration mit vier Fähigkeiten (Fähigkeiten 1 bis 4) vorgesehen. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Sie kann auch so eingestellt werden, dass sie zwei Fähigkeiten, fünf Fähigkeiten oder noch mehr Fähigkeiten bereitstellt.
In den obigen Ausführungsformen ist die Konfiguration dargestellt, in der der Gasbrenner 29 den Brenner 1 mit vier ersten Auslassöffnungen 21, den Brenner 2 mit zwei zweiten Auslassöffnungen 22 und den Brenner 3 mit 9 dritten Auslassöffnungen 23 umfasst. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Erfindung kann auch in einer Konfiguration übernommen werden, die einen Gasbrenner mit einer anderen Anzahl von Auslassöffnungen und Brennern umfasst.
In den obigen Ausführungsformen wird eine Einrichtung gezeigt, in der die Steuereinheit 110, 210 die dem Gasbrenner 20 zugeführte Gasmenge auf der Grundlage des berechneten Flammenstromwertes If und des tatsächlich gemessenen Flammenstromwertes steuert. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Es kann auch ein Mittel zur Steuerung der dem Gasbrenner 20 zuzuführenden Luftmenge vorgesehen werden. In diesem Fall können auch charakteristische Informationen, die die Beziehung zwischen der zugeführten Luftmenge und dem berechneten Flammenstromwert angeben, im Speicherteil 120 gespeichert werden.
In den obigen Ausführungsformen wird ein Verfahren gezeigt, bei dem die Steuereinheit 110, 210 bei einer Abweichung des tatsächlich gemessenen Flammenstromwertes von dem berechneten Flammenstromwert If den tatsächlich gemessenen Flammenstromwert mit dem berechneten Flammenstromwert If in Übereinstimmung bringt. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Es kann auch ein Mittel zur Steuerung eingesetzt werden, um die Gasmenge und/oder die Luftmenge zu verringern oder zu erhöhen, indem ein anderer Parameter auf der Grundlage des Abweichungswertes eingestellt wird.
In den obigen Ausführungsformen ist als Luftmengeneinstellventil das Luftmengeneinstellventil 60 mit der Drosselklappe 61 und der Antriebsquelle 62 (Schrittmotor) dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Wenn die Luftmenge durch Öffnen/Schließen eines Luftstromweges eingestellt werden kann, kann auch ein Luftmengeneinstellventil in einer anderen Konfiguration verwendet werden.
Darüber hinaus ist als Antriebsquelle 62 des Luftmengeneinstellventils 60 ein Schrittmotor dargestellt. Es kann jedoch auch ein Gleichstrommotor usw. mit einem Öffnungsgradsensor als Antriebsquelle verwendet werden.
In den obigen Ausführungsformen ist eine Konfiguration, in der ein Wechselstrommotor als Motor 72 des Ventilators 70 angenommen wird. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Ein Lüfter mit einem Gleichstrommotor als Antriebsquelle kann auch angenommen werden.
In den obigen Ausführungsformen, wie das Gas Verbrennungsvorrichtung, ein Gas-Heißwasser-Lieferant einschließlich der Wärmetauscher 80 gezeigt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Solange die Vorrichtung die durch die Verbrennung von Brenngas erzeugte Wärme nutzt, kann die Gasverbrennungsvorrichtung auch eine Gasverbrennungsvorrichtung zum Heizen oder eine Gasverbrennungsvorrichtung mit einer anderen Konfiguration sein.
In den obigen Ausführungsformen wird eine Konfiguration gezeigt, bei der die Erfindung in einer Gasverbrennungsvorrichtung angewendet wird, bei der Brenngas und Luft getrennt zugeführt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Erfindung kann auch auf eine Gasverbrennungsvorrichtung angewendet werden, in der Brenngas und Luft im Voraus gemischt und dem Gasbrenner zugeführt werden.
Wie oben beschrieben, während die Konfiguration vereinfacht wird und die Kosten reduziert werden, kann die Gasverbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung den Verbrennungszustand erfassen, um den günstigen Verbrennungszustand aufrechtzuerhalten, die Reaktionsfähigkeit der zuzuführenden Luftmenge zu erleichtern und die gewünschte thermische Ausgangsleistung zu erhalten. Daher ist die erfindungsgemäße Gasverbrennungsvorrichtung nicht nur als Gaswarmwasserbereiter, der Wasser mit Raumtemperatur erwärmt und warmes Wasser liefert, wie oben beschrieben, sondern auch für einen Badewassererhitzer oder ein Heizgerät, das andere Flüssigkeiten erwärmt, geeignet.
Bezugszeichenliste

20: Gasbrenner;
25: Flammenstab;
30: Gaszufuhrleitung;
40: Gasmengeneinstellventil;
51, 52, 53: Gasumschaltventil;
60: Luftmengeneinstellventil (Luftmengeneinstellgerät);
61: Drosselklappe;
62: Antriebsquelle (Schrittmotor);
70: Gebläse (Luftmengeneinstellgerät);
72: Motor (AC-Motor);
80: Wärmetauscher;
100: Warmwasserversorgungsleitung;
n: Flammenzahl der Verbrennung;
N: Gesamtzahl der Verbrennungsflammen;
H: Wärmeerzeugungsmenge der Gaseinheit;
m: Erforderliche Gasluftmenge;
Qg: Gasmenge;
Qa: Luftmenge;
Wenn: Berechneter Flammenstrom;
Ia: Tatsächlich gemessener Flammenstrom;
k1: Konstante Zahl, die proportional zu einer Flammenzahl ist, die zum Flammenstrom beiträgt;
k2: Konstante Zahl, die zu einer angelegten Spannung und einem Widerstandswert eines Flammenstabs beiträgt;
110: Steuergerät;
113: Teil zur Berechnung der thermischen Ausgangsleistung;
114: Teil zum Schalten der Fähigkeit;
115: Teil zur Berechnung des Zielöffnungsgrades;
116: Teil zur Steuerung des Öffnungsgrads;
120: Speicherteil;
121: Teil zur Berechnung des Korrekturbetrags;
210: Steuereinheit;
211: Teil zur Berechnung der Solldrehzahl;
212: Teil zur Steuerung der Drehung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020143862 [0006]
JP 2014122763 [0006]

Claims

Gasverbrennungsvorrichtung, umfassend: einen Gasbrenner (20), der Brenngas und Luft mischt und in Übereinstimmung mit einer Ausgangswärmeleistung verbrennt einen Flammenstab (25), der einer Flamme des Gasbrenners (20) ausgesetzt ist und einen Flammenstrom erzeugt; und eine Steuereinheit (110, 210), die die Verbrennung steuert, wobei die Steuereinheit (110, 210): wenn eine Verbrennungsflammenzahl des Gasbrenners (20) als n eingestellt ist, eine Gesamtverbrennungsflammenzahl des Gasbrenners (20) als N eingestellt ist, eine Gaseinheits-Wärmeerzeugungsmenge des Brenngases als H eingestellt ist, eine erforderliche Gasluftrate des Brenngases als m eingestellt ist eine Gasmenge wird als Qg eingestellt, eine Luftmenge wird als Qa eingestellt, eine konstante Zahl, die proportional zu einer Anzahl von Flammen ist, die zum Flammenstrom beitragen, wird als k1 eingestellt, und eine konstante Zahl, die zu einer angelegten Spannung und einem Widerstandswert des Flammenstabs (25) beiträgt, wird als k2 eingestellt, eine Gasmenge und/oder eine Luftmenge, die dem Gasbrenner (20) zugeführt werden soll, auf der Grundlage eines berechneten Flammenstromwertes If steuert, der unter Verwendung einer Verbrennungskennformel wie folgt berechnet wird: If=[k11n(HQg/n)+k2]exp[-(nQa/NmQg-1)2], und einem tatsächlich gemessenen Flammenstromwert des Flammenstabs (25).
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn der tatsächlich gemessene Flammenstromwert von dem berechneten Flammenstromwert abweicht, die Steuereinheit (110, 210) eine Steuerung ausübt, um die Gasmenge und/oder die Luftmenge zu verringern oder zu erhöhen, um den tatsächlich gemessenen Flammenstromwert mit dem berechneten Flammenstromwert in Einklang zu bringen.
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gasbrenner (20) ein mehrstufig schaltbarer Gasbrenner (20) mit einer Vielzahl von Fähigkeiten ist, die sich jeweils in der Gasmenge unterscheiden, die entsprechend einer Größe der abgegebenen Wärmeleistung zugeführt wird, und die Steuereinheit (110, 210) einen Speicherteil (120) umfasst, der charakteristische Informationen speichert, die auf der Grundlage der Verbrennungskennformel und in Übereinstimmung mit den Fähigkeiten berechnet werden.
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die im Speicherteil (120) gespeicherte charakteristische Information eine charakteristische Information umfasst, die eine Beziehung zwischen der Gasmenge des Brenngases und dem berechneten Flammenstromwert angibt.
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 3, umfassend: ein Gasmengeneinstellventil (40) zum Einstellen der Gasmenge des Brenngases für den Gasbrenner (20); und eine Luftmengeneinstelleinheit, die die Luftmenge zum Mischen mit dem Brenngas einstellt, wobei die Steuereinheit (110, 210) das Gasmengeneinstellventil (40) und die Luftmengeneinstelleinheit steuert.
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit (110, 210) umfasst: einen Ausgangs-Wärmeleistungs-Berechnungsteil (113), der die Ausgangs-Wärmeleistung berechnet; einen Fähigkeits-Umschaltteil (114), der eine Bestimmung zum Umschalten auf eine erforderliche Fähigkeit basierend auf der Ausgangs-Wärmeleistungs-Information des Ausgangs-Wärmeleistungs-Berechnungsteils (113) vornimmt; und einen Korrekturbetragsberechnungsteil (121), der den tatsächlich gemessenen Flammenstromwert und den berechneten Flammenstromwert vergleicht und einen Korrekturbetrag auf der Grundlage einer Abweichung dazwischen berechnet, und die Steuereinheit (110, 210) steuert das Gasmengeneinstellventil (40) auf der Grundlage der Ausgangswärmeleistungsinformation, der Fähigkeitsnummerinformation des Fähigkeitsumschaltteils (114) und der Korrekturbetragsinformation des Korrekturbetragsberechnungsteils (121).
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (110, 210) die Luftmengeneinstelleinheit basierend auf der Information über die thermische Ausgangsleistung und der Information über die Fähigkeitsnummer steuert.
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Luftmengeneinstelleinheit umfasst: ein Gebläse (70), das so angetrieben wird, dass es sich mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, um einen Luftstrom in Richtung des Gasbrenners (20) zu erzeugen; und ein Luftmengeneinstellventil (60), das die dem Gasbrenner (20) zuzuführende Luftmenge einstellt, und die Steuereinheit (110, 210) umfasst: einen Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsteil (115), der einen Soll-Öffnungsgrad des Luftmengen-Einstellventils (60) auf der Grundlage der Ausgangs-Wärmeleistungsinformation und der Fähigkeitszahlinformation des Fähigkeits-Schaltteils (114) berechnet; und einen Öffnungsgrad-Steuerteil (116), der einen Öffnungsgrad des Luftmengen-Einstellventils (60) auf der Grundlage der Soll-Öffnungsgradinformation des Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsteils (115) steuert.
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (110, 210) ein Gebläse (70) so antreibt, dass es sich mit einer für jede der Fähigkeiten eingestellten konstanten Drehzahl dreht.
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Luftmengeneinstelleinheit umfasst: ein Gebläse (70), das so angetrieben wird, dass es sich mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, um einen Luftstrom in Richtung des Gasbrenners (20) zu erzeugen; und ein Luftmengeneinstellventil (60), das die Luftmenge einstellt, die dem Gasbrenner (20) zuzuführen ist; die Steuereinheit (210) umfasst: einen Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsteil (115), der einen Soll-Öffnungsgrad des Luftmengen-Einstellventils (60) auf der Grundlage der Ausgangs-Wärmeleistungsinformation und der Fähigkeitszahlinformation des Fähigkeits-Schaltteils (114) berechnet; einen Öffnungsgrad-Steuerteil (116), der einen Öffnungsgrad des Luftmengen-Einstellventils (60) auf der Grundlage der Soll-Öffnungsgradinformation des Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsteils (115) steuert und ein Zieldrehzahlberechnungsteil (211), der eine Zieldrehzahl des Gebläses (70) auf der Grundlage der Ausgangs-Wärmeleistungsinformation und der Fähigkeitszahlinformation berechnet; und ein Drehungssteuerteil (212), der das Gebläse (70) antreibt, um mit einer konstanten Drehzahl auf der Grundlage der Zieldrehzahlinformation des Zieldrehzahlberechnungsteils (211) zu drehen.
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Luftmengeneinstellventil (60) eine Antriebsquelle (61) und ein Drosselventil (62) umfasst, das von der Antriebsquelle (61) zum Öffnen oder Schließen angetrieben wird.
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Antriebsquelle (61) ein Schrittmotor ist.
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Gebläse (70) einen Motor (72) umfasst, der eine Drehantriebskraft erzeugt, und der Motor (72) ein Wechselstrommotor ist.
Gasverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Wärmetauscher (80), der in unmittelbarer Nähe des Gasbrenners (20) angeordnet ist.