JP2004093065A

JP2004093065A - 石油給湯機

Info

Publication number: JP2004093065A
Application number: JP2002257671A
Authority: JP
Inventors: Kenji Moriyama; 森山　謙治
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】ソレノイドポンプの駆動回路において、所定のパルス周波数にて駆動し、制御特性の変更・修正を容易に行なえ、小流量においても制御精度の良いものを提供する。
【解決手段】ＳＰ駆動電流を一定の直流レベルに平均化し、かつ、電圧増幅してＳＰ駆動電流平均値をマイコンのＡ／Ｄ変換入力ポートより取込み、この値に基づいてＳＰ駆動信号を制御するようにした。
また、ＳＰ駆動電流平均値と、ＳＰ駆動電流基準値との差分を増幅するＳＰ駆動電流差動増幅器を設け、この出力をマイコンのＡ／Ｄ変換入力ポートより取込むようにした。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はソレノイドに断続的なパルス電流を通電することによりプランジャを往復運動させて流体を押し出すソレノイドポンプの駆動回路を用いた石油給湯機に係り、特に制御性に優れた駆動回路構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイコンから出力される駆動パルス周波数に一致した周波数で比例弁コイルを駆動し、平均比例弁電流の検出量と指示値とを演算増幅回路と比較回路を用いて指示値に応じた比例弁通電電流に維持するものがあった。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３４１５６９号公報（第２−３頁、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の比例弁駆動回路では、ハードウエアによるＦＢ（フィードバック）安定化制御回路においては、専用のハード回路が必要であり、また、回路特性が固定なので、制御特性の変更・修正も容易で無い。さらに、精度を向上させる為の改良を容易に実施することができなかった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ＳＰ（ソレノイドポンプ）の駆動を所定のパルス周波数にて、所定の平均電流のＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動制御を簡易なハード回路で行なわせ、かつ、制御特性を柔軟に変更・修正が可能なようにし、加えて、流量の安定化制御を精度良く行なうようなパルスポンプ駆動回路を簡単な回路構成にて提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、制御部はソレノイドポンプを一定の周波数で駆動し、駆動用パルス電圧のオンタイムの出力幅を変化させてソレノイドポンプを駆動する周波数固定パルス変動制御手段を有し、ロータリーバーナの燃焼量を可変するようにしたのでＳＰ（ソレノイドポンプ）の駆動パルス周波数を所定の値に設定でき、マイコンのソフト変更により制御特性の変更・修正が容易にできる。
【０００７】
請求項２は請求項１に記載の石油給湯機において、電流検出回路にて電流−電圧変換されたＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流平均値を一定の直流レベルに平均化し、ＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流平均値をマイコンのＡ／Ｄ変換入力ポートより取込み、この値に基づいてＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動信号を制御するようにしたので、ＳＰ（ソレノイドポンプ）の駆動パルス周波数を所定の値に設定でき、ハード回路の負担が小さく、制御特性の変更・修正が容易にできる。
【０００８】
請求項３は請求項２に記載の石油給湯機において、ＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流平均値と、マイコンのＤ／Ａ変換ポートから出力されるＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流基準値との差分を増幅するＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流差動増幅器を設け、ＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流差動増幅回路の出力（ＳＰ駆動電流差動演算値）をマイコンのＡ／Ｄ変換ポートより取込み、この値に基づいてＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動信号を制御するようにしたので、ＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流の小さい値から大きい値迄、Ａ／Ｄ変換分解能を大きくとれるので、小流量域から大流量域迄精度良く制御可能となる。
【０００９】
請求項４は請求項２に記載の石油給湯機において、平均化回路を演算増幅器、及び、帰還積分回路により構成したので、流量の安定化制御を精度良く行なうようなパルスポンプ駆動回路を簡単な回路構成にて提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１１に本発明の実施例の石油給湯機の構成図を示す。この構成部品とその機能について説明する。
最初に燃焼系について説明する。ファン１０１、給気サーミスタ１０６、ファンダンパーモータ１０３はロータリーバーナーに送風を行なう部品であり、ファン１０１にて発生させた空気の流れをファンダンパーモータ１０３にて流路制御し、バーナー部に送り込む。給気サーミスタ１０６は空気温度を検出し、これに応じて最適な燃焼制御を行なわせるようにする。
外部に設けたタンク（図示せず）から供給される灯油は油電磁弁１０８にて開閉される油配管を通って、汲み上げポンプ１０９でよって一旦レベラーに貯められた後、ソレノイドポンプ１１０によって押し出され、バーナーに供給される。レベラーに設けられた油温サーミスタ１１１によって灯油の温度を検出し、これに応じてソレノイドポンプ１１０の駆動制御を調整する。
隈取りモータ１０２はバーナーに供給された灯油を回転体により、霧化させるものである。イグナイタ１０４は放電によって霧化した灯油に着火させ、フレームセンサ１０５によって着火を検出する。
このように、ソレノイドポンプによって押し出される灯油の量は燃焼量に直結するものであるので、その制御精度は出湯温度精度、エネルギー効率、排気ガスへの影響など給湯機の重要な諸特性に影響を与えるものであり、その重要性は極めて大きい。つまり、ソレノイドポンプの駆動周波数と、オンタイムの出力幅を精度良く与えることが大変重要である。
【００１１】
次に通水経路について説明する。水道につながれた給水管より給水水量センサ１１４、給水サーミスタ１１５を通って熱交換器に導かれ、加熱された後ミキシングサーボ１１３にて設定温度になるように水を混合され水量比例弁１１２、給湯サーミスタ１１６を経て給湯配管に出力される。給湯サーミスタ１１６は出湯温度をモニターしてフィードバック温度制御を行なうものであり、水量比例弁１１２は燃焼能力をオーバーする場合に出湯流量を制限するのに使用する。
【００１２】
最後にふろ循環経路について説明する。循環ポンプ１１７にて加圧された水流は熱交換器を通って、『ふろへ往』の配管を通って浴槽に送られる。浴槽からの帰りは『給湯機へ戻』の配管より給湯機へ戻り、ふろサーミスタ１１９、フロースイッチ１１８を経て循環ポンプ１１７に戻ってくる。ふろサーミスタ１１９は浴槽のお湯の温度を検出し、沸かし上げ制御を行なわせる。フロースイッチ１１８は循環水流を検出し、空焚きを防止する。
【００１３】
その他、熱交サーミスタ１２０は熱交換器内でのお湯の温度を検出し、燃焼制御を正常な状態に維持する。沸騰防止サーミスタ１２１は熱交換器の異常な温度上昇によりお湯の沸騰を防止するものである。気温サーミスタ１２２は設置環境の温度を検出し、低温時には循環ポンプを運転してふろ配管の凍結を防止する。
【００１４】
次に各電装部品の駆動、検出制御を行なう制御部２００の構成を、図１２を用いて説明する。制御部２００は１０１から１２２の各電装部品の駆動回路部、及び、検出回路部の２０１から２２２の各回路ブロックとマイコン部１から成る。マイコン部１は内臓プログラムにより給湯機全体の制御動作を行なう。
ソレノイドポンプ１１０の駆動も、ソレノイド駆動回路部２１０を介してマイコン部１の内臓プログラムによる出力指令によって行われる。通電遮断回路部２０７はマイコン部１からの定期的なパルス信号によって油電磁弁駆動回路部２０８、汲み上げポンプ駆動回路部２０９、及び、ソレノイドポンプ駆動回路部２１０への電源供給を制御する回路で、マイコン暴走時の安全性を確保する為のものである。
【００１５】
次に本発明によるソレノイドポンプ駆動回路部２１０の構成と動作について説明する。図１に本発明の第一の実施例の回路図を示す。図２にこの回路の各部の動作波形を示す。マイコン部１は出力ポートよりＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動信号を出力する。ＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動信号はドライバ回路部２に入力され、ドライバ回路の出力がＳＰ３に供給され、電源電圧がＯＮ／ＯＦＦされる駆動波形となる。ＳＰ３に流れる電流を電流検出回路部４として抵抗の電圧降下を利用して、ＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流瞬時値が得られる。ＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流瞬時値はＳＰ（ソレノイドポンプ）のインダクタンス成分により図２に示すような三角状の波形となる。ＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流瞬時値は平均化回路部５にて直流信号に変換されると同時にレベルも増幅される。
【００１６】
ここで、
ＳＰ駆動電流瞬時値：Ｖｉｓ
平均化回路部５の利得：Ｇ１
とすると、
ＳＰ駆動電流平均値：Ｖｉｄ＝Ｖｉｓ（ａｖｅ）×Ｇ１
となる。
ＳＰ駆動電流平均値はマイコン部１のＡ／Ｄ変換ポートより取込まれ、この値に基づいてソフトウエアにて制御演算処理され、ＳＰ駆動信号を出力する。
図２においてパルス周期Ｔは５０［ｍｓ］固定であり、パルスオン時間ｔｏｎは５［ｍｓ］から２５［ｍｓ］の範囲で可変させる。
【００１７】
図３に本発明の第二の実施例の回路図をを示す。図４にこの回路の各部の動作波形を示す。
ＳＰ駆動信号
ドライバ回路部２
ＳＰ３
電流検出回路部４
ＳＰ駆動瞬時値
平均化回路部５
ＳＰ駆動電流平均値
以上については第一の実施例と同様であるので説明を省略する。
【００１８】
マイコン部１のＤ／Ａ変換ポートよりＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流基準値を出力し、ＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流平均値と共にＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流差動増幅回路部６に入力し、ＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動電流差動演算値：Ｖｄを出力し、これがマイコン部１のＡ／Ｄ変換ポートより取込まれ、この値に基づいてソフトウエアにて制御演算処理され、ＳＰ（ソレノイドポンプ）駆動信号を出力する。ここで、
ＳＰ駆動電流平均値：Ｖｉｄ
ＳＰ駆動電流基準値：Ｖｒｅｆ
ＳＰ駆動電流差動増幅回路部６の利得：Ｇ２
とすると、ｄ．ＳＰ駆動電流差動演算値：Ｖｄは次式で与えられる。
Ｖｄ＝（Ｖｉａ−Ｖｒｅｆ）×Ｇ２
Ｖｒｅｆはマイコン入力のＶｉｄに対応してＶｄがマイコン入力の所定の範囲の電圧になるようにマイコンにて判断し、Ｖｒｅｆの値を決定してマイコンより出力する。
【００１９】
次に、本発明の第三の実施例について説明する。図５に回路図を示す。ＭＡＸ調整ＶＲ７は個々のＳＰ３に対応させたセットとし、ＳＰに所定のＭＡＸ流量を流す為のＳＰ駆動電流値に応じたＶＲ設定値に調整値として記憶させる。ＭＩＮ調整ＶＲ８も上記と同様にＳＰにＭＩＮ流量を流す為の調整値として記憶させるものである。ＭＡＸ調整ＳＷ１０はＭＡＸ調整ＶＲ７を設定する際に押下し、マイコンに対してその動作モードとなるよう指示するためのスイッチである。同様に、ＭＩＮ調整ＳＷ１１はＭＩＮ調整ＶＲ８を設定する際に押下し、マイコンに対してその動作モードとなるよう指示するためのスイッチである。さらにＭＡＸ調整ＳＷ１０とＭＩＮ調整ＳＷ１１とを同時に押下した時に回路誤差補正のデータ記憶を実行するのにも使用する。それ以外の構成要素は第二の実施例と同様であるので説明を省略する。
【００２０】
まず最初に回路誤差の補正処理について説明する。図６に第三の実施例の回路誤差補正を行なう際の接続図を示す。電流検出回路部４から、ＳＰ３への接続を切り離し、代って定電流回路部９を接続し、電流検出回路部４に所定の電流を流し込み、この状態にてＭＡＸ調整ＳＷ１０と、ＭＩＮ調整ＳＷ１１とを同時に押下し、この時のＳＰ駆動電流作動演算値を記憶する。図７のグラフに示すように、定電流回路部９による所定のＳＰ駆動電流値に対する実測値と設計中心値との差異を電流検出回路全体のバラツキと見做してマイコンのソフト処理により補正を行なう。ここで、仮想Ａ／Ｄ（ｓｔｅｐ）はＳＰ駆動電流差動演算値に対して、ＳＰ駆動電流基準値の相当分をたして、実際の電流値に対して直線的な関係となるようにした数値として表したものである。図７において、定電流回路より５００［ｍＡ］の電流を流したときに設計中心のＳＰ駆動電流差動演算値は１０４６であるが、実測値は９９８となった場合を示している。これにより、マイコンはＳＰ駆動電流差動演算値９９８と電流値５００［ｍＡ］の関係により電流検出を行なうように動作させる。つまりマイコンソフト処理により、
電流検出値＝（５００［ｍＡ］／９９８［Ａ／Ｄ（ｓｔｅｐ）］）×ＳＰ駆動電流差動演算値
に従って、電流検出値を求める。
【００２１】
次にＭＡＸ調整ＶＲ７、ＭＩＮ調整ＶＲ８によるＳＰ３の個体バラツキの補正動作について説明する。ＭＡＸ調整ＳＷ１０を押下すると、マイコンは『ＭＡＸ調整ＶＲ調整モード』の動作モードとなる。この動作モードにおいては、マイコンは図９のＭＡＸ調整ＶＲ設定値〜ＳＰ駆動電流差動演算値との関係に従って、ＶＲ設定値に応じたＳＰ駆動電流値となるようにＳＰ駆動信号を制御する。ＶＲ調整時にはＳＰ３の実流量をモニターしながらＶＲを操作することによって所定のＭＡＸ流量に合わせ込む。この時のＶＲの設定値によって図９の関係に従って、ＭＡＸ流量を流す為に必要なＳＰ駆動電流値の個体バラツキを記憶することができる。例えば、ＭＡＸ流量に合わせ込んだ時のＭＡＸ調整ＶＲ設定値が１２８Ａ／Ｄ（ＳＴＥＰ）である時、ＳＰ駆動電流差動演算値が１０４６Ａ／Ｄ（ＳＴＥＰ）相当の電流値が必要なことがＭＡＸ調整ＶＲ７に記憶されたことになる。
【００２２】
同様にＭＩＮ調整ＶＲ８の調整はＭＩＮ調整ＳＷ１１を押下して、マイコンを『ＭＩＮ調整ＶＲ調整モード』で動作させ、図１０のＭＩＮ調整ＶＲ設定値〜ＳＰ駆動電流差動演算値との関係に従って、ＶＲ設定値に応じた電流値となるようにＳＰ駆動信号を制御する。ＶＲ調整時にはＳＰ３の実流量をモニターしながらＶＲを操作することによって所定のＭＩＮ流量に合わせ込み、この時のＶＲの設定値によって図１０の関係に従って、ＭＩＮ流量を流す為に必要なＳＰ駆動電流値の個体バラツキを記憶する。例えば、ＭＩＮ流量に合わせ込んだ時のＭＩＮ調整ＶＲ設定値が１２８Ａ／Ｄ（ＳＴＥＰ）である時、ＳＰ駆動電流差動演算値が２０９Ａ／Ｄ（ＳＴＥＰ）相当の電流値が必要なことがＭＩＮ調整ＶＲ８に記憶されたことになる。
【００２３】
次にＭＡＸ調整ＶＲ７、及び、ＭＩＮ調整ＶＲ８の設定値に従って行なう、ＳＰ３の個体バラツキに応じた補正動作について説明する。図８に目標流量〜ＳＰ駆動電流差動演算値の関係グラフを示す。ここで、ＭＡＸ流量、及び、ＭＩＮ流量についてはそれぞれＭＡＸ調整ＶＲ、及び、ＭＩＮ調整ＶＲのＶＲ設定値に応じて図９、及び、図１０の関係に従ってＳＰ駆動電流差動演算値の値を決め、この２点を直線で結んだ補正特性に従ってＳＰ駆動信号を制御してＳＰ駆動電流の安定化動作を行なう。
【００２４】
以上、第三の実施例について回路誤差の補正処理と、ＭＡＸ調整ＶＲ、ＭＩＮ調整ＶＲによるＳＰの個体バラツキの補正動作についてそれぞれ個別に説明したが、両者の補正が組み合わさって総合的な特性が得られる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、制御部はソレノイドポンプを一定の周波数で駆動し、駆動用パルス電圧のオンタイムの出力幅を変化させてソレノイドポンプを駆動する周波数固定パルス変動制御手段を有し、ロータリーバーナの燃焼量を可変するようにしたのでＳＰの駆動パルス周波数を所定の値に設定でき、制御特性の変更・修正が容易にできる。ソレノイドポンプによる油量の制御精度が上がることにより、燃焼量が精度良く制御され、その結果として、給湯機の重要な諸特性である、出湯温度精度、エネルギー効率、排気ガスへの影響などを向上させることになる。
【００２６】
請求項２は、電流検出回路にて電流−電圧変換されたＳＰ駆動電流平均値を一定の直流レベルに平均化し、ＳＰ駆動電流平均値をマイコンのＡ／Ｄ変換入力ポートより取込み、この値に基づいてＳＰ駆動信号を制御するようにしたので、ＳＰの駆動パルス周波数を所定の値に設定でき、ハード回路の負担が小さく、制御特性の変更・修正が容易にできる。
【００２７】
請求項３は、ＳＰ駆動電流平均値と、マイコンのＤ／Ａ変換ポートから出力されるＳＰ駆動電流基準値との差分を増幅するＳＰ駆動電流差動増幅器を設け、ＳＰ駆動電流差動増幅回路の出力（ＳＰ駆動電流差動演算値）をマイコンのＡ／Ｄ変換ポートより取込み、この値に基づいてＳＰ駆動信号を制御するようにしたので、ＳＰ駆動電流の小さい値から大きい値迄、Ａ／Ｄ変換分解能を大きくとれるので、小流量域から大流量域迄精度良く制御可能となる。その結果、給湯機の出湯性能として小流量、或いは、低出湯温度での安定した出湯が可能となり、給湯機の使い勝手が著しく向上する。また、従来、小流量、或いは、低出湯温度での出湯の際に行なっていた間欠燃焼を行なう必要が無くなり、低騒音で、排気臭の少ない給湯機を実現することができる。
【００２８】
請求項４は、平均化回路を演算増幅器、及び、帰還積分回路により構成したので、流量の安定化制御を精度良く行なうようなパルスポンプ駆動回路を簡単な回路構成にて提供することができる。
【００２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例の回路図である。
【図２】本発明の第一実施例の動作波形を示すタイミング図である。
【図３】本発明の第二実施例の回路図である。
【図４】本発明の第二実施例の動作波形を示すタイミング図である。
【図５】本発明の第三実施例の回路図である。
【図６】本発明の第三実施例の回路誤差補正を行なう際の接続図である。
【図７】本発明の第三実施例の回路誤差補正特性グラフである。
【図８】本発明の第三実施例のＳＰ個体バラツキ補正特性グラフである。
【図９】本発明の第三実施例のＭＡＸ調整ＶＲ設定値〜ＳＰ駆動電流差動演算値との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第三実施例のＭＩＮ調整ＶＲ設定値〜ＳＰ駆動電流差動演算値との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例の石油給湯機の構成図である。
【図１２】本発明の実施例の制御部の構成図である。
【符号の説明】
１　マイコン部
２　ドライバ回路部
４　電流検出回路部
５　平均化回路部
６　ＳＰ駆動電流差動増幅回路部
７　ＭＡＸ調整ＶＲ
８　ＭＩＮ調整ＶＲ
９　定電流回路部
１０　ＭＡＸ調整ＶＲ
１１　ＭＩＮ調整ＶＲ
１０１　ファン
１０２　隈取りモータ
１０３　ファンダンパーモータ
１０４　イグナイタ
１０５　フレームセンサ
１０６　給気サーミスタ
１０８　油電磁弁
１０９　汲み上げポンプ
１１０　ソレノイドポンプ
１１１　油温サーミスタ
１１２　水量比例弁
１１３　ミキシングサーボ
１１４　給水水量センサ
１１５　給水サーミスタ
１１６　給湯サーミスタ
１１７　循環ポンプ
１１８　フロースイッチ
１１９　ふろサーミスタ
１２０　熱交サーミスタ
１２１　沸騰防止サーミスタ
１２２　気温サーミスタ
２００　制御部
２０１　ファン駆動回路部
２０２　隈取りモータ駆動回路部
２０３　ファンダンパーモータ駆動回路部
２０４　イグナイタ駆動回路部
２０５　フレームセンサ検出回路部
２０６　給気サーミスタ検出回路部
２０７　通電遮断回路部
２０８　油電磁弁駆動回路部
２０９　汲み上げポンプ駆動回路部
２１０　ソレノイドポンプ駆動回路部
２１１　油温サーミスタ検出回路部
２１２　水量比例弁駆動回路部
２１３　ミキシングサーボ駆動回路部
２１４　給水水量センサ検出回路部
２１５　給水サーミスタ検出回路部
２１６　給湯サーミスタ検出回路部
２１７　循環ポンプ駆動回路部
２１８　フロースイッチ検出回路部
２１９　ふろサーミスタ検出回路部
２２０　熱交サーミスタ検出回路部
２２１　沸騰防止サーミスタ検出回路部
２２２　気温サーミスタ

Claims

灯油を霧化して燃焼させるロータリーバーナと、前記ロータリーバーナに灯油を供給するソレノイドポンプと、前記ロータリーバーナの燃焼量を制御する制御部とで構成される石油給湯機において、前記制御部は前記ソレノイドポンプを一定の周波数で駆動し、駆動用パルス電圧のオンタイムの出力幅を変化させてソレノイドポンプを駆動する周波数固定パルス変動制御手段を有し、前記ロータリーバーナの燃焼量を可変するようにしたことを特徴とする石油給湯機。
請求項１に記載の石油給湯機において、前記制御部は電磁ポンプを駆動するドライバー回路部と、前記ドライバー回路部のソレノイドポンプ流れる電流の瞬時値に応じた電圧信号に変換する電流検出回路部と、ソレノイドポンプ駆動電流瞬時値を一定の直流レベルに平均化するソレノイドポンプ駆動電流平均値を出力する平均化回路部と、前記ドライバー回路部への駆動パルス電圧を発生し、前記ソレノイドポンプ駆動電流によりフィードバック制御するマイコン部とによって構成されることを特徴とする石油給湯機。
請求項２に記載の石油給湯機において、マイコン部のＤ／Ａ変換ポートから出力されるソレノイドポンプ駆動電流基準値を出力するとともに、前記ソレノイドポンプ駆動電流平均値と前記ソレノイドポンプ駆動電流との差分を増幅するソレノイドポンプ駆動電流差動増幅回路部を有することを特徴とする石油給湯機。
請求項２に記載の石油給湯機において、前記平均化回路は演算増幅器、及び、帰還積分回路により構成されることを特徴とする石油給湯機。