JP2004108600A

JP2004108600A - Gas combustion device and its combustion control method

Info

Publication number: JP2004108600A
Application number: JP2002268025A
Authority: JP
Inventors: Akira Ota; 太田　明; Shusuke Hata; 畑　秀典
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas combustion device capable of carrying out combustion operation at an ideal air-fuel ratio without setting a gas kind. <P>SOLUTION: This gas combustion device furnished with a flow rate sensor to detect a mass flow rate of fuel gas and a gas flow rate control valve to adjust the flow rate of the fuel gas on a gas pipe to supply the fuel gas to a burner computes a calorific value Hg given to heated water in accordance with a temperature difference of incoming water temperature Ti and outgoing hot water temperature To of a heat exchanger and incoming water quantity W to the heat exchanger, computes a calorific value HG per unit mass of the used gas from this calorific value Hg and the flow rate G of the fuel gas and sets air quantity OL required for combustion of the used gas of the unit mass in accordance with the calorific value HG. Additionally, the number of revolution of an air fan is set in accordance with this air quantity OL and the flow rate G of the fuel gas by computing the air quantity OL required for combustion of the used gas of the unit mass in accordance with the calorific value HG. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はガス燃焼装置およびその燃焼制御方法に関し、より詳細には、流量制御弁によってバーナに供給する燃料ガスの流量を調節する構造を備えたガス燃焼装置とその制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器や風呂釜などガスを燃料とするガス燃焼装置においては、バーナへの燃料ガスの供給路に、燃料ガスの質量流量を検出する流量センサと、バーナに供給する燃料ガスの流量を調節するガス流量制御弁とを備えてなり、制御手段が上記ガス流量制御弁の弁開度を調節して燃焼運転（燃焼制御）を行うように構成されたものが提案されている（たとえば実開平５−７９２４０号）。
【０００３】
このようなガス燃焼装置に使用される燃料ガスとしては、いわゆる都市ガス（１２Ａや１３Ａなど）やプロパンガスなど多種多様のガスが提供されている。これらの燃料ガスはそのガス種（ガスの種類）毎に成分が相違し、単位質量または単位体積あたりの発熱量も相違するため、この種の燃焼装置においては供給されるガス種を予め特定してやらなければ上記制御手段が適切な燃焼制御を行うことができない。そのため、従来のガス燃焼装置においては、装置の設置に際して手作業（たとえばディップスイッチの操作など）で上記ガス種の設定を行ったり、あるいはガス種判別部を設けて自動的に判別させる等の構成が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の構成よりなるガス燃焼装置では以下のような問題がありその改善が望まれていた。
【０００５】
（１）　すなわち、従来のガス燃焼装置のように、ガス種の設定を作業員の手作業で行う構成では装置設置時の作業が煩雑であるとともに、作業員の操作ミスによってガス種が誤って設定されるおそれがあった。
【０００６】
（２）　また、自動判別させる場合でも、ガス燃焼装置に供給される燃料ガスは、同じガス種であっても当該燃料ガスを供給するガス供給源（ガス会社）等によってその成分が微妙に異なっており、そのためガス種の選択を正しく行っても予定どおりの燃焼性能を得ることができない場合があった。殊に、このようなガス成分の微妙な相違によりバーナに供給する燃料と空気の比率（空燃比）が適切に設定されないという事態も生じていた。
【０００７】
（３）　さらに、バーナに供給する燃料ガスをガス流量制御弁で調節する構成では、当該ガス流量制御弁にはダイヤフラムが設けられていないため、流量制御弁の絞り面積（開口面積）が同じでも流量制御弁の一次側のガス圧力（一次側ガス圧）の変動によって流量が変化してしまうのでガス流量を正確に制御できないという問題もあった。
【０００８】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ガス種の設定を必要とせずに理想的な空燃比での燃焼を実現し得るガス燃焼装置を提供することにある。また、それにともなって一次側ガス圧の変動にかかわりなく正確に流量制御をなし得るガス燃焼装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のガス燃焼装置の燃焼制御方法は、熱交換器を加熱するバーナに燃焼用空気を供給する送風ファンと、熱交換器を加熱するバーナへの燃料ガスの供給路に、バーナに供給される燃料ガスの流量を検出するガス流量検出手段と、燃料ガスの流量を調節するガス流量制御弁とを備えたガス燃焼装置の燃焼制御方法であって、前記熱交換器の入水側と出湯側の温度差と、前記熱交換器に供給された被加熱水の入水量とに基づいて被加熱水に与えられた発熱量を算出し、この被加熱水に与えられた発熱量を、前記バーナに供給される燃料ガスの流量で除算して使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量を算出し、この使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量と目標発熱量とに基づいて前記バーナに必要なガス流量を算出して前記ガス流量制御弁の弁開度を制御することを特徴とする。
【００１０】
この請求項１に記載の発明は、熱交換器で加熱される被加熱水に与えられた発熱量から燃料ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量を逆算するとともに、その値を基にしてバーナで目標発熱量を得るのに必要なガス流量を算出してガス流量制御弁の弁開度を設定する。したがって、この請求項１に記載の発明によれば、バーナに供給されている燃料ガスのガス種特定を必要とせずに、使用ガスの発熱量に応じた燃焼制御を実現できる。
【００１１】
また、その好適な実施態様として、請求項１に記載の発明は、前記使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量を算出するに際し、ガス燃焼装置を予め定めた所定の条件で運転させて行うことを特徴とする。つまり、使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量の算出は、その前提として、被加熱水に与えられた発熱量の算出が行われるが、この被加熱水に与えられた発熱量は、熱交換器の入水側と出湯側の温度差と前記熱交換器に供給された被加熱水の入水量とに基づいてこれらに熱交換器の熱交換効率などを加味して求められるところ、この熱交換効率はガス燃焼装置の燃焼状態によって変動する。そのため、この請求項２に記載の発明では、予めこの熱交換効率を特定できる所定の条件の下でガス燃焼装置を運転させることにより、燃料ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量を正確に算出させることができる。
【００１２】
本発明の請求項３に記載のガス燃焼装置の制御方法は、請求項１または請求項２に記載のガス燃焼装置の制御方法において、前記単位質量または単位体積の使用ガスの燃焼に必要な空気量を前記使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量に基づいて算出し、この単位質量または単位体積の使用ガスの燃焼に必要な空気量と、前記バーナに供給する燃料ガスの流量とに基づいてバーナに供給すべき目標空気量を算出して、この目標空気量に応じて前記送風ファンの回転数を制御することを特徴とする。
【００１３】
この請求項３に記載の発明は、まず、使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量に基づいて当該単位質量または単位体積の使用ガスの燃焼に必要な空気量を算出する。この算出は、図４に示すように、燃料ガスの発熱量（ＨＧまたはＨＧ′）と燃焼に必要な空気量（ＯＬまたはＯＬ′）とがほぼ１対１で対応するという事実を基にして算出する。つまり、この関係を基に予め空気量を算出するための演算式（発熱量から空気量を１対１で算出するか、あるいは１対１に近似した空気量を算出する演算式）を設定しておき、この演算式に基づいて単位質量または単位体積あたりの使用ガスの燃焼に必要な空気量を算出する。そして、その結果に基づいて、バーナに供給される燃料ガスの流量に応じた目標空気量を算出し、この目標空気量に応じて前記送風ファンの回転数を設定する。したがって、この請求項３に記載の発明によれば、バーナに供給する空気量がバーナに実際に供給される燃料ガスの流量に応じて算出されるので、燃焼時の空燃比を最適な状態に保つことができる。
【００１４】
本発明の請求項４に記載のガス燃焼装置の制御方法は、バーナに供給される燃料ガスの流量を検出するガス流量検出手段と、燃料ガスの流量を調節するガス流量制御弁とを備えたガス燃焼装置の燃焼制御方法であって、前記バーナに供給する燃料ガスを、制御の起点となる所定流量から制御の到達点となる目標流量に移行させるに際し、前記ガス流量制御弁の一次側ガス圧と前記バーナのノズル出口側圧力とが変化しないと仮定して、この仮定の下に前記制御の起点におけるガス流量制御弁の断面積と、前記制御の起点における前記所定流量と、前記所定流量と目標流量の流量差とから、前記制御の起点と到達点における前記ガス流量制御弁の断面積の差を算出し、その算出結果に基づいて前記ガス流量制御弁の弁開度を制御することを特徴とする。
【００１５】
すなわち、この請求項４の発明は、ガス流量制御弁の弁開度を制御してバーナに供給される燃料ガスの流量を調節するにあたり、ガス流量制御弁の一次側ガス圧とバーナのノズル出口側圧力とが変化しないと仮定することにより、制御の起点と到達点におけるガス流量制御弁の断面積の差を、ガス流量制御弁の一次側ガス圧とバーナのノズル出口側圧力を計算要素として用いることなく演算により算出し、その算出結果に基づいてガス流量制御弁の弁開度を設定する。これにより上記一次側ガス圧の影響を受けずに弁開度の設定を行うことを可能にする。
【００１６】
本発明の請求項５に記載のガス燃焼装置は、熱交換器を加熱するバーナに燃焼用空気を供給する送風ファンの回転数を検出する回転数検出手段と、熱交換器への入水量を検出する入水量検出手段と、熱交換器への入水温度を検出する入水温度検出手段と、熱交換器からの出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、前記バーナへの燃料ガスの供給路に、バーナに供給される燃料ガスの質量流量または体積流量を検出するガス流量検出手段と、燃料ガスの流量を調節するガス流量制御弁とを備えるとともに、前記ガス流量制御弁の弁開度を調節する制御手段を備えたガス燃焼装置において、前記制御手段が、前記熱交換器の入水側と出湯側の温度差と、前記熱交換器に供給された被加熱水の入水量とに基づいて被加熱水に与えられた発熱量を演算する第一のステップと、この第一のステップで求められた発熱量を前記質量流量センサで検出された燃料ガスの質量流量または体積流量で除算して使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量を演算する第二のステップとを有してなり、この第二のステップで得られた使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量と目標発熱量とに基づいて必要燃料の流量を算出して前記ガス流量制御弁の弁開度を設定する制御構成を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項５に記載のガス燃焼装置は、請求項１または請求項２に記載の制御方法を具体化した装置であって、この請求項５に記載のガス燃焼装置では、ガス流量を燃料ガスの質量流量または体積流量で検出し、その検出結果に基づいて制御手段がガス流量制御弁の弁開度を設定するように構成されている。
【００１８】
本発明の請求項６に記載のガス燃焼装置は、請求項５に記載のガス燃焼装置において、前記制御手段は、前記第二のステップで得られた前記使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量に基づいて単位質量または単位体積の使用ガスを燃焼させるのに必要な空気量を演算する第三のステップと、この第三のステップで得られた空気量と、前記ガス流量検出手段で検出された燃料ガスの質量流量または体積流量とに基づいて前記バーナに供給すべき目標空気量を演算する第四のステップとを有してなり、この目標空気量に応じて前記送風ファンの回転数を設定する制御構成を備えたことを特徴とする。
【００１９】
この請求項６に記載のガス燃焼装置は、請求項３に記載の制御方法を具体化した装置であって、燃料ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量を基にして単位質量または単位体積あたりの当該燃料ガスの燃焼に必要な空気量を算出し、その算出結果に基づいて制御手段が送風ファンの回転数を設定するように構成されている。
【００２０】
本発明の請求項７に記載のガス燃焼装置は、バーナに供給される燃料ガスの質量流量または体積流量を検出するガス流量検出手段と、燃料ガスの流量を調節するガス流量制御弁とを備えるとともに、前記ガス流量制御弁の弁開度を調節する制御手段を備えたガス燃焼装置において、前記制御手段が、前記バーナに供給される燃料ガスを、制御の起点となる所定流量から制御の到達点となる目標流量に移行させるに際して、前記制御の起点におけるガス流量制御弁の断面積と、前記制御の起点における前記所定流量と、前記所定流量と目標流量の流量差とから前記制御の起点と到達点における前記ガス流量制御弁の断面積の差を算出して、この算出結果に基づいて前記ガス流量制御弁の弁開度変化量を設定する制御構成を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この請求項７に記載のガス燃焼装置は、請求項４に記載の制御方法を具体化した装置であって、燃料ガスの流量を制御の起点となる所定流量から制御の到達点となる目標流量に移行させるに際して、その間における一次側ガス圧の変動がないものと仮定してガス流量制御弁の弁開度変化量を設定するように構成されている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明を給湯器に適用した場合を示している。図示のように、給湯器１は本体内にガスを燃料とするバーナ２を備えてりおり、このバーナ２の上方にはバーナ２によって加熱可能な熱交換器３が設けられ、下方にはバーナ２への給気を行うための送風ファン４が設けられている。この送風ファン４には、図示しない回転数検出手段が設けられており、回転数検出手段で検出された送風ファン４の回転数情報は後述するコントローラ（制御手段）１３に入力されている。なお、図中符号１５で示すのは燃焼排気用の排気集合筒である。
【００２４】
熱交換器３の入水側には給水管５が接続されるとともに、出湯側には出湯管６が接続されている。上記給水管５には、熱交換器３への入水温度を検出する入水温度センサ（入水温度検出手段）７と、入水量を検出する水量センサ（入水量検出手段）９とが設けられており、また出湯管６には、上記熱交換器３で加熱された温水の出湯温度を検出する出湯温度センサ（出湯温度検出手段）８が設けられている。
【００２５】
バーナ２は、図示のように複数の燃焼管で構成され、図示しない能力切替弁によりその燃焼本数の切り替えが可能とされている。そして、このバーナ２には、燃料ガスを供給するためのガス管１０が接続されており、このガス管１０がガス供給源（たとえば都市ガスであれば都市ガス供給用のガス配管、プロパンガスであればガスボンベなど）と接続されて、上記バーナ２への燃料ガスの供給路を構成している。
【００２６】
そして、ガス管１０には、燃料ガスの流量を検出するガス流量検出手段（本実施形態では燃料ガスの質量流量を検出する流量センサ１１）と、バーナ２に供給される燃料ガスの流量を調節するガス流量制御弁１２とが設けられている。
【００２７】
流量センサ１１は、ガス管１０内を流れる流体の質量流量を検出するセンサであって、この流量センサ１１としては、たとえばヒータを挟んだ上下両側に温度センサを搭載して該温度センサ間の出力値の差から流体の質量流速を測定する熱式質量センサが用いられる。
【００２８】
ガス流量制御弁１２は、たとえばニードル弁などのように弁体を作動させて弁座の開口面積を変化させることにより流量を制御する制御弁であって、具体的には図２に示すように、ガス管１０に弁座１００を設け、この弁座１００に対して駆動機構（図示例ではステッピングモータ１０１）によって進退動作可能な針状の弁体１０２を進退動作させることにより、弁座１００を通過するガスの流量を制御するように構成されている。
【００２９】
つまり、本実施形態では、上記ステッピングモータ１０１のステップ数（ステップ量）で弁体１０２の弁開度を設定し、これによりバーナ２に供給される燃料ガスの供給量の調節を行うように構成されている。なお、上記ステッピングモータ１０１は、後述する給湯器１のコントローラ（制御手段）１３から与えられる制御信号によって作動するよう構成されている。
【００３０】
このガス流量制御弁１２の選定にあたっては、給湯器１で使用が予想されるガス種のうち単位発熱量が最も低いガスを使用した場合でも、当該ガスでの最大燃焼に必要な弁開度が得られるステッピングモータ１０１を搭載した流量制御弁が用いられる。つまり、本発明のガス燃焼装置は、後述するようにバーナ２に供給される燃料ガスの発熱量をコントローラ１３が測定して燃焼制御を実行するので、予め使用が予想されるガス種であればどのガスが供給されても最小燃焼から最大燃焼までの調節を行いうるようにガス流量制御弁１２が選定される。
【００３１】
コントローラ１３は、給湯器１の各部の動作を制御するための制御手段であって、具体的には所定の記憶装置（記憶手段）を備えた制御用のマイクロコンピュータを有して構成されている。このコントローラ１３には、図１に示すように、上記入水温度センサ７、出湯温度センサ８、水量センサ９、流量センサ１１の各センサ出力が図中の破線で示す信号線を介して入力されている。また、このコントローラ１３からは同様に信号線を介して上記送風ファン４およびガス流量制御弁１２のステッピングモータ１０１に対して動作制御用の制御信号が出力可能とされている。
【００３２】
次に、このように構成されてなる給湯器１の動作について説明する。この給湯器１は、給湯運転開始時または給湯試運転時に、コントローラ１３が図３のフローチャートに示す手順に従ってバーナ２に供給される燃料ガスの単位質量あたりの発熱量ＨＧおよびこの単位質量の使用ガスの燃焼に必要な空気量（理論空気量）ＯＬを演算する。
【００３３】
すなわち、給湯運転または給湯試運転が開始されると、コントローラ１３は、まず、給湯器１内の入水温度センサ７、出湯温度センサ８および水量センサ９からそれぞれ入水温度Ｔｉ、出湯温度Ｔｏおよび入水量Ｗの各検出値を取得する（図３ステップＳ１参照）。また、その一方で上記コントローラ１３は、給湯器１の熱交換器３で加熱される被加熱水ならびに熱交換器３についての情報（条件値）を取得する（図３ステップＳ２参照）。ここで、これらの条件値は、被加熱水の密度ρおよび比熱Ｃと熱交換器３の熱交換効率αからなる。これらの条件値は予め特定できる数値で構成されるので、いずれの数値も予めコントローラ１３の記憶装置に記憶させてくものとし、図３ステップＳ２ではこの記憶装置に記憶されたデータを読み出して用いる。
【００３４】
このようにしてコントローラ１３が給湯器１の各種センサ情報および既定の条件値を取得すると、次にコントローラ１３は下記の数式（１）を用いて、熱交換器３の入水側と出湯側の温度差と、熱交換器３に供給された被加熱水の入水量とに基づいて被加熱水に与えられた熱量（瞬時発熱量）Ｈｇを算出する（図３ステップＳ３参照）。
記
Ｈｇ＝（Ｔｏ−Ｔｉ）・Ｃ・Ｗ・ρ・α　・・・（１）
【００３５】
そして、次にコントローラ１３は、流量センサ１１の検出値から燃料ガスの質量流量Ｇを取得し（図３ステップＳ４参照）、下記の数式（２）を用いて上記瞬時発熱量Ｈｇをバーナ２に供給される燃料ガスの質量流量Ｇで除算することによりバーナ２に供給されている使用ガスの単位質量あたりの発熱量（質量発熱量）ＨＧを算出する（図３ステップＳ５参照）。
記
ＨＧ＝Ｈｇ／Ｇ　・・・（２）
【００３６】
このようにして、使用ガスについての単位質量あたりの発熱量ＨＧが求められると、次にコントローラ１３は、この発熱量ＨＧを基にして、単位質量の使用ガスの燃焼に必要な空気量（理論空気量）ＯＬを、下記の数式（３）を用いて算出する（図３ステップＳ６参照）。
記
ＯＬ＝ＨＧ　・・・（３）
【００３７】
ここで、使用ガスの単位質量あたりの発熱量ＨＧと理論空気量ＯＬとの関係について図４を示して簡単に説明する。図４は代表的な燃料ガスについての成分表と発熱量などの性能を示したものであり、図４（ａ）　は一般に「１３Ａ−１」と称される都市ガスの成分表および性能を、図４（ｂ）　は「１３Ａ−３」と称される都市ガスの成分表および性能を、図４（ｃ）　はプロパンガスの成分表および性能を示している。
【００３８】
この図４からも明らかなように、代表的な燃料ガス（具体的には成分中にＨ_２を多く含まないガス）においては、いずれも単位質量あたりの発熱量ＨＧと理論空気量ＯＬとは略同じ数値を示すことが知られている。本実施形態では、このような関係を利用して上記発熱量ＨＧと理論空気量ＯＬとを同一とみなして数式（３）を定立したものである。したがって、上記数式（３）　は図４に示すような発熱量ＨＧと理論空気量ＯＬの関係を前提に定立されておれば適宜設計変更可能である。つまり、理論空気量ＯＬが発熱量ＨＧに近似する値となるような数式であれば他の数式を用いることも可能である。
【００３９】
このようにして、給湯試運転時または給湯運転開始時に使用ガスの単位質量あたりの発熱量ＨＧおよび理論空気量ＯＬが算出されると、これらの値はいずれもコントローラ１３の記憶装置に記憶され、後述する通常の給湯運転時における燃焼制御用のデータとして用いられる。
【００４０】
そこで、次に通常の給湯運転時の動作について図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００４１】
通常の給湯運転時においては、上記コントローラ１３は、図示しない給湯器１のリモートコントローラなどで設定された給湯設定温度Ｔｐと、上記入水温度センサ７で検出される入水温度Ｔｉと、上記水量センサ９で検出された入水量Ｗと、上記条件値（被加熱水の密度ρ，比熱Ｃ，熱交換器３の熱交換効率α）とを獲得して、数式（４）を用いて上記設定温度　　　　　　Ｔｐでの出湯に必要な目標発熱量（必要瞬時発熱量）Ｈｐを算出する（図５ステップＳ１参照）。
記
Ｈｐ＝（Ｔｐ−Ｔｉ）・Ｃ・Ｗ・ρ・α　・・・（４）
【００４２】
そして、必要瞬時発熱量Ｈｐが算出されると、コントローラ１３はこの必要瞬時発熱量Ｈｐ相当の発熱量がバーナ２で得られるように、バーナ２に供給すべき燃料ガス流量（必要瞬時ガス流量）Ｇｐと、必要瞬時ガス流量Ｇｐをバーナ２に供給した時に必要となる空気量（必要瞬時空気量）ＯＮとを算出する。
【００４３】
具体的には、上記必要瞬時ガス流量Ｇｐは、下記の数式（５）を用い、必要瞬時発熱量Ｈｐを上記単位質量あたりの発熱量ＨＧで除算することにより算出される（図５ステップＳ２参照）。
記
Ｇｐ＝Ｈｐ／ＨＧ　・・・（５）
【００４４】
また、上記必要瞬時空気量ＯＮは、下記の数式（６）　または数式（７）　のいずれかを用いて算出される。なお、以下の数式では給湯器毎の空気過剰率をｍとする。
記
ＯＮ＝ｍ・ＯＬ・Ｇ　・・・（６）
ＯＮ＝ｍ・Ｈｐ　・・・（７）
【００４５】
つまり、上記数式（６）では、実際に流量センサ１１で検出された検出値（現にバーナ２に供給されている燃料ガスの流量）を基に、この検出値に上記理論空気量ＯＬと空気過剰率ｍとを乗じることによって必要瞬時空気量ＯＮを演算する場合を示している。一方、上記数式（７）　では、上記図５ステップＳ２で求めた必要瞬時ガス流量Ｇｐに空気過剰率ｍを乗じることによって必要瞬時空気量ＯＮを算出する場合を示している（図５ステップＳ３参照）。
【００４６】
このように、図５ステップＳ２，Ｓ３において必要瞬時ガス流量Ｇｐと必要瞬時空気量ＯＮとが求められると、次にコントローラ１３は、上記必要瞬時ガス流量Ｇｐを目標流量とした燃料ガスのガス流量制御を実行する（図５ステップＳ４参照）。具体的には、後述する方法でガス流量制御弁１２の弁開度（フィードフォーワード値）を設定し、その後、流量センサ１１で検出される実際の流量Ｇを用いて燃料ガスの流量が目標流量と一致するようにフィードバック制御を実行する。なお、これらガス流量制御弁１２の弁開度の制御は、該流量制御弁１２の駆動部の電流値制御、電圧値制御またはステップ数制御のいずれを採用してもよいが、本実施形態では上述したようにステップ数制御によりガス流量制御弁１２の弁開度が設定される。
【００４７】
また、その一方で上記コントローラ１３は、上記必要瞬時空気量ＯＮを目標空気量としてバーナ２への送風量の制御を実行する（図５ステップＳ５参照）。具体的には、バーナ２に供給される空気量が上記必要瞬時空気量ＯＮとなるように送風ファン４の回転数を設定する。なお、この回転数制御は送風ファン４に設けられた回転数検出手段（図示せず）から得られる回転数情報を基にしたフィードバック制御により行われる。
【００４８】
このようにして、コントローラ１３においてガス流量制御弁１２および送風ファン４の動作制御が開始されると、その後、上記コントローラ１３は適宜または定期的に上記設定温度Ｔｐと出湯温度センサ８で検出される出湯温度Ｔｏとを比較してバーナ２の熱量補正を実行する（図５ステップＳ６参照）。
【００４９】
すなわち、この熱量補正において現在の出湯温度Ｔｏと設定温度Ｔｐとの温度差ΔＴを求め、この温度差ΔＴを解消するために必要な発熱量ΔＨを下記の数式（８）　を用いて演算する。そして、この数式（８）で得た発熱量ΔＨを用いて上記必要瞬時発熱量Ｈｐを修正し、再び上記図５ステップＳ２以降のステップを実行する。
記
ΔＨ＝ΔＴ・Ｃ・Ｗ・ρ・α　・・・（８）
【００５０】
このように本発明に係る給湯器１によれば、給湯運転開始時または給湯試運転時にコントローラ１３が使用ガスの単位質量あたりの発熱量ＨＧを演算によって求めるので、従来のようにバーナ２に供給される燃料ガスの種別を予め手動操作で設定しなくてよい。しかも、燃料ガスの成分にバラツキがあってもかかるバラツキに関係なく燃料ガスの発熱量を正確に測定できるので、安定した燃焼制御を実現することができる。
【００５１】
さらに、本発明に係る給湯器１では、送風ファン４の回転数がバーナ２に供給される燃料ガスの発熱量に応じて設定されるので理想的な空燃比での燃焼を実現することができる。
【００５２】
ところで、このようにバーナ２への燃料ガスの供給量を流量センサ１１とガス流量制御弁１２を用いて制御する構成を採用すると、バーナ２側で能力切替（バーナ２を構成する燃焼管の燃焼本数の切り替え）が行われても燃料ガスの流量とガス流量制御弁１２の絞り面積の関係は変化しないので制御が容易となるという利点がある一方で、ガス流量制御弁１２の一次側ガス圧が変動した場合にガス流量制御弁１２の絞り面積が同じでも流量が変化してしまうという問題を生じる。
【００５３】
そのため、本実施形態に示す給湯器１では、かかる一次側ガス圧の影響を受けずに燃料ガスの流量調整を行うために、ガス流量制御弁１２の弁開度を設定する際のフィードフォーワード値をコントローラ１３が以下のようにして決定するように構成されている。
【００５４】
すなわち、ガス流量制御弁１２の弁開度のフィードフォーワード値を決定するにあたり、本発明では、制御の起点となる時点（コントローラ１３で新たな目標流量が設定された時点）から制御の到達点となる時点（バーナ２に目標流量の燃料ガスが供給されるに至った時点）までにガス流量制御弁１２の一次側ガス圧Ｐ１と上記バーナ２のノズル出口側圧力Ｐ０とが変化しないと仮定して、この仮定の下に、上記コントローラ１３が下記の数式（９）　を用いてガス流量制御弁１２の弁開度の変化量ΔＳを算出し、この値をフィードフォーワード値としてガス流量制御弁１２の動作を制御する。つまり、制御の起点においてガス流量制御弁１２が全閉状態であれば上記ΔＳをフィードフォーワード値としてガス流量制御弁１２を開弁動作させ、また、ガス流量制御弁１２が既に開弁状態にあればその状態にΔＳを加算または減算した値をフィードフォーワード値として設定する。
記
ΔＳ＝（Ｓ１・ΔＧ）／Ｇ１　・・・（９）
【００５５】
ここで、Ｓ１は制御の起点となる時点におけるガス流量制御弁１２の有効断面積を、Ｇ１は制御の起点における燃料ガスの流量を、ΔＧは上記制御の起点における燃料ガスの流量と目標流量Ｇ２との流量差をそれぞれ示している。なお、上記一次側ガス圧Ｐ１およびノズル出口側圧力Ｐ０は図６（ａ）　に図示するものとし、また有効断面積Ｓについてはガス流量制御弁１２の実測開口面積Ｓｓではなく図６（ｂ）に図示するように流体の通過面積を実質的に見た実効開口面積Ｓを意味するものとする。
【００５６】
なお、この数式（９）は以下のようにして導かれている。すなわち、ここでバーナ２に供給される燃料ガスがある一定の流量（上記制御の起点となるＧ１に相当）で安定していると仮定すると、この状態では下記の数式（１０）　が成立する。
記
【００５７】
【数１】

【００５８】
ここで、ｇは重力加速度を、γは流体の比重量を、Ｐ１は一次側ガス圧を、Ｐ０は、ノズル出口側圧力をそれぞれ示している（以下同様）。
【００５９】
そして、この状態で新たな目標流量Ｇ２が与えられると、この目標流量Ｇ２にも数式（１０）と同様に下記の数式（１１）が成立する。
記
【００６０】
【数２】

【００６１】
そこで、ガス流量制御弁１２の弁開度変化量をΔＳとすると、このΔＳは下記の数式（１２）により求められる。
記
【００６２】
【数３】

【００６３】
したがって、ガス流量制御弁１２の弁開度がΔＳだけ変化する間に一次側ガス圧Ｐ１とノズル出口側圧力Ｐ０が変化しないと仮定したら、上記ΔＳは下記数式（１３）で置き換えることができ、この数式（１３）を展開することにより、上記数式（９）　を得ることができる。
記
ΔＳ＝（Ｇ２・Ｓ１−Ｇ１・Ｓ１）／Ｇ１　・・・（１３）
【００６４】
つまり、本発明では、ガス流量制御弁１２の一次側ガス圧Ｐ１と上記バーナ２のノズル出口側圧力Ｐ０とが変化しないと仮定することにより、目標流量Ｇ２を得るのに必要な弁開度の変化量ΔＳを、制御の起点である元の流量Ｇ１と元の弁開度Ｓ１にのみ依存する数式（９）　として現し、この数式（９）　に基づいてガス流量制御弁１２のフィードフォーワード値を設定することから、一次側ガス圧の変動に影響されずにガス流量制御弁１２の制御量を決定できる。
【００６５】
なお、ここで、ガス流量制御弁１２の一次側ガス圧Ｐ１と上記バーナ２のノズル出口側圧力Ｐ０とが変化しないと仮定したのはガス流量制御弁１２の駆動部の応答性能が良ければ制御上これらを無視しても支障がないこと、またフィードフォーワード制御後にフィードバック制御を行うことで実使用上何ら問題なく給湯器１を動作させることができるからである。
【００６６】
なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００６７】
たとえば、上述した実施形態では、本発明を給湯器に適用した場合を示したが、本発明は燃料ガスの流量検出が可能で、かつ燃料ガスの供給が流量制御弁により行われるガス燃焼装置であれば、たとえば風呂釜など他の燃焼器具にも適用可能である。
【００６８】
また、上述した実施形態では、ガス流量制御弁１２の弁開度をステッピングモータ１０１のステップ数を用いて判断する構成を示したが、弁開度はステップ数以外の要素（たとえば弁の開口面積など）を用いて判断するように構成することも可能である。
【００６９】
また、上述した実施形態では、流量センサ１１として燃料ガスの質量流量を測定するセンサを用いたが、本発明は体積流量を測定するセンサを用いて実施することも可能である。その場合、流量センサでは燃料ガスの体積流量が検出されるので、理論空気量の計算式も体積流量に合わせて変更が必要なるが、代表的な燃料ガスの単位体積流量あたりの発熱量ＨＧ′と当該単位体積流量あたりの燃料ガスを燃焼させるのに必要な理論空気量ＯＬ′は図４に示されるようにほぼ同じ値をとることが知られているので、本発明と同様の手法により制御することが可能である。
【００７０】
さらに、上述した実施形態では、被加熱水に与えられる熱量Ｈｇを算出する際に用いる熱交換効率αは、単に予め特定される数値として説明したが、この数値を特定するにあたっては以下のような手法を採用することができる。すなわち、出荷検査時などガス燃焼装置の施工前に、予め定めた所定の燃焼条件（たとえばバーナ２の全本を能力小および大）でバーナ２を燃焼させ、この時における熱交換器３の入水側と出湯側の温度差と、熱交換器３に供給された被加熱水の入水量とを入水温度センサ７、出湯温度センサ８および水量センサ９の検出値から測定するとともに、検査用に供給される燃料ガスの流量を流量センサ１１で測定する。この際、検査用としてバーナ２に供給した燃料ガスの発熱量や、被加熱水の密度ρならびに比熱Ｃは事前に知ることができるので、上記各センサの検出値とこれら事前に知り得る値とに基づいて、熱交換器３の熱交換効率αを上記数式（１）を用いて算出し、この値をコントローラ１３の記憶装置に記憶させておこくことができる。これにより、個々のガス燃焼装置についてそれぞれ熱交換器３の熱交換効率αが求められるので、固体間のバラツキや排気バリエーションの違い等による熱交換効率αの誤差の発生を抑制することができる。
【００７１】
また、このように出荷検査時などに装置毎に熱交換器３の熱交換効率αを算出しておく場合、算出した熱交換効率αとともに、上記出荷検査時の燃焼条件等（バーナ２の燃焼本数、燃焼能力、熱交換器３の入水側と出湯側の温度差、熱交換器３に供給される被加熱水の入水量）のデータをコントローラ１３の記憶装置に記憶させておくことにより、たとえばガス燃焼装置の設置後に行われる給湯試運転において、上記記憶装置に記憶されたデータを基に上記熱交換効率αを算出した際と同じ条件で（具体的には、入水側と出湯側の温度差および入水量が同一となるように）ガス燃焼装置を運転させ、この状態で上述した手順で、被加熱水に与えられた熱量Ｈｇを求め、さらにこの熱量Ｈｇと燃料ガスの質量流量Ｇとから使用ガスの単位質量あたりの発熱量ＨＧを算出することにより、燃焼条件の相違による熱交換効率αの変化による影響を受けずに単位質量あたりの発熱量を正確に測定することができる。また、この時にバーナ２に供給される燃料ガスの流量を流量センサ１１で検出してこの値を上記出荷検査時の燃料ガスの供給量と比較することにより、設置先で供給されている燃料ガスが出荷検査時に用いられた燃料ガスと同種のガスであるか否かや発熱量が相違するか否かなどを容易に確認することができる。つまり、設置先で本来的に使用が予定されていない規格外の燃料ガスが供給されたような場合には、かかる事態の発生をいち早く確認することができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の第一の発明であるガス燃焼装置およびその燃焼制御方法によれば、熱交換器を加熱するバーナに燃焼用空気を供給する送風ファンと、熱交換器を加熱するバーナへの燃料ガスの供給路に、バーナに供給される燃料ガスの流量を検出するガス流量検出手段と、燃料ガスの流量を調節するガス流量制御弁とを備えたガス燃焼装置において、熱交換器の入水側と出湯側の温度差と、熱交換器に供給された被加熱水の入水量とに基づいて被加熱水に与えられた発熱量を算出し、この被加熱水に与えられた発熱量とバーナに供給される燃料ガスの流量とから使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量を算出し、この使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量と目標発熱量とに基づいてバーナに必要なガス流量を算出してガス流量制御弁の弁開度が設定されるので、従来のガス燃焼装置のような手動による事前のガス種設定操作が不要となり施工作業が容易なガス燃焼装置を提供できる。また、これに伴って、作業員の操作ミスによるガス燃焼装置の誤動作を防止することができる。さらに、使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量を基に燃焼制御が行われるので、同一ガス種内での成分のバラツキにかかわりなく安定した燃焼性能を得ることができる。
【００７３】
また、本発明の第二の発明によれば、単位質量または単位体積の使用ガスの燃焼に必要な空気量を使用ガスの単位質量または単位体積あたりの発熱量に基づいて算出し、この単位質量または単位体積の使用ガスの燃焼に必要な空気量と、バーナに供給する燃料ガスの流量とに基づいてバーナに供給すべき目標空気量を算出して、この目標空気量に応じて前記送風ファンの回転数が設定されるので、バーナには供給される燃料ガスの適正燃焼に必要な空気量を正確に供給でき、常に理想的な空燃比での燃焼を実現することができる。
【００７４】
また、本発明の第三の発明によれば、バーナに供給される燃料ガスの流量を検出するガス流量検出手段と、燃料ガスの流量を調節するガス流量制御弁とを備えたガス燃焼装置において、バーナに供給する燃料ガスを、制御の起点となる所定流量から制御の到達点となる目標流量に移行させるに際し、ガス流量制御弁の一次側ガス圧と前記バーナのノズル出口側圧力とが変化しないと仮定して、この仮定の下に上記制御の起点におけるガス流量制御弁の断面積と、上記制御の起点における上記所定流量と、上記所定流量と目標流量の流量差とから、上記制御の起点と到達点における上記ガス流量制御弁の断面積の差を算出し、その算出結果に基づいて前記ガス流量制御弁の弁開度を制御するので、ダイヤフラムを使用することなく一次側ガス圧の変動に影響されずに燃焼制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス燃焼装置を給湯器に適用した場合の概略構成を示す説明図である。
【図２】同ガス燃焼装置に用いられるガス流量制御弁の概略構成を示す説明図である。
【図３】本発明に係るガス燃焼装置における単位質量あたりの燃料ガスの発熱量の算出並びに理論空気量の算出手順を示すフローチャートである。
【図４】代表的な燃料ガスについての成分表と発熱量などの性能を示した説明図であり、図４（ａ）　は一般に「１３Ａ−１」と称される都市ガスの成分表および性能を、図４（ｂ）　は「１３Ａ−３」と称される都市ガスの成分表および性能を、図４（ｃ）　はプロパンガスの成分表および性能を示している。
【図５】本発明に係るガス燃焼装置のガス流量制御およびファン回転数制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係るガス燃焼装置の動作を補足するための説明図であって、図６（ａ）はガス流量制御弁の一次側ガス圧およびノズル出口側圧力を示す説明図であって、図６（ｂ）　は断面積の内容を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１　　　　　給湯器（ガス燃焼装置）
２　　　　　バーナ
３　　　　　熱交換器
４　　　　　送風ファン
５　　　　　給水管
６　　　　　出湯管
７　　　　　入水温度センサ（入水温度検出手段）
８　　　　　出湯温度センサ（出湯温度検出手段）
９　　　　　水量センサ（入水量検出手段）
１０　　　　ガス管（燃料ガスの供給路）
１１　　　　流量センサ（ガス流量検出手段）
１２　　　　ガス流量制御弁
１３　　　　コントローラ（制御手段）
１５　　　　排気集合筒[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas combustion apparatus and a combustion control method thereof, and more particularly, to a gas combustion apparatus having a structure for adjusting a flow rate of fuel gas supplied to a burner by a flow control valve and a control technique thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a gas combustion apparatus using gas as a fuel, such as a water heater or a bath kettle, a flow rate sensor for detecting a mass flow rate of a fuel gas and a flow rate of a fuel gas supplied to a burner are adjusted in a fuel gas supply path to a burner. A gas flow control valve has been proposed, in which the control means adjusts the valve opening of the gas flow control valve to perform a combustion operation (combustion control) (for example, actual open flat 5). -79240).
[0003]
As a fuel gas used in such a gas combustion device, various kinds of gases such as so-called city gas (12A and 13A) and propane gas are provided. Since these fuel gases have different components for each gas type (gas type) and different heat values per unit mass or unit volume, in this type of combustion apparatus, the gas type to be supplied must be specified in advance. Otherwise, the control means cannot perform appropriate combustion control. For this reason, in the conventional gas combustion apparatus, the setting of the gas type is performed manually (for example, operation of a dip switch, etc.) at the time of installation of the apparatus, or a gas type determination unit is provided to automatically determine the gas type. Has been adopted.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the gas combustion apparatus having such a conventional configuration has the following problems, and its improvement has been desired.
[0005]
(1) That is, in a configuration in which the setting of the gas type is manually performed by an operator as in the conventional gas combustion device, the operation at the time of installation of the device is complicated, and the gas type is erroneously set due to an operation error of the operator. There was a risk of being set.
[0006]
(2) Even in the case of automatic determination, even if the fuel gas supplied to the gas combustion device is of the same gas type, its components slightly differ depending on the gas supply source (gas company) supplying the fuel gas. Therefore, even if the gas type is correctly selected, the combustion performance may not be as expected. In particular, such a subtle difference in gas components has caused a situation in which the ratio of fuel to air supplied to the burner (air-fuel ratio) is not properly set.
[0007]
(3) Further, in the configuration in which the fuel gas supplied to the burner is adjusted by the gas flow control valve, since the gas flow control valve is not provided with the diaphragm, even if the throttle area (opening area) of the flow control valve is the same. There is also a problem that the gas flow rate cannot be accurately controlled because the flow rate changes due to the fluctuation of the gas pressure on the primary side (primary side gas pressure) of the flow rate control valve.
[0008]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to realize gas combustion capable of realizing combustion at an ideal air-fuel ratio without requiring setting of a gas type. It is to provide a device. It is another object of the present invention to provide a gas combustion device capable of accurately controlling the flow rate irrespective of fluctuations in the primary gas pressure.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a combustion control method for a gas combustion apparatus according to claim 1 of the present invention provides a blower fan for supplying combustion air to a burner for heating a heat exchanger, and a burner for heating the heat exchanger. In a combustion control method for a gas combustion apparatus, a gas flow detecting means for detecting a flow rate of a fuel gas supplied to a burner, and a gas flow rate control valve for adjusting a flow rate of a fuel gas are provided in a supply path of the fuel gas to the burner. Calculating the calorific value given to the heated water based on the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the heat exchanger, and the incoming water amount of the heated water supplied to the heat exchanger; The calorific value given to the heated water is divided by the flow rate of the fuel gas supplied to the burner to calculate the calorific value per unit mass or unit volume of the used gas, and the unit mass or unit volume of the used gas is calculated. Based on the calorific value per unit and the target calorific value. And controlling the valve opening degree of the gas flow rate control valve by calculating the gas flow rate required to the burner Te.
[0010]
The invention according to claim 1 calculates back the calorific value per unit mass or unit volume of the fuel gas from the calorific value given to the water to be heated heated by the heat exchanger, and based on the value, The burner calculates the gas flow rate necessary to obtain the target calorific value and sets the valve opening of the gas flow control valve. Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to realize the combustion control according to the calorific value of the used gas without having to specify the gas type of the fuel gas supplied to the burner.
[0011]
Further, as a preferred embodiment thereof, the invention according to claim 1 is characterized in that when calculating the calorific value per unit mass or unit volume of the used gas, the gas combustion device is operated under predetermined conditions. It is characterized by performing. In other words, the calorific value per unit mass or unit volume of the used gas is calculated based on the assumption that the calorific value given to the heated water is calculated. Based on the temperature difference between the water inlet side and the hot water side of the heat exchanger and the amount of water to be heated supplied to the heat exchanger, the heat exchange efficiency and the like of the heat exchanger can be calculated based on the temperature difference. The heat exchange efficiency varies depending on the combustion state of the gas combustion device. Therefore, in the invention according to claim 2, by operating the gas combustion device under predetermined conditions in which the heat exchange efficiency can be specified in advance, the calorific value per unit mass or unit volume of the fuel gas can be accurately determined. It can be calculated.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the control method of the gas combustion apparatus according to the first or second aspect, the air required for combustion of the unit mass or the unit volume of the used gas is used. The amount is calculated based on the calorific value per unit mass or unit volume of the used gas, and the amount of air required for combustion of the unit mass or unit volume of the used gas and the flow rate of the fuel gas supplied to the burner are calculated. A target air amount to be supplied to the burner is calculated based on the target air amount, and the rotation speed of the blower fan is controlled according to the target air amount.
[0013]
According to the third aspect of the present invention, first, the amount of air required to burn the unit gas or unit volume of the used gas is calculated based on the calorific value per unit mass or unit volume of the used gas. This calculation is based on the fact that the calorific value (HG or HG ') of the fuel gas and the amount of air (OL or OL') required for combustion correspond almost one to one as shown in FIG. calculate. That is, an arithmetic expression for calculating the air amount in advance (calculating the air amount on a one-to-one basis from the heat generation amount or calculating an air amount approximated to one-on-one) is set based on this relationship. In advance, the amount of air necessary for burning the used gas per unit mass or unit volume is calculated based on the arithmetic expression. Then, based on the result, a target air amount corresponding to the flow rate of the fuel gas supplied to the burner is calculated, and the rotation speed of the blower fan is set according to the target air amount. Therefore, according to the third aspect of the present invention, the amount of air supplied to the burner is calculated in accordance with the flow rate of the fuel gas actually supplied to the burner, so that the air-fuel ratio during combustion is optimized. Can be kept.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a gas combustion apparatus, comprising: a gas flow rate detecting means for detecting a flow rate of a fuel gas supplied to a burner; and a gas flow rate control valve for adjusting a flow rate of the fuel gas. A method for controlling combustion of a gas combustion device, comprising: when shifting a fuel gas supplied to the burner from a predetermined flow rate that is a control starting point to a target flow rate that is a control ending point, a primary gas of the gas flow control valve. Assuming that the pressure and the nozzle outlet side pressure of the burner do not change, under this assumption, the cross-sectional area of the gas flow control valve at the starting point of the control, the predetermined flow rate at the starting point of the control, and the predetermined flow rate Calculating a difference between the cross-sectional area of the gas flow control valve at the starting point and the arrival point of the control from the flow difference between the target flow rate and controlling the valve opening degree of the gas flow control valve based on the calculation result. Features To.
[0015]
That is, in controlling the valve opening of the gas flow control valve to adjust the flow rate of the fuel gas supplied to the burner, the primary gas pressure of the gas flow control valve and the nozzle outlet of the burner are controlled. By assuming that the side pressure does not change, the difference between the cross-sectional area of the gas flow control valve at the starting point and the arrival point of the control, the primary gas pressure of the gas flow control valve and the nozzle outlet side pressure of the burner as calculation elements The calculation is performed without using it, and the valve opening of the gas flow control valve is set based on the calculation result. This makes it possible to set the valve opening without being affected by the primary gas pressure.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a gas combustion apparatus, comprising: a rotation speed detection unit configured to detect a rotation speed of a blower fan that supplies combustion air to a burner that heats a heat exchanger; A water inlet temperature detecting means for detecting a water input temperature to the heat exchanger, a hot water temperature detecting means for detecting a hot water temperature from the heat exchanger, and a fuel gas supply path to the burner. A gas flow rate detecting means for detecting a mass flow rate or a volume flow rate of the fuel gas supplied to the burner; and a gas flow rate control valve for adjusting a flow rate of the fuel gas, and adjusting a valve opening of the gas flow rate control valve. In the gas combustion apparatus provided with control means for controlling the temperature of the heat exchanger, the control means controls the temperature of the heat exchanger based on the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the heat exchanger and the amount of water to be heated supplied to the heat exchanger. Calculate the calorific value given to heated water A first step, and dividing the calorific value determined in the first step by the mass flow rate or the volume flow rate of the fuel gas detected by the mass flow rate sensor to generate heat per unit mass or unit volume of the used gas. Calculating a required fuel flow rate based on a target calorific value and a calorific value per unit mass or unit volume of the used gas obtained in the second step. And a control structure for setting a valve opening of the gas flow control valve.
[0017]
The gas combustion apparatus according to the fifth aspect is an apparatus embodying the control method according to the first or second aspect. In the gas combustion apparatus according to the fifth aspect, the gas flow rate is controlled by the fuel gas. And the control means sets the valve opening of the gas flow control valve based on the detection result.
[0018]
In the gas combustion apparatus according to claim 6 of the present invention, in the gas combustion apparatus according to claim 5, the control unit is configured to control a unit mass or a unit volume of the used gas obtained in the second step. A third step of calculating the amount of air required to burn the unit gas or unit volume of the used gas based on the calorific value, the amount of air obtained in the third step, and the gas flow rate detecting means A fourth step of calculating a target air amount to be supplied to the burner based on the detected mass flow rate or volume flow rate of the fuel gas, and rotating the blower fan according to the target air amount. A control structure for setting the number is provided.
[0019]
The gas combustion apparatus according to claim 6 is an apparatus that embodies the control method according to claim 3, wherein the unit mass or the unit volume is based on the calorific value per unit mass or unit volume of the fuel gas. The amount of air required for combustion of the fuel gas per unit is calculated, and the control means sets the rotation speed of the blower fan based on the calculation result.
[0020]
A gas combustion apparatus according to a seventh aspect of the present invention includes a gas flow rate detecting means for detecting a mass flow rate or a volume flow rate of a fuel gas supplied to a burner, and a gas flow rate control valve for adjusting a flow rate of the fuel gas. In addition, in the gas combustion device provided with control means for adjusting a valve opening of the gas flow control valve, the control means controls the fuel gas to be supplied to the burner to reach a point where the control reaches a predetermined flow rate which is a control starting point. When shifting to the target flow rate to be a point, the cross-sectional area of the gas flow control valve at the starting point of the control, the predetermined flow rate at the starting point of the control, and the flow rate difference between the predetermined flow rate and the target flow rate, and the starting point of the control. A control structure for calculating a difference in cross-sectional area of the gas flow control valve at an arrival point and setting a valve opening change amount of the gas flow control valve based on the calculation result. .
[0021]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a gas combustion apparatus embodying the control method according to the fourth aspect, wherein the flow rate of the fuel gas is changed from a predetermined flow rate which is a starting point of the control to a target flow rate which is a reaching point of the control. In this case, the amount of change in the valve opening of the gas flow control valve is set on the assumption that there is no change in the primary gas pressure during the shift.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a water heater. As shown in the figure, a water heater 1 has a burner 2 using gas as a fuel in a main body, a heat exchanger 3 which can be heated by the burner 2 is provided above the burner 2, and a burner is provided below the burner 2. A blower fan 4 for supplying air to the second fan 2 is provided. The blower fan 4 is provided with a rotation speed detector (not shown), and rotation speed information of the blower fan 4 detected by the rotation speed detector is input to a controller (control unit) 13 described later. The reference numeral 15 in the drawing denotes an exhaust collecting cylinder for combustion exhaust.
[0024]
A water supply pipe 5 is connected to the inlet side of the heat exchanger 3, and a tapping pipe 6 is connected to the tapping side. The water supply pipe 5 is provided with an incoming water temperature sensor (incoming water temperature detecting means) 7 for detecting the incoming water temperature to the heat exchanger 3 and a water amount sensor (incoming water amount detecting means) 9 for detecting the amount of incoming water. Further, the tapping pipe 6 is provided with a tapping temperature sensor (tapping temperature detecting means) 8 for detecting the tapping temperature of the hot water heated by the heat exchanger 3.
[0025]
The burner 2 is composed of a plurality of combustion pipes as shown in the figure, and the number of combustion can be switched by a capacity switching valve (not shown). A gas pipe 10 for supplying a fuel gas is connected to the burner 2. The gas pipe 10 is connected to a gas supply source (for example, a gas pipe for supplying city gas in the case of city gas, or a gas pipe for propane gas). (If present, a gas cylinder or the like) to form a fuel gas supply path to the burner 2.
[0026]
The gas pipe 10 has a gas flow rate detecting means (in this embodiment, a flow rate sensor 11 for detecting a mass flow rate of the fuel gas) for detecting a flow rate of the fuel gas, and a flow rate of the fuel gas supplied to the burner 2. A gas flow control valve 12 is provided.
[0027]
The flow rate sensor 11 is a sensor for detecting the mass flow rate of the fluid flowing in the gas pipe 10. As the flow rate sensor 11, for example, temperature sensors are mounted on both upper and lower sides of a heater, and the output between the temperature sensors is output. A thermal mass sensor that measures the mass flow rate of the fluid from the difference between the values is used.
[0028]
The gas flow control valve 12 is a control valve that controls a flow rate by operating a valve body and changing the opening area of a valve seat, such as a needle valve, for example, as shown in FIG. A valve seat 100 is provided in the gas pipe 10, and a needle-shaped valve body 102 that can be advanced and retracted by a driving mechanism (a stepping motor 101 in the illustrated example) is advanced and retracted by the driving mechanism (stepping motor 101 in the illustrated example). It is configured to control the flow rate of the passing gas.
[0029]
That is, in the present embodiment, the valve opening of the valve body 102 is set by the number of steps (step amount) of the stepping motor 101, thereby adjusting the supply amount of the fuel gas supplied to the burner 2. Have been. The stepping motor 101 is configured to operate according to a control signal given from a controller (control means) 13 of the water heater 1 described later.
[0030]
When selecting the gas flow control valve 12, even when a gas having the lowest unit calorific value among the gas types expected to be used in the water heater 1 is used, the valve opening required for the maximum combustion with the gas is determined. A flow control valve equipped with the obtained stepping motor 101 is used. That is, in the gas combustion apparatus of the present invention, the controller 13 measures the calorific value of the fuel gas supplied to the burner 2 and executes the combustion control as described later. The gas flow control valve 12 is selected so that adjustment from the minimum combustion to the maximum combustion can be performed regardless of the supplied gas.
[0031]
The controller 13 is a control unit for controlling the operation of each unit of the water heater 1 and specifically includes a control microcomputer provided with a predetermined storage device (storage unit). . As shown in FIG. 1, the controller 13 receives the sensor output of the inlet water temperature sensor 7, the outlet water temperature sensor 8, the water amount sensor 9, and the flow rate sensor 11 via signal lines indicated by broken lines in the figure. ing. Further, a control signal for operation control can be output from the controller 13 to the blower fan 4 and the stepping motor 101 of the gas flow control valve 12 via a signal line.
[0032]
Next, the operation of the water heater 1 configured as described above will be described. In the water heater 1, when the hot water supply operation is started or the hot water supply test is performed, the controller 13 generates heat HG per unit mass of the fuel gas supplied to the burner 2 according to the procedure shown in the flowchart of FIG. The air amount (theoretical air amount) OL required for combustion is calculated.
[0033]
That is, when the hot water supply operation or the hot water supply test operation is started, the controller 13 first receives the water inlet temperature Ti, the water outlet temperature To, and the water inlet amount W from the water inlet temperature sensor 7, the water outlet temperature sensor 8, and the water amount sensor 9 in the water heater 1. Are obtained (see step S1 in FIG. 3). On the other hand, the controller 13 acquires information (condition values) on the water to be heated and the heat exchanger 3 to be heated by the heat exchanger 3 of the water heater 1 (see step S2 in FIG. 3). Here, these condition values include the density ρ of the water to be heated, the specific heat C, and the heat exchange efficiency α of the heat exchanger 3. Since these condition values are constituted by numerical values that can be specified in advance, all of the numerical values are to be stored in the storage device of the controller 13 in advance, and the data stored in this storage device is read out and used in step S2 in FIG.
[0034]
When the controller 13 obtains the various sensor information and the predetermined condition value of the water heater 1 in this manner, the controller 13 then uses the following equation (1) to calculate the temperature on the inlet side and the outlet side of the heat exchanger 3. The amount of heat (instantaneous heat generation) Hg given to the heated water is calculated based on the difference and the amount of the heated water supplied to the heat exchanger 3 (see step S3 in FIG. 3).
Record
Hg = (To-Ti) · C · W · ρ · α (1)
[0035]
Then, the controller 13 acquires the mass flow rate G of the fuel gas from the detection value of the flow rate sensor 11 (see step S4 in FIG. 3), and transfers the instantaneous heat generation amount Hg to the burner 2 using the following equation (2). The calorific value per unit mass (mass calorific value) HG of the working gas supplied to the burner 2 is calculated by dividing by the mass flow rate G of the supplied fuel gas (see step S5 in FIG. 3).
Record
HG = Hg / G (2)
[0036]
After the calorific value HG per unit mass of the used gas is determined in this way, the controller 13 then determines the amount of air (theoretical amount) required for burning the unit mass of the used gas based on the calorific value HG. The air amount) OL is calculated using the following equation (3) (see step S6 in FIG. 3).
Record
OL = HG (3)
[0037]
Here, the relationship between the calorific value HG per unit mass of the used gas and the theoretical air amount OL will be briefly described with reference to FIG. FIG. 4 shows a composition table and performance such as a calorific value of a typical fuel gas. FIG. 4A shows a composition table and performance of a city gas generally referred to as “13A-1”. FIG. 4B shows a composition table and performance of city gas called “13A-3”, and FIG. 4C shows a composition table and performance of propane gas.
[0038]
As is apparent from FIG. 4, a typical fuel gas (specifically, H ₂ It is known that the calorific value HG per unit mass and the theoretical air amount OL show substantially the same numerical value. In the present embodiment, using such a relationship, the heat generation amount HG and the theoretical air amount OL are regarded as the same, and the equation (3) is established. Therefore, the above equation (3) can be appropriately changed in design as long as it is established based on the relationship between the heat generation amount HG and the theoretical air amount OL as shown in FIG. In other words, any other mathematical expression can be used as long as the theoretical air amount OL is a value that approximates the calorific value HG.
[0039]
In this way, when the calorific value HG and the theoretical air amount OL per unit mass of the used gas are calculated at the time of the hot water supply test operation or the start of the hot water supply operation, these values are all stored in the storage device of the controller 13 and described later. Is used as data for combustion control during a normal hot water supply operation.
[0040]
Then, the operation at the time of the normal hot water supply operation will be described based on the flowchart of FIG.
[0041]
During a normal hot water supply operation, the controller 13 includes a hot water supply set temperature Tp set by a remote controller or the like of the water heater 1 (not shown), a water input temperature Ti detected by the water input temperature sensor 7, and a water flow sensor 9 and the above-mentioned condition values (density ρ of heated water, specific heat C, heat exchange efficiency α of heat exchanger 3) are obtained, and the set temperature is obtained by using equation (4). A target heat value (necessary instantaneous heat value) Hp required for tapping at Tp is calculated (see step S1 in FIG. 5).
Record
Hp = (Tp−Ti) · C · W · ρ · α (4)
[0042]
When the required instantaneous heat generation Hp is calculated, the controller 13 controls the fuel gas flow rate (necessary instantaneous gas flow rate) to be supplied to the burner 2 such that the heat generation amount corresponding to the required instantaneous heat generation Hp is obtained by the burner 2. Gp and an air amount (necessary instantaneous air amount) ON required when the required instantaneous gas flow rate Gp is supplied to the burner 2 are calculated.
[0043]
Specifically, the required instantaneous gas flow rate Gp is calculated by dividing the required instantaneous calorific value Hp by the calorific value HG per unit mass using the following equation (5) (see step S2 in FIG. 5). ).
Record
Gp = Hp / HG (5)
[0044]
Further, the required instantaneous air amount ON is calculated by using either the following equation (6) or equation (7). In the following formula, the excess air ratio for each water heater is m.
Record
ON = m OL G (6)
ON = m · Hp (7)
[0045]
That is, in the above equation (6), based on the detected value actually detected by the flow rate sensor 11 (the flow rate of the fuel gas currently supplied to the burner 2), the detected value is calculated based on the theoretical air amount OL and the excess air amount. The case where the required instantaneous air amount ON is calculated by multiplying by the rate m is shown. On the other hand, the above equation (7) shows a case where the required instantaneous air amount ON is calculated by multiplying the necessary instantaneous gas flow rate Gp obtained in step S2 in FIG. 5 by the excess air ratio m (see step S3 in FIG. 5). ).
[0046]
When the required instantaneous gas flow rate Gp and the required instantaneous air amount ON are obtained in steps S2 and S3 in FIG. 5, the controller 13 then sets the gas flow rate of the fuel gas with the required instantaneous gas flow rate Gp as the target flow rate. The control is executed (see step S4 in FIG. 5). Specifically, the valve opening (feed forward value) of the gas flow control valve 12 is set by a method described later, and thereafter, the flow rate of the fuel gas is set to a target using the actual flow rate G detected by the flow rate sensor 11. The feedback control is executed so as to match the flow rate. The control of the valve opening of the gas flow control valve 12 may employ any of current value control, voltage value control, or step number control of the drive unit of the flow control valve 12, but in the present embodiment. As described above, the opening degree of the gas flow control valve 12 is set by the step number control.
[0047]
On the other hand, the controller 13 controls the amount of air blown to the burner 2 with the required instantaneous air amount ON as the target air amount (see step S5 in FIG. 5). Specifically, the number of rotations of the blower fan 4 is set so that the amount of air supplied to the burner 2 becomes the required instantaneous air amount ON. The rotation speed control is performed by feedback control based on rotation speed information obtained from a rotation speed detecting means (not shown) provided in the blower fan 4.
[0048]
In this way, when the operation control of the gas flow control valve 12 and the blower fan 4 is started by the controller 13, the controller 13 then detects the set temperature Tp and the tapping temperature sensor 8 appropriately or periodically. The calorific value of the burner 2 is corrected by comparing with the tapping temperature To (see step S6 in FIG. 5).
[0049]
That is, in this calorific value correction, the temperature difference ΔT between the current tapping temperature To and the set temperature Tp is obtained, and the calorific value ΔH required to eliminate the temperature difference ΔT is calculated using the following equation (8). Then, the necessary instantaneous heat generation amount Hp is corrected using the heat generation amount ΔH obtained by the equation (8), and the steps after step S2 in FIG. 5 are executed again.
Record
ΔH = ΔT · C · W · ρ · α (8)
[0050]
As described above, according to the water heater 1 according to the present invention, the controller 13 obtains the calorific value HG per unit mass of the used gas by calculation at the start of the hot water supply operation or at the time of the trial operation of the hot water supply. It is not necessary to manually set the type of fuel gas to be used in advance. Moreover, even if there is a variation in the components of the fuel gas, the calorific value of the fuel gas can be accurately measured irrespective of such variation, so that stable combustion control can be realized.
[0051]
Furthermore, in the water heater 1 according to the present invention, since the rotation speed of the blower fan 4 is set according to the calorific value of the fuel gas supplied to the burner 2, combustion at an ideal air-fuel ratio can be realized. .
[0052]
By the way, if the configuration in which the supply amount of the fuel gas to the burner 2 is controlled by using the flow rate sensor 11 and the gas flow rate control valve 12 as described above is adopted, the capacity is switched on the burner 2 side (combustion of the combustion tube constituting the burner 2). Even if the number is switched, the relationship between the flow rate of the fuel gas and the throttle area of the gas flow control valve 12 does not change, so that there is an advantage that the control is facilitated. Fluctuates, the flow rate changes even if the throttle area of the gas flow control valve 12 is the same.
[0053]
Therefore, in the water heater 1 according to the present embodiment, in order to adjust the flow rate of the fuel gas without being affected by the primary side gas pressure, the feedforward when setting the valve opening of the gas flow control valve 12 is performed. The controller 13 is configured to determine the value as follows.
[0054]
That is, in determining the feedforward value of the valve opening of the gas flow control valve 12, in the present invention, the control reaches the control point from the time when the control starts (the time when a new target flow is set by the controller 13). It is assumed that the primary gas pressure P1 of the gas flow control valve 12 and the nozzle outlet pressure P0 of the burner 2 do not change by the time when the target flow rate of the fuel gas is supplied to the burner 2. Then, under this assumption, the controller 13 calculates the change amount ΔS of the valve opening degree of the gas flow control valve 12 using the following equation (9), and uses this value as a feedforward value to perform gas flow control. The operation of the valve 12 is controlled. That is, if the gas flow control valve 12 is in the fully closed state at the starting point of the control, the gas flow control valve 12 is opened using the above ΔS as a feedforward value, and the gas flow control valve 12 is already in the open state. If so, a value obtained by adding or subtracting ΔS to that state is set as a feedforward value.
Record
ΔS = (S1 · ΔG) / G1 (9)
[0055]
Here, S1 is the effective cross-sectional area of the gas flow control valve 12 at the time when the control is started, G1 is the fuel gas flow at the control start, and ΔG is the fuel gas flow and the target flow G2 at the control start. And the flow rate differences are shown. The primary side gas pressure P1 and the nozzle outlet side pressure P0 are shown in FIG. 6 (a), and the effective cross-sectional area S is not shown in FIG. As shown in FIG. 5, the effective opening area S substantially obtained by observing the passage area of the fluid is meant.
[0056]
This equation (9) is derived as follows. That is, assuming that the fuel gas supplied to the burner 2 is stable at a certain flow rate (corresponding to G1 serving as the starting point of the control), the following equation (10) is established in this state.
Record
[0057]
(Equation 1)

[0058]
Here, g indicates the gravitational acceleration, γ indicates the specific weight of the fluid, P1 indicates the primary gas pressure, and P0 indicates the nozzle outlet pressure (the same applies hereinafter).
[0059]
Then, when a new target flow rate G2 is given in this state, the following equation (11) is established for this target flow rate G2 as well as the equation (10).
Record
[0060]
(Equation 2)

[0061]
Therefore, assuming that the valve opening change amount of the gas flow control valve 12 is ΔS, this ΔS is obtained by the following equation (12).
Record
[0062]
[Equation 3]

[0063]
Therefore, assuming that the primary gas pressure P1 and the nozzle outlet pressure P0 do not change while the valve opening of the gas flow control valve 12 changes by ΔS, the ΔS can be replaced by the following equation (13): By expanding this equation (13), the above equation (9) can be obtained.
Record
ΔS = (G2 · S1−G1 · S1) / G1 (13)
[0064]
That is, in the present invention, by assuming that the primary gas pressure P1 of the gas flow control valve 12 and the nozzle outlet pressure P0 of the burner 2 do not change, the valve opening required for obtaining the target flow rate G2 is obtained. The change amount ΔS is expressed as an equation (9) that depends only on the original flow rate G1 and the original valve opening S1 that are the starting points of the control, and the feedforward value of the gas flow control valve 12 is calculated based on the equation (9). Is set, the control amount of the gas flow control valve 12 can be determined without being affected by the fluctuation of the primary gas pressure.
[0065]
Here, it is assumed that the primary side gas pressure P1 of the gas flow control valve 12 and the nozzle outlet side pressure P0 of the burner 2 do not change because if the response performance of the drive unit of the gas flow control valve 12 is good, the control is performed. The reason is that there is no problem even if these are ignored, and the water heater 1 can be operated without any practical problem by performing the feedback control after the feed forward control.
[0066]
It should be noted that the above-described embodiments merely show preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments, and various design changes can be made within the scope.
[0067]
For example, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a water heater is shown. However, the present invention relates to a gas combustion device capable of detecting the flow rate of fuel gas and supplying fuel gas by a flow control valve. If so, the present invention can be applied to other burning appliances such as a bath kettle.
[0068]
Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the valve opening degree of the gas flow control valve 12 is determined using the number of steps of the stepping motor 101 has been described, but the valve opening degree is an element other than the number of steps (for example, the opening area of the valve). , Etc.).
[0069]
In the above-described embodiment, a sensor that measures the mass flow rate of the fuel gas is used as the flow rate sensor 11, but the present invention can also be implemented using a sensor that measures the volume flow rate. In this case, since the flow rate sensor detects the volume flow rate of the fuel gas, the formula for calculating the theoretical air amount also needs to be changed in accordance with the volume flow rate. It is known that the theoretical air amount OL 'necessary for burning the fuel gas per unit volume flow has substantially the same value as shown in FIG. It is possible to do.
[0070]
Further, in the above-described embodiment, the heat exchange efficiency α used when calculating the amount of heat Hg given to the heated water is simply described as a numerical value specified in advance. However, in specifying this numerical value, Techniques can be employed. That is, before installation of the gas combustion apparatus such as at the time of shipping inspection, the burner 2 is burned under predetermined combustion conditions (for example, all the burners 2 are of small capacity and large capacity), and the water entering the heat exchanger 3 at this time. The temperature difference between the hot water side and the hot water side and the amount of water to be heated supplied to the heat exchanger 3 are measured from the values detected by the incoming water temperature sensor 7, the outgoing water temperature sensor 8 and the water amount sensor 9, and supplied for inspection. The flow rate of the fuel gas is measured by the flow rate sensor 11. At this time, the calorific value of the fuel gas supplied to the burner 2 for inspection, the density ρ of the water to be heated, and the specific heat C can be known in advance. , The heat exchange efficiency α of the heat exchanger 3 is calculated by using the above equation (1), and this value can be stored in the storage device of the controller 13 for the purpose. As a result, the heat exchange efficiency α of the heat exchanger 3 is determined for each gas combustion device, so that it is possible to suppress the occurrence of errors in the heat exchange efficiency α due to variations between solids, differences in exhaust variation, and the like.
[0071]
Further, when the heat exchange efficiency α of the heat exchanger 3 is calculated for each device at the time of a shipping inspection or the like in this way, the calculated heat exchange efficiency α and the combustion conditions at the time of the shipping inspection (such as the combustion of the burner 2). By storing the data of the number, the combustion capacity, the temperature difference between the inlet and outlet sides of the heat exchanger 3 and the amount of water to be heated supplied to the heat exchanger 3) in the storage device of the controller 13, For example, in a hot water supply test run performed after installation of the gas combustion device, under the same conditions as when the heat exchange efficiency α was calculated based on the data stored in the storage device (specifically, the temperature on the water inlet side and the water outlet side). The gas combustion device is operated (so that the difference and the water input amount are the same), and in this state, the heat amount Hg given to the water to be heated is determined by the above-described procedure, and the heat amount Hg, the mass flow rate G of the fuel gas, From the unit mass of the gas used Of by calculating the calorific value HG, it is possible to accurately measure the amount of heat generated per unit mass without being affected by changes in the heat exchange efficiency α by differences in combustion conditions. At this time, the flow rate of the fuel gas supplied to the burner 2 is detected by the flow rate sensor 11, and this value is compared with the supply amount of the fuel gas at the time of the shipment inspection. It is possible to easily check whether or not the fuel gas is the same kind of gas as the fuel gas used at the time of the shipping inspection and whether the calorific value differs. In other words, when a nonstandard fuel gas that is not originally intended to be used is supplied at the installation location, the occurrence of such a situation can be quickly confirmed.
[0072]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the gas combustion apparatus and the combustion control method thereof according to the first invention of the present invention, a blower fan that supplies combustion air to a burner that heats a heat exchanger, and a heat exchanger In a fuel gas supply path to a burner to be heated, a gas combustion device including a gas flow rate detection unit that detects a flow rate of the fuel gas supplied to the burner, and a gas flow rate control valve that adjusts a flow rate of the fuel gas, The calorific value given to the heated water is calculated based on the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the heat exchanger, and the amount of incoming water to be heated supplied to the heat exchanger, and the calorific value given to the heated water is given to the heated water. The calorific value per unit mass or unit volume of the used gas is calculated from the calorific value obtained and the flow rate of the fuel gas supplied to the burner, and the calorific value per unit mass or unit volume of the used gas, the target calorific value and Gas required for burner based on Since calculates the amount the valve opening of the gas flow control valve is set, the manual advance of the gas type setting operation by the unnecessary construction work such as a conventional gas combustion apparatus can be provided an easy gas combustion apparatus. Accordingly, it is possible to prevent malfunction of the gas combustion device due to operator's operation error. Further, since the combustion control is performed based on the calorific value per unit mass or unit volume of the used gas, stable combustion performance can be obtained irrespective of the variation of the components within the same gas type.
[0073]
According to the second aspect of the present invention, the amount of air required for combustion of the unit gas or unit volume of the used gas is calculated based on the calorific value per unit mass or unit volume of the used gas. Alternatively, a target air amount to be supplied to the burner is calculated based on an air amount necessary for combustion of a unit volume of the used gas and a flow rate of the fuel gas supplied to the burner. Is set, the amount of air required for proper combustion of the supplied fuel gas can be accurately supplied to the burner, and combustion at an ideal air-fuel ratio can always be realized.
[0074]
Further, according to the third aspect of the present invention, there is provided a gas combustion device comprising a gas flow rate detecting means for detecting a flow rate of a fuel gas supplied to a burner, and a gas flow rate control valve for adjusting a flow rate of a fuel gas. When the fuel gas to be supplied to the burner is shifted from a predetermined flow rate as a control starting point to a target flow rate as a control reaching point, the primary gas pressure of the gas flow control valve and the nozzle outlet pressure of the burner change. Assuming that the control is not performed, based on this assumption, the cross-sectional area of the gas flow control valve at the starting point of the control, the predetermined flow rate at the starting point of the control, and the flow difference between the predetermined flow rate and the target flow rate, The difference between the cross-sectional area of the gas flow control valve at the starting point and the arrival point is calculated, and the valve opening of the gas flow control valve is controlled based on the calculation result, so that the primary gas pressure is used without using a diaphragm. It is possible to perform the combustion control without being influenced by fluctuations.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration when a gas combustion device according to the present invention is applied to a water heater.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a gas flow control valve used in the gas combustion device.
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for calculating a calorific value of fuel gas per unit mass and calculating a theoretical air amount in the gas combustion apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a composition table and performance such as a calorific value of a representative fuel gas. FIG. 4 (a) shows a composition table and performance of a city gas generally referred to as “13A-1”. 4 (b) shows a composition table and performance of city gas called "13A-3", and FIG. 4 (c) shows a composition table and performance of propane gas.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of gas flow control and fan rotation speed control of the gas combustion device according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram for supplementing the operation of the gas combustion device according to the present invention, and FIG. 6 (a) is an explanatory diagram showing a primary gas pressure and a nozzle outlet pressure of a gas flow control valve. FIG. 6B is an explanatory diagram for explaining the content of the cross-sectional area.
[Explanation of symbols]
1 water heater (gas combustion device)
2 burners
3 heat exchanger
4 blower fan
5 Service pipe
6 tapping pipe
7 Incoming water temperature sensor (incoming water temperature detecting means)
8 Hot water temperature sensor (hot water temperature detecting means)
9 Water volume sensor (water input volume detection means)
10. Gas pipe (fuel gas supply path)
11 Flow sensor (gas flow detecting means)
12 Gas flow control valve
13 Controller (control means)
15 Exhaust tube

Claims

A blower fan for supplying combustion air to a burner for heating the heat exchanger; and a gas flow detecting means for detecting a flow rate of fuel gas supplied to the burner in a fuel gas supply path to the burner for heating the heat exchanger. And, a combustion control method of a gas combustion device comprising a gas flow control valve for adjusting the flow rate of the fuel gas,
Calculate the calorific value given to the water to be heated based on the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the heat exchanger and the amount of incoming water to be heated supplied to the heat exchanger,
The calorific value given to the heated water is divided by the flow rate of the fuel gas supplied to the burner to calculate the calorific value per unit mass or unit volume of the gas used,
A gas characterized in that a gas flow rate required for the burner is calculated based on a calorific value per unit mass or unit volume of the used gas and a target calorific value to control a valve opening of the gas flow control valve. A combustion control method for a combustion device.

The combustion control of the gas combustion device according to claim 1, wherein the calorific value per unit mass or unit volume of the used gas is calculated by operating the gas combustion device under predetermined conditions. Method.

Calculate the amount of air required for combustion of the unit mass or unit volume of the use gas based on the heat generation per unit mass or unit volume of the use gas,
A target air amount to be supplied to the burner is calculated based on the air amount necessary for combustion of the unit mass or unit volume of the used gas and the flow rate of the fuel gas supplied to the burner, and the target air amount is calculated according to the target air amount. The combustion control method for a gas combustion device according to claim 1, wherein the number of rotations of the blower fan is controlled by controlling the number of rotations.

A combustion control method for a gas combustion device, comprising: gas flow rate detection means for detecting a flow rate of a fuel gas supplied to a burner; and a gas flow rate control valve for adjusting a flow rate of the fuel gas,
When shifting the fuel gas to be supplied to the burner from a predetermined flow rate that is a control starting point to a target flow rate that is a control reaching point,
Assuming that the primary gas pressure of the gas flow control valve and the nozzle outlet pressure of the burner do not change, the sectional area of the gas flow control valve at the starting point of the control under this assumption, and the starting point of the control From the predetermined flow rate and the flow rate difference between the predetermined flow rate and the target flow rate, the difference between the cross-sectional area of the gas flow control valve at the starting point and the arrival point of the control is calculated, and based on the calculation result, the gas flow rate control A combustion control method for a gas combustion device, comprising controlling a valve opening of a valve.

Rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the blower fan for supplying combustion air to the burner for heating the heat exchanger, water entering amount detecting means for detecting the amount of water entering the heat exchanger, and entering the heat exchanger Inlet water temperature detecting means for detecting the temperature, hot water temperature detecting means for detecting the hot water temperature from the heat exchanger, and a mass flow or a volume flow of the fuel gas supplied to the burner in a fuel gas supply path to the burner. A gas combustion device comprising a gas flow rate detecting means for detecting the flow rate of the fuel gas and a gas flow rate control valve for adjusting the flow rate of the fuel gas, and a control means for adjusting the valve opening of the gas flow rate control valve,
The control means calculates a calorific value given to the water to be heated based on a temperature difference between an inlet side and a tapping side of the heat exchanger and an amount of incoming water to be heated supplied to the heat exchanger. The first step,
The second calorific value per unit mass or unit volume of the used gas is calculated by dividing the calorific value determined in the first step by the mass flow rate or the volume flow rate of the fuel gas detected by the mass flow sensor. And steps,
Control for calculating the required fuel flow rate based on the heat generation amount per unit mass or unit volume of the used gas obtained in the second step and the target heat generation amount and setting the valve opening of the gas flow control valve A gas combustion device having a configuration.

The control means calculates the amount of air required to burn a unit mass or unit volume of the use gas based on the calorific value per unit mass or unit volume of the use gas obtained in the second step. The third step,
A fourth step of calculating a target air amount to be supplied to the burner based on the air amount obtained in the third step and the mass flow rate or the volume flow rate of the fuel gas detected by the gas flow rate detecting means; And having
The gas combustion device according to claim 5, further comprising a control structure for setting a rotation speed of the blower fan according to the target air amount.

A gas flow rate detecting means for detecting a mass flow rate or a volume flow rate of the fuel gas supplied to the burner; and a gas flow rate control valve for adjusting a flow rate of the fuel gas, and adjusting a valve opening of the gas flow rate control valve. In a gas combustion device provided with control means,
When the control means shifts the fuel gas supplied to the burner from a predetermined flow rate serving as a control starting point to a target flow rate serving as a control reaching point, a cross-sectional area of a gas flow control valve at the control starting point, The predetermined flow rate at the starting point of the control, the difference between the cross-sectional area of the gas flow control valve at the starting point and the arrival point of the control from the flow rate difference between the predetermined flow rate and the target flow rate, based on the calculation result A gas combustion device comprising a control configuration for setting a valve opening change amount of the gas flow control valve.