JP3023995B2 - 給湯機の燃焼制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は給湯機の燃焼制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、バーナへの燃料供給を制御する燃
料流量調整手段と、前記燃料流量調整手段を所定流量に
すると共に燃料供給を間欠的に開閉する電磁弁と、燃料
の燃焼により加熱されて冷水を温湯に変換する熱交換器
と、熱交換器に供給される水量を検出する水量センサ
と、熱交換器の入側と出側の水管に設けられて水温を検
出する水温センサ及び湯温センサと、出湯したい温度を
設定する温度設定手段と、必要熱量を演算するためのゲ
インを記憶するゲイン記憶手段と、温度設定手段で設定
された設定温度と、各センサの検出値に基づいて必要熱
量を演算する必要熱量演算手段とからなる給湯機があ
る。

【０００３】そして、給湯機に供給される水の温度及び
給湯機からの出湯量等にかかわりなく、給湯機からの出
湯温度を温度設定手段で設定した設定温度に制御するよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、熱源の最小
発熱量よりも必要熱量が小さい場合には、熱源の発熱量
が大きすぎるため熱源を連続燃焼させたのでは出湯温度
の制御ができないという問題がある。

【０００５】そのため、熱源を間欠燃焼させて上記必要
熱量に対応しようとすると、間欠燃焼から連続燃焼に切
換わるとき、図１１で示すように、切換区間Qbでは、水
圧の僅かな変動→出湯量の僅かな変動→必要熱量Qdの僅
かな変動のような極めて微細な変動に対しても、出湯温
度Thが急変することがあり、使い勝手が悪くなるという
欠点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、バーナへの
燃料供給を制御する燃料流量調整手段と、前記燃料流量
調整手段によって所定流量にすると共に間欠的に燃料を
供給する電磁弁と、燃料の燃焼により加熱されて冷水を
温湯に変換する熱交換器と、熱交換器に供給される水量
を検出する水量センサと、熱交換器の入側と出側の水管
に設けられて水温及び湯温を検出する水温センサ及び湯
温センサと、出湯したい温度を設定する温度設定手段
と、必要熱量を演算するためのゲインを記憶するゲイン
記憶手段と、温度設定手段で設定された設定温度と各セ
ンサの検出値に基づいて必要熱量を演算する必要熱量演
算手段とからなる給湯機において、必要熱量が熱源の最
小発熱量よりやや大きめに決められた所定熱量以下の場
合は出湯温度設定値と水温センサの検出値と水量センサ
の検出値との演算によるフィードフォワード制御を行っ
て間欠燃焼し、必要熱量が前記所定熱量以上の場合は前
記フィードフォワード制御に加えて湯温センサの検出値
と出湯温度設定値とゲイン記憶手段から呼び出したゲイ
ンとの演算によるフィードバック制御を併用して連続燃
焼すると共に、必要熱量が前記所定熱量に近い範囲にお
いて必要熱量演算手段は直接又はゲイン選定手段を介し
てゲイン記憶手段からゲインを呼び出して制御する給湯
機の燃焼制御方法であって、ゲイン記憶手段からゲイン
選定手段を介して必要熱量演算手段に呼び出されるゲイ
ンを、直接にゲイン記憶手段から必要熱量演算手段に呼
び出されるゲインより小さくしたことを特徴とする給湯
機の燃焼制御方法を提供せんとするものである。

【０００７】また、ゲイン記憶手段からゲイン選定手段
を介して必要熱量演算手段に呼び出されるゲインは、前
記所定熱量の範囲において前記所定熱量に向かって徐々
に小さくなるように連続的あるいは断続的に複数個記憶
されていることにも特徴を有するものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を添付図に示す実施例に基づい
て、詳説する。

【０００９】図１は、本発明の第１実施例としての石油
式給湯機Ａの全体構成を概念的に示しており、20は熱源
ｎとしてのガンタイプのバーナであり、同バーナ20は、
その後部をダクト21を介してファン22と接続している。

【００１０】また、ダクト21内には、燃焼用エア供給量
を調節するためのダンパー23が配設されている。33はイ
グナイタである。

【００１１】バーナ20の下方に、給水配管25と給湯配管
28とに連通連結した熱交換器24を配設し、給水配管25に
は水量センサ26と水温センサ27を装着し、給湯配管28に
は出湯量調整弁29と湯温センサ30とを装着している。

【００１２】Ｔは灯油を充填した貯油タンク、S1はスト
レーナ、Ｐは電磁ポンプ、Ｎは戻り式圧力噴霧ノズルで
あり、往き油管Ｓを介して上記の順で直列状に接続され
ている。

【００１３】また、Ｖは燃料供給を間欠的に開閉する電
磁弁、Ｆはフイルタ、FCは燃料流量調整手段としての電
磁流量調整弁であり、戻り油管Ｒを介して上記の順で直
列状に接続されており、戻り油管Ｒの始端は戻り式圧力
噴霧ノズルＮに、同終端はストレーナS1と電磁ポンプＰ
との間にそれぞれ接続されている。

【００１４】Ｍは上記各機能部品を制御する制御部であ
る。

【００１５】戻り式圧力噴霧ノズルＮは、図２に示すよ
うに、内部に噴出流路10と戻り流路11とを形成してお
り、往き油管Ｓを通して戻り式圧力噴霧ノズルＮに供給
された灯油の一部を霧化して、先端ノズル開口部12から
噴出すると共に、残部が戻り流路11を通して戻り油管Ｒ
に環流するようにしている。

【００１６】電磁ポンプＰは、図３〜図５に示すよう
に、ポンプ本体80上に駆動部81を設けて構成している。

【００１７】そして、ポンプ本体80には、図４及び図５
に示すように、往き油管Ｓの上流側とニップル82を介し
て接続した吸入口83と、同吸入口83と第１連通路84を介
して連通し、バルブ機構85を収容したバルブ室86と、バ
ルブ室86に連通したポンプ室89と、第２連通路87を介し
てバルブ室86に連通したアキュムレータ88とを形成して
いる。

【００１８】また、駆動部81は、ソレノイド93の内部に
ガイドパイプ90を挿通させ、同ガイドパイプ90内上部に
磁気ロッド91を固定状態に嵌入し、同磁気ロッド91の直
下方に上側ばね95を介在させて摺動体92を遊嵌し、摺動
体92の下端にピストンロッド94を同摺動体92と一体的に
連設して、ピストンロッド94下端をポンプ室89中に挿入
させている。

【００１９】96はピストンロッド94と摺動体92とを上方
に付勢する下側ばねであり、ソレノイド93に電流を流し
ていないとき、摺動体92とピストンロッド94とは、上下
側ばね95，96の付勢力が釣合う位置で静止状態を保持す
る。

【００２０】かかる電磁ポンプＰに、ソレノイド93に交
流電流を印加すると、ピストンロッド94の下端がポンプ
室89中を進退摺動して、灯油を圧出することができる。

【００２１】すなわち、ピストンロッド94が上昇する
と、バルブ機構85の左側弁85a が開弁し、右側弁85b が
閉弁して、灯油をバルブ室86内に吸入し、ピストンロッ
ド94が降下すると、左側弁85a が閉弁し、右側弁85b が
開弁して、灯油をアキュムレータ88内に圧送するように
している。97はリリーフバルブである。

【００２２】また、ガイドパイプ90の上部には、往き油
管Ｓの始端側と接続した筒状の吐出継手98を設け、同吐
出継手98内に連絡流路99を形成し、同連絡流路99の中途
に弁座100 を形成し、同弁座100 に接離する弁体102
と、弁体102 を支持した電磁可動片104 と、同電磁可動
片104 と磁気ロッド91との間に介設した弁ばね105 とを
配設して閉止弁101 を構成している。

【００２３】かかる閉止弁101 は、ソレノイド93に電流
を流すとその方向に関係なく、電磁可動片104 が弁ばね
105 の付勢に抗して下方へ吸引され、弁体102 が弁座10
0 から離れて開弁し、ソレノイド93への電流を止める
と、弁体102 が弁座100 に圧接され閉弁する。

【００２４】従って、電磁ポンプＰの駆動を停止する
と、戻り式圧力噴霧ノズルＮへの灯油の流通が遮断され
る。

【００２５】電磁弁Ｖは、図６に示すように、筒状の弁
ケーシング70内に連絡流路71を設け、同連絡流路71の下
流側に弁座72を設けると共に、連絡流路71内に略筒状の
弁体進退杆73を進退摺動自在に配設し、同弁体進退杆73
をソレノイド78により進退駆動して、弁体進退杆73の先
端に一体成形した弁体74を、上記弁座72に接離自在とし
ている。

【００２６】76は弁体進退杆73内に設けた流路、77は弁
体74を弁座72に押圧状態に付勢する弁ばね、70a は戻り
油管Ｒの上流側と接続する上流側接続部、70b は同戻り
油管Ｒの下流と接続する下流側接続部である。

【００２７】そして、ソレノイド78に電流を印加するこ
とによって、弁体進退杆73先端の弁体74を弁座72から離
隔させて、連絡流路71を開くようにしている。

【００２８】かかる電磁弁Ｖの閉弁動作を電磁ポンプＰ
の停止動作に連動させることによって、戻り油管Ｒを灯
油がノズルＮに逆流して、噴霧停止中の戻り式圧力噴霧
ノズルＮから灯油が漏れるのを防止することができ、灯
油臭の発生及び戻り式圧力噴霧ノズルＮにカーボンやタ
ールが焼付くのを防止することができる。

【００２９】また、電磁弁Ｖは、圧力によって作動する
逆止弁と異なり、電気的に開閉動作させるために、戻り
油管Ｒの流路抵抗の増加が防止され、クラッキング圧力
による流量調整幅下限の制限を回避することができる。

【００３０】また、電磁弁Ｖを電磁流量調整弁FCと戻り
式圧力噴霧ノズルＮとの間に設けたことにより、後述の
電磁流量調整弁FC内に空気溜りが生じて、圧力低下によ
り空気が膨張した場合にも、電磁弁Ｖにより上記ノズル
Ｎより灯油が押し出されるのを防止することができる。

【００３１】電磁流量調整弁FCは、ブリードオフ式の流
量調整によって、戻り式圧力噴霧ノズルＮからの噴霧量
を増減して、バーナーの燃焼量を変化させるものであ
る。

【００３２】すなわち、図７で示すように、弁ケーシン
グ40と、同弁ケーシング40の下方に配設した弁体駆動機
構Ｋとで構成されている。

【００３３】弁ケーシング40は、弁ケーシング40の上面
に連設したニップル43d と、同ニップル43d 内に設けた
戻り油流路43e と、連絡流路43a の中途に弁座44を介し
て連絡したＬ字形状に屈曲した流量調整流路43とで構成
されている。

【００３４】弁体駆動機構Ｋは、ガイドスリーブ46と、
同ガイドスリーブ46内に摺動自在に挿入した弁体進退杆
47と、同弁体進退杆47の上端に形成した円形凹部48内に
在って弁座44に対し接離自在の球状弁体45と、ガイドス
リーブ46の外周に設けたソレノイド51と、ガイドスリー
ブ46の下端に嵌入した固定磁極61と、同固定磁極61に螺
入した調整ねじ62と、同調整ねじ62の上端と弁体進退杆
47の下端との間に介在したスプリング65とで構成されて
いる。

【００３５】そして、戻り油流路43e を、戻り油管Ｒの
戻り式圧力噴霧ノズルＮ側に接続し、連絡流路43a の一
側開口43b は、図１で示すように、往き油管Ｓの上流側
に連絡しており、その他側開口43c は往き油管Ｓの下流
側に連絡している。

【００３６】なお、流量調整弁FCの取付位置および形状
は上記に限定されることなく、戻り流路中であれば任意
であることは言うまでもない。

【００３７】かかる構成によって、ソレノイド51に電流
を印加することにより、スプリング65の付勢に抗して弁
体進退杆47を軸線に沿って進退させ、球状弁体45を弁座
44から上記電流量に対応する距離だけ離隔することがで
き、戻り油管Ｒを流れる戻り油量を調整することができ
る。

【００３８】また、調整ねじ62の螺動によって、弁座44
から球状弁体45を離隔する力を調整することができる。

【００３９】したがって、給湯機Ａの必要熱量に応じ、
所要の電流をソレノイド51に印加して、弁体進退杆47に
支持された球状弁体45を進退させて灯油の流量調整を行
い、バーナ20の正確な燃焼制御を行うことができる。

【００４０】制御部Ｍは、図８に示すように、マイクロ
プロセッサＭＰＵと、入力及び出力インターフェース
ａ，ｂと、メモリｍとで構成されている。

【００４１】入力インターフェースａには、運転スイッ
チ35、出湯温度設定手段としての出湯温度設定器36、水
量センサ26、水温センサ27、及び湯温センサ30を接続し
ている。

【００４２】出力インターフェースｂには電磁ポンプ
Ｐ、電磁弁Ｖ、流量調整弁FC、ファン22、イグナイタ33
及び出湯量調整弁29を接続して、マイクロプロセッサＭ
ＰＵからの制御出力により、上記各機器を作動させるよ
うにしている。

【００４３】なお、上記制御出力は、出力インターフェ
ースｂで、次の制御出力が入力するまでラッチされてい
る。

【００４４】図９は出湯温度制御系統を示すブロック図
であり、図示するように、制御部Ｍ内に必要熱量演算手
段Ｕとゲイン記憶手段Ｇとゲイン選定手段ｇとを設定
し、必要熱量演算手段Ｕに入力した水量センサ26、水温
センサ27、湯温センサ30からの検出値及び、出湯温度設
定器36からの設定値を演算処理し、燃料供給を間欠的に
開閉する電磁弁及び燃料流量調整手段としての電磁流量
調整弁FCとを、フィードフォワード又はフィードバック
制御する。そして、ゲイン記憶手段Ｇから直接又はゲイ
ン選定手段ｇを介して呼び出したゲインに基づいてフィ
ードバック制御を行うようにしている。

【００４５】上記制御部Ｍが行いうる発熱量制御には、
必要熱量が熱源ｎの最小発熱量よりやや大きめに決め
られた所定熱量以下の場合は出湯温度設定値と水温セン
サの検出値と水量センサの検出値との演算によるフィー
ドフォワード制御を行って間欠燃焼し、必要熱量が前記
所定熱量以上の場合は前記フィードフォワード制御に加
えて湯温センサの検出値と出湯温度設定値とゲイン記憶
手段から呼び出したゲインとの演算によるフィードバッ
ク制御を併用して連続燃焼すると共に、必要熱量が前記
所定熱量に近い範囲において必要熱量演算手段はゲイン
選定手段を介してゲイン記憶手段からゲインを呼び出し
て制御することができる。

【００４６】ゲイン記憶手段からゲイン選定手段を介
して必要熱量演算手段に呼び出されるゲインは、直接に
ゲイン記憶手段から必要熱量演算手段に呼び出されるゲ
インより小さくすることで、間欠燃焼から連続燃焼に移
行するとき、出湯温度の急変を防止することができる。

【００４７】ゲイン記憶手段からゲイン選定手段を介
して必要熱量演算手段に呼び出されるゲインは、前記所
定熱量の範囲において前記所定熱量に向かって徐々に小
さくなるように連続的あるいは断続的に複数個記憶させ
たことで、更にスムースに間欠燃焼から連続燃焼に移行
することができる。

【００４８】すなわち、出湯量を検出する水量センサ26
の検出値と、給水温度を検出する水温センサ27の検出値
と、出湯温度設定値とを演算処理して得た数値に基づき
熱源ｎの発熱量を増減させるフィードフォワード制御
と、湯温センサ30の検出値と出湯温度設定値との偏差に
ゲインを乗じて得た数値に基づき熱源ｎの発熱量を増減
させて行うフィードバック制御とを併用したハイブリッ
ド制御と、バーナ20の最小発熱量よりも必要熱量Qdが小
さいとき、バーナ20に間欠燃焼を行わせ、燃焼時間と休
止時間とを、必要熱量Qdに基づくフィードフォワード制
御で制御することにより、バーナ20の発熱量制御可能領
域を下方に拡大した間欠制御と、必要熱量Qdが、上記最
小発熱量よりも小さいときは間欠燃焼、大きいときは連
続燃焼に、動作のヒステリシスを設定した切換区間Qbを
設けて切換える切換制御と、間欠燃焼から連続燃焼間へ
の切換時、すなわち、間欠燃焼から連続燃焼への切換時
において、フィードバック制御のゲインを、ゲイン記憶
手段Ｇからゲイン選定手段を介して呼び出すことによ
り、切換時には小さくし、必要熱量Qdが大きくなるにつ
れてゲインを大きくするようにした切換時補正制御とが
ある。

【００４９】そして、必要熱量Qdがバーナ20の最小発熱
量よりも大きい場合は、バーナ20に連続燃焼を行わせ、
のハイブリッド制御により出湯温度の制御が行われ、
フィードフォワード制御により、出湯温度変動の主たる
要因たる給水量、給水温度及び設定温度の変動を前もっ
て検知して発熱量の制御を行うことができ、これにフィ
ードバック制御を併用することで、応答性と設定温度へ
の収束とが高く、正確かつスムースな出湯温度制御を行
うことができる。

【００５０】また、上記必要熱量Qdがバーナ20の最小発
熱量よりも小なるときは、バーナ20に間欠燃焼を行わ
せ、フィードフォワード制御で燃焼時間と休止時間とを
制御して、平均発熱量を必要熱量Qdに一致させることに
より、所望の出湯温度を得ることができる。

【００５１】特に、間欠燃焼から連続燃焼に切換わる時
には、間欠燃焼制御からハイブリッド制御に切換わるの
であるが、ゲイン選定手段を介してゲインを呼び出すこ
とによって、フィードバック制御のゲインを、切換時に
は小さくし、必要熱量Qdが大きくなるにつれてゲインを
大きくするようにしているので、切換区間Qbでのバーナ
20の発熱量が、必要熱量Qdの僅かな変動には過敏に反応
せず、したがって、図１０で示すように、上記切換後の
出湯温度Thの変動が緩やかになり、使い勝手を良くする
ことができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明では、必要熱量が熱源の最小発熱
量よりも小さい場合でも、フィードフォワード制御を行
って熱源に間欠燃焼をさせることにより、平均発熱量を
必要熱量に一致させて、出湯温度の制御を行うことがで
きる。

【００５３】そして、フィードフォワード制御による間
欠燃焼から、フィードフォワード制御とフィードバック
制御とを併用した連続燃焼に切替わるとき、間欠燃焼と
連続燃焼との切換区間Qbでは、例えば、水圧の僅かな変
動→出湯量の僅かな変動→必要熱量Qdの僅かな変動に対
しても、図１１で示すように、出湯温度Thが大きく変動
し、使い勝手が悪くなるという欠点があるが、本発明で
は上記間欠燃焼と連続燃焼間の切換時におけるフィード
バック制御のゲインを小さくしているので、上記切換時
に、水圧変動等に伴う僅かな必要熱量の変動があって
も、熱源の発熱量が過敏に変動しない。

【００５４】したがって、出湯温度の変動が緩やかにな
り、使い勝手が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る給湯機の燃焼制御方法を適用した
石油式給湯機の概念的構成説明図。

【図２】戻り式圧力噴霧ノズルの断面側面図。

【図３】電磁ポンプの側面図。

【図４】図３のＩ−Ｉ線断面図。

【図５】図３のII−II線断面図。

【図６】電磁弁の断面図。

【図７】電磁流量調整弁の断面正面図。

【図８】制御部の構成を示す説明図。

【図９】出湯温度制御系統を示すブロック図。

【図10】制御方式切換時における出湯温度変動を示すグ
ラフ。

【図11】従来技術の制御方式切換時における出湯温度変
動を示すグラフ。

【符号の説明】

Ａ 給湯機 FC 電磁流量調整弁（燃料流量調整手段） Ｇ ゲイン記憶手段 Ｕ 必要熱量演算手段 ｇ ゲイン選定手段 Ｍ 制御部 ｎ 熱源 Ｖ 電磁弁 20 バーナ 24 熱交換器 26 水量センサ 27 水温センサ 30 湯温センサ 36 出湯温度設定器（温度設定手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱田 靖夫 神奈川県茅ヶ崎市本村２丁目８番１号 東陶機器株式会社 茅ヶ崎工場内 (72)発明者 有松 雅人 神奈川県茅ヶ崎市本村２丁目８番１号 東陶機器株式会社 茅ヶ崎工場内 (56)参考文献 特開 昭63−105357（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−18351（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−125852（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/10 302

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナへの燃料供給を制御する燃料流量
   調整手段と、前記燃料流量調整手段によって所定流量に
   すると共に間欠的に燃料を供給する電磁弁と、燃料の燃
   焼により加熱されて冷水を温湯に変換する熱交換器と、
   熱交換器に供給される水量を検出する水量センサと、熱
   交換器の入側と出側の水管に設けられて水温及び湯温を
   検出する水温センサ及び湯温センサと、出湯したい温度
   を設定する温度設定手段と、必要熱量を演算するための
   ゲインを記憶するゲイン記憶手段と、温度設定手段で設
   定された設定温度と各センサの検出値に基づいて必要熱
   量を演算する必要熱量演算手段とからなる給湯機におい
   て、 必要熱量が熱源の最小発熱量よりやや大きめに決められ
   た所定熱量以下の場合は出湯温度設定値と水温センサの
   検出値と水量センサの検出値との演算によるフィードフ
   ォワード制御を行って間欠燃焼し、必要熱量が前記所定
   熱量以上の場合は前記フィードフォワード制御に加えて
   湯温センサの検出値と出湯温度設定値とゲイン記憶手段
   から呼び出したゲインとの演算によるフィードバック制
   御を併用して連続燃焼すると共に、必要熱量が前記所定
   熱量に近い範囲において必要熱量演算手段は直接又はゲ
   イン選定手段を介してゲイン記憶手段からゲインを呼び
   出して制御する給湯機の燃焼制御方法であって、 ゲイン記憶手段からゲイン選定手段を介して必要熱量演
   算手段に呼び出されるゲインを、直接にゲイン記憶手段
   から必要熱量演算手段に呼び出されるゲインより小さく
   した ことを特徴とする給湯機の燃焼制御方法。
2. 【請求項２】 ゲイン記憶手段からゲイン選定手段を介
   して必要熱量演算手段に呼び出されるゲインは、前記所
   定熱量の範囲において前記所定熱量に向かって徐々に小
   さくなるように連続的あるいは断続的に複数個記憶され
   ていることを特徴とする請求項１記載の給湯機の燃焼制
   御方法。