JP3286175B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

燃焼制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃焼用空気を供
給するファンモータにDCブラシレスモータを用いて給
湯を断続的に行う場合の再給湯時の湯温度の変動を抑制
できる燃焼制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、燃焼制御装置により制御されて燃
焼用空気を供給するファンモータにはDCブラシレスモ
ータが広く用いられている。このDCブラシレスモータ
ではロータとステータとの相対位置がホールICなどの
磁気センサにより検出され、必要な回転方向が得られる
ように駆動コイルとそれに流す電流の方向とがファンモ
ータ駆動回路により切り換えられ駆動制御される。図3
は、このファンモータ駆動回路および燃焼制御装置とホ
ールICなどの磁気センサを有した3相DCブラシレス
モータとの結線図であり、図において、1はファンモー
タ駆動回路、2aと2bと2cはステータ側の駆動コイ
ル、3aと3bと3cはホールIC、4はホールIC用
の電源、5は図示していない燃焼制御バルブやファンモ
ータ駆動回路1へ制御信号を出力する燃焼制御装置であ
る。図3に示すように、3相DCブラシレスモータの場
合には3個のホールICが必要であり、ファンモータ駆
動回路1と3相DCブラシレスモータとの間には駆動コ
イル2a,2b,2cへの配線3本とホールIC3a,
3b,3cへの信号線6本および電源線2本との合計1
1本の配線が必要となる。
【0003】ところで、近年ロータとステータとの相対
位置の検出をホールICにより行わず、モータの回転時
に発生する逆起電圧の位相により前記相対位置を検出し
てDCブラシレスモータを駆動する方法が実用化されて
いる。図4は、このようなセンサレスのDCブラシレス
モータとファンモータ駆動回路および燃焼制御装置との
結線図であり、図において、6aと6bと6cはセンサ
レスのDCブラシレスモータのステータ側の駆動コイ
ル、7はファンモータ駆動回路、8は図示していない燃
焼制御バルブやファンモータ駆動回路7へ制御信号を出
力する燃焼制御装置である。このようなセンサレスのD
Cブラシレスモータをファンモータに用いたときには、
ホールICなどの相対位置検出センサなしでモータ駆動
が可能になるとともにモータの回転数の検出も可能にな
り、さらにモータとファンモータ駆動回路との間の配線
数を3本に減らすことが可能となる。
【0004】しかしながら、このようなセンサレスのD
Cブラシレスモータを用いたときには、モータとファン
モータ駆動回路との間の配線数が減るのに対し、モータ
の回転開始時には逆起電圧はほとんど発生しないため開
ループ制御によりモータの駆動制御を行うことになる。
このためモータ停止状態からの起動時の立ち上がり特性
は、図5に示すように、センサを有したDCブラシレス
モータの立ち上がり特性を示す特性曲線Bと比較して特
性曲線Aに示すように遅くなり、必要な回転数に達する
まで時間を要することになる。
【0005】給湯器に求められている性能としては、一
度、湯の供給を停止(燃焼の停止)した後の約5分以内
に再度、湯の供給が開始されたときの湯温度の変化が出
来る限り小さい(設定温度±3℃以内)ことが要求さ
れ、この要求を満足するためには給湯栓が開状態になっ
て湯の供給が開始され燃焼用空気が送られてバーナに再
点火され燃焼が開始するまでの再燃焼時間を極力早める
必要があり、燃焼制御装置にはこのような要求を満足す
るように燃焼制御を行うことが求められる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の燃焼制御装置は
以上のように構成されており、センサレスのDCブラシ
レスモータをファンモータに用いたときには、モータと
ファンモータ駆動回路との間の配線数が減る一方、モー
タの回転開始時には逆起電圧はほとんど発生しないため
開ループ制御によりモータの駆動制御を行うことにな
る。このため起動時の立ち上がり特性は、センサを有し
たDCブラシレスモータの立ち上がり特性に比べて遅く
なり必要な回転数に達するまで時間を要することになっ
て湯の供給が再開されたときの再燃焼開始時間の遅れに
繋がり、図6に示すように給湯が再開されたとき(再出
湯開始時,ホットスタート時)の出湯温度の落ち込みが
大きくなり、再燃焼時間を早めることで出湯温度の変動
を極力抑制するという要求を満足しなくなる。これに対
し、再燃焼開始までの間、ファンモータを再点火に必要
な風量が得られる付近(1000rpm程度)の回転数
で回転させておく方法も考えられるが、この場合には熱
交換器に残っている余熱を逃してしまい、再燃焼時の出
湯温度の落ち込みをかえって大きくする。この結果、給
湯器へ燃焼用空気を送り込むファンモータにはセンサレ
スのDCブラシレスモータを使用することが出来ない課
題があった。
【0007】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、センサレスのDCブラシレスモー
タを使用したときに生じる再燃焼時の湯温度の落ち込み
を抑制できる燃焼制御装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る燃焼制御装置は、ロータとステータ間の相対位置検出
のためのセンサが設けられていないDCブラシレスモー
タによりファンモータを構成するとともに、前記DCブ
ラシレスモータの回転により発生する逆起電圧をもとに
前記相対位置を検出し前記DCブラシレスモータの回転
駆動を制御するモータ制御手段と、燃焼要求がなくなっ
て燃焼が停止した後、所定時間、前記DCブラシレスモ
ータの動作状態を前記逆起電圧の検出可能な範囲の下限
付近に制御するモータ待機状態制御手段とを備えるよう
にしたものである。
【0009】請求項2記載の発明に係る燃焼制御装置
は、DCブラシレスモータにより構成されたファンモー
タで駆動されるファンによる送風量を検出する送風量検
出手段と、燃焼要求がなくなって燃焼が停止した後、所
定時間、前記送風量検出手段が検出した送風量と予め設
定されている待機状態送風量とをもとに前記ファンによ
る送風量を前記待機状態送風量に一致するように制御す
ることで、前記DCブラシレスモータの動作状態をその
駆動コイルに発生する逆起電圧の検出可能な範囲の下限
付近に制御するモータ待機状態制御手段を備えるように
したものである。
【0010】請求項3記載の発明に係る燃焼制御装置
は、ファンモータを構成するDCブラシレスモータの回
転数を検出する回転数検出手段と、燃焼要求がなくなっ
て燃焼が停止した後、所定時間、前記回転数検出手段が
検出した回転数と予め設定されている待機状態回転数と
をもとに前記DCブラシレスモータの回転数を前記待機
状態回転数に一致するように制御することで、前記DC
ブラシレスモータの動作状態をその駆動コイルに発生す
る逆起電圧の検出可能な範囲の下限付近に制御するモー
タ待機状態制御手段とを備えるようにしたものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1は、この発明の実施の形態1による
燃焼制御装置により燃焼制御が行われる給湯器を示す構
成図である。図において、11は給湯器本体、12はバ
ーナ、13はバーナ12への燃料を供給するための燃焼
制御バルブ、15は配管14内の水を加熱するための熱
交換器、16は排気口、17は熱交換器15とバーナ1
2とが設けられている燃焼室である。18は燃焼室17
へ空気を送り込むためのファンおよびファンモータであ
り、このファンモータ18にはロータとステータとの相
対位置を検出するためのセンサを有していないDCブラ
シレスモータが用いられている。19は熱交換器15の
湯排出側の配管に設けられた出湯温度を検出するサーミ
スタ、20は熱交換器15の冷水供給側の配管に設けら
れた配管内の水流を検出する流水スイッチ、21は湯が
排出される給湯栓である。31はサーミスタ19で検出
した出湯温度情報と流水スイッチ20が出力する水流検
出出力と設定温度情報などをもとに給湯器本体11の燃
焼制御バルブ13を制御する燃焼制御装置、32はファ
ンモータ18を制御するファンモータ駆動回路(モータ
制御手段)であり、ファンモータ18の回転により発生
する逆起電圧をもとにファンモータ18のロータとステ
ータとの相対位置を検出しファンモータ18の回転駆動
を制御する。33は流水スイッチ20が出力する水流検
出出力をもとに生成される燃焼要求がなくなって燃焼が
停止した後、所定時間、ファンモータ18の回転を前記
逆起電圧の検出可能な限界(下限)付近の状態に制御す
るモータ待機状態制御手段である。34はファンモータ
を構成するDCブラシレスモータの回転数を検出する回
転数検出手段であり、ファンの回転数を直接検出するも
のであっても良いが、DCブラシレスモータの駆動コイ
ルに発生する逆起電圧をもとにファンの回転数を検出す
る。41はファンによる送風量を検出する送風量センサ
41(送風量検出手段)である。
【0012】図2は、燃焼制御装置31の動作を示すフ
ローチャートであり、以下このフローチャートに基づい
て動作を説明する。ユーザがこの給湯器を使用して給湯
栓21を操作して開状態にすると給湯栓21からは配管
14内の水が排出され、水道本管から加圧されている冷
水が配管14内を流れ配管14内に水流が発生する。こ
の燃焼制御装置31では流水スイッチ20により配管1
4内の水流が検出されたか否かを監視しており(ステッ
プST1)、このため水流が発生するとファンモータ1
8を駆動しプリパージ点火に最適な送風量に制御する
(ステップST2)。この場合のプリパージ点火に最適
な送風量の制御は、送風量センサ41を設けておき、フ
ィードバックされる送風量センサ41の出力と予め設定
されている待機状態送風量とをもとに前記ファンモータ
18よる送風量を前記待機状態送風量に一致するように
制御することにより行ってもよいし、あるいはプリパー
ジ点火に最適な送風量が得られる回転数を予め求めてお
いてその回転数を目標として、回転数検出手段34が検
出したファンモータ18の回転数をフィードバックする
ことでファンモータ18の回転数を制御する。
【0013】このようにして目標の送風量が得られると
(ステップST3)、燃焼制御バルブ13を制御して燃
料をバーナ12へ供給し、図示していないイグナイタを
オンさせて点火動作を行う(ステップST4)。そし
て、点火動作が終了したら定常燃焼に移行して、サーミ
スタ19の出力する出湯温度情報をもとに出湯温度が設
定温度と一致するように燃焼制御バルブ13とファンモ
ータ18による送風量を制御して定常燃焼を維持する
(ステップST5)。この定常燃焼は、給湯栓21が閉
じられて流水スイッチ20が配管14内の水流を検出し
なくなるまで継続され(ステップST6)、流水スイッ
チ20が配管14内の水流を検出しなくなると燃焼制御
バルブ13を閉じて燃焼を停止する(ステップST
7)。このとき、燃焼室17内に残留した燃料排出のた
めのポストパージを行ってもよい。その後の5分間は、
ファンモータ18を停止させることなく低い回転数で駆
動し待機状態にしておき次回の燃焼要求に備える(ステ
ップST8)。このときの回転数は、ファンモータ18
の回転によりファンモータ18の駆動コイルに発生する
逆起電圧を検出できる範囲であり、かつ熱交換器15の
余熱を逃してしまわない程度の回転数であり、例えば5
00rpm程度以下が好ましい。
【0014】そして、前記5分以内に給湯栓21が再度
開状態に操作されて、流水スイッチ20が配管14内の
水流を検出すると(ステップST9)、ステップST2
へ戻ってファンモータ18による送風量を点火に最適な
送風量に制御するが、このときファンモータ駆動回路3
2はファンモータ18の駆動コイルの逆起電圧を検出し
ている状態にあるため、前記最適な送風量の制御に遅れ
は生じない。一方、前記5分以内に給湯栓21が開状態
に操作されなければ燃焼要求は発生しないので、ファン
モータ18を停止させ、ステップST1へ戻る(ステッ
プST10,ステップST11)。
【0015】なお、ステップST1で配管14内の水流
が検出されたときには、ファンモータ18はステップS
T8のような待機状態にはなく、点火に最適な送風量の
制御に遅れが生じることになる。しかしながら燃焼が停
止した状態で長時間(5分以上)経過していると、配管
14内の湯温度および熱交換器15の温度は下がってし
まい、ステップST1で配管14内の水流が検出され、
ステップST4の点火動作による燃焼により加熱が行わ
れても出湯温度が設定温度に達するまでには例えば10
秒程度の時間を要することになるため、この場合には点
火に最適な送風量の制御に遅れが生じることになっても
ほとんど問題にはならない。
【0016】以上説明したようにこの実施の形態によれ
ば、給湯器において湯が断続的に使用される状態(燃焼
停止期間が5分以内で断続的に給湯が行われる状態)で
は、最初の給湯時には湯温度の落ち込みは発生するもの
の、2回目からの給湯時には点火に最適なファンモータ
18の送風量の制御に遅れが生じることがなく、ファン
モータ18にセンサレスのDCブラシレスモータを用い
ても再燃焼時の湯温度の落ち込みを有効に抑制できる効
果がある。
【0017】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、燃焼要求がなくなって燃焼が停止した後、所定時
間、ファンモータを構成するセンサレスのDCブラシレ
スモータの動作状態を逆起電圧の検出可能な範囲の下限
付近に制御するモータ待機状態制御手段を備えるように
構成したので、前記所定時間内の再燃焼要求に対しては
前記DCブラシレスモータの動作状態を最適な状態に遅
れなく制御でき、再燃焼時の湯温度の落ち込みを有効に
抑制できる効果がある。
【0018】請求項2記載の発明によれば、DCブラシ
レスモータにより構成されたファンモータで駆動される
ファンによる送風量を検出する送風量検出手段と、燃焼
要求がなくなって燃焼が停止した後、所定時間、前記送
風量検出手段が検出した送風量と待機状態送風量とをも
とに前記ファンによる送風量を前記待機状態送風量に一
致するように制御することで、前記DCブラシレスモー
タの動作状態をその駆動コイルに発生する逆起電圧の検
出可能な範囲の下限付近に制御するモータ待機状態制御
手段とを備えるように構成したので、前記所定時間内の
再燃焼要求に対し前記DCブラシレスモータの動作状態
を前記待機状態送風量に対応した状態から最適な状態へ
遅れなく制御でき、再燃焼時の湯温度の落ち込みを有効
に抑制できる効果がある。
【0019】請求項3記載の発明によれば、ファンモー
タを構成するDCブラシレスモータの回転数を検出する
回転数検出手段と、燃焼要求がなくなって燃焼が停止し
た後、所定時間、前記回転数検出手段が検出した回転数
と予め設定されている待機状態回転数とをもとに前記D
Cブラシレスモータの回転数を前記待機状態回転数に一
致するように制御することで、前記DCブラシレスモー
タの動作状態をその駆動コイルに発生する逆起電圧の検
出可能な範囲の下限付近に制御するモータ待機状態制御
手段とを備えるように構成したので、前記所定時間内の
再燃焼要求に対し前記DCブラシレスモータの動作状態
を前記待機状態回転数に対応した状態から最適な状態へ
遅れなく制御でき、再燃焼時の湯温度の落ち込みを有効
に抑制できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による燃焼制御装置に
より燃焼制御が行われる給湯器を示す構成図である。
【図2】この発明の実施の形態1による燃焼制御装置の
モータ待機状態制御手段の動作を示すフローチャートで
ある。
【図3】ファンモータ駆動回路および従来の燃焼制御装
置とホールICなどの磁気センサを有した3相DCブラ
シレスモータの結線図である。
【図4】センサレスのDCブラシレスモータとファンモ
ータ駆動回路および従来の燃焼制御装置との結線図であ
る。
【図5】センサを有したDCブラシレスモータとセンサ
レスDCブラシレスモータの立ち上がり特性を示す特性
図である。
【図6】センサを有したDCブラシレスモータとセンサ
レスDCブラシレスモータとをそれぞれファンモータに
用いたときの給湯再開時(再出湯開始時,ホットスター
ト時)の出湯温度の落ち込みの状態を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
12 バーナ 13 燃焼制御バルブ 15 熱交換器 18 ファンモータ 31 燃焼制御装置 32 ファンモータ駆動回路(モータ制御手段) 33 モータ待機状態制御手段 34 回転数検出手段 41 送風量センサ(送風量検出手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 6/18 F23L 5/02 F23N 3/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼要求に応じてバーナへ点火を行い熱
    交換器により水を加熱する際の前記バーナへ燃料を供給
    する燃焼制御バルブの制御および前記バーナへ燃焼用空
    気を供給するファンモータの制御を行う燃焼制御装置に
    おいて、前記ファンモータをロータとステータ間の相対
    位置検出のためのセンサが設けられていないDCブラシ
    レスモータにより構成するとともに、前記DCブラシレ
    スモータの回転により発生する逆起電圧をもとに前記相
    対位置を検出し前記DCブラシレスモータの回転駆動を
    制御するモータ制御手段と、前記燃焼要求がなくなって
    燃焼が停止した後、所定時間、前記DCブラシレスモー
    タの動作状態を前記逆起電圧の検出可能な範囲の下限付
    近に制御するモータ待機状態制御手段とを備えているこ
    とを特徴とする燃焼制御装置。
  2. 【請求項2】 DCブラシレスモータにより構成された
    ファンモータで駆動されるファンによる送風量を検出す
    る送風量検出手段を有し、モータ待機状態制御手段は前
    記送風量検出手段が検出した送風量と予め設定されてい
    る待機状態送風量とをもとに前記ファンによる送風量を
    前記待機状態送風量に一致するように制御することで、
    前記DCブラシレスモータの動作状態をその駆動コイル
    に発生する逆起電圧の検出可能な範囲の下限付近に制御
    することを特徴とする請求項1記載の燃焼制御装置。
  3. 【請求項3】 ファンモータを構成するDCブラシレス
    モータの回転数を検出する回転数検出手段を有し、モー
    タ待機状態制御手段は、前記回転数検出手段が検出した
    回転数と予め設定されている待機状態回転数とをもとに
    前記DCブラシレスモータの回転数を前記待機状態回転
    数に一致するように制御することで、前記DCブラシレ
    スモータの動作状態をその駆動コイルに発生する逆起電
    圧の検出可能な範囲の下限付近に制御することを特徴と
    する請求項1記載の燃焼制御装置。
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