JP3558435B2 - 燃焼機器 - Google Patents
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Description
【発明の技術分野】
本発明は、給湯器等の燃焼機器に係り、特に給排気詰まりに対処する燃焼機器に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、この種の燃焼機器としては、例えば燃焼時に電圧駆動制御によりガス供給量(インプット)に対応した回転数になるようにファンモータを駆動し、ファンモータの回転数の変化により給排気詰まりを検出するようにしたものがある。しかし、この場合、燃焼状態によってガス供給量が変動し、それに対応してファンモータの回転数も変動するため、安定した状態での給排気詰まりの検出が困難であった。また、給排気詰まりによる風量減少によって燃焼状態が悪くなるという問題もあった。
【0003】
これに対処するために、燃焼機器の非燃焼時にファンモータを電流制御駆動による一定電流で駆動し、回転数の上昇分により給排気詰まりを検出すると共に、燃焼制御も電流制御駆動により行うことが考えられる。しかし、電流制御駆動によりファンモータを駆動して燃焼制御を行う場合、ファンモータの巻線のインダクタンスによって電流の位相遅れが生じるため、図9に示すように、回転数を制御信号で変化させたときに応答の遅れが生じる。そのため、回転数がオーバーシュートして、燃焼制御が不安定になる等の問題があった。
本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、給排気詰まりの程度を適正に検出すると共に、安定な燃焼制御を行うことができる燃焼機器を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するために上記請求項1に係る発明の構成上の特徴は、ファンモータの回転により燃焼部に空気を供給する送風ファンと、ファンモータの回転数を検出する回転数検出手段とを設けた燃焼機器において、ファンモータを電流駆動または電圧駆動するファンモータ駆動装置と、燃焼部の非燃焼時における送風ファンの負荷検出時には、ファンモータを電流駆動し、燃焼部の燃焼時にはファンモータを電圧駆動するようにファンモータ駆動装置を制御するモータ駆動制御装置とを設けたことにある。
【0005】
上記のように請求項1に係る発明を構成したことにより、燃焼機器の非燃焼時における送風ファンの負荷検出時には、ファンモータ駆動装置によるファンモータの駆動を電流制御駆動により行わせ、回転数検出手段によりファンモータ回転数を検出して、ファンモータ回転数の上昇分を知ることができる。その結果、回転数の上昇分により給湯器の給排気詰まりを適正に知ることができる。
そして、燃焼時には、モータ駆動制御装置の制御下にて、ファンモータ駆動装置によるファンモータの駆動を電圧制御駆動により行わせる。その結果、燃焼時には、インプットに見合った風量を出力するためのファンモータ駆動を電圧で制御することにより、応答の良いファンモータ制御を行うことができる。
【0006】
また、上記請求項2に係る発明の構成上の特徴は、ファンモータの回転により燃焼部に空気を供給する送風ファンと、ファンモータの回転数を検出する回転数検出手段とを設けた燃焼機器において、フアンモータを電圧駆動するモータ電圧駆動装置と、ファンモータを電流駆動するモータ電流駆動装置と、モータ電圧駆動装置とモータ電流駆動装置の駆動を制御するモータ駆動制御装置と、モータ電圧駆動装置とモータ電流駆動装置の駆動を切り替える電圧電流駆動切り替え手段と、燃焼部の非燃焼時における送風ファンの負荷検出時には、ファンモータの駆動をモータ電流駆動装置に行わせ、燃焼部の燃焼時にはファンモータの駆動をモータ電圧駆動装置に行わせるように電圧電流駆動切り替え手段の切り替えを制御する切り替え制御手段とを設けたことにある。
【0007】
上記のように請求項2に係る発明を構成したことにより、燃焼機器の非燃焼時における送風ファンの負荷検出時には、モータ電流駆動装置による一定電流駆動によりファンモータを駆動し、回転数検出手段によりファンモータ回転数を検出して、ファンモータの回転数の上昇分を知ることができる。その結果、回転数の上昇分により給湯器の給排気詰まりを適正に知ることができる。
そして、燃焼時には、切り替え制御手段の制御下にて電圧電流駆動切り替え手段によりモータ電流駆動装置からモータ電圧駆動装置に切り替え、電圧制御駆動によりファンモータの駆動を行わせる。その結果、燃焼時には、インプットに見合った風量を出力するためのファンモータ駆動を電圧で制御することにより、応答の良いファンモータ制御を行うことができる。
【0008】
また、上記請求項3に係る発明の構成上の特徴は、ファンモータの回転により燃焼部に空気を供給する送風ファンと、ファンモータの回転数を検出する回転数検出手段とを設けた燃焼機器において、フアンモータを電圧駆動するモータ電圧駆動装置と、モータ電圧駆動装置の駆動を制御信号により制御するモータ駆動制御装置と、燃焼部の非燃焼時における送風ファンの負荷検出時には、ファンモータの駆動が電流制御駆動であり、燃焼部の燃焼時にはファンモータの駆動が電圧制御駆動であることを制御信号のデューティ比または周波数の違いにより判定する信号判定手段と、信号判定手段により制御信号が電流制御駆動を示すと判定されたとき、これに応じてモータ電圧駆動装置の駆動電流が一定になるように制限する電流制限手段とを設けたことにある。
【0009】
上記のように請求項3に係る発明を構成したことにより、燃焼機器の非燃焼時における送風ファンの負荷検出時には、電流制限手段によりモータ電圧駆動装置の駆動が一定電流駆動にされ、ファンモータは一定電流で駆動され、回転数検出手段によりファンモータ回転数を検出して、回転数の上昇分を知ることができる。その結果、ファンモータの回転数の上昇分により給湯器の給排気詰まりを適正に知ることができる。
そして、燃焼時には、電流制限手段が働かず、モータ電圧駆動装置が、電圧制御駆動によりファンモータの駆動を行う。その結果、燃焼時には、インプットに見合った風量を出力するためのファンモータ駆動を電圧で制御することにより、応答の良いファンモータ制御を行うことができる。
さらに、請求項3に係る発明においては、モータ駆動制御装置の制御信号を信号判定用に用いることができるので、制御系統が簡略化され、給湯器の価格を安価にすることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明すると、図1は、第1の実施形態に係る燃焼機器である給湯器の概略構成を示したものである。
給湯器は、本体10と、外部より本体10内に導入された給水管P1 と給湯管P2 と、両管P1 ,P2 の間にて外周にフィンを設けることにより構成される熱交換器11とを有している。給水管P1 には、本体10外部にて水流スイッチ12が取り付けられている。本体10の下側には、熱交換器11を加熱するガスバーナ13が設けられ、ガスバーナ13にはガス供給管PG が連結されている。ガス供給管PG にはガス通過量を調節する比例弁14が介装されている。また、本体10の下側には、ガスバーナ13に燃焼用空気を供給する送風ファン16が設けられている。送風ファン16には、ファンモータ16aの回転数を検出する回転数検出器15が設けられている。
【0011】
ファンモータ16aには、図1に示すように、ファンモータ駆動部20が接続されている。ファンモータ駆動部20は、モータ電流駆動装置21とモータ電圧駆動装置22と電圧電流駆動切り替え部23とを設けており、モータ電流駆動装置21とモータ電圧駆動装置22とは並列に電圧電流駆動切り替え部23の入力側に接続され、電圧電流駆動切り替え部23がファンモータ16aに接続されている。モータ電流駆動装置21、モータ電圧駆動装置22及び電圧電流駆動切り替え部23は、制御回路17の出力側に接続されている。
【0012】
制御回路17は、CPU,ROM,RAM,タイマ,I/O等からなるマイクロコンピュータにより構成されており、図2及び図3に示すフローチャートに対応した「ファンモータ制御プログラムI」及び図5、図6及び図8に示すフローチャートに対応した「ファンモータ制御プログラムII」を実行する。また、制御回路17には、器具停止回転数レベルNST、警報インプットダウンレベルNKI及び給湯器の最初の非燃焼状態での運転時のファンモータの回転数である回転数初期値N0 が記憶されている。そして、制御回路17の入力側には、上記水流スイッチ12及び回転数検出器15が接続されている。
【0013】
次に、上記のように構成した第1の実施形態の動作について説明する。
図2に示すステップ30にて「ファンモータ制御プログラムI」の実行が開始され、ステップ31にて制御回路に記憶された器具停止回転数レベルNST及びファン回転数初期値N0 が読み出される。つぎに、ステップ32にてバーナ非燃焼時におけるファン回転数検出値NH とファン回転数初期値N0 との差である回転数差△NH が「0」に初期化される。さらに、ステップ33にて検出フラグKFが、ファンモータ回転数検出が必要である状態を示す「1」にされる。ここで、検出フラグKF=0は、ファンモータ回転数検出が不要状態であることを示すものとする。
【0014】
そして、ファンモータ回転数検出が必要であることに応じて、ステップ34にて制御回路17からパルス幅変調(以下、PWMと記す)されたモータ制御パルス信号がモータ電流駆動装置21及びモータ電圧駆動装置22に出力される。さらに、ステップ35にて制御回路17からモータ電流駆動制御信号が電圧電流駆動切り替え部23に出力され、電圧電流駆動切り替え部23は、ファンモータ16aへの接続をモータ電流駆動装置21に切り替える。このモータ電流駆動装置21による駆動により、ファンモータ16aを一定電流で駆動し、ステップ36にて「非燃焼状態での回転数検出ルーチン」が実行され、ファンモータ回転数NH が得られる。同時に、ステップ37にて制御回路17内のタイマが、次のファンモータの回転数検出までの時間T(例えば22時間)の計時を開始する。つぎに、ステップ38にて、検出された回転数NH と回転数初期値N0 との差△NH が算出され、ステップ39にて前回の回転数差△NH が新たに算出された回転数差△NH に更新される。
【0015】
すなわち、給湯器の非燃焼時における送風ファン16の負荷検出時には、ファンモータ16aの駆動をモータ電流駆動装置21により一定電流で行わせ、回転数検出器15によりファンモータ回転数NH を検出し、回転数差△NH により回転数の上昇分を知ることにより、送風ファン16の給排気詰まりを適正に知ることができる。
【0016】
さらに、ステップ40にて検出フラグKFが「0」にされ、ステップ41にて回転数差△NH と器具停止回転数レベルNSTとが比較される。現時点では、回転数差△NH は器具停止回転数レベルNSTより小さいのでステップ42にて「NO」との判定の基にプログラムはステップ43に移され、回転数差△NH と警報出力−インプットダウン運転回転数レベルNKIとが比較される。現時点では、回転数差△NH は警報出力−インプットダウン運転回転数レベルNKIより小さいので、図3に示すステップ44にて「NO」との判定の基にプログラムはステップ45に移され、水流スイッチ12がオンされたか否か、すなわち給湯器が燃焼運転に入ったか否かが判定される。
【0017】
給水が開始され水流スイッチ12がオンされると、ステップ45にて「YES」との判定の基にプログラムはステップ46に移され、制御回路17からPWMモータ制御パルス信号がモータ電流駆動装置21及びモータ電圧駆動装置22に出力される。さらに、ステップ47にて制御回路17からモータ電圧駆動制御信号が電圧電流駆動切り替え部23に出力され、電圧電流駆動切り替え部23は、ファンモータ16aへの接続をモータ電圧駆動装置22に切り替える。そして、ステップ48にて燃焼制御が開始される。
その結果、給湯器の燃焼動作時には、モータ電圧駆動装置21によりファンモータ16aを駆動することにより、インプットに見合った風量を出力するファンモータ16aの制御を、図9に示すように、電流制御の場合のような回転数の応答遅れを生じることなく、安定に行うことができる。
【0018】
燃焼制御は、水流スイッチ12のオフすなわち給水の停止により終了するが、その間に上記非燃焼時のファンモータ回転数NH の検出を行う上記所定時間Tが経過していないとステップ49にて「NO」との判定の基にプログラムはステップ50に移され、さらにステップ50にて「YES」との判定の基にプログラムはステップ51に移され「燃焼制御」が停止される。続いて、プログラムはステップ52にてKF=1か否かが判定されるが、現時点ではKF=0なので「NO」との判定の基にプログラムはステップ53に移され、水流スイッチ12がオンされたか否か、すなわち給湯器が燃焼運転に入ったか否かが判定される。給水が開始され水流スイッチ12がオンされると、ステップ53にて「YES」との判定の基にプログラムはステップ48に戻され、直ちに燃焼制御ルーチンが実行される。
【0019】
燃焼制御中に所定時間Tが経過すると、ステップ49にて「YES」との判定の基にプログラムはステップ54に移され、回転数検出フラグKF=1すなわち回転数NH の検出必要状態にされ、さらにステップ55にてタイマカウントが停止される。そして、「燃焼制御」の終了後に、ステップ52にて「YES」との判定の基に、プログラムはステップ34に戻され、上記したように非燃焼時のファンモータ回転数の検出等が行われる。
【0020】
そして、給湯器の使用が長期にわたり、給排気系の詰まりが大きくなり、回転数差△NH が警報インプットダウンレベルNKI以上になると、ステップ44にて「YES」との判定の基にプログラムはステップ56に移され、給排気詰まりを警告する警報出力が行われる。さらに、ステップ57にて給気量の減少に対応するためにインプットダウン運転指令が出され、供給ガス量が少なくされる。すなわち、インプットダウンさせることにより、風量減少に対応させることができ、給排気詰まりの進行に対し給湯器をさらに長い時間使用することができる。
【0021】
給湯器の使用がさらに長期にわたり、給排気系の詰まりが限界に達し、回転数差△NH が器具停止回転数レベルNST以上になると、ステップ42にて「YES」との判定の基にプログラムはステップ58に移され、給湯器の運転が停止され、ステップ59にてプログラムの実行が終了する。これにより、給湯器の酸欠燃焼等の不完全燃焼を防止することができる。
【0022】
つぎに、第2の実施形態について図面により説明する。
第2の実施形態においては、上記第1の実施形態に示したファンモータ駆動部20を、図4に示すように、変更したものである。ファンモータ駆動部60は、制御回路17から出力されたPWMモータ制御パルス信号を電圧変換する平滑回路61と、平滑回路61からの電圧変換信号の電圧値に対応した電圧出力を生成するモータ電圧制御回路62と、モータ電圧制御回路62からの電圧出力をモータ駆動電圧としてファンモータ16aに出力するモータ駆動電圧出力回路63を設けている。また、ファンモータ駆動部60は、平滑回路61からの電圧変換信号のレベルを判定し、レベルに応じて制限オン信号または制限オフ信号を出力する信号レベル判定回路64と、制限オン信号を受けてモータ駆動電圧出力回路63にファンモータ16aに流れる電流が一定になるようにモータ駆動電圧を制限する制限信号を出力する電流制限回路65を設けている。ここでは、モータ制御パルス信号は、デューティ比が90%以上と90%以下の2種類の信号が用いられ、デューティ比が90%以上の信号が制限オン信号に対応し、デューティ比が90%以下の信号が制限オフ信号に対応している。
【0023】
また、第2の実施形態では、「ファンモータ制御プログラムII」は、図5及び図6に示すように、上記第1の実施形態における「ファンモータ制御プログラムI」のステップ34、35を、ステップ66(デューティ比が90%以上のモータ制御パルス信号出力)に、ステップ46、47を、ステップ67(デューティ比が90%以下のモータ制御パルス信号出力)に変更したもので、その他の部分は上記第1の実施形態と同様である。
【0024】
次に、上記のように構成した第2の実施形態の動作について説明する。
第2の実施形態においては、非燃焼時のファンモータの回転数を検出して給湯器の給排気詰まりを検出するとき、図5に示すステップ66にて制御回路17からデューティ比が90%以上のPWMモータ制御パルス信号がファンモータ駆動部60に出力される。モータ制御パルス信号は、平滑回路60で電圧変換されて、モータ電圧制御回路62及び信号レベル判定回路64に出力される。モータ電圧制御回路62では、電圧変換信号に応じて電圧信号がモータ駆動電圧出力回路63に出力され、モータ駆動電圧出力回路63はモータ駆動電圧としてファンモータ16aに出力する。一方、信号レベル判定回路64では、デューティ比が90%以上のモータ制御パルス信号を受けて、制限オン信号を電流制限回路65に出力する。電流制限回路65は、これに応じてモータ駆動電圧出力回路63にファンモータ16aに流れる電流が一定になるようにモータ駆動電圧を制限する制限信号を出力する。
【0025】
その結果、電流制限回路65によりモータ駆動電圧出力回路63の駆動が一定電流駆動にされ、ファンモータ16aは一定電流で駆動され、回転数検出器15によりファンモータ回転数を検出し、その上昇分を得ることできる。その結果、ファンモータの回転数の上昇分により給排気詰まりを適正に知ることができる。
【0026】
また、給湯器が燃焼制御段階になると、図6に示すステップ67にて制御回路17からデューティ比が90%以下のPWMモータ制御パルス信号がファンモータ駆動部60に出力される。モータ制御パルス信号は、平滑回路60で電圧変換されて、モータ電圧制御回路62及び信号レベル判定回路64に出力される。モータ電圧制御回路62では、電圧変換信号に応じて電圧信号がモータ駆動電圧出力回路63に出力され、モータ駆動電圧出力回路63はモータ駆動電圧としてファンモータ16aに出力する。一方、信号レベル判定回路64では、デューティ比が90%以下のモータ制御パルス信号を受けて、制限オフ信号を電流制限回路65に出力する。電流制限回路65は、これに応じてモータ駆動電圧出力回路63に制限信号を出力せず、従って、ファンモータ16aは、モータ駆動電圧出力回路63からのモータ駆動電圧により駆動される。
【0027】
その結果、給湯器の燃焼動作時には、インプットに見合った風量を出力するファンモータ16aの制御を、図9に示すように、電流制御の場合のような回転数の応答遅れを生じることなく、安定に行うことができる。また、制御回路17からのモータ制御信号を信号判定用に用いることができるので、制御系統が簡略化され、給湯器の価格を安価にすることができる。
【0028】
つぎに、第3の実施形態について図面により説明する。
第3の実施形態においては、上記第2の実施形態に示したファンモータ駆動部60を、図7に示すように、変更したものである。ファンモータ駆動部70は、制御回路17から出力されたPWMモータ制御パルス信号を電圧変換する平滑回路71と、平滑回路71からの電圧変換信号の電圧値に対応した電圧出力を生成するをするモータ電圧制御回路72と、モータ電圧制御回路72からの電圧出力をモータ駆動電圧としてファンモータ16aに入力するモータ駆動電圧出力回路73を設けている。また、ファンモータ駆動部60は、制御回路17から出力された周波数の異なるPWMモータ制御パルス信号の周波数を判定し、周波数の高低に応じて制限オン信号または制限オフ信号を出力する周波数判定回路74と、制限オン信号を受けてモータ駆動電圧出力回路63にファンモータ16aに流れる電流が一定になるようにモータ駆動電圧を制限する電流制限回路75を設けている。ここでは、モータ制御パルス信号は、周波数が400Hzと100Hzの2種類の信号が用いられ、400Hzの信号が制限オン信号に対応し、100Hzの信号が制限オフ信号に対応している。
【0029】
また、第3の実施形態では、上記第2の実施形態の「ファンモータ制御プログラムII」においては、図8に示すように、ステップ66をステップ76(周波数が400Hzのモータ制御パルス信号出力)に、ステップ67をステップ77(周波数が100Hzのモータ制御パルス信号出力)に変更したもので、その他の部分は上記第2の実施形態と同様である。
【0030】
以上に説明したように、第3の実施形態においては、電流制限回路65によるモータ駆動電圧出力回路63の制限を行わせる基準として、上記第2の実施形態に示したデューティ比が90%以上及び以下のモータ制御パルス信号を用い信号レベル判定回路64で判定していた代わりに、周波数400Hz及び100Hzのモータ制御パルス信号を用い周波数判定回路74で判定するようにしたものである。その効果は、第2の実施形態において示したものと同様である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る給湯器を概略的に示す構成図である。
【図2】図1に示す制御回路により実行される「ファンモータ制御プログラムI」のフローチャートの一部である。
【図3】同制御回路により実行される「ファンモータ制御プログラムI」のフローチャートの一部である。
【図4】第2の実施形態に係る給湯器を概略的に示す構成図である。
【図5】図4に示す制御回路により実行される「ファンモータ制御プログラムII」のフローチャートの一部である。
【図6】同制御回路により実行される「ファンモータ制御プログラムII」のフローチャートの一部である。
【図7】第3の実施形態に係る給湯器を概略的に示す構成図である。
【図8】図7に示す制御回路により実行される「ファンモータ制御プログラムII」のフローチャートの一部である。
【図9】モータ電流及びモータ電圧の立ち上がり時間及び電流制御及び電圧制御におけるファンモータ回転数の立ち上がり特性を示すグラフであり。
【符号の説明】
10…本体、11…熱交換器、12…水流スイッチ、13…ガスバーナ、14…比例弁、15…回転数検出器、16…送風ファン、16a…ファンモータ、17…制御回路、20,60,70…ファンモータ駆動部、P1…給水管、P2…給湯管、PG…ガス供給管。
Claims (3)
- ファンモータの回転により燃焼部に空気を供給する送風ファンと、前記ファンモータの回転数を検出する回転数検出手段とを設けた燃焼機器において、
前記ファンモータを電流駆動または電圧駆動するファンモータ駆動装置と、
前記燃焼部の非燃焼時における前記送風ファンの負荷検出時には、前記ファンモータを電流駆動し、同燃焼部の燃焼時には前記ファンモータを電圧駆動するように前記ファンモータ駆動装置を制御するモータ駆動制御装置と
を設けたことを特徴とする燃焼機器。 - ファンモータの回転により燃焼部に空気を供給する送風ファンと、前記ファンモータの回転数を検出する回転数検出手段とを設けた燃焼機器において、
前記フアンモータを電圧駆動するモータ電圧駆動装置と、
同ファンモータを電流駆動するモータ電流駆動装置と、
前記モータ電圧駆動装置とモータ電流駆動装置の駆動を制御するモータ駆動制御装置と、
前記モータ電圧駆動装置とモータ電流駆動装置の駆動を切り替える電圧電流駆動切り替え手段と、
前記燃焼部の非燃焼時における前記送風ファンの負荷検出時には、前記ファンモータの駆動をモータ電流駆動装置に行わせ、同燃焼部の燃焼時には前記ファンモータの駆動をモータ電圧駆動装置に行わせるように前記電圧電流駆動切り替え手段の切り替えを制御する切り替え制御手段と
を設けたことを特徴とする燃焼機器。 - ファンモータの回転により燃焼部に空気を供給する送風ファンと、前記ファンモータの回転数を検出する回転数検出手段とを設けた燃焼機器において、
前記フアンモータを電圧駆動するモータ電圧駆動装置と、
前記モータ電圧駆動装置の駆動を制御信号により制御するモータ駆動制御装置と、
前記燃焼部の非燃焼時における前記送風ファンの負荷検出時には、前記ファンモータの駆動が電流制御駆動であり、同燃焼部の燃焼時には前記ファンモータの駆動が電圧制御駆動であることを前記制御信号のデューティ比または周波数の違いにより判定する信号判定手段と、
同信号判定手段により前記制御信号が電流制御駆動を示すと判定されたとき、これに応じて前記モータ電圧駆動装置の駆動電流が一定になるように制限する電流制限手段と
を設けたことを特徴とする燃焼機器。
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