JP6052607B2 - 温風暖房装置及び温風暖房装置の送風機制御方法 - Google Patents
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Description
なおガスファンヒータには、室内の空気を筐体内に吸入して燃焼に供する形式のものと、燃焼用の空気を室外から取り込む形式のものがある。前者のファンヒータでは、燃焼装置に空気を供給する機能と、加熱した空気を室内に排出する機能を一つの送風機で兼用するものが多い。また後者の燃焼用の空気を室外から取り込む形式のファンヒータでは、燃焼装置に空気を供給するための送風機と、加熱した空気を室内に排出するための送風機とを個別に備えているものが多い。
例えば送風機のモータを制御し、送風機の実回転数が目標回転数と一致する様にフィードバック制御される。フィードバック制御は、比例制御と積分制御と微分制御を含んだ制御方法が採用される。すなわち送風機は、PID制御によるフィードバック制御が行われる場合が多い。即ち目標回転数と実回転数との偏差に応じた操作量(比例項)と、前記偏差の積分値に応じた操作量(積分項)と、前記偏差の単位時間あたりの変化量に応じた操作量(微分項)とを演算し、これらを合算した操作量(具体的には電圧や電流)をモータに供給し、送風機を制御する。
実際には、これらにその他の定数や変数が加減乗除されて演算された操作量をモータに供給し、送風機を制御することとなる。
一般にPID制御においては、フィードバック定数は一定であり、変わらない。
例えば燃焼装置に点火する前に送風機が起動され、燃焼装置に新鮮な空気を供給する動作が行われる。また燃焼を停止した直後においては燃焼装置内を掃気したり、冷却するために一定時間の間、送風機が駆動される。
なお、前者の動作はプリパージ動作と称され、後者の動作はポストパージ動作と称される。また燃焼を停止した後に一定時間の間、送風機を運転しても、燃焼装置内の温度が低下しない場合には、当該温度が低下するまで送風機を回転する。即ち燃焼装置内の温度が低下しない場合には、実質的にポストパージ動作が延長される。
さらに燃焼装置をオンオフ動作して室温を調整する機能を備えたファンヒータでは、室内の空気を筐体内に取り込んで室内の温度を検知する目的や、燃焼装置を冷却する目的、室内の空気を循環させる目的等から、燃焼が停止している間でも送風機が駆動される場合がある。
これに対して、燃焼装置が停止中であって、前記したプリパージ動作及びポストパージ動作以外の条件下における送風機の運転(以下 燃焼完全停止中の送風と称する場合がある)は、目標回転数が低く抑えられる。即ち燃焼完全停止中の送風は、燃焼装置からの発熱が無いので、高回転で送風機を運転する必要がない。また燃焼完全停止中に送風機を駆動すると、使用者に寒さを感じさせてしまうので、回転数は、必要最小限に抑えることが望ましい。即ち燃焼完全停止中の送風は、微風運転であることが望ましい。
この問題を検討したところ、積分制御部分の追従遅れが原因の一つであることが判明した。即ち送風機を低い回転数で回転させる場合、目標回転数と実回転数との偏差がそもそも小さいものとなる。そのためPID制御における積分項の増加が遅れ、積分項が実質的に機能しない。
積分項を機能させようとして積分項の係数を大きくすると、定常時や給排気抵抗変化を伴う外乱発生時の追従性は良くなるが、設定回転数が大きく変化する際に過敏に反応して回転数が不安定になり、ハンチングが発生する。
しかしながらこの場合においても微風運転を行った場合には送風機の回転数が安定せず、回転数が振幅するという問題があった。
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、燃焼完全停止中における送風機の運転を安定して行うことができる温風暖房装置を開発することを課題とするものである。
また同様に、燃焼完全停止中における送風機の運転を安定して行うことができる制御方法を提供することを課題とするものである。
本発明の温風暖房装置は、燃焼装置が燃焼中である場合における送風機制御のフィードバック定数と、燃焼装置が燃焼を停止して一定条件を満足した後におけるフィードバック定数が異なる。そのため送風機を高回転で回転させる場合であっても低回転で回転させる場合であっても回転数が安定する。
燃焼装置が燃焼を停止して一定条件を満足した後においては、送風機の運転は、低回転で行われる。本発明では、燃焼装置が燃焼を停止して一定条件を満足した後においては、比例制御の定数が小さい状態で制御されるから、偏差に対する反応が遅くなり、送風機が安定する。
また燃焼装置が燃焼を停止して一定条件を満足した後においては、微分制御の定数が大きくなるので、変化に対する対応速度が速くなり、回転数が安定する。
また定数が不連続的に変わるものであってもよい。
本発明の温風暖房装置は、比例制御の定数及び/又は微分制御の定数が、送風機の目標回転数又は実回転数に応じて本特性を備えた温風暖房装置は、本発明の作用効果を十分に発揮することができる。
そして燃焼装置3の燃焼部20には、図4で示されるように、バーナ8、点火プラグ11等によって構成される燃焼用機構が内蔵されている。そして、このバーナ8には燃料ガス供給路22及びガスノズル23から燃料ガスを供給可能となっている。
なお燃料ガス供給路22には、電磁弁25が設けられている。
さらに、この燃焼装置3の下端近傍には送風機4が内蔵されている。即ち、燃焼装置3の下部はファンケースを構成するものであり、燃焼装置3はファンケース一体型の燃焼ケースとなっている。
空気迂回部21は、燃焼部20の周囲を取り巻くものであり、主として混合用の空気を流す空気流路として機能する。
具体的には、制御装置5は、温風暖房装置1の各種温度センサ(サーミスタ)からの信号を取得可能であり、バーナ8の炎の有無や火炎の温度、バーナ8の燃焼量、筺体2の内部の温度、温風暖房装置1が設置されている部屋の室温等を取得可能となっている。そして、取得した情報に基づいた温風暖房装置1の各部の制御が可能となっている。
また制御装置5は、バーナ8と、バーナ8に燃料ガスを供給するガス供給路22に設けられた電磁弁25や比例弁等の各種制御弁(図示せず)と、点火プラグ11とに接続されている。そのことにより、バーナ8に対して燃焼開始動作、燃焼完全停止動作、安全動作、燃焼量を増減させる動作等を行うことができる。
さらに、制御装置5は図示しない記憶手段(メモリー)を有し、後記するフィードバック定数を記憶している。
即ち筺体2に配された操作パネルやリモコン等に設けられた運転スイッチ(図示せず)がオンにされ、温風暖房装置1の暖房運転が開始されると、制御装置5の信号によって送風機4が起動される。そして電磁弁25を開いてバーナ8にガスを供給し、点火プラグ11を動作させ、バーナ8に炎を形成する。
そしてバーナ8で加熱された空気がケース側排気口28から燃焼装置3の外部へ吹き出され、筺体側排気口10から筺体2の外部へ吹き出される。
本実施形態の温風暖房装置1は、燃焼装置3の燃焼量がPID制御されており、前記した様に設定温度と現在の室温が一致する様に燃焼量が変化する。また送風機4は、燃焼装置3の燃焼量に応じて回転数が変化する。
即ち本実施形態では、送風機4の目標回転数を8段階に変化させることができ、燃焼装置3の燃焼量が多い場合には、これに応じて回転数が上昇し、燃焼量が少ない場合には、回転数が降下する。ただし、送風機4の最も低い目標回転数は、他の回転数に比べて著しく低い。従って本実施形態では、8段階の目標回転数の内、上から7段階が高回転領域であり、最も下が低回転領域である。低回転領域は、毎分200回転未満であり、より詳細には150回転未満である。
本実施形態の温風暖房装置1は、7段階の回転数が高回転領域に属し、高回転領域に一定の幅がある。
次式は、本実施形態で採用するフィードバック制御を表す式であり、操作量Mが送風機4のDCモータ15に入力される。
ここで燃焼装置が燃焼をしている間におけるフィードバック定数の内、比例制御の定数は、Kp(H)である。より詳細には、燃焼装置が燃焼をしている間における比例ゲインは、Kp(H)である。またフィードバック定数の内、微分制御の定数は、Kd(L)である。より詳細には、燃焼装置が燃焼をしている間における微分ゲインは、Kd(L)である。
しかしながら、燃焼装置3が燃焼をしている間は、フィードバック定数は一定であり、比例制御の定数は、Kp(H)である。またフィードバック定数の内、微分制御の定数は、Kd(L)である。
ポストパージ動作が実行されている間についても、フィードバック定数は一定であり、比例制御の定数は、Kp(H)である。またフィードバック定数の内、微分制御の定数は、Kd(L)である。
即ち送風機4は、前記した式2に基づいてフィードバック制御が行われる。
これに応じて、フィードバック定数が変更される。即ち比例制御の定数が、Kp(L)に変更される。
ここで変更後の比例制御の定数たるKp(L)は、変更前の定数たるKp(H)よりも小さい。
より具体的には、Kp(L)は、Kp(H)の80パーセントから10パーセント程度であり、望ましくは60パーセントから40パーセントである。
ここで変更後の微分制御の定数たるKd(H)は、変更前の定数たるKd(L)よりも大きい。
燃焼装置3の燃焼が停止して一定時間が経過すると、前記した様に比例制御の定数が下方に変更され、微分制御の定数が上方に変更された状態で、フィードバック制御が行われる。
即ち燃焼装置3が燃焼を停止して一定時間が経過すると、送風機4は、次式に基づいてフィードバック制御が行われる。
即ち燃焼装置が燃焼を停止して一定時間が経過すると、送風機4は次式に基づいてフィードバック制御が行われ、操作量Mが送風機4のDCモータ15に入力される。
そして送風機4は、前記した式2に基づいてフィードバック制御される。
燃焼装置3が燃焼をしている間、送風機4は、前記した式2に基づいてフィードバック制御が行われる。
比較例は、フィードバック定数が一定であり、常に式2に基づいて送風機4が制御されている。
これに対して実施形態は、目標回転数が高回転領域である場合には式2に基づいてフィードバック制御が行われ、微風運転の際には、式3の様にフィードバック定数が変更される。
即ち時刻T3に至るまでの間は、目標回転数が高回転領域であり、時刻T3以降は、目標回転数が低回転領域である。
実施形態では、目標回転数が130回転に変更され時点でフィードバック定数が変更される。
図5のグラフから明らかな様に、本実施形態によると、送風機4を極低回転数で回転させても回転数は安定している。これに対して、フィードバック定数を変更せずに制御した場合は、送風機4を極低回転数で回転させたときに回転数がふらつく。
また実回転数に応じてフィードバック定数を変更してもよい。例えば、ポストパージが終わると直ちに目標回転数を下方に修正し、実回転数がこれに追従して低下傾向にある場合であって、実回転数が一定の回転数に至ったことを契機としてフィードバック定数を変更してもよい。
またフィードバック定数を変更する契機と、フィードバック定数を元に戻す契機が異なるものであってもよい。
例えば実回転数が、一定の回転数Naに低下したことを条件としてフィードバック定数を下方に変更し、実回転数が、他の一定の回転数Nbに上昇したことを条件としてフィードバック定数を元に戻してもよい。
またフィードバック定数を実質的に不連続に変更してもよい。
例えば高回転領域と低回転領域で補正係数を定め、補正係数を元に比例配分した係数を基本となる比例定数または微分定数に乗ずることによって実際に使用するフィードバック定数を定めてもよい。例えば次式によってフィードバック定数を定めることができる。
またフィードバック定数の切替えを目標回転数の変更に応じて行うことにより、風等の外乱を受けて送風機4の回転数がふらついた場合にもフィードバック定数が不用意に変わってしまうことがない。特に、送風機4の回転数が変更される過渡期にフィードバック定数が不用意に変わってしまうことがなく、実回転数のハンチングを抑制する効果があるので推奨される。
2 筐体
4 送風機
5 制御装置
Claims (9)
- 室内に設置される筐体を有し、当該筐体内に燃焼装置と送風機が内蔵され、筐体内から筐体が設置された室内に向かって送風する温風暖房装置であって、燃焼装置が燃焼中のみならず燃焼装置の燃焼が停止している場合にも特定の条件下で送風機が回転され、送風機の実回転数が目標回転数となる様にフィードバック制御される温風暖房装置において、
送風機のフィードバック制御は、少なくとも比例制御と微分制御とを含む制御方法であり、燃焼装置が燃焼中であるときの比例制御の定数及び/又は微分制御の定数と、燃焼装置が燃焼を停止して一定条件を満足した後における比例制御の定数及び/又は微分制御の定数とが異なることを特徴とする温風暖房装置。 - 燃焼装置が燃焼を停止して一定条件を満足した後における比例制御の定数は、燃焼装置が燃焼中であるときの比例制御の定数よりも小さく、燃焼装置が燃焼を停止して一定条件を満足した後における微分制御の定数は、燃焼装置が燃焼中であるときの微分制御の定数よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の温風暖房装置。
- 燃焼装置が燃焼中であるときの目標回転数と、燃焼装置が燃焼を停止して一定条件を満足した後における目標回転数が相違し、比例制御の定数及び/又は微分制御の定数が、送風機の目標回転数又は実回転数に応じて変わることを特徴とする請求項1又は2に記載の温風暖房装置。
- 目標回転数は段階的に変化する段階的変数または連続して変化する連続的変数であり、比例制御の定数及び/又は微分制御の定数が、送風機の目標回転数又は実回転数に応じて変わることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の温風暖房装置。
- 燃焼装置が燃焼中であるとき及び燃焼停止直後における目標回転数は高回転領域に属し、燃焼装置が燃焼を停止して一定条件を満足した後における目標回転数は低回転領域に属し、前記高回転領域及び/又は低回転領域には幅があることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の温風暖房装置。
- 比例制御の定数及び微分制御の定数の組み合わせが複数記憶されており、前記組み合わせの中から各定数が選択されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の温風暖房装置。
- 目標回転数又は実回転数が低下傾向にある場合における比例制御の定数及び/又は微分制御の定数を変更する起点となる回転数と、目標回転数又は実回転数が上昇傾向にある場合における比例制御の定数及び/又は微分制御の定数を変更する起点となる回転数が異なることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の温風暖房装置。
- 室内に設置される筐体を有し、当該筐体内に燃焼装置と送風機が内蔵され、筐体内から筐体が設置された室内に送風を排出する温風暖房装置であって、送風機の実回転数が目標回転数となる様にフィードバック制御される温風暖房装置において、
送風機のフィードバック制御は、少なくとも比例制御と微分制御とを含む制御方法であり、送風機の目標回転数又は実回転数に応じて比例制御の定数及び/又は微分制御の定数が異なることを特徴とする温風暖房装置。 - 温風暖房装置の送風機を制御する温風暖房装置の送風機制御方法であって、送風機は、燃焼中と燃焼直後においては高回転数で運転され、燃焼停止中であって特定の条件下においては低回転数で運転され、送風機の実回転数が目標回転数となる様にフィードバック制御され、当該フィードバック制御は、少なくとも比例制御と微分制御とを含む制御方法であり、高回転数で運転される際の比例制御の定数及び/又は微分制御の定数と、低回転数で運転される際の比例制御の定数及び/又は微分制御の定数とが異なることを特徴とする温風暖房装置の送風機制御方法。
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