JPH0113016B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、比例制御方式の燃焼機器の燃焼制御
装置に関するものである。

近年、省エネルギー指向から比例制御方式の燃
焼機器は特に注目を浴びている。ガス瞬間湯沸器
においては、ある程度大きな能力のものは手軽に
２箇所、３箇所給湯が可能であるところから一般
家庭によく普及している。従来の湯沸器では燃焼
状態（燃焼能力）が一定であるために、出湯量を
加減して所望の湯温を得なければならない不便さ
があつた。ほかに燃焼状態を切換えるものもある
が、切換えられた状態では燃焼状態が一定である
ということには変りはなく上記の不便さは解消さ
れない。また、複数箇所で湯を使用してどこか１
箇所止めた場合とか、ある箇所で湯を使用して、
他の箇所で湯を新たに使つた場合等では、湯温が
変化してしまい再度湯温調整をしなければならな
いといつた不便さもあつた。これらの不便さはす
べて湯沸器の燃焼状態が一定であるということに
起因している。ところが、比例制御方式の湯沸器
であれば負荷条件、つまり設定温度と出湯量に応
じて燃焼量が変化追従してゆくので、常に安定し
た湯温が得られ、好評を博している。

比例制御方式はガス湯沸器の場合、比例弁方式
とフアンモータ方式とに大別される。第１図は比
例弁方式のガス湯沸器を示すもので、この図にお
いてガスガバナ１はガス圧の調整をするものであ
り、ソレノイドバルブ２はON、OFF動作しガス
を制御する。比例弁３は通電電流に応じて弁開度
が連続的に変り、その結果供給ガス量が変る。バ
ーナ４が燃焼を開始すると、水管にフインのつい
た熱交換器５で入つてきた水が熱交換され、温度
上昇して湯となつて出てゆく。出湯口にサーミス
タ６が設けられ、湯温を検知して燃焼制御装置７
の入力信号となる。

今、１つの蛇口をひねつて湯を出そうとする
と、水路途中に設けられた水流スイツチ８が水流
を検知して燃焼制御装置７に入力され、フアンモ
ータ９が回転を始める。フアンモータ９が回転を
開始すると、風の通路に設けられた風圧スイツチ
１０が風圧検知して燃焼制御装置７に入力され、
燃焼制御装置７はシーケンスを開始する。ソレノ
イドバルブ２がONしてバーナ４にガスが供給さ
れると同時に点火トランス１１がONして点火電
極棒１２がスパークを開始し、点火を試みる。一
定時間内に着火しなかつた場合、全ての負荷を
OFFするとともに、警報器１３を動作させて使
用者に知らせる。着火すれば、フレームロツド１
４の信号が燃焼制御装置７に入力され、着火確認
し、点火トランス１１をOFFする。一方、流入
した水は、熱交換器５で温度上昇して湯となり、
出湯口のサーミスタ６が湯温を検知して、燃焼制
御装置７で設定された温度と比較され、設定温度
に達しない間は制御回路は比例弁３の通電電流を
徐々に増大させ燃焼量を増大させる。湯温が設定
温度に達した時比例弁３には一定の電流が与えら
れ、その結果燃焼量が一定となつて設定温度の湯
が連続的に出湯される。

さらに他の蛇口においても出湯が開始される
と、湯沸器流入水量が増大するため湯温は低下
し、これがサーミスタ６で検出され、制御回路が
比例弁３の通電電流を増大させて燃焼量を増大さ
せる。こうして湯温が設定温度に達すると、制御
回路は比例弁３に一定の電流を与え、燃焼量が一
定となる。これらの蛇口の一方で出湯を停止する
と流入水量減少のため湯温上昇し、これがサーミ
スタ６により検知され、制御回路が比例弁３の通
電電流を減少させる。湯温が設定温度にまで下が
つてくれば一定の燃焼量となる。

フアンモータ方式は第２図に示すように構成さ
れ、第１図の比例弁３の代りに均圧弁１５を用
い、さらにフアンモータ９を用いる。フアンモー
タ９を回転させると空気圧を生じるが、均圧弁１
５はこの空気圧に比例してガス圧を制御する。す
なわち空気圧を操作量としている。フアンモータ
方式ではフアンモータ９の位相制御により回転数
を制御し風量を変えるとともにガス量を変えるの
で、空気対燃料の比が常に一定のものとなり完全
燃焼させることができる点が利点である。他の構
成及び動作は第１図の比例弁方式と変らないから
説明は省略する。

ところが、比例制御方式によれば確かに安定し
た湯温が得られるが、これはあくまで静的な条件
の場合であつて、負荷条件の変更といつた動的な
条件がある場合には、ある期間は過渡応答を示
す。負荷条件の変更として、設定温度の変更につ
いては、次の温度に平衡するまでに時間を要すと
いうだけで大した問題とはならないが、出湯量の
急激な変更についてはオーバシユート、アンダシ
ユートを生じて問題である。比例制御方式の場
合、安定した湯温が得られるところから、水との
ミキシング無しにダイレクトに使用できる。たと
えば、42℃でシヤワを浴びていた時、水洗トイレ
を使用して水圧が低下した場合とか、シヤワと台
所でお湯を同時使用していて、急に台所のお湯を
止めた場合など、前記過渡応答によつてオーバシ
ユートした湯が出ることになつて危険極まりな
い。アンダシユートは実用上大きな問題とはなら
ないが、オーバシユートは安全性の面で大きな問
題となる。第３図に、出湯量が急激に減少した時
の従来の比例制御方式のオーバシユート発生の様
子を示す。今、時間t₁において出湯量がQ₁から
Q₂に減少したとすると湯温はやや遅れてt₂から上
昇を開始する。湯温がT₁℃から上昇すると前記
サーミスタ６がこの湯温の上昇を検知し、前記比
例弁３への通電電流を徐々に減少させるが、前記
燃焼制御装置７内のPID制御回路の積分回路のコ
ンデンサや燃焼釜の熱容量等に起因して湯温は更
に上昇して時間t₃でピークを生ずる。最初の湯温
T₁からみるとT₂−T₁の大きな偏差が生じている
ので、前記比例弁３への通電電流も減少しており
湯温は徐々に下がり始め、時間t₄で最初の湯温T₁
に落着く。ここでオーバシユートはT₂−T₁であ
り、過渡時間はt₄−t₂である。

本発明は、出湯量が急激に減少した時に発生す
るオーバシユートを抑制すると共に過渡時間を短
かくする燃焼制御装置を得ることを目的とするも
のである。

本発明は、湯温を検知して湯温検知信号を生じ
る検出器と、この湯温検知信号が入力されるPID
制御回路と、このPID制御回路の出力に基づいて
燃料の供給量を操作する燃料供給装置とを有して
なる比例制御方式の燃焼機器の燃焼制御装置にお
いて、前記湯温検知信号が所定値を越えている場
合に湯温のオーバシユートが発生したと判定し湯
温検知信号が所定値を越えている期間中出力を生
じるオーバシユート判定回路を備え、オーバシユ
ートが発生している期間中生じている前記オーバ
シユート判定回路の出力によつて前記PID制御回
路の少なくとも積分回路を構成する回路の入力レ
ベルをシフトすることにより前記燃料供給装置を
制御して燃焼を維持するのに必要な最少量で燃料
を供給するようにしたことを特徴とする。したが
つて本発明の燃焼制御装置によれば、オーバシユ
ートが発生している期間中積分回路の入力レベル
を強制的にシフトして供給燃料を最低にしている
ので、オーバシユートの期間の長さに対応して安
全側（低温側）に制御でき、個々のオーバシユー
ト毎に最適なオーバシユート抑制が実現でき、過
渡時間を短縮できる。さらに入力レベルを一定の
値にシフトしているため個々の装置毎のばらつき
が生じない。

以下、本発明の一実施例を図面に基いて説明す
る。第４図に示す実施例は、本発明を第１図の比
例弁方式のガス瞬間湯沸器に適用したものであつ
て、第１図の制御回路におけるサーミスタ６から
比例弁３までの信号系統を改善したものである。
本図において、抵抗３１，３２，３３，３４，３
５とサーミスタ６、温度設定器としての可変抵抗
VRでブリツジを構成し、Ａ−Ｂ間のブリツジ出
力（偏差）は積分動作を主体としたPID制御回路
に入力され、PID制御回路はこの偏差に基いて
PID制御のための信号を発生させて出力し、これ
が定電流駆動回路の第１の入力となる。PID制御
回路には、OPアンプ４１、抵抗３７〜３９、コ
ンデンサ４０でなる通常の積分回路が含まれてお
り、そしてOPアンプ４１の非反転入力にダイオ
ード３６を介してオーバシユート判定回路の出力
が接続されている。先のブリツジを構成する辺
で、基準電圧レベルをきめる辺は抵抗３４を直列
に含むが、その接続点Ｃ点は、オーバシユート判
定のための温度出力を与える。Ａ−Ｃ間のオーバ
シユート判定偏差はオーバシユート判定回路に入
力され、オーバシユート判定偏差の極性に応じて
オーバシユートの有無を判定し、その出力がPID
制御回路の積分回路の入力にダイオード３６を介
して接続されている。

このダイオード３６は一定の設定温度、出湯量
で安定動作をしている時、オーバシユート判定回
路からの出力がPID制御回路に影響を及ぼさない
ように挿入されている。

定電流駆動回路は、PID制御回路からの入力に
基いた電流を比例弁３に与える。ここで定電流駆
動としているのは、比例弁３のコイルの発熱や電
源電圧の変動によつて通電電流が変化することを
さけるためである。

次に、上記実施例の動作について、詳しく説明
する。Ｃ点におけるオーバシユート判定温度出力
は設定温度より若干高目に設定される。通常、給
水温度及び水圧はわずかであるが変動しているた
め、設定温度からの若干の湯温上昇はオーバシユ
ートと判しないためである。今、ある設定温度・
出湯量で安定していたとすると、Ａ−Ｂ間の偏差
は０であるのでPID制御回路は一定の出力を出
し、その結果、一定のガス量で燃焼を維持してい
る。

以下第５図を参照する。出湯量W₀が急激に減
少してW₂になると、サーミスタ６は遅れて湯温
の上昇を検知し、オーバシユート判定温度を越せ
ばオーバシユート判定回路が反転し、ローレベル
になる。したがつてダイオード３６は順方向接続
となり、それを介してオーバシユート判定回路は
積分回路のOPアンプ４１の非反転入力を強制的
にLowレベルにして、比例弁３の通電電流を強
制的に減少させてガス量を燃焼を維持するのに必
要な最少ガス量にする。その後燃焼釜の熱容量等
に基因して湯温は上昇してピークを生じ、さらに
その後はガス量が最少であるので湯温が急速に低
下し、オーバシユート判定回路が復帰するので、
通電電流はこの時点のPID制御回路の出力に応じ
た値となる。従来は、偏差（オーバシユート量）
に応じて積分回路の積分コンデンサ４０が充電さ
れていたために、通電電流すなわちガス量の修正
が遅れるために大きなオーバシユートを生じて過
渡時間が長くなつていたわけであるので、本発明
では上述の如く、オーバシユートを検知すると、
PID制御回路出力に無関係に強制的に最小ガス量
にするようにして、オーバシユートを押えるよう
に改善したのである。

なお、比例弁３の通電電流を少なくして最少ガ
ス量とするためには、上記の構成以外に、OPア
ンプ４１の反転入力を強制的にHighにする構成
をとつてもよいことは勿論である。

ここで、オーバシユート判定回路が復帰した時
に必要とされるガス量は、設定温度は一定である
ので出湯量に比例する。よつて第５図に示すよう
に出湯量がW₀から比較的変化量の少ないW₁に減
少した時に必要とされるガス量は同様に変化量の
少ないG₁となる。出湯量がW₀から変化量の大き
いW₃に減少した時は、必要とされるガス量はや
はり変化量の大きいG₃となる。図に示すように、
オーバシユートを生じている時間は出湯量の変化
量に比例するので、オーバシユートしている時間
に対応して積分コンデンサ４０の放電時間を定め
るようにすれば、出湯量の変化量が積分コンデン
サ４０の放電量つまりはガス量の変化量と比例す
ることになるので、オーバシユート判定回路が復
帰した時ガス量は必要とされるガス量に復帰す
る。そのために短い過渡時間で設定温度に戻り、
誠に好都合である。

これまでの説明は、比例弁を使用したガス瞬間
湯沸器についてであつたが、本発明は比例制御方
式の燃焼制御装置に含まれている湯温に基づく比
例制御系にオーバシユート判定回路を付加するな
どの改善をするものであるから、燃料、燃焼制御
方式（フアンモータ方式などの他の方式）、燃焼
機器の種類等に限定されるものではない。

以上説明したように、本発明によれば、湯温検
知信号により湯温のオーバシユートが発生したこ
とを判定するオーバシユート判定回路を設け、こ
の判定回路の出力で、PID制御回路の入力レベル
を強制的にシフトさせるようにしたから、比例弁
への通電電流を急速に減少させることができる。

したがつて、出湯量が急激に減少した時に生じ
るオーバシユートによる湯温の上昇を抑制し、ま
たその発生時間を短かくできるから、急激な湯温
の上昇に起因する火傷事故を未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は比例弁方式のガス湯沸器のブロツク
図、第２図はフアンモータ方式のガス湯沸器のブ
ロツク図、第３図は出湯量が急激に減少した時の
従来の比例制御方式による湯温のオーバシユート
発生の様子を示すタイムチヤート、第４図は本発
明の一実施例に係る比例制御系の一部回路図を含
むブロツク図、第５図は上記実施例における出湯
量が急激に減少した時のオーバシユート判定回路
出力、ガス量、湯温の変化を示すタイムチヤート
である。 １…元バルブ、２…ガスバルブ、３…比例弁、
４…バーナ、５…熱交換器、６…サーミスタ、７
…燃焼制御装置、８…フロースイツチ、９…フア
ンモータ、１０…エアフロースイツチ、１１…点
火トランス、１２…点火電極棒、１４…フレーム
ロツド、１５…均圧弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 湯温を検知して湯温検知信号を生じる検出器
   と、この湯温検知信号が入力されるPID制御回路
   と、このPID制御回路の出力に基づいて燃料の供
   給量を操作する燃料供給装置とを有してなる比例
   制御方式の燃焼機器の燃焼制御装置において、前
   記湯温検知信号が所定値を越えている場合に湯温
   のオーバシユートが発生したと判定し湯温検知信
   号が所定値を越えている期間中出力を生じるオー
   バシユート判定回路を備え、オーバシユートが発
   生している期間中生じている前記オーバシユート
   判定回路の出力によつて前記PID制御回路の少な
   くとも積分回路を構成する回路の入力レベルをシ
   フトすることにより前記燃料供給装置を制御して
   燃焼を維持するのに必要な最少量で燃料を供給す
   るようにしたことを特徴とする燃焼制御装置。 ２ 前記PID制御回路の少なくとも積分回路を構
   成する回路の入力にダイオードの一端を接続し、
   その他端を前記オーバシユート判定回路の出力に
   接続して前記オーバシユート判定回路の出力によ
   り前記積分回路の入力レベルをシフトすることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃焼制御
   装置。