JPH01220783A - 比例制御弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、流体の通過量を通電電流に応じて調節する比
例制御弁の制御装置に関する。

［従来の技術１ 燃焼景を調節しなければならないバーナｌ＼の燃料供給
量のように、制御状態に応じて流体の通過量を調節する
ためには、制御装置の演算を簡単にするために比例制御
弁が多く　ｆ！１！用され、比例制御弁には、制御状態
に比例した直流電流が通電されている。

［発明が解決しようとする課題１ しかし、比例制御弁では、通電電流によって流体の通過
量を調節するための力は、通過する流体がダイアフラム
に加える圧力に抗して発生されるものであるため、従来
の比例制御弁の制御装置では、同じ電流値を通電しても
、流量を増加させる場合と減少させる場合とでは、調節
される流体の通過量が異なり、第６図の実線りに示すよ
うなヒステリシス特性を生じてしまい、正確な流量を得
ることができない。

このため、例えば出湯温度を設定することができるガス
給湯器のように、精密な燃料調節が必要な機器において
は、設定温度に対応した出湯温度が得られないという問
題がある。

本発明は、通電電流に応じて流量を比例制御する比例制
御弁の制御装置において、比例制御弁のしステリシスを
減少することを目的とする。

［１探題を解決するための手段］ 本発明は、通電電流に比例し゛ζ流呈を調節する比例制
御弁と、該比例制御弁を制御するための制御信号を発生
ずる制御手段と、該制御手段による制御信−号に応じて
前記比例制御弁を通電する通電手段とからなる比例制御
弁の制御装置において、前記通電手段は、前記比例制御
弁の通電時に、前記比例制御弁を強制振動させることを
特徴とする技術的手段を採用する。

［作用コ 本発明では、通電手段は、比例制御弁の通電時には、制
御手段により発生される制御信号に応じて比例制御弁を
強制振動させながら通電する。従って、比例制御弁は、
その開度が増加する場合でも、振動によって流体の圧力
に抗して開度を大きくでき、制御信号に応じた開度にな
る。また、開度が減少する場合にも、制御信号に応じた
開度を得ることができる。

［発明の効果］ 本発明では、比例制御弁は、通電時には強制振動させら
れているなめ、開度が大きくなるときにも小さくなると
きと同じように制御信号に応じた開度となる。従って、
比例制御弁のヒステリシスを減少させることができる。

［実施例］ 次に本発明を図面に示す実施例に基づき講明する。

第２図は本実施例のガス給湯器の概略を示し、燃焼器１
０と、燃料管２０と、水管３０と、制御装置４０とから
構成される。

燃焼器１０は、給湯器ケース１内に設けられたバーナ群
１１と燃焼用空気を供給する燃焼用ファン１２とからな
り、ノズル１３から供給される燃料ガスを燃焼用ファン
１２によって供給される一次空気のみで燃焼する全−次
空気燃焼を行い、燃焼ガスは排気口２から排出される。

バーナ群１１は複数のリボンバーナを２列に配した２連
式バーナとなっており、また、バーナ群１１近傍の上方
には、点火装置のスパーカ１４、炎検知のためのフレー
ムロッド１５およびサーモカップル１６がそれぞれ設け
られている。

燃料管２０は、燃料ガスをノズル１３へ供給するガス管
で、その上流側がら順に元電磁弁２１、主電磁弁２２、
比例弁２３がそれぞれ設けられ、比例弁２３の下流では
２連式バーナの各連にそれぞれ燃料ガスを供給するため
に燃料管２ｏは分岐しており、分岐した一方の燃料管２
ｏには、バーナ群１１のうち１連のみを燃焼させるため
に、切替弁２４を備えている。比例弁２３は、燃料管２
０を通過してバーナ群１１へ供給される燃料ガス量を、
通電電流に比例して調節する本発明の比例制御弁である
。

水管３０は、図示しない水供給源および給湯口とそれぞ
れ接続された供給管３１および給湯管３１ａと、これら
を連通して設けられた熱交換器３２およびバイパス管３
２ａとがらなり、供給管３１から供給される水の一部は
熱交換器３２を介して、残る部分はバイパス管３２ａを
介して給湯管３１ａへ導かれ、熱交換器３２およびバイ
パス管３２ａの下流側の合流部にはバイパス弁３３が設
けられ、熱交換器３２によって加熱される水と、バイパ
ス管３２ａによってそのまま導かれる水の割合を適切に
調節して混合する。

一方、供給管３１には上流側より水量制御弁３４、水流
センサ３５および入水温サーミスタ３６が、また熱交換
器３２の下流には熱交換サーミスタ３７が、さらに給湯
管３１ａには出湯温サーミスタ３８がそれぞれ備えられ
ている。

制御装置４０は、第３図に示すとおり、ガス給湯器に備
えられた上記の各部分との信号交換のためのインターフ
ェース４１となる各回路と、制御装置４０の中心となる
マイクロコンピュータ４２と、安全離係のための安全回
路４３および電磁弁通電リレー回路４４と、これらすべ
てに電力を供給する電源部４５とからなり、さらにガス
給湯器の作動を操作するためのコントローラ４６と、マ
イクロコンピュータ４２の作動モードを予め設定するた
めのモード設定回路４７を備えている。

まず、インターフェース４１としての各回路を説明する
。

スパーカ回路５１は、スパーカ１４に火花放電を行うた
めの高電圧を発生する高電圧発生部と、スパーカ１４で
の火花放電を検知するための放電検知部とからなる。

炎温度検出回路５２は、検知する炎の温度に応じたサー
モカップル１６の出力電圧を制御信号として使用するた
めに増幅する回路で、増幅された信号は燃焼時の空燃比
の制御に利用される。

水温検出回路５３は、水管３０に配された各サーミスタ
の抵抗値からそれぞれの温度信号を得るための回路で、
温度信号は、電源電圧を各サーミスタと直列に接続され
た抵抗によって分圧して得られる。

ファン回路５５は、マイクロコンピュータ４２から伝送
されるパルス信号に基づいて燃焼用ファン１２を駆動す
るための回路であり、伝送されるパルス信号のパルス幅
に応じた出力電圧をファン駆動回路の制御電圧として印
加する。また、燃焼用ファン１２の回転数に応じた電圧
を出力する回転数検出回路を備えており、その回転数信
号をマイクロコンピュータ４２へ送出する。

比例弁回路５６は、燃料ガスを調節する比例弁２３への
通電を行う回路であり、第１図に示すとおり、マイクロ
コンピュータ４２から制御信号として送出される８ビツ
トのディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変
換回路６０と、通電シーケンスを制御するスイッチング
回路６１とからなる０本実施例では、比例弁２３を通電
するスイッチング信号として、第４図の実線Ａに示すと
おり２０Ｈｚのパルス信号を使用しており、通電時にこ
のパルス信号が送出されると、トランジスタ６２がパル
ス信号に応じてＯＮとなり、Ｄ／Ａ変換回路６０で変換
されたアナログ信号と合成されて、第４図の実線Ｂに示
すとおりパルス振幅変調された電流が比例弁２３に通電
される。これによって、比例弁２３は振動し、燃料供給
量を増加させる場合であっても、通過する燃料ガスに抗
して十分に開度を増加させることができ、制御信号に応
じた開度を得ることができる０本実施例の比例弁口路５
６による比例弁２３の特性を第５図の実線Ｃに示す、こ
こで明らかな通り、本実施例によれば、第６図の実線り
に示す従来の通電による特性と比較して、ヒステリシス
が大きく減少される。また、第５図においては、比例弁
２３の通電可能領域全体に亙って示されているものであ
るため、通電電流が大きい一部の範囲ではヒステリシス
が見られるが、このヒステリシスが生じる範囲を除いて
使用すれば、殆どヒステリシスのない特性を得ることが
できるものである。

なお、第１図において、６３はオペアンプ、６４はトラ
ンジスタ、６５はダイオード、６６ないし８５は抵抗、
８６および８７はコンデンサである。

水流回路５９は、木管３０内を通過する水量に応じて発
生される水流センサ３５からのパルス信号に基づいて、
パルス信号をマイクロコンピュータ４２へ伝送するとと
もに、水管３０内を通過する水量が一定量以上になった
とき、スイッチング信号を電源部４５のリレー回路用電
源４５ｔ）へ送出し、水流信号を安全回路４３へ伝送す
る。

また前述のとおり、マイクロコンピュータ４２は、比例
弁回路５６へのスイッチング信号には、使用するガス種
に応じてデユーティ比が設定される２０Ｈｚのパルス信
号を、制御信号には８ビットのディジタル信号をそれぞ
れ送出する。

なお、安全回路４３には、元電磁弁２１および主電磁弁
２２を閉状態にするための制御信号として、マイクロコ
ンピュータ４２から送出されるＬレベル信号を利用して
、安全回路４３の作動を停止するタイマ付きのリセット
回路が備えられζいるため、安全回路４３は燃焼器１０
の燃焼が開始されてから初めて作動する。

電磁弁通電リレー回路４４は、元電磁弁２１、主電磁：
＃２２および切替弁２４をマイクロコンピュータ４２か
らの制御信号によってそれぞれ通電するためのリレーか
らなる回路である。

電源部４５は、図示しないプラグをコンセントに差込む
と制御袋″Ｉｆ、４０の上記各回路を作動させるための
電力を、それぞれの回路に必要な直流定電圧に変換して
常時供給するもので、特に本実施例では、マイクロコン
ピュータ４２へ電力を供給するマイコン用電源４５ａと
、電磁弁通電リレー回路４４へ電力を供給するリレー回
路用電源４５ｂには、安全回路４３からの通電停止信号
によって電力供給を停止するスイッチング機能があり、
マイクロコンピュータ４２の作動を停止させるとともに
各電磁弁への通電を停止して、燃料の供給を停止する。

モード設定回路４７は、マイクロコンピュータ４２の作
動モードを、使用されるガス種、リモコンの有無、給湯
能力、排気設備等に応じて、工場からの出荷時やガス給
湯器の設置時に、予め設定しておくための回路であり、
本実施例では、マイクロコンピュータ４２をなすカスタ
ムＩＣの各端子に接続されたデイツプスイッチによって
設定され、マイクロコンピュータ４２は、各端子の電位
がＨレベルであるかＬレベルであるかによってその電位
に応じたモードで作動する。

以上の構成からなる本実施例のガス給湯器は次のとおり
作動する。

使用者がコントローラ４６によって運転スイッチを入れ
、出湯温度を設定するとともに、図示しない水栓を操作
すると、供給管３１によって供給される水は、水量制御
弁３４、水流センサ３５を通過して、熱交換器３２およ
びバイパス管３２ａへ流入し、バイパス弁３３でそれぞ
れの流出量が調節されて、給湯管３１ａを介して図示し
ない給湯口から流出する。このとき、水流センサ３５に
よって水流に応じたパルス信号が発生し、水流回路５９
を介して電磁弁通電リレー回路４４およびマイクロコン
ピュータ４２へそれぞれ水流信号およびパルス信号とし
て伝送される。

すると電磁弁通電リレー回路４４では、マイクロコンピ
ュータ４２の制御信号に応じて各電磁弁が通電可能な状
態になり、一方、マイクロコンピュータ４２は、伝送さ
れるパルス信号が所定数以上検知されると、燃焼器１０
の点火作動として、スパーカ回路５１の高電圧発生部を
通電してスパーカ１４に火花放電を行う。

スパーカ１４での火花放電がスパーカ回路５１の作動検
知部で検知されると、マイクロコンピュータ４２は、そ
れまでＬレベル信号であった元電磁弁２１および主電磁
弁２２の制御信号を、開状態にするためのＨレベル信号
に変更して送出する。

このとき、安全回路４３は、タイマ付きリセット回路に
よって、各電磁弁の制御信号がＨレベル信号になってか
らも一定時間は作動しないため、マイクロコンピュータ
４２には継続して電力が供給される。

従って、元電磁弁２１と主電磁弁２２は、電磁弁通電リ
レー回路４４によって通電され、燃料ガスはノズル１３
から噴出して燃焼用空気と混合されてバーナ群１１へ供
給され、すでに作動しているスパーカ１４によって点火
される。

一定時間以内に着火して、フレームロッド１５によって
検知され、炎検知信号が炎検知回路５８から送出される
と、マイクロコンピュータ４２は、入水温サーミスタ３
６、熱交換サーミスタ３７、出湯温サーミスタ３８の各
サーミスタおよび水流センサ３５からの検知信号および
コントローラ４６からの設定信号に基づいて必要な燃焼
量が計算され、その計算結果に基づいて燃焼用ファン１
２、比例弁２３、切替弁２４、バイパス弁３３および水
量制御弁３４が制御される。また、着火後には、サーモ
カップル１６からの信号に基づいて空燃比の補正制御も
行われるが、この制御はサーモカップル１６の温度が安
定するまでの一定時間には行われない。

その後、出湯量や設定温度の変更があると、その変更に
応じてバイパス弁３３による熱交換器３２とバイパス管
３２ａとの通過流量の割合や燃焼器が変更される。

燃焼量が変更されると、それに応じて燃焼用ファン１２
の回転数が変更され、その回転数、およびサーモカップ
ル１６からの信号に基づいて比例弁２３の通電電流が決
定され、マイクロコンピュータ４２からのスイッチング
信号によってＯＮとなるトランジスタ６２によって通電
される。ここで、トランジスタ６２へのスイッチング信
号は、２０Ｈｚのパルス信号であり、比例弁２３は通電
によって強制的に振動し、ヒステリシスがないため、計
算された燃焼量に応じた燃料を供給することができる。

従って、出湯温サーミスタ３８によって検知される出湯
温度は、コンｉ・ローラ４６によって設定された温度と
なり、忠実な制御を行うことができる。

本実施例では、比例弁回路の制御にマイクロコンピュー
タを使用して、制御信号としてディジタル信号を使用し
、Ｄ／Ａ変換したアナログ信号を使用したが、マイクロ
コンピュータの代わりにアナログ信号によって演算する
オペアンプ等の１Ｉｌ（Ｉ四回路を使用しても、スイッ
チング信号としてパルス信号が送出されれば、同様な制
御が可能である。

次に第７図および第８図に基づいて第２実施例を説明す
る。なお説明を簡略にするために第１図と同一機能物に
は同一番号を付す。

この実施例では、第１図におけるトランジスタ６２のよ
うな、比例弁２３を強制振動させるためのパルス信号を
入力するためのスイッチング素子は特に設けず、トラン
ジスタ９０による比例弁２３への通電回路への印加電圧
■として、電源部４５の図示しないトランスによって所
定の電圧に変圧された交流電圧を半波整流して得られる
第８図に示すような脈流電圧を印加するようにしている
。

これにより、比例弁２３は、オペアンプ９１を介して制
御回路９２から送出される制御信号と、この脈流との実
効値で通電されることになるため、第１実施例と同様に
強制振動される。

またこの実施例では、電源部４５では比例弁２３への供
給電力を半波整流するだけでよく、整流後に平滑する必
要がなくなるなめ、電源部４５の構成が簡単になる。

なお、制御回路９２から送出される制御信号は制御回路
９２内のスイッチング回路を介して制御状態に応じて送
出されるアナログ信号であるが、この制御信号はオペア
ンプ９１に入力されるときアナログ信号であればよく、
その前段階ではディジタル信号であっても、Ｄ／Ａ変損
されていれば全く同様に制御することができる。

本実施例では、比例弁を強制振動させるためにパルス信
号や脈流電圧を使用したが、交流成分を含む信号であれ
ば同様に振動させることができる。

また本実施例では、給湯器の燃料調節用に使用される比
例弁における実施例を示したが、流体を使用する機器で
あれば、同様な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を使用したガス給湯器の比例弁回路を示
す回路図、第２図は本実施例のガス給湯器の概略を示す
構成図、第３図は本実施例のガス給湯器の制御装置を示
すブロック図、第４図は本実施例の制御装置におけるス
イッチング信号を示す波形図、第５図は本実施例による
比例弁の特性図、第６図は従来の制御装置による比例弁
の特性図、第７図は本発明の第２実施例を示す回路図、
第８図は第２実施例における印加電圧を示す特性図であ
る。 図中、２３・・・比例弁（比例制御弁）、４２・・・マ
イクロコンピュータ（制御手段）、５６・・・比例弁回
路（通電手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）通電電流に比例して流量を調節する比例制御弁と、 該比例制御弁を制御するための制御信号を発生する制御
   手段と、 該制御手段による制御信号に応じて前記比例制御弁を通
   電する通電手段とからなる比例制御弁の制御装置におい
   て、 前記通電手段は、前記比例制御弁の通電時に、前記比例
   制御弁を強制振動させることを特徴とする比例制御弁の
   制御装置。