JPH02229982A - 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】 し産業上の利用分野１ 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。

し従来の技術］ 燃焼量を調節しなければならないバーナへの燃料供給量
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、制御装置に演算処理を簡単にするために比例制御
弁が多く使用されている。

この場合、゛演算機能を有する制御回路によって制御量
が演算され、制御信号として制御電圧が出力されるとと
もに、比例制御弁には、駆動回路によって、制御電圧に
応じた直流電流が通電されている． ［発明が解決しようとぐる課Ｍ］ 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ヤフラム
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、例えば第６図の実線Ｄに
示すようなヒステリシスを生じてしまい、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． また、従来のものでは、比例制御弁を制御状態に応じた
開度に維持するために、目的開度に応じた電流値が常時
通電されているため、駆動回路における比例制御弁の通
電素子（例えばパワートランジスタ）の負担が大きく、
その発熱量が大きい．さらに、比例制御弁の駆動回路へ
の制御信号としては、制御量に応じた制御電圧を出力し
なければならないため、演算処理をする制御回路の回路
構成上の負担が多くなるという問題がある．本発明は、
比例制御弁の制御装置において、ヒステリシスを少なく
して比例制御弁の閏度特性を向上させ、比例制御弁の通
電素子の通電負担を少なくするとともに、さらに、回路
構成を簡単にすることを目的とする． ［課題を解決するための手段］ 本発明は、通電電流に比例して流体の流謹を調節する比
例制御弁と、該比例制御弁の目標開度に応じた制御信号
を送出する制御回路と、該制御回路の前記制御信号に基
づいて前記比例制御弁を駆動する駆動回路とからなる比
例制御弁の制御装置において、前記制御回路は、前記制
御信号を前記目標開度に応じてパルス幅変調し、前記駆
動回路は、一定のパルス信号を発生するパルス発生回路
と、該パルス発生回路の前記パルス信号に応じて前記比
例制御弁を通電するスイッチング回路と、前記制御回路
のパルス幅変調された前記制御信号を復調する復調回路
とを備えるとともに、該復調回路の出力を前記スイッチ
ング回路によってパルス振幅変調した電流を前記比例制
御弁にｆ１電することを技術的手段とする． ［作用〕 本発明では、制御回路からの制御信号はパルス幅変調さ
れていて、駆動回路の復調回路によって復調される． 復調された制御信号は、パルス発生回路からの一定のパ
ルス信号によってパルス振幅変調されて比例制御弁に通
電される． 比例制御弁は、パルス振幅変調された電流によって通電
されるため、通電がパルスの通電時のみに行われる． この場合、パルス発生回路で発生されるパルス信号のパ
ルス幅が短いと、電流が絶えず変化するため、比例制御
弁の弁体は通電電流の変化に追従できないため、微小振
動して通電電流の実効値に応じた開度を呈する。

［発明の効果］ 本発明では、比例制御弁は、微小振動して通電電流の実
効値に応じた開度を呈するため、同じ電流値が通電され
た場合には、開度が次第に太き《なる場合と次第に小さ
くなる場合とでは、それぞれの開度にほとんど差がない
．従つ”Ｃ、ヒステリシスを少なくすことができる。

また、比例制御弁への通電素子には、パルス信号に応じ
てスイッチングされた電流が間欠的に通電されるため、
通電に伴って発熱した熱の放熱が効果的に行われるため
、発熱温度が低くなる。従っ、て、通電素子の負世が少
なくなる．さらに、制御回路からのパルス幅変調された
制御信号を復調するための復調回路には、低域フィルタ
の代わりにＣＲ回路を用いることができるため、制御回
路周りの回路構成がｌ！ｉｉｔになるとともに、直線性
をよくすることができる。

一方、制御回路からは、パルス幅変調した制御信号を出
力すればよいため、例えばマイクロコンピュータを用い
た場合には、他の制御要素と統合して一つの制御回路を
形成ｔることかできる。

従って、回路構成が簡単にできる。

［実施例］ 次に、本発明を第２図に概略を示す温水暖房用のガス給
湯器１の実施例に基づいて説明する．燃焼器ケース１０
内には、複数のバーナを配してなるバーナ群１１が設け
られ゛Ｃいる。燃焼器ケース１０の下方には、バーナ群
１ｌへ燃焼用空気を供給するための送風１１１２が設け
られている。

燃焼器ケース１０内のバーナ群１１の」一方には木管式
の熱交換器１３が設けられ、内部を通過する水はバーナ
群１１による燃焼熱により加熱される．燃焼器ケース１
０内のバーナ群１１の近傍には、バーナ１１１を点火す
るスパーカ１４と、バーナ群１１の着火を検知するフレ
ームロツド１５とが備えられている。また、燃焼器ケー
ス１０の」．方には、燃焼排ガスを外部へ排出するため
の排気口２が設けられている。

バーナ群１１の下方には、燃料ガスを供給するためのノ
ズル管１６が備えられ、ノズル管１６にはバーナ群１１
の各バーナにそれぞれ対応し゜Ｃ燃料ガスを噴出する複
数の燃料噴出口１６ａが設けられ゛Ｃいる。

ノズル管１６へ燃料ガスを導く燃料管２０には、通電時
に燃料ガスを通過させる２つの電磁弁２１、２２、通電
電流に応じて供給圧力を制御することによって燃料ガス
の供給量を調節するガバナ比例弁２３が上流側より順に
それぞれ設けられている．熱交換器ｌ３には、加熱され
た温水を循環させるための水管１７、１７ａが接続され
ている。

熱交攪器１３内を通過する温水に対し゛ζ上流側に当た
る水管１７には、温水を強制循環さぜるためのボンプ１
８が備えられ、さらにその上流には、温水を膨脹さぜる
膨脹タンク１８ａが設けられている． 熱交換器１３の下流側に接続された水管１７ａ．には、
室内に設けられた暖房用熱交換器１つが接続され、さら
に暖房用熱交換器１９は、前述の膨脹タンク１８ａと接
続されている。

水は、ボンブ１８によっ′〔熱交換器１３内ｌ＼押し込
まれて加熱され、熱交換器１３から流出する温水は、暖
房用熱交換器１９によって室内を暖め、各熱交換器１３
、１９、水管１７、１７ａ内を循環する． 一方、熱交換器１３の下流側に当たる水管１７ａには、
加熱された温水の温度を検知するためのサーミスタ２５
が備えられている。

なお、膨脹タンク１８ａには図示しない水補給管が接続
されていて、必要に応じて水が補給される。

以上の構成からなる温水暖房用のガス給湯器１は、制御
装置３０によって制御される。

制御装置３０は、第３図に示すとおり、マイクロコンピ
ュータ３１、入力回路３２、出力回路３３からなり、コ
ントローラ４０からの操作信号に応じて、各入力信号に
基づいて運転状態を制御する。

マイクロコンピュータ３１（以丁「マイコン３１」とす
る）は、コントローラ４０により運転開始が指示される
と、ポンプ１８を駆動して、水を循環させるとともに、
スバーカ１４によってバーナ群１１を点火して燃焼を閤
始する点火制御を行う．また、停止信号によって燃焼を
停止するとともに、立ち消え等によってフレームロツド
１５によって炎が検知されなくなった場合にも、電磁弁
２１、２２を■じて燃料漏れを防止する。

また、燃焼開始後には、入力凹路３２を介して入力され
るサーミスタ２５の検知信号と、コン１へローラ４０に
よって設定される暖房温度とに基づいて燃焼量を決定し
、それに基づいて出力回路３３によって送風機１２およ
びガバナ比例弁２３を制御して、熱交換器１３内を循環
する温水を所定の温度に加熱して、ボンブ１８を駆動し
て室内を暖房する． ここでは、決定された燃焼量に応じて送風機１２を駆動
し、その作動状態を示す送風ｆｉｉ２の回転数に応じて
ガバナ比例弁２３を制御する。

なお送風機１２およびガバナ比例弁２３を制御するため
の出力回路３３への制御信号とし゜Ｃは、それぞれパル
ス幅変調（ＰＷＭ）されたパルス信号が利用されている
。

また、マイコン３１からは、ガバナ比例弁２３への通電
を行うためのスイッチング信号として、第４図のＡに示
すとおり、パルスの繰り返し周期Ｔ、パルス幅Ｗおよび
パルスの高さｌ４が制御状態に関係なく一定波形のパル
ス信号を使用している．次に出力回路３３において、ガ
バナ比例弁２３を駆動する比例弁駆動回路５０を、第１
図に基づいて説明する， 比例弁駆動回路５０は、マイコン３１からのスイッチン
グ信号が送出される場合に、パルス幅変調されて送出さ
れた制御信号に応じた７Ｊｉ流値を通電する． ここでは、マイコン３１のスイッチング信号に応じて電
路を開閏するスイッチング用のトランジスタ５１、パル
ス幅変調され゜ζ送出された制御信号を復調するＣＲ回
路５２、復調された信号を２段増幅するオペアンブ５３
、５４、オペアンプ５４の出力電流に応じた電流値をガ
バナ比例弁２３へ通電するためのトランジスタ５５から
構成される。

次に以上の構成からなる本実施例のガス給湯器の作動を
説明する． 使用者がコントローラ４０を操作して、暖房運転の開始
を指示すると、ボンブ１８が作動して、水は、水管１７
ａ、熱交換器１３、水管ｌ７、暖房用熱交換器１９、膨
脹タンク１８ａからなる循環路内の循環を開始する． また、各電磁弁２１、２２が開いて燃料ガスがバーナ群
１１へ供給され、スバーカ１４が作動してバーナ群１１
が点火され、燃焼が開始される．着火がフレームロッド
１５によって検知されると、コントローラ４０により設
定された暖房温度、サーミスタ２５によって検知される
熱交換器１３からの流出温度に基づいて、燃焼量が決定
され゛ζ、それに基づいて、送風ａｌｌ２およびガバナ
比例弁２３が制御される。

このとき、送風機１２およびガバナ比例弁２３を制御す
るためにマイコン３１から出力回１￥８３３へ送出され
る制御信号は、それぞれ目標値に応じてパルス幅変調さ
れたパルス信号であり、また、ガバナ比例弁２３への通
電を指示するためのスイッチング信号は、一定のパルス
信号である．この結果、比例弁制御回路５０により通電
されるガバナ比例弁２３には、第４図のＢに示すように
、スイッチング信号によってパルス振幅変調され、パル
スの繰り返し周期］゛およびパルス幅Ｗは一定であり、
パルスの高さＨのみが制御量に応じて変化するパルス電
流が通電される。

このため、ガバナ比例弁２３の弁体は、パルス電流の変
化に追随できず微小振動して、流量を増加させる場合と
、流量を減少させる場合とに関係なく、パルス電流の実
効値に応じた開度を呈する，従って、ガバナ比例弁２３
によって調節される燃料ガスの二次圧力は、第５図の実
線Ｃに示すとおり、ヒステリシスが従来のものと比較し
て非常に少なくなる． またガバナ比例弁２３は、パルス振幅変調されたパルス
電流によって通電されるため、通電がパルスの入力時の
みに行われる．従って、ガバナ比例弁２３を通電するた
めの各トランジスタには、パルス信号に応じてスイッチ
ングされた電流が間欠的にｌＲ電される．このため、通
電に伴って発熱した熱の放熱が効果的に行われ、発熱温
度が低くなる．従って、通電素子の負担が少なくなり、
トランジスタの放熱板を小型にすることができる．さら
に、マイコンによってパルス幅変調（ＰＷＭ）された制
御信号を復調するなめ、直線性をよくすることができる
。またこのとき、徨調するための復調回路として、低域
フィルタの代わりに回路構成の簡単なＣＲ回路を用いる
ことができるため、ガバナ比例弁を駆動する出力回路の
回路構成が簡単になる． また、マイコンによって、他の送風機等の制御とともに
統合して一つの制御回路を形成することができるため、
制御装置全体の回路構成が簡単にできる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すガス給湯器における比例
弁駆動回路を示す回路図、第２図は本実施例のガス給湯
器の概略を示す概略横成図、第３図は本実施例の制御装
置の楕成を示すブロック図、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とガバナ比例弁への通電電
流を示す電流波形図、第５図は本実施例によるガバナ比
例弁の制御特性を示す特性図、第６図は従来の装置によ
るガバナ比例弁の制御特性を示す特性図である。 図中、２３・・・ガバナ比例弁（比例制御弁）、３０・
・・制御装置《比例制御弁の制御装置》、３１・・・マ
イクロコンピュータ（制御回路、パルス発生回路）、５
０・・・比例弁駆動回路（駆動回路）、５１・・・トラ
ンジスタ（スイッチング回路）、５２・・・ＣＲ回路（
復調回路）．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）通電電流に比例して流体の流量を調節する比例制御
   弁と、該比例制御弁の目標開度に応じた制御信号を送出
   する制御回路と、該制御回路の前記制御信号に基づいて
   前記比例制御弁を駆動する駆動回路とからなる比例制御
   弁の制御装置において、 前記制御回路は、前記制御信号を前記目標開度に応じて
   パルス幅変調し、前記駆動回路は、一定のパルス信号を
   発生するパルス発生回路と、該パルス発生回路の前記パ
   ルス信号に応じて前記比例制御弁を通電するスイッチン
   グ回路と、前記制御回路のパルス幅変調された前記制御
   信号を復調する復調回路とを備えるとともに、該復調回
   路の出力を前記スイッチング回路によってパルス振幅変
   調した電流を前記比例制御弁に通電することを特徴とす
   る比例制御弁の制御装置。