JPH0660737B2 - マイクロプロセツサ制御の強制排気気密ガスボイラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、強制排気式の気密型ガスボイラに関する。よ
り詳細には本発明はマイクロプロセッサ制御の新しいタ
イプのボイラに関する。

従来の技術 強制排気式の気密型ガスボイラでは、燃焼に必要な空気
の循環と燃焼ガスの排気は同時に抽気ブロワによって行
われる。すなわち、バーナ及び加熱体は気密容器内に配
置され、導入管及び排気管によって外部と接続している
にすぎず、ガスの循環は従来型のボイラのように自然に
行うことはない。この抽気ブロワは空気を供給する。ボ
イラが必要に応じてバーナ流量を変化せしめる制御装置
を備えている場合には、空気流量は導入ガス量に従って
変化しなければならない。すなわち空気流量は、所望の
加熱能力と適合し、従って、バーナのガス流量の変化に
適合しなければならない。一定回転速度の抽気ブロワを
使用する場合には、排気フードにバイパス路を設け、吸
引した空気の一部をこのバイパス路によって燃焼生成物
の排気路に直接送り込み、その時バーナに導入される空
気の量が所望の熱量に対応する燃焼に必要な量と丁度等
しい量となるようにする。一般的にはこのような機械的
な手段よりも、バーナに導入された実際の空気流を様々
な点で測定し、その測定データに基づいて制御を行う電
子手段が好ましい。従って、この制御のためには、各瞬
間毎に実際の空気流量および抽気ブロワの速度の正確な
情報を集めることが必要である。なぜならば、例えば、
排気管の詰まりなどの場合、これら２つのパラメータが
正確に対応しているとは限らないからである。

制御装置は、高過ぎも低過ぎもしない安定な温度を実現
し、また必要ならば、装置を安全な状態に維持するため
に、装置内の各部分の温度を監視しながら点火時及び作
動時の安全な作動を確保しなければならない。このため
に、制御装置は、各センサによって得られる。各瞬間毎
の具体的な指示値に対する測定値の偏差を収集し且つ分
析しなければならない。

こうしたボイラの作動並びに加熱流体路又は排気路を作
動せしめる逆止弁の制御を確実にすることはアナログ回
路を用いた制御システムによって行われている。そのア
ナログ回路は、各種センサによって集められた信号を電
圧又は電流値に変換し、これらを比較器で指示値と比較
し、次いで増幅器によって増幅し、例えばバーナのガス
導入電磁弁の如く作動手段に供給される。

発明が解決しようとする課題 上記した公知の制御装置には次のような不都合がある。
まず公知の制御装置では多くの構成要素を使用し、特別
の組立を必要とする。特に指示値は、抵抗、コンデンサ
等の様々な構成要素によって与えられ、これらの指示値
を変更しようとするならば構成要素も変更する必要があ
る。すなわち、アナログ制御の場合には、或る値で設計
された装置のアナログ制御が不可とされた場合、構成要
素を変更することなしに他のパラメータに適合するよう
にすることが簡単にはできない。すなわち電子回路を変
更しなければならない。しかしながら、ボイラは、時と
して使用者の要求と習慣に対応させるとともにエネルギ
の節約や新しい安全対策などの時と共に変化する要求ま
たは基準に対応させる必要があるので、上述の不都合は
極めて深刻である。特にこの種の制御装置においては、
例えば、ラジェータに設けられた全てのサーモスタット
弁が閉止するような極限条件を考慮することは困難であ
り、一定の制御サイクルシークエンスに自動タイマを設
けることによりこれらの不都合を回避することも困難で
ある。

本発明は、上述の不都合を解決して、制御パターンに応
じて、装置の制御項目を各瞬間毎に確認しながら、制御
と安全とを同時に実現する、強制排気式気密ガスボイラ
のためのマイクロプロセッサを備える制御装置を提供す
ることを目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明によるならば、バーナ、加熱体、燃焼ガスの排気
フード及び抽気ブロワが気密容器内に収容されており、
バーナの燃焼に必要な新鮮空気は、前記気密容器の上部
に設けられた空気分配箱から導入されるようになされて
おり、更に、ブレーカボックスに連結した前記バーナへ
のガス導入用電磁弁と、加熱作動時には被加熱部を通る
流路を含む長い流体路に、給水時には被加熱部を通る流
路を介することのない短絡流体路の方に一次水を分配す
る方向制御弁と、循環ポンプと、点火器と、温度、流量
又は作動の情報を収集する複数のセンサとを備えた強制
排気型の単一又は混合ガスボイラの制御装置であって、 調整、安全、及びガス流量に対する空気流量の比率の制
御は、マイクロプロセッサを備える制御箱によって行
い、前記マイクロプロセッサは、前記センサにより収集
した情報を収集してデジタル信号に変換して、予めプロ
グラムされて記憶した制御情報に従って点火器、循環ポ
ンプ、導入ガスの電磁弁及び抽気ブロワを作動せしめる
ことを特徴とする、強制排気型の単一又は混合ガスボイ
ラの制御装置が提供される。

作用 以上のように、本発明のマイクロプロセッサによる制御
は、従来の制御装置とは違って構成要素を変更すること
なく、単に記憶装置の内容を変更することによってシス
テムを変更することが可能である。

本発明の制御装置は、より正確な比例積分微分動作で制
御を行うことができ、同時に小寸法であるという利点を
有する。

本発明の他の特徴および利点は添付の図面を参照して行
う本発明の実施例の説明によって明確となろう。

実施例 図示の装置は、気密容器１を備え、気密容器１の底部１
ａは、下方に設けられた制御部から気密部を隔離してい
る。装置全体は、図示していないい同一のフレーム上に
設けられている。

気密用１の内部では、Ｌ字型の燃焼ガスの排気フード２
がひれ付きブロック３上に設けられている。ブロック３
は装置の加熱体を構成し、そのスカート４は、バーナ５
からのガスを案内している。煙道を形成する排気フード
２の垂直部分上に排気用の抽気ブロワ６が設けられてい
る。抽気ブロワ６の駆動モータ７は、排気フード２と気
密容器１の上方部との間のスペースに配置されている。
抽気ブロワ６は、空気導入管９と共軸な排気管８を介し
て燃焼ガスを排出する。空気導入管９は空気分配箱10に
接続している。空気分配箱10は、気密容器１の上方部に
設けられ、オリフィス11を介して気密容器１の内部室と
連通している。

気密容器の底部１ａの下方には、電磁弁12及びブレーカ
ボックス14の如き各種部材が設けられている。電磁弁12
は、ブレーカボックス14を介してガス管13から供給され
るガスをバーナに導入するものである。ブレーカボック
ス14は、ボイラの電気的付勢を行う。

更に、図示していない閉止手段を内部に有する方向制御
弁15が設けられている。そして、水循環ポンプ19が、方
向制御弁15から熱交換器への共通戻り流体道21上に設け
られている。方向制御弁15は、暖房などの加熱作動時に
は、短絡流体路18側を閉じて、熱交換器から導管16を介
して供給される一次加熱水を、導管17を介して被加熱部
（例えば放熱器）に供給・分配する。この場合、被加熱
部を流れた一次加熱水は、導管20から戻されて、方向制
御弁15を介し更に共通戻り流体路21を介して熱交換器へ
流れる。すなわち、長い一次流体路が形成され、その長
い流体路を通って一次加熱水は循環する。従って、加熱
作動時には、導管16と方向制御弁15とを短絡する短絡流
体路18には、一次加熱水は流れない。

一方、導入管22から供給される衛生水は、方向制御弁15
を介して熱交換器へ向けて流れてブロック３内の流路を
通って衛生水供給管23に至る二次流体路を流れ、衛生水
供給管23から温水供給点に流れる。この二次流体路は開
放状態に常時維持されている。温水などを供給する給水
時には、二次流体路の流れが後述する給水検出コンタク
ト31により検出されて、方向制御弁15が、後述するマイ
クロプロセッサにより制御されて、短絡流体路18を開放
する。導管17を介して被加熱部を通り更に導管20を介し
て方向制御弁15に戻る流路は、開放状態にある短絡流体
路18に比較して、圧損が非常に高いので、導管17を介し
て被加熱部を通り更に導管20を介して方向制御弁15に戻
る流路には殆ど流れず、熱交換器から導管16を介して供
給される一次加熱水は、短絡流体路18を介して方向制御
弁15に直接流入し、共通戻り流体路21を介して熱交換器
へ流れる。すなわち、短い一次流体路が形成され、その
短い流体路を通って一次加熱水は循環する。

従って、給水時には、導入管22から供給された衛生水
は、ブロック３内において一次加熱水により加熱され
て、衛生水供給管23を介して、温水供給点に供給され
る。

点火供給24はバーナの口火25に一連の火花を与える。

マイクロプロセッサを備える制御装置は、センサによっ
て収集した情報に従って各々のターミナル手段（被制御
手段）を制御するものである。マイクロプロセッサを備
える制御箱26は、例えば装置の外部に設けた雰囲気サー
モスタット27及び導管21上に設けた帰還加熱水センサ28
の如き温度センサの情報を受け取る。更に空気分配箱10
から気密容器１の内部への空気導入オリフィス11上に設
けた空気流センサ29からも情報を受け取る。雰囲気サー
モスタットを除くこれらのセンサはアナログ信号（測定
値の関数としての可変電圧）を与えるものであり、アナ
ログ信号はマイクロプロセッサに適合するデジタル値に
変換される。更に抽気ブロワ６のモータ７に設けたセン
サ30によっても情報が与えられる。このセンナ30はモー
タのアームの端部に固定した４つの磁石の通過或いはノ
ッチ付きディスクの通過を検知しこれを光電気的に読み
取り、モータの速度と比例する周波数のデジタル信号値
を発信する。更に衛生水の給水情報が給水検出コンタク
ト31によって与えられる。給水検出コンタクト31は方向
制御弁15に設けられる。更に、点火器24と接続するコン
タクトは制御箱26に点火サイクルの情報を与える。

制御システムによって制御される他の手段は、電磁弁1
2、水循環ポンプ19、点火器24、及び気密容器内抽気ブ
ロワ６である。

装置の作動開始時の第一の段階は、マイクロプロセッサ
にボイラを制御すべき作業を学習させることである。こ
の学習すなわち初期化は、次のような手順で行われる。

まず、マイクロプロセッサ26は、電磁弁12と点火24
を制御して、ガスの導入と点火を禁止する。

マイクロプロセッサ26は、抽気ブロワ６の駆動モー
タ７を制御して、排気ブロワ６を最大速度で作動させ
る。

マイクロプロセッサ26は、空気分配穿孔10のオリフ
ィス11から装置の内部室へ通過する空気の流量を知るた
めに、空気流センサ29を読みとる。

この読み取った流量値を、予め定めた公称値と比較
する。読み取った流量値を、予め定めた公称値より低い
場合には、装置に欠陥があると考えられ、初期化を停止
する。

読み取った流量値が、予め定めた公称値に等しいか
大きい場合には、正常であると判断して、マイクロプロ
セッサ26は、計算の後に、抽気ブロワの最大出力時の空
気流量の基準値（抽気ブロワの最大出力時には、空気流
量がこの基準値に少なくとも等しくならなければならな
いという意味では『最小値』）として記憶する。

マイクロプロセッサ26は、抽気ブロワ６の駆動モー
タ７を制御して、抽気ブロワを最大速度の50％で作動
し、空気流センサ29によって空気流量を新たに読み取
る。

この新たに読み取った空気流量の値を、抽気ブロワ
６が低出力モードのときの空気流量の基準値（抽気ブロ
ワが低出力モードのときには、空気流量がこの基準値に
少なくとも等しくならなければならないという意味では
『最小値』）を表す値として、マイクロプロセッサ26は
記憶する。

次いでマイクロプロセッサ26は、抽気ブロワ６の駆
動モータ７を制御して、抽気ブロワ６を停止する。次に
点火器24を作動せしめてバーナの口火25を点火する。

ブレーカボックス14の押しボタンを開放してこの初
期化を終了する。

空気流センサの取付位置によっては、抽気ブロワ６が同
一出力で動作しても検出流量が異なってくる。そこで、
上記したように、個々のボイラごとに、抽気ブロワ６を
異なった但し予め判っている出力で動作させて流量を測
定することにより、抽気ブロワに対する空気流センサの
相対的な取付位置の違いを予め補償して、空気流センサ
の測定値を標準化している。

ボイラの作動時は、以下のように制御される。

ボイラの作動中、マイクロプロセッサは、雰囲気サ
ーモスタット27及び給水検出コンタクト31の温度センサ
の状態を0.2乃至0.5秒の周期で読み取る。

雰囲気サーモスタット27からの命令がない場合に
は、マイクロプロセッサ26は、水循環ポンプ19を停止状
態に維持し、抽気ブロワ６を極めて間欠的に（例えば５
分間ごとに１５秒）に且つ低速度（定格速度の50％）で
動作させて、口火への空気の供給を確保する。

雰囲気サーモスタット27からの命令を受け取り次
第、すなわち検出温度が所定の設定値以下になり、熱量
の増加が必要になり次第、マイクロプロセッサ26は循環
ポンプ19を作動する。

マイクロプロセッサ26は、電磁弁12を制御して供給
ガス量を増大させると共に、駆動モータ７を制御して抽
気ブロワ６の流量を増大させて、空気−ガス混合体の割
合を一定に保ちつつバーナ５の発生熱量を増大させる。
一方、マイクロプロセッサ26は、帰還加熱水センサ28の
出力を読み取り、導管20からの帰還加熱水の温度を、使
用者によって調整された指定温度と比較する。帰還加熱
水の温度が、指定温度と等しくなるように発生熱量を増
大させる。

帰還加熱水の温度が、指定温度と等しくなったなら
ば、雰囲気サーモスタット27の検出温度が以前として所
定の設定値であれば、マイクロプロセッサ26は、増大し
た発生熱量を維持するように電磁弁12と、抽気ブロワ６
の駆動モータ７を制御する。

帰還加熱水の温度が、指定温度ど等しくなり且つ雰
囲気サーモスタット27の検出温度が所定のに到達したな
らば、マイクロプロセッサ26は、まず、電磁弁12を制御
して供給ガス量を減少させ、次いで、抽気ブロワ６の駆
動モータ７を制御して供給空気量を減少させる。

すなわちボイラの能力は必要に応じて調整可能である。
ボイラ５を停止した場合にはボイラは一定の時間（たと
えば１分間程度）経過前に再点火することができない。
このようにして点火と消火のサイクルが過剰に繰り返さ
れることを回避する。更に加熱を回避するために、ガス
の停止から一定の時間（例えば４５秒）の間、水循環ポ
ンプと抽気ブロワの作動を維持する。また、バーナの点
火は低流量の段階を経なければ起こらないように調整さ
れ、静かな点火を確実にする。空気流センサ29はオリフ
ィス11を介して装置内に導入される空気量をマイクロプ
ロセッサ26に常時与える。もし導入空気量が導入された
ガスの燃焼を確保するためには不足である時、ガスの流
量を減少して正常な燃焼に適合した混合状態を維持す
る。

以上は暖房動作である。給油動作は以下の通りである。

給水検出コンタクト31からの命令を受け取ると、すなわ
ち、使用者が水を使用する場合に熱量を増大する必要が
ある時、この使用命令は通常の加熱動作（暖房）よりも
優先すべきものであるので、マイクロプロセッサは、方
向制御弁15を制御して、短絡流体路18を介する一次流体
路16、21を一次加熱水（一次流体）が流れるようにす
る。この調整原理は、通常の加熱の場合の作動と類似の
ものであって、温水給水の二次流体路上に十分な温水温
度を与えるような一定の指示値によって行われる。

本発明のマイクロプロセッサを備える制御装置は、与え
られる情報を関数として被制御手段に送られる制御命令
をシュミレーションしてボイラの制御の作動をテストす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は本発明の１実施例の概略図である。 〔主な参照番号〕 １：気密容器、２：排気フード、煙道、３：ひれ付きブ
ロック、４：スカート、５：バーナ、６：抽気ブロワ、
７：モータ、８：排出管、９：導入管、10：空気分配
箱、11……オリフィス、12：電磁弁、13：ガス導入管、
14：ブレーカボックス、１５：逆止弁、18：短絡流体
路、19：ポンプ、24：点火器、25：（バーナの）口火バ
イパス、26：マイクロプロセッサ、27：雰囲気サーモス
タット、28：センサ、29：空気流センサ、30：センサ、
31：給水検出コンタクト

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バーナ、加熱体、燃焼ガスの排気フード及
   び抽気ブロワが気密容器内に収容されており、バーナの
   燃焼に必要な新鮮空気は、前記気密容器の上部に設けら
   れた空気分配箱から導入されるようになされており、更
   に、ブレーカボックスに連結した前記バーナへのガス導
   入用電磁弁と、加熱作動時には被加熱部を通る流路を含
   む長い流体路に、給水時には被加熱部を通る流路を介す
   ることのない短絡流体路の方に一次水を分配する方向制
   御弁と、循環ポンプと、点火器とを備えた強制排気型の
   単一又は混合ガスボイラの制御装置であって、 調整、安全、及びガス流量に対する空気流量の比率の制
   御のために、マイクロプロセッサを備える制御箱(26)を
   具備しており、前記マイクロプロセッサは、雰囲気サー
   モスタット(27)と、加熱水の戻り流路(21)上に設けられ
   た温度センサ(28)と、前記空気分配箱(10)の空気通過オ
   リフィス(11)上の空気流センサ(29)と、前記抽気ブロワ
   (6)のモータ(7)に取り付けた回転速度センサ(30)とに接
   続しており、 前記マイクロプロセッサは、前記センサにより収集した
   情報を収集してデジタル信号に変換して、予めプログラ
   ムされて記憶した制御情報に従って、 雰囲気サーモスタット(27)の検出温度が所定値以下にな
   ったとき、前記循環ポンプを作動させ、前記電磁弁(12)
   を制御して供給ガス量を増大させると共に、前記回転速
   度センサ(30)の検出値を監視しながら前記モータ(7)を
   制御して前記抽気ブロワ(6)の流量を増大させ、前記空
   気流センサ(29)が検出する空気流量が監視して空気−ガ
   ス混合体の割合を一定に保ちつつ前記バーナ(5)の発生
   熱量を増大させ、 温度センサ(28)の出力を読み取り、前記戻り流路(21)内
   の帰還加熱水の温度を指定温度と比較し、前記帰還加熱
   水の温度が前記指定温度と等しくなるように上記と同様
   に前記バーナ(5)の発生熱量を増大させ、 前記帰還加熱水の温度が前記指定温度と等しくなり且つ
   雰囲気サーモスタット(27)の検出温度が所定値に到達し
   たならば、前記電磁弁(12)を制御して供給ガス量を減少
   させ、前記モータ(7)を制御して前記抽気ブロワ(6)の供
   給空気量を減少させる ことを特徴とする、強制排気型の単一又は混合ガスボイ
   ラの制御装置。
2. 【請求項２】前記制御箱は更に、前記方向制御弁(15)に
   設けた給水検出コンタクト(31)により衛生水の採取につ
   いての第１情報と、前記点火器(24)上のコンタクトによ
   る点火サイクルについての第２情報を与えるコネクタに
   も接続していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の制御装置。
3. 【請求項３】前記抽気ブロワ(6)を最大速度で作動せし
   め、前記空気流センサ(29)により記録された全開量に対
   応する空気流量を記憶し、次いで、予期される変更範囲
   内の最小パワーでのバーナの作動に必要な空気量に対応
   する低速度で前記抽気ブロワを作動して、この減少した
   空気流量の値を記憶して、前記マイクロプロセッサに制
   御情報を入力することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の制御装置。
4. 【請求項４】前記マイクロプロセッサは、前記雰囲気サ
   ーモスタット(27)により与えられる温度情報と前記給水
   検出コンタクト(31)によって与えられる給水情報とを0.
   2乃至0.5秒の周期で読み取ることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項に記載の制御装置。
5. 【請求項５】命令がない時、前記循環ポンプ(19)は停止
   状態であり、前記抽気ブロワ(6)は、バーナの口火に空
   気を供給するために極めて間欠的且つ低速度でのみ作動
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項
   に記載の制御装置。
6. 【請求項６】前記雰囲気サーモスタット(27)により熱量
   の増加の必要が検知されると、空気−ガス混合体の一定
   の比率を保ち、戻り加熱水の導管(20)の温度を指示温度
   に保持するために、前記マイクロプロセッサは、電磁弁
   (12)の開度および前記抽気ブロワ(6)の速度を制御する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項に記
   載の制御装置。
7. 【請求項７】衛生水の採取が前記給水検出コンタクト(3
   1)により検知されると、前記マイクロプロセッサは方向
   制御弁(15)の開度を制御して、一次流体路(16、21)の水
   を短絡流体路に流し、更に、給水の二次流体路を十分な
   温度にするように該衛生水の温度を一定の指示値に制御
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項
   に記載の制御装置。
8. 【請求項８】前記バーナ(5)が停止した場合は、前記マ
   イクロプロセッサはその再点火動作を遅延させて、点火
   と消火がくり返されるのを回避することを特徴とする特
   許請求の範囲第６項又は第７項に記載の制御装置。
9. 【請求項９】前記バーナが停止した後一定時間の間、前
   記循環ポンプ(19)及び抽気ブロワ(6)の作動を維持する
   よう前記マイクロプロセッサが制御することを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項又は第７項に記載の制御装置。
10. 【請求項１０】前記マイクロプロセッサは低流量の段階
    の後でのみバーナの再点火を命令して静かな点火を行う
    ことを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の制御装
    置。
11. 【請求項１１】入力部に与えられた情報の関数として被
    制御部に送られる制御命令が前記制御箱(26)に供給され
    てその作動をテストすることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項に記載の制御装置。