JPH0674838U - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス種設定を行うことなく、燃焼制御を良好
に行う。 【構成】 バーナ１のガス通路４に比例弁５と熱線風速
計13を設ける。制御装置12の燃焼制御部18はバーナ１の
初期燃焼時に予め与えられた所定の演算式を用いて使用
するガスに対応するガス流量と出力値との関係を示す熱
線風速計13の出力特性曲線を作成し、この出力特性曲線
に基づき、要求熱量に応じて、比例弁５の開弁量を制御
し、バーナ１の燃焼制御を行う。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、燃料のガス流量を検出して燃焼量を制御する給湯器や風呂釜等の燃 焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図７には燃焼装置として一般的に知られている給湯器の模式構成が示されてい る。同図において、バーナ１の下部側には給排気用のファン２が配置されており 、バーナ１の上方には熱交換器３が配設されている。バーナ１にはガス通路４が 接続されており、このガス通路４内にガス量を開弁量によって制御するガス量調 整弁としての比例弁５が設けられている。

【０００３】 前記熱交換器３の入側には給水管６が接続されており、この給水管６には入水 温度を検出する入水温度センサ７と熱交換器３の通水流量を検出する流水量セン サ８とが設けられている。また、熱交換器３の出側には給湯管10が接続されてお り、この給湯管10には出湯温度を検出する出湯温度センサ11が設けられている。

【０００４】 この種の給湯器では、最大と最小の燃焼能力が設計段階で与えられており、し たがって、給湯器の出荷調整段階で、最大燃焼能力に対応する比例弁５の開弁駆 動電流と最小燃焼能力に対応する比例弁５の開弁駆動電流とが設定され、制御装 置12は、この最大燃焼能力に対応する開弁駆動電流を上限とし、最小燃焼能力に 対応する開弁駆動電流を下限とした制御範囲内で比例弁５の開弁量を可変制御し 、バーナ１の燃焼制御を行っている。

【０００５】 周知のように、ガスの燃焼時の発熱量は、ガス種によって異なっており、この ため、従来においては、ガス種切り換えスイッチが設けられ、使用するガス種に 応じて、つまり、ガス種切り換えスイッチによって設定されたガス種に応じて前 記給湯器の燃焼能力の設定が行われ、この燃焼能力の制御範囲に合った比例弁が 給湯器の燃焼能力やガス種に応じて装備されていた。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、給湯器の燃焼能力やガス種に応じて専用の比例弁５を装備する 方式は、指定のガス種でしか使用することができず、他のガス種を使用するとき にはそのガス種に合った比例弁に取り替え、能力設定、つまり、比例弁５の制御 範囲を新たに設定し直さなければならないという面倒があった。

【０００７】 また、ガス種切り換えスイッチを用いてガス種を切り換える操作は面倒であり 、ガス種の切り換えの誤りも発生する虞があり、ガス種設定の信頼性の上でも問 題があった。

【０００８】 本考案は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、 複数のガス種を共通の比例弁で燃焼制御でき、しかも、面倒なガス種の切り換え 設定が不要な燃焼装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記目的を達成するために、次のように構成されている。すなわち、 本考案の燃焼装置は、熱交換器への入水温度を検出する入水温度センサと、熱交 換器からの出湯温度を検出する出湯温度センサと、熱交換器の通水流量を検出す る流水量センサと、バーナに供給されるガス量を開弁量によって制御するガス量 調整弁とを含む燃焼装置において、バーナに供給されるガス流量を検出するガス 流量検出手段と、前記入水温度センサと出湯温度センサと流水量センサの各検出 値および設定温度とを含む情報から要求熱量を算出する熱量算出部と、バーナの 初期燃焼時に前記熱量算出部で算出された要求熱量に対応するガス流量検出手段 の出力値と、ガス流量が零のときのガス流量検出手段の出力値とからガス流量検 出手段の出力とガス流量との関係を示す出力特性曲線を予め与えられた演算式に よって求める出力特性作成部と、前記熱量算出部で算出される要求熱量に応じて 前記出力特性作成部で作成された出力特性曲線に従いガス量調整弁の開弁量を制 御する開弁量制御部とを有することを特徴として構成されている。

【００１０】

【作用】

上記構成の本考案において、例えば、燃焼装置を設置施工し、最初に点着火を 行って初期燃焼させたとき、熱量算出部は、入水温度センサと、出湯温度センサ と、流水量センサと、設定温度等の情報に基づいて、熱交換器に入る水を設定温 度に高めるのに必要な要求熱量を算出する。出力特性作成部は、ガス流量が零の ときのガス流量検出手段の出力値と、前記初期燃焼時において、入水温度が設定 温度になったときの要求熱量とから予め与えられた演算式に従ってガス流量検出 手段の出力特性曲線を求める。この出力特性曲線が求められた後、開弁量制御部 は前記熱量算出部で時々刻々算出される要求熱量に応じてガス量調整弁の開弁量 を前記出力特性曲線に従って制御し、燃焼装置の燃焼運転が制御される。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。なお、本実施例の説明にお いて、従来例と同一の部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１ には本考案に係る燃焼装置の一実施例のシステム構成が示されている。この実施 例の燃焼装置も、前記従来例と同様に給湯器を対象に示してある。この実施例で は、ガス通路４内にガス流量検出手段としての熱線風速計（熱線風速センサ）13 を設け、さらに、制御装置12に、ガス種設定を行うことなく、使用するガス種に 合った制御範囲を自動設定して良好な燃焼制御を行う特有な燃焼制御部18を設け てある。それ以外の構成は前記従来例とほぼ同様である。なお、図１中、９はフ ァン２の回転を検出するファン回転センサである。

【００１２】 前記熱線風速計13は、図２に示すように、合成樹脂製の中空状のケース14内に ガス流量を検出する風速センサ素子15と、温度補償用センサ素子16とを配設し、 風速センサ素子15を加熱した状態にしておくことにより、ケース14内を通るガス の流速に応じて風速センサ15からの放熱量が変化し、この放熱量の変化を電気信 号に変換し、温度補償用センサ素子16によって温度補償されたガス流量の検出信 号が制御装置12に加えられる。

【００１３】 前記本実施例の特徴的な燃焼制御部18は、図３に示すように、熱量算出部20と 、要求ガス量設定部21と、メモリ19，22と、出力特性作成部23と、制御範囲設定 部24と、開弁量制御部25とを有して構成されている。熱量算出部20は、入水温度 センサ７から加えられる入水温度と、出湯温度センサ11から加えられる出湯温度 と、流水量センサ８から加えられる熱交換器３の通水流量と、図示されていない リモコン等から加えられる給湯の設定温度との情報に基づき、給水温度が設定温 度に高められるのに要する要求熱量をＰＩＤ、ＰＩＤとフィードフォワードとの 併用、フィードフォワード等の所望の制御演算により算出し、その算出結果を要 求ガス量設定部21に加える。

【００１４】 メモリ19はガス流量が零のときの熱線風速計13の出力値を記憶する。出力特性 作成部23は熱量算出部20から給湯器の初期燃焼時における要求熱量、すなわち、 入水温度が設定温度に至るのに要する要求熱量の値を受け、出湯温度が設定温度 になったときの熱線風速計13の出力値と、前記メモリ19に記憶されているガス流 量零のときの熱線風速計13の出力値とから、熱線風速計13の出力特性を作成する 。

【００１５】 すなわち、出力特性作成部23には予め出力特性曲線を求める演算式が与えられ ている。熱線風速計13の出力は、風速、つまりガス流量に対して１／４乗の関係 があることが知られており、本実施例では、熱線風速計13の出力をＶ_out とし、 ガス流量をＩ_s としたとき、Ｖ_out ＝Ａ（Ｉ_s ）^1/4 ＋Ｂの関係式として予め与 えている。ここでＡおよびＢは係数である。この演算式から明らかなように、Ｂ はガス流量Ｉ_s が零のときの熱線風速計13の出力値を示しており、係数Ａは予め 分かっているので、給湯器を初期燃焼させたときの熱線風速計13の出力値から、 そのときの要求ガス量Ｉ_s1が前記演算式の逆算によって求められる。したがって 、図４に示す如く、ガス流量零のときの熱線風速計13の出力Ｖ₀ と、ガス流量が Ｉ_s1のときの熱線風速計13の出力値Ｖ₁ の２点を通る１／４乗の曲線を描くこと により、ガス流量と熱線風速計の出力との関係、つまり、熱線風速計13の出力特 性曲線が求められる。つまり、この実施例では、使用するガス種の如何に拘わら ず、そのガス種に合った熱線風速計13の出力特性曲線が自動的に求められるので ある。そして、この作成された出力特性曲線はメモリ22に記憶される。

【００１６】 制御範囲設定部24は前記出力特性曲線に基づいてガス流量の制御範囲を設定す る。この制御範囲設定部24には前記出力特性作成部23で出力特性曲線を求めると きに算出したガス流量Ｉ_s1とそのときの要求熱量との情報が与えられており、こ れらの情報から使用するガスの単位体積あたりの熱量が分かっており、これらの 情報に基づき、ガス流量の制御範囲を熱線風速計13の出力の値で設定する。この 設定に際しては様々な態様が考えられ、例えば、給湯器の最小燃焼量のガス流量 Ｆ_GLをセンサ出力Ｖ_L の値として設定し、最大燃焼能力に対応するガス流量Ｆ_GH をＶ_H として設定してもよく、あるいは制御範囲の下限と上限をこれよりも所定 量、例えば制御範囲に対して10〜20％広めにしてセンサ出力のレベルでＶ_L ′〜 Ｖ_H ′の範囲で与えることができる。そしてこの設定された制御範囲は要求ガス 量設定部21と開弁量制御部25に加えられる。

【００１７】 前記要求ガス量設定部21は前記熱量算出部20の要求熱量を発生させるのに必要 なガス量Ｆ_G を時々刻々算出し、このＦ_G が給湯器の制御範囲の下限のガス流量 Ｆ_GLと上限のガス流量Ｆ_GHの範囲内に入っているか否かを判断し、Ｆ_GLとＦ_GHの 範囲に入っているときにはその算出値Ｆ_G をそのまま要求ガス量Ｆ_GSP と設定し 、Ｆ_G がＦ_GLよりも小さいときには下限のＦ_GLの値を要求ガス量Ｆ_GSP の値とし て（Ｆ_GSP ＝Ｆ_GL）、また、Ｆ_G がＦ_GHを越えているときには上限のＦ_GHを要求 ガス量Ｆ_GSP の値として（Ｆ_GSP ＝Ｆ_GH）設定する。そして、その要求ガス量設 定値Ｆ_GSP を開弁量制御部25に加える。

【００１８】 開弁量制御部25は演算部を有し、前記要求ガス量設定部21から加えられる要求 ガス量Ｆ_GSP と、熱線風速計13から加えられるガスの検出流量とを比較し、バー ナ１に加えられるガス流量が要求ガス量Ｆ_GSP になるように比例弁５の開弁量、 つまり、比例弁５に加える開弁駆動電流の大きさを例えばＰＩ演算により算出し 、その算出した開弁駆動電流を比例弁５に加え、比例弁５の開弁量を前記制御範 囲設定部24で設定された制御範囲内で制御してバーナ１の燃焼運転を行う。

【００１９】 この実施例では前記ガス供給量の制御と並行させて、ファン２の回転を燃焼量 に適したように制御しており、このファン制御部29は、図３に示す如く、要求回 転数設定部26と、ファン回転制御部28とを有して構成される。要求回転数設定部 26は前記熱量算出部20から加えられる要求熱量の算出値を受けて、その要求熱量 の燃焼に必要なファン回転数Ｎ_SPを設定する。この要求回転数の設定に際しては 、まず、要求熱量Ｆ_GSP の燃焼に最適なファン２の理論回転数Ｎ_S を算出し、こ の理論回転数Ｎ_S がファン２の仕様回転数の上限Ｎ_H と下限Ｎ_L との間に入って いるか否かを判断し、入っているときには理論算出値Ｎ_S をそのまま要求回転数 Ｎ_SPとして設定する。算出値Ｎ_S がファン２の回転数の上限Ｎ_H を越えていると きにはその上限値Ｎ_H を要求回転数Ｎ_SPに設定し（Ｎ_SP＝Ｎ_H ）、算出値Ｎ_S が 下限Ｎ_L よりも小さいときにはその下限の値Ｎ_L を要求回転数Ｎ_SPとして決定す る（Ｎ_SP＝Ｎ_L ）。ファン回転制御部28は要求回転数設定部26で設定された要求 回転数Ｎ_SPとファン回転センサ９により検出されるファン２の回転数Ｎ_i とを比 較し、ファン２の回転数が要求回転数Ｎ_SPになるようにＰＩ演算等によりファン ２の駆動信号を作り出し、この駆動信号をファン２に加えることにより、ファン ２の回転数をバーナ１の燃焼に適した風量となるように制御する。

【００２０】 この実施例は上記のように構成されており、次に、その動作を図５および図６ に示すフローチャートに基づき簡単に説明する。まず、給湯器の電源がオンされ て燃焼運転の前の状態でのステップ101 において、ガス流量が零のときの熱線風 速計13のセンサ出力値が検出される。次に、このガス流量が零のときの熱線風速 計13の検出値のデータがメモリ19に既に記憶されているか否かの判断を行い、そ のデータが記憶されていないときには、メモリ19にその値を記憶する。既に、そ の値が得られているときには、前のデータと今回の値とを比較し、前のデータと 今回のデータが同じであるか否かの判断を行い、データの値が異なるときには、 今回の新たなデータをメモリ19に記憶する。

【００２１】 このデータの記憶後、又は今回のデータと前回のデータとが同じときには、ス テップ105 で給湯燃焼のスタート状態となる。このスタート直後に、リモコン等 からの設定温度の検出と、熱交換器３に入る入水温度の検出と、熱交換器３から 出る湯の出湯温度の検出と、熱交換器３の通水流量検出とを行い、ステップ110 で熱量算出部20により要求熱量の算出を行う。次に、ステップ111 で出湯湯温が 設定温度になったときの熱線風速計13のガス流量の検出を行い、出力特性作成部 23において、前記予め与えられた演算式に従い、そのときの前記ガス流量Ｉ_S1を 逆算によって求める。そして、前記した如く、熱線風速計13の出力特性曲線を求 め、このデータをメモリ22に記憶する。次に、ステップ113 で、前記作成された 出力特性曲線に基づいて給湯器の能力に応じたガス流量の制御範囲が設定される 。

【００２２】 次に、ステップ114 において、熱量算出部20で算出した要求熱量を得るのに必 要なガス量Ｆ_G を算出する。ステップ115 ではこの算出ガス量Ｆ_G が制御範囲の 上限のガス量Ｆ_GHよりも大きいか否かの判断を行う。Ｆ_G がＦ_GHよりも大きいと きは要求ガス量Ｆ_GSP をＦ_GHの値として設定する。

【００２３】 これに対し、Ｆ_GHよりもＦ_G が小さいときにはＦ_G が制御範囲の下限のガス量 Ｆ_GLよりも小さいか否かの判断を行い、Ｆ_G がＦ_GLよりも小さいときにはＦ_GLを 要求ガス量Ｆ_GSP の値として設定する。Ｆ_G がＦ_GLよりも大きくＦ_GHよりも小さ いときにはステップ114 で算出したガス量Ｆ_G を要求ガス量Ｆ_GSP として設定す る。次に、ステップ120 で熱線風速計13からの検出信号により現在のガス量Ｆ_GI を検出し、ステップ121 で、この検出ガス量Ｆ_GIと前記設定された要求ガス量Ｆ _GSP との値からＰＩ演算によってバーナ１に供給するガス流量が要求ガス量にな るように比例弁５の開弁駆動電流を求め、これを比例弁５に加えて比例弁５の開 弁量を制御する。

【００２４】 一方、ステップ123 では、前記ステップ110 で算出された要求熱量を基に、こ の要求熱量の燃焼に最適なファン２の理論回転数Ｎを算出する。次に、ステップ 124 でこの算出回転数Ｎがファン２の仕様で決まる最大回転数Ｎ_H よりも大きい か否かの判断を行い、ＮがＮ_H よりも大きいときにはファン２の要求回転数Ｎ_SP をＮ_H に設定する。ＮがＮ_H よりも小さいときには、ＮがＮ_L よりも小さいか否 かの判断を行い、ＮがＮ_L よりも小さいときにはファン２の要求回転数Ｎ_SPをＮ _L に設定する。ＮがＮ_H よりも小さく、かつ、Ｎ_L よりも大きいときにはステッ プ123 で算出された値Ｎをファン２の要求回転数Ｎ_SPの値として設定する。

【００２５】 この要求回転数Ｎ_SPが設定された後、ファン回転センサ９の検出信号により現 在のファン２の回転数Ｎ_i を検出し、ステップ130 で、Ｎ_SPとＮ_i との値により ファン２の回転数が要求回転数Ｎ_SPになるようにＰＩ演算を行ってファン２の駆 動制御信号を算出する。そして、この算出した駆動信号によりファン２の回転を 制御することで、バーナ１の燃焼に適切な空気が供給されて給湯器の好適な燃焼 運転が行われる。

【００２６】 なお、この実施例では給湯器を設置施工後に最初に燃焼運転するときには、使 用するガス種が分からず、したがって、熱線風速計13の出力特性曲線も与えられ ていないので、盲の状態で燃焼させることとなるが、この初期燃焼時に、給湯器 の最大出湯能力を越えた熱量で燃焼されるのは好ましくないので、これを避ける ために、初期燃焼開始時に限っては、ほぼ最小燃焼能力と最大燃焼能力の中間位 置で燃焼するようなガス流量を供給するようにすることが望ましい。

【００２７】 本実施例は、給湯器を初期燃焼させるときに、使用するガス種の如何に拘わら ず、最初に盲状態で燃焼させ、この燃焼時に、その使用するガスに応じた熱線風 速計13の出力特性曲線を作成し、この出力特性曲線に基づいて給湯器の最大燃焼 能力と最小燃焼能力に対応するガス供給量の制御範囲を自ら設定して燃焼運転を 行うので、従来例のように、使用するガス種を設定したり、そのガス種に合った 能力設定をいちいち行う面倒な作業から解放されることができる。

【００２８】 また、制御装置自身が使用するガスに応じた出力特性曲線を自ら設定して燃焼 運転を行うので、使用するガス種に合った適切な燃焼制御を行うことができ、湯 温安定化の制御性能を高めることができる。

【００２９】 本考案は上記実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。 例えば、上記実施例ではガス量調整弁として比例弁を用いたが、ガス量調整弁は 開弁量の制御によってガス流量を制御できるものであればよく、例えば、ニード ルバルブ，ガバナ等の他のバルブを使用することができる。

【００３０】 また、上記実施例ではガス量検出手段を熱線風速計13の場合で説明したが、こ のガス量検出手段はガス流量と検出値との間に一定の関係式が成り立つものであ ればよく、熱線風速計以外の手段を用いることができる。

【００３１】 さらに、上記実施例では燃焼装置として給湯器を例にして説明したが、本考案 は風呂釜やガス暖房器等の各種の燃焼装置にも適用されるものである。

【００３２】 さらに、上記実施例では、ガス種の切り換えを行うガス種切り換えスイッチは 基本的に必要ないので設けていないが、もちろん、このガス種切り換えスイッチ を設けておいてもよい。

【００３３】 さらに、熱線風速計13の出力特性曲線の作成は、給湯器を設置施工した後の最 初の燃焼運転時に行っているが、この出力特性曲線の作成は、長時間給湯器を停 止した後に燃焼運転を行うときには、その最初の燃焼運転の際に行うようにして もよく、あるいは、燃焼停止時間の長短に拘わらず、燃焼運転をする度に行って もよい。

【００３４】

【考案の効果】

本考案は、給湯器等の燃焼装置の初期燃焼時に、ガス流量検出手段の出力特性 曲線を作成し、この作成した出力特性曲線に基づいてガス量調整弁の開弁量を制 御するように構成したものであるから、使用するガスに応じた出力特性曲線が得 られ、これに基づいて、燃焼能力に応じた制御範囲を自ら設定して燃焼運転を制 御することができるので、従来の装置では必要であったガス種切り換えスイッチ を操作してのガス種の設定と、設定されたガス種に応じた比例弁等の最大と最小 の開弁量の設定等の面倒な作業が不要となり、これらの労力から解放されること ができる。

【００３５】 また、比例弁等によって構成されるガス量調整弁も、全てのガス種に対応する ことができ、従来例のように使用するガス種に合わせて取り替える必要がないの で、製造やメンテナンスの上でも非常に好都合である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る燃焼装置の一実施例を示すシステ
ム構成図である。

【図２】同実施例に使用される熱線風速計の説明図であ
る。

【図３】同実施例の制御装置の要部を示すブロック構成
図である。

【図４】同実施例における熱線風速計の出力特性曲線の
一例を示す説明図である。

【図５】同実施例の動作を示すフローチャートである。

【図６】図５の続きのフローチャートである。

【図７】燃焼装置として一般的な従来の給湯器のシステ
ム説明図である。

【符号の説明】

１ バーナ ５ 比例弁 ７ 入水温度センサ ８ 流水量センサ 11 出湯温度センサ 13 熱線風速計 18 燃焼制御部 20 熱量算出部 21 要求ガス量設定部 23 出力特性作成部 24 制御範囲設定部 25 開弁量制御部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器への入水温度を検出する入水温
   度センサと、熱交換器からの出湯温度を検出する出湯温
   度センサと、熱交換器の通水流量を検出する流水量セン
   サと、バーナに供給されるガス量を開弁量によって制御
   するガス量調整弁とを含む燃焼装置において、バーナに
   供給されるガス流量を検出するガス流量検出手段と、前
   記入水温度センサと出湯温度センサと流水量センサの各
   検出値および設定温度とを含む情報から要求熱量を算出
   する熱量算出部と、バーナの初期燃焼時に前記熱量算出
   部で算出された要求熱量に対応するガス流量検出手段の
   出力値と、ガス流量が零のときのガス流量検出手段の出
   力値とからガス流量検出手段の出力とガス流量との関係
   を示す出力特性曲線を予め与えられた演算式によって求
   める出力特性作成部と、前記熱量算出部で算出される要
   求熱量に応じて前記出力特性作成部で作成された出力特
   性曲線に従いガス量調整弁の開弁量を制御する開弁量制
   御部とを有する燃焼装置。