JPH076627B2

JPH076627B2 - 給湯器の燃焼制御装置

Info

Publication number: JPH076627B2
Application number: JP1042244A
Authority: JP
Inventors: 郁朗足立
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1989-02-22
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPH02219912A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、水を加熱するための熱交換器をバーナの燃焼
熱によって加熱する燃焼式給湯器において、バーナの燃
焼量を目標温度に応じて制御する燃焼制御装置に係り、
特に気温等の変化に伴う燃料ガスの実質供給量の変化に
よる影響を少なくするための改良に関する。

［従来の技術］ガス燃焼式給湯器では、水を必要な温度に加熱するため
に、例えば、熱交換器へ流入する水の温度（入水温
度）、熱交換器から流出する水の温度（出湯温度）、熱
交換器を通過する水量等をそれぞれセンサによって検知
して、それらの検知情報に基づいてバーナの燃焼量が決
定され、決定された燃焼量に応じてバーナへの燃料ガス
の供給量が比例弁等によって調節されている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、バーナへ供給される燃料ガスは、常温では気体
であるため、圧力が一定の場合には、その体積Ｖは温度
ｔに応じてＶ＝V₀（１＋t/273） … で表されるとおり変化する（ここでV₀は０℃におけるガ
スの体積）。すなわち、供給される燃料ガスの密度が温
度に応じて変化し、実質的な供給量が温度に応じて変化
することになる。

従って、燃料ガスの体積あるいは圧力を対象に調節する
比例弁によって燃料供給量が調節される燃焼機器では、
決められた量を供給するように比例弁が制御されても、
燃料ガスの温度に応じて実質的な燃料ガスの供給量が変
化する。

ここで、例えば温度15℃における燃料ガスの体積V
₁₅と、温度30℃における燃料ガスの体積V₃₀をそれぞれ
示すと、 V₁₅＝V₀（１＋15/273）＝V₀＋V₀×15/273 … V₃₀＝V₀（１＋30/273）＝V₀＋V₀×30/273 … となるため、温度15℃における燃料ガスの体積V₁₅に対
して温度０℃における燃料ガスの体積V₀は約５％少な
く、また温度15℃における燃料ガスの体積V₁₅に対して
温度30℃における燃料ガスの体積V₃₀は約５％多くなる
ことから、実質的な燃料ガスの供給量は、温度０℃の場
合には温度15℃の場合より約５％増加し、温度30℃の場
合には温度15℃の場合より約５％減少することになる。

こうした実質的な燃料供給量の変化により、バーナでは
決定された燃焼量が得られず、加熱量が不足したり、加
熱量が過剰になったりする。この結果、熱交換器を通過
する水には目標の温度に応じた熱量が与えられず、熱量
が過剰になったり不足したりする。

この熱量の過不足による出湯温度の誤差は、通常は、例
えば出湯温サーミスタの出湯温度の検知によるフィード
バック制御によって燃料供給量の修正が行われるため、
給湯開始後ある程度時間が経過すれば目標温度が得られ
ないことはないが、例えば、温度15℃の場合を基準にし
た燃焼制御装置による出湯温度の変化は、温度０℃の場
合には、第３図の破線Ｂに示すとおり、目標温度Tsetよ
り高い温度に一旦加熱されてから、フィードバック制御
の修正によって目標温度Tsetへ落ち着き、逆に温度30℃
の場合には、第３図の一点鎖線Ｃに示すとおり、目標温
度Tsetより低い温度になるように一旦制御されてから、
温度不足が検知されてその後加熱量が修正された目標温
度Tsetへ落ち着く。

このように、実質的な燃料供給量による影響が考慮され
ない従来の燃焼制御装置では、フィードバック制御によ
る修正が完了するまでに時間が掛かるため、目標温度の
給湯を速やかに行うことができないという問題がある。

本発明は、給湯器において、燃料ガスの温度変化に伴う
加熱量の誤差を少なくすることができ、その結果、出湯
温度を速やかに目標温度に安定させることができる燃焼
制御装置を提供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、熱交換器を通過する水を加熱するためのバー
ナへの燃料供給量を調節する燃料調節手段を、少なくと
も前記熱交換器へ流入する水の温度に関する入水温度情
報に基づいて制御する給湯器の燃焼制御装置において、
前記バーナへ供給される燃料の温度を前記入水温度情報
に基づいて推定する燃料温度推定手段と、該燃料温度推
定手段によって推定された推定温度に基づいて前記燃料
調節手段を補正する燃料供給量補正手段とを有すること
を技術的手段とする。

［作用］通常、熱交換器への入水温度が気温等の変化に応じて変
化する場合には、検知される燃料の温度も同様の傾向に
よって変化する。すなわち、入水温度が上昇する場合に
は上昇し、下降する場合には下降する。こうした傾向を
踏まえて、本発明では、熱交換器へ流入する水の温度に
関する入水温度情報に基づいて燃料の温度が推定される
ため、実際の燃料温度の変動に追随した燃料温度を推定
することができる。

燃料供給量を調節する燃料調節手段は、こうして推定さ
れた燃料温度に基づいて補正されるため、バーナへの燃
料供給量は、燃料温度の変化による影響をうけることな
く、必要な燃焼量が得られるように補正される。

従って、燃焼によって加熱される水には、目標温度に対
して過不足のない熱量が与えられるため、速やかに目標
温度に加熱される。

［発明の効果］本発明では、燃料温度の変化によって燃料の実質的な供
給量が大きく変化することなく、目標温度に応じた適切
な量の燃料が供給されるため、バーナでは水を目標温度
に加熱するために適した燃焼量が得られる。

従って、年間を通して、加熱不足や加熱過剰になること
がなくなり、水は速やかに目標温度に加熱される。この
結果、出湯温度を速やかに目標温度に安定させることが
できる。

［実施例］次に本発明の給湯器の温度制御装置を図面に示す実施例
に基づいて説明する。

第２図に示すガス燃焼式給湯器１の燃焼器ケース10内に
は、複数のバーナを配してなるバーナ群11が設けられて
いる。燃焼器ケース10の下方には、バーナ群11へ燃焼用
空気を供給するための送風機12が設けられている。燃焼
器ケース10内のバーナ群11の上方には水管式の熱交換器
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10内のバーナ群11
の近傍には、バーナ群11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ッド15とが備えられ
ている。また、燃焼器ケース10の上方には、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て燃料ガスを噴出する複数の燃料噴
出口16aが設けられている。

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。

図示しない水供給源から熱交換器13へ水を導く水供給管
17には、給湯水量を調節するための電動式水量制御装置
18、熱交換器13を通過する水量を検出する流量センサ19
が上流側から順に備えられ、また熱交換器13から流出す
る温水を図示しない給湯口へ導く給湯管17aには、熱交
換器13から流出する湯水の出湯温度Toutを検知する出湯
温サーミスタ25が備えられている。

制御装置30は、マイクロコンピュータを中心とする制御
回路を有し、所定のシーケンスで燃焼の開始および停止
を行うとともに、第１図に示す機能構成によって、出湯
水の温度制御を行う。

制御装置30において、目標温度Tsetに基づいて温度制御
を行うための温調制御部31は、フィードフォワード制御
部（FF制御部）32とフィードバック制御部（FB 御部）
33との各機能部を有しており、出湯温サーミスタ25の検
知温度Ｔに基づいたフィードバック制御のみでなく、フ
ィードフォワード御も行う。

ここでは、給湯器の構造を簡単にし、製造工程を簡略化
するために、熱交換器13への入水温度を検知する温度セ
ンサとしてのサーミスタが水供給管17に設けられていな
いため、入水温度推定部34によってフィードフォワード
制御のための入水温度Tinを推定する。

ここでは、流量センサ19によって給湯の開始が検知され
たときに、出湯温サーミスタ25に検知される検知温度Ｔ
が変化しているか否かを検出し、再給湯等によって出湯
温度Toutが変化して、検知温度Ｔの温度勾配がある場合
には、入水温度Tinの推定を行わないようにする。

給湯の開始が検知されたときに、検知温度Ｔの温度勾配
が検出されなかった場合には、出湯温サーミスタ25の検
知温度Ｔに基づいて入水温度Tinを推定し、推定した入
水温度Tinをメモリ34aに記憶させて、記憶内容を更新す
る。

入水温度Tinの推定は、出湯温サーミスタ25の検知温度
Ｔと、すでにメモリ34aに記憶されている記憶温度Tmem
とを比較し、検知温度Ｔが記憶温度Tmemより低い場合に
は、検知温度Ｔを新たな入水温度Tinと見なして、その
検知温度Ｔをメモリ34aに記憶する。

逆に、検知温度Ｔが記憶温度Tmemより高い場合には、再
給湯の可能性があることから、記憶温度Tmemに検知温度
Ｔの温度情報の一部を取り入れて新たな入水温度Tinを
推定し、それを記憶温度Tmemとする。

ここでは、新たな入水温度Tinは、 Tin＝（ａ×Tmem＋ｂ×Ｔ）／（ａ＋ｂ） … によって、すでに記憶されている記憶温度Tmemの温度情
報の一部と検知温度Ｔの温度情報の一部とから演算され
る。

温調制御部31は、出湯温サーミスタ25の検知温度Ｔが目
標温度Tsetより低い所定温度Ta（例えばTa＝Tset−２）
に上昇するまでは、FF制御部32によるフィードフォワー
ド制御として、目標温度Tset、水量Ｗ、入水温度Tinと
して記憶された記憶温度Tmemに基づいて基準加熱量Q₀を
決定して、出湯温サーミスタ25の検知温度Ｔが所定温度
Taに上昇してからは、FB制御部33によるフィードバック
制御として、目標温度Tset、検知温度Ｔ、水量Ｗに基づ
いて、基準加熱量Q₀を決定する。

この基準加熱量Q₀は、本実施例では、燃料ガスの温度Tf
uelが、例えば15℃の場合の体積に基づいた基準値とし
て決定される。

温度補正部35は、燃料ガスの温度変化による燃料供給量
の変化の影響をなくすために、基準加熱量Q₀を燃料ガス
の温度Tfuelに応じて補正する。

ここでは、季節の変化によって変動する燃料ガスの温度
Tfuelの変化が、熱交換器13への入水温度Tinの変化と同
じ傾向にあることを利用して、入水温度Tinとしての記
憶温度Tmemを燃料ガスの温度Tfuelと見なし、温度によ
って上式によって表されるとおり変化する燃料ガスの
体積Ｖから、実質的な燃料供給量（燃料ガスの質量）の
過不足を演算して、それに応じて基準加熱量Q₀を補正し
て、補正加熱量Qrを決定する。

駆動部36は、基準加熱量Q₀を補正した温度補正部35の補
正加熱量Qrに基づいて、送風機12およびガバナ比例弁23
を駆動制御する。ここでは、温度補正部35による補正加
熱量Qrに基づいた電圧を送風機12に印加して駆動し、検
出される送風機12の回転数に基づいてガバナ比例弁23へ
の電流値を通電制御する。

さらに、制御装置30では、給水量が加熱能力を越えない
ようにするために、出湯温サーミスタ25の検知温度に基
づいて電動式水量制御装置18の開度を調節して、通過流
量を制限する。

なお、使用者によって目標温度Tsetを任意に設定するこ
とができるコントローラ40は、給湯器の仕様に応じて設
置され、コントローラ40が設けられた場合には、使用者
の操作に応じて目標温度Tsetが設定され、コントローラ
40が設置されない場合には、一定の温度（例えば60℃）
が目標温度Tsetとされる。

次に、以上の構成からなる本実施例のガス燃焼式給湯器
１における燃焼制御について説明する。

使用者が給湯管17aの下流に設けられた図示しない給湯
栓を開くと、水供給管17内を水が通過して熱交換器13内
へ流入する。このとき、流量センサ19によって流入水量
に応じたパルスが発生し、ガス燃焼式給湯器１の作動水
量以上の水量Ｗが検知され、給湯が検知されると所定の
シーケンスで点火制御が行われ、燃焼が開始される。ま
た、出湯温サーミスタ25の検知温度Ｔの変動がないか否
かが検出され、出湯温サーミスタ25の検知温度Ｔに変動
がない場合には、検知温度Ｔに応じて、メモリ34aに記
憶されている記憶温度Tmemとの比較の結果、入水温度Ti
nが推定され、記憶温度Tmemが更新される。

出湯温サーミスタ25の検知温度Ｔに変動がある場合に
は、入水温度Tinの推定および記憶温度Tmemの更新は行
われない。

フレームロッド15によってバーナ群11の着火が検知され
ると、温調制御部31による温調制御が行われる。

出湯温サーミスタ25の検知温度Ｔが所定温度Taに到達す
るまでは、コントローラ40による目標温度Tset、メモリ
34aの記憶温度Tmem、流量センサ19による水量Ｗに基づ
いて基準加熱量Q₀が決定されるフィードフォワード制御
が行われ、加熱の結果、検知温度Ｔが所定温度Taに到達
した後は、目標温度Tset、検知温度Ｔに基づいて基準加
熱量Q₀が決定されるフィードバック制御制御が行われ
る。

また、決定された基準加熱量Q₀は、入水温度Tinとして
メモリ34aに記憶された記憶温度Tmemを燃料ガスの温度T
fuelとして温度補正部35によって補正されて、実質的に
目標温度Tsetに応じた量の燃料ガスが供給できる補正加
熱量Qrが得られる。

送風機12およびガバナ比例弁23は、補正された補正加熱
量Qrに応じて駆動されるため、温調制御の開始当初か
ら、燃料ガスの温度Tfuelに関係なく、目標温度Tsetに
応じた必要な燃焼量が得られる。

この結果、出湯温度Toutは、第３図の実線Ａに示すとお
り、目標温度Tsetから大きくずれることなく速やかに安
定し、目標温度Tsetに安定するまでの時間が、従来の場
合と比較して早くなる。

以上のとおり、本実施例によれば、熱交換器へ流入する
水の温度を、燃料ガスの温度として、燃料供給量を補正
しているため、季節の変化に伴う燃料ガスの温度Tfuel
の影響を大きく受けることなく、温調制御の開始当初か
ら必要な燃焼量が得られるため、第３図の破線Ｂ、一点
鎖線Ｃに示す従来のものと比較して、速やかに目標温度
Tsetに安定した給湯を行うことができる。

また、本実施例では、給湯器が日常繰り返し使用される
実情を鑑みて、水温が次第に低下する季節には、検知温
度Ｔをそのまま入水温度Tinとするようにし、逆に水温
が上昇に向かう季節には、再給湯との混同がないように
するために、検知温度Ｔの温度情報の一部のみを加算す
るようにして、入水温度を確実にかつ季節の変化に応じ
て徐々に更新できるため、フィードフォワード制御を行
ううえで、常に適正な入水温度情報が提供される。

本実施例では、フィードフォワード制御とフィードバッ
ク制御ともともに行う制御装置を示したが、フィードフ
ォワード制御あるいはフィードバック制御のみをそれぞ
れ行う制御装置でも同様に制御することができる。

本実施例では、熱交換器への入水温度を推定する制御装
置を示したが、熱交換器への流入温度を検知するための
入水温度センサを備えた給湯器でも同様に有効であるこ
とは、説明するまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例を示すガス燃焼式給湯器の制御装置の
機能構成を示す機能ブロック図、第２図は本実施例のガ
ス燃焼式給湯器の概略を示す概略構成図、第３図は本実
施例の制御装置による出湯温度の変化を示すタイムチャ
ートである。図中、23……ガバナ比例弁（燃料調節手段）、30……制
御装置（燃焼制御装置）、35……温度補正部（燃料温度
推定手段、燃料供給量補正手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換器を通過する水を加熱するためのバ
ーナへの燃料供給量を調節する燃料調節手段を、少なく
とも前記熱交換器へ流入する水の温度に関する入水温度
情報に基づいて制御する給湯器の燃焼制御装置におい
て、前記バーナへ供給される燃料の温度を前記入水温度情報
に基づいて推定する燃料温度推定手段と、該燃料温度推
定手段によって推定された推定温度に基づいて前記燃料
調節手段を補正する燃料供給量補正手段とを有すること
を特徴とする給湯器の燃焼制御装置。