JPH0810054B2 - 燃焼器の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、目的燃焼量に応じて制御される送風機によ
って、燃焼用空気をバーナへ供給するとともに、送風機
の作動状態（回転数）を検出して、送風機に合わせて比
例弁が制御される送風機先行制御式の燃焼器の制御装置
に関する。

［従来の技術］ 例えば、ガス給湯器では、大きな給湯能力を得るとと
もに、十分な燃焼用空気を供給するために、送風機によ
って燃焼用空気を供給し、また、安定した燃焼状態を得
るために、比例弁を送風機の作動状態に合わせて制御す
るものがある。

また、最近では、ガス給湯器の小型化が図られ、燃焼
器の限られた容積内を分割して燃焼室、混合室、排気路
等が形成されている。

このように給湯器等を小型化すると、給気系や排気系
の影響を受け易くなるため、送風機や比例弁を制御する
制御装置としては、小型で高性能のものとしてマイクロ
コンピュータが使用されていて、その制御特性は、設計
された燃焼器の燃焼室、混合室、排気路等の容積や形状
によって決まる通気性能に基づいて作成されたプログラ
ムによって与えられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記のとおり燃焼器が小型であると、限られ
た空間を燃焼室としなければならないため、目標燃焼量
に対して適正な燃焼状態が得られるための燃料供給量と
燃焼用空気（給気）の供給量との許容範囲が狭くなる。
このため、例えば、高性能なマイコンにより送風機が制
御されて、目標燃焼量に対して送風機が同じ回転数で回
転しても、季節の変化等により給気の温度が異なる場合
や、給気管と排気管とを二重構造にしたり隣接させたも
のにおいて、給気温が熱伝導により変化した場合には、
それに伴って燃焼用空気の実質供給量が異なってしまう
ため、燃焼用空気の供給量は給気温度によって異なり、
このとき、燃料の供給量が目標燃焼量に応じて制御され
るため、安定した燃焼状態が得られ難いという問題があ
る。

本発明は、送風機を備え、送風機の作動状態（回転
数）に基づいて比例弁が制御される燃焼器において、季
節変化等の伴う給気温度の影響を受けることなく、安定
した燃焼状態が得られる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、バーナにより加熱される負荷の温度を設定
するための温度設定手段および前記バーナの負荷温度を
検知する温度検知手段を備え、前記温度設定手段により
設定される設定温度および前記温度検知手段に検知され
る検知温度に基づいて目標熱量を決定する目標熱量決定
手段と、前記バーナへ燃焼用空気を供給する送風機の回
転数を目標熱量に応じて制御するとともに、前記バーナ
への燃料供給路に設けられ燃料供給量を調節する比例弁
を前記送風機の検出回転数に応じて制御する燃焼制御手
段とからなる燃焼器の制御装置において、前記燃焼制御
手段は、前記送風機により前記バーナへ供給される燃焼
用空気の温度を検知する給気温度検知手段と、該給気温
度検知手段の検知温度に基づいて前記送風機の前記目標
熱量に応じた回転数を補正するとともに、該補正による
前記送風機の検出回転数の変化分を相殺するように前記
比例弁の制御量を補正する補正手段とを備え、前記目標
熱量に応じた燃料供給量と該燃料供給量に対応した燃焼
用空気量を前記バーナへ供給することを技術的手段とす
る。

［作用］ 本発明では、バーナにより加熱される負荷の温度を設
定するための温度設定手段により設定される設定温度と
バーナの負荷温度を検知する温度検知手段に検知される
検知温度に基づいて目標熱量が目標熱量決定手段によっ
て決定される。

また、送風機を制御するための回転数は、目標熱量に
応じて決定された回転数を給気温度検知手段によって検
知された燃焼用空気の温度に基づいて補正して決定する
ため、送風機は、この補正された回転数に制御される。

従って、燃焼用空気の温度の違いによって密度が異な
ったとしても、送風機によってバーナへ供給される燃焼
用空気量は、その温度に関係なく、目標熱量に応じた供
給量となる。

また、燃料供給量を調節する比例弁は、送風機の検出
回転数が、上記の送風機の補正における変化分が相殺さ
れるように補正された回転数に応じて制御される。

従って、比例弁によってバーナへ調節される燃料用供
給量は、そのときの目標熱量にそのまま対応したもので
はなく、送風機が実際にバーナへ供給している燃焼用空
気の量に対応した供給量となる。

この結果、目標熱量が変化した場合に、送風機の作動
遅れによって燃焼用空気量が速やかに目標熱量に対応し
たものにならない場合には、燃料供給量も、送風機の遅
れに対応して、速やかには目標熱量に対応した供給量に
ならないで、常に送風機の作動状態に応じた量となる。

このため、送風機が目標熱量に対応した量の燃焼用空
気を供給しないときに、燃料供給量だけが、先に目標熱
量に応じて量になることがなく、常に安定した燃焼状態
が得られる。

［発明の効果］ 本発明では、給気温度に応じて送風機の作動が補正さ
れるとともに、その補正分を相殺するように比例弁の制
御量が補正されるため、バーナへは、送風機によって実
際にバーナへ供給される目標熱量に応じた燃焼用空気量
と対応した量の燃料が供給される。また、目標熱量が変
化した場合には、送風機の作動の応答遅れを伴うもの
の、燃料供給量は常に送風機によって供給される燃焼用
空気に対応しているため、燃料供給量の変化が燃焼用空
気の供給量の変化より先に目標熱量に対応したものにな
ることはない。このため、送風機の応答遅れによって燃
焼用空気量と燃料供給量とがずれることはなく、負荷温
度が過剰に変動することはない。

従って、常に、目標熱量に応じた安定した燃焼状態が
得られる。また、季節変化、排気による給気の加熱等に
よる給気の温度変化に関係なく安定した燃焼状態が得ら
れる。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図に示すガス給湯器１は、給湯器ケース1a内に燃
焼器10と熱交換器20とを設けたもので、燃焼器10は制御
装置40によって制御される。

燃焼器10は、給湯器ケース1a内の下方に配され、燃料
供給管30から供給される燃料ガスを、給湯器ケース1aの
下方に備えられた送風機11によって供給される燃焼用空
気によって燃焼させるもので、多数の板金バーナ12を図
示しないバーナケース内に１列に並べて一体化したもの
である。

各板金バーナ12の下方には、１列に並べられた各板金
バーナ12を、中間部で２組に分離して、第１バーナ群10
Aおよび第２バーナ群10Bとしてそれぞれ独立して使用す
るための２本の燃料噴出管31、32が、各板金バーナ12の
吸気口と所定の間隔をおいて配されている。

これらの２本の燃料噴出管31、32は、燃料ガスを各組
の板金バーナ12へそれぞれ別々に供給するもので、それ
ぞれの燃料噴出管31、32の上流には、燃料供給を司る電
磁弁33、34がそれぞれ設けられている。

各電磁弁33、34は、燃料供給管30から供給される燃料
ガスを分岐する分岐管35の下流にそれぞれ設けられてい
て、制御状態に応じて各燃料噴出管31、32へ燃料ガスを
供給する。

燃料供給管30には、上流側から元電磁弁36、通電電流
に応じて下流側の供給圧力を調節するガバナ比例弁37と
が順に設けられている。

板金バーナ12の両端部には、図示しない点火器の放電
電極としてのスパーク電極15と、燃焼器10の炎を検知す
るためのフレームロッド16とが備えられている。

熱交換器20は、多数のフィンを備えた水管式のもの
で、熱交換器20へ水を導く水供給管21には、水の流入温
度に応じて通過流量を自動的に制限するための自動水量
制御装置22と水流スイッチ23とが備えられ、熱交換器か
ら流出する湯水を図示しない給湯口へ導くための給湯管
24には、給湯温度を検出する出湯温サーミスタ25が備え
られている。

さらに、送風機11のスクロールケーシング11aの吹出
口付近には、バーナへ供給される燃焼用空気の温度を検
知するための給気温サーミスタ26が備えられている。

以上の構成を有する燃焼器10は、マイクロコンピュー
タを中心とする制御装置40によって制御される。

制御装置40は、第１図に示すとおり、シーケンス制御
部41と温調制御部42、送風機制御部43、比例弁制御部4
4、給気温補正部45の各機能部を有している。

シーケンス制御部41では、水流スイッチ23およびフレ
ームロッド16の各検知信号に基づいて点火制御および消
火制御を所定のシーケンスで行う。

特に、本実施例では、点火時の安全性を考慮して、電
磁弁34を開く時期を電磁弁33を開く時期より僅かに遅ら
せることによって、各バーナ群毎に着火させることによ
って、着火時の燃焼量を小さくし、着火圧力を抑えてい
る。

また、点火後には後述する温調制御部42の目標熱量Ｑ
［Kcal/分］に応じて電磁弁33を開閉制御する。

温調制御部42は、出湯温サーミスタ25の検知温度に基
づいて、熱交換器20への入水温、流量を算出するととも
に、さらに、コントローラ46による設定温度あるいはコ
ントローラ46を用いない場合には固定の設定温度とから
目標熱量Ｑ［Kcal/分］を計算する。

送風機制御部43は、温調制御部42の目標熱量Ｑに基づ
いて送風機11の回転数Φ_Ｄ［Hz］を決定し、この回転数
Φ_Ｄに基づいて送風機11を制御する。

この回転数Φ_Ｄは、目標熱量Ｑの関数として次式の
とおり与えられる。

Φ_Ｄ＝f₁（Ｑ）×THfan×VRfan … ここで、THfanは、給気温補正部45によって与えられ
る給気温補正変数であり、目標熱量Ｑに基づいて決定さ
れた基本回転数f₁（Ｑ）を、運転時に燃焼器10へ供給さ
れる燃焼用空気（給気）の温度に合わせて補正するもの
である。

また、VRfanは送風機調整変数であり、組み立てられ
た個々の給湯器に合わせて、図示しない半固定抵抗器を
操作することによってf₁（Ｑ）×THfanを補正するもの
である。

比例弁制御部44は、送風機11の作動状態として検出さ
れる検出回転数Φ_Ｍ［Hz］に基づいてガバナ比例弁37へ
の電流値Ip［mA］を決定し、この電流値Ipに応じてガバ
ナ比例弁37を制御する。

この電流値Ipは、検出回転数Φ_Ｍ、給気温補正変数TH
fanおよび送風機調整変数VRfanの関数として次式のと
おり与えられる。

Ip＝f₂｛Φ_Ｍ／（THfan×VRfan）｝×VRpov … この場合、基本電流値f₂は、給気温補正変数THfanお
よび送風機調整変数VRfanによって補正された送風機11
の特性を相殺するために、給気温補正変数THfanおよび
送風機調整変数VRfanによって除算された検出回転数Φ
_Ｍの関数となっており、給気温補正変数THfanは後述す
る給気温補正部45により与えられ、送風機調整変数VRfa
nは送風機制御部43における半固定抵抗器の操作によっ
て与えられる。

ここで、VRpovは比例弁調整変数であり、図示しない
半固定抵抗器を操作することによって、検出回転数Φ_Ｍ
に基づいて決定された基本電流値f₂｛Φ_Ｍ／（THfan×V
Rfan）｝を、個々の給湯器に合わせて補正するものであ
る。

給気温補正部45は、第３図に示すとおり、抵抗器R1を
介して給気温サーミスタ26に印加される電源電圧Vcc
（＋5V）の分圧に基づいて、送風機11の制御特性を補正
するための給気温補正変数THfanを決定するもので、給
気温補正変数THfanとしては0.8〜1.2が与えられる。

次に、本実施例のガス給湯器における補正部45の作用
を説明する。

工場内の検査において、所定流量以上の水が熱交換器
20内を通過すると、水流スイッチ23が閉じて通水を検知
して点火制御が行われる。

所定のシーケンスで点火されると、熱交換器20へ供給
される水の温度と、コントローラ46の設定温度に基づい
て、目標熱量Ｑが決定される。

このとき、出湯温サーミスタ25のばらつき等により、
算出される目標熱量Ｑの値が適切でない場合には、図示
しない半固定抵抗器による調整によって補正が行われ
る。

適切な目標熱量Ｑが算出されると、発生熱量が目標熱
量Ｑに応じているか否かが調べられ、燃料ガスの供給量
が目標熱量Ｑに合うように、比例弁制御部44における半
固定抵抗器が調整され比例弁電流値が補正される。

さらに、送風機11が、目標熱量Ｑに応じた燃焼用空気
を供給しているか否かが調べられ、ケーシングのばらつ
き等に応じて、送風機制御部43における半固定抵抗器が
操作されて送風機11の回転数が調整されて、目標熱量Ｑ
に応じた燃焼用空気が供給される。

このとき、送風機11の作動状態が半固定抵抗器の調整
によって変化しても、比例弁制御部44では、調整により
変化した送風機11の回転数を相殺するように、ガバナ比
例弁37への電流値Ipが算出されるため、比例弁電流値の
再調整を行う必要がない。

以上のとおり、調整された給湯器において、送風機11
によって供給される燃焼用空気の温度は季節等に応じて
異なるが、その温度に応じて送風機11の回転数が補正さ
れるため、給気温度に関係なく目標熱量Ｑに応じた燃焼
用空気を燃焼器10へ供給することができる。

また、送風機11の回転数が補正されても、その回転数
の変化分を相殺するように比例弁電流値が補正されるた
め、目標熱量Ｑに応じた燃料ガスが燃焼器10へ供給され
る。

以上のとおり、本発明によれば、給気温度に応じて送
風機が補正されるため、目標熱量に応じた燃焼用空気を
供給することができ、このとき、比例弁電流値は送風機
の補正分を相殺するように制御されるため、目標熱量に
応じた燃料ガスを供給できる。

本実施例では、給気温サーミスタを送風機のスクロー
ルケーシングの吹出口付近に設けたが、スクロールケー
シングの給気口側に設けてもよい。

上記実施例では、ガス給湯器を示したが、暖房機、風
呂釜用バーナでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す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給湯器の概
略図、第３図は本実施例の給気温補正部を示す回路図で
ある。 図中、10…燃焼器（バーナ）、11…送風機、25…出湯温
サーミスタ（温度検知手段）、26…給気温サーミスタ
（給気温度検知手段）、37…ガバナ比例弁（比例弁）、
40…制御装置（燃焼器の制御装置、燃焼制御手段）、42
…温調制御部（目標熱量決定手段）、45…給気温補正部
（補正手段）、46…コントローラ（温度設定手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バーナにより加熱される負荷の温度を設定
   するための温度設定手段および前記バーナの負荷温度を
   検知する温度検知手段を備え、前記温度設定手段により
   設定される設定温度および前記温度検知手段に検知され
   る検知温度に基づいて目標熱量を決定する目標熱量決定
   手段と、 前記バーナへ燃焼用空気を供給する送風機の回転数を目
   標熱量に応じて制御するとともに、前記バーナへの燃料
   供給路に設けられ燃料供給量を調節する比例弁を前記送
   風機の検出回転数に応じて制御する燃焼制御手段とから
   なる燃焼器の制御装置において、 前記燃焼制御手段は、前記送風機により前記バーナへ供
   給される燃焼用空気の温度を検知する給気温度検知手段
   と、該給気温度検知手段の検知温度に基づいて前記送風
   機の前記目標熱量に応じた回転数を補正するとともに、
   該補正による前記送風機の検出回転数の変化分を相殺す
   るように前記比例弁の制御量を補正する補正手段とを備
   え、 前記目標熱量に応じた燃料供給量と該燃料供給量に対応
   した燃焼用空気量を前記バーナへ供給することを特徴と
   する燃焼器の制御装置。