JP3077717B2 - 給湯機の制御装置 - Google Patents

給湯機の制御装置

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JP3077717B2
JP3077717B2 JP04170248A JP17024892A JP3077717B2 JP 3077717 B2 JP3077717 B2 JP 3077717B2 JP 04170248 A JP04170248 A JP 04170248A JP 17024892 A JP17024892 A JP 17024892A JP 3077717 B2 JP3077717 B2 JP 3077717B2
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勝久 土屋
秀悟 岡
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東陶機器株式会社
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  • Control Of Combustion (AREA)
  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、瞬間式給湯機の制御装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、特開昭62−26416号公報に
記載されているように、ガス比例弁を燃焼用空気供給フ
ァンの応答速度に合わせて動かすようにするため、設定
温度、給水温度、給湯温度及び給水量に基づいて必要熱
量を演算する手段、必要熱量に基づきガス比例弁の目標
開度を設定する手段、ガス比例弁の目標開度と風量検出
手段が検出する燃焼用空気供給ファンの実風量とを比較
し、比較結果に対応した補正量を目標比例弁開度に加算
して比例弁出力回路に比例弁開度出力信号を出力する手
段を備えて、ガス比例弁が必要熱量に基づいて設定され
た目標開度そのままの開度に開弁するもではなく、燃焼
用空気供給ファンの実風量、即ちファンの実際の回転数
に基づいて補正された開度に開弁するようにしたガス瞬
間式給湯機のガス比例弁制御装置が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたも
のにおいては、燃焼量Fを得るために必要なガス量(ガ
ス比例弁開度に対応する量)はF*Kffであるが、各家
庭で実際に使用するガスが給湯機の性能の標準とするガ
スより燃焼発熱量が多いガスあるいはガス圧が高い場合
には、燃焼量Fを得るため実際に必要なガス量GはF*
Kff−ΔGである。ここで、Kff=ガス量/燃焼量であ
る。また、実際に供給されるガス量Goは、時間的に変
動する設定温度Tsと給湯温度Thの偏差(Ts−Th)に
基づいて調整されているため、図5に示すように変動
後、最終的にF*Kff−ΔGで安定していた。
【0004】一方、ファン回転数Nは、ガス量Gと空気
量の比を一定に保つ必要上、ファン回転数N=Go*Kn
(Kn=回転数/ガス量)として求めていたため、図6
に示すように実際に供給されるガス量Goに同期して時
間的に変動していた。ここで、Go=F*Kff−ΔGで
最終的に安定したときのファン回転数Noは、 No=(F*Kff−ΔG)*Kn =F*Kff*Kn−ΔG*Kn =F*γ−ΔG*Kn となり、図6に示すように適正な回転数F*γをΔG*
Knだけ下回っていた。ここで、γは不完全燃焼や燃焼
効率低下を起こすことのない燃焼量Fに対するファン回
転数Nの比率であり、F*γはγにより求められる燃焼
量Fに対する適正な回転数である。
【0005】従って、燃焼量Fに対して空気量不足を生
じ、燃焼炎が正常時よりも小さくなってしまい、不完全
燃焼や燃焼効率低下を起こすことがあった。更に、炎が
バーナ内部へ逆流してしまい、バーナが溶解することが
あった。
【0006】本発明は、従来の技術が有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、ガスの種類や圧力変動にも対応し不完全燃焼や
燃焼効率低下を起こすことなく給湯温度を設定温度に維
持することができる給湯機の制御装置を提供しようとす
るものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、設定温度と給水温度と給湯量に基づいて燃料供
給量を算出する燃料演算部と、設定温度と給湯温度の制
御偏差に基づいて前記燃料供給量を修正して第1燃料修
正量を算出する第1修正部と、前記第1燃料修正量に基
づいて燃料調節弁を制御する燃料調節部と、予め記憶さ
れた修正ゲインに基づいて前記第1燃料修正量を修正し
て第2燃料修正量を算出する第2修正部と、前記第2燃
料修正量に基づいて燃焼に必要な風量を調節する風量調
節部と、前記第1燃料修正量に対する前記燃料供給量の
比率を算出する修正率演算部と、前記比率を前記修正ゲ
インとして記憶させる修正ゲイン更新部とを備えた。
【0008】また、前記修正ゲイン更新部は、前記比率
が一定のまま所定時間継続した場合、前記比率を前記修
正ゲインとして記憶させる。更に、前記第1修正部には
積分演算部と積分値限定部を備え、前記修正ゲイン更新
部は設定温度と給湯温度の制御偏差がゼロのまま所定時
間経過した場合、前記比率が一定のまま所定時間継続し
たと判断する。
【0009】
【作用】実際に使用するガスが標準ガスより燃焼発熱量
が大きいあるいはガス圧が高いものであった場合、予め
燃焼量と空気量を最適な比率に保つ。また、燃焼発熱量
が小さいガスあるいはガス圧が低い場合でも空気量が過
多とならない。
【0010】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図1は本発明に係る給湯機の制御装置のブロ
ック図、図2は修正ゲイン更新部10の動作を示すフロ
ーチャート、図3はPID演算部25のブロック図、図
4は第1修正部2の別実施例を示すブロック図である。
【0011】ガス給湯機の制御装置は、図1に示すよう
に設定温度Tsと給水温度Tcの温度差と給湯量Qなどに
基づいて燃料(ガス)供給量Gを算出する燃料演算部1
と、設定温度Tsと給湯温度Thの制御偏差ΔTeに基づ
いて燃料供給量Gを修正して第1燃料修正量Goを算出
する第1修正部2と、第1燃料修正量Goに基づいて燃
料調節弁3を制御する燃料調節部4と、予め修正ゲイン
出力部5に記憶された修正ゲインβeに基づいて第1燃
料修正量Goを修正して第2燃料修正量βe*Goを算出
する第2修正部6と、係数Kn(回転数/ガス量)と第
2燃料修正量βe*Goに基づいて燃焼に必要な風量を供
給する燃焼用空気供給ファン7の回転数を調節する風量
(ファン回転数)調節部8と、燃料供給量Gと第1燃料
修正量Goの比率G/Goを算出する修正率演算部9と、
比率G/Goを修正ゲインβeとして修正ゲイン出力部5
に記憶させる修正ゲイン更新部10とを備えている。
【0012】なお、11は熱交換器、12はガスバー
ナ、13は給水温度Tcを検出する給水温度センサ、1
4は給湯温度Thを検出する給湯温度センサ、15は給
湯量Qを検出する流量センサ、16は係数Knを記憶す
る回転数/ガス量特性記憶部である。
【0013】燃料演算部1は、燃焼量演算部20とガス
量演算部21から成り、ガス量演算部21にガスグルー
プ切替部22とガス量/燃焼量特性記憶部23を介して
係数Kff(ガス量/燃焼量)が入力されている。従っ
て、設定温度Tsと給水温度Tcの温度差と給湯量Qに基
づいて燃焼量Fが燃焼量演算部20で算出され、更にガ
ス量演算部21で燃焼量Fに係数Kffが乗ぜられて燃料
(ガス)供給量G(Kff*F)が算出される。
【0014】なお、係数Kffは出荷時の試験用ガスを測
定することによって設定される値である。また、ガスグ
ループ切替部22によってガス種に応じた係数Kffを出
力させることが可能であるが、同じガスグループでも燃
焼発熱量や設置時のガス圧が異なると燃焼効率に差が出
るので本願発明の制御装置が必要となる。
【0015】第1修正部2は、PID(比例+積分+微
分)演算部25と加算部26とから構成されている。更
に、PID演算部25は、図2に示すように設定温度T
sと給湯温度Thの制御偏差ΔTeである入力に比例した
信号を出力する比例演算部27と、制御偏差ΔTeであ
る入力を積分した信号を出力する積分演算部28と、制
御偏差ΔTeである入力を微分した信号を出力する微分
演算部29と、各演算部27,28,29の出力を加え
合せた値を出力する加算部30と、その出力信号の値を
制限するリミッタ部31を備え、ゲインKfbを乗じるも
のである。
【0016】リミッタ部31は、給湯温度Thと設定温
度Tsの制御偏差ΔTeが継続した場合、過積分を行わな
いように設けられたものであり、ΔTeが継続して積分
値が所定のリミット値を超えた場合、出力値をリミッタ
値に積分限定するものである。
【0017】修正ゲイン更新部10は、比率G/Goが
一定のまま所定時間継続した場合にこの比率G/Goを
修正ゲインβeとして修正ゲイン出力部5に記憶させ
る。また、設定温度Tsと給湯温度Thの制御偏差ΔTe
がゼロのまま所定時間経過した場合には、修正ゲイン更
新部10は比率G/Goが一定のまま所定時間継続した
と判断してもよい。
【0018】以上のような構成における本発明に係る給
湯機の制御装置の動作について説明する。先ず、燃料演
算部1において設定温度Tsと給水温度Tcの温度差と給
湯量Q、更にガスグループによる係数Kffに基づいて燃
料供給量Gが決定される。
【0019】更に、第1修正部2において、燃料演算部
1で決定された燃料供給量Gに設定温度Tsと給湯温度
Thの制御偏差ΔTeを入力としたPID演算部25の出
力を加算部26で加算した第1燃料修正量Goが出力さ
れる。そして、第1燃料修正量Goが燃料調節部4に入
力され、燃料調節弁3を駆動する。
【0020】また、第2修正部6において燃料供給量G
と第1燃料修正量Goの比率G/Goを修正ゲインβeと
して第1燃料修正量Goに乗じて第2燃料修正量βe*G
oを求め、ファン回転数調節部8に入力する。
【0021】次に、修正ゲイン更新部10の動作につい
て図2に示すフローチャートに従って説明する。先ず、
電源投入後、修正ゲイン出力部5に初期値βe=1を出
力させる(S1)。次に、燃焼中か否か判断し(S
2)、燃焼中と判断すれば、更に設定温度Tsと給湯温
度Thが一致しているか否かを判断する(S3)。一
方、燃焼中でないと判断すれば所定時間(例えば、20
秒)が設定されたタイマを初期起動させる(S4)。
【0022】ステップS3では、設定温度Tsと給湯温
度Thが一致していると判断すれば、次にタイマがタイ
ムアップしたか否かを判断し(S5)、設定温度Tsと
給湯温度Thが一致していなければタイマを初期起動さ
せる(S4)。ステップS5では、タイマがタイムアッ
プしたと判断すれば、更に修正ゲイン出力部5に燃料供
給量Gと第1燃料修正量Goの比率G/Goを修正ゲイン
βeとして記憶させる(S6)。また、タイマがタイム
アップしてなければステップS2に戻る。
【0023】図4は、第1修正部2の別実施例を示すも
ので、燃料供給量Gの逆数1/Gと設定温度Tsと給湯
温度ThをPID演算部30に入力し、その出力に係数
1を加算し、その演算結果を燃料供給量Gに乗じて第1
燃料修正量Goとするものである。第1修正部2を図4
に示すような構成にすることにより、燃料供給量Gが増
大し、βe*Goが急激に大きくなった場合、PID演算
部25の出力も直ちに増大し、第1燃料修正量Goの値
が直ちに変化するので比率G/Goを修正ゲインβeとし
て扱うことができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、実
際に使用するガスの燃焼発熱量が大きいあるいはガス圧
が標準ガスより高い場合でも、予め燃焼量と空気量を最
適な比率に保つため、空気量不足に伴う不完全燃焼や燃
焼効率低下などを防止できる。また、ガスの燃焼発熱量
が小さいあるいはガス圧が低い場合でも、空気量過多に
伴う燃焼炎の吹き消えなどを防止できる。
【0025】また、第1燃料修正量に対する燃料供給量
の比率が一定のまま所定時間経過した場合、この比率を
修正ゲインとして記憶させるようにしたため、修正ゲイ
ンが頻繁に更新されることがない。従って、ガス量と空
気量の比率が頻繁に変化することがなく、安定した燃焼
を実現できる。
【0026】更に、設定温度と給湯温度の偏差がゼロの
まま所定時間経過した場合、第1燃料修正量に対する燃
料供給量の比率を修正ゲインとして記憶させ、この比率
を第1燃料修正量に乗じて第2燃料修正量を求めるよう
にしたため、積分限定された第1燃料修正量に対する燃
料供給量の比率を修正ゲインとして記憶させず、第2燃
料修正量を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る給湯機の制御装置のブロック図
【図2】修正ゲイン更新部の動作を示すフローチャート
【図3】PID演算部のブロック図
【図4】第1修正部の別実施例を示すブロック図
【図5】従来技術における必要なガス量(F*Kff)に
対するガス供給量Gの時間的変化を示す特性図
【図6】従来技術における適正なファン回転数(F*
γ)に対するファン回転数Nの時間的変化を示す特性図
【符号の説明】 1…燃料演算部、2…第1修正部、3…燃料調節弁、4
…燃料調節部、5…修正ゲイン出力部、6…第2修正
部、7…燃焼用空気供給ファン、8…風量(ファン回転
数)調節部、9…修正率演算部、10…修正ゲイン更新
部、11…熱交換器、12…ガスバーナ、13…給水温
度センサ、14…給湯温度センサ、15…流量センサ、
16…回転数/ガス量特性記憶部、28…積分演算部、
31…リミッタ部(積分値限定部)、Ts…設定温度、
Th…給湯温度、ΔTe…制御偏差、Tc…給水温度、Q
…給湯量、G…燃料供給量、Go…第1燃料修正量、βe
…修正ゲイン、Kn…係数(回転数/ガス量)。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−150742(JP,A) 特開 昭62−26416(JP,A) 特開 昭60−235913(JP,A) 特開 昭62−19641(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23N 1/10 101 F24H 1/10 302 F24H 9/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 設定温度と給水温度と給湯量に基づいて
    燃料供給量を算出する燃料演算部と、設定温度と給湯温
    度の制御偏差に基づいて前記燃料供給量を修正して第1
    燃料修正量を算出する第1修正部と、前記第1燃料修正
    量に基づいて燃料調節弁を制御する燃料調節部と、予め
    記憶された修正ゲインに基づいて前記第1燃料修正量を
    修正して第2燃料修正量を算出する第2修正部と、前記
    第2燃料修正量に基づいて燃焼に必要な風量を調節する
    風量調節部と、前記第1燃料修正量に対する前記燃料供
    給量の比率を算出する修正率演算部と、前記比率を前記
    修正ゲインとして記憶させる修正ゲイン更新部とを備え
    たことを特徴とする給湯機の制御装置。
  2. 【請求項2】 前記修正ゲイン更新部は、前記比率が一
    定のまま所定時間継続した場合、前記比率を前記修正ゲ
    インとして記憶させる請求項1記載の給湯機の制御装
    置。
  3. 【請求項3】 前記第1修正部には積分演算部と積分値
    限定部を備え、前記修正ゲイン更新部は設定温度と給湯
    温度の制御偏差がゼロのまま所定時間経過した場合、前
    記比率が一定のまま所定時間継続したと判断する請求項
    2記載の給湯機の制御装置。
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KR101429896B1 (ko) * 2013-06-28 2014-08-13 린나이코리아 주식회사 보일러의 연소불량 감시방법

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