JP4114545B2

JP4114545B2 - Gas combustion equipment

Info

Publication number: JP4114545B2
Application number: JP2003153801A
Authority: JP
Inventors: 秀典畑; 明太田
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2023-05-30
Also published as: JP2004353990A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はガス燃焼装置に関し、より詳細には、ガス流量制御弁を備えたガス燃焼装置における燃焼制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、給湯器や風呂釜などのガス燃焼装置の分野では、バーナへの燃料ガス供給量の調節にガス流量制御弁を用いたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、この種のガス燃焼装置では、バーナの燃焼制御に関して、一般的に、フィードフォーワード制御とフィードバック制御の併用による燃焼制御が行われている。図４はかかる燃焼制御の一例を示している。
【０００４】
すなわち、リモコン等の操作部で出湯の目標温度が設定され、その状態でカラン等の先栓が開栓されて最低作動通水量を超える水量がガス燃焼装置内に流れると、ガス燃焼装置のコントローラは、上記目標温度と、入水流量センサによって得られる入水量（水量）と、入水温度センサによって得られる入水温度とに基づいて、上記目標温度での出湯に必要なバーナの熱量（必要熱量）を演算する（図６ステップＳ１参照）。
【０００５】
そして、必要熱量が求められると、上記コントローラは、この必要熱量に基づいて必要な燃料ガス量（必要ガス量）を演算するとともに（図６ステップＳ２参照）、当該必要ガス量を得るために必要な弁開度を設定する（図６ステップＳ３参照）。この弁開度の設定は、予めコントローラに必要ガス量と弁開度との相関関係を示すデータを記憶させておき、このデータに基づいて行われる（ここまでが、フィードフォーワード制御部分）。
【０００６】
このようにして弁開度が設定され、バーナに燃料ガスの供給が開始されると、次にコントローラは、上記目標温度と出湯温度センサによって得られる出湯温度とに基づいて、上記出湯温度が目標温度と一致するようにフィードバック制御を行う。つまり、上記コントローラは、目標温度と出湯温度の偏差を求め、この偏差が零になるまで上記必要ガス量の修正を繰り返し行う（フィードバック制御）。
【０００７】
【特許文献１】
実開平５−７９２４０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成よりなる従来のガス燃焼装置では以下の問題があり、その改善が望まれていた。
【０００９】
すなわち、この種のガス燃焼装置に用いられるガス流量制御弁は、弁開度によって燃料ガス供給路の断面積を変化させてバーナへのガス供給量を調節するものであるが、通常、一次ガス圧（ガス流量制御弁の上流側のガス圧）の変動をキャンセルする機構を備えていないため、一次ガス圧の変動によりバーナへのガス供給量が変動する。
【００１０】
殊に、閉弁状態にあるガス流量制御弁が開弁した場合、一次ガス圧は低下するので、実際には、上述したフィードフォーワード制御では必要ガス量が得られておらず、フィードバック制御によるガス供給量の補正の比重が大きかった。つまり、従来のガス燃焼装置ではフィードフォーワード制御が有効に機能しておらず、そのために目標温度の出湯を得るのに時間がかかり、出湯特性が悪いという問題があった。
【００１１】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、流量制御弁により燃料ガスの供給量を制御するガス燃焼装置において、出湯特性のよいガス燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るガス燃焼装置は、バーナへの燃料ガスの供給量を調節するガス流量制御弁と、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、目標温度に基づいて必要ガス量を設定する必要ガス量設定手段と、前記必要ガス量と前記ガス流量制御弁の弁開度との相関関係を示すガス量／弁開度換算データを用いて前記ガス流量制御弁の弁開度を設定する弁開度設定手段と、目標温度と出湯温度との偏差に基づいて前記必要ガス量設定手段に与えるフィードバック量を設定する第一のフィードバック量設定手段と、前記必要ガス量と前記ガス流量検出手段で検出されたガス流量の偏差に基づいて前記弁開度設定手段に与えるフィードバック量を設定する第二のフィードバック量設定手段とを備え、バーナの燃焼制御にあたり、はじめに前記ガス流量検出手段が前記必要ガス量を検出するまで前記第二のフィードバック量設定手段によるフィードバック量を前記弁開度設定手段に与えてガス流量制御弁の弁開度を修正し、前記ガス流量検出手段で必要ガス量が検出されると第二のフィードバック量設定手段によるフィードバック制御を停止させてこのときの弁開度に基づいて前記ガス量／弁開度換算データを修正し、その後は前記第一のフィードバック量設定手段によるフィードバック制御を行なう制御構成を備えたことを特徴とする．
【００１４】
そして、前記必要ガス量設定手段は、前記目標温度と入水温度と入水流量とに基づいてバーナで必要な熱量を演算する熱量演算部と、前記熱量演算部によって求められた熱量を得るのに必要なガス流量を演算する必要ガス量演算部とからなり、前記第一のフィードバック手段により与えられるフィードバック量によって前記必要ガス量演算部の演算結果が修正されることを特徴とする。
【００１５】
また、前記第二のフィードバック量設定手段は、ガス流量検出手段出力とガス流量との相関関係を示すデータを備え、このデータに基づいて前記ガス流量検出手段の出力結果からガス流量を獲得して前記フィードバック量を決定することを特徴とする。
【００１７】
また、前記第二のフィードバック量設定手段は、出湯温度が目標温度に達していないときに前記弁開度設定手段にフィードバック量を与える制御構成を有することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明のガス燃焼装置を給湯器に適用した場合を示している。図示のように、給湯器１はその本体内にガスを燃料とするバーナ２を備えており、このバーナ２の上方にはバーナ２によって加熱可能に構成された熱交換器３が設けられている。また、バーナ２の下方には、該バーナ２への給気を行うための送風ファン４が設けられている。
【００２０】
そして、熱交換器３の入水側には給水管５が接続されるとともに、出湯側には出湯管６が接続されており、上記給水管５には、熱交換器３への入水温度Ｔａを検出する入水温度センサ（入水温度検出手段）７と、入水量Ｑを検出する水量センサ（入水量検出手段）９とが設けられている。また、出湯管６には、上記熱交換器３で加熱された温水の出湯温度Ｔｂを検出する出湯温度センサ（出湯温度検出手段）８が設けられている。
【００２１】
一方、バーナ２には該バーナ２に燃料ガスを供給するためのガス管１０が接続されている。このガス管１０はガス供給源（たとえば都市ガスであれば都市ガス供給用のガス配管、プロパンガスであればガスボンベなど）と接続されており、上記バーナ２への燃料ガスの供給路を構成している。
【００２２】
このガス管１０には、燃料ガスの流量Ｖを検出するガス流量センサ１１と、バーナ２に供給される燃料ガスの流量Ｖを調節するガス流量制御弁（燃料制御弁）１２とが設けられている。
【００２３】
本実施形態では、上記ガス流量センサ１１として、ガス管１０内を流れる流体の質量流量を検出するセンサが好適に用いられる。より具体的には、このガス流量センサ１１には、ヒータを挟んだ上流下流の両側に温度センサを搭載して該温度センサ間の出力値の差から流体の質量流速を測定する熱式質量センサが用いられる。
【００２４】
また、ガス流量制御弁１２は、たとえばニードル弁などのように弁体を作動させて弁座の開口面積を変化させることにより流量を制御する比例弁で構成される。つまり、弁の開度を調節することによって燃料ガス供給路の断面積を変化させてバーナへのガス供給量を調節可能に構成される。
【００２５】
コントローラ１３は、給湯器１の各部の動作を制御するための制御手段であって、後述するように、所定の記憶装置（記憶手段）１０７を備えたマイクロコンピュータを主要部として構成されている。
【００２６】
そして、このコントローラ１３には、図１に示すように、上記入水温度センサ７、出湯温度センサ８、水量センサ９、ガス流量センサ１１の各センサ出力が図中の破線で示す信号線を介して接続されている。また、このコントローラ１３は同様に信号線を介して上記送風ファン４およびガス流量制御弁１２と接続され、これらに対して動作制御用の制御信号を出力できるように構成されている。さらに、このコントローラ１３には、給湯器１のリモートコントローラ（以下、リモコン）Ｒが有線または無線により接続され、該リモコンＲとの間で各種信号のやり取りができるように構成されている。
【００２７】
図２は、上記コントローラ１３の機能ブロック図を示しており、特にコントローラ１３による上記ガス流量制御弁１２の動作制御に関する機能部分を示している。
【００２８】
図示のように、このコントローラ１３は、上記ガス流量制御弁１２の動作制御に関して、リモコンＲなどの操作部において設定される目標温度Ｔｏに基づいて必要ガス量Ｖｏを設定する必要ガス量設定手段１０１と、上記必要ガス量Ｖｏから上記ガス流量制御弁１２の弁開度Ｋを設定する弁開度設定手段１０２と、上記目標温度Ｔｏと出湯温度Ｔｂとの偏差ΔＴに基づいて上記必要ガス量設定手段１０１に与えるフィードバック量を設定する第一のフィードバック量設定手段１０３と、上記必要ガス量Ｖｏと上記ガス流量センサ１１で検出されるガス流量Ｖとの偏差とに基づいて上記弁開度設定手段１０２に与えるフィードバック量ΔＶを設定する第二のフィードバック量設定手段１０４とを主要部として備えている。
【００２９】
上記必要ガス量設定手段１０１は、熱量演算部１０５と必要ガス量演算部１０６とから構成される。熱量演算部１０５は、上記水量センサ９で検出される水量Ｑの冷水を上記目標温度Ｔｏで出湯するのに必要なバーナ２の熱量Ｅｏを演算するものであって、この熱量演算部１０５では、リモコンＲから与えられる上記目標温度Ｔｏと、水量センサ９から与えられる水量Ｑと、入水温度センサ７から与えられる入水温度Ｔａとに基づいて、以下の数式(1) により上記熱量Ｅｏが求められる。
【００３０】
Ｅｏ＝Ｑ×（Ｔｏ−Ｔａ）・・・・(1)
【００３１】
上記必要ガス量演算部１０６は、上記熱量演算部１０５で求められた必要熱量Ｅｏに基づいて、当該熱量Ｅｏを得るのに必要な必要ガス量Ｖｏを演算する。この必要ガス量Ｖｏは、使用する燃料ガスのガス種によって異なるので、コントローラ１３の記憶装置１０７には、ガス種毎に熱量からガス量を換算するための熱量／ガス量換算データが記憶される。そして、上記必要ガス量演算部１０６では、熱量演算部１０５から必要熱量Ｅｏが与えられると、予め操作部等により設定されたガス種に対応した熱量／ガス量換算データを用いて、上記必要熱量Ｅｏから必要ガス量Ｖｏへの換算を行う。
【００３２】
弁開度設定手段１０２は、上記必要ガス量演算部１０６から与えられる必要ガス量Ｖｏに基づいてガス流量制御弁１２の弁開度Ｋを設定するもので、この弁開度Ｋの設定には、たとえば図３に示すような必要ガス量Ｖｏと弁開度Ｋとの相関関係を示すガス量／弁開度換算データが用いられる。このガス量／弁開度換算データは上記記憶装置１０７に記憶される。なお、このガス量／弁開度換算データは、ガス流量制御弁１２の一次ガス圧が標準的かつ一定であると仮定して作成されたデータであり、図示のように必要ガス量Ｖｏの増加に比例して弁開度Ｋも増加する。
【００３３】
上記第一のフィードバック量設定手段１０３は、上記必要ガス量設定手段１０１に与えるフィードバック量を設定するものであって、図示のように、リモコンＲから与えられる目標温度Ｔｏと出湯温度センサ８から与えられる出湯温度Ｔｂとから両者の偏差ΔＴを求め、この偏差ΔＴに基づいて必要ガス量設定手段１０１に与えるフィードバック量を設定する。
【００３４】
つまり、この第一のフィードバック量設定手段１０３は、出湯温度Ｔｂが目標温度Ｔｏに一致するようにフィードバック量を設定するものであって、ここで設定されたフィードバック量は上記必要ガス量演算部１０６に与えられ、上記必要ガス量演算部１０６の演算結果が修正される。つまり、この第一のフィードバック量設定手段１０３により燃料ガス供給量の目標値（必要ガス量Ｖｏ）の値が修正される。
【００３５】
一方、上記第二のフィードバック量設定手段１０４は、上記弁開度設定手段１０２に与えるフィードバック量ΔＶを設定するものであって、図示のように、必要ガス量演算部１０６から与えられる必要ガス量Ｖｏとガス流量センサ１１から与えられるガス流量Ｖとから両者の偏差ΔＶを求め、この偏差ΔＶに基づいて弁開度設定手段１０２に与えるフィードバック量を設定する。
【００３６】
つまり、この第二のフィードバック量設定手段１０４は、ガス流量センサ１１で得られるガス流量Ｖが必要ガス量Ｖｏに一致するようにフィードバック量を設定するものであって、ここで設定されたフィードバック量は上記弁開度設定手段１０２に与えられて弁開度Ｋが修正される。
【００３７】
ここで、ガス流量センサ１１のセンサ出力Ｓと実際のガス流量Ｖとの関係の一例を図４に示す。図示のように、センサ出力Ｓとガス流量Ｖとは一次関数的に比例するものではない。そのため、第二のフィードバック量設定手段１０４は、上記実際のガス流量Ｖを獲得するにあたり、この図４の関係に基づいてセンサ出力Ｓから実際のガス流量Ｖの換算を行う。具体的には、上記記憶装置１０７に図４に示すようなセンサ出力Ｓとガス流量Ｖの相関関係を示す換算データ（センサ出力／ガス量換算データ）を記憶させておき、このセンサ出力／ガス量換算データを用いてセンサ出力Ｓから実際のガス量Ｖを演算する。
【００３８】
また、この第二のフィードバック量設定手段１０４には、上記目標温度Ｔｏと出湯温度Ｔｂも与えられ、これらの入力値を比較することによって上記弁開度設定手段１０２に対してフィードバック量を与えるか否かの判断が行われる（詳細は後述する）。
【００３９】
なお、図１において符号１４は上記バーナ２や熱交換器３を収容する缶体を示しており、また、符号１５は燃焼排気用の排気集合筒を示している。
【００４０】
しかして、このように構成された給湯器１の燃焼制御動作について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００４１】
すなわち、リモコンＲ等の操作部で目標温度Ｔｏが設定され、その状態でカラン等の先栓が開栓されて最低作動通水量を超える水量Ｑが給湯器１に流れると、コントローラ１３は、初めに、上記目標温度Ｔｏと、水量センサ９で得られた水量Ｑと、入水温度センサ７で得られた入水温度Ｔａとに基づいて、上記目標温度での出湯に必要なバーナの必要熱量Ｅｏを演算する（図５ステップＳ１参照）。
【００４２】
そして、必要熱量Ｅｏが求められると、上記コントローラ１３は、この必要熱量Ｅｏに基づいて必要ガス量Ｖｏを演算し（図５ステップＳ２参照）、弁開度設定手段１０２が当該必要ガス量Ｖｏを得るための弁開度Ｋを設定する（図５ステップＳ３参照）。これにより、ガス流量制御弁１２が開弁してバーナ２への燃料ガスの供給が開始される。
【００４３】
ところで、本実施形態のように燃料供給量の制御に流量制御弁を用いた場合、この弁の開弁によって一次ガス圧が減少するので、上述したように標準ガス圧に基づくガス量／弁開度換算データを用いて弁開度Ｋを設定していたのでは必要ガス量Ｖｏを得ることができない。そのため、本発明ではこの一次ガス圧の減少によるガス量低下分を補償するために、上記第二のフィードバック量設定手段１０４が以下のように動作する。
【００４４】
すなわち、最低作動通水量を超える水量Ｑが流れて出湯が開始されると、上記第二のフィードバック量設定手段１０４は、目標温度Ｔｏと出湯温度Ｔｂとを比較し、出湯温度Ｔｂが目標温度Ｔｏに達していなければ動作を開始して弁開度設定手段１０２にフィードバック量を与える。
【００４５】
具体的には、一次ガス圧が減少していると必要ガス量Ｖｏが得られないので出湯温度Ｔｂは目標温度Ｔｏには達しない。そのため、この場合、上述したように、第二のフィードバック量設定手段１０４が必要ガス量Ｖｏと実際のガス流量Ｖとの偏差ΔＶを求め、この偏差ΔＶに応じてフィードバック量を設定して弁開度設定手段１０２で設定される弁開度Ｋを修正する（図５の符号ＦＢ１で示すフィードバックループ参照）。
【００４６】
この第二のフィードバック量設定手段１０４によるフィードバック制御は上記必要ガス量Ｖｏが得られるまで（換言すれば、出湯温度Ｔｂと目標温度Ｔｏとが一致するまで）繰り返し行われる。その間、弁開度設定手段１０２は弁開度Ｋの設定を徐々に調整する。
【００４７】
そして、上記必要ガス量Ｖｏが得られると（換言すれば、出湯温度Ｔｂと目標温度Ｔｏとが一致すると）、第二のフィードバック量設定手段１０４はその動作を停止するとともに、弁開度設定手段１０２に、この時の弁開度Ｋ（必要ガス量Ｖｏを得ることができた弁開度）に基づいて図３のグラフデータ（ガス量／弁開度換算データ）を修正させる。つまり、実際に必要ガス量Ｖｏを得るのに必要な弁開度Ｋに基づいて新たに必要ガス量Ｖｏと弁開度Ｋとの相関関係を演算し、その結果に基づいて図３のグラフデータを修正する。なお、この修正は、たとえば、必要ガス量Ｖｏを得るのに必要な弁開度としてグラフデータが示す弁開度と、実際に必要ガス量Ｖｏを得るのに要した弁開度（第二のフィードバック量設定手段１０４によるフィードバック量が加味された後の弁開度）とを比較してグラフデータの修正量として補正係数ｋを求め、その後の弁開度の設定にあたっては、グラフデータから得た弁開度にこの補正係数ｋを乗算することにより得られた値を用いる。そして、かかるグラフデータの修正が完了すると、その後の燃焼制御は上記第一のフィードバック量設定手段１０３に委ねる。
【００４８】
つまり、上記第二のフィードバック量設定手段１０４の動作が停止した後は、第一のフィードバック量設定手段１０３によって、目標温度Ｔｏと出湯温度Ｔｂの偏差ΔＴに基づくフィードバック制御（図５の符号ＦＢ２で示すフィードバックループ参照）が行われる。
【００４９】
具体的には、目標温度Ｔｏと出湯温度Ｔｂの偏差ΔＴと水量Ｑとから必要ガス量Ｖｏの補正に必要な熱量が求められ（より詳細にはΔＴと水量Ｑとを乗算する）、その値がフィードバック量として上記必要ガス量演算部１０６に与えられ、それに基づいて必要ガス量Ｖｏが修正される。
【００５０】
この第一のフィードバック量設定手段１０３によるフィードバック制御も上記第二のフィードバック制御と同様に目標温度Ｔｏでの出湯が得られるまで繰り返し行われる。
【００５１】
このように、本発明では、出湯開始当初における一次ガス圧低下分の補償するために、ガス流量センサ１１のセンサ出力Ｓ（センサ出力Ｓから換算されるガス流量Ｖ）に基づいてガス流量制御弁１２の弁開度Ｋがフィードバック制御を受けるように構成されているので、従来のような出湯温度によるフィードバック制御に比べて応答性がよく、出湯特性の良い給湯器１を提供することができる。
【００５２】
なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００５３】
たとえば、上述した実施形態では、燃料制御弁として流量制御弁を用いる構成を示したが、ガス流量センサ１１の検出値に基づいて弁をフィードバック制御する構成であれば圧力制御弁にも適用することができる。
【００５４】
また、上述した実施態様では、ガス流量センサ１２のセンサ出力Ｓをガス流量Ｖに換算してフィードバック制御を行う場合を示したが、バーナ２の目標燃焼量がガス量（必要ガス量）以外のたとえば号数や熱量で設定される場合には、センサ出力Ｓの換算値として号数や熱量を用いることができる。つまり、センサ出力値Ｓに基づいてフィードバック制御を行う構成であれば他の換算値を用いてフィードバック制御を行うこともできる。
【００５５】
また、上述した実施形態では、本発明を給湯器に適用した場合を示したが、給湯器以外の他のガス燃焼装置にも本発明は適用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、バーナの燃焼制御にあたり、はじめにガス流量検出手段が必要ガス量を検出するまで第二のフィードバック量設定手段によるフィードバック量を弁開度設定手段に与えてガス流量制御弁の弁開度を修正し、ガス流量検出手段で必要ガス量が検出されると第二のフィードバック量設定手段によるフィードバック制御を停止させてこのときの弁開度に基づいて前記ガス量／弁開度換算データを修正し、その後は前記第一のフィードバック量設定手段によるフィードバック制御を行なう制御構成を備えているので、燃料制御弁として一次ガス圧の影響を受けやすい流量制御弁を用いた場合でも応答性がよく出湯特性のよいガス燃焼装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス燃焼装置を適用した給湯器の概略構成を示す説明図である。
【図２】同給湯器のコントローラの概略構成を示す機能ブロック図である。
【図３】同給湯器における必要ガス量と弁開度の相関関係を示す図である。
【図４】同給湯器におけるガス流量センサ出力とガス流量の相関関係を示す図である。
【図５】同給湯器における燃焼制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】従来のガス燃焼装置における燃焼制御手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１給湯器
２バーナ
３熱交換器
４送風ファン
５給水管
６出湯管
７入水温度センサ
８出湯温度センサ
９水量センサ
１０ガス管
１１ガス流量センサ
１２ガス流量制御弁（燃料制御弁）
１３コントローラ（制御手段）
１０１必要ガス量設定手段
１０２弁開度設定手段
１０３第一のフィードバック量設定手段（フィードバック制御手段）
１０４第二のフィードバック量設定手段
１０５熱量演算部
１０６必要ガス量演算部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas combustion apparatus, and more particularly to a combustion control technique in a gas combustion apparatus provided with a gas flow rate control valve.
[0002]
[Prior art]
Recently, in the field of gas combustion devices such as water heaters and bath tubs, a gas flow control valve has been proposed for adjusting the amount of fuel gas supplied to the burner (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
In this type of gas combustion apparatus, in general, combustion control is performed by using both feedforward control and feedback control with respect to burner combustion control. FIG. 4 shows an example of such combustion control.
[0004]
That is, when a target temperature for hot water is set by an operation unit such as a remote controller, and a water cap exceeding the minimum working water flow rate flows into the gas combustion device when a tip of a calant or the like is opened in that state, the controller of the gas combustion device Based on the target temperature, the amount of incoming water (water amount) obtained by the incoming water flow sensor, and the incoming water temperature obtained by the incoming water temperature sensor, the amount of heat (necessary heat amount) of the burner necessary for tapping at the target temperature is calculated. Calculation is performed (see step S1 in FIG. 6).
[0005]
When the required amount of heat is obtained, the controller calculates a required fuel gas amount (required gas amount) based on the required amount of heat (see step S2 in FIG. 6) and is necessary to obtain the required amount of gas. A proper valve opening is set (see step S3 in FIG. 6). The setting of the valve opening is performed based on the data indicating the correlation between the required gas amount and the valve opening in advance in the controller (up to here, the feedforward control part).
[0006]
When the valve opening degree is set in this way and the supply of fuel gas to the burner is started, the controller next determines the tapping temperature based on the target temperature and the tapping temperature obtained by the tapping temperature sensor. Perform feedback control to match the temperature. That is, the controller obtains a deviation between the target temperature and the tapping temperature, and repeatedly corrects the necessary gas amount until the deviation becomes zero (feedback control).
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 5-79240
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional gas combustion apparatus having such a configuration has the following problems, and improvements have been desired.
[0009]
That is, the gas flow rate control valve used in this type of gas combustion apparatus adjusts the gas supply amount to the burner by changing the cross-sectional area of the fuel gas supply path according to the valve opening degree. Since a mechanism for canceling the fluctuation of the pressure (the gas pressure upstream of the gas flow control valve) is not provided, the gas supply amount to the burner fluctuates due to the fluctuation of the primary gas pressure.
[0010]
In particular, when the gas flow control valve that is in the closed state is opened, the primary gas pressure is lowered. Therefore, in practice, the necessary amount of gas is not obtained in the above-described feedforward control, and the feedback control is used. The specific gravity of the correction of the gas supply amount was large. That is, in the conventional gas combustion apparatus, feedforward control does not function effectively, and thus it takes time to obtain the hot water at the target temperature, and there is a problem that the hot water discharge characteristic is poor.
[0011]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a gas combustion apparatus that controls the amount of fuel gas supplied by a flow rate control valve, and that has good hot-water discharge characteristics. The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a gas combustion apparatus according to the present invention is required based on a gas flow rate control valve for adjusting the amount of fuel gas supplied to the burner, a gas flow rate detecting means for detecting a gas flow rate, and a target temperature. The required gas amount setting means for setting the gas amount, and the valve of the gas flow control valve using the gas amount / valve opening conversion data indicating the correlation between the required gas amount and the valve opening of the gas flow control valve. Valve opening setting means for setting the opening, first feedback amount setting means for setting a feedback amount to be provided to the required gas amount setting means based on a deviation between a target temperature and a tapping temperature, and the required gas amount; A second feedback amount setting means for setting a feedback amount to be given to the valve opening setting means based on a deviation of the gas flow rate detected by the gas flow rate detection means, and for burner combustion control, First, the valve opening degree of the gas flow rate control valve is corrected by giving the valve opening degree setting means the feedback amount by the second feedback amount setting means until the gas flow rate detecting means detects the required gas amount, When the required gas amount is detected by the gas flow rate detection means, the feedback control by the second feedback amount setting means is stopped, and the gas amount / valve opening conversion data is corrected based on the valve opening at this time, After that, a control structure for performing feedback control by the first feedback amount setting means is provided .
[0014]
The necessary gas amount setting means is necessary for obtaining a calorific value calculating unit for calculating a calorific value necessary for the burner based on the target temperature, the incoming water temperature, and the incoming water flow rate, and obtaining the calorie obtained by the calorific value calculating unit. And a required gas amount calculation unit for calculating a required gas flow rate, and the calculation result of the required gas amount calculation unit is corrected by the feedback amount given by the first feedback means.
[0015]
The second feedback amount setting means includes data indicating a correlation between the gas flow rate detection means output and the gas flow rate, and obtains the gas flow rate from the output result of the gas flow rate detection means based on the data. The feedback amount is determined .
[0017]
Further, the second feedback amount setting means has a control structure for giving a feedback amount to the valve opening degree setting means when the tapping temperature does not reach the target temperature.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 shows a case where the gas combustion apparatus of the present invention is applied to a water heater. As shown in the figure, the water heater 1 is provided with a burner 2 using gas as fuel in its main body, and a heat exchanger 3 configured to be heated by the burner 2 is provided above the burner 2. . A blower fan 4 for supplying air to the burner 2 is provided below the burner 2.
[0020]
A water supply pipe 5 is connected to the water inlet side of the heat exchanger 3, and a hot water pipe 6 is connected to the hot water side. The water supply pipe 5 has a water inlet temperature Ta to the heat exchanger 3. An incoming water temperature sensor (incoming water temperature detecting means) 7 for detecting and an incoming water amount sensor (incoming water amount detecting means) 9 for detecting the incoming water amount Q are provided. The tapping pipe 6 is provided with a tapping temperature sensor (tapping temperature detecting means) 8 that detects a tapping temperature Tb of hot water heated by the heat exchanger 3.
[0021]
On the other hand, a gas pipe 10 for supplying fuel gas to the burner 2 is connected to the burner 2. The gas pipe 10 is connected to a gas supply source (for example, a gas pipe for supplying city gas for city gas, a gas cylinder for propane gas, etc.), and constitutes a fuel gas supply path to the burner 2. ing.
[0022]
The gas pipe 10 is provided with a gas flow rate sensor 11 for detecting the flow rate V of the fuel gas, and a gas flow rate control valve (fuel control valve) 12 for adjusting the flow rate V of the fuel gas supplied to the burner 2. Yes.
[0023]
In the present embodiment, a sensor that detects the mass flow rate of the fluid flowing in the gas pipe 10 is suitably used as the gas flow rate sensor 11. More specifically, the gas flow rate sensor 11 is equipped with temperature sensors on both sides of the upstream and downstream sides of the heater, and a thermal mass sensor that measures the mass flow rate of the fluid from the difference in output value between the temperature sensors. Is used.
[0024]
The gas flow rate control valve 12 is constituted by a proportional valve that controls the flow rate by operating a valve body such as a needle valve to change the opening area of the valve seat. That is, the amount of gas supplied to the burner can be adjusted by changing the cross-sectional area of the fuel gas supply path by adjusting the opening of the valve.
[0025]
The controller 13 is a control means for controlling the operation of each part of the water heater 1, and as described later, is composed mainly of a microcomputer provided with a predetermined storage device (storage means) 107.
[0026]
As shown in FIG. 1, the controller 13 outputs the water temperature sensor 7, the hot water temperature sensor 8, the water amount sensor 9, and the gas flow rate sensor 11 through signal lines indicated by broken lines in the figure. Connected. Similarly, the controller 13 is connected to the blower fan 4 and the gas flow rate control valve 12 through signal lines, and is configured to output control signals for operation control thereto. Further, a remote controller (hereinafter referred to as a remote controller) R of the water heater 1 is connected to the controller 13 by wire or wirelessly so that various signals can be exchanged with the remote controller R.
[0027]
FIG. 2 shows a functional block diagram of the controller 13, and particularly shows a functional part related to operation control of the gas flow rate control valve 12 by the controller 13.
[0028]
As shown in the figure, the controller 13 relates to the operation control of the gas flow rate control valve 12, and the required gas amount setting means 101 for setting the required gas amount Vo based on the target temperature To set in the operation unit such as the remote controller R. And the required gas amount setting based on the valve opening degree setting means 102 for setting the valve opening degree K of the gas flow rate control valve 12 from the required gas amount Vo and the deviation ΔT between the target temperature To and the tapping temperature Tb. First valve amount setting means 103 for setting a feedback amount to be given to the means 101, and the valve opening degree setting means based on a deviation between the required gas amount Vo and the gas flow rate V detected by the gas flow rate sensor 11. A second feedback amount setting means 104 for setting a feedback amount ΔV to be given to 102 is provided as a main part.
[0029]
The required gas amount setting means 101 includes a calorific value calculation unit 105 and a required gas amount calculation unit 106. The calorific value calculation unit 105 calculates the calorific value Eo of the burner 2 necessary for discharging the cold water of the water amount Q detected by the water amount sensor 9 at the target temperature To. Based on the target temperature To given from the remote controller R, the water quantity Q given from the water quantity sensor 9, and the incoming water temperature Ta given from the incoming water temperature sensor 7, the heat quantity Eo is obtained by the following formula (1).
[0030]
Eo = Q × (To-Ta) (1)
[0031]
The required gas amount calculation unit 106 calculates a necessary gas amount Vo necessary to obtain the heat amount Eo based on the required heat amount Eo obtained by the heat amount calculation unit 105. Since the required gas amount Vo differs depending on the gas type of the fuel gas to be used, the storage device 107 of the controller 13 stores heat amount / gas amount conversion data for converting the gas amount from the heat amount for each gas type. . Then, when the required heat amount Eo is given from the heat amount calculation unit 105, the required gas amount calculation unit 106 uses the heat amount / gas amount conversion data corresponding to the gas type set in advance by the operation unit or the like, and then the required heat amount. Conversion from Eo to required gas volume Vo is performed.
[0032]
The valve opening setting means 102 sets the valve opening K of the gas flow rate control valve 12 based on the required gas amount Vo given from the required gas amount calculation unit 106. For example, gas amount / valve opening conversion data indicating the correlation between the required gas amount Vo and the valve opening K as shown in FIG. 3 is used. This gas amount / valve opening conversion data is stored in the storage device 107. The gas amount / valve opening conversion data is data that is created on the assumption that the primary gas pressure of the gas flow control valve 12 is standard and constant, and increases in the required gas amount Vo as shown in the figure. In proportion to the valve opening K.
[0033]
The first feedback amount setting means 103 sets the feedback amount to be given to the required gas amount setting means 101. As shown in the figure, the first feedback amount setting means 103 gives from the target temperature To given from the remote controller R and the hot water temperature sensor 8. A deviation ΔT between the two is calculated from the tapping temperature Tb to be obtained, and a feedback amount to be provided to the necessary gas amount setting means 101 is set based on the deviation ΔT.
[0034]
That is, the first feedback amount setting means 103 sets the feedback amount so that the tapping temperature Tb matches the target temperature To, and the feedback amount set here is the required gas amount calculation unit 106. And the calculation result of the required gas amount calculation unit 106 is corrected. That is, the first feedback amount setting means 103 corrects the fuel gas supply amount target value (necessary gas amount Vo).
[0035]
On the other hand, the second feedback amount setting means 104 sets the feedback amount ΔV to be given to the valve opening degree setting means 102, and as shown in the figure, the necessary gas amount given from the necessary gas amount calculation unit 106. A deviation ΔV between the two is obtained from Vo and the gas flow rate V given from the gas flow rate sensor 11, and a feedback amount given to the valve opening setting means 102 is set based on this deviation ΔV.
[0036]
That is, the second feedback amount setting means 104 sets the feedback amount so that the gas flow rate V obtained by the gas flow rate sensor 11 matches the required gas amount Vo, and the feedback amount set here is set. Is given to the valve opening setting means 102 to correct the valve opening K.
[0037]
Here, an example of the relationship between the sensor output S of the gas flow sensor 11 and the actual gas flow V is shown in FIG. As shown in the figure, the sensor output S and the gas flow rate V are not proportional to a linear function. Therefore, the second feedback amount setting means 104 converts the actual gas flow rate V from the sensor output S based on the relationship shown in FIG. 4 when acquiring the actual gas flow rate V. Specifically, the storage device 107 stores conversion data (sensor output / gas amount conversion data) indicating the correlation between the sensor output S and the gas flow rate V as shown in FIG. The actual gas amount V is calculated from the sensor output S using the amount conversion data.
[0038]
The second feedback amount setting means 104 is also supplied with the target temperature To and the tapping temperature Tb, and whether the feedback amount is given to the valve opening degree setting means 102 by comparing these input values. A determination of whether or not is made (details will be described later).
[0039]
In FIG. 1, reference numeral 14 denotes a can that accommodates the burner 2 and the heat exchanger 3, and reference numeral 15 denotes an exhaust collecting cylinder for combustion exhaust.
[0040]
Thus, the combustion control operation of the water heater 1 configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0041]
That is, when the target temperature To is set by the operation unit such as the remote controller R, and the tip end such as the curan is opened in this state, and the water amount Q exceeding the minimum operating water flow amount flows into the water heater 1, the controller 13 Further, based on the target temperature To, the water amount Q obtained by the water amount sensor 9, and the incoming water temperature Ta obtained by the incoming water temperature sensor 7, the necessary heat amount Eo of the burner necessary for the tapping at the target temperature is calculated. Calculation is performed (see step S1 in FIG. 5).
[0042]
When the required heat quantity Eo is obtained, the controller 13 calculates the required gas quantity Vo based on the required heat quantity Eo (see step S2 in FIG. 5), and the valve opening setting means 102 calculates the required gas quantity Vo. The valve opening K for obtaining is set (see step S3 in FIG. 5). As a result, the gas flow rate control valve 12 is opened and the supply of fuel gas to the burner 2 is started.
[0043]
By the way, when the flow rate control valve is used to control the fuel supply amount as in this embodiment, the primary gas pressure is reduced by opening the valve. Therefore, as described above, the gas amount / valve opening based on the standard gas pressure is used. If the valve opening degree K is set using the degree conversion data, the required gas amount Vo cannot be obtained. For this reason, in the present invention, the second feedback amount setting means 104 operates as follows in order to compensate for the gas amount decrease due to the decrease in the primary gas pressure.
[0044]
That is, when the amount of water Q exceeding the minimum operating water flow rate flows and the hot water starts, the second feedback amount setting means 104 compares the target temperature To with the hot water temperature Tb, and the hot water temperature Tb is the target temperature To. If not, the operation is started and a feedback amount is given to the valve opening setting means 102.
[0045]
Specifically, if the primary gas pressure is reduced, the required gas amount Vo cannot be obtained, so the tapping temperature Tb does not reach the target temperature To. Therefore, in this case, as described above, the second feedback amount setting means 104 obtains a deviation ΔV between the required gas amount Vo and the actual gas flow rate V, sets the feedback amount according to this deviation ΔV, and opens the valve. The valve opening degree K set by the degree setting means 102 is corrected (refer to the feedback loop indicated by the symbol FB1 in FIG. 5).
[0046]
The feedback control by the second feedback amount setting means 104 is repeated until the required gas amount Vo is obtained (in other words, until the tapping temperature Tb and the target temperature To match). Meanwhile, the valve opening setting means 102 gradually adjusts the setting of the valve opening K.
[0047]
When the necessary gas amount Vo is obtained (in other words, when the tapping temperature Tb and the target temperature To coincide), the second feedback amount setting means 104 stops its operation and the valve opening degree setting means. 102 is made to correct the graph data (gas amount / valve opening conversion data) of FIG. 3 based on the valve opening K at this time (the valve opening at which the required gas amount Vo was obtained). That is, the correlation between the required gas amount Vo and the valve opening K is newly calculated based on the valve opening K necessary to actually obtain the required gas amount Vo, and the graph data of FIG. 3 is calculated based on the result. To correct. This correction is made, for example, by the valve opening indicated by the graph data as the valve opening necessary for obtaining the necessary gas amount Vo, and the valve opening (second second) actually required for obtaining the necessary gas amount Vo. The correction coefficient k is obtained as a correction amount of the graph data by comparing with the valve opening after the feedback amount by the feedback amount setting means 104 is added, and the subsequent setting of the valve opening is obtained from the graph data. A value obtained by multiplying the valve opening by the correction coefficient k is used. When the correction of the graph data is completed, the subsequent combustion control is left to the first feedback amount setting means 103.
[0048]
That is, after the operation of the second feedback amount setting unit 104 is stopped, the first feedback amount setting unit 103 performs feedback control based on the deviation ΔT between the target temperature To and the tapping temperature Tb (in reference to FB2 in FIG. 5). Feedback loop shown).
[0049]
Specifically, the amount of heat necessary for correcting the required gas amount Vo is obtained from the deviation ΔT between the target temperature To and the tapping temperature Tb and the water amount Q (more specifically, ΔT and the water amount Q are multiplied), and the value is obtained. Is provided as a feedback amount to the required gas amount calculation unit 106, and the required gas amount Vo is corrected based on the feedback amount.
[0050]
The feedback control by the first feedback amount setting means 103 is also repeatedly performed until the hot water at the target temperature To is obtained as in the second feedback control.
[0051]
Thus, in the present invention, the gas flow rate control valve is based on the sensor output S (gas flow rate V converted from the sensor output S) of the gas flow rate sensor 11 in order to compensate for the primary gas pressure drop at the beginning of the hot water supply. Since the 12 valve openings K are configured to be subjected to feedback control, it is possible to provide a water heater 1 that has better responsiveness and better hot-water discharge characteristics than conventional feedback control based on the hot water temperature.
[0052]
Note that the above-described embodiments merely show preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these, and various design changes can be made within the scope thereof.
[0053]
For example, in the above-described embodiment, the configuration using the flow rate control valve as the fuel control valve is shown. Can do.
[0054]
Moreover, although the case where the sensor output S of the gas flow rate sensor 12 is converted into the gas flow rate V and feedback control is performed is shown in the above-described embodiment, the target combustion amount of the burner 2 is other than the gas amount (necessary gas amount). For example, when the number is set by the number or the heat quantity, the number or the heat quantity can be used as the converted value of the sensor output S. In other words, if the feedback control is performed based on the sensor output value S, the feedback control can be performed using another converted value.
[0055]
Moreover, although the case where this invention was applied to the water heater was shown in embodiment mentioned above, this invention is applicable also to gas combustion apparatuses other than a water heater.
[0056]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in the combustion control of the burner, the feedback amount by the second feedback amount setting means is first given to the valve opening setting means until the gas flow rate detecting means detects the necessary gas amount. Correct the valve opening of the gas flow rate control valve, and when the required gas amount is detected by the gas flow rate detection means, the feedback control by the second feedback amount setting means is stopped, and based on the valve opening at this time Since it has a control structure for correcting the gas amount / valve opening conversion data and thereafter performing feedback control by the first feedback amount setting means, the flow control valve is easily influenced by the primary gas pressure as a fuel control valve Even in the case of using the gas combustion apparatus, it is possible to provide a gas combustion apparatus with good responsiveness and good hot-water discharge characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a water heater to which a gas combustion apparatus according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a functional block diagram showing a schematic configuration of a controller of the water heater.
FIG. 3 is a diagram showing a correlation between a required gas amount and a valve opening degree in the water heater.
FIG. 4 is a diagram showing a correlation between a gas flow rate sensor output and a gas flow rate in the water heater.
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a combustion control procedure in the water heater.
FIG. 6 is a flowchart showing an example of a combustion control procedure in a conventional gas combustion apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hot water heater 2 Burner 3 Heat exchanger 4 Blower fan 5 Water supply pipe 6 Hot water outlet pipe 7 Water inlet temperature sensor 8 Hot water temperature sensor 9 Water quantity sensor 10 Gas pipe 11 Gas flow sensor 12 Gas flow control valve (fuel control valve)
13 Controller (control means)
101 Required gas amount setting means 102 Valve opening degree setting means 103 First feedback amount setting means (feedback control means)
104 Second feedback amount setting means 105 Calorific value calculation unit 106 Required gas amount calculation unit

Claims

A gas flow rate control valve for adjusting the amount of fuel gas supplied to the burner, a gas flow rate detection means for detecting the gas flow rate, a required gas amount setting means for setting a required gas amount based on a target temperature, and the required gas amount Opening degree setting means for setting the valve opening degree of the gas flow rate control valve using the gas amount / valve opening degree conversion data indicating the correlation between the gas flow rate control valve and the valve opening degree of the gas flow rate control valve; A first feedback amount setting means for setting a feedback amount to be provided to the necessary gas amount setting means based on a deviation from the temperature; and a deviation between the necessary gas amount and the gas flow rate detected by the gas flow rate detecting means. A second feedback amount setting means for setting a feedback amount to be given to the valve opening setting means ,
In the combustion control of the burner, the valve opening degree of the gas flow rate control valve is first given to the valve opening degree setting means by the feedback amount by the second feedback amount setting means until the gas flow rate detecting means detects the required gas amount. When the required gas amount is detected by the gas flow rate detecting means, the feedback control by the second feedback amount setting means is stopped, and the gas amount / valve opening conversion data is based on the valve opening at this time. A gas combustion apparatus comprising: a control structure for correcting feedback and thereafter performing feedback control by the first feedback amount setting means .

The required gas amount setting means includes a calorific value calculation unit that calculates the amount of heat necessary for the burner based on the target temperature, the incoming water temperature, and the incoming water flow rate, and a gas required to obtain the calorie value obtained by the calorific value calculation unit. consists required gas amount calculating section for calculating a flow rate, gas according to claim 1, characterized in that the calculation result of the required gas quantity calculating section is corrected by the amount of feedback provided by said first feedback means Combustion device.

The second feedback amount setting unit includes data indicating a correlation between the gas flow rate detection unit output and the gas flow rate, and acquires the gas flow rate from the output result of the gas flow rate detection unit based on the data, and the feedback The gas combustion apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the quantity is determined.

Said second feedback amount setting means, to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a control arrangement which gives the amount of feedback to the valve opening degree setting means when the hot water temperature has not reached the target temperature The gas combustion apparatus as described.