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JP3122525B2 - 燃焼装置およびその燃焼制御方法 - Google Patents

燃焼装置およびその燃焼制御方法

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Publication number
JP3122525B2
JP3122525B2 JP04141007A JP14100792A JP3122525B2 JP 3122525 B2 JP3122525 B2 JP 3122525B2 JP 04141007 A JP04141007 A JP 04141007A JP 14100792 A JP14100792 A JP 14100792A JP 3122525 B2 JP3122525 B2 JP 3122525B2
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JP
Japan
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combustion
thermal efficiency
pid
coefficient
control
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JP04141007A
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JPH05312403A (ja
Inventor
義彦 伊藤
英雄 梅田
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株式会社ガスター
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Publication date
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  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、給湯器等の燃焼装置
よびその燃焼制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3には燃焼装置として一般的に知られ
ている給湯器のシステムが示されている。同図におい
て、器具25の燃焼室1の下部側にはバーナ2が設置さ
れ、その下方側には給排気用のファン3が配設されてい
る。このファン3にはファン回転センサ9が設けられて
いる。前記バーナ2にはガス供給通路4が接続されてお
り、このガス供給通路4には電磁弁5と、比例弁6と、
副電磁弁7とが設けられ、比例弁6の開弁量の制御によ
ってバーナ2に供給されるガス供給量が制御されてい
る。
【0003】燃焼室1の上方部には熱交換器10が配設さ
れている。この熱交換器10には多数のフィン8が設けら
れており、熱交換器10の入側には給水管11が接続されて
おり、この給水管11には給水温度を検出する給水温度セ
ンサ12と、給水量(給湯量)を検出するフローセンサ
(流量センサ)13が設けられている。また、熱交換器10
の出側には給湯管14が接続されており、この給湯管14の
基端側(熱交換器10の出側近傍)には給湯温度を検出す
る給湯温度センサ15が設けられている。
【0004】前記ファン回転センサ9の検出信号と温度
センサ12,15の検出信号とフローセンサ13の検出信号は
制御装置16に加えられており、制御装置16には給湯温度
を設定するリモコン17が接続されている。この種の給湯
器を運転することにより、給水管11を通して供給されて
来る水はバーナ2の燃焼火力でもって熱交換器10を通る
ときに加熱されて湯になり、この湯は給湯管14を介して
台所等の所望の場所に導かれる。
【0005】ところで、この種の給湯器の燃焼制御はP
ID(Proportional Integral andDifferential)制御
あるいはフィードフォワード制御とPID制御の併用に
よって行われている。フィードフォワード制御は、給湯
器の点火時から短時間の間に行われるもので、ガス供給
量を時間に対して一定のグラフパターンに従って制御す
るものである。PID制御は係数KG と関数Fを掛け合
わせた周知のPID演算式を用いて、給湯温度センサ15
で検出される給湯温度がリモコン17で設定される給湯の
設定温度に近付くように比例弁6の開弁量、つまり、ガ
ス供給量を制御するものである。このPID制御をフィ
ードフォワード制御と併用するときには、PID制御は
点火後の短時間のフィードフォワード制御の後、切り換
えて行われることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記P
ID制御は、設計段階でPIDの演算式が固定的に定め
られてしまうので、次のような各種の問題があった。ま
ず、給湯器は設計段階で給湯能力が号数によって設定さ
れ、その給湯能力に合うように比例弁6の最大開弁量と
最小開弁量とが設定され、この号数の給湯能力のPID
演算式により燃焼制御が行われるが、出荷段階で行う能
力設定(最大と最小の開弁量調整)にばらつきが生じる
と、その給湯器の能力に合わないPID演算式でPID
制御が行われることとなり、出湯性能が悪くなるという
問題が生じる。
【0007】また、給湯器は、長期に亙り使用すると、
熱交換器10のフィン8に排気ガス中の生成物等が付着堆
積し、熱交換器10の熱効率が徐々に低下し、これに伴
い、給湯能力も低下するという問題が生じる。このよう
に、給湯能力が低下すると、この能力にPID演算式が
合わなくなり、同様に出湯性能が悪くなるという問題が
生じる。また、一般に、PID制御方式では、目標値
(設定温度)に至らせるために演算したガス量が少なめ
に設定されるので、能力(熱効率)が低下すると、繰り
返しPID演算を行って燃焼制御を行っても、給湯温度
が設定温度に達して出湯湯温が安定するまでに長時間を
要すという問題が生じる。
【0008】本発明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、能力設定の調整にば
らつきがあったり、長期の使用によって熱効率が低下し
ても、出湯性能を良好に保ち、しかも応答性の良い燃焼
装置およびその燃焼制御方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、第
1の発明は、関数Fに係数Kを掛けてなるPIDの演
算式を用いて燃焼制御を行う燃焼装置の燃焼制御方法に
おいて、燃焼運転時に燃焼装置の熱効率を求め、前回の
燃焼運転時の熱効率に対して今回の燃焼運転時の熱効率
の変化状態を検知し、熱効率の変化の大きさに応じて前
記係数Kを補正し、この補正されたKを用いたPI
D演算により燃焼制御を行うことを特徴として構成され
ている。また、第2の発明は、関数Fに係数Kを掛け
てなるPIDの演算式を用いて燃焼制御を行う燃焼装置
の燃焼制御方法において、燃焼領域を分割し、全領域で
の燃焼時と分割区分領域での燃焼時とでそれぞれの係数
を与え、燃焼運転時に燃焼装置の熱効率を燃焼して
いる燃焼領域毎に求め、前回の燃焼運転時の燃焼領域に
対応する熱効率に対して今回の燃焼運転時の同じ燃焼領
域に対応した熱効率の変化状態を検知し、熱効率の変化
の大きさに応じて係数Kを燃焼領域毎に補正し、この
補正された燃焼領域毎のKを用いたPID演算により
各燃焼領域の燃焼制御を行うことを特徴として構成され
ている。さらに、第3の発明は、関数Fに係数K を掛
けてなるPIDの演算式を用いて燃焼制御を行う燃焼装
置において、燃焼運転時に燃焼装置の熱効率を求める熱
効率演算部と、前回の燃焼運転時の熱効率に対する今回
の燃焼運転時の熱効率の変化の大きさを検知し該検知し
た熱効率の変化の大きさに応じて前記係数K を補正す
るPID係数補正部と、この補正されたK を用いたP
ID演算により燃焼制御を行うPID制御部とを設けた
ことを特徴として構成されている。
【0010】
【作用】上記構成の本発明において、燃焼装置は燃焼運
転が行われる毎に熱効率を求め、前回の燃焼運転時の熱
効率に対して今回の燃焼運転時の熱効率の変化状態を検
知する。例えば、前回の燃焼運転時の熱効率と今回の燃
焼運転時の熱効率の比を求め、その比をPID演算式の
係数KG に乗じ、PID演算式の係数KG を補正する。
この補正により、PID演算式は現時点の燃焼装置の能
力に適合したものとなり、この適合したPID演算式を
用いて燃焼運転を行う。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1には本発明の方法を適用する一実施例のブロ
ック構成が示されている。この実施例は、燃焼装置とし
て、給湯器を対象にしており、この給湯器のシステムは
前記図3に示したものと同様である。
【0012】図1において、燃焼制御部18は制御装置16
内に設けられており、この燃焼制御部18は、熱効率演算
部20と、PID係数補正部21と、メモリ22と、PID制
御部23とを有して構成されている。熱効率演算部20は燃
焼が安定している定常燃焼運転時における熱効率を演算
する。この熱効率は、入力熱量に対する有効熱量の割合
で示され、入力熱量は比例弁6の開弁量によって定まる
所定の供給ガス量を燃焼させたときの熱量で、この入力
熱量の演算は公知の演算式を用いて容易に求められる。
また、有効熱量は、給水温度センサ12から加えられる給
水検出温度と、給湯温度センサ15から加えられる給湯検
出温度と、フローセンサ13から加えられる検出水量とに
より、公知の演算式を用いて容易に求められる。そし
て、入力熱量に対する有効熱量の割合が熱効率として求
められ、この演算結果はメモリ22に記憶される。この熱
効率の演算は給湯器の燃焼運転が行われる毎に定常運転
状態の時に行われる。
【0013】PID係数補正部21は、メモリ22に記憶さ
れている前回の燃焼運転時における熱効率η1 と、今回
の燃焼運転時に求められた熱効率η2 とを読み出し、補
正係数AをA=η1 /η2 として求め、PID演算式の
係数KG をAKG に補正し、その補正結果をPID制御
部23に加える。PID制御部23は前記PID係数補正部
21により補正された係数を用い、PID演算式をKG
からAKG Fに変更して燃焼制御(比例弁6の開弁量制
御)を行う。
【0014】このように、この実施例では燃焼運転を行
う毎に、熱効率が演算され、その熱効率から給湯器の現
時点での能力を自分自身で判断し、その能力に合うよう
にPID演算式の係数KG を補正し、現時点の能力に合
った演算式を用いてPID制御が行われるので、給湯器
の出荷時に能力設定にばらつきが生じたり、経年変化に
より熱効率が低下しても、これらの影響を受けず、能力
に即して燃焼制御が行われるので、出湯性能が格段に改
善されることとなる。
【0015】また、出湯湯温を目標値(設定温度)に達
する時間も短くなり、制御の応答速度も非常に速くな
り、水量変化が生じても速やかに応答させて出湯湯温を
安定化させることができるので、いわゆるハンチング現
象を抑制することができ、非常に好ましいものとなる。
【0016】ところで、一般に、図2に示すように、熱
交換器10の熱効率は比例弁6の開弁量によって異なる。
このことから、前記PID係数の補正は比例弁6の絞り
を考慮して行うことが望ましい。このためには、給湯器
の出荷段階で、最小開弁量の熱効率と最大開弁量の熱効
率との関係に基づき、比例弁6の開弁量に対する熱効率
のグラフデータをメモリ22に記憶させておき、給湯器を
設置施工した後に、燃焼運転を行う毎に、その燃焼運転
時の比例弁6の開弁量における熱効率を演算して係数K
G を補正し、次の燃焼運転時に、異なる比例弁6の開弁
量で運転されたときにはその開弁量におけるKG を補正
するという如く、燃焼運転した時の開弁量のKG を補正
することにより、最小開弁量と最大開弁量との間の如何
なる開弁量に対しても最新の能力に合ったPID演算式
が作成され、この各開弁量における能力に合った演算式
によりPID制御を行うことが可能となる。
【0017】また、例えば、バーナ2の燃焼領域が例え
ばS1 領域とS2 領域とに2分割され、給湯量が大きい
ときにはS1 とS2 の全領域で燃焼を行い、給湯量が小
さいときには一方の領域、例えばS1 領域で燃焼を行う
方式のバーナにあっては、S1 とS2 の全領域で燃焼さ
せるときのPID演算式の係数KG1と、S1 領域で燃焼
させるときのPID演算式のKG2とを独立に設定し、全
領域のバーナ燃焼時には全領域燃焼の能力に適した係数
AKG1に、S1 領域の燃焼時にはその燃焼の能力に合っ
た係数AKG2に補正して、いずれの領域の燃焼時にも、
能力に合ったPID演算式により燃焼運転を行わせるこ
とができる。
【0018】なお、本発明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
実施例ではガス燃焼式の給湯器を例にして説明したが、
本発明は石油燃焼式の給湯器はもちろんのこと、ガスや
石油を燃料とする風呂釜や暖房機等の他の燃焼装置にも
適用されるものである。
【0019】
【発明の効果】本発明は、燃焼運転を行う毎に熱効率を
求めることにより、現時点の自分自身の能力を把握し、
その能力に合うようにPID演算式の係数KG を補正す
るものであるから、燃焼装置の出荷時に能力調整にばら
つきが生じたり、経年変化により熱効率が低下しても、
その時点の能力に合ったPID演算式により燃焼制御を
行うことができるので、給湯器等の出湯性能を良好に維
持することが可能となる。
【0020】また、自分自身の能力に合った演算式でP
ID制御が行われるので、応答速度が速くなり、燃焼装
置の制御対象を短時間のうちに目標値に到達させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を行う制御部の一実施例を示すブ
ロック構成図である。
【図2】給湯器における比例弁の開弁量と熱効率との関
係を示すグラフデータの説明図である。
【図3】給湯器の一般的なシステム図である。
【符号の説明】
6 比例弁 10 熱交換器 12 給水温度センサ 13 フローセンサ 15 給湯温度センサ 18 燃焼制御部 20 熱効率演算部 21 PID係数補正部 22 メモリ 23 PID制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24H 1/10 302 F24H 1/10 301 F23N 5/02 350

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 関数Fに係数Kを掛けてなるPIDの
    演算式を用いて燃焼制御を行う燃焼装置の燃焼制御方法
    において、燃焼運転時に燃焼装置の熱効率を求め、前回
    の燃焼運転時の熱効率に対して今回の燃焼運転時の熱効
    率の変化状態を検知し、熱効率の変化の大きさに応じて
    前記係数Kを補正し、この補正されたKを用いたP
    ID演算により燃焼制御を行うことを特徴とする燃焼装
    置の燃焼制御方法。
  2. 【請求項2】 関数Fに係数Kを掛けてなるPIDの
    演算式を用いて燃焼制御を行う燃焼装置の燃焼制御方法
    において、燃焼領域を分割し、全領域での燃焼時と分割
    区分領域での燃焼時とでそれぞれの係数Kを与え、燃
    焼運転時に燃焼装置の熱効率を燃焼している燃焼領域毎
    に求め、前回の燃焼運転時の燃焼領域に対応する熱効率
    に対して今回の燃焼運転時の同じ燃焼領域に対応した熱
    効率の変化状態を検知し、熱効率の変化の大きさに応じ
    て係数Kを燃焼領域毎に補正し、この補正された燃焼
    領域毎のKを用いたPID演算により各燃焼領域の燃
    焼制御を行うことを特徴とする燃焼装置の燃焼制御方
    法。
  3. 【請求項3】 関数Fに係数K を掛けてなるPIDの
    演算式を用いて燃焼制御を行う燃焼装置において、燃焼
    運転時に燃焼装置の熱効率を求める熱効率演算部と、前
    回の燃焼運転時の熱効率に対する今回の燃焼運転時の熱
    効率の変化の大きさを検知し該検知した熱効率の変化の
    大きさに応じて前記係数K を補正するPID係数補正
    部と、この補正されたK を用いたPID演算により燃
    焼制御を行うPID制御部とを設けたことを特徴とする
    燃焼装置。
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