JP3879729B2 - Gas combustion equipment - Google Patents
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Description
この発明はガス燃焼装置に関し、より詳細には、燃料ガスの流量測定手段として熱式の質量流量センサを備えたガス燃焼装置におけるガス種の自動判別技術に関する。 The present invention relates to a gas combustion apparatus, and more particularly, to an automatic gas type discrimination technique in a gas combustion apparatus provided with a thermal mass flow sensor as a fuel gas flow rate measuring means.
ガスを燃料とするガス燃焼装置(たとえば、給湯器や風呂釜など)では、その燃焼制御に、ガス供給路の通路面積を可変することによって燃料ガス供給量を調節する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)。 Gas combustion devices that use gas as fuel (for example, water heaters and bath tubs) use a flow rate control valve that adjusts the fuel gas supply amount by varying the passage area of the gas supply path for combustion control. Has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
ところで、このような構成のガス燃焼装置では、上記ガス供給路にガスの流量を測定するために質量流量センサが設けられているが、かかる質量流量センサはガス種によって流量出力値が相違するセンサ特性をもつため、ガス燃焼装置の運転を開始する前にガス種を特定しておく必要がある。 By the way, in the gas combustion apparatus having such a configuration, a mass flow sensor is provided to measure the gas flow rate in the gas supply path, but the mass flow sensor is a sensor whose flow rate output value differs depending on the gas type. Since it has characteristics, it is necessary to specify the gas type before starting the operation of the gas combustion apparatus.
そのため、従来のガス燃焼装置においては、かかるガス種の判別方法として、たとえば、流量制御弁を一定開度に保ってバーナを燃焼させ、その時の燃焼量(つまり、出湯温度と入水温度と入水量とに基づいて求められる温水生成に要した熱量)を求め、この熱量と既知のデータ(各ガス種の単位体積あたりの発熱量や配管の通路面積等)とに基づいてガス種の判別を行っている。 Therefore, in the conventional gas combustion apparatus, as a method for discriminating such gas type, for example, the burner is burned while maintaining the flow control valve at a constant opening, and the combustion amount at that time (that is, the tapping temperature, the incoming water temperature, and the incoming water amount) The amount of heat required to generate hot water based on the above) is determined, and the gas type is determined based on this amount of heat and known data (such as the amount of heat generated per unit volume of each gas type and the passage area of the pipe). ing.
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。 However, the conventional gas combustion apparatus having such a configuration has the following problems, and improvements have been desired.
すなわち、上述したようなガス種の判別方法では、入水温度と出湯温度の温度差を得るためバーナを燃焼させる必要があり、バーナにある程度の量のガスを供給しなければならない。しかし、この種の燃焼装置では、通常、上記質量流量センサのセンサ出力値を燃焼制御に利用しているため、上記の方法ではガス種未判定の状態(つまり、センサ出力特性が未定の状態)で燃焼動作をさせることとなり好ましくない。 That is, in the gas type discrimination method as described above, it is necessary to burn the burner to obtain the temperature difference between the incoming water temperature and the outgoing hot water temperature, and a certain amount of gas must be supplied to the burner. However, in this type of combustion apparatus, since the sensor output value of the mass flow sensor is normally used for combustion control, the gas type is not determined in the above method (that is, the sensor output characteristic is undetermined). This is not preferable because it causes a combustion operation.
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、ガス種判別を確実かつ迅速に行え、その判別結果に応じて最適な燃焼制御を行い得る機能を備えたガス燃焼装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to perform a function that can perform gas type discrimination surely and quickly and perform optimum combustion control according to the discrimination result. An object is to provide a gas combustion apparatus provided.
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路に、ヒータとその両側に温度センサが配された検出部と、周囲温度を検出する周囲温度センサとを有し、ヒータ電圧によって前記ヒータの温度上昇値が一定となるように制御される熱式質量流量センサを備えたガス燃焼装置において、前記ヒータ電圧を検出する電圧検出手段と、燃料ガスのガス種とヒータ電圧の関係を示すデータを記憶した記憶手段と、前記電圧検出手段で検出される電圧検出値と前記記憶手段に記憶されたデータとを比較して燃料ガスのガス種を判別するガス種判別手段とを備えるとともに、前記バーナに着火させるための着火手段と、前記バーナへの着火を検出する着火検出手段と、前記バーナへの燃料ガスの供給を遮断可能に構成された燃料遮断手段とを備えてなり、前記着火手段による着火動作時に、前記着火検出手段が着火を検出すると前記燃料遮断手段により燃料ガスの供給を遮断して前記ガス種判別手段による燃料ガスのガス種判別を実行することを特徴とすることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a gas combustion apparatus according to the present invention includes a heater in a fuel gas supply path to a burner, a detection unit having temperature sensors disposed on both sides thereof, an ambient temperature sensor for detecting ambient temperature, In the gas combustion apparatus having a thermal mass flow sensor that is controlled so that the heater temperature rise value becomes constant by the heater voltage, voltage detecting means for detecting the heater voltage, and fuel gas gas Gas for determining the fuel gas type by comparing the storage means storing the data indicating the relationship between the species and the heater voltage, and comparing the voltage detection value detected by the voltage detection means with the data stored in the storage means Rutotomoni a species discriminating means, interruptible formed with the ignition means for igniting the burner, the ignition detecting means for detecting the ignition of the burner, the supply of fuel gas to the burner And when the ignition detecting means detects ignition during the ignition operation by the ignition means, the fuel cutoff means cuts off the supply of the fuel gas and the fuel type discrimination means It is characterized by performing gas type discrimination .
また、好ましくは、上記構成に加えて、前記ガス種判別手段によるガス種の判別が、バーナの燃焼停止後に実行されることを特徴とする。 Preferably, in addition to the above configuration, the gas type discrimination by the gas type discrimination means is performed after the combustion of the burner is stopped.
さらに、前記ガス種判別手段の判別結果に基づいて、ガス種に合った燃焼制御を行う燃焼制御手段を備えたことを特徴とする。 Furthermore, it is characterized by comprising combustion control means for performing combustion control suitable for the gas type based on the discrimination result of the gas type discrimination means.
そして、この前記燃焼制御手段の一実施態様として、当該燃焼制御手段は、前記熱式質量流量センサのセンサ出力と発熱量の相関関係を示す制御テーブルをガス種毎に備えてなり、前記ガス種判別手段の判定結果に基づいてガス種に合った前記制御テーブルを選択して燃焼制御を行うことを特徴とする。 And as an embodiment of the combustion control means, the combustion control means comprises a control table showing the correlation between the sensor output of the thermal mass flow sensor and the calorific value for each gas type, and the gas type Combustion control is performed by selecting the control table suitable for the gas type based on the determination result of the determination means.
また、他の実施態様として、前記燃焼制御手段は、前記熱式質量流量センサのヒータ電圧と熱伝導率との相関関係を示す第1の関係式と、前記熱伝導率と発熱量比との相関関係を示す第2の関係式とをガス種毎に備え、前記ガス種判別手段の判定結果に基づいて前記第1および第2の関係式を選択してこれらの関係式から発熱量比を演算し、この発熱量比と前記熱式質量流量センサのセンサ出力とから前記バーナに実際に供給されている燃料ガスの発熱量を演算する制御構成を備えたことを特徴とする。 As another embodiment, the combustion control means includes a first relational expression indicating a correlation between a heater voltage and thermal conductivity of the thermal mass flow sensor, and the thermal conductivity and the calorific value ratio. A second relational expression indicating a correlation is provided for each gas type, and the first and second relational expressions are selected based on the determination result of the gas type discrimination means, and the calorific value ratio is determined from these relational expressions. And a control structure for calculating the calorific value of the fuel gas actually supplied to the burner from the calorific value ratio and the sensor output of the thermal mass flow sensor.
そして、この他の実施態様においては、さらに、前記第1の関係式と前記第2の関係式の設定に際し、これら関係式のうちの少なくとも一方について、相関関係が同一または近似するガス種を一群のガス種としてまとめるとともに、まとめられた一群のガス種につき一つの関係式を用意して、前記ガス種判別手段での判定結果に応じて前記関係式を選択するように構成するのが好ましい。 In another embodiment, when setting the first relational expression and the second relational expression, a group of gas species having the same or similar correlation with respect to at least one of these relational expressions. It is preferable that a single relational expression is prepared for each grouped gas type and the relational expression is selected according to the determination result of the gas type determination means.
本発明によれば、バーナへの燃料ガスの供給路に熱式質量流量センサを備えたガス燃焼装置において、前記質量流量センサのヒータ電圧を検出する電圧検出手段と、燃料ガスのガス種とヒータ電圧の関係を示すデータを記憶した記憶手段と、電圧検出手段で検出される電圧検出値と前記記憶手段に記憶されたデータとを比較して燃料ガスのガス種を判別するガス種判別手段とが備えられているので、人によるガス種設定操作なしにガス種判別を自動的に行うことができ、かつ、当該ガス種判別を確実かつ迅速に行うことができる。 According to the present invention, in the gas combustion apparatus provided with the thermal mass flow sensor in the fuel gas supply path to the burner, the voltage detection means for detecting the heater voltage of the mass flow sensor, the gas type of the fuel gas and the heater Storage means for storing data indicating a voltage relationship, and gas type determination means for comparing the voltage detection value detected by the voltage detection means with the data stored in the storage means to determine the gas type of the fuel gas. Therefore, it is possible to automatically determine the gas type without a gas type setting operation by a person, and to perform the gas type determination reliably and quickly.
また、上記ガス種判別手段によるガス種判定が、バーナへの着火動作時において、着火検出後に燃料ガスの供給を遮断して行われるので、燃料ガス以外の気体混入による誤判定が回避され、正確にガス種を判定することができる。 In addition, since the gas type determination by the gas type determination means is performed by interrupting the supply of the fuel gas after the ignition is detected during the ignition operation to the burner, an erroneous determination due to mixing of gas other than the fuel gas is avoided and accurate. The gas type can be determined.
さらに、着火動作時にガス種判別を行うことにより、ガス種の変更にも自動的に対応できる。また、ガス種判別手段の判定結果に基づいてガス種に合った燃焼制御を行う燃焼制御手段を備えたことにより、使い勝手のよいガス燃焼装置を提供できる。 Furthermore, by performing the gas type discrimination during the ignition operation, it is possible to automatically cope with the change of the gas type. In addition, by providing combustion control means for performing combustion control suitable for the gas type based on the determination result of the gas type determination means, a user-friendly gas combustion apparatus can be provided.
特に、燃焼制御手段に熱式質量流量センサのヒータ電圧と熱伝導率との相関関係を示す第1の関係式と、熱伝導率と発熱量比との相関関係を示す第2の関係式とを個々のガス種毎または相関関係が共通する一群のガス種毎に備え、ガス種判別手段の判定結果に基づいて上記第1および第2の関係式を選択してこれらの関係式から発熱量比を演算し、この発熱量比と前記熱式質量流量センサのセンサ出力とから前記バーナに実際に供給されている燃料ガスの発熱量(実発熱量)を演算する制御構成を備えることにより、燃焼制御手段は、実発熱量に基づいて最適燃焼に向けたガス流量や空気量の調節ができ、精度の高い燃焼制御を実現することができる。 In particular, the first relational expression showing the correlation between the heater voltage and the thermal conductivity of the thermal mass flow sensor in the combustion control means, and the second relational expression showing the correlation between the thermal conductivity and the calorific value ratio, For each gas type or a group of gas types having a common correlation, and the first and second relational expressions are selected based on the determination result of the gas type discrimination means, and the calorific value is calculated from these relational expressions. By providing a control configuration for calculating a ratio and calculating a calorific value (actual calorific value) of the fuel gas actually supplied to the burner from this calorific value ratio and the sensor output of the thermal mass flow sensor, The combustion control means can adjust the gas flow rate and the air amount for optimum combustion based on the actual calorific value, and can realize highly accurate combustion control.
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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施形態1
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。
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
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。
A
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。
On the other hand, a
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12と、バーナ2への燃料ガスの供給を遮断可能に構成された元ガス電磁弁(燃料遮断手段)13が設けられている。
The
ここで、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熱式の質量流量センサが好適に用いられる。このガス流量センサ11は、図2(a)に示すように、検出部として、シリコンチップの表面に絶縁膜層を形成した基台101に、測定対象である流体の温度を一定温度上昇させるヒータとしてのヒータ抵抗Rhと、このヒータ抵抗Rhを挟んで流体の通過方向の上流下流の両側に配された温度センサとしての上流側温度センサ抵抗Ruと下流側温度センサ抵抗Rdと、上記上流側温度センサ抵抗Ruのさらに上流側に周囲温度(換言すれば流体温度)を検出する温度センサとしての周囲温度センサ抵抗Rrとが配されている。
Here, in the present embodiment, a thermal mass flow sensor that detects the mass flow rate of the fluid flowing in the
これらの各抵抗器Rh,Ru,Rd,Rrには温度に応じて抵抗値が変化する抵抗器(たとえば白金抵抗)が採用され、そして、図示しないが、上記ヒータ抵抗Rhおよび上流下流の温度センサ抵抗Ru,Rdが設けられる基台101の中央部のシリコンがエッチング等により除去されて、これらの抵抗器が基台101と熱的に絶縁されたダイヤフラム構造とされている。
Each of these resistors Rh, Ru, Rd, Rr employs a resistor whose resistance value changes according to temperature (for example, platinum resistor), and although not shown, the heater resistor Rh and the upstream and downstream temperature sensors. Silicon at the center of the
ところで、このように構成されてなる熱式質量流量センサの具体的な構成(特に、温度センサ抵抗Ru,Rdによる温度検出回路の構成)や動作原理は周知であるのでここではその詳細な説明は省略するが、この種のガス流量センサ11では、上記ヒータ抵抗Rhと周囲温度センサ抵抗Rrとが図2(b) に示すようにブリッジ回路を構成し、この回路のブリッジ電圧(ヒータ電圧)を演算増幅器OPで制御することでヒータ抵抗Rhの発熱量が制御される(ヒータ制御回路)。具体的には、このヒータ電圧は、ヒータ抵抗Rhが周囲の気体により奪われる熱を補うように制御されており、ヒータ温度上昇値が一定になるように印加されている。
By the way, the specific configuration (particularly, the configuration of the temperature detection circuit using the temperature sensor resistances Ru and Rd) and the operation principle of the thermal mass flow sensor configured as described above are well known, and a detailed description thereof will be given here. Although omitted, in this type of
そのため、この種のガス流量センサ11では、たとえば熱伝導率の高い気体(ガス)が上記ヒータ抵抗Rhに接すると、ヒータから気体側に拡散する熱の量が増えるので、ヒータ電圧はヒータの温度を維持するように上昇し、その一方で、熱伝導率の低い気体(ガス)に接すると、気体側への熱の拡散が少ないのでヒータ電圧は下降する、という特性を備えている。本発明は、このようなセンサの特性を生かしてガス種の判別を行うが、その詳細は後述する。
For this reason, in this type of
上記ガス流量制御弁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燃料ガスの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(通路面積)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。
The gas flow
上記ガス電磁弁13は、ガス供給路の開閉を切り替える開閉電磁弁で構成され、図示のようにガス流量センサ11の上流側に配されて、弁体を閉じることでバーナ2の燃料ガスの供給を遮断できるように構成されている。
The
また、上記バーナ2の近傍には、バーナ2に着火させるためのイグナイタ(着火手段)14と、バーナ2への着火(炎の有無)を検出するフレームロッド(着火確認手段)15が設けられている。なお、これらの構成や配置は周知であるので、詳細な説明は省略する。
Further, an igniter (ignition means) 14 for igniting the
コントローラ16は、給湯器1の各部の動作を制御するための制御手段を構成するものであって、具体的には燃焼制御や後述するガス種判別処理などの各種制御や処理を実行するためのマイクロコンピュータを主要部として構成される。なお、本実施形態では、このコントローラ16をその機能に基づいて構成すると、図3に示すように、燃焼制御手段20と、ガス種判別手段21と、記憶手段22とから構成されるが、コントローラ16の機能については後述する。
The
このコントローラ16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、フレームロッド15など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16は同様に破線で示す信号線を介して上記送風ファン4、ガス流量制御弁12、元ガス電磁弁13、イグナイタ14などと接続され、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。
As shown in FIG. 1, the
そこで、このように構成されてなる給湯器1の動作について、図3および図4に基づいて説明する。なお、図3は、本発明に係る給湯器1の機能ブロック図を示しており、また、図4はガス種判別処理の手順の一例を示すフローチャートである。また、図3において符号Sで示すのはリモコンなどの操作部である。
Therefore, the operation of the
操作部Sで運転開始操作がなされ、この状態で先栓等が開栓されて給湯器1に最低作動通水量を超える通水が生じると(図4ステップS1参照)、コントローラ16の燃焼制御手段20により着火動作が開始される(図4ステップS2参照)。
When an operation start operation is performed at the operation unit S, and the tip plugs are opened in this state, and water flow exceeding the minimum operating water flow rate occurs in the water heater 1 (see step S1 in FIG. 4), the combustion control means of the
この着火動作は、上記元ガス電磁弁13およびガス流量制御弁12を開弁してイグナイタ14を動作させる一連の処理を指すが、この着火動作はフレームロッド15により炎が検出されるまで繰り返し行われる(図4ステップS3参照)。これは、ガス管10内に空気が充満している場合(たとえば、ガス管接続工事完了後などの場合)には、元ガス電磁弁13,ガス流量制御弁12の双方を開弁しても着火に必要な量の燃料ガスがバーナ2から出てこないので、着火に必要な量の燃料ガスがバーナ2から出てくるまで着火動作を行うからである。
This ignition operation refers to a series of processes for opening the original
そして、フレームロッド15によりバーナ2での炎(着火)が検出されると、次に、コントローラ16は、上記元ガス電磁弁13を閉弁する処理を実行し(図4ステップS4参照)、バーナ2への燃料ガスの供給を停止して、ガス種判定処理(図4ステップS5,S6の処理)を開始する。つまり、着火した炎を一旦消火した状態でガス種判定処理(図4ステップS5,S6の処理)を実行する。
When the flame (ignition) in the
ここで、着火した炎を一旦消火して次の処理を行うのは、バーナ2に着火した時点でガス管10内には燃料ガスが充満したことになるので、この時点で元ガス電磁弁13を閉弁することにより燃料ガスの流れを止める、つまり、燃料ガスがガス管10内に充満した状態でガス種判別を行うようにするためである。
Here, the reason why the ignited flame is once extinguished and the next process is performed is that the fuel gas is filled in the
そして、元ガス電磁弁13の閉弁処理が完了すると、次にコントローラ16は、ガス流量センサ11のヒータ制御回路における上記ヒータ電圧を測定する(図4ステップS5参照)。なお、このヒータ電圧の測定は図示しない電圧検出手段を通じて行われ、その検出結果が上記コントローラ16(具体的にはガス種判別手段21)に入力される。
When the closing process of the original
このようにしてガス流量センサ11のヒータ制御回路におけるヒータ電圧が測定されると、次に、ガス種判別手段21において、上記ヒータ電圧の値は、周囲温度センサによって測定される周囲温度によって補正され、この補正後の値が上記記憶手段22に記憶されたデータと比較されて燃料ガスのガス種が判定される。
When the heater voltage in the heater control circuit of the
すなわち、上述したように、ヒータ制御回路のヒータ電圧は、測定対象である気体の熱伝導率によって相違するので、あらかじめ上記記憶手段22にガス種毎のヒータ電圧(以下、基準ヒータ電圧と称する)の値をデータとして記憶させておき、図4ステップS5で測定されたヒータ電圧の値(具体的には、温度補正後の値)とこの記憶手段22に記憶された基準ヒータ電圧の値とを比較することによりガス種を判別する。つまり、図4ステップS5で測定された温度補正後のヒータ電圧と同じ値を示す基準ヒータ電圧をもつガス種であると判断される。 That is, as described above, since the heater voltage of the heater control circuit differs depending on the thermal conductivity of the gas to be measured, the heater voltage for each gas type (hereinafter referred to as the reference heater voltage) is stored in the storage means 22 in advance. Is stored as data, and the heater voltage value measured in step S5 in FIG. 4 (specifically, the value after temperature correction) and the reference heater voltage value stored in the storage means 22 are stored. The gas type is determined by comparison. In other words, it is determined that the gas type has the reference heater voltage indicating the same value as the heater voltage after temperature correction measured in step S5 in FIG.
図5は、かかるデータの一例を示している。具体的には、この図5に示すデータは、縦軸に基準ヒータ電圧を、横軸にガス種を表したもので、流量が零のときにおけるガス種毎の基準ヒータ電圧を示している。また、図示例では、ガス種として、13A−0,13A−1,12A−3,エアプロパン,12A−2,C3H8,C4H10の7種の燃料ガスのデータが示されている。 FIG. 5 shows an example of such data. Specifically, the data shown in FIG. 5 represents the reference heater voltage on the vertical axis and the gas type on the horizontal axis, and indicates the reference heater voltage for each gas type when the flow rate is zero. Further, in the illustrated example, data of seven types of fuel gas, 13A-0, 13A-1, 12A-3, air propane, 12A-2, C3H8, and C4H10, are shown as gas types.
すなわち、本実施形態では、図4ステップS4において元ガス電磁弁13を閉弁させて(つまり、ガス管10内の流量を零にして)、ガス流量センサ11のヒータ電圧を測定するように構成されているので、上記記憶手段22に記憶される基準ヒータ電圧のデータもこれと同じ条件、つまり流量が零の時におけるガス種毎のデータが用いられる。
That is, in this embodiment, the original
なお、この点については、実際に測定されるガス流量センサ11のヒータ電圧とガス種毎の基準ヒータ電圧とが対比可能であれば(双方とも流量が同じであれば)、基準ヒータ電圧のデータは流量零のときのものに限られない。つまり、図4ステップS4で元ガス電磁弁13を閉弁することなく、ガス流量制御弁12で燃料ガスの流量を一定流量(定流量)に設定するようにして、この定流量と同じ条件の下で取得したデータを基準ヒータ電圧とすることも可能である。
Regarding this point, if the heater voltage of the
そして、図4ステップS6においてガス種が判定されると、以後、燃焼制御手段20は、ガス種判定の判定結果に基づいて、当該ガス種に合った燃焼制御テーブル(制御テーブル)を用いて通常の燃焼運転を開始する(図4ステップS7参照)。 When the gas type is determined in step S6 in FIG. 4, thereafter, the combustion control means 20 normally uses a combustion control table (control table) suitable for the gas type based on the determination result of the gas type determination. Is started (see step S7 in FIG. 4).
つまり、燃焼制御手段20は、再び着火動作を行い、上記操作部Sで設定された目標温度Toでの出湯ができるように、上記目標温度Toと入水温度Taと入水量Qとから目標となるバーナ2の燃焼量(目標発熱量)を演算するとともに、ガス種毎に設けられた制御テーブル(流量センサ11のセンサ出力(ガス流量)と発熱量の相関関係を示すテーブル)のうちから上記判別の結果得られたガス種に応じた制御テーブルを選択して、バーナ2で目標発熱量が得られるようにガス流量制御弁12の弁開度を調節制御する。また、これに伴ってバーナ2で最適な燃焼状態が得られるように送風ファン4の回転数を制御する。
That is, the combustion control means 20 performs the ignition operation again and becomes a target from the target temperature To, the incoming water temperature Ta, and the incoming water amount Q so that hot water can be discharged at the target temperature To set by the operation unit S. While calculating the combustion amount (target heat generation amount) of the
このように、本発明の給湯器では、着火動作時にガス種判別手段が燃料ガスのガス種を自動的に判別するので、人によるガス種設定操作等を必要とすることなく確実かつ迅速にガス種判定を行うことができる。特に、上記ヒータ電圧の測定には20m秒程の時間しか要しないので、上述した図4ステップS1からステップS6までの処理は、一般的な給湯器における着火動作とほぼ変わらない位の時間で行われ、給湯器使用者はガス種判定が行われていることを意識することなく普通に給湯器を使用できる。 As described above, in the water heater of the present invention, the gas type discrimination means automatically discriminates the gas type of the fuel gas at the time of ignition operation. Species determination can be performed. In particular, since the measurement of the heater voltage only takes about 20 milliseconds, the above-described processing from step S1 to step S6 in FIG. 4 is performed in a time that is almost the same as the ignition operation in a general water heater. The water heater user can normally use the water heater without being aware that the gas type determination is performed.
また、バーナ2への着火確認後に燃焼を一旦停止してガス種判定が行われるので、ガス管10内に燃料ガスが充満した状態でガス種判定を行うことができ、燃料ガス以外の気体(空気)の混入による誤判定が回避され、ガス種を正確に判定することができる。
Further, after the ignition to the
実施形態2
次に、本発明の第二の実施形態について図6および図7に基づいて説明する。この第二の実施形態は、燃焼制御手段20における燃焼制御の制御構成を改変したものであって、その他の構成(給湯器1の基本構成や上述したガス種判別の手順)は上述した実施形態1と同様である。したがって、構成が共通する部位には同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This second embodiment is a modification of the control configuration of the combustion control in the combustion control means 20, and other configurations (basic configuration of the
すなわち、上述した実施形態1では、燃焼制御手段20は、ガス種に応じて複数の制御テーブルを備え、ガス種判別の結果に応じてガス種に合った制御テーブルを選択して燃焼制御を行う場合を示したが、本実施形態では、燃焼制御手段20は上述したような制御テーブルを用いずに、後述する第1および第2の関係式を備え、これら関係式とガス流量センサ11のセンサ出力(ガス流量)とからバーナ2に実際に供給される燃料ガスの発熱量(実発熱量)を演算し、その演算結果に基づいて目標発熱量の燃焼がバーナ2で得られるようにガス流量制御弁12および送風ファン4のファンモータ(図示せず)を制御するように構成される。
That is, in the first embodiment described above, the combustion control means 20 includes a plurality of control tables according to the gas type, and performs the combustion control by selecting a control table suitable for the gas type according to the gas type discrimination result. In this embodiment, the combustion control means 20 includes first and second relational expressions described later without using the control table as described above, and these relational expressions and the sensor of the gas
具体的には、上記関係式は、ガス流量センサ11のヒータ電圧と燃料ガスの熱伝導率との相関関係を示す第1の関係式と、燃料ガスの熱伝導率と発熱量比との相関関係を示す第2の関係式とからなる。
Specifically, the above relational expression is the first relational expression showing the correlation between the heater voltage of the
ところで、上記第1および第2の関係式に関して、本願出願人は日本国内で使用されている代表的なガス種について、ガス流量センサ11のヒータ電圧と燃料ガスの熱伝導率との相関関係と、燃料ガスの熱伝導率と発熱量比との相関関係とをそれぞれ実測したところ、これらの相関関係を示す関係式はいずれも一次式で現され、しかも、相関関係が同一または近似するガス種が存在することが明らかとなった。また、このように相関関係が同一または近似するガス種を一群のガス種としてまとめると、概ね次のような3種のグループに分類されることも判明した。
By the way, regarding the first and second relational expressions, the applicant of the present application relates to the correlation between the heater voltage of the
第1グループA:メタンが主成分の13A−1、13A−3、12A−3、代表的なガス会社仕様の都市ガスなど
第2グループB:13A−2など水素成分が多いガス
第3グループC:LPガス、C4H10、プロパンエアー13Aなど
1st group A: 13A-1, 13A-3, 12A-3 mainly composed of methane, city gas of typical gas company specifications, etc. 2nd group B: gas with many hydrogen components such as 13A-2 3rd group C : LP gas, C4H10, propane air 13A, etc.
そのため、本実施形態では、上記第1および第2の関係式を設定するにあたり、これら相関関係が同一または近似する一群のガス種について一つの関係式(つまり、上記グループ毎に一つの関係式)を用いることとした。その一例を図6に示す。図6(a)は、上記相関関係のうちガス流量センサ11のヒータ電圧と燃料ガスの熱伝導率との相関関係をグラフに現したものであり、また、図6(b)は、燃料ガスの熱伝導率と発熱量比との相関関係をグラフに現したものを示している。
Therefore, in the present embodiment, in setting the first and second relational expressions, one relational expression (that is, one relational expression for each group) for a group of gas species having the same or similar correlation. It was decided to use. An example is shown in FIG. FIG. 6A is a graph showing the correlation between the heater voltage of the
このように、本実施形態に示す給湯器1の燃焼制御手段20には、図6に示すように、上記第1および第2の関係式としてそれぞれ上記第1グループA〜第3グループCの3種の関係式が記憶されている。
In this way, the combustion control means 20 of the
そこで、次にこのような第1および第2の関係式を用いた燃焼制御の手順を図7のフローチャートに基づいて説明する。なお、上述したようにガス種判定が完了するまでの手順は上述した実施形態1と同様であるので、それまでの手順の説明はここでは省略する。 Then, the procedure of the combustion control using the first and second relational expressions will be described based on the flowchart of FIG. Since the procedure until the gas type determination is completed as described above is the same as that in the first embodiment described above, the description of the procedure up to that point is omitted here.
すなわち、本実施形態では、図7ステップS1に示すようにガス種判定が行われると、燃焼制御手段20において、このガス種判定の結果に応じて上記第1および第2の関係式が選択される。たとえば、上記ガス種判定の結果が13A−3ガスである場合、この13A−3ガスは上記第1のグループAに属することから、燃焼制御手段20は、上記第1および第2の関係式として図7において第1グループAを示す関係式を選択する。 That is, in this embodiment, when the gas type determination is performed as shown in step S1 of FIG. 7, the combustion control means 20 selects the first and second relational expressions according to the result of the gas type determination. The For example, when the gas type determination result is 13A-3 gas, the 13A-3 gas belongs to the first group A. Therefore, the combustion control means 20 uses the first and second relational expressions as follows. In FIG. 7, the relational expression indicating the first group A is selected.
このように関係式が選択されると、次に、燃焼制御手段20は、ガス種判定時(つまり、ガス管10内に燃料ガスが充満し、かつ流量零の状態)におけるガス流量センサ11のヒータ電圧(上記温度補正後の電圧)と上記第1の関係式とから燃料ガス(ここでは13A−3ガス)の熱伝導率を算出し(図7ステップS3参照)、さらに算出により得られた熱伝導率と上記第2の関係式とから燃料ガスの発熱量比を算出する(図7ステップS4参照)。
When the relational expression is selected in this way, the combustion control means 20 next causes the gas
一方、上述したように、本実施形態では上記ガス種判定はバーナ2への着火動作時に行われるので、ガス種判定後に燃焼制御手段20は再び元ガス電磁弁13を開弁させるとともに着火動作を行い燃焼運転を開始する(図7ステップS5参照)。これによりガス管10内に再び燃料ガスが流れるので、燃焼制御手段20は、図7ステップS6に示すように、ガス流量センサ11からのセンサ出力(ガス流量)を検出し、得られたガス流量に上記発熱量比を乗じることによってバーナ2に実際に供給される燃料ガスの実発熱量を算出する(図7ステップS7参照)。
On the other hand, as described above, in the present embodiment, since the gas type determination is performed at the time of the ignition operation to the
そして、燃焼運転中は、このようにして得られた実発熱量に基づいて、実発熱量が目標発熱量と一致するようにガス流量制御弁12を制御する(図7ステップS8参照)とともに、バーナ2で最適燃焼が行えるように送風ファン4のファンモータを制御する(図7ステップS9参照)。
During the combustion operation, the gas flow
つまり、本実施形態では、燃焼制御手段20が、上記ガス種判定の結果と、上記第1および第2の関係式と、ガス流量センサ11の検出値(ガス流量)とに基づいてバーナ2に供給される燃料ガスの実発熱量を演算する制御構成を備え、さらにこの実発熱量に基づいて必要ガス量および空気量を決定するので最適な燃焼制御を行うことができる。
That is, in the present embodiment, the combustion control means 20 applies the
しかも、上記第1および第2の関係式はいずれも一次式で現されるので複雑かつ膨大なデータ量の制御テーブルを持つことなく適切な燃焼制御を行うことができる。 In addition, since both the first and second relational expressions are expressed by linear expressions, appropriate combustion control can be performed without having a complicated and enormous data amount control table.
すなわち、上述した上記実施形態1に示すように燃焼制御手段20にガス種毎の制御テーブルを備えさせる構成では、ガス流量と発熱量との相関関係は曲線的な特性を描くため、たとえば日本国内で使用されている代表的なガス種の全てについて制御テーブルを持たせようとするといきおいテーブルサイズ(データ量)が膨大なものとなる。そのため、実際にはある程度の数の(テーブルサイズが過大とならない範囲で)制御テーブルを持たせることしかできず、実際にバーナ2に供給される燃料ガスのガス種と制御テーブルとが整合せずに適正な燃焼制御が行えない場合がおこり得る。
That is, in the configuration in which the combustion control means 20 is provided with the control table for each gas type as shown in the first embodiment described above, the correlation between the gas flow rate and the calorific value draws a curved characteristic. If a control table is provided for all of the representative gas types used in the above, the table size (data amount) will become enormous. Therefore, in practice, only a certain number of control tables can be provided (to the extent that the table size does not become excessive), and the gas type of the fuel gas actually supplied to the
これに対して、本実施形態では、特性が共通するガス種毎に関係式を設定するだけでよいので燃焼制御手段20に記憶させるデータ量は極めて小さくてすみ、しかも、上記第1および第2の関係式はいずれも一次式(つまり、特性がリニア)で現されるため、バーナ2の燃焼開始の初期段階でガス種判定が行われれば、その後は、ガス種に応じて上記第1および第2の関係式を選択するだけで、リニアな特性に基づき導入されたガス成分に応じた適切な燃焼制御を行うことができる。
On the other hand, in this embodiment, since it is only necessary to set a relational expression for each gas type having common characteristics, the amount of data stored in the combustion control means 20 can be very small, and the first and second data can be stored. Are expressed by a linear expression (that is, the characteristic is linear). Therefore, if the gas type determination is performed at the initial stage of the combustion start of the
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。 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.
たとえば、上述した実施形態では、上記ガス種の判定を着火動作時に行うように構成したが、たとえば、燃焼停止後に上記ガス種判定処理(図4ステップS5,S6の処理)を行うように構成することもできる。また、上述した着火動作時のガス種判定はガス燃焼装置の施工時にのみ行わせることもできる他、施工後の着火動作の度に行わせることもできる。さらに、所定時間毎にガス種判定を行わせることも可能である。 For example, in the above-described embodiment, the determination of the gas type is performed during the ignition operation. However, for example, the gas type determination process (the processes of steps S5 and S6 in FIG. 4) is performed after the combustion is stopped. You can also. Moreover, the gas type determination at the time of the ignition operation described above can be performed only at the time of construction of the gas combustion apparatus, or can be performed at every ignition operation after the construction. Further, it is possible to make a gas type determination every predetermined time.
また、上述した実施態様では、燃料ガス供給量の調節の調節を行う弁装置として、いわゆる流量制御型のガス流量制御弁12を用いた場合を示したが、ガス流量センサ11を備える構成であれば、圧力制御型の弁装置を用いた給湯器にも適用可能である。
Further, in the above-described embodiment, the case where the so-called flow control type gas
また、上述した実施形態では、燃料遮断手段として元ガス電磁弁13を用いたが、ガス管10内の燃料ガスの流れを停止させることができれば、他の弁装置(たとえばガス流量制御弁12)を用いてもよい。
In the above-described embodiment, the original gas
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(たとえば、風呂釜やガスコンロなど)にも本発明は適用可能である。 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 (for example, a bathtub, a gas stove, etc.).
また、上述した第2の実施形態では、燃料ガスのガス種を第1グループAから第3グループCの3種のグループに分類して上記第1および第2の関係式を設定したが、これら第1および第2の関係式の分類分けは適宜変更可能である。要は、相関関係が同一または近似するガス種毎に一つの関係式を設定するように分類分けされていればよい。また、上記これら関係式は、ガス種毎に設けることも可能である。 In the second embodiment described above, the first and second relational expressions are set by classifying the gas types of the fuel gas into three groups from the first group A to the third group C. The classification of the first and second relational expressions can be changed as appropriate. In short, it should be classified so that one relational expression is set for each gas type having the same or similar correlation. Further, the above relational expressions can be provided for each gas type.
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
13 元ガス電磁弁(燃料遮断手段)
14 イグナイタ(着火手段)
15 フレームロッド(着火検出手段)
16 コントローラ
20 燃焼制御手段
21 ガス種判別手段
22 記憶手段
A 第1グループのガス種(その関係式)
B 第2グループのガス種(その関係式)
C 第3グループのガス種(その関係式)
DESCRIPTION OF
14 Igniter (ignition means)
15 Frame rod (ignition detection means)
16
B Second group of gas types (relational expression)
Claims (6)
前記ヒータ電圧を検出する電圧検出手段と、燃料ガスのガス種とヒータ電圧の関係を示すデータを記憶した記憶手段と、前記電圧検出手段で検出される電圧検出値と前記記憶手段に記憶されたデータとを比較して燃料ガスのガス種を判別するガス種判別手段とを備えるとともに、前記バーナに着火させるための着火手段と、前記バーナへの着火を検出する着火検出手段と、前記バーナへの燃料ガスの供給を遮断可能に構成された燃料遮断手段とを備えてなり、
前記着火手段による着火動作時に、前記着火検出手段が着火を検出すると前記燃料遮断手段により燃料ガスの供給を遮断して前記ガス種判別手段による燃料ガスのガス種判別を実行することを特徴とすることを特徴とするガス燃焼装置。 The fuel gas supply path to the burner has a heater, a detection unit having temperature sensors arranged on both sides thereof, and an ambient temperature sensor for detecting the ambient temperature, and the heater voltage has a constant temperature rise value. In a gas combustion apparatus equipped with a thermal mass flow sensor that is controlled to be
Voltage detection means for detecting the heater voltage, storage means for storing data indicating the relationship between the gas type of the fuel gas and the heater voltage, a voltage detection value detected by the voltage detection means, and the storage means and ignition means for comparing the data Rutotomoni and a gas type determining means for determining the gas type of the fuel gas, to ignite the burner, the ignition detecting means for detecting the ignition of the burner, the burner Fuel cutoff means configured to be able to shut off the supply of fuel gas to
During the ignition operation by the ignition means, when the ignition detection means detects ignition, the fuel cutoff means shuts off the supply of fuel gas, and the gas type discrimination means executes the gas type discrimination of the fuel gas. A gas combustion apparatus characterized by that.
前記ガス種判別手段の判定結果に基づいて前記第1および第2の関係式を選択してこれらの関係式から発熱量比を演算し、この発熱量比と前記熱式質量流量センサのセンサ出力とから前記バーナに実際に供給されている燃料ガスの発熱量を演算する制御構成を備えたことを特徴とする請求項3に記載のガス燃焼装置。 The combustion control means includes a first relational expression showing a correlation between a heater voltage and a thermal conductivity of the thermal mass flow sensor, and a second relation showing a correlation between the thermal conductivity and a heating value ratio. Formula for each gas type,
Based on the determination result of the gas type determination means, the first and second relational expressions are selected to calculate a calorific value ratio from these relational expressions, and the calorific value ratio and the sensor output of the thermal mass flow sensor. The gas combustion apparatus according to claim 3 , further comprising: a control configuration that calculates a calorific value of the fuel gas that is actually supplied to the burner.
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