JP2004251620A - 給湯器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 所定時間毎に出湯温度検出手段により出湯温度を検出して出湯温度の上昇勾配を求めるとともに、給湯開始後に上昇勾配が所定値以上となったときの出湯温度に基づいて入水温度を推定する。
また、入水温度の推定は、前回の給湯の停止から所定時間経過していない場合には行わないようにする。
こうして推定された入水温度と入水流量と設定温度とに基づき燃焼量をフィードフォワード制御し、更に、出湯温度と設定温度との偏差に基づきフィードバック制御を行う。
【選択図】 図4
Description
例えば、特公平3−50184に示されたガス瞬間給湯器では、バ−ナの点火開始前に出湯温度センサ−によって検出された水温を入水温度と推定し、その推定された入水温度をFF制御量を算出する要素として、以後の出湯温度制御に用いることによって、入水温度サ−ミスタを省略し、コスト削減を図っている。
また、特公平6−97118に示されたガス瞬間給湯器では、やはり入水温度センサ−を省略するものとして、バ−ナの燃焼時における加熱量,給水流量,出湯温度あるいは設定温度に基づいて入水温度を逆算し、それをFF制御量を算出する為の要素に用いることによって入水温度センサ−を用いることなく、出湯温度制御を行うものも知られている。
しかしながら、給湯前の出湯温度センサ−による検出値を入水温度とみなした特公平3−50184のガス瞬間給湯器においては、燃焼停止中の器具内の水温が、給水温度の高い夏場や、逆に給水温度の低い冬場においては、器具内の熱交換器が集熱器となったり放熱器となったりして、給湯時に通水される水の温度と大きな開きが生じてしまう。この為、FF制御量が継続して不適切な値を取り続け、これを補正する為のFB制御量が大きくなる。従って、FB制御の影響によって出湯温度がオ−バ−シュ−トとアンダ−シュ−トとを繰り返すハンチングを生じてしまい、出湯温度特性が悪化してしまう。また、入水温度を逆算するタイプのものでは、逆算した後にFF制御量の算出を行う為、処理が複雑になり、その間の演算誤差も大きくなってしまう。
本発明の給湯器は上記課題を解決し、入水温度センサ−を用いることなく良好な出湯温度特性を維持する低コストで高性能な給湯器を提供することを目的とする。
バーナの燃焼熱により通水を加熱する熱交換器と、通水される水の流量を検出する流量検出手段と、上記熱交換器で加熱された湯の温度を検出する出湯温度検出手段と、出湯温度を設定する出湯温度設定手段と、上記熱交換器に入水される水の温度を推定する入水温度推定手段とを備え、上記検出した通水流量と出湯温度と設定温度と推定入水温度とに基づいてバーナの加熱量を制御する給湯器において、
上記入水温度推定手段は、所定時間毎に上記出湯温度検出手段により出湯温度を検出して出湯温度の上昇勾配を求めるとともに、給湯開始後に上記上昇勾配が所定値以上となったときの出湯温度に基づいて入水温度を推定することを要旨とする。
上記所定時間毎に検出した出湯温度を記憶するとともに、上記上昇勾配が所定値以上であると判断したときの直前の出湯温度を入水温度であると推定することを要旨とする。
上記入水温度の推定は、前回の給湯の停止から所定時間経過していない場合には行わないことを要旨とする。
このガス瞬間給湯器は、バ−ナ10の燃焼熱により通水中の水を加熱する熱交換器11が設けられ、水入口から熱交換器11へ通じる給水経路12に供給水圧の変動が生じても流量変動を所定流量以下に保つ水ガバナ13、入水流量を一定時間(例えば、0.2秒)毎に検出する流量センサ−14が設けられている。
また、出湯経路15上には、一定時間(例えば、0.2秒)毎に出湯温度を検知する出湯温度サ−ミスタ16が設けられている。
この燃焼コントロ−ラ33内には、熱効率等の燃焼制御に必要な様々な定数を予め記憶しておく為の演算定数記憶部,フィ−ドフォワ−ド制御の出力量(以後、FF値と呼ぶ)及びフィ−ドバック制御による補正量(以後、FB値と呼ぶ)をそれぞれ一定周期で算出する燃焼量算出部,その算出された燃焼量(FF値+FB値)を順次記憶更新する為の制御出力量記憶部,流量値Q(n)を順次記憶更新する為の流量値記憶部,リモコン34にて設定された設定温度を記憶する為の設定温度記憶部,前回の給湯終了からの経過時間を記憶する時間記憶部等がそれぞれ設けられており、流量センサ−14及び出湯温度サ−ミスタ16からの各信号に基づいて、後述する制御ル−チンに沿って、リモコン34内に設けられる出湯温度設定部で入力された出湯温度となるように、比例制御弁22に指令を出し、燃焼量をフィ−ドフォワ−ド制御(以後、FF制御と呼ぶ)及びフィ−ドバック制御(以後、FB制御と呼ぶ)を用いて制御する。また、比例制御弁22の開度に応じた燃焼用空気を供給する為にファン25の回転数制御も行っている。
まず、電源投入により本ル−チンが起動すると、ステップ1にてフラグを0にセットする。
次に、ステップ2にて、流量センサ−14から検出された器具内の実流量Qが加熱動作をする為に十分な水量(以後、点火水量と呼ぶ)以上であるか否かを確認し、点火水量に満たない間は、この処理を繰り返す。この時同時に、ステップ3にて前回給湯終了(止水後)から2時間以上経過しているかどうかを確認し、2時間以上経過している場合には、各検出デ−タをリセットする為に、ステップ4にてフラグを0にセットする。
また、実流量Qが燃焼動作を続ける為に十分な量であれば、ステップ10にてフラグの状態を確認し、フラグが0にセットされている場合は、ステップ12の処理に移行する。
ステップ12では、現在流量Qと推定入水温度Tiと設定温度Tsと熱効率ηとからFF制御量(FF値)を
FF=Q×(Ts−Ti)÷η ・・・(1)
として演算すると共に、実際の出湯温度Tと設定温度Tsとの偏差に基づくFB制御(本実施例では、PID制御を用いる)により実際の出湯温度Tが設定温度Tsになるように燃焼量を補正する(FF値+FB値)。こうした燃焼量の演算制御は繰り返され、その途中で出湯温度サ−ミスタ16から検出される出湯温度Tの変化が、ステップ13にてx秒(本実施例では、5秒)間、±1℃以内、つまり安定状態であるか否か及び流量Qの変化が20%以内におさまっているか否かを確認する。
FF=FF(m)×{Q÷Q(m)}+{(Ts−Ts(m))÷η}×Q・・・(2)
また、FB制御によるFB値は、ステップ12と同様に、新たにPID制御にて演算され、FF値を補正する(FF値+FB値)。
つまり、直前回のト−タル制御量(FF値+FB値)に流量比を乗じ、しかも設定温度Tsの変更分で熱量を補正した値を今回のFF値に置き換えるのである。この為、仮に推定入水温度Tiが適切でなくても、この置き換えによりFF値が適正なものとなり、理論的にはFB値が0となる。従って、実際の出湯温度Tが設定温度Tsと一致して安定する。
尚、(2)式の設定温度を含む第2項は、給湯動作中に設定温度Tsが変更されなければ、0となるので、次式で表すことができる。
FF=FF(m)×{Q÷Q(m)} ・・・(3)
給湯開始後、ステップ21にて出湯温度サ−ミスタ16によって検出された出湯側水温T(n)(nは、検出された順番)は入水温度推定部内に記憶される。本実施例では、0.2秒毎に温度T(n)を記憶すると共に、ステップ22にて1秒間における平均温度θ(n)を算出する。そして、この平均温度θ(n)の上昇勾配dθが、ステップ23にて、
dθ=θ(n)−θ(n−1)≧α(℃/秒) ・・・(4)
となった時の温度θ(n−1)を、ステップ24にて、その給湯時の入水温度Tiと推定し、FF制御に用いる。本実施例では、α=1とする。
この場合、器具内に滞留していた水の温度が高いことから従来例では、実際の入水温度Twよりもかなり高い点火開始前の点gでの温度を入水温度と推定する為、実際の入水温度Twよりも高い値と判断してしまい、バ−ナ10による加熱量も少なく、温度上昇が遅くなり、点nにて出湯温度Tは安定する。それに対して本実施例では、実際の入水温度Twに最も近い点iでの水温を入水温度Tiと推定する為、バ−ナ10による加熱量も多く、設定温度Tsに到達するまでの時間及び設定温度Tsに安定するまでの時間が短縮され、従来例と比較すると、d(t2)の時間だけ早い点mにて安定する。
しかも、入水温度の推定値Tiを実際の入水温度Twに近い値を採用している為、季節(器具周りの雰囲気温度)に関わらず、設定温度に到達する時間及び安定するまでにかかる時間を短縮することができる。
16・・・出湯温度サ−ミスタ 22・・・比例制御弁
33・・・燃焼コントロ−ラ
Claims (3)
- バーナの燃焼熱により通水を加熱する熱交換器と、通水される水の流量を検出する流量検出手段と、上記熱交換器で加熱された湯の温度を検出する出湯温度検出手段と、出湯温度を設定する出湯温度設定手段と、上記熱交換器に入水される水の温度を推定する入水温度推定手段とを備え、上記検出した通水流量と出湯温度と設定温度と推定入水温度とに基づいてバーナの加熱量を制御する給湯器において、
上記入水温度推定手段は、所定時間毎に上記出湯温度検出手段により出湯温度を検出して出湯温度の上昇勾配を求めるとともに、給湯開始後に上記上昇勾配が所定値以上となったときの出湯温度に基づいて入水温度を推定することを特徴とする給湯器。 - 上記所定時間毎に検出した出湯温度を記憶するとともに、上記上昇勾配が所定値以上であると判断したときの直前の出湯温度を入水温度であると推定することを特徴とする請求項1記載の給湯器。
- 上記入水温度の推定は、前回の給湯の停止から所定時間経過していない場合には行わないことを特徴とする請求項1または2記載の給湯器。
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