JP2572301B2 - ガス給湯器の能力多段切替における制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ガス給湯器の能力可変範囲を広げるため
に、バーナーの燃焼本数を電磁弁の開閉により２段階以
上に分け、比例弁により湯温調節を行うものの制御方法
に関する。

［従来の技術］ 出湯温度制御において、設定温度と出湯温度の差によ
り燃焼量を加減し設定温度に出湯温度を漸近せしめるも
の、また設定温度と給水温度及び出湯量から必要な燃焼
量を算出し出力するもの、いずれかにおいても前記外部
情報により算出される制御値と最終的に燃焼量として出
力される値とは、比例関係にあれば制御が容易である。
この場合制御値における最小〜最大は実際の燃焼量にお
ける最小〜最大に対応していなくてはならない。

ところで能力可変範囲確保を容易にする為、燃焼する
バーナーの本数を電磁弁の開閉により複数段に使い分け
る最近の給湯器においては、各段各々カバーする能力範
囲が異なるにもかかわらず、それを具現すべき出力値
（比例弁電流値）はかなり重複する結果となる。

よって、制御値に対して比例的に燃焼量を制御するに
は、各段ごとに制御値を必要な燃焼量（比例弁電流値）
に換算する手段が必要である。

従来この換算手段としての一例を図１（ａ）に示す。
図１（ａ）は能力切替が２段の場合を示している。図１
（ａ）において、各段における能力範囲はバーナー及び
その燃焼部の基本性能により自ずと定まってしまう。

制御値は各段含めた全能力範囲に比例的に対応すると
すれば、各段最小，最大能力に対応する点は、図１
（ａ）の制御値軸（Ｘ軸）上におのずと決定され、これ
をＸ座標とする。次に各段の最小，最大能力を実際に出
力するには、出力値（比例弁電流値）をいかほどにする
必要があるかについて出力値軸（Ｙ軸）上にその値をプ
ロットしＹ座標とする。各段の最小値，最大値のX,Y座
標により、各々最小値，最大値を直線で結んだ一次式を
設定する。この式を換算式としてある制御値の時、この
制御値に対応する能力（燃焼量）を得る為に出力値（比
例弁電流値）をいくらにすべきか算出することができ
る。

図１（ａ）において、今第１段にて燃焼し、制御値が
次第に上昇していく様子を仮定すると、制御値より第１
段換算式にて出力値を算出し、これを比例弁に出力しな
がら運転される。やがて第１段最大値まで到達すると、
バーナーを第２段へ切替えると同時に換算式も第２段用
に変更し制御値換算を続行する。第２段から第１段への
切替も逆の手順で行う。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来例にあっては、出力値
たる比例弁電流値とその比例弁電流により噴出するガス
量（燃焼量）とが比例関係にあることを前提とした制御
方法であるが、実際には比例弁電流値と噴出ガス量（燃
焼量）は厳密な比例関係となりえない。これは純粋に比
例電磁弁の比例弁電流値に対する通過ガス量の特性が比
例でないためである。図１（ｂ）は図１（ａ）におい
て、前記比例弁の非比例特性に基づき、制御値に対して
実際に必要な出力値をグラフに表わした一例である。

図１（ｂ）ではグラフは上弦曲線となっているが、比
例弁の構造等により下弦曲線となる場合もある。この
際、各段の最小，最大値は正規値となるように設定され
ている為、この近辺となる制御値にて運転される場合に
は、誤差は少ないが最小〜最大の中間域ではもっとも誤
差が大きい状態となる。このことは、ある段の最大値及
び最小値から同一制御値における次段の対応点へ切替わ
った際にその地点の能力誤差の為に切替わった瞬間に出
湯温度の乱れを生じるという問題〔その例として図１
（ｂ）において今第１段にて燃焼中とする。制御値が次
第に上昇していき第１段最大値（Ａ点）に達すると第２
段へと切替わる。従来例ではこの時Ａ′点へ移ることに
なる。ところが第２段でＡ点と同燃焼量となるのはＡ″
点であり、これでは必要燃焼量より高い出力値（比例弁
電流値）を与えてしまう結果となり、能力段の切替の際
燃焼量の過多によりオーバーシュートを引き起こしてし
まう〕、また設定温度，給水温度，出湯量を検出し、必
要熱量を算出し制御値として出力し、これを換算式に変
換して得られたガス噴出量が、前記誤差により正しい値
とならず、正確な出湯温度を得られない、という問題点
があった。

［課題を解決するための手段］ この発明はこのような従来の問題点に着目してなされ
たもので、第１段最大値から第２段への切替え方とし
て、図１（ａ）のように単に第２段換算式の同制御値上
の点に移動するのではなく、図１（ｃ）に示すように、
第１段最大値Ａ点から比例弁の非比例特性の誤差を補正
し、かつ制御値に対応した、実燃焼と等しい燃焼量の得
られる第２段のポイントＡ″点へ移動することとし、こ
のポイントＡ″点から第２段の最小値，最大値を結ぶ２
本の直線を設定する。同じく第２段最小値Ｂ点から第１
段へ切替える際も第１段の実燃焼と等しい燃焼量となる
ポイントＢ″点へ移動し、このポイントＢ″点から第１
段最小値，最大値を結ぶ２本の直線を設定する。このよ
うに従来各段１本ずつの直線（一次式）にて換算を行っ
ていたものを各段２本の直線にて構成することにより、
次段へ切替わる時に発生する出湯温度の変動除去、なら
びに必要熱量を算出しそれに応じた燃焼量を得ようとす
る時に生じる誤差の低減という上記問題点を解決するこ
とを目的としている。図１（ｃ）はこの発明における具
体例を示したものである。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第２図は、この発明の一実施例を示す図である。

まず構造を説明すると、ガス回路上に元電磁弁があ
って、この元電磁弁の下流側に比例弁が接続してい
る。比例弁の下流は２方向へ分岐し一方は第１段バー
ナーへ、他方は切替電磁弁を経て第２段バーナー
へ接続する。

水回路上には水流検出器または水量検出器があっ
て、その下流に熱交換器が接続する。熱交換器の出
入口には温度検出器があり入口側に入水温検出器、出
口側に出湯温検出器が取付けられている。

［作用］ 次に作用を説明する。

水回路に水が流れ始めると、水流検出器または水量検
出器がこれを検出し、元電磁弁が開き比例弁を駆
動させてガスを流し燃焼を開始する。以後出湯温度が設
定温度に一致するように、比例弁に与える電流値をコ
ントロールする。また必要能力に応じて切替電磁弁を
開閉し、能力段の選択を行う。

３図は２図に示されたガス給湯器の湯温制御に関する
概念を示したものである。出湯温検出器，入水温検出
器，水流検出器または水量検出器から得られたデー
タは制御値演算部にて処理され制御値の算出を行う。算
出された制御値は出力値換算部に送られ、制御値に対応
した能力が得られる出力値に換算することを行い比例弁
電流として出力する。同時にその時の能力段に応じて切
替電磁弁の開閉を行う。

この制御値を出力値に換算する際に本発明が有効とな
り、より正確な換算が可能となる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明によれば、制御値
を正確に燃焼量に変換できるようにしたため正確かつ変
動の少ない湯温制御ができるという効果が得られる。

［他の実施例］ ４図はこの発明の他の実施例を示す図である。

４図では２図において第２段バーナーにしか付けて
いなかった切替電磁弁を第１段バーナー側に設置
し、さらに第２段バーナーには第２切替電磁弁を設
置してある。第１段バーナーは第２段バーナーより
も燃焼量が小さくなるようにセットしておけば、切替電
磁弁のみ開いて第１段バーナーのみ燃焼した場合
“能力小”、第２切替電磁弁のみ開いて第２段バーナ
ーのみ燃焼した場合“能力中”、切替電磁弁と第２
切替電磁弁どちらも開いて、第１段バーナーと第２
段バーナー両方燃焼した場合“能力大”となり能力３
段切替とすることができる。

５図は４図におけるガス給湯器を燃焼させ湯温制御を
行う為の出力値換算式を表したものである。

能力が３段切替の場合においても、各段の最小，最大
値から次段へ切替わる際の対応点を前段最小または最大
値と等しい能力が得られる値にとり、その点を分岐点と
して２本の直線を設定するという方法は同一である。た
だし、中間段においては、最小側，最大側双方に切替を
持つため、隣段からの対応点が２つとなる。よって５図
のように３本の直線によって構成されることになるが、
手段は同じである。

また同じ方法で４段,5段とさらに多段のバーナーを持
つものの換算も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１（ａ）図は、制御値を出力値に換算する従来例を示
したもの、第１（ｂ）図は制御値を出力値に換算する理
想的な例、第１（ｃ）図は、本発明による換算を示した
もの、第２図は本発明実施によるガス給湯器の構成例、
第３図は湯温制御を行う概念を示したもの、第４図は他
の実施例としてのガス給湯器の構成、第５図は第４図に
示したガス給湯器における制御値→出力値変換の実施
例、第６図は従来例における能力段切替時の出湯温過渡
特性、第７図は第６図同条件下における発明実施後の一
例、第８図は従来例における換算手段不備による燃焼量
ズレによって生じる出湯温度過渡特性の不具合、第９図
は第８図同条件下における本発明実施後の改善例であ
る。 ……元電磁弁 ……比例弁 ……切替電磁弁 ……第１段バーナー ……第２段バーナー ……熱交換気 ……水流検出器または水量検出器 ……入水温検出器 ……出湯温検出器 ……第２切替電磁弁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換器と同熱交換器を加熱する複数本の
   バーナーと、同バーナーの燃焼を開、又は閉で制御する
   １個或いは複数のガス電磁弁と、同電磁弁の上流側にあ
   って燃料を比例的に制御する電磁式ガス比例制御弁等に
   より構成され、バーナーの燃焼量を前記ガス電磁弁によ
   り複数段に制御し、かつ、各段階の制御に前記比例制御
   弁による比例制御を加えた燃焼制御方式のガス給湯器に
   あって、某段から次段へ燃焼が移る際の次段対応点を、
   その制御値において実燃焼と比例制御弁の出力値とを一
   致させるべく設定し、これを分岐点として大燃焼側と小
   燃焼側各々に、別個の換算式を使用したことを特徴とす
   るガス給湯器の能力多段切替における制御方法。