JP2897638B2 - 給湯器 - Google Patents
給湯器Info
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- JP2897638B2 JP2897638B2 JP5857994A JP5857994A JP2897638B2 JP 2897638 B2 JP2897638 B2 JP 2897638B2 JP 5857994 A JP5857994 A JP 5857994A JP 5857994 A JP5857994 A JP 5857994A JP 2897638 B2 JP2897638 B2 JP 2897638B2
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- Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バイパスミキシング方
式の給湯器に係り、特にはバイパス弁による湯水の分配
率を変えるこで給湯温度を制御する技術に関する。
式の給湯器に係り、特にはバイパス弁による湯水の分配
率を変えるこで給湯温度を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、バイパスミキシング方式の給湯
器では、図９に示すように、熱交換器６の入水側と出湯
側に、それぞれ水道管等に連通された入水路１０および
カランやシャワー等に連通された出湯路１２が接続さ
れ、また、入水路１０と出湯路１２との間は熱交換器６
をバイパスするためのバイパス路１４で短絡されてい
る。そして、熱交換器６に対しては、これを加熱するた
めのガスバーナ８が配置され、また、バイパス路１４の
途中には、このバイパス路１４を流れる水量を調整して
湯水混合の分配率を変化させるバイパス弁２８が設けら
れている。
器では、図９に示すように、熱交換器６の入水側と出湯
側に、それぞれ水道管等に連通された入水路１０および
カランやシャワー等に連通された出湯路１２が接続さ
れ、また、入水路１０と出湯路１２との間は熱交換器６
をバイパスするためのバイパス路１４で短絡されてい
る。そして、熱交換器６に対しては、これを加熱するた
めのガスバーナ８が配置され、また、バイパス路１４の
途中には、このバイパス路１４を流れる水量を調整して
湯水混合の分配率を変化させるバイパス弁２８が設けら
れている。
【０００３】なお、１６は入水温度Ｔcを検出する入水
温度センサ、１８は熱交換器６の通水量を検出する水量
センサ、２０はガス比例弁、２２は熱交換器６で加熱さ
れた後の加熱湯温度Ｔhを検出する加熱湯温度センサ、
２４は熱交換器６とバイパス路１４による湯水の混合後
の給湯温度Ｔmを検出する給湯温度センサ、２６は熱交
換器６への通水量が最大加熱能力を越えた場合に湯水の
吐出水量を制限する過流出サーボ弁、４０0は給湯温度
制御を行うコントローラである。
温度センサ、１８は熱交換器６の通水量を検出する水量
センサ、２０はガス比例弁、２２は熱交換器６で加熱さ
れた後の加熱湯温度Ｔhを検出する加熱湯温度センサ、
２４は熱交換器６とバイパス路１４による湯水の混合後
の給湯温度Ｔmを検出する給湯温度センサ、２６は熱交
換器６への通水量が最大加熱能力を越えた場合に湯水の
吐出水量を制限する過流出サーボ弁、４０0は給湯温度
制御を行うコントローラである。
【０００４】この種のバイパスミキシング方式の給湯器
において、コントローラ４０0は、図示しない操作部等
からの指令によって予め設定される所望の給湯温度Ｔ
s、入水温度センサ１６で検出される入水温度Ｔc、水量
センサ１８で検出される熱交換器６への入水量Ｑh、加
熱湯温度センサ２２で検出される実際の加熱湯温度Ｔh
に基づいて、所定周期Δts(たとえば０.１秒)ごとに、
下記の(a)〜(c)式によってガス燃焼量Ｇを求め、このガ
ス燃焼量Ｇになるようにガス比例弁２０の開度を制御す
る。
において、コントローラ４０0は、図示しない操作部等
からの指令によって予め設定される所望の給湯温度Ｔ
s、入水温度センサ１６で検出される入水温度Ｔc、水量
センサ１８で検出される熱交換器６への入水量Ｑh、加
熱湯温度センサ２２で検出される実際の加熱湯温度Ｔh
に基づいて、所定周期Δts(たとえば０.１秒)ごとに、
下記の(a)〜(c)式によってガス燃焼量Ｇを求め、このガ
ス燃焼量Ｇになるようにガス比例弁２０の開度を制御す
る。
【０００５】 Ｇ＝ＧFF＋ＧFB (a) ここに、ＧFFはフィードフォワード制御量、ＧFBはフィ
ードバック制御量で、それぞれ次式で与えられる。
ードバック制御量で、それぞれ次式で与えられる。
【０００６】 ＧFF＝ＫFF・{(Ｔs＋β)−Ｔc}・Ｑh (b) ＧFB＝ＫFB・{(Ｔs＋β)−Ｔh} (c) ただし、ＫFF，ＫFB，βはいずれも定数である。
【０００７】一方、コントローラ４０0は、入水温度セ
ンサ１６で検出される入水温度Ｔc、加熱湯温度センサ
２２で検出される実際の加熱湯温度Ｔh、予め設定され
た所望の給湯温度Ｔs、および給湯温度センサ２４で検
出される給湯温度Ｔmの各値に基づいて、所定周期Δts
(たとえば０.５秒)ごとに、制御操作量(本例では、熱交
換器６の通水量Ｑhとバイパス１４路の通水量Ｑcとの比
率を決めるための制御分配率)ρCALを下記の(１)〜(４)
式に基づいて算出し、この制御分配率ρCALとなるよう
にバイパス弁２８の開度をその都度調整して、予め設定
された所望の給湯温度Ｔsが得られるようにるようにし
ている。
ンサ１６で検出される入水温度Ｔc、加熱湯温度センサ
２２で検出される実際の加熱湯温度Ｔh、予め設定され
た所望の給湯温度Ｔs、および給湯温度センサ２４で検
出される給湯温度Ｔmの各値に基づいて、所定周期Δts
(たとえば０.５秒)ごとに、制御操作量(本例では、熱交
換器６の通水量Ｑhとバイパス１４路の通水量Ｑcとの比
率を決めるための制御分配率)ρCALを下記の(１)〜(４)
式に基づいて算出し、この制御分配率ρCALとなるよう
にバイパス弁２８の開度をその都度調整して、予め設定
された所望の給湯温度Ｔsが得られるようにるようにし
ている。
【０００８】 ρCAL＝ρFF＋ρFB (１) ここに、ρFFはフィードフォワード制御量、ρFBはフィ
ードバック制御量であり、両者ρFF，ρFBは、それぞれ
次式で与えられる。
ードバック制御量であり、両者ρFF，ρFBは、それぞれ
次式で与えられる。
【０００９】 ρFF＝(Ｑc／Ｑh)FF＝(Ｔh−Ｔs)／(Ｔs−Ｔc) (２) ρFB＝ＭP・(ρFF−ρA)＋ＭI・Σ(ρFF−ρA) (３) ただし、ＭPは比例係数、ＭIは積分係数、ρAは熱交換
器６の通水量Ｑhとバイパス１４路の通水量Ｑcの実際の
分配率であり、次式で与えられる。
器６の通水量Ｑhとバイパス１４路の通水量Ｑcの実際の
分配率であり、次式で与えられる。
【００１０】 ρA＝(Ｑc／Ｑh)A＝(Ｔh−Ｔm)／(Ｔm−Ｔc) (４) このように、上記構成のバイパスミキシング方式の給湯
器は、バイパス路１４に設けたバイパス弁２８を操作し
て湯水の分配率を変化させるので、温度制御の応答性が
速く、しかも、比較的広い範囲にわたって給湯温度を制
御できるという利点を有する。
器は、バイパス路１４に設けたバイパス弁２８を操作し
て湯水の分配率を変化させるので、温度制御の応答性が
速く、しかも、比較的広い範囲にわたって給湯温度を制
御できるという利点を有する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、給湯制御が
定常状態にあるとしたとき、この場合でも、入水温度Ｔ
cや、熱交換器６で加熱された後の加熱湯温度Ｔhは僅か
ながらも経時的に変動することがある。また、上記の各
センサ１６，１８，２２，２４の精度上、検出誤差が存
在し、さらに、各センサ１６，１８，２２，２４からの
検出出力Ｔc，Ｔh，Ｔmをコントローラ４０0に取り込む
場合にも、Ａ／Ｄ変換の際に量子化誤差が存在する。
定常状態にあるとしたとき、この場合でも、入水温度Ｔ
cや、熱交換器６で加熱された後の加熱湯温度Ｔhは僅か
ながらも経時的に変動することがある。また、上記の各
センサ１６，１８，２２，２４の精度上、検出誤差が存
在し、さらに、各センサ１６，１８，２２，２４からの
検出出力Ｔc，Ｔh，Ｔmをコントローラ４０0に取り込む
場合にも、Ａ／Ｄ変換の際に量子化誤差が存在する。
【００１２】従来技術では、所定周期Δtsごとに(１)〜
(４)式に基づいて制御分配率ρCALが算出されるたび
に、その新たに算出された制御分配率ρCALでもって、
そのままバイパス弁２８を操作している。
(４)式に基づいて制御分配率ρCALが算出されるたび
に、その新たに算出された制御分配率ρCALでもって、
そのままバイパス弁２８を操作している。
【００１３】このため、給湯制御が定常状態にあるにも
かかわらず、上述のような温度検出誤差等の不定因子の
ために、新たに算出される制御分配率(これをρNEWとす
る)が前回に算出された制御分配率(これをρOLDとする)
と異なると、これに応じて直ちに新たに算出された制御
分配率ρNEWに更新される。つまり、不定因子の影響が
直接的にバイパス弁２８の制御分配率の変化(ρOLD→ρ
NEW)となって現れるために、バイパス弁２８が過敏に反
応して動作が安定しない結果となっている。
かかわらず、上述のような温度検出誤差等の不定因子の
ために、新たに算出される制御分配率(これをρNEWとす
る)が前回に算出された制御分配率(これをρOLDとする)
と異なると、これに応じて直ちに新たに算出された制御
分配率ρNEWに更新される。つまり、不定因子の影響が
直接的にバイパス弁２８の制御分配率の変化(ρOLD→ρ
NEW)となって現れるために、バイパス弁２８が過敏に反
応して動作が安定しない結果となっている。
【００１４】たとえば、バイパス弁２８がステッピング
モータで駆動されるもので、温度制御が定常状態にある
とし、このとき、(１)〜(４)式に基づいて得られる前回
の制御分配率ρOLDが１.０であったとする。次に、加熱
湯温度Ｔhの変動等のために、所定時間Δts後に(１)〜
(４)式に基づいて新たに得られる制御分配率ρNEWが１.
０２であったとする。そして、各々の分配率ρOLD，ρ
NEWを、これに対応するステッピングモータのステップ
数ＳOLD，ＳNEWに変換する場合に、その変換率が一律に
２００倍に設定されているとしたならば、 ＳOLD＝ρOLD×２００＝２００ ＳNEW＝ρNEW×２００＝２０４ よって、両ステップ数ＳOLD，ＳNEWの変化としては、 ＳNEW−ＳOLD＝４ つまり、温度制御が定常状態にあるときでも、加熱湯温
度Ｔhの変動等の不定因子の影響で、所定周期Δtsの間
に制御分配率がρOLD→ρNEWに変化すると、図１０(b)
に示すように、４ステップ単位でステッピングモータ３
６が操作されるという、過敏な応答となる。
モータで駆動されるもので、温度制御が定常状態にある
とし、このとき、(１)〜(４)式に基づいて得られる前回
の制御分配率ρOLDが１.０であったとする。次に、加熱
湯温度Ｔhの変動等のために、所定時間Δts後に(１)〜
(４)式に基づいて新たに得られる制御分配率ρNEWが１.
０２であったとする。そして、各々の分配率ρOLD，ρ
NEWを、これに対応するステッピングモータのステップ
数ＳOLD，ＳNEWに変換する場合に、その変換率が一律に
２００倍に設定されているとしたならば、 ＳOLD＝ρOLD×２００＝２００ ＳNEW＝ρNEW×２００＝２０４ よって、両ステップ数ＳOLD，ＳNEWの変化としては、 ＳNEW−ＳOLD＝４ つまり、温度制御が定常状態にあるときでも、加熱湯温
度Ｔhの変動等の不定因子の影響で、所定周期Δtsの間
に制御分配率がρOLD→ρNEWに変化すると、図１０(b)
に示すように、４ステップ単位でステッピングモータ３
６が操作されるという、過敏な応答となる。
【００１５】そして、このようにバイパス弁２８が過敏
に応答すると、これに応じて熱交換器６の通水量Ｑhも
変化するため、前記(b)式の関係からも分かるように、
所期の目標温度ＴhCALの湯が出るようにガス比例弁２０
によるガス燃焼量も変化される。つまり、湯水の分配率
制御とガス燃焼量制御とが相互に干渉し合い、その結
果、図１０(a)に示すように、熱交換器６の加熱湯温度
Ｔhにハンチングが生じ、ガス燃焼量の制御も不安定に
なる。
に応答すると、これに応じて熱交換器６の通水量Ｑhも
変化するため、前記(b)式の関係からも分かるように、
所期の目標温度ＴhCALの湯が出るようにガス比例弁２０
によるガス燃焼量も変化される。つまり、湯水の分配率
制御とガス燃焼量制御とが相互に干渉し合い、その結
果、図１０(a)に示すように、熱交換器６の加熱湯温度
Ｔhにハンチングが生じ、ガス燃焼量の制御も不安定に
なる。
【００１６】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、温度制御が定常状態にあるときには、
温度検出誤差等の不定因子の影響をできるだけ緩和し
て、バイパス弁の開度を決める操作量が経時的に緩やか
に変化するようにして、バイパス弁の動作を安定化さ
せ、これに伴って、ガス燃焼量制御との相互干渉も抑制
して熱交換器からの加熱湯温度のハンチングが生じない
ようにすることを課題とする。
なされたもので、温度制御が定常状態にあるときには、
温度検出誤差等の不定因子の影響をできるだけ緩和し
て、バイパス弁の開度を決める操作量が経時的に緩やか
に変化するようにして、バイパス弁の動作を安定化さ
せ、これに伴って、ガス燃焼量制御との相互干渉も抑制
して熱交換器からの加熱湯温度のハンチングが生じない
ようにすることを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】給湯制御においては、所
望の給湯温度の湯が得られるようにバイパス弁の開度を
決める操作量ρCALを所定周期Δtsごとに求めるとした
場合、前回の操作量ρOLDと今回求めた操作量ρCALとが
相違しておれば、その両者ρCAL，ρOLDの偏差Δρ(＝
ρCAL−ρOLD)は、所定周期Δts内での給湯温度の変動
量に対応した値となっている。
望の給湯温度の湯が得られるようにバイパス弁の開度を
決める操作量ρCALを所定周期Δtsごとに求めるとした
場合、前回の操作量ρOLDと今回求めた操作量ρCALとが
相違しておれば、その両者ρCAL，ρOLDの偏差Δρ(＝
ρCAL−ρOLD)は、所定周期Δts内での給湯温度の変動
量に対応した値となっている。
【００１８】そこで、給湯制御が定常状態にあるときの
給湯温度のばらつきの許容範囲を予め設定し、この許容
範囲に対応した操作量として基準値Ｎを予め決めておけ
ば、偏差Δρをこの基準値Ｎで割った商が１未満のとき
は給湯温度が許容範囲内にある一方、商が１以上のとき
は給湯温度が許容範囲を越えたものとなる。
給湯温度のばらつきの許容範囲を予め設定し、この許容
範囲に対応した操作量として基準値Ｎを予め決めておけ
ば、偏差Δρをこの基準値Ｎで割った商が１未満のとき
は給湯温度が許容範囲内にある一方、商が１以上のとき
は給湯温度が許容範囲を越えたものとなる。
【００１９】そして、給湯温度の変動量が許容範囲を越
えた場合(Δρ／Ｎの商が１以上の場合)には、直ちに操
作量を補正して所要の給湯温度が得られるようにする必
要がある。
えた場合(Δρ／Ｎの商が１以上の場合)には、直ちに操
作量を補正して所要の給湯温度が得られるようにする必
要がある。
【００２０】一方、給湯温度の変動量が許容範囲内にあ
る場合(Δρ／Ｎの商が１未満の場合)においても、その
偏差Δρ分を積分し、その積分量でもって操作量ρCAL
を補正するようにすれば、定常状態下での僅かな温度変
動やセンサの検出誤差等の不定因子の影響が緩和され
て、バイパス弁の操作量が経時的に緩やかに変化するよ
うになる。このため、従来のように、バイパス弁が頻繁
に操作されることがなくなる。
る場合(Δρ／Ｎの商が１未満の場合)においても、その
偏差Δρ分を積分し、その積分量でもって操作量ρCAL
を補正するようにすれば、定常状態下での僅かな温度変
動やセンサの検出誤差等の不定因子の影響が緩和され
て、バイパス弁の操作量が経時的に緩やかに変化するよ
うになる。このため、従来のように、バイパス弁が頻繁
に操作されることがなくなる。
【００２１】本発明は、このような観点に立脚するもの
で、上記の課題を解決するために、熱交換器の入水側と
出湯側に、それぞれ入水路および出湯路が接続され、入
水路と出湯路との間は熱交換器をバイパスするためのバ
イパス路で短絡され、このバイパス路の途中にはこのバ
イパス路の水量を調整するバイパス弁が設けられる一
方、前記バイパス弁を操作して熱交換器からの湯とバイ
パス路からの水との分配率を変化させて給湯温度制御を
行うコントローラを備えてなるバイパスミキシング方式
の給湯器において、次の構成を採る。
で、上記の課題を解決するために、熱交換器の入水側と
出湯側に、それぞれ入水路および出湯路が接続され、入
水路と出湯路との間は熱交換器をバイパスするためのバ
イパス路で短絡され、このバイパス路の途中にはこのバ
イパス路の水量を調整するバイパス弁が設けられる一
方、前記バイパス弁を操作して熱交換器からの湯とバイ
パス路からの水との分配率を変化させて給湯温度制御を
行うコントローラを備えてなるバイパスミキシング方式
の給湯器において、次の構成を採る。
【００２２】すなわち、本発明では、コントローラは、
入水温度Ｔc、熱交換器で加熱された後の加熱湯温度Ｔ
h、予め設定された所望の給湯温度Ｔs、および湯水混合
により得られる実際の給湯温度Ｔmに基づいて、所定周
期ごとにバイパス弁の制御操作量ρCALを算出する制御
操作量算出手段と、この制御操作量ρCALと前回にバイ
パス弁を実際に操作するために得られた実働操作量ρ
OLDとの偏差Δρ(＝ρCAL−ρOLD)を算出し、この偏差
Δρを予め設定された基準値Ｎで割った余りを積分して
積分成分ρIを算出する積分成分算出手段と、前記制御
操作量ρOPと前回にバイパス弁を実際に操作するために
得られた実働操作量ρOLDとの偏差Δρ(＝ρCAL−
ρOLD)を算出し、この偏差Δρを予め設定された基準値
Ｎで割った商の整数値を求めて比例成分ρPを算出する
比例成分算出手段と、前回に算出された実働操作量ρ
OLDに、前記積分成分算出手段で得られる積分積分ρIと
比例成分算出手段で得られる比例成分ρPとを共に加算
して、前記バイパス弁を実際に操作するための新たな実
働操作量ρNEW(＝ρOLD＋ρI＋ρP)を算出する実働操作
量算出手段とを含む。
入水温度Ｔc、熱交換器で加熱された後の加熱湯温度Ｔ
h、予め設定された所望の給湯温度Ｔs、および湯水混合
により得られる実際の給湯温度Ｔmに基づいて、所定周
期ごとにバイパス弁の制御操作量ρCALを算出する制御
操作量算出手段と、この制御操作量ρCALと前回にバイ
パス弁を実際に操作するために得られた実働操作量ρ
OLDとの偏差Δρ(＝ρCAL−ρOLD)を算出し、この偏差
Δρを予め設定された基準値Ｎで割った余りを積分して
積分成分ρIを算出する積分成分算出手段と、前記制御
操作量ρOPと前回にバイパス弁を実際に操作するために
得られた実働操作量ρOLDとの偏差Δρ(＝ρCAL−
ρOLD)を算出し、この偏差Δρを予め設定された基準値
Ｎで割った商の整数値を求めて比例成分ρPを算出する
比例成分算出手段と、前回に算出された実働操作量ρ
OLDに、前記積分成分算出手段で得られる積分積分ρIと
比例成分算出手段で得られる比例成分ρPとを共に加算
して、前記バイパス弁を実際に操作するための新たな実
働操作量ρNEW(＝ρOLD＋ρI＋ρP)を算出する実働操作
量算出手段とを含む。
【００２３】また、上記の積分成分ρIや比例成分ρPを
決める場合に使用する基準値Ｎは、予め設定された給湯
温度Ｔs、実際の給湯温度Ｔm、入水温度Ｔc、加熱湯温
度Ｔhに大きく依存する場合には、これらＴs，Ｔm，Ｔ
c，Ｔhを変数とした関数として設定されるようにすれば
よい。
決める場合に使用する基準値Ｎは、予め設定された給湯
温度Ｔs、実際の給湯温度Ｔm、入水温度Ｔc、加熱湯温
度Ｔhに大きく依存する場合には、これらＴs，Ｔm，Ｔ
c，Ｔhを変数とした関数として設定されるようにすれば
よい。
【００２４】
【作用】上記構成において、給湯制御の開始後、コント
ローラを構成する制御操作量算出手段は、入水温度Ｔ
c、熱交換器で加熱された後の加熱湯温度Ｔh、予め設定
された所望の給湯温度Ｔs、および湯水混合により得ら
れる実際の給湯温度Ｔmに基づいて、所定周期ごとにバ
イパス弁の制御操作量ρCALを算出する。
ローラを構成する制御操作量算出手段は、入水温度Ｔ
c、熱交換器で加熱された後の加熱湯温度Ｔh、予め設定
された所望の給湯温度Ｔs、および湯水混合により得ら
れる実際の給湯温度Ｔmに基づいて、所定周期ごとにバ
イパス弁の制御操作量ρCALを算出する。
【００２５】積分成分算出手段および比例成分算出手段
は、いずれもこの制御操作量ρCALと前回にバイパス弁
を実際に操作するために得られた実働操作量ρOLDとの
偏差Δρ(＝ρCAL−ρOLD)を算出し、この偏差Δρを予
め設定された基準値Ｎで割る。
は、いずれもこの制御操作量ρCALと前回にバイパス弁
を実際に操作するために得られた実働操作量ρOLDとの
偏差Δρ(＝ρCAL−ρOLD)を算出し、この偏差Δρを予
め設定された基準値Ｎで割る。
【００２６】この場合の基準値Ｎとして、給湯制御が定
常状態にあるときの給湯温度のばらつきの許容範囲に対
応する値に設定しておけば、Δρ／Ｎの商が１未満のと
きには給湯温度の変動量が許容範囲内にあり、Δρ／Ｎ
の商が１以上のときは給湯温度の変動量が許容範囲を越
える。
常状態にあるときの給湯温度のばらつきの許容範囲に対
応する値に設定しておけば、Δρ／Ｎの商が１未満のと
きには給湯温度の変動量が許容範囲内にあり、Δρ／Ｎ
の商が１以上のときは給湯温度の変動量が許容範囲を越
える。
【００２７】比例成分算出手段は、上記のΔρ／Ｎの商
の整数値を求めるが、Δρ／Ｎの商が１未満のとき(給
湯温度の変動量が許容範囲内にあるとき)には、その整
数値は０となり、比例成分ρPも０となり、バイパス弁
の操作量ρOLDの補正には何等寄与しない。これに対し
て、Δρ／Ｎの商が１以上のとき(給湯温度の変動量が
許容範囲外のとき)には、その整数値も１以上となり、
比例成分ρPが前回の操作量ρOLDを補正するために有効
に作用する。
の整数値を求めるが、Δρ／Ｎの商が１未満のとき(給
湯温度の変動量が許容範囲内にあるとき)には、その整
数値は０となり、比例成分ρPも０となり、バイパス弁
の操作量ρOLDの補正には何等寄与しない。これに対し
て、Δρ／Ｎの商が１以上のとき(給湯温度の変動量が
許容範囲外のとき)には、その整数値も１以上となり、
比例成分ρPが前回の操作量ρOLDを補正するために有効
に作用する。
【００２８】一方、積分成分算出手段は、上記のΔρ／
Ｎの商の余りを積分して積分成分ρIを算出する。ここ
に、Δρ／Ｎの商が１未満のとき(給湯温度の変動量が
許容範囲内にあるとき)には、比例成分算出手段の出力
はないが、積分成分算出手段からは積分成分ρIが出力
されて、操作量が補正される。この場合でも、積分成分
ρIの変化は、経時的に緩やかに変化する。
Ｎの商の余りを積分して積分成分ρIを算出する。ここ
に、Δρ／Ｎの商が１未満のとき(給湯温度の変動量が
許容範囲内にあるとき)には、比例成分算出手段の出力
はないが、積分成分算出手段からは積分成分ρIが出力
されて、操作量が補正される。この場合でも、積分成分
ρIの変化は、経時的に緩やかに変化する。
【００２９】実働操作量算出手段は、前回に算出された
実働操作量ρOLDに、積分成分算出手段で得られる積分
積分ρIと比例成分算出手段で得られる比例成分ρPとを
共に加算して、バイパス弁を実際に操作するための新た
な実働操作量ρNEW(＝ρOLD＋ρI＋ρP)を算出する。
実働操作量ρOLDに、積分成分算出手段で得られる積分
積分ρIと比例成分算出手段で得られる比例成分ρPとを
共に加算して、バイパス弁を実際に操作するための新た
な実働操作量ρNEW(＝ρOLD＋ρI＋ρP)を算出する。
【００３０】したがって、給湯制御が定常状態にあると
したとき、給湯温度の変動量が許容範囲内にある場合
(Δρ／ＫPの商が１未満のとき)には、積分成分算出手
段の出力ρIのみが前回の操作量ρOLDを補正するために
作用し、操作量は緩やかに変化される。
したとき、給湯温度の変動量が許容範囲内にある場合
(Δρ／ＫPの商が１未満のとき)には、積分成分算出手
段の出力ρIのみが前回の操作量ρOLDを補正するために
作用し、操作量は緩やかに変化される。
【００３１】また、給湯制御が定常状態にあるとしたと
きに、給湯温度の変動量許容範囲を越えるような変動が
生じた場合(Δρ／Ｎの商が１以上のとき)には、積分成
分算出手段の出力ρIに加えて、比例成分算出手段の出
力ρPがさらに前回の操作量ρOLDを補正するために作用
するため、外乱等のために突発的に給湯温度が変動した
場合にも、ある程度の応答性を確保することができる。
きに、給湯温度の変動量許容範囲を越えるような変動が
生じた場合(Δρ／Ｎの商が１以上のとき)には、積分成
分算出手段の出力ρIに加えて、比例成分算出手段の出
力ρPがさらに前回の操作量ρOLDを補正するために作用
するため、外乱等のために突発的に給湯温度が変動した
場合にも、ある程度の応答性を確保することができる。
【００３２】
【実施例】図１は本発明の実施例に係るバイパスミキシ
ング方式の給湯器の概略構成図である。
ング方式の給湯器の概略構成図である。
【００３３】この実施例の給湯器１は、熱交換器６と、
これを加熱するガスバーナ８とを有している。
これを加熱するガスバーナ８とを有している。
【００３４】そして、熱交換器６の入水側には図示しな
い水道管等に連通された入水路１０が、また、熱交換器
６の出湯側には図示しないカランやシャワー等に連通さ
れた出湯路１２がそれぞれ接続され、また、入水路１０
と出湯路１２との間は熱交換器６をバイパスするための
バイパス路１４で短絡されている。
い水道管等に連通された入水路１０が、また、熱交換器
６の出湯側には図示しないカランやシャワー等に連通さ
れた出湯路１２がそれぞれ接続され、また、入水路１０
と出湯路１２との間は熱交換器６をバイパスするための
バイパス路１４で短絡されている。
【００３５】熱交換器６に対しては、これを加熱するガ
スバーナ８が設けられ、ガスバーナ８には、ガス量を調
整するガス比例弁２０か接続されている。
スバーナ８が設けられ、ガスバーナ８には、ガス量を調
整するガス比例弁２０か接続されている。
【００３６】一方、上記の入水路１０には、入水温度Ｔ
cを検出する入水温度センサ１６、および熱交換器６へ
の通水量を検出する水量センサ１８が設けられる一方、
出湯路１２には、熱交換器６で加熱された後の加熱湯温
度Ｔhを検出する加熱湯温度センサ２２と、熱交換器６
で加熱された湯とバイパス路１４を通過した水とが混合
された後の給湯温度Ｔmを検出する給湯温度センサ２４
が設けられている。なお、２６は熱交換器６への通水量
が最大加熱能力を越えた場合に湯水の吐出水量を制限す
る過流出サーボ弁である。
cを検出する入水温度センサ１６、および熱交換器６へ
の通水量を検出する水量センサ１８が設けられる一方、
出湯路１２には、熱交換器６で加熱された後の加熱湯温
度Ｔhを検出する加熱湯温度センサ２２と、熱交換器６
で加熱された湯とバイパス路１４を通過した水とが混合
された後の給湯温度Ｔmを検出する給湯温度センサ２４
が設けられている。なお、２６は熱交換器６への通水量
が最大加熱能力を越えた場合に湯水の吐出水量を制限す
る過流出サーボ弁である。
【００３７】また、バイパス路１４には、このバイパス
路１４を開閉するバイパス弁２８が設けられている。
路１４を開閉するバイパス弁２８が設けられている。
【００３８】このバイパス弁２８は、図２に示すよう
に、入水口３０aと出水口３０bを有するケース３０内に
弁軸３２が軸方向に沿って出退可能に設けられており、
この弁軸３２の先端部分に弁体３４が取り付けられ、ま
た、ケース３０の外側部にはステッピングモータ３６が
固定され、このステッピングモータ３６の出力軸に弁軸
３２の基端部が取り付けられて構成されており、ステッ
ピングモータ３６が回転することで弁軸３２が出退し、
これによって弁体３４がケース３０内の通水路の開度を
変化させるようになっている。
に、入水口３０aと出水口３０bを有するケース３０内に
弁軸３２が軸方向に沿って出退可能に設けられており、
この弁軸３２の先端部分に弁体３４が取り付けられ、ま
た、ケース３０の外側部にはステッピングモータ３６が
固定され、このステッピングモータ３６の出力軸に弁軸
３２の基端部が取り付けられて構成されており、ステッ
ピングモータ３６が回転することで弁軸３２が出退し、
これによって弁体３４がケース３０内の通水路の開度を
変化させるようになっている。
【００３９】さらに、この給湯器１は、給湯温度制御を
行うコントローラ４０を備え、このコントローラ４０
は、ガス燃焼制御部４１と湯水分配制御部４２とからな
る。
行うコントローラ４０を備え、このコントローラ４０
は、ガス燃焼制御部４１と湯水分配制御部４２とからな
る。
【００４０】ガス燃焼制御部４１は、予め設定される所
望の給湯温度Ｔs、入水温度センサ１６で検出される入
水温度Ｔc、水量センサ１８で検出される熱交換器６へ
の入水量Ｑh、加熱湯温度センサ２２で検出される実際
の加熱湯温度Ｔhに基づいて、所定周期Δts(たとえば
０.１秒)ごとに、従来と同様に、前述の(a)〜(c)式によ
ってガス燃焼量Ｇを求め、このガス燃焼量Ｇになるよう
にガス比例弁２０の開度を制御するものである。
望の給湯温度Ｔs、入水温度センサ１６で検出される入
水温度Ｔc、水量センサ１８で検出される熱交換器６へ
の入水量Ｑh、加熱湯温度センサ２２で検出される実際
の加熱湯温度Ｔhに基づいて、所定周期Δts(たとえば
０.１秒)ごとに、従来と同様に、前述の(a)〜(c)式によ
ってガス燃焼量Ｇを求め、このガス燃焼量Ｇになるよう
にガス比例弁２０の開度を制御するものである。
【００４１】一方、湯水分配制御部４２は、制御操作量
算出手段４２a、積分成分算出手段４２b、比例成分算出
手段４２c、実働操作量算出手段４２d、前回実働操作量
記憶手段４２e、換算手段４２fを含む。
算出手段４２a、積分成分算出手段４２b、比例成分算出
手段４２c、実働操作量算出手段４２d、前回実働操作量
記憶手段４２e、換算手段４２fを含む。
【００４２】制御操作量算出手段４２aは、入水温度セ
ンサ１６で検出される入水温度Ｔc、加熱湯温度センサ
２２で検出される実際の加熱湯温度Ｔh、図示しない操
作部等からの指令によって予め設定された所望の給湯温
度Ｔs、および給湯温度センサ２４で検出される給湯温
度Ｔmの各値に基づいて、所定周期Δts(たとえば０.５
秒)ごとに、制御操作量(本例では、熱交換器６の通水量
Ｑhとバイパス１４路の通水量Ｑcとの比率を決めるため
の制御量としての制御分配率ρCALを、従来と同様に、
前述の(１)〜(４)式によって算出するものである。
ンサ１６で検出される入水温度Ｔc、加熱湯温度センサ
２２で検出される実際の加熱湯温度Ｔh、図示しない操
作部等からの指令によって予め設定された所望の給湯温
度Ｔs、および給湯温度センサ２４で検出される給湯温
度Ｔmの各値に基づいて、所定周期Δts(たとえば０.５
秒)ごとに、制御操作量(本例では、熱交換器６の通水量
Ｑhとバイパス１４路の通水量Ｑcとの比率を決めるため
の制御量としての制御分配率ρCALを、従来と同様に、
前述の(１)〜(４)式によって算出するものである。
【００４３】積分成分算出手段４２bは、制御操作量算
出手段４２bで得られる制御操作量(本例では制御分配
率)ρCALと、前回にバイパス弁２８を実際に操作するた
めに実働操作量算出手段４２dで得られた実働操作量(本
例では実働分配率)ρOLDとの偏差Δρ(＝ρCAL−ρOLD)
を算出し、この偏差Δρを予め設定された基準値Ｎで割
った余りを積分して積分成分ρIを算出するものであ
る。すなわち、積分成分ρIは、次式で与えられる。
出手段４２bで得られる制御操作量(本例では制御分配
率)ρCALと、前回にバイパス弁２８を実際に操作するた
めに実働操作量算出手段４２dで得られた実働操作量(本
例では実働分配率)ρOLDとの偏差Δρ(＝ρCAL−ρOLD)
を算出し、この偏差Δρを予め設定された基準値Ｎで割
った余りを積分して積分成分ρIを算出するものであ
る。すなわち、積分成分ρIは、次式で与えられる。
【００４４】 ρI＝ＫI・Ｎ・Σ(Δρ／Ｎ)REM (５) ただし、ＫIは積分係数、(Δρ／Ｎ)REMはΔρ／Ｎの除
算の余りを意味するものとする。また、この場合の基準
値Ｎとしては、給湯制御が定常状態にあるときの給湯温
度Ｔsのばらつきの許容範囲を予め設定したとき、この
許容範囲に対応した一定の操作量が選ばれる。
算の余りを意味するものとする。また、この場合の基準
値Ｎとしては、給湯制御が定常状態にあるときの給湯温
度Ｔsのばらつきの許容範囲を予め設定したとき、この
許容範囲に対応した一定の操作量が選ばれる。
【００４５】比例成分算出手段４２cは、制御操作量算
出手段４２bで得られる制御操作量(本例では制御分配
率)ρCALと、前回にバイパス弁２８を実際に操作するた
めに実働操作量算出手段４２dで得られた実働操作量(本
例では実働分配率)ρOLDとの偏差Δρ(＝ρCAL−ρOLD)
を算出し、この偏差Δρを予め設定された基準値Ｎで割
った商の整数値を求めて比例成分ρPを算出するもので
ある。すなわち、比例成分ρPは、次式で与えられる。
出手段４２bで得られる制御操作量(本例では制御分配
率)ρCALと、前回にバイパス弁２８を実際に操作するた
めに実働操作量算出手段４２dで得られた実働操作量(本
例では実働分配率)ρOLDとの偏差Δρ(＝ρCAL−ρOLD)
を算出し、この偏差Δρを予め設定された基準値Ｎで割
った商の整数値を求めて比例成分ρPを算出するもので
ある。すなわち、比例成分ρPは、次式で与えられる。
【００４６】 ρP＝ＫP・Ｎ・(Δρ／Ｎ)INT (６) ただし、ＫPは比例係数、(Δρ／Ｎ)INTはΔρ／Ｎの除
算の商の整数を意味するものとする。また、基準値Ｎ
は、積分成分算出手段４２bで用いる値と同じである。
算の商の整数を意味するものとする。また、基準値Ｎ
は、積分成分算出手段４２bで用いる値と同じである。
【００４７】実働操作量算出手段４２dは、前回に算出
した実働操作量ρOLDに、積分成分算出手段４２bで(５)
式によって得られる積分積分ρIと、比例成分算出手段
４２cで(６)式によって得られる比例成分ρPとを共に加
算して、バイパス弁２８の新たな実働操作量(本例では
実働分配率)ρNEWを算出する。すなわち、実働分配率ρ
NEWは、次式で与えられる。
した実働操作量ρOLDに、積分成分算出手段４２bで(５)
式によって得られる積分積分ρIと、比例成分算出手段
４２cで(６)式によって得られる比例成分ρPとを共に加
算して、バイパス弁２８の新たな実働操作量(本例では
実働分配率)ρNEWを算出する。すなわち、実働分配率ρ
NEWは、次式で与えられる。
【００４８】 ρNEW＝ρOLD＋ρI＋ρP (７) 前回実働操作量記憶手段４２eは、バッファメモリ等で
構成されるもので、実働操作量算出手段４２dで実働操
作量(ここでは実働分配率)ρNEWが新たに得られるたび
にこれを記憶するとともに、既に記憶されている前回の
実働分配率ρOLDを上記の積分成分算出手段４２b，比例
成分算出手段４２c、および実働操作量算出手段４２dに
それぞれ出力するようになっている。
構成されるもので、実働操作量算出手段４２dで実働操
作量(ここでは実働分配率)ρNEWが新たに得られるたび
にこれを記憶するとともに、既に記憶されている前回の
実働分配率ρOLDを上記の積分成分算出手段４２b，比例
成分算出手段４２c、および実働操作量算出手段４２dに
それぞれ出力するようになっている。
【００４９】換算手段４２fは、図３に示すように、給
湯器の機種に応じて、バイパス弁２８の弁開度を決める
ステッピングモータ３６のステップ数Ｓと、各ステップ
数Ｓに対応する湯水混合の分配率ρ(＝Ｑc／Ｑh)との関
係を決めるデータが予め記憶されたメモリ(図示省略)を
備えており、実働操作量算出手段４２dで(７)式に基づ
いて実働分配率ρNEWが得られるたびに、図３の関係を
利用してこの実働分配率ρNEWをステップ数ＳNEWに換算
し、得られたステップ数ＳNEW分だけバイパス弁２８の
ステッピングモータ３６を駆動するようになっている。
湯器の機種に応じて、バイパス弁２８の弁開度を決める
ステッピングモータ３６のステップ数Ｓと、各ステップ
数Ｓに対応する湯水混合の分配率ρ(＝Ｑc／Ｑh)との関
係を決めるデータが予め記憶されたメモリ(図示省略)を
備えており、実働操作量算出手段４２dで(７)式に基づ
いて実働分配率ρNEWが得られるたびに、図３の関係を
利用してこの実働分配率ρNEWをステップ数ＳNEWに換算
し、得られたステップ数ＳNEW分だけバイパス弁２８の
ステッピングモータ３６を駆動するようになっている。
【００５０】次に、上記構成の給湯器１における給湯温
度の制御動作について、図４に示すフローチャートを参
照して説明する。
度の制御動作について、図４に示すフローチャートを参
照して説明する。
【００５１】コントローラ４０は、カラン等への給湯が
開始されると、まず、給湯温度Ｔsが変更されたか否か
を判別する(ステップ１)。
開始されると、まず、給湯温度Ｔsが変更されたか否か
を判別する(ステップ１)。
【００５２】給湯温度Ｔsが変更された場合には、その
直後は給湯温度の過渡状態となるから、コントローラ４
０は、図示しない内部タイマをセットした後(ステップ
２)、引き続いて、加熱湯温度センサ２２で検出される
加熱湯温度Ｔhの単位時間あたりの変化(dＴh／dt)を求
め、この温度勾配(dＴh／dt)が予め設定されたしきい値
αを越えているか否かを判別する(ステップ３)。温度勾
配(dＴh／dt)がしきい値α以上(dＴh／dt≧α)ならば、
未だ定常状態に移行してないものと判断し、再度内部タ
イマをセットした後(ステップ４)、内部タイマがタイム
アップしているか否かを判別する(ステップ５)。内部タ
イマが未だタイムアップしていなければ、内部タイマを
１つ減算した後(ステップ６)、過渡状態での温度制御を
行う(ステップ７)。
直後は給湯温度の過渡状態となるから、コントローラ４
０は、図示しない内部タイマをセットした後(ステップ
２)、引き続いて、加熱湯温度センサ２２で検出される
加熱湯温度Ｔhの単位時間あたりの変化(dＴh／dt)を求
め、この温度勾配(dＴh／dt)が予め設定されたしきい値
αを越えているか否かを判別する(ステップ３)。温度勾
配(dＴh／dt)がしきい値α以上(dＴh／dt≧α)ならば、
未だ定常状態に移行してないものと判断し、再度内部タ
イマをセットした後(ステップ４)、内部タイマがタイム
アップしているか否かを判別する(ステップ５)。内部タ
イマが未だタイムアップしていなければ、内部タイマを
１つ減算した後(ステップ６)、過渡状態での温度制御を
行う(ステップ７)。
【００５３】すなわち、この過渡状態での温度制御で
は、燃焼制御部４１は、前述の(a)〜(c)式に基づいてガ
ス燃焼量Ｇを求め、このガス燃焼量Ｇとなるようにガス
比例弁２０の開度を調整する。また、湯水分配制御部４
２を構成する制御分配率算出手段４２aは、所定周期Δt
sごとに前述の(１)〜(４)式に基づいて制御分配率ρCAL
を求め、続いて、換算手段４２fがこの制御分配率ρCAL
をそのままステップ数ＳNEWに変換してステッピングモ
ータ３６を駆動し、バイパス弁２８の開度を調整する。
そして、過渡状態での処理をした後は、再度ステップ１
に戻る。
は、燃焼制御部４１は、前述の(a)〜(c)式に基づいてガ
ス燃焼量Ｇを求め、このガス燃焼量Ｇとなるようにガス
比例弁２０の開度を調整する。また、湯水分配制御部４
２を構成する制御分配率算出手段４２aは、所定周期Δt
sごとに前述の(１)〜(４)式に基づいて制御分配率ρCAL
を求め、続いて、換算手段４２fがこの制御分配率ρCAL
をそのままステップ数ＳNEWに変換してステッピングモ
ータ３６を駆動し、バイパス弁２８の開度を調整する。
そして、過渡状態での処理をした後は、再度ステップ１
に戻る。
【００５４】ステップ１で給湯温度ＴSの変更がなくて
も、ステップ３で温度勾配(dＴh／dt)が予め設定された
しきい値αを越えている場合には、未だ過渡状態にある
ものと判断されて内部タイマがセットされる(ステップ
４)。逆に、ステップ３で、温度勾配(dＴh／dt)がしき
い値α以下(dＴh／dt＜α)となれば、温度変化は緩やか
になって十分に定常状態に近付いたと判断できるので、
所定時間Ｔ1(たとえば１０秒)が経過して、ステップ５
で内部タイマがタイムアップしたと判断されれば、次
に、定常時の温度制御に移行する(ステップ８)。
も、ステップ３で温度勾配(dＴh／dt)が予め設定された
しきい値αを越えている場合には、未だ過渡状態にある
ものと判断されて内部タイマがセットされる(ステップ
４)。逆に、ステップ３で、温度勾配(dＴh／dt)がしき
い値α以下(dＴh／dt＜α)となれば、温度変化は緩やか
になって十分に定常状態に近付いたと判断できるので、
所定時間Ｔ1(たとえば１０秒)が経過して、ステップ５
で内部タイマがタイムアップしたと判断されれば、次
に、定常時の温度制御に移行する(ステップ８)。
【００５５】この定常状態での温度制御では、燃焼制御
部４１は、過渡状態の場合と同様に、前述の(a)〜(c)式
に基づいてガス燃焼量Ｇを求め、このガス燃焼量Ｇとな
るようにガス比例弁２０の開度を調整する。
部４１は、過渡状態の場合と同様に、前述の(a)〜(c)式
に基づいてガス燃焼量Ｇを求め、このガス燃焼量Ｇとな
るようにガス比例弁２０の開度を調整する。
【００５６】一方、湯水分配制御部４２を構成する制御
分配率算出手段４２aは、所定周期Δtsごとに前述の
(１)〜(４)式に基づいて制御分配率ρCALを求める。こ
の制御分配率ρCALは、積分成分算出手段４２bおよび比
例成分算出手段４２cにそれぞれ送出される。
分配率算出手段４２aは、所定周期Δtsごとに前述の
(１)〜(４)式に基づいて制御分配率ρCALを求める。こ
の制御分配率ρCALは、積分成分算出手段４２bおよび比
例成分算出手段４２cにそれぞれ送出される。
【００５７】積分成分算出手段４２bおよび比例成分算
出手段４２cは、いずれもこの制御分配率ρCALと、前回
実働操作量記憶手段４２eから与えられる前回にバイパ
ス弁２８を実際に操作するために得られた実働分配率ρ
OLDを共に入力し、(５)式，(６)式に基づいてそれぞれ
積分成分ρIと比例成分ρPを算出する。
出手段４２cは、いずれもこの制御分配率ρCALと、前回
実働操作量記憶手段４２eから与えられる前回にバイパ
ス弁２８を実際に操作するために得られた実働分配率ρ
OLDを共に入力し、(５)式，(６)式に基づいてそれぞれ
積分成分ρIと比例成分ρPを算出する。
【００５８】すなわち、積分成分算出手段４２bおよび
比例成分算出手段４２cは、制御分配率ρCALと前回の実
働分配率ρOLDとの偏差Δρ(＝ρCAL−ρOLD)を算出
し、この偏差Δρを予め設定された基準値Ｎで割る。
比例成分算出手段４２cは、制御分配率ρCALと前回の実
働分配率ρOLDとの偏差Δρ(＝ρCAL−ρOLD)を算出
し、この偏差Δρを予め設定された基準値Ｎで割る。
【００５９】この場合の基準値Ｎは、給湯制御が定常状
態にあるときの給湯温度のばらつきの許容範囲に対応す
る値に予め設定されているから、Δρ／Ｎの商が１未満
のときには給湯温度Ｔmの変動量が許容範囲内にあり、
Δρ／Ｎの商が１以上のときは給湯温度Ｔmの変動量が
許容範囲を越える。
態にあるときの給湯温度のばらつきの許容範囲に対応す
る値に予め設定されているから、Δρ／Ｎの商が１未満
のときには給湯温度Ｔmの変動量が許容範囲内にあり、
Δρ／Ｎの商が１以上のときは給湯温度Ｔmの変動量が
許容範囲を越える。
【００６０】比例成分算出手段４２cは、Δρ／Ｎの商
の整数である(Δρ／Ｎ)INTを求め、るが、この(Δρ／
Ｎ)INTが０のとき(給湯温度の変動量が許容範囲内にあ
るとき)には、前述の(６)式で得られる比例成分ρPも０
となり、バイパス弁２８の制御操作量ρOLDの補正には
何等寄与しない。これに対して、(Δρ／Ｎ)INTが１以
上のとき(給湯温度の変動量が許容範囲外のとき)には、
前述の(６)式で得られる比例成分ρPが前回の操作量ρ
OLDを補正するために有効に作用する。
の整数である(Δρ／Ｎ)INTを求め、るが、この(Δρ／
Ｎ)INTが０のとき(給湯温度の変動量が許容範囲内にあ
るとき)には、前述の(６)式で得られる比例成分ρPも０
となり、バイパス弁２８の制御操作量ρOLDの補正には
何等寄与しない。これに対して、(Δρ／Ｎ)INTが１以
上のとき(給湯温度の変動量が許容範囲外のとき)には、
前述の(６)式で得られる比例成分ρPが前回の操作量ρ
OLDを補正するために有効に作用する。
【００６１】つまり、この比例成分算出手段４２cで得
られる比例成分ρIは、外乱等のために突発的に給湯温
度Ｔmが変動した場合にも、ある程度の応答性を確保す
る上で有効である。
られる比例成分ρIは、外乱等のために突発的に給湯温
度Ｔmが変動した場合にも、ある程度の応答性を確保す
る上で有効である。
【００６２】一方、積分成分算出手段４２bは、前述の
(５)式に基づいて、Δρ／Ｎの商の余りである(Δρ／
Ｎ)REMを積分して積分成分ρIを算出する。ここに、(Δ
ρ／Ｎ)INTが０となるとき(給湯温度の変動量が許容範
囲内にあるとき)には、比例成分算出手段４２cからの出
力はないが、積分成分算出手段４２bからは積分成分ρI
が出力される。この場合の積分成分ρIの変化は、周知
の積分効果によって経時的に緩やかに変化する。
(５)式に基づいて、Δρ／Ｎの商の余りである(Δρ／
Ｎ)REMを積分して積分成分ρIを算出する。ここに、(Δ
ρ／Ｎ)INTが０となるとき(給湯温度の変動量が許容範
囲内にあるとき)には、比例成分算出手段４２cからの出
力はないが、積分成分算出手段４２bからは積分成分ρI
が出力される。この場合の積分成分ρIの変化は、周知
の積分効果によって経時的に緩やかに変化する。
【００６３】実働操作量算出手段４２dは、前述の(７)
式に基づいて、前回実働操作量記憶手段４２e、積分成
分算出手段４２b、および比例成分算出手段４２cからそ
れぞれ与えられる前回の実働分配率ρOLD、積分成分
ρI、および比例成分Pを共に加算して、バイパス弁２８
を実際に操作するための新たな実働分配率ρNEWを算出
する。
式に基づいて、前回実働操作量記憶手段４２e、積分成
分算出手段４２b、および比例成分算出手段４２cからそ
れぞれ与えられる前回の実働分配率ρOLD、積分成分
ρI、および比例成分Pを共に加算して、バイパス弁２８
を実際に操作するための新たな実働分配率ρNEWを算出
する。
【００６４】そして、この実働分配率ρNEWが換算手段
４２fに送出される。換算手段４０fは、図３に示す関係
の曲線を利用して、この実働分配率ρNEWをこれに対応
するステッピングモータの実働ステップ数ＳNEWに換算
し、この実働ステップ数ＳNEWに基づいてバイパス弁２
８のステッピングモータ３６を駆動する。
４２fに送出される。換算手段４０fは、図３に示す関係
の曲線を利用して、この実働分配率ρNEWをこれに対応
するステッピングモータの実働ステップ数ＳNEWに換算
し、この実働ステップ数ＳNEWに基づいてバイパス弁２
８のステッピングモータ３６を駆動する。
【００６５】さらに、実働操作量算出手段４２dで新た
に算出された実働分配率ρNEWは、前回実働操作量記憶
手段４２eにも送出されて前回の実働分配率ρOLDとして
記憶され、次の所定周期Δts後の実働分配率ρNEWの算
出に利用される。
に算出された実働分配率ρNEWは、前回実働操作量記憶
手段４２eにも送出されて前回の実働分配率ρOLDとして
記憶され、次の所定周期Δts後の実働分配率ρNEWの算
出に利用される。
【００６６】たとえば、一例として、従来例で示したの
と同様に、前回実働操作量記憶手段４２eから与えられ
る前回の実働分配率ρOLDが１.０であったが、制御操作
量算出手段４２aで新たに算出された制御分配率ρCALが
僅かに変化して１.０２になったとすると、両者ρCAL，
ρNEWの偏差Δρは、 Δρ＝ρCAL−ρOLD＝１.０２−１.０＝０.０２ このとき、積分成分算出手段４２bで(５)式に基づいて
算出される積分成分ρIは、ＫI＝０.０１、Ｎ＝０.０７
５とすると、 ρI＝０.０１×０.０７５×(０.０２／０.０７５)REM＝
０.０２×１０-2 また、比例成分算出手段４２cで(６)式に基づいて算出
される比例成分ρPは、ＫP＝１.０、Ｎ＝０.０７５とす
ると、 ρP＝１.０×０.０７５×(０.０２／０.０７５)INT＝
０.０７５×０＝０ したがって、実働操作量算出手段４２dで(７)式に基づ
いて算出される実働分配率ρNEWは、 ρNEW＝１.０＋０.０２×１０-2＋０＝１.０００２ そして、分配率ρNEWをこれに対応するステップ数ＳNEW
に変換する場合に、その変換率が一律に２００倍に設定
されているとしたならば、 ＳNEW＝１.０００２×２００＝２００.０４ よって、両ステップ数ＳOLD，ＳNEWの変化としては、 ＳNEW−ＳOLD＝２００.０４−２００＝０.０４ となるが、ステッピングモータ３６は１ステップずつし
か動作しないから、実質的にステッピングモータ３６は
動作しない。
と同様に、前回実働操作量記憶手段４２eから与えられ
る前回の実働分配率ρOLDが１.０であったが、制御操作
量算出手段４２aで新たに算出された制御分配率ρCALが
僅かに変化して１.０２になったとすると、両者ρCAL，
ρNEWの偏差Δρは、 Δρ＝ρCAL−ρOLD＝１.０２−１.０＝０.０２ このとき、積分成分算出手段４２bで(５)式に基づいて
算出される積分成分ρIは、ＫI＝０.０１、Ｎ＝０.０７
５とすると、 ρI＝０.０１×０.０７５×(０.０２／０.０７５)REM＝
０.０２×１０-2 また、比例成分算出手段４２cで(６)式に基づいて算出
される比例成分ρPは、ＫP＝１.０、Ｎ＝０.０７５とす
ると、 ρP＝１.０×０.０７５×(０.０２／０.０７５)INT＝
０.０７５×０＝０ したがって、実働操作量算出手段４２dで(７)式に基づ
いて算出される実働分配率ρNEWは、 ρNEW＝１.０＋０.０２×１０-2＋０＝１.０００２ そして、分配率ρNEWをこれに対応するステップ数ＳNEW
に変換する場合に、その変換率が一律に２００倍に設定
されているとしたならば、 ＳNEW＝１.０００２×２００＝２００.０４ よって、両ステップ数ＳOLD，ＳNEWの変化としては、 ＳNEW−ＳOLD＝２００.０４−２００＝０.０４ となるが、ステッピングモータ３６は１ステップずつし
か動作しないから、実質的にステッピングモータ３６は
動作しない。
【００６７】つまり、温度制御が定常状態にあるとき、
図５に示すように、従来では、温度検出誤差等の不定因
子の影響でステッピングモータ３６が４ステップ分操作
されていたのに対して(図５(a)参照)、本発明では、ス
テッピングモータ３６は操作されずに停止した状態とな
り、積分成分ρIが１ステップ分に相当するだけの値に
なったときに始めてステッピングモータ３６が動作する
(図５(b)参照)。
図５に示すように、従来では、温度検出誤差等の不定因
子の影響でステッピングモータ３６が４ステップ分操作
されていたのに対して(図５(a)参照)、本発明では、ス
テッピングモータ３６は操作されずに停止した状態とな
り、積分成分ρIが１ステップ分に相当するだけの値に
なったときに始めてステッピングモータ３６が動作する
(図５(b)参照)。
【００６８】したがって、ステッピングモータ３６のス
テップ数は、図６(b)に示すように、緩やかに変化され
るため、湯水の分配率制御とガス燃焼量制御の干渉も小
さくなり、同図(a)に示すように、熱交換器６の出湯温
度Ｔhのハンチング現象が抑えられる。
テップ数は、図６(b)に示すように、緩やかに変化され
るため、湯水の分配率制御とガス燃焼量制御の干渉も小
さくなり、同図(a)に示すように、熱交換器６の出湯温
度Ｔhのハンチング現象が抑えられる。
【００６９】一方、前回実働操作量記憶手段４２eから
与えられる前回の実働分配率ρOLDが１.０であったが、
外乱等の影響で制御操作量算出手段４２aで算出される
制御分配率ρCALが０.９と急に変化したとすると、両者
ρCAL，ρNEWの偏差Δρは、 Δρ＝ρCAL−ρOLD＝０.９−１.０＝−０.１ このとき、積分成分算出手段４２bで(５)式に基づいて
算出される積分成分ρIは、ＫI＝０.０１、Ｎ＝０.０７
５とすると、 ρI＝０.０１×０.０７５×(−０.１／０.０７５)REM＝
−０.０２５×１０-2 また、比例成分算出手段４２cで(６)式に基づいて算出
される比例成分ρPは、ＫP＝１.０、Ｎ＝０.０７５とす
ると、 ρP＝１.０×０.０７５×(−０.１／０.０７５)INT＝−
０.０７５ したがって、実働操作量算出手段４２dで(７)式に基づ
いて算出される実働分配率ρNEWは、 ρNEW＝１.０−０.０７５−０.０２５×１０-2＝０.９
２４７５ そして、分配率ρNEWをこれに対応するステップ数ＳNEW
に変換する場合に、その変換率が一律に２００倍に設定
されているとしたならば、 ＳNEW＝０.９２４７５×２００＝１８４.９５ よって、両ステップ数ＳOLD，ＳNEWの変化としては、 ＳNEW−ＳOLD＝２００−１８４.９５＝１５.０５ となるが、ステッピングモータ３６は１ステップずつし
か動作しないから、１５ステップ分だけ動作する。
与えられる前回の実働分配率ρOLDが１.０であったが、
外乱等の影響で制御操作量算出手段４２aで算出される
制御分配率ρCALが０.９と急に変化したとすると、両者
ρCAL，ρNEWの偏差Δρは、 Δρ＝ρCAL−ρOLD＝０.９−１.０＝−０.１ このとき、積分成分算出手段４２bで(５)式に基づいて
算出される積分成分ρIは、ＫI＝０.０１、Ｎ＝０.０７
５とすると、 ρI＝０.０１×０.０７５×(−０.１／０.０７５)REM＝
−０.０２５×１０-2 また、比例成分算出手段４２cで(６)式に基づいて算出
される比例成分ρPは、ＫP＝１.０、Ｎ＝０.０７５とす
ると、 ρP＝１.０×０.０７５×(−０.１／０.０７５)INT＝−
０.０７５ したがって、実働操作量算出手段４２dで(７)式に基づ
いて算出される実働分配率ρNEWは、 ρNEW＝１.０−０.０７５−０.０２５×１０-2＝０.９
２４７５ そして、分配率ρNEWをこれに対応するステップ数ＳNEW
に変換する場合に、その変換率が一律に２００倍に設定
されているとしたならば、 ＳNEW＝０.９２４７５×２００＝１８４.９５ よって、両ステップ数ＳOLD，ＳNEWの変化としては、 ＳNEW−ＳOLD＝２００−１８４.９５＝１５.０５ となるが、ステッピングモータ３６は１ステップずつし
か動作しないから、１５ステップ分だけ動作する。
【００７０】つまり、温度制御が定常状態にあるときで
も、外乱によって突発的に分配率の偏差Δρが大きくな
ると、比例成分ρPが有効に作用して実働分配率ρNEWが
対応するようになる。
も、外乱によって突発的に分配率の偏差Δρが大きくな
ると、比例成分ρPが有効に作用して実働分配率ρNEWが
対応するようになる。
【００７１】上記の実施例では、基準値Ｎは一定値とし
ているが、各温度Ｔs，Ｔm、Ｔc、Ｔhの関数として設定
するのが実際上は望ましい。
ているが、各温度Ｔs，Ｔm、Ｔc、Ｔhの関数として設定
するのが実際上は望ましい。
【００７２】すなわち、フィードフォワード制御量とな
る湯水混合の目標分配率ρFFと、実際の分配率ρAとの
偏差をΔρ'としたとき、Δρ'は、次式で与えられる。
る湯水混合の目標分配率ρFFと、実際の分配率ρAとの
偏差をΔρ'としたとき、Δρ'は、次式で与えられる。
【００７３】 Δρ'＝ρFF−ρA ＝{(Ｔh−Ｔs)／(Ｔs−Ｔc)}−{(Ｔh−Ｔm)／(Ｔm−Ｔc)} ＝(Ｔm−Ｔs)・(Ｔh−Ｔc)／(Ｔs−Ｔc)・(Ｔm−Ｔc) (８) ここで、(８)式の分子の(Ｔm−Ｔs)は、給湯温度センサ
２４で検出される実際の給湯温度Ｔmと、予め設定され
た給湯温度Ｔsとの温度差であり、この温度差(Ｔm−Ｔ
s)は給湯温度が変動する場合の許容温度範囲を決めるも
のである。この許容温度範囲(Ｔm−Ｔs)を定数α(たと
えば１℃)とすれば、(８)式は次のようになる。
２４で検出される実際の給湯温度Ｔmと、予め設定され
た給湯温度Ｔsとの温度差であり、この温度差(Ｔm−Ｔ
s)は給湯温度が変動する場合の許容温度範囲を決めるも
のである。この許容温度範囲(Ｔm−Ｔs)を定数α(たと
えば１℃)とすれば、(８)式は次のようになる。
【００７４】 Δρ'＝α・{(Ｔh−Ｔc)／(Ｔs−Ｔc)・(Ｔm−Ｔc)} (９) この(９)式において、右辺の{ }内をＴh，Ｔc，Ｔm，
Ｔsをそれぞれ変数とする一つの関数Ｆ(Ｔh，Ｔc，Ｔ
m，Ｔs)とみなすと、 Δρ'＝α・Ｆ(Ｔh，Ｔc，Ｔm，Ｔs) (１０) となる。
Ｔsをそれぞれ変数とする一つの関数Ｆ(Ｔh，Ｔc，Ｔ
m，Ｔs)とみなすと、 Δρ'＝α・Ｆ(Ｔh，Ｔc，Ｔm，Ｔs) (１０) となる。
【００７５】つまり、(１０)式は、許容温度範囲αを確
保する上で、各温度Ｔh，Ｔc，Ｔm，Ｔsが変化したとき
に、それが分配率の偏差Δρ'としてどけだけの変化量
となって現れるかの関係を決めるものである。
保する上で、各温度Ｔh，Ｔc，Ｔm，Ｔsが変化したとき
に、それが分配率の偏差Δρ'としてどけだけの変化量
となって現れるかの関係を決めるものである。
【００７６】たとえば、図７に示すように、Ｔh，Ｔmは
いずれも一定の値として、(Ｔs−Ｔc)とΔρ'との関係
を調べると、図７のようにΔρ'は一定ではなく(Ｔs−
Ｔc)の値によって変化する関数となっている。
いずれも一定の値として、(Ｔs−Ｔc)とΔρ'との関係
を調べると、図７のようにΔρ'は一定ではなく(Ｔs−
Ｔc)の値によって変化する関数となっている。
【００７７】そこで、Δρ'を基準値Ｎにとれば、(１
０)式は、 Ｎ＝α・Ｆ(Ｔh，Ｔc，Ｔm，Ｔs) (１１) よって、(１１)式を用いれば、許容温度範囲αを確保す
る上で、各温度Ｔh，Ｔc，Ｔmの変化に追従した分配率
偏差の適切な基準値Ｎが得られるため、この基準値Ｎを
(５)，(６)式に適用することで、結果的に、現実に即し
た実働分配率ρNEWが得られる。
０)式は、 Ｎ＝α・Ｆ(Ｔh，Ｔc，Ｔm，Ｔs) (１１) よって、(１１)式を用いれば、許容温度範囲αを確保す
る上で、各温度Ｔh，Ｔc，Ｔmの変化に追従した分配率
偏差の適切な基準値Ｎが得られるため、この基準値Ｎを
(５)，(６)式に適用することで、結果的に、現実に即し
た実働分配率ρNEWが得られる。
【００７８】そのための実現手段としては、図８に示す
ように、Ｔm，Ｔc，Ｔh，Ｔsの各値を入力して(１１)式
に基づいて基準値Ｎを算出する基準値算出手段４２hを
設け、この基準値算出手段４２hで得られた基準値Ｎを
積分成分算出手段４２bと比例成分算出手段４２cとにそ
れぞれ出力する構成とすればよい。
ように、Ｔm，Ｔc，Ｔh，Ｔsの各値を入力して(１１)式
に基づいて基準値Ｎを算出する基準値算出手段４２hを
設け、この基準値算出手段４２hで得られた基準値Ｎを
積分成分算出手段４２bと比例成分算出手段４２cとにそ
れぞれ出力する構成とすればよい。
【００７９】上記の実施例ではステッピングモータ３６
によって弁体３４が開閉動作されるものについて説明し
たが、直流モータなどによって弁体が開閉動作されるも
のについても本発明は適用可能である。この場合は、図
３の横軸のステップ数Ｓをモータ駆動電流の通電時間に
対応させ、換算手段４２fで実働分配率ρNEWを通電時間
に換算するようにすればよい。
によって弁体３４が開閉動作されるものについて説明し
たが、直流モータなどによって弁体が開閉動作されるも
のについても本発明は適用可能である。この場合は、図
３の横軸のステップ数Ｓをモータ駆動電流の通電時間に
対応させ、換算手段４２fで実働分配率ρNEWを通電時間
に換算するようにすればよい。
【００８０】また、この実施例では、換算手段４２fに
よって最終的に実働分配率ρNEWを実働ステップ数ＳNEW
に変換するようにしている。このようにすれば、分配率
が無次元数となりプログラムの汎用性が高まる利点があ
るものの、各算出手段４２a，４２b，４２c，４２dで算
出する操作量を分配率としてではなくて、直接にステッ
ピングモータ３６のステップ数として求め、換算手段４
２fを省略することも可能である。
よって最終的に実働分配率ρNEWを実働ステップ数ＳNEW
に変換するようにしている。このようにすれば、分配率
が無次元数となりプログラムの汎用性が高まる利点があ
るものの、各算出手段４２a，４２b，４２c，４２dで算
出する操作量を分配率としてではなくて、直接にステッ
ピングモータ３６のステップ数として求め、換算手段４
２fを省略することも可能である。
【００８１】
【００８２】
【００８３】
【発明の効果】本発明によれば、温度制御が定常状態に
あるときには、温度検出誤差等の不定因子の影響が緩和
され、バイパス弁の開度を決める操作量が経時的に緩や
かに変化するので、バイパス弁の動作が安定化する。
あるときには、温度検出誤差等の不定因子の影響が緩和
され、バイパス弁の開度を決める操作量が経時的に緩や
かに変化するので、バイパス弁の動作が安定化する。
【００８４】これに伴って、湯水混合の分配率制御とガ
ス燃焼量制御との相互干渉が抑制されて熱交換器からの
加熱湯温度のハンチングが生じないようになる。
ス燃焼量制御との相互干渉が抑制されて熱交換器からの
加熱湯温度のハンチングが生じないようになる。
【図１】本発明の実施例に係るバイパスミキシング方式
の給湯器の概略構成図である。
の給湯器の概略構成図である。
【図２】図１の給湯器に使用されるバイパス弁の具体的
な構成を示す縦断面図である。
な構成を示す縦断面図である。
【図３】コントローラを構成する記憶手段に記憶されて
いるステッピングモータのステップ数と湯水混合の分配
率との関係を示す特性図である。
いるステッピングモータのステップ数と湯水混合の分配
率との関係を示す特性図である。
【図４】図１の給湯器の温度制御動作の説明に供するフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図５】図１の給湯器のバイパス弁を構成するステッピ
ングモータに加える制御パルスを示すタイミングチャー
トである。
ングモータに加える制御パルスを示すタイミングチャー
トである。
【図６】図１の給湯器のバイパス弁の操作量と熱交換器
の加熱湯温度との関係を対比して示す説明図である。
の加熱湯温度との関係を対比して示す説明図である。
【図７】分配率偏差が温度偏差に依存していることを説
明するための特性図である。
明するための特性図である。
【図８】本発明の変形例を示すブロック図である。
【図９】従来のバイパスミキシング方式の給湯器の概略
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図１０】図９の従来の給湯器のバイパス弁の操作量と
熱交換器からの加熱湯温度との関係を対比して示す説明
図である。
熱交換器からの加熱湯温度との関係を対比して示す説明
図である。
１…給湯器、６…熱交換器、１０…入水路、１２…出湯
路、１４…バイパス路、２２…加熱湯温度センサ、２４
…給湯温度センサ、２８…バイパス弁、３６…ステッピ
ングモータ、４０…コントローラ、４１…ガス燃焼制御
部、４２…湯水分配率制御部、４２a…制御操作量算出
手段、４２b…積分成分算出手段、４２c…比例成分算出
手段、４２d…実働操作量算出手段、４０e…前回実働操
作量記憶手段、４２f…換算手段、４２h…基準値算出手
段。
路、１４…バイパス路、２２…加熱湯温度センサ、２４
…給湯温度センサ、２８…バイパス弁、３６…ステッピ
ングモータ、４０…コントローラ、４１…ガス燃焼制御
部、４２…湯水分配率制御部、４２a…制御操作量算出
手段、４２b…積分成分算出手段、４２c…比例成分算出
手段、４２d…実働操作量算出手段、４０e…前回実働操
作量記憶手段、４２f…換算手段、４２h…基準値算出手
段。
Claims (2)
- 【請求項１】 熱交換器の入水側と出湯側に、それぞれ
入水路および出湯路が接続され、入水路と出湯路との間
は熱交換器をバイパスするためのバイパス路で短絡さ
れ、このバイパス路の途中にはこのバイパス路の水量を
調整するバイパス弁が設けられる一方、前記バイパス弁
を操作して熱交換器からの湯とバイパス路からの水との
分配率を変化させて給湯温度制御を行うコントローラを
備えてなるバイパスミキシング方式の給湯器において、 前記コントローラは、 入水温度Ｔc、熱交換器で加熱された後の加熱湯温度Ｔ
h、予め設定された所望の給湯温度Ｔs、および湯水混合
により得られる実際の給湯温度Ｔmに基づいて、所定周
期Δtsごとにバイパス弁の制御操作量ρCALを算出する
制御操作量算出手段と、 この制御操作量ρCALと前回にバイパス弁を実際に操作
するために得られた実働操作量ρOLDとの偏差Δρ(＝ρ
CAL−ρOLD)を算出し、この偏差Δρを予め設定された
基準値Ｎで割った余りを積分して積分成分ρIを算出す
る積分成分算出手段と、 前記制御操作量ρOPと前回にバイパス弁を実際に操作す
るために得られた実働操作量ρOLDとの偏差Δρ(＝ρ
CAL−ρOLD)を算出し、この偏差Δρを予め設定された
基準値Ｎで割った商の整数値を求めて比例成分ρPを算
出する比例成分算出手段と、 前回に算出された実働操作量ρOLDに、前記積分成分算
出手段で得られる積分積分ρIと比例成分算出手段で得
られる比例成分ρPとを共に加算して、前記バイパス弁
を実際に操作するための新たな実働操作量ρNEW(＝ρ
OLD＋ρI＋ρP)を算出する実働操作量算出手段と、 を含むことを特徴とする給湯器。 - 【請求項２】 前記基準値Ｎは、予め設定された給湯温
度Ｔs、入水温度Ｔc、熱交換器で加熱された加熱湯温度
Ｔh、および湯水混合後の実際の給湯温度Ｔmの関数とし
て設定されていることを特徴とする請求項１に記載の給
湯器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5857994A JP2897638B2 (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | 給湯器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5857994A JP2897638B2 (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | 給湯器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07269950A JPH07269950A (ja) | 1995-10-20 |
| JP2897638B2 true JP2897638B2 (ja) | 1999-05-31 |
Family
ID=13088372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5857994A Expired - Fee Related JP2897638B2 (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | 給湯器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2897638B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114234172A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-25 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | 一种除氧器水位控制方法 |
-
1994
- 1994-03-29 JP JP5857994A patent/JP2897638B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07269950A (ja) | 1995-10-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Year of fee payment: 11 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100312 |
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