JP3125807B2 - 瞬間式給湯機の燃料供給量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、瞬間式給湯機の燃料供
給量制御装置に関し、特に、簡易な構成によって出湯流
量等の外乱、出湯温度の設定変更のそれぞれに対する高
い応答性と安定性とを得ることができる瞬間式給湯機の
燃料供給量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、燃料としてガスを用いた従来の
瞬間式給湯機の構成を示すブロック図である。給湯機の
出湯設定温度入力器６によって入力された設定温度Ｔｓ
および給湯機の出湯路中３に設けた出湯温度センサ３ａ
が検出する出湯温度Ｔｈに基づいて、それぞれ比例演
算、積分演算、微分演算する比例演算手段、積分演算手
段、微分演算手段を備えた演算部７と、その演算出力に
基づいてガス供給量を調節するガス量制御部９とからな
る瞬間式給湯機の燃料供給量制御装置が従来より知られ
ている。ガス供給路４に接続するバーナ５により、給水
路１から熱交換部２を経て水が加熱される。また、上記
演算部７からの制御出力によって、ガス量制御部９はガ
ス開閉弁４ａとガス調節弁４ｂの弁開度を制御し、ファ
ン制御部８はファン６０を制御する。この燃料供給量制
御装置では、演算部７に出湯温度Ｔｈをフィードバック
して、演算部７は、給湯機の出湯温度Ｔｈを、指定され
た設定温度Ｔｓに保つようにフィードバックＰＩＤ制御
を行う。図４は、一般的なフィードバックＰＩＤ制御の
演算ブロック図である。この制御の作用を説明すると、
設定温度Ｔｓと出湯温度Ｔｈとの偏差ΔＴｅが生じた場
合は、先ずこの偏差ΔＴｅの変化に対応する微分ゲイン
に応じた微分出力がその変化を抑えるように作用し、続
いて比例出力が偏差を小さくするように作用し、最終的
に積分出力が偏差をゼロにするように作用して出湯温度
Ｔｈが設定値Ｔｓに合わされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た場合には以下に示す問題があった。即ち、偏差がゼロ
の状態から偏差ΔＴｅが生じた場合には、上記の制御の
作用の順序によれば、最初に無限大の値を持つ微分出力
が作用するため、出湯温度Ｔｈが設定温度Ｔｓを行き過
ぎてしまうことがあった。これを防止するには微分ゲイ
ンを小さくすることが考えられるが、そうすると外乱が
起こった場合に、あるいは設定変更を行なった場合に、
出湯温度Ｔｈが設定温度Ｔｓに収束するまで時間を要し
てしまう。本発明は、外乱、設定変更それぞれの場合に
おいて応答性が良く、かつ、ハンチングを起こすことの
ない瞬間式給湯機の燃料供給量制御装置を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る本発明の瞬間式給湯機の燃料供給量
制御装置は、給湯機の出湯設定温度入力器によって与え
られた設定温度に係る信号および給湯機の出湯路中に設
けた出湯温度センサが検出する出湯温度に係る信号に基
づいて制御量を演算出力する演算部と、この演算部から
出力された制御量出力に係る信号に基づいて燃料供給量
を調節する燃料供給量制御部とからなる瞬間式給湯機の
燃料供給量制御装置において、演算部は、給湯機の出湯
温度に係る信号を微分演算する微分演算手段と、出湯温
度と設定温度との偏差に係る信号を比例演算する比例演
算手段と、偏差に係る信号を積分演算する積分演算手段
と、比例演算手段からの比例出力信号と積分演算手段か
らの積分出力信号を加算し、微分演算手段の微分出力信
号を減算して、制御量に係る信号を出力する制御量演算
手段と、を備えてなることを特徴とする。請求項２に係
る本発明の燃料供給量制御装置は、給湯機の出湯設定温
度入力器によって与えられた設定温度に係る信号および
給湯機の出湯路中に設けた出湯温度センサが検出する出
湯温度に係る信号に基づいて制御量を演算出力する演算
部と、この演算部から出力された制御量に係る信号に基
づいて燃料供給量を調節する燃料供給量制御部とからな
る瞬間式給湯機の燃料供給量制御装置において、演算部
は、給湯機の出湯温度に係る信号を微分演算する第１の
微分演算手段と、第１の微分演算手段からの微分出力信
号を微分演算する第２の微分演算手段と、前記第１の微
分演算手段の微分出力信号を比例演算してから前記第２
の微分演算手段の微分出力信号に加算し、前記出湯温度
と前記設定温度との偏差に係る信号から減算する制御量
演算手段と、制御量演算手段の出力に係る信号を積分演
算し、制御量に係る信号を出力する積分演算手段と、を
備えてなることを特徴とする。

【０００５】

【作用】請求項１に係る燃料供給量制御装置では、設定
温度と出湯温度との偏差が生じた場合に、その比例演算
手段によって、その偏差の大きさに応じた比例出力信号
と、偏差の継続に応じた積分出力信号とが燃料供給量を
増やすように演算される。また、出湯温度の変動がある
と、微分演算手段によって出湯温度の変化の程度に応じ
た微分出力信号が燃料供給量を抑えるように演算され
る。これにより演算部が、これらの比例出力信号、積分
出力信号、微分出力信号に基づく制御量を出力する。請
求項２に係る燃料供給量制御装置では、設定温度と出湯
温度との偏差が生じた場合に、その比例演算手段による
偏差の比例出力信号の継続に応じた積分出力が燃料供給
量を増やすように演算される。また、出湯温度の変動が
あると、第１の微分演算手段および比例演算と積分演算
手段との演算作用によって出湯温度の変化量に応じた比
例出力信号が、さらに、第１の微分演算手段と第２の微
分演算手段と積分演算手段との演算作用によって出湯温
度の変化の程度に応じた微分出力信号が、それぞれ燃料
供給量を抑えるように演算される。これにより演算部
が、これらの積分出力信号、比例出力信号、微分出力信
号に基づく制御量を出力する。

【０００６】

【実施例】燃料としてガスを用いた場合の本発明に係る
燃料供給量制御装置の実施例を添付図面に基づいて以下
に説明する。本発明に係る燃料供給量制御装置は、図３
で説明された瞬間給湯機に用いられる。

【０００７】図１(Ａ)、(Ｂ)、(Ｃ)は、夫々請求項１に
係る燃料供給量制御装置の演算部、その積分演算手段、
および微分演算手段を示すブロック図である。

【０００８】請求項１に係る燃料供給量制御装置の演算
部１０は、この演算部１０に入力された設定温度Ｔｓと
出湯温度Ｔｈとの偏差ΔＴｅを求める偏差演算手段１１
と、この偏差について積分演算する積分演算手段１３
と、上記出湯温度Ｔｈについて微分演算する微分演算手
段１４と、上記偏差、積分出力、微分出力に基づいて制
御量を演算する制御量演算手段１５とを備える。

【０００９】上記偏差、その積分出力、出湯温度につい
ての微分出力には、それぞれ比例ゲインＫｐ、積分ゲイ
ンＫｉ、微分ゲインＫｄを定める比例演算手段１２ａ，
１２ｂ，１２ｃが介設する。

【００１０】積分演算手段１３は、加算演算を行う図１
（Ｂ）の加算演算手段１８ａと、この加算演算手段１８
ａの出力を遅延して入力する遅延手段１８ｂとによって
構成される。また、上記微分演算手段１４は、入力を遅
延する図１（Ｃ）の遅延手段１９ａとこの遅延出力を減
ずる加減演算手段１９ｂとによって構成される。

【００１１】制御量演算手段１５は、上記偏差について
の比例出力と積分出力の和から出湯温度についての微分
出力を減ずる加減演算手段でなる。この演算出力は、さ
らに比例ゲインＫを有する制御出力用の比例演算手段１
６とバーナの燃焼能力範囲から定まる制御出力上下限を
規制する出力リミット手段１７を介設する。

【００１２】比例演算手段１２ａと比例演算手段１６と
は、合わせて上記偏差についての比例ゲインＫｐ・Ｋで
なる比例演算作用をなす。積分演算手段１３は、比例演
算手段１２ｂおよび比例演算手段１６を合わせて上記偏
差についての積分ゲインＫｉ・Ｋでなる積分演算作用を
なす。微分演算手段１４は、比例演算手段１２ｃおよび
比例演算手段１６を合わせて出湯温度Ｔｈについての微
分ゲインＫｄ・Ｋでなる微分演算作用をなす。

【００１３】上記構成でなる燃料供給量制御装置の演算
部１０の作用を以下に説明する。

【００１４】燃料供給量制御装置の演算部１０は、設定
温度Ｔｓと出湯温度Ｔｈとの偏差ΔＴｅが生じた場合
に、比例演算手段１２ａ、積分演算手段１３等によっ
て、その偏差ΔＴｅの大きさに応じた比例ゲインＫｐ・
Ｋでなる比例出力と、偏差ΔＴｅの継続に応じた積分ゲ
インＫｉ・Ｋでなる積分出力とが作用する。

【００１５】また、出湯温度Ｔｈの変動があると、微分
演算手段１４等によって出湯温度Ｔｈの変化の程度に応
じた微分ゲインＫｄ・Ｋでなる微分出力が作用する。

【００１６】上記構成により、偏差ΔＴｅの大きさに応
じた比例出力と、偏差ΔＴｅの継続に応じた積分出力と
が設定温度Ｔｓに近付くように作用し、また、出湯温度
の変動があると、微分演算手段が出湯温度の変化の程度
に応じて出湯温度Ｔｈの変動を抑える。

【００１７】したがって、外乱に有効な微分ゲインを選
べば、外乱があっても出湯温度の変動が最小限に抑えら
れ、また、設定温度の変更時は、出湯温度は過剰反応す
ることなく、設定温度まで安定して変更される。

【００１８】図２(Ａ)、(Ｂ)、(Ｃ)は、夫々請求項２に
係る燃料供給量制御装置の演算部、その微分演算手段、
および積分演算手段を示すブロック図である。

【００１９】請求項２に係る燃料供給量制御装置の演算
部２０は、この演算部２０に入力された設定温度Ｔｓと
出湯温度Ｔｈとの偏差ΔＴｅを求める偏差演算手段２１
と、上記出湯温度Ｔｈについて微分演算する第１の微分
演算手段２３と、この第１の微分出力について微分演算
する第２の微分演算手段２４と、上記偏差と第１および
第２の微分出力とに基づいて制御量を演算する制御量演
算手段２５ａ，２５ｂ、この出力を積分演算する積分演
算手段２７とからなる速度型制御演算部をなす。

【００２０】上記偏差、第１微分出力、第２微分出力に
は、それぞれ比例演算手段２２ａ，２２ｂ，２２ｃが介
設する。また、一方の制御量演算手段２５ｂは、第１微
分出力と第２微分出力とについて加算演算を行う加算演
算手段でなり、他方の制御量演算手段２５ａは、上記偏
差から上記加算出力を減ずる加減演算手段でなる。この
演算出力には、さらに比例ゲインＫを有する制御出力用
の比例演算手段２６と積分演算手段２７が介設する。

【００２１】積分演算手段２７は、比例演算手段２２ａ
および比例演算手段２６を合わせて上記偏差についての
積分ゲインＫｉ・Ｋでなる積分演算作用をなす。第１の
微分演算手段２３と積分演算手段２７とは、比例演算手
段２２ｂおよび比例演算手段２６を合わせて出湯温度Ｔ
ｈの変化前後の差についての比例ゲインＫｐ・Ｋでなる
比例演算作用をなす。第１および第２の微分演算手段２
３，２４と積分演算手段２７とは、比例演算手段２２ｃ
および比例演算手段２６をあわせて出湯温度Ｔｈについ
ての微分ゲインＫｄ・Ｋでなる微分演算作用をなす。

【００２２】第１および第２の微分演算手段２３，２４
は、入力を遅延する図２（Ｂ）の遅延手段２８ａと、こ
の遅延出力を減ずる加減演算手段２８ｂとによって構成
する。また、積分演算手段２７は、加算演算を行う図２
（Ｃ）の加算演算手段２９ｂと、この加算演算手段２９
ｂの出力を遅延して入力する遅延手段２９ａとによって
構成する。出力リミット手段２９ｃは燃焼機の燃焼能力
範囲から定まる制御出力上下限を規制して上記加算出力
に介設する。

【００２３】上記構成でなる燃料供給量制御装置の演算
部２０の作用を以下に説明する。

【００２４】偏差演算手段２１による偏差は、積分ゲイ
ンＫｉ・Ｋでなる積分出力として作用し、また、出湯温
度Ｔｈは、微分ゲインＫｄ・Ｋでなる微分出力として作
用し、さらに、出湯温度Ｔｈの変化前後の差は、比例ゲ
インＫｐ・Ｋでなる比例出力として作用する。

【００２５】設定温度Ｔｓと出湯温度Ｔｈとの偏差ΔＴ
ｅが生じた場合に、この偏差の継続に応じた積分出力が
設定温度に近付くように作用し、また、出湯温度の変動
があると、出湯温度の変化の程度に応じた微分出力と、
さらに、その変化前後の差に応じた比例出力とが上記積
分出力にフィードバックされて出湯温度の変動を抑える
ように作用する。

【００２６】したがって、外乱に有効な微分ゲインと比
例ゲインとを選べば、外乱があっても出湯温度の変動が
抑えられ、また、設定温度の変更時は、出湯温度は過剰
反応することなく、設定温度まで安定して変更される。

【００２７】

【発明の効果】以上に説明したごとく、請求項１に係る
燃料供給量制御装置の演算部は、微分演算手段を出湯温
度についてのみ設けたので、外乱に有効な微分ゲインを
選ぶことにより、外乱があっても出湯温度の変動が抑え
られ、また、設定温度の変更時は、過剰反応することな
く、安定して出湯温度が変更される。

【００２８】また、請求項２に係る燃料供給量制御装置
の演算部は、出湯温度についてのみ微分演算作用および
比例演算作用をなすので、外乱に有効な微分ゲインと比
例ゲインとを選ぶことにより、外乱があっても出湯温度
の変動が抑えられ、また、設定温度の変更時は、過剰反
応することなく、安定して出湯温度が変更される。

【図面の簡単な説明】

【図１】(Ａ)、(Ｂ)、(Ｃ)は、夫々請求項１に係る燃料
供給量制御装置の演算部、その積分演算手段、および微
分演算手段を示すブロック図

【図２】(Ａ)、(Ｂ)、(Ｃ)は、夫々請求項２に係る燃料
供給量制御装置の演算部、その微分演算手段、および積
分演算手段を示すブロック図

【図３】燃料としてガスを用いた従来の瞬間式給湯機の
構成を示すブロック図

【図４】一般的なフィードバックＰＩＤ制御の演算ブロ
ック図

【符号の説明】

１０ …演算部 １１ …偏差演算手段 １２ａ…比例演算手段 １３ …積分演算手段 １４ …微分演算手段 １５ …制御量演算手段 ２０ …演算部 ２１ …偏差演算手段 ２３ …第１の微分演算手段 ２４ …第２の微分演算手段 ２５ａ，２５ｂ…制御量演算手段 ２７ …積分演算手段６０ …ファン Ｔｓ …設定温度 Ｔｈ …出湯温度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−150741（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−223761（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−119322（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/10 302

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給湯機の出湯設定温度入力器によって与
   えられた設定温度に係る信号および前記給湯機の出湯路
   中に設けた出湯温度センサが検出する出湯温度に係る信
   号に基づいて制御量を演算出力する演算部と、この演算
   部から出力された前記制御量出力に係る信号に基づいて
   燃料供給量を調節する燃料供給量制御部とからなる瞬間
   式給湯機の燃料供給量制御装置において、 前記演算部は、前記 給湯機の前記出湯温度に係る信号を微分演算する微
   分演算手段と、前記 出湯温度と前記設定温度との偏差に係る信号を比例
   演算する比例演算手段と、前記 偏差に係る信号を積分演算する積分演算手段と、前記 比例演算手段からの比例出力信号と前記積分演算手
   段からの積分出力信号を加算し、前記微分演算手段の微
   分出力信号を減算して、前記制御量に係る信号を出力す
   る制御量演算手段と、 を備えてなることを特徴とする瞬間式給湯機の燃料供給
   量制御装置。
2. 【請求項２】 給湯機の出湯設定温度入力器によって与
   えられた設定温度に係る信号および前記給湯機の出湯路
   中に設けた出湯温度センサが検出する出湯温度に係る信
   号に基づいて制御量を演算出力する演算部と、この演算
   部から出力された前記制御量に係る信号に基づいて燃料
   供給量を調節する燃料供給量制御部とからなる瞬間式給
   湯機の燃料供給量制御装置において、 前記演算部は、前記 給湯機の前記出湯温度に係る信号を微分演算する第
   １の微分演算手段と、前記第１の微分演算手段からの 微分出力信号を微分演算
   する第２の微分演算手段と、前記 第１の微分演算手段の微分出力信号を比例演算して
   から前記第２の微分演算手段の微分出力信号に加算し、
   前記出湯温度と前記設定温度との偏差に係る信号から減
   算する制御量演算手段と、前記制御量演算手段の出力に係る信号を 積分演算し、前
   記制御量に係る信号を出力する積分演算手段と、 を備えてなることを特徴とする瞬間式給湯機の燃料供給
   量制御装置。