JP3517287B2

JP3517287B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP3517287B2
Application number: JP26322794A
Authority: JP
Inventors: 久恭渡辺; 喜久雄岡本; 修一小野寺
Original assignee: 株式会社ガスター
Priority date: 1994-10-03
Filing date: 1994-10-03
Publication date: 2004-04-12
Anticipated expiration: 2019-04-12
Also published as: JPH08105656A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、給湯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスを燃料とする給湯装置は、バ
ーナと、このバーナからの火炎により加熱される熱交換
器と、バーナへのガス供給量を制御するガス制御弁（燃
料制御弁）と、上記熱交換器を通る配水管の水量を制御
する水量制御弁と、これらガス制御弁および水量制御弁
を制御するマイクロコンピュータを基本構成として備え
ている。マイクロコンピュータには、入水温度情報が入
水温度センサから入力され、出湯温度情報が出湯温度セ
ンサから入力され、配水管中を流れる水量の情報がフロ
ーセンサから入力される。

【０００３】上記装置において、マイクロコンピュータ
は出湯温度と目標温度の偏差に基づき出湯温度を目標温
度に一致させながら、できるだけ多くの出湯量を供給す
るようにガス制御弁と水量制御弁とを制御している。そ
のため、例えば点火制御を含む初期制御完了後に本格的
に給湯を開始するに際して、目標温度と入水温度とバー
ナの設計上の最大燃焼出力とに基づいて、これら条件に
見合った最大出湯量に近い量を目安として目標水量を決
定し、この目標水量に検出水量が達するように水量制御
弁を制御する。これと同時に、出湯温度が目標温度にな
るようにガス制御弁を制御する。検出水量が一旦目標水
量に達した後、マイクロコンピュータは上記と同様にし
てフィードバックされた出湯温度に基づいてガス制御弁
を制御する。また、この出湯温度とガス制御弁の開度を
フィードバックして目標水量を決定し、この目標水量を
検出水量に一致させるように水量制御弁を制御する。こ
の目標水量の決定のしかたについて詳述すると、燃料制
御弁の開度が最大限度でありながら出湯温度が目標温度
より低い状況では、目標水量を減少させて水量制御弁の
開度を減少させ、出湯温度を高める。出湯温度が目標温
度を越えている状況では、目標水量を増大させて水量制
御弁の開度を増大させ、出湯温度を低める。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記給湯装置では、検
出水量が一旦目標水量に達した直後に、出湯温度が目標
温度を大きく越える（オーバーシュート）。その理由の
１つは、ガス制御弁の制御（開度増大）の結果が出湯温
度の変化（上昇）として現れるまでのタイムラグにあ
る。このタイムラグのため、水量の増加過程では、常に
出湯温度が目標温度より若干低い状態が続き、ガス制御
弁の開度を増大させ続けることになる。そして、検出水
量が目標水量に到達して、出湯量の増加過程が終了して
も、ガス制御弁の開度はタイムラグの期間において増大
し続け、ガス供給が過剰になるのである。オーバーシュ
ートのもう１つ理由は、熱交換器の熱容量にある。すな
わち、給湯開始初期にはガス給湯器の熱交換器が冷えて
おり、その熱交換器の熱容量分だけ余分に熱エネルギー
を必要とする。したがって、水量，目標温度が同じであ
っても、熱交換器が十分に暖められている時に比べて、
より多くのガス量を必要とし、ひいてはガス制御弁の開
度も大きい。上記検出水量が目標水量に達した時に、こ
の熱交換器の熱容量分を補う傾向がガス量制御に残って
いて、ガス供給が過剰になるからである。

【０００５】上記のオーバーシュートを出湯温度センサ
が検出すると、マイクロコンピュータは一転してガス量
を減じるようにガス制御弁を制御する。その結果、今度
はタイムラグによりガス量を減少させ過ぎてアンダーシ
ュートが生じてしまう。一般的には、この出湯温度は上
昇，下降を繰り返しながら、目標温度に収束する。しか
し、上記給湯装置では、上記ガス制御弁の他に水量制御
弁の制御も行っており、次のような不都合が生じる。上
記のように、出湯温度がオーバーシュートした時にマイ
クロコンピュータは目標水量を増加させることにより即
座に水量制御弁の開度を増大させて実際の水量を増大さ
せ、これにより、出湯温度を目標温度に戻そうとする。
その結果、その後のアンダーシュートの度合を大きくし
てしまう。また、このアンダーシュートの時には、目標
水量を減少させることにより、即座に水量制御弁の開度
を減少させて、実際の水量を減少させ、これにより、出
湯温度を目標温度に戻そうとする。その結果、２度目の
オーバーシュートの度合を大きくしてしまう。このよう
にして、ガス供給制御と水量制御を同時に実行すること
により、出湯温度のハンチングおよび出湯量のハンチン
グが生じることがあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の発明
に係わる給湯装置は、図１に示すように、燃料により発
生する熱を水に伝える熱交換器２と、燃料供給量を制御
する燃料制御弁３ａと、上記熱交換器２を通る配水管４
の水量を制御する水量制御弁３ｂと、上記配水管４から
の出湯温度を検出する出湯温度検出手段５と、上記出湯
温度と目標温度の偏差に基づき、出湯温度を目標温度に
近付けるように燃料制御弁３ａの開度を制御する第１弁
制御手段６ａと、目標水量を決定する目標水量決定手段
７と、配水管４中を流れる水量を検出する水量検出手段
８と、上記検出水量を上記目標水量に近付けるように水
量制御弁３ｂの開度を制御する第２弁制御手段６ｂとを
備えている。給湯装置は、さらに、上記目標水量と上記
検出水量の偏差が閾値以内であるか否かを判断する偏差
判断手段９を備えている。この偏差判断手段９で上記偏
差が閾値以内であると判断した場合、第２弁制御手段６
ｂは水量制御弁３ｂの開度をそのまま維持し、上記偏差
判断手段９で偏差が閾値を越えていると判断した場合、
第２弁制御手段６ｂは検出水量が目標水量に近付くよう
に水量制御弁３ｂの開度を制御する。上記目標水量決定
手段は、上記目標温度と出湯温度の偏差と、上記燃料制
御弁の開度の情報に基づいて、目標水量を決定し、より
詳しくは、燃料制御弁の開度が実質的に最大限度であり
ながら出湯温度が目標温度より低い状況では、目標水量
を減少させ、燃料制御弁の開度が実質的に最大限度でな
いにもかかわらず出湯温度が実質的に目標温度に達して
いる状況では目標水量を増大させる。請求項２の発明で
は、請求項１に記載の給湯装置において、上記目標水量
決定手段は、上記燃料制御弁の開度が実質的に最大限度
でありながら出湯温度が目標温度より低い状況におい
て、目標水量を段階的に減少させ、燃料制御弁の開度が
実質的に最大限度でないにもかかわらず出湯温度が実質
的に目標温度に達している状況において、目標水量を段
階的に増大させることを特徴とする。請求項３の発明で
は、請求項１または２に記載の給湯装置において、初期
制御完了直後および目標温度変更直後には、上記第２弁
制御手段は、閾値判断手段の制約を受けずに検出水量が
目標水量に達するように水量制御弁の開度を制御し、こ
の目標水量は、上記目標水量決定手段により、目標温度
と、配水管に供給される水の温度と、設計上の最大熱出
力の情報とに基づいて決定されることを特徴とする。請
求項４の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の給
湯装置において、さらに、水量制御弁の全開を検出する
全開検出手段を備え、上記目標水量決定手段は、水量制
御弁の全開が検出された時の水量検出手段による検出水
量を、上記目標水量として決定することを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の
給湯装置において、さらに閾値設定手段を備え、この閾
値設定手段は、上記目標水量が多い時に上記閾値を大き
くし、目標水量が少ないときに閾値を小さくすることを
特徴とする。請求項６の発明では、請求項１〜４のいず
れかに記載の給湯装置において、さらに閾値設定手段を
備え、この閾値設定手段は、上記検出水量が多い時に上
記閾値を大きくし、検出水量が少ないときに閾値を小さ
くすることを特徴とする。請求項７の発明では、請求項
１〜４のいずれかに記載の給湯装置において、さらに閾
値設定手段を備え、この閾値設定手段は、上記目標温度
と入水温度の偏差が大きい時に上記閾値を小さくし、こ
の偏差が小さい時に閾値を大きくすることを特徴とす
る。請求項８の発明では、請求項１〜４のいずれかに記
載の給湯装置において、さらに閾値設定手段を備え、こ
の閾値設定手段は、上記出湯温度と入水温度の偏差が大
きい時に上記閾値を小さくし、この偏差が小さい時に閾
値を大きくすることを特徴とする。

【０００７】

【作用】請求項１では、検出水量と目標水量の偏差が閾
値以内であれば、水量制御弁の開度をそのまま維持す
る。このように、目標水量には閾値に対応する不感帯が
あり、この不感帯内に検出水量がある場合には、水量制
御弁の開度が維持されるのである。その結果、出湯温度
を目標温度に近付ける制御が、燃料供給制御によって優
先的に行われるので、水量制御と燃料制御が同時に出湯
温度に応答することによって出湯温度がハンチングする
ような不都合を防止できるとともに、出湯量のハンチン
グも防止することができる。また、燃料制御弁の開度が
実質的に最大限度でありながら出湯温度が目標温度より
低い状況では、目標水量を減少させ、燃料制御弁の開度
が実質的に最大限度でないにもかかわらず出湯温度が実
質的に目標温度に達している状況では目標水量を増大さ
せる。これにより、出湯温度を目標温度に近付けなが
ら、最大限の出湯量を目指すことができる。

【０００８】請求項２では、目標水量は、上記のいずれ
かの状況が継続している場合に時間の経過とともに段階
的に増大または減少していき、これに伴い検出水量が不
感帯から外れる。この時に水量制御弁の制御がなされ、
出湯量が変化する。このように、目標水量が時間の経過
とともに変化していくこと、および目標水量に不感帯が
設けられていることにより、水量制御は燃料供給制御に
対して遅らせることができ、上記出湯温度のハンチング
を防止できる。また、燃料制御で出湯温度を目標温度に
収束させることが可能な場合には、出湯量をいたずらに
変えなくても済み、出湯量のハンチングも確実に避ける
ことできる。

【０００９】請求項３では、点火制御を含む初期制御完
了直後および目標温度変更直後に、上記第２弁制御手段
は、閾値判断手段の制約を受けずに検出水量が目標水量
に達するように水量制御弁の開度を制御するので、検出
水量を目標水量の不感帯の中央に位置させることがで
き、それ以後に検出水量が目標水量の不感帯から外れる
可能性が小さくなり、出湯温度，出湯量のハンチングの
可能性をより一層小さくすることができる。しかも、上
記目標水量は、目標温度と、配水管に供給される水の温
度と、設計上の最大熱出力の情報とに基づいて決定され
るので、最初から、出湯温度を目標温度に近付けなが
ら、実質的に最大限の出湯量を目指すことができる。

【００１０】請求項４では、水量制御弁の全開が検出さ
れた時には、目標水量が検出水量となる。これにより、
全開位置でも目標水量の不感帯を設定することができ
る。請求項５〜８では、基本的に、出湯量が多くなるほ
ど閾値を大きくして、不感帯の幅を大きくするものであ
る。これは次の原理に基づく。閾値すなわち不感帯の幅
が一定であると、不感帯幅の出湯量に対する比は、出湯
量が少ない場合は大となり出湯量が多い場合には小とな
る。そのため、出湯量が少ない場合には水量制御が鈍く
なり過ぎてしまい、例えば出湯温度が目標温度に達する
のが遅くなり過ぎたり、熱出力を最大限生かしきれない
状態が長く続き過ぎる。また、出湯量が多い場合には、
水量制御が敏感になり過ぎ、不感帯の効果が薄まってし
まう。そこで、出湯量に対応して不感帯の幅を適切に決
めることにより、このような不都合を解消するのであ
る。請求項５では目標水量に対応して閾値が決定され、
請求項６では検出水量に対応して閾値を決めるものであ
り、これら目標水量，検出水量は実際の出湯量と実質的
に等しいから上記作用が得られる。請求項７，８では、
目標温度または出湯温度と入水温度との偏差が大きいほ
ど、基本的に出湯量が小さいことに着目したものであ
り、上記作用が得られる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図２〜図６に基づ
いて説明する。図２はガス給湯装置の概略構成を示して
いる。符号１０は給湯装置のケーシングであり、ケーシ
ング１０の下端にはファン１１が取り付けられており、
その上端には排気口１２が形成されている。ケーシング
１０内には、ガスバーナ１３（バーナ）と、このガスバ
ーナ１３の上方に位置する熱交換器１４とが収容されて
いる。ガスバーナ１３は多数のバーナエレメント１３ａ
からなる。各バーナエレメント１３ａでは、ガスノズル
１５からのガスとファン１１からの空気とが混合され、
この混合ガスの燃焼熱が熱交換器１４に供給される。上
記バーナエレメント１３ａは、後述するように２つのグ
ループＡ，Ｂに分けられている。

【００１２】上記ガスノズル１５にはガス管２０の下流
端が接続されている。ガス管２０には、上流側から順に
３種の電磁弁すなわち主弁２１、圧力比例制御弁２２、
能力切換弁２３ａ、２３ｂが設けられている。これら弁
２１，２２，２３ａ，２３ｂは、ガス制御弁（燃料制御
弁）として提供されている。より詳しく説明すると、主
弁２１はガスノズル１５へのガスの供給と遮断を行うた
めの弁である。能力切換弁２３ａ，２３ｂは、燃焼を実
行すべきバーナエレメント１３ａのグループを決めるも
のであり、能力切換弁２３ａだけが開いた時には、Ａグ
ループのバーナエレメント１３ａだけにガスが供給さ
れ、能力切換弁２３ａ，２３ｂの両方が開いた時には、
Ａ，Ｂ２つのグループのバーナエレメント１３ａ、すな
わちすべてのバーナエレメント１３ａにガスが供給され
る。圧力比例制御弁２２は、ガスバーナ１３への供給ガ
ス圧を決定するものである。各バーナエレメント１３ａ
にはこの供給ガス圧にほぼ比例した量のガスが供給され
る。したがって、ガス供給を受けるバーナエレメント１
３ａの数が等しい場合には、ガスバーナ１３の燃焼出力
は供給ガス圧に比例し、供給ガス圧が等しい場合には、
ガスバーナ１３の燃焼出力はガス供給を受けるバーナエ
レメント１３ａの数に比例する。ガスバーナ１３の最大
燃焼出力（最大熱出力）は、主弁２１が開いた状態で、
２つの能力切換弁２３ａ，２３ｂが開き、圧力比例制御
弁２２が全開となった状態での燃焼出力を言う。ただ
し、実際の最大燃焼出力は、製造誤差，経年変化等によ
り、設計上の最大燃焼出力と若干異なる。

【００１３】上記熱交換器１４には配水管３０が通って
いる。配水管３０の入口部３０ａからの水は熱交換器１
４を通るときに加熱されて、出口部３０ｂに向かう。出
口部３０ｂには出湯栓３１が接続されている。配水管３
０の入口部３０ａにはフローセンサ（水量検出手段）４
０と入水温度センサ４５（入水温度検出手段）が設置さ
れ、配水管３０の出口部３０ｂには水量制御弁５０、出
湯温度センサ６０（出湯温度検出手段）が設置されてい
る。水量制御弁５０の開度は、ギアモータ５１（モー
タ）により制御され、その全開および全閉状態をモータ
位置から検出する位置センサ５５（全開，全閉位置検出
手段）を備えている。

【００１４】上記各種センサ４０、４５、５５、６０か
らの検出情報およびリモートコントローラ（目標温度設
定手段）からの目標温度情報は、コントロールユニット
７０のマイクロコンピュータ７１に入力される。マイク
ロコンピュータ７１は、これら情報に基づいて水量制御
弁５０を制御するとともに、ガス制御弁２１，２２，２
３ａ，２３ｂを制御する。

【００１５】次に、点火制御を含む初期制御の完了直後
の場合を例にとって、マイクロコンピュータ７１で実行
される水量制御，ガス供給制御を、図３のタイムチャー
トを参照しながら説明する。

【００１６】初期制御完了時点で、次式で示すように、
ガスバーナ１３の設計上の最大燃焼出力Ｄ_MAX，入水温
度Ｔ_IN，目標温度Ｔ_Gに基づいて、仮目標水量ＦＷ_SP’
（リットル／分）を演算する。ＦＷ_SP’＝Ｄ_MAX・２５／（Ｔ_GーＴ_IN）なお、上記式において、最大燃焼出力Ｄ_MAXは号数であ
らわしている。「１」号は、毎分１リットルの水を２５
°Ｃ上昇させることができる燃焼出力を意味する。例え
ば、入水温度Ｔ_INが２０°Ｃ、目標温度Ｔ_Gが７０°
Ｃ、最大燃焼出力Ｄ_MAXが２４号である場合、仮目標水
量ＦＷ_SP’は１２リットル／分となる。本実施例では、
上記製造誤差や経年変化を考慮して、上記仮目標水量Ｆ
Ｗ_SP’から若干量を差し引くことにより、最終的な目標
水量ＦＷ_SPを得る。この目標水量ＦＷ_SPであれば、ほぼ
確実に出湯温度を目標温度にすることができる。上記差
し引くべき量は、仮目標水量ＦＷ_SP’が多いほど大きく
するのが好ましく、後述する閾値と同じ値でもよい。例
えば、上記のように仮目標水量ＦＷ_SP’が１２リットル
／分の場合には、０.５リットル／分を差し引いて、最
終的な目標水量ＦＷ_SP＝１１.５リットル／分を得る。
なお、差し引くべき量は仮目標水量ＦＷ_SP’とは無関係
に一定であってもよい。

【００１７】次に、検出水量が初期制御完了時点での水
量８.０リットル／分から上記目標水量ＦＷ_SP＝１１.５
リットル／分になるように、水量制御弁５０の開度を増
大させ出湯量を増大させる（図３（Ａ）参照）。本実施
例では、ギアモータ５１への供給電流のデューティ比を
開き方向に１００％にして、水量制御弁５０を最大限の
速度で開く。そして、フローセンサ４０からの検出水量
ＦＷすなわち出湯量を監視しながら、この検出水量ＦＷ
が目標水量ＦＷ_SPに達した時点ｔ₀で、ギアモータ５１
の電流供給を停止し、水量制御弁５０の開度を維持す
る。

【００１８】他方、主弁２１を開き状態に維持したま
ま、出湯温度センサ６０で検出された出湯温度Ｔ_OUTを
目標温度Ｔ_Gに一致させるように、圧力比例制御弁２２
および能力切換弁２３ａ，２３ｂをＰＩＤ制御する。そ
の結果として、図３（Ｂ）に示すように、出湯量の増大
に伴って供給ガス量を増大させ、燃焼出力を増大させる
ことになる。より具体的に述べると、最初は能力切換弁
２３ａのみ開きＡグループのバーナエレメント１３ａだ
けで燃焼を行わせ、この状態で圧力比例制御弁２２の開
度を増大させる。圧力比例制御弁２２が全開に近い開度
になった時に、他方の能力切換弁２３ｂも開き、Ａ，Ｂ
両グループのバーナエレメント１３ａによる燃焼に切換
え、これと同時に圧力比例制御弁２２の開度を一旦絞
る。その後で再び圧力比例制御弁２２の開度を全開状態
またはこれに近い状態になるまで増大させる。

【００１９】従来装置に関する説明でも述べたように、
上記圧力比例制御弁２２の開度は、上記時点ｔ₀経過後
も増大する傾向がある。そのため、図３（Ｃ）に示すよ
うに、出湯温度Ｔ_OUTはタイムラグΔｔ後に、目標温度
Ｔ_Gを越えてオーバーシュートする。マイクロコンピュ
ータ７１は、この出湯温度Ｔ_OUTのオーバーシュートに
応答して、圧力比例制御弁２２の開度を絞る。この開度
絞りによる結果はさらにタイムラグΔｔだけ遅れて出湯
温度Ｔ_OUTに現れるが、それまで圧力比例制御弁の絞り
が続行されるため、今度は出湯温度Ｔ_OUTが目標温度Ｔ_G
を下回り、アンダーシュートとなる。しかし、このオー
バーシュート，アンダーシュートを繰り返しながら、出
湯温度Ｔ_OUTは目標温度Ｔ_Gに収束する。

【００２０】なお、目標温度Ｔ_Gが変更された時にも、
この目標温度Ｔ_Gと入水温度Ｔ_INと最大燃焼出力Ｄ_MAXに
基づいて目標水量ＦＷ_SPを変更し、検出水量ＦＷが変更
後の目標水量ＦＷ_SPと一致するように、水量制御弁５０
のギアモータ５１を制御する。目標水量ＦＷ_SPは目標温
度Ｔ_Gが高くなると少なくなり、目標温度Ｔ_Gが低くなる
と多くなることは勿論である。

【００２１】上記検出水量ＦＷが一旦目標水量ＦＷ_SPに
達した時点（図３の例では時点ｔ₀）の後において最も
重要な点は、ガス供給制御を水量制御より優先して実行
することである。以下、詳述する。上記圧力比例制御弁
２２を実質的に全開にして燃焼出力を最大にしても出湯
温度Ｔ_OUTが目標温度Ｔ_Gに達しない時には、時間の経過
に伴って目標水量ＦＷ_SPを減少させていく。また、出湯
温度Ｔ_OUTが目標温度Ｔ_Gに達した状態で、まだ圧力比例
制御弁２２の開度が実質的に全開でない場合には、時間
の経過に伴って目標水量ＦＷ_SPを増大させていく。この
ように目標水量ＦＷ_SPを、ガス量制御に後追いするよう
にして、決定する。上記のように目標水量ＦＷ_SPを変更
させても、検出水量ＦＷとの偏差が閾値α以内であれ
ば、ギアモータ５１に電流を供給せず、水量制御弁５０
の開度をそのまま維持する。換言すれば、図３（Ａ）に
示すように、目標水量ＦＷ_SPを中心として幅２αの不感
帯Ｘを設け、検出水量ＦＷがこの不感帯Ｘにある時に
は、水量制御弁５０の開度を維持する。そして、上記目
標水量ＦＷ_SPが増大または減少し、検出水量ＦＷが不感
帯Ｘを外れた時には、検出水量ＦＷが目標水量ＦＷ_SPの
不感帯Ｘ内に入るように、（偏差が閾値α以内になるよ
うに）、ギアモータ５１を制御して水量制御弁５０の開
度を調節する。このように、ガス制御だけでは、出湯温
度Ｔ_OUTが目標温度Ｔ_Gの状態で最大限の出湯量を供給で
きない場合にだけ、水量制御を遅れをもって実行するよ
うにし、過渡的状況では水量制御の寄与度を低めるか無
くすようにする。その結果、上記のガス量制御が優先さ
れて出湯温度Ｔ_OUTの収束が確実に行われる。換言すれ
ば、ガス供給制御と水量制御の同時実行による出湯温度
Ｔ_OUTのハンチングを防ぐことができる。また、出湯量
のハンチングも防止できる。

【００２２】上記閾値αすなわち不感帯の幅は、出湯量
（本実施例では、この出湯量に対応する目標水量）に応
じて決める。出湯量（目標水量）が小流量の場合は閾値
αを小さくし、出湯量（目標水量）が大流量の場合には
閾値αを大きくする。本実施例では、小流量の場合に
０．２リットル／分とし、大流量の場合に０．５リット
ル／分とする。これにより、不感帯の幅の出湯量に対す
る比を適切な範囲内にすることができ、ひいては、水量
制御の応答性を流量に拘わらず適切にすることができ
る。

【００２３】次に、図４〜図６のフローチャートを参照
しながら、上記マイクロコンピュータ７１で実行される
水量制御，ガス量制御のルーチンを詳しく説明する。電
源オンでこのルーチンはスタートする。ステップ１０１
で各種フラグのクリアを含むイニシャライズ処理を行
う。次にステップ１０２でフローセンサ３０がオンか否
かを判断する。なお、フローセンサ３０のオンとは、出
湯栓３１が開いて配水管３０を水が流れフローセンサ３
０で水流検出がなされたことを意味する。ステップ１０
２で否定判断した場合には、ステップ１０３で電磁弁２
１，２２，２３ａ，２３ｂへの電流供給を停止してガス
供給を停止し、水量制御弁５０のギヤモータ５１を停止
し、完了フラグをクリアにし、ステップ１０１に戻る。
なお、完了フラグは初期制御が完了した事実を表す。出
湯栓３１が開かれた時には、ステップ１０２で肯定判断
し、ステップ１０４に進む。

【００２４】ステップ１０４では、完了フラグがセット
されているか否かを判断する。完了フラグがセットされ
ていない時には、点火制御と初期給湯制御を含む初期制
御を実行し（ステップ１０５）、その後で完了フラグを
セットして（ステップ１０６）、ステップ１０７に進
む。ステップ１０４で肯定判断した時には、ステップ１
０５，１０６をスキップしてステップ１０７に進む。ス
テップ１０７では、上記初期制御の直後か否かを判断す
る。肯定判断した場合には、後述する到達フラグをクリ
アし（ステップ１０８）、次に目標水量ＦＷ_SPを演算す
る（ステップ１０９）。すなわち、前述したように、目
標温度Ｔ_G，入水温度Ｔ_IN，最大燃焼出力Ｄ_MAXに基づい
て、目標水量ＦＷ_SPを演算する。なお、初期制御完了後
にステップ１０７で否定判断した場合でも目標温度Ｔ_G
の変更直後にはステップ１１０で肯定判断し、上記ステ
ップ１０８，１０９を実行する。

【００２５】上記ステップ１０９で目標水量ＦＷ_SPを演
算した後、ステップ１１１で到達フラグがセットされて
いるか否かを判断する。到達フラグは、検出水量ＦＷが
一旦目標水量ＦＷ_SPに達した事実を示す。ステップ１１
１で否定判断した場合には、ステップ１１２で検出水量
ＦＷが目標水量ＦＷ_SPに達したか否かを判断する。ここ
で否定判断した場合には、ギアモータ５１をデューティ
比１００％で駆動させ水量制御弁５０の開度を開き方向
または閉じ方向に変える（ステップ１１３）。

【００２６】ステップ１１３実行後に、プログラムは図
５のステップ１１４に進み、ここで位置センサ５５によ
り水量制御弁５０の全開あるいは全閉が検出されたか否
かを判断する。ステップ１１４で肯定判断した場合、ス
テップ１２０でギヤモータ５１を停止させる。次のステ
ップ１１６で目標水量ＦＷspを検出水量ＦＷに一致させ
るように更新する。水量制御弁５０の全開は、出湯栓３
１が絞られてその開度が小さい時に起きることが多い。
この場合には、水量制御弁５０を全開にしても目標水量
ＦＷ_SPに到達しない。そこで、ギアモータ５１への無駄
な電流供給を停止するとともに、検出水量ＦＷを目標水
量ＦＷ_SPにして全開時でも不感帯設定を可能とするので
ある。

【００２７】ステップ１１６の実行後に、ステップ１１
７の燃焼制御（ガス供給制御）に進む。また、ステップ
１１４で否定判断した場合には、ステップ１１５，１１
６をスキップしてステップ１１７に進む。ステップ１１
７では、出湯温度Ｔ_outが目標温度Ｔ_Gに一致するように
供給ガス量をＰＩＤ制御し、ひいてはバーナでの燃焼出
力を制御する。具体的には、能力切換弁２３ａ，２３ｂ
の開閉制御と、圧力比例制御弁２２の制御を行う。

【００２８】次に、ステップ１１８で後述する停止フラ
グがセットされているか否かを判断する。ステップ１０
９で目標水量ＦＷSPを設定した直後は、停止フラグはセ
ットされていないので、ステップ１１８で否定判断して
再びステップ１０２に戻り、さらに、ステップ１０２，
１０４で肯定判断し、ステップ１０７，１１０，１１
１，１１２で否定判断して再びステップ１１３に至る。
したがって、検出水量ＦＷが目標水量ＦＷSPに達するま
では、ステップ１１３でのギアモータ５１の駆動，ステ
ップ１１７での燃焼制御が継続される。これは、例えば
図３（Ａ）において時点ｔ0に達するまでの給湯制御に
相当する。

【００２９】検出水量ＦＷが目標水量ＦＷ_SPに達する
と、ステップ１１２で肯定判断して、到達フラグをセッ
トし（ステップ１１９）、図５のステップ１２０に進
む。また、次のサイクルではステップ１１１で肯定判断
するので、ステップ１１２，１１９をスキップしてステ
ップ１２０に進む。

【００３０】ステップ１２０〜１２６は、水量の不感帯
制御に用いられる閾値αを決定するためのものである。
概略的に述べると、大流量の時には閾値αを０.５リッ
トル／分とし、小流量の時には閾値αを０.５リットル
／分とする。大容量か小容量かの判断の基準レベルには
ヒステリシス特性を持たせて、閾値αのふらつきを防止
する。以下、詳述すると、ステップ１２０で後述する大
流量フラグがセットされているか否かを判断する。ステ
ップ１１２で肯定判断されてから初めてのルーチンでは
大流量フラグはセットされていないのでステップ１２０
では否定判断して、ステップ１２１に進み、ここで目標
水量ＦＷspが１０リットル／分を超えているか否かを判
断する。ステップ１２１で肯定判断した場合、ステップ
１２２で大流量フラグをセットする。次にステップ１２
３で閾値αを０．５リットル／分に設定し、ステップ１
１３に進む。ステップ１２１で否定判断した場合、つま
り流量が１０リットル／分以下であると判断した場合
は、ステップ１１２で目標水量と検出水量の偏差に対す
る閾値をαを０．２リットル／分に設定し、ステップ１
３０に進む。

【００３１】また、流量が１０リットル／分を一旦超え
て大流量フラグがセットされた後のルーチンではステッ
プ１２０で肯定判断し、次のステップ１２４で目標水量
が８リットル／分を超えているか否かを判断する。ステ
ップ１２４で肯定判断した場合、つまり一旦１０リット
ル／分を超えた後で流量が減少してもまだ８リットル／
分を超えている場合は、ステップ１２３で閾値α＝０．
５リットル／分を維持する。なお、一旦１０リットルを
越えた後に８リットルに戻っても閾値を変更しないの
は、高温で出湯中の場合、蛇口のパッキンが時間ととも
に膨張し、しだいに流量が少なくなる傾向を示す場合が
あるからで、このような状態で閾値が変わることを抑え
るためにも、ヒステリスを設けているのである。ステッ
プ１２４で否定判断した場合、言い換えれえば、流量が
１０リットル／分を越えた後に流量が８リットル／分以
下にまで減少した場合、ステップ１２５で大流量フラグ
をクリアし、ステップ１２６で上記閾値αを０．２リッ
トル／分に設定して、ステップ１３０に進む。

【００３２】ステップ１３０〜１３５は、上記閾値αを
用いた水量制御弁５０の不感帯制御のためのものであ
る。まず、ステップ１３０で、上記目標水量ＦＷ_SPと検
出水量ＦＷの偏差の絶対値が閾値α以内か否かを判断す
る。ステップ１３０で肯定判断した場合、ステップ１３
１でギヤモータ５１を停止させ、ステップ１３２で停止
フラグをセットする。この停止フラグはギヤモータ５１
の停止の事実を示している。ステップ１３０で否定判断
した場合、ステップ１３３で検出水量ＦＷが目標水量Ｆ
Ｗ_SPより小さいか否かを判断する。ステップ１３３で肯
定判断した場合、ギヤモータ５１をこの偏差に基づいて
ＰＤ制御して水量制御弁５０の開度を大きくする（ステ
ップ１３４）。ステップ１３３で否定判断した場合、同
様の制御により水量制御弁５０の開度を小さくする（ス
テップ１３５）。ステップ１３４，１３５でのギアモー
タ５１の制御は、ステップ１３０で肯定判断されるまで
続けられる。

【００３３】上記水量の不感帯制御後に、前述したステ
ップ１１４〜１１６を実行し、ステップ１１７の燃焼制
御を実行して、ステップ１１８に進み、停止フラグがセ
ットされているか否かを判断する。検出水量ＦＷが不感
帯に入っていない場合には、停止フラグはクリア状態に
あるので、ここで否定判断され、ステップ１０２に戻
る。その結果、ステップ１３４，１３５でのギアモータ
５１の制御は、検出水量ＦＷが不感帯に入るまで、すな
わちステップ１３０，ステップ１１８で肯定判断される
まで続けられる。

【００３４】検出水量が不感帯幅に入っている時には、
停止フラグがセットされるので、ステップ１１８で肯定
判断され、プログラムは図６のステップ１４０に進む。
このステップ１４０で停止フラグをクリアした後、目標
水量ＦＷ_SPの更新に関するステップに移行する。詳述す
ると、ステップ１４１で、Ａ，Ｂ両グループのバーナー
エレメント１３ａにガス供給が行われている状態か否か
（すなわち能力切換弁２３ａ，２３ｂがともに開いてい
る状態か否か）を判断する。ここで否定判断した場合、
すなわち、Ａグループのバーナーエレメント１３ａにし
かガス供給が行われていないと判断した場合には、目標
水量ＦＷ_SPの更新は行わず、ステップ１０２に戻る。こ
のガス供給の状況では、出湯栓３１が絞られているか、
入水温度Ｔ_INと目標温度Ｔ_Gとの差が小さいため、水量
制御弁５０が全開状態にあり、後述のステップ１４５，
１５０で目標水量ＦＷ_SPを更新する必要はないからであ
る。

【００３５】ステップ１４１で肯定判断した場合、圧力
比例制御弁２２が全開の時の出力を１００％として、こ
の圧力比例制御弁２２の出力が９８％（実質的に最大限
度の開度）より小さいか否かを判断する（ステップ１４
２）。ステップ１４１で肯定判断した場合、つまり燃焼
出力にまだ余裕があると判断した場合、ステップ１４３
で出湯温度Ｔ_OUTと目標温度Ｔ_Gの差の絶対値が１℃以内
であるか否かを判断する。ステップ１４３で否定判断し
た場合、つまり出湯温度Ｔ_OUTが目標温度Ｔ_Gにほぼ収束
した状態にないと判断した場合は、ステップ１０２に戻
る。ステップ１４３で肯定判断した場合、つまり出湯温
度Ｔ_OUTが目標温度Ｔ_Gにほぼ収束していると判断した場
合、ステップ１４４でｔ₁秒（例えば１秒）待った後
に、ステップ１４５で目標水量ＦＷ_SPを０．１リットル
／分だけ増やし、ステップ１０２に戻る。

【００３６】ステップ１４２で否定判断した場合、すな
わち燃焼能力にほとんど余裕がないと判断した場合、ス
テップ１４６で出湯温度Ｔ_OUTと目標温度Ｔ_Gの差の絶対
値が１℃以内であるか否かを判断する。ステップ１４６
で肯定判断した場合、言い換えると出湯温度Ｔ_OUTが実
質的に目標温度Ｔ_Gに収束した状態で安定していると判
断した場合、ステップ１０２に戻る。ステップ１４６で
否定判断した場合、すなわち出湯温度が目標温度に収束
していないと判断した場合、ステップ１４７で圧力比例
制御弁２２の出力が１００％か否かを判断する。ステッ
プ１４７で否定判断した場合、言い換えると圧力比例制
御弁２２が１００パーセント出力の全開状態でない場
合、ステップ１０２に戻る。ステップ１４７で肯定判断
した場合、言い換えると圧力比例制御弁２２が全開であ
る場合、ステップ１４８で出湯温度が目標温度に比べて
０．５℃より低いか否かを判断する。ステップ１４８で
否定判断した場合、ステップ１０２に戻る。ステップ１
４８で肯定判断した場合には、ステップ１４９でｔ₁秒
（例えば１秒）待った後に、ステップ１５０で目標水量
ＦＷ_SPを０．１リットル／分だけ減らす。

【００３７】上記のようにして、ガスバーナ１３の実際
の燃焼能力をほぼ最大にして、できるだけ多くの湯を供
給するように、しかも出湯温度を目標温度に一致させる
ように、目標水量ＦＷ_SPが決定される。ここで注意すべ
きは、目標水量ＦＷ_SPの更新が即座に出湯量の変動に結
びつかない点である。すなわち、目標水量ＦＷ_SPは上記
のように０．１リットル／分だけ増減されても、検出水
量ＦＷが目標水量ＦＷ_SPの不感帯に入っている場合に
は、ギアモータ５１は駆動されず（ステップ１３０，１
３１参照）、出湯量の変動がないからである。そして、
上記ステップ１４５，１５０が繰り返し実行されて、目
標水量ＦＷ_SPの変化が時間の経過とともに大きくなる
と、検出水量ＦＷが目標水量ＦＷ_SPの不感帯から外れる
ことになり、ギアモータ５１が駆動されて水量調節がな
されるのである（ステップ１３０，１３３，１３４，１
３５参照）。総括すると、出湯温度のフィードバック制
御をガス制御だけで行い、このガス制御だけでは、でき
るだけ多くの湯を目標温度で提供するという要請に応え
られなくなった時に、目標水量を時間の経過にしたがっ
て増大させていくか減少させていき、しかも不感帯設定
によりこの目標水量に基づく水量制御を遅らせるように
したのである。

【００３８】上記説明から明らかなように、ステップ１
１７は第１弁制御手段を構成し、ステップ１３１，１３
４，１３５は第２弁制御手段を構成し、ステップ１２０
〜１２６は閾値設定手段を構成し、ステップ１１６，１
４５，１５０は目標水量決定手段を構成し、ステップ１
３０は偏差判断手段を構成している。

【００３９】上記閾値αは、目標水量ＦＷ_SPの代わり
に、検出水量ＦＷに基づいて決定してもよい。この場
合、ステップ１２１，１２４において、目標水量ＦＷ_SP
が検出水量ＦＷに置き換えられる。また、閾値αを図７
に示すように目標水量ＦＷ_SPまたは検出水量ＦＷに対し
てリニアに変化させてもよい。この場合、１２０〜１２
６のステップは、図７のマップを用いた演算のステップ
で置き換えられる。

【００４０】閾値αは、目標温度Ｔ_Gと入水温度Ｔ_INと
の偏差が小さいほど大きくなるように決定してもよい。
この偏差は出湯量にほぼ反比例しているからである。こ
の場合、図５のステップ１２１，１２４を図８に示すよ
うにステップ２２１，２２４に置き換えればよい。ま
た、目標温度Ｔ_Gと入水温度Ｔ_INの偏差の代わりに、出
湯温度Ｔ_OUTと入水温度Ｔ_INとの偏差を用い、この偏差
が小さいほど閾値αが大きくなるように決定してもよ
い。また、閾値αは上記いずれかの偏差と反比例するよ
うにして決定してもよい。

【００４１】さらに、閾値αは目標温度または出湯温度
が高くなるほど小さく（例えば反比例に）なるように決
定してもよいし、入水温度が高くなるほど大きく（例え
ば比例に）なるように決定してもよい。さらに、閾値
は、最大燃焼出力が大きいほど大きくなるように決定し
てもよい。

【００４２】なお、本発明は上記実施例に拘束されず種
々の他の様態が可能である。例えば、ガス以外の燃料を
用いた給湯装置に本発明を適用してもよい。また、上記
実施例では、燃料をバーナに供給し火炎として熱を熱交
換器に伝える例を示したが、例えば燃料を熱に変える触
媒を熱交換器表面に配することで、熱交換器で湯を作っ
てもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明で
は、目標水量にいわゆる不感帯を設け、水量制御よりも
燃料供給制御を優先させたことにより、出湯温度のハン
チングを防止できるとともに、出湯量のハンチングも防
止できる。また、出湯温度を目標温度に近付けながら、
最大限の出湯量を目指すことができる。請求項２の発明
では、最大限の出湯量を目指す際に、水量制御が燃料供
給制御よりも遅れて実行されるので上記出湯温度，出湯
量のハンチングを防止できる。請求項３の発明で、最初
に検出水量を目標水量の不感帯の中央に位置させること
ができ、それ以後に検出水量が目標水量の不感帯から外
れる可能性が小さくなり、出湯温度，出湯量のハンチン
グの可能性をより一層小さくすることができる。しか
も、最初から、出湯温度を目標温度に近付けながら、実
質的に最大限の出湯量を目指すことができる。請求項４
の発明では、水量制御弁の全開状態でも目標水量の不感
帯を設定することができる。請求項５〜８の発明では、
不感帯の幅を出湯量に応じて決めるので、水量制御の応
答性は、出湯量が変動しても鋭すぎず鈍すぎず、常に適
切なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例を示す給湯装置の概略図であ
る。

【図３】同実施例における給湯制御のタイムチャートで
ある。

【図４】同実施例のマイクロコンピュータで実行される
給湯制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。

【図５】同ルーチンの他の部位を示すフローチャートで
ある。

【図６】同ルーチンの残部を示すフローチャートであ
る。

【図７】閾値決定の他の態様を示す図である。

【図８】閾値決定の他の態様を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

２ … 熱交換器３ａ … 燃料制御弁４ … 配水管５ … 出湯温度検出手段６ａ … 第１弁制御手段６ｂ … 第２弁制御手段７ … 目標水量決定手段８ … 水量検出手段９ … 偏差判断手段１３ … ガスバーナ（バーナ）１４ … 熱交換器２１，２２，２３ａ，２３ｂ … ガス制御弁（燃料制
御弁）３０ … 配水管４０ … フローセンサ（水量検出手段）４５ … 入水温度センサ（入水温度検出手段）５０ … 水量制御弁５１ … ギアモータ５５ … 位置センサ（全開検出手段）６０ … 出湯温度センサ（出湯温度検出手段）７１ … マイクロコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−340049（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−54553（ＪＰ，Ａ) 特開平３−36457（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−101653（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）燃料より発生する熱を水に伝える熱
交換器と、（ロ）燃料供給量を制御する燃料制御弁と、（ハ）上記熱交換器を通る配水管の水量を制御する水量
制御弁と、（ニ）上記配水管からの出湯温度を検出する出湯温度検
出手段と、（ホ）上記出湯温度と目標温度の偏差に基づき、出湯温
度を目標温度に近付けるように燃料制御弁の開度を制御
する第１弁制御手段と、（ヘ）目標水量を決定する目標水量決定手段と、（ト）配水管中を流れる水量を検出する水量検出手段
と、（チ）上記検出水量を上記目標水量に近付けるように水
量制御弁の開度を制御する第２弁制御手段とを備えた給
湯装置において、さらに、上記目標水量と上記検出水量
の偏差が閾値以内であるか否かを判断する偏差判断手段
を備え、この偏差判断手段で上記偏差が閾値以内である
と判断した場合、上記第２弁制御手段は水量制御弁の開
度をそのまま維持し、上記偏差判断手段で偏差が閾値を
越えていると判断した場合、上記第２弁制御手段は検出
水量が目標水量に近付くように水量制御弁の開度を制御
し、上記目標水量決定手段は、上記目標温度と出湯温度の偏
差と、上記燃料制御弁の開度の情報に基づいて、目標水
量を決定し、より詳しくは、燃料制御弁の開度が実質的
に最大限度でありながら出湯温度が目標温度より低い状
況では、目標水量を減少させ、燃料制御弁の開度が実質
的に最大限度でないにもかかわらず出湯温度が実質的に
目標温度に達している状況では目標水量を増大させるこ
とを特徴とする給湯装置。
【請求項２】上記目標水量決定手段は、上記燃料制御弁
の開度が実質的に最大限度でありながら出湯温度が目標
温度より低い状況において、目標水量を段階的に減少さ
せ、燃料制御弁の開度が実質的に最大限度でないにもか
かわらず出湯温度が実質的に目標温度に達している状況
において、目標水量を段階的に増大させることを特徴と
する請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】初期制御完了直後および目標温度変更直
後には、上記第２弁制御手段は、閾値判断手段の制約を
受けずに検出水量が目標水量に達するように水量制御弁
の開度を制御し、この目標水量は、上記目標水量決定手
段により、目標温度と、配水管に供給される水の温度
と、設計上の最大熱出力の情報とに基づいて決定される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。
【請求項４】さらに、水量制御弁の全開を検出する全
開検出手段を備え、上記目標水量決定手段は、水量制御
弁の全開が検出された時の水量検出手段による検出水量
を、上記目標水量として決定することを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載の給湯装置。
【請求項５】さらに閾値設定手段を備え、この閾値設
定手段は、上記目標水量が多い時に上記閾値を大きく
し、目標水量が少ないときに閾値を小さくすることを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の給湯装置。
【請求項６】さらに閾値設定手段を備え、この閾値設
定手段は、上記検出水量が多い時に上記閾値を大きく
し、検出水量が少ないときに閾値を小さくすることを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の給湯装置。
【請求項７】さらに閾値設定手段を備え、この閾値設
定手段は、上記目標温度と入水温度の偏差が大きい時に
上記閾値を小さくし、この偏差が小さい時に閾値を大き
くすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
の給湯装置。
【請求項８】さらに閾値設定手段を備え、この閾値設
定手段は、上記出湯温度と入水温度の偏差が大きい時に
上記閾値を小さくし、この偏差が小さい時に閾値を大き
くすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
の給湯装置。