JP3848761B2

JP3848761B2 - 給湯器

Info

Publication number: JP3848761B2
Application number: JP30841997A
Authority: JP
Inventors: 義輝吉田; 謙浦野
Original assignee: 株式会社ガスター
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH11141985A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器を有する給湯器に関し、給湯開始時に短時間で出湯温度を設定温度まで上昇させ、且つ給湯器能力を最大限利用できる燃焼制御を行うことができる給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器と熱量供給手段を有する給湯器は、出湯温度が設定温度に維持される様に、熱量供給手段に対してフィードバック制御を行う。更に、かかる給湯器は、給湯器の最大能力近傍での運転を行う為に、出湯温度と設定温度の比較に従って流量をフィードバック制御する。この供給熱量の制御と流量の制御を同時に行うことで、出湯温度を設定温度近傍に維持しつつ且つ給湯器の最大能力以内で出湯量をできるだけ多くすることができる。
【０００３】
ところが、従来の給湯器では、出湯開始時に、バーナ等の熱量供給手段の燃焼を開始した後、最初の所定時間は設定温度と入水温度から設定されるフィードフォワード量に流量が維持され、その所定時間内に出湯温度が設定温度に達してから、出湯温度と設定温度にしたがう流量制御が行われる。最初に出湯温度が設定温度に達するまでの間は、流量のフィードバック制御を行わないで流量を一定のフィードフォワード量に維持することで、出湯温度や流量のハンチング等の不安定な状況が生じないようにすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、出湯開始後の所定時間は、給湯器の最悪の場合を想定して予め長めに決められているので、所定時間を経過する前に出湯温度が既に設定温度近傍まで上昇して安定している等の状況であっても、流量制御は行われず、最適の流量及び出湯温度になるまでに必要以上の時間を要する場合がある。更に、流量がフィードフォワード量に固定されているので、出湯温度が設定温度に達するまでの時間が長くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、出湯開始後に短時間で出湯温度を設定温度に上昇させることができる給湯器を提供することにある。
【０００６】
更に、本発明の目的は、出湯開始後に短時間で最適の流量及び出湯温度の状態にすることができる給湯器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する為に、本発明は、給湯開始時に熱量供給手段の熱量供給を開始すると共に、流量が設定流量近傍に達したら、従来の様に所定時間の経過を待たずに流量制御を開始する。但し、流量制御は、熱量供給手段の能力に余裕がなく出湯温度が設定温度より安定して低い場合に流量を減少させ、或いは、熱量供給手段の能力に余裕があり出湯温度が安定して設定温度近傍にある場合に流量を増加させるように制御する。
【０００８】
上記の流量制御を給湯開始後に行うことで、設定温度と入水温度から求められるフィードフォワード流量が多すぎる場合は、即座に流量が減らされ出湯温度が設定温度に達するまでの時間を短くすることができるとともに、給湯開始後短時間で最適の流量にすることができる。また、フィードフォワード流量が少ない場合でも、流量制御により一旦流量が減少されて出湯温度の立ち上がりが早められる。
【０００９】
本発明は、熱交換器を通過する給湯路を有する給湯器において、
前記熱交換器を通過する流量を調節する流量調節手段と、
前記熱交換器に熱量を供給する熱量供給手段と、
給湯開始時に、前記熱量供給手段による熱量の供給を開始すると共に、設定温度と入水温度に従って求められる設定流量値近傍に前記流量が達した後に、前記熱量供給手段の能力に余裕がなく出湯温度が設定温度より安定して低い場合に前記流量調節手段に前記流量を減少させ、或いは、前記熱量供給手段の能力に余裕があり出湯温度が安定して設定温度近傍にある場合に前記流量調節手段に前記流量を増加させる様に制御する制御部とを有することを特徴とする。
【００１０】
更に、上記発明において、前記制御部は、前記熱量供給手段に対して、少なくとも前記設定温度と出湯温度の偏差に従って行われるフィードバック制御を行い、前記熱量供給手段に対するフィードバック制御の頻度が、前記流量調節手段に対する流量制御の頻度より高いことを特徴とする。
【００１１】
流量制御の頻度が熱量制御の頻度よりも少ないことで、給湯開始後に短時間で流量制御を開始しても、熱量制御との競合によるハンチング等の不安定状態を招くことはない。しかも、従来の如く一定の所定時間待機する必要がないので、短時間で出湯温度を設定温度に上昇させ、流量を最適値にすることができる。
【００１２】
更に、本発明は、前記制御部は、前記熱量供給手段に対して、少なくとも前記設定温度と出湯温度の偏差に応じて供給熱量のフィードバック制御を行い、前記流量の減少または増加の量は、所定の固定値であることを特徴とする。
【００１３】
流量の制御量が固定値であるので、給湯開始後に流量のフィードバック制御を開始してもハンチング等の現象を避けることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲はその実施の形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本実施の形態例の給湯器の概略構成図である。給湯路１０には、熱交換器１２が接続され、供給された水が熱交換器１２で加熱され、給湯栓１１から出湯される。給湯路１０内には、流量センサ１６と流量調節弁１４が設けられ、熱交換器１２を通過する流量が所定の設定流量になるように制御される。また、給湯路１０内には、入水温度Ｔｉｎを検出する入水サーミスタ１８と、出湯温度Ｔｏｕｔを検出する出湯サーミスタ２０とが設けられる。
【００１６】
熱交換器に熱量を供給する熱量供給手段として、バーナ２２、燃焼ファン２４及びバーナ２２に供給するガス量を制御する比例弁２６が設けられる。比例弁２６の前後に、ガス元弁２７とガス副弁２５とを有する。更に、マイクロコンピュータなどからなる制御部３０とそれに接続されるリモコン３２とが設けられ、上記のセンサやアクチュエータは制御部３０に接続される。
【００１７】
制御部３０は、給湯開始時に、給湯栓１１が開かれて水が流れたことを流量センサ１６の出力により検出し、入水温度Ｔｉｎと設定温度Ｔｓｐから、給湯器の能力の範囲で最大の流量値をフィードフォワード流量として求め、その求めた設定流量になる様に、流量調節弁１４の開度を制御する。また、出湯温度Ｔｏｕｔと設定温度Ｔｓｐの偏差に応じて所定のガス量をバーナ２２に供給する様に比例弁２６の開度をフィードバック制御し、それに応じた風量を供給できるように燃焼ファン２４の回転数を制御する。
【００１８】
更に、制御部３０は、バーナ２２が最大燃焼能力近傍で燃焼し、且つ最大の流量で出湯できるように、出湯温度Ｔｏｕｔと設定温度Ｔｓｐの偏差にもとづいて流量調節弁１４を制御して流量のフィードバック制御を行う。
【００１９】
本実施の形態例では、給湯栓１１が開かれてからバーナ２２が燃焼を開始した後に行われる出湯温度と設定温度の偏差にもとづく流量制御を、実際の流量が入水温度と設定温度から設定される流量のフィードフォワード流量に達した後に開始する。即ち、従来の如く出湯温度が設定温度まで上昇するのに必要な所定時間の待機を行わない。
【００２０】
図２は、本実施の形態例の流量制御のフローチャート図である。また、図３は、図２の流量制御を行った時の流量制御と出湯温度との関係を示す図である。図２及び図３を参照しながら、給湯開始時における流量を減少させる制御について説明する。
【００２１】
図２に示したフローチャートは、マイクロコンピュータよりなる制御部３０により、例えば０．数秒程度の所定時間毎に実行される。従って、その所定時間毎に、フローチャートに示された制御プログラムが一回だけ実行される。
【００２２】
まず、給湯開始に伴い、給湯栓１１が開かれて、流量センサ１６が流水を検出する（Ｓ１）。それに伴い、制御部３０によりガス弁２５，２６，２７が開かれて、バーナ２２の燃焼が開始する。その結果、図示しないフレームロッドによりバーナの燃焼に伴う炎が検知される（Ｓ２）。ステップＳ３では、流量の補正許可を示す補正許可フラグが１か否かチェックする。最初は、補正許可フラグは０（補正禁止）である。そして、制御部３０は、リモコン３２で設定された設定温度Ｔｓｐと入水サーミスタ１８から検出される入水温度Ｔｉｎと、給湯器の能力（号数）とから、給湯可能な設定流量をフィードフォワード流量FLOWSPとして演算で求めて、流量センサ１６が検出する流量FLOWがフィードフォワード量FLOWSP近傍に達するのを監視する。即ち、ステップＳ４で、流量FLOWがフィードフォワード量FLOWSPに達したか否かをチェックする。このチェックは、流量FLOWがフィードフォワード流量FLOWSPの近傍、例えば±０．２リットルの範囲に達しているか否かのチェックである。流量FLOWがフィードフォワード量FLOWSPに達していなければ待機し、達したら補正許可フラグが１に変更され（Ｓ５）、その後の流量の補正制御が許可される。
【００２３】
上記のフィードフォワード量FLOWSPは、次の式により求められる。
【００２４】
FLOWSP＝号数（例えば１６号なら24000Kcal ）／（Ｔｓｐ−Ｔｉｎ）
図３に示される通り、時刻ｔ０で給湯栓１１が開かれてから、流量調節弁１４がその開度を大きくすることで、流量は例えば数秒程度の短時間Δｔ１で設定流量であるフィードフォワード流量FLOWSPに達する。その時点ｔ１では、出湯温度Ｔｏｕｔはほとんど上昇していない。
【００２５】
本実施の形態例では、流量FLOWがフィードフォワード流量FLOWSPに達すると、流量制御が開始される。即ち、ステップＳ６で比例弁が最大能力に達している場合に、出湯温度Ｔout と設定温度Ｔｓｐとの偏差がある温度、例えば１℃以上あるか否かがチェックされる（Ｓ７）。偏差が１℃以上あることが検出されると、カウンタＣＮＴがインクリメントされる（Ｓ８）。
【００２６】
上記した通り、マイクロコンピュータからなる制御部は、複数の制御タスクにマイクロコンピュータの資源を時分割で割り当てる為に、複数の制御タスクを所定時間Δｔ３毎、例えば０．数秒毎に実行する。従って、上記の比例弁が最大能力に達していて且つ出湯温度Ｔｏｕｔが設定温度Ｔｓｐよりも低いことが複数回検出されると、安定して出湯温度が設定温度に達していないと判断され、流量を減らす制御を行う。
【００２７】
即ち、所定時間Δｔ３秒毎にカウンタＣＮＴがインクリメントされて、合計で例えば２０回に達すると（Ｓ９）、流量調節弁により流量をΔｒリットル／分だけ減らす（Ｓ１０）。この減らす量は、出湯温度と設定温度の偏差の程度にかかわらず、例えば０．数リットルと所定の固定量とする。そして、カウンタＣＮＴの値を０にクリアする（Ｓ１１）。
【００２８】
一方、比例弁制御による燃焼量の制御は、図２に示されていないが、所定時間毎に出湯温度Ｔｏｕｔと設定温度Ｔｓｐとの偏差に応じてフィードバック制御される。即ち、偏差を検出する毎にその偏差の程度に応じて比例弁の開度の制御が行われる。従って、比例弁制御の頻度は、流量制御の頻度よりも大きい。また、比例弁の開度の制御量は、温度の偏差の程度の応じた値となる。
【００２９】
図３に示された流量制御は、給湯栓１１が閉じられて流水がオフになるまで（Ｓ１２）続けられ、一旦オフになると、補正許可フラグがクリアされる（Ｓ１３）。
【００３０】
図３に示される通り、流量がフィードフォワード流量FLOWSP近傍に達した時刻ｔ１から、流量制御が開始される。この時点では、出湯温度Ｔｏｕｔは上昇を始めた状態である。従って、時間Δｔ２の間に安定して出湯温度Ｔｏｕｔが設定温度Ｔｓｐ近傍に達していない状態が検出されると、流量がΔｒリットル／分だけ減じられる。即ち、図３では、時刻ｔ２及びｔ３の時点で流量がΔｒリットル／分減じられる。上記の所定時間Δｔ３を０．１秒とし、流量を減じるまでのカウンタＣＮＴのカウント値を２０回とすると、安定の目安となる時間Δｔ２は、２秒となる。この時間Δｔ２は、上記の所定時間Δｔ３よりも遙かに長い時間である。
【００３１】
従来の方法では、給湯開始してから数１０秒間は流量をフィードフォワード流量に維持し、時刻ｔ４後に初めて流量のフィードバック制御を行っていた。従って、その流量及び出湯温度Ｔｏｕｔは、実線で示される通り、数１０秒間の途中で設定温度Ｔｓｐ近傍まで上昇して安定していても、流量を減じる制御は行われない。従って、時刻ｔ４から流量制御が始まり、時間Δｔ２の間安定して出湯温度Ｔｏｕｔが設定温度Ｔｓｐに達していないことが検出されてから、時刻ｔ５で流量を減じる制御が行われる。
【００３２】
これに対して、図３中破線で示した通り、本実施の形態例では、出湯温度Ｔｏｕｔがまだ上昇を始めた時点で流量制御が始まる。その為、出湯温度Ｔｏｕｔが十分低い時刻ｔ２で流量を減じる制御が行われる。それに伴い、出湯温度Ｔｏｕｔの上昇が破線の如くより急峻になる。また、従来例の実線よりもより早い時点で出湯温度Ｔｏｕｔが設定温度Ｔｓｐに達する。更に、流量も従来例の実線よりもより早い時点で最適流量に達する。
【００３３】
図４は、流量の増加を行う流量制御のフローチャート図である。また、図５は、最終的に流量が増加される場合の流量制御と出湯温度との関係を示す図である。図３の場合と同様に、図中実線が従来方式、破線が本実施の形態例の方式の場合である。
【００３４】
図４に従って説明すると、流水が検知され（Ｓ１）、バーナ２２の燃焼の炎が検知され（Ｓ２）、流量FLOWがフィードフォワード流量FLOWSPに達すると補正許可フラグが１になる（Ｓ３〜Ｓ５）までは、図２の場合と同様である。即ち、給湯開始してから流量がフィードフォワード流量に達するまでの数秒間は、流量制御は行われない。そもそも流量がフィードフォワード流量まで達していないので、その流量を増加または減少する流量のフィードバック制御を行うことは意味がないからである。
【００３５】
流量センサ１６が検出する流量がフィードフォワード流量近傍、例えば±０．２リットル／分以内、に達すると、補正許可フラグが１となり、流量制御が許可される。そこで、比例弁の能力が最大能力より低い場合（図４中では９０％以下）であって（Ｓ２０）、出湯温度Ｔｏｕｔが設定温度Ｔｓｐ近傍にある場合（Ｓ２１）が安定して検出されると、現在の流量をΔｒリットル／分上昇させる（Ｓ２４）。安定して検出する方法は、図２の場合と同様であり、図４のフローチャートのプログラムを実行するたびにカウンタＣＮＴの値をインクリメントし、所定時間Δｔ３毎に実行されるフローチャートのプログラムにおいて、上記のカウンタＣＮＴのインクリメントが連続２０回行われると、流量増加の制御を行う。即ち、Δｔ３×２０＝Δｔ２経過後に流量の補正が行われる。尚、連続２０回は一例である。
【００３６】
一方、図２の場合と同様に、比例弁のガス供給量のフィードバック制御は、所定時間Δｔ３毎に実行される。従って、比例弁制御の頻度は、流量制御の頻度よりも高い。また、比例弁のフィードバック制御は、温度の偏差に応じて行われるのに対して、流量のフィードバック制御量は固定値Δｒである。
【００３７】
そこで、図５を参照して流量がフィードフォワード流量FLOWSPに達する時刻ｔ１以降の流量制御と出湯温度の変化を説明する。時刻ｔ１から流量制御が始まる。時刻ｔ１では、出湯温度Ｔｏｕｔは設定温度Ｔｓｐよりも低いので、時間Δｔ２後の時刻ｔ２において流量をΔｒリットル／分減らす制御が行われる。更に、時刻ｔ３においても流量がΔｒリットル／分減らされる。その結果、出湯温度Ｔｏｕｔは、従来のフィードフォワード流量を維持する場合に比較して、急峻に立ち上がることができる。時刻ｔ３後で、出湯温度Ｔｏｕｔが設定温度Ｔｓｐ近傍に維持されるため、それ以降の流量の減少制御は行われない。
【００３８】
やがて、フィードフォワード流量より少ない流量まで制御されていた状態では、比例弁が最大能力より低く且つ出湯温度が設定温度に維持される状態になる。そこで、時刻ｔ４では、図４の流量制御に従い、流量をΔｒリットル／分だけ増加する制御が行われる。同様に、時刻ｔ５でも流量がΔｒリットル／分増加される。その結果、最初のフィードフォワード流量になる。
【００３９】
更に、時刻ｔ６以降も、流量の増加制御が行われて、最終的に比例弁が最大能力で且つ流量が最大流量の理想的な状態で安定する。図２の場合に、比例弁の能力が１００％の場合に流量の減少を行い、図４の場合に比例弁の能力が９０％以下の場合に流量の増加を行うようにしているので、比例弁の能力が９０〜１００％の間では、流量の増減は行われずに、比例弁のフィードバック制御が行われ、出湯温度が設定温度に維持される。
【００４０】
図５から明らかな通り、流量が最終的に増加される場合でも、出湯開始直後において、流量制御により一旦流量が減少されるため、出湯温度の立ち上がりは従来方式よりも早くなる、そして、流量制御の頻度に比べて比例弁のフィードバック制御の頻度が高いので、出湯温度のハンチングは生じない。図５の場合は、流量についてハンチングに類似する現象が見受けられるが、流量の補正は一律Δｒリットル／分であるので、流量制御により流量が急激に増減することがなく、実質的に問題となるハンチング現象は生じない。一方、出湯温度と設定温度との偏差による比例弁のフィードバック制御では、偏差の大きさに応じて比例弁の開度の制御が行われ、流量制御の一律値による制御とは異なる。
【００４１】
図６は、給湯開始後に流量制御が開始される時を説明する図である。既に説明した通り、給湯開始後は、入水温度と設定温度、それに熱量供給能力とからフィードフォワード流量を演算で求め、その流量になるように流量調節弁１４を開く。流量調節弁は例えばギアモータにより駆動される弁が利用される。水圧と流量調節弁の開くスピードにより、流量がそのフィードフォワード流量値に達するのに数秒を要する。その間は、流量の制御は行われない。図６には、４０に水圧が低い場合の流量の上昇曲線が、４２に水圧が高い場合の流量の上昇曲線がそれぞれ示される。いずれの場合も、フィードフォワード流量値FLOWSPから±０．２リットル程度に達すると流量制御を許可する。即ち、水圧が低い場合は時刻ｔ２から、水圧が高い場合は時刻ｔ１から流量制御が許可される。
【００４２】
上記した実施の形態例では、給湯開始時に、流量が設定流量に達してから流量のフィードバック制御が開始されるが、給湯中に設定温度が変更された場合は、そのまま流量のフィードバック制御が継続される。
【００４３】
更に、上記の実施の形態例で、給湯開始時に流量が設定流量に達したか否かの監視を行うことで、流量調節弁が正常に駆動されているか否かのチェックを同時に行うことができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、出湯開始後に流量がフィードフォワード流量に達してから、即座に流量制御を開始するので、出湯温度の立ち上がりを早めることができ、適正流量状態に短時間で達することができる。
【００４５】
しかも、流量制御において、増減流量を所定の固定値にし、また、流量制御の頻度を低くしているので、流量が急激に増減する制御は行われずに、出湯開始後に流量制御を開始しても従来の如くハンチングが生じることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例の給湯器の概略構成図である。
【図２】本実施の形態例の流量制御のフローチャート図である。
【図３】図２の流量制御を行った時の流量制御と出湯温度との関係を示す図である。
【図４】本実施の形態例の流量制御のフローチャート図である。
【図５】図４の流量制御を行った時の流量制御と出湯温度との関係を示す図である。
【図６】給湯開始後に流量制御が開始される時を説明する図である。
【符号の説明】
１０給湯路
１２熱交換器
１４流量調節弁
１６流量センサ
２２バーナ
２６比例弁
３０制御部

Claims

熱交換器を通過する給湯路を有する給湯器において、
前記熱交換器を通過する流量を調節する流量調節手段と、
前記熱交換器に熱量を供給する熱量供給手段と、
給湯開始時に、前記熱量供給手段による熱量の供給を開始すると共に、設定温度と入水温度に従って求められる設定流量値近傍に前記流量が達した後に、前記熱量供給手段の能力に余裕がなく出湯温度が設定温度より安定して低い場合に前記流量調節手段に前記流量を減少させ、或いは、前記熱量供給手段の能力に余裕があり出湯温度が安定して設定温度近傍にある場合に前記流量調節手段に前記流量を増加させる様に制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記熱量供給手段に対して、少なくとも前記設定温度と出湯温度の偏差に従って行われるフィードバック制御を行い、前記熱量供給手段に対するフィードバック制御の頻度が、前記流量調節手段に対する流量制御の頻度より高いことを特徴とする給湯器。
熱交換器を通過する給湯路を有する給湯器において、
前記熱交換器を通過する流量を調節する流量調節手段と、
前記熱交換器に熱量を供給する熱量供給手段と、
給湯開始時に、前記熱量供給手段による熱量の供給を開始すると共に、設定温度と入水温度に従って求められる設定流量値近傍に前記流量が達した後に、前記熱量供給手段の能力に余裕がなく出湯温度が設定温度より安定して低い場合に前記流量調節手段に前記流量を減少させ、或いは、前記熱量供給手段の能力に余裕があり出湯温度が安定して設定温度近傍にある場合に前記流量調節手段に前記流量を増加させる様に制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記熱量供給手段に対して、少なくとも前記設定温度と出湯温度に従って行われるフィードバック制御を行い、
更に、所定の時間間隔で前記出湯温度を検出し、前記熱量供給手段に対する前記フィードバック制御による供給熱量の制御は、前記所定の時間間隔毎に行い、前記流量調節手段による前記流量の減少または増加の制御は、前記出湯温度が複数の前記所定時間間隔にわたり前記出湯温度が設定温度より低いまたは設定温度近傍にある場合に行うことを特徴とする給湯器。
請求項１または請求項２において、前記流量の減少または増加の量は、所定の固定値であることを特徴とする給湯器。