JP3962158B2 - ガス給湯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス給湯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ガス給湯装置は、熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する電磁比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部とを備えている。
上記制御部は、フィードフォワード演算とフィードバック演算を行って上記供給電流を決定し、出湯温度を設定温度に一致させる制御をしている。詳述すると、制御部は、出湯量(給湯配管を流れる水の量)と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と記憶データとからフィードフォワード出力分を演算する。なお、この記憶データは、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すものであり、記憶部に演算式またはマップの形態で記憶されている。また、出湯温度と設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算する。そして、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加算して、上記比例弁への供給電流を決定するのである。
【0003】
上記フィードフォワード演算は、給湯初期や出湯量の急変,設定温度の急変に即応するために必要なものである。しかし、このフィードフォワード演算だけでは、温度情報や出湯量情報に検出誤差があったり、比例弁への供給電流と熱交換部での吸収熱量との実際の関係が理論値からずれている場合に、出湯温度を設定温度に一致させることができないので、フィードバック演算でこれを補うようにしている。
【0004】
給湯初期や出湯量の急変,設定温度の急変に即応して、出湯温度を設定温度に早く一致させるためには、フィードフォワード出力分が、出湯温度を設定温度にするための供給電流にできるだけ近いほうが好ましい。そこで、例えば、特公平7−11361号公報では、出湯温度が安定した時点でのフィードフォワード出力分とフィードバック出力分との和(すなわち供給電流)を、フィードバック出力分で除して、補正係数を得る。そして、以後の制御においては、上記のようにして演算されたフィードフォワード出力分に補正係数を乗算して、フィードフォワード出力分を補正し、これにフィードバック出力分を加算して、供給電流を得るようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報による更新の方法では、フィードフォワード出力分を演算する度に、上記補正係数を乗じる演算過程を必要とし、演算を複雑にしていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本願発明の基本構成は、熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部と、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すデータを記憶する記憶部とを備え、上記制御部が、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と上記記憶データとからフィードフォワード出力分を演算し、給湯配管からの出湯温度と上記設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算し、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加味して上記比例弁への供給電流値を決定することにより、上記出湯温度を上記設定温度と一致させるように制御するガス給湯装置にある。
請求項1の発明では、上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と実際の供給電流値との関係を示す少なくとも2点でのデータの平均値に基づいて、上記相関関係を表す線を平行移動するように、上記記憶データを更新することを特徴とする。
【0007】
請求項2の発明は、上記基本構成を有するガス給湯装置において、上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも2点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、上記記憶データの更新に用いられる2点のデータのうち1点は、供給電流値の制御範囲において最小値近傍にあり、他の1点はこの制御範囲の最大値近傍にあることを特徴とする。
請求項3の発明は、上記基本構成を有するガス給湯装置において、上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも2点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、上記記憶データの更新に用いられる2点のデータは、供給電流値の制御範囲において、所定量以上離れていることを特徴とする。
請求項4の発明は、上記基本構成を有するガス給湯装置において、上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも2点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、前回の更新に用いられた2点のデータより、供給電流値の差が大きい2点のデータを得た時には、この新規のデータに基づき記憶データを更新することを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図1および図2を参照して説明する。図1に示すようにガス給湯装置は、缶(図示せず)の下部に収容されたガスバーナ1と、缶の上部に収容された熱交換部2と、ガスバーナ1に燃焼空気を供給するためのファン(図示せず)とを備えている。また、ガスバーナ1の近傍には、点火機構(図示)が配置されている。上記ガスバーナ1にガスを供給する手段は、ガス管3と、このガス管3に設けられた主電磁開閉弁4および電磁比例弁5とを有している。
【0009】
ガス給湯装置は、さらに給湯配管10を備えている。この給湯配管10は、上記熱交換部2を通る受熱管11と、この受熱管11の入口端に接続された給水管12と、出口端に接続された給湯管13とを有している。給湯管13の末端には給湯栓14が設けられている。給水管12には給水温度センサTINと、フローセンサQが設けられ、給湯管13には出湯温度センサTOUTと流量制御弁GMが設けられている。なお、これら温度センサTIN,TOUT,フローセンサQの検出値については、それぞれ同符号を付して表すこととする。
【0010】
ガス給湯装置は、さらに、制御部50と記憶部55とリモートコントローラ60とを備えている。制御部50には、上述した種々の検出手段、すなわち温度センサTIN、TOUT、フローセンサQからの情報に基づいて、点火機構,ファン,開閉弁4,比例弁5,流量制御弁GMを制御する。記憶部55は、図2に実線で示すような給湯要求熱量と比例弁5への供給電流(以下、比例弁電流と称す)との相関関係を示すデータをマップまたは演算式(1次方程式)の形態で記憶している。本実施形態では、この相関関係をリニアな関係として説明する。
【0011】
上記構成において、ユーザーが給湯栓14を開くと、フローセンサQが所定量以上の水流を検出する。制御部50はこの水流検出に応答して、点火機構およびファンを作動させる。これと同時期に、開閉弁4を開き、ガスをガスバーナ1に供給して燃焼を開始する。給水管12からの水は受熱管11を通る過程で燃焼熱を受けて湯となり、給湯管13を経て給湯栓14から吐出される。
【0012】
制御部50は、比例弁電流を制御して、この電流と比例関係にある出力側ガス圧を制御し、ひいては燃焼熱量を制御する。なお、燃焼熱量は、給湯配管10を流れる水に付与される熱量(給湯に費やされる熱量)と対応関係にあり、両者の比が熱効率となる。上記比例弁電流の制御は、比例弁5の開度の制御をも意味する。
【0013】
上記比例弁電流制御について詳述する。制御部50は、給水温度センサTINで検出された給水温度(給湯配管10を通って熱交換部2へ向かう水の温度)と、リモートコントローラ60で設定される設定温度TSと、フローセンサQで検出された出湯量(熱交換部2,給湯配管10を流れる水の流量)を下記式に代入して、給湯要求熱量Gを演算する。
G=(TS−TIN)Q
そして、演算された給湯要求熱量Gと、上記記憶部55で記憶された給湯要求号数Gと比例弁電流Iとの関係を表すデータ(図2において実線で示す)とからフィードフォワード出力分FFを演算する。例えば給湯要求熱量がG0であれば、フィードフォワード出力分FFはI0となる。
【0014】
温度センサTINやフローセンサQの検出信号に誤差がなく、またガスバーナ1や熱交換部2が設計どうりで、期待した熱効率が得られる場合には、図2の実線の関係が成立するため、このフィードフォワード出力分FFだけで、出湯温度を設定温度TSに一致させることができる。しかし、実際には検出信号の誤差や設計誤差等があるため、フィードフォワード出力分だけでは、正確な制御ができない。そこで、出湯温度センサTOUTで検出された出湯温度と、設定温度TSとの差に基づくPID演算に基づいて、フィードバック出力分FBを求める。
次に、上記フィードフォワード出力分FFにフィードバック出力分FBを加算して、比例弁電流I0’を決定する。その結果、検出出湯温度TOUTを設定温度TSにすることができる。
【0015】
前述したように、フィードフォワード出力分FFをI0とし、出湯温度TOUTを設定温度TSに一致させるための実際の供給電流値がI0’とし、両者に、相当量の差ΔI(この差ΔIは、フィードバック出力分FBに相当する)が生じた時には、記憶データの更新を行う。具体的には、座標(I0,G0)を通る実線の記憶データから、傾きをそのままにして、座標(I0’,G0)を通る破線へと平行移動するように、記憶データを更新するのである。
その結果、次回の給湯制御においては、フィードフォワード制御成分FFだけで、出湯温度TOUTを設定温度TSに近づけることができ、出湯初期,設定温度の急変,出湯量の急変に即応することができる。
図2の更新方法において、2つ以上の座標データを用い、上記差ΔIの平均値に基づいて、直線の平行移動を行ってもよい。
【0016】
次に、本発明に係わるより精密な記憶データの更新方法について図3を参照して説明する。この更新方法は、記憶データの傾きの設定に問題がある場合に、特に有効である。詳述すると、給湯要求熱量G1で、出湯温度TOUTを設定温度TSと一致させることができた時、フィードフォワード出力分FFの座標(I1,G1)に対して、実際の比例弁電流に基づく座標(I1’,G1)がずれていた場合に、この座標(I1’,G1)を一旦記憶しておく。そして、他の給湯要求熱量G2で出湯温度TOUTを設定温度TSと一致させることができた時、フィードフォワード出力分FFの座標(I2,G2)に対して、実際の比例弁電流に基づく座標(I2’,G2)がずれていた場合に、この座標(I2’,G2)も記憶する。そして、これら2つの座標(I1’,G1),(I2’,G2)を通る破線の直線を、新しい記憶データとして更新する。
【0017】
図3の更新方法において、2つの座標ではなく、3点以上の座標に基づいて最小2乗法に基づき更新データの直線を決定してもよい。
また、精度を高めるために、比例弁電流Iの最小値MIN近傍の座標と最大値MAX近傍の座標の2点で更新データの直線を決定してもよい。例えば最小値MINを比例弁開度0%と定義し、最大値MAXを比例弁開度100%と定義した時に、1つの座標を0〜10%の範囲で選択し、もう1つの座標を90〜100%の範囲で選択する。
また、2つの座標の比例弁電流Iが所定量以上離れていること、上記開度に換算して例えば30%以上離れていることを条件として、これら2つの座標から更新データの直線を決定してもよい。
また、前回のデータ更新で用いた2つの座標における比例弁電流の差より、今回得られた2つの座標の方が大きい場合には、今回の座標データを優先して記憶データの更新を行うようにしてもよい。
【0018】
図2,図3の更新方法において、記憶データの更新に用いられる座標データ(I0’,G0)は、給湯が安定した状態、すなわち、出湯温度TOUTが設定温度TSに実質的に一致して(TOUTがTS−αからTS+αの範囲にある状態)で所定時間β以上維持された状態でのデータとするのが好ましい。温度センサTIN,フローセンサQの安定をさらなる条件としてもよいし、検出流量Qが所定流量以上であることをさらなる条件としてもよい。
上記記憶データの更新は、製品出荷に先立って1回の試運転での給湯制御の時だけ行うようにしてもよいし、通常の給湯制御の度に行ってもよい。
データ更新は、記憶データと実際の座標とが所定量以上異なることを条件として行ってもよいし、無条件で行ってもよい。
【0019】
複数の燃焼面を有する給湯装置においては、燃焼面毎の燃焼における記憶データの更新を行うようにする。
また、図4,図5に示すように、記憶データがリニアでない場合でも、図2の方法と同様の平行移動や、図3の方法と同様の傾き変更によって、データ更新を行うことができる。
【0020】
上記実施形態は、給湯だけを行う装置であったが、図6に示すように一缶二水路式の追焚機能付きガス給湯装置に適用することもできる。この給湯装置では、ガスバーナ1と熱交換部2は、給湯と追焚に共通のものであり、一つの缶(図示しない)に収容されている。熱交換部2には、給湯配管10と追焚配管20が通っている。
【0021】
給湯配管10において、前述の実施形態に相当する構成については、図中同番号を付してその説明を省略する。給水管12と給湯管13との間には、2本のバイパス管15,16が受熱管11と並列に設けられている。図1において、バイパス管15と給水管12および給湯管13との接続点を符号P1,P2でそれぞれ示し、バイパス管16と給水管12および給湯管13との接続点を符号P3,P4でそれぞれ示す。
【0022】
熱交換部2に近い方のバイパス管15には弁等が設けられておらず、給水管12内を流れる水は、接続点P1において受熱管11側とバイパス管12側とに常に一定の割合(例えば、70:30)で別れる。そして、接続点P2において再び合流する。
一方、熱交換部2から遠い方のバイパス管16には、流量制御弁GM’が設けられている。
上記給湯配管10には、2つのフローセンサQ,Q’が設けられている。フローセンサQは、接続点P4と給湯栓14との間の給湯管13に配置されており、フローセンサQ’は、接続点P1,P3間の給水管12に配置されている。
【0023】
上記追焚配管20は、熱交換部2を貫通する受熱管21と、その入口端と浴槽6との間に接続された復路管22と、受熱管21の出口端と浴槽6との間に接続された往路管23とを備えている。復路管22には、ポンプ24、温度センサTHRおよび流水スイッチFSが設けられている。
【0024】
上記給湯配管10の給湯管13と追焚系20の復路管22との間には、浴槽6への湯張りのための注湯管30が設けられており、注湯管30と給湯管13および復路管22との接続点が符号P5,P6で示されている。注湯管30には、電磁開閉弁からなる注湯弁31が設けられている。
【0025】
追焚を行う場合には、リモートコントローラ60の追焚スイッチをON状態にする。すると、まずポンプ24が起動され、浴槽6内の湯が復路管22および往路管23を通って循環する。復路管22内の湯の流れを流水スイッチFSが検出すると、ガスバーナ1が点火される。これによって、浴槽6内の湯が加熱される。そして、温度センサTHRによる検出温度が設定温度に達すると、自動的にバーナ1の燃焼が停止されるとともに、ポンプ24が停止される。
湯張り時には、注湯弁31を開き、給湯配管10からの湯を注湯管30を経、追焚配管20を経て浴槽6に供給する。
【0026】
図6の装置では、給湯を単独で実行している時のフィードフォワード出力分の演算に図2,図3に示すような記憶データを用い、また、給湯単独実行時にのみ、この記憶データの更新を行う。なお、給湯要求熱量の演算に関しては、種々の方法があるが、例えば、フローセンサQと、給水温度センサTIN,出湯温度センサTOUTから、前述と同様にして給湯要求熱量を演算する。なお、フローセンサQの検出流量は、熱交換部2を通る水の流量のみならず、バイパス管15,16を流れる水の流量をも加算したものとなっている。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、比例弁電流と給湯要求熱量との関係を表す記憶データを、相関関係を表す線を平行移動するように更新することにより、フィードフォワード出力分を、出湯温度を設定温度に一致させるための比例弁電流値に近づけることができ、給湯初期や,出湯量,設定温度の急変に即応させることができるとともに、このフィードフォワード出力分の演算も簡易となる。
請求項2〜4の発明によれば、比例弁電流と給湯要求熱量との関係を表す記憶データを、相関関係を表す線の傾きを変えるように更新することにより、フィードフォワード出力分を、出湯温度を設定温度に一致させるための比例弁電流値に近づけることができ、給湯初期や,出湯量,設定温度の急変に即応させることができるとともに、このフィードフォワード出力分の演算も簡易となる。しかも、高精度に記憶データを更新することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態をなすガス給湯装置の概略図である。
【図2】給湯に際してのフィードフォワード出力分を演算するための記憶データを更新す
る第1の方法を示す図である。
【図3】同記憶データを更新する第2の方法を示す図である。
【図4】記憶データを更新する上記第1の方法の他の態様を示す図である。
【図5】記憶データを更新する上記第2の方法の他の態様を示す図である。
【図6】他の実施形態をなすガス給湯装置の概略図である。
Claims (4)
- 熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部と、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すデータを記憶する記憶部とを備え、
上記制御部が、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と上記記憶データとからフィードフォワード出力分を演算し、給湯配管からの出湯温度と上記設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算し、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加味して上記比例弁への供給電流値を決定することにより、上記出湯温度を上記設定温度と一致させるように制御するガス給湯装置において、
上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも2点でのデータの平均値に基づいて、上記相関関係を表す線を平行移動するように、上記記憶データを更新することを特徴とするガス給湯装置。 - 熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部と、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すデータを記憶する記憶部とを備え、
上記制御部が、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と上記記憶データとからフィードフォワード出力分を演算し、給湯配管からの出湯温度と上記設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算し、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加味して上記比例弁への供給電流値を決定することにより、上記出湯温度を上記設定温度と一致させるように制御するガス給湯装置において、
上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも2点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、
上記記憶データの更新に用いられる2点のデータのうち1点は、供給電流値の制御範囲において最小値近傍にあり、他の1点はこの制御範囲の最大値近傍にあることを特徴とするガス給湯装置。 - 熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部と、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すデータを記憶する記憶部とを備え、
上記制御部が、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と上記記憶データとからフィードフォワード出力分を演算し、給湯配管からの出湯温度と上記設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算し、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加味して上記比例弁への供給電流値を決定することにより、上記出湯温度を上記設定温度と一致させるように制御するガス給湯装置において、
上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも2点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、
上記記憶データの更新に用いられる2点のデータは、供給電流値の制御範囲において、所定量以上離れていることを特徴とするガス給湯装置。 - 熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部と、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すデータを記憶する記憶部とを備え、
上記制御部が、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度 の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と上記記憶データとからフィードフォワード出力分を演算し、給湯配管からの出湯温度と上記設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算し、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加味して上記比例弁への供給電流値を決定することにより、上記出湯温度を上記設定温度と一致させるように制御するガス給湯装置において、
上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも2点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、
前回の更新に用いられた2点のデータより、供給電流値の差が大きい2点のデータを得た時には、この新規のデータに基づき記憶データを更新することを特徴とするガス給湯装置。
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