JPH01239340A - 給湯器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、設定温度と出湯温との偏差に基づいて必要能
力をｆ５′ｌＬシて、燃料の供給量を自動Ａ節するフィ
ードバック制御を採用した給湯器にかかわる。

［従来の技術］ 従来より、給湯器は、入水温を検知亭−る入水温センサ
と、前記出湯温を設定する温度設定器と、入水量を検知
する入水量センサとから制御出力を演算して、燃料の供
給量を自動調節するフィードフォワード制御を行い、そ
して、設定温度と出湯温との偏差に基づいて制量出力を
演算して、燃料の供給量を自動調節ｒるフィードバック
制御を行って、出湯温と設定温度とが等しくなるように
制御しＣいる。

し発明が解決しようとする問題点］ しかるに、上記構成の給湯器は、出湯温と設定温度との
偏差が大きいほど、あるいは入水量が多いほど出湯温が
設定温度に接近するまでの時間が長いという問題点があ
った。

本発明は、出湯温を早く設定温度に接近させることが可
能な給湯器の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の給湯器は、燃焼器ケースと、該ケース内に設け
られたバーナと、前記ケース内に設けられ、内部を通過
する水を前記バーナにより加熱する熱交換器と、該熱交
換器の上流に設けられ、前記熱交換器へ流入する水の入
水量を検知する入水量検知手段と、前記熱交換器から流
出する水の出湯温を検知する出湯温検知１段と、前記出
湯温を所望の設定温度に設定する温度設定手段と、前記
熱交換器へ流入する入水量を検知する入水量検知手段と
、前記バーナへの燃料の供給量を調節する燃料供給量制
御手段と、前記熱交換器へ流入する入水量を調節する水
量比例調整弁と、設定温度と出湯治、との偏差から比例
制御出力を演算して、燃料の供給量または入水量を自動
調節するフィードバック制御を行う制御回路とを備え、
前記比例制御出力は、設定温度と出湯温との偏差の関数
と、入水量の関数とから演算する構成を採用した。

［作用および発明の効果］ 本発明の給湯器は、上記構成により次の作用および効果
を有する。

設定温度と出湯温との偏差の関数と、入水１１の関数と
から、例えば、 偏差：ｅ＝設定温度−出湯温 、’、　　Ｆ　（ｅ）＝　（Ｋ１　ｅ）Ｘｋ。

Ｋ、には定数 ’、Ｇ　（ｗ）　−（Ｋ２　　ｅ　）　Ｘｋ２Ｗ：入水
量 、゛、積分時間：　”１’＝に、Ｘ　（Ｆ　（ｅ）　十
Ｇ　（ｗ）　）＝比例制御出力の出力時間 、゛、比例制御出力ＰＮ　＝ＰＮ−１＋ｅｘＫｐＫｐ＝
燃［１の種類によって決まる係数なる関係式を演算して
、燃料の供給量または・入水量を自動調節するフィード
バック制御を行っているので１．偏差が大きいほど、あ
るいは入水量が多いほど出湯温が設定温度に接近するま
での時間が短縮され、出湯温を早く設定温度に接近させ
ることができる。

［実施例］ 本発明は、燃料に燃料ガスを用いた場合のガス燃焼式給
湯器の一実施例を図に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例を採用したガス燃焼式給湯器
を示す。

ガス燃焼式給湯器１の給湯器ケース２内には、燃焼器ケ
ース１０が設けられ、さらにその内部にはガス供給管２
０により供給される燃料ガスを燃焼させる第１のバー→
−１１ａおよび第２のバーナ１１ｂからなる２連式のガ
スバーナ１１が設けられている。

また、燃焼器ケース１０には、３相Ｙ結線のブラシレス
ＤＣモータを使用した燃焼用ファン１２が偏えられ、ガ
スバーナ１１はこのファン１２によって供給される燃焼
用空気と、ガス供給管２０より供給される燃料ガスとを
所定の空燃比で燃焼する強制送風式燃焼器となっており
、燃焼により発生した燃焼ガスは排気口３から外部へ排
気される。

燃焼ケース１０内のトガには、水供給管３０と接続され
た熱交換器１３が設けられ、内部を通過する水はガスバ
ーナ１１により発生する炎および燃焼ガスの熱により加
熱される。さらに燃焼器ケース１０内のバーナ１１の近
傍には、点火装置であるスパーカ１４と、炎検知手段と
してのフレームロッド１５とが設けられている。

ガス供給管２０には、上流側より通電時に燃料ガスを通
過させる元電磁弁２１、主電磁弁２２、燃料ガスの供給
量（以下ガス量と略す）を供給圧力を制御することによ
り調節する燃料供給量制御手段であるガバナ式ガス比例
弁（以下ガバナ比例弁と略す）２３、第２のバーナ１１
ｂへの燃料ガスを使用状態に応じて遮断する切替用電磁
弁（以下切替弁と略す）２４がそれぞれ設けられ、前述
のガスバーナ１１へ燃料ガスを供給する。

水供給管３０の最」、流部には、水フィルタ３１を備え
た水抜き栓３２が設けられ、その下流には、熱交換器１
３内への水の入水量を調節するギヤドモータによる水量
比例調整弁３３が設けられ、この水量比例調整弁３３は
、その開度検出のためのポテンショメータ３４を備えて
いる。

水量比例Ａ整弁３３で流入量が１稠整された水は、すぐ
下流に設けられた入水温検知手段である入水温サーミス
タ３５によって温度が検出され、さらにその下流の入水
量検知手段である水量センサ３６により入水量が検出さ
れ、水供給管３０を通過して熱交換器１３へ送られる。

熱交換器１３の１流側の水供給管３０には、加熱された
水の温度を検出する出湯温検知手段である出湯温サーミ
スタ３８が設けられ、最下流には、給湯場所に取付けら
れた給湯栓（図示せず）が設けられている。

以上の構成からなる給湯器１は、制御装置５０により制
御される。

制御装置５０は、第２図に示すとおり、配線用のコンセ
ントに接続される電源コード５１に接続された制御回路
６０と、給湯器１を遠隔操作するためにメインコントロ
ーラ５４とサブコン１ヘローラ５４ａを接続する端子と
、燃料ガスの種類に応じて設定されるガス種切替スイッ
チ５５とが備えられている。

燃料ガスの種類としては、ＬＰガス、都市ガス１３Ａ、
都市ガス６０等の気体燃料、石油等の液体燃料など多数
用いることができ、これらをガス種切替スイッチ５５に
よって選択的に切替える。

メインコントローラ５４およびサブコン１ヘローラ５４
ａは、使用者によって設定される温度設定（段で、本実
施例では給湯器１に近接してメインコン１−ローラ５４
が設けられ、サブコントローラ５４ａは浴室等の給湯場
所に設＄１ちれている。なお、メインコントローラ５４
およびサブコントローラ５４ａには、それぞれの運転ス
イッチ５６．５６ａと、出湯温を設定する水温設定スイ
ッチ５７．５７ａとか設けられている。

制御回路６０には、マイクロコンピュータ（以下ＣＩ）
　Ｕと呼ぶ）７０を中心として、スパーカ回路７１、フ
ァン駆動回路７２、比例弁制御回路７３、ギヤドモータ
駆動回路７４、位置検出口ｉ７５、水量検出回路７６が
あり、これらの回路はＣＰＵ７０により所定の制御が行
われる。

ファン駆動回路７２は、ファン１２を設定温度等の燃焼
能力に応じて回転させると共に、３相Ｙ結線のブラシレ
スＤＣモータに備えられたポールＩＣによりその回転数
を検出して検出信刊をＣＰＵ７０へ送る。

比例弁制御回路７３は、ガスバーナ１１における燃焼が
所望の空燃比で行われるように燃料ガスの供給量を調整
するためにガバナ比例弁２３への通電量をガバナ比例弁
２３特性（ガス種により異なる）に応した比例制御定数
に基づいて制御する回路である。比例弁制御回路１３は
、給湯器１のばらつきによる誤差、ファン１２の風量お
よびガス種による管路の圧力損失を修正して適正なガス
量を得るために、ガバナ比例弁２３への電流の最大値を
比例制御する半固定ボリウムを備えている。

ギャドモータ駆動回路７４は、熱交換器１３へ流入する
水量を調節するための水量比例調整弁３３のギヤドモー
タを駆動する回路で、電源が叶［状態では、作動しない
が、電源ＯＮ状態では、サブコントローラ５４ａの運転
スイッチ５６ａがＯＮまたはＯ「Ｆに拘らず、前回の設
定温度の位置に設定されており、その位置から基準温度
に応じた位置に初期設定される。

位置検出回路７５は、水量比例調整弁３３にその開度を
検出するために備えられたポテンショメータ３４からの
信号を解析するための回路である。

水量検出回路７６は、水量センサ３Ｇの回転数信号によ
り入水量を検出するものである。

ＣＰＵ７０は、予め給湯器１の組立て時、または出荷段
階で設定される基準温度、および使用する燃料ガスのガ
ス種を記憶する記憶機能と、メインコントーラーラ５４
とサブコントローラＭａとを判別する判別機能と、」１
記の各回路の作動順序およびタイミングを制御するシー
ケンス制御と、能力制御として入水温、設定温度に基づ
き燃焼量および入水量を制御するフィードフォワード制
御（以下ドＦ制御と呼ぶ）と、出湯温に基づきガス量の
自動：ｊ！、１節、切替弁２４のＯＮ、ＯＦＦ、ファン
１２の風量調節などの燃焼量および入水量を出力更新制
御（以下更新制御と呼ぶ）するフィードバック制御（以
下ＦＢ制御と呼ぶ）と、Ｆ　Ｆ制御とＦＢ制御とを切替
える切替制御とを行い、この他に安全機能も備えている
。

判別機能は、制御回路６０の端子６１および端子６２に
それぞれ接続されたメインコントローラ５４およびサブ
コントローラ５４ａのそれぞれの設定状態に応じた制御
を行うためにパルス信ぢを解析する部分であり、端子６
１および端子６２はメインコントローラ５４およびサブ
コントローラ５４ａへ電気を供給することができる省線
式の２線端子である。

シーケンス制御は、使用者が給湯栓を開けて水量センサ
３６に基づく通水信号が得られると、ファン１２が作動
し、所定時間のプリパージが行われた後に点火作動を行
う。点火作動は、元電磁弁２１、］電磁弁２２、ガバナ
比例弁２３およびスパーカ１４が同時に通電されるもの
で、そして着火の検知後に燃焼量の能力計算が行われ、
設定量に応じた燃焼が始まる。

一方、水：ｌセンサ３６に基づき通水信号を検知したと
き、同時に入水温サーミスタ３５に基づき燃焼量の演算
が始まるが、水供給管３０に通水が行われていないとき
の水温を読み込むと正しい水温が得られないため、本実
施例では、入水温サーミスタ３５による水温の読み込み
を通水信号の検知後に行い、その時の水温を水温データ
としている。

能力制御では、ＦＦ’制御と、出湯温を検出して燃焼量
および入水量を補正するＦＢ（更新）制御とが行われる
。

ＦＦ制御は、メインコントローラ５４およびサブコント
ローラ５４ａによる設定温度、入水温および入水量とか
ら演算した必要能力の計算値Ｑと、入水温、入水量およ
び出湯温とから演算した必要能力の計算値ｑとから最も
効率の良い燃焼能力を計算°して、ファン１２、ガバナ
比例弁２３、切替弁２４、水量比例調整弁３３をそれぞ
れ制御して、ガス１および入水量を自動調節する。

ＦＦ制御は、必要１ｍ力Ｑより大きな１止力を出力する
急加熱時ガス比例制御によって制御される急加熱能力域
（Ｑ十α）と、必要能力Ｑより小さな能力を出力する余
熱パージ時ガス比例制御によって制御される余熱パージ
能力域（Ｑ−β）とに応じてファン１２、ガバナ比例弁
２３、切替弁２４、水量比例調整弁３３をそれぞれ制御
して、ガス量および入水量を自動調節する。

また急加熱能力域（Ｑ＋α）は、第１のバーナ１１ａの
みの燃焼による半開能力運転時におけるガバナ比例弁２
３の制御によって制御される半開能力制御域の最大域と
、第１のバーナ１１ａおよび第２のバーナ１１ｂの同時
燃焼による全開能力運転時におけるガバナ比例弁２３の
制御によって制御される全開能力制御域の最小域との重
複制御域に限定される。とくに本実施例では、第９図の
ガバナ比例弁２３の開度と全開能力との関係を示すグラ
フに示すごとく、全開度の１７４まで絞り可能なガバナ
比例弁２３を有する給湯器１の場合、切替弁２４が閉状
態の時、第１のバーナ１１ａのみで全開能力の１７８〜
１／２のガス比例制御を行う半開能力制御域Ｉと、切替
弁２４が開状態の時、第１のバーナ１１ａおよび第２の
パージ・１１ｂで全開能力の１７４へ１のガス比例制御
を行う全開能力制御域■と、半開能力制御域の最大値（
全開能力の１７２）と全開能力制御域の最小値（全開能
力の１７４）との重複制御域■とが設定されている。

ＦＢ制御によって、ガス比例制御が半開能力制御域■の
最大域付近に達した時には、緩点火制御を行いながら切
替弁２４をＯＮ（開弁）し全開能力制御域■に切替える
。ＦＢ制御によって、ガス比例制御が全開能力制御域■
の最小域付近に達した時、切替弁２４を叶［（ＩｆＩ弁
）し半開能力制御域■に切替えることによって、安全な
燃焼状態、およびスムーズな半開能力制御域Ｉと全開能
力制御域■との切替制御を行う。

安全機能としては、出湯温が沸騰温度以上になり、それ
が所定時間ｔ８（例えば１〜１０秒間）続いた場合、連
続燃焼がｔ７　　（例えば４０−１２０）分続いた場合
や、炎が検知されないときに各電磁弁を閉状態にすると
共に、運転を停止する。

本実施例の給湯器１の制御装置５０の作動を第３図ない
し第８図に示す作動フローチャートに基づき説明する。

給湯器１を設置するときにガス会社または給湯器１の販
売業者がガス種切替スイッチ５５により使用する燃料ガ
スを確認すると共に、基準温度（本実施例では４０°Ｃ
）の設定を行う（Ｓｌ）。この燃料ガスのガス種の選定
および基準温度の設定は、給湯器の使用者は行わない、
またＣＰＵ７０の記憶機能に記憶されるために、電源０
１１、ＯＦＦに拘らずＣＰＴＪ７０に記憶されている。

１遅しＣＰ　Ｕ　７０は、設定温度が使用者により入力
されると、基準温度より設定温度を優先し、１設定温度
の出湯温に接近するように給湯器１を制御）る。

給湯器１を使用するために、電源コード５１を配線用の
コンヒンｌ〜に接続し、電源をＯＮする（Ｓ２）。

水量比例制御弁３３が基準温度（本実施例では４０°Ｃ
）に応じた入水量である最大入水量が可能な開度に初ｊ
Ｕ１設定されているか否かを判別する（Ｓ３）。

ここで、水量比例制御弁３３は、サブコントローラ５４
ａのＯＮ、０「「に拘らず前回給湯器１を使用した時の
設定温度（または基２９’温度）の所定の開度に設定さ
れている。しかし、水量比例調整弁３３の開度を変更す
るギャドモータは、設定温度を入力してから開度を調節
しようとすると、移動時間が数秒間必要なために燃焼制
御時間に食い込む恐れがあり、燃焼制御が遅延する。こ
れを防止するために、本実施例では、燃焼を開始する以
前に先行して水量比例調整弁３３を移動させる。

したがって、初期設定の開度から後記するト”　Ｆ制御
の時に設定温度に応じた開度に移動するまでの水量比例
調整弁３３の調節時間が短縮されるため、ＦＦ制御時に
出湯温を速やかに設定温度に設定することができる。

燃焼能力に対して、最大大水量可能な開度に設定されて
いる時、ギヤドモータをＯＦ「する（Ｓ４）。

最大大水量可能な開度に設定されていない時、ギヤドモ
ータをＯＮする（３５）。

ここで、通常、水量比例調整弁３３の駆動時間は、最大
限変位しても数秒程度であるが、凍結または異物混入時
等には、水量比例調整弁３３がロックされてしまうため
、ギヤドモータ駆動回路７４からの通電にも拘らず水量
比例調整弁３３が変位しないことがあり、そのために通
電時間が長くなりモータやギヤドモータ駆動回路７４の
加熱による焼損等の危険がある。本実施例では、このよ
うな場合にも、機器が故障することがないように、ギヤ
ドモータ駆動回路７４による通電時間を１，１（例えば
５〜３０）秒でギヤドモータをＯＦＦするようにしてい
る（Ｓ６）。

次に、メインコン１〜ローラ５４またはサブコントロー
ラ５４ａの運転スイッチ５６．５ＧａがＯＮされている
か否かを判別しくＳ７）、ＯＮされるまで８７を繰り返
す。ＯＮされている時には、水温設定スイッチ５７．５
７ａにより出湯温を設定しているか否かを判別する（Ｓ
８）。

また、所定時間（ｔ２秒間）経過して（Ｓ９）も出湯温
を設定しない場合には、設定、・品度を基′２ｖ′温度
の４０’Ｃに設定する（Ｓ、１０）。次に使用者が給湯
栓を開くと（Ｓ１１）、水量センサ３６により入水量を
検知する（Ｓ１２）。

ここで、入水量変化信号の受付は方は、入水量検出回路
７６で検出しない微小変化は受付すす、入水量の変化量
が現在の入水量（定常流）と比較して所定の値以上のと
き受付ける。

水量センサ３６からの信写を読み取る水量検出回路７６
に信号が所定電圧以上の場合を通水信号として検知する
が、水流のうねり等により水量検出回路７６で読み取り
誤差が生じ、設定電圧を一定にしておくとチャタリンク
を生起することになるため、本実施例では、ヒステリシ
ス特性を持なぜることによりチャタリンクを防止し、水
量が２．Ｍ／分以上のとき通水信号として検知し、２．
Ｏ，０７分以下のような微小変化のときには通水信弓と
して検知しない。

通常、入水量のデータは、１回のサンプリング時間毎に
更新されるが、入水量センサ３６の応答遅れを考１＠シ
て、ある時間内の累計値が所定値以上となった場合も入
水量変化として受付ける。

したがって、瞬間の入水量変化を検出するのみではなく
、ある時間内の入水量の変化も検出することができ、幅
広い入水量変（ヒに対応したガス量の調節を行うことが
できる。

入水量を検知した後、所定時間（ｔ、　３秒間）経過ｆ
＆（Ｓ１３）、入水量サーミスタ３５によって、入水量
を検知する（Ｓ１４）。そして、入水量が５５°Ｃ以上
か否かを判別し′ζ（Ｓ１５）　、５５℃以上の時に使
用者が給湯栓を閉じ（８１６）、メインコントローラ５
４およびサブコン１〜ローラ５４ａの運転スイッチ５６
．５６ａをＯＦＦする（Ｓ１７）　。５５°Ｃより低温
の時に入水温が設定温度以下か否かを判別し゛（（８１
８）、設定温度より高温の時に３１２以下の作動を繰り
返し、設定温度以下の時にファン１２をＯＮする（３１
９）。

ホールＩＣによりファン１２の回転数を検知しく５２０
）、その回転数が所定回転数以」、か否か判別する（Ｓ
２１）。所定回転数より低回転の時には、燃焼能力に応
じた回転数が得られないので、元電磁弁２１、主電磁弁
２２、切替弁２４、ガバナ比例弁２３、ファン１２を全
て叶［１，（Ｓ２２〜２６）、使用者か給湯栓を閏じ（
Ｓ２７）、その後、メインコントローラ５４およびサブ
コントローラ５４ａの運転スイッチ５６．５６ａをＯＦ
Ｆする（３２８）。

回転数が所定回転数以」、の時に、ｔ４（例えば０．５
〜１０）秒間のプリバージタイマを行い（Ｓ２９）、ス
パーカ１４、元電磁弁２１、主電磁弁２２、切替弁２４
を全て０８１．、（３３０〜３３）、ガバナ比例弁２３
へ緩点火電流を供給する（Ｓ３４）。

ガバナ比例弁２３への通電量は、第１０図に示すように
、点火時を除いてフ７・ン１２の回転数つまり風量およ
びガス種Ｋｐに基づいて制御される。本実施例では、特
に点火時の緩点火用ガス量を、比例弁制御回路７３の半
固定ボリウムにより調整しなガバナ比例弁２３への電流
の最大値に対して一定の割合になるようにしてあり、こ
れにより点火時に適正な緩点火用ガス量を供給すること
ができる。

さらに、スパーカ１４をＯＮした後、ｔ５　　（例えば
５〜２０）秒間経過してから（Ｓ３５）スパーカ１４を
０［「する（３３６＞。そして、フレームロッド１５に
より燃焼炎を検知し、フレームロッド１５によりＩＡ以
上の電流が入力されているか否かを判別する（Ｓ３７）
。ＩＡ以１−の電流が入力されていない時には、着火ミ
スとしてＳ２２以下の作動を繰り返す。

ＩＡ以上の電流が入力されている時、１，６（例えば０
．１〜１０）秒間の緩点火タイマを行い（３３８）、出
湯温サーミスタ３８により出湯温を検知する（Ｓ３９）
。

次に、燃焼能力制御を行い（Ｓ４０）、その後息子の安
全機能制御を行う。

ファン１２の回転数が所定回転数以上か否か判別する（
８４１＞。所定回転数より低回転の時に３２２以下の作
動を行い、回転数が所定回転数以上の時に、フレームロ
ッド１５によりＩＡ以十、の電流が入力されているか否
かを判別する（Ｓ４２）。ＩＡ以」、の電流が入力され
ている時、連続燃焼がｔ７（例えば４０−１２０）分枝
いたり（Ｓ４３）、出湯温が沸騰温度以」−になり（Ｓ
４４）、それが４−８（例えば１〜１０）秒間続いた場
合（Ｓ４５）　、３２２以下の作動を繰り返す。連続燃
焼がｔ７分以内であり、出湯温が沸騰温度に達しない場
合には、設定温度を再度入力した（３４６）後、３３９
以下の作動を繰り返す。８４６は、使用者が設定温度を
変更する場合に対処するものである。

ＩＡ以上の電流が入力されていない時には、吹き消え等
の失火として検知し、燃焼中の失火が１回目か否か判別
しく５４７）、失火が２回目の時に３２２以下の作動を
行う。失火が１回目の時には、元電磁弁２１、主電磁弁
２２、切替弁２４を一旦０ＦＦＩ。

（８４８〜５０）、その後３１９以下の作動を繰り返す
。

次に３４０における燃焼能力制御を第６図ないし第８図
の作動フローチャートに基づき説明する。

最初に燃焼能力制御の必要能力の演算を以下の計算式に
基づいて演算する（　Ｓ　１００）、（Ｓ１０１）。

式１・・・計算１（Ｑ＝　（ｒｓｅｔ　　−ＴＨｉｎ）
　Ｘｗ式２・・・計算値ｑ　＝　（ＴｔｌＯｕｔ　−Ｔ
Ｈｉｎ）　ＸｗＴＳｅｔ　　：設定温度 Ｔｔｌｉｎ　　：入水温 ＴＨｏｕｔ　：出湯温 Ｗ　・入水」飲 トド Ｆ制薗を行っている場合には、第７図に示すＦＢ（更新
）制御を行い、トド 初期設定後も９秒経過したか否かを判別しくＳ１０３）
、１，９秒間経過した後に、Ｑ≧ｑｘか否かを判別する
（Ｓ１０４）。

Ｑ≧ｑｘではない時、Ｑ＜ｑが否かを判別しく　Ｓ　４
０５）、Ｑ　＜　ｑではない時、出湯温を設定温度に接
近させるために、Ｑｘ１０の緩加熱催力で燃焼するよう
に、ファン１２、ガバナ比例弁２３、切替弁２４、水量
比例調整弁３３を制御しくＳｌ（１６）、その後更新制
御する。

Ｑ＜ｑである時、出湯温が設定温度より高温となってい
るので、出湯ｄ１−を設定温度に接近させるために、余
熱パージ能力（Ｊ′ｉｊｔ小の燃焼能力）で燃焼するよ
うに、ファン１２、ガバナ比例弁２３、切替弁２４、水
量比例調整弁３３を制御する（　Ｓ　１０７）。τ、＝
ａ／ｗ［秒］を演算しく　ｓ　ｉｏｇ）、τ，秒間経過
した（　Ｓ　１０９１後、（Ｑ十α）／ＱをＱｘ　１．
０に近づけた燃焼能力で燃焼するように、ファン１２、
ガバナ比例弁２３、切替弁２４、水量比例調整弁３３を
制御しく　Ｓ　１１０１、そして更新制御を行う。

ここで、τ１秒間経過していない時には、設定温度（　
Ｔｓｅｔ　）と出湯温（　’ｌ’ｌｔｏｕ　ｔ　）と（
７）ｆ４ｉｉ差ｄｔ（　＝Ｔｓｅｔ−ＴＨｏｕｔ）が−
ｆ：ｙ℃以内か否がを判別して（ｓｌｌｌ）、偏差ｄｔ
が±ｙ℃以内の時、Ｓ１１０を行い、偏差ｄ［が±ｙ′
Ｃ以内ではない時、再度Ｓ　１０９を行う。

給湯器のばらつきによる誤差またはガス圧が標準値を下
回るガス量不足の場合が起り得るため、初期設定位置に
移動後、七９秒間経過した（Ｓ１０３）時点で、出湯温
サーミスタ３８の検出温度が設定温度とならないＱ≧ｑ
ｘの時には、設定温度（１’Ｓｅｔ）と出湯温（　ＴＨ
ｏｕ　ｔ　）とのｍ　差ｄｔが一ｊ）ｙ”（１以内が否
かを判別して（Ｓ１１２）、偏差ｄ［が±ｙ℃以内の時
、８１０６を行い、偏．！’％ｄｔが一！：　ｙ　’Ｃ
以内て′はない時、＋（Ｑ＋α）／Ｑ）の急加熱能力゛
ご燃焼するように、ファン１２、ガバナ比例弁２３、切
替弁２４、水量比例調整弁３３を制御する（　Ｓ　１１
３１。

このとき、例えば水量比例調整弁３３は、予めＣＰＵ７
０に入力されたデータを読み込み、速やかに設定温度（
　Ｔｓｅｔ　）と出湯温（珪Ｏ旧）との偏差ｄｔに応じ
た開度に絞られる。

但し、水量変（ヒにより、燃焼能力計算値が更新され、
このとき燃焼制御が作動するとガス１変（ヒと入水量の
変［ヒとが干渉し、出湯温に影響が現れるので、最大能
力燃焼を維持することにより、水量比例調整弁３３の開
度を変更する時は、ファン１２およびガバナ比例弁２３
の制御によるガス量の調整は行わない。

ここで、切替弁２４がＯＮされ′〔いるか否かを判別し
く　Ｓ　４１４）、切替弁２４がＯＮさｉｌ−でいる時
、つまり第１のバーナＩｌａおよび第２のバーナ１１ｂ
の同時燃焼による全開能力運転時に、半開能力制御域■
の最大域（全開能力制御域■の１７２の能力）以下か否
かを判別しく　Ｓ　１１５）、最大装置］・ではない時
、重複制御域■内の出力でガバナ比例弁２３をガス比例
制御する（　８　１１６）。

切替弁２４がＯＮされていない時、つまり第１のバーナ
１１ａのみの燃焼によるオ開能力運転時に、全開能力制
御域Ｈの最小域（全開能力制御域■の１／４の能力）息
子か否かを判別しく　Ｓ　１１７）、最小載置」二では
ない時、８１１６を行う。

したがって、急加熱能力（Ｑ＋α）の判定レベルは、半
開能力制御域■の最大域以下−半開能力制御域■の最大
域÷＋（Ｑ＋α）／Ｑ）であり、且つ全開能力制御域■
の最小域以上である重複制御域■に限定される（固定値
）。これにより、切替弁２４のＯＮ、０「「により発生
ずるガスバーナ１１の全開と半開とのヂャタリングを防
止でき、温度制御範囲の拡大と急加熱能力の制御のスピ
ードアップとを両立できる。

次に、ｒ２＝ｂ−ｃｗ［秒］を演算しく　３　１１８１
、τ２秒間経過した（　Ｓ　１１９）後、（Ｑ−β）／
Ｑの余熱パージ能力で燃焼するように、ファン１２、ガ
バナ比例弁２３、切替弁２４、水量比例調整弁３３を制
御しく　Ｓ　１２０）、そして更新制御を行う。

ここで、τ２秒間経過していない時には、設定温度（　
Ｔｓｅｔ　）と出湯温（　１’ｌｌｏｕ　ｔ　ｌとの偏
差ｄｔが±ｙ°Ｃ以内か否かを判別して（　Ｓ　１２１
）、（扁差（Ｉｔが１ｙ°Ｃ以内の時、５１２０を行い
、偏差ｄｔが±ｙ℃以内ではない時、所定時間Δｔで出
湯温の温度Ｘ、−Δｙ以下の出湯温変化があるか否かを
判別する（Ｓ１２２）。Δｙ／Δを息子の出湯温の変化
がある時には、５１２０を行い、Δｙ／Δを以下の出湯
温の変化がない時には、８１１９以下の作動を繰り返す
。

更新制御では、設定温度（Ｔｓｅｔ）と出湯温（１１１
ｏｕｔ）との偏差ｄｔが＋ｙ′Ｃ以十か息子を判別して
（Ｓ　１２３１、偏差ｄｔが＋ｙ′Ｃ以上の時、（Ｑ−
β）／Ｑの余熱パージ能力で燃焼するように、ファン１
２、ガバナ比例弁２３、切替弁２４、水量比例調整弁３
３を制御しく　Ｓ　１２４）、ｔ１０秒間経過した（　
Ｓ　１２５）後、３４１以下の安全制御を経て、再び出
湯温検知（Ｓ３９）をして、以後５１２３の判別および
５１２４における（Ｑ−β）／Ｑの余熱パージ能力によ
る能力変更を繰り返し、次第に出湯温が低下して偏差ｄ
ｔが＋ｙ″Ｃ未満になり安定制御状態になる。

偏差が＋ｙ’Ｃ未満の時には、次に示すとおり、温度偏
差関数Ｆ（ｅ）と大水量関数Ｇ（ｗ）との合成関数から
、出力を更新するまでの時間を演算し、設定する（Ｓ１
２７＞。

温度偏差：ｅ一般定温度一出湯温 、’、　　　　Ｆ（ｅ）＝（Ｉぐｒ　　　　　ｅ）Ｘｋ
＋に、には定数 入水量Ｗは水量センサにより検出された既知数−’　　
　Ｇ　（ｗ＞＝　（Ｋ２　　ｅ）ｘｋ、　　　。

以上の関数から次式で出力更新時間Ｔを求める２°、　
　　ｒ＝に、ｘ（Ｆ（ｅ）十Ｇ（ｗ））よって、設定温
度と出湯温との偏差が大きい程または入水量が多い程、
出力更新時間］゛が知く、ガバナ比例弁２３または水量
比例調整弁３３への出力時間が短くなる。

その後、Ｔ時間経過した（　８１２８）後、温度偏差ｅ
についてｅ≦１か否かを判別しく　Ｓ　１２９）、ｅ≦
１の時には、出力の更新は行われず、安定制御状態にな
り、Ｓ４１以十の安全制御を行う。

ｅ≦１ではない場合には、燃料ガスのガス種に応じた係
数Ｋｐを入力しく５１３０）、ガス種に応じた燃焼量出
力Ｐを更新しく５１３１）、３４１以下の安全制御を経
て、再び出湯温検知（Ｓ３９）をして、８１２３以下を
繰り返して、安定状態になる。

ここで、５１３１において更新される燃焼量出力Ｐの演
算は、次のとおり行われる。

ＰＮ　　＝ＰＨ−１＋ｅＸＫｐ ここで、燃焼量出力Ｐの変化量ΔＶｓは、ΔＶｓ＝ｅＸ
Ｋｐ の関係があり、現在の燃焼量出力Ｐ　Ｈ−１は、１）Ｎ
−１＝Ｑ＋α の関係を有する。

従って、燃焼量出力Ｉ）Ｎは、 ＰＨ＝ＰＮ−１＋ΔＶｓ 屯し、所定流量より少ない入水量のときには、出力の最
大値は、（Ｑヒα）／ＱをＱＸ　１．０に近づけて微少
流量においての安定性を向」−させている。

次に、出力更新制御におけるマイクロコンピュータ７０
による処理の一例を説明する。

第１１図は、上記の第７図における５１２３以降の出力
更新制御を、マイクロコンピュータ７０の処理に基づい
て示したものである。

ここでは、偏差ｅがｅ≦±１でない場合（Ｓ１２９にお
いてＮｏ）には、ｅの値に基づいて燃焼用ファン１２の
モータへの印加電圧の変化量ΔＶＩＩＮを計算しく５１
３２）、その印加電圧の変化量ΔＶＩＩＮのデータをＲ
ＡＭ８０のＡエリア８１に格納しく５１３３）、現在の
燃焼量出力となるファン出力ＶＳＮ−１のデータをＲＡ
　Ｍ　８０のＢエリア８２に荏す（Ｓ１３４）、さらに
、ＲＡＭ８０のそれぞれのエリア８１．８２に格納され
た■８ト１、ΔＶＳＮのデータを加算しく５１３５　）
　、その結果をＲＡＭ８０の出カニリア８３に移して更
新された出力としく３１３Ｇ　＞、Ｓ４１以降の安全機
能制御を経て再び出湯温検知（Ｓ３９）以降を繰返す。

逆に、偏差ｅがｅ≦±１である場合（Ｓ　１２９におい
てＹｅｓ）には、ＲＡＭ８０の出カニリア８３の同一デ
ータを維持して（３１３７）繰り返し出力し、同様に３
４１以降の安全機能制御を経て出湯温検知（Ｓ３９）以
降を繰返し、安定制御状！ふとなる。

ここでは、燃焼量出力Ｐが更新されないにも拘らず、Ｒ
ＡＭ８０の出カニリア８３のデータは、出湯温検知（Ｓ
３９＞の毎に、新たなデータとして出力される。従って
、ＲＡＭ８０の出カニリア８３のデータが同じ値を示し
ていても、それは、検知された出湯温に基づくデータで
あるため、設定温度や入水量が変化した場合には、直ち
に燃焼産出力を変更することができる。

よって、入水温、設定温度および入水量などの負荷に応
じて出力更新時間が設定されることによって、ガス旦を
増減く固定値ではなく変数に）することができ、広範囲
、且つ自由な更新制御を行うことができる。また、ガバ
ナ比例弁２３の特性（ガス種により異なる）と適合した
更新制御を行うことができる。さらに、出力更新時間Ｔ
と更新制御出力とから、出湯温を早く設定温度に接近さ
せることができる。

また、ガス通路の負荷の大きいもの例えば通路抵抗の抵
抗を大きく受けるガス種Ｋｐ（低ウオツベガス）を採用
した場合には、半開能力制御域Ｔと全開能力制御域■と
の切替えにより、開口面積比（ノズル径×個数）が変っ
ても、管路の圧力損失により、ファン１２の風量制御に
応じた所定のガス量を得られない場合かある。

この場合に本実施例では、ガバリ−比例弁２３への通電
量を、第１０図のグラフに示すようにガス種Ｋ　ｐに応
じ°ζ全開能力運転時に電流の最小値をＡ、からＡ２に
最大値がわに近づけ、オ開化力運転時に電流の最大値を
Ｂ１からＢ２に最小値がわに近づけている。このため、
ファン１２の風量制御またはガス種に応じた所定のガス
量を得るようにガス比例制御することができ、また１′
開能力制御域■と全開能力制御域■との切替えにより、
ガスバーナ１１の開口面積が変わっても、ｗ位カスバー
ナ１１当りの負荷を一定に維持ｒることかできるので、
空燃比が安定し、安全な燃焼と行うことができる。

ここで、更新制御によつ゛Ｃ５以下の状態に達した場合
には、第８図に示す作動フローチャーｌ−に基づいて２
連式のガスバーナ１１を切替えることによって、安全な
燃焼状態、およびスムーズな制御を行う。

ＰＮ〜１比例制御出力時において、ｌ；７Ｊ−ＩＭ弁２
４ｈ）ＯＮされているか否かを判別しく５２００）、切
替弁２４がＯＮされていない時、つまり第１のバーナ１
１ａのみの燃焼による半開能力運転時に、半開能力制御
域Ｔのガス比例制御によってガバナ比例弁２３への電流
を制御し、ガス量を自動調節する（Ｓ２０１）。

このとき、ガス比例制御がオ開能力制御域■の最大域イ
・１近か否かを判別しく　Ｓ　２０２）、最大域１寸近
に）をした時、全開切替信号を出力する（　Ｓ　２０３
）。

全開切替信号は、ファン１２への供給電圧またはガバナ
比例弁２３への電流値のリミットを用いる。

全開切替信号を出力してから一定時間ｔ１１（例えば５
へ一３０秒間）ガス比例制御が産量能力制御域■の最大
域付近に留まっている（３２０４）、（Ｓ２０５）時、
ガバナ比例弁２３へ緩かな点火電流を供給しく　３２０
６）、切替弁２４をＯＩＩして（Ｓ２０７）、第１のバ
ーナｌｉａおよび第２のバーナ１１ｂの同時燃焼による
全開能力制御域■に切替え、全開能力制御域■のカス比
例制御によってガバナ比例弁２３への電流を制御し、ガ
ス量を自動二８１節する。

ＵＪ替弁２４がＯＮされている時、つまり第１のバーナ
１１ａおよび第２のバーナ１１ｂの同時燃焼による全開
能力運転時に、全開能力制御域■のガス比例制御によっ
てガバナ比例方２３への電流を制御し、ガス量を自動調
節する（３２０８）。

このとき、ガス比例制御が全開能力制御域■の最小域付
近か否かを判別しく　Ｓ　２０９）、最小域付近に達し
た時、半開切替信号を出力釘る（Ｓ２１０）。

半開切替信号は、ファン１２への供給電圧またはガバナ
比例弁２３への電流値のリミットを用いる。

半開切替信号を出力してから一定時間ｔ１２（例えば５
〜３０秒間）ガス比例制御が全開能力制御域■の最小域
付近に留まっている（Ｓ２１１）、（Ｓ２１２）時、切
替弁２４を０Ｆｒｔ、−（（Ｓ２１３）、第１のバーナ
１１ａのみの燃焼による半開能力制御域■のガス比例制
御によってガバナ比例弁２３への電流を制御し、ガス量
を自動調節する。

このとき、ファン１２の風量とガバナ比例弁２３ｊ＼の
電流は、各々ｌ値に対応しており、ガスバーナ１１の全
開または半開によらず一定であり、またファン１２は、
慣性力が大きく応答遅れがあるので、ファン１２の風量
およびガバナ比例弁２３への電流は変更しない。よって
、完全な燃焼状態およびスムーズな半開から全開あるい
は全開から半開への切替制御を行うことができる。

さらに、各々第１のバーナ１１ａおよび第２のバーナ１
１［）には、能力限界があり、他方のバーナでｔ　　　
　　　　　　　限界値をカバーできるものによ・では、
切替弁２４をＬ７Ｊ替えて制御範囲を拡大することがで
きるが、切替信号を瞬間の値で検出する方法は、給湯器
１のように熱容量の大きいもの、あるいは応答遅れのあ
るものにおいては、チャタリング現象が生じて、制御不
良を生起させる原因となっていた。しかるに、本実施例
のように切替領域に一定時間市まっている時に所定のバ
ーナに切替えるものは、切替弁２４のＯＮ、ＯＦＦによ
るチャタリンクを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を採用したガス燃焼式給湯器
を示す概略図、第２図は本発明の一実施例を採用したガ
ス燃焼式給湯器を示すブロック図、第３図ないし第８図
は本発明の一実施例を採用したガス燃焼式給湯器にかか
る作動フローヂャート、第９図は本発明の一実施例を採
用したガス燃焼式給湯器にかかるガバナ比例弁の開度と
燃料ガスの供給量との関係を示すグラフ、第１０図は本
発明の一実施例を採用したガス燃焼式給湯器にがかるガ
バナ比例弁への電流とガス量との関係を示すグラフ、第
１１図は第７図に示す出力更新制御をマイクロコンピュ
ータの処理に基づいて示した流れ図およびＲＡＭのエリ
ア図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃焼器ケースと、 該ケース内に設けられたバーナと、 前記ケース内に設けられ、内部を通過する水を前記バー
   ナにより加熱する熱交換器と、 該熱交換器の上流に設けられ、前記熱交換器へ流入する
   水の入水量を検知する入水温検知手段と、前記熱交換器
   から流出する水の出湯温を検知する出湯温検知手段と、 前記出湯温を所望の設定温度に設定する温度設定手段と
   、 前記熱交換器へ流入する入水量を検知する入水量検知手
   段と、 前記バーナへの燃料の供給量を調節する燃料供給量制御
   手段と、 前記熱交換器へ流入する入水量を調節する水量比例調整
   弁と、 設定温度と出湯温との偏差から比例制御出力を演算して
   、燃料の供給量または入水量を自動調節するフィードバ
   ック制御を行う制御回路とを備え、前記比例制御出力は
   、設定温度と出湯温との偏差の関数と、入水量の関数と
   から演算することを特徴とする給湯器。