JPH02178713A - 温度検知素子による温度制御方法および温度制御装置 - 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、サーミスタ、サーモカップル等の温度検知素
子（温度センサ）の検知信号に基づいて加熱量、燃焼量
、冷却量を制御する温度制御装置に関し、主にマイクロ
コンピュータ（マイコン）によって加熱装置の加熱量、
燃焼量、冷房１をフィードバック比例制御する給湯器、
湯沸器、温水暖房機あるいは冷房機において効果的であ
る。

［従来の技術］ 例えば、ガス給湯器では、熱交換器から流出する湯温が
目的温度になっているかどうかを、サーミスタ等の温度
センサによって検知して、その検知結果に基づいて、バ
ーナの加熱量を制御している。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、被測定温度を検知するための温度検知素子とし
てのサーミスタやサーモカップル等では、−ｍに被測定
温度の変化に対する検出遅れがある。

このため、上述のように、湯温をサーミスタ等によって
検知して、その検知信号に応じて加熱量をフィードバッ
ク比例制御する場合、一定量の給湯が行われる場合には
、目的温度に対する出湯温度の偏差に基づいて加熱量を
制御すると、出湯温度は次第に安定し、目的温度に応じ
た出湯温度が得られるが、給湯量の変更や供給水温の変
化等の外乱によって制御量の変更が必要になった場合等
には、サーミスタの検出遅れ（応答遅れ）の影響を大き
く受けてしまい、検知信号をそのまま流出する湯の温度
として制御すると、加熱量の速やかな変更ができないと
ともに、実際の出湯温度に応じた適正な制御量で加熱が
できない。

すなわち、熱交換器からの流出温度（出湯温度）を検知
してフィードバック比例制御する場合には、水量変化が
あった場合にも、湯温が変化しないように制御するため
には、０．１秒以内の応答性が必要になるが、一般にサ
ーミスタでは、応答性を表す時定数は０．８程度で、約
１秒の検出遅れになるため、オーバーシュートやアンダ
ーシュートによってハンチングが発生し、水を目的の温
度に安定させることが困難になるという問題がある。

本発明は、温度検知素子の検知信号に応じて温度調節手
段を制御する温度制御装置において、被加熱体や冷房の
温度を速やかに必要温度に制御するとともに、外乱があ
った場合にも、その影響を受けにくい安定した温度制御
を行うことができることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、温度検知素子により被測定温度を検知して、
温度調節手段を制御する温度制御装置において、前記温
度検知素子により検知された前記被測定温度を所定時間
毎に読取る第１のステップと、該第１のステップにおい
て読取られた検知温度の前記所定時間毎の温度差を求め
る第２のステップと、該第２のステップにおいて求めら
れた前記温度差に応じて前記被測定温度を推定して、推
定温度を求める第３のステップとを具備し、該第３のス
テップにおいて求められた前記推定温度に基づいて温度
調節手段を制御することを技術的手段とする。

［作用コ 本発明の温度制御装置では、温度検知素子によって検知
された被測定温度は、所定時間毎に読取られ、読取られ
た検知温度についてその温度差が求められ、さらに、読
取られた検知温度の所定時間における温度差（温度変化
）に基づいて被測定温度が推定され、推定温度が求めら
れる。

従って、例えば、第３図において破線Ａの時間ｔ１以前
に示すように、被測定温度が安定していて、検知温度が
あまり変化しない場合には、検知温度をそのまま被測定
温度と推定して制御すれば、適止な制御量が与えられる
。

逆に、外乱等があって、被測定温度が、例えば第３図に
おいて時間ｔ１に破線Ａのように変化するときには、温
度検知素子による検知温度は、実線Ｂに示すとおり応答
遅れして変化するため、温度検知素子の検知温度は、そ
のまま実際の被測定温度とならない、しかし、このよう
な場合には、温度検知素子に検知される温度には、必ず
温度変化が現れるため、温度検知素子の応答遅れを考慮
して、その温度変化に基づいて被測定温度を推定するこ
とができる。

従って、温度検知素子の検知温度の温度差を求めれば、
被測定温度を推定することができる。

温度調節手段はこうして得られた推定温度に基づいて制
御される。

［発明の効果］ 本発明では、温度検知素子の検知温度の温度差によって
、被測定温度が推定され、その推定温度に基づいて温度
調節手段が制御される。従って、外乱等によって被測定
温度が変化しても、温度検知素子による検知の応答遅れ
の彩管を受けることなく、温度調節手段を適正に制御す
ることができ、オーバーシュートやアンダーシュートに
よってハンチングが起こることがなく、安定した温度制
御を行うことができる。

［実施例］ 次に本発明の温度検知素子による温度制御方法および温
度制御装置を実施例に基づいて説明する。

第２図にその概略を示すガス給湯器１では、給湯器ケー
ス１０の内部にバーナプレート１１が配され、給湯器ケ
ース１０によって燃焼室１０ａと混合室１０ｂが形成さ
れて、給湯器ケース１０の下方に、燃焼用空気を供給す
る送風機１２を備えている。送風機１２は、スクロール
ケーシング１２ａ内に羽根車１２ｂを備え、図示しない
モータによって羽根車１２ｂを回転駆動する。

スクロールケーシング１２ａには燃料ガスを噴出するノ
ズル１３が設けられ、給湯器ケース１０およびバーナプ
レート１１は、送風ｔｌ！１１２によって供給される・
−次空気のみで燃焼する全−次空気燃焼器を形成し、燃
焼ガスは図示しない排気口から給湯器ケース１０外へ排
出される。

燃焼室１０ａ内には、バーナプレート１１の近傍に、火
花放電を行うスパーカ電極１４、炎検知のためのフレー
ムロッド１５がそれぞれ設けられている。

また燃焼室１０ａ内には、図示しない水供給源および給
湯口とそれぞれ接続された熱交換器１６が設けられ、熱
交換器１６の下流には加熱された湯水の温度を検知する
サーミスタ１７が備えられている。

なお、混合室１０ｂ内には、送風機１２によって供給さ
れる混合気を均等にバーナプレート１１へ供給するため
に、多数の穴が設けられた整流板１８が配されている。

燃料ガスをノズル１３へ供給する燃料管２０には、上流
側から順に元電磁弁２１、主電磁弁２２、燃料ガスの下
流側の圧力を電流値に応じて調節するガバナ比例弁２３
、燃料ガスを遮断するための電磁弁２４がそれぞれ設け
られ、電磁弁２４の上流と↑流とはオリフィス２５を備
えたバイパス管２０ａによって連通されている。オリフ
ィス２５は絞り性能を高めるために設けられたもので、
電磁弁２４が開状態の場合には、ノズル１３に代わって
オリフィス２５によって燃料供給量が制限され、小燃焼
量が得られる。

制御装置４０は、マイクロコンピュータ（以下「マイコ
ン」とする）を中心とするもので、使用者によって操作
され出湯温度を設定するためのコントローラ５０と、図
示しない安全回路を備え、点火制御および燃焼制御を行
う。

点火制御では、熱交換器１６の上流に設けられた図示し
ない水流スイッチからの通水信号により、送風機１２を
緩点火制御させてプリパージを行い、送風機１２の作動
が確認されると、スパーカ電極１４により火花放電を行
い、元電磁弁２１および主電磁弁２２をともに開状態に
するとともに、ガバナ比例弁２３を緩点火制御して点火
を行う。

点火作動によって着火すると、フレームロッド１５によ
って炎検知され、着火検知後に燃焼状態が安定するため
の所定時間が経過すると、設定温度等に基づいて燃焼量
の制御が行われる。

燃焼量の制御は、サーミスタ１７の温度信号に基づいて
フィードバック比例制御を行い、熱交換器１６が水を目
的温度に加熱するために必要な燃焼ＩＱを決定する。

ここでは、給湯１が変更された場合に、出湯温度の変化
をできる限り少なくするために、燃焼量Ｑを、コントロ
ーラ５０による設定温度ＴＳＱｔとサーミスタ１７の抵
抗値から得られる温度信号とに基づいて次のとおり決定
している。

一般に、サーミスタ１７により検知され、読取られる検
知温度Ｔ（ｔ）は、熱交換器１６から流出する実際の湯
温’ｒｏｕｔに対して応答遅れがあり、給湯量が変更さ
れて、例えば第３図におい゛Ｃ１時間ｔ１に湯温’ｒｏ
ｕｔが破線Ａに示すように湯温ＴＯから湯温Ｔａへ変化
したとすると、サーミスタ１７の応答遅れは、一般に、 ’Ｔ’ａ−Ｔ　（ｔ、　）　＝　（Ｔａ　−’ｌ’ｏ　
）　ｅＸｐ　−””の関係で示される。（τはサーミス
タの時定数）ここで、各値を時間ステップｔの漸化式に
直して示すと、 実際の湯温’ｔ’　ｏｕ　ｔは、 ・’ｒｏｕｔ　ｎ−２”ｒｏｕｔ　ｎ−ｉ　、ＴＯｕｔ
　ｎ検知温度’１’（ｔ）は、 ・・・、Ｔｎ−２、Ｔｎ−１、Ｔｎ となり、またサーミスタ１７による検知温度による温度
差ΔＴｎは、 ΔＴｎ　＝’ｌ’ｎ　−Ｔｎ−１ であるため、前式を湯温ＴＯｕｔ　ｎについて整理する
と、 ’ｒｏｕｔ　ｎ　＝＝Ｔｎ−１＋　（ｅＸｐ　”’　−
１）　”ＸΔＴｎの関係が得られるため、これを今回の
湯温］’ｏｕｔｎとしての推定値とする。

ここで、Ｂｘｐ　ｔ／ｗ　−１は通常１より大きな定数
となり、時間ステップｔが、ｔ＝０．１　［秒］の場合
には、定数ｒ＝（ｅｘａ　ｔ／ｌ　−１）　−１はｒ＝
１０程度となる。

従って、本実施例では、推定湯温’ｒｏｕｔ　ｎを、前
回の時間ステップｔの検知温度Ｔｎ−１と、温度差ΔＴ
ｎとから、 １’０ｔｌｔ　ｎ　＝”ｌ’ｎ−１＋１０　ＸΔＴｎで
求め、これを湯温’ｒｏｕｔと見なして、フィードバッ
ク比例制御における燃焼ｆｆ１Ｑを、Ｑ−ｃ＋　（’ｒ
ｏｕｔ　−’ｒｓｅｔ　）　Ｘｄで決定する。

すなわち、本実施例では、第１図に示すとおり、所定の
時間Δｔ（０，１秒）を計時するステップ１と、時間Δ
を毎にサーミスタ１７による検知温度’ｌ’（ｔ）を読
取るステップ２と、前回の検知温度Ｔｎ−１と今回の検
知温度Ｔｎとの温度差ΔＴｎを求めるステップ３と、温
度差Δ］゛ｎに基づいて推定湯温ＴＯｕｔ　ｎを算出す
るステップ４とから、フィードバック比例制御における
燃焼量Ｑを決定することになる。

また、この燃＃Ｉ量Ｑに応じて送風機１２を制御し、送
風機１２のモータの回転数を検出して送風機１２の作動
に合わせ°ζ電磁弁２４およびガバナ比例弁２３を制御
する。

以上の構成からなる本実施例のガス給湯器１は、次のと
おり作動する。

使用者が図示しない水栓を操作して給湯を開始すると、
所定のシーケンスで燃焼が開始され、フレームロッド１
５で炎検知されると、サーミスタ１７により検知される
湯温に基づいて燃焼量Ｑが決定され、それに応じてガバ
ナ比例弁２３等が制御され、必要な温度］゛０に加熱さ
れる。

給湯中に、例えば第３図に示すように、時間ｔ１に使用
者によって給湯量が変更され、給湯量が減少すると、出
湯温度’ｒｏｕｔは、破線Ａに示すように、時間ｔ１に
おいて大きく」ユ昇し、温度Ｔａを示す。

このとき、サーミスタ１７によって検知される検知温度
Ｔ（ｔ）は、湯温の変化には追随できず、実線Ｂに示す
とおり、緩やかに変化する。

このため、所定時間（０゜１秒）経過した時間ｔ２にお
いて出湯温度ＴＯｕｔが、温度Ｔａであるにも拘らず、
サーミスタ１７の検知温度Ｔ（ｔ）は、温度Ｔｂを示す
。

しかし、本実施例では、フィードバック比例制御のため
の燃焼量Ｑは、時間ｔ２の検知温度１゛ｂと時Ｅｔ１の
温度変化する前の検知温度ＴＯとの温度差ΔＴ２＝’ｌ
”ｂ−’ｌ’ｏに基づいて、ＴＯｕｔ２　＝Ｔ１　＋１
０ＸΔＴ２ で求められる推定温度’１”０ＬＩｔ　２を実際の温度
］゛ａと見なして制御する。この推定温度Ｔｏｕｔ　２
は、第３図において破線Ａで示される実際の湯温Ｔａ非
常に近い値であるため、適正な制御量で燃焼させること
ができる。

以上のとおり、本実施例のガス給湯器では、サーミスタ
の検知温度の変化に基づいて実際の湯温を推定し、燃焼
量を実際の湯温に近い推定温度に基づいて変更できるた
め、サーミスタの応答遅れの影響を少なくできる。従っ
て、オーバーシュートやアンダーシュートによってハン
チングが起こることがなく、安定した燃焼制御を行うこ
とができる。

以上の実施例では、サーミスタを温度検知素子とするガ
ス給湯器を示したが、温水暖房機、温風暖房機等の他の
燃焼機器でもよく、加熱源はガス、石油等による燃焼機
器に限定されず、電気加熱によるものでもよい。

また、温度検知素子としては、サーミスタに限定されず
、サーモカップル等の他の温度検知素子を用いてもよい
。

以上では、加熱手段を備えたものについて述べたが、冷
房機等の冷却手段を備えた温度制御装置においても同様
の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のガス給湯器における制御装置
の処理ステップを示す流れ図、第２図は本発明の実施例
を示すガス給湯器の概略構成図、第３図は本発明の作動
説明のためのタイムチャートである。 図中、１７・・・サーミスタ（温度検知素子）、２３・
・・ガバナ比例弁（温度調節手段）、４０・・・制御装
′１１（温度制御装ｆｉ）、ＳＬ・・・ステップ１（第
１のステップ）、Ｓ２・・・ステップ２（第１のステッ
プ）、Ｓ３・・・ステップ３（第２のステップ）、Ｓ４
・・・ステップ４（第３のステップ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）温度検知素子により被測定温度を検知して、温度調
   節手段を制御する温度制御方法において、前記温度検知
   素子により検知された前記被測定温度を所定時間毎に読
   取る第１のステップと、該第１のステップにおいて読取
   られた検知温度の前記所定時間毎の温度差を求める第２
   のステップと、 該第２のステップにおいて求められた前記温度差に応じ
   て前記被測定温度を推定して、推定温度を求める第３の
   ステップとを具備し、 該第３のステップにおいて求められた前記推定温度に基
   づいて温度調節手段を制御することを特徴とする温度検
   知素子による温度制御方法。 ２）温度検知素子により被測定温度を検知して、温度調
   節手段を制御する温度制御装置において、前記温度検知
   素子により検知された前記被測定温度を所定時間毎に読
   取る第１のステップと、該第１のステップにおいて読取
   られた検知温度の前記所定時間毎の温度差を求める第２
   のステップと、 該第２のステップにおいて求められた前記温度差に応じ
   て前記被測定温度を推定して、推定温度を求める第３の
   ステップとを具備し、 該第３のステップにおいて求められた前記推定温度に基
   づいて温度調節手段を制御することを特徴とする温度検
   知素子による温度制御装置。