JPH02217743A - 給湯器の温度制御装置 - 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、水温を検知するための温度センサとして、熱
交換器から流出する湯水の温度を検知する流出温度セン
サのみを備え、熱交換器へ流入する水の温度を検知する
入水温センサを設けない給湯器の温度制御装置に関し、
特にフィードフォワード制御を行うために、流出温度セ
ンサの検知温度に基づいて熱交換器への入水温度を推定
する給湯器の温度制御装置において効果的である。

［従来の技術］ 給湯器の構造を簡単にして製造工程を簡略化するととも
に、製造コストを低減するために、熱交換器への入水温
度を検知する温度センサを省略し、かつ安定した出湯特
性を得るためにフィードフォワードの温度制御機能を有
する温度制御装置としては、特開昭６３−１５３３６１
号公報に記載された発明がある。

この発明では、熱交換器から流出する湯水の温度を検知
する出湯温度センサに検知される温度を、給水路に設け
られた流量センサが給湯を検知したときに記憶手段に記
憶し、このとき記憶された温度を入水温度としてフィー
ドフォワード制御を行っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、一般に、給湯を一旦停止した後に再び給湯を行
う再給湯の場合には、熱交換器内に停滞した水は余熱に
よって加熱されるため、熱交換器から流出して出湯温度
センサによって検知される湯水の温度は、熱交換器へ流
入する入水温度とは大きく異なる。

従って、上記の発明によると、再給湯の開始時には、余
熱によって加熱された湯水の流出温度が、フィードフォ
ワード制御のための入水温度としてそのまま記憶されて
しまうため、実際の入水温度とは大きく異なる温度に基
づいてフィードフォワード制御がおこなわれてしまい、
適切な加熱量が得られないという問題がある。

本発明は、入水温度センサを省略して給湯器の構造を商
略化してコストダウンを図るとともに、再給湯の場合に
も安定した温度制御ができるフィードフォワード制御機
能を有する給湯器の温度制御装置を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の第１発明は、熱交換器の流出部に設けられた温
度センサと、前記熱交換器を通過する水を検知する水流
検知手段と、該水流検知手段が給湯開始を検知したとき
に前記温度センサの検知温度に基づいて前記熱交換器へ
の入水温度を推定する入水温度推定手段と、該入水温度
推定手段によって推定された推定温度を記憶する推定温
度記憶手段とを備え、該推定温度記憶手段に記憶された
記憶温度に基づいて前記熱交換器を加熱する加熱手段の
加熱量を制御する給湯器の温度制御装置において、前記
入水温度推定手段は、前記水流検知手段が給湯開始を検
知したときに、前記温度センサによって検知される温度
が変化しない場合にのみ、前記入水温度を推定し、前記
推定温度記憶手段の前記記憶温度を更新することを技術
的手段とする。

本発明の第２発明は、熱交換器の流出部に設けられた温
度センサと、前記熱交換器を通過する水を検知する水流
検知手段と、該水流検知手段が給湯開始を検知したとき
に前記温度センサの検知温度に基づいて前記熱交換器へ
の入水温度を推定する入水温度推定手段と、該入水温度
推定手段によって推定された推定温度を記憶する推定温
度記憶手段とを備え、該推定温度記憶手段に記憶された
記憶温度に基づいて前記熱交換器を加熱する加熱手段の
加熱量を制御する給湯器の温度制御装置において、前記
入水温度推定手段は、前記検知温度に応じて前記入水温
度を推定することを技術的手段とする。

また第３発明では、前記入水温度推定手段は、前記検知
温度が前記記憶温度より低い場合には、前記検知温度を
前記入水温度として推定し、前記検知温度が前記記憶温
度より高い場合には、前記検知温度と前記記憶温度との
温度差の一部を前記記憶温度に加算して前記入水温度を
推定することを、第２発明における具体的な手法として
いる。

［作用および発明の効果］ 本発明の第１発明では、給湯が開始され、それが水流検
知手段に検知されると、温度センサに検知される温度が
変化するか否かが判別され、検知温度が変化しない場合
にのみ入水温度が推定され、その推定温度が記憶される
。従って、再給湯の場合のように、余熱によって熱交換
器内の水が加熱されて、出湯温度が変動するため実際の
入水温度とは異なるようなときには、新たに入水温度は
推定されず、記憶温度は更新されない。

通常、給湯器は毎日あるいは大きな期間をおくことなく
繰り返し使用されるものであるため、各使用時における
入水温度は、その前回の使用時における入水温度とは大
きな差はない。このため、記憶温度が更新されなくても
、それまで記憶されている温度に基づいて温度制御が行
われれば、大きく誤った入水温度情報によって加熱量が
制御されることがなく、実際の入水温度にほぼ近い温度
によって制御することができる。

第２発明では、入水温度が推定されるとき、温度センサ
の検知温度から一律に推定されるのではなく、温度セン
サに検知される温度に応じて推定される。従って、例え
ば、再給湯の場合に、誤った温度情報として非常に高い
温度を示す情報が与えられた場合等に、そのまま入水温
度が推定されることがないため、加熱手段が不適切な加
熱量に制御されることがない。

第３発明では、その具体的手法として、給湯開始時の検
知温度が、記憶された温度より低い場合には、その検知
温度は、実際の入水温度である可能性が高い場合である
ため、そのまま入水温度と推定して記憶し、検知温度が
記憶された温度より高い場合には、再給湯の場合が考え
られるため、その検知温度をそのまま入水温度と推定し
ないで、その温度差の一部を加算した温度を入水温度と
して推定し、記憶する。これによって、再給湯によって
高い温度を検知した場合でも、誤った温度情報によって
不適切な加熱量に制御されることがない。

また、季節の変化によって実際の入水温度が高くなった
場合にも、すでに記憶されている温度より高い温度が入
水温度として推定され、このとき記憶温度はより高い温
度に更新されるため、季節の変化に応じて記憶温度を徐
々に高い温度にすることができる。従って、年間を通し
て適切な入水温度が推定され、またそれが記憶されるた
め、適切な加熱量に制御することができる。

［実施例］ 次に本発明の給湯器の温度側御装置を図面に示す実施例
に基づいて訊明する。

第２図に示すガス燃焼式給湯器１の燃焼器ケース１０内
には、複数のバーナを配してなるバーナ群１１が設けら
れている。燃焼器ケース１０の下方には、バーナ群１１
へ燃焼用空気を供給するための送風機１２が設けられて
いる。燃焼器ケース１０内のバーナ群１１の上方には木
管式の熱交換器１３が設けられ、内部を通過する水はバ
ーナ群１１による燃焼熱により加熱される。燃焼器ケー
ス１０内のバーナ群１１の近傍には、バーナ群１１を点
火するスパーカ１４と、バーナ群１１の着火を検知する
フレームロッド１５とが備えられている。また、燃焼器
ケース１０の上方には、燃焼排ガスを外部へ排出するた
めの排気口２が設けられている。

バーナ群１１の下方には、燃料ガスを供給するためのノ
ズル管１６が備えられ、ノズル管１６にはバーナ群１１
の各バーナにそれぞれ対応して燃料ガスを噴出する複数
の燃料噴出口１６ａが設けられている。

ノズル管１６へ燃料ガスを導く燃料管２０には、通電時
に燃料ガスを通過させる２つの電磁弁２１．２２、通電
電流に応じて供給圧力を制御することによって燃料ガス
の供給量を調節するガバナ比例弁２３が上流側より順に
それぞれ設けられている。

図示しない水供給源から熱交換器１３へ水を導く水供給
管１７には、給湯水量を調節するための電動水量制御装
置１８、熱交換器１３を通過する水量を検出する流量セ
ンサ１９が上流側から順に備えられ、また熱交換器１３
から流出する温水を図示しない給湯口へ導く給湯管１７
ａには、熱交換器１３から流出する湯水の出湯温度’ｒ
ｏｕｔを検知する出湯温サーミスタ２５が備えられてい
る。

制御装置ｔ３０は、マイクロコンピュータを中心とする
制御回路を鳴し、所定のシーケンスで燃焼の開始および
停止を行うとともに、第３図に示す機能構成によって、
出湯水の温度制御を行う。

制御装置３０において、目標温度Ｔｓｅｔに基づいて温
度制御を行うための温調制御部３１は、フィードフォワ
ード制御部（ＦＦ制御部）３２とフィードバック制御部
（ＦＢ制御部）３３との各機能部を有しており、出湯温
サーミスタ２５の検知温度Ｔに基づいたフィードバック
制御のみでなく、フィードフォワード制御も行う。

ここでは、温度センサとしてのサーミスタが水供給管１
７に設けられていないために、フィードフォワード制御
のための入水温度Ｔｉｎを直接検知することができない
が、熱交換器１３への入水温度Ｔｉｎは、熱交換器１３
によって水が加熱されなでいない場合であれば、給湯管
１．７　ａに備えられた出湯温サーミスタ２５の検知温
度Ｔと同じであるため、この検知温度］゛をそのまま入
水温度Ｔｉｎとして推定できる。しかし、実際には、再
給湯等によって検知温度１゛が実際の入水温度］゛１ｎ
と異なる場合がある。

従って、ここでは、フィードフォワード制御のための入
水温度Ｔ団としては、検知温度］゛をそのまま入水温度
Ｔｉｎとしないで、出湯温サーミスタ２５の検知温度Ｔ
に基づいて、この検知温度］゛やその変化状態に基づい
て、次のとおり推定されて、演算される。

そのための機能部として、出湯温変動検出部３４、入水
温演算部３５、メモリ３６とを備えている。

出湯温変動検出部３４は、流量センサ１９によって給湯
の開始が検知されたときに、出湯温サーミスタ２５に検
知される検知温度Ｔが変化しＣいるか否かを検出するた
めの機能部である。

前述のとおり、出湯温度Ｔ（ＮＪｔが変化する場合。

は、再給湯であることが考えられる。従って、出湯温度
ＴＯｔＪｔの変化に伴う検知温度Ｔの温度勾配があるか
否かを検出し、温度勾配がある場合には、大水温演算部
３５において、出湯温サーミスタ２５の検知温度Ｔによ
る入水温度Ｔｉｎの推定を行わないようにする。

入水温演算部３５は、出湯温変動検出部３４で検知温度
Ｔの温度勾配が検出されなかった場合に、出湯温サーミ
スタ２５の検知温度Ｔに基づいて入水温度Ｔｉｎを推定
するとともに、推定した入水温度Ｔｉｎをすでにメモリ
３６に記憶されている記憶温度Ｔ　Ｉｌｅｍに代えて記
憶させて、記憶内容を更新する。

入水温演算部３５では、出湯温サーミスタ２５の検知温
度ゴと、すでにメモリ３６に記憶されている記憶温度Ｔ
　ｌｅｇとを比較し、その比較結果に応じて、次のとお
り新たにメモリ３６に記憶するための入水温度Ｔｉｎを
演算する。

検知温度Ｔ≦記憶温度Ｔｌ１３１１の場合、すなわち、
検知温度Ｔが記憶温度Ｔｌ１ｅ１１より低い場合には、
検知温度１゛を新たな入水温度Ｔｉｎと見なして、その
検知温度Ｔをメモリ３６に記憶する。

逆に、検知温度Ｔ〉記憶温度Ｔ　ｌｅａの場合、すなわ
ち、検知温度Ｔが記憶温度Ｔ　ｍｅｎより高い場合には
、記憶温度Ｔ　１０１に検知温度１′の温度情報の一部
を取り入れて新たな入水温度Ｔｉｎを推定し、それを記
憶温度Ｔ　ｍｅｍとする。

ここでは、新たな記憶温度Ｔ　ｍａｒｉは、Ｔｉｎ＝　
（ａＸＴｌｅｌ　＋ｂＸＴ）／（ａ十ｂ）　山■によっ
て、記憶温度Ｔｌ１ｅＩｌの温度情報の一部と検知温度
Ｔの温度情報の一部とから新たな入水温度Ｔｉｎが演算
される。

すなわち、時間ｔ　［ｎ］において、検知温度Ｔ［ｎ］
、推定される入水温度Ｔｉｎ［ｎ］、記憶温度Ｔｌ１ｅ
ｌ［ｆｉ］の場合、 Ｔｉｎ［ｎ］＝ＴＩｌｅｌ　　［ｎ−１］＋ｃ−（Ｔ［
ｎ］−Ｔｉｎ［ｎｌｌ／ｄ となる、すなわち、時間ｔ　［ｎ］における検知温度Ｔ
と記憶温度’ｌ’１ｌｅｌｌとの温度差の−・部が、時
間ｔ［ｎ−１］における記憶温度Ｔ１１ｅ１１に加算さ
れて、時間ｔ　［ｎ］において新たな入水温度Ｔｉｎが
求められることになる。

新たに求められた入水温度Ｔｉｎは、メモリ３６に記憶
される。

温調制御部３１は、ここでは、出湯温サーミスタ２５の
検知温度］が目標温度’ｉ’ｓｅｔより低い所定温度Ｔ
ａ（例えばＴａ＝ＴＳ（ｉｔ−２）に上昇するまでは、
ト”Ｆ制御部３２によるフィードフォワード制御として
、目標温度’ｒｓｅｔ　、水量Ｗ、入水温度Ｔｉｎとし
て記憶された記憶温度’ｌ”’ＩＩｅｗに基づいて加熱
ｆｆ１Ｑを決定して、出湯温サーミスタ２５の検知温度
１゛が所定温度］゛ａに」−イしてからは、ＦＢ制御部
３３によるフィードバック制御として、目標温度ＴＳｅ
ｔ　、検知温度１゛、水量Ｗに基づいて、加熱量Ｑを決
定する。

駆動部３７は、温調制御部３１の加熱量Ｑに基づいて、
送風機１２およびガバナ比例弁２３を駆動制御する。こ
こでは、温調制御部３１による加熱量Ｑに基づいた電圧
を送風機１２に印加して駆動し、検出される送風機１２
の回転数に基づいてガバナ比例弁２３への電流値を通電
制御する。

さらに、制御装置３０では、給水量が加熱能力を越えな
いようにするために、出湯温サーミスタ２５の検知温度
に基づいて電動式水量制御装置１８の開度を調節して、
通過流量を制限する。

なお、使用者によって目標温度Ｔ　ｓｅｔを任意に設定
することができるコントローラ４０は、給湯器の仕様に
応じて設置され、コントローラ４０が設けられた場合に
は、使用者の操作に応じて目標温度Ｔｓｅｔが設定され
、コントローラ４０が設置されない場合には、一定の温
度（例えば６０℃）が目標温度’ｒ”ｓｅｔとされる。

次に、以上の構成からなる本実施例のガス燃焼式給湯器
１における温度制御について、入水温度Ｔｉｎの推定を
中心に、第１図に基づいて説明する。

使用者が給湯管１７ａの下流に設けられた図示しない給
湯栓を開くと、水供給管１７内を水が通過して熱交換器
１３内へ流入する。このとき、流量センサ１９によって
流入水量に応じたパルスが発生し、ガス燃焼式給湯器１
の作動水量以上の水１ｋＷが検知され、給湯が検知され
ると（ステップ１においてＹＥＳ）＝所定のシーケンス
で点火制御が行われ、燃焼が開始される。また、出湯温
サーミスタ２５の検知温度Ｔの変動がないか否かが検出
される（ステップ２）。

出湯温サーミスタ２５の検知温度Ｔに変動がない場合に
は（ステップ２においてＹＥＳ）、検知温度Ｔがメモリ
３６に記憶されている記憶温度ＴｆｆｉＣ１と比較され
る（ステップ３）。

検知温度Ｔが記憶温度Ｔ　Ｉｎ（！ＩＩＩ以下の場合に
は（ステップ３においてＹＥＳ）、検知温度］゛を入水
温度Ｔｉｎと推定して（ステップ４）、その検知温度１
゛をメモリ３６に記憶して、記憶温度Ｔ　ｌ１ｌｅＩｎ
を更新する〈ステップ５）。

逆に、検知温度１゛が記憶温度”ｔ’ｍｅａ＋より高い
場合には（ステップ３においてＮｏ＞、 Ｔｉｎ＝　（ａｘｌ”ｍｅａ＋　＋ｂｘＴ）／　（ａ＋
ｂ）−・・■によって、記憶温度Ｔ　Ｗｅｌｍに検知温
度Ｔの温度情報の一部を取り入れて新たな入水温度１”
ｉｎを推定しくステップ６）、それを新たな入水温度ｒ
ｔｎとしてメモリ３６の記憶温度’ｌ’１ｅｌｌを更新
する（ステップ５）。

フレームロッド１５によってバーナ群１１の着火が検知
されると、ステップ４．５においてそれぞれ推定され、
更新されたメモリ３６の記憶温度Ｔ　ｌｅａを入水温度
’Ｔ’ｔｎとするフィードフォワード制御が行われる。

出湯温サーミスタ２５の検知温度Ｔに変動がある場合に
は（ステップ２においてＮｏ）、入水温度Ｔｉｎの推定
は行われず、入水温度’Ｕｎの推定動作は終了する。

従って、温調制御部３１では、フレームロッド１５によ
ってバーナ群１１の着火が検知されると、すでにメモリ
３６に記憶されている記憶温度Ｔｍｅ■に基づいて、記
憶温度’ｌ’ｌｅｍを入水温度Ｔｉｎとするフィードフ
ォワード制御が行われる。

温調制御部３１による温調制御では、出湯温す−ミスタ
２５の検知温度Ｔが所定温度Ｔａに到達するまでは、コ
ントローラ４０による目標温度Ｔｓｅｔ　、メモリ３６
の記憶温度’ｒ＋ｉｅ＋ｉ　、流ｌセンサ１９による水
量Ｗに基づいて加熱ＩＱが決定されるフィードフォワー
ド制御が行われ、加熱の結果、検知温度］゛が所定温度
ＴａにＩｆｆ達した後は、目標温度ＴＳｅｔ、検知温度
Ｔに基づいて加熱量Ｑが決定されるフィードバック制御
が行われる。

給湯栓を閉めて給湯を停止すると、燃焼が停止する。

停止後の短時間後に、再び給湯を行うと、燃焼が再び開
始される。

この再給湯直後には、熱交換器１３内の水は、燃焼によ
るバーナ群１１および燃焼器ケース１０等の余熱によっ
て加熱されているため、出湯温サーミスタ２５の検知温
度］゛は実際に熱交換器１３へ流入する水の温度と比べ
て高くなっており、また同時に変動するため、検知温度
１′が変動する場合（ステップ２においてＮｏ）に相当
するが、このときは、前回、入水温度Ｔｉｎとして推定
され記憶されたメモリ３６の記憶温度７１１０１１に基
づいて加熱量の決定が行われ、出湯温サーミスタ２５か
らの誤った情報によって加熱量が決定されないため、実
際の水の温度に応じた適切な加熱量を決定することがで
きる。

また、給湯器へ供給される水の温度は、季節の移り変わ
りに伴って徐々に変化するが、本発明では、給湯器が日
常繰り返し使用される実情を鑑みて、夏から冬に向かっ
て水温が低下してする場合には、検知温度Ｔをそのまま
入水温度Ｔｉｎとするようにしており、逆に冬から夏に
向かう場合には、再給湯との混同がないようにするため
に、検知温度Ｔの温度情報の一部のみを加算するように
しているため、入水温度を確実にかつ季節の変化に応じ
て徐々に更新できる。従って、フィードフォワード制御
を行ううえで、常に適正な入水温度情報が提供される６ 従って、優れた温度制御を行うことができる。

本実施例では、フィードフォワード制御とフィードバッ
ク制御とをともに行う制御装置を示したが、フィードフ
ォワード制御のみを行う制御装置でも同様に制御するこ
とができる。

本実施例では、水量を検出する流量センサを設けたが、
流量センサを設けないで水流スイッチによって給湯開始
を検知して、水量は加熱量等から算出するものでもよい
。

本実施例ではガスを燃料とするバーナを用いたが、石油
等の他の燃料によるものでもよい。また、熱源にバーナ
に限定されず、電気加熱等の他の加熱手段による給湯器
でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のガス給湯器の制御装置における入水
温度の演算過程を説明するための流れ図、第２図は本実
施例のガス燃焼式給湯器の概略を示す概略構成図、第３
図は本実施例を示すガス燃焼式給湯器の制御装置の入水
温度推定動作に係る機能構成を示す機能ブロック図であ
る。 図中、１９・・・流量センサ（水流検知手段）、２５・
・・出湯温サーミスタ（温度センサ）、３０・・・制御
装置（給湯器の温度制御装置）、３５・・・大水温演算
部（入水温度推定手段）、３６・・・メモリ（推定温度
記憶手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）熱交換器の流出部に設けられた温度センサと、 前記熱交換器を通過する水を検知する水流検知手段と、 該水流検知手段が給湯開始を検知したときに前記温度セ
   ンサの検知温度に基づいて前記熱交換器への入水温度を
   推定する入水温度推定手段と、該入水温度推定手段によ
   つて推定された推定温度を記憶する推定温度記憶手段と
   を備え、 該推定温度記憶手段に記憶された記憶温度に基づいて前
   記熱交換器を加熱する加熱手段の加熱量を制御する給湯
   器の温度制御装置において、前記入水温度推定手段は、
   前記水流検知手段が給湯開始を検知したときに、前記温
   度センサによって検知される温度が変化しない場合にの
   み、前記入水温度を推定し、前記推定温度記憶手段の前
   記記憶温度を更新することを特徴とする給湯器の温度制
   御装置。 ２）熱交換器の流出部に設けられた温度センサと、 前記熱交換器を通過する水を検知する水流検知手段と、 該水流検知手段が給湯開始を検知したときに前記温度セ
   ンサの検知温度に基づいて前記熱交換器への入水温度を
   推定する入水温度推定手段と、該入水温度推定手段によ
   つて推定された推定温度を記憶する推定温度記憶手段と
   を備え、 該推定温度記憶手段に記憶された記憶温度に基づいて前
   記熱交換器を加熱する加熱手段の加熱量を制御する給湯
   器の温度制御装置において、前記入水温度推定手段は、
   前記検知温度に応じて前記入水温度を推定することを特
   徴とする給湯器の温度制御装置。 ３）前記入水温度推定手段は、前記検知温度が前記記憶
   温度より低い場合には、前記検知温度を前記入水温度と
   して推定し、前記検知温度が前記記憶温度より高い場合
   には、前記検知温度と前記記憶温度との温度差の一部を
   前記記憶温度に加算して前記入水温度を推定することを
   特徴とする請求項２記載の給湯器の温度制御装置。