JPH0271045A - 給湯器の制御装置 - 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、出湯温度と設定温度との偏差量を比例制御を
用いて補市する給湯器の制御装置に関する。

［従来の技術］ 給湯器には、加熱量（例えば燃焼、１１）を制御装置に
よって制御するものがある。制御装置による燃焼量の制
御は、水量、設定温度、入水温度などによって燃焼量を
決定するフィードフォワード制御と、結果から燃焼量を
補正するフィードバック制御とを組み合わせて行うもの
が渇えられる。

このフィードバック制御には、設定温度と出湯温度との
偏差量を、その偏差量に比例した値によって補正する比
例制御が考えられる。

この比例制御は、偏差量に比例した値となるため、小さ
な偏差量でも比較的大きな比例補ｊＥ量となり、偏差を
素早く修正する。

［発明が解決しようとする課題１ 一方、入水温度が変化したり、入水量が変化したり、設
定温度が変化したりして、燃焼量が変化する際（過渡期
）は、設定温度と出湯温度との偏差量が大きくなる。

比例制御は、小さな偏差量でも比較的大きな比例補正量
となるため、過渡期は大変大きな比例順正量となってし
まう。つまり、過渡期は比例補正量が誤信号となって、
適切なフィードバック制御か行えない問題点を備えてい
た。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、比例制御による比例補正量が、過渡期に誤信号とな
ることを防ぎ、加熱量に応じた適正な値とすることので
きる給湯器の制御装置の提供にある。

［課題を解決す−るための手段］ 本発明は上記目的を達成するため、第１図に示すように
、加熱手段１と、該加熱手段１の発生する熱と水とを熱
交換する熱交換器２と、前記加熱手段１の加熱制御を行
う制御装；び３とを備えた給湯器において、前記制御装
置３は、出湯温度と設定温度との偏差量を、該偏差１に
比例した比例補正量によって補正する比例制御手段４を
備え、該比例制御手段４による比例補１４ｉｔの上限お
よび下限を、前記加熱手段１の加熱量に比例しな制限値
で規制したことを技術的手段とする。

［作用コ 本発明は、比例制御手段による比例補市１比に上限およ
び下限を設けるとともに、その上限および下限を加熱量
に比例させた。これにより、過渡期に（扁差量が犬きく
なっても、比例Ｍｉ正散が誤信号となるのを防ぐととも
に、過渡期の比例補Ｅｆｆｉを、加熱量に応じた適切な
値に規制することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、過渡期に比例補ｉＥ道が、加熱量に応
じた適切な値に規制されるため、設定温度や、入水温度
、入水呈の変化等により燃焼量が変化する際、比例側御
手段によって、素片く出湯温度を設定温度とすることが
できる。

［実施例］ 次に、本発明をバイパスミキシング式給湯器に適用した
実施例を図面を用いて説明する。

第２図にバイパスミキシング式のガス給湯器の概略図を
示す。

このガス給湯器は、大別し゛Ｃ燃料の燃焼を行う燃焼部
１０と、ガス供給配管２０と、水配管３０と、制御装’
１７４０とから構成されている。

燃焼部１０は、本発明の加熱手段で、セラミック製の表
面燃焼式バーナ１１を内部に配設した燃焼ケース１２と
、この燃焼ケース１２内に燃焼用の空気を供給する送風
機１３とからなり、送風機１３によって燃焼ケース１２
内に導かれた燃焼用の空気は、燃焼後、燃焼ガスとして
図示しない排気口より排出される。

ガス供給配管２０は、送風機１３の遠心式ファン１４の
内周に開口するノズル２１へ、燃料のガスを供給するも
ので、上流側より元電磁弁２２、主電磁弁２３、比例弁
２４がｌ１ｌｉ次設けられている。比例弁２４の１・流
は２つに分岐され、一方には切替用電磁弁２５、他方に
はオリフィス２６が設けられている。なお、元電磁弁２
２、主電磁弁２３および切替用電磁弁２５は、通電制御
によってガス供給配管２０を開閉するもので、比例弁２
４は通電展に応じて開口比が変化し、ノズル２１に供給
されるガス量を調節するものである。

水配管３０は、一方が水の供給源に接続され、他方が給
湯口に接続されるもので、バーナ１１のガスの燃焼によ
って発生する熱と内部を流れる水と含熱交換し、内部を
通過する水を加熱する熱交換器３１と、この熱交換器３
１をバイパスするバイパス水路３２とを備える。

熱交換器３１とバイパス水路３２どの分岐路の上流の水
配管３０には、熱交換器３１とバイパス水路３２とに流
入する水圧が変化しても、流入する水量を一定に保つガ
バナ弁の機能と、水量を調節する水量調節弁の機能とが
組み合わされた電動水量制御装置３３が設けられている
。また、バイパス水路３２には、バイパス水路３２を通
過する水量を調節するとともに、バイパス水路３２を開
閉可能な絞り弁３４が設けられている。

なお、電動水量制御装置３３の絞り比は、熱交換器３１
およびバイパス水路３２へ流入する水の総量を規制する
ため、絞り弁３４と同じか、絞り弁３４より小さく設け
られている。また、電動水量制御装置３３と絞り弁３４
は、水量を調節する手段として、水路を開閉可能な弁体
をキアドモータを用いて駆動している。

制御装置４０は、第３図に示すように、マイクロコンビ
、１−夕４１、リレー回路４２および駆動回路４３から
構成されるもので、使用者によっ゛ζ操作されるコント
ローラ４４や各種センナの出力に応じて、バーナ１１に
着火を行うスパーカ４５、元電磁弁２２、主電磁弁２３
、比例弁２４、切替用電磁弁２５、電動水量制御装置３
３、絞り弁３４を通電制御するものである。

制御装置４０の各種センサは、バーナ１１の炎の検出お
よび空燃比を検出するためのフレームロッド４６および
サーモカップル４７、電動水量制御装置３３および絞り
弁３４の弁体に連動し、開度を検出するポテンショメー
タ４８．４９、送風Ｊ！１１１３の風量を回転速度によ
って検出する風量検出センサ５０、熱交換器３１および
バイパス水路３２に流入する水温を検出する大水温セン
サ５１、熱交換器３１を通過した湯温を検出する湯温セ
ンサ５２、熱交換器３１およびバイパス水路３２を通過
し、混合された湯温を検出する出湯温センサ５３、熱交
換器３１およびバイパス水路３２に流入する水量を検出
する水量検出センサ５４を備える。

なお、風量検出センサ５０は、送風機１３のモータに連
動する回転体を備え、この回転体の回転に応じたパルス
信号を発生ずる。また、水量検出センサ５４は、水の流
れによって回転する回転体を備え、この回転体の回転に
応じたパルス信号を発生ずる。

そして、コンピュータ４１は、風量検出センサ５０およ
び水量検出センサ５４の発生ずるパルス信号の間隔より
、送風機１３の回転速度や、回転体の回転速度を検出し
、風量や水量を検出する。

次に、コンピュータ４１による燃焼制御、および水量制
御について簡単に工明する。

使用者が給湯口に接続されたカランを繰作し、水配管３
０に水流が生じる。すると、水量検出センサ５４内の回
転体が回転し、燃焼が開始される。燃焼開始後の燃焼量
は、コントローラ４４によっ゛Ｃ設定された設定温度が
得られるように、各種センサによって得られた水量、入
水温度、熱交換器３１を通過した湯温、ミキシング湯温
く出湯温度）等より決定され、送風機１３は決定された
燃焼量に応じた風量をバーナ１１に供給するように電圧
が制御される。つまり、燃焼量イコール送風機１３の送
風量とされる。そして、送風機１３の回転速度やバーナ
１１の炎の温度に応じたカス」１が得られるように、比
例弁２４および切替用電磁弁２５が通電制御される。

°なお、燃焼量は、熱交ｔｆＡ器３１を通過した湯温が
、燃焼によって発生した水（ドレン水）が熱交換器３１
に１寸着しない温度（例えば６０℃）以」−に維持され
るように設定される。

絞り弁３４は、入水温度、設定温度、熱交換器３１を通
過した湯温、出湯温度より算出された適切な開度で固定
される。なお、この固定は、バイパス水路３２を流れる
水量が、熱交換器３１を流れる水量の２倍となるように
設定されている。つまり、バイパス水路３２と熱交換器
３１との流通抵抗の比は、絞り弁３４により約２；１と
される。また、絞り弁３４の開度の固定は、入水量が少
ない場合や、出湯温度を低下させる場合に解除され、入
水量、出湯温度に応じて算出された開度となるように絞
り弁３４が通電制御される。

また、電動水量制御装置３３は、出湯温度が得られるの
に必要な最大流量を越えないように通電制御される。

次に、制御装置４０による燃焼量の算出について詳述す
る。なお、本発明の比例油止手段は、マイクロコンピュ
ータ４１内にプログラムされている。

制御装置４０によって求められる燃焼量Ｑは、フィード
フォワードＪｔＦＦと、熱交容量補正ｉＫと、空燃比補
正量］゛と、比例補正量Ｐと、積分Ｘｉ止成Ｉとを加算
したもので、 Ｑ＝Ｆ［＋に＋Ｔ＋Ｐ＋Ｉの式で茂される。

このように、燃焼ｉＱをＦＮ−Ｋ）Ｔ）−Ｐ、）Ｉとす
ることにより、使用者の設定した出湯温度を、常に安定
して供給することができる。

フィードフォワード景Ｆ「は、コントローラ４４で設定
された設定温度１Ｓと入水温センサ５１によつ゛Ｃ検出
された入水温度ＴｉとのＸ−と、水量検出センサ５４に
よっ°Ｃ検出された水量Ｗと、熱交換器３１の熱交換効
率１／ｅｒｒとによって算出される。

これは、ＦＩ’＝（Ｔｓ−Ｔｉ）　Ｗ／ｅｆｆ　（７）
式で表される。

熱交容１ｉ（ｔｒ正呈には、コントローラ４４で設定さ
れた設定温度丁ｓと出湯温センサ５３によって検出され
た出湯温度１０との差（偏差ｆｆ１）と、使用される熱
交換器３１に応じて予め設定された熱容ｉＭと、熱交換
器３１とバイパス水路３２とのバイパス比に応じた定数
ａとから算出される。

これは、Ｋ　＝　ａ　（Ｔｓ−Ｔｏ）　Ｍの式で表され
る。

空燃比補正量］゛は、空燃比補正により増減されるガス
、ＢＨＢ、補正するもので、空燃比補正による補正ｈｌ
、Ｎのｍ号を反転さぜなものである。

こ？＋は、Ｔ＝−Ｎの式で表される。

積分浦”ｉＪ：Ｍ、Ｉは、コントローラ４ノ１で設定さ
れた設定温度ＩＳと出湯温センサ５３によって検出した
出湯温度１０との差（偏差量）を積分制御によって補正
するもので、積分補正ｉ１の変化量が水１Ｗに比例する
暉うに、積分定数をｂｘｗとする。また、積分補正量Ｉ
が燃焼量（加熱１）の変化に応じて変化するように、フ
ィードフォワード量［［の変化比の積とする。そして、
この積分補正縫Ｉの算出は、 Ｉ　、　＝　１　＋＋−１＋ｂｗ、　　（Ｔｓ−Ｔｏ）
　Ｆｒ、、／ＦＴ、、−１の式で表される。

なお、■、は今回の算出する積分補正量、■１１は前回
の算出した積分補正量、ＦＦ、、は今回算出されたフィ
ードフォワード量、Ｆ　Ｆ　、、−、は前回の算出した
フィードフォワード量を示す。

比例補正ＭＰは、コントローラ４４で設定された設定温
度Ｔｓと出湯温センサ５３によって検出した出湯温度■
０との差（１１ｍ差Ｍ）を、この偏差量に比例した比Ｐ
Ａ浦正量によって補正するもので、比例′ｆ甫正呈Ｐの
変化量が水量Ｗに比例するように、水量検出センサ５４
によって検出された水量Ｗと、比例定数Ｅとを用いて算
出される。

これは、Ｐ＝Ｅ　（Ｔｓ−Ｔｏ）　Ｗの式で−１：とさ
れる。

なお本実施例ではＥ＝０．８前後が適正である。

また、比例補正量Ｐは、本発明により」、限および下限
が規制される。この上限と下限との規制は、フィードフ
ォワード量「［（フィードフォワード量は燃焼量とほぼ
比例関係にあるため、本実施例ではフィードフォワード
量を加熱量とみなす）に比例した規制値よって行われる
。この比例補正量Ｐの規制値は、「１．、×Ｃで、比例
補市ｆｆ１ｐはＰ≦１ＴＸｃｌの式を満足させるものと
される。なお、Ｃは定数を示す。

このように、比例補正ｆｆ１Ｐに、フィードフォワード
量ＦＦに比例しな規制値を設けることにより、出湯中に
設定温度１Ｓが変化した場合や、入水温度１１が変化し
た場合、水量Ｗが変化した場合など、燃焼ｉＱが変化す
る過渡期に、設定温度］Ｓと出湯温度Ｔｏとの隔差量が
大きくなっても、比例補正量Ｐが誤信号となることが防
がれるとともに、その過渡期に、燃焼量Ｑに応じた値の
比例補正量Ｐとされる。つまり、過渡期においても、比
例補ＩＥｆｆｉＰが素？く出湯温度［０を設定温度ｒｓ
とするように偏差量を補正する。

（変形例） 本発明を微分制御を用いたＰＩＤ制御の比例制御に適用
したり、積分制御や微分制御を用いない比例制御に本発
明を適用しても良い。

バイパス水路を備えた給湯器を例に示したが、バイパス
水路を有しない給湯器に本発明を適用しても良い。

また、燃料にガスを用いた例を示したが、灯油など、他
の燃料を用いても良い。

さらに、加熱手段として燃料の燃焼によって熱を得る燃
焼部を用いたが、電気ヒータなど他の発熱手段を用い、
その通電量を本発明を用いて制御しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図はバイ
パスミキシング式のガス給湯器の機略構成図、第３図は
制御装置の概略プロ・７り図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）加熱手段と、該加熱手段の発生する熱と水とを熱交
   換する熱交換器と、前記加熱手段の加熱制御を行う制御
   装置とを備えた給湯器において、前記制御装置は、 出湯温度と設定温度との偏差量を、該偏差量に比例した
   比例補正量によって補正する比例制御手段を備え、 該比例制御手段による比例補正量の上限および下限を、
   前記加熱手段の加熱量に比例した制限値で規制した ことを特徴とする給湯器の制御装置。