JPH0340327B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （利用分野及び発明の概要） 本発明は、熱交換器用流量検知装置、特に、水
回路を加熱してその時の温度変化により流量を検
知する装置に関し、加熱源のフイードフオワード
制御の流量検知装置として利用できる。

又、この発明は、熱交換器の加熱源によつて加
熱される被加熱管を通過する被加熱流体の温度上
昇度合を検知することにより、この検知装置の始
動時の応答性を高めようとするものである。

（従来技術及びその問題点） 熱交換器の水回路の流量を検知し、この検知流
量と設定湯温との関係から、加熱源としてのバー
ナの燃焼量を予め所定の値に制御するものとし
て、すでに、特開昭58−173335号公報に開示のも
のがある。

このものは、第７図の如く、熱交換器１の水回
路２の入口側に第１感熱素子２１ａと傍熱型又は
自己加熱型の第２感熱素子２１ｂとを一定間隔を
置いて配設し、前記第１感熱素子２１ａを第２感
熱素子２１ｂの上流側に位置させ、これら二つの
第１，第２感熱素子２１ａ，２１ｂからの出力を
比較器３に入力させ、この比較器３からの増幅出
力によつてガスバーナＢへの回路に挿入したガス
比例弁３１が駆動されるようになつている。

この従来例のものでは、水回路２の流量が増す
と第２感熱素子２１ｂのヒーターＨによる加熱度
合が少なくなることから第２感熱素子２１ｂの検
知温度が低くなり、逆に、流量が少なくなると検
知温度が高くなつて、第１感熱素子２１ａの検知
温度と第２感熱素子２１ｂの検知温度とを比較器
３によつて比較演算すれば水量の変化を検出でき
る。従つて、この比較器３の出力を所定の出力に
変換してガス比例弁３１に入力させると、水回路
２の流量の変化に応じてガスバーナＢの燃焼量を
制御できることとなり、流量が変化しても出湯温
度を設定温度に維持できる。従つて、このもの
は、第１，第２感熱素子２１ａ，２１ｂ及び比較
器３と増幅器の組合わせがガス比例弁３１の駆動
装置として機能し、第１，第２感熱素子２１ａ，
２１ｂ及び比較器３の組合わせが流量検知装置と
して機能する。

ところが、この従来のものでは、第２感熱素子
２１ｂが常に動作状態にあることを前提にするも
ので、流量検知部では器具の点火初期においては
十分な精度の流量検知が行えない。

器具始動時に第２感熱素子２１ｂが同時に検知
状態となるが、ヒーター(H)が定常発熱状態になる
までに一定の時間を要し、この立ち上がり時間中
においては、第２感熱素子２１ｂと第１感熱素子
２１ａの検知温度の差が流量と比例しないものと
なるからである。この傾向は、第１感熱素子２１
ａ、第２感熱素子２１ｂを水回路２の管壁外部に
取付けた時に一層著しく、この場合には、ヒータ
ー(H)が定常加熱状態になつたとしても第１感熱素
子２１ａと第２感熱素子２１ｂの検知温度の差が
流量と正確に比例しないものとなる。

（技術的課題） 本発明は、熱交換器１を通る水回路２の一部を
加熱してこの加熱部の温度変化をとらえて流量を
検知するものにおいて、立上がり時の検知精度を
高めるため、流量検知の為の加熱域が定常加熱状
態まで急加熱できるようにすることをその技術的
課題とする。

（技術的手段） 上記技術的課題を解決するために講じた本発明
の技術的手段は、熱交換器１の最上流側に位置し
且吸熱管１１とフイン１２，１２とからなる吸熱
単位部１０への入口部に第１温度検知手段２２を
設けるとともに前記吸熱単位部１０からの出口部
に第２温度検知手段２３を設け、これら第１，第
２温度検知手段２２，２３からの検知出力を比較
器３に入力させ、更に、この比較器３からの出力
とガスバーナＢの燃焼量及び吸熱単位部１０の熱
効率から流量を演算する演算装置４を具備させた
ことである。

（第１図参照） （作用） 本発明の上記技術的手段は次のように作用す
る。

熱交換器１が運転状態になると、ガスバーナＢ
が燃焼状態となり、熱交換器１の吸熱単位部１
０，１０が加熱される。この時、ガスバーナＢの
燃焼による加熱量は従来のヒーター(H)等のそれに
比べて極端に大きく、しかも、吸熱単位部１０，
１０にはフイン１２，１２を具備させてあること
から、ガスバーナＢの燃焼熱量は吸熱単位部１０
に伝達され、速やかにこの吸熱単位部１０が昇温
される。又、第１，第２温度検知手段２２，２３
の対応する吸熱単位部１０は最上流側に位置する
ことから、熱交換器１の動作開始後、最先に温度
変化が検知される。

このようにして、検知された第１，第２温度検
知手段２２，２３の検知出力が比較器３に入力さ
れる。すると、該比較器３では、これら両出力の
差、即ち、吸熱単位部１０で加熱される水の加熱
前後の温度差ΔTが計算され、該ΔTが示す信号
が演算装置４に入力される。すると、該演算装置
４は次のようにして水回路２を流れる水の流量を
演算する。

即ち、単位時間当りに水回路２を流れる水の流
量をＱ、ガスバーナＢの単位時間当りの燃焼量
（発熱量）をＥ、更に吸熱単位部１０の熱交換効
率をηとし、加熱される水に移動した熱量を計算
すると、該移動熱Ｈ量は、Ｈ＝ΔT×Ｑ＝Ｋ×Ｅ
×η（但し、Ｋは実験で決定された比例常数）と
なる。このことから、 流量Ｑ＝Ｋ×Ｅ×η／ΔT となり、該流量Ｑが演算装置４で演算されるので
ある。

（効果） 本発明は上記構成であるから次の特有の効果を
有する。

流量を検知するために設けられた第１，第２温
度検知手段２２，２３間の吸熱単位部１０はガス
バーナＢの燃焼排気によつて高カロリーで加熱さ
れるものであり、しかも、吸熱単位部１０の吸熱
効率は吸熱管１１のみのものに比べて高効率とな
るから、この部分が定常加熱状態になるまでの時
間が短縮され、立ち上がり時の検知精度が高くな
る。言い換えれば、検知状態になるまでの立ち上
がり時間が極く短いものとなる。又、最上流側に
位置する吸熱単位部１０による吸熱を検知対象と
するものであるから、この点でも上記効果が優れ
たものとなる。

次に、第１，第２温度検知手段２２，２３を水
回路２の管壁に添設するだけであるから、これら
の取付構造が簡単になる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図〜第４図の図面
に基づいて説明する。

第２図，第３図に示す第１実施例のものは、第
３図の如く、複数の吸熱単位部１０，１０を平面
的に配列連通させた第１，第２吸熱部１ａ，１ｂ
を上下２段に並設してこれら第１，第２吸熱部１
ａ，１ｂ相互を連通させ、ガスバーナＢの排気流
に対して上流側に位置する第１吸熱部１ａの最上
流側の吸熱単位部１０の入口側と出口側にそれぞ
れ第１，第２温度検知手段２２，２３を添設する
とともに、前記第１吸熱部１ａを水回路２の回路
において第２吸熱部１ｂの上流側に位置させたも
のである。

又、ガスバーナＢへのガス回路には、ガス比例
弁３１が挿入されており、このガス比例弁３１は
出力制御装置５によつて制御される。この出力制
御装置５には緩点火装置を具備させてあり、ガス
バーナＢの点火初期は必ず一定の燃焼量状態を経
て設定燃焼状態に移行する。このため、この出力
制御装置５には点火初期ガス量設定手段５１があ
り、点火初期においては、ガス比例弁３１は、一
定時間点火初期ガス量設定手段５１によつて決定
される一定の開度に設定される。その後、出力制
御装置５によつて、演算装置４からの出力に応じ
た開度に設定され、出湯温度は設定温度に保たれ
る。

この為、第１，第２温度検知手段２２，２３か
らの出力が比較器３に印加されてこれら両出力の
差、即ち、吸熱単位部１０で加熱される水の加熱
前後の温度差ΔTが演算され、該温度差ΔTが演
算装置４に入力される。そして、点火初期ガス量
設定手段５１により設定される燃焼量(E)と吸熱単
位部１０の熱交換効率ηと、更に、上記温度差
ΔTから、水回路２を単位時間に流れる流量（Ｑ
＝Ｋ×Ｅ×η／ΔT；但し、Ｋは常数）を演算装
置４が演算する。そして、この出力に応じた信号
が出力制御装置５からガス比例弁３１に入力され
て上記のように動作する。

次に、第４図に示す第２実施例のものは、第３
温度検知手段２４を最上流側に位置する吸熱単位
部１０の下方近傍に設け、この検知出力を演算装
置４に入力させたものである。

このものでは、第１，第２温度検知手段２２，
２３が入力された比較器３からの出力と吸熱単位
部１０の熱効率及び第３温度検知手段２４の検知
温度から、演算装置４によつて流量が演算され
る。この場合、第３温度検知手段２４の検知温度
は燃焼量と比例することから、ガスバーナＢの燃
焼量が変化する条件下でも、水回路２を通る水の
量が検知できることとなる。従つて、給湯器の湯
を使用している最中に流量が変化した場合にも、
第１，第２温度検知手段２２，２３の温度差と、
ガス量に比例する第３温度検知手段２４の出力、
さらには、熱効率の関係から流量が演算できるこ
ととなり、出湯温度を設定温度に維持できること
となる。

ガス流量に対応する信号としては、比例弁への
入力信号を採用することもできる。

次に、第５図に示す第３実施例のものは、上記
第１，第２実施例のフイードフオワード制御とフ
イードバツク制御とを組合わせたもので、熱交換
器１の出口側に第４検知手段２５を設け、この出
力によつて出湯温度を設定温度に維持しようとす
るものである。このため、温度設定手段６からの
出力と前記第４検知手段２５の出力を比較器７０
に入力させ、この比較器７０からの出力を切替ス
イツチ６１を介して駆動回路６２に入力させ、こ
の駆動回路６２からの出力をガス比例弁３１に入
力させている。

又、第１，第２温度検知手段２２，２３及び演
算装置４からなる流量検知装置の出力は、温度設
定手段６の出力とともに他方の比較器３０に入力
されており、この比較器３０によつて、フイード
ホワード用出力が得られるようになつており、こ
の比較器３０の出力が切替スイツチ６１を介して
駆動回路６２に入力される。

前記切替スイツチ６１は初期においては比較器
３０側の出力を駆動回路６２に入力させるべく比
較器３０から駆動回路６２への回路を導通させる
が、熱交換器１の出力が一定の条件に達したと
き、切替駆動回路７によつて切替スイツチ６１の
可動接点は比較器７０側に切替られるようになつ
ている。このため、切替駆動回路７は第４検知手
段２５からの出力と温度設定手段６からの出力を
比較して、第４検知手段２５の検知温度が設定温
度以下でこの設定温度から一定温度（Δt）低い
温度に達した時点で切替のための出力が生じるよ
うになつている。

尚、タイマー８は常閉出力接点を具備するもの
で、ガスバーナＢの点火時において、比較器３０
と比較器７０からの出力を駆動回路６２に入力さ
せないようにしている。このタイマー８の設定時
間は緩点火時間Ｔと一致し、この緩点火時間Ｔ経
過後においてはその出力接点は閉成される。又、
切替スイツチ６１とガス比例弁３１の連動関係に
より緩点火時の燃焼量は予め所定の値に固定され
ており、比較器３０、比較器７０からの出力が駆
動回路６２に入力されない条件で、ガスバーナＢ
へのガス量が一定の値に設定されている。

この実施例のものでは、第６図の如く、器具の
運転開始時の緩点火時間Ｔの間ではガスバーナＢ
の燃焼ガス量は一定となり、この条件下で流量を
演算し、タイマー８の設定時間が経過すると、比
較器３０からの出力によりフイードホワード制御
が進行し、第４検知手段２５の検知温度が設定温
度よりもΔtだけ低い温度になると、切替駆動回
路７の出力によりフイードバツク制御に切替り、
温調される。

この場合、設定温度よりもΔt低い温度でフイ
ードホワード制御が停止せしめられるから、出湯
温度がこの制御中に設定温度以上になる、所謂、
オーバーシユート現象が防止できることから、出
湯温度が速やかに設定温度に近づき、しかも、安
定なフイードバツク制御が行なえる。尚、このフ
イードホワード制御とフイードバツク制御の組み
合わせには、他の流量検知装置を用いても同様の
作用が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明する図面、第２図
は第１実施例の説明図、第３図は第１，第２吸熱
部１ａ，１ｂの説明図、第４図は第２実施例の説
明図、第５図、第６図は第３実施例の説明図、第
７図は従来例の説明図であり、図中、 １……熱交換器、１０……吸熱単位部、１１…
…吸熱管、１２……フイン、２……水回路、２
２，２３……第１，第２温度検知手段、３……比
較器、４……演算装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱交換器１を通る水回路２の一部を加熱して
   この加熱部の温度変化をとらえて流量を検知する
   ものにおいて、熱交換器１の最上流側に位置し且
   吸熱管１１とフイン１２，１２とからなる吸熱単
   位部１０への入口部に第１温度検知手段２２を設
   けるとともに前記吸熱単位部１０からの出口部に
   第２温度検知手段２３を設け、これら第１，第２
   温度検知手段２２，２３からの検知出力を比較器
   ３に入力させ、さらに、この比較器３からの出力
   とガスバーナＢの燃焼量及び吸熱単位部１０の熱
   効率から流量を演算する演算装置４を具備させた
   熱交換器用流量検知装置。