JPH0451741B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ≪発明の分野≫ この発明は、設定温度を急激に上昇させた場合
にも、出湯温度が直ちにこれに精度良く追従する
ようにしたガス湯沸器に関する。

≪従来技術とその問題点≫ 従来、一般の湯沸器における温度制御は、水量
調整弁の開度を固定したままの状態で、温度設定
器で設定された設定温度と出湯温度検出器で検出
された出湯温度との偏差を補正すべく例えばPID
演算などを行ない、この演算結果でガス流量調整
弁の開度を制御するようにしている。

しかしながら、このような温度制御方式にあつ
ては、設定温度を急激に上昇させたような場合、
これに制御系が迅速に追従することができず、実
際に出湯温度が設定温度に達するまでにかなり時
間がかかり、例えば40で食器洗いなどをしている
状態から、急に80℃程度の熱湯が必要となつたよ
うな場合に使い勝手が悪いなどの問題点を有して
いた。

そこで、本出願人はこのような問題を解決すべ
く、温度追従性の高い新規なガス湯沸器の温度制
御装置を開発中（未公開）である。

この新規な温度制御装置にあつては、水量調整
弁の開度を固定したままの状態で、温度設定器で
設定された設定温度と出湯温度検出器で検出され
た出湯温度の偏差を補正すべくガス流量調整弁の
開度を制御する通常モードの最中に、設定温度の
急激な変化が検出されると、その時点から以降に
ついては、ガス流量制御弁の開度を最大に固定し
たままの状態で、制御開始時点における入水温
度、設定出湯温度および最大燃焼状態での発熱量
に基づいて水量調整弁の所要開度を先行演算によ
り求め、該開度に水量調整を固定するいわゆるフ
イードフオワード制御を行ない、さらにこのフイ
ードフオワード制御の結果出湯温度の安定化が検
出された後においては、ガス流量調整弁の開度を
最大に固定したままの状態で、温度設定器で設定
された設定温度と出湯温度検出器で検出された実
際の出湯温度との偏差を補正すべく水量調整弁の
開度を制御するいわゆる水量補正制御を行なうよ
うにしている。

そして、このような基本構成によれば、例えば
40℃で食器洗いなどをしている状態から、急に80
℃程度の熱湯が必要となつたような場合には、最
大燃焼状態において水量が逆に絞られることによ
り、温度については急激に上昇し所要の熱湯を直
ちに得ることが可能となるのである。

ところで、このような温度制御装置にあつて
は、フイードフオワード制御から水量補正制御へ
移行する場合に、確実に出湯温度の安定化が検出
される必要がある。すなわち、出湯温度がフイー
ドフオワード制御によつて未だ安定していない状
態で、フイードフオワード制御から水量補正モー
ドへと移行させると、水量を微細に調整すること
は難しいため、出湯温度が大きく変動して所望の
熱湯を安定的に得ることができなくなるためであ
る。

そこで、先に本出願人らが開発したものにおい
ては、出湯温度検出器の出力を一定の微少間隔毎
に検出するとともに、予め設定された確認周期毎
に最大値と最小値とを求め、これらの偏差が許容
幅内に入るか否かに基づいて、出湯温度の安定化
を確認するようにしていた。

ところが、このように一定の判定周期毎に、最
大値と最小値とに基づく変動幅確認を行なうと、
相前後する判定周期に跨がつて出湯温度の安定な
領域が存在しても、中々これを出湯温度安定と確
認することができず、このためフイードフオワー
ド制御から水量補正制御への切替が行われず、結
局設定温度が急変されてから出湯温度がこれに追
従するまでに時間遅れが生ずるという問題があつ
た。

≪発明の目的≫ この発明の目的は、以上説明したようにこの種
のガス湯沸器において、最大燃焼状態で水量調整
弁の開度を固定したいわゆるフイードフオワード
制御から、最大燃焼状態で出湯温度に応じて水量
調整弁を開閉制御する水量補正制御への移行を、
できるだけ迅速に行なわせることにある。

≪発明の構成と効果≫ この発明は、上記の目的を達成するために、出
湯温度が安定化したことを確認するについて、ま
ず一定時間毎に出湯温度検出器の出力を読込み、
これら出力の中で最大値および最小値を一定周期
毎に求め、次いで求められた最大値と最小値との
差で得られる変動幅が許容幅に入るか否かを弁別
し、許容幅に入ると弁別されるとともにタイマを
起動するとともに、該タイマを許容幅に外れると
検出されるたびにリセツトし、このタイマのタイ
スアツプに基づいて出湯温度の安定化を確認する
ようにしたものである。

このような構成によれば、出湯温度が安定化し
はじめるとともにタイマが起動され、かつ安定状
態がタイマの設定時間以上に継続した場合に限り
タイマがタイムアツプされるため、このタイマの
タイムアツプに基づいて出湯温度の安定化を迅速
に確認することができる。

≪実施例の説明≫ 第１図はこの発明の一実施例であるガス湯沸器
のシステム構成を示す図である。

同図において、炉体１は縦型円筒状に形成さ
れ、その底部にはバーナ２が配置されるととも
に、その上方には熱交換器３が配置され、さらに
炉体１の上部に形成された排気口４には、モータ
Ｍで駆動される排気フアン５が取り付けられてい
る。

熱交換器３の入口側には、給水管路６が接続さ
れるとともに、出口側には給油管路７が接続さ
れ、この給油管路７は先端側において３本に分岐
され、各分岐管７ａ，７ｂ，７ｃには、それぞれ
カラン８ａ，８ｂ，８ｃが取り付けられている。

熱交換器３の入口側に近い給水管路６上には、
水量調整弁９、水流スイツチ１０、入水温度検出
器１１が順に取り付けられている。

水量調整弁９は、全閉状態から全開状態まで回
路を連続的に調整可能な例えばモータ駆動式のサ
ーボ弁で構成され、またその現在開度は該水量調
整弁９に備え付けられたポテンシヨメータなどを
介してコントローラ１２側へと送られる。

水量スイツチ１０は、カラン８ａ〜８ｃの何れ
かが開かれて、給水管路６内に一定値以上の水流
が生ずると、これを検出してオンするスイツチで
ある。

入水温度検出器１１は、例えばサーミスタなど
の感温素子で構成され、コントローラ１２内の処
理回路に接続されて、入水温度に対応したアナロ
グ電圧を出力する。

熱交換器３の出口側に近い給油管路７上には、
出湯温度検出器１３が取り付けられている。この
検出器１３も、例えばサーミスタなどの感温素子
で構成され、コントローラ１２内の処理回路に接
続されて、出湯温度に対応したアナログ電圧を出
力する。

バーナ２へと燃料ガスを供給するガス供給管路
１４上には、ガス遮断弁１５、ガスガバナ１６お
よびガス流量調整弁１７が順に取り付けられてい
る。

遮断弁１５は、全閉状態と全開状態との２つの
状態を取り得る電磁弁で構成され、コントローラ
１２からの信号で開閉制御される。

ガスガバナ１６は、燃料ガスと空気とを適当な
割合で混合さる機能を有するものである。

流量調整弁１７は全閉状態から全開状態まで開
度を連続的に調整可能な例えばモータ駆動式のサ
ーボ弁で構成され、またその現在開度は流量調整
弁１７に備え付けられたポテンシヨメータなどを
介してコントローラ１２側へと送られる。

点火器１８は、コントローラ１２からの指令で
火花を発し、バーナ２から噴出する燃料ガスに着
火するものである。

火炎検出器１９、バーナ２から発する火花に近
接して、炎電流およびその整流作用を利用して火
炎を電気信号に返還するとともに、この信号を適
宜増幅した後これを比較的大きな時定数を有する
平滑回路で平滑し、さらに基準レベルをもつて２
値化するとともに、その出力でドライバを介して
リレーを駆動し、接点信号を出力する。

コントローラ１２は、燃焼開始から燃焼停止に
至るシーケンス動作を制御するシーケンス回路
と、出湯温度を設定温度に維持する温度制御回路
とから構成されており、これらの回路はマイクロ
コンピユータで実施されている。

次に、第２図はマイクコンピユータで実行され
る制御手順を示すフローチヤートであり、このフ
ローチヤートに従つて湯沸器の全体的な動作を簡
単に説明する。

まず、ステツプ(1)で、水流スイツチ１０の状態
を読込み、水流があれば燃焼開始処理へと移行す
る。

燃焼開始処理では、まずステツプ(3)でプレパー
ジを行ない、プレパージ時間が経過すれば、ステ
ツプ(4)に続いて緩点火処理へ移行する。

緩点火処理５では、ガス遮断弁１５を全開、ガ
ス流量調整弁１７を微開とし、バーナ２から燃料
ガスを僅かに噴出させつつ、点火器１８を駆動し
て、安全スイツチ時間に亘つて点火を試みる。

安全スイツチ時間が経過しても、バーナに着火
しない場合には、ステツプ(6)に続いてステツプ(7)
を実行し、なんらかのエラー処理を行なう。

安全スイツチ時間経過前に着火が確認されれ
ば、その後ステツプ(10)およびステツプ(11)で断火お
よび水流なしがそれぞれ検出されるまでの間、ス
テツプ(9)で本発明に係わる湯温制御処理を繰り返
し行なう。

また、湯温制御処理中に断火が検出されると、
ステツプ(10)に続いてスツテプ(3)に戻り、再びプレ
パージ処理を行なう。

他方、湯温制御処理中に水流なしが検出される
と、ステツプ(11)に続いてステツプ(12)を実行し、フ
タアーパージ処理を行なう。

また、アフターパージ処理中に、水流有りが再
び検出されると、ステツプ(13)に続いてステツプ(5)
へ戻り、緩点火処理からの実行を行ない、アフタ
ーパージ処理が所定時間経過すれば、ステツプ(14)
に続いてステツプ(1)の使用待ち処理へ戻る。

した場合における急変確認処理を示す説明図であ
る。

第３図において、まず湯温制御が開始される
と、ステツプ（100）で各検出器および設定器の
出力を読込み、次いでステツプ（101）、（102）で
水量補正モード、先行制御モード（後述する）の
確認を行なう。

ここで、何れのモードにも該当しない場合、ス
テツプ（103）へ進み、設定温度の急変有無を確
認する。

ここで、設定温度に急変がなければ、ステツプ
（104）で水量調整弁９を全開とし、ステツプ
（105）で所要ガス流量を演算する。

この演算は、出湯温度検出器１３で検出された
出湯温度MPと温度設定器２０で設定された設定
温度SPとに基づいて行なわれ、これらの偏差を
補正するに必要な所要ガス流量を求める。

次いで、ステツプ（106）では、求められたガ
ス流量に対応して、ガス流量調整弁１７の開度を
求め、該開度に一致するように燃料調整用サーボ
系を制御する。以上一連の通常モードの動作と称
する。

次に、以上の通常モードの動作中に、設定温度
の急変がステツプ（103）で検出されると、ステ
ツプ（103）に続いてステツプ（107）が実行さ
れ、ガス流量調整弁１７の開度は全開に固定され
る。

次いで、ステツプ（108）では、当該時点の設
定温度SP、入水温度WPおよびガス流量調整弁全
開に対応した最大発熱量FUmaxとに基づいて、
出湯温度MPを設定温度SPに一致させるに必要な
流入水量Qaを先行演算により求める。

次いで、ステツプ（109）では、この流入水量
に対応した水量調整弁９の開度が出力され、この
開度と一致するようにサーボ系が駆動される。

次いで、ステツプ（110）で先行制御モードフ
ラグをセツトし、以後出湯温度MPが安定するま
での間ステツプ（111）を繰り返す。以上一連の
動作を先行制御モードと称する。

次に、以上の先行制御モードにおいて、ステツ
プ（111）で出湯温度の安定が検出されると、ス
テツプ（112）では出湯温度MPと設定温度SPと
の偏差を補正するに必要な補正水量Qbを求める。

次いで、ステツプ（113）では、前記所要水量
補正演算により得られた補正水量Qbに対応して、
水量調整弁を所要開度を求める。

この求められた開度に基づいて、サーボ系が駆
動され、水量調整弁９の開度が開閉制御される。

次いで、ステツプ（114）では、水量補正モー
ドフラグをセツトし、以後水量補正モードの動作
が継続する。なお、水量補正モードから通常モー
ドに復帰させるためには、種々の方法が考えら
れ、例えば水流がなくなつたこと、あるいは設定
温度急変後一定時間が経過したとなどで行なうこ
とができる。

以上の制御によれば、第４図に示す如く例えば
時刻t₁まで通常モードの動作で制御中に、図中点
線で示す如く温度設定器に急変があると、時刻t₁
からt₂までの間は先行制御モードの動作が実行さ
れ、これにより最大燃焼状態で水流が絞られるこ
とにより出湯温度は急上昇する。

次いで、出湯温度が安定すると、時刻t₂以降に
ついては水量補正モードの動作が行なわれ、先行
制御モードによる出湯温度安定値と図中点線で示
す出湯温度設定値との偏差が補正されることとな
り、温度応答性の高いガス湯沸器が製作できる。

次に、以上説明した第３図のステツプ（111）
で行なわれる出湯温度安定化確認処理を、第５図
のフローチヤートに基づいて詳細に説明する。

まず、安定化確認処理が開始されると、ステツ
プ（200）では、Ａ／Ｄ変換器を介して出湯温度
検出器１３の出力を読込み、、これを最大値エリ
アMAX、最小値エリアMINにそれぞれ記憶させ
る。

次いで、ステツプ（201）では、安定化確認用
タイマを起動し、続くステツプ（202）では再度
出湯温度検出器の出力を読込む。

続くステツプ（203）、（204）では、新たに読込
まれた出湯温度が各エリアMAX、MINにそれぞ
れ記憶された出湯温度よりも大きいかあるいは小
さいかに基づいて、ステツプ（205）またはステ
ツプ（206）を実行し、これにより各エリア
MAX、MINに最大値および最小値データを更新
格納する。

次いで、ステツプ（207）では、各エリア
MAX、MINに記憶された最大値と最小値とに基
づいてこれらの偏差を求め、これが許容幅σより
大きいか否かを判定する。

ここで、偏差σよりも大きい場合には、ステツ
プ（209）へ進んでタイマをリセツトした後、第
３図のステツプ（100）へ戻り、以後ステツプ
（101）、（102）を経た後再びステツプ（200）から
の動作を繰り返す。

これに対して、ステツプ（207）で偏差が許容
幅σよりも小さいと判定されれば、以後ステツプ
（207）→（208）→（202）→（203）〜（207）
を、MAX−MIN＜σを条件として繰り返す。

そして、MAX−MIN＜σの状態が所定時間以
上継続すると、ステツプ（208）でタイマのタイ
ムアツプが検出され、以後ステツプ（210）でタ
イマをリセツトさせた後、ステツプ（112）以降
の水量補正モードの動作へと移行する。

このように本発明にあつては、出湯温度の安定
化が確認され始めると同時にタイマを起動し、か
つ出湯温度の安定化が継続することを条件とし
て、このタイマの計時動作を継続するようにした
ため、タイマがタイムアツプしさえすれば確実に
出湯温度の安定化が確認されることとなる。

すなわち、第６図に示す如く、先の開発方式の
ように一定の安定化確認周期Ｔを設け、各周期で
得られた偏差Δt₁、Δt₂、Δt₃が許容幅σ以下とな
るかどうかを判定した場合、第６図に示す如く確
認周期と確認周期とに跨がつて出湯温度の安定な
領域が存在しても、中々これを捉えることができ
ない。

これに対して、本発明の方式によれば、第７図
に示す如く、出湯温度の安定化が確認され始める
と同時に、タイマが計時動作を開始するため、第
６図と第７図とを比較して明らかなように、タイ
マの設定時間以上に亘つて出湯温度の安定な領域
が存在すれば、これを直ちに確認することがで
き、これによりフイードフオワード制御から水量
補正制御へと制御を迅速に切替えることができる
わけである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるガス湯沸器のシス
テム構成を示す図、第２図は同ガス湯沸器の制御
手順の全体を概略的に示すフローチヤート、第３
図は湯温制御処理の詳細を示すフローチヤート、
第４図は本発明による制御結果を示すグラフ、第
５図は出湯温度安定確認処理の詳細を示すフロー
チヤート、第６図は本出願人が先に開発した出湯
温度安定確認処理を説明する説明図、第７図は本
発明による出湯温度安定化確認処理を示す説明図
である。 ２……バーナ、３……熱交換器、６……給水管
路、７……給湯管路、９……水量調整弁、１１…
…入水温度検出器、１２……コントローラ、１３
……出湯温度検出器、１４……ガス供給管路、１
７……ガス流量調整弁、２０……温度設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水量調整弁の開度を固定したままの状態で、
   温度設定器で設定された設定温度と出湯温度検出
   器で検出された出湯温度との偏差を補正すべくガ
   ス流量調整弁の開度を制御する第１の温度制御手
   段と； ガス流量調整弁の開度を最大に固定したままの
   状態で、制御開始時点における入水温度、設定出
   湯温度および最大燃焼状態での発熱量に基づいて
   水量調整弁の所要開度を先行演算により求め、該
   開度に水量調整弁を固定する第２の温度制御手段
   と； ガス流量調整弁の開度を所定値に固定したまま
   の状態で、温度設定器で設定された設定温度と出
   湯温度検出器で検出された出湯温度との偏差を補
   正すべく水量調整弁の開度を制御する第３の温度
   制御手段と； 前記第１の温度制御手段で制御中に、設定温度
   の急激な変化が検出されたときには、第１の温度
   制御手段から第２の温度制御手段へと制御を切替
   える第１の切替制御手段と； 出湯温度検出器の出力に基づいて、出湯温度が
   安定したことを確認する温度安定確認手段と； 前記第２の温度制御手段で制御中に、前記温度
   安定確認手段で出湯温度の安定化が確認されたと
   きには、第２の温度制御手段から第３の温度制御
   手段へと制御を切替える第２の切替制御手段とを
   備え； 前記温度安定確認手段は、一定時間毎に出湯温
   度検出器の出力を読込み、これら出力の中で最大
   値および最小値を一定周期毎に求める演算手段
   と； 前記最大値と最小値との差で得られる変動幅が
   許容幅に入るか否かを弁別する弁別手段と； 前記弁別手段で許容幅に入ると弁別されるとと
   もに起動されて計時動作を開始するとともに、許
   容幅を外れると弁別されるたびにリセツトされ、
   かつそのタイムアツプで出湯温度の安定化を確認
   するタイマとからなることを特徴とするガス湯沸
   器の温度制御装置。