JPH0478899B2 - - 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、出湯温度がただちにこれに追従するように
したガス湯沸器の温度制御装置に関する。

《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
されたた出湯温度との偏差を補正すべく例えば
PID演算等を行ない、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時間がか
かり、例えば40℃で食器洗い等をしている状態か
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等の問題点を有していた。

《発明の目的》 この発明の目的は、ガス湯沸器の使用中に、設
定温度を急激に上昇させたような場合にも、これ
に出湯温度が迅速に追従し、しかも設定温度の切
換に際して出湯温度の変動を最小に留めることに
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、 入水温度を検出する入水温度検出器と； 出湯温度を検出する出湯温度検出器と； 水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検出器で
検出された入水温度、前記設定温度およびガス流
量調整弁全開に対応した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フイード
フオワード制御による第２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、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
の急激な上昇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換
える第１の切換制御手段と； 前記第２の温度制御手段で制御中に、出湯温度
の安定化が検出されたときには、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換える
第２の切形制御手段とからなることを特徴とす
る。

このような構成によれば、ガス湯沸器の使用中
に設定温度を急激に上昇させても、その直後から
ガス流量調整弁の開度を最大に固定したままの状
態でいやゆるフイードフオワード制御が行なわれ
るため、ただちに出湯温度は急激に上昇して設定
値に短時間で達することがき、また新たな設定値
に出湯温度が安定するのを待つてからガス流量調
整弁の開度を所定値に固定したままで水量調整弁
の開度を制御しながら出湯温度を設定温度に維持
する制御が行なわれるようにしたため、フイード
フオワード制御と水量調整制御とが同時に行なわ
れることに起因する出湯温度の不安定化を防止す
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、更に炉
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、出口側には給湯管路７が接続さ
れ、この給湯管路７は先端側において３本に分岐
され、各分岐管路７ａ，７ｂ，７ｃには、それぞ
れカラン８ａ，８ｂ，８ｃが取付けられている。

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該水量調
整弁９に備え付けられたポテンシヨメータ等を介
してコートローラ１２側へと送られる。

水流スイツチ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、例えばサーミスタ等の
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の出口側に近い給湯管路７上には、
出湯温度検出器１３が取付けられている。この検
出器１３も、例えばサーミスタ等の感温素子で構
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
状態をと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、燃料ガスの圧力を一定に保
つ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等を介
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は、バーナ２から発する火花１
８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変換するとともに、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、更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図はマイクロ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
ガスをわずかに噴出させつつ、点火器１８を駆動
して、安全スイツチ時間にわたつて点火を試み
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に続いてステツプ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、アフターパージ処理を行なう。

また、アフターパージ処理中に、水流ありが再
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。

次に、ステツプ９で行なわれる湯温制御処理の
詳細を第３図〜第５図に基づいて説明する。

第３図は、本発明に係わる湯温制御処理の構成
を示す機能ブロツク図、第４図は当該ブロツク図
に対応してマイクロ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、第５図は本発明制
御による出湯温度と設定温度との関係を示すグラ
フである。

次に、第３図の機能ブロツク図を参照しなが
ら、マイクロコンピユータで実行される制御手順
を、第４図のマイクロコンピユータに従つて説明
する。

まず、湯温制御が開始されると、ステツプ１０
０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１０
５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、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調
整する。

以上一連の動作を通常モードの動作と称し、こ
れを第３図の機能ブロツク図で模式的に説明す
る。

設定急変検出部２１は、温度設定器２０で設定
された設定温度SPに急変（例えば、設定温度が
40℃から80℃に上昇する）がなければ、切換器２
２を入力Ａに、また切換器２３を入力Ｂに切換え
ている。

この状態では、サーボモータ２４、弁開度ポテ
ンシヨ２５、補正演算部２６とで構成されるサー
ボ系は、最大弁開度発生部２７から与えられる最
大水量信号Qmaxを受けて駆動され、水量調整弁
９は全開に固定される。

他方、サーボモータ２８、弁開度ポテンシヨ２
９および補正演算部３０で構成されるサーボ系
は、ガス流量演算部３１から与えられるガス流量
Gxを受けて駆動され、ガス流量調整弁１７の開
度は、設定温度SPと出湯温度MPとが一致するよ
うに制御される。

次に、以上の通常モードの動作中に、設定温度
の急変が検出されると、第４図のステツプ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が先行演算により求められる。

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では先行制御モードフ
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し、これ
を第３図の機能ブロツク図に基づいて説明すると
次のようになる。

温度設定器２０の設定温度SPに急変が検出さ
れると、設定急変検出部２１の作用で、切換器２
２は入力Ｂ側へ、また切換器２３は入力Ａ側へと
切換設定される。

すると、燃料ガス側のサーボ系は、最大弁開度
発生部からの最大ガス流量信号Gmaxを受けて駆
動され、燃料ガス流量弁１７の開度は最大に固定
される。

他方、水量先行演算部３２では、設定温度SP、
入水温度WPおよび最大燃焼状態における発熱量
FUmaxとに基づいて、出湯温度１３を設定温度
SPに一致させるに要する流入水量を先行演算に
より求める。

すると、水量調整側のサーボ系は、切換器３６
を介して水量先行演算部３２から与えられる水量
信号Qaを受けて駆動され、水量調整弁９の開度
は所要開度に固定される。

以後、出湯温度安定部３３では、出湯温度MP
の変化が所定幅に入つたかどうかを検出し、その
検出出力で切換器３６は入力Ｂ側へ切換設定され
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、前記水量補正演
算部３２で求められた補正水量Qbに対応して、
水量調整弁の所要開度を求める。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の開度が逐次制御される。

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、
例えば出湯温度MPと設定温度SPとの偏差がなく
なつたこと、あるいは設定温度急変後一定時間が
経過したこと等で行なうことができる。

以上の水量補正モードの動作を、第３図の機能
ブロツク図で説明すると次のようになる。

出湯温度安定検出部３３で出湯温度MPの安定
が検出されると、切換器３６は入力Ｂ側に設定さ
れ、水量制御用のサーボ系には所要水量信号Qb
が与えられ、これにより水量調整弁９の開度が補
正される訳である。

以上の、通常モード、先行モードおよび水量補
正モードにより得られる出湯温度の変化を、第５
図のグラフに示す。

同図に示す如く、通常モードで出湯温度を制御
中に、図中点線で示す設定温度が時刻t₁において
急上昇した場合、ただちに先行制御モードに切換
えられる。すると、出湯温度は所定の時定数カー
ブを描いて急激に上昇し、一定時間が経過すると
ほぼ安定状態となる。

ここで、水量調整弁あるいは信号伝達系等に誤
差が生ずるため、演算により求められた値をサー
ボ系に与えても、そのままでは出湯温度と設定温
度が一致するには至らない。

次いで、時刻t₂で出湯温度の安定が検出される
と、以後水量補正モードの制御に移り、これによ
り出湯温度は設定温度と一致するように補正制御
されることとなるのである。

特に、このように先行制御モードから水量補正
モードへの移行を、出湯温度が完全に安定してか
ら行なうようにしたため、先行制御モードと水量
補正モードとが競合することによる出湯温度の不
安定化を確実に防止できるとともに、通常モード
から先行制御モードへの切換についても、これを
温度設定値が急変した場合に限つたため、これら
３つのモードを常に有効に働かせ、迅速な温度制
御が可能となる訳である。

【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
図は本発明に係わる制御を概略的に示す機能ブロ
ツク図、第４図は本発明に係わる制御をマイクロ
コンピユータで実行するためのフローチヤート、
第５図は制御結果である設定温度と出湯温度との
関係を示すグラフである。 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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入水温度を検出する入水温度検出器と； 出湯温度を検出する出湯温度検出器と； 水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検出器で
   検出された入水温度、前記設定温度およびガス流
   量調整弁全開に対応した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フイード
   フオワード制御による第２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、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
   の急激な上昇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換
   える第１の切換制御手段と； 前記第２の温度制御手段で制御中に、出湯温度
   の安定化が検出されたときには、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換える
   第２の切換制御手段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。