JPH0480307B2 - - 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、一般のガス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が補正すべく、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の時間がか
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。

また、使用中に設定温度を急激に上昇させた場
合に限らず、当初から設定温度を高くしてガス湯
沸器を起動させたような場合にも、このような制
御方式では出湯温度が上昇するのに時間がかか
り、殊に少量の熱湯が欲しいような温度が上昇す
るまでに水道水を無駄に浪費するなどの問題点が
あつた。

《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あるいは、
当初から設定温度を高くしてガス湯沸器を起動さ
せたような場合に、出湯温度が迅速に設定温度ま
で上昇するようなガス湯沸器の温度制御装置を提
供することにある。

《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、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
度およびガス流量調節弁全開時の燃料における発
熱量に基づいて、所要入水量を先行演算により求
め、該演算結果に対応する開度に水量調整弁を固
定する第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、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にもと
ずく水量を補正すべく水量調整弁の開度を制御す
る第２の温度制御手段と； 前記第１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、前記第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
える切替制御手段とを備えたガス湯沸器の温度制
御装置であつて； 次回の第１の温度制御手段における水量調整に
際して、修正される誤差を記憶する記憶手段を有
し、 前記第２の温度制御手段は、該第１の温度制御
手段により出湯温度の安定化が達成されるたび
に、出湯温度安定値と出湯温度設定値とに基づい
て制御系の誤差を前記記憶手段に記憶し、前記第
１の温度制御手段は、前記所要入水量を求めて前
記記憶手段に記憶されている誤差を補正して入水
量とすることを特徴とする。

このような構成によれば、まずフイードフオワ
ード制御により出湯温度を急激に高め、ほぼ設定
温度に近付けた後、フイードバツク制御によつて
さらに設定温度に近付けるようにしたため、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、あるいは当初から高い設定温度で起動
させたような場合に、出湯温度を迅速に上昇させ
ることができる。

さらに、フイードフオワード制御を構成する制
御系の誤差を、フイードフオワード制御により出
湯温度が安定化するたびに、設定値と安定値との
偏差で修正するようにしたため、フイードフオワ
ード制御をかけるたびに制御精度が向上し、迅速
かつ正確に出湯温度を高めることが可能となる。

《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開
度に連続的に調整可能な例えばモータ駆動式のサ
ーボ弁で構成されて、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ンメターな
どを介してコントローラ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の出口側に近い給湯管路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、燃料ガスの圧力を一定にす
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ガス流量
調整弁１７に備え付けられたポテンシヨンメータ
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は、炎電流およびその整流作用
を利用して火炎に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、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、燃料開始から燃料停止に
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
ガスを微かに噴出させつつ、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）で点
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。

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制御
手順を示すフローチヤート、第４図は先行制御処
理の詳細を示すフローチヤート、第５図は水量補
正処理の詳細を示すフローチヤート、第６図は本
発明制御により出湯温度と設定温度との関係を示
すグラフである。

まず、第３図のフローチヤートにおいて、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）でガス流量調整弁１７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
弁１７を制御する。以上、一連の動作を通常モー
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
開に対応した最大制御出力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。

すなわち、第４図のフローチヤートに示す如
く、ステツプ（200）で初回と判定されれば、補
正値ΔQ＝０とにおいて、ステツプ202で先行演
算データQaを求め、ステツプ（203）ではその時
点における先行制御データQaと補正値ΔQとを加
算して水量調整データQwを求め、次いで初回フ
ラグをステツプ（204）でリセツトする。

次いで、ステツプ（109）では、求められた水
量調整データに対応して水量調整弁Ｑの開度を求
め、該開度にサーボ系を介して水量調整弁Ｑを制
御する。

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、以後ステツプ（111）で出
湯温度の安定化が検出されるまで待機状態とな
る。

次いで、この状態で出湯温度の安定化が検出さ
れると、ステツプ（112）以降では水量補正モー
ドへの動作への移行が行なわれる。

すなわち、ステツプ（112）では、第５図に示
す如く、まずステツプ（300）でタイマをスター
トする。このタイマは、出湯温度が設定温度に対
する許容幅に入つたことを確認するためである。

次いで、ステツプ（301）では、出湯温度MP、
入水温度、設定温度WP、設定温度SP、制御出力
FUおよび最大制御出力FUmax、水量調整デー
タQwに基づいて、補正演算データQbを求める。

そして、ステツプ（302）では、求められた補
正演算データQbとその時点の水量調整データQw
との偏差を求め、この偏差が許容範囲内に入つた
かどうかを、続くステツプ（303）で確認する。

ここで、Qcが許容範囲外の場合、前記求めら
れた補正演算データQbをステツプ（304）でその
まま水量調整データQwとして外部へ出力させた
後、ステツプ（307）でタイマをリセツトして以
上の動作を繰り返す。

これに対して、Qcが許容範囲内に入つた場合、
ステツプ（303）に続いてステツプ（305）へ進
み、ここでタイマのタイムアツプが確認されるま
での間以上の動作を繰り返す。

そして、タイマのタイムアツプが検出された場
合、ステツプ（306）へ進み、その時点における
水量調整データQwと先行演算データQaとの偏差
を補正値ΔQとして記憶させた後、ステツプ
（307）でタイマをリセツトして次の処理へと至
る。

次いで、ステツプ（113）では、補正後の水量
調整弁開度を出力し、これによりサーボ系を介し
て水量調整弁９の開度が制御される。

以上一連の動作を、初回の先行制御および水量
補正制御とすると、２回目の先行制御および水量
補正制御については、第４図のステツプ（203）
には既に前回の水量補正制御、すなわちステツプ
（306）で得られた補正値ΔQが記憶されており、
このため２回目の先行制御に際しては、このΔQ
で補正された水量調整データQwが出力される。

従つて、以上の動作を２回目、３回目、４回目
…と繰り返すと、そのたびに先行制御における水
量調整データQwの値は正確に補正されて行き、
先行制御の際に安定する出湯温度安定値とその時
点の出湯温度設定値との誤差は可及的に縮少化さ
れることとなる。

すなわち、第６図に示す如く、第１回目の先行
モードでは、図中点線で示す出湯温度設定値と図
中実線で示す出湯温度との誤差ΔTは比較的大き
いが、２回目になると前記誤差ΔT′は縮少化さ
れ、以上が繰り返されることによつて、先行モー
ドにおける出湯温度安定値は出湯温度設定値へと
近付き、すなわちガス湯沸器使用中に急激に設定
温度を上昇させたような場合、出湯温度は迅速に
かつ正確に設定温度へ急上昇することとなるので
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４図は先行
制御モードの詳細を示すフローチヤート、第５図
は水量補正モードの詳細を示すフローチヤート、
第６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、１７…ガス流量調整
弁、２０…出湯温度設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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
   出湯温度およびガス流量調整弁全開時の燃料にお
   ける発熱量に基づいて、所要入水量を先行演算に
   より求め、該演算結果に対応する開度に水量調整
   弁を固定する第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、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にもと
   ずく水量を補正すべく水量調整弁の開度を制御す
   る第２の温度制御手段と； 前記第１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、前記第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
   える切替制御手段とを備えたガス湯沸器の温度制
   御装置であつて； 次回の第１の温度制御手段における水量調整に
   際して、修正される誤差を記憶する記憶手段を有
   し、 前記第２の温度制御手段は、該第１の温度制御
   手段により出湯温度の安定化が達成されるたび
   に、出湯温度安定値と出湯温度設定値とに基づい
   て制御系の誤差を前記記憶手段に記憶し、前記第
   １の温度制御手段は、前記所要入水量を求めて前
   記記憶手段に記憶されている誤差を補正して入水
   量とすることを特徴とするガス湯沸器の温度制御
   装置。