JPH06117631A

JPH06117631A - 給湯器の燃焼制御方法

Info

Publication number: JPH06117631A
Application number: JP4290818A
Authority: JP
Inventors: Hisayasu Watanabe; 久恭渡辺; Takashi Kaneko; 隆金子
Original assignee: Gastar Co Ltd
Current assignee: Gastar Co Ltd
Priority date: 1992-10-05
Filing date: 1992-10-05
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JP3172600B2

Abstract

(57)【要約】【目的】着火時以降にＰＩＤ演算の積分動作をキャン
セルする時間を出湯流量に応じて適切に設定する。【構成】制御装置のキャンセル時間設定部22は着火直
前の出湯流量を流量センサ13により検知し、予め与えら
れている出湯流量とキャンセル時間とのグラフデータか
らキャンセル時間を求め、着火時を起点としてタイマ24
を動作させ、タイマ24からキャンセル時間のタイムアッ
プ信号が加えられるまで燃焼制御部23にキャンセル信号
を加える。燃焼制御部23はキャンセル信号が加えられて
いる間、積分動作を除いたＰＩＤ演算により給湯器の燃
焼を制御し、タイマ24がタイムアップ信号を出力してキ
ャンセル時間設定部22からキャンセル解除信号が加えら
れたとき以降は積分動作を加えたＰＩＤ演算により、給
湯器の燃焼制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＩＤ演算を用いた給
湯器の燃焼制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６には一般的な給湯器のシステム構成
が示されている。同図において、燃焼室１内にはバーナ
２が設置され、このバーナ２の下側には給排気を行う燃
焼ファン３が設けられ、バーナ２の上側には熱交換器４
が設けられる。前記バーナ２に通じるガス供給通路５に
は主電磁弁６とガスの供給量を弁開量によって制御する
比例弁８が設けられており、また、熱交換器４の入側に
は給水管10が接続され、この給水管10にはサーミスタ等
の給水温度を検出する給水温度センサ11と、水の流れと
給水水量（出湯量）を検出する流量センサ13が設けられ
ている。また、熱交換器４の出側には給湯管14が接続さ
れており、この給湯管14の出側には水栓15が設けられて
いる。そして、熱交換器４の出口近傍にはサーミスタ等
の出湯湯温を検出する出湯温度センサ16が設けられてい
る。さらに、バーナ２の近傍には点火を行うイグナイタ
電極18と、着火を確認する炎検出センサとしてのフレー
ムロッド電極20とが設けられている。

【０００３】前記給水温度センサ11と、流量センサ13
と、出湯温度センサ16と、フレームロッド電極20との各
検出信号は制御装置17に加えられており、この制御装置
には給湯運転を指令したり、出湯湯温を設定するリモコ
ン12が接続されている。制御装置17は前記各センサ11，
13，16，20の検出信号やリモコン12の信号を受けて給湯
器の燃焼運転を行っている。

【０００４】すなわち、制御装置17は、水栓15が開けら
れて流量センサ13により給水水流が検知されたときに、
燃焼ファン３を回転する。続いて、主電磁弁６を開け、
燃料ガスをバーナ２に供給してイグナイタ電極18を駆動
し、ガスの点火を行う。そして、フレームロッド電極20
から加えられる炎検知信号を受けて着火を確認し、設定
温度と出湯温度との差に対応させて比例弁８の弁開量を
制御し、ＰＩＤ演算を用いた比例制御により出湯湯温を
設定温度に近づけるように燃焼量を制御するのである。

【０００５】最近、給湯器の出湯温度特性の改善が望ま
れ、温度変化のない安定した湯を出湯するために、燃焼
運転の緻密な制御が行われるようになっており、その一
例として、着火時以降の一定の短時間だけＰＩＤ演算の
うちの積分動作を省略して、比例と微分の演算による比
例制御によってバーナ２の燃焼制御を行うことが提案さ
れている。

【０００６】周知のように、ＰＩＤ演算は微分と積分と
比例の演算を行って燃焼運転を比例制御するものであ
り、このＰＩＤ演算による制御は、出湯湯温が設定温度
に近い湯温の安定領域においては、極めて優れた制御性
能を発揮するのであるが、着火時から湯温安定領域に至
る過渡的な領域では、ＰＩＤ演算で積分動作を行うと、
湯温の急激な変化に対する応答性が悪くなる。これを避
けるために、提案例では、着火後の固定の一定時間だけ
ＰＩＤ演算のうちの積分動作をキャンセルして、出湯湯
温の安定化を図ろうとするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記提
案例では、バーナ２の着火確認後、固定の一定時間だけ
積分動作をキャンセルする方式であるため、この積分動
作のキャンセル時間が、例えば、小出湯流量に適した値
に設定された場合には、確かに、小出湯流量時には、図
７の（ａ）で示すように、オーバーシュートが小さくな
り、優れた温度特性を得ることができるのであるが、出
湯流量が大きいときには、同図の（ｂ）に示すように、
湯温が設定温度に達するまでに時間が長くかかり過ぎる
という問題が生じる。これとは逆に、積分動作のキャン
セル時間が出湯流量が大きい大出湯流量に適した値に設
定されている場合には、大出湯流量時の出湯温度特性は
図８の（ｂ）に示すようにオーバーシュートも小さく、
湯温が設定温度に至る時間も短い良好な結果を得ること
ができるのであるが、小出湯流量のときには、同図の
（ａ）に示すように、大きなオーバーシュートが発生す
るという問題がある。

【０００８】このように、提案例では、積分動作のキャ
ンセル時間が固定的に設定されるため、小出湯流量に適
したキャンセル時間のときには、大出湯流量の温度特性
が悪くなり、大出湯流量に適したキャンセル時間のとき
には、小出湯流量時の温度特性が悪くなるという問題が
発生してしまい、小出湯流量時と大出湯流量時の両方の
温度特性を共に改善することは困難であった。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、出湯流量の如何に拘
わらず、大小何れの出湯流量においても、出湯時の温度
特性を改善することができる給湯器の燃焼制御方法を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、給湯器の燃焼着火時以降の所定時間だけＰＩＤ
演算の積分動作をキャンセルする給湯器の燃焼制御方法
において、燃焼着火時の給湯器の出湯流量を検出し、こ
の出湯流量の大きさに応じて前記積分動作のキャンセル
時間を設定することを特徴として構成されている。ま
た、本発明は、前記積分動作のキャンセル時間を出湯流
量の他に給水温度や設定温度を考慮して設定すること、
また、給水温度と設定温度に応じて積分動作のキャンセ
ル時間を設定することもそれぞれ本発明の特徴的な構成
とされている。

【００１１】

【作用】上記構成の本発明において、給湯器の燃焼着火
時に出湯流量が検出され、この出湯流量の大きさに応じ
て、さらには場合により、給水温度や設定温度に応じ
て、積分動作のキャンセル時間を設定する。このキャン
セル時間が設定されると、このキャンセル時間に限り、
ＰＩＤ演算のうち、積分動作を省略した演算により燃焼
制御が行われ、このキャンセル時間が経過した後は、積
分動作を加えたＰＩＤ演算により燃焼制御が行われる。

【００１２】前記のように、出湯流量や給水温度や設定
温度に応じてキャンセル時間が設定されることで、これ
ら出湯流量等に応じた最適なキャンセル時間が設定され
ることとなり、これによりオーバーシュートの発生が抑
制され、かつ、湯温が設定湯温に至る時間も短くなり、
出湯温度特性の改善が図られて、より精度の高い湯温の
安定化制御が可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、前記図６に示す
システム部分と同一の部分には同一符号を付し、その重
複説明は省略する。本実施例の方法を適用する給湯器は
前記図６に示すものと同様なシステム構成となってい
る。本実施例の特徴的なことは、着火時に行う制御装置
17のＰＩＤ演算における積分動作のキャンセル時間を一
定の固定時間とせずに、出湯流量等の各条件の大きさに
応じて自動的に切り替えるように構成したことであり、
それ以外は従来例と同様である。

【００１４】図１は本実施例の特徴的な制御部分の構成
を示したもので、この制御部分は信号入力部21と、キャ
ンセル時間設定部22と、燃焼制御部23と、タイマ24とを
有して構成されている。信号入力部21はリモコン12の信
号と、給水温度センサ11の給水温度検出信号と、流量セ
ンサ13の流量検出信号と、フレームロッド電極20の着火
検出信号（炎検出信号）とを受け、これらの各信号を対
応するキャンセル時間設定部22と燃焼制御部23に加え
る。

【００１５】キャンセル時間設定部22には、例えば、図
２の（ａ）に示すような、出湯流量とキャンセル時間と
の関係を示すグラフデータが予め与えられており、キャ
ンセル時間設定部22は着火時（着火時とは、着火した瞬
間とその前後の微小時間を含む時間範囲内の任意の時点
を意味するが、この実施例では着火時を具体的には着火
トライアル直前としている）における出湯流量を流量セ
ンサ13からの検出信号により把握し、この検出流量に対
応するキャンセル時間をグラフデータから求め、フレー
ムロッド電極20の炎検知信号によって着火を確認したと
きに、その着火時を起点として前記グラフデータから求
めたキャンセル時間のタイマ動作をタイマ24に指令し、
タイマ動作の開始時からキャンセル時間が経過する間、
燃焼制御部23にキャンセル信号を加え、タイマ24からタ
イムアップ信号が加えられたとき、燃焼制御部23にキャ
ンセル解除信号を加える。

【００１６】燃焼制御部23はキャンセル時間設定部22か
らキャンセル信号が加えられている間、ＰＩＤ演算のう
ちの積分動作を止め、比例動作と微分動作によってＰＩ
Ｄ演算を行い、この演算結果により給湯器の燃焼制御を
行う。そして、キャンセル時間設定部22からキャンセル
解除信号が加えられたときに、積分動作の停止状態を解
除し、積分動作と微分動作と比例動作による通常のＰＩ
Ｄ演算を行って給湯器の燃焼制御を行う。

【００１７】この実施例によれば、キャンセル時間設定
部22により、出湯流量に応じたキャンセル時間が設定さ
れるので、図３の（ａ）に示すように、小出湯流量時に
おいても、また、同図の（ｂ）に示すように、大出湯流
量時においても、ＰＩＤ動作のキャンセル時間が最適な
値となるので、大小何れの出湯流量においても、短時間
のうちに湯温を設定温度に高めることができるととも
に、湯温のオーバーシュートを抑制した良好な温度特性
を得ることができる。

【００１８】ところで、出湯流量に応じて積分動作のキ
ャンセル時間を設定する場合、キャンセル時間設定部22
に与える出湯流量とキャンセル時間との関係グラフデー
タは、必ずしも図２の（ａ）に示すように、出湯流量に
対してキャンセル時間が連続的に変化するグラフデータ
に限定されるものではなく、同図の（ｂ）に示すよう
に、出湯流量に対してキャンセル時間を段階的に切り替
えるようなグラフデータを与えておき、このグラフデー
タにより出湯流量に応じてキャンセル時間を切り替える
ようにしてもよい。

【００１９】このように、出湯流量に対してキャンセル
時間を段階的に切り替える場合には、例えば、図４の
（ａ）に示すように、出湯流量がＱ₁となったときにキ
ャンセル時間をＴ_LからＴ_Hに切り替えるような場合、
出湯流量がこのＱ₁の近辺で変動すると、出湯流量がＱ
₁を越えるＣ₁の点でキャンセル時間がＴ_LからＴ_Hに
切り替わるが、その後、Ｃ₂の点で出湯流量がＱ₁より
も低くなると再びキャンセル時間がＴ_HからＴ_Lに切り
替わるという如く、Ｑ₁の近辺で出湯流量が変動すると
頻繁にキャンセル時間が切り替わって、その都度、タイ
マ設定時間も切り替えなければならないという問題が生
じる虞がある。これを避けるためには、図４の（ｂ）に
示すように、切り替え基準流量Ｑ₁の下側に所定の流量
幅の切り替え不感帯域を設けるようにしてもよい。

【００２０】このように切り替え不感帯域を設けること
により、出湯流量が切り替え基準流量Ｑ₁を越えてＣ₁
の点でキャンセル時間がＴ_LからＴ_Hに切り替わった後
に、出湯流量が基準流量Ｑ₁の近辺で変動し、Ｃ₂，Ｃ
₃の点で出湯流量が切り替え基準流量Ｑ₁と交差しても
出湯流量が切り替え不感帯域を越えて低下しないかぎ
り、キャンセル時間がＴ_HからＴ_Lに再び切り替わるこ
とがなく、出湯流量の変動によりキャンセル時間が頻繁
に切り替わるという事態を解消することができる。

【００２１】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では出湯流量に応じて積分時間のキャンセル時間
を設定するようにしたが、出湯流量に加え、さらに給水
温度を考慮して積分動作のキャンセル時間を設定するよ
うにしてもよい。

【００２２】この場合には、キャンセル時間設定部22
に、表１に示すような出湯流量と給水温度に対応した積
分時間のキャンセル時間Ｔ₁〜Ｔ₉のデータを予め与え
ておき、給水温度センサ11から加えられる給水温度と、
流量センサ13から加えられる出湯流量の情報に基づき、
表１のデータからキャンセル時間を読み取り、この読み
取ったキャンセル時間だけタイマ24を動作させて着火時
点からそのキャンセル時間だけＰＩＤ演算の積分動作を
省略するようにしてもよい。

【００２３】

【表１】

【００２４】この表１では、例えば、出湯流量が大で、
給水温度が低の区間ではＴ₁のキャンセル時間が読み取
り設定される。このＴ₁〜Ｔ₉の大きさは、一般的に
は、Ｔ₁＜Ｔ₂＜・・・・＜Ｔ₉の関係となるように設
定されるが、これらＴ₁〜Ｔ₉の大きさは必ずしもこれ
に限られることはなく、実験等により、最適な値が設定
されるもので、大きさの順序が逆転される場合もあり得
る。

【００２５】このように、出湯流量の他に給水温度を考
慮してタイマ24の動作時間を設定することにより、前記
実施例と同様に、積分動作の最適なキャンセル時間を与
えることができ、出湯温度特性の改善を図ることができ
る。

【００２６】また、積分動作のキャンセル時間を設定す
る場合、出湯流量の他に設定温度を考慮して設定するこ
とも可能である。この場合は、例えば、表２に示すよう
な出湯流量と設定温度との関係データをキャンセル時間
設定部22に予め与えておき、リモコン12によって設定さ
れる設定温度の情報と、流量センサ13によって得られる
出湯流量の情報とに基づき、積分動作のキャンセル時間
Ｔ₁₀〜Ｔ₁₈を表２のデータから求めて、その時間により
積分動作のキャンセル時間を設定することができる。

【００２７】

【表２】

【００２８】この場合も、各キャンセル時間Ｔ₁₀〜Ｔ₁₈
の大きさは一般的にはＴ₁₀＜Ｔ₁₁＜・・・・＜Ｔ₁₈の関
係となるように与えられるが、この場合も、実験等によ
り、最適な値が表２のデータとして与えられ、必ずしも
大きさの順序はこれに限定されるものではなく、場合に
よっては、大きさの順序が逆転する場合もあり得る。

【００２９】さらに、積分動作のキャンセル時間を設定
する方法として出湯流量の他に給水温度と設定温度を考
慮して求めることもできる。この場合には、例えば、
（設定温度−給水温度）×出湯流量の演算値をフィード
フォワード量（要求熱量）として求め、このフィードフ
ォワード量と積分時間のキャンセル時間との関係データ
を、例えば、図５に示すようなグラフデータとしてキャ
ンセル時間設定部22に予め与えておけばよい。キャンセ
ル時間設定部22は給水温度センサ11から加えられる給水
温度と、リモコン12から加えられる設定温度と、流量セ
ンサ13から加えられる出湯流量との情報により、フィー
ドフォワード量を演算によって求め、この演算結果のフ
ィードフォワード量に対応するキャンセル時間をグラフ
データから求めてタイマ24を動作させ、そのタイマ時間
だけ着火時以降の積分動作をキャンセルすることがで
き、この場合も前記各場合と同様に、出湯温度特性の大
幅な改善を達成することができる。

【００３０】さらに、積分動作のキャンセル時間を設定
する方法として、給水温度と設定温度を考慮して行うよ
うにすることもできる。この場合には、表３に示すよう
な給水温度と設定温度との各場合におけるキャンセル時
間Ｔ₁₀〜Ｔ₂₇のデータを予めキャンセル時間設定部22に
与えておけばよい。

【００３１】

【表３】

【００３２】キャンセル時間設定部22は給水温度センサ
11から加えられる給水温度と、リモコン12から加えられ
る設定温度の情報に基づき、表３のデータからキャンセ
ル時間を求め、このキャンセル時間により積分動作のキ
ャンセルを行うことにより、前記各場合と同様に、出湯
温度特性の改善が図れ、出湯湯温のより安定化制御が可
能となる。

【００３３】なお、前記表１，表２，表３の各場合にお
いて、出湯流量や、給水温度や、設定温度を大、中、小
又は高、中、低の３区分に区分けしたが、区分数は任意
であり、より細かく区分けしてキャンセル時間を求める
ようにすることも可能であり、あるいは、表データでは
なく、グラフデータによりキャンセル時間を求めるよう
にしてもよく、さらには、予め演算式を与えておき、こ
の演算式に出湯流量や、給水温度や、設定温度等の検出
あるいは入力値を代入して、キャンセル時間を演算によ
り求めるようにしてもよく、このキャンセル時間は様々
な手法態様に基づいて求めることが可能である。また、
フィードフォワード量からキャンセル時間を求める場合
も、図５のグラフデータの代わりに表データを用いて、
あるいは演算によってキャンセル時間を求めるようにす
ることも可能である。

【００３４】さらに、本発明が適用される給湯器は、図
６に示されるような単機能の給湯器に限定されるもので
はなく、追い焚き機能と給湯機能を備えた複合給湯器に
ついても適用されるものである。

【００３５】さらに、本発明の応用例として、ＰＩＤ動
作のキャンセル時間を設定する場合、出湯流量と、給水
温度と、設定温度に基づき、ファジー推論の手法によっ
て積分動作のキャンセル時間（タイマ24のタイマ動作時
間）を設定することも可能である。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、出湯流量に応じて、あるい
は、出湯流量の他に給水温度や設定温度を考慮して、さ
らには、設定温度と給水温度に応じて着火時以降のＰＩ
Ｄ演算における積分動作のキャンセル時間を設定するよ
うにしているので、これら出湯流量や、設定温度や、給
水温度に応じた最適なキャンセル時間を設定することが
でき、これにより、オーバーシュートの発生を抑制し、
かつ、湯温を着火後短時間のうちに安定化させることが
でき、従来に比べ、給湯器の出湯温度特性を大幅に改善
でき、湯温安定化の制御性能を格段に高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を適用する制御部の一構成例を示
すブロック図である。

【図２】出湯流量に応じた積分動作のキャンセル時間を
求める例を示す説明図である。

【図３】本実施例における出湯温度特性の説明図であ
る。

【図４】積分動作のキャンセル時間を出湯流量の大きさ
に応じて段階的に設定する場合の不具合状態の発生とそ
の改良例を示す説明図である。

【図５】積分動作のキャンセル時間をフィードフォーワ
ード量によって求める場合のグラフデータの説明図であ
る。

【図６】一般的な給湯器のシステム図である。

【図７】小出湯流量時に適した積分動作のキャンセル時
間が設定されたときの出湯温度特性の説明図である。

【図８】大出湯流量時に適した積分動作のキャンセル時
間が設定されたときの出湯温度特性の説明図である。

【符号の説明】 11 給水温度センサ 12 リモコン 13 流量センサ 16 出湯温度センサ 20 フレームロッド電極 22 キャンセル時間設定部 23 燃焼制御部 24 タイマ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】給湯器の燃焼着火時以降の所定時間だけ
ＰＩＤ演算の積分動作をキャンセルする給湯器の燃焼制
御方法において、燃焼着火時の給湯器の出湯流量を検出
し、この出湯流量の大きさに応じて前記積分動作のキャ
ンセル時間を設定することを特徴とする給湯器の燃焼制
御方法。
【請求項２】給湯器への給水温度を検出し、この給水
温度と燃焼着火時の出湯流量に応じて積分動作のキャン
セル時間を設定する請求項１記載の給湯器の燃焼制御方
法。
【請求項３】積分動作のキャンセル時間を出湯湯温の
設定温度と燃焼着火時の出湯流量に応じて設定する請求
項１記載の給湯器の燃焼制御方法。
【請求項４】給湯器への給水温度を検出し、この給水
温度と出湯湯温の設定温度と燃焼着火時の出湯流量に応
じて積分動作のキャンセル時間を設定する請求項１記載
の給湯器の燃焼制御方法。
【請求項５】給湯器の燃焼着火時以降の所定時間だけ
積分動作をキャンセルする給湯器の燃焼制御方法におい
て、給湯器への給水温度を検出し、この給水温度と出湯
湯温の設定温度に応じて前記積分動作のキャンセル時間
を設定することを特徴とする給湯器の燃焼制御方法。