JPH06337114A

JPH06337114A - 温度制御装置

Info

Publication number: JPH06337114A
Application number: JP5126680A
Authority: JP
Inventors: Katsuhisa Tsuchiya; 勝久土屋; Hidefumi Mitsunaga; 秀文光長; Toru Tsuruta; 透鶴田; Hiroshi Munemura; 浩宗村
Original assignee: NIPPON UPRO KK; Toto Ltd
Current assignee: NIPPON UPRO KK; Toto Ltd
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1994-12-06
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JP3320497B2

Abstract

(57)【要約】【目的】被加熱体の給湯温度が設定温度を超えるオー
バシュートが発生しても、加熱量を設定するゲインを変
更してオーバシュートを防止し、迅速で安定した設定温
度が得られる温度制御装置を提供する。【構成】温度制御装置８は、ゲイン設定手段３０、オ
ーバシュート検出手段４０、オーバシュート抑止手段５
０を備え、オーバシュート検出手段４０が給湯温度（Ｔ
ｈ）センサ１１から給湯温度Ｔｈのオーバシュートを検
出すると、ゲイン設定手段３０がオーバシュートの回数
（Ｎ）に対応したゲイン（Ｋｏ）を発生して熱量を小さ
い値に制御し、オーバシュート抑止手段５０は非常に小
さい熱量を選択してオーバシュートを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は被加熱体の温度を安定
にする温度制御装置に係り、特に被加熱体の設定温度を
超えるオーバシュートが発生しても、加熱量の設定を変
更してオーバシュートを防止する温度制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の温度制御装置は、特公平３―６０
０１５号公報に開示されているように、被加熱体の温度
設定器で入力した設定温度および給湯温度センサからの
給湯温度の偏差に基づいて所定の電圧信号を発生させ、
この電圧信号を被加熱体のガス比例弁を駆動する電流信
号に変換してガス比例弁の弁開度を調節することによ
り、所望の燃焼量が得られるように構成されている。

【０００３】この温度制御装置は、最大二次圧設定用ス
イッチ、最小二次圧設定用スイッチ、最大二次圧調整用
抵抗、最小二次圧調整用抵抗をおのおの独立に備え、ま
ず、最大二次圧設定用スイッチを投入してガス比例弁の
弁開度を最大に設定し、この状態のガス量、ガス圧を測
定した後に最大二次圧調整用抵抗を調節することによ
り、適正な最大弁開度が設定される。一方、同様にし
て、最小二次圧設定用スイッチを投入し、最小二次圧調
整用抵抗を調節することにより、適正な最小弁開度が設
定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の温度制御装置
は、工場出荷時にガス量を決定するガス比例弁の最大弁
開度、最小弁開度が設定されるが、設置時の使用ガスが
出荷時の標準的なガスよりもガス圧が高い場合や燃焼量
が大きな場合には、出荷時のガス比例弁の弁開度の設定
値では被加熱体の加熱量が大きくなり過ぎる。

【０００５】その結果、フィードフォワード制御型の被
加熱体では、図５の特性に示すように給湯温度Ｔｈが設
定温度Ｔｓを超えて安定してしまうオーバシュート現象
が発生する課題がある。

【０００６】また、フィードバック制御型の被加熱体で
は、図６の特性に示すように給湯温度Ｔｈが設定温度Ｔ
ｓを超えたり（オーバシュート）、下回ったり（アンダ
シュート）を繰返したりするハンティング現象が発生
し、設定温度Ｔｓに安定するまでに時間を要する課題が
ある。

【０００７】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、使用するガスのガス圧が高い場合、ま
たはガス燃焼量が大きな場合にも適正な燃焼量が得ら
れ、給湯温度のオーバシュート、ハンティングを抑制し
て、迅速で安定した設定温度を得ることができる被加熱
体の温度制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る温度制御装置は、被加熱体にオーバシュ
ートが発生した場合、オーバシュート検出信号を出力す
るオーバシュート検出手段と、オーバシュート検出信号
に基づいて初期ゲインより小さなゲインを設定し、オー
バシュート解消後もこの小さなゲインを設定、保持する
ゲイン設定手段を設けたことを特徴とする。

【０００９】また、この発明に係る温度制御装置は、オ
ーバシュート検出手段をオーバシュートが解消した場合
にオーバシュート解消信号を出力するように構成すると
ともに、オーバシュートが発生してからオーバシュート
が解消するまでの間、被加熱体の加熱量をオーバシュー
トの恐れのない加熱量まで大幅に減少させるか、もしく
は加熱制御を停止させるオーバシュート抑止手段を設け
たことを特徴とする。

【００１０】さらに、この発明に係る温度制御装置のゲ
イン設定部は、オーバシュート解消後に再度オーバシュ
ートが発生した場合、前回のオーバシュート発生時に設
定したゲインより小さなゲインを再設定、保持するよう
構成したことを特徴とする。

【００１１】

【作用】この発明に係る温度制御装置は、オーバシュー
ト検出手段およびゲイン設定手段を設けたので、被加熱
体のオーバシュートを検出すると初期ゲインを小さなゲ
インに再設定するのでオーバシュートを抑え、被加熱体
の温度を安定することができる。

【００１２】また、この発明に係る温度制御装置は、オ
ーバシュート抑止制手段を備えたので、オーバシュート
検出手段で被加熱体のオーバシュートを検出すると、加
熱量を小さな値に切替えるか、または加熱を停止してオ
ーバシュートを抑えることができる。

【００１３】さらに、この発明に係る温度制御装置は、
一旦オーバシュートが解消した後に再度オーバシュート
が発生してもより小さなゲインに設定することができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１はこの発明に係る温度制御装置を被加
熱体の例として給湯装置に適用した場合の全体構成図で
ある。図１において、給湯装置１は、給水管２と、給水
管２に接続される熱交換器３と、熱交換器３で加熱され
た湯を給湯栓１３に供給する給湯管４と、加熱部を構成
する電磁弁５、ガス比例弁６、ガスバーナ７と、温度制
御装置８と、給湯装置１の設定温度を入力する温度設定
部９と、ガス管１４とから構成する。また、給水管２に
は給水温度Ｔｃを検出する給水温度センサ１０および給
水流量Ｑを検出する流量センサ１２を配置し、給湯管４
には給湯温度Ｔｈを検出する給湯温度センサ１１を配置
する。

【００１５】温度制御装置８は、熱量演算部２０、ゲイ
ン設定手段３０、オーバシュート検出手段４０、オーバ
シュート抑止手段５０、加熱制御部６０を備え、温度設
定部９から出力される設定温度（Ｔｓ）情報９ａ、およ
び給水温度（Ｔｃ）センサ１０、給湯温度（Ｔｈ）セン
サ１１、流量（Ｑ）センサ１２からのそれぞれのセンサ
情報１０ａ、１１ａ、１２ａに基づいて必要熱量やフィ
ードバック熱量等の演算および処理を行うとともに、給
湯温度Ｔｈのオーバシュートを検出して加熱量のゲイン
の再設定や、加熱量の切替を制御し、電磁弁５に電磁弁
制御信号６０ｂを提供してオン／オフしたり、ガス比例
弁６に比例弁制御信号６０ａを提供してガスバーナ７の
燃焼量を制御する。

【００１６】図２はこの発明に係る温度制御装置のブロ
ック構成図である。温度制御装置８はマイクロプロセッ
サを基本に構成し、熱量演算部２０、ゲイン設定手段３
０、オーバシュート検出手段４０、オーバシュート抑止
手段５０、加熱制御部６０を備える。熱量演算部２０
は、必要熱量演算部２１、１／Ｆｓ演算部２２、減算器
２３、乗算器２４、２７、２８、フィードバックＰＩＤ
演算部２５、加算器２６、および限定熱量演算部２９を
備える。

【００１７】必要熱量演算部２１は、温度設定部９から
の設定温度（Ｔｓ）情報９ａ、給水温度センサ１０から
の給水温度（Ｔｃ）情報１０ａおよび流量センサ１２か
らの流量（Ｑ）情報１２ａに基づいて給湯温度Ｔｈを設
定温度Ｔｓにするため燃焼に必要な必要熱量Ｆｓを算出
し、必要熱量（Ｆｓ）情報２１ａを１／Ｆｓ演算部２２
および乗算器２８に出力する。

【００１８】１／Ｆｓ演算部２２は必要熱量（Ｆｓ）情
報２１ａに基づいて必要熱量Ｆｓの逆数１／Ｆｓを演算
し、１／Ｆｓ情報２２ａを乗算器２４に送る。一方、減
算器２３は設定温度（Ｔｓ）情報９ａと給湯温度センサ
１１からの給湯温度（Ｔｈ）情報１１ａの偏差ΔＴ（Ｔ
ｓ−Ｔｈ）を演算し、偏差（ΔＴ）情報２３ａを乗算器
２４に送る。乗算器２４は１／Ｆｓ情報２２ａと偏差
（ΔＴ）情報２３ａの積（ΔＴ／Ｆｓ）を演算して偏差
比（ΔＴ／Ｆｓ）情報２４ａをフィードバックＰＩＤ演
算部２５に提供する。

【００１９】フィードバック演算部２５は、図示しない
比例演算部、微分演算部および積分演算部を備え、偏差
比（ΔＴ／Ｆｓ）情報２４ａにそれぞれ比例、微分、積
分演算のＰＩＤ（Proportinal,Integral,Derivative）
演算を施し、演算結果を合計したフィードバック比率α
ｆ算出し、フィードバック比率（αｆ）情報２５ａを加
算器２６に送出する。加算器２６はフィードバック比率
αｆと定数１を加算し、（１＋αｆ）情報２６ａを算出
し、乗算器２７は（１＋αｆ）情報２６ａとゲイン設定
手段３０から出力されるゲイン（Ｋ＝ＫｓまたはＫｏ）
情報３０ａを乗算して（１＋αｆ）×Ｋを算出して（１
＋αｆ）×Ｋ情報２７ａを乗算器２８に提供する。な
お、ゲインＫｓは給湯装置１の出荷時に標準的なガスで
設定した値であり、ゲインＫｏはゲイン設定手段３０に
予め記憶してあるゲインＫｓより小さい複数の値であ
る。

【００２０】乗算器２８は必要熱量（Ｆｓ）情報２１ａ
と（１＋αｆ）×Ｋ情報２７ａを乗算し、補正熱量Ｆｏ
＝Ｆｓ×（１＋αｆ）×Ｋを算出して補正熱量（Ｆｏ）
情報２０ａをオーバシュート抑止手段５０の切替スイッ
チ５３の接点ｓ１に供給する。

【００２１】限定熱量演算部２９は補正熱量Ｆｏより小
さな熱量で、例えば給湯装置１に設定された最小熱量Ｆ
ｍに近い小さな限定熱量Ｆｇを算出するよう構成し、限
定熱量（Ｆｇ）情報２０ｂをオーバシュート抑止手段５
０の切替スイッチ５３の接点ｓ２に供給する。なお、限
定熱量Ｆｇは最小熱量Ｆｍを下回る値（Ｆｇ＜Ｆｍ）、
または最小熱量Ｆｍと同等以上の小さな値（Ｆｇ≧Ｆ
ｍ）に設定する。

【００２２】ゲイン設定手段３０は、カウンタ３１、ゲ
イン発生部３２、ゲイン記憶部３３を備え、カウンタ３
１はオーバシュート検出手段４０から供給される給湯温
度Ｔｈのオーバシュート回数に対応した検出（Ｊｏ、Ｊ
ｓ）情報４０ａに基づいて、例えばＨレベルであるＪｏ
情報とＬレベルであるＪｓ情報との繰返し回数Ｎを計数
し、カウンタ（Ｎ）情報３１ａをゲイン発生部３２に供
給する。

【００２３】ゲイン発生部３２は、カウンタ３１から供
給されるカウンタ（Ｎ）情報３１ａに対応したゲインＫ
ｏ（Ｎ＝０の場合は初期設定の係数Ｋｓ）を発生し、ゲ
イン（Ｋｏ）情報３０ａを熱量演算部２０の乗算器２７
に出力する。従って、オーバシュートが一旦解消した
後、再設定されたゲインＫｏに基づいた加熱中に再度オ
ーバシュートが発生する場合、ゲイン発生部３２は再設
定されたゲインＫｏより小さいゲインＫｏを発生する。
また、ゲイン発生部３２はゲインＫｏに対応したゲイン
記憶情報３２ａをゲイン記憶部３３に提供する。

【００２４】ゲイン記憶部３３は電気的な書込み／消去
可能なＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）等のメモリで構成し、ゲ
イン記憶情報３２ａが提供された場合、初期設定のゲイ
ンＫｓまたは既に記憶されているゲインに替えて最新の
ゲインＫｏに更新し、記憶する。また、ゲイン記憶部３
３は、図１の給湯栓１３が開かれて給湯が開始される
と、前回の給湯時に記憶したゲインＫｏを記憶情報３３
ａとしてゲイン発生部３２に提供し、ゲイン発生部３２
を介してゲイン（Ｋｏ）情報３０ａを発生するようゲイ
ン設定手段３０を構成する。

【００２５】図３はゲイン設定手段のゲイン発生部の実
施例を示すブロック構成図である。（ａ）図において、
ゲイン設定手段３０のゲイン発生部３２はカウンタ３１
からのカウント数Ｎに対応してＮを指数としたゲインＫ
ｏ１＝（０．９）Nを発生する。また、（ｂ）図におい
て、ゲイン設定手段３５のゲイン発生部３６は乗算器３
６Ａおよび減算器３６Ｂを備え、カウンタ３１からのカ
ウント数Ｎに対し、乗算器３６Ａで定数０．１を掛けて
０．１×Ｎとし、減算器３６Ｂで定数１から０．１×Ｎ
を引いた（１−０．１Ｎ）をゲインＫｏ２として発生す
る。

【００２６】オーバシュート検出手段４０は、例えば給
湯温度Ｔｈ＝Ｔｏ１とＴｈ＝Ｔｏ２にしきい値を設定し
たヒステリシス特性を有する回路で構成し、給湯温度Ｔ
ｈが設定値Ｔｏ１から上昇して設定値Ｔｏ２を超える場
合、および給湯温度Ｔｈが下降して設定値Ｔｏ２からＴ
ｏ１まで（Ｔｏ１≦Ｔｈ≦Ｔｏ２）はＨレベルの検出
（Ｊｏ）情報４０ａ、給湯温度Ｔｈが設定値Ｔｏ２から
下降して設定値Ｔｏ１を下回る場合にはＬレベルの検出
（Ｊｓ）情報４０ａを発生し、設定温度Ｔｈのオーバシ
ュート回数を安定に検出するよう構成し、検出（Ｊｏ、
Ｊｓ）情報４０ａをゲイン設定手段３０およびオーバシ
ュート抑止手段５０に提供する。

【００２７】オーバシュート抑止手段５０は、判定部５
１、切替制御部５２、切替スイッチ５３を備え、判定部
５１はオーバシュート検出手段４０から提供される検出
（Ｊｏ、Ｊｓ）情報４０ａの内、Ｈレベルの検出（Ｊ
ｏ）情報４０ａに基づいて給湯温度Ｔｈのオーバシュー
トを判定し、判定信号５１ａを切替制御部５２に送る。
また、判定部５１はＬレベルの検出（Ｊｓ）情報４０ａ
に基づいて給湯温度Ｔｈのオーバシュート終了を判定し
て、その旨の判定信号５１ａを切替制御部５２に送る。

【００２８】切替制御部５２は、判定部５１からのオー
バシュート判定、オーバシュート終了判定の判定信号５
１ａに基づいて切替スイッチ５３を切替える制御信号５
２ａを切替スイッチ５３に提供する。

【００２９】切替スイッチ５３は接点ｓ１、接点ｓ２を
備え、通常は接点ｓ１に接続され、熱量演算部２０から
の補正熱量Ｆｏを出力熱量Ｆｏｕｔ（＝Ｆｏ）とし、加
熱制御部６０に出力熱量情報５０ａを供給する。一方、
切替制御部５２からオーバシュート判定に基づく制御信
号５２ａが供給された場合、切替スイッチ５３は接点ｓ
１から接点ｓ２に切替え、熱量演算部２０からの限定熱
量Ｆｇを出力熱量Ｆｏｕｔ（＝Ｆｇ）とし、加熱制御部
６０に出力熱量情報５０ａを供給するよう構成する。

【００３０】また、切替制御部５２からオーバシュート
終了判定に基づく制御信号５２ａが供給された場合には
接点ｓ２から接点ｓ１に切替えて出力熱量Ｆｏｕｔは補
正熱量Ｆｏを選択する。ただし、補正熱量Ｆｏは、給湯
温度Ｔｈのオーバシュートの回数Ｎに対応したゲイン設
定手段３０からのゲインＫｏにより異なり、Ｎが増加す
るにつれてＫｏが小さくなるためＦｏも小さくなる。

【００３１】また、オーバシュート終了後の加熱で再度
オーバシュートが発生する場合には、オーバシュート検
出手段４０でオーバシュートを検出し、ゲイン発生手段
３０でより小さいゲインＫｏを発生して補正熱量Ｆｏを
小さく抑えることにより、オーバシュートを解消するこ
とができる。

【００３２】加熱制御部６０は、比例弁制御部６１およ
び電磁弁制御部６２を備え、オーバシュート抑止手段５
０からの出力熱量情報５０ａに基づいて、それぞれ図１
のガス比例弁６、電磁弁５を駆動制御するための比例弁
制御信号６０ａ、電磁弁制御信号６０ｂを出力すること
により、ガスバーナ７の燃焼量を調節する。

【００３３】比例弁制御部６１は出力熱量Ｆｏｕｔ（＝
ＦｏまたはＦｇ）を弁開度Ｘｏに変換した比例弁制御信
号６０ａをガス比例弁６に送り弁開度を調節する。電磁
弁制御部６２は出力熱量Ｆｏｕｔ（＝ＦｏまたはＦｇ）
を給湯装置１に設定された最小熱量Ｆｍと比較し、出力
熱量Ｆｏｕｔ（＝Ｆｇ）が最小熱量Ｆｍを下回る（Ｆｏ
ｕｔ＝Ｆｇ＜Ｆｍ）場合には電磁弁制御信号６０ｂを電
磁弁５に送り弁を閉じるよう制御する。

【００３４】図４はこの発明に係る給湯装置の動作フロ
ー図である。オーバシュート検出手段４０がＴｈ＞Ｔｏ
２のオーバシュートを検出する（Ｓ２）と、ゲイン設定
手段３０がカウンタ３１のカウント数Ｎを１進めてＮ＋
１（Ｓ３）としてゲイン発生部３２はＮに対応したゲイ
ンＫｏを発生（Ｓ４）して熱量演算部２０からの出力さ
れる補正熱量ＦｏをゲインＫｏに対応した値に設定す
る。一方、オーバシュート抑止手段５０は、オーバシュ
ート検出手段４０がＴｈ＞Ｔｏ２を検出すると、加熱制
御部６０の出力熱量Ｆｏｕｔを補正熱量Ｆｏから限定熱
量Ｆｇに切替え（Ｓ５）て給湯装置１の燃焼量を小さく
したり０（燃焼停止）に制御する。

【００３５】給湯装置１の燃焼量が制御されると、給湯
温度Ｔｈは低下してしきい値Ｔｏ２以下になるが、オー
バシュート検出手段４０はヒステリシス特性を備えてい
るのでしきい値Ｔｏ１までは状態は変化しない。オーバ
シュート検出手段４０がＴｈ＜Ｔｏ１を検出する（Ｓ
６）と、オーバシュート抑止手段５０がこれを検知し、
加熱制御部６０の出力熱量Ｆｏｕｔを限定熱量Ｆｇから
Ｓ４の状態で設定した係数Ｋｏに基づく補正熱量Ｆｏに
切替え（Ｓ７）、この補正熱量Ｆｏに対応した燃焼量で
オーバシュートを発生しない加熱を行う（Ｓ８）。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明に係る温度
制御装置は、オーバシュート検出手段で給湯温度のオー
バシュート検出し、ゲイン発生手段はオーバシュートの
発生回数に対応して減少するゲインを発生し、補正熱量
を低減するとともに、このゲインを記憶して次回の給湯
開始時はこのゲインに基づいて加熱量を設定することが
できる。

【００３７】また、オーバシュートが発生した場合、オ
ーバシュート抑止手段は補正熱量に基づく加熱量を限定
熱量に基づくより小さい加熱量に切替えて加熱制御する
ので、給湯温度のオーバシュートを速やかに抑えること
ができる。

【００３８】従って、設置時の使用ガスのガス圧、また
は燃焼量に対して初期ゲインが大きく設定された場合で
も、被加熱体の使用状態に応じたゲインに更新し、適切
な加熱量を得ることができる。

【００３９】よって、給湯温度を設定温度に迅速に安定
させることができる温度制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る温度制御装置を被加熱体の例と
して給湯装置に適用した場合の全体構成図

【図２】この発明に係る温度制御装置のブロック構成図

【図３】ゲイン設定手段のゲイン発生部の実施例を示す
ブロック構成図

【図４】この発明に係る温度制御装置の動作フロー図

【図５】従来のフィードフォワード制御型の被加熱体の
オーバシュート現象

【図６】従来のフィードバック制御型の被加熱体のハン
ティング現象

【符号の説明】

１給湯装置２給水管３熱交換器４給湯管５電磁弁６ガス比例弁７ガスバーナ８温度制御装置９温度設定部１０給水温度センサ（Ｔｃ）１１給湯温度センサ（Ｔｈ）１２流量センサ（Ｑ）１３給湯栓２０熱量演算部２１必要熱量演算部２２１／Ｆｓ演算部２３減算器２４，２７，２８乗算器２５フィードバックＰＩＤ演算部２６加算器２９限定熱量演算部３０，３５ゲイン設定手段３１カウンタ３２，３６ゲイン発生部３３ゲイン記憶部４０オーバシュート検出手段５０オーバシュート抑止手段５１判定部５２切替制御部５３切替スイッチ６０加熱制御部６１比例弁制御部６２電磁弁制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者光長秀文福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内 (72)発明者鶴田透兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内 (72)発明者宗村浩兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加熱体の設定温度を出力する温度設定
部と、前記被加熱体の温度を検出して検出温度を出力す
る温度検出部とを備え、前記設定温度と前記検出温度の
偏差を予め設定された初期ゲインに基づき加熱量に変換
し、前記被加熱体を加熱制御する温度制御装置におい
て、前記被加熱体にオーバシュートが発生した場合、オーバ
シュート検出信号を出力するオーバシュート検出手段
と、前記オーバシュート検出信号に基づいて前記初期ゲ
インより小さなゲインを設定し、前記オーバシュート解
消後もこの小さなゲインを設定、保持するゲイン設定手
段を設けたことを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】前記オーバシュート検出手段を前記オー
バシュートが解消した場合にオーバシュート解消信号を
出力するように構成するとともに、前記オーバシュート
が発生してから前記オーバシュートが解消するまでの
間、前記被加熱体の加熱量をオーバシュートの恐れのな
い加熱量まで大幅に減少させるか、もしくは前記加熱制
御を停止させるオーバシュート抑止手段を設けたことを
特徴とする請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】前記ゲイン設定部は、オーバシュート解
消後に再度オーバシュートが発生した場合、前回のオー
バシュート発生時に設定したゲインより小さなゲインを
再設定、保持するよう構成したことを特徴とする請求項
１記載の温度制御装置。