JPH0715336B2 - 給湯器の温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱交換器を通過する水の水量を検出するため
の水量センサを設けない給湯器の温度制御装置に関す
る。

〔従来の技術〕

給湯器の構造を簡単にして製造工程を簡略化するととも
に、製造コストを低減するために、出湯温度サーミスタ
のみによってフィードバック制御する給湯器の温度制御
装置がある。こうした温度制御装置では、熱交換器への
入水温度を検知する入水温度サーミスタと、熱交換器を
通過する水の水量を検出するための水量センサとが設け
られていないため、出湯温度の変化を検出するなどして
出湯温度特性の向上を図るための機能を有するものが用
いられている。

また、こうしたフィードバック制御の温度制御装置で
は、給湯初期には、加熱されていない出湯温度に基づい
てそのまま加熱量が制御されると、給湯水量が少ない場
合に過剰加熱によって出湯温度が高くなり過ぎる場合が
生じるおそれがある。このため、危険を避けるために、
給湯初期の加熱量は、給湯水量が少ないこと、あるい
は、後沸きによって熱交換器内の水が加熱されているこ
とを前提にして少なく設定され、その後、フィードバッ
ク制御系の時定数による一定の時間遅れを伴って、出湯
温度センサによる検知温度に応じて、加熱量が徐々に変
更される。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、フィードバック制御の温度制御を行う従来
の給湯器では、加熱量を制御するための基礎となる検知
情報が、出湯温度センサのみによって与えられ、熱交換
器を通過する水の水量に関する情報がないため、フィー
ドバック制御系の時定数が大きめに設定してある。この
ため水量変化に伴って出湯温度が変化した場合に、どう
しても応答遅れが大きくなり、特に、給湯初期には、給
湯水量が少ないことを前提にした少なく設定された加熱
量が与えられるため、給湯水量が多い場合には、極端に
加熱量が不足する。この結果、出湯温度の立ち上がりが
遅くなり、出湯温度が目標温度に上昇して安定するまで
の時間が長くなる。特に、再給湯における給湯初期に
は、給湯水量と熱交換器内に残った水の実際の温度との
相互の影響を受けるため、こうした場合にも過剰加熱を
防止しようとすると、給湯水量が多いときに加熱量が不
足して適切な加熱量が与えられないため、応答遅れがさ
らに大きくなるという問題がある。

本発明は、水量センサを備えない給湯器において、再給
湯の場合に、給湯初期の出湯温度の立ち上がり特性がよ
く、特に給湯量が多い場合に立ち上がり特性の優れた給
湯器の温度制御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の給湯器の温度制御装置は、熱交換器への通水を
検知する通水検知手段と、 該通水検知手段による通水の検知に応じて前記熱交換器
を加熱する加熱手段と、 前記熱交換器へ流入する水の入水温度を推定する入水温
度推定手段と、 前記熱交換器の流出部に設けられた温度センサと、 前記通水検知手段により通水が検知されてから微小時間
を計時する計時手段と、 該計時手段により前記微小時間が計時されたとき前記温
度センサの検知温度の時間に対する勾配の値を検出し、
該勾配が下り勾配であるか否かを検出する下り勾配検出
手段と、 該下り勾配検出手段により検出された前記下り勾配の値
に基づいて前記熱交換器を通過する水量を推定する水量
推定手段と、 前記下り勾配検出手段により下り勾配が検出された場
合、前記加熱手段の加熱量を目標温度、前記入水温度推
定手段による推定入水温度、前記水量推定手段により推
定された推定水量とに基づいて制御する加熱制御手段と
からなる。

〔作用〕

一般に、給湯が開始されたとき、それが再給湯である場
合には、給湯開始前の給湯停止時において、熱交換器内
の湯水の温度分布が入口から出口に向かって上昇する分
布となっており、再給湯が開始されると、熱交換器の出
口の温度センサの検知温度は、この温度分布に起因し
て、熱交換器を通過に応じて次第に下降する。この場
合、熱交換器から流出する湯水の温度の下降変化状態
は、熱交換器を通過する水量に応じて変化し、水量が多
い場合には、下降の程度すなわち下り勾配が大きく、水
量が少ない場合には、下り勾配が小さい。（第９図を参
照） 本発明では、このとき、検知温度の時間に対する変化と
しての下り勾配が、熱交換器内を通過する水量に応じて
決まるとの考察に基づいて、給湯開始から微小時間経過
したときの下り勾配に応じて、再給湯における水量を推
定する。

すなわち、下り勾配検出手段は、通水検知手段による通
水の検知から加熱による温度上昇がまだ現れる前の微小
時間後に、熱交換器の流出部に設けられた温度センサに
よる検知温度の時間に対する勾配の値を検出し、水量推
定手段では、下り勾配が検出された場合には、再給湯で
あると判断して、その下り勾配の値に基づいて熱交換器
を通過する水量が推定される。

この再給湯における下り勾配は、加熱手段による加熱の
結果が現れる前に現れるため、水量推定手段により水量
の推定は、加熱手段による加熱の結果が現れる前に完了
するため、再給湯の場合には、速やかに水量を推定する
ことができる。

従って、通水検知から微小時間後の検知温度の時間に対
する勾配が下り勾配である場合には、水量推定手段によ
って、再給湯における水量を速やかに推定することがで
きる。

上記のとおり、再給湯の場合にも、給湯開始からまもな
い給湯初期の時期にそれぞれ水量を推定することができ
る。

水量が推量推定手段によって推定されると、加熱制御手
段は、目標温度、入水温度、推定水量に基づいて加熱手
段の加熱量を決定するため、水量に応じた適切な加熱量
を決定できる。従って、水量が多い場合でも、加熱量不
足が生じにくく、出湯温度の立ち上がりが速くなる。

〔発明の効果〕

本発明では、通水検知から微小時間後に下り勾配がある
か否かに応じて、再給湯であるか初期給湯であるかを判
別して、再給湯の場合には、その給湯状態に対応して水
量を推定するため、速やかに水量を推定することができ
る。

この再給湯における下り勾配は、加熱開始に伴う温度上
昇より速く現れるため、再給湯の場合には、再給湯でな
い初期給湯の場合と比べて、より早い時期に水量の推定
を行うことができる。

従って、水量センサを設けていないにも拘らず、水量の
違いを特定でき、加熱開始の早い時期に、水量に応じて
加熱量を制御できるため、出湯温度の立ち上がりを速く
することができる。

また、本発明では、入水温度の検出を熱交換器の上流に
水温センサを設けることなく、入水温度推定手段により
推定しているめ、水温センサが不要にでき、部品数の低
減、配線の単純化が可能になる。

この結果、熱交換器の近傍の給水配管の構造を簡略化で
き、安価で出湯温度の優れた給湯器とすることができ
る。

〔実施例〕

次に本発明の給湯器の温度制御装置を図面に示す実施例
に基づいて説明する。

第２図に示すガス燃焼式給湯器１の燃焼器ケース10内に
は、複数のバーナを配してなるバーナ群11が設けられて
いる。燃焼器ケース10の下方には、バーナ群11へ燃焼用
空気を供給するための送風機12が設けられている。燃焼
器ケース10内のバーナ群11の上方には水管式の熱交換器
13が設けられ、内部を通過する水はバーナ群11による燃
焼熱により加熱される。燃焼器ケース10内のバーナ群11
の近傍には、バーナ群11を点火するスパーカ14と、バー
ナ群11の着火を検知するフレームロッド15とが備えられ
ている。また、燃焼器ケース10の上方には、燃焼排ガス
を外部へ排出するための排気口２が設けられている。

バーナ群11の下方には、燃焼ガスを供給するためのノズ
ル管16が備えられ、ノズル管16にはバーナ群11の各バー
ナにそれぞれ対応して燃料ガスを噴出する複数の燃料噴
出口16aが設けられている。

ノズル管16へ燃料ガスを導く燃料管20には、通電時に燃
料ガスを通過させる２つの電磁弁21、22、通電電流に応
じて供給圧力を制御することによって燃料ガスの供給量
を調節するガバナ比例弁23が上流側より順にそれぞれ設
けられている。

図示しない水供給源から熱交換器13へ水を導く水供給管
17には、給湯水量を調節するための電動式水量制御装置
18、熱交換器13を通過する水を検知する水流スイッチ19
が上流側から順に備えられ、また熱交換器13から流出す
る温水を図示しない給湯口へ導く給湯管17aには、熱交
換器13から流出する湯水の出湯温度Toutを検知する出湯
温サーミスタ25が備えられている。

制御装置30は、マイクロコンピュータを中心とする制御
回路を有し、水流スイッチ19の通水検知状態、通水停止
検知状態に応じて所定のシーケンスで燃焼の開始および
停止を行うとともに、第１図に示す機能構成によって、
出湯温サーミスタ25のみをセンサとして出湯水の温度制
御を行う。

ここでは、熱交換器13への入水温度サーミスタと熱交換
器13を通過する水の水量を検出するための水量センサと
が設けられていないため、制御装置30は入水温度推定手
段である入水温度推定部31、水量推定手段である水量推
定部32、および初期水量推定部33を有し、出湯温サーミ
スタ25の検知温度Ｔに基づいて入水温度Tinと水量Ｗと
をそれぞれ推定する。

入水温度推定部31は、出湯温サーミスタ25の検知温度Ｔ
に基づいて、入水温度Tinを推定し、それをメモリ31aに
記憶する。

次に入水温度Tinの推定方法を、第３図に基づいて説明
する。

水流スイッチ19の通水検知によって給湯の開始が検知さ
れたときに（ステップ１においてYES）、出湯温サーミ
スタ25の検知温度Ｔが変化している場合には、再給湯で
あることが考えられる。従って、検知温度Ｔに温度勾配
がある場合には（ステップ２においてNO）、検知温度Ｔ
に基づいた新たな入水温度Tinの推定を行わず、そのと
きメモリ31aに記憶されている記憶温度Tmemを入水温度T
inとする。

給湯の開始が検知されたときに、温度勾配が検出されな
い場合には（ステップ２においてYES）、出湯温サーミ
スタ25の検知温度Ｔと、すでにメモリ31aに入水温度Tin
として記憶されている記憶温度Tmemとを比較し、検知温
度Ｔが記憶温度Tmemより低い場合には（ステップ３にお
いてYES）、検知温度Ｔを新たな入水温度Tinとして推定
し（ステップ４）、推定された入水温度Tinをメモリ31a
の記憶温度Tmemとして更新する（ステップ５）。

検知温度Ｔが記憶温度Tmemより高い場合には（ステップ
３においてNO）、記憶温度Tmemに検知温度Ｔの温度情報
の一部を取り入れて新たな入水温度Tinを推定し（ステ
ップ６）、それを記憶温度Tmemとする（ステップ５）。

ステップ６の入水温度の推定では、新たな推定温度Tin
は、記憶温度Tmemの温度情報の一部と検知温度Ｔの温度
情報の一部とから Tin＝（ａ×Tmem＋ｂ×Ｔ）／（ａ＋ｂ）によって、新
たな入水温度Tinが演算される。

ここで、a,bは、加算されて上式の分母となっているこ
とから明らかなとおり、記憶温度Tmemと検知温度Ｔとの
加算割合を決めるための係数であって、上述の記憶温度
Tmemに検知温度Ｔの温度情報の一部を取り入れるという
記載の趣旨からもわかるように、ａ≧ｂの関係で設定さ
れた正の数である。

水量推定部32は、熱交換器13を通過する水量Wp₁を推定
する。

一般に、熱交換器13から流出する湯水の温度上昇ΔＴ
は、水が熱交換器13へ流入してから流出するまでにバー
ナ群11によって加熱された結果である。いま、単位時間
当たりに水量Wuの水が、熱交換器13を通過するために時
間ｔ必要であったとすると、このとき、熱交換器13から
流出する湯水の温度上昇ΔＴに関与した総加熱量Q_Tは、
一般に、例えば単位時間当たりの加熱量Quと加熱時間ｔ
（熱交換器13を通過するために必要な時間ｔ）との積で
表すことができる。すなわち、 Q_T＝Qu×ｔ … で表される。

ここで、Qu×ｔは、加熱時間ｔ中の単位時間当たりの加
熱量Quの積算を示すものである。

従って、総加熱量Q_Tを、時間t1から時間tnまでの加熱時
間ｔ中に加熱量が変化して、単位時間当たりの加熱量Qu
が一定でない場合を含めて示すと、 Q_T＝Qn＋Qn_-1＋Qn_-2＋…＋Q₂＋Q₁ ＝▲Σⁿ ₁▼Qt … となる。

ここで、Qn、Qn_-1、Qn_-2、…、Q₂、Q₁は、各単位時間t
n、tn_-1、tn_-2、…、t₂、t₁におけるそれぞれの加熱量
を示す。

また、バーナ群11による総加熱量Q_Tは、熱交換器13の容
積に応じた熱交換器13内の全水量Ｕの温度上昇ΔＴに作
用したものであると見なすことができるため、 Q_T＝ΔＴ×Ｕ … となる。従って、式と式とから、 ΔＴ×Ｕ＝▲Σⁿ ₁▼Qt ＝Qn＋Qn_-1＋Qn_-2＋…＋Q₂＋Q₁ … この結果、時間を遡って各単位時間毎の加熱量を積算し
たとき、熱交換器13内の全水量Ｕに対してΔＴの温度上
昇を与えた総加熱量Q_Tに見合うだけの加熱量が得られる
までの単位時間の合計を求めれば、それを加熱時間ｔと
することができる。

さらに、この加熱時間ｔは、熱交換器13内を水が通過す
るために要した時間であり、熱交換器13内の全水量Ｕと
水量Ｗとの間には、 Ｕ＝Ｗ×ｔ … の関係があることから、 Ｗ＝U/t … によって、水量Ｗを求めることができる。

なお、この場合、水の通過に伴う時間遅れの定数を加味
してもよい。

水量推定部32では、出湯温サーミスタ25の検知温度Ｔ
と、入水温度推定部31のメモリ31aに記憶されている入
水温度Tinとから温度上昇ΔＴを求め、さらに熱交換器1
3内の全水量Ｕとから上式によって総加熱量Q_Tを算出
する。

一方、後述する温調制御部34により所定単位時間Δｔ毎
の加熱量出力情報ΔＱを、第４図に示す加熱量記憶部32
aの、エリアE1、エリアE2、…、エリアExに順次連続し
て記憶し、それを所定時間蓄積し、所定時間を経過した
情報については、新たな情報が与えられる都度、順次削
除する。

すなわち、例えば、温調制御部34による所定単位時間Δ
ｔ毎の加熱量出力情報ΔＱが、第５図に示すとおり、時
間とともに、……、ΔQn_-4、ΔQn_-3、ΔQn_-2、ΔQn_-1、
ΔQn、ΔQn₊₁、ΔQn₊₂、……、のように変化している場
合、時刻Δtnには、加熱量記憶部32aでは、第４図のＡ
に示すとおり、エリアE1には時刻ΔtnにおけるΔQnが、
エリアE2には時刻Δtn_-1におけるΔQn_-1が、エリアE3に
は時刻Δtn_-2におけるΔQn_-2が、エリアE4には時刻Δtn
_-3におけるΔQn_-3が、以下エリアExまで、時刻Δtnより
前の各加熱量出力情報ΔＱがそれぞれのエリアＥに対応
して記憶されている。

そして、次の時刻Δtn₊₁には、第４図のＢに示すとお
り、時刻Δtn₊₁における加熱量出力情報ΔQn₊₁がエリア
E1に記憶され、以下、ΔQnがエリアE2に、ΔQn_-1がエリ
アE3に、ΔQn_-2がエリアE4に、……、以下同様にエリア
Exまで、時刻Δtnにおける各エリアＥの加熱量出力情報
ΔＱがそれぞれシフトされて記憶される。

その後、同様に、一番新しい加熱量出力情報ΔＱが常に
エリアE1に記憶され、エリアExの記憶情報が削除される
ようにして、所定単位時間Δｔ毎の加熱量出力情報ΔＱ
が連続して記憶蓄積される。

水量推定部32では、このように記憶された加熱量出力情
報ΔＱを、新しい情報から順に積算し、上式により、
算出された総加熱量Q_Tと等しくなったときの所定単位時
間Δｔの合計を熱交換器13から流出する水の加熱時間ｔ
として求める。

この加熱時間ｔに基づいて、上式より熱交換器13を通
過する水の水量Wp₁を推定する。

なお、ここで推定される水量Wp₁は、加熱時間ｔにおけ
る平均の水量Ｗとしての数値であり、給湯水量Ｗが逐次
変更されている場合には、各時刻における水量Ｗを表す
ことができない。

また、上記の水量推定部32は、記憶蓄積された加熱量出
力情報ΔＱを新しい情報から順に積算したとき、総加熱
量Q_Tと等しくなる場合にだけ有効な加熱時間ｔが求めら
れるものである。

従って、例えば、給湯初期には、加熱量出力情報Q_Tの積
算において、加熱時間ｔを短くして加熱量出力情報Q_Tを
積算して得られる総加熱量Q_Tをどれだけ少なくしても、
熱交換器13へ与えた総加熱量Q_Tに相当するだけの温度上
昇ΔＴが現れていないため、推定される水量Wp₁は、実
際の水量Ｗより遥かに大きい値を示す。

すなわち、熱交換器13から流出した湯水が温度上昇ΔＴ
を伴っている場合、バーナ群11により熱交換器13へ与え
られた総加熱量Q_Tが熱交換器13の容積に応じた全水量Ｕ
に作用した結果が温度上昇ΔＴとなっているが、給湯初
期には、熱交換器13から流出する湯水は、バーナ群11に
より加熱される前の水が多量に含まれた状態のものであ
るため、温度上昇ΔＴが非常に小さいものである。これ
に対して、通水の検知に応じてバーナ群11によって熱交
換器13へ与えられた熱量は、バーナ群11の燃焼量に応じ
た特定できる量である。

このように、熱交換器13へ与えられた総加熱量Q_Tに対し
て温度上昇ΔＴが非常に小さいということから導かれる
結論は、水量Ｗが非常に大きいことを示すことになる。

この給湯初期における水量Wp₁の推定の様子を示すと、
第６図のようになる。この第６図では、例えば、実線Ｃ
が大水量の場合を、実線Ｄが小水量の場合をそれぞれ示
す。

ここで、水量推定部32の推定による水量Wp₁が、実際の
水量Ｗに代わるものとして有効な水量Wc、Wdをそれぞれ
示すのは、給湯開始後、それぞれ時間tc、時間tdを経過
したときである。このため、給湯開始から、これらの時
間tc、時間tdをそれぞれ経過するまでは、水量Wp₁に基
づいた温度制御では、適切な加熱量Ｑを決定することが
できない。

そこで、本実施例では、給湯初期に限って上記の水量推
定部32により推定される水量Wp₁に代えて、初期水量推
定部33によって熱交換器13を通過する初期水量Wp₂を推
定している。

すなわち、給湯開始後の出湯温度Toutは、第７図に示す
とおり、その水量Ｗに応じた変化で現れ、例えば、大水
量の場合には、熱交換器13で加熱された湯水が出湯温サ
ーミスタ25まで移動する速度が速く、出湯温サーミスタ
25によって速く検知されるため、実線Ｅに示すように比
較的早く上昇し、小水量の場合には、熱交換器13で加熱
された湯水が出湯温サーミスタ25まで移動する速度が遅
く、出湯温サーミスタ25によって遅く検知されるため、
実線Ｆに示すとおり、大水量の場合と比べて、上昇する
のが遅い。

初期水量推定部33は、熱交換器13に対して与えられた熱
量が出湯温度Toutの変化として現れるまでの時間が、こ
のように通過する水量Ｗに応じて異なることに基づいて
初期水量Wp₂を推定するもので、加熱による所定の熱量
が検出されるまでの経過時間tmを計時部33aによって計
時して初期水量Wp₂を推定する。

ここでは、与えられた所定の熱量を示すものとして、給
湯開始とともに検知温度Ｔの温度上昇ΔＴを積算した積
算値Ｐ（検知温度Ｔについての時間に関する積分値）を
求め、この積算値Ｐが所定積算値P₀になるまでの経過時
間tmを計時する。

この所定積算値P₀は、燃焼開始とともに熱交換器13に与
えられる一定時間の熱量を示すものであり、第７図にお
いては、例えば、大水量の場合に、時間teまでの面積S₁
に相当する熱量として示されるものであり、小水量の場
合に、時間tfまでの面積S₂に相当する熱量として示され
るものである。特に、ここでは、実際に熱交換器13を通
過する水量Ｗの違いをはっきりと検出できるようにする
ために、燃焼開始後の比較的短時間の加熱量に相当する
値が設定されている。

この結果、大水量の場合には、推定される水量Wp₁が有
効な値を示す時間tcに対して早い時間teで、また、小水
量の場合には、同様の時間tdに対して早い時間tfでそれ
ぞれの計時を終了して、それぞれの経過時間tmに応じ
て、初期水量Wp₂を推定することができ、これは、第７
図に示すとおり、それぞれの水量において、初期加熱に
よる出湯温度が安定する前の比較的早い時期であること
がわかる。

特に、大水量の場合には、小水量において出湯温度が安
定する時間tdに比べて著しく早い時間teで、経過時間tm
の計時を終えることができ、それにより、速やかに大水
量であることを検出できる。

推定される初期水量Wp₂は、第８図に示すとおり、この
計時された経過時間tmに応じて、経過時間tmが短いほど
多く、経過時間tmが長くなるにつれて少なくなるように
それぞれ推定される。

なお、第７図における時間tc、tdは、それぞれ第６図に
おける時間tc、tdと同じ時間を示すものである。

従って、参考までに説明すると、第７図においてそれぞ
れの水量において計時を終了する各時間te、tfは、第６
図における時間te、tfと、それぞれ同じ時間を示すもの
であり、ここで明らかなとおり、これらの時間te、tf
は、水量推定部32において推定される水量Wp₁が、ある
一定の水量値Wxを示すまでの時間であることがわかる。

さらに、初期水量推定部33では、再給湯時における水量
Ｗの推定をより早く行うために、本発明の水量推定手段
として、給湯開始後の経過時間tmを計時する計時部33a
が、加熱開始に伴う温度上昇が現れる前の微小初期時間
t₀を計時したときに、検知温度Ｔの時間に対する変化に
下り勾配が現れているか否かを判別し、下り勾配がある
場合には、その下り勾配Ｇに基づいて水量Ｗを推定して
再給湯時の初期水量Wp₀とし、上述の初期水量Wp₂の推定
は行わない。

温度の下り勾配Ｇは、第９図に示すとおり、給湯停止時
において熱交換器内の入口から出口に向かって上昇する
温度分布が、熱交換器13内を通過する湯水の流れによっ
て出湯温サーミスタ25に順次検知されるものであるか
ら、水量Ｗに応じて変化が異なって現れる。

ここでは、下り勾配Ｇが大きいほど水量Ｗが多く、下り
勾配Ｇが小さいほど水量Ｗが少ないように、それぞれ初
期水量Wp₀を推定する。

温調制御部34は、コントローラ40によって設定された目
標温度Tset、出湯温サーミスタ25によって検知された出
湯温度Tout、入水温度推定部31で推定された入水温度Ti
n、初期水量推定部33によってそれぞれ推定される初期
水量Wp₂、Wp₀あるいは水量推定部32によって推定される
水量Wp₁から加熱量Ｑを決定する。

ここでは、給湯開始直後は、水量スイッチ19の作動開始
水量Wsを熱交換器13を通過する水量Ｗとし、推定された
入水温度Tin、コントローラ40の目標温度Tsetに基づい
て加熱量Ｑを決定する。

その後、微小初期時間t₀後に、下り勾配Ｇが現れると、
初期水量推定部33によって推定された初期水量Wp₀を水
量Ｗとして加熱量Ｑを決定し、下り勾配Ｇが現れない場
合には、積算値Ｐが所定積算値P₀になると、初期水量推
定部33によって推定された初期水量Wp₂を水量Ｗとして
加熱量Ｑを決定し、これら初期水量Wp₀、Wp₂に基づいて
決定される初期時間tpが経過すると、水量推定部32によ
って推定される水量Wp₁を水量Ｗとして、加熱量Ｑを決
定する。

この初期時間tpは、水量推定部32によって推定される水
量p₁が、実際の水量Ｗに代わるものとして有効な値を示
すまでの時間で、第６図に示したように各水量Ｗに応じ
て異なり、例えば、大水量の場合には、時間tcで、小水
量の場合には、時間tdで示される時間であり、第７図に
示したように、各水量に応じて出湯温度が安定するまで
の時間でもある。

出湯温サーミスタ25の検知温度Ｔが一定温度に上昇する
と、検知温度Ｔに基づいてフィードバック制御を行う。

このフィードバック制御においては、前述の水量推定部
32によって推定された水量Wp₁に基づいてフィードバッ
ク制御系の時定数をその都度設定することによって、安
定した温度制御を行い、ハンチング等が起こらないよう
にしている。従って、水量変化に伴ってフィードバック
制御系の時定数が変化した場合でも、安定した温度制御
ができる。

なお、温調制御部34の加熱量Ｑは、加熱量出力情報ΔＱ
として、所定単位時間Δｔ毎に前述の加熱量記憶部32a
へ順次記憶される。

駆動部35は、温調制御部34の加熱量Ｑに基づいて、送風
機12およびガバナ比例弁23を駆動制御する。ここでは、
温調制御部34による加熱量Ｑに基づいて電圧を送風機12
に印加して駆動し、検出される送風機12の回転数に基づ
いてガバナ比例弁23への電流値を通電制御する。

さらに、制御装置30では、給水量が加熱能力を越えない
ようにするために、出湯温サーミスタ25の検知温度Ｔに
基づいて電動式水量制御装置18の開度を調節して、通過
水量を制限する。

なお、使用者によって目標温度Tsetを任意に設定するこ
とができるコントローラ40は、給湯器の仕様に応じて設
置され、コントローラ40が設けられた場合には、使用者
の操作に応じて目標温度Tsetが設定され、コントローラ
40が設置されない場合には、一定の温度（例えば60℃）
が目標温度Tsetとされる。

次に、以上の構成からなる本実施例のガス燃焼式給湯器
１における温度制御について、水量Ｗの推定を中心にし
て、第10図を参考に説明する。

使用者が給湯管17aの下流に設けられた図示しない給湯
栓を開くと、水供給管17内を水が通過して熱交換器13内
へ流入する。

水流スイッチ19によって給湯が検知されると（ステップ
11においてYES9、所定のシーケンスで点火制御が行われ
て燃焼が開始され、同時に計時部33aによって経過時間t
mの計時が開始される（ステップ12）。このとき、出湯
温度Toutが変化しない場合に限って、出湯温サーミスタ
25の検知温度Ｔに応じて入水温度Tinが新たに推定さ
れ、メモリ31aの記憶温度Tmemが更新される。

計時開始後、微小初期時間t₀が経過すると（ステップ13
においてYES）、検知温度Ｔの下り勾配Ｇがあるか否か
が判別され、下り勾配Ｇがある場合には（ステップ14に
おいてYES）、再給湯であるとして、その下り勾配Ｇに
基づいて、初期水量Wp₀が推定される（ステップ15）。

下り勾配Ｇがない場合には（ステップ14においてNO）出
湯温サーミスタ25の検知温度Ｔの所定単位時間Δｔ毎の
温度上昇ΔＴが積算されて、積算値Ｐが算出され（ステ
ップ16）、積算値Ｐが所定積算値P₀以上になると（ステ
ップ17においてYES）、計時部33aによる経過時間tmの計
時が終了し（ステップ18）、計時された経過時間tmに基
づいて初期水量Wp₂が推定される（ステップ19）。

初期水量Wp₀あるいは初期水量Wp₂が推定されると、各初
期水量Wp₀、Wp₂に基づいて、水量推定部32により推定さ
れる水量WP₁による温調制御へ移行する時期を決めるた
めの初期時間tpが設定される（ステップ20）。

初期時間tpが経過すると（ステップ21）、水量推定部32
により推定された水量Wp₁による制御が開始され（ステ
ップ22）、以後、水量Wp₁により加熱量Ｑが決定され
る。

ここで推定された水量Wp₁は、フィードバック制御にお
ける時定数として利用されるため、例えば流量変化によ
って出湯温度が変化した場合に、その流量変化に応じた
時定数によって加熱量Ｑを補正することができるため、
加熱量の補正に伴うハンチング等が発生しにくい。

給湯栓を閉めて給湯を停止すると（ステップ23において
YES）、燃焼が停止する。

以上のとおり、本実施例によれば、給湯初期に、速やか
に水量が推定されるため、適切な加熱量が決定される。
特に、再給湯の場合には、通常の給湯開始の場合より早
い時期に水量が推定され、また、特に水量が多い程、推
定された水量に基づいて早く温調制御が開始される。従
って、出湯温度の立ち上がりが、従来の場合と比較して
向上する。

また、本実施例では、センサとしては出湯温サーミスタ
が設けられるだけであり、熱交換器の流入部にセンサが
設けられていないため、給湯器の構造が簡単になり、製
造工程が簡略化できるとともに、単なるフィードバック
制御の給湯器と同等の構造でありながら、非常に安定し
たフィードフォワード制御に近い出湯温度特性が得られ
る。

上記の実施例では、入水温度を検出する手段として、入
水温度推定部を設けて入水温度センサを設けないものも
のを示したが、入水温度をセンサによって直接検知する
ものでもよい。

以上の実施例では、ガスを燃料とするガス給湯器を示し
たが、石油等の他の燃料による給湯器でもよい。また、
加熱源は、バーナに限定されず、電気加熱等の加熱手段
によるものでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のガス燃焼式給湯器の制御装置におけ
る機能的構成を示す機能ブロック図、第２図は本実施例
のガス燃焼式給湯器の概略を示す概略構成図、第３図は
本実施例の制御装置における入水温度の推定過程を説明
するための流れ図、第４図は本実施例の加熱量記憶部の
記憶エリアを示すエリアマップ、第５図は本実施例の制
御装置における加熱量出力情報の変化を示すタイムチャ
ート、第６図は本実施例の水量推定部による推定水量Wp
₁の変化を示すタイムチャート、第７図は本実施例にお
ける出湯温度の変化を水量について示したタイムチャー
ト、第８図は本実施例の初期水量推定部における計時部
による経過時間tmと推定される初期水量Wp₂との関係を
示す特性図、第９図は再給湯時における出湯温度の変化
を水量に対応して示したタイムチャート、第10図は本実
施例における水量の推定過程を示す流れ図である。 図中、11…バーナ群（加熱手段）、13…熱交換器、19…
水流スイッチ（通水検知手段）、25…出湯温サーミスタ
（温度センサ）、31…入水温度推定部（入水温度検出手
段）、33…初期水量推定部（下り勾配検出手段、水量推
定手段）、33a…計時部（計時手段）、34…温調制御部
（加熱制御手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換器への通水を検知する通水検知手段
   と、 該通水検知手段による通水の検知に応じて前記熱交換器
   を加熱する加熱手段と、 前記熱交換器へ流入する水の入水温度を推定する入水温
   度推定手段と、 前記熱交換器の流出部に設けられた温度センサと、 前記通水検知手段により通水が検知されてから微小時間
   を計時する計時手段と、 該計時手段により前記微小時間が計時されたとき前記温
   度センサの検知温度の時間に対する勾配の値を検出し、
   該勾配が下り勾配であるか否かを検出する下り勾配検出
   手段と、 該下り勾配検出手段により検出された前記下り勾配の値
   に基づいて前記熱交換器を通過する水量を推定する水量
   推定手段と、 前記下り勾配検出手段により下り勾配が検出された場
   合、前記加熱手段の加熱量を目標温度、前記入水温度推
   定手段による推定入水温度、前記水量推定手段により推
   定された推定水量とに基づいて制御する加熱制御手段と
   からなる給湯器の温度制御装置。