JPH0735897B2 - 給湯器の温度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水管型の水加熱用熱交換器に対する加熱用バー
ナとして複数個のガスバーナを設け、これらのガスバー
ナに対する燃料ガス供給流量を調整する比例弁、及び燃
料ガスを供給するガスバーナの個数を切り替える切替弁
を設けて、比例弁による燃料ガス供給流量調整と、切替
弁による着火バーナ個数の切替えとの組合せにより給湯
能力を広範囲にわたって比例制御できるようにした構造
の温度制御装置を有する給湯器についてその出湯温度を
制御する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図はこの種の温度制御装置を備えたガス給湯器を示
す模式的な断面図である。

１は給湯器本体であって、その内部に複数個のガスバー
ナ２と、上記ガスバーナに燃料ガスを供給するノズルを
備えたマニホールド３と、水管型の水加熱用熱交換器４
とが設けられている。

給水は給水管５から供給され、フローセンサ6,給水温度
センサ7,および水温検知水量制御装置８を経て熱交換器
４に流通される。

一方、燃料ガスはガス管９から供給される、電磁弁10,
比例弁11および前記のマニホールド３を経て複数個のガ
スバーナ２のそれぞれに供給される。上記マニホールド
３内に切替弁17が設けられていて、この切替弁17が閉じ
られると第６図に示したように図の右半部のガスバーナ
２に対るす燃料ガス供給が遮断されて消火され、図の左
半分のガスバーナ２のみ燃焼が行われる。

燃焼用空気は給気管13から矢印c,c′の如く流入し、矢
印d,d′の如く流動して燃焼反応を行い、燃焼ファン12
に吸い出されて排気管14から矢印ｅの如く排出される。

熱交換器４で加熱された給水給湯管15を介して給湯栓16
に供給される。上記の給湯管15には給湯温度センサ18が
設けられている。

このように、水管型の水加熱用熱交換器４に対する加熱
用バーナとして複数個のガスバーナ２が設けられ、これ
らのガスバーナ２に供給される燃料ガスの流量を調整す
る比例弁11、および、該比例弁11の下流側に設けられて
ガスバーナ２の使用個数を切り替える切替弁17を備えた
給湯器用燃料制御装置は、図示しないマイクロコンピュ
ータによって制御され、該マイクロコンピュータに入力
される給水温度，給水流量，出湯温度、および使用者が
指示する設定温度に基づき、比例弁11の開度調節と切替
弁17の開閉制御との組み合わせにより広い温度範囲にわ
たって比例制御が行われる。

このような方式による広範囲比例御における技術的課題
として、特性カーブの連続性という問題が有る。即ち、
比例弁11の開閉制御は連続的に無段階で行われるが、切
替弁17によるガスバーナ使用個数の切替は段階的に行わ
れる。このため、該切替弁17の開閉時点前後において操
作量と号数（加熱容量）との関係が不連続になる。

詳しくは、比例弁の開度を増加させる方向に操作される
場合、該比例弁の開度が所定開度に達して切替弁が開か
れた時、出湯温度が一時的に急変する。また、その逆に
比例弁の開度を減小させる方向に操作されて上記と異な
る所定開度に達して切替弁が閉じられた時も出湯温度が
一時的に急変する。

このように、切替弁の開閉に伴って出湯温度の変化率が
一時的に急変するという不具合を防止するため、実公昭
63−30031号「比例制御型ガス湯沸器」に記載された技
術が公知である。この考案は比例弁機構と切替弁機構と
の間に補正回路を介装接続し、切替弁の開閉作動時にお
ける燃料ガス供給流量の総量変化を抑制するものであ
る。

第２図（Ｂ）は上記公知技術における制御特性の１例を
示す図表である。

横軸は操作量ｙに示しており、この操作量は比例弁開度
と正比例し、比例弁電流とも正比例している。縦軸は燃
料ガス供給流量を給湯器の号数で表わしたものである。

カーブＢ−Ｂ′はガスバーナの全部が使用されていると
き、即ち切替弁が開かれているときを表わし、カーブＡ
−Ａ′はガスバーナの一部のみが使用されているとき、
即ち切替弁が閉じれているときを表わしている。この公
知例において、最大加熱容量を表わす点Ｂ′の加熱容量
は16号で、この点Ｂ′における比例弁電流値は約200mA
である。また、最小加熱容量を表わす点Ａの加熱容量は
４号である。

この公知例において、切替弁を閉じた状態で比例弁を徐
々に開いてゆくと、第２図（Ｂ）に示された図表上にお
ける制御状態は点Ａから点Ａ′に向かって移動してゆ
き、所定開度の点イに達すると切替弁が開かれてカーブ
Ｂ−Ｂ′上の点ロに移行するが、このとき補正回路によ
って比例弁が角θ_ａだけ閉じられて、使用バーナの個数
増加によよる燃料ガス供給流量の増加が相殺される。こ
のようにして矢印イロは水平となり、号数の変化無く切
替弁が開かれて全ガスバーナが使用される状態となる。

同様に、切替弁を開いた状態で比例弁を徐々に閉じてゆ
くと、制御状態点Ｂ′から点Ｂに向かって移動してゆ
き、上記の所定開度の点イと異なる所定開度の点ハに達
すると切替弁が閉じれるとともに比例弁が角θ_ａだけ開
かれ、矢印ハニの如く水平に（号数の変化無く）カーブ
Ａ−Ａ′上の点ニに移行する。

このようにして、切替弁の開，閉作動に伴う供給ガス流
量の繊増，減を比例弁開度の補正によって相殺し、切替
開閉作動の直前の号数と直後の号数とを等しからしめて
いる。即ち、切替弁開閉作動の直前，直後の供給ガス流
量を等しからしめている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記の公知技術によれば、第２図（Ｂ）について説明し
たように切替弁の開閉作動直前，直後における供給ガス
流量がほとんど変化しない。即ち燃焼発生熱量がほとん
ど変化しない。

ところが、熱交換器４が熱容量を有しているため、ガス
バーナ使用個数の切替に伴って熱交換器４の蓄熱，放熱
が行われて出湯温度が一時的に急変するという問題が有
る。

いま、第６図のように切替弁17が閉じられて図示右半部
のガスバーナ２が休止しているものとする。この状態で
は熱交換器４の左半部4aは加熱されて昇温し、右半部4b
は比較的低温である。この状態で切替弁17が開かれて第
５図のように全数のババーナ２が着火された場合、着火
直後の時点においては熱交換器４の図示右半部4bは未だ
昇温して熱平衡に達しない。この状態において、給水は
熱交換器４の上流側に当たる未昇温の部分4bを流通して
から既昇温の部分4aで加熱される。このため、図示右半
部のガスバーナ２が着火されたことの効果が若干遅れ
る。

ある設定温度Ｔ_spで出湯している給湯器の出湯流量を徐
々増やしてゆくと、これに伴って比例弁11が徐々に開か
れてゆく。そして、所定開度に達して切替弁17が開かれ
たときの出湯温度変化を第７図に示す。このように、一
時的に出湯温度が著しい下降Ｄを示すものは、熱交換器
の未昇温部分（それまで休止していた部分）4bに吸熱さ
れるからである。

同様に、出湯量を減らしていって切替弁が閉じられたと
き、熱交換器４の既昇温部分4bの放熱により、第８図に
示すように一時的な出湯温度の上昇Ｕを生じる。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、給湯器の
温度制御装置における制御特性を改良して、切替弁の開
閉作動に伴う出湯温度の変動を格段に抑制し得る制御方
法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〕

次に、本発明に係る温度制御方法の１実施例における制
御特性に対応する第２図（Ａ）について、公知例（第２
図（Ｂ））と対照しつつ説明する。

公知例（第２図（Ｂ））においては、切替弁が開かれる
とともに比例弁が角θ_ａだけ閉じられて、カーブＡ−
Ａ′上の点イからカーブＢ−Ｂ′上の点ロまで矢印イロ
の如く水平（号数変化無く）移行するが、本発明（第２
図（Ａ））においてはカーブＡ−Ａ′上の点ホからカー
ブＢ−Ｂ′上の点ヘまで上昇しつつ（号数が増加するよ
うに）移行させる。

即ち、切替弁が開かれる直前の制御状態を表わす点ホに
比して、開かれた直後の制御状態を表わす点ヘを上方に
位置せしめて、その号数を大きくする。

同様、切替弁が閉じられる直前の点トに比して、閉じら
れた直後の点チを下方に位置せしめて、その号数を小さ
くする。

〔作用〕

公知例（第２図（Ｂ））の如く、切替弁が開かれる直前
（イ）に比して、開かれた直後（ロ）の号数が等しい
（燃料ガス供給流量が等しい）場合、熱交換器の未昇温
部分の吸熱によって出湯温度が一時的に下降（第７図）
するが、本発明（第２図（Ａ））のごとく切替弁を開く
際に号数を増大させると、前述の吸熱分の熱量を補って
燃焼発生熱量が増加するので、切替弁の開弁に伴う出湯
温度の一時的な下降が防止（ないし軽減）される。

また、切替弁の閉止に伴って号数が小さくなるので、熱
交換器の既昇温部分の放熱に起因する出湯温度の一時的
上昇が防止（ないし軽軽）される。

〔実施例〕

第２図（Ａ）は本発明に係る温度制御方法の１実施例に
おける制御特性図表である。

この実施例は、第２図（Ｂ）に示す制御特性を示す公知
例の制御方法に本発明を適用して改良したものであっ
て、横軸，縦軸の目盛、および、切替弁状態のカーブＡ
−Ａ′，並びに切替弁開状態のカーブＢ−Ｂ′は前記公
知例におけると同様である。

本例（第２図（Ａ））において操作量ｙ（比例弁電流，
比例弁開度に正比例する値）が次第に大きくなって所定
の開度に相当する操作量ａになると、自動的に切替弁が
開れる。

切替弁が開かれる直前における制御状態は、カーブＡ−
Ａ′上の点ホである。この点ホ横軸座標値は前記のａで
あり、その縦軸座標値は切替弁が開かれる直前の号数を
表わしている。

切替弁の開弁と同時に図示しない補正機構が作動して比
例弁はθ_ｂだけ閉じられて操作量がａ′となり制御状態
はカーブＢ−Ｂ′上の点ヘに移行する。

上記の点ヘの号数（縦軸座標値）を、前記の点ホの号数
（縦軸座標値）よりも高く設定する。

これにより、公知例（第２図（Ｂ））における切替弁開
弁時の制御状態の変化を示す矢印イロが水平であったの
に比して、本実施例（第２図（Ａ））の矢印ホヘは斜め
上向きとなる。

公知例においては切替弁を開いたとき第７図に示したよ
うな一時的な出湯温度の下降Ｄを生じたが、本例では切
替弁の開弁に伴って号数を増加させるので、第３図に示
すごとく出湯温度の変化が僅小となり、使用者に不快感
を与えない。

また、切替弁が開かれている状態で操作量が変化する
と、制御状態はカーブＢ−Ｂ′上を移動する。操作量が
減少して所定の開度ｂに達すると、自動的に切替弁が閉
じられるとともに比例弁が角θ_ｂ′だけ開かれた操作量
がｂ′となり、制御状態はカーブＢ−Ｂ′上の点トから
カーブＡ−Ａ′上の点チに移行する。

前記の開閉弁の閉弁直前の点トに比して、閉弁直後の点
チは号数が小さくなるように設定する。このため、公知
例においては第８図の如く切替弁の閉弁時の出湯温度上
昇Ｕを生じたが、本例においては第４図に示す如く温度
変化が僅少で、使用者に不快感感を与えない。

第１図は、本発明に係る制御方法を、マイクロコンピュ
ータによって自動的に行わせた１例のフロー図である。

フロー4aでスタートするとフロー4bで着火検出される。

フロー4cで、ｙ≧ａと判断されると切替弁17（第５図，
第６図参照）が開かれ（フロー4d）、該切替弁17の開弁
直後の操作量ｙがｙ≧ａ′となるように補正される（フ
ロー4e）。

このようにして切替弁が開かれた後、フロー4fで、ｙ＜
ｂと判断されるると、切替弁17が閉じられ（フロー4
g）、該切替弁17の閉弁直後の操作量ｙがｙ≦ｂ′とな
るように補正される（フロー4h）。

〔発明の効果〕 以上説明したように、比例弁と切替弁とを設けて広範囲
の比例制御を行う出湯器用の温度制御装置を使用する
際、本発明に係る制御方法を適用して、切替弁の開弁直
前の号数よりも開弁直後の号数を大ならしめ、かつ、該
切替弁の閉弁直前の号数よりも閉弁直後の号数を小なら
しめるように制御すると、切替弁の開，閉作動に伴う出
湯温度の一時的な変動を著しく軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御方法の１実施例におけるフロ
ー図である。 第２図は給湯器の温度制御特性を示す図表で、同図
（Ａ）は上記実施例における制御特性を表わし、同図
（Ｂ）は公知例の制御特性を表わした図表である。 第３図および第４図は上記実施例における切替弁の開閉
作動時の出湯温度変化を示す図表である。 第５図および第６図は比例弁および切替弁を備えた温度
御装置を具備する給湯器の模式図を示し、第５図は切替
弁が開かれている状態を描き、 第６図は切替弁が閉じられている状態を描いてある。 第７図および第８図は公知例に係る制御技術における課
題を説明するための、切替弁開閉作動に伴う出湯温度の
変化を示す図表である。 １……給湯器本体、２……ガスバーナ、３……マニホー
ルド、４……熱交換器、５……給水管、９……ガス管、
11……比例弁、17……切替弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のガスバーナに供給するガス流量を制
   御する比例弁と、該比例弁の下流側に設けられて前記複
   数のガスバーナ中の一部分のガスバーナに対するガス供
   給を遮断する切替弁とを備え、比例弁の開度が所定開度
   よりも大きくなると切替弁が開かれて全部のガスバーナ
   に着火され、比例弁の開度が上記と異なる所定開度より
   も小さくなると切替弁が閉じられて一部のバーナが消火
   される温度制御装置を具備する給湯器の出湯温度を制御
   する方法において、 比例弁の開度が増加して切替弁が開かれる直前の号数に
   比して、切替弁が開かれた直後の号数が大きくなるよう
   に制御し、かつ、 比例弁の開度が減小して切替弁が閉じられる直前の号数
   に比して、切替弁が閉じられた直後の号数が小さくなる
   ように制御することを特徴とする、給湯器の温度制御方
   法。