JPH11237121A - 給湯器の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常の出湯運転中に、運転号数に関係なく、
出湯温度を監視しながら常に目標流量を補正することが
できる給湯器の運転制御方法を提供すること。 【解決手段】 過流出制御であって、予め定めた温度補
正値α、予め定めた定数Ａ、積分流量Ｉの最大値Ｂにお
いて、給湯設定温度Ｔs より温度補正値αを減じた値
と、出湯温度Ｔh との差を積分して積分流量Ｉを次式で
算出し、 Ｉ＝｛Σ（Ｔs −α−Ｔh ）｝／Ａ （但し、Ｂ≧Ｉ≧
０） 目標流量Ｑm を、最大号数Ｇm 、給湯設定温度Ｔs 、入
水温度Ｔc において、次式で算出する。 Ｑm ＝Ｇm ×２５÷（Ｔs ─Ｔc ）─Ｉ

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通常の出湯運転中に、
出湯号数に関係なく、出湯温度を監視しながら、過流出
制御における目標流量を最適値に補正する機能を備えた
給湯器の運転制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、給湯器の運転制御においては、最
大能力を超える過大な流量が流れて設定温度の給湯がで
きないという事態の発生を防止するために、過流出制御
が行われている。一般に、過流出制御では、目標流量
（最大流量）Ｑm 、最大号数Ｇm 、給湯設定温度Ｔs 、
入水温度Ｔc において、次式で算出される目標流量Ｑm
となるように、流量制御弁を制御している。 Ｑm ＝Ｇm ×２５÷（Ｔs −Ｔc ） なお、最大号数Ｇm とは最大出湯能力を示すもので、号
数Ｇは、出湯温度Ｔ、給湯流量Ｑにおいて、次式で算出
され、燃焼量に比例している。 Ｇ＝Ｑ×（Ｔ−Ｔc ）／２５

【０００３】また、個々の機器固有の性能差等により、
定格の最大号数Ｇmax.を出力することができない場合に
は、実際の最大号数（実最大号数Ｇr ）を検出し、上式
の最大号数Ｇm を実最大号数Ｇr に置換して目標流量Ｑ
m を算出する。実最大号数Ｇr の算出は、通常の出湯中
に、燃焼量即ち現在運転号数Ｇr が最大であって、且つ
給湯設定温度Ｔs と現在出湯温度Ｔr との差が予め定め
た所定値ａ（例えば、ａ＝２度）より大きい（Ｔr ＜Ｔ
s −ａ）状態が所定時間ｔ（例えば、ｔ＝２０秒）続い
た時に、 Ｇr ＝Ｑ×（Ｔr −Ｔc ）／２５ で行われる。ここで、燃焼量即ち号数Ｇが最大である
（号数Ｇ＝最大号数Ｇm ）とは、燃焼量の制御にフィー
ドフォワード制御とフィードバックとが用いられてお
り、現在運転号数Ｇr がフィードフォワード制御量Ｇff
と、フィードバック制御量Ｇfbとの和である（Ｇr ＝Ｇ
ff＋Ｇfb）から、現在運転号数Ｇr （Ｇff＋Ｇfb）が最
大となった場合であり、フィードバック制御量Ｇfbが増
加しない（即ち、一定、または減少傾向にある）状態で
ある。例えば、定格最大号数Ｇmax.＝２４号の機種にお
いて、フィードフォワード制御量Ｇff＝２４号＝Ｇmax.
の状態（Ｇfb≦０）、又はフィードフォワード制御量Ｇ
ff＝２２号でフィードバック制御量Ｇfb＝２号（Ｇff＋
Ｇfb＝２４＝Ｇmax.）の状態等の時に燃焼量即ち号数Ｇ
が最大である（号数Ｇ＝最大号数Ｇm ）と判定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
給湯器の運転制御方法においては、算出された実最大号
数Ｇr が本来の値より過小であると、以後、実際の最大
能力で得られる最大流量よりも小さい目標流量が設定さ
れることになり、実最大号数Ｇr を算出する学習機能の
条件、即ち「給湯設定温度Ｔs と現在出湯温度Ｔr との
差が予め定めた所定値ａ（２度）よりも大きい（Ｔr ＜
Ｔs −ａ）状態が所定時間ｔ（２０秒）続く」という条
件を満たすことができなくなり、１回限りの学習となっ
て、算出された実最大号数Ｇr が、そのまま最大号数Ｇ
m として記憶されることになるという問題があった。ま
た、１回限りの学習であるとともに、流量が減少する側
のみの学習であるために、その時の号数と、実号数の読
み取りのバラツキにより実際の能力よりも絞り過ぎてし
まうことになり、一度絞り過ぎた場合は復帰しないとい
う問題があった。また、燃焼制御量（号数制御）の中の
フィードバック制御量Ｇfbには、給湯設定温度Ｔs と出
湯温度Ｔh の差（Ｔs −Ｔh ）の積分項及び比例項が含
まれているから、出湯温度Ｔh が給湯設定温度Ｔs より
少しでも低ければ、燃焼量を増加させる方向に制御され
るが、この時同時に流量が絞られると、燃焼量を増加さ
せる余地があるうちに出湯温度Ｔh が給湯設定温度Ｔs
に一致してしまう恐れがあった。なお、本発明は、最大
号数Ｇm を学習することを目的とするものではない。

【０００５】本発明の目的は、最大号数を学習すること
ではなく、通常の出湯運転中に、運転号数に関係なく、
出湯温度を監視しながら常に目標流量を補正することが
できる給湯器の運転制御方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の給湯器の運転制御方法は、目標設定温度の出
湯が可能な最大流量を目標流量として算出し、給湯流量
が目標流量を超えないように流量制御弁を制御するもの
において、目標流量は、最大号数と給湯設定温度と入水
温度とに基づく演算式と、給湯設定温度と出湯温度との
差に基づく演算式とから算出し、給湯設定温度と出湯温
度との差に基づく演算式は、給湯設定温度と出湯温度と
の差が所定値以上のときには目標流量を減少させる方向
に作用し、給湯設定温度と出湯温度との差が所定値より
小さくなると目標流量を増加させる方向に作用するよう
に設定したことにより、過流出状態が生じた場合、出湯
温度は給湯設定温度に達せず、その差が所定値以上であ
れば、目標流量は減少されて過流出を解消することがで
きる。この時目標流量が必要以上に減少されて絞り過ぎ
となったとしても、給湯設定温度と出湯温度との差が所
定値より小さくなるから、目標流量は増加方向に変化
し、絞り過ぎを解消することができる。尚、これらの動
作が交互に繰り返されたとしても、やがて燃焼量が最大
で、且つ給湯設定温度と出湯温度との差が所定値より小
さい状態に収束する。また、予め定めた温度補正値α、
予め定めた定数Ａ、積分流量Ｉの最大値Ｂにおいて、給
湯設定温度Ｔs より温度補正値αを減じた値と、出湯温
度Ｔh との差を積分して積分流量Ｉを次式で算出し、 Ｉ＝｛Σ（Ｔs −α−Ｔh ）｝／Ａ （但し、Ｂ≧Ｉ≧
０） 目標流量Ｑm を、最大号数Ｇm 、給湯設定温度Ｔs 、入
水温度Ｔc において、次式で算出するものである。 Ｑm ＝Ｇm ×２５÷（Ｔs ─Ｔc ）─Ｉ これにより、設定温度Ｔs から温度補正値αを減じたも
の（Ｔs −α）と出湯温度Ｔh との差を積分して積分流
量Ｉを算出し、算出した積分流量Ｉを減じて目標流量Ｑ
m を算出しているから、目標流量Ｑm が可変となり、常
時学習と同等の効果が得られるとともに、必要時には常
に最大能力を出力しながら出湯温度Ｔhを維持すること
ができる。また、燃焼開始から予め設定した待機時間Ｘ
が経過してから、積分流量Ｉの演算を開始することによ
り、出湯能力（号数Ｇ）が実際に出湯温度Ｔh に影響を
及ぼす前に積分流量Ｉの演算を開始することによって生
じる積分流量Ｉの過剰加算を防止しすることができる。
積分流量Ｉの過剰加算による流量制御弁が絞り過ぎとな
り、流量制御弁の絞り過ぎ状態から正常な状態に復帰す
るまでの時間が不要となり、応答が速やかになる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明を適用する給湯器の一例を
図３に基づいて概略構成を説明すると、給湯器は、熱交
換器１と、熱交換器１の入口側に接続された入水管２
と、熱交換器１の出口側に接続された出湯管３と、入水
管２に配設された流量センサ４及び入水温度センサ５
と、出湯管３に配設された出湯温度センサ６及び流量制
御弁７と、熱交換器１を加熱するバーナ８と、バーナ８
に接続されたガス管９と、ガス管９に配設された比例制
御弁１０及び電磁弁１１と、コントローラ１２と、コン
トローラ１２に接続されたリモートコントローラ１３と
を備えている。

【０００８】コントローラ１２は、流量センサ４が検出
した流量Ｑと、入水温度センサ５が検出した入水温度Ｔ
c と、出湯温度センサ６が検出した出湯温度Ｔh と、リ
モートコントローラ１３から給湯設定温度Ｔs 等の各種
設定値が入力され、流量制御弁７と比例制御弁１０及び
電磁弁１１に駆動制御量が出力される。

【０００９】図１のフローチャートを参照して本発明の
第１実施例を説明すると、流量センサ４が最低作動通水
量ＭＯＱ以上の流量Ｑを確認した（ＭＯＱ ＯＮ）後
（ステップＳ１）、積分流量Ｉを次式で算出する（ステ
ップＳ２）。 Ｉ＝｛Σ（Ｔs −α−Ｔh ）｝／Ａ （但し、Ｂ≧Ｉ≧
０） 但し、α：予め定めた温度補正値（例えば、α＝１〜２
℃） Ａ：予め定めた定数 Ｂ：積分流量Ｉの最大値

【００１０】上記積分流量Ｉの算出式においては、出湯
温度Ｔh が、給湯設定温度Ｔs より温度補正値α（α＝
１〜２℃）だけ低い値（Ｔs −α）を下回った時にのみ
積分流量Ｉが増大するようにしたものであり、これは燃
焼量制御だけでは求める出湯温度が得られない場合にの
み流量を絞る流量制御を行うためである。即ち従来の燃
焼制御においては、燃焼制御量（号数制御）の中のフィ
ードバック制御量Ｇfbには、給湯設定温度Ｔs と出湯温
度Ｔh の差（Ｔs −Ｔh ）の積分項及び比例項が含まれ
ているから、出湯温度Ｔh が給湯設定温度Ｔs より少し
でも低ければ、燃焼量を増加させる方向に制御される
が、この時同時に流量が絞られると、燃焼量を増加させ
る余地があるうちに出湯温度Ｔh が給湯設定温度Ｔsに
一致してしまう恐れがあるのに対して、本発明は、出湯
温度Ｔh が、給湯設定温度Ｔs より温度補正値α（α＝
１〜２℃）だけ低い値（Ｔs −α）を下回った時にのみ
積分流量Ｉが増大するようにしたことにより、燃焼量制
御だけでは求める出湯温度が得られない場合にのみ流量
を絞る流量制御を行うことができる。

【００１１】また、定数Ａは、目標流量への流量補正速
度を調整する、即ち流量補正を速く行うか、緩やかに行
うかを調整するものであり、定数Ａが小さいと流量補正
の補正速度が急峻過ぎて、出湯運転中の設定温度が変更
された時や、出湯流量が大幅に変化した時等に、燃焼制
御的に過渡状態にある間に過剰に反応してしまう恐れが
あるとともに、機種によって（例えば、バイパスミキシ
ング式給湯器で、バイパス弁のの制御により最終的な給
湯温度の調整が行われるもの）、定数Ａの値を十分に大
きくして目標流量の補正をある程度穏やかにすることが
できる。

【００１２】算出した積分流量Ｉが０より小さいか否か
を判定し（ステップＳ３）、積分流量Ｉが０より小であ
る（Ｉ＜０）場合は、積分流量Ｉを０（Ｉ＝０）として
（ステップＳ５）、目標流量制御を行う（ステップＳ
７）。ステップＳ３において、積分流量Ｉが０以上であ
る（Ｉ≧０）場合は、積分流量Ｉが積分流量Ｉの最大値
Ｂより大であるか（Ｉ＞Ｂ）否かを判定し（ステップＳ
４）、積分流量Ｉが最大値Ｂより大である場合は積分流
量Ｉを最大値Ｂ（Ｉ＝Ｂ）として（ステップＳ６）、目
標流量制御を行う（ステップＳ７）。ステップＳ４にお
いて、積分流量Ｉが０より大きく最大値Ｂ以下である場
合、積分流量Ｉの値をそのまま用いて、目標流量制御を
行う（ステップＳ７）。

【００１３】目標流量制御において、目標流量Ｑm は、
最大号数Ｇm 、給湯設定温度Ｔs 、入水温度Ｔc におい
て、次式で算出する。 Ｑm ＝Ｇm ×２５÷（Ｔs ─Ｔc ）─Ｉ ここで、積分流量Ｉは、上述のとおり、Ｉ＝｛Σ（Ｔs
−α−Ｔh ）｝／Ａで算出されるから、設定温度Ｔs か
ら温度補正値αを減じたもの（Ｔs −α）を出湯温度Ｔ
h が下回った時は、積分流量Ｉが増大して目標流量Ｑm
は減少し、流量制御弁７の開度を絞って流量を低減さ
せ、出湯温度Ｔh の低下を防ぎ、出湯温度Ｔh を保持す
る動作を行う。

【００１４】一方設定温度Ｔs から温度補正値αを減じ
たもの（Ｔs −α）を出湯温度Ｔhが上回った時は、積
分流量Ｉが減少して目標流量Ｑm は増大し、流量制御弁
７を開いて流量を増大させ、出湯温度Ｔh の上昇を防
ぎ、出湯温度Ｔh を保持する動作を行う。

【００１５】この構成によると、設定温度Ｔs から温度
補正値αを減じたもの（Ｔs −α）と出湯温度Ｔh との
差を積分して積分流量Ｉを算出し、算出した積分流量Ｉ
を減じて目標流量Ｑm を算出しているから、目標流量Ｑ
m が可変となり、常時学習と同等の効果が得られるとと
もに、必要時には常に最大能力を出力しながら出湯温度
Ｔh を維持することができる。

【００１６】図３のフローチャートを参照して第２実施
例を説明する。流量センサ４が最低作動通水量ＭＯＱ以
上の流量Ｑを確認した（ＭＯＱ ＯＮ）後（ステップＳ
１０）、燃焼を開始してから予め定めた待機時間Ｘ（例
えば、Ｘ＝２０〜３０秒）が経過したか否かを判定し
（ステップＳ１１）、待機時間Ｘ（Ｘ＝２０〜３０秒）
が経過した時は、積分流量Ｉを次式で算出する（ステッ
プＳ１２）。 Ｉ＝｛Σ（Ｔs −α−Ｔh ）｝／Ａ （但し、Ｂ≧Ｉ≧
０）

【００１７】算出した積分流量Ｉが０より小さいか否か
を判定し（ステップＳ１３）、積分流量Ｉが０より小で
ある（Ｉ＜０）場合は、積分流量Ｉを０（Ｉ＝０）とし
て（ステップＳ１５）、目標流量制御を行う（ステップ
Ｓ１８）。ステップＳ１３において、積分流量Ｉが０以
上である（Ｉ≧０）場合は、積分流量Ｉが積分流量Ｉの
最大値Ｂより大であるか（Ｉ＞Ｂ）否かを判定し（ステ
ップＳ１６）、積分流量Ｉが最大値Ｂより大である場合
は積分流量Ｉを最大値Ｂ（Ｉ＝Ｂ）として（ステップＳ
１７）、目標流量制御を行う（ステップＳ１８）。ステ
ップＳ１６において、積分流量Ｉが０より大きく最大値
Ｂ以下である場合、積分流量Ｉの値をそのまま用いて、
目標流量制御を行う（ステップＳ１８）。

【００１８】ステップＳ１２において、待機時間Ｘ（Ｘ
＝２０〜３０秒）が経過していない場合は、積分流量Ｉ
を０（Ｉ＝０）として（ステップＳ１５）、目標流量制
御を行う（ステップＳ１８）。なお、この時積分動作を
禁止して、前回出湯時の積分流量Ｉの値を保持して用い
ても良いものである。

【００１９】この構成によると、出湯能力（号数Ｇ）が
実際に出湯温度Ｔh に影響を及ぼす前に積分流量Ｉの演
算を開始することによって生じる積分流量Ｉの過剰加算
を防止しすることができる。積分流量Ｉの過剰加算によ
る流量制御弁が絞り過ぎとなり、流量制御弁の絞り過ぎ
状態から正常な状態に復帰するまでの時間が不要とな
り、応答が速やかになる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
から、次のような効果を奏する。目標設定温度の出湯が
可能な最大流量を目標流量として算出し、給湯流量が目
標流量を超えないように流量制御弁を制御するものにお
いて、目標流量は、最大号数と給湯設定温度と入水温度
とに基づく演算式と、給湯設定温度と出湯温度との差に
基づく演算式とから算出し、給湯設定温度と出湯温度と
の差に基づく演算式は、給湯設定温度と出湯温度との差
が所定値以上のときには目標流量を減少させる方向に作
用し、給湯設定温度と出湯温度との差が所定値より小さ
くなると目標流量を増加させる方向に作用するように設
定したことにより、過流出状態が生じた場合、出湯温度
は給湯設定温度に達せず、その差が所定値以上であれ
ば、目標流量は減少されて過流出を解消することができ
る。この時目標流量が必要以上に減少されて絞り過ぎと
なったとしても、給湯設定温度と出湯温度との差が所定
値より小さくなるから、目標流量は増加方向に変化し、
絞り過ぎを解消することができる。尚、これらの動作が
交互に繰り返されたとしても、やがて燃焼量が最大で、
且つ給湯設定温度と出湯温度との差が所定値より小さい
状態に収束する。また、設定温度Ｔs から温度補正値α
を減じたもの（Ｔs −α）と出湯温度Ｔh との差を積分
して積分流量Ｉを算出し、算出した積分流量Ｉを減じて
目標流量Ｑm を算出しているから、目標流量Ｑm が可変
となり、常時学習と同等の効果が得られるとともに、必
要時には常に最大能力を出力しながら出湯温度Ｔh を維
持することができる。また、燃焼開始から予め設定した
待機時間Ｘが経過してから、積分流量Ｉの演算を開始す
ることにより、出湯能力（号数Ｇ）が実際に出湯温度Ｔ
h に影響を及ぼす前に積分流量Ｉの演算を開始すること
によって生じる積分流量Ｉの過剰加算を防止しすること
ができる。積分流量Ｉの過剰加算による流量制御弁が絞
り過ぎとなり、流量制御弁の絞り過ぎ状態から正常な状
態に復帰するまでの時間が不要となり、応答が速やかに
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すフローチャートであ
る。

【図２】本発明の第２実施例を示すフローチャートであ
る。

【図３】本発明を適用する給湯器の一例を示す概略構成
図である。

【符号の説明】

１ 熱交換器、２ 入水管、３ 出湯管、４ 流量セン
サ ５ 入水温度センサ、６ 出湯温度センサ、７ 流量制
御弁 ８ バーナ、９ガス管、１０ 比例制御弁、１１ 電磁
弁、１２ コントローラ、１３ リモートコントローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目標設定温度の出湯が可能な最大流量を
   目標流量として算出し、給湯流量が目標流量を超えない
   ように流量制御弁を制御するものにおいて、目標流量
   は、最大号数と給湯設定温度と入水温度とに基づく演算
   式と、給湯設定温度と出湯温度との差に基づく演算式と
   から算出し、給湯設定温度と出湯温度との差に基づく演
   算式は、給湯設定温度と出湯温度との差が所定値以上の
   ときには目標流量を減少させる方向に作用し、給湯設定
   温度と出湯温度との差が所定値より小さくなると目標流
   量を増加させる方向に作用するように設定したことを特
   徴とする給湯器の運転制御方法。
2. 【請求項２】 予め定めた温度補正値α、予め定めた定
   数Ａ、積分流量Ｉの最大値Ｂにおいて、給湯設定温度Ｔ
   s より温度補正値αを減じた値と、出湯温度Ｔh との差
   を積分して積分流量Ｉを次式で算出し、 Ｉ＝｛Σ（Ｔs −α−Ｔh ）｝／Ａ （但し、Ｂ≧Ｉ≧
   ０） 目標流量Ｑm を、最大号数Ｇm 、給湯設定温度Ｔs 、入
   水温度Ｔc において、次式で算出することを特徴とする
   請求項１記載の給湯器の運転制御方法。 Ｑm ＝Ｇm ×２５÷（Ｔs ─Ｔc ）─Ｉ
3. 【請求項３】 燃焼開始から予め設定した待機時間Ｘが
   経過してから、積分流量Ｉの演算を開始することを特徴
   とする請求項２に記載された給湯器の運転制御方法。