JPS5952721B2 - 湯沸装置の温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は湯沸装置、特に給湯タンクを持たない瞬間式の
湯沸装置に用いて好適な湯沸装置の温度制御装置に関す
るものである。

従来、瞬間式湯沸装置における給湯温度の制御は、第１
図にその一例を示すように、熱交換器１の出口に給湯温
度を検出する温度センサ２を設け、この温度センサ２の
出力信号Ｔｏと設定温度Ｔｓｐとの偏差を制御部３にお
いて求め、この偏差値に応じて駆動部４を制御してバー
ナ５におけるガスＧの燃焼量を制御し、給湯ＨＷの温度
を設定温度に一致させるように行なわれている。

同時に、熱交換器１の入口に水圧応動弁またはフロース
イッチ等からなる流量検出器６を設け、沸騰防止および
湯沸装置の保護のために一定給水量以下ではガスの燃焼
を制御する手段も講じられている。換言すれば、従来の
温度制御方式は温度制御を行なう部分に対し、給湯温度
情報（Ｔｏ）をフィードバッグすることにより、給湯温
度を制御するものである。

ところが、このような制御系では、熱交換器１の持つ無
駄時間要素のため、ある燃焼フ条件のもとにおける給湯
温度（Ｔｏ）の変化はある一定の時間遅れをもつて温度
センサ２に検出される。このため、給水流量ｑが第２図
ａまたは第２図ｂに示すように急激に変化した場合、フ
ィードバックループによる温度制御系が応答するまでτ
の間に、給湯温度（Ｔｏ）に図のようなオーバーシュー
トまたはアンダーシュートが生じ、良好な温度制御がで
きないという欠点を有している。本発明はこのような欠
点を解決するためになされたもので、その目的は給水流
量や給水温度などの外乱の急激な変化があつても良好な
温度制御が可能な湯沸装置の温度制御装置を堤供するこ
とにある。以下、図示する実施例に基づき本発明を詳細
に説明する。

第３図は本発明の一実施例を示すプロツク図であつて、
第１図と同一部分は同一記号を用いて表わしている。

同図いおいて、７は熱交換器１の入口側に設けられ、給
水Ｗの流量を検出する流量センサであつて、例えば永久
磁石を内蔵した羽根車の回転をホール素子によつて検出
し、出力端子から給水流量に対応した信号ｑを送出する
ように構成されている。

８は給水Ｗの温度を検出し、その温度に対応した信号Ｔ
ｉを出力する温度センサ、９は設定温度（Ｔｓｐ）に対
する給水温度（Ｔｉ）の偏差信号（ＴｓＯ−Ｔｉ）と流
量信号ｑとを乗算し、流量（ｑ）の給水を設定温度（Ｔ
ｓｐ）まで高めるための必要熱量Ｑを算出する演算部、
１０は演算部９において得られた必要熱量Ｑの微分信号
ＤＱを得る微分演算部、１１は給水流量（ｑ）の微分値
をとり、給水流量（ｑ）の急変を示す微分値が所定の設
定値Δ以上になつた時、制御部３の出力信号をゼロとす
る制限回路である。

なお、微分演算部１０の出力信号ＤＱは制御部３の出力
信号に加えられて駆動部４に対し、ガスＧの燃焼量を制
御する信号として入力されている。従つて、駆動部４は
次の第（１）式で示すような信号ｇによつて制御されて
いることになる。但し、Ｔ（Ｔｓｐ，ＴＯ）＝設定温度
Ｔｓｐと給湯温度ＴＯとで定まる給湯関数であるが、こ
の関数は給水流量（ｑ）の微分値が 所定の設定値Δ以上となつた時にゼロ となる Ｔ（Ｔｓｐ，Ｔｉ）＝設定温度Ｔｓｐと給水温度Ｔｉと
で定まる給水関数ＴＤ＝微分時間 Ｋ＝比例定数 である。

このような構成において、演算部９は（Ｔｓｐ一Ｔｉ）
・ｑの演算動作を行ない、必要熱量Ｑを算出しているが
、必要熱量ＱのパラメータであるＴｓｐ，Ｔｉ，ｑのい
ずれかが急変しない場合、その微分信号ＤＱは小さい値
を示している。

一方、このような場合には設定温度（Ｔｓｐ）と給湯温
度（ＴＯ）との偏差（Ｔｓｐ−ＴＯ）は士ｔ℃以内にあ
る。このため、駆動部４は制御部３から出力されるｌ設
定温度（Ｔｓｐ）と給湯温度（ＴＯ）との偏差（Ｔｓｐ
−ＴＯ）に対した信号によつて制御される。

すなわち、外乱としてのＴｓｐ，Ｔｉ，ｑが安定してい
る平常応答状態では偏差（Ｔｓｐ−ＴＯ）によつてガス
Ｇの燃焼量が制御される。ところが、ある制御状態にお
いて例えば流量（ｑ）が大きく変化し、この給水流量（
ｑ）の微分値が所定値Δを越えると、制御回路１１は制
御部３の出力信号をゼロにする信号を出力する。

これによつて制御部３による温度制御は禁止される。そ
して、給水流量（ｑ）の急変が検出されることにより、
演算部９で算出される必要熱量Ｑも急変する。これによ
つて、微分演算部１０からは必要熱量Ｑの変化方向と変
化幅に対応した微分信号ＤＱが出力される。この微分信
号ＤＱは制御部３の出力信号と加えられて駆動部４に与
えられる。例えば、ｑが急に減じられると、微分演算部
１０の出出信号ＤＱはｑの変化幅に応じたマイナスレベ
ルの信号値を示す。このため、前記第（１）式で示され
る信号ｇの値は一時的に小さくなり、これに伴つてガス
Ｇ（７）燃焼量も小さくなる。つまり、ガスＧの燃焼量
は給湯温度（ＴＯ）にオーバーシユートが発生する以前
に、微分演算部１０の出力信号ＤＱによつて早いタイミ
ングで減じられる。この場合、必要熱量Ｑの微分時間Ｔ
Ｄは熱交換器の無駄時間を勘案して決められている。同
様に、給水流量（ｑ）が急に増加された場合、微分演算
部１０の出力信号ＤＱはｑの変化幅に応じたプラスレベ
ルの信号値を示す。

このため、駆動部４に与えられる信号ｇの値は一時的に
大きくなり、ガスＧ（７）燃焼量が一時的に増加される
。つまり、ガスＧの燃焼量は給湯温度（ＴＯ）にアンダ
ーシユートが発生する以前に、信号ＤＱによつて早いタ
イミングで一時的に増加される。そして、このような外
乱である給水流量（ｑ）の急変に対する過渡応答制御に
より、設定温度（Ｔｓｐ）と給湯温度（ＴＯ）との偏差
が小さくなつた時は微分信号ＤＱの値はすでに小さくな
つており、また制限回路１１の出力信号の送出も停止さ
れているため、今度は偏差（Ｔｓｐ−ＴＯ）を主なパラ
メータとして制御部３による温度制御が実行される。こ
れによつて、外乱としての給水流量（ｑ），給水温度（
Ｔｉ），設定温度（Ｔｓｐ）が急変した場合でも良好な
温度制御を行なうことができる。また、過渡応答状態で
は、制御部３の機能が制限回路１１によつて強制．的に
停止されるため、過渡応答時における給水流量（ｑ）の
変動による制御系の振動応答を防止できる。すなわち、
過渡応答時には、微分信号ＤＱを利用したフイードフオ
ワード制御のみによつて温度制御が実行されるため、制
御系の振動応答を防止できる。これによつて、安定した
温度制御を実行し得る利点がある。第４図は本発明の他
の実施例を示すプロツク図であつて、第３図と異なる点
は微分信号ＤＱがあ，る一定値以上になつた時のみ偏差
信号（Ｔｓｐ一ＴＯ）をτ時間だけ遅延回路１２で遅延
して制御部３に入力するようにしたことである。

この場合、遅延時間τは過渡応答によつて偏差信号（Ｔ
ｓｐ−ＴＯ）の値が士ｔ℃以内に収まる時間とほぼ等し
く設定される。これによつて、第３図の実施例と同様の
効果が得られる。第５図は本発明の他の実施例の要部を
示すブカツク図であつて、第３図と同一部分は同一記号
を用いて表わしている。

第５図において、第３図と異なる点は微分演算部１０を
微分動作感度の異なる２つの微分回路１０ａ，１０ｂと
から構成したことである。微分回路１０ａは給水流量（
ｑ）が急に減少した時に感応し、微分回路］０ｂは給水
流量（ｑ）が急に増加した時に感応するように設定され
ている。

微分回路１０ａは給水流量（ｑ）などを急に減じた場合
、制御系の応答遅れが原因で希望より高温の給湯がなさ
れないように、ガスＧの燃焼量を十分速く、かつ大幅に
減じるためのものであり、一方の微分回路１０ｂは給水
流量（ｑ）などを急に増加した場合、制御系の過渡応答
時間を最低にするためのものである。このようにするこ
とにより、給水流量（ｑ）が急減した場合には給湯温度
（ＴＯ）のオーバーシユートを確実に防止でき、一方、
給水流量（ｑ）を急増させた場合には短時間で平常応答
に移行させ、設定温度（Ｔｓｐ）と給湯温度（ＴＯ）と
の偏差による温度制御を速やかに実行することができる
。第６図は本発明のさらに他の実施例の要部を示すプロ
ツク図であつて、第３図と異なる点は微分演算部１０を
微分回路１００およびリミツタ１０１とから構成したこ
とにある。

リミツタ１０１は、必要熱量Ｑが急減した時、微分信号
ＤＱのレベルがバーナの下限燃焼量を下回るようなレベ
ルとなり、一時的にガスＧ（７）燃焼状態が消火され、
ただちに着火するというような動作を避けるため、微分
回路１００から出力される必要熱量Ｑの微分信号ＤＱの
下限値を制限するものである。これにより、ガスＧの燃
焼状態を安定化することができる。第７図は本発明のさ
らに他の実施例の要部を示すプロツク図であつて、第３
図と異なる点は微分演算部１０を、微分動作感度が給水
流量（ｑ）の大小に応じて異なる２つの微分回路１０Ｃ
，１０ｄによつて構成したことにある。

微分回路１０Ｃは給水流量（ｑ）が大きい場合に必要熱
量Ｑの微分信号を出力し、微分回路１０ｄは給水流量（
ｑ）が小さい場合に必要熱量Ｑの微分信号を出力するも
のであり、微分回路１０Ｃの方の感度が低く設定されて
いる（具体的には、比例定数Ｋが小さい）。これは、第
８図のグラフに示すように、供給ガス燃焼量（ｇ）の大
小によつて熱交換゛効率ηが異なるため、供給ガス燃焼
量（ｇ）の大小によつてガスＧの燃焼量への影響が変化
し、制御性が低下するのを補償するためのものである。
これによつて、供給ガス燃焼量（ｇ）の大小にかかわら
ず、良好な温度制御を行なうことができ・る。なお、上
記実施例では沸騰防止のためにガスの燃焼量を制限する
リミツタは付加していないが、実用に際しては当然付加
されるものである。

但し、そのリミツタは流量センサ７の出力信号によノリ
動作し、制御部３の出力を制限する電子回路によつて構
成できる。このため、従来のように水圧応動弁など高価
で大型形状のものを使用しなくて済み、安価で小型形状
の温度制御装置を作ることができる。また、上記実施例
では、設定温度（Ｔｓｐ），給水温度（Ｔｉ），給水流
量（ｑ）を外乱としてこれらの外乱の変化に起因する必
要熱量の変化を検出するようにしているが、設定温度（
Ｔｓｐ）および給水温度（Ｔｉ）は通常急変しない場合
が多いため、給水流量（ｑ）のみを外乱としてこれに対
する必要熱量の変化を検出するようにしてもよい。

以上説明したことから明らかなように、本発明は外乱の
変化に伴う必要熱量の変化を熱交換器の入口側で取出し
、この変化を示す微分信号により過渡応答時の温度制御
を実行し、平常応答時には設定温度と給湯温度との偏差
により温度制御を実行するようにしたものである。この
ため、外乱の急変時においても給湯温度にオーバーシユ
ートやアンダーシユートが発生せず、常に良好な温度制
御を行なうことができる。また、過渡応答時には必要熱
量の微分信号を利用したフイードフオワード制御のみに
よつて温度制御が実行されるため、制御系の振動応答を
防止でき、安定した温度制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の温度制御方式を説明するた
めの図、第３図ないし第７図は本発明の実施例を示すプ
ロツク図、第８図は給水流量と熱交換効率の関係を示す
グラフである。 １・・・・・・熱交換器、２，８・・・・・・温度セン
サ、３・・・・・・制御部、４・・・・・・駆動部、５
・・・・・・バーナ、７・・・・・・流量センサ、９・
・・・・・演算部、１０・・・・・・微分演算部、１１
・・・・・・制限回路、１２・・・・・・遅延回路、１
０ａ〜１０ｄ，１００・・・・・・微分回路、１０１・
・・・・・リミツタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 設定温度と給湯温度との偏差信号により給湯温度を
   制御する湯沸装置の温度制御装置において、給水温度を
   検出する温度センサと、給水流量を検出する流量センサ
   と、上記温度センサおよび流量センサの出力信号に基づ
   き設定温度に対する必要熱量を算出する演算手段と、該
   演算手段によって算出された必要熱量の微分信号を得る
   微分演算手段と、必要熱量の変化量が所定値以上の時は
   微分演算手段の出力信号だけで温度制御を実行し、必要
   熱量の変化量が所定値以下の時は必要熱量を算出する演
   算手段の出力信号および微分演算手段の出力信号とによ
   つて温度制御を実行する制御部とを備えたことを特徴と
   する湯沸装置の温度制御装置。