JPS6069452A - ガス湯沸器の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分ｉ） この発明は、　設定温度を急激に土性させた場合にも、
出湯温度が直ちにこれに精度良く追従するようにしたガ
ス湯沸器に関する。

（従来技術とその問題点） 従来、一般の湯沸器における温度制御は、水量調整弁の
開度を固定したままの状態で、温度設定器で設定された
設定湿度と出湯温度検出器で検出された出湯温度との偏
差を補正すべく例えばＰＩＤ演算などを行ない、この演
算結果でガス流山調整弁の開度を制御するようにしてい
る。

しかしながら、このような温度制御方式にあっては、設
定温度を急激に上昇させたような場合、これに制御系が
迅速に追従することができず、実際に出湯＠度が設定温
度に達するまでにかなり時間がかかり、例えば４０″Ｃ
で食器洗いなどをしている状態から、急に８０℃程度の
熱湯が必要となったような場合に使い勝手が悪いなどの
問題点を有していた。

そこで、本出願人はこのような問題を解決すべく、温度
追従性の高い新規なガス湯沸器の温度制御Ｉ装置を開発
中（未公開）である。

この新規な温度制御装置にあっては、水量調整弁の開度
を固定したｊ、まの状態で、湿度設定器で設定された設
定湿度と出湯温度検出器で検出された出湯湿度の偏差を
補正づべくガス流量調整弁の開度を制御する通常モード
の最中に、設定温度の急激な変化が検出されると、その
時点から以降については、ガス流山調整弁の開度を最大
に固定したままの状態で、制御開始時点にｄ３Ｌプる入
水′ａ１度。

設定出湯温度および最大燃焼状態での発熱量に基づいて
水量調整弁の所要開度を先行演算によりめ、該開度に水
量調整弁を固定覆るいわゆるフィードフォワード制御を
行ない、さらにこのフィードフォワード制御の結果出湯
温度の安定化が検出された後にＬｌ１３いては、ガス流
石調整弁の開度を最大に固定したままの状態で、温度設
定器で設定された設定温度と出湯温度検出器で検出され
た実際の出湯温度との偏差を補正ずべく水量調整弁の開
度を制御するいわゆる水量補正制御を行なうようにして
いる。

そして、このような基本構成によれば、例えば４０℃で
食器洗いなどをしている状態から、急に８０℃程度の熱
湯が必要となったような場合には、最大燃焼状態におい
て水量が逆に絞られることにより、温度については急激
に上昇し所要の熱湯を直ちに得ることが可能となるので
ある。

ところで、このような温度制御装置にあっては、フィー
ドフォワード制御から水量補正制御へ移行する場合に、
確実に出湯温度の安定化が検出される必要がある。プな
わら、出湯温度がフィード７Ａワード制御によって未だ
安定していない状態で、フィードフォワード制御から水
量補正モードへと移行させると、水量を微細に調整する
ことは難しいため、出湯温度が大きく変動して所望の熱
湯を安定的に得ることができなくなるためである。

そこで、先に本出願人らが開発したものにおいては、出
湯湿度検出器の出力を一定の微少間隔毎に検出するとと
もに、予め設定された確認周期毎に最大値と最小値とを
め、これらの偏差が許容幅内に入るか否かに基づいて、
出湯′ａｌＩｌｆの安定化を確認するようにしていた。

ところが、このように一定の判定周期毎に、最大値と最
小値とに基づく変動幅確認を行なうと、相前後する判定
周期に跨がって出湯８度の安定な領域が存在しても、中
々これを出湯温度安定と確認ツることができず、このた
めフィードフォワード制御から水量補正制御への切替が
行われず、結８設定温度が急変されてから出湯温度がこ
れに追従するまでに時間遅れが生ずるという問題があっ
た。

（発明の目的） この発明の目的は、以上説明したようにこの種のガス湯
沸器において、最大燃焼状態で水量調整弁の開度を固定
したいわゆるフィードフォワード制御から、最大燃焼状
態で出湯温度に応じて水量調整弁を開閉制御する水石補
正制御への移行を、できるだけ迅速に行なわせることに
ある。

（発明の構成と効果） この発明は、上記の目的を達成するために、出ｉｔ度が
安定化したことを確認するについて、まず一定時間毎に
出湯温度検出器の出力を読込み、これら出ノ〕の中で最
大値および最小値を一定周期毎にめ、次いでめられた最
大値と最小値との差で得られる変動幅が許容幅に入るか
否かを弁別し、許容幅に入ると弁別されるとともにタイ
マを起動するとともに、該タイマを許容幅に外れると検
出されるたびにリセットし、このタイマのタイムアツプ
に基づいて出湯温度の安定化を確認づるようにしたもの
である。

このような構成によれば、出湯温度が安定化しはじめる
とともにタイマが起動され、かつ安定状態がタイマの設
定時間以上に継続した場合に限りタイマがタイムアツプ
されるため、このタイマのタイムアンプに基づいて出湯
温度の安定化を迅速に確認することができる。

（実施例の説明） 第１図はこの発明の一実施例であるガス温情型のシステ
ム構成を承り図である。

同図において、炉体１は縦型円筒状に形成され、その底
部にはバーナ２が配置されるとともに、その上方には熱
交換器３が配置され、さらに炉体１の上部に形成された
排気口４には、−し−タＭＦ駆動される排気ファン５が
取り付番プられている。

熱交換器３の入口側には、給水管路６が接続されるとと
もに、出口側には給湯管路７が接続され、この給湯管路
７は先端側に８３いて３本に分岐され、各分岐管路７ａ
、７ｂ、７ｃには、それぞれ７Ｊラン８ａ、８ｂ、８ｃ
が取りイ」【プられている。

熱交換器３の入口側に近い給水管路６上には、水量調整
弁９．水流スイッチ１０．入水温度検出器１１が順に取
り付けられている。

水量調整弁９は、全開状態から全開状態まで回路を連続
的に調整可能な例えばモータ駆動式のサーボ弁で構成さ
れ、またその現在開度は該水石調整弁９に備え付けられ
たポテンショメータなどを介して＝１ントローラ１２側
へと送られる。

水流スイッチ１０は、カラン８８〜８Ｃの何れかが開か
れて、給水管路６内に一定値以上の水流が生ずると、こ
れを検出してオンするスイッチである。

入水温度検出器１１は、例えばサーミスタなどの感温素
子で構成され、コントローラ１２内の処理回路に接続さ
れて、入水湿度に対応したアナログ電圧を出力する。

熱交換器３の出口側に近い給湯管路７上には、出湯温度
検出器１３が取り付けられている。この検出器１３も、
例えばサーミスタなどの感温素子で構成され、コントロ
ーラ１２内の処理回路に接続されて、出湯温度に対応し
たアナログ電圧を出力する。

バーナ２へと燃料ガスを供給するガス供給管路１４上に
は、ガス遮断弁１５．ガスガバナ１６およびガス流量調
整弁１７が順に取り（すりられている。

遮断弁１５は、全開状態と全開状態との２つの状態を取
り得る電磁弁で構成され、コントローラ１２からの信号
で開閉制御される。

ガスガバナ１６は、燃料ガスと空気とを適当な割合で混
合させる機能を有するものである。

流量調整弁１７は全開状態から全開状態まで開度を連続
的に調整可能な例えばモータ駆動式のサーボ弁で構成さ
れ、またその現在間痕は流量調整弁１７に備え付けられ
たポテンショメータなどを介してコントローラ１２側へ
と送られる。

点火器１８は、コントローラ１２からの指令で火花を発
し、バーナ２から噴出づる燃料ガスに着火するものであ
る。

火炎検出器１９は、バーナ２から発する火花に近接して
、炎電流およびその整流作用を利用して火炎を電気信号
に変操Ｊるとともに、この信号を適宜増幅した後これを
比較的大きな時定数を有する平滑回路で平滑し、さらに
基準レヘルをもって２値化するとともに、その出ツノで
ドライバを介してリレーを駆動し、接点信号を出力する
。

コントローラ１２は、燃焼開始から燃焼停止に至るシー
クンス動作を制御ザるシークンス回路と、出湯温度を設
定湿度に維持する温度制御回路とから構成されており、
これらの回路はマイクロコンピュータで実施されている
。

次に、第２図はマイクロコンピュータで実行される制御
手順を示すフローチャートであり、このフローチャート
に従って湯沸器の全体的な動作を簡単に説明する。

まず、ステップ（１）で、水流スイッチ１０の状態を読
込み、水流があれば燃焼開始処理へと移行する。

燃焼開始処理では、まずステップ（３）でプレパージを
行ない、プレパージ時間が経過すれば、ステップ（４）
に続いて緩点火処理へ移行する。

緩点火処理５では、ガス遮断弁１５を全問、ガス流量調
整弁１７を微開とし、バーナ２から燃料ガスを僅かに噴
出させつつ、点火器１８を駆動して、安全スイッチ時間
に亘って点火を試みる。

安全スイッチ時間が経過しても、バーナに着火しない場
合には、ステップ（６）に続いてステップ（７）を実行
し、なんらかのエラー処理を行なう。

安全スイッチ時間経過前に着火が確認されれば、その後
ステップ（１０）およびステップ（１１）で新人および
水流なしがそれぞれ検出されるまでの間、ステップ（９
）で本発明に係わるｉ渇制御処理を繰り返し行なう。

また、湯温制御処理中に新人が検出されると、ステップ
〈１０）に続いてステップ（３）に戻り、再びプレパー
ジ処理を行なう。

他方、湯温制御処理中に水流なしか検出されると、ステ
ップ（１１）に続いてステップ（１２）を実行し、アフ
ターパージ処理を行なう。

また、アフターパージ処理中に、水流有りが再び検出さ
れると、ステップ（１３ンに続いてステップ（５）へ戻
り、緩点火処Ｊ！Ｉ！からの実行を行ない、アフターパ
ージ処理が所定時間経過すれば、ステップ（１４）に続
いてステップ（１）の使用持ち処理へ戻る。

した場合におＩ′ｌる急変確認処理を示？１ｆＪ２明図
である。

第３図において、まず湯温制御が開始されると、ステッ
プ＜ｉｏｏ＞で各検出器ｊ３よび設定器の出力を読込み
、次いでステップ（１０１）、（１０２）で水量″補正
モード、先行制御モード（後述する）の確認を行なう。

ここで、何れのモードにも該当しない場合、ステップ（
１０３）へ進み、設定温度の急変有無を確認する。

ここで、設定温度に急変がなければ、ステップ＜１０４
）で水量調整弁９を全開とし、ステップ（１０５）で所
要ガス流量を演算する。

この演算は、出湯温度検出器１３で検出された出湯温度
ＭＰと温度設定器２０で設定された設定温度ＳＰとに基
づいて行なわれ、これらの偏差を補正するに必要な所要
ガス流量をめる。

次いで、ステップ（１０６）では請求められたガス流量
に対応して、ガス流量調整弁１７の開度をめ、該開度に
一致するように燃料調整用サーボ系を制御する。以上一
連の動作を通常モードの動作と称する。

次に、以上の通常モードの動作中に、設定調度の急変が
ステップ（１０３）で検出されると、ステップ＜１０３
）に続いてステップ（１０７）が実行され、ガス流量調
整弁１７の開度は全開に固定される。

次いで、ステップ（１０８）では、当該時点の設定温度
ＳＰ、入水渇ｒＩＪ、Ｗ　Ｐ　ａｙよびガス流出調整弁
全開に対応した最大発熱ｍ　Ｆ　Ｕ　ｍａｘとに基づい
て、出湯温度ＭＰを設定温度ＳＰに一致させるに必要な
流入水ｆｉＱａを先行演算によりめる。

次いで、ステップ（１０９）では、この流入水量に対応
した水量調整弁９の開度が出力され、この開度と一致す
るようにサーボ系が駆動される。

次いで、ステップ（１１０）で先行制ｔｉｌ＋モードフ
ラグをセットし、以後出湯温度ＭＰが安定づるまでの間
ステップ（１１１）を繰り返ゴ。以上一連の動作を先行
制御モードと称づる。

次に、以上の先行制御モードにおいて、ステップ＜’　
１１１　）で出揚渇僚の安定が検出されると、ステップ
（１１２）では出湯温度ＭＰと設定温度ＳＰとの偏差を
補正するに必要な補正水ｆｆ１Ｑｂをめる。

次いで、ステップ（１１３）では、前記所要水量補正演
算により得られた補正水ｆｉＱｂに対応して、水量調整
弁の所要開度をめる。

このめられた開度に基づいて、ザーボ系が駆動され、水
量調整弁９の開度が開閉制御される。

次いで、ステップ（１１４）では、水量補正モードフラ
グをセットし、以後水量補正モードの動作が継続する。

なお、水量補正モードから通常モードに復帰させるため
には、種々の方法が考えられ、例えば水流がなくなった
こと、あるいは設定温度急変後一定時間が経過したこと
などで行なうことができる。

以上の制御によれば、第４図に示す如く例えば時刻ｔ１
まで通常セードの動作で制御中に、図中点線で示す如く
湿度設定器に急変があると、時刻ｔ１からｔ２までの間
は先行制御モードの動作が実行され、これにより最大燃
焼状態で水流が絞られることにより出湯温度は急上昇す
る。

次いで、出湯温度が安定すると、時刻ｔ２以降について
は水■補正モードの動作が行なわれ、先行制御モードに
よる出湯温度安定値と図中点線で示す出湯温度設定値と
の偏差が補正されることとなり、温度応答性の高いガス
湯沸器が製作できる。

次に、以上説明した第３図のステップ（１１１）で行な
われる出湯温度安定化確認処理を、第５図の７０−ヂャ
ートに基づいて詳細に説明する。

まず、安定化確認処理が開始されると、ステップ（２０
０＞では、Ａ／Ｄ変換器を介して出湯温度検出器１３の
出力を読込み、これを最大値エリアＭＡＸ、最小値エリ
アＭＩＮにそれぞれ記憶させる。

次いで、ステップ（２０１）では、安定化確認用タイマ
を起動し、続くステップ＜２０２）では再度出湯温度検
出器の出力を読込む。

続くステップ（２０３）、（２０４）ｒは、新たに読込
まれた出湯温度が各」−リアＭＡＸ、ＭＩＮにそれぞれ
記憶された出湯温度よりも大きいかあるいは小さいかに
基づいて、ステップ（２０５）またはステップ（２０６
＞を実行し、これにより各エリアＭＡＸ、ＭＩＮに最大
値および最小値データを更新格納する。

次いで、ステップ（２０？）では、各エリアＭΔＸ、Ｍ
ＩＮに記憶された最大値と最小値とに基づいてこれらの
偏差をめ、これが許容幅σより大きいか否かを判定する
。

ここで、偏差σよりも大きい場合には、ステップ（２０
９）へ進んでタイマをリセットした後、第３図のステッ
プ（１００）へ戻り、以後ステップ（１０１）、（１０
２）を経た後再びステップ（２００＞からの動作を繰り
返す。

これに対して、ステップ＜２０７）で偏差が許容幅σよ
りも小さいと判定されれば、以後ステップ＜２０７）→
（２０８）→（２０２）→（２０３）〜（２０７＞を、
ＭＡＸ−ＭＩＮ＜σを条件として繰り返す。

そして、ＭＡＸ−ＭＩＮ＜σの状態が所定時間以上継続
すると、ステップ（２０８）でタイマのタイムアツプが
検出され、以後ステップ（２１０）でタイマをリセット
させた後、ステップ（１１２）以降の水量補正モードの
動作へと移行する。

このように本発明にあっては、出湯湿度の安定化が確認
され始めると同時にタイマを起動し、かつ出湯温度の安
定化が継続することを条１′１とし”Ｃ１このタイマの
計時動作を継続づるようにしたため、タイマがタイムア
ツプしさえづれば確実に出湯温度の安定化が確認される
こととなる。

すなわち、第６図に示す如く、先の開発方式のように一
定の安定化確認周期下を設け、各周期で得られた偏差Δ
ｔ１．Δ［２，△ｔ３が許容幅σ以下となるかどうかを
判定した場合、第６図に示す如く確認周期と確認周期と
に跨がって出湯温度の安定な領域が存在しても、中々こ
れを捉えることができない。

これに対して、本発明の方式によれば、第７図に示す如
く、出湯温度の安定化が確認され始めると同時に、タイ
マが計時動作を開始づるため、第６図と第７図とを比較
して明らかなように、タイマの設定時間以上に亘って出
湯温度の安定な領域が存在すれば、これを直ちに確認覆
ることができ、これによりフィードフォワード制御から
水量補正制御へと制御を迅速に切替えることができるわ
ｔプである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるガス湯沸器のシステム栴成
を示す図、第２図は同ガス湯沸器の制御手順の全体を概
略的に示すフローチャート、第３図は湯温制御処理の詳
細を示すフローチャート、第４図は本発明による制御結
果を示すグラフ、第５図は出湯温度安定確認処理の詳細
を示すフローチャート、第６図は本出願人が先に開発し
た出湯温度安定確認処理を説明する説明図、第７図は本
発明による出湯温度安定化確認処理を示づ説明図である
。 ２　・・・　バ　−　ブー ３・・・熱交換器 ６・・・給水管路 ７・・・給湯管路 ９・・・水量調整弁 １１・・・入水温度検出器 １２・・・コントローラ １３・・・出湯温度検出器 １４・・・ガス供給管路 １７・・・ガス流量調整弁 ２０・・・温度設定器 特許出願人 立石電機株式会社 入ヲンフ”（１００）　Ｋ　スラップ（１１２）ム第６
図 １　１　Ｔ　１ ←■−Ｔ′−−中−Ｔす ｊ 第７図 酋　＋ｊ９

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水量調整弁の開度を固定したままの状態で、温度
   設定器で設定された設定温度と出湯温度検出器で検出さ
   れた出湯温度との偏差を補正すべくガス流量調整弁の開
   度を制御する第１の温度制御手段と： ガス流量調整弁の開度を最大に固定したままの状態で、
   制御開始時点における入水温度、設定出湯温度おＪ：び
   最大燃焼状態での発熱ｍに基づいて水量調整弁の所要開
   度を先行演算によりめ、該開度に水（６）調整弁を固定
   する第２の温度制御手段と： ガス流量調整弁の開度を所定値に固定したままの状態で
   、濃度設定器で設定された設定温度と出湯温度検出器で
   検出された出湯温度との偏差を補正すべく水量調整弁の
   開度を制御する第３の濃度制御手段と； 前記第１の温度制御手段で制御中に、設定温度の急激な
   変化が検出されたときには、第１の温度制御手段から第
   ２の温度制御手段へと制御を切替える第１の切替制御手
   段と； 出湯温度検出器の出力に基づいて、出湯温度が安定した
   ことを確認する温度安定確認手段と：前記第２の温度制
   御手段で制御中に、前記温度安定確認手段で出湯温度の
   安定化が確認されたときには、第２の温度制御手段から
   第３の温度制御手段へと制御を切替える第２の切替制御
   手段とを備え： 前記湿度安定確認手段は、一定時間毎に出湯温度検出器
   の出力を読込み、これら出ツノの中で最大値および最小
   値を一定周期毎にめる演算手段と：前記最大値と最小値
   との差で得られる変動幅が許容幅に入るか否かを弁別で
   る弁別手段と：前記弁別手段で許容幅に入ると弁別され
   るとともに起動されて副時動作を開始するとともに、許
   容幅を外れると弁別されるたびにリセットされ、かつそ
   のタイムアツプで出湯温度の安定化を確認づるタイマと
   からなることを特徴とづるガス湯沸器の温度制御装置。