JPS6134049B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は出湯温度を検知して燃焼量を制御する
湯温制御装置を有する湯沸器、特に瞬間ガス湯沸
器に関するものであり、比例積分方式の制御回路
を湯温制御に応用した場合、特に積分回路を使用
した時に、発生する特性劣化を防止するものであ
る。

従来、瞬間ガス湯沸器で給湯してシヤワー等を
使用する場合、適温を得るための給湯流量は一定
であり、水量を変化させると湯沸器の能力カーブ
（第１図のカーブＡ）上を移動するため、湯温が
大きく変化して使いにくかつた。

また、ガス比例制御弁が開発されるに至り、湯
沸器の出口の温度を検知して、これが一定になる
様にガス燃焼量を制御する比例制御方式の湯沸器
が市場に出ているが、これにより湯沸器の最大能
力以下で使用する場合には流量変化してもほぼ一
定の湯温が得られるようになつた。しかし、これ
でも偏差により垂下特性として温度が変化する
（第１図のＢ，B′，B″）。特にシヤワーを使用す
る場合には、１℃の温度上昇でも人体は熱く感じ
るため、性能としては充分とは言えなかつた。

そこで前記垂下特性をなくするために比例積分
制御方式を用いたものが考えられる。この場合、
第２図に示す様に湯沸器の能力Ａ以外では設定温
度Ｃ，C′，C″で給湯流量Ｑに無関係に一定とな
る。しかし、積分方式を使用した場合には、新た
に過渡応答特性に問題を生じる。例えば第２図に
おいて今、設定温度をC′として能力A′の点で使
用している場合、湯沸器の能力により出湯温度は
C′にならない。ここで給湯量Ｑを絞り制御域Ｄ
で使用する場合に、すぐにC′の温度にならずに
一度カーブＡ上をD′まで温度上昇し、一定時間
経過後にC′になる現象がある。この場合、人間
がシヤワー等を使用していると、非常に危険とな
る。これの原因を第３図で説明する。第３図にお
いてＴは出湯温度特性、Ｉは比例制御弁の駆動電
流特性を示す。今、A′で使用中においては湯沸
器の能力であるため、電流Ｉは積分動作により最
大電流値になつている（図の×域）。次に給湯量
Ｄに変更した場合には電流Ｉは積分時間により少
しづつ絞り始められるが、制御域にはいるまでは
燃焼量は最大であるため温度はD′になり、電流
が制御域まで低下した時にやつと温度C′に戻る
わけである。以上の様に積分時間の遅れ分だけ能
力カーブ上を移動してしまい、無制御の状態とな
る事がある。以上が積分回路を使用した場合の欠
点となる。

本発明は上記問題点を解決するものである。

以下、本発明の実施例を図面とともに説明す
る。

第４図は湯沸器のシステム図を示す。第４図に
おいて、水は水入口１から入つて熱交換器５を通
り出湯蛇口３へ至る。ガスはガス入口４から入つ
て比例制御弁５を通りガスバーナ６に至る。７は
湯温検知器で、制御回路８へ温度信号を送り、制
御回路８からは比例弁５へ駆動信号を送る。

第５図は比例積分制御方式の制御回路８の従来
例を示す。検知器７に負特性感温抵抗素子（以下
サーミスタと呼ぶ）を使用し、制御弁５に電磁式
比例制御弁を使用した例を示す。９は直流電源
で、サーミスタ７と抵抗１０で分圧した電位Ｄを
抵抗１１を介して演算増幅器１２の負入力端子に
与える。また基準電位Ｅを演算増幅器１２の正入
力端子に与える。演算増幅器１２は前記両電位を
比較して、その差を反転増幅し、これをトランジ
スタ１３のベースへ入力し、比例弁５に通じる電
流値を制御する。例えば給湯温度が上昇した場合
はサーミスタ７の抵抗値が小さくなるため分圧電
位Ｄが上昇し、増幅器１２の負入力１２ａも上昇
する。これと基準電位Ｅ、つまり正入力１２ｂと
の差電位を抵抗１４／抵抗１１倍に増幅して出力
端子１２ｃへ出力するため、出力端子１２ｃの電
位は低下する。出力端子１２ｃの電位は抵抗１
５，１６で分圧されて、その中点がトランジスタ
１３のベースに接続されているため、出力端子１
２ｃの電位の低下に伴ないベース電位も低下して
トランジスタ１３のコレクタ電流、つまり比例弁
５に流れる電流値を減少させ、ガス量を絞る様に
作用する。この場合、コンデンサ１７によりＤ、
Ｅの電位差は抵抗１１とコンデンサ１７で決定さ
れる積分時間で出力端子１２ｃの出力は積分され
た出力となり、Ｄ＝Ｅとなつた点で停止する。つ
まりセンサ７が元の抵抗値（温度）になる点まで
変化するため、負荷に対して給湯温度は第２図に
示す様なカーブを得る事ができる。しかし、この
場合には前述の様に第３図に示す問題点がある。

第６図は本発明の一実施例における制御回路８
を示す。第５図と同じ働きの部品は同一の番号と
した。ここで、コンデンサ１８により電位Ｄの変
化分は演算増幅器１９の正入力端子に入力され
る。演算増幅器１９はコンデンサ１８と共に微分
回路を構成し電位Ｄの微分値を増幅して出力し、
ダイオード２２を通じて演算増幅器２３の正入力
端子に入力される。演算増幅器２３は比較器とし
て作用し、単安定マルチバイブレータに構成され
ている。Ｄ電位の正側の変化（センサ７の温度が
上昇した時）、つまり増幅器１９の出力の正側の
変化がＧ電位を越えた時に、演算増幅器２３の出
力はHi（ハイ）となるが、センサ７の温度が低
下した時は演算増幅器２３は動作しない。今、演
算増幅器２３の出力がHiとなれば、これにより
抵抗２４を介してコンデンサ２５に充電される。
コンデンサ２５と抵抗２４の接続点は増幅器２３
の負端子に接続され、コンデンサ２５の充電によ
り徐々に上昇し、ダイオード２６によりＧ電位よ
りも高くなる。この電位が増幅器２３の正入力電
位を越えた時、増幅器２３の出力は再度反転し、
Lo（ロー）に戻る。また増幅器２３の出溶がHi
になつた時、抵抗２７，２８の分圧点を増幅器２
３の正入力に接続して正入力電位が演算増幅器１
９の出力が低下していても一定値を得る様に設計
してある。以上の様に演算増幅器２３は増幅器１
９から一定以上のトリガ入力を受けるとすぐに
Hi出力をし、一定時間後再びLoに戻る働きをす
る。この時、増幅器２３の出力は抵抗２９，３０
で分圧され、トランジスタ３１のベースへ与えら
れる。トランジスタ３１のエミツタはマイナス側
に、コレクタは抵抗３２を通してコンデンサ１７
と抵抗１４の中点に接続されている。つまり増幅
器２３がHiの時だけトランジスタ３１は導通
し、コンデンサ１７は抵抗３２を通して積分量を
放電する。コンデンサ１８からトランジスタ３１
に至る回路をタイマ回路と呼ぶ。

第７図にこの過度特性を示す。条件は第３図と
同じであるが、能力域から制御域に移行時に温度
上昇ΔＴを検知してタイマ回路が動作して時間Ｇ
だけ積分量を放電してしまうため、電流は一度低
下し、タイマ回路の回復後、充電を始める。この
ため温度はD′に至る事なくC′に戻る。

抵抗３２はタイマ動作中の放電量を制限して過
放電を防止し、第７図のＨ部の特性を小さくする
ものである。

第８図は制御回路８の他の実施例を示す。抵抗
１４がトランジスタ１３のエミツタに接続されて
いる点、抵抗３２がトランジスタ１３のベースに
接続されている点、及び演算増幅器１９の出力か
ら正入力端子に抵抗３４が接続されている点が、
第６図と異る。抵抗１４は演算増幅器１２の比例
ゲインをトランジスタ１３の増幅度を含めて抵抗
１４と１１で決定し、トランジスタ１３のｈ_feの
バラツキに影響されない回路構成になつている。
抵抗３４は演算増幅器１９も比較器として使用
し、これの増幅度のバラツキをなくしてＤ，Ｆ両
電位でのみタイマ回路の動作点を決定し得る様に
したものである。またタイマ動作中にはトランジ
スタ３１は導通し、抵抗３２を通してトランジス
タ１３のベース電位をマイナス側へ引くため、ト
ランジスタ１３は非導通側に働くと共にコンデン
サ１７の充電電荷は抵抗１４，３３を通して放電
される。また抵抗３２により抵抗３３の両端の電
位を決定してコンデンサ１７の放電量を制限して
いる。第８図の回路を使用した場合、積分コンデ
ンサの放電と同期して比例制御弁５も閉止される
ため、さらに良好な特性を得る事ができる。

なお、前述の説明では過渡応答特性が湯沸器能
力域から制御域に変化する場合について説明して
来たが、制御域から制御域に変化するときにおい
ても、一定温度以上の湯温の上昇があればタイマ
が動作して湯温の上昇を防ぐ様に動作する。第９
図にこの特性を示し、破線が本発明を使用しない
場合、実線が本発明の場合を示す。

また抵抗３２により積分放電量を制限している
が、仮に一回のタイマ動作で不十分である場合は
タイマは二回、三回とくり返され適度な放電量に
なつた時に停止するため、負荷の変動量の大小に
特性は関係なくなる。

以上説明した様に本発明によれば、積分要素の
はいつた制御系での一方向における積分時間の遅
れを少なくする事が可能となり、特に湯沸器の温
度制御に使用する場合、温度が上昇して危険な側
にこれを応用する事により設定温度よりも異常に
高温になる事はなく、安心して使用できる。

また温度上昇時に動作するタイマで放電される
積分コンデンサの容量を制限する回路を設ける事
により、タイマ動作時にかえつて温度が低下しす
ぎる量を少なくする事により、さらに快適とな
る。

また上記放電用タイマと同期してタイマ動作中
は弁を閉止する様な構成とした事により、過渡特
性はあらによくなり、安全性も向上するものであ
る。

以上の様に本発明によれば、水温や水量変化等
の負荷に影響されずに一定の湯温を得られると共
に、急激に負荷が変動した場合の過渡特性におい
ても温度上昇側に働かない様にし、快適で安全な
給湯湯沸器の制御装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は比例制御方式の湯沸器の給湯特性図、
第２図は比例積分方式の湯沸器の給湯特性図、第
３図は本発明を使用しない場合の湯温と負荷電流
の過渡応答特性を湯沸器能力域から制御域に至る
場合について示す図、第４図は湯沸器のシステム
図、第５図は従来の比例積分制御回路を示す図、
第６図は本発明の一実施例における制御回路を示
す図、第７図はその過渡応答特性を示す図、第８
図は他の実施例における制御回路を示す図、第９
図は制御域から制御域に変化するときの過渡応答
特性を示す図である。 ２……熱交換器、５……比例制御弁、６……バ
ーナ、７……湯温検知器、８……制御回路、１２
……演算増幅器、１９……演算増幅器（微分回
路）、２３……比較器、１７……積分コンデン
サ、３２……積分量放電用抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱交換器を途中に有する水回路と、熱交換器
   を加熱するバーナと、バーナへの燃料供給を制御
   する制御弁を有する燃料回路と、出湯温度を検出
   する温度検知器と、温度検知器の信号に応じて比
   例積分して制御弁を制御する制御回路と、温度検
   知器の温度が上昇する方向の信号の微分値を検出
   する微分回路と、前記微分回路に応答して前記制
   御回路中の積分コンデンサの電荷を放電させる回
   路とを備えたことを特徴とする湯沸器。 ２ コンデンサの電荷を放電させる回路は積分コ
   ンデンサの放電電荷量を一定に制限する回路を備
   えた特許請求の範囲第１項記載の湯沸器。 ３ コンデンサの電荷を放電させる回路は、積分
   コンデンサの放電と同期して制御弁が閉止される
   よう制御回路に働きかける回路とを備えた特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の湯沸器。