JPS6157529B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度制御装置付湯沸器に関し、特に瞬
間ガス湯沸器に関するものであり、過渡的な温度
変化を少なくし、シヤワーなどの使い勝手を飛躍
的に向上させんとするものである。

従来の温度制御装置付湯沸器およびその温度制
御特性を第１図〜第５図に従つて説明する。

第１図は最も一般的な制御システムである。給
水は、給水パイプ２から熱交換器１へ送られ、つ
いで水栓６へ送られる。ガスはガスパイプ３から
入り、比例制御弁４を介してバーナ５で燃焼し、
熱交換器１内の水を加熱する。比例制御弁４は、
例えばコイルに流す電流量で磁力を可変し、弁を
上下させてガス流量を連続的に制御するものであ
る。出湯温度を第２の温度センサ７で検知し、ク
ローズドループ制御手段８において温度設定器９
によつて決められた設定温度と比較し、その差に
応じて比例制御弁４を駆動し、燃焼量を制御し
て、出湯温度を設定値に保つものである。しか
し、この場合にはクローズドループ制御の問題と
して本体の加熱遅れのため、特に出湯量可変時、
即出湯温度の変化として現われないため、制御の
安定性が悪く、第２図に示すような特性になる。
縦軸Ｔは出湯温度、横軸ｔは経過時間、Toは設
定温度、Tiは初期温度であり、図示の如く設定
温度Toを境にして減衰振動を起こす。はなはだ
しい場合には永久に振動し、いずれにしてもシヤ
ワー使用時には不快感を与える。

そこで、本発明者らは第３図に示す如く、給水
温度を第１の温度センサ１１で検出し、出湯量を
流量センサ１０で検出して制御回路１２で （設定温度−給水温度）×出湯量 を演算し、その結果を比例制御弁４に与え燃焼量
を決定する方式を提案したが、オープンループ制
御であるため第４図に示す如く、どうしても設定
温度Toとの偏差△Ｔを生じてしまい好ましくな
い。偏差△Ｔを生じる原因は、熱交換器１や比例
制御弁４やバーナ５などの機構部品、温度センサ
１１やオープンループ制御手段１２などの回路部
品等のバラツキによるものである。

又、その他の従来例としては、第５図に示すよ
うな方式のものが知られている。第２図の温度セ
ンサ７が検出する出湯温度、流量センサ１０が検
出する出湯量、温度設定器９で決める温度設定値
を制御回路１３で処理し、 （設定温度−出湯温度）×出湯量 の演算結果を比例制御弁４に出力し、燃焼量を制
御するものである。しかしこの方式は給水温度の
フアクターが無いため、季節によつてその制御特
性が変化し、結局、第２図に示すような場合が生
ずる。その理由は、同一温度設定、同一出湯量変
化でも、給水温度が高い（夏場）場合には少ない
燃焼量変化を、給水温度が低い（冬場）場合には
多い燃焼量変化を行わないと、過渡的な変化を小
さく押えることができないことによる。

本発明は制御器１００を設け、その制御器１０
０は、第２の温度センサ７で検出された出湯温度
と温度設定器９による設定温度とを比較しその温
度差に応じて出力するクローズドループ制御手段
８と、第１の温度センサで検出された水の温度を
温度設定器９による設定温度とを比較しその温度
差に流量センサ１０で検出された出湯量を乗算す
るという次式に示す演算を行い、 （設定温度−給水温度）×出湯量 その値もしくはそれに比例した値を出力するオー
プンループ制御手段１４と、オープンループ制御
手段１４とクローズドループ制御手段８の出力を
合成しその合成出力に応じて熱源であるバーナ５
の燃焼量を比例的に制御する出力合成制御手段１
０１とで構成したものである。この制御器を用い
た湯沸器においては、オープンループ制御とクロ
ーズドループ制御の各々の特長のみが引き出さ
れ、欠点は相殺されて極めて小さくなり、したが
つてその出湯特性は第７図に示すように過渡的な
オーバシユート、アンダーシユートが少なくなる
と同時に常に設定温度に等しい温度が得られると
いう、湯沸器としては理想に近い制御特性が得ら
れるものである。上述の、各々の特長のみが引き
出される具体的理由は、例えば出湯量を急変させ
た場合には、 （設定温度−給水温度）×出湯量 で示されるオープンループ制御出力が即座に変化
して必換出力に近い値を出力し、この出力で出湯
温度をほとんど設定温度に近い値まで急速に移動
させられるとともに、このオープンループ制御手
段は出湯温度の変化に影響を受けない固定出力つ
まり底上げ出力として安定して存在する。その上
で出湯温度と設定温度との微少な偏差分がクロー
ズドループ制御出力によつて自動的に補正される
ので、出湯温度は設定温度と必ず一致するととも
に、微少偏差分の補正として働くクローズドルー
プ制御出力の変化は必然的に小さな値になり、そ
の結果、過渡的なオーバシユート、アンダーシユ
ートを発生させる原因がとり除かれて、その値が
少なくなるものである。上述のクローズドループ
制御出力の変化が必然的に小さな値になる点が、
オープンループ制御とクローズドループ制御の合
成によつて初めて生ずる効果であり、しかもその
効果は出湯量変化の大小や設定温度変化の大小に
ほとんど影響を受けずに安定して発揮できるもの
である。

この具体的な制御回路例を第８図に示す。７′
は出湯温度を検知する第２の温度センサ７の負性
感温抵抗素子（以下、サーミスタと称す）であ
る。１１′は給水温度を検知する第１の温度セン
サ１１のサーミスタである。１０′は出湯量を検
知する流量センサ１０の感圧抵抗素子であり、例
えば流量を差圧に変換し、その圧力で抵抗値変化
を起こさせるものである。９′は温度設定器９に
用いられる二連の可変抵抗器である。４′は比例
制御弁４のコイルである。２０，３３は演算増幅
器、３２は回路用の電源である。

まずオープンループ制御手段１４の説明を行
う。抵抗１６，１７、温度設定用可変抵抗器
９′、給水温度検知用サーミスタ１１′でブリツジ
を構成し、中点電位の差を演算増幅器２０で比較
増幅している。抵抗１５はサーミスタ変化を直線
化するためのものである。この回路の増幅率は、
抵抗１８と、流量センサ１０′および抵抗１９の
並列合成値との比で決定される。抵抗１９は流量
センサ１０′の変化を直線化するものである。以
上の回路構成により、演算増幅器２０の出力とし
て、 （設定温度−給水温度）×出湯量 に比例した値がオープンループ制御手段１４の出
力として得られる。次にクローズドループ制御手
段８の説明を行う。抵抗２２，２３、温度設定用
可変抵抗器９′と出湯温度検知用サーミスタ７′と
でブリツジを構成し、中点電位の差を演算増幅器
３３で比較増幅している。抵抗２１はサーミスタ
７′の変化を直線化するためのものである。この
回路の増幅率は抵抗２４と２５の比で決定される
と同時に、積分用コンデンサ２６が接続されてい
るため、設定温度と検出温度との差がある限り積
分が行われ、演算増幅器３３の出力を変化させ、
これがクローズドループ制御手段８の出力とな
る。出力合成制御手段１０１は、抵抗２７，２８
を介してトランジスタ３０のベースを駆動し、比
例制御弁コイル４′の電流を加減するものであ
り、抵抗２９はトランジスタ３０のエミツタ抵
抗、３１はコイル４′の誘起電圧吸収用ダイオー
ドである。

上記実施例では、部品のバラツキにより、オー
プンループ出力が必要値よりも大きくなつて出湯
温度が上り過ぎる可能性を有するので、その点を
改良したものを第９図に示す。第８図と異なる点
は、演算増幅器２０の出力を抵抗３４，３５で分
割し、その中点でトランジスタ３０のベースを駆
動している点である。例えば、各バラツキを考慮
し、演算値の80％で駆動すると、出湯温度が上り
過ぎることが無い場合には、抵抗３４と３５の比
を２：８に設定することで目的を達成できる。

この制御方式では、制御出力のほとんどがオー
プンループによるものであり、出湯温度を設定値
に一致させるための補正分のみをクローズドルー
プで制御するため、制御の安定性が極めて高いも
のとなる。

本発明の作用効果を以下にまとめる。

(1) 給湯量や設定温度を急変させた場合でも、そ
れに応じてオープンループ制御出力が即座に変
化し、この出力で出湯温度をほとんど設定温度
に近い値まで急速に移動させられるとともに、
このオープンループ制御出力は出湯温度の変化
に影響を受けない固定出力として安定して存在
し、その上で出湯温度と設定温度との偏差分が
クローズドループ制御出力によつて自動的に補
正されるので、補正として働くクローズドルー
プ制御出力の変化は必然的に小さな値になり、
その結果、過渡的なオーバシユート、アンダー
シユートが少ない。

(2) 合成時の固定出力として働くオープンループ
制御出力は、給水温度、設定温度、出湯量の演
算値であるため、季節変化による水温の変化、
設定温度変化の大小、出湯量変化の大小に応じ
てその出力も変化し、したがつてオーバシユー
ト、アンダーシユートの特性は上記変化に左右
されず安定して少ない値になる。

(3) オープンループ制御で発生する偏差はすみや
かにクローズドループ制御によつて補正される
ので、出湯温度と設定温度とのズレが無い。

(4) クローズドループ制御出力が必然的に小さく
なるので、制御の安定性が極めて高い。

したがつて理想に近い制御特性が得られ、特に
シヤワーなどの使い勝手が向上するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成図、第２図はその温度制
御特性を示す図、第３図は別の従来例の構成図、
第４図はその温度制御特性を示す図、第５図はさ
らに別の従来例の構成図、第６図は本発明の湯沸
器の構成図、第７図はその温度制御特性を示す
図、第８図と第９図はそれぞれ制御回路の美施例
を示す回路図である。 １……熱交換器、２……給水パイプ、４……比
例制御弁、５……熱源（バーナ）、７……第２の
温度センサ、８……クローズドループ制御手段、
９……温度設定器、１０……流量センサ、１１…
…第１の温度センサ、１４……オープンループ制
御手段、１００……制御器、１０１……合成出力
制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱源と、前記熱源の熱を水に伝える熱交換器
   と、前記熱交換器の向う水の温度を検出する第１
   の温度センサと、前記熱交換器から出てきた出湯
   の温度を検出する第２の温度センサと、前記の水
   の流量を検出する流量センサと、前記第１の温度
   センサによつて検出された水の温度と設定温度と
   を比較しその温度差に前記流量センサで検出され
   た流量を乗算した乗算値ないしはそれに比例した
   値を出力するオープンループ制御手段および前記
   第２の温度センサで検出された出湯温度と設定温
   度とを比較しその温度差に応じて出力するクロー
   ズドループ制御手段および前記オープンループ制
   御手段と前記クローズドループ制御手段の出力を
   合成しその合成出力に応じて前記熱源を比例的に
   制御する出力合成制御手段からなる制御器とを備
   えた湯沸器。