JPS6222386B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス・石油・電気等を熱源とする給
湯機の湯温制御に関し、給水量の多い過大負荷時
には設定した湯温が得られないという従来の問題
を解決すべく供給水量制御器を設けると共に、機
器構成のばらつきや水圧変動等による制御給水量
の変動に一早く対処し設定温を得ることのできる
給湯機の制御装置の提供を目的とする。

ここでは、ガスを燃料とする給湯機の湯温制御
を例に挙げて説明する。

第５図は、従来のガス給湯機の構成図で、熱源
となるガスバーナ１での燃焼熱を熱交換器２で水
と置換し、お湯を供給する。温度制御器３では、
出湯温度検知器４からの信号TWと温度設定器
５からの信号TWRを取り込み、前記信号の偏差
（TER＝TWR−TW）から所定の燃焼量を決定
し供給熱量制御器６を制御して出湯温TWのコ
ントロールを行なつている。

一般的に出湯温度検知器４としてはサーミスタ
や熱電対が、また、湯温制御アルゴリズムには比
例・積分・微分方式（PiD方式）やその組み合わ
せが用いられている。

第４図は、ガス給湯機の能力特性図で、機器の
最大燃焼量Qgmax.での給水量Ｗと温度上昇TUP
との関係を示している。前記Qgmax.，Ｗ，TUP
は、燃焼効率をηとすれば、 η・Qgmax.＝Ｗ・TUP (1) となり、さらに TUP＝η・Qgmax.／Ｗ (2) のように書き表わされる。すなわち、各給水量Ｗ
において同図で示された能力特性以上の温度上昇
は存在しない、例えば、燃焼が最大のとき給水量
がそれぞれW₁，W₂のとき、温度上昇値は図示さ
れているようにTUP１，TUP２となる。前述の
温度制御器３は、温度設定器５の信号TWRと、
入水温度TWiとの差、つまり温度上昇させるべ
き値ＴがTUP１のとき、給水量ＷW₁の領域に
おいて有効に作用する。しかし、Ｗ＞W₁の流量
範囲、つまり過大負荷では温度制御不可能とな
り、出湯温度TWはいつまで経つても設定温度
には達し得ない。

このように、最大燃焼量Qgmaxによつて出湯
温度制御可能な給湯量が制限されるのである。こ
の従来の給湯機の欠点を解消し、常に希望する温
度の湯が得られると共に、制御水量のばらつき変
化に対し応答の早い湯温コントローラの提供が本
発明の目的である。

第１図は本発明のガス給湯機の構成図である。
第５図と同一番号のものは、同様の機能を有する
構成部を示している。温度制御器７では、出湯温
度検知器４の信号TWと、入水温度検知器８の
信号TWiと、温度設定器５からの信号TWRを入
力し、TWRとTWとの偏差TERから所定燃焼
量を決定し供給熱量制御器６を制御すると共に、
TWRとTWiとの差TUPを基に第４図の特性から
制御可能な給水量（例えば、TUP＝TUP１のと
きにはW₁が制御可能な最大給水量）まで供給水
量制御器９を制御する。この方法では必ず設定し
た温度の湯が得られる。

また、水圧変動等による流量の変動、あるいは
機器構成要素の供給水量制御器９の特性ばらつき
等を吸収するために、前述の温度偏差TERに応
じて供給水量制御器９を制御する。これは、前述
のTUPに応じた水量制御操作後、熱交器のプロ
セス応答遅れを考慮した所定時間経過の定常状態
において、前記偏差TERが所定値以上のときに
はさらに給水量を減らす方向に動作する。この操
作により、負荷の変動・ばらつきを吸収でき、目
標とする湯温が得られる。

ところで、前述したTUPに依存する供給水量
変化操作後、定常状態に達するまでの所定時間を
給湯機使用開始時と使用途中での温度設定変更時
とで相違を設け、TERに依存した供給水量制御
に移行することで効率のよい給湯機利用が可能と
なることを以下で説明する。

まず、第２図で、供給水量制御器９の特性ばら
つき、及び、水圧変動によつて同一制御方法によ
る水量制御器位置でも、給水量が異なることを示
す。例えば、出力駆動時間と流量が所定条件でＬ
_Tの特性となるものでも、上述の要因でLaやLbの
特性となる。つまり、駆動時間t₁で、Ｗ_1aからＷ_1
ｂまで流量の変動がある。

第３図のａは出湯温度の時間的特性、ｂは給水
量の時間的特性、ｃは供給熱量の時間的特性を示
している。ｔ＝φで燃焼開始し、その時点で給水
量は第４図の能力特性に沿つて所定水量となるよ
うに出力駆動時間を制御しW₁′まで絞られてい
る。このときの目標温度上昇値はTUP１で、ガ
ス燃焼量は湯温偏差TERに依存して制御され、
ｃのような経過を示す。ｔ＝φは給湯機の使用開
始時なので、機器本体も高温にはなつておらず、
同一流量負荷であつても湯温が定常状態になるに
は燃焼途中での温度設定変更時よりも時間を要す
る。そこで、TERが所定値ΔＴよりも大きい状
態が第一の所定時間Ｔ_S1続いたとき（ｔ＝t₁）、
さらに給水量を減少させるべく供給水量制御装置
を作動し、W₁′からW₁の流量とする。この操作に
よりガス量制御がｃ図のように行われ、出湯温
TWはTER＝φとなるように制御されている。
このときのΔQgは最大燃焼量（Qg＝100％）か
らの差で、W₁が能力特性上ではないことを示し
ている。このような時は、逆に流量を微増するよ
うに供給水量制御器を動作させれば、給湯機の最
大能力を発揮させることができる。

さらに同第３図のｔ＝t₂で、温度設定を変え
TUP１からTUP２に移動させている。このTUP
２に依存して給水量をW₂′に絞り、湯温制御を続
行する。その後、前述同様TERが所定値ΔＴよ
りも大きい状態が、第二の所定時間ｔ_S2続いたと
き（ｔ＝t₃）、また給水量を減少させるように水
量を制御し、W₂とする。この操作により希望の
湯温が得られるのである。

ここで、前述の理由により燃焼途中では機器自
体がある程度の高温状態となつているので、湯温
としてのプロセス応答時間、つまり、定常状態に
達するまでの時間は使用開始時に比較して短か
い。そこで、第二の所定時間ｔ_S2は第一の所定時
間ｔ_S1よりも小さくてよい。

ｔ_S2＜ｔ_S1 (3) つまり、定常に達するまで待つ時間を、使用モ
ードで変更することにより、むだに長時間待つ必
要が無くなり応答の早い給水量制御が可能とな
る。

さらに、上昇させるべき温度差TUPに依存
し、また、燃焼途中では温度設定の変更幅Δ
TUPに依存して所定の待ち時間を設定すれば、
各設定によつて異なるプロセス応答時間に最適な
給水量制御ができるのである。

以上説明したように、本発明の給湯機制御装置
に依れば、供給水量を常に湯温制御可能な範囲に
規制するので必ず希望した湯温が得られると共
に、機器構成のばらつきや水圧変動等による負荷
の変動に対しても、機器利用開始時と途中とで定
常状態までの所定の待ち時間を変更して対処する
ので、一早く給水量制御ができ収束時間を短縮し
た湯温制御が実現できるという効果を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のガス給湯機の構成
図、第２図は給水量制御器の動作特性を示す特性
図、第３図ａ，ｂ，ｃはそれぞれ出湯温度、給水
量、燃焼量の時間特性図、第４図はガス給湯機の
能力特性図、第５図は従来のガス給湯機の構成図
である。 ４……出湯温度検出器、５……温度設定器、６
……供給熱量制御器、７……温度制御器、８……
入水温度検知器、９……供給水量制御器、ｔ_S1…
…第一の所定時間、ｔ_S2……第二の所定時間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入水温度検知器と、出湯温度検知器と、温度
   設定器と、供給熱量制御器と、供給水量制御器と
   を備え、前記温度設定器の信号と前記出湯温度検
   知器の信号の偏差（TER）に依存して前記供給
   熱量制御器を制御し、前記温度設定器の信号と前
   記入水温度検知器の信号の差（TUP）に依存し
   て前記供給水量制御器を制御し、給湯機使用開始
   時は第一の所定時間経過後前記偏差（TER）が
   所定値以内に達していないとき前記供給水量制御
   器を制御すると共に、給湯機使用途中での前記温
   度設定器の信号変化に伴い前述の信号差
   （TUP）に依存した制御後第二の所定時間経過時
   の偏差（TER）が前述同様所定値以内に達して
   いないとき前記供給水量制御器を制御する温度制
   御器を具備する給湯機制御装置。 ２ 第二の所定時間は、第一の所定時間よりも小
   さくした特許請求の範囲第１項記載の給湯機制御
   装置。 ３ 信号差（TUP）に依存した第一、第二の所
   定時間とする特許請求の範囲第２項記載の給湯機
   制御装置。