JPH0268448A - 給湯器の制御装置 - 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】 「産業上の利用分野］ 本発明は、給湯器の燃焼量の制御を行う制御装置に関す
る。

［従来の技術］ 燃焼室へ燃焼用の空気を供給する送風機は、質量の大き
い回転体を備え°Ｃいるため、回転速度は急激に変化で
きない。一方、燃焼室へ燃料を供給する燃料調節器（例
えば比例弁）は、弁体の質量が小さいため、容易に燃料
の供給量を変化させることかできる。このため、送風機
と燃料調節器とを独立して制御したり、燃料調節器と送
風機とを同時に制御するものは、燃焼量が変化する際に
、燃料調節器による燃料の供給量と、送風機の風量とが
適合せず、空燃比異常が発生してしまう。

そこで、送風機の風量を燃焼量に応じて制御し、燃料調
節器の開度を送風機の風量と燃焼状Ｒ（空燃比）とに応
じて制御し、燃焼量が変化する際の空燃比異常の発生を
防ぐ給湯器が考案されている（特開昭６２−２５２８２
６号）。

そして、従来の燃焼量は、使用者によって設定された設
定温度の湯が得られるように、設定温度、入水温度、水
量、熱効率に基づきフィードフォワード制御により算出
されるものであった。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、設定温度か変更された場合や、入水温度
、水量が変化した場合など、フィードフォワード制御に
より燃焼量が変更されると、燃焼により得られた熱と通
過する水とを熱交換する熱交換器の熱容量による残存熱
量の影響により、熱交換器が熱平衡に至るまで、使用者
の設定した出湯温度が得られない。

また、空燃比の制御を燃料の供給量で行うため、空燃比
補正により供給される燃料の量が変化すると、得られる
熱量が変化する。このため、空燃比補正により使用者に
より設定された出湯温度が得られない場合があった。

つまり、従来のフィードフォワード制御のみで燃焼量を
決定するものは、各誤差により、使用者の設定した出湯
温度が得られない問題点を備えていた。

本発明は、上記不具合を無くすべくなされたもので、そ
の目的は、常に設定温度に応じた温度の湯を供給するこ
とのできる給湯器の制御装置の提イ共にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は」二層目的を達成するため、第１図に示すよう
に、燃料の燃焼を行う燃焼部１と、該燃焼部１へ燃焼用
の空気を供給する送風機２と、燃料の燃焼により得られ
た熱と水とを熱交換し、水を加熱する熱交換器３と、前
記送風機２の送風量を制御することにより燃焼量の制御
を行う制御装置４とを備えた給湯器において、前記制御
装置４は、設定温度、入水温度、水量などより、出湯温
度を設定温度とするのに必要とされるフィードフォワー
ド燃焼量を算出するフィードフォワード燃焼量算出手段
５と、前記熱交換器３の有する熱容量を補止する熱交容
量浦］・燃焼量を算出する熱交容量補正燃焼量算出手段
６と、空燃比補正によって損なわれる燃焼量を補止する
空燃比補正燃焼量を算出する空燃比補正燃焼量算出手段
７と、設定温度と出湯温度との偏差量を比例制御により
補正する比例補正燃焼量を算出する比例補正撚３’ｆｒ
量算出手段８と、設定温度と出湯温度との偏差量を積分
制御により補正する積分補正燃焼量を算出する積分補止
燃焼量算出手段９とを備え、前記フィードフォワード燃
焼量、前記熱交容量補正燃焼量、前記空燃比補正燃焼量
、前記比例補正燃焼量、前記積分補正燃焼量を加算して
燃焼量を決定することを技術的手段とする。

［作用］ 上記構成よりなる本発明は、フィードフォワード燃焼量
に、比例補正燃焼量と、積分補正燃焼量とを加算する。

この結果、得られる燃焼量は、フィードフォワード燃焼
量と実際の燃焼との誤差が補正されたものとなる。

上記フィードフォワード燃焼量と比例補正燃焼量と積分
補正燃焼量とを加算した燃焼量に、熱交容量補正燃焼量
を加算することにより、熱交換器の熱容量による残存熱
量分が補正される。この結果、熱交換器が熱平衡に至る
途中においても、使用者の設定した出湯温度を得ること
ができる。

また、フィードフォワード燃焼量と比例補正燃焼量と積
分補正燃焼量と熱交容量補正燃焼量とを加算した燃焼量
に空燃比補正燃焼量を加算することにより、空燃比補正
により増減される燃料があらかしめ燃焼量に補正される
。この結果、空燃比補正により燃料の供給量か変化して
も使用者の設定した出湯温度を得ることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、フィードフォワード燃焼量と、熱交容
量■１正燃焼量と、空燃比補止燃焼量と、比例補市燃焼
量と、積分補正燃焼量とを加算して燃焼量を決定するた
め、使用者の設定した温度の湯を安定して供給すること
ができる。

［実施例］ 次に、本発明をバイパスミキシング式給湯器に適用した
実施例を図面を用いて説明する。

第２図にバイパスミキシング式のガス給湯器の概略図を
示す。

このガス給湯器は、大別して燃料の燃焼を行う燃焼部１
０と、ガス供給配管２０と、水配管３０と、制御装置４
０とから構成されている。

燃焼部１０は、セラミック製の表面燃焼式バーナ１１を
内部に配設した燃焼ケース１２と、この燃焼ケース１２
内に燃焼用の空気を供給する送風機１３とからなり、送
風機１３によって燃焼ケース１２内に導かれた燃焼用の
空気は、燃焼後、燃焼ガスとして図示しない排気口より
排出される。

ガス供給配管２０は、送風機１３の遠心式ファン１４の
内周に開口するノズル２１へ、燃料のガスを供給するも
ので、上流側より元電磁弁２２、主電磁弁２３、比例弁
２４が順次設けられている。比例弁２４の下流は２つに
分岐され、一方には切替用電磁弁２５、他方にはオリフ
ィス２６が設けられている。なお、元電磁弁２２、主電
磁弁２３および切替用電磁弁２５は、通電制御によって
ガス供給配管２０を開閉するもので、比例弁２４は通電
量に応じて開口比が変化し、ノズル２１に供給されるガ
ス量を調節するものである。

水配管３０は、一方が水の供給源に接続され、他方が給
湯口に接続されるもので、バーナ１１のガスの燃焼によ
って発生する熱と内部を流れる水とを熱交換し、内部を
通過する水を加熱する熱交換器３１と、この熱交換器３
１をバイパスするバイパス水路３２とを備える。

熱交換器３１とバイパス水路３２との分岐路の上流の水
配管３０には、熱交換器３１とバイパス水路３２とに流
入する水圧が変化しても、流入する水量を一定に保つガ
バナ弁の機能と、水量を調節する水量調節弁の機能とが
組み合わされた電動水量制御装置３３か設けられている
。また、バイパス水路３２には、バイパス水路３２を通
過する水量を調節するとともに、バイパス水路３２を開
閉可能な絞り弁（本発明の開閉弁〉３４が設けられＣい
る。

なお、電動水量制御袋Ｗ３３の絞り比は、熱交換器３１
およびバイパス水路３２へ流入する水の総員を規制する
ため、絞り弁３４と同じか、絞り弁３４より小さく設け
られている。また、電動水量制御装置３３と絞り弁３４
は、水量を調節する１段として、水路を開閉可能な弁体
をギアドモータを用いて駆動している。

制御装Ｍ４０は、第３図に示すように、マイクロコンピ
ュータ４１、リレー回路４２および駆動回路４３から構
成されるもので、使用者によって操作されるコントロー
ラ４４や各種センサの出力に応じて、バーナ１１に着火
を行うスパーカ４５、元電磁弁２２、主電磁弁２３、比
例弁２４、切替用電磁弁２５、電動水量制御袋Ｍ３３、
絞り弁３４を通電制御するものである。

制御装置４０の各種センサは、バーナ１１の炎の検出お
よび空燃比を検出するためのフレームロッド４６および
サーモカップル４７、電動水量制御装置３３および絞り
弁３４の弁体に連動し、開度を検出するポテンショメー
タ４８．４９、送風機１３の風量を回転速度によって検
出する風量検出センサ５０、熱交換器３１およびバイパ
ス水路３２に流入する水の温度を検出する入水温センサ
５１、熱交換器３１を通過した湯温を検出する湯温セン
サ５２、熱交換器３１およびバイパス水路３２を通過し
、混合された湯温を検出する出湯温センサ５３、熱交換
器３１およびバイパス水路３２に流入する水量を検出す
る水量検出センサ５４を備える。

なお、風量検出センサ５０は、送風機１３のモータに連
動する回転体を備え、この回転体の回転に応じたパルス
信号を発生する。また、水量検出センサ５４は、水の流
れによっ゛Ｃ回転する回転体を備え、この回転体の回転
に応じたパルス信号を発生する。

そして、コンピュータ４１は、風量検出センサ５０およ
び水量検出センサ５４の発生ずるパルス信号の間隔より
、送風機１３の回転速度や、回転体の回転速度を検出し
、風量や水量を検出する。

次に、コンピュータ４１による燃焼制御、および水量制
御について簡単に説明する。

使用者が給湯口に接続されたカランを操作し、水配管３
０に水流が生じると、水量検出センサ５４内の回転体が
回転し、燃焼が開始される。燃焼開始後の燃焼量は、コ
ントローラ４４によって設定された設定温度が得られる
ように、各種センサによって得られた水量、入水温度、
熱交換器３１を通過した湯温、ミキシング湯温（出湯温
度）等より決定される。そして、送風機１３は燃焼量に
応じた風量をバーナ１１に供給するように電圧が制御さ
れる。

つまり、燃焼量と送風機１３の印加電圧（風量）とは比
例関係にある。そして、送風機１３の回転速度やバーナ
１１の炎の温度に応じたガス量が得られるように、比例
弁２４および切替用電磁弁２；）が通電制御される。な
お、燃焼量は、熱交換器３１を通過した湯温が、燃焼に
よって発生した水（ドレン水）が熱交換器３１に行名し
ない温度（例えば６０°Ｃ）以上に維持されるように設
定される。

絞り弁３４は、入水温度、設定温度、熱交換器３１を通
過した湯温、出湯温度より算出された適切な開度で固定
される。なおこの固定は、バイパス水路３２を流れる流
量が、熱交換器３１を流れる水量の２倍となるように設
定されている。つまり、バイパス水路３２と熱交換器３
１との流通抵抗の比は、絞り弁３４により約２＝１とさ
れる。また、絞り弁３４の開度の固定は、入水量が少な
い場合や、出湯温度を低干さぜる場合に解除され、入水
量、出湯温度に応じて算出された開度となるように絞り
弁３４が通電制御される。

また、電動水量制御装置３３は、出湯温度が得られるの
に必要な最大流量を越えないように通電制御される。

次に、燃焼量の制御について詳述する。

燃焼ＪｉｔＱは、フィードフォワード燃焼量トＦと、熱
交容量補正燃焼量にと、空燃比補正燃焼量］゛と、比例
補正燃焼量Ｐと、積分補正燃焼量Ｉと加算したもので、 Ｑ＝ＩＴ＋に＋Ｔ＋Ｐ＋Ｉの式で表される。

なお、フィードフォワード燃焼量Ｆ［はフィードフォワ
ード燃焼量算出手段によって算出され、熱交容量補正燃
焼量には熱交容量補正燃焼量算出手段によって算出され
、空燃比補正燃焼量Ｔは空燃比補止燃焼量算出手段によ
って算出され、比例補正燃焼量Ｐは比例補正燃焼量算出
手段によって算出され、積分補正燃焼量■は積分補正燃
焼量算出手段によって算出される。そして、これら本発
明のフィードフォワード燃焼量算出手段、熱交容量補正
燃焼量算出手段、空燃比補正燃焼量算出手段、比例補正
燃焼量算出手段、積分補正燃焼量算出手段は、それぞれ
マイクロコンピュータ４１にプログラミングされたもの
で、それぞれが独立して演算を行うものである。

フィードフォワード燃焼量「［は、コントローラ４４で
設定された設定温度］Ｓと入水温センサ５１によって検
出された入水温度Ｔｉとの差と、水量検出センサ５４に
よって検出された水量Ｗと、熱交換器３１の熱交換効率
１／ｅＮとによって算出される。

これは、Ｆｒ＝　（Ｔｓ−Ｔｉ）　Ｗ／ｅｆｆの式で表
される６ 熱交容量補正燃焼量には、コントローラ４４で設定され
た設定温度Ｔｓと出湯温センサ５３によって検出された
出湯温度■０との差と、使用される熱交換器３１に応じ
て予め設定された熱容量Ｍと、熱交換器３１とバイパス
水路３２とのバイパス比に応じた定数ａとから算出され
る。

これは、Ｋ　＝ａ　（Ｔｓ　−Ｔｏ）　Ｍの式で表され
る。

なおこの熱交容量補正燃焼量にの算出は、コントローラ
４４で設定された設定温度１Ｓが得られるに必要な熱交
換器３１の仮想温度［Ｏを算出し、この仮想温度゛「ｅ
と湯温センサ５２によって検出した湯温Ｔｍとの差と、
熱容量Ｍとから算出しても同じことである。なおこれは
、Ｋ＝　（Ｔｅ−Ｔｍ）　Ｍの式で表される。

空燃比補止燃焼量Ｔは、空燃比補正により増減されるカ
ス量を袖■−するもので、空燃比補正による補止燃焼量
Ｎの符号を反転さぜなものである。

これは、Ｔ−−Ｎの式で表される。

比例補正燃焼量Ｐの算出は、コントローラ４４で設定さ
れた設定温度Ｔｓと出湯温センサ５３によって検出した
出湯温度■０との差と、水量検出センサ５４によって検
出された水量Ｗと、比例定数Ｅとから算出される。

これは、Ｆ）　＝　Ｅ　（Ｔｓ−Ｔｏ）　Ｗの式で表さ
れる。

なお、（丁５−Ｔｏ）　Ｗは水量の変化に応じた偏差値
を示す。また本実施例では、Ｅ−０８前後が適切である
。

積分補正燃焼量■の算出は、コントローラ４４で設定さ
れた設定温度１Ｓと出湯温センサ５３によって検出した
出湯温度１０との差を積分したものである。

これは、■。＝１．、−、、＋ｂＷｎ　（丁５−Ｔｏ）
の式で表される。なお、ｂ　Ｘ　Ｗ　ｎは積分定数を示
し、Ｔ、は今回の算出する積分補正燃焼量で、Ｉｎ４は
前回の算出した積分補正燃焼量である。積分補正燃焼量
■の変化量を流量Ｗ。に比例さぜることにより、フィー
ドバックに要する時間遅れが補正され、積分補正燃焼量
Ｉが水量全体に亘って均一評価することができる。また
、積分補正燃焼量■を［［値の変化比の積とし、−・度
収束した積分値を合理的に評価した上で、変化に対応さ
せても良い。

燃焼量Ｑ＝Ｆｌｌ−Ｋ　＋−’Ｉ’　＋−Ｐ　＋−Ｔの
式の内、■））−■は、出湯温度から燃焼誤差を補正す
るもので、ＦＦ＋Ｐ＋Ｉとすることで、フィードフォワ
ードにより求められたの燃焼量の誤差を抑えることがで
きる。

また、上記Ｆｒ＋　Ｐ　トＴに熱交容量補正燃焼量Ｋを
加算することにより、熱交換器３１の熱容量による残存
熱量分が補正されるため、熱交換器３１が熱平衡に至る
途中においても、使用者の設定した出湯温度を使用者に
供給することができる。

さらに、」二部ＦＦ＋に＋Ｐ＋Ｉに空燃比補止燃焼量Ｔ
を加算することにより、空燃比補正により増減されるガ
スがあらかじめ燃焼量に補正するため、空燃比補正によ
りガスの供給量が変化しても使用者の設定した出湯温度
を使用者に供給することができる。

以上、燃焼ｆｉＱ＝ＦＦ十にト］’ｌ−Ｐ＋−Ｉとする
ことにより、使用者の設定した出湯温度を常に安定して
供給することができる。

なお、燃焼量Ｑは、給湯器の能力によって最大燃焼量と
最小燃焼量が制限されるが、燃焼ＩｉＱが最大燃焼量と
最小燃焼量の範囲外でも、各フィードフォワード燃焼量
「［、熱交容量補正燃焼量Ｋ、空燃比補止燃焼量Ｔ、比
例補正燃焼量Ｐ、積分補正燃焼量■のそれぞれ計算はコ
ンピュータ４１によって続行される。

（変形例） なお、燃焼量に応じた電圧を送風機に印加するため、燃
焼量の算出を直接、電圧の算出としても良い。つまり、
送風機に印加される電圧は、フィードフォワードによっ
て求められた電圧と、熱交容量補正によって求められた
電圧と、空燃比補正によって求められた電圧と、比例１
１ｉ止によって求められた電圧と、積分Ｆ＋ｔｉ　ｒＥ
によって求められた電圧とを加算して求めるものである
。

また、バイパス水路を備えた給湯器を例に示したが、バ
イパス水路を有しない給湯器に本発明を適用しても良い
。

さらに、燃料にガスを用いた例を示したが、灯油や重油
など液体燃料を用いた給湯器に適用しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図はバイ
パスミキシング式のガス給湯器の概略構成図、第３図は
制御装置の概略ブロック図である。 ・・・燃焼部　　　２・・送風機 ・・・熱交換器　　４・・・制御装置 ・・・フィードフぢワード燃焼址算出手段・・・熱交容
量補正燃焼量算出手段 ・・空燃比補止燃焼量算出１段 ・・・比例補正燃焼量算出手段 ・・・積分補正燃焼量算出手段 第１膣 一−Ｎ■／ ！二） □て１閂 一一 □夕］ ・・・燃焼部　　　　２・・・送風機 ・・・熱交換器　　　４・・・制御装置・・・フィード
フォワード燃焼量算出手段・・熱交容量補正燃焼ｉ算出
手段 ・・・空燃比補正燃焼量算出手段 ・・比例補正燃焼量算出手段 ・・・積分補正燃焼量算出手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ）燃料の燃焼を行う燃焼部と、 （ｂ）該燃焼部へ燃焼用の空気を供給する送風機と、燃
   料の燃焼により得られた熱と水とを熱交換し、水を加熱
   する熱交換器と、 （ｃ）前記送風機の送風量を制御することにより燃焼量
   の制御を行う制御装置と を備えた給湯器において、 前記制御装置は、 （ｃ−１）設定温度、入水温度、水量などより、出湯温
   度を設定温度とするのに必要とされるフィードフォワー
   ド燃焼量を算出するフィードフォワード燃焼量算出手段
   と、 （ｃ−２）前記熱交換器の有する熱容量を補正する熱交
   容量補正燃焼量を算出する熱交容量補正燃焼量算出手段
   と、 （ｃ−３）空燃比補正によって損なわれる燃焼量を補正
   する空燃比補正燃焼量を算出する空燃比補正燃焼量算出
   手段と、 （ｃ−４）設定温度と出湯温度との偏差量を比例制御に
   より補正する比例補正燃焼量を算出する比例補正燃焼量
   算出手段と、 （ｃ−５）設定温度と出湯温度との偏差量を積分制御に
   より補正する積分補正燃焼量を算出する積分補正燃焼量
   算出手段とを備え、 前記フィードフォワード燃焼量、前記熱交容量補正燃焼
   量、前記空燃比補正燃焼量、前記比例補正燃焼量、前記
   積分補正燃焼量を加算して燃焼量を決定することを特徴
   とする給湯器の制御装置。