JPH0271049A - 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、設定温度と出湯温度との偏差量をフィードバ
ンク制御により補正する給湯器の制御装置に関する。

［従来の技術］ 給湯器には、加熱量（例えば燃焼１１１）を制御装置に
よって制御するものがある。制御装置による燃焼量の制
御は、水量、設定温度、入水温度などによって燃焼量を
決定するフィードフォワード制御と、設定温度と出湯温
度との偏差量を補正するように、フィードフォワード制
御によって決定された燃焼量を補正するフィードバック
制御とを組み合わせて行うものが博えられる。

このフィードバック制御は、設定温度と出湯温度との偏
差量を修正する手段として、比例制御、積分制御、微分
制御等がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、入水温度が変化したり、入水１が変化し
たり、設定温度が変化したりして、燃焼量が変化する際
（過渡期）は、設定温度と出湯温度との偏差量が大きく
なる。

このため、過渡期等の偏差量の大きいときにフィードバ
ック制御を行うと、フィードフォワード制御によって決
定された燃焼量に大きな補正量が加味される。このため
、フィードバック制御が掛かり過ぎ、目標の燃焼量とは
異なった燃焼量となってしまう、その結果、過渡期直後
の出湯温度は設定温度前後でふらつき、安定しない問題
点をイＩＮえていた。

本発明は、上記事情に鑑みζなされたもので、その目的
は、設定温度と出湯温度との偏差量が大きい場合のフィ
ードバック制御の掛がり過ぎによる不具合を無くした給
湯器の制御装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため、第１図に示すように
、加熱手段１と、該加熱手段１の発生する熱と水とを熱
交換する熱交換器２と、前記加熱手段１の加熱制御を行
う制御装置３とを備えた給湯器において、前記制御装置
３は、設定温度と出湯温度との偏差１を補正するととも
に、前記偏差量が所定量を越えた際は１扁差量のＹｉ止
を行わないフィードバック制御手段４を備えたことを技
術的手段とする。

［作用］ 設定温度と出湯温度との偏差量が、所定量を越えない状
態では、設定温度と出湯温度との偏差量をなくｒように
、フィードフォワード制御によって決定された加熱量を
フィードバック制御手段によって補正する。

また、設定温度と出湯温度との偏差量が、過渡期などで
所定量を越えた状態では、フィードバック制御手段はフ
ィードバック制御を行わず、加熱手段の加熱量はフィー
ドフォワード制御によって決定された加熱量のみとされ
る。

Ｃ発明の効果］ 本発明によれば、設定温度と出湯温度との偏差量が大き
い場合は、フィードバック制御を行わないため、過渡期
など偏差量が大きい場合に、フィードバック制御の掛か
り過ぎをなくすことができる。この結果、出湯温度を安
定させることができる。

［実施例コ 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、本発明の加熱手段で、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７
ｒ１ｎ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、−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が設けられてい
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
開閉可情な絞り弁（本発明の開閉弁）３４が設けられて
いる。

なお、電動水量制御装置３３の絞り比は、熱交換器３１
およびバイパス水路３２へ流入する水の総量を規制する
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、水量を調節する手段として、水路を開閉用能な弁体
をギアドモータを用いて駆動している。

制御装Ｊ４０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、電動水量制御装置３３、
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に流入する水温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５
２、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３
１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のモータに運
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
れによって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ずる。

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の発生す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によつ°Ｃ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）￥より決定され、送風機１３は決定された燃ａｄ
ｉｔ、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、燃焼量イコール送風機１３の送風ｌｆｔとされ
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２５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に付着しない温度（例
えば６０℃）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を流れる水
量が、熱交換器３１を流れる水量の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３１
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、出湯温度を低下させる場合に解除され、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、制御装２４０による燃焼量（本発明の加熱量）の
算出について詳述する。

制御装置４０によって求められる燃焼ｆｆ１Ｑは、フィ
ードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わ
せたものである。本実施例のフィードフォワード制御は
、フィードフォワード量Ｆ「と、熱交容量補正量にと、
空燃比補正ｆｆ１Ｔとを加算したもので、フィードバッ
ク制御は、比例補正量Ｐと、積分補正量■とを加算した
ものである。なお、本発明のフィードバック制御手段は
、フィードフォワード制御手段とともに、マイクロコン
ピュータ４１にプログラムされている。そして、燃焼量
Ｑは、Ｑ＝ＦＦ＋Ｋ　ｌ−Ｔ＋Ｐ←Ｉの式で表される。

フィードフォワード量Ｆ「は、コントローラ４４で設定
された設定温度ＩＳと入水温センサ５１によって検出さ
れた入水温度「ｉとの差と、水量検出センサ５４によっ
て検出された水ｉＷと、熱交換器３１の熱交換効率１／
ｅｒｒとによって算出される。

これは、Ｆｒ　＝　（Ｔｓ−Ｔｉ＞　Ｗ／ｅｒｒの式で
表される。

熱交容１補正ｆｆ１Ｋ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１０との差（偏差１ｔ）と、使用される熱交換
器３１に応じて予め設定された熱容ＦｊＭ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。

空燃比補正量１゛は、空燃比補正により増減されるガス
量を補正するもので、空燃比補正による補正ｊｌＮの符
号を反転させたものである。

これは、１”　−−Ｎの式で表される。

比例補正ｙｋＰ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（偏差量）を、この偏差」炎に比例した値に
よって補正するもので、比例補正量Ｐの変化量が水−ｔ
ｗに比例するように、水量検出センサ５４によって検出
された水量Ｗと、比測定ｖＩＥとを用いて算出される。

これは、Ｐ　＝　Ｆ、　（Ｔｓ−Ｔｏ）　Ｗの式で表さ
れる。

なお本実施例ではＥ；０８前後が適正である。

積分補正量■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Ｔ
ｏとの差（＋＝差量）を楯分制御によって補正するもの
で、積分補正ｆｆ１Ｉの変化量が水ｆｆ１Ｗに比例する
ように、積分定数をｂｘＷとする。また、積分補正ＩＩ
が燃焼１の変化に応じて変化するように、フィードフォ
ワード１ｉＦＦの変化比の積とする。そして、この積分
補正、ｄＩの算出は、Ｉ　、　二Ｉ　ａ−１＋ｂｗ、（
Ｔｓ−Ｔｏ）　ＦＦｌ１／ＦＦ、１の式で表される。

なお、■。は今回の算出する積分補正量、Ｔ　Ｉ＋’−
□は前回の算出した積分補正量、ＦＦ、は今回算出され
たフィードフォワード量、Ｆ［。−１は前回の算出した
フィードフオワ−１’ＪＬ、　Ｗ、、は今回算出した水
量を示す。

フィードバック制御の比例補正量Ｉ〕および積分補正ｆ
ｌｔＩは、本発明により、設定温度Ｔｓと出湯温度［０
との偏差１が、所定Ｍ（例えば２０℃）を越えると、ｐ
＝ｏ、Ｉ＝０とされる。つまり、ＩＳ−丁Ｏ≧ｃ（ｃは
本発明の所定ｆｉｔ）の場合に、Ｐ−０、Ｉ＝Ｏとされ
、フィードフォワード制御で算出された燃焼量のみによ
って燃焼が行われる。そして、偏差量が所定量より小さ
くなった時は、比例補正量Ｐおよび積分補正ｉＩの初期
値を０として、演算を続行する。

本実施例によれば、出湯途中で、使用者が設定温度［Ｓ
を変更したり、入水温度Ｔｉが変動したり、水量Ｗが変
動したりして、設定温度ＩＳと出湯温度ｆＯとの偏差量
が、２０℃を越えると、フィードバック制御が行われな
い、このため、過渡期にフィードバック制御により出湯
温度がふらつくのが防がれる。この結果、過渡期におけ
るフィードバック制御による不具合をなくし、出湯温度
を安定させることができる。

（変形例） 本発明を、ＰＩ制御に適用した例を示したが、比例制御
のみに適用したり、積分制御のみに適用したり、微分制
御のみに適用したり、ＰＤ制御に適用したり、ＰＩＤ制
御に適用したりするなどしても良い。

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。

また、燃料にガスを用いた例を示したが、灯油など、他
の燃料を用いても良い。

さらに、加熱手段として燃料の燃焼によって熱を得る燃
焼部を用いたが、電気ヒータなど他の発熱手段を用いて
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
パスミキシンク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。 図中 ・・加熱手段 ・・熱交換器 ３・・・制御 装置 ・フィードバック制御手段 代 理 人 石黒健− 第１図 ・・・加熱手段 ２・・・熱交換器 ３・・・制御装置 ４・・・フィードバック制御手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）加熱手段と、該加熱手段の発生する熱と水とを熱交
   換する熱交換器と、前記加熱手段の加熱制御を行う制御
   装置とを備えた給湯器において、前記制御装置は、 設定温度と出湯温度との偏差量を補正するとともに、前
   記偏差量が所定量を越えた際は偏差量の補正を行わない
   フィードバック制御手段を備えたことを特徴とする給湯
   器の制御装置。