JPH03260551A - 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、熱交換器を通過する水の流量を水量制御装置
によって自動的に調節して、設定温度に対応してできる
だけ多くの給湯を行うように制御する給湯器の制御装置
に関する。

［従来の技術］ 給湯器では、熱交換器を通過する水を加熱するためのガ
スバーナ等の最大加熱能力が限られているため、熱交換
器を含む水回路には、ギヤドモータによって弁体を駆動
して流量を調節する水量制御装置が備えられ、流出する
湯温が設定温度に達するように熱交換器を通過する水の
流量を制限している。

この場合、単に流量を制限するだけでなく、設定温度に
対してできるだけ多くの流量が得られるようにするため
に、設定温度および熱交換器への入水温度からガスバー
ナ等の最大加熱能力に対応した最大給湯量を算出して、
その最大給湯量が得られるように水量制御装置を制御す
るものがある。

このとき、水量制御装置は、熱交換器から流出する湯温
（出湯温度）に基づいて制御され、出湯温度が設定温度
に達しない場合には、流Ｉを少なくする流■減少動作が
行われ、出湯温度が設定温度に達していて、バーナ等に
余力がある場合には、流量増大動作が行われる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、バーナ等の最大加熱能力付近で加熱を行ってい
る場合に、出湯温度が設定温度に達していることから、
さらに流量の増大動作が行われると、必ず加熱力不足が
生じてしまうため、出湯温度が設定温度に達しなくなり
、逆に流量の減少動作が行われることになる。

このように、バーナ等の最大加熱能力付近で加熱を行っ
ている場合に、流■増大動作が行われると、加熱能力不
足から必ず流量減少動作が必要になり、また、これら流
量の変化に伴って加熱量の制御が同時に行われるため、
出湯温度が不安定になるとともに、水量制御装置による
流量の増大動作と減少動作とが繰り返されるハンチング
を生じて、その結果、出湯温度が安定しなくなるという
問題がある。

本発明は、流量を水量制御装置によって調節する給湯器
において、安定した出湯温度が得られるとともに、設定
温度に対してできるだけ多くの給湯を行うことができる
制御装置を提供することを目的とする。

［！ＩＩ！を解決するための手段］ 本発明は、加熱手段によって加熱される熱交換器を含む
水回路から流出する湯水の温度を設定する温度設定手段
、前記水回路から流出する湯温を検知する流出温度検知
手段、前記水回路を通過する水の流量を検知する流量検
知手段を備え、前記温度設定手段の設定温度と前記流出
温度検知手段の検知温度との温度差に基づいて前記加熱
手段の加熱Ｉを制御するとともに、前記温度差に基づい
て前記水回路を通過する流量を調節する流量調節手段を
制御する給湯器の制御装置において、前記加熱手段の最
大加熱量より所定量中さい加熱量を特定加熱量として設
定し、前記加熱手段の加熱量が前記特定加熱量より小さ
い場合にのみ前記流量調節手段による流量増大動作を行
うことを技術的手段とする。

［作用］ 本発明では、流出温度検知手段によって熱交換器を含む
水回路から流出する湯水の温度が検知されて、設定温度
との温度差に基づいて加熱手段の加熱量が制御される。

また、その温度差に基づいて流量調節手段によって水回
路の流量が調節され、流出温度検知手段によって検知さ
れる流出温度が設定温度より・低い場合には、流量が減
少され、流出温度が設定温度より高い場合には、流量が
増大される。

この流量の増大動作は、加熱手段の加熱量が特定加熱量
より小さい場合に限って行われ、加熱手段の加熱量が特
定加熱量より大きい場合には、流量の減少動作のみを行
う。

［発明の効果］ 本発明では、流出温度に基づいて流量が調節され、その
流量に応じて加熱手段の加熱量が制御されたときに、加
熱手段の加熱量が特定加熱量を越えていた場合には、そ
れ以上流量が増大しない。

従って、流量に対する加熱量が設定温度に対して不足し
ている場合に、流量が一旦減少されて流出温度が設定温
度より高くなったときに加熱量が特定加熱量を越えてい
れば、以後は、流量の減少動作のみが行われるため、流
量調節手段のハンチングがなくなり、流量が安定する。

この結果、流ｌ変化に伴って加熱量が変化することがな
くなり、流出温度の変化が少なくなるため、安定した出
湯温度が得られる。また、このとき、加熱手段は最大加
熱能力に近い特定加熱量以上で作動するため、設定温度
に対して可能な限り多くの流量が得られる。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図にその概略を示すガス給湯器１では、給湯器ケー
ス１０の内部にセラミックス製のバーナプレート１１が
配され、バーナプレート１１によって給湯器ケース１０
内が燃焼室１０ａと混合室１０ｂとに二分された燃焼器
をなしており、給湯器ケース１０の下方には、燃焼用空
気を供給するための送風機１２を備えている。

送風機１２は、スクロールケーシング１２ａ内に羽根車
１２ｂを備え、図示しない直流モータによって羽根車１
２ｂを回転駆動する。スクロールケーシング１２ａには
燃料ガスを噴出するノズル１３が設けられている。

バーナプレート１１には多数の炎口１１ａが形式され、
給湯器ケース１０およびバーナプレート１１は、送風機
１２によって供給される一次空気のみで燃焼する全−次
空気式バーナを形式し、燃焼排ガスは図示しない排気口
から給湯器ケース１０外へ排出される。なお混合室１０
ｂ内には、送風機１２によって供給される混合気をバー
ナプレート１１に対して均等にするために、多数の穴が
設けられた整流板１０ｃが配されている。

燃焼室１０ａ内には、バーナプレート１１の近傍に、火
花放電を行う点火電極１４、バーナプレート１１の温度
を検知するためのサーモカップル１５が設けられている
。

燃焼室１０ａ内には熱交換器１６が配され、図示しない
水供給源と接続された熱交換器１６の上流の給水管１６
ａには、水流によって羽根車を回転させて流入水量を検
知する流量センサ１７、流入水温を検知する入水温サー
ミスタ１８、流入水量を調節する水量制御装置１９が備
えられ、給湯栓２０と接続された熱交換器１６の下流の
出湯管１６ｂには、加熱された湯水の温度を検知するた
めの出湯温サーミスタ２１が備えられている。

水量制御装置１９は、ギヤドモータによって駆動される
弁体によって流量を調節する流量調節手段で、制御装置
４０による基本的な動作として、出湯温サーミスタ２１
に検知される出湯温度が設定温度に達している場合には
、開度を大きくして流量を増大する動作を行い、出湯温
度が設定温度に達しない場合には、開度を小さくして流
量を減少させる動作を行う。

一方、燃料ガスをノズル１３へ導く燃料管２５には、上
流側から順に燃料ガスを遮断するための電磁弁２６．２
７と、燃料ガスの下流側の圧力を通電電流値に応じて調
節するガバナ比例弁２８が設けられている。

以上の構成を有するガス給湯器１は、あらかじめ組み込
まれたプログラムによって必要な制御動作を行うマイク
ロコンピュータ（マイコン）を中心とする制御装置４０
によって制御される。

制御装置４０は、第３図に示すとおり、温調制御部４１
、燃焼制御部４２、水量制御部４３と、点火制御等の全
体のシーケンスを司るシーケンス制御部４４の各機能部
からなり、外部には目標の出湯湯温を設定するためのコ
ントローラ５０が備えられている。

以下各機流部の機能を説明する。

温調制御部４１は、給湯開始待人水温サーミスタ１８に
よって検知される入水温度、コントローラ５０によって
設定された設定温度、流量センサ１７によって検知され
る流量とからバーナの燃焼量としてのフィードフォワー
ド制御量（ＦＦ制御量）Ｑ、Ｆを演纂し、さらに出湯温
サーミスタ２１に検知される出湯温度によるフィードバ
ック制御量（ＦＢ制御量）ＱＦＩを加えて、最終的に燃
焼量Ｑを決定する。

この場合、決定される燃焼量Ｑは、給湯器ケース１０の
形状および容積、バーナプレート１１の大きさおよび炎
口、ノズル１３の径、ガバナ比例弁２８の特性等から総
合的に最大燃焼量Ｑ　ＩａＸおよび最小燃焼量ＱｌａＸ
が決められていて、その範囲内で燃焼量Ｑを決定する。

燃焼制御部４２は、温調制御部４１で決定された燃焼量
Ｑに応じて、送風機１２の直流モータへの印加電圧を制
御する。

また、回転数検出部４２ａで送風機１２のモータの回転
数を検出して、検出された回転数に対応してガバナ比例
弁２８への電流値を制御する。

なお、点火後の所定時間が経過するまでは、送風機１２
の回転数に対応した供給量より多くの燃料ガスを供給す
るために、ガバナ比例弁２８への電流値を多くする。

所定時間が経過した後は、サーモカップル１５の出力電
圧に基づいて、送風機１２の回転数に対する燃焼温度の
過不足から空燃比補正のための燃料供給量を算出して、
補正された燃料ガスに対応して補正された電流値が通電
される。

なお、この場合、空燃比の急激な変化をなくすために、
電流値の変更は、例えば１０秒程度の時間を掛けて、徐
々に行われる。

水量制御部４３は、水量制御装置１９によって熱交換器
１６を通過する水の流量を調節し、設定温度に対してで
きるだけ多くの流量が得られるように出湯温度に応じて
水量制御装置１９の開度変更の制御として、前述のとお
り、出湯温サーミスタ２１に検知される出湯温度が設定
温度に達している場合には、開度を大きくして流量を増
大する動作を行い、出湯温度が設定温度に満たない場合
には、開度を小さくして流量を減少させる動作を行うが
、特にここでは、バーナの最大加熱量としての最大燃焼
量ＱＩａＸより所定燃焼量ｑだけ小さい燃焼量が特定燃
焼量Ｑｐとしてあらかじめ決められていて、温調制御部
４１で決定された燃焼量Ｑが特定燃焼量Ｑｐに満たない
場合には、流量の増大動作と減少動作のいずれも行うが
、決定された燃焼量Ｑが特定燃焼量Ｑｐを越えた場合に
は、流量の増大動作は行わないで、流量の減少動作のみ
を行う。

この特定燃焼量Ｑｐは、最大燃焼量Ｑに対して、例えば
３〜１０％程度だけ小さく設定された値であり、最大燃
焼量Ｑｍａｘに非常に近い値である。

これによって、特定燃焼量ＱｌａＸ付近で、流量の変更
動作が行われるときに、燃焼ＩＱが特定燃焼量Ｑｐを越
えれば、流量は出湯温度が設定温度になるような流量ま
で減少されるだけであり、増大されることがないため、
水量制御装置１９による流量変化がなくなる。

シーケンス制御部４４は、熱交換器１６への水の流入が
流量センサ１７によって検知されると、所定のシーケン
スで点火制御を行い、流入停止が検知されると、消火制
御を行う。

また、サーモカップル１５によって着火検知を行い、失
火した場合には、安全のために燃料ガスの供給を停止す
る。

次に以上の槽底からなる本実施例のガス給湯器１の作動
を、水量制御を中心にして、第１図を参考に説明する。

使用者が、給湯栓２０を操作して給湯を開始して、流量
センサ１７によって通水が検知されると、所定のシーケ
ンスで点火制御が行われ、電磁弁２６．２７が開かれる
とともに、点火電極１４で火花放電が行われて点火され
る。

この点火制御の間、温調制御部４１では、初期制御とし
て（ステップ４）、フィードフォワード制御量（ＦＦ制
御量）Ｑ、を燃焼量Ｑとし、燃焼制御部４２では、燃焼
量Ｑに応じて送風機１２を制御するとともに、その回転
数を検出してガバナ比例弁２８の制御を行う。

このとき、水量制御装置１９は、前回の使用時の開度の
まま維持され、給湯栓２０の開度と、上水道等の水供給
源の圧力に応じて決まる流量の水が熱交換器１６を通過
する。

その後、出湯温サーミスタ２１の検知温度を含めたフィ
ードバック制御量（ＦＢ制御量）ＱＦ８を加えて燃焼量
Ｑが決定され、出湯温サーミスタ２１に検知される出湯
温度ＴＯｔｌｔが設定温度Ｔ　ｓｅｔに達しているか否
かが判別される。

出湯温度Ｔｏｕｔが設定温度’ｒｓｅｔに達している場
合には（ステップ２においてＹＥＳ）、燃焼量Ｑが最大
燃焼ＩＱｌａＸに達しているか否かが判別され、最大燃
焼量ＱｌａＸに達している場合には（ステップ３におい
てＹＥＳ）、加熱ｌ制御が行われ（ステップ４）、その
給湯状態に応じた燃焼量Ｑが維持される。

燃焼量Ｑが最大加熱量ＱＩａＸに達していない場合には
（ステップ３においてＮｏ）、燃焼量Ｑが特定燃焼量Ｑ
ｐに達しているか否かが判別される。

燃焼量Ｑが特定燃焼量Ｑｐに達していない場合にはくス
テップ５においてＮｏ）　、加熱能力に余力があるため
、できるだけ多くの給湯を行うために流量増大動作を行
う（ステップ６）。

燃焼量Ｑが特定燃焼量Ｑｐに達している場合には（ステ
ップ５においてＹＥＳ）、流量の増大動作を行わないで
、ステップ４へ移行して加熱量制御のみを行い、出湯温
度の安定化を図る。

これは、もし、流量増大動作を行い、それに伴って燃焼
量Ｑが増加すると、加熱能力の余力が少ないため、出湯
温度’ｒｏｕｔが設定温度’ｒｓｅｔに達しなくなる場
合が生じ、それによって逆に流量の減少動作が行われる
と、出湯温度が不安定になり易いためである。

一部ステップ２において、出湯温度Ｔｏｕｔが設定温度
Ｔｓｅｔに達していない場合には（Ｎｏ）、燃焼量Ｑが
最大燃焼量Ｑ■ａＸに達しているか否かを判別し、燃焼
量Ｑが最大燃焼量ＱｌａＸに達している場合には（ステ
ップ７においてＹＥＳ）、加熱量をそれ以上大きくする
ことができないため、水量制御装置１９の開度を小さく
して、熱交換器１６を通過する流量の減少動作を行う（
ステップ８〉。

ステップ７において、燃焼量Ｑが最大燃焼量ＱＩａＸに
達していない場合には（Ｎｏ）　、ステップ４へ移行し
て、加熱量制御によって燃焼量Ｑを変更し、適切な燃焼
量Ｑを得るとともに、加熱量に余力がある場合には、ス
テップ３、ステップ５を経由して、ステップ６の流量増
大動作を行う。

以上の動作を行うことによって、燃焼量Ｑは、特定加熱
量Ｑｑ付近まで必ず大きくされることになり、最大燃焼
量Ｑ　ｗａｘ近くの能力を発揮することができるため、
設定温度に対して可能な限り多くの給湯量が得られる。

また、燃焼量Ｑが特定燃焼量Ｑｐを越えた場合には、加
熱力の不足が生じることがないとともに、流量の増大動
作が行われなくなるため、水量制御装置１９のハンチン
グが生じることがなく、流量変化に伴う出湯温度の変化
がなくなり、安定した出湯温度が得られる。

本実施例では、給水管から供給される水のすべてが熱交
換器を通過するものを示したが、給水管と出湯管とをバ
イパス管で接続し、給水管から供給される水の一部が熱
交換器を通過しないようにしたバイパス管付きの水回路
を有する給湯器でもよい。

本実施例では、コントローラによって出湯温度を自由に
設定できるものを示したが、設定温度が固定されたもの
でもよい。

本実施例では、フィードフォワード制御量（ＦＦ制御量
）Ｑア、を用いるものを示したが、フィードバック制御
量（ＦＢ制御１）Ｑ−ｓのみで加熱量を決定するもので
もよい。

本実施例では、ケーシング内にセラミックス製のバーナ
プレートを配した燃焼器を示したが、バーナプレートは
金属製であってもよく、またバーナプレート以外の板金
バーナや鋳物のバーナでもよい。

本実施例では、ガス給湯器を示したが、加熱源はガスに
限定されず、石油バーナや電気加熱による給湯器でもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の制御装置の作動説明のための流れ図
、第２図は本発明の本実施例を示すガス給湯器の概略構
成を示す構成図、第３図は本実施例の制御装置を示す機
能ブロック図である。 図中、１１・・・バーナプレート（加熱手段）、１６・
・・熱交換器、１７・・・流量センサ（流量検知手段）
、１９・・・水量制御装置（流Ｉ調節手段〉、２１・・
・出湯温サーミスタ（流出温度検知手段〉、４０・・・
制御装置（給湯器の制御装置〉、５０・・・コントロー
ラ（温度設定手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）加熱手段によつて加熱される熱交換器を含む水回路
   から流出する湯水の温度を設定する温度設定手段、前記
   水回路から流出する湯温を検知する流出温度検知手段、
   前記水回路を通過する水の流量を検知する流量検知手段
   を備え、前記温度設定手段の設定温度と前記流出温度検
   知手段の検知温度との温度差に基づいて前記加熱手段の
   加熱量を制御するとともに、前記温度差に基づいて前記
   水回路を通過する流量を調節する流量調節手段を制御す
   る給湯器の制御装置において、 前記加熱手段の最大加熱量より所定量小さい加熱量を特
   定加熱量として設定し、前記加熱手段の加熱量が前記特
   定加熱量より小さい場合にのみ前記流量調節手段による
   流量増大動作を行うことを特徴とする給湯器の制御装置
   。