JPH03260552A - 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流量を水量制御装置によ
って調節して、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
スバーナ等によって得られる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ＩＶＩＩＩｗ装置
が制御されている。

このとき、水量制御装置は熱交換器を通過する水の流量
を検知する流量センサの検知流量に基づいて制御され、
検知流量が算出された最大給湯量になったときギヤドモ
ータの駆動が停止されるため、ギヤドモータは比較的緩
やかに弁体を駆動する。

［発明が解決しようとする課題〕 このように、従来では、あらかじめ決定された最大流量
が検知されたときに水量制御装置を停止させなければな
らないため、ギヤドモータが綬やかに駆動されているた
め、水量ｆａｌｌ装置による開度の変更に時間が掛かり
、目的の流量が速やかに得られない。

このため、目的の流量を速やかに得るために、ギヤドモ
ータの回転速度を速くすることが考えられるが、そうす
ると、検知流量が目標値になったことを検出してから停
止のための制御を行っても、ギヤドモータが高速で作動
するため水量制御装置の弁体はすぐには停止せず、目標
の開度で正しく停止させることが困難であり、目標値を
越えて余分に開度を変更してしまう、この結果、目標の
開度を中心として開度が大きくなったり小さくなったり
するいわゆるハンチングを生じ、流量が定まらず、出湯
温度が不安定になるという問題がある。

本発明は、給湯量を水量制御装置によって調節する給湯
器において、給湯器の加熱能力を最大限に引き出すこと
のできる流量が速やかに得られるとともに、出湯温度の
変化が少なく安定した温度で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。

［８題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
、前記水回路へ流入する水の温度を検知する入水温度検
知手段、前記水回路を通過する流量を検知するための流
量検知手段を備え、前記加熱手段を前記温度設定手段に
よる設定温度と前記入水温度検知手段による検知温度と
の温度差に基づいて制御するとともに、前記流量検知手
段の検知流量に基づいて前記水回路を通過する湯水の流
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、前記流量調節手段は、流量変化の小さな第１
動作と、該第１動作より流量変化の大きい第２動作とを
有するとともに、前記制御装置は、前記設定温度および
前記検知温度とに基づいて目標流量を決定する目標流量
決定手段と、前記第２動作が行われたことを記憶する記
憶手段とを備え、前記流量検出手段によって検知される
流量が前記目標流量になるように前記流量調節手段を駆
動し、該駆動時に前記第２動作が行われていない場合に
は前記第２動作を行い、前記第２動作が行われていた場
合には前記第１動作を行うことを技術的手段とする。

［作用］ 本発明では、温度設定手段によって設定された設定温度
に対して、加熱手段によって加熱可能な流量を入水温度
と設定温度とから算出して目標流量として決定して、こ
の目標流量が得られるように、流量調節手段を制御する
。

流量調節手段を制御するとき、流量変化が大きい第２動
作を行ったことが記憶手段に記憶されていなければ、第
２動作を行って流量を速く変更する。

この場合、流量検知手段によって目標流量になったこと
が検知されたとき流量調節手段の駆動を停止しても、流
量調節手段の弁体等の変化速度が速いため、適正な位置
で停止させることができない この結果、余分に流量を変更してしまい、初めに流量を
多くするように駆動された場合には流量を少なくするよ
うに、初めに流量を少なくするように駆動された場合に
は流量を多くするように、すなわち、初めの駆動方向と
は逆方向にそれぞれ駆動される。

逆方向に駆動された後に、再び初めの駆動方向に駆動す
る場合には、流量変化の大きい第２動作を行ったことが
記憶されているため、第２動作より変化速度の小さな第
１速度で流量調節手段が駆動されて、目標流量になった
ときに、駆動が停止される。

［発明の効果］ 本発明では、目標流量が決定されてから流量調節手段が
初めて駆動される場合には、流量変化の大きな第２動作
で駆動されるため、速やかに目標流量に近付けることが
できる。

また、−旦、目標流量に近付いた後は、流量変化の小さ
な第１動作で駆動されるため、検知流量が目標流量にな
ったときに流量調節手段を適切に停止させることができ
、余分に駆動してしまうことがなくなり、目標流量に近
付いてからハンチング等によって流量が不安定になるこ
とがない。

従って、流量変化が少なくなり、出湯温度が速やかに安
定する。

また、設定温度と入水温度とから加熱手段の加熱能力に
応じた最大流量を決定するため、設定温度に対して可能
な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
空気式バーナを形成し、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。

水量制御部２１９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ある。

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。

以上の槽底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）を中心とする制御部ｆ４０
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。

以下各機前部の機能を説明する。

温調制御部４１は、給湯開始詩人水温サーミスタ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〉Ｑ２２を演算し、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〉Ｑ□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　ｌａＸ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の開度変更の制御を行う。

ここでは、コントローラ５０による設定温度Ｔｓｅｔと
、入水温サーミスタ１８により検知される入水温度Ｔｉ
ｎとから、ガス給湯器１のおいて加熱可能な流量をあら
かじめ算出して目標流量Ｗ０とし、目標流量Ｗ０になる
ように、水量制御装置１９を制御する。

この場合、水量制御装置１９は、ギヤドモータへの印加
電圧の方向を変更することによって正転あるいは逆転し
て流量をそれぞれ増大あるいは減少させるとともに、そ
れぞれの回転方向について、印加電圧の大きさを変更す
ることによって低速で駆動する第１動作と、高速で駆動
する第２動作とを行うことができる。

以下に、水量制御装置１９による流量制御の概要につい
て、第１図を参考に説明する。

流量制御では、上記のとおり、コントローラ５０によっ
て設定温度Ｔ　ｓｅｔが決まると、入水温度Ｔｉｎとの
温度差に応じて設定温度ＴＳｅｔまで加熱することがで
きる目標流量Ｗ０が、熱交換器１６の熱交換率やバーナ
の加熱能力に基づいて算出される（ステップ１）。

目標流量Ｗ０が決定され、その後設定温度Ｔｓｅｔの変
更や入水温度Ｔｉｎの変化がなくて目標流量Ｗ０が変更
されなければ（ステップ２においてＮＯ）、流量センサ
１７による検知流量Ｗが目標流量Ｗ０と比較される。

検知流量Ｗが目標流量Ｗ０より少なければ（ステップ３
において「＜」）、流量を増大するための動作として、
水量制御装置１９のギヤドモータが正転駆動される正転
動作が行われ（ステップ４〉、検知流量Ｗが目標流量Ｗ
０より多ければ（ステップ３において「〉」〉、流量を
減少するための動作として、水量制御装置１９のギヤド
モータが逆転駆動される逆転動作が行われる（ステップ
５〉ステップ４、ステップ５において、それぞれ水量制
御装置ｆ１９が制御された後はステップ１へ移行し、ま
た、検知流量Ｗが目標流量Ｗ０であれば（ステップ３に
おいてｒ−」）、水量制御装置１９は駆動されず、ステ
ップ１へ移行する。

以後、目標流量Ｗ０が変更されないかぎり、その状態が
維持される。

一方、設定温度ＴＳｅｔの変更や入水温度Ｔｉｎが変化
して、目標流量Ｗ０が変更された場合には（ステップ２
においてＹＥＳ）−ステップ４おあるいはステップ５に
おける後述する第２動作の記憶がクリアされ（ステップ
６〉、ステップ４あるいはステップ５において、第２正
転動作あるいは第２逆転動作が行われていない初期状態
として制御を行う。

次にステップ４における正転動作を、第４図を参考に説
明する。

正転動作では、水量制御装置１９のギヤドモータを高速
回転で正転させる第２正転動作を行ったか否かが判別さ
れ、第２正転動作が行われていない場合にはくステップ
１１においてＮＯ）、第２正転動作を行う（ステップ１
２）。

第２正転動作が行われると、マイコンの記憶装置にそれ
が記憶される。

第２正転動作は、検知流量Ｗが目標流量Ｗ０に満たない
同行われ（ステップ１３においてＮｏ）、検知流量Ｗが
目標流量Ｗ０になるとくステップ１３においてＹＥＳ）
、ギヤドモータへの通電が停止されて水■制御装置１９
の駆動が終了しくステップ１４）、流量増大動作を終え
る。

正転動作を行うとき、第２正転動作が行われたことが記
憶されていた場合にはくステップ１１においてＹＥＳ）
、第２正転動作に比べてギヤドモータの回転速度が小さ
い第１正転動作を行う（ステップ１５）。

第１正転動作も、第２正転動作と同様に、検知流量Ｗが
目標流量Ｗ０に満たない同行われ（ステップ１６におい
てＮｏ）　、検知流量Ｗが目標流量Ｗ０になると（ステ
ップ１６においてＹＥＳ）、ギヤドモータへの通電が停
止されて水量制御装置１９の駆動が終了しくステップ１
４）、流量増大動作を終える。

次にステップ５における逆転動作を説明する。

逆転動作は、第５図に示すとおり、ギヤドモータの印加
電圧の方向のみが逆で、正転動作と全く同様の制御動作
を行うものである。

逆転動作では、水量制御装置！１９のギャドモータを高
速回転で逆転させる第２逆転動作を行ったか否かが判別
され、第２逆転動作が行われていない場合には（ステッ
プ２１においてＮＯ）、第２逆転動作を行う（ステップ
２２〉。

第２逆転動作が行われると、マイコンの記憶装置にそれ
が記憶される。

第２逆転動作は、検知流量Ｗが目標流量Ｗ０に満たない
同行われ（ステップ２３においてＮｏ＞、検知流量Ｗが
目標流量Ｗ０になるとくステップ２３においてＹＥＳ）
、ギヤドモータへの通電が停止されて水量制御装置１９
の駆動が終了しくステップ２４）、流量減少動作を終え
る。

逆転動作を行うとき、第２逆転動作が行われたことが記
憶されていた場合にはくステップ２１においてＹＥＳ）
、第２逆転動作に比べてギヤドモータの回転速度が小さ
い第１逆転動作を行う（ステップ２５）。

第１逆転動作も、第２逆転動作と同様に、検知流量Ｗが
目標流量Ｗ０に満たない同行われ（ステップ２６におい
てＮＯ）、検知流量Ｗが目標流量Ｗ０になると（ステッ
プ２６においてＹＥＳ）、ギヤドモータへの通電が停止
されて水量制御装置１９の駆動が終了しくステップ２４
〉、流量減少動作を終える。

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６図を参考にして説明する
。

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。

この点火制御の間、温調制御部４１では、初期制御とし
て、フィードフォワード制御量（ＦＦ制御ｌ）Ｑ□を燃
焼量Ｑとして送風１１１２およびガバナ比例弁２８の制
御を行う。

また、設定温度ＴＳｅｔと入水温度Ｔｉｎとから加熱可
能な最大給湯量としての目標流量Ｗ０が算出され、流量
センサ１７の検知流量Ｗが目標流量Ｗ。どなるように、
水量制御装置１９が駆動される。

このとき、例えば、前回の使用時に比べて設定温度Ｔ　
Ｓｅｔが低くされるなどして目標流量Ｗ０が変更されて
、前回より多くなった場合には、流量増大のための正転
動作が行われる。

この場合、目標流量Ｗ０の変更によって第２正転動作の
記憶はクリアされているため、初めは流量変化の大きな
第２正転動作が行われる。

そして、検知流量Ｗが目標流量Ｗ０になるまで動作が続
き、目標流量Ｗ０が検知されたときに、水量制御装置１
９の駆動が停止される。このため、流量は速やかに目標
流量Ｗ０に近付く。

しかし、水量制御装置１９のギヤドモータは高速回転で
駆動されるため、目標流量Ｗ。を検知して直ちに通電停
止をしても、水量制御装置１９の弁体はさらに変化を続
け、流量は第６図の実線に示すとおり、目標流量Ｗ０よ
り多い、点しに示す流量となってしまう。

このため、逆に流量を減少するための逆転動作が行われ
る。

この場合にも、第２逆転動作が記憶されていないため、
第２逆転動作を行って流量を少なくするが、目標流量Ｗ
０を検知して水量制御装置１９を停止しても、点Ｍに示
すとおり、流量を少なくし過ぎてしまって停止する。

その後、再び流量増大のための正転動作を行うが、この
ときは、第２正転動作を行ったことが記憶されているた
め、水量制御部ｆ１９のギヤドモータは、低速固転で正
転駆動される。従って、矢印Ｎに示すとおり、流量を徐
々に変更して次第に多くすることができ、目標流量Ｗ０
を検知したときに駆動を停止すると、水量制御装置１９
を目標流量Ｗ０が得られる適切な開度にすることができ
る。

なお、検知流量Ｗが目標流量Ｗ０に対して多い場合には
、第６図の破線に示すとおり、以上の説明とは逆の動作
によって目標流量Ｗ０に調節される。

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）Ｑｏを加えて燃焼量Ｑ
が決定される。

以上のとおり、本実施例では、水量制御装置に２とおり
の動作を与えることによって、設定温度Ｔｓｅｔや入水
温度Ｔｉｎに対応した適切な流量を速やかに得ることが
でき、給湯器の給湯能力を最大限に活かすことができる
。

また、目標流量ＷＯ付近でハンチングを起こすことがな
いため、出湯温度が速やかに安定するため、安心して使
用することができる。

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、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槽
底を示す構成国、第３図は本実施例の制御装置を示す機
能ブロック図、第４図および第５図は制御装置の作動説
明のための流れ図、第６図は本実施例のガス給湯器の作
動説明のための流■特性図である。 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）
、１８・・・入水温サーミスタ（入水温度検知手段）、
１９・・・水量制御装置（流量調節手段〉、４０・・・
制御装置（目標流量決定手段、記憶手段〉、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
   水回路へ流入する水の温度を検知する入水温度検知手段
   、前記水回路を通過する流量を検知するための流量検知
   手段を備え、前記加熱手段を前記温度設定手段による設
   定温度と前記入水温度検知手段による検知温度との温度
   差に基づいて制御するとともに、前記流量検知手段の検
   知流量に基づいて前記水回路を通過する湯水の流量を調
   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、 前記流量調節手段は、流量変化の小さな第１動作と、該
   第１動作より流量変化の大きい第２動作とを有するとと
   もに、前記制御装置は、前記設定温度および前記検知温
   度とに基づいて目標流量を決定する目標流量決定手段と
   、前記第２動作が行われたことを記憶する記憶手段とを
   備え、前記流量検出手段によって検知される流量が前記
   目標流量になるように前記流量調節手段を駆動し、該駆
   動時に前記第２動作が行われていない場合には前記第２
   動作を行い、前記第２動作が行われていた場合には前記
   第１動作を行うことを特徴とする給湯器の制御装置。