JPH0432612A - 給湯機の燃焼制御方法 - 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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は給湯機の燃焼制御方法に関する。

（ロ）　従来の技術 従来、燃焼量調整可能のバーナと、出湯量を検出する水
量センサと、給水温度を検出する水温センサと、出湯温
度を検出する湯温センサと、制御装置とを備えた給湯機
かあり、かかる給湯器では第７図で示すように、給水温
度（７１）と設定温度（７２〉との差と給水量（７３）
とで、上記設定温度（７２〉を保持するのに必要な発熱
量を算出するフィードフォワード制御（７４）の出力信
号と、湯温センサて検出した出湯温度（７５）と設定温
度（７２）との差から発熱量を算出するフィードバック
制御（７６）の出力信号とを結合（７７）　して、発熱
量制御（７８）を行い、給湯機の使用開始時、出湯量変
動時、設定温度変更時等における出湯温度制御の応答性
を高めるようにしたものがある。

（ハ）　発明が解決しようとする課題 ところが、上記制御動作が安定領域、すなわち、出湯温
度とバーナの燃焼量とか、予め定めた範囲内（例えば、
出湯温度の設定温度からの偏差が±５℃以内またはバー
ナーの燃焼量の変動が±１０％以内）であるときには、
前記フィードフォワード制御、すなわち、水温センサと
水量センサの検出値に含まれるノイズが外乱要因となり
、かえって出湯温度の変動を誘発するという問題が生ず
る。

そこで、水量センサや水温センサ検出値の移動平均値を
取ることによって、上記ノ・イズを消去することで、制
御動作の安定化を図ったものがあるが、これは応答性劣
化の要因となっている。

かかる問題を解決するために、上記制御動作が非安定領
域（例えば、出湯温度の設定温度からの偏差が±５℃以
上であり、かつバーナの燃焼量の変動が±１０％以上）
であるときは、フィードフォワードとフィードバックと
を併用した御方式で燃焼量の制御を行い、安定領域にあ
るときには、フィードバックだけの制御方式で燃焼量の
制御を行うことにより、制御動作の安定化を図ることが
考えられる。

ところが、上記制御方式の切替え時点て、最終的な燃焼
量制御信号から、フィードフォワード制御からの出力信
号が除去されて、フィードバック制御からの操作量信号
だけになり、そのため、上記切替え時点で、燃焼量が不
連続になり、結果として出湯温度の変動を招くという問
題が生ずる。

（ニ）　課題を解決するための手段 本発明では、発熱量調整可能の熱源と、出湯量を検出す
る水量センサと、給水温度を検出する水温センサと、出
湯温度を検出する湯温センサと、制御装置とを備えて、
上記各センサの検出値を、制御装置にて演算処理して得
た発熱量に基づき、予め設定した温度を目標として出湯
温度を制御すべく構成した給湯機において、制御動作の
安定・非安定を判別し、安定である時には、水量センサ
と水温センサの検出値を算入しないように上記演算処理
の方式を切替えると共に、この制御方式切替え時点での
制御量と、切り替え直後の制御量との偏差を、切替え後
の演算処理に定数として算入することで、発熱量を連続
とすることを特徴とする給湯機の燃焼制御方法を提供せ
んとするものである。

（ホ）　作用・効果 本発明によれば、制御動作が非安定領域、すなわち、予
め定めた範囲外（例えば、出湯温度の設定温度からの偏
差が±５℃以上、または給水量の変動が±ｌＯ％以上）
であるときには、フィードフォワード制御とフィードバ
ック制御を併用して、給水量の変動と設定温度の変更に
対する制御動作の応答性を高めることができ、また、制
御動作が安定領域にあるときには、水量センサと水温セ
ンサの検出値を上記演算に算入しないことにより、水温
センサと水量センサの検出値に含まれたノイズが外乱要
因となるのが排除され、出湯温度の変動を防止すること
ができることから、制御動作の高応答性と安定性とを両
立することができることになる。

特に、制御動作か非安定領域から安定領域に遷移し、制
御方式がフィードフォワードとフィードバックとを併用
した制御方式から、フィードバックだけの制御方式に切
替わった際に、制御方式切替え時点での制御量と、切り
替え直後の制御量との偏差を、切替え後の演算処理に定
数として算入することで、同偏差かフィードバック制御
からの操作量信号に加算されることになり、制御方式切
替え時点での発熱量の不連続性が解消される。

したがって、発熱量の急激な変動を伴わないスムースな
制御方式の切替えを行うことができ、したがって、制御
方式の切替え時の出湯温度の変動と、制御動作が不安定
になるのを防止することができる。

（へ）　実施例 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図、第２図はガス給湯機（＾）を示し、略直方体形
状のケース（１）内部の下方に燃焼部（Ｂ）、同燃焼部
（Ｂ）の上方に熱交換部（Ｃ）を配設している。

燃焼部（Ｂ）は略方形筒状の燃焼室（２）の内部に、熱
源（Ｎ）としてのバーナ（ｂ）を配設しており、同バー
ナ（ｂ）は空気室（３）を介してファン（４）と連通し
ており、バーナ（ｂ）の空気室（３）に面した開口部に
、ガス供給管（５）と連通した多数のノズル（ｎ）を臨
ませており、各ノズル（ｎ）から噴出するガスと、ファ
ン（４）で圧入された空気室（３）からの空気とを、各
バーナ（ｂ）の内部で混合しながら各バーナ（ｂ）の上
部から燃焼室（２）中に噴出させ、これを燃焼させるよ
うにしている。（１０）は排気口である。

熱交換部（Ｃ）は、略方形筒状の燃焼筒（６）と、ケー
ス（１）の下面を貫通した給水管（７）と出湯管（８）
との間に設けた受熱管（９）とで構成されており、受熱
管（９）は給水管（７）の側から燃焼筒（６）の下部外
周面に巻回し、次いて燃焼筒（６）の上方内部を蛇行状
に往復しており、燃焼室（２）からの燃焼ガスで同受熱
管（９）中を流れる水を加熱して出湯管り８）からガス
給湯機（Ａ）の外部に吐出するようにしている。

（Ｑ）とくＴ１）とは、それぞれ給水管（７）から熱交
換部（Ｃ）に供給される水の流量と温度を検出する水量
センサと水温センサであり、（Ｔ２）は熱交換部（Ｃ）
から吐出される湯の温度を検出する湯温センサである。

第３図は、バーナ（ｂ）のノズル（ｎ）とガス供給管（
５）との接続及び点火構造を示しており、（Ｐｖ）はガ
ス流量を調節することにより熱源（Ｎ）としてのバーナ
（ｂ）の発熱量を調節するがバナ付比例弁、（Ｓ）はガ
ス流通をＯＮ・ＯＦＦする電磁弁、（ｍ）はガス供給管
（５）と各ノスル（ｎ）間に介設したマニフォルド、（
Ｉｇ）はバーナ（ｂ）の端部に配設したイグナイタ、（
Ｆ「）はノスルの燃焼状態を検出するためのフレームロ
ットである。

第４図は制御装置（Ｄ）の構成を示しており、マイクロ
プロセッサ（ＭＰＩＪ）と、入出力インターフェース（
１）（０）と、メモリ（Ｍ）とて構成されており、入力
インターフェース（１）には、フレームロッド（Ｆｒ）
、運転スイッチ（Ｉｌ、）、出湯温度設定器（１３）、
水量センサ（Ｑ）、水温センサ（ＴＩ）、湯温センサ（
Ｔ２）か接続しており、出力インターフェース（０）に
は、イグナイタ（１ｇ）、電磁弁（ＳＯ）、ガバナ付比
例弁（Ｐｖ）が接続しており、メモリ（Ｍ）に上記ガス
給湯機（＾）を制御するプログラムを記憶させており、
極めて短い周期で各センサ（Ｑ）　（Ｔｌ）　（Ｔ２）
の検出値をサンプリングし、これらの検出値を次に説明
するプログラムにしたがって演算処理して得た数値に基
づいて、ガバナ付比例弁（Ｐｖ）に制御出力するように
構成している。

なお、上記制御出力は、出力インターフェース（０）で
、次の制御出力が入力するまでラッチされている。

上記プログラムは、熱交換部（Ｃ）から吐出される湯を
、出湯温度設定器（１３）で設定された温度に保持させ
る為のものであり、水温センサ（ＴＩ）で検出した熱交
換部（Ｃ）への給水温度と、出湯温度設定器（１３）で
設定された熱交換部（Ｃ）からの出湯温度との差と、水
量センサ（Ｑ）で検出した熱交換部（Ｃ）への供給水量
とて、設定温度を保持するのに必要な発熱量を算出する
フィードフォワード制御と、湯温センサて検出した出湯
温度と上記設定温度との差から発熱量を算出するフィー
ドバック制御とて構成されており、給湯機（＾）の使用
開始時、出湯量変更時、設定温度変更時笠における制御
の応答性を高めるようにしている。

ところか、上記制御動作か安定領域、すなわち、出湯温
度とバーナ（ｂ）の燃焼量とか、予め定めた範囲内（例
えば、出湯温度の設定温度からの偏差か±５℃以内また
はバーナ（ｂ）の燃焼量の変動か±１０％以内）である
ときには、前記フィードフォワード制御、すなわち、水
温センサ（ＴＩ）と水量センサ（Ｑ）の検出値に含まれ
たノイズが外乱要因となり、かえって出湯温度の変動を
誘発するという問題か生ずる。

そこで、本実施例では、制御動作が非安定領域、すなわ
ち、予め定めた範囲外（例えば、出湯温度の設定温度か
らの偏差が±５℃以上、または給水量の変動が±１０％
以上）であるときだけフィードフォワード制御を行って
、制御動作の応答性を高めると共に、制御動作が安定領
域にあるときは、フィードフォワード制御を行わないよ
うにして、水温センサ（Ｔ１）と水量センサ（Ｑ）の検
出値に含まれたノイズが外乱要因となるのを阻止して、
出湯温度の変動を防止するようにしている。

すなわち、第５図で示すように発熱量制御のための演算
処理を、フィードフォワード演算（２０）と、第１、第
２フイードバツク演算（２１）（３２）と、制御切換ロ
ジック（４０）と、補正項演算（４５）とで構成して、
第２フイードバツク演算（３２）の出力信号を補正項演
算（４５）に入力し、同補正項（４５）の出力信号と上
記第２フイードバツク演算（３２）の出力信号とを結合
（４６）　して、ガバナ付比例弁（Ｐｖ）への出力部と
接続した切換ノート（４１）に臨ませると共に、フィー
ドフォワード演算（２０）と第１フイードバツク演算（
２１）との出力信号を結合（２２）　して補正項演算（
４５）とに入力すると共に、上記切換ノード（４１）に
に人力するようにしている。

補正項演算（４５）は、制御装置（Ｄ）から燃焼量制御
のために最終的に出力される出力信号から、出湯温度の
偏差と比例ゲインとを乗した量を差引いた量を算出する
ものであり、この演算結果はメモリ（Ｍ）に格納される
。

また、切換ノード（４１）の結合状態は、制御切換ロジ
ック（４０）で制御されており、同制御切換ロジック（
４０）の制御動作を、第６図で示すフローチャートを参
照して説明する。

制御動作を実行中、前回の制御動作が安定領域にあった
か否かを判別しく５１）、安定領域にあれば（５１Ｙ）
　、各センサ（ＴＩ）（Ｔ２）　（Ｑ）からの検出値を
参照し、制御動作が安定領域から非安定領域に遷移した
か否かを判別しく５２）、遷移していなければ（５２Ｎ
）　、第２フイードバツク演算（３２）で燃焼量制御（
５４）を行うのであるが、メモリ（Ｍ）に格納された補
正項の数値を上記発熱量に算入する。

また、（５１）のステップで安定領域にあり（５１Ｙ）
、（５２）のステップで、制御動作が安定領域から非安
定領域に遷移していれば（５２Ｙ）　　フイードフオワ
ト演算（２０）と第１フイードバツク演算（２１）との
出力信号を併用して発熱量制御（５４）を行う。

また、（５１）のステップで前回の制御動作が非安定領
域にあれば（５１Ｎ）　、各センサ（Ｔ１．）（Ｑ）か
らの検出値を参照して、制御動作が非安定領域から安定
領域に遷移したか否かを判別しく５３）、遷移していな
ければ（５３Ｎ）　、引続きフィードフォワード演算（
２０）と第１フイードバツク演算（２１）との出力信号
を併用して発熱量制御（５４）を行い、制御動作が非安
定領域から安定領域に遷移していれば（５３Ｙ）補正項
演算（４５）を行い、この数値をメモリ（Ｍ）に格納し
、次いて、第２フイードバツク演算（３２）によって、
上記メモリ（Ｍ）に格納された補正項の数値を定数とし
て算入しく５５）、このようにして得た数値に基づく出
力信号で発熱量制御（５４）を行うようにしている。

このように、制御動作が非安定領域にあるときは、フィ
ードフォワード演算（２０）と第１フイードバツク演算
（２１）とを併用して発熱量制御（５４）を行い、安定
領域にあるときは、第２フイードバツク演算（３２）で
発熱量制御（５４）を行うことによって、制御動作が非
安定領域にあるときは、給水量の変動や設定温度の変更
に対する制御動作の応答性を高めると共に、制御動作が
安定領域にあるときは、外乱要因を排除して出湯温度の
変動を防止することができる。

特に、制御動作が非安定領域から安定領域に遷移した後
のフィードバック制御において、制御方式切替え直前の
発熱量から、出湯温度の偏差と比例ゲインとを乗じた量
を差引いた量を定数として算入しているので、フィード
フォワードとフィードバックとを併用した制御方式から
、フィードバックだけの制御方式に切替わる際の発熱量
の不連続性が解消され、急激な発熱量の変動を伴わない
スムースな制御方式の切替えを行うことができ、出湯温
度の変動と、制御動作の不安定を防止することができる
。

以−ト、ガスを燃料とした給湯機を実施例として説明し
たが、本発明の基本的な考えを、灯油などの油類を燃料
とした給湯機、或いは電力を熱源とした給湯機にも適用
することができる。

（Ｔ２）　：湯温センサ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガス給湯機の全体正面図、第２図
は同側面図、第３図は各バーナのノズルとガス供給管と
の接続及び点火構造を示す模式図、第４図は制御装置の
構成を示すブロック図、第５図は発熱量制御のための演
算処理を概念的に示すブロック図、第６図は制御切換ロ
ジックの制御動作のフローチャート、第７図は従来の発
熱量制御のための演算処理を概念的に示すブロック図。 （Ａ）、ガス給湯機 （Ｄ）：制御装置 （Ｎ）：熱源 （Ｑ）：水量センサ （Ｔｌ）　：水温センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）発熱量調整可能の熱源（Ｎ）と、出湯量を検出する
   水量センサ（Ｑ）と、給水温度を検出する水温センサ（
   Ｔ１）と、出湯温度を検出する湯温センサ（Ｔ２）と、
   制御装置（Ｄ）とを備えて、上記各センサ（Ｑ）（Ｔ１
   ）（Ｔ２）の検出値を、制御装置（Ｄ）にて演算処理し
   て得た発熱量に基づき、予め設定した温度を目標として
   出湯温度を制御すべく構成した給湯機（Ａ）において、 制御動作の安定・非安定を判別し、安定である時には、
   水量センサ（Ｑ）と水温センサ（Ｔ１）の検出値を算入
   しないように上記演算処理の方式を切替えると共に、こ
   の制御方式切替え時点での制御量と、切り替え直後の制
   御量との偏差を、切替え後の演算処理に定数として算入
   することで、発熱量を連続とすることを特徴とする給湯
   機の燃焼制御方法。