JPH0456217B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用の分野］ 本発明は、設定温度と入水温との温度差および
入水量に基づいて必要熱量を演算して、燃料の供
給量を自動調節するフイードフオワード制御を採
用した給湯器に関する。

［従来の技術］ 従来より、給湯器の制御装置は、設定温度と入
水温との温度差と入水量に基づいてバーナの目標
燃焼能力を演算して、その目標燃焼能力に基づい
てフイードフオワード制御を行う時、その目標燃
焼能力をそのまま出力したり、初期設定値として
一定時間が経過するまでは目標燃焼能力と比例す
る成分の出力でバーナが燃焼を行うように燃料の
供給量を自動調節していた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに、従来の給湯器の制御装置では、出湯
温の初期値が高温、定温に拘らず少なくともフイ
ードフオワード計算による燃焼能力でフイードフ
オワード制御を行つているので、断続使用などの
出湯温が高い時にはバーナの燃焼能力が強すぎる
という不具合があつた。よつて、出湯温が設定温
度に接近しないという問題点があつた。

本発明は、フイードフオワード制御時であつて
も出湯温によりバーナの必要熱量を補正して、出
湯温を設定温度に速やかに接近させるようにした
給湯器の供給を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、燃料の燃焼を行うバーナと、 該バーナへの燃料の供給量を調節して前記バー
ナの燃焼能力を制御する燃料供給量制御手段と、 内部を通過する水と前記バーナの燃焼熱とを熱
交換させて水を加熱する熱交換器と、 該熱交換器の上流に設けられ、前記熱交換器へ
流入する水の入水温を検知する入水温検知手段
と、 前記熱交換器を通過する水の入水量を検知する
入水量検知手段と、 前記熱交換器から流出する水の出湯温を検知す
る出湯温検知手段と、 前記出湯温を所望の設定温度に設定する温度設
定手段と、 設定温度と入水温との温度差および入水量に基
づいて必要熱量である第１の計算値を演算し、且
つ出湯温と入水温との温度差および入水量に基づ
いて第２の計算値を演算すると共に、 前記第１の計算値と前記第２の計算値との比較
結果に基づいて、前記必要熱量とほぼ同一の熱量
となる出力を生じる緩加熱領域と、前記必要熱量
より大きな熱量となる出力を生じる急加熱領域
と、前記必要熱量より小さな熱量となる出力を生
じる余熱パージ領域とからなる３つの領域のうち
のいずれかを設定温度と出湯温との現在の偏差に
応じて選択し、 その選択された前記緩加熱領域、前記急加熱領
域、前記余熱パージ領域に応じて燃料の供給量を
自動調節するフイードフオワード制御を行う制御
手段と を備えた技術手段を採用した。

［作用］ 本発明は、フイードフオワード制御時におい
て、設定温度と入水温との温度差および入水量に
基づいて必要熱量の第１の計算値を演算し、且つ
設定温度と出湯温との温度差および入水量に基づ
いて第２の計算値を演算する。さらに、第１の計
算値と第２の計算値とを比較することによつて緩
加熱領域と急加熱領域と余熱パージ領域とからな
る３つの領域のうちのいずれかを設定温度と出湯
温との現在の偏差に応じて選択する。そして、選
択された緩加熱領域、急加熱領域または余熱パー
ジ領域に応じてバーナへの燃料の供給量が自動調
節されるため、設定温度と出湯温との偏差に基づ
いてバーナの燃焼能力が制御される。

［発明の効果］ フイードフオワード制御時であつても設定温度
と出湯温との偏差に基づいてバーナへの燃料の供
給量を補正することができる。このため、断続使
用などの出湯温が高い時にバーナの燃焼能力が強
すぎたりすることはないので、設定温度に出湯温
を速やかに接近させることができる。

［実施例］ 本発明の給湯器の一実施例を図に基づき説明す
る。

第１図は燃料に燃料ガスを用いたガス燃料式給
湯器を示した図である。

ガス燃焼式給湯器１の給湯器ケース２内には、
燃焼器ケース１０が設けられ、さらにその内部に
はガス供給管２０により供給される燃料ガスを燃
焼させる第１のバーナ１１ａおよび第２のバーナ
１１ｂからなる２連式のガスバーナ１１が設けら
れている。また、燃焼器ケース１０には、ガスバ
ーナ１１への燃焼用空気の供給量（以下空気量と
略す）を調節すると共に、３相Ｙ結線のブラシレ
スDCモータを使用した燃料供給量制御手段であ
る燃焼用フアン１２が備えられ、ガスバーナ１１
はこの燃焼用フアン１２によつて供給される燃焼
用空気と、ガス供給管２０より供給される燃料ガ
スとを所定の空燃比で燃焼する強制送風式燃焼器
となつており、燃焼により発生した燃焼ガスは排
気口３から外部へ排気される。

燃焼器ケース１０内の上方には、水供給管３０
と接続された熱交換器１３が設けられ、内部を通
過する水はガスバーナ１１により発生する炎およ
び燃焼ガスの熱により加熱される。さらに燃焼器
ケース１０内のバーナ１１の近傍には、添加装置
であるスパーカ１４と、炎検知手段としてのフレ
ームロツド１５とが設けられている。

ガス供給管２０には、上流側より通電時に燃料
ガスを通過させる元電磁弁２１、主電磁弁２２、
燃料ガスの供給量（以下ガス量と略す）を供給圧
力を制御することにより調節する燃料供給量制御
手段であるガバナ式ガス比例弁（以下ガバナ比例
弁と略す）２３、第２のバーナ１１ｂへの燃料ガ
スを使用状態に応じて遮断する燃料供給量制御手
段である切替用電磁弁（以下切替弁と略す）２４
がそれぞれ設けられ、前述のガスバーナ１１へ燃
料ガスを供給する。

水供給管３０の最上流部には、水フイルタ３１
を備えた水抜き栓３２が設けられ、その下流に
は、熱交換器１３内へ流入する水の入水量を調節
するギヤドモータによる水量比例調整弁３３が設
けられ、この水量比例調整弁３３は、その開度検
出のためのポテンシヨメータ３４を備えている。

水量比例調整弁３３で入水量が調整された水
は、すぐ下流に設けられた入水温検知手段である
入水温サーミスタ３５によつて熱交換器１３内へ
流入する水の入水温が検知され、さらにその下流
の入水量検知手段である水量センサ３６によつて
熱交換器１３内へ流入する水の入水量が検知さ
れ、水供給管３０を通過して熱交換器１３へ送ら
れる。

熱交換器１３の下流側の水供給管３０には、熱
交換器１３で加熱された水の出湯温を検知する出
湯温検知手段である出湯温サーミスタ３８が設け
られ、最下流には、給湯場所に取付けられた給湯
栓（図示せず）が設けられている。

なお、３９は沸騰防止スイツチである。

以上の構成からなる給湯器１は、制御装置５０
により制御される。

制御装置５０は、第２図に示すとおり、配線用
のコンセントに接続される電源コード５１に接続
された制御回路６０と、給湯器１を遠隔操作する
ためにメインコントローラ５４とサブコントロー
ラ５４ａを接続する端子とが備えられている。

メインコントローラ５４およびサブコントロー
ラ５４ａは、使用者によつて設定される温度設定
手段で、本実施例では給湯器１に近接してメイン
コントローラ５４が設けられ、サブコントローラ
５４ａは浴室等の給湯場所に設けられている。な
お、メインコントローラ５４およびサブコントロ
ーラ５４ａは、それぞれの運転スイツチ５６，５
６ａと、出湯温を所望の設定温度に設定する水温
設定スイツチ５７，５７ａとが設けられている。

制御回路６０には、マイクロコンピユータ（以
下CPUと呼ぶ）７０を中心として、スパーカ回
路７１、フアン駆動回路７２、比例弁制御回路７
３、ギヤドモータ駆動回路７４、位置検出回路７
５、水量検出回路７６があり、これらの回路は
CPU７０により所定の制御が行われる。

フアン駆動回路７２は、燃焼用フアン１２を必
要熱量に応じて回転させると共に、３相Ｙ結線の
ブラシレスDCモータに備えられたホールICによ
りその回転数を検出して検出信号をCPU７０へ
送る。

比例弁制御回路７３は、ガスバーナ１１におけ
る燃焼が所望の空燃比で行われるようにガス量を
調整するためにガバナ比例弁２３への通電量をガ
バナ比例弁２３の特性（ガス種により異なる）に
応じた制御定数に基づいて制御する回路である。
比例弁制御回路７３は、給湯器１のばらつきによ
る誤差、ガス種による圧力損失を修正して適正な
ガス量を得るために、ガバナ比例弁２３の比例弁
電流の最大値を比例制御する半固定ボリウムを備
えている。

ギヤドモータ駆動回路７４は、熱交換器１３へ
流入する入水量を調節するための水量比例調整弁
３３のギヤドモータを駆動する回路で、電源が
OFF状態では、作動しないが、電源ON状態で
は、サブコントローラ５４ａの運転スイツチ５６
ａがONまたはOFFに拘らず、前回の設定温度の
位置に設定されており、その位置から基準温度に
応じた位置に初期設定される。

位置検出回路７５は、水量比例調整弁３３にそ
の開度を検出するために備えられたポテンシヨメ
ータ３４からの信号を解析するための回路であ
る。

水量検出回路７６は、水量センサ３６の回転数
信号により熱交換器１３内へ流入する水の入水量
を検出するものである。

CPU７０は、予め給湯器１の組立て時の出荷
段階で設定される基準温度、および使用する燃料
ガスのガス種を記憶する記憶機能と、メインコン
トローラ５４とサブコントローラ５４ａとを判別
する判別機能と、上記の各回路の作動順序および
タイミングを制御するシーケンス制御と、燃焼能
力制御として入水温、設定度に基づき燃焼量およ
び入水量を制御するフイードフオワード制御（以
下FF制御と呼ぶ）と、出湯温に基づきガス量の
自動調節、切替弁２４のON、OFF、燃焼用フア
ン１２の風量調節などのガスバーナ１１の燃焼能
力および入水量を比例積分制御（以下PI制御と
呼ぶ）するフイードバツク制御（以下FB制御と
呼ぶ）と、FF制御とFB制御とを切替える切替制
御とを行い、この他に安全機能も備えている。

判別機能は、制御回路６０の端子６１および端
子６２にそれぞれ接続されたメインコントローラ
５４およびサブコントローラ５４ａのそれぞれの
設定状態に応じた制御を行うためにパルス信号を
解析する部分であり、端子６１および端子６２は
メインコントローラ５４およびサブコントローラ
５４ａへ電気を供給することができる省線式の２
線端子である。

シーケンス制御は、使用者が給湯栓を開けるこ
とによつて水量センサ３６に基づく通水信号が得
られると、燃焼用フアン１２が作動し、所定時間
のプリパージが行われた後に点火作動を行う。点
火作動は、元電磁弁２１、主電磁弁２２、ガバナ
比例弁２３およびスパーカ１４が同時に通電され
るもので、そして着火の検知後に燃焼能力の計算
が行われ、設定量に応じた燃焼が始まる。

一方、水量センサ３６に基づき通水信号を検知
したとき、同時に入水温サーミスタ３５に基づき
燃焼量の計算が始まるが、水供給管３０に通水が
行われていないときの水温を読み込むと正しい水
温が得られないため、本実施例では、入水温サー
ミスタ３５による水温の読み込みを通水信号の検
知後に行い、その時の水温を水温データとしてい
る。

燃焼能力制御では、後記する第１の計算値と第
２の計算値との比較結果に応じて必要熱量を補正
するFF制御と、出湯温と設定温度との偏差に応
じてガスバーナ１１の燃焼能力を補正するFB
（PI）制御とが行われる。

FF制御は、設定温度と入水温との温度差およ
び入水量から演算した第１の計算値（必要熱量）
Ｑと、出湯温と入水温との温度差および入水量と
から演算した第２の計算値ｑとの比較結果から最
も効率の良い燃焼能力を計算して、燃焼用フアン
１２、ガバナ比例弁２３、切替弁２４、水量比例
調整弁３３をそれぞれ制御して、空気量、ガス量
および入水量を自動調節する。

また、FF制御は、第１の計算値（必要熱量）
Ｑと第２の計算値ｑとの比較結果によつて、第８
図の必要熱量とガス量との関係を示すグラフのご
とく、必要熱量Ｑとほぼ同一の緩加熱熱量（Ｑ×
1.0）を出力する緩加熱時に比例制御によつて制
御される緩加熱領域Ａと、必要熱量Ｑより大きな
急加熱熱量（Ｑ＋α）を出力する急加熱時に比例
制御によつて制御される急加熱領域Ｂと、必要熱
量Ｑより小さな余熱パージ熱量（Ｑ−β）を出力
する余熱パージ時に比例制御によつて制御される
余熱パージ領域Ｃとからなる３つの領域のうちい
ずれかを設定温度と出湯温との現在の偏差に基づ
いて燃焼用フアン１２、ガバナ比例弁２３、切替
弁２４、水量比例調整弁３３をそれぞれ制御し
て、空気量、ガス量および入水量を自動調節す
る。このため、FF制御時に設定温度と出湯温と
の偏差に応じてガスバーナ１１の燃焼能力が制御
される。

また、急加熱領域Ｂは、第１のバーナ１１ａの
みの燃焼による半開能力運転時におけるガバナ比
例弁２３の制御によつて制御される半開能力制御
域Ｉの最大値以下と、第１のバーナ１１ａおよび
第２のバーナ１１ｂの同時燃焼による全開能力運
転時におけるガバナ比例弁２３の制御によつて制
御される全開能力制御域の最小値以上との重複
領域である重複制御域に限定される。

FB（PI）制御によつて、ガス比例制御が半開能
力制御域の最大域付近に達した時には、緩点火
制御を行いながら切替弁２４をON（開弁）し全
開能力領域に切替える。また、FB（PI）制御に
よつて、ガス比例制御が全開能力制御域の最小
域付近に達した時、切替弁２４をOFF（閉弁）し
半開能力制御域に切替える。

よつて、半開能力制御域と全開能力制御域
との切替制御時であつても安全な燃焼状態が継続
され、且つスムーズな半開能力制御域と全開能
力制御域との切替制御を行なわれる。

FF制御からFB（PI）制御への切替制御では、
設定温度と出湯温との偏差が所定温度差となつた
時に、FF制御からFB（PI）制御に切替える。ま
たは、設定温度と出湯温との偏差が所定温度差に
達しなくとも、入水量の関数である所定時間τ₁＝
ａ／ｗ［秒］、および所定時間τ₂＝ｂ−bw［秒］を
演算して、出湯温が設定温度に所定時間τ₁、τ₂が
経過しても接近しない場合に、FF制御からFB
（PI）制御に切替えることによつて、例えば器具
のばらつきによるガス量の不足などの負荷の誤差
が生じて速やかに設定温度と出湯温との偏差が所
定温度差に達しなくとも、FF制御からFB（PI）
制御に切替わる。（ｗ＝入水量） 安全機能としては、出湯温が沸騰温度以上にな
り、それがｔ８（例えば１〜10）秒間続いた場
合、連続燃焼が所定時間ｔ７（例えば40〜120）
分続いた場合や、炎が検知されないときに各電磁
弁を閉状態にすると共に、運転を停止する。

本実施例の給湯器１の制御装置５０の作動を第
３図ないし第７図に示す作動フローチヤートに基
づき説明する。

給湯器１を設置するときにガス会社または給湯
器１の販売業者により設定された燃料ガスのガス
種を確認すると共に、基準温度（本実施例では40
℃）の設定を行う（S1）。この燃料ガスのガス種
の選定および基準温度の設定は、給湯器の使用者
は行わない、またCPU７０の記憶機能に記憶さ
れるために、電源ON、OFFに拘らずCPU７０に
記憶されている。但しCPU７０は、設定温度が
使用者により入力されると、基準温度より設定温
度を優先し、設定温度の出湯温に接近するように
給湯器１を制御する。

給湯器１を使用するために、電源コード５１を
配線用のコンセントに接続し、電源をONする
（S2）。

水量比例調整弁３３が基準温度（本実施例では
40℃）に応じた入水量である最大入水量が可能な
開度に初期設定されているか否かを判別する
（S3）。

ここで、水量比例調整弁３３は、サブコントロ
ーラ５４ａのON、OFFに拘らず全開給湯器１を
使用した時の設定温度（または基準温度）の所定
の開度に設定されている。しかし、水量比例調整
弁３３の開度を変更するギヤドモータは、設定温
度を入力してから開度を調節しようとすると、移
動時間が数秒間必要なために燃焼制御時間に食い
込む恐れがあり、燃焼制御が遅延する。これを防
止するために、本実施例では、燃焼を開始する以
前に先行して水量比例調整弁３３を移動させる。

したがつて、水量比例調整弁３３の初期設定時
の開度から後記するFF制御の時に設定温度に応
じた開度に移動するまでの水量比例調整弁３３の
調節時間が短縮されるため、FF制御時に出湯温
を速やかに設定温度に設定することができる。

ガスバーナ１１の燃焼能力に対して最大入水量
可能な開度に設定されている時、ギヤドモータを
OFFする（S4）。最大入水量可能な開度に設定さ
れていない時、ギヤドモータをONする（S5）。

ここで、通常、水量比例調整弁３３の駆動時間
は、最大限変位しても数秒程度であるが、凍結ま
たは異物混入時等には、水量比例調整弁３３がロ
ツクされてしまうため、ギヤドモータ駆動回路７
４からの通電にも拘らず水量比例調整弁３３が変
位しないことがあり、そのために通電時間が長く
なりモータやギヤドモータ駆動回路７４の加熱に
よる燃焼等の危険がある。本実施例では、このよ
うな場合にも、機器が故障することがないよう
に、ギヤドモータ駆動回路７４による通電時間を
t₁（５〜30）秒でギヤドモータをOFFするように
している（S6）。

次に、メインコントローラ５４またはサブコン
トローラ５４ａの運転スイツチ５６，５６ａが
ONされているか否かを判別し（S7）、ONされる
までＳ７を繰り返す。ONされている時には、水
温設定スイツチ５７，５７ａにより出湯温を設定
しているか否かを判別する（S8）。

また、所定時間（t2秒間）が経過して（S9）も
出湯温を設定しない場合には、設定温度を基準温
度の40℃に設定する（S10）。次に使用者が給湯
栓を開くと（S11）、水量センサ３６により入水
量を検知する（S12）。

ここで、入水量変化信号の受付け方は、水量検
出回路７６で検出しない微小変化は受付けず、入
水量の変化量が現在の入水量（定常流）と比較し
て所定の値以上のとき受付ける。

水量センサ３６からの信号を読み取る水量検出
回路７６に信号が所定電圧以上の場合を通水信号
として検知するが、水流のうねり等により水量検
出回路７６で読み取り誤差が生じ、設定電圧を一
定にしておくとチヤタリングを生起することにな
るため、本実施例では、ヒステリシス特性を持た
せることによりチヤタリングを防止し、水量が
2.5／分以上のとき通水信号として検知し、2.0
／分以下のような微小変化のときには通水信号
として検知しない。

通常、入水量のデータは、１回のサンプリング
時間毎に更新されるが、水量センサ３６の応答遅
れを考慮して、ある時間内の累計値が所定値以上
となつた場合も入水量変化として受付ける。

したがつて、瞬間の入水量変化を検出するのみ
ではなく、ある時間内の入水量の変化も検出する
ことができ、幅広い入水量変化に対応したガス量
の調節を行うことができる。

入水量を検知した後、所定時間（t3秒間）が経
過した後（S13）、入水温サーミスタ３５によつ
て、入水温を検知する（S14）。そして、入水温
が55℃以上か否かを判別して（S15）、55℃以上
の時に使用者が給湯栓を閉じ（S16）、メインコ
ントローラ５４およびサブコントローラ５４ａの
運転スイツチ５６，５６ａをOFFする（S17）。
55℃より低温の時に入水温が設定温度以下か否か
を判別して（S18）、設定温度より高温の時にS12
以下の作動を繰り返し、設定温度以下の時に燃焼
用フアン１２をONする（S19）。

ホールICにより燃焼用フアン１２の回転数を
検知し（S20）、その回転数が所定回転数以上か
否か判別する（S21）。所定回転数より低回転数
の時には、燃焼能力に応じた回転数が得られない
ので、元電磁弁２１、主電磁弁２２、切替弁２
４、ガバナ比例弁２３、燃焼用フアン１２を全て
OFFし（S22〜S26）、使用者が給湯栓を閉じ
（S27）、その後、メインコントローラ５４および
サブコントローラ５４ａの運転スイツチ５６，５
６ａをOFFする（S28）。

回転数が所定回転数以上の時に、t4（例えば0.5
〜10）秒間のプリパージを行い（S29）、スパー
カ１４、元電磁弁２１、主電磁弁２２、切替弁２
４を全てONし（S30〜S33）、カバナ比例弁２３
へ緩点火電流を供給する（S34）。

ガバナ比例弁２３への比例弁電流は、点火時を
除いて燃焼用フアン１２の回転数つまり風量およ
びガス種Kpに基づいて制御される。本実施例で
は、特に点火時の緩点火用ガス量を、比例弁制御
回路７３の半固定ボリウムにより調整したガバナ
比例弁２３への比例弁電流の最大値に対して一定
の割合になるようにしてあり、これにより点火時
に適正な緩点火用ガス量を供給することができ
る。

さらに、スパーカ１４をONした後、t5（例え
ば５〜20）秒間が経過してから（S35）スパーカ
１４をOFFする（S36）。そして、フレームロツ
ド１５により燃焼炎を検知し、フレームロツド１
５によりIA以上の電流が入力されているか否か
を判別する（S37）。IA以上の電流が入力されて
いない時には、着火ミスとしてS22以下の作動を
繰り返す。IA以上の電流が入力されている時、
t6（例えば0.1〜10）秒間の緩点火タイマを行い
（S38）、出湯温サーミスタ３８により出湯温を検
知する（S39）。

次に第６図ないし第７図の作動フローチヤート
に示す燃焼能力制御を行い（S40）、以下の安全
機能制御を行う。

燃焼用フアン１２の回転数が所定回転数以上か
否か判別する（S41）。所定回転数より低回転の
時にS22以下の作動を行い、回転数が所定回転数
以上の時に、フレームロツド１５によりIA以上
の電流が入力されているか否かを判別する
（S42）。IA以上の電流が入力されている時、連続
燃焼がt7（例えば40〜120）分続いたり（S43）、出
湯温が沸騰温度以上になり（S44）、それがt8（例
えば１〜10）秒間続いた場合（S45）、S22以下の
作動を繰り返す。連続燃焼がt7分以内であり、出
湯温が沸騰温度に達しない場合には、設定温度を
再度入力した（S46）後、S39以下の作動を繰り
返す。S46は、使用者が設定温度を変更する場合
に対処するものである。

IA以上の電流が入力されていない時には、吹
き消え等の失火として検知し、燃焼中の失火が１
回目か否か判別し（S47）、先火が２回目の時に
S22以下の作動を繰り返す。先火が１回目の時に
は、元電磁弁２１、主電磁弁２２、切替弁２４を
OFFし（S48〜S50）、その後S19以下の作動を繰
り返す。

燃焼能力制御を第６図ないし第７図の作動フロ
ーチヤートに基づき説明する。

最初にガスバーナ１１の燃焼能力に必要な必要
熱量の演算を以下の計算式に基づいて演算する
（S100）、（S101）。

第１の計算値Ｑ ＝（Test−THin）×ｗ＝必要熱量 第２の計算値ｑ＝（THout−THin）×ｗ Tset：設定温度 THin：入水温 THout：出湯温 ｗ：入水量 FF制御を行つたか否かを判別し（S102）、FF
制御を行つている場合には、FB（PI）制御を行
い、FF制御を行つていない時、水量比例調整弁
３３を初期設定してからt9秒が経過したか否かを
判別し（S103）、t9秒間が経過した時、Ｑ≧qxか
否かを判別する（S104）。なお、ｘはｘ＞1.0を満
足する係数である。

Ｑ≧qxではない時、Ｑ＜ｑか否かを判別する
（S105）。

Ｑ＜ｑではない時、出湯温を設定温度に接近さ
せるために、緩加熱領域Ａの緩加熱熱量（Ｑ×
1.0）となる出力が生ずるようにガスバーナ１１
の燃焼力を制御する。すなわち、燃焼用フアン１
２およびカバナ比例弁２３を制御し、さらにガス
バーナ１１の燃焼能力に応じて水量比例調整弁３
３を制御し、上述したFF制御から第７図に示す
作動フローチヤートに基づくFB（PI）制御に切替
える（S106）。

Ｑ＜ｑである時、出湯温が設定温度より高温と
なつているので、出湯温を設定温度に接近させる
ために、余熱パージ領域Ｃの余熱パージ熱量（Ｑ
−β）となる出力（最小燃焼能力）を生ずるよう
にガスバーナ１１の燃焼能力を制御する。すなわ
ち、燃焼用フアン１２およびガバナ比例弁２３を
制御し、さらにガスバーナ１１の燃焼能力に応じ
て水量比例調整弁３３を制御する（S107）。

次に、τ₁＝ａ／ｗ［秒］を演算し（S108）、FF
制御からFB（PI）制御に切替える所定時間（τ₁秒
間）が経過した（S109）後、余熱パージ領域Ｃ
の余熱パージ熱量（Ｑ−β）を緩加熱領域Ａの緩
加熱熱量（Ｑ×1.0）となる出力に近づくように、
燃焼用フアン１２およびガナバ比例弁２３を制御
し、水量比例調整弁３３を制御し、上述したFF
制御から第７図に示す作動フローチヤートに基づ
くFB（PI）制御に切替える（S110）。

ここで、τ₁秒間が経過していない時には、設定
温度（Tset）と出湯温（THout）との偏差が｜
dt｜℃｛＝所定温度差±ｙ℃｝以内か否かを判別
して（S111）、偏差が｜dt｜℃以内の時、S110を
行い、偏差が｜dt｜℃以内ではない時、再度
S109を行う。

なお、給湯器のばらつきによる誤差またはガス
圧が標準値を下回るガス量不足の場合が起り得る
ため、水量比例調整弁３３が初期設定位置に移動
した後、t9秒間が経過した（S103）時点で、出湯
温サーミスタ３８の検出温度が設定温度とならな
いＱ≧qxの時には、設定温度（Tset）と出湯温
（THout）との偏差が｜dt｜℃｛＝所定温度差±
ｙ℃｝以内か否かを判別して（S112）、偏差が｜
dt｜℃以内の時、S106を行い、偏差が｜dt｜℃以
内ではない時、急加熱領域Ｂの急加熱熱量（Ｑ＋
α）となる出力を生ずるようにガスバーナ１１の
燃焼能力を制御する。すなわち、燃焼用フアン１
２およびガバナ比例弁２３、切替弁２４を制御
し、さらにガスバーナ１１の燃焼能力に応じて水
量比例調整弁３３を制御する（S113）。

但し、水量変化により、必要熱量の計算値が更
新され、このときガスバーナ１１の燃焼能力の制
御が行われると空気量変化およびガス量変化と入
水量の変化とが干渉し、出湯温に影響が現れるの
で、最大能力燃焼を維持することにより、水量比
例調整弁３３の開度を変更する時には、燃焼用フ
アン１２およびガバナ比例弁２３の制御による空
気量およびガス量の調整は行わない。

ここで、切替弁２４がONされているか否かを
判別し（S114）、切替弁２４がONされている時、
つまり第１バーナ１１ａおよび第２のバーナ１１
ｂの同時燃焼による全開能力運転時に、半開能力
制御域Ｉの最大値（全開能力制御域の1/2の能
力）以下か否かを判別し（S115）、最大値以下の
時、重複制御域内の出力でガバナ比例弁２３を
比例制御すると共に、切替弁２４をONまたは
OFFする（S116）。

切替弁２４がONされていない時、つまり第１
のバーナ１１ａのみの燃焼による半開能力運転時
に、全開能力制御域の最小値（全開能力制御域
の1/4の能力）以上か否かを判別し（S117）、
最小値以上の時、S116を行う。

したがつて、急加熱領域Ｂの急加熱熱量（Ｑ＋
α）の判定レベルは、半開能力制御域の最大値
以下｛＝半開能力制御域の最大値÷（Ｑ＋α）｝
であり、且つ全開能力制御域の最小値以上の重
複領域である複数制御域に限定される（固定
値）。これにより、切替弁２４のON、OFFによ
り発生するガスバーナ１１の全開と半開とのチヤ
タリングを防止でき、温度制御範囲の拡大と急加
熱熱量となる最大燃焼能力の制御のスピードアツ
プとを両立できる。

次に、τ₂＝ｂ−cw［秒］を演算し（S118）、FF
制御からFB（PI）制御に切替える所定時間（τ₂秒
間）が経過した（S119）後、余熱パージ領域Ｃ
の余熱パージ熱量（Ｑ−β）となる出力が生ずる
ようにガスバーナ１１の燃焼能力を制御する。す
なわち、燃焼用フアン１２およびガバナ比例弁２
３を制御し、さらにガスバーナ１１の燃焼能力に
応じて水量比例調整弁３３を制御し、上述した
FF制御からFB（PI）制御に切替える（S120）。

ここで、τ₂秒間が経過していない時には、設定
温度（Tset）と出湯温（THout）との偏差が｜
dt｜℃｛＝所定温度差±ｙ℃｝以内か否かを判別
して（S121）、偏差が｜dt｜℃以内の時、S120を
行い、偏差が｜dt｜℃以内ではない時、所定時間
Δtで出湯温の温度差Δy以下の出湯温変化がある
か否かを判別する。（S122）。Δy／Δt以下の出湯
温の変化がある時には、S120を行い、Δy／Δt以
下の出湯温の変化がない時には、S119以下の作
動を繰り返す。

以上のように、給湯器１の制御装置５０は、
FF制御時に、第１の計算値Ｑと第２の計算値ｑ
とを比較することによつて、第８図の必要熱量と
ガス量との関係を示すグラフのごとく、必要熱量
Ｑとほぼ同一の緩加熱熱量（Ｑ×1.0）となる出
力でガバナ比例弁２３と水量比例調整弁３３を比
例制御する緩加熱領域Ａと、必要熱量Ｑより大き
な急加熱量（Ｑ＋α）となる出力でガバナ比例弁
２３と水量比例調整弁３３を比例制御する急加熱
領域Ｂと、必要熱量Ｑより小さな余熱パージ熱量
（Ｑ−β：最小燃焼能力）となる出力でガバナ比
例弁２３と水量比例調整弁３３を比例制御する余
熱パージ領域Ｃとを選択するようにしている。そ
して、選択された緩加熱領域Ａ、急加熱領域Ｂ、
余熱パージ領域Ｃに応じて、空気量、ガス量およ
び入水量を補正するようにしている。

したがつて、FF制御時であつても設定温度と
出湯温との現在の偏差に応じてガスバーナ１１へ
のガス量を補正することができる。このため、出
湯温が低い時にガスバーナ１１の燃焼能力が弱す
ぎたり、給湯器１の継続使用などの出湯温が高い
時にガスバーナ１１の燃焼能力が強すぎたりする
ことはない。よつて、FF制御時であつても出湯
温を設定温度に速やかに接近させることができ
る。

FB（PI）制御では、設定温度（Tset）と出湯
温（THout）との偏差が所定温度差（＋ｙ℃）
以上か否かを判別して（S123）、偏差が＋ｙ℃以
上の時、余熱パージ領域Ｃの余熱パージ熱量（Ｑ
−β）となる出力を生ずるようにガスバーナ１１
の燃焼能力を制御する。すなわち、燃焼用フアン
１２およびガバナ比例弁２３を制御し、さらにガ
スバーナ１１の燃焼能力に応じて水量比例調整弁
３３を制御する（S124）。そして、t10秒間が経過
した（S125）後、前述の安全制御を行う。また、
t10秒間が経過していない時には、S123以下の作
動を繰り返す。

偏差が＋ｙ℃以上でない時に、温度偏差関数と
入水量関数との合成関数から積分時間を演算する
（S127）。

温度偏差：ｅ＝設定温度−出湯温 ∴Ｆ(e)＋（K₁−ｅ）×k₁ Ｋ、ｋは定数 入水量ｗは、水量センサ３６により検出された
既知数 ∴Ｇ(W)＝（K₂−ｅ）×k₂ ∴積分時間：Ｔ＝K₃×｛Ｆ(e)＋Ｇ(w)｝ ＝PI制御の出力時間 よつて、設定温度と出湯温との偏差が大きい程
積分時間［秒］が短く、または入水量が多い程積
分時間［秒］が短く、ガバナ比例弁２３または水
量比例調整弁３３への出力時間が短くなる。

その後、Ｔ時間経過した（S128）後、温度偏
差ｅ≦１か否かを判別し（S129）、ｅ≦１の時、
前述の安全制御を行い、ｅ≦１ではない時、燃料
ガスのガス種Kpを入力し（S130）、ガス種Kpに
応じた制御定数に切替えるように、以下のPI制
御出力の更新を行い、そのPI制御出力のガバナ
比例弁２３または水量比例調整弁３３への制御定
数を温度偏差関数として出力した（S131）後、
安全制御を行う。

PI制御出力：PN＝PN−１＋ｅ×Kp PI制御出力変化量：ΔVS＝ｅ×Kp PN−１＝Ｑ＋α：現在のPI制御出力 ∴PI制御出力PN＝PN−１＋ΔVs 但し、所定流量より少ない入水量のときには、
急加熱領域Ｂの急加熱熱量（Ｑ＋α）を緩加熱領
域Ａの緩加熱熱量（Ｑ×1.0）に近づけて微少流
量においての安定性を向上させている。

よつて、ガス種Kp、ガス量および入水量など
の負荷に応じた制御定数に切替えることによつ
て、ガス量を増減（固定値ではなく変数に）する
ことができ、広範囲、且つ自由なFB（PI）制御を
行うことができる。また、ガバナ比例弁２３の特
性（ガス種により異なる）と適合したFB（PI）制
御を行うことができる。さらに、積分時間Ｔと
PI制御出力とから、出湯温を設定温度に速やか
に接近させることができる。

［変形例］ 本実施例では、燃料に燃料ガス等の気体燃料を
用いたが、石油等の液体燃料などを用いても良
い。

本実施例では、ガバナ比例弁２３と水量比例調
整弁３３とを比較制御したが、ガバナ比例弁２３
のみを比例制御しても良い。また、燃焼用フアン
１２を比例制御してガスバーナ１１の燃焼能力を
制御しても良い。

また、ガバナ比例弁２３または切替弁２４のみ
を燃料供給量制御手段として用いても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の一実施例を示
す。第１図は給湯器を示した概略図、第２図は給
湯器の制御装置を示したブロツク図、第３図ない
し第７図は給湯器の制御装置の作動フローチヤー
ト、第８図は必要熱量とガス量との関係を示した
グラフである。 図中、１……給湯器、１１……ガスバーナ、１
３……熱交換器、２３……ガバナ比例弁（燃料供
給量制御手段）、３５……入水温サーミスタ（入
水温検知手段）、３６……水量センサ（入水量検
知手段）、３８……出湯温サーミスタ（出湯温検
知手段）、５４……メインコントローラ（温度設
定手段）、５４ａ……サブコントローラ（温度設
定手段）、７０……CPU（制御手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 燃料の燃焼を行うバーナと、 (b) 該バーナへの燃料の供給量を調節して前記バ
   ーナの燃焼能力を制御する燃料供給量制御手段
   と、 (c) 内部を通過する水と前記バーナの燃焼熱と熱
   交換させて水を加熱する熱交換器と、 (d) 該熱交換器の上流に設けられ、前記熱交換器
   へ流入する水の入水温を検知する入水温検知手
   段と、 (e) 前記熱交換器を通過する水の入水量を検知す
   る入水量検知手段と、 (f) 前記熱交換器から流出する水の出湯温を検知
   する出湯温検知手段と、 (g) 前記出湯温を所望の設定温度に設定する温度
   設定手段と、 (h) 設定温度と入水温との温度差および入水量に
   基づいて必要熱量である第１の計算値を演算
   し、且つ出湯温と入水温との温度差および入水
   量に基づいて第２の計算値を演算すると共に、 前記第１の計算値と前記第２の計算値との比較
   結果に基づいて、前記必要熱量とほぼ同一の熱量
   となる出力を生じる緩加熱領域と、前記必要熱量
   より大きな熱量となる出力を生じる急加熱領域
   と、前記必要熱量より小さな熱量となる出力を生
   じる余熱パージ領域とからなる３つの領域のうち
   のいずれかを設定温度と出湯温度との現在の偏差
   に応じて選択し、 その選択された前記緩加熱領域、前記急加熱領
   域、前記余熱パージ領域に応じて燃料の供給量を
   自動調節するフイードフオワード制御を行う制御
   手段と を備えた給湯器。