JPH0456218B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用の分野］ 本発明は、設定温度と出湯温との偏差に基づい
て必要能力を演算して、燃料の供給量を自動調節
するフイードバツク制御を採用した給湯器にかか
わる。

［従来の技術］ 実公昭60−16843号公報においては、比例弁を
介して燃料供給路に接続された第１のバーナ、お
よび比例弁に切替用電磁弁を介して接続された第
２のバーナからなるバーナを備え、第１のバーナ
のみの燃焼による半開能力運転時に比例弁の比例
制御によつて制御される半開能力制御域と、第１
のバーナおよび第２のバーナの同時燃焼による全
開能力運転時に比例弁の比例制御によつて制御さ
れる全開能力制御域と、半開能力制御域の最大域
と全開能力制御域の最小域との重複制御域とを設
けた給湯器が開示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに、上記構成の給湯器では、比例弁の比
例制御が半開能力制御域の最大域に達し全開切替
信号が出力されると、直ちに切替用電磁弁を開弁
し、急激に半開能力制御域から全開能力制御域に
切替えられたり、あるいは比例弁の比例制御が全
開能力制御域の最小域に達し全開切替信号が出力
されると、直ちに切替用電磁弁を閉弁し、急激に
全開能力制御域から半開能力制御域に切替えられ
たりする。

このように、全開切替信号および半開切替信号
を瞬間の値でとらえるものは、給湯器のように熱
容量の大きいもの、あるいは応答遅れのあるもの
において切替用電磁弁の開弁と閉弁とが頻繁に繰
り返されるチヤタリング現象が生起する恐れがあ
つた。

また、燃焼用フアンは慣性力が大きく応答遅れ
があるので、半開能力制御域と全開能力制御域と
の切替制御がスムーズに行うことができなかつ
た。

したがつて、半開能力制御域と全開能力制御域
との切替制御時に給湯器の制御不良を生起すると
いう問題点があつた。

本発明は、切替用電磁弁のチヤタリング現象の
発生を防止し、且つ半開能力制御域と全開能力制
御域との切替制御をスムーズに行つて制御不良を
防止できる給湯器の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、燃料の供給量を調節する比例弁を介
して燃料供給路に接続された第１のバーナ、およ
び前記比例弁と切替用電磁弁を介して燃料供給路
に接続された第２のバーナからなるバーナと、該
バーナへ供給する燃焼用空気の風量を変更する燃
焼用フアンと、前記バーナの上方に設けられ、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、該熱交換器の下
流に設けられ、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、前記熱交換器
から流出する水の出湯温を所望の設定温度に設定
する温度設定手段と、前記比例弁の比例制御によ
つて制御される半開能力制御域と、前記比例弁の
比例制御によつて制御される全開能力制御域と、
前記半開能力制御域の最大域と前記全開能力制御
域の最小域との重複制御域とを設定温度と出湯温
との偏差に基づいて選択し、これらの制御域に応
じて前記切替用電磁弁を切替えると共に、前記バ
ーナへの燃料の供給量と燃焼用空気の風量とを自
動調節するフイードバツク制御を行う制御回路と
を備えた給湯器において、 前記制御回路は、前記比例弁の比例制御が半開
能力制御域の最大域付近に達して前記全開能力制
御域への全開切替信号を一定時間出力した時の
み、または全開能力制御域の最小域付近に達して
前記半開能力制御域への半開切替信号を一定時間
出力した時のみ前記切替用電磁弁を切替えると共
に、前記切替用電磁弁の切替制御時に前記バーナ
への燃料の供給量と燃焼用空気の風量とを変更し
ないように前記比例弁および前記燃焼用フアンを
制御する技術手段を採用した。

本発明において、1/4半開とは、全開の1/2だけ
でなく、その他の部分開も含む。

［作用］ 本発明は、フイードバツク制御時の比例弁の比
例制御が半開能力制御域の最大域付近に達し、全
開能力制御域への全開切替信号を一定時間出力し
た時のみか、またはフイードバツク制御時の比例
弁の比例制御が全開能力制御域の最小域付近に達
し、半開能力制御域への半開切替信号を一定時間
出力した時のみ切替用電磁弁を切替えることによ
つて、全開切替信号または半開切替信号を一定時
間出力している時のみ半開能力制御域と全開能力
制御域との切替制御を行うようにした。

このとき、燃焼用フアンによるバーナへの燃焼
用空気の風量と比例弁による燃料の供給量とは、
各々最適値に対応しており、バーナの全開または
半開によらず一定であり、燃焼用フアンは慣性力
が大きく応答遅れがあるので、燃焼用フアンによ
るバーナへの燃焼用空気の風量と比例弁による燃
料の供給量とを変更しないようにしている。この
ため、空燃比が安定して安全な燃焼状態が得ら
れ、スムーズな半開能力制御域と全開能力制御域
との切替制御が行われる。

［発明の効果］ 熱容量の大きいもの、あるいは応答遅れのある
給湯器であつても、半開能力制御域と全開能力制
御域との切替制御時に切替用電磁弁の開弁と閉弁
とが頻繁に繰り返されるチヤタリング現象の発生
を防止できる。また、空燃比が安定するため安全
な燃焼状態を得ることができ、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
うことができるので、半開能力制御域と全開能力
制御域との切替制御時の給湯器の制御不良を防止
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場合のガス
燃焼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
は燃料供給路であるガス供給管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、３相Ｙ結線のブラシレスDCモータを
使用した燃焼用フアン１２が備えられ、２連式の
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によつて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２連式のガスバーナ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２連式のガスバーナ１１
の近傍には、点火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。

内部にガス供給路を形成したガス供給管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２連式のガスバ
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内への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で流入量が調整された水
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によつて温度が検出され、
さらにその下流の入水量検知手段である水量セン
サ３６により入水量が検出され、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、加
熱された水の温度を検出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。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、燃料ガスの種類を設
定するガス種切替スイツチ５５とが備えられてい
る。燃料の種類としては、LPガス、都市ガス１
３Ａ、都市ガス６Ｃ等の気体燃料をガス種切替ス
イツチ５５によつて選択的に切替える。

メインコントローラ５４およびサブコントロー
ラ５４ａは、使用者によつて操作される温度設定
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を設
定温度等の燃焼能力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、２連式のガスバーナ１
１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）に応じた比例積分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への比例弁電流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
流入する水量を調節するための水量比例調整弁３
３のギヤ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、電源がON状態では、
サブコントローラ５４ａの運転スイツチ５６ａが
ONまたはOFFに拘らず、全開の設定温度の位置
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
り、特に本実施例では、ポテンシヨメータ３４の
全回動角のうち回動変化が抵抗値の変化として現
れる電気的に有効な部分のみを使用し、検出され
る抵抗値をそのまま回動角として読み替えること
により正確な制御を行つている。

水量検出回路７６は、水量センサ３６の回転数
信号により入水量を検出するものであり本実施例
では、特に水量センサ３６からのパルス信号の立
上りのタイミングと立下りのタイミングとから２
つの新たなパルス信号を得ることにより、パルス
繰返し周期を短くすると共に、パルス幅を大きく
してＦ／Ｖ変換における誤差を少なくしている。

CPU７０は、予め給湯器１の組立て時、また
は出荷段階で設定される基準温度、およびガス種
切替スイツチ５５で設定された燃料ガスのガス種
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機能と、入水温、設定温
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）、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の風量調節などの燃焼
量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）、およびFF制御とFB制御とを切替える切
替制御を行う燃焼能力制御機能と、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。

シーケンス制御機能は、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、着火検知後に燃焼量の能力計算
が行われ、設定量に応じた燃焼が始まる。

スパーカ１４の作動は、使用開始時に限らず、
使用中においても失火を起こす可能性がある次の
ような場合、すなわち、２連式のガスバーナ１１
の使用に伴う能力制御によつて切替弁２４が開状
態にされた場合、設定温度が変更され燃焼用フア
ン１２の回転数の変化に伴いガバナ比例弁２３の
比例弁電流が例えば50％減少した場合にも行わ
れ、それぞれ所定時間作動する。

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。そこで、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
を検知した後に行い、その時の水温を水温データ
としている。

燃焼能力制御機能では、FF制御と、出湯温を
検出して燃焼量および入水量を補正するFB（PI）
制御とが行われる。

FF制御は、メインコントローラ５４およびサ
ブコントローラ５４ａによる設定温度、入水温お
よび入水量とから演算した必要能力の計算値Ｑ
と、入水温、入水量および出湯温とから演算した
必要能力の計算値ｑと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、ガス量および入水量を自動調節す
る。

FF制御は、必要能力Ｑより大きな急加熱能力
（Ｑ＋α）を出力する急加熱時にガス比例制御に
よつて制御される急加熱能力域と、必要能力Ｑよ
り小さな余熱パージ能力（Ｑ−β）を出力する余
熱パージ時にガス比例制御によつて制御される余
熱パージ能力域とに応じて燃焼用フアン１２、ガ
バナ比例弁２３、切替弁２４、水量比例調整弁３
３をそれぞれ制御して、ガス量および入水量を自
動調節する。

また、急加熱能力域は、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
域の最大域と、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域とが重複する重複
制御域に限定される。

とくに、本実施例では、第９図のガバナ比例弁
２３の開口度と全開能力との関係を示すグラフに
示すごとく、半開能力制御域と、全開能力制御
域と、重複制御域とが設定されている。

なお、全開口度の1/4まで絞り可能なガバナ比
例弁２３を有する給湯器１の場合、半開能力制御
域は、切替弁２４が閉状態の時、第１のバーナ
１１ａのみで全開能力の1/8〜1/2のガス比例制御
を行う制御域である。全開能力制御域は、切替
弁２４が開状態の時、第１のバーナ１１ａおよび
第２のバーナ１１ｂで全開能力の1/4〜１のガス
比例制御を行う制御域である。重複制御域は、
半開能力制御域の最大値以下で、且つ全開能力
制御域の最小値以上のときガス比例制御を行う
制御域であつて、半開能力制御域の最大域（全
開能力の1/2）と全開能力制御域の最小域（全
開能力の1/4）とが重複している制御域である。

FB制御によつて、ガバナ比例弁２３の比例積
分制御が半開能力制御域の最大域付近に達して
おり、全開能力制御域への全開切替信号が一定
時間だけ出力されている時には、緩点火制御を行
いながら切替弁２４をON（開弁）して半開能力
制御域から全開能力制御域へ切替える。ま
た、FB制御によつて、ガバナ比例弁２３の比例
積分制御が全開能力制御域の最小域付近に達し
ており、半開能力制御域への半開切替信号が一
定時間だけ出力されている時、切替弁２４を
OFF（閉弁）して全開能力制御域から半開能力
制御域へ切替える。そして、FB制御において
半開能力制御域と全開能力制御域との切替制
御時には、燃焼用フアン１２の風量とガバナ比例
弁２３の比例弁電流とを変更しないようにして、
スムーズな半開能力制御域と全開能力制御域
との切替制御を行うようにしている。

安全機能としては、出湯温が沸騰温度以上にな
り、それが所定時間t8（例えば１〜10）秒間続い
た場合や、連続燃焼がt7（例えば40〜120）分続い
た場合、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８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種切替スイツチ
５５による燃焼ガスの確認、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CPU
７０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に拘らず前回給湯器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、初期設定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。

燃焼能力に対応して、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
よる焼損等の危険がある。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（例えば２〜30）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、t3秒経過後（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５４上の運転スイツチ５６，５６
ａ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２４、
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）、ガバナ比例弁２３
へ緩点火電流を供給する（S34）。

ガバナ比例弁２３への通電量は、第１０図に示
すように、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）秒間経過してから（S35）スパーカ１
４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（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８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）、失火が２回目の時に
S22以下の作動を繰り返す。失火が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８図の作動フロ
ーチヤートに基づき説明する。

最初に燃焼能力制御の必要能力の演算を以下の
計算式に基づいて計算する（S100）、（S101）。

式１…計算値Ｑ＝（Test−THin）×ｗ 式２…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、第７図に示す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の初期設定後所定時間t9秒経過
したか否かを判別し（S103）、t9秒間経過した後
に、Ｑ≧qxか否かを判別する（S104）。

Ｑ≧qxではない時、Ｑ＜ｑか否かを判別し
（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、緩加熱能力（Ｑ×1.0）で
燃焼するように、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を制御
する（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、余熱パージ能力（Ｑ−β：最小の燃焼能
力）で燃焼するように、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
を制御する（S107）。τ₁＝ａ／ｗ［秒］を演算し
（S108）、τ₁秒間経過した（S109）後、急加熱能
力（Ｑ＋α）を緩加熱能力（Ｑ×1.0）に近づけ
た燃焼能力で燃焼するように、燃焼用フアン１
２、ガバナ比例弁２３、切替弁２４、水量比例調
整弁３３を制御し（S110）、そしてFB（PI）制御
を行う。

ここで、τ₁秒間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
｜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。

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後、t9
秒間経過した（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｜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、急加熱能力（Ｑ＋
α）で燃焼するように、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
を制御する（S113）。

このとき、例えば水量比例調整弁３３は、予め
CPU７０に入力されたデータを読み込み、速や
かに設定温度（Tset）と出湯温（THout）との
偏差｜dt｜に応じた開度に絞られる。

但し、水量変化により、燃焼能力制御の必要能
力の計算値が更新され、このとき燃焼能力制御が
作動すると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、急加熱能力（最
大能力）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は、燃焼用フアン１２お
よびガバナ比例弁２３の制御によるガス量の調整
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、
つまり切替弁２４が開弁しており第１のバーナ１
１ａ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、半開能力制御域の最大値
（全開能力制御域の1/2の能力）以下か否かを判
別し（S115）、半開能力制御域の最大値以下の
時、重複制御域内の出力でガバナ比例弁２３を
ガス比例制御する（S116）。

切替弁２４がONされていない時、つまり切替
弁２４が閉弁しており第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）、全開能力制御域の最
小値以上の時、S116を行う。

したがつて、急加熱能力（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重
複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の全開と半開とが繰り返されるチヤタリン
グ現象の発生を防止でき、温度制御範囲の拡大と
急加熱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）、
τ₂秒間経過した（S119）後、余熱パージ能力（Ｑ
−β）で燃焼するように、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３
３を制御し（S120）、そしてFB（PI）制御を行
う。

ここで、τ₂秒間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
｜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。

FB（PI）制御では、設定温度（Tset）と出湯
温（THout）との偏差が＋ｙ℃以上か否かを判
別して（S123）、偏差が＋ｙ℃以上の時、余熱パ
ージ能力（Ｑ−β）で燃焼するように、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を制御し（S124）、t10秒間経過し
た（S125）後、前述の安全制御を行う。また、
t10秒間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℃以上ではない時に、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
応じた比例積分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
比例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、
出力の最大値を急加熱能力（Ｑ＋α）を緩加熱能
力（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
の負荷に応じた比例積分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、出湯温を早く設定温度に近
接させることができる。

また、ガス供給管２０内のガス通路の負荷の大
きいもの例えば通路抵抗の抵抗力を大きく受ける
ガス種Kp（低ウオツベガス）を採用した場合には
半開能力制御域と全開能力制御域との切替え
により、２連式のガスバーナ１１の開口面積比
（ノズル径×個数）が変つても、ガス供給管２０
の圧力損失により、燃焼用フアン１２の風量制御
に応じた所定のガス量を得られない場合がある。

この場合に本実施例では、ガバナ比例弁２３へ
供給する比例弁電流を、第１０図のグラフに示す
ように、ガス種Kpに応じて全開能力運転時に比
例弁電流の最小値をA₁からA₂に最大値がわに近
づけ、半開能力運転時に比例弁電流の最大値を
B₁からB₂に最小値がわに近づけるようにしてい
る。このため、燃焼用フアン１２の風量制御また
はガス種Kpに応じた所定のガス量を得るように
ガス比例制御することができる。

また、半開能力制御域と全開能力制御域と
の切替えにより、２連式のガスバーナ１１の開口
面積比が変わつても、ガバナ比例弁２３の比例弁
電流を制御して、単位ガスバーナ１１当りの負荷
を、燃焼用フアン１２の風量制御に対応した所定
の量にすることができるので、空燃比が安定し、
安全な燃焼を行うことができる。

ここで、FB（PI）制御によつて、以下の状態に
達した場合には、第８図に示す作動フローチヤー
トに基づいて半開能力制御域と全開能力制御域
とを切替える。

PN−１比例制御出力時において、切替弁２４
がONされているか否かを判別し（S200）、切替
弁２４がONされていない時、つまり切替弁２４
が閉弁しており第１のバーナ１１ａのみの燃焼に
よる半開能力運転時に、半開能力制御域のガス
比例制御によつてガバナ比例弁２３の比例弁電流
を制御してガス量を自動調節する（S201）。

このとき、ガス比例制御が半開能力制御域の
最大域付近に達したか否かを判別し（S202）、最
大域付近に達していない時、（S202）へ戻る。

また、最大域付近に達した時、全開切替信号を
出力する（S203）。全開切替信号は、燃焼用フア
ン１２への供給電圧またはガバナ比例弁２３への
電流値のリミツトを用いる。

全開切替信号を出力してから一定時間t11（例え
ば５〜30）秒間が経過しているか否かを判別し
（S204）、一定時間t11秒が経過していない時、全
開切替信号を継続して出力しているか否かを判別
する（S205）。全開切替信号を継続して出力して
いない時、（S202）へ戻り、全開切替信号を継続
して出力している時、（S204）へ戻る。

全開切替信号を一定時間t11（例えば５〜30）秒
間継続して出力している時、ガバナ比例弁２３へ
緩やかな点火電流を供給し（S206）、切替弁２４
をONして（S207）、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制
御域に切替える。そして、（S200）に戻る。

切替弁２４がONされている時、つまり切替弁
２４が閉弁しており第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、全開能力制御域のガス比例制御によつて
ガバナ比例弁２３の比例弁電流を制御してガス量
を自動調節する（S208）。

このとき、ガス比例制御が全開能力制御域の
最小域付近に達したか否かを判別し（S209）、最
小域付近に達していない時、（S209）へ戻る。

また、最小域付近に達した時、半開切替信号を
出力する（S210）。半開切替信号は、燃焼用フア
ン１２への供給電圧またはガバナ比例弁２３への
電流値のリミツトを用いる。

半開切替信号を出力してから一定時間t12（例え
ば５〜30）秒間が経過しているか否かを判別し
（S211）、一定時間t12秒が経過していない時、半
開切替信号を継続して出力しているか否かを判別
する（S212）。半開切替信号を継続して出力して
いない時、（S209）へ戻り、半開切替信号を継続
して出力している時、（S211）へ戻る。

全開切替信号を一定時間t12（例えば５〜30）秒
間継続して出力している時、切替弁２４をOFF
して（S213）、第１のバーナ１１ａのみの燃焼に
よる半開能力制御域に切替える。そして、
（S200）に戻る。

このとき、燃焼用フアン１２の風量とガバナ比
例弁２３の比例弁電流は、各々最適値に対応して
おり、２連式のガスバーナ１１の全開または半開
によらず一定であり、また燃焼用フアン１２は、
慣性力が大きく応答遅れがあるので、燃焼用フア
ン１２の風量およびガバナ比例弁２３の比例弁電
流は変更しない。よつて、２連式のガスバーナ１
１において燃焼用空気の風量とガス量とが最適値
より外れることはない。したがつて、空燃比が安
定して安全な燃焼状態が得られることによつて、
スムーズな半開能力制御域から全開能力制御域
あるいは全開能力制御域から半開能力制御域
への切替制御を行うことができる。

さらに、各々第１のバーナ１１ａおよび第２の
バーナ１１ｂには、能力限界があり、他方のバー
ナで限界値をカバーできるものによつては、切替
弁２４を切替えて制御範囲を拡大することができ
るが、切替信号を瞬間の値で検出する方法は、給
湯器１のように熱容量が大きく、応答遅れのある
ものにおいては、半開能力制御域と全開能力制
御域との切替制御時に切替弁２４の開弁と閉弁
とが頻繁に繰り返されるチヤタリング現象が発生
して制御不良を生起させる原因となつていた。

しかるに、本実施例のようにガバナ比例弁２３
の比例制御が切替領域（重複制御域）に一定時
間止まつている時に制御域に切替える給湯器１
は、切替弁２４のON（開弁）とOFF（閉弁）とが
頻繁に繰り返されることによるチヤタリング現象
の発生を防止できるので、半開能力制御域と全
開能力制御域との切替制御時の給湯器１の制御
不良を防止することができる。

本実施例では、燃料に燃料ガスなどの気体燃料
を用いたが、燃料に石油などの液体燃料を用いて
も良い。

本実施例では、フイードバツク制御時に本発明
を用いたが、フイードフオワード制御とフイード
バツク制御とを合成して制御する給湯器において
も、同様にフイードバツク制御の成分に本発明を
用いても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス燃焼式給湯器を示す概略図、第２
図はガス燃焼式給湯器を示すブロツク図、第３図
ないし第８図はガス燃焼式給湯器にかかる作動フ
ローチヤート、第９図はガス燃焼式給湯器にかか
るガバナ比例弁の開度と燃料ガスの供給量との関
係を示すグラフ、第１０図はガス燃焼式給湯器に
かかるガバナ比例弁への電流とガス量との関係を
示すグラフである。 図中、１……ガス燃焼式給湯器、１１……２連
式のガスバーナ、１１ａ……第１のバーナ、１１
ｂ……第２のバーナ、１２……燃焼用フアン、１
３……熱交換器、２０……ガス供給管、２３……
ガバナ比例弁（ガバナ式ガス比例弁）、２４……
切替弁（切替用電磁弁）、３０……水供給管、３
８……出湯温サーミスタ（出湯温検知手段）、５
４……メインコントローラ（温度設定手段）、５
４ａ……サブコントローラ（温度設定手段）、６
０……制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 燃料の供給量を調節する比例弁を介して
   燃料供給路に接続された第１のバーナ、および
   前記比例弁と切替用電磁弁を介して燃料供給路
   に接続された第２のバーナからなるバーナと、 (b) 該バーナへ供給する燃焼用空気の風量を変更
   する燃焼用フアンと、 (c) 前記バーナの上方に設けられ、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、 (d) 該熱交換器の下流に設けられ、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、 (e) 前記熱交換器から流出する水の出湯温を所望
   の設定温度に設定する温度設定手段と、 (f) 前記比例弁の比例制御によつて制御される半
   開能力制御域と、前記比例弁の比例制御によつ
   て制御される全開能力制御域と、前記半開能力
   制御域の最大域と前記全開能力制御域の最小域
   との重複制御域とを設定温度と出湯温との偏差
   に基づいて選択し、 これらの制御域に応じて前記切替用電磁弁を
   切替えると共に、前記バーナへの燃料の供給量
   と燃焼用空気の風量とを自動調節するフイード
   バツク制御を行う制御回路と を備えた給湯器において、 前記制御回路は、前記比例弁の比例制御が半開
   能力制御域の最大域付近に達して前記全開能力制
   御域への全開切替信号を一定時間出力した時の
   み、または全開能力制御域の最小域付近に達して
   前記半開能力制御域への半開切替信号を一定時間
   出力した時のみ前記切替用電磁弁を切替えると共
   に、 前記切替用電磁弁の切替制御時に前記バーナへ
   の燃料の供給量と燃焼用空気の風量とを変更しな
   いように前記比例弁および前記燃焼用フアンを制
   御を制御することを特徴とする給湯器。