JPH0473051B2

JPH0473051B2 -

Info

Publication number: JPH0473051B2
Application number: JP62275303A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kato
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1992-11-19
Also published as: JPH01118073A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、設定温度に応じて水量比例調整弁を
制御することにより熱交換器内への水の入水量を
調節する給湯器に関する。

［従来の技術］従来より、熱交換器へ流入する水の入水温を検
知する入水温センサと、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設定部と、
設定温度と入水温との温度差に応じて熱交換器内
への水の入水量を調節する水量比例調整弁とを備
えたガス燃焼式給湯器が存在する。

この給湯器は、運転スイツチをONし、次に設
定温度を入力してから、その設定温度と入水温と
の温度差に応じた入水量が得られるように水量比
例調整弁の開度を制御している。

［発明が解決しようとする問題点］一般に、給湯器の水量比例制御では、設定温度
が低いほど熱交換器内に流入する水の入水量が多
くなるように制御している。このため、熱交換器
の温度も低くなるため、バーナからの燃焼ガスが
熱交換器の壁面に接触すると冷却される。

そして、燃焼ガスの温度が露点温度以下となる
まで冷却されると、燃焼ガス中の水蒸気が凝結し
て熱交換器の壁面に露が付着し始める。したがつ
て、燃焼ガスの温度が露点温度以下に低下するま
で入水量を増加させることは給湯器の耐久性上好
ましくない。

本発明は、熱交換器の温度が燃焼ガスの露点温
度以下に低下することを防止して耐久性を向上さ
せるようにした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］本発明の給湯器は、燃焼用空気と燃料とを所定
の空燃比で燃焼するバーナと、内部を通過する水
を前記バーナからの燃焼ガスにより加熱する熱交
換器と、該熱交換器内へ流入する水の入水量を調
節する水量比例調整弁と、前記該熱交換器から流
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、前記熱交換器内へ流入する水の入
水量を検知する入水量検知手段と、前記温度設定
手段で設定された設定温度および燃焼ガスの露点
温度を考慮した最大入水量を設定すると共に、前
記入水量検知手段で検知された入水量が前記最大
入水量以下となるように前記水量比例調整弁の開
度を制御する制御回路とを備えた技術手段を採用
した。

［作用および発明の効果］本発明の給湯器は、熱交換器内に流入する水の
入水量を、設定温度と燃焼ガスの露点温度に応じ
て設定される最大入水量以下となるように調節す
ることによつて、熱交換器の温度が燃焼ガスの露
点温度以下に低下することを防止することができ
る。すなわち、熱交換器の温度を燃焼ガスの露点
温度より高温に維持することができる。

したがつて、燃焼ガスが熱交換器に接触しても
燃焼ガスが露点温度以下に冷却されることはない
ので、燃焼ガス中の水蒸気が凝結せず、熱交換器
の壁面に露が付着しなくなる。このため、熱交換
器が腐食する等の不具合を防止することができる
ので、給湯器の耐久性を向上することができる。

［実施例］次に、燃料に燃料ガスを用いた場合のガス燃焼
式給湯器の一実施例を図に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例を採用したガス燃焼
式給湯器を示す。

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は、３相Ｙ結線のブラ
シレスDCモータを使用し、供給電圧に応じて回
転数を変更することによつて空気量を変化させる
燃焼用フアン１２を備える。

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。

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、開度に応じて熱交換器１３内への水の入水量
を調節する水量比例調整弁３３が設けられ、この
水量比例調整弁３３は、ギヤドモータによつて駆
動され、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、熱
交換器１３から流出する水の出湯温を検出する出
湯温検出手段である出湯温サーミスタ３８、出湯
温が沸騰温度以上になつたときONする沸騰防止
スイツチ３９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。出湯温サーミスタ３８は、出湯温が設定温
度より所定温度差低い温度より低下している時
に、能力オーバー信号を出力する。

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出湯
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燃料ガス
の供給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整するための水量比例調整弁
３３の開度を変更するギヤドモータを駆動する回
路で、電源がオフ状態では、作動しないが、電源
オン動作により、運転スイツチ５６ａがオンまた
はオフに拘らず、前回の設定温度の位置から基準
温度に応じた位置に初期設定される。このギヤド
モータ駆動回路７４では、特に水量比例調整弁３
３の開度を検出する。

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
繰り返し周期を短くすると共に、パルス幅を大き
く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の組立て段階で設
定される第１の設定出湯温である基準温度、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、ガスバーナ１１の燃焼量を制御する燃焼
能力制御とを行い、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。こ
の点火作動は、元電磁弁２１、主電磁弁２２、カ
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、燃焼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。

燃焼能力制御では、入水温と設定温度（基準温
度）との温度差および入水量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、出湯温と設定温度（基準
温度）との偏差に基づき燃焼量および入水量の補
正動作を比例積分制御（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FF→FB（PI）切
替制御とが行われる。

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（必要能力）
Ｑと入水温と出湯温との温度差および入水量から
演算した第２の計算値（過渡期の現在の能力）ｑ
との比較結果によつて、必要能力Ｑと同一の緩加
熱能力（Ｑ×1.0）となる出力を生じる緩加熱時
における燃焼用フアン１２、ガバナ比例弁２３、
切替弁２４、水量比例調整弁３３の比例制御によ
つて制御される緩加熱能力域と、必要能力Ｑより
大きな急加熱能力｛Ｑ×（Ｑ＋α）／Ｑ｝となる
出力（最大能力燃焼）を生じる急加熱時における
燃焼用フアン１２、ガバナ比例弁２３、切替弁２
４、水量比例調整弁３３の比例制御によつて制御
される急加熱能力域と、必要能力より小さな余熱
パージ能力｛Ｑ×（Ｑ−β）／Ｑ｝となる出力を
生じる余熱パージ時における燃焼用フアン１２、
ガバナ比例弁２３、切替弁２４、水量比例調整弁
３３の比例制御によつて制御される余熱パージ能
力域とを選択し、これらの制御域に応じて、空気
量、ガス量、入水量を自動調節する。

とくに、本実施例では、半開能力制御域と全
開能力制御域が設定されている。

半開能力制御域は、ガバナ比例弁２３の全開
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、切替弁２４が閉状態の時、第
１のバーナ１１ａのみでガバナ比例弁２３の全開
能力の1/8〜1/2の燃焼量の比例制御を行う。

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１１
ｂでガバナ比例弁２３の全開能力の1/4〜１の燃
焼量の比例制御を行う。

さらに、本実施例では、半開能力制御域の最
大値（ガバナ比例弁２３の全開能力の1/2）以下
と全開能力制御域の最小値（ガバナ比例弁２３
の全開能力の1/4）以上との重複制御域が設定
されている。

そして、FF制御において出湯温が設定温度よ
り高温の時、切替弁２４がOFFのとき半開能力
制御域の最小値、あるいは切替弁２４がONの
とき全開能力制御域の最小値に相当する最小能
力となる出力を生じる最小能力時における燃焼用
フアン１２、ガバナ比例弁２３、水量比例調整弁
３３の比例制御によつて制御される。

FF制御では、水量比例調整弁３３の開度を初
期設定してから所定時間｛t9秒間＝（熱交換器１
３の熱容量）／必要能力：例えば１秒間）が経過
しても出湯温と設定温度との偏差が所定温度差
（ｙ℃：例えば５℃）に接近しない時、すなわち、
出湯温が設定温度より所定温度差低い温度より低
下している（出湯温サーミスタ３８より能力オー
バー信号を検出している）時に、水量比例調整弁
３３の開度を設定温度と出湯温との偏差に応じて
目標開度より絞ると同時に、ガスバーナ１１の燃
焼能力を所定時間｛τ₂秒間＝ｂ−cw：例えば５
秒間）だけ最大能力に固定することによつて、燃
焼量（空気量とガス量）の変化と入水量の補正動
作の変化とが干渉しないようにしている。なお、
ｂが12秒間、ｃが0.7秒²／のとき、ｗが10／
分の場合τ²は、５秒間でｗが５／分の場合τ₂は
９秒間である。（ｗ＝入水量） FB制御によつて、燃焼用フアン１２とガバナ
比例弁２３の比例制御が半開能力制御域の最大
域（例えば半開能力制御域の最大値）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
オン（開弁）し全開能力運転に切替える。

FB制御によつて、燃焼用フアン１２とガバナ
比例弁２３の比例制御が全開能力制御域の最小
域（例えば全開能力制御領域の最小値）付近に
達した時、燃焼用フアン１２の供給電圧とガバナ
比例弁２３の通電電流を変更することなく切替弁
２４をオフ（閉弁）し半開能力運転に切替えるこ
とによつて、安全な燃焼状態を保ちながらスムー
ズな半開能力運転と全開能力運転との切替制御を
行う。

FF→FB（PI）切替制御では、設定温度と出湯
温との偏差が所定温度差（±ｙ℃：例えば±５
℃）となつた時に、FF制御からPI制御に切替え
る。あるいは、FF制御において最小能力出力時
に、設定温度と出湯温との偏差｜dt｜が所定温度
差（±ｙ℃：例えば±５℃）と達しない時でも、
入水量の関数である所定時間（τ₁秒間＝ａ／ｗ：
例えば２〜４秒間）が経過した場合に、FF制御
からPI制御に切替える。また、FF制御において
急加熱能力出力時に、設定温度と出湯温との偏差
｜dt｜が所定温度差（±ｙ℃：例えば±５℃）に
達しなくとも、つまり出湯温サーミスタ３８より
能力オーバー信号を検出している時でも、入水量
の関数である所定時間（τ₂秒間＝ｂ−cw：例え
ば５〜９秒間）が経過した場合に、FF制御から
PI制御に切替える。

一般に、給湯器１の水量比例制御では、設定温
度が低いほど入水量が多くなるが、熱交換器１３
の壁面の温度が燃焼ガスの露点温度以下に低下す
るまで、熱交換器１３内へ流入する水の入水量を
増加することは、熱交換器１３の腐食等の不具合
が発生して給湯器１の耐久性上好ましくない。な
お、燃料ガスの露点温度は、空燃比、ガス成分、
ガス量、飽和蒸気圧から求められ、熱交換器１３
の壁面温度は、入水量および熱交換器１３の特
性、水の物性値から求められる。そこで、本実施
例では、設定温度と燃焼ガスの露点温度に応じて
設定される最大入水量以下となるように水量比例
調整弁３３の開度を制御することによつて、熱交
換器１３の壁面の温度を燃焼ガスの露点温度より
高温に維持している。

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秒間：例えば１〜10秒
間）続いた場合、連続燃焼が所定時間（t7分間：
例えば40〜120分間）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８図に示すフローチヤート、第９図
のグラフに基づき説明する。なお、第３図ないし
第５図はシーケンス制御（点火作動）、燃焼能力
制御および安全制御等を示したフローチヤートで
ある。

給湯器１を設置するときにガス会社または給湯
器１の販売業者が使用する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、燃料ガスのガス種および基準温度の設
定は、電源のON、OFFに拘らずCPU７０の記憶
機能に記憶されている。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、設定温度に出湯温が接近す
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の開度が基準温度（本実施
例では40℃）に応じた入水量である最大入水量が
可能な最大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）に対応
した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、燃焼能力制御時
間に食い込む恐れがあり、燃焼能力制御が遅延す
る。これを防止するために、本実施例では、燃焼
能力制御（FF制御）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。

燃焼能力に対して、最大入水量可能な最大開度
に設定されている時、ギヤドモータをOFFする
（S4）。最大入水量可能な最大開度に設定されて
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必要であるが、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７４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、そのためにギヤドモー
タへの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７
４によるギヤドモータへの所定の通電時間い（t1
秒間：例えば５〜30秒間）が経過した（S6）時
に、ギヤドモータをOFFするようにしている。

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、出湯
温設定スイツチ５７，５７ａにより出湯温を所望
の設定温度に設定しているか否かを判別する
（S8）。

また、所定時間（t2秒間：例えば１秒間）経過
して（S9）も出湯温を検出しない場合には、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に入力する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、20／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の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：例え
ば10秒間）経過後（S13）、入水温サーミスタ３
５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）、入
水温が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）。入水温が55℃より低温の時に
入水温が設定温度以下が否か判別して（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第４図に示すように燃焼
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）、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（S21）。燃焼用フ
アン１２の回転数が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５６，５６ａを
OFFする（S28）。

燃焼用フアン１２の回転数が所定回転数以上の
時に、所定時間（t4秒間：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２４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への通電電流は、点火時を除
いて燃焼用フアン１２の回転数つまり空気量およ
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への通電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した時、所定時間
（t5秒間：例えば５〜20秒間）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、所定時間（t6秒間：例えば0.1〜10
秒間）の緩点火タイマを行い（S38）、第５図の
フローチヤートに示したように、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図のフローチヤートに示
す燃焼能力制御を行つた（S40）後に、S41以下
の安全制御を行う。

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）。燃焼用フアン１２の回転
数が所定回転数より低回転の時にS22以下の作動
を行い、燃焼用フアン１２の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
燃焼が所定時間（t7分間：例えば40〜120分間）
続いたり（S43）、出湯温が沸騰温度以上になり
（S44）、それが所定時間（t8秒間：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
に達しなに場合には、設定温度を再度入力した
（S46）後に、S39以下の作動を繰り返す。S46の
作動は、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
OFし（S48〜S50）、その後S19以下の作動を繰り
返す。

第６図は燃焼能力制御のうちの主にFF制御の
フローチヤートを示す。

第５図のS39の作動を行つた後に、第１の計算
値（必要能力）Ｑと第２の計算値ｑの演算を以下
の計算式に基づいて演算する（S100）、（S101）。

式１……第１の計算値Ｑ＝（Tset−THin）×ｗ＝必要能力式２……第２の計算値ｑ（THout−THin）×ｗ＝過渡期である現在の能力 Tset：設定温度 THin：入水温 THout：出湯温ｗ：入水量第１の計算値Ｑと第２計算値ｑとを演算した後
に、FF制御による燃焼量および入水量の設定を
行つたか否かを判別し（S102）、FF制御による燃
焼量および入水量の設定を行つている場合には、
第７図のフローチヤートに示すS119以下のガス
量制御を行う。

また、FF制御による燃焼量および入水量の設
定を行つていない場合には、水量比例調整弁３３
の開度を初期設定した後に所定時間（t9時間：例
えば１秒間）が経過したか否かを判別する
（S103）。なお、t9秒間は（熱交換器１３の熱容
量）／（必要能力Ｑ）より求められる。

そして、t9秒間が経過した後に、Ｑ≧qxから
否かを判別する（S104）。ここで、ｘは例えば1.5
を満足する係数であつて、しかも第１の計算値Ｑ
と第２の計算値ｑとの比較結果により、給湯器１
のコールドスタートの判断を行うものである。Ｑ
≧qxではない時、Ｑ＜ｑか否かを判別し
（S105）、Ｑ＜ｑではない時、すなわち、出湯温
（THout）が設定温度（Tset）よりやや低い時、
S100で演算した必要能力Ｑに応じて切替弁２４
が制御（オン：全開能力運転、あるいはオフ：半
開能力運転）される。

そして、出湯温（THout）を設定温度（Tset）
に接近させるために、設定温度（Tset）と出湯
温（THout）との偏差に応じた水量比例調整弁
３３の目標開度を設定して、その目標開度をギヤ
ドモータ駆動回路７４に出力する。

また、必要能力Ｑと同じ緩加熱能力（Ｑ×1.0）
を出力するように、ガスバーナ１１の目標燃焼量
（ガバナ比例弁２３の目標開度と燃焼用フアン１
２の目標回転数）を設定して、その目標燃焼量の
信号をフアン駆動回路７２と比例弁制御回路７３
に出力する（S106）。なお、（Ｑ×1.0）のうち1.0
は係数である。

すなわち、水量比例調整弁３３の開度が設定温
度（Tset）と出湯温（THout）との偏差に応じ
た目標開度となるようにギヤドモータが駆動され
る。そして、必要能力Ｑと同じ緩加熱能力（Ｑ×
1.0）が得られる目標回転数および目標開度とな
るように燃焼用フアン１２への供給電圧およびガ
バナ比例弁２３への通電電流が比例制御によつて
調節される。

その後に、FF制御は、大きな変化に対応する
出力としてばらつきによる誤差があると、出湯温
が設定温度に到達しないため、第７図のフローチ
ヤートに示したS11９以下のガス量制御に切り替
えられる。

Ｑ＜ｑである時、すなわち、出湯温が設定温度
より高温となつている時、S100で演算した必要
能力Ｑに応じて切替弁２４が制御（オン：全開能
力運転、あるいはオフ：半開能力運転）される。

そして、出湯温を設定温度に接近させるため
に、設定温度（Tset）と出湯温（THout）との
偏差に応じた水量比例調整弁３３の目標開度を設
定して、その目標開度をギヤドモータ駆動回路７
４に出力する。

また、必要能力Ｑより小さな最小能力を出力す
るように、ガスバーナ１１の目標燃焼量（ガバナ
比例弁２３の目標開度と燃焼用フアン１２の目標
回転数）を設定して、その目標燃焼量の信号をフ
アン駆動回路７２と比例弁制御回路７３に出力す
る（S107）。

すなわち、水量比例調整弁３３の開度が設定温
度（Tset）と出湯温（THout）との偏差に応じ
た目標開度となるようにギヤドモータが駆動され
る。例えば水量比例調整弁３３の開度が開かれ
る。そして、S100で演算した必要能力Ｑに応じ
て切替弁２４がオフ（半開能力運転）されている
場合は、半開能力制御域の最小値の能力が得ら
れる目標回転数および目標開度となるように燃焼
用フアン１２への供給電圧およびガバナ比例弁２
３への通電電流が比例制御によつて調節される。

また、S100で演算した必要能力Ｑに応じて切
替弁２４がオン（全開能力運転）されている場合
は、全開能力制御域の最小値の能力が得られる
目標回転数および目標開度となるように燃焼用フ
アン１２への供給電圧およびガバナ比例弁２３へ
の通電電流が調節される。

そして、入水量の関数である所定時間｛τ₁＝
ａ／ｗ［秒］｝を演算する（S108）。なお、ａは係
数で、ｗは入水量で例えば熱交換器１３の熱容量
が500c.c.の時には、係数ａが20［１／］、入水量
ｗが５［／秒］の場合にτ₁が４秒間とされ、入
水量ｗが10［／秒］の場合にτ₁が２秒間とされ
る。

そして、最小能力を出力するFF制御時間が入
水量の関数である所定時間（τ₁秒間：例えば２〜
４秒間）を経過したか否かを判別する（S109）。
なお、所定時間（τ₁秒間：例えば２〜４秒間）は
入水量の関数、すなわち、現時点での過不足量と
器具の熱容量に見合う量を計算し、出湯温サーミ
スタ３８の応答遅れの間だけガスバーナ１１の燃
焼量の制御を待機している。

τ₁秒間が経過した時には、必要能力Ｑと同じ緩
加熱能力（Ｑ×1.0）を出力するように、ガスバ
ーナ１１の目標燃焼量（ガバナ比例弁２３の目標
開度と燃焼用フアン１２の目標回転数）を設定し
て、その目標燃焼量の信号をフアン駆動回路７２
と比例弁制御回路７３に出力する（S110）。な
お、（Ｑ×1.0）のうち1.0は係数である。

すなわち、必要能力Ｑと同じ緩加熱能力（Ｑ×
1.0）が得られる目標回転数および目標開度とな
るように燃焼用フアン１２への供給電圧およびガ
バナ比例弁２３への通電電流が調節される。

その後に、FF制御は、大きな変化に対応する
出力として出されるので、ばらつきによる誤差が
あると、出湯温が設定温度に到達しないため、第
７図のフラーチヤートに示したS119以下のガス
量制御に切り替えられる。

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
｜℃（＝±ｙ℃：例えば±５℃）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、継続し
てS109を行う。

Ｑ≧qxの時には、すなわち、出湯温が設定温
度まで達しない時には、設定温度（Tset）と出
湯温（THout）との偏差が｜dt｜℃（＝±ｙ
℃：例えば±５℃）以内か否かを判別して
（S112）、偏差が｜dt｜℃以内の時、S106を行う。

偏差が｜dt｜℃以内ではない時、S100で演算
した必要能力Ｑに応じて切替弁２４が制御（オ
ン：全開能力運転、あるいはオフ：半開能力運
転）される。

そして、出湯温（THout）を設定温度（Tset）
まで早く上昇させるために、設定温度（Tset）
と出湯温（THout）との偏差に応じた水量比例
調整弁３３の目標開度を設定して、その目標開度
の信号をギヤモータ駆動回路７４に出力する。

また、必要能力Ｑより大きな最大能力｛Ｑ×
（Ｑ＋α）／Ｑ｝を出力するように、ガスバーナ
１１の目標燃焼量（ガバナ比例弁２３の目標開度
と燃焼用フアン１２の目標回転数）を設定して、
その目標燃焼量の信号をフアン駆動回路７２と比
例弁制御回路７３に出力する（S113）。なお、
（Ｑ＋α）／Ｑは係数で例えばαをＱ×3/4Kca
としたとき1.75とされる。

すなわち、水量比例調整弁３３の開度が速やか
に設定温度（Tset）と出湯温（THout）との偏
差に応じた開度に絞られる。そして、必要能力Ｑ
より大きな最大能力｛Ｑ×（Ｑ＋α）／Ｑ｝が得
られる目標回転数および目標開度となるように燃
焼用フアン１２への供給電圧およびガバナ比例弁
２３への通電電流が比例制御によつて調節され
る。

次に、入水量の関係である所定時間｛τ₂＝ｂ−
cw［秒］｝を演算する（S114）。なお、ｂ、ｃは係
数で、ｗは入水量で例えば熱交換器１３の熱容量
が500c.c.の時には、係数ｂが12.5［秒］、係数ｃが
0.7［秒²／］、入水量ｗが５［／秒］の場合に
τ₂が９秒間とされ、入水量ｗが10［／秒］の場
合にτ₂が5.5秒間とされる。

そして、急加熱能力によるFF制御時間が入水
量の関数である所定時間（τ₂秒間：例えば５〜９
秒間）を経過したか否かを判別する（S115）。な
お、所定時間（τ₂秒間：例えば５〜９秒間）は入
水量の関数、すなわち、現時点での過不足量と熱
交換器１３等の通水器具の熱容量に見合う量を計
算し、出湯温サーミスタ３８の応答遅れの間だけ
ガスバーナ１１の燃焼量の制御を待機している。

以上のように、水量比例調整弁３３の開度（入
水量）を変更した時は、出湯温が設定温度に達し
た時、あるいは所定時間｛τ₂＝ｂ−cw［秒］｝が
経過するまで、ガスバーナ１１を最大能力で燃焼
させることによつて、ガス量の変化と入水量の変
化との干渉を防止できるので、出湯温に影響が現
れず、早く出湯温を設定させることができる。

急加熱能力によるFF制御時間が所定時間（τ₂
秒間：例えば５〜９秒間）を経過している時、出
湯温（THout）を安定させるために、必要能力
Ｑより小さな余熱パージ能力｛Ｑ×（Ｑ−β）／
Ｑ｝を出力するように、ガスバーナ１１の目標燃
焼量（ガバナ比例弁２３の目標開度と燃焼用フア
ン１２の目標回転数）を設定して、その目標燃焼
量の信号をフアン駆動回路７２と比例弁制御回路
７３に出力する（S116）。なお、（Ｑ−β）／Ｑ
は係数で例えばβをＱ×1/4kcaとしたとき0.6
とされる。

すなわち、必要能力Ｑより小さな余熱パージ能
力｛Ｑ×（Ｑ−β）／Ｑ｝が得られる目標回転数
および目標開度となるように燃焼用フアン１２へ
の供給電圧およびガバナ比例弁２３への通電電流
が比例制御によつて調節される。

その後に、FF制御は、大きな変化に対応する
出力として出されるので、ばらつきによる誤差が
あると、出湯温が設定温度に到達しないため、第
７図のフローチヤートに示したS119以下のガス
量制御に切り替えられる。

また、急加熱能力によるFF制御時間が所定時
間（τ₂秒間：例えば５〜９秒間）を経過していな
い時には、設定温度（Tset）と出湯温（THout）
との偏差が所定温度差｜dt｜（＝±ｙ℃：例えば
±５℃）以内か否かを判別して（S117）、偏差が
｜dt｜以内の時、S116の作動を行い、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以下の出湯温度変化があるか否かを判別す
る（S118）。Δy／Δt以下の出湯温の変化がある
時には、S116を行い、Δy／Δt以下の出湯温の変
化がない時には、S115以下の作動を繰り返す。

第７図は小能力への過渡期（出湯温のオーバー
シユート時）のガス量制御のフローチヤートを示
す。

設定温度（Tset）と出湯温（THout）との偏
差が＋ｙ℃（例えば＋５℃）以上か否かを判別す
る（S119）。偏差が＋ｙ℃（例えば＋５℃）以上
の時、必要能力Ｑより小さな能力｛Ｑ×（Ｑ−
β）／Ｑ｝を出力するように、ガスバーナ１１の
目標燃焼量（ガバナ比例弁２３の目標開度と燃焼
用フアン１２の目標回転数）を設定して、その目
標燃焼量の信号をフアン駆動回路７２と比例弁制
御回路７３に出力する（S120）。なお、（Ｑ−
β）／Ｑは係数で例えばβをＱ×1/4kcalとした
とき0.75とされる。

そして、FF制御出力の出力時間（t10秒間：例
えば30秒間）経過した（S121）後、第５図のフ
ローチヤートに示したS41以下の安全制御を行
う。また、t10秒間経過していない時には、S119
以下の作動を繰り返す。

したがつて、設定温度（Tset）と出湯温
（THout）との偏差(e)が＋ｙ℃（例えば＋５℃）
以上のときには、積分時間（可変更新時間）とは
無関係に設定された出力時間（t10秒間：例えば
30秒間）で、FF制御出力｛Ｑ×（Ｑ−β）／Ｑ｝
となる。

また、設定温度（Tset）と出湯温（THout）
との偏差が＋ｙ℃（例えば＋５℃）未満の時に
は、FB（PI）制御が開始され、温度偏差関数と入
水量関数との合成関数から積分時間（PI制御出
力の可変更新時間）Ｔを演算する（S123）。

温度偏差関数は、 ∴Ｆ(e)＝（K₁−ｅ）×k₁ K₁、k₁は定数ｅ＝設定温度−出湯温入水量関数は、 ∴Ｇ(w)＝（K₂−ｗ）×k₂ K₂、k₂は定数積分時間は、 ∴Ｔ＝｛Ｆ(e)＋Ｇ(w)｝＝｛（155−ｅ）×１／８＋（80−ｗ）×１／８｝＝PI制御の出力時間したがつて、設定温度（Tset）と出湯温
（THout）との偏差(e)が＋ｙ℃（例えば＋５℃）
未満のときには、偏差(e)が大きい程または入水量
(w)が多い程、PI制御出力の可変更新時間（積分
時間）Ｔ［秒］が短くなる。また、偏差(e)が小さ
い程または入水量(w)が少ない程、PI制御出力の
可変更新時間（積分時間）Ｔ［秒］が長くなる。

その後、積分時間（Ｔ秒間：例えば150秒間）
が経過した（S124）後、温度偏差ｅ≦１か否か
を判別し（S125）、ｅ≦１の時、すなわち、設定
温度（Tset）と出湯温（THout）との偏差(e)が
１℃以下の時、第５図に示したフローチヤートの
S41以下の安全制御を行う。

また、ｅ≦１ではない時、すなわち、設定温度
（Tset）と出湯温（THout）との偏差(e)が１℃以
下ではない時、燃料ガスのガス種Kpを入力し
（S126）、ガス種Kpに応じた比例制御定数に切替
えるように、以下のPI制御出力の演算式に基づ
いてPI制御出力の更新を行つて、その更新され
たPI制御出力となるように、フアン駆動回路７
２および比例弁制御回路７３を制御する
（S127）。

PI制御出力：PN＝PN−１＋ｅ×Kp PI制御出力変化量：ΔVS＝ｅ×Kp 現在のPI制御出力：PN−１＝Ｑ×（Ｑ−
α）／Ｑ ∴PI制御出力：PN＝PN−１＋ΔVS すなわち、S127の作動において、PI制御出力
（燃焼用フアン１２およびガバナ比例弁２３への
比例制御定数）を温度偏差関数として出力するこ
とによつて、PI制御出力が得られる目標回転数
および目標開度となるように燃焼用フアン１２へ
の供給電圧およびガバナ比例弁２３への通電電流
が比例制御によつて調節される。

但し、所定流量（５／分）より少ない入水量
のときには、FF制御出力の最大値を、必要能力
Ｑと同じ緩加熱能力（Ｑ×1.0）の出力に近づけ
て微少流量においての出湯温の安定性を向上させ
ている。

その後に、第５図のフローチヤートに示した
S41以下の安全制御を行う。

したがつて、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
御出力の更新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
温度に接近させることができる。

第８図はCPU７０の水量比例制御の最大入水
量制御のフローチヤートを示す。なお、このフロ
ーチヤートは設定温度が定まつた時点で行われ
る。

本実施例では、第９図のグラフに示すようなデ
ータに基づいて水量比例制御が行われる。なお、
給油器１の入水量の最大値は16／分とする。本
実施例では、空燃比、ガス成分、ガス量、飽和蒸
気圧から燃焼ガスの露点温度を求め、入水量およ
び熱交換器１３の特性、水の物性値、熱交換器１
３の壁面の温度を求めている。

初めに、メインコントローラ５４の出湯温設定
スイツチ５７またはサブコントローラ５４ａの出
湯温設定スイツチ５７ａを操作することにより設
定された設定温度を読み込み（S200）、設定温度
が所定温度（例えば35℃）以下の温度に設定され
ているか否かを判別する（S201）。設定温度が35
℃以下の温度に設定されている時に、熱交換器１
３内へ流入する水の最大入水量を、第９図のグラ
フに示したように、設定温度と燃焼ガスの露点温
度に基づいて決められた設定入水量（ａ／分：
例えば12.6／分）に設定する（S202）。

また、制定温度が35℃以下の温度に設定されて
いない時には、設定温度が所定温度（例えば39
℃）以下の温度に設定されているか否かを判別す
る（S203）。設定温度が39℃以下の温度に設定さ
れている時には、熱交換器１３内へ流入する水の
最大入水量を、第９図のグラフに示したように、
設定温度と燃焼ガスの露点温度に基づいて決めら
れた設定入水量（ｂ／分：例えば13.6／分）
に設定する（S204）。

また、設定温度が39℃以下の温度に設定されて
いない時には、熱交換器１３内へ流入する水の最
大入水量を、第９図のグラフに示したように、設
定温度と燃焼ガスの露点温度に基づいて決められ
た設定入水量（ｃ／分：例えば最大入水量×熱
効率／設定温度−入水温｛／分｝に設定する
（S205）。

本実施例の給湯器１の最低作動水量は、２／
分に設定され、最高作動水量は、15〜16／分に
設定されているが、出湯能力に応じて種々変更で
きる。

以上のように、熱交換器１３内に流入する水の
入水量を、設定温度と燃焼ガスの露点温度に応じ
て設定される最大入水量以下となるように調節す
ることによつて、熱交換器１３の温度が燃焼ガス
の露点温度以下に低下することを防止することが
できる。すなわち、熱交換器１３の温度（出湯温
とほぼ同一の温度）を燃焼ガスの露点温度より高
温に維持することができる。

したがつて、燃焼ガスが熱交換器１３に接触し
ても燃焼ガスが露点温度以下に冷却されることは
ないので、燃焼ガス中の水蒸気が凝結せず、熱交
換器１３の壁面に露が付着しなくなる。このた
め、熱交換器１３が腐食する等の不具合を防止す
ることができるので、給湯器の耐久性を向上する
ことができる。

［変形例］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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかるガス燃焼式
給湯器を示す概略図、第２図は本発明の一実施例
にかかるガス燃焼式給湯器の制御装置を示すブロ
ツク図である。第３図ないし第５図は本発明の一
実施例にかかるシーケンス制御、燃焼能力制御、
安全制御のフローチヤート、第６図は本発明の一
実施例にかかる主にFF制御のフローチヤート、
第７図は本発明の一実施例にかかる小能力への過
渡期のガス量制御のフローチヤート、第８図は本
発明の一実施例にかかる水量比例制御の最大入水
量制御のフローチヤート、第９図は本発明の一実
施例にかかる出湯温と入水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……ガス
バーナ、１３……熱交換器、３３……水量比例調
整弁、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）、３
８……出湯温サーミスタ（出湯温検知手段）、５
０……制御装置、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）、６０……制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) 燃焼用空気と燃料とを所定の空燃比で燃
焼するバーナと、 (b) 内部を通過する水を前記バーナからの燃焼ガ
スにより加熱する熱交換器と、 (c) 該熱交換器内へ流入する水の入水量を調節す
る水量比例調整弁と、 (d) 前記該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、 (e) 前記熱交換器内へ流入する水の入水量を検知
する入水量検知手段と、 (f) 前記温度設定手段で設定された設定温度およ
び燃焼ガスの露点温度を考慮した最大入水量を
設定すると共に、前記入水量検知手段で検知された入水量が前記
最大入水量以下となるように前記水量比例調整弁
の開度を制御する制御回路とを備えた給湯器。