JPH06265206A - 給湯器の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィードフォワード制御により加熱制御する
給湯器で、出湯温度の安定を確保しつつ、給湯初期の出
湯温度の立ち上がりの向上を図る。 【構成】 バイパス管１３側の流量のみを調節する分配
器１１を、出湯温サーミスタ１９に検知される出湯温度
と設定温度との偏差に応じて制御するものにおいて、給
湯開始の検知後は出湯温サーミスタ１９に検知される出
湯温度が設定温度−１℃に達するまではその制御を行わ
ず、設定温度−１℃に達した後に行い、一旦制御を開始
した後は、給湯停止の検知後の所定時間（約８分間）が
経過するまで制御を継続する。給湯初期には出湯温度に
よるバイパス管１３側の水量の制限が行われないため、
水量に応じた大きな加熱量が得られ、給湯中に水量変更
等による出湯温度が変化すると、分配器１１により水量
が変更されて、設定温度が維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、給湯器において、熱交
換器と並列のバイパス管を有し、熱交換器とバイパス管
との分岐点でバイパス管の水量のみを調節することによ
って出湯温度を制御する温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】給湯器では、バーナ等の加熱手段に加熱
される熱交換器に対してバイパス管を並列に設けて、熱
交換器側を通過する水とバイパス管側を通過する水とを
混合させて、目標の出湯温度を得るものがある。また、
この種の給湯器において、出湯温度の制御を容易にする
ために、熱交換器側の水量を一定にした状態でバイパス
管側の水量のみを調節するバイパス水量調節器（分配
器）を設けて、バイパス管側の水量を調節することによ
って、全体の給湯水量が制御でき、且つ出湯温度の制御
も同時にできるようにしたものがある。この場合、バー
ナ等の加熱量は、設定温度、給湯水量、給水温度に基づ
くフィードフォワード制御値として決定され、その際、
加熱量を決定するための基礎となる給湯水量は、熱交換
器側のみの水量ではなく、バイパス管側の水量も含めた
総水量となっている。さらに、本願発明者は、上記の給
湯器において、設定温度の変更時に速やかに出湯温度を
変更するとともに、水栓開度の変更に伴う水量変動時に
出湯温度の変動を少なくし安定した湯温が得られるよう
にするために、出湯温度を検知して、出湯温度と設定温
度との偏差に応じてバイパス管側の水量を増減させるフ
ィードバック制御するものを提案した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、出湯温度に基づいてバイパス管側の水量をフィード
バック制御すると、それ以前に給湯が行われていない一
般の給湯時（コールドスタート）には、バーナ、熱交換
器等の温度が低く、給湯初期の出湯温度が設定温度に対
して著しく低いために、バイパス水量調節器によってバ
イパス管側の水量が制限されて、給湯水量が少なくな
る。このため、バーナ等の加熱量は、バイパス管の水量
が制限された少ない給湯水量に基づいてバーナ等の最大
加熱能力に満たない制限された加熱量に制御されるた
め、熱交換器への加熱量が小さくなり、熱交換器の温度
の立ち上がりが悪くなる。この結果、余剰の加熱能力が
ありながら出湯温度の立ち上がりが悪くなり、バーナ等
の加熱能力に見合った十分な水量が得られるのに時間が
掛かり、例えば、シャワー使用時などにおいて目的の水
量がなかなか得られず、水量の設定に時間がかかる等の
不具合が生じ、使い勝手が悪くなる場合が生じるという
問題がある。

【０００４】本発明は、出湯温度の変動が少なく、しか
も、給湯初期においては、立ち上がりに優れた給湯器の
温度制御装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、加熱手段によ
り加熱される熱交換器とバイパス管とを並列接続し、前
記熱交換器と前記バイパス管との分岐点に前記バイパス
管の通過水量を調節するバイパス水量調節器が備えられ
た水加熱回路を有する給湯器の温度制御装置において、
前記水加熱回路の通水を検知する通水検知手段の通水検
知時に前記加熱手段による加熱を行い、前記加熱手段の
加熱量を設定温度、前記水加熱回路への給水温度、前記
水加熱回路への給水水量に基づいて制御する加熱制御手
段と、前記加熱手段の最大加熱能力に対する前記設定温
度と前記給水温度との偏差に基づいて前記水加熱回路の
最大水量基準値を算出する基準値算出手段と、前記通水
検知手段が前記水加熱回路の通水を検知し、且つ、前記
出湯温度が前記設定温度に対して一定温度だけ低く設定
された所定温度以上の場合に、前記設定温度と前記水加
熱回路の出湯温度との偏差に比例した水量補正値の算出
を開始し、前記通水検知手段が通水停止を検知してから
所定時間後に前記水量補正値の算出を終了する補正値算
出手段と、前記基準値算出手段の前記最大水量基準値と
前記補正値算出手段の前記水量補正値との和に基づいて
前記水量調節手段を制御する水量制御手段とを具備する
ことを技術的手段とする。

【０００６】

【作用】本発明では、それ以前に給湯が行われていない
一般の給湯時（コールドスタート時）に、給湯が開始さ
れて、通水検知手段によって水加熱回路の通水が検知さ
れると、設定温度、給水温度、給水水量に基づいて制御
された加熱量で、加熱手段による加熱が開始される。こ
のとき、加熱手段の最大加熱能力に対する設定温度と給
水温度との偏差に基づいて水加熱回路の最大水量基準値
が基準値算出手段によって算出されるが、加熱開始の初
期においては、熱交換器は加熱されてまもないためその
温度は低く、出湯温度は設定温度に対して十分高くなっ
ておらず、設定温度より低く設定された所定温度に達し
ないため、補正値算出手段による水量補正値の算出は開
始されない。従って、バイパス管の水量は、バイパス水
量調節器によって、最大水量基準値のみに対応した水量
に制御されるため、水加熱回路には、加熱手段の最大加
熱能力に応じた最大限の水が通過し、このとき加熱手段
の加熱量は、最大加熱能力が得られる。従って、熱交換
器は、加熱手段の最大加熱能力で加熱されるため、熱交
換器には多くの熱量が与えられ、水加熱回路を通過する
水の温度は速やかに上昇し、且つ、加熱能力に応じた十
分な水量が得られ、出湯温度の立ち上がりが遅れること
がない。

【０００７】従って、加熱手段は加熱開始時からその最
大加熱能力で加熱を行うため、熱交換器に与えられる熱
量が多くなり、その結果、出湯温度の立ち上がりがよ
く、しかも、その際の水量が、著しく低下することがな
く、十分な水量が得られる。給湯が継続され、熱交換器
の温度が十分に上昇して、それとともに、水加熱回路を
通過する水の温度が上昇して、その出湯温度が所定温度
以上になると、補正値算出手段による水量補正値の算出
が開始される。このとき、出湯温度は設定温度より低
く、水量補正値は負の値になるため、水加熱回路を通過
する水量は減少し、このとき、出湯温度に対して一定温
度差まで上昇していた出湯温度は速やかに設定温度に達
する。この場合、水量が一時的に減少するが、熱交換器
の温度が十分に高くなっているため、その後まもなく設
定温度と出湯温度との偏差がなくなり、水量補正値が負
の値から０へ変化するため、水量は、最大水量基準値と
して算出された加熱手段の最大加熱能力に応じた最大限
の水量へ出湯水量が増大する。

【０００８】この給湯中に、使用者が水栓の開度を変更
して、給湯水量が変化した場合には、出湯温度が一時的
に変化するが、算出される水量補正値によってバイパス
水量が変更されるため、出湯温度は速やかに設定温度に
戻り、加熱量を急激に変更しなくても、安定した出湯温
度が容易に得られる。また、同様に、設定温度が変更さ
れた場合においても、水量補正値によってバイパス水量
が速やかに変更されるため、出湯温度は新たな設定温度
に速やかに変更され、このとき、加熱量を大きく変更す
る必要がないため、出湯温度が不安定にならない。

【０００９】一方、一旦給湯を行って、出湯温度が設定
温度より一定温度だけ低い所定温度以上に達した後に、
給湯が停止された場合には、補正値算出手段は、給湯停
止後に所定時間が経過するまでは、出湯温度に関係な
く、継続して水量補正値を算出する。このとき、水加熱
回路の通水が停止しているため、水加熱回路では熱交換
器に残存する熱により出口温度は設定温度より高くなる
場合があり、そのときの水量補正値は正の値となる。こ
の状態で、再び給湯を行った場合には、バイパス水量調
節器は、熱交換器を通過する水量に対してバイパス水量
を多くするように作動するため、出湯温度は速やかに低
下し、過剰加熱された湯水が流出することがない。

【００１０】給湯停止後、所定時間以上が経過した場合
には、補正値算出手段は水量補正値の算出を終了し、こ
れ以降、再給湯が行われても、水量調節器は最大水量基
準値のみに基づいて制御される。この場合、水加熱回路
の一部のみに熱が残存していて、熱交換器の出口付近の
温度のみが給水温度に対して多少高くなっていても、加
熱停止後に十分な時間が経過しており、水加熱回路を通
過する水の温度を上昇させるには不十分であるため、全
く問題がなく、逆に、残存熱による水量補正値が算出さ
れないため、立ち上がりがよくなる。

【００１１】

【発明の効果】本発明では、水加熱回路のバイパス管を
通過するバイパス水量を調節するバイパス水量調節器
を、基準値算出手段の最大水量基準値と補正値算出手段
の水量補正値との和によって制御し、しかも、補正値算
出手段の水量補正値の算出を、通水検知手段が水加熱回
路の通水を検知し、且つ、出湯温度が設定温度より一定
温度だけ低く設定された所定温度以上の場合に開始し、
通水検知手段が通水停止を検知してから所定時間後にこ
の算出を終了するため、コールドスタートにおいては、
加熱手段が最大加熱量で加熱を行うことができ、その結
果、出湯温度の立ち上がりを損なうことなく、速やかに
出湯温度を上昇させることができる。また、給湯中にお
いては、設定温度の変更や給湯水量の変更が行われた場
合には、これらの変更に伴って出湯温度が変動すると、
それに応じて速やかにバイパス水量が変更されるため、
出湯温度の変動を小さくすることができ、安定した出湯
温度が得られる。

【００１２】

【実施例】次に本発明を図に示す実施例に基づいて説明
する。図１は、追焚き機能付きガス給湯器における給湯
部１のみを示す。図１において、給水管１０は、分配器
１１を介して熱交換器１２およびバイパス管１３と連通
し、熱交換器１２の下流側とバイパス管１３とが合流し
て出湯管１４と接続されており、以上により本発明の水
加熱回路が構成されている。

【００１３】分配器１１は、弁体の回動角度に応じて熱
交換器１２の水量およびバイパス管１３の水量を調節す
る水量調節器であって、回動角度と熱交換器１２の水量
およびバイパス管１３の水量と出湯管１４の総水量との
関係は、図２に示すとおり、０〜９０度では、熱交換器
１２の水量のみが回動角度に応じて増加し、バイパス管
１３の水量はほぼ全閉状態として死水をなくすために設
定された微量水量（０．５リットル／分）に固定され、
９０〜２７０度では、熱交換器１２の水量は９０度にお
ける水量で一定になり、バイパス管１３の水量のみが回
動角度に応じて増加するように設定されている。ここ
で、分配器１１は、ステッピングモータによって駆動さ
れ、上記のとおり設定される各水量に対応した回動角が
演算によって与えられると、その回動角に対応したステ
ップ数だけ駆動される。

【００１４】これによって、バイパス管１３の水量に対
する熱交換器１２の水量の比（バイパス比）は、図３に
示すとおり、０〜９０度では、角度に応じて微小減少
し、９０〜２７０度では、角度に比例して増加する。な
お、１５は水量センサ、１６は給水温サーミスタ、１７
は水ガバナ、１８は熱交換器出口サーミスタ、１９は出
湯温サーミスタである。

【００１５】熱交換器１２を加熱するための加熱手段
は、燃料管２０に備えられた比例弁２１により供給され
る燃料ガス量が制御される２連のバーナ２２、２３から
なり、また、燃料管２０から分岐して各バーナ２２、２
３へ燃料ガスを供給する分岐燃料管２４、２５には、各
バーナ２２、２３の燃焼をそれぞれ制御する小電磁弁２
６、２７が備えられている。なお、２８は燃焼用空気を
供給する送風機、２９は元電磁弁、３０はイグナイタの
点火用電極、３１は着火検知のためのフレームロッドで
ある。

【００１６】以上の構成からなる給湯部１は、図示しな
い追焚き部とともに、制御装置４０により制御される。
制御装置４０は、バーナ２２、２３の燃焼制御と、分配
器１１による水量制御とを行い、これらの制御の組合せ
によって出湯温度制御を行う。

【００１７】燃焼制御では、水量センサ１５による通水
検知に応じてバーナ２２、２３の点消火制御を行うとと
もに、図示しないリモコンによる設定温度Ｔset 、給水
温サーミスタ１６に検知される給水温度Ｔin、水量セン
サ１５に検知される水量とからバーナ２２、２３の加熱
量のフィードフォワード制御量を演算して、各小電磁弁
２６、２７を開閉制御するとともに、比例弁２１の開度
および送風機２８の回転数を制御する燃焼量制御を行
う。また、出湯温度Ｔout が設定温度Ｔset に達した後
には、出湯温度Ｔout に基づいたフィードバック制御量
の一部をフィードフォワード制御量に加算した燃焼量制
御を行う。

【００１８】水量制御では、設定温度Ｔset 、給水温度
Ｔin、バーナ２２、２３の最大加熱能力によって最大水
量基準値Ｌffを算出する基準値算出と、設定温度Ｔset
と出湯温度Ｔout の偏差から水量補正値Ｌp を算出する
補正値算出とを行い、さらにこれらによって算出された
最大水量基準値Ｌffと水量補正値Ｌp との和を最大水量
値Ｌとしてその水量に応じた回動角度に分配器１１を制
御する。基準値算出は、水加熱回路の水量が設定温度Ｔ
set に対して加熱能力を越えないようにするための最大
水量基準値Ｌffを決めるもので、次のとおり、

【数１】Ｌff＝（ＯＰmax ×ａ）／（Ｔset −Ｔin） の演算式によって求める。（但し、ＯＰmax はバーナ２
２、２３の最大加熱量、ａは設定温度Ｔset によって決
まる係数である。

【００１９】補正値算出は、給湯中に使用者が水栓を操
作して水量が変化した場合に出湯温度の変動を防止する
とともに、設定温度が変更された場合に出湯温度の安定
性を向上させるために行うもので、水量補正値Ｌp を、

【数２】 Ｌp ＝ｐ１×Ｌff×（Ｔo −Ｔset ）／（Ｔset −Ｔin） の演算式によって求める。（但し、ｐ１は定数項であ
り、Ｔo は出湯温サーミスタ１９に検知される出湯温度
Ｔout によってＴo ＝Ｔout −温度補正量（℃）で決ま
る値である。なお、この数式２は、Ｔset −Ｔin≧１０
℃の場合に限って用いられる。）この補正値算出は、コ
ールドスタートにおいて、できるだけ速く設定温度が得
られるようにするために、出湯温度が設定温度に達する
までの過渡期においては、上記数式２による水量補正値
Ｌp の算出に制限を設けて、出湯温度Ｔout が、Ｔout
＜Ｔset −１の間は、水量補正値Ｌp ＝０とし、Ｔout
≧Ｔset −１を満たした時点で、上記数式２による水量
補正値Ｌp の算出を開始する。また、止水に伴う消火動
作後は、約８分経過するまでのポストパージの期間は、
継続して数式２による水量補正値Ｌp の算出を行い、約
８分経過後は、水量補正値Ｌp ＝０として水量制御を行
う。

【００２０】なお、上記の数式２における温度補正量
は、以下の条件が全て満たされた場合に限って出湯温度
Ｔout を適温設定時における止水中の熱交換器１２内の
湯温測定試験の結果に基づいて補正するために求められ
るものであって、図４に示すとおり、消火後約３０秒以
降は、次の数式３により算出される最大補正量を補正量
とし、消火後約３０秒までは、その経過時間に応じて消
火時を０として数式３の最大補正量を比例配分して求め
る。条件消火検知状態、条件ポストパージ中（消火
後約８分間）、条件消火後に設定温度の変更がないこ
と、条件Ｔout ＞（Ｔset −Ｔin）×Ａ＋Ｔin（但し
Ａ＝０．０〜１．０）であること。

【数３】最大補正量＝（Ｔset −Ｔin）×Ｃ＋Ｄ （但し、Ｃ＝１／４０、Ｄ＝１．０）

【００２１】本実施例では、上記のとおり、水量補正値
Ｌp の算出に制限を設けているが、出湯温度Ｔout が設
定温度Ｔset より低い場合には、最大水量値Ｌにおける
水量補正値Ｌp 成分によって最大水量値Ｌが小さくな
り、水量が制限された後に、出湯温度Ｔout の上昇に伴
って最大水量値Ｌが大きくなり、水量が次第に多くなる
水量の漸増現象が生じる虞があるため、給湯初期におけ
る水量の漸増現象を防止し、水量の安定性を得るため
に、以下に示すのとおり、算出された水量補正値Ｌp に
関係なく、最大水量基準値Ｌffに応じて最大水量値Ｌの
最低値を制限するようにしている。 Ｌ＝１１〔リットル／分〕 （Ｌ＜１１＜Ｌffの場合） Ｌ＝Ｌff〔リットル／分〕 （Ｌ＜Ｌff＜１１の場合） これによって、最大水量値Ｌが、最大水量基準値Ｌffに
対して極端に少なくなることがなくなり、漸増する給湯
水量を少なくすることができる。

【００２２】本実施例では以上のとおり燃焼制御および
水量制御を行うことにより、図５に示すとおり、分配器
１１の回動角度に対して出湯温度Ｔout が一義的に決ま
る。なお、以上の説明においては、上記の算出による最
大水量値Ｌ以上の水量が水栓から流出するように水栓が
開放されることを前提として説明したが、水栓から流出
する水量が、最大水量値Ｌに満たない場合においても、
出湯温度Ｔout は分配器１１の回動角度に対応したもの
になる。

【００２３】次に本実施例の給湯部１の作動を図６を参
考に説明する。使用者が水栓を開いて水加熱回路を通過
する給湯水量が点火水量に達すると（ステップＳ１にお
いてＹＥＳ）、元電磁弁２９、小電磁弁２６、２７が開
き、比例弁２１が点火開度に制御されてバーナ２２、２
３が点火され、加熱制御が開始される（ステップＳ
２）。一方、水量制御として、給水温サーミスタ１６で
検知される給水温度Ｔin、設定温度Ｔset 、バーナ２
２、２３の最大加熱能力から最大水量基準値Ｌffが算出
される。出湯温度Ｔout が設定温度Ｔset に対して、Ｔ
out ＞Ｔset −１℃の関係である間は、数式２による水
量補正値Ｌp の算出は行われず、水量補正値Ｌp はＬp
＝０とされて、最大水量基準値Ｌffがそのまま最大水量
値Ｌとして分配器１１が制御される。

【００２４】出湯温度Ｔout が上昇して、Ｔout ≧Ｔse
t −１℃の関係になると（ステップＳ３においてＹＥ
Ｓ）、数式２による水量補正値Ｌp の算出が開始され
（ステップＳ４）、以後、算出された水量補正値Ｌp と
最大水量基準値Ｌffとの和による最大水量値Ｌに基づい
て分配器１１が制御される。従って、出湯温度Ｔout
が、Ｔout ＝Ｔset −１℃になった時点で、バイパス管
１３の水量が減少するため、出湯温度Ｔout は設定温度
Ｔset に達し、その後は、徐々に水量が最大水量値Ｌま
で増加する。給湯中に、設定温度Ｔset が変更された
り、水栓の操作によって水量が変化して、出湯温度Ｔou
t が変動しても、その温度変化に対応して直ちに分配器
１１の回動角度が変更されるため、出湯温度Ｔout の変
動は最小限に抑えられ、安定した湯温が得られる。

【００２５】水栓が閉じられ、水量が消火水量以下にな
ると（ステップＳ５においてＹＥＳ）、燃焼制御が終了
し、各電磁弁が閉じられてバーナ２、２３の燃焼が停止
する（ステップＳ６）。その後は、約８分タイマが作動
を開始し（ステップＳ７）、その動作中に送風機２８の
みが作動するポストパージが約８分間行われる。数式２
による水量補正値Ｌp の算出が行われた場合、この約８
分タイマが作動している間は（ステップＳ８においてＮ
Ｏ）、数式２による水量補正値Ｌp の算出が継続して行
われ、この間に、再給湯が行われた場合には、水量補正
値Ｌp と最大水量基準値Ｌffとの和による最大水量値Ｌ
に基づいて、分配器１１が制御される。

【００２６】約８分タイマの計時が終わると（ステップ
Ｓ８においてＹＥＳ）、送風機２８によるポストパージ
が終了し、このとき、数式２による水量補正値Ｌp の算
出が行われている場合には、その算出動作も終了する
（ステップＳ９）。従って、この後、再給湯が行われた
ときには、最大水量基準値Ｌffのみによる最大水量値Ｌ
に基づいて分配器１１が制御されるため、バイパス管１
３の水量が出湯温度Ｔout に基づいて制限されることが
なく、確実に最大水量値Ｌの水量が水加熱回路を通過す
ることになり、この水量に応じた加熱制御が行われるた
め、バーナ２２、２３の加熱能力が制限されることがな
く、十分大きな加熱能力で熱交換器１２を加熱できる。
この結果、加熱の立ち上がりがよくなる。

【００２７】以上のとおり、本実施例では、加熱開始初
期において、水量が、バーナ２２、２３の最大加熱能
力、設定温度Ｔset 、給水温度Ｔinに基づいて決まる最
大水量値Ｌに維持され、それより少なくなることがない
ため、バーナ２２、２３の燃焼量を最大燃焼量にするこ
とができる。従って、給湯初期における熱交換器１２に
対する加熱量が大きくなり、図７に示すとおり、出湯温
度Ｔout の立ち上がりがよく、短時間で設定温度Ｔset
の湯水が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の追焚き機能付きガス給湯器の
要部を示す部分概略図である。

【図２】本発明の実施例における分配器の回動角度と熱
交換器側水量、バイパス管側水量および全水量の関係を
示す特性図である。

【図３】本発明の実施例における分配器の回動角度と熱
交換器側水量に対するバイパス管側水量との関係を示す
特性図である。

【図４】本発明の実施例における水量補正値Ｌp の算出
に用いられる温度補正量を説明するための図である。

【図５】本発明の実施例における分配器の回動角度と出
湯温度との関係を示す特性図である。

【図６】本発明の実施例の作動を説明するための流れ図
である。

【図７】本発明の実施例の効果を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ 給湯部（給湯器） １１ 分配器（バイパス水量調節器） １２ 熱交換器 １３ バイパス管 １５ 水量センサ（通水検知手段） ２２、２３ バーナ（加熱手段） ４０ 制御装置（温度制御装置、加熱制御手段、基準値
算出手段、補正値算出手段、水量制御手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱手段により加熱される熱交換器とバ
   イパス管とを並列接続し、前記熱交換器と前記バイパス
   管との分岐点に前記バイパス管の通過水量を調節するバ
   イパス水量調節器が備えられた水加熱回路を有する給湯
   器の温度制御装置において、 前記水加熱回路の通水を検知する通水検知手段の通水検
   知時に前記加熱手段による加熱を行い、前記加熱手段の
   加熱量を設定温度、前記水加熱回路への給水温度、前記
   水加熱回路への給水水量に基づいて制御する加熱制御手
   段と、 前記加熱手段の最大加熱能力に対する前記設定温度と前
   記給水温度との偏差に基づいて前記水加熱回路の最大水
   量基準値を算出する基準値算出手段と、 前記通水検知手段が前記水加熱回路の通水を検知し、且
   つ、前記出湯温度が前記設定温度に対して一定温度だけ
   低く設定された所定温度以上の場合に、前記設定温度と
   前記水加熱回路の出湯温度との偏差に比例した水量補正
   値の算出を開始し、前記通水検知手段が通水停止を検知
   してから所定時間後に前記水量補正値の算出を終了する
   補正値算出手段と、 前記基準値算出手段の前記最大水量基準値と前記補正値
   算出手段の前記水量補正値との和に基づいて前記水量調
   節手段を制御する水量制御手段とを具備することを特徴
   とする給湯器の温度制御装置。