JPH0715338B2

JPH0715338B2 - 給湯器の制御装置

Info

Publication number: JPH0715338B2
Application number: JP63222684A
Authority: JP
Inventors: 郁朗足立
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1988-09-06
Filing date: 1988-09-06
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2010-02-22
Also published as: JPH0271048A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、出湯温度と設定温度との偏差量を積分制御手
段を用いて補正する給湯器の制御装置に関する。

［従来の技術］給湯器には、加熱量（燃焼量）を制御装置によって制御
するものがある。制御装置による燃焼量の制御は、水
量、設定温度、入水温度などによって燃焼量を決定する
フィードフォワード制御と、結果から燃焼量を補正する
フィードバック制御とを組み合わせて行うものが考えら
れる。

このフィードバック制御には、設定温度と出湯温度との
偏差量を補正する積分制御が考えられる。

［発明が解決しようとする課題］一方、給湯器は、燃焼によって得られた熱と水との熱交
換を行う熱交換器を備える。そして、制御装置が、燃焼
量を変化させてから、実際に燃焼量が変化したのを検出
する時間は、熱交換器を流れる水の流速に対応してい
る。つまり、流速の変化に応じて、応答速度が変化す
る。

このため、水量を考慮せずに積分制御を行った場合、水
量が増加すると、流速が早くなり、積分補正量が水量に
比較して相対的に少なくなる。逆に水量が減少すると、
流速が遅くなり、積分補正量が水量に比較して相対的に
多くなってしまう。

つまり、従来の積分制御は、水量が変化すると、適正な
積分補正量が得られない問題点を備えていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、水量に応じた積分補正量とすることのできる給湯器
の制御装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］本発明は上記目的を達成するため、第１図に示すよう
に、加熱手段１と、該加熱手段１の発生する熱と水とを
熱交換する熱交換器２と、前記加熱手段１の制御を行う
制御装置３とを備えた給湯器において、前記制御装置３
は、水量を検出する水量検出センサ４を備えるととも
に、出湯温度と設定温度との偏差量を積分制御によって
補正する積分制御手段５を備え、該積分制御手段５によ
る積分補正量の変化量を、前記水量検出センサ４によっ
て検出された水量に比例させたことを技術的手段とす
る。

［作用］本発明は、積分制御手段による積分補正量の変化量を、
水量に比例させた。これにより、水量が増加すると積分
補正量が増加し、水量が減少すると積分補正量が減少す
る。

この結果、水量の増減によるフィードバックの時間遅れ
を修正し、積分補正量を全水量に亘って均一に評価する
ことができる。

［発明の効果］本発明によれば、水量に応じた積分補正量を得ることが
できるため、水量が変動しても、常に適切な積分補正量
とすることができる。つまり、設定温度と出湯温度との
偏差量が水量に影響されることなく補正されるため、出
湯温度を設定温度とすることができる。

［実施例］次に、本発明をバイパスミキシング式給湯器に適用した
実施例を図面を用いて説明する。

第２図にバイパスミキシング式のガス給湯器の概略図を
示す。

このガス給湯器は、大別して燃料の燃焼を行う燃焼部10
と、ガス供給配管20と、水配管30と、制御装置40とから
構成されている。

燃焼部10は、本発明の加熱手段で、セラミック製の表面
燃焼式バーナ11を内部に配設した燃焼ケース12と、この
燃焼ケース12内に燃焼用の空気を供給する送風機13とか
らなり、送風機13によって燃焼ケース12内に導かれた燃
焼用の空気は、燃焼後、燃焼ガスとして図示しない排気
口より排出される。

ガス供給配管20は、送風機13の遠心式ファン14の内周に
開口するノズル21へ、燃料のガスを供給するもので、上
流側より元電磁弁22、主電磁弁23、比例弁24が順次設け
られている。比例弁24の下流は２つに分岐され、一方に
は切替用電磁弁25、他方にはオリフィス26が設けられて
いる。なお、元電磁弁22、主電磁弁23および切替用電磁
弁25は、通電制御によってガス供給配管20を開閉するも
ので、比例弁24は通電量に応じて開口比が変化し、ノズ
ル21に供給されるガス量を調節するものである。

水配管30は、一方が水の供給源に接続され、他方が給湯
口に接続されるもので、バーナ11のガスの燃焼によって
発生する熱と内部を流れる水とを熱交換し、内部を通過
する水を加熱する熱交換器31と、この熱交換器31をバイ
パスするバイパス水路32とを備える。

熱交換器31とバイパス水路32との分岐路の上流の水配管
30には、熱交換器31とバイパス水路32とに流入する水圧
が変化しても、流入する水量を一定に保つガバナ弁の機
能と、水量を調節する水量調節弁の機能とが組み合わさ
れた電動水量制御装置33が設けられている。また、バイ
パス水路32には、バイパス水路32を通過する水量を調節
するとともに、バイパス水路32を開閉可能な絞り弁34が
設けられている。

なお、電動水量制御装置33の絞り比は、熱交換器31およ
びバイパス水路32へ流入する水の総量を規制するため、
絞り弁34と同じか、絞り弁34より小さく設けられてい
る。また、電動水量制御装置33と絞り弁34は、水量を調
節する手段として、水路を開閉可能な弁体をギアドモー
タを用いて駆動している。

制御装置40は、第３図に示すように、マイクロコンピュ
ータ41、リレー回路42および駆動回路43から構成される
もので、使用者によって操作されるコントローラ44や各
種センサの出力に応じて、バーナ11に着火を行うスパー
カ45、元電磁弁22、主電磁弁23、比例弁24、切替用電磁
弁25、電動水量制御装置33、絞り弁34を通電制御するも
のである。

制御装置40の各種センサは、バーナ11の炎の検出および
空燃比を検出するためのフレームロッド46およびサーモ
カップル47、電動水量制御装置33および絞り弁34の弁体
に連動し、開度を検出するポテンショメータ48,49、送
風機13の風量を回転速度によって検出する風量検出セン
サ50、熱交換器31およびバイパス水路32に流入する水温
を検出する入水温センサ51、熱交換器31を通過した湯温
をて検出する湯温センサ52、熱交換器31およびバイパス
水路32を通過し、混合された湯温を検出する出湯温セン
サ53、熱交換器31およびバイパス水路32に流入する水量
を検出する水量検出センサ54を備える。

なお、風量検出センサ50は、送風機13のモータに変動す
る回転体を備え、この回転体の回転に応じたパルス信号
を発生する。また、水量検出センサ54は、水の流れによ
って回転する回転体を備え、この回転体の回転に応じた
パルス信号を発生する。そして、コンピュータ41は、風
量検出センサ50および水量検出センサ54の発生するパル
ス信号の間隔より、送風機13の回転速度や、回転体の回
転速度を検出し、風量や水量を検出する。

次に、コンピュータ41による燃焼制御、および水量制御
について簡単に説明する。

使用者が給湯口に接続されたカランを操作し、水配管30
に水流が生じると、水量検出センサ54内の回転体が回転
し、燃焼が開始される。燃焼開始後の燃焼量は、コント
ローラ44によって設定された設定温度が得られるよう
に、各種センサによって得られた水量、入水温度、熱交
換器31を通過した湯温、ミキシング湯温（出湯温度）等
により決定され、送風機13は決定された燃焼量に応じた
風量をバーナ11に供給するように電圧が制御される。つ
まり、燃焼量イコール送風機13の送風量とされる。そし
て、送風機13の回転速度やバーナ11の炎の温度に応じた
ガス量が得られるように、比例弁24および切替用電磁弁
25が通電制御される。なお、燃焼量は、熱交換器31を通
過した湯温が、燃焼によって発生した水（ドレン水）が
熱交換器31に付着しない温度（例えば60℃）以上に維持
されるように設定される。

絞り弁34は、入水温度、設定温度、熱交換器31を通過し
た湯温、出湯温度より算出された適切な開度で固定され
る。なおこの固定は、バイパス水路32を流れる水量が、
熱交換器31を流れる水量の倍となるように設定されてい
る。つまり、バイパス水路32と熱交換器31との流通抵抗
の比は、絞り弁34により約2:1とされる。また、絞り弁3
4の開度の固定は、入水量が少ない場合や、出湯温度を
低下させる場合に解除され、入水量、出湯温度に応じて
算出された開度となるように絞り弁34が通電制御され
る。

また、電動水量制御装置33は、出湯温度が得られるのに
必要な最大流量を越えないように通電制御される。

次に、制御装置40による燃焼量の算出について詳述す
る。なお、本発明の積分補正手段は、マイクロコンピュ
ータ41内にプログラムされている。

制御装置40によって求められる本実施例の燃焼量Ｑは、
フィードフォワード量FFと、熱交容量補正量Ｋと、空燃
比補正量Ｔと、比例補正量Ｐと、積分補正量Ｉとを加算
したもので、Ｑ＝FF＋Ｋ＋Ｔ＋Ｐ＋Ｉの式で表される。

このように、燃焼量ＱをFF＋Ｋ＋Ｔ＋Ｐ＋Ｉとすること
により、使用者の設定した出湯温度を、常に安定して供
給することができる。

フィードフォワード量FFは、コントローラ44で設定され
た設定温度Tsと入水温度センサ51によって検出された入
水温度Tiとの差と、水量検出センサ54によって検出され
た水量Ｗと、熱交換器31の熱交換効率1/effとによって
算出される。

これは、FF＝（Ts−Ti）W/effの式で表される。

熱交容量補正量Ｋは、コントローラ44で設定された設定
温度Tsと出湯温センサ53によって検出された出湯温度To
との差（偏差量）と、使用される熱交換器31に応じて予
め設定された熱容量Ｍと、熱交換器31とバイパス水路32
とのバイパス比に応じた定数ａとから算出される。

これは、Ｋ＝ａ（Ts−To）Ｍの式で表される。

空燃比補正量Ｔは、空燃比補正により増減されるガス量
を補正するもので、空燃比補正による補正量Ｎの符号を
反転させたものである。

これは、Ｔ＝−Ｎの式で表される。

比例補正量Ｐの算出は、コントローラ44で設定された設
定温度Tsと出湯温センサ53によって検出した出湯温度To
との差（偏差量）と、水量検出センサ54によって検出さ
れた水量Ｗと、比例定数Ｅとから算出される。

これは、Ｐ＝Ｅ（Ts−To）Ｗの式で表される。なお本実
施例ではＥ＝0.8前後が適正である。

積分補正量Ｉは、コントローラ44で設定された設定温度
Tsと出湯温センサ53によって検出した出湯温度Toとの差
（偏差量）を積分制御によって補正するもので、積分補
正量Ｉの変化量が水量Ｗに比例するように、積分定数を
ｂ×Ｗとする。そして、この積分補正量Ｉの算出は、 I_n＝I_n-1＋bW_n（Ts−To）の式で表される。なお、I_nは
今回の算出する積分補正量で、I_n-1は前回の算出した積
分補正量を示す。

次に、積分補正量Ｉの変化量を水量Ｗに比例させた具体
的な例を示す。

水量Ｗが多い場合は、熱交換器31を流れる水の流速が早
く、フィードバックの時間遅れが小さい。このため、水
量Ｗが多い状態で、設定温度Tsと出湯温度Toとに偏差量
が発生すると、積分定数をｂ×Ｗとすることで、積分補
正量Ｉの変化量が多い水量Ｗに応じて増加する。つま
り、水量Ｗの増加に応じて積分補正量Ｉが増加する。

また、水量Ｗが少ない場合は、熱交換器31を流れる水の
流速が遅く、フィードバックの時間遅れが大きい。この
ため、水量Ｗが少ない状態で、設定温度Tsと出湯温度To
とに偏差量が発生すると、積分定数をｂ×Ｗとすること
で、積分補正量Ｉの変化量が少ない水量Ｗに応じて減少
する。つまり、水量Ｗの減少に応じて積分補正量Ｉが減
少する。

本実施例によれば、積分定数をｂ×Ｗとすることで、フ
ィードバックの時間遅れを修正し、全水量に亘って積分
補正量Ｉをほぼ均一に評価することができる。また、水
量Ｗに応じた積分補正量Ｉとすることで、設定温度Tsと
出湯温度Toとの偏差量が水量Ｗに関係なく補正され、出
湯温度Toを設定温度Tsに修正することができる。

（変形例） PID制御の積分制御に本発明を適用しても良い。

バイパス水路を備えた給湯器を例に示したが、バイパス
水路を有しない給湯器に本発明を適用しても良い。

また、燃料にガスを用いた例を示したが、灯油など、他
の燃料を用いても良い。

さらに、加熱手段として燃料の燃焼によって熱を得る燃
焼部を用いたが、電気ヒータなど他の発熱手段を用いて
も良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図はバイ
パスミキシング式のガス給湯器の概略構成図、第３図は
制御装置の概略ブロック図である。図中、１…加熱手段、２…熱交換器３…制御装置、４…水量検出センサ５…積分制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱手段と、該加熱手段の発生する熱と水
とを熱交換する熱交換器と、前記加熱手段の制御を行う
制御装置とを備えた給湯器において、前記制御装置は、水量を検出する水量検出センサを備えるとともに、出湯
温度と設定温度との偏差量を積分制御によって補正する
積分制御手段を備え、該積分制御手段による積分補正量の変化量を、前記水量
検出センサによって検出された水量に比例させたことを
特徴とする給湯器の制御装置。