JPH0718588B2

JPH0718588B2 - 給湯器の制御装置

Info

Publication number: JPH0718588B2
Application number: JP63222686A
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: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPH0271045A

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比例制御を
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（例えば燃焼量）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、その偏差量に比例した値によって補正する比
例制御が考えられる。

この比例制御は、偏差量に比例した値となるため、小さ
な偏差量でも比較的大きな比例補正量となり、偏差を素
早く修正する。

［発明が解決しようとする課題］一方、入水温度が変化したり、入水量が変化したり、設
定温度が変化したりして、燃焼量が変化する際（過渡
期）は、設定温度と出湯温度との偏差量が大きくなる。

比例制御は、小さな偏差量でも比較的大きな比例補正量
となるため、過渡期は大変大きな比例補正量となってし
まう。つまり、過渡期は比例補正量が誤信号となって、
適切なフィードバック制御が行え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、比例制御による比例補正量が、過渡期に誤信号とな
ることを防ぎ、加熱量に応じた適正な値とすることので
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の加熱制御を
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、出湯温度と設定温度との偏差量を、該偏差量に
比例した比例補正量によって補正する比例制御手段４を
備え、該比例制御手段４による比例補正量の上限および
下限を、前記加熱手段１の加熱量に比例した制限値で規
制したことを技術的手段とする。

［作用］本発明は、比例制御手段による比例補正量に上限および
下限を設けるとともに、その上限および下限を加熱量に
比例させた。これにより、過渡期に偏差量が大きくなっ
ても、比例補正量が誤信号となるのを防ぐとともに、過
渡期の比例補正量を、加熱量に応じた適切な値に規制す
ることができる。

［発明の効果］本発明によれば、過渡期に比例補正量が、加熱量に応じ
た適切な値に規制されるため、設定温度や、入水温度、
入水量の変化等により燃焼量が変化する際、比例制御手
段によって、素早く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が各
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のモータに連動す
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。すると、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２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34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、本発明の比例補正手段は、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。

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。また、積分補正量Ｉが燃焼量（加熱量）
の変化に応じて変化するように、フィードフォワード量
FFの変化比の積とする。そして、この積分補正量Ｉの算
出は、 I_n＝I_n-1＋bW_n（Ts-To）FF_n／FF_n-1の式で表される。

なお、I_nは今回の算出する積分補正量、I_n-1は前回の算
出した積分補正量、FF_nは今回算出されたフィードフォ
ワード量、FF_n-1は前回の算出したフォードフォワード
量を示す。

比例補正量Ｐ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、この偏差量に比例した比例補正量によっ
て補正するもので、比例補正量Ｐの変化量が水量Ｗに比
例するように、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とを用いて算出される。

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。

また、比例補正量Ｐは、本発明により上限および下限が
規制される。この上限と下限との規制は、フィードフォ
ワート量FF（フィードフォワード量は燃焼量とほぼ比例
関係にあるため、本実施例ではフィードフォワード量を
加熱量とみなす）に比例した規制値によって行われる。
この比例補正量Ｐの規制値は、FF_n-1×ｃで、比例補正
量ＰはＰ≦|FF×c|の式を満足させるものとされる。な
お、ｃは定数を示す。

このように、比例補正量Ｐに、フィードフォワード量FF
に比例した規制値を設けることにより、出湯中に設定温
度Tsが変化した場合や、入水温度Tiが変化した場合、水
量Ｗが変化した場合など、燃焼量Ｑが変化する過渡期
に、設定温度Tsと出湯温度Toとの偏差量が大きくなって
も、比例補正量Ｐが誤信号となることが防がれるととも
に、その過渡期に、燃焼量Ｑに応じた値の比例補正量Ｐ
とされる。つまり、過渡期においても、比例補正量Ｐが
素早く出湯温度Toを設定温度Tsとするように偏差量を補
正する。

（実施例）本発明を微分制御を用いたPID制御の比例制御に適用し
たり、積分制御や微分制御を用いない比例制御に本発明
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、
その通電量を本発明を用いて制御しても良い。

【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……比例制御手段

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、前記加熱手段の加熱制御を
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、出湯温度と設定温度との偏差量を、該偏差量に比例した
比例補正量によって補正する比例制御手段を備え、該比例制御手段による比例補正量の上限および下限を、
前記加熱手段の加熱量に比例した制限値で規制したことを特徴とする給湯器の制御装置。