JPH0814418B2

JPH0814418B2 - 給湯器

Info

Publication number: JPH0814418B2
Application number: JP63254570A
Authority: JP
Inventors: 猛加藤; 重雄成瀬
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH01239340A

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ィード
バック制御を採用した給湯器にかかわる。

［従来の技術］従来より、給湯器は、入水温を検知する入水温センサ
と、前記出湯温を設定する温度設定器と、入水量を検知
する入水量センサとから制御出力を演算して、燃料の供
給量を自動調節するフィードフォワード制御を行い、そ
して、設定温度と出湯温との偏差に基づいて制御出力を
演算して、燃料の供給量を自動調節するフィードバック
制御を行って、出湯温と設定温度とが等しくなるように
制御している。

［発明が解決しようとする問題点］しかるに、上記構成の給湯器は、出湯温と設定温度と
の偏差が大きいほど、あるいは入水量が多いほど出湯温
が設定温度に接近するまでの時間が長いという問題点が
あった。

本発明は、出湯温を早く設定温度に接近させることが
可能な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、燃料の燃焼を行うバーナと、内部
を通過する水を前記バーナにより加熱する熱交換器と、
該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、前記熱交換器へ流入する入水量を検知する
入水量検知手段と、前記バーナへの燃料の供給量を調節
する燃料供給量制御手段と、前記熱交換器へ流入する入
水量を調節する水量比例調整弁と、設定温度と出湯温と
の温度偏差に応じた比例制御出力に基づいて、前記燃料
供給量制御手段を制御して燃料の供給量を自動調節する
か、あるいは前記水量比例調整弁を制御して入水量を自
動調節するフィードバック制御を行う制御回路とを備
え、前記制御回路は、前記フィードバック制御の比例制御
出力を更新する更新時間を、設定温度と出湯温との温度
偏差の関数と入水量の関数とから演算する構成を採用し
た。

［作用および発明の効果］本発明の給湯器は、温度設定手段で設定された設定温
度と出湯温検知手段で検知された出湯温との温度偏差が
大きい程または入水量が多い程、フィードバック制御の
比例制御出力を更新する更新時間が短くなるので、更新
時間毎に更新された比例制御出力に基づいて、燃料供給
量制御手段を制御して燃料の供給量を自動調節するか、
あるいは水量比例調整弁を制御して入水量を自動調節す
ることによって、出湯温が設定温度に接近するまでの時
間を短縮できる。

そして、設定温度と出湯温との温度偏差が小さくなっ
てきたり、または入水量が少なくなってきたら、フィー
ドバック制御の比例制御出力を更新する更新時間は長く
なるので、出湯温が設定温度よりもオーバーシュートし
たり、出湯温が設定温度付近で上下したり、水量比例調
整弁がハンチングしたりすることを防止できる。したが
って、出湯温が設定温度に早く接近させることができる
と共に出湯温を設定温度にスムーズに収束させることが
できる。

［実施例］本発明は、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11
a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ァン12が
備えられ、ガスバーナ11はこのファン12によって供給さ
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っ
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
ムロッド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、水フィルタ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ャ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ョメータ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によって温度が検出され、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。

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
の種類に応じて設定されるガス種切替スイッチ55とが備
えられている。燃料ガスの種類としては、LPガス、都市
ガス13A、都市ガス6C等の気体燃料、石油等の液体燃料
など多数用いることができ、これらをガス種切替スイッ
チ55によっ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、使用者によっ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には、それぞれの運転スイッチ56、56a
と、出湯温を設定する水温設定スイッチ57、57aとが設
けられている。

制御回路60には、マイクロコンピュータ（以下CPUと
呼ぶ）70を中心として、スパーカ回路71、ファン駆動回
路72、比例弁制御回路73、ギャドモータ駆動回路74、位
置検出回路75、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。

ファン駆動回路72は、ファン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、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特
性（ガス種による異なる）に応じた比例制御定数に基づ
いて調整する回路である。比例弁制御回路73は、給湯器
１のばらつきによる誤差、ファン12の風量およびガス種
による管路の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。

ギャドモータ駆動回路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33のギャドモータを
駆動する回路で、電源がOFF状態では、作動しないが、
電源ON状態では、サブコントローラ54aの運転スイッチ5
6aがONまたはOFFに拘らず、前回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ョメータ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、能力制御として入水温、設定温度に基づき燃焼量
および入水量を制御するフィードフォワード制御（以下
FF制御と呼ぶ）と、出湯温に基づきガス量の自動調節、
切替弁24のON、OFF、ファン12の風量調節などの燃焼量
および入水量を出力更新制御（以下更新制御と呼ぶ）す
るフィードバック制御（以下FB制御と呼ぶ）と、FF制御
とFB制御とを切替える切替制御とを行い、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54
a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て水量セン
サ36に基づく通水信号が得られると、ファン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、種電磁弁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、そし
て着火の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。

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
信号の検知後に行い、その時の水温を水温データとして
いる。

能力制御では、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（更新）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、ファン12、ガバナ比例弁2
3、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より大きな能力を出力する急加
熱時ガス比例制御によって制御される急加熱能力域（Ｑ
＋α）と、必要能力Ｑより小さな能力を出力する余熱パ
ージ時ガス比例制御によって制御される余熱パージ能力
域（Ｑ−β）とに応じてファン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。

また急加熱能力域（Ｑ＋α）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
の制御によっ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の制御によっ
て制御される全開能力制御域の最小域との重複制御域に
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の開度と全開能力との関係を示すグラフに示すごと
く、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のみで全開能力の1/8〜1/2のガス比例制御を行う
半開能力制御域Ｉと、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全開能力制御域IIと、半開能力制御
域の最大値（全開能力の1/2）と全開能力制御域の最小
値（全開能力の1/4）との重複制御域IIIとが設定されて
いる。

FB制御によって、ガス比例制御が半開能力制御域Ｉの
最大域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ON（開弁）し全開能力制御域IIに切替える。FB
制御によって、ガス比例制御が全開能力制御域IIの最小
域付近に達した時、切替弁24をOFF（閉弁）し半開能力
制御域Ｉに切替えることによって、安全な燃焼状態、お
よびスムーズな半開能力制御域Ｉと全開能力制御域IIと
の切替制御を行う。

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、連続
燃焼がt7（例えば40〜120）分続いた場合や、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図に示す作動フローチャートに基づき説明する。

給湯器１を設置するときにガス会社または給湯器１の
販売業者をガス種切替スイッチ55により使用する燃料ガ
スを確認すると共に、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CP
U70の記憶機能に記憶されるために、電源ON、OFFに拘ら
ずCPU70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）。

水量比例制御弁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、水量比例制御弁33は、サブコントローラ54a
のON、OFF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ャドモータ
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。

したがって、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。

燃焼能力に対して、最大入水量可能な開度に設定され
ている時、ギャドモータをOFFする（S4）。最大入水量
可能な開度に設定されていない時、ギャドモータを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がロックされてしまうため、
ギャドモータ駆動回路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、そのために通電時間
が長くなりモータやギャドモータ駆動回路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、ギャドモータ
駆動回路74による通電時間をt1（例えば５〜30）秒でギ
ャドモータを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の運転スイッチ56、56aがONされているか否かを判別
し（S7）、ONされるまでS7繰り返す。ONされている時に
は、水温設定スイッチ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秒間）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、入水量検出回
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ャタリングを
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ャタリングを防止し、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、入水量センサ36の応答遅れ考慮して、
ある時間内の累計値が所定値以上となった場合も入水量
変化として受付ける。

したがって、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）経過後（S1
3）、入水温サーミスタ35によって、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（S1
6）、メインコントローラ54およびサブコントローラ54a
の運転スイッチ56、56a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（S1
8）、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ファン12をONする（S19）。

ホールICによりファン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、ファン12を全てOFFし（S22〜2
6）、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の運転スイッ
チ56、56aをOFFする（S28）。

回転数が所定回転数以上の時に、t4（例えば0.5〜1
0）秒間のプリパージタイマを行い（S29）、スパーカ1
4、元電磁弁21、主電磁弁22、切替弁24を全てONし（S30
〜33）、ガバナ比例弁23へ緩点火電流を供給する（S3
4）。

ガバナ比例弁23への通電量は、第10図に示すように、
点火時を除いてファン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への電流の最大値に対
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14をOFFする（S3
6）。そして、フレームロッド15により燃焼炎を検知
し、フレームロッド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、燃焼能力制御を行い（S40）、その後以下の安
全機能制御を行う。

ファン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、フレームロッド
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１〜1
0）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、S
39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以下の作動を行う。
失火が１回目の時には、元電磁弁21、主電磁弁22、切替
弁24を一旦OFFし（S48〜50）、その後S19以下の作動を
繰り返す。

次にS40における燃焼能力制御を第６図ないし第８図
の作動フローチャートに基づき説明する。

最初の燃焼能力制御の必要能力の演算を以下の計算式
に基づいて演算する（S100）、（S101）。

式１…計算値Ｑ＝（Tset−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制御を行ったか否かを判別し（S102）、FF制御を行
っている場合には、第７図に示すFB（更新）制御を行
い、FF制御を行っていない時、初期設定後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、Ｑ×1.0の緩加熱能力で燃焼するように、ファン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（S106）、その後更新制御する。

Ｑ＜ｑである時、出湯温が設定温度より高温となって
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（最小の燃焼能力）で燃焼するように、ファ
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）。τ_１＝a/w［秒］を演算し（S10
8）、τ_１秒間経過した（S109）後、（Ｑ＋α）/QをＱ
×1.0に近づけた燃焼能力で燃焼するように、ファン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）、そして更新制御を行う。

ここで、τ_１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dt（＝Tset−THou
t）が±ｙ℃以内か否かを判別して（S111）、偏差dtが
±ｙ℃以内の時、S110を行い、偏差dtが±ｙ℃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、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dtが
±ｙ℃以内か否かを判別して（S112）、偏差dtが±ｙ℃
以内の時、S106を行い、偏差dtが±ｙ℃以内ではない
時、｛（Ｑ＋α）/Q｝の急加熱能力で燃焼するように、
ファン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（Tse
t）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、燃焼能力計算値が更新され、
このとき燃焼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、最大能力燃
焼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、ファン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（S1
14）、切替弁24がONされている時、つまり第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、半開能力制御域Ｉの最大域（全開能力制御域II
の1/2の能力）以下か否かを判別し（S115）、最大域以
下ではない時、重複制御域III内の出力でガバナ比例弁2
3をガス比例制御する（S116）。

切替弁24がONされていない時、つまり第１のバーナ11
aのみの燃焼による半開能力運転時に、全開能力制御域I
Iの最小域（全開能力制御域IIの1/4の能力）以上か否か
を判別し（S117）、最小域以上ではない時、S116を行
う。

したがって、急加熱能力（Ｑ＋α）の判定レベルは、
半開能力制御域Ｉの最大域以下＝半開能力制御域Ｉの最
大域÷｛（Ｑ＋α）/Q｝であり、且つ全開能力制御域II
の最小域以上である重複制御域III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の全開と半開とのチャタリングを防止で
き、温度制御範囲の拡大と急加熱能力の制御のスピード
アップとを両立できる。

次に、τ_２＝ｂ−cw［秒］を演算し（S118）、τ_２秒
間経過した（S119）後、（Ｑ−β）/Qの余熱パージ能力
で燃焼するように、ファン12、ガバナ比例弁23、切替弁
24、水量比例調整弁33を制御し（S120）、そして更新制
御を行う。

ここで、τ_２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dtが±ｙ℃以内か
否かを判別して（S121）、偏差dtが±ｙ℃以内の時、S1
20を行い、偏差dtが±ｙ℃以内ではない時、所定時間Δ
ｔ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。

第７図は更新制御のフローチャートを示す。

FF制御が行われた後の燃焼能力制御は、第６図のS10
0、S101の演算と、第７図のフローチャートと第８図の
フローチャートに示した作動とが繰り返される。

この更新制御では、設定温度（Tset）と出湯温（THou
t）との温度偏差が所定温度差（＋ｙ℃：例えば＋５
℃）以上か否かを判別する（S123）。温度偏差が所定温
度差（＋ｙ℃：例えば＋５℃）以上の時、必要能力Ｑよ
り小さな最小能力｛Ｑ×（Ｑ−β）/Q｝を出力するよう
に、燃焼用ファン12の制御回転数を設定して、その目標
回転数の信号をファン駆動回路72に出力する（S124）。
なお、（Ｑ−β）/Qでは係数で例えばβをＱ×1/4kcal
としたとき0.6とされる。

すなわち、S124の作動においては、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
標回転数となるように燃焼用ファン12への供給電圧が変
更され、ガスバーナ11へ供給される空気量が比例制御に
よって調節される。これによって、ガバナ比例弁23の比
例弁電流が燃焼用ファン12の回転数に応じた目標開度と
なるように変更され、ガスバーナ11へ供給されるガス量
が比例制御によって調節される。

そして、FF制御出力の制御時間（t10秒間：例えば30
秒間）が経過した（S125）後、第５図のフローチャート
に示したS41以下の安全制御を経て、再び出湯温検知（S
39）を行って、以後S123の判別および124における｛Ｑ
×（Ｑ−β）/Q｝の余熱パージ能力による能力変更を繰
り返し、次第に出湯温が低下して温度偏差が＋ｙ℃（例
えば＋５℃）未満になり安定制御状態になる。

したがって、設定温度（Tset）と出湯温（THout）と
の温度偏差が所定温度差（＋ｙ℃：例えば＋５℃）以上
のときには、更新制御出力の出力更新時間Ｔより短時間
に設定された制御時間（t10秒間：例えば30秒間）が経
過するまで、FF制御出力｛余熱パージ能力:Q×（Ｑ−
β）/Q｝を出す。

また、設定温度（Tset）と出湯温（THout）との温度
偏差が所定温度差（＋ｙ℃：例えば＋５℃）未満の時
に、温度偏差関数と入水量関数との合成関数から更新制
御出力の出力更新時間Ｔを演算する（S127）。

ここで、温度偏差関数Ｆ（ｅ）は以下の演算式より導
き出される。なお、設定温度（Tset）はメインコントロ
ーラ54またはサブコントローラ54aで設定された設定温
度、あるいは基準温度（例えば40℃）である。また、出
湯温（THout）は出湯温サーミスタ38で検出された値で
ある。

∴Ｆ（ｅ）＝（K₁−ｅ）×k₁ K₁は定数（例えば155）、k₁は定数（例えば1/8）ｅ＝設定温度−出湯温また、入水量関数Ｇ（ｗ）は以下の演算式より導き出
される。なお、入水量ｗは水量センサ36により検出され
た既知数である。

∴Ｇ（ｗ）＝（K₂＋ｗ）×k₂ K₂は定数（例えば80）、k₂は定数（例えば1/8）そして、更新制御出力の出力更新時間Ｔは以下の演算
式より導き出される。

∴Ｔ＝K₃×｛Ｆ（ｅ）＋Ｇ（ｗ）｝＝｛（155−ｅ）×1/8＋（80＋ｗ）×1/8｝ K₃は定数したがって、設定温度（Tset）と出湯温（THout）と
の温度偏差（ｅ）が＋ｙ℃（例えば＋５℃）未満のとき
には、温度偏差（ｅ）が大きい程または入水量（ｗ）が
多い程、更新制御出力の出力更新時間Ｔが短くなる。ま
た、温度偏差（ｅ）が小さい程または入水量（ｗ）が少
ない程、更新制御出力の出力更新時間Ｔが長くなる。

その後、更新制御出力の出力更新時間Ｔ（例えば150
秒間）が経過した（S128）後、設定温度（Tset）と出湯
温（THout）との温度偏差（ｅ）が１℃以下か否かを判
別する（S129）。設定温度（Tset）と出湯温（THout）
との温度偏差（ｅ）が１℃以下の時、第５図に示したフ
ローチャートのS41以下の安全制御を行う。

また、設定温度（Tset）と出湯温（THout）との温度
偏差（ｅ）が１℃以下ではない時、燃料ガスのガス種に
応じた係数（制御定数）Kpを入力し（S130）、ガス種に
応じた更新制御の制御定数に切替えるように、以下の更
新制御出力の演算式の更新を行う。そして、その更新さ
れた更新制御出力に基づいて、第８図のフローチャート
の制御を行う。（S131）。第８図のフローチャートの制
御を終了した後に、第５図に示したフローチャートのS4
1以下の安全制御を行う。

更新制御出力:PN＝PN−１＋ｅ×Kp Kp＝ガス種に応じた係数（制御定数）更新制御出力変化量：ΔVS＝ｅ×Kp 現在の更新制御出力:PN−１＝Ｑ×α ∴更新制御出力:PN＝PN−１＋ΔVS 但し、所定流量（５／分）より少ない入水量のとき
には、FF制御出力の最大能力｛Ｑ×（Ｑ＋α）/Q｝の出
力を、必要能力Ｑと同じ緩加熱能力（Ｑ×1.0）出力に
近づけて微小流量における出湯温の安定性を向上させて
いる。

次に、出力更新制御におけるマイクロコンピュータ70
による処理の一例を説明する。

第11図は、上記の第７図におけるS123以降の出力更新
制御を、マイクロコンピュータ70の処理に基づいて示し
たものである。

ここでは、偏差ｅがｅ≦±１でない場合（S129におい
てNo）には、ｅの値に基づいて燃焼用ファン12のモータ
への印加電圧の変化量ΔV_SNを計算し（S132）、その印
加電圧の変化量ΔV_SNのデータをRAM80のＡエリア81に格
納し（S133）、現在の燃焼量出力となるファン出力V
_SN-1のデータをRAM80のＢエリア82に移す（S134）。さ
らに、RAM80のそれぞれのエリア81、82に格納されたV
_SN-1、ΔV_SNのデータを加算し（S135）、その結果をRAM
80の出力エリア83に移して更新された出力とし（S13
6）、S41以降の安全機能制御を経て再び出湯温検知（S3
9）以降を繰返す。

逆に、偏差ｅがｅ≦±１である場合（S129においてYe
s）には、RAM80の出力エリア83の同一データを維持して
（S137）繰り返し出力し、同様にS41以降の安全機能制
御を経て出湯温検知（S39）以降を繰返し、安定制御状
態となる。

ここでは、燃焼量出力Ｐが更新されないにも拘らず、
RAM80の出力エリア83のデータは、出湯温検知（S39）の
毎に、新たなデータとして出力される。従って、RAM80
の出力エリア83のデータが同じ値を示していても、それ
は、検知された出湯温に基づくデータであるため、設定
温度や入水温が変化した場合には、直ちに燃焼量出力を
変更することができる。

よって、入水温、設定温度および入水量などの負荷に
応じて出力更新時間が設定されることによって、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、且つ自由な更新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
更新制御を行うことができる。さらに、出力更新時間Ｔ
と更新制御出力とから、出湯温を早く設定温度に接近さ
せることができる。

また、ガス通路の負荷の大きいもの例えば通路抵抗の
抵抗を大きく受けるガス種Kp（低ウォッベガス）を採用
した場合には、半開能力制御域Ｉと全開能力制御域IIと
の切替えにより、開口面積比（ノズル径×個数）が変っ
ても、管路の圧力損失により、ファン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への通電量
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、半開能力運転時に電流の最大値をB₁からB₂に最小
値がわに近づけている。このため、ファン12の風量制御
またはガス種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、また半開能力制御域Ｉと全開能
力制御域IIとの切替えにより、ガスバーナ11の開口面積
が変わっても、単位ガスバーナ11当りの負荷を一定に維
持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、更新制御によって、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ャートに基づいて２連
式のガスバーナ11を切替えることによって、安全な燃焼
状態、およびスムーズな制御を行う。

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Ｉのガス比例制御によって
ガバナ比例弁23への電流を制御し、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Ｉの最大域
付近か否かを判別し（S202）、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、フ
ァン12への供給電圧またはガバナ比例弁23への電流値の
リミットを用いる。

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）ガス比例制御が半開能力制御域Ｉの最大域付
近に留まっている（S204）、（S205）時、ガバナ比例弁
23へ緩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IIに切替え、全開能力制
御域IIのガス比例制御によってガバナ比例弁23への電流
を制御し、ガス量を自動調節する。

切替弁24がONされている時、つまり第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IIのガス比例制御によってガバナ
比例弁23への電流を制御し、ガス量を自動調節する（S2
08）。

このとき、ガス比例制御が全開能力制御域IIの最小域
付近か否かを判別し（S209）、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、フ
ァン12への供給電圧またはガバナ比例弁23への電流値の
リミットを用いる。

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）ガス比例制御が全開能力制御域IIの最小域付
近に留まっている（S211）、（S212）時、切替弁24をOF
F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Ｉのガス比例制御によってガバナ比例弁23へ
の電流を制御し、ガス量を自動調節する。

このとき、ファン12の風量とガバナ比例弁23への電流
は、各々最適値に対応しており、ガスバーナ11の全開ま
たは半開によらず一定であり、またファン12は、慣性力
が大きく応答遅れがあるので、ファン12の風量およびガ
バナ比例弁23への電流は変更しない。よって、安全な燃
焼状態およびスムーズな半開から全開あるいは全開から
半開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
できるものによっては、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のように熱容量の大きいもの、ある
いは応答遅れのあるものにおいては、チャタリング現象
が生じて、制御不良を生起させる原因となっていた。し
かるに、本実施例のように切替領域に一定時間止まって
いる時に所定のバーナに切替えるものは、切替弁24のO
N、OFFによるチャタリングを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

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
を示す概略図、第２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ブロック図、第３図ないし第８図
は本発明の一実施例を採用したガス燃焼式給湯器にかか
る作動フローチャート、第９図は本発明の一実施例を採
用した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図は本発
明の一実施例を採用した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、第11
図は第７図に示す出力更新制御をマイクロコンピュータ
の処理に基づいて示した流れ図およびRAMのエリア図で
ある。図中１……ガス燃焼式給湯器、11……ガスバーナ、13
……熱交換器、23……ガバナ比例弁（燃料供給量制御手
段）、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）、38……出湯温サーミスタ（出湯温検知手段）、50
……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】

【請求項１】燃料の燃焼を行うバーナと、内部を通過する水を前記バーナにより加熱する熱交換器
と、該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、前記熱交換器へ流入する入水量を検知する入水量検知手
段と、前記バーナへの燃料の供給量を調節する燃料供給量制御
手段と、前記熱交換器へ流入する入水量を調節する水量比例調整
弁と、設定温度と出湯温との温度偏差に応じた比例制御出力に
基づいて、前記燃料供給量制御手段を制御して燃料の供
給量を自動調節するか、あるいは前記水量比例調整弁を
制御して入水量を自動調節するフィードバック制御を行
う制御回路とを備え、前記制御回路は、前記フィードバック制御の比例制御出
力を更新する更新時間を、設定温度と出湯温との温度偏
差の関数と入水量の関数とから演算することを特徴とす
る給湯器。