JPH09287828A - 給湯器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイパス弁の開度を変化させた直後の出湯温
度をはやく安定させる。 【解決手段】 フィードフォワード制御とフィードバッ
ク制御とによる出湯動作中に（Ｓ３）、設定温度が変更
され（Ｓ４：ＹＥＳ）、バイパス電磁弁１３弁の開閉動
作が行なわれた場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、その時の入水流
量が４リットル／分以上の場合には４秒間（Ｓ７）、４リットル
／分未満の場合には２秒間（Ｓ８）フィードフォワード
制御のみにより出湯温制御を行なう（Ｓ９）。そのため
バイパス電磁弁１３の開閉動作により一時的に急激なオ
ーバーシュート又はアンダーシュートが発生しても、そ
の影響を受けずに出湯温制御を行なうため、出湯温度が
はやく安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は給湯器に関し、詳し
くはバイパスミキシング方式の給湯器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、熱交換器をバイパスするバイ
パス路を備えた給湯器が知られている。こうした給湯器
は、給水路から供給された冷水を熱交換器側とバイパス
路側に分岐し、熱交換器により加熱された湯と、バイパ
ス路によりバイパスされた冷水とを混合して出湯するこ
とで、熱交換器の出口温度を実際の出湯温度より高くし
てドレン（結露）の発生を抑え、熱交換器の腐食を防止
するといった効果がある。しかしこのような構成では、
出湯温度以上に熱交換器出口温度が高温でなければなら
ず、高温の湯を必要とした場合に出湯温度に限界がある
だけでなく、熱交換器の耐久性にも問題があった。この
問題を解決するため、バイパス路に流路を開閉するバイ
パス弁を設け、設定温度が所定値未満の場合には開弁し
て混合した湯を出湯し、所定値以上の場合には閉弁して
熱交換器により加熱された湯をそのまま出湯するといっ
た制御を行なうことで、低温から高温まで幅広い出湯温
度を得ることができるようになった。

【０００３】また、一般にこのような給湯器において
は、出湯温制御の手法として、入水温度、設定温度、入
水流量をそれぞれ検出することで、出湯温度を設定温度
にするための必要なガス供給量を演算・制御するフィー
ドフォワード制御（以下、ＦＦ制御と呼ぶ）と、実際の
出湯温度と設定温度との偏差に基づいて、そのＦＦ制御
量を補正するフィードバック制御（以下、ＦＢ制御と呼
ぶ）とが用いられており、優れた出湯温度特性が得られ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、設定温
度に応じてバイパス弁の開閉動作を行なう給湯器では、
出湯動作中に設定温度が変更されてバイパス弁の開閉動
作を行なった際、その動作により出湯温度に一時的に急
激なオーバーシュート又はアンダーシュートが生じる。
例えば出湯動作中に設定温度が高く変更されてバイパス
弁が閉弁した場合、バイパス管合流部より上流側の高温
の湯の残りが冷水と混合されずそのまま出湯されるた
め、出湯温度に一瞬急激なオーバーシュートを生じる。
このような熱交換後の湯の急激な温度変化は、ガス量を
制御しても防止できるものではないが、従来のもので
は、この出湯温度に基づいてそのままＦＢ制御を加えて
いるため、急激な温度上昇に合わせたフィードバック量
となり、ガス量がマイナス側に過大に制御される。従っ
て熱交換器に流れる水に与えられる熱量は過小となり、
今度は出湯温度が急激に下がりアンダーシュートを生じ
る。この結果、出湯温度がハンチングして安定せず、安
定するまでに時間がかかってしまう。逆に、出湯動作中
に設定温度が低く変更されてバイパス弁が開弁した場合
には、バイパス管合流部より上流側の低温の残り湯が冷
水と混合されて出湯されるため、出湯温度に一瞬急激な
アンダーシュートを生じる。従来のものでは、この出湯
温度に基づいてそのままＦＢ制御を加えているため、急
激な温度下降に合わせたフィードバック量となり、ガス
量がプラス側に過大に制御される。従って熱交換器に流
れる水に与えられる熱量は過大となり、今度は出湯温度
が急激に上がりオーバーシュートを生じる。この結果、
出湯温度がハンチングして安定せず、安定するまでに時
間がかかってしまう。

【０００５】このようにバイパス弁の開閉動作に伴っ
て、出湯温度に一時的なオーバーシュート又はアンダー
シュートが生じることにより、この間のＦＢ演算は適正
な計算にはならず過度の値となるため、ＦＢ制御により
新たなアンダーシュート又はオーバーシュートが発生す
るといった具合にハンチングして、出湯温度が安定する
までに時間がかかってしまうといった問題があった。

【０００６】本発明の給湯器は上記課題を解決し、バイ
パス弁の開度を変化させた直後の出湯温度をはやく安定
させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項１記載の給湯器は、燃料ガスを燃焼するバー
ナと、給水路から供給された冷水を上記バーナの燃焼熱
により加熱して出湯路に供給する熱交換器と、上記熱交
換器をバイパスして上記給水路と上記出湯路とを連通す
るバイパス路と、設定温度を設定するための温度設定手
段と、上記バイパス路に設けられ、上記設定温度に応じ
て開度を可変するあるいは開閉状態を切り換えるバイパ
ス弁と、器具へ供給される水の流量を検出する流量セン
サと、上記出湯路の上記バイパス路との合流部より下流
側で出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、上記冷水
を上記設定温度の湯にするために必要な温度上昇値と上
記入水流量とに基づいて燃焼量を演算するフィードフォ
ワード制御と、上記設定温度と上記出湯温度との偏差に
基づいて上記フィードフォワード制御量を補正するフィ
ードバック制御とにより、上記バーナの燃焼量を変化さ
せる出湯温制御手段とを備えた給湯器において、上記出
湯温制御手段は、出湯動作中に上記設定温度が変更され
て上記バイパス弁の開度が変化した後の所定期間Ｔｏの
間は、上記フィードフォワード制御のみにより温度制御
することを要旨とする。

【０００８】上記課題を解決する本発明の請求項２記載
の給湯器は、請求項１記載の給湯器において、上記出湯
温制御手段は上記流量センサの検出値が小さいほど、上
記フィードフォワード制御のみを行なう上記所定期間Ｔ
ｏを長くすることを要旨とする。

【０００９】上記構成を有する本発明の請求項１記載の
給湯器は、フィードフォワード制御とフィードバック制
御とによりバーナの燃焼量を変化させ、出湯温制御を行
なう。ここで、設定温度が変更されてバイパス弁の開度
が変化すると、出湯温度に一時的に急激なオーバーシュ
ート又はアンダーシュートが生じるが、バイパス弁の開
度が変化した後の所定時間Ｔｏの間は、フィードフォワ
ード制御のみにより温度制御することにより、オーバー
シュート又はアンダーシュートの影響を受けないため、
出湯温度をはやく安定させることができる。

【００１０】上記構成を有する本発明の請求項２記載の
給湯器は、入水流量が小さい場合には流速が遅くなるた
め、バイパス弁の開度変化により急激なオーバーシュー
ト又はアンダーシュートが生じた場合、その影響時間が
長くなるが、流量センサの検出値が小さいほどフィード
フォワード制御のみを行なう所定時間Ｔｏを長くするた
め、異なる流量に対しても出湯温度をはやく安定させる
ことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の給湯器の好適
な実施例について説明する。図１は一実施例としての給
湯器の概略構成図である。給湯器は、給水路１と出湯路
２とが接続される熱交換器３と、熱交換器３をバイパス
するバイパス路４と、熱交換器３を流れる水を加熱する
ためのバーナ５と、バーナ５にガスを供給するガス供給
路６と、燃焼制御を司どるコントローラ７とを備える。
給水路１のバイパス路４との分岐部ａより上流側には入
水流量を検出する流量センサ８と、入水温を検出する入
水サーミスタ９とが設けられ、また出湯路２のバイパス
路４との合流部ｂより上流側には、熱交換器３から出湯
される湯温を検出する熱交換器出口サーミスタ１０が設
けられ、またバイパス路４との合流部ｂより下流側には
混合された湯温を検出する出湯サーミスタ１１が設けら
れ、更にその下流側で洗面所、シャワー等の給湯口に通
じる外部給湯管１２に接続される。またバイパス路４に
は、流路の開閉を行なうバイパス電磁弁１３が設けられ
る。またガス供給路６には、流路の開閉を行なうメイン
電磁弁１４、元電磁弁１５と、ガス量を調節する比例弁
１６とが設けられる。

【００１２】熱交換器出口サーミスタ１０は熱交換器３
の出口近くに設けられ、その検出温度と出湯サーミスタ
１１の検出温度とを比較することで、バイパス電磁弁１
３の故障検知を行なうことができる。

【００１３】コントローラ７は、図示しない周知の算術
論理演算回路を構成するＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭと、各
種センサからの信号を入力する入力インタフェースと、
各種アクチュエータに駆動信号を出力する出力インタフ
ェース等から構成される。またコントローラ７には、設
定温度を入力するための温度設定スイッチを備えたリモ
コン１７が接続される。尚、図１においては、本発明の
特徴となる出湯温安定制御処理に係る構成のみの入出力
関係を表している。

【００１４】コントローラ７は、リモコン１７から入力
された設定温度が４８℃以上である場合にバイパス電磁
弁１３を閉弁し、４８℃未満である場合にはバイパス電
磁弁１３を開弁することで、熱交換器３を高温に維持し
つつ低温から高温まで幅広い出湯温度を得る。またコン
トローラ７は、リモコン１７から入力された設定温度と
入水サーミスタ９の検出温度と流量センサ８の検出流量
とに基づいて、出湯温度を設定温度にするために必要な
ガス量を演算・制御するフィードフォワード制御（以
下、ＦＦ制御と呼ぶ）と、出湯サーミスタ１１の検出温
度とリモコン１７から入力された設定温度との偏差に基
づいて、そのＦＦ制御量を補正するフィードバック制御
（以下、ＦＢ制御と呼ぶ）とを用いて比例弁１６の開度
を調節し、出湯温制御を行なう。ここで、ＦＢ制御を行
なう際の出湯温度の検出は、バイパス電磁弁１３が閉じ
ている場合には熱交換器出口サーミスタ１０により行な
う。

【００１５】尚、給湯器は、図示しないがバーナ５に点
火するための点火装置や、燃焼用空気を供給するファン
等を備える。

【００１６】次に、コントローラ７の行なう出湯温安定
制御処理について、図２のフローチャートを用いて説明
する。流量センサ８により所定値以上の通水量を検出す
ると（Ｓ１）、メイン電磁弁１４、元電磁弁１５を開弁
してバーナ５にガスを供給し、図示しない点火装置によ
りバーナ５に点火して燃焼動作を開始すると共に（Ｓ
２）、入水サーミスタ９の検出温度とリモコン１６から
入力された設定温度とから決まる必要温度上昇値と、流
量センサ８の検出流量との積に基づいたＦＦ制御と、出
湯サーミスタ１１（バイパス電磁弁１３閉弁時には熱交
換器出口サーミスタ１０）の検出した出湯温度と、リモ
コン１７から入力された設定温度との偏差に基づいたＦ
Ｂ制御とにより比例弁１６の開度を調節し、出湯温制御
を行なう（Ｓ３）。ここで、設定温度が変更された場合
（Ｓ４：ＹＥＳ）、バイパス電磁弁１３の開閉状態を切
り換えるほどの温度変更であるかどうかをチェックする
（Ｓ５）。バイパス電磁弁１３の開閉状態を切り換える
温度変更でない場合、つまり４８℃をまたいだ温度変更
でない場合には（Ｓ５：ＮＯ）、変更された設定温度に
基づいたＦＦ制御とＦＢ制御とにより出湯温制御を行な
う（Ｓ３）。一方、バイパス電磁弁１３の開度を変化さ
せる温度変更であった場合、つまり４８℃をまたいだ温
度変更であった場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、流量センサ
８により入水流量が４リットル／分以上であるかどうかをチ
ェックする（Ｓ６）。入水流量が４リットル／分以上であっ
た場合、タイマ時間ｔを２秒間とし（Ｓ７）、また入水
流量が４リットル／分未満であった場合、タイマ時間ｔを４
秒間として（Ｓ８）、動作直後のタイマ時間の間ＦＢ制
御を禁止し、ＦＦ制御のみで出湯温制御を行なう（Ｓ
９）。タイマ時間の終了後、ＦＢ制御とＦＦ制御とによ
る出湯温制御を再開する（Ｓ３）。

【００１７】このような制御を行なうことによる出湯温
度の変化を図３のグラフに示す。出湯動作中に設定温度
が高く変更されてバイパス電磁弁１３が閉弁すると、バ
イパス路４との合流部ｂより上流側出湯路２に残った高
温の湯が、冷水と混合されずに直接出湯されるため、出
湯温度に一瞬急激なオーバーシュートが生じる。そのた
めＦＢ制御を行なった場合、点線ａに示すようにオーバ
ーシュートに合わせてＦＢ制御量が過小となり、今度は
出湯温度が急激に下がりアンダーシュートを生じ、出湯
温度がハンチングしてしまう。しかし、本実施例の給湯
器の場合には、バイパス電磁弁１３の開閉動作からタイ
マ時間はＦＦ制御のみにより出湯温制御を行なうため、
急激なオーバーシュート時にも一定量のガスを供給する
ため、出湯温度をはやく安定させる。また、出湯動作中
に設定温度が低く変更されてバイパス電磁弁１３が閉弁
した場合には、一瞬急激なアンダーシュートが生じる
が、同様にＦＦ制御のみにより出湯温制御を行なうた
め、出湯温度をはやく安定させることができる。

【００１８】以上説明したように本実施例の給湯器によ
れば、設定温度が変更されたことによるバイパス電磁弁
１３の開閉動作後の所定のタイマ時間はＦＢ制御を禁止
し、ＦＦ制御のみにより出湯温制御を行なうため、バイ
パス電磁弁１３の開閉動作により出湯温度に急激なアン
ダーシュート又はオーバーシュートが生じても、ＦＦ制
御により入水流量と入水温度と設定温度とに基づいた比
例弁開度を制御するため、出湯温度をはやく安定させる
ことができる。また、バイパス電磁弁１３の開度変化時
の入水流量が４リットル／分以上であるかどうかにより、Ｆ
Ｂ制御を禁止するタイマ時間を変えることで、流量が少
なく流速が遅いためアンダーシュート又はオーバーシュ
ートの発生時間が長い場合にもタイマ時間が対応し、出
湯温度をはやく安定させることができる。また、ＦＢ制
御を行なう際の出湯温度の検出を、バイパス電磁弁１３
が閉じている場合には熱交換器出口サーミスタ１０によ
り行なうことで、制御遅れを小さくすることができる。

【００１９】尚、本実施例において、フィードフォワー
ド制御はリモコン１７から入力された設定温度と入水サ
ーミスタ９の検出温度と流量センサ８の検出流量とに基
づいて行なったが、入水サーミスタ９を備えていない場
合でも、点火開始直後の熱交換器出口サーミスタ１０の
検出値、もしくは出湯サーミスタ１１の検出値の温度勾
配から最小値を導き、その値を入水温度と推定したり、
また入水温度を固定値としたりすること等によりフィー
ドフォワード制御を行なってもよい。また本実施例にお
いて、バイパス電磁弁１３は単に流路の開閉のみを行な
うものであるが、段階的あるいは連続的に開度を変える
もの、例えば設定温度が高いほどバイパス開度を狭くす
るようなものであってもよい。また本実施例において、
入水流量が４リットル／分以上であるかどうかでタイマ時間
を変えているが、更に細かく区分してもよい。

【００２０】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
記載の給湯器によれば、バイパス弁の開度が変化した後
の所定時間Ｔｏの間は、フィードフォワード制御のみに
より温度制御することにより、アンダーシュートやオー
バーシュートが発生しても影響されないため、出湯温度
をはやく安定させることができる。

【００２２】更に、本発明の請求項２記載の給湯器によ
れば、流量センサの検出値が小さいほどフィードフォワ
ード制御のみを行なう所定時間Ｔｏを長くすることで、
異なる流量に対しても出湯温度をはやく安定させるた
め、流量の違いによって出湯温度が安定しなくなるとい
ったことを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例としての給湯器の概略構成図である。

【図２】コントローラの行なう出湯温安定制御処理を表
すフローチャートである。

【図３】出湯温度変化を表すグラフである。

【符号の説明】

１…給水路、 ２…出湯路、 ３…熱交換器、 ４…バ
イパス路、５…バーナ、 ６…ガス供給路、 ７…コン
トローラ、 ８…流量センサ、９…入水サーミスタ、
１０…熱交換器出口サーミスタ、１１…出湯サーミス
タ、 １３…バイパス電磁弁、 １６…比例弁、１７…
リモコン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスを燃焼するバーナと、 給水路から供給された冷水を上記バーナの燃焼熱により
   加熱して出湯路に供給する熱交換器と、 上記熱交換器をバイパスして上記給水路と上記出湯路と
   を連通するバイパス路と、 設定温度を設定するための温度設定手段と、 上記バイパス路に設けられ、上記設定温度に応じて開度
   を可変するあるいは開閉状態を切り換えるバイパス弁
   と、 器具へ供給される水の流量を検出する流量センサと、 上記出湯路の上記バイパス路との合流部より下流側で出
   湯温度を検出する出湯温度検出手段と、 上記冷水を上記設定温度の湯にするために必要な温度上
   昇値と上記入水流量とに基づいて燃焼量を演算するフィ
   ードフォワード制御と、上記設定温度と上記出湯温度と
   の偏差に基づいて上記フィードフォワード制御量を補正
   するフィードバック制御とにより、上記バーナの燃焼量
   を変化させる出湯温制御手段とを備えた給湯器におい
   て、 上記出湯温制御手段は、出湯動作中に上記設定温度が変
   更されて上記バイパス弁の開度が変化した後の所定期間
   Ｔｏの間は、上記フィードフォワード制御のみにより温
   度制御することを特徴とする給湯器。
2. 【請求項２】 上記出湯温制御手段は上記流量センサの
   検出値が小さいほど、上記フィードフォワード制御のみ
   を行なう上記所定期間Ｔｏを長くすることを特徴とする
   請求項１記載の給湯器。