JPS6011299B2 - 温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体温度制御の改良に関するものである。

電磁式比例制御弁を用いた瞬間湯沸器を例にとり、従来
の温度制御装置を第１図で説明する。

第１図で１は熱交換器であってバーナ４とともに加熱手
段を構成しており、バーナ４の燃焼熱を水パイプ２から
入って釆た水へ熱交換し、水道蛇口３から給湯する。ガ
スはガスパィプ６、電磁式比例制御弁５を介してガスバ
ーナへ供給される。電磁式比例制御弁５は内蔵するコイ
ルに流れる電流量に応じて連続的に弁の開度が変わり、
ガスを比例的に制御するものあり、その特性を第２図に
示す。縦軸０はガス流量、横軸１はコイル電流であり、
電流量に比例してガス量が変化する。給湯溢度は従来の
場合は熱交換器出口点に装着された温度検出手段である
負性感温抵抗素子×（以下サーミスタと呼ぶ）によって
検出され、その出力は電磁式比例制御弁５とともに加熱
手段の加熱量を制御し流体の温度制御を行う制御手段を
構成する比較増幅器７を介して電磁式比例制御弁５のコ
イルに加えられ、ガス量を制御して一定温度に保たせる
のであるが制御の安定性に問題があった。

そこで比較増幅器７の従来の具体回路を第３図に示す。
８は電源であり、前記サーミスタ×と固定抵抗１３，１
４，１７とでブリッジを形成し、中点電位をトランジス
タ１５で比較している。

出湯溢度が低い場合にはサーミスタＸの抵抗値が大きく
、そのためトランジスタ１５が付勢され、トランジスタ
１１で増幅して電磁式比例制御弁５のコイル１０‘こ電
流を流す。出湯温度が設定温度より低ければ低い程電流
が大きくなり、燃焼量が増大し閉ループ制御により出湯
温度を設定温度に引き上げる。固定抵抗１６はトランジ
スター １のベース抵抗、固定抵抗１２はトランジスタ
１ １のェミッ夕抵抗、ダイオード９はコイル１０の逆
起電力吸収用である。この場合の制御特性を第４図に示
す。

縦軸にサーミスタ×の検出温度（給湯温度）Ｔｘとして
、また、その時の給湯量をＷとして示し、横軸に経過時
間をｔとして示してある。今、時間０に到るまでは給湯
量がそ、その時の検出温度がｎで安定していたとする。
時間○で給湯量をｍに変えると、熱交換器の遅れなどに
より、即座に検出温度が上昇せず、その間は従来の燃焼
量を維持する。その結果、多少の時間経過後、急激に検
出温度が上昇し、それに応じて燃焼量が絞られるが、設
定温度ｎより高い間は過大に燃焼量を絞る。その内、検
出温度は下降するが、前記の絞り過ぎのために設定温度
に達しも更に下降を続ける。それに応じて燃焼量が増大
し、設定温度ｎより低い間は過大な燃焼量を供給する。
その内、検出温度は上昇するが、前記の過大な燃焼量の
ために設定温度に達しても更に上昇を続ける。以下これ
をくり返し、次第に減衰して設定温度ｎに安定するが、
脈動時間が長く、はなはだしい場合には永久に脈動を続
ける。つまり、この従来の構成では、検出温度は設定温
度に常に一致するように作用するが安定性が極めて悪い
欠点を有する。

時間を短くするために流体の流量、つまり給湯量を検出
する手段を設けて、その流量信号で燃焼量を変化させる
方法もある。その従来例を第５図に示す。給湯量を検出
するために給湯パイプ中にオリフィス１８を形成し、前
後の差圧を検出して抵抗値の変化に替える圧力センサＹ
からの信号とサーミスタＸからの信号とで燃焼量を制御
するものある。第６図に具体回路例を示す。第３図と異
りサーミスタＸと直列に圧力センサＹを接続したもので
あり、温度変化に加えて、給湯量が変化した場合でも出
力が変化する。例えば、給湯量が減少した場合には差圧
が少なくなり、圧力センサＹの抵抗値が小さくなってコ
イル１０への電流を減少させ、燃焼量を下げるものであ
る。この場合の特性を第７図に示す。総湯量の変化が則
燃焼量を変化として表れるため、温度変動幅が小さく安
定に到るまでの時間も少〈て済む。しかし、温度信号に
温度制御と直接関り合いのない給湯量信号が車畳して温
度の閉ループ制御を行う構成であるため、給湯量信号の
大きさによって温度設定が変化し、温度が設定温度ｎか
らｐだけずれて安定してしまう。

このずれｐの値は、給湯量信号の大小と、制御系によっ
て異るとともに、正にも負にもなり得る。圧力センサ以
外に、給湯パイプ中に装着したプロペラの回転数によっ
て流量を直接検出するものや、制御回路として給湯量を
、熱交換器の入口、出口間の差温との積で燃焼量を決定
するような複雑なものもあるが、いずれも温度ずれｐが
発生する。しかし、実際に制御したいのは温度であるも
のが多く、特にシャワー温度制御などは数度の変化でも
層が敏感に感じとり好ましくない。本発明は安定な制御
を行うために流量信号を利用するが、閉ループ制御は温
度で行い前記欠点を解決したものである。

第８図に本発明の実施例の回路を示す。

第３図と異なる点は、サーミスタ×と固定抵抗１７の接
続点と、圧力センサＹ′と固定抵抗１９の接続点とをコ
ンデンサ２０で接続した所である。この構成では圧力セ
ンサＹが検出する流量変化の大きさに応じた流量信号が
サーミスタ×の温度信号に加わって出力に影響を与える
ので、流量変化に応じて即座に必要加熱量近傍まで加熱
量が変わる。

したがって流量変化にともなう温度変化が少なくなり、
それによって安定に到る時間も短くなる。しかし、流量
、温度とも安定した時点ではコンデンサ２０に流れる電
流は零であり、圧力センサＹの値に関係なくサーミスタ
×と固定抵抗１３，１４，１７で定まる閉ループ制御に
よって設定通りの温度が得られる。

その時の特性を第９図に示す。

第９図では第７図と同様温度変動幅が小さく、安定に到
るまでの時間も少し、。しかも安定温度は設定温度ｎに
落ちつく。このように本発明の温度制御を用いることに
より制御温度に影響を与えることなく、制御の安定性が
飛躍的に向上するものである。

以上、給湯用瞬間湯沸器を例に掲げて説明してきたが、
第１０図に示すようなガスフアーネスでも同様である。

第１図と同じ番号のものは機能が同一である。２１はフ
ァーネス外体である。

燃焼熱は熱交換器１を通って排気筒２２から排出される
が、熱は送風機２３から送られる空気と熱交換し吹出口
２３′から温風を供給する。ファーネスにおいては吹出
口２３′からの温風の温度制御を行うので、吹出口２３
′にサーミスタＸを装着して温度検知を行い、風量は送
風機２３の回転数をセンサＹ″で検出し、前述湯溌器の
場合と同機安定な制御を行うものである。以上のように
機器の種類を問わず、本発明が有効に働く。

また燃軍制御弁として電磁式比例弁を例に掲げ説明して
来たが、連続制御に限らず多段階制御においても有効で
あり、更に弁を用いないもの、例えば熱源がヒータであ
っても前記コイルの替りにヒータを接続するだけで本発
明が採用でき、機器や熱源によって本発明精神が限定さ
れるものではない。以上のように本発明の温度制御装置
は、流体加熱手段と、前記流体の流量を検出する手段と
、前記加熱手段による加熱後の流体温度を検出する手段
と、前記流量検出手段からの流量信号を入力として前記
加熱手段の加熱量を制御するとともに前記温度検出手段
からの温度信号を前記流量信号とは無関係に構成された
設定値に一致させる開ループ制御を行うことにより前記
流量信号の値に関係なく前記流体の温度を設定値に制御
する制御手段を有しているので、流量変化にともなう温
度変化が少なくなり、それによって安定に到る時間も短
くなり、しかも安定時には設定通りの温度が得られる特
長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆の瞬間湯沸器の温度制御構成図、第２図は
第１図で用いた電磁式比例制御弁の特性図、第３図は従
来の温度制御回路図、第４図は従来の温度制御特性図、
第５図は瞬間傷沸器の温度制御構成図の他の例を示す構
成図、第６図は従来の他例の温度制御回路例図、第７図
は第５図、第６図での特性図、第８図は本発明の実施例
における温度制御回路図、第９図はその温度制御特性図
、第１０図はガスフアーネスに用いた場合の温度制御構
成図である。 １・・・熱交換器、４・・・ガスバーナ（１とで加熱手
段を構成）、５・・・電磁式比例制御弁、７・・・比較
増幅器（５とで制御手段を構成）、１０・・・電磁式比
例制御弁のコイル、１１３，１４，１７・・・固定抵抗
、１５…トランジスタ、２０…コンデンサ、Ｘ・・・負
性感温抵抗素子（温度検出手段）、Ｙ′・・・圧力セン
サ（流量検出手段）。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流体加熱手段と、前記流体の流量を検出する手段と
   、前記加熱手段による加熱後の流体温度を検出する手段
   と、前記流体検出手段からの流量信号を入力として前記
   加熱手段の加熱量を制御するとともに前記温度検出手段
   からの温度信号を前記流量信号とは無関係に構成された
   設定値に一致させる閉ループ制御を行うことにより前記
   流量信号の値に関係なく前記流体の温度を設定値に制御
   する制御手段とを有する温度制御装置。