JPS61295457A - 給湯器の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、出湯温度についての目標温度設定手段と、出
湯温度検出手段と、前記目標温度設定手段からの目標温
度信号と前記出湯温度検出手段からの検出温度信号との
偏差に基づいて燃料制御弁の開度を演算しこの燃料制御
弁に弁駆動電流を出力するＰＩＤ　（比例積分微分）制
御手段とを備えた給湯器の燃焼制御装置に関する。

（発明の概要） 本発明は、目標温度信号と検出温度信号との偏差の増、
減変化に応じて、ＰＩＤ制御手段のゲインを増、減変化
させることにより、目標温度の変更がない状態で水量が
変化した場合であっても、出湯温度のオーバーシュート
およびハンチングを防止するとともに、出湯温度の高い
応答性を確保し、省エネルギーも図れるようにしたもの
である。

（従来技術とその問題点） （発明の分野）の項で述べた構成を有する従来の給湯器
の燃焼制御装置の動作を第６図のフローチャートに基づ
いて説明する。

ステップ■で目標温度設定手段において目標温度ＴＳを
入力し、ステップ■で出湯温度検出手段からの検出温度
ＴＮを入力し、ステップ■でＰＩＤ演算を実行してＰＩ
Ｄ出力Ｍ７を算出する。ステップ■では、ＰＩＤ出力Ｍ
Ｒに基づいて燃料制御弁に対する弁駆動電流を算出し、
ステップ■で、その弁駆動電流によって燃料制御弁を駆
動して、その弁開変を検出温度ＴＮが目標温度ＴＳにな
るように制御する。

前記ＰＩＤ演算は、次式によって行われる。

Ｍｌｌ（χ）−ＫＰ　　・ｅ− ＋　　　Σ　Ｋ　、　　・　ｅｌｌ 十ＫＢ（ｅアー”＋１−１）　　・・・・・・・・・・
・・ｆｌ１式ｆｌ＋において、Ｍ、１はサンプリングタ
イミングｔ７における燃料制御弁の開度制御のための操
作量即ちＰ［Ｄ出力、ｅ７はタイミングｔ７における目
標温度ＴＳ、、と検出温度ＴＮｆｉとの偏差、即ち、 ｅ　ａ　　”　Ｔ　Ｓｓ　　−Ｔ　Ｎ、１””’−−−
−−−−（２１である。

また、第１項のに、・ｅ、ｌは比例項、Ｋ、は比例定数
である。第２項の Σに１　・ｅＲ は積分項、Ｋ、は積分定数である。第３項のＫＤ（ｅｎ
ｅｌｌ−、）は微分項で、ｅｌｌ−１はタイミングｔ１
１−１における温度偏差、Ｋｌ、は微分定数である。

従来の給湯器の燃焼制御装置においては、比例定数に１
．積分定数に＋および微分定数に０は、それぞれ固定値
である。

これらの各定数を決定するに当たっては、制御系の熱容
量などが変化しないと仮定すれば、各定数の最適値を１
つに決定することができる。

しかしながら、給湯器のように、目標温度ＴＳを調整（
例えば、３０〜９３℃可変）したり、水量が変化（例え
ば、３．５〜１６Ｉｌ変化）する場合には、最適な比例
定数ＫＦ、積分定数に１および微分定数に８の値が一定
に定まらない。

例えば、第７図の（Ａ）に示すように、水量が小の場合
に、比例定数Ｋｐ、積分定数に１および微分定数に、を
、出湯温度の立ち上がり特性が良好となる最適な値に決
定したとする。この場合、ＰＩＤ出力Ｍ１の値は小さく
、ＰＩＤ制御手段のゲインは低い。

目標温度の変更がない状態で水量が多くなると、目標温
度と検出温度との間に偏差が生じたことと等価になるが
、ゲインが低いため、第７図の（Ｂ）のように、出湯温
度の立ち上がり時間が相当に長くなる。つまり、出湯温
度の応答性が悪化する。

また、前記とは逆に、例えば、第８図の（Ａ）に示すよ
うに、水量が大の場合に、比例定数ＫＦ。

積分定数ＫＩおよび微分定数に０を、出湯温度の立ち上
がり特性が良好となる最適な値に決定したとする。この
場合、ＰＩＤ出力Ｍ８の値は大きく、ＰＩＤＩＪ御手段
のゲインは高い。

目標温度の変更がない状態で水量が少なくなると、偏差
が生じるが、ゲインが高いため、第８図の（Ｂ）のよう
に、出湯温度がオーバーシュートし、その直後からハン
チングしてしまう。

このオーバーシュートおよびハンチングは、非常に好ま
しくないので、通常は、ＰＩＤ制御手段のゲインを低く
決定しである。そのため、水量が多くなったときの応答
性が著しく悪いものとなっている。

出湯温度の応答性が悪いと、特に、シャワーを使用して
いる場合に、不快感が大きいという問題。

がある。また、エネルギー消費（バーナ出力）に無駄が
発生するという問題がある。

（発明の目的） 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、目標温度の変更がない状態で水量が変化した場合で
あっても、出湯温度のオーバーシュートおよびハンチン
グを防止するとともに、出湯温度の高い応答性を確保し
、省エネルギーも図れるようにすることを目的とする。

（発明の構成と効果） 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。

即ち、本発明の給湯器の燃焼制御装置は、第１図に示す
ように、 出湯温度についての目標温度設定手段１７と、出湯温度
検出手段１８と、前記目標温度設定手段１７からの目標
温度信号と前記出湯温度検出手段１８からの検出温度信
号との偏差に基づいて燃料制御弁４の開度を演算しこの
燃料制御弁４に弁駆動電流を出力するＰＩＤ制御手段２
５とを備えた給湯器の燃焼制御装置において、 前記偏差の増、減変化に応じて、前記ＰＩＤ制御手段２
５のゲインを増１減変化させるゲイン切換手段２７を備
えたものである。

この構成による作用は、次の通りである。

目標温度の変更がない状態であっても、水量変化がある
ときは、結果として目標温度信号と検出温度信号との間
に偏差が生じる。

水量が増加した場合には、検出温度が低下し、偏差が増
加する。従って、ゲイン切換手段２７は、ＰＩＤ制御手
段２５のゲインを増加させる。このときの増加後のゲイ
ンは、水量増加量に見合った最適の値またはそれに近い
値のゲインである。このように増加されたゲインをもつ
ＰＡＤ出力は、出湯温度のオーバーシュートおよびハン
チングを回避し、かつ、出湯温度の応答性を高いものと
する。

また、水量が減少した場合には、偏差も減少する。従っ
て、ゲイン切換手段２７は、ＰＩＤ制御手段２５のゲイ
ンを減少させる。このときの減少後のゲインは、水量減
少量に見合った最適の値またはそれに近い値のゲインで
ある。この場合も、減少されたゲインをもつＰＩＤ出力
は、出湯温度のオーバーシュートおよびハンチングを回
避し、かつ、出湯温度の応答性を高いものとする。

また、いずれの場合も、出湯温度の応答性が高いため、
省エネルギーが図られる。

以上のように、本発明によれば、目標温度の変更がない
状態で水量が変化した場合であっても、水量変化量に見
合ったゲインに自動的に切換えることにより、出湯温度
のオーバーシュートおよびハンチングを防止することが
できるとともに、出湯温度の高い応答性を確保すること
ができ、省エネルギーも図れるという効果が発揮される
。

（実施例の説明） 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第２図は本発明を適用する給湯器のブロック回路図、第
３図は本発明の実施例に係る給湯器の燃焼制御装置のブ
ロック図である。

第２図において、１はバーナ、２はバーナ１に連絡され
た燃料供給経路であり、燃料供給経路２にはバーナ１へ
の燃料供給を司る電磁弁（元弁）３および燃料制御弁（
比例弁）４が介装されている。バーナ１の近傍には、点
火プラグ５およびフレームロンドロが配置されている。

バーナ１の上方には燃焼室７が設けられ、燃焼室７に連
通ずる排気路にファンモータ８が設けられている。ファ
ンモータ８は、排気を司るとともに、バーナｌに燃焼用
空気を供給するものである。

９は、燃焼室７に給水管を巻回することにより構成され
た熱交換器であり、この熱交換器９ば、カランやシャワ
ーなどの複数の出湯口１０に連絡されている。

１１は安定化電源回路、１２は電磁弁３の駆動回路、１
３はファンモータ８の制御回路、１４は点火プラグ５の
駆動回路、１５はフレームロッド６に接続された炎検出
回路、１６は本発明の実施例に係る給湯器の塩ｍ制御装
置である。

この燃焼制御装置１６の構成を第３図に基づいて説明す
る。

第３図において、１７は出湯温度についての目標温度設
定手段、１８は出湯温度検出手段、＋９は、ゲインを大
とする場合の比例定数Ｋ　Ｐ　Ｉ　＋積分定数に＋＋１
ｍ分定数ＫＤいゲインを中とする場合の比例定数に２□
、積分定数に１２．微分定数に０、ならびに、ゲインを
小とする場合の比例定数Ｋ　Ｆ　３　＋積分定数に＋３
．　微分定数に＋１３を記憶しているＲＯＭ（リードオ
ンリメモリ）である。

２０は、目標温度設定手段１７からの目標温度信号すと
出湯温度検出手段１８からの検出温度信号ａとの偏差ｅ
７に基づいてＰＩＤ出力Ｍ、を算出するＰＩＤ演算処理
手段、２１はＰＩＤ出力Ｍ。

に基づいて燃料制御弁４の弁駆動電流値ｉ、を算出する
弁駆動電流算出手段である。

ＰＩＤ演算処理手段２０は、Ｐ（比例）動作制御手段２
２．ｒ（積分）動作制御手段２３およびＤ　Ｃｍ分）動
作制御手段２４を有していて、これらは、それぞれ偏差
ｅ７に基づいてＲＯＭ１９から比例定数に、〜ＫＰ３の
いずれか一つ、積分定数Ｋ　１　ｌ””　Ｋ　１　ｓの
いずれか一つ、微分定数Ｋ１１ｌ−ＫＩ１３のいずれか
一つを読み出して、弐ｆｉ＋に示す比例項。

積分項、微分項を算出する。ＰＩＤ演算処理手段２０は
、これらを合計し、ＰＩＤＩＤ出力音７出する。

これらのＲＯＭ１９．ＰＩＤ演算処理手段２０および弁
駆動電流算出手段２１が、発明の構成にいうＰＩＤ制御
手段２５を構成している。

２６は、弁駆動電流算出手段２１からの弁駆動電流値ｉ
ｖに基づいて、その弁駆動電流値１ｖに対応した弁開度
まで燃料制御弁４を駆動する燃料制御弁駆動手段である
。

２７は、偏差ｅ７を入力して、その値を所定値Ｔｈ＋　
−Ｔｈｚ　　（Ｔｈ＋　　＞　Ｏ＞Ｔｈ、）と比較し、
ｅ　ａ　　＞　’ｌ’　ｈ　１ のときは、ＰＩＤ演算処理手段２０に対して、ＲＯＭ１
９から前記のゲインを大とする場合の比例定数ＫＦＩ＋
積分定数Ｋ　＋　＋　＋微分定数Ｋｌｌ＋を読み出すよ
うに指令し、 Ｔ　ｈ　ｚ　≦ｅ、ｌ≦Ｔｈ。

のときは、ＰＩＤ演算処理手段２０に対して、ＲＯＭ１
９から前記のゲインを中とする場合の比例定数に、、積
分定数に１！、微分定数ＫＤＩを読み出すように指令し
、 ａｌｌ＜Ｔｈ。

のときは、ＰＩＤ演算処理手段２０に対して、ＲＯＭ１
９から前記のゲインを小とする場合の比例定数Ｋ　Ｐ　
２　＋積分定数に＋ｓ、ａ分定数Ｋ１１３を読み出すよ
うに指令するゲイン切換手段である。

以下、この燃焼制御装置の動作を第４図のフローチャー
トに基づいて説明する。

ステップ■で目標温度設定手段１７において目標温度Ｔ
Ｓを入力し、ステップ■で出湯温度検出手段１８からの
検出温度ＴＮを入力し、ステップ■で目標温度ＴＳと検
出温度ＴＮとの偏差ｅ、を算出する。

目標温度ＴＳに変更がない状態で、水量が変化した場合
には、水量変化量にほぼ比例した偏差ｅｌｌが生じる。

ステップ■で偏差ｅ、、を所定値Ｔｈ、。

Ｔｈｚ　　（Ｔｈ＋　＞Ｏ＞’ｒｈ、）と比較する。

ｅｌｌ＞Ｔｈ。

のときは、ステップ■に移行し、ＲＯＭ１９から前記の
ゲインを大とする場合の比例定数に、、積分定数に＋＋
、　微分定数Ｋｌｌ＋を読み出して、前出の式（１）に
基づいたＰＩＤ演算を実行してＰＩＤ出力Ｍ１を算出す
る。この場合の演算式は、Ｍ　ｎ　＋　＝　Ｋ　ｒ　Ｉ
−ｅ　１１＋　Σに、・ｅｌ ＋　Ｋ１１ｌ（ｅ　ａ　　ｅ　ｎ−＋　）　　　　−−
・＝−ｆ３１となる。この場合の１）ＩＤ出力Ｍ１１の
値は太き（、ＰＩＤ制御手段２５のゲインは高い。即ち
、水量増加量に見合った最適のゲインとなり、出湯温度
のオーバーシュートおよびハンチングが防止されるとと
もに、出湯温度の高い応答性が確保される。

また、ステップ■の判断で、 Ｔｈ、≦ｅ、ｌ≦Ｔｈ。

のときは、ステップ■に移行し、ＲＯＭ１９からゲイン
を中とする場合の比例定数Ｋｒｚ、　＃ｆ１分定数に１
□、微分定数に、を読み出して、式、Ｍ＊ｚ＝Ｋｐｔ’
ｅｎ ＋　Σに１□・ｅ７ ＋　Ｋｏｚ（６ａ　　ｅ　ｎ−＋　）　　　　＋＋＋＋
＋＋＋＋＋ｆ４１に基づいてＰＩＤ出力Ｍ７□を算出す
る。この場合のＰＩＤ出力Ｍ　＊ｚの値は中程度で、Ｐ
ＩＤ制御手段２５のゲインも中程度である。この場合は
、通常の水量に見合った最適のゲインとなっており、オ
ーバーシュートおよびハンチングが防止され、出湯温度
の高い応答性が確保されている。

また、ステップ■の判断で、 ａｌｌ　＜Ｔｈｇ のときは、ステップ■に移行し、ＲＯＭ１９からゲイン
を小とする場合の比例定数に、３．積分定数に＋ｓ１ｍ
分定数に０を読み出して、式、ＭｎｓｗＫ、３−ｅ。

＋　Σに＋ｓ・ｅ７ ＋　Ｋｏｓ（ｅ　ｍ　−６ｍ−１）　　　　−−−−ｆ
５）に基づいてＰＩＤ出力ＭＢ３を算出する。この場合
のＰＩＤ出力Ｍ７．の値は小さく、ＰＩＤ制御手段２５
のゲインも小さい、この場合も、水量減少量に見合った
最適のゲインとなり、オーバーシュートおよびハンチン
グが防止され、出湯温度の高い応答性が確保される。

ステップ■、■あるいは■の後、ステップ■では、先に
算出したＰＩＤ出力Ｍｎ、、Ｍ、□あるいはＭ、、３に
基づいて燃料制御弁４に対する弁駆動電流ｉＶｌ＋　　
ｆ　ｖ！あるいはｆｖ３を算出し、ステップ■で、その
弁駆動電流Ｉ　Ｖｌ＋　　ｌ　Ｖｔあるいはｉｖ、によ
って燃料制御弁４を駆動して、その弁開度を検出温度Ｔ
Ｎが目標温度ＴＳになるように制御する。

例えば、第５図のように、目標温度ＴＳの変更がない状
態で、ゲインが中程度に選択されている場合において、
水量が増加し、検出温度ＴＮが低下したときは、式（２
）から、偏差ｅＲがプラスとなるが、 ｅ、＞Ｔｈ、のときは、ＰＩＤ制御手段２５のゲインＧ
も増加し、弁駆動電流を増大して弁開度を太き（し、バ
ーナ１へのインプットを増加して出湯温度を上昇させる
。即ち、オーバーシュートおよびハンチングがなく、か
つ高い応答性のもとで、検出温度ＴＮが目標温度ＴＳに
一致するように燃焼制御する。

また、目標温度ＴＳの変更がない状態で、ゲインが中程
度に選択されている場合において、水量が減少し、検出
温度ＴＮが上昇したときは、偏差ｅｌｌがマイナスとな
るが、 ｅ、＜Ｔｈ、のときは、ＰＩＤ制御手段２５のゲインＧ
も減少し、弁駆動電流を減少して弁開度を小さくし、バ
ーナ１へのインプットを減少して出湯温度を低下させる
。この場合も、オーバーシュートおよびハンチングがな
く、かつ高い応答性のもとで、検出温度ＴＮが目標温度
ＴＳに一致するように燃焼制御する。

本発明は、次のような構成のものも実施例として含む。

（１）ゲイン切換手段２７が、ＰＩＤ制御手段２５にお
けるＰ動作制御手段２２．■動作制御手段２３およびＤ
動作制御手段２４のうちのいずれか一つのゲインを切換
えるものに構成されているもの。

（■）ゲイン切換手段２７が、ＰＩＤ制御手段２５にお
けるＰ動作制御手段２２．１動作制御手段２３およびＤ
動作制御手段２４のうちのいずれか二つのゲインを切換
えるものに構成されているもの。

（ＩＩ［）前記実施例および前記（Ｉ）、　　（ＩＩ）
のいずれの場合にあっても、ゲインの切換え数が二つあ
るいは四つ以上であるように構成されたもの。

【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図ないし
第５図は本発明の実施例の給湯器の燃焼制御装置に係り
、第２図は本発明を適用する給湯器のブロック回路図、
第３図は本発明の実施例に係る給湯器の燃焼制御装置の
ブロック図、第４図はフローチャート、第５図はタイム
チャート、第６図ないし第８図は従来例に係り、第６図
はフローチャート、第７図および第８図は問題点を指定
するための波形図である。 ４・・・燃料制御弁 １７・・・目標温度設定手段 １８・・・出湯温度検出手段 ２２・・・Ｐ動作制御手段 ２３・・・Ｉ動作制御手段 ２４・・・Ｄ動作制御手段 ２５・・・ＰＩＤ制御手段 ２７・・・ゲイン切換手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）出湯温度についての目標温度設定手段と、出湯温
   度検出手段と、前記目標温度設定手段からの目標温度信
   号と前記出湯温度検出手段からの検出温度信号との偏差
   に基づいて燃料制御弁の開度を演算しこの燃料制御弁に
   弁駆動電流を出力するＰＩＤ制御手段とを備えた給湯器
   の燃焼制御装置において、 前記偏差の増、減変化に応じて、前記ＰＩＤ制御手段の
   ゲインを増、減変化させるゲイン切換手段を備えた給湯
   器の燃焼制御装置。
2. （２）前記ゲイン切換手段が、前記ＰＩＤ制御手段にお
   けるＰ動作制御手段、Ｉ動作制御手段およびＤ動作制御
   手段のうちの少なくともいずれか一つのゲインを切換え
   るものに構成されている特許請求の範囲第（１）項記載
   の給湯器の燃焼制御装置。