JPS6154155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱交換器からの出湯温度を検出して出
湯温度が任意に設定した設定温度に制御されるよ
うにする制御装置を有する湯沸器に関し、特に瞬
間ガス湯沸器に関するものである。

従来、瞬間ガス湯沸器で給湯してシヤワー等を
使用する場合、適温を得るための給湯流量は一定
であり、水量を変化させると出湯温度が第１図の
Ａに示す湯沸器の能力カーブ上を移動するため、
湯温が大きく変化して使いにくかつた。

また、ガス比例制御弁が開発されるに至り、湯
沸器の出口の温度を検知して、これが一定になる
ようにガス燃焼量を制御する比例制御方式の湯沸
器が市場に出ている。これにより湯沸器の最大能
力以下で使用する場合には流量変化してもほぼ一
定の湯温が得られるようになつた。しかし、これ
でも偏差により垂下特性として温度が変化する。
この様子を第１図のＢ，B′，B″に示す。特にシ
ヤワーを使用する場合には１℃の温度上昇でも人
体は熱く感じるため、性能としては充分とは言え
なかつた。

そこで前記垂下特性をなくするために比例積分
制御方式を用いたものが考えられる。この場合、
第２図に示すように湯沸器の能力Ａ以下では設定
温度Ｃ，C′，C″で給湯流量Ｑに無関係に一定と
なる。しかし積分方式を使用した場合には新たに
過渡応答特性に問題を生じる。例えば第２図にお
いて今、設定温度をC′として能力A′の点で使用
している場合、湯沸器の能力により出湯温度は
C′にならない。ここで給湯量Ｑを絞り制御域Ｄ
で使用する場合に、すぐにC′の温度にならずに
一度カーブＡ上をD′まで温度上昇し、一定時間
経過後にC′になる現象がある。この場合、人間
がシヤワー等を使用していると、非常に危険とな
る。これの原因を第３図で説明する。第３図にお
いて、Ｔは出湯温度特性、Ｉは比例制御弁の駆動
電流特性を示す。今、A′で使用中においては湯
沸器の能力であるため、電流Ｉは積分動作により
電流が増加し続け、電源電圧により決定される最
大電流値まで増加してしまう（図のＸ域）。次に
給湯量Ｄに変更した場合には電流Ｉは積分時間に
より少しづつ絞り始められるが、制御域にはいる
までは燃焼量は最大であるため温度はD′にな
り、電流が制御域まで低下した時にやつと温度
C′に戻るわけである。以上のように積分時間の
遅れ分だけ能力カーブ上を移動してしまい、無制
御の状態となることがある。以上が積分回路を使
用した場合の欠点となる。

また湯温が上昇した時にタイマを駆動して積分
量を放電させ、設定値より低い方からスタートす
る方式が考えられるが、これではかえつて温度低
下時間が長くなり、特にシヤワー使用時に不快と
なる。この様子を第７図で説明する。第７図は過
渡応答特性を示し、Ｔは給湯温度、Ｉは比例制御
弁の制御電流を示し、上記の例ではＶで示す時間
が長くなるわけである。このため積分放電量を一
部制限すれば温度低下はいくぶん改善される。理
想的には積分放電量を第７図の′と一致させる
と最もよいが、′は給水温度より大きく変化す
るため、上記方法では一年中いつも最良の条件を
得られなかつた。

本発明はこれ等欠点を改善し、一年を通じてい
つも快適な給湯を得られるものである。

以下、本発明の実施例を図面にしたがつて説明
する。

第４図は瞬間ガス湯沸器のシステム図を示す。
第４図において水は水入口１から入り熱交換器２
を通り出湯蛇口３へ至る。ガスはガス入口４から
入り電磁式比例制御弁５を通りガスバーナ６に至
る。７は出湯温度を検知する温度センサで、負特
性感温抵抗素子（以下サーミスタと呼ぶ）からな
り、制御回路８へ温度信号を送り、制御回路８か
らは比例制御弁５へ駆動信号を送る。

第５図は従来の制御回路８の具体例を示す。９
は直流電源で、サーミスタ７と抵抗１０で分圧し
た電位Ｄを抵抗１１を介して演算増幅器１２の負
入力端子に印加する。一方、基準電位Ｅを演算増
幅器１２の正入力端子に印加する。演算増幅器１
２は前記両電位を比較して、その差を反転増幅
し、これをトランジスタ１３のベースへ入力し、
比例制御弁５に通じる電流値を制御する。例えば
給湯温度が上昇した場合はサーミスタ７の抵抗値
が小さくなるため、分圧電位Ｄは上昇し、増幅器
１２の負入力端子１２ａの電位も上昇する。これ
と基準電位Ｅ、つまり正入力端子１２ｂの電位と
の差電位をR₁₄／R₁₁（R₁₄：抵抗１４の抵抗値、
R₁₁：抵抗１１の抵抗値）倍に増幅して出力端子
１２ｃへ出力するため、出力端子１２ｃの電位は
低下する。出力端子１２ｃの電位は抵抗１５，１
６で分圧され、その中点がトランジスタ１３のベ
ースに接続されているため、出力端子１２ｃの電
位の低下に伴ないベース電位も低下してトランジ
スタ１３のコレクタ電流つまり比例制御弁５に流
れる電流値を減少させ、ガス量を絞るように作用
する。この場合、コンデンサ１７によりDEの電
位差は抵抗１１とコンデンサ１７で決定される積
分時間で出力１２ｃは積分された出力となり、Ｄ
＝Ｅとなつた点で停止する。つまりセンサ７が元
の抵抗値（温度）になる点まで変化するため、負
荷に対して給湯温度は第２図に示すようなカーブ
を得ることができる。しかしこの場合には前述の
ように第３図に示す問題点がある。

第６図は本発明の一実施例を示し、制御回路
は第５図と同じ動作をするため同一番号を印しこ
こでは説明を省く。ここで、コンデンサ１８によ
り電位Ｄの変化分を演算増幅器１９の正入力端子
に入力する。この場合、増幅器１９は比較器とし
て働き、コンデンサ１８から出る電位Ｄの変化値
が通常電位Ｄよりも高い値に設定されている電位
Ｆ点を越えた場合に増幅器１９の出力が反転す
る。図の場合、通常出力は低（ロウ）で電位Ｄの
変化が正側に発生した時、つまりセンサ７の温度
が上昇した時に、増幅器１９の出力は高（ハイ）
になる。この出力はタイマ回路のダイオード２
２を通じ演算増幅器２３の正入力端子へ印加され
ている。演算増幅器２３は比較器として働き、抵
抗２４，２７，２８、コンデンサ２５により単安
定マルチバイブレータを構成している。今、増幅
器１９の出力が高となつた時、タイオード２６を
介して増幅器２３の負入力端子に接続され、電源
電圧９よりも低く予め設定された電位Ｇを越える
ため増幅器２３の出力も高となる。この時、抵抗
２７，２８で分圧される電位が正入力端子に加わ
るため、増幅器１９の出力電位が瞬時で低になつ
ても、増幅器２３の出力は保持され続ける。同時
に抵抗２４からコンデンサ２５に充電が開始さ
れ、増幅器２３の負入力端子が上昇を始める。や
がて負入力端子が抵抗２７，２８で分圧される正
入力電位を越えた時、増幅器２３は再度低に戻
る。

また演算増幅器２３の出力は抵抗３５，３６で
分圧され、放電制限回路の演算増幅器４１の正
入力端子に印加されている。その負入力端子には
電源電圧を第二のサーミスタ３７と抵抗３８で分
圧した電位が抵抗３９を介して印加されていると
同時に、出力が抵抗４０でもつてフイードバツク
され、増幅器４１は反転増幅回路を構成してい
る。つまり抵抗３５，３６の中点の電位Ｌ、セン
サ３７、抵抗３８の中点電位Ｋとの差を増幅度
（抵抗４０／抵抗３９）倍に増幅する。増幅器４
１の出力は抵抗４２，４３で分圧され、トランジ
スタ４５のベースに印加されるトランジスタ４５
のエミツタはエミツタ抵抗４４を介して直流電源
９のマイナス端子へ接続され、コレクタはトラン
ジスタ１３のベースに接続されている。

給水温度が高い場合にはセンサ３７の抵抗値が
小さいため、Ｋの電位は低い。このため、増幅器
４１の出力は高く、トランジスタ４５は導通し、
トランジスタ１３のベース電流を低下させる。水
温が低い場合にはセンサ３７は大きく、トランジ
スタ４５の導通量は少なくなり、したがつてトラ
ンジスタ１３のベース電位の低下量も少ない。コ
ンデンサ１７の充電電荷は抵抗１４，３３を通し
て放電されるため、トランジスタ１３のベース電
位に比例して放電量は変化する。そのため給水温
度が低い場合には放電量は少なく、温度が高い場
合には放電量は多い。以上のことは全てタイマ動
作中であり、タイマが動作しない時は増幅器２３
の出力は低であるため、Ｌの電位は零になり、セ
ンサ３７の抵抗値に関係なく増幅器４１の出力も
零となり、トランジスタ４５はオフとなり続け
る。

以上説明して来たように本発明によれば、次の
ような作用効果が得られる。すなわち、給水温度
が低ければある設定温度を得るための負荷は大き
いから第８図の電流′は大きくなる。このため
積分放電量を少くして、すぐに′に移行できる
ようになる。反対に給水温度が高ければ負荷は小
さいため、″は小さい。これに応じて積分放電
量も多くして″に近づけることが可能となる。

第９図は温度設定を可変する場合の回路例であ
る。温度設定値を可変する場合は給水温度が一定
であつても負荷が変化して第８図の′が変化す
る。例えば温度設定が高ければ負荷は大きく、
′も大で、設定が低ければ′は小さくなる。第
９図の回路では給水温度と設定温度の差を取り、
その値に応じて積分放電量を制御する構成となつ
ている。演算増幅器１２の正入力端子には電源９
の電圧を抵抗４５および設定抵抗４６で分圧した
電位Ｋが印加され、電位Ｋ、Ｄを比較し、その差
により出力される。今、設定抵抗４６が大ならば
電位Ｋは上昇し、増幅器１２の出力も上昇する。
これによりトランジスタ１３が導通して比例制御
弁５へ通れる電流が増加する。これにより湯温が
上昇し、センサ７の抵抗値が低下するため、電位
Ｄは上昇し安定した点で止まる。また演算増幅器
４１はＫの電位が抵抗３９を介して負入力端子に
印加され、第二の温度センサ３７と抵抗３８との
中点のＭ電位を正入力端子に印加され、Ｋ電位で
設定温度を、Ｍ電位で給水温度をそれぞれ検出
し、その差分をゲイン（R₄₀／R₃₉）で増幅してト
ランジスタ４５のベースに印加している。またタ
イマが動作していない時は演算増幅器２３の出力
は低であるため、ダイオード４７を通してトラン
ジスタ４５のベースはマイナスに引かれているた
め、Ｋ、Ｍの電位に無関係にオフしている。

以上の回路構成で給水温度、設定温度のどちら
が変化しても積分放電量を制御することができる
ものである。

第１０図はさらに給湯量を可変した場合によつ
ても積分放電量を制御できるような構成のもので
ある。弁の制御電位′は湯沸器の負荷量と比例
する。また負荷Ｌ＝（T₂−T₁）×Ｑで計算でき
る。

T₂＝湯沸器設定温度 T₁＝湯沸器入口温度 Ｑ＝給湯流量 以上から積分放電量も負荷Ｌに比例して制御す
ることが理想となる。そこで第１０図において４
８は給湯蛇口に取付けられ蛇口の開度に比例して
動作する可変抵抗で、蛇口を開く程抵抗が小さく
なる構成になつている。つまり蛇口を開き給湯量
が増加する程、演算増幅器４１のゲインR₄₈／R₄₉
は高くなる。出力は（電位Ｋ−電位Ｍ）×ゲイン
となるため、上記負荷Ｌの式と同等となる。

給湯量の検出方法は第１０図以外の方法であつ
てもよい。

以上説明して来たように本発明によれば、積分
要素のある制御系での一方向（湯温が上昇する方
向）における負荷変動を検出し、これにより駆動
されるタイマで積分コンデンサの充電電荷をその
負荷での最適充電量に強制的に移行させる回路を
設けたため、負荷変動による湯温の上昇を押える
とともに過放電による温度降下をも制限でき、快
適な給湯湯温を得ることができ、しかも火傷等の
危険もなく安全性も向上するという工業価値大な
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は比例制御方式の湯沸器の給湯特性図、
第２図は比例積分方式の湯沸器の給湯特性図、第
３図は本発明を使用しない場合の湯温と負荷電流
の過渡応答特性図で、特に湯沸器能力域から制御
域に至る場合を示す。第４図は湯沸器の制御シス
テム図、第５図は従来の比例積分制御回路を示す
図、第６図は本発明の一実施例における回路を示
す図、第７図は本発明のポイントとなる放電量制
御回路を設けない場合の過渡応答特性図で、負荷
が大負荷から小負荷に変化する時を示す。第８図
は本発明を実施した場合の過渡応答特性を示す
図、第９図は本発明の他の実施例の回路図、第１
０図は本発明のさらに他の実施例の回路図であ
る。 １……水入口（水路）、２……熱交換器、５…
…比例制御弁（比例制御器）、６……バーナ、７
……給湯温度検知センサ（第１の温度センサ）、
３７……給水温度検知センサ（第２の温度セン
サ）、４６……湯温設定用可変抵抗器（温度設定
器）、４８……給水流量検知用流量センサ、…
…制御回路、……タイマ回路、……放電制限
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱交換器を途中に有する水路と、熱交換器を
   加熱するバーナと、電流量に応じてバーナの燃焼
   量を比例的に制御する比例制御器と、熱交換器の
   出湯温度を検出する第１の温度センサと、熱交換
   器の給水温度を検出する第２の温度センサと、第
   １の温度センサの出力信号に応じて比例積分を行
   ない比例制御器を駆動する制御回路と、第１の温
   度センサの出力信号を検出して上記制御回路の積
   分コンデンサの電荷を一定時間放電させるタイマ
   回路と、第２の温度センサの出力信号に応じて上
   記積分コンデンサの放電電荷量を制御する放電制
   限回路とを備えたことを特徴とする湯沸器。 ２ 制御回路は湯温を設定する温度設定器を有
   し、放電制限回路は温度設定信号と第二の温度セ
   ンサからの出力信号の差により放電電荷量を制御
   する特許請求の範囲第１項記載の湯沸器。 ３ 放電制限回路は給水量検知用の流量センサを
   有し、温度設定信号と第二の温度センサからの出
   力信号の差と、流量センサからの信号とを乗じた
   値により、放電電荷量を制御する特許請求の範囲
   第２項記載の湯沸器。