JPH0271048A - 給湯器の制御装置 - 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】 「産業上の利用分野］ 本発明は、出湯温度と設定温度との偏差量を積分制御手
段を用いて補正する給湯器の制御装置に関する。

［従来の技術］ 給湯器には、加熱量（燃焼量）を制御装置によって制御
するものがある。制御装置による燃焼量の制御は、水量
、設定温度、入水温度などによって燃焼量を決定するフ
ィードフォワード制御と、結果から燃焼量を補正するフ
ィードバック制御とを組み合わせて行うものが考えられ
る。

このフィードバック制御には、設定温度と出湯温度との
偏差量を補正する積分制御が考えられる。

［発明が解決しようとする課題］ 一方、給湯器は、燃焼によって得られた熱と水との熱交
換を行う熱交換器を備える。そして、制御装置が、燃焼
量を変化させてから、実際に燃焼量が変化したのを検出
する時間は、熱交換器を流れる水の流速に対応している
。つまり、流速の変化に応じて、応答速度が変化する。

このため、水量を考慮せずに積分制御を行った場合、水
量が増加すると、流速が早くなり、積分補正量が水量に
比較して相対的に少なくなる。逆に水量が減少すると、
流速が遅くなり、積分補正量が水量に比較して相対的に
多くなってしまう。

つまり、従来の積分制御は、水量が変化すると、適正な
積分補正量が得られない問題点を備えていた。

本発明は、上記事情に濫みてなされたもので、その目的
は、水量に応じた積分補正量とすることのできる給湯器
の制御装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため、第１図に示すように
、加熱手段１と、該加熱手段１の発生する熱と水とを熱
交換する熱交換器２と、前記加熱１段１の制御を行う制
御装置３とを備えた給湯器において、前記制御装置σ３
は、水量を検出する水量検出センサ４を備えるとともに
、出湯温度と設定温度との偏差量を積分制御によっ゛Ｃ
補正する積分制御手段５を備え、謹積分制御手段５によ
る積分補正量の変化量を、前記水量検出センサ４によっ
て検出された水量に比例させたことを技術的手段とする
。

［作用］ 本発明は、積分制御手段による積分補正量の変化量を、
水量に比例さぜな。これにより、水量が増加すると積分
補正量が増加し、水量が減少すると積分補正量が減少す
る。

この結果、水量の増減によるフィードバックの時間遅れ
を修正し、積分補正量を全水量にＤ゛って均一に評価す
ることができる。

［発明の効果コ 本発明によれば、水量に応じた積分補正）１を得ること
ができるため、水量が変動しても、常に適切な積分補正
量とすることができる。つまり、設定温度と出湯温度と
の１ｍ差量が水量に関係なく補正されるため、出湯温度
を設定温度とすることができる。

［実施例］ 次に、本発明をバイパスミキシング式給湯器に適用した
実施例を図面を用いて説明する。

第２図にバイパスミキシング式のガス給湯器の概略図を
示す。

このガス給湯器は、大別し°Ｃ燃料の燃焼を行う燃焼部
１０と、ガス供給配管２０と、水配管３０と、制御装置
４０とから構成されている。

燃焼部１０は、本発明の加熱手段で、セラミック製の表
面燃焼式バーナ１１を内部に配設した燃焼ケース１２と
、この燃焼ケース１２内に燃焼用の空気を供給する送風
機１３とからなり、送風機１３によって燃焼ケース１２
内に導かれた燃焼用の空気は、燃焼後、燃焼ガスとして
図示しない排気口より排出される。

ガス供給配管２０は、送風機１３の遠心式ファン１４の
内周に開口するノズル２１へ、燃料のガスを供給するも
ので、上流１１１１１より元電磁弁２２、主電磁弁２３
、比例弁２４が順次設けられている。比例弁２４の下流
は２つに分岐され、一方には切替用電磁弁２５、他方に
はオリフィス２６が設けられている。なお、元電磁弁２
２、主電磁弁２３および切替用電磁弁２５は、通電制御
によってガス供給配管２０を開閉するもので、比例弁２
４は通電量に応じて開口比が変化し、ノズル２１に供給
されるガス盪を調節するものである６ 水配管３０は、一方が水の供給源に接続され、他方が給
湯口に接続されるもので、バーナ１１のガスの燃焼によ
って発生する熱と内部を流れる水とを熱交換し、内部を
通過する水を加熱する熱交換器３１と、この熱交換器３
１をバイパスするバイパス水路３２とを備える。

熱交換器３１とバイパス水路３２との分岐路の上流の水
配管３０には、熱交換器３１とバイパス水路３２とに流
入する水圧が変化しても、流入する水量を一定に保つガ
バナ弁の機能と、水量を調節する水量調節弁の機能とが
組み合わされた電動水量制御袋Ｗ、３３が設けられてい
る。また、バイパス水路３２には、バイパス水路３２を
通過する水量を調節するとともに、バイパス水路３２を
開閉可能な絞り弁３４が設けられている。

なお、電動水量制御装置３３の絞り比は、熱交換器３１
およびバイパス水路３２へ流入する水の総量を規制する
ため、絞り弁３４と同しか、絞り弁３４より小さく設け
られている。また、電動水量制御装置３３と絞り弁３４
は、水蜜を調節する手段として、水路を開開」能な弁体
をギアドモータを用いて駆動している。

制御装置４０は、第３図に示すように、マイクロコンピ
ュータ４１、リレー回路４２および駆動回路４３から構
成されるもので、使用者によって操作されるコントロー
ラ４４や各種センサの出力に応じて、バーナ１１に着火
を行うスパーカ４５、元電磁弁２２、主電磁弁２３、比
例弁２４、切替用電磁弁２５、電動水量制御装置３３、
絞り弁３４を通電制御するものである。

制御装置４０の各種センサは、バーナ１１の炎の検出お
よび空燃比を検出するためのフレームロッド４６および
サーモカップル４７、電動水１制御装置３３および絞り
弁３４の弁体に連動し、開度を検出するポテンショメー
タ４８．４９、送風機１３の風量を回転速度によって検
出する風量検出センサ５０、熱交換器３１およびバイパ
ス水路３２に流入する水温を検出する入水温センサ５１
、熱交換器３１を通過した湯温を検出する湯温センサ５
２、熱交換器３１およびバイパス水路３２を通過し、混
合された湯温を検出する出湯温センサ５３、熱交換器３
１およびバイパス水路３２に流入する水量を検出する水
量検出センサ５４を備える。

なお、風量検出センサ５０は、送風機１３のモータに連
動する回転体を備え、この回転体の回転に応じたパルス
信号を発生する。また、水量検出センサ５４は、水の流
れによって回転する回転体を備え、この回転体の回転に
応じたパルス信号を発生する。

そして、コンピュータ４１は、風量検出センサ５０およ
び水量検出センサ５４の発生するパルス信号の間隔より
、送風機１３の回転速度や、回転体の回転速度を検出し
、風量や水量を検出する。

次に、コンピュータ４１による燃焼制御、および水量制
御について簡単に説明する。

使用者が給湯口に接続されたカランを操作し、水配管３
０に水流が生じると、水量検出センサ５４内の回転体が
回転し、燃焼が開始される。燃焼開始後の燃焼量は、コ
ントローラ４４によっ”Ｃ設定された設定温度が得られ
るように、各種センサによって得られた水量、入水温度
、熱交換器３１を通過した湯温、ミキシング湯温く出湯
温度）等より決定され、送風機１３は決定された燃焼量
に応じた風量をバー→・１１に供給するように電圧が制
御される。

つまり、燃焼１イコ一ル送風機１３の送風量とされる。

そして、送風機１３の回転速度やバーナ１１の炎の温度
に応じたガス呈が得られるように、比例弁２４および切
替用電磁弁２５が通′な制御される。なお、燃焼量は、
熱交換器３１を通過した湯温が、燃焼によって発生した
水（ドレン水）が熱交換器３１に付着しない温度（例え
ば６０℃）以上に維持されるように設定される。

絞り弁３４は、入水温度、設定温度、熱交換器３１を通
過した湯温、出湯温度より算出された適切な開度で固定
される。なおこの固定は、バイパス水路３２を流れる水
量が、熱交換器３１を流れる水量の倍となるように設定
されている。つまり、バイパス水路３２と熱交換器３１
との流〕ｍ抵抗の比は、絞り弁３４により約２：１とさ
れる。また、絞り弁３４の開度の固定は、入水量が少な
い場合や、出湯温度を低下させる場合に解除され、入水
量、出湯温度に応じて算出された開度となるように絞り
弁３４が通電制御される。

また、電動水量制御装置３３は、出湯温度が得られるの
に必要な最大流量を越えないように通電制御される。

次に、制御装置４０による燃焼量の算出について詳述す
る。なお、本発明の積分間圧手段は、マイクロコンピュ
ータ４１内にプログラムされている。

制御装Ｗ１４０によって求められる本実施例の燃焼Ｊｉ
Ｑは、フィードフォワードＪＩＦＦと、熱交容量補正量
にと、空燃比補正ｔ］゛と、比例袖正量Ｐと、積分補正
１１１とを加算したもので、 Ｑ＝Ｆｒ＋に＋”Ｉ’＋Ｐ＋Ｉの式で表される。

このように、燃焼量ＱをＦｒ＋Ｋ　＋−Ｔ　Ｉ−Ｐ＋Ｉ
とすることにより、使用者の設定した出湯温度を、常に
安定して供給することができる。

フィードフォワードｉＦＦは、コントローラ４４で設定
された設定温度１Ｓと入水温度センサ５１によって検出
された入水温度Ｔｉとの差と、水量検出センサ５４によ
って検出され、セ水″ＭＷと、熱交換器３１の熱交換効
率１／ｅＨとによって算出される。

これは、ＦＦ＝　（Ｔｓ−Ｔｉ　）　ｗ、’ｅｒｒ　（
１）式で表される。

熱交容量補正ｆｆ１Ｋは、コントローラ４４で設定され
た設定温度Ｔｓと出湯温センサ５３によって検出された
出湯温度］０との差（偏差量）と、使用される熱交換器
３１に応じて予め設定された熱容量Ｍと、熱交換器３１
とバイパス水１４３２とのバイパス比に応じた定数ａと
から算出される。

これは、Ｋ＝ａ　＜Ｔｓ−Ｔｏ）　Ｍの式で表される。

空燃比補正ｊｉ、］”は、空燃比補正により増減される
ガス量を補正するもので、空燃比補正による補正量Ｎの
符号を反転させたらのである。

これは、Ｔ　＝　−Ｎの式で表される。

比例補正量Ｐの算出は、コン）〜ローラ４４で設定され
た設定温度ＩＳと出湯温センサ５３によって検出した出
湯温度Ｔｏとの差（偏χ址）と、水量検出センサ５４に
よって検出された水量Ｗと、比例定数Ｅとから算出され
る。

これは、Ｐ＝Ｅ　（Ｔｓ−Ｔｏ）　Ｗの式で表される。

なお本実施例ではＥ＝０．８荊後が適止である。

積分補正１は、コントローラ４４で設定された設定温度
Ｔｓと出湯温センサ５３によって検出した出湯温度］０
との差（偏差量）をＨ１分制御によっ゛Ｃ補正するもの
で、積分補正量■の変化量が水量Ｗに比例するように、
積分定数をｂｘｗとする。そして、この積分補正量■の
算出は、 Ｉ、　＝Ｉ、、　十ｂＷ、、（Ｔｓ−Ｔｏ）の式で表さ
れる。なお、■、は今回の算出する積分補正量で、Ｉｎ
−１前回の算出した積分補正量を示す。

次に、積分補正量Ｉの変化量を水量Ｗに比例させた具体
的な例を示す。

水３１ｗが多い場合は、熱交換器３１を流れる水の流速
が早く、フィードバックの時間遅れが小さい。

このなめ、水量Ｗが多い状態で、設定温度Ｔｓと出湯温
度■０とに偏差１が発生すると、積分定数をｂｘｗとす
ることで、積分油止量工の変化量が多い水Ｆｉｗに応じ
て増加する。つまり、水量Ｗの増加に応じて積分補正量
Ｉが増加する。

また、水ＭＷが少ない場合は、熱交換器３１を流れる水
の流速が遅く、フィードバックの時間遅れが大きい。こ
のため、水１Ｗが少ない状態で、設定温度ＴＳと出湯温
度Ｔｏとに偏差量が発生すると、積分定数をｂｘｗとす
ることで、積分補正ｉｌＩの変化量が少ない水量Ｗに応
じて減少１−る。つまり、水ｋＦＷの減少に応じて積分
補正４１１が減少する。

本実施例によれば、積分定数をｂｘｗとすることで、フ
ィードバックの時間遅れを修正し、全水量に亘って積分
間圧１ｉ１１をほぼ均一に評価することができる。また
、水星Ｗに応じた積分補正量１とすることで、設定温度
ＴＳと出湯温度丁０との偏差量が水ＩＷに関係なく補正
され、出湯温度１０を設定温度Ｔｓに修正することがで
きる。

（変形例） ＰＩＤ制御の積分制御に本発明を適用しても良い バイパス水路を備えた給湯器を例に示したが、バイパス
水路を有しない給湯器に本発明を適用しても良い６ また、燃料にガスを用いた例を示したが、灯油など、他
の燃料を用いても良い。

さらに、加熱手段として燃料の燃焼によつＣ熱を得る燃
焼部を用いたが、電気ヒータなど他の発熱手段を用いて
も良い。

【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図はバイ
パスミキシング式のガス給湯器の概略構成図、第３図は
制御装置の概略ブロック図である。 図中　１・・・加熱手段　　２・・・熱交換器３・・・
制御装置　　４・・・水量検出センサ５・・・積分制御
手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）加熱手段と、該加熱手段の発生する熱と水とを熱交
   換する熱交換器と、前記加熱手段の制御を行う制御装置
   とを備えた給湯器において、 前記制御装置は、 水量を検出する水量検出センサを備えるとともに、出湯
   温度と設定温度との偏差量を積分制御によって補正する
   積分制御手段を備え、 該積分制御手段による積分補正量の変化量を、前記水量
   検出センサによって検出された水量に比例させたことを
   特徴とする給湯器の制御装置。