JPH0271044A - 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に
より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Ｊｉｔ（例えば燃焼量）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＊１ 一方、積分制御によって得られる補正量（積分補正Ｍ）
は、変化速度が遅い。このため、給湯途中で、水量や、
流入する水温、設定温度等が変化し、燃焼量が変化する
と、変化前に適正な値に収束していた補正量が、変化後
も補正量とされる。

つまり、燃焼量が変化した後のしばらくの間は、燃焼量
の変化に積分補正量が追従せず、設定温度の湯を供給で
きない問題点を備えていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、加熱量が変化しても、変化した直後から設定温度の
湯を供給することのできる給湯器の制御袋Ｗ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、前記加熱手段１の加熱制御を行
う制御装置３とを備えた給湯器において、前記制御装置
３は、出湯温度と設定温度との偏差量を補正する積分制
御手段４を備え、該積分制御手段４による積分１１正量
を、加熱量の変化比の積にすることを技術的手段とする
。

［作用コ 本発明は、積分制御手段による積分補正量を、加熱イ段
の加熱量の変化比の積にした。これにより、加熱量が変
化すると、その加熱量の変化に応じて、変１ヒ前に適正
量に収束した積分補正量が、変化後の加熱量に応じた量
の積分補正量となる。

つまり、変化前に一度収束した積分補正量を、変化後に
合理的に再評価して、変化後の加熱量に用いることがで
きる。

［発明の効果］ 本発明によれば、加熱量が変化した際、加熱量が変化し
た直後から、変化した後の加熱量に応じた適正な積分補
１Ｅｆｆｉとなる。

このため、本発明を適用した給湯器は、加熱量が変化し
た際、加熱量が変化した直後から設定温度の湯を供給す
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、大別して燃料の燃焼を行う燃焼部１
０と、ガス供給配管２０と、水配管３０と、制御装置４
０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？０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、上流側より元電磁弁２２、主電磁弁２３、比例弁
２４か順次設けられている。比例弁２４の１・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２２、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２４は通
電量に応じて開口比が変化し。

ノズル２１に供給されるガス量を調節するものである。

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Ｂ！Ａ能
とが組み合わされた電動水量制御装置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と同じか、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、水量を調節する手段として、水路を開閉可能な弁体
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１辻制御装置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
よび空燃比分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、電動水量制御装置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１清よ
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）笠より決定され、送風機１３は決定された燃焼量
に応じた風量をバーナ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１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
度に応じたガス量が得られるように、比例弁２４および
切替用電磁弁２５が通電制御される。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２１すとなるよう
に設定されている。つまり、バイパス水路３２と熱交換
器３１との流通抵抗の比は、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、制御袋７４０による燃焼量の算出につい°Ｃ詳述
する。なお、本発明の積分補正手段は、マイクロコンピ
ュータ４１内にプログラムされている。

制御装置４０によって求められる本実施例の燃焼、ｉＱ
は、フィードフォワードｉＦｒと、熱交容量補正量にと
、空燃比補正量］゛と、比例補正ｆＩＰと、積分補正量
■とを加算したもので、 Ｑ＝ＦＩ’＋に＋Ｔ＋Ｐ＋Ｉの式で表される。

このように、燃焼ｆｆ１ＱをＦＴ＋ＫＦＴ＋Ｐ＋Ｉとす
ることにより、使用者の設定した出湯温度を、安定して
供給することができる。

フィードフォワード量ＦＦは、コントローラ４４で設定
された設定温度Ｔｓと入水温センサ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
て検出された水ｘＷと、熱交換器３１の熱交換効率１／
ｅＮとによって算出される。

これは、ＦＦ−（Ｔｓ−Ｔｉ　）　Ｗ／ｅｆｆの式で表
される。

熱交容量補正量には、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
イパス水路３２ど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−ｒｏ）　Ｍの式で表される。

なおこの熱交容量前正量にの算出は、コントローラ４４
で設定された設定温度ＩＳが得られるに必要な熱交換器
３１の仮想温度［０を算出し、この仮想温度［ｅと湯温
センサ５２によって検出した湯温１ｍとのＺと、熱容、
ｔＭとから算出しても同じことである。

なおこれは、Ｋ＝　（Ｔｃ−Ｔｍ）　Ｍの式で表される
。

空燃比補正Ｎ、］゛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止１１Ｎの
符号を反転させたものである。

これは、Ｔｍ−Ｎの式で表される。

比例補正量ｐの算出は、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゛Ｃ検出した湯
温Ｔｏとの差（偏差量）と、水量検出センサ５４によっ
て検出された水ｉＷ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６なお本実施例ではＥ＝０．８而後か適正である。

積分補正ｉＩ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によって検出した湯温［０と
の差（偏差量）を積分制御によって祐ｉ正するもので、
積分補正量Ｉの変］ヒ量が水量Ｗに比例するように、積
分定数をｂｘｗとする。また、積分補正量■が燃焼量（
加熱量）の変化に応じて変化するように、フィードフォ
ワードｘ１「の変化比の積とする。

そして、この積分補ｉ′ＥｆｆｉＩの算出は、エイ＝１
．−．　十ｂＷ、、（Ｔｓ〜ｒｏ＞　ＦＦ、、／ＦＦイ
。

の式で表される。

なお、Ｉゎは今回の算出する積分補正量、Ｉゎ１は前回
の算出した積分器］−量、Ｆ［、は今回算出されたフィ
ードフォワード量、ＩＦ、、は前回の算出したフィード
フォワード量を示す。

本実施例によれば、燃焼量Ｑ（加熱Ｊｊ□とフィードフ
ォワードＩＦＩ’とは、はぼ比例関係にあるため、積分
補正量■をフィードフォワードｌ［の変化比（ＦＦｆｉ
／ＦＦ。−１）の積にした。これにより、給湯中〈燃焼
中）に、入水温度１１が変化したり、水１ｗが変化した
り、設定温度］Ｓが変化したりして、燃焼ｈｔＱが変化
しても、変化前の燃焼量Ｑ。

、に収束した積分補正量■。−１が、変化後の燃焼量Ｑ
ゎに応じた量の積分補正量■。どなる。

つまり、変化前に一度収束した積分補正量１．。

１と、変化後に合理的に再３１′価して用いることがで
き、燃焼量Ｑか変化した際に、燃焼量Ｑが変（ヒした直
後から、変化した後の燃焼量Ｑに応じた適正な積分補正
量Ｉを燃焼量Ｑに加味することができる。この結果、本
実施例のバイパスミキシング式給湯器は、燃焼ｆｆ１Ｑ
が変化した直後から出湯温度１０を設定温度丁ｓとして
供給することができる。

（変形例） 積分補正量をフィードフォワード量の変化比の積にした
例を示したが、例えば水量が変化した際に正しい積分補
正量が加味されるように、水量の変化比（Ｗ。／’ｗ、
−，）の積としたり、設定温度の変化に対応さぜ゛Ｃ設
定温度の変化比（「Ｓ、／Ｔｓ。−１ｌ）の積としたり
、入水温度の変化に対応させて入水温度の変化比（Ｔｉ
、、／Ｔｉゎ−Ｉ）の積とじたり、またこれらを組み合
わせて用いても良い。

本発明を微分制御を用いたＰＩＤ制御の積分制御に適用
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。

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って熱を得る燃
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。

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、前記加熱手段の加熱制御を行う制御
   装置とを備えた 給湯器において、 前記制御装置は、 出湯温度と設定温度との偏差量を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を、加熱量の変化比の
   積にする ことを特徴とする給湯器の制御装置。