JPH0237212A - 給湯器の温度制御装置 - 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、熱交換器を加熱する加熱手段を制御すること
により、熱交換器から流出する湯温を所定温度に制御す
る給湯器の温度制御装置に関する。

［従来の技術］ 給湯器では、使用者の必要に応じた出湯温度が得られる
ように、入水温、入水量、設定温度に応じてバーナや電
気ヒータ等の加熱手段がフィードフォワード制御されて
いる。

［発明が解決しようとする課ｖ１］ しかし、入水量が変更された場合や設定温度が変更され
た場合に、それに応じて直ちに燃焼ｌが変更されても、
加熱される水が通過する熱交換器には、その材質、形状
、大きさ等に基づく熱容量による残存熱量があるため、
実際の加熱量は熱交換器が熱平衡に至るまでの時間が経
過しないと設定温度にならず、余分に加熱されたり加熱
量が不足したりする。そのため、こうした変更後には設
定温度の給湯が行われるまでに時間が掛かるという問題
がある。

本発明は、水量や設定温度が変更された場合にも、設定
温度に応じた給湯が速やかに行われる給温雅の温度制御
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段コ 本発明は、上記目的を達成するために、熱交換器へ流入
する水の温度と前記熱交ｔａｉを通過する水の流量とか
ら前記熱交換器への加熱量を制御して、前記熱交換器か
ら流出する湯温を設定温度にする制御手段を備えた給湯
器の温度制御装置において、前記制御手段は、前記熱交
換器の熱容量と前記熱交換器から流出する湯水の温度に
基づいて前記熱交１１！１３の温度を演算する演算手段
と、該演算手段によって演算された前記熱交換器の温度
に基づいて前記熱交換器への加熱量を補正する加熱量補
正手段とを具備することを技術的手段とする。

し作用および発明の効果］ 本発明では、熱交換器への流入温度と流入水産とに基づ
いて熱交換器への加熱量が制御され、設定温度の給湯が
行われる。この加熱量の制御では、演算手段によって熱
交換器の熱容量と熱交換器から流出する湯水の温度に基
づい”Ｃ熱交換器の温度が演算され、演算された熱交換
器の温度に基づいて加熱量が補正される。従って、流入
温度や流入水量が変化した場合や、設定温度の変更があ
った場合には、変更時の熱交換器の温度に基づいて加熱
量が補正されるため、熱交換器に蓄積された熱量による
影響が出湯温度に現れることが少なく、熱交換器の熱量
による過剰加熱や加熱不足がないため、速やかに設定温
度の出湯が行われる。

［実施例］ 次に本発明を図面に示す実施例に基づき説明する。

第２図に概略を示す本実施例のガス給湯器は、燃焼器１
０と、燃料管２０、水管３０と、制御装置４０とから構
成される。

燃焼器１０は本発明の加熱手段で、給湯器ケース１内に
設けられたバーナプレート１１と、燃焼用空気を供給す
る送風機１２とからなり、バーナではノズル１３から供
給される燃料ガスを送風機１２によって供給される燃焼
用空気のみで燃焼する全−次空気燃焼を行い、燃焼ガス
は図示しない排気口から排出される。

バーナプレート１１近傍の上方には、点火装置のスパー
カ１４、炎検知のためのフレームロッド１５およびサー
モカップル１６がそれぞれ設けられている。

燃料管２０は、燃料ガスをノズル１３へ供給するもので
、その」・、流側から順に元電磁弁２１、主電磁弁２２
が、さらにバーナプレート１１への燃料供給１を゛調節
する比例弁２３がぞｊｒ−ぞれ設けられ、比例弁２３の
下流では分岐しており、分岐した一方の燃料管２０には
燃料を遮断して燃焼量を調整するための切替用電磁弁２
４が備えられ、他方にはバーナプレート１１への燃料供
給量を制限するためのオリフィス２５が備えられている
。

木管３０は、図示しない水供給源および給湯口とそれぞ
れ接続された供給管３１および給湯管３１ａと、これら
を連通した熱交換器３２およびバイパス管３２ａとから
なり、供給管３１から供給される水の一部は熱交１ａｈ
３２を通過して、残る部分はバイパス管３２ａを通過し
て給湯管３１ａへ導かれ、熱交換２；３２およびバイパ
ス管３２ａとの合流部にはバイパス弁３３が設けられ、
熱交Ｆｅ２器３２によって加熱される水と、バイパス管
３２ａによって加熱されないで導かれる水との割合を適
切に調節して混合する。

一方、供給管３１には上流より水量制御弁３４、水流セ
ンサ３５および大水温サーミスタ３６が、また熱交換器
３２の下流には熱交換サーミスタ３７が、さらに給湯管
３１ａには出湯温サーミスタ３８がそれぞれ備えられて
いる。

なお、バイパス弁３３および水量制御弁３４は、それぞ
れ備えられたギヤドモータによって駆動され、その開度
検出にはポテンショメータが備えられており、また水流
センサ３５は供給管３１内を通過する水流により回転す
る図示しない羽根車の回転数に応じた数のパルス信号を
出力する。

制御装置４０は、マイクロコンピュータと駆動回路とか
ら構成されるもので、マイクロコンピュータは機能部と
して、第１図に示すとおり、作動シーケンスを司るシー
ケンス制御部４１、基準加熱量決定部４２、熱蟹演算部
４３、Ｍ１正部４４、燃焼制御部４５、水量制御部４６
を有し、他に制御部Ｗ４０は他用者によって操作される
コントローラ４７を備えている。

シーケンス制御部４１は、水流センサ３５による通水信
号およびコントローラ４７からの操作信号に基づいて所
定のシーケンスで点火作動を行って燃焼を開始するとと
もに、異常燃焼時、能力不足時等の予め設定された条件
下で燃焼が行われた場合には、燃焼器１０全体の作動や
燃料供給を停止する。

基準加熱量決定部４２は、コントローラ４７で設定され
た設定温度と大水温サーミスタ３６、水流センサ３５か
らの信号に基づいＣ、フィードフォワード制御としての
時刻ｎにおける基準加熱量ＦＦｎを決定する。

ここでは、基準加熱量Ｆ　Ｆ　ｎは、設定温度Ｔｓｅ［
、入水温度Ｔｉ眠大入水量、熱効率ｅｒｆから、Ｆ　Ｆ
　ｎ　＝　（Ｔｓｅｔ　−Ｔｉｎ）　ｘＷ／ｅｆｆで決
定される。

熱量演算部４３は、燃焼開始後に所定時間が経過してか
ら、燃焼量の能力制御が開始されたときに、熱交換サー
ミスタ３７による検出温度に基づいて熱交換器３２の熱
量を演算し、熱交換器３２の温度の初期値とする。

ここでは、時刻ｎにおける熱交換器３２の仮想温度Ｂｎ
の初期値Ｂ。を、熱交換器３２からの出湯温度Ｔｅに基
づいて、 Ｂｏ　”ｅ　Ｘ　’ｔ”ｅ　＋　ｆ で求め（ｅ、ｆは熱交換器の熱容量に基づく定数）、点
火時、再点火時の出湯温度の立ち十、かり特性を向上さ
せる。

補正部４４は、燃焼器１０の燃焼量を熱量演算部４３の
演算結果に基づいて補止するための機能部である。

ここでは、基準加熱量決定部４２による基準加熱量ＦＦ
ｎの変化量を監視し、演算された熱交換器３２の温度の
初期値Ｂ。と基準加熱量ＦＦｎの変化勾配とから熱交換
器３２の温度を所定の単位時間Δｔ（例えば０．５秒）
周期で、時刻１１における熱交換３３２の仮想温度Ｂｎ
［”Ｃ］を、Ｂ　ｎ　＝−Ａ　ｎト（Ｂｎ−１−Ａｎ）
ｘｂで逐次求める。ここでｂは時開定数であり、また、
熱交換器３２の定常状態の仮想温度Ａｎ［℃］は、基準
加熱量ＦＦｎにより、 Ａ　ｎ　＝　ｃ　Ｘ　Ｆ　Ｆ　ｎ　十ｄで求められる。

ここで、ｃ、ｄはいずれも定数である。

さらに、熱交換３３２の定常状態の仮想温度Ａｎと、時
刻ｎにおける熱交換器３２の仮想温度Ｂｎに基づいて、
非定常状態の時刻ｎにおける過渡熱移動骨Ｋｎを、 Ｋｎ＝ｄＸ　（Ａｎ−Ｂｎ−１） で計算して、この過渡熱移動骨Ｋｎを補正値として燃焼
器１０の補正燃焼量を決定し、過渡熱移動骨Ｋｎが計算
される間を補正時間としている。

従って、熱交換器３２が仮想温度Ａｎ、の定常状態にお
いて、例えば入水量が減少すると、時刻ｎにおける熱交
換器３２の仮想温度Ｂｎは、第６図に示すとおり、二次
変化をして次第に定常状態の仮想温度Ｂｒ＋＋に接近し
、それに伴って、過渡熱移動骨Ｋｎは、第７図に示すと
おり、次第に減少する。

燃焼制御部４５は、基準加熱量決定部４２により決定さ
れ、補正部４４によって補正された燃焼量に応じて、燃
焼器１０の送風機１２、比例弁２３、切替用電磁弁２４
を制御する。ここでは、前述のとおり、補正部４４によ
って燃焼ｌの補正が行われるため、代用者により給湯水
量が変更されたり、設定温度が変更されて、それに伴っ
て燃焼量の変更が必要な場合には、変更前の熱交換器３
２に蓄積された過剰熱量あるいは不足熱量に基づいて、
新たな燃焼量およびその出力時間が決定されるため、燃
焼量が過剰であったり不足したりすることはなく、熱交
換器３２から流出する湯水の温度を速やかに変更するこ
とができる。

また、サーモカップル１６の出力によって空燃比の補正
制御が行われる。

水量制御部４６は、基型加熱量決定部４２の決定燃焼量
に応じて水量制御弁３４を制御するとともに、出湯温サ
ーミスタ３８の検知信号に基づいてバイパス弁３３を制
御する。

コントローラ４７は、給湯器の運転を開始するとともに
、使用者の目的に応じた出湯温度を設定する。また、設
定された温度を表示するための液晶表示部や、燃焼器１
０の燃焼中を示す燃焼ランプが備えられ、作動状態を使
用者に知らせる。

なお、制御装置４０では、熱交換サーミスタ３７の検知
信号によるフィードバック制御も合わせて行われ、熱交
換器３２から流出する湯温が所定の条件になった場合に
、燃焼器１０の燃焼量が修正される。

以上の構成からなるガス給湯器は、次のとおり作動する
。

使用音がコントローラ４７で出湯温度を設定し運転スイ
ッチを入れ、図示しない水栓を操作すると、所定のシー
ケンスで点火が行われ、燃焼器１０の燃焼が開始すると
ともに、図示しない給湯口から流出する。

所定時間が経過すると、点火初期の燃３’ｆｔＡからコ
ントローラ４７の設定温度に応じた燃焼量制御が開始さ
れ、入水温、入水量、設定温度に基づいて基壁加熱量が
決定される。

すると、送風機１２がその加熱量に応じて制御され、加
熱量に応じた燃焼用空気が供給されるとともに、送風機
１２の回転数が検出され、その検出回転数に応じて比例
弁２３へ電流が通電される。

また、供給管３１から供給される水は、熱交換器３２と
バイパス管３２ａに分かれてそれぞれ流入し、熱交換器
３２で加熱された水と、加熱されないでバイパス管３２
ａを通過した水はバイパス弁３３でその割合が調節され
て混合され、給湯される。

給湯が継続され熱交換器３２の熱平衡が得られると、熱
交換サーミスタ３７により熱交換器３２からの流出温度
が検知され、その温度と予め計算された熱交ＦＩＡｈ３
２の熱容量に基づいて、熱交換器３２の温度が演算され
、初期値とされる。

その後、第３図に示すとおり時刻ｔ１で使用者によって
流量が■１から■２に変更されると、それに伴って基準
加熱量も第３図に示すとおりｑ。

から９□に変更される。すると、補正部４４では、熱交
換器３２の温度の初期値と変化した基準加熱量に基づい
て、燃焼器１０の補正燃焼量と補正時間とが演算され、
燃焼制御部４５では、補正された加熱量に応じて燃焼器
１０を制御する。

その結果、燃焼器１０の燃焼量は第４図に示すとおりＱ
ｌからＱｌに短時間で変更され、その後、補正部４４の
厘ｉ正時間に応じてさらに燃焼量はＱｌからＱ、へ次第
に変更される。従っ”Ｃ１熱交換器３２から流出する給
湯温度は、第５図に示すとおり大きく変化することなく
、設定温度に応じたほぼ一定の温度］゛、を示す。

さらに、時刻ｔ２で、再び給湯量が変更され流量が■、
にされると、それに伴って基準加熱量はｑ、に変更され
るが、同様にして燃焼器１０の燃焼量はＱｌからＱ４に
短時間で変更され、さらにＱ、に次第に変更される。こ
の結果、熱交換器３２からの流出温度は設定温度に応じ
た温度］゛、にすることができる。

以上のとおり、本発明によれば、給湯量が使用者によっ
て変更され、燃焼量が変更される場合に、燃焼器の燃焼
量は、熱交換器の温度に基づいて補正されるため、過剰
に加熱されたり、加熱量が少なかったりすることはなく
、設定温度に応じた給湯を行うことができる。

本実施例では、設定温度が一定であって、給湯量が変更
された場合について説明したが、流１が一定であって、
設定温度が変更される場合であっても、それに応じて燃
焼量が変更される場合には、同様に燃焼量の補正が行わ
れるなめ、給湯温度を新たに設定した設定温度に速やか
にすることができる。

以上の実施例では、全−次空気燃焼式のバーナを使用し
たガス給湯器について示したが、ブンゼン式バーナや石
油バーナや、電気ヒータ等の加熱手段であってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すガス給湯器の制御装置の
機能的構成を示すブロック図、第２図は本実施例のガス
給湯器を示す概略構成図、第３図から第５図はいずれも
本実施例の作動説明に供するための図で、第３図は給湯
流量の変化およびフィードフォワード制御における基準
加熱量の変化を示すタイミングチャート、第４図は本実
施例の燃焼器における燃焼通交化を示すタイミングチャ
ート、第５図は給湯温度の変化を示すタイミングチャー
ト、第６図は熱交換器の仮想温度Ｂｎの変化を示す特性
図、第７図は過渡熱移動分Ｋｎの変化を示す特性図であ
る。 図中、４０・・・制御装置（制御手段）、４３・・・熱
量演算部（演算手段）、４４・・・補正部（加熱量補正
手段）６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）熱交換器へ流入する水の温度と前記熱交換器を通過
   する水の流量とから前記熱交換器への加熱量を制御して
   、前記熱交換器から流出する湯温を設定温度にする制御
   手段を備えた給湯器の温度制御装置において、 前記制御手段は、前記熱交換器の熱容量と前記熱交換器
   から流出する湯水の温度に基づいて前記熱交換器の温度
   を演算する演算手段と、該演算手段によって演算された
   前記熱交換器の温度に基づいて前記熱交換器への加熱量
   を補正する加熱量補正手段とを具備することを特徴とす
   る給湯器の温度制御装置。