(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部と、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すデータを記憶する記憶部とを備え、
上記制御部が、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と上記記憶データとからフィードフォワード出力分を演算し、給湯配管からの出湯温度と上記設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算し、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加味して上記比例弁への供給電流値を決定することにより、上記出湯温度を上記設定温度と一致させるように制御するガス給湯装置において、
上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも２点でのデータの平均値に基づいて、上記相関関係を表す線を平行移動するように、上記記憶データを更新することを特徴とするガス給湯装置。
【請求項２】
熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部と、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すデータを記憶する記憶部とを備え、
上記制御部が、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と上記記憶データとからフィードフォワード出力分を演算し、給湯配管からの出湯温度と上記設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算し、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加味して上記比例弁への供給電流値を決定することにより、上記出湯温度を上記設定温度と一致させるように制御するガス給湯装置において、
上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも２点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、
上記記憶データの更新に用いられる２点のデータのうち１点は、供給電流値の制御範囲において最小値近傍にあり、他の１点はこの制御範囲の最大値近傍にあることを特徴とするガス給湯装置。
【請求項３】
熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部と、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すデータを記憶する記憶部とを備え、
上記制御部が、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と上記記憶データとからフィードフォワード出力分を演算し、給湯配管からの出湯温度と上記設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算し、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加味して上記比例弁への供給電流値を決定することにより、上記出湯温度を上記設定温度と一致させるように制御するガス給湯装置において、
上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも２点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、
上記記憶データの更新に用いられる２点のデータは、供給電流値の制御範囲において、所定量以上離れていることを特徴とするガス給湯装置。
【請求項４】
熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部と、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すデータを記憶する記憶部とを備え、
上記制御部が、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と上記記憶データとからフィードフォワード出力分を演算し、給湯配管からの出湯温度と上記設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算し、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加味して上記比例弁への供給電流値を決定することにより、上記出湯温度を上記設定温度と一致させるように制御するガス給湯装置において、
上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも２点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、
前回の更新に用いられた２点のデータより、供給電流値の差が大きい２点のデータを得た時には、この新規のデータに基づき記憶データを更新することを特徴とするガス給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガス給湯装置は、熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する電磁比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部とを備えている。
上記制御部は、フィードフォワード演算とフィードバック演算を行って上記供給電流を決定し、出湯温度を設定温度に一致させる制御をしている。詳述すると、制御部は、出湯量（給湯配管を流れる水の量）と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と記憶データとからフィードフォワード出力分を演算する。なお、この記憶データは、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すものであり、記憶部に演算式またはマップの形態で記憶されている。また、出湯温度と設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算する。そして、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加算して、上記比例弁への供給電流を決定するのである。
【０００３】
上記フィードフォワード演算は、給湯初期や出湯量の急変，設定温度の急変に即応するために必要なものである。しかし、このフィードフォワード演算だけでは、温度情報や出湯量情報に検出誤差があったり、比例弁への供給電流と熱交換部での吸収熱量との実際の関係が理論値からずれている場合に、出湯温度を設定温度に一致させることができないので、フィードバック演算でこれを補うようにしている。
【０００４】
給湯初期や出湯量の急変，設定温度の急変に即応して、出湯温度を設定温度に早く一致させるためには、フィードフォワード出力分が、出湯温度を設定温度にするための供給電流にできるだけ近いほうが好ましい。そこで、例えば、特公平７−１１３６１号公報では、出湯温度が安定した時点でのフィードフォワード出力分とフィードバック出力分との和（すなわち供給電流）を、フィードバック出力分で除して、補正係数を得る。そして、以後の制御においては、上記のようにして演算されたフィードフォワード出力分に補正係数を乗算して、フィードフォワード出力分を補正し、これにフィードバック出力分を加算して、供給電流を得るようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報による更新の方法では、フィードフォワード出力分を演算する度に、上記補正係数を乗じる演算過程を必要とし、演算を複雑にしていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明の基本構成は、熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部と、給湯要求熱量と比例弁への供給電流との相関関係を表すデータを記憶する記憶部とを備え、上記制御部が、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯要求熱量を演算し、この給湯要求熱量と上記記憶データとからフィードフォワード出力分を演算し、給湯配管からの出湯温度と上記設定温度に基づいてフィードバック出力分を演算し、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加味して上記比例弁への供給電流値を決定することにより、上記出湯温度を上記設定温度と一致させるように制御するガス給湯装置にある。
請求項１の発明では、上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と実際の供給電流値との関係を示す少なくとも２点でのデータの平均値に基づいて、上記相関関係を表す線を平行移動するように、上記記憶データを更新することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、上記基本構成を有するガス給湯装置において、上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも２点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、上記記憶データの更新に用いられる２点のデータのうち１点は、供給電流値の制御範囲において最小値近傍にあり、他の１点はこの制御範囲の最大値近傍にあることを特徴とする。
請求項３の発明は、上記基本構成を有するガス給湯装置において、上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも２点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、上記記憶データの更新に用いられる２点のデータは、供給電流値の制御範囲において、所定量以上離れていることを特徴とする。
請求項４の発明は、上記基本構成を有するガス給湯装置において、上記制御部は、上記演算された給湯要求熱量と上記のようにして決定された実際の供給電流値との関係を示す少なくとも２点でのデータに基づいて、上記相関関係を表す線の傾きを変えるように、上記記憶データを更新し、前回の更新に用いられた２点のデータより、供給電流値の差が大きい２点のデータを得た時には、この新規のデータに基づき記憶データを更新することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図１および図２を参照して説明する。図１に示すようにガス給湯装置は、缶（図示せず）の下部に収容されたガスバーナ１と、缶の上部に収容された熱交換部２と、ガスバーナ１に燃焼空気を供給するためのファン（図示せず）とを備えている。また、ガスバーナ１の近傍には、点火機構（図示）が配置されている。上記ガスバーナ１にガスを供給する手段は、ガス管３と、このガス管３に設けられた主電磁開閉弁４および電磁比例弁５とを有している。
【０００９】
ガス給湯装置は、さらに給湯配管１０を備えている。この給湯配管１０は、上記熱交換部２を通る受熱管１１と、この受熱管１１の入口端に接続された給水管１２と、出口端に接続された給湯管１３とを有している。給湯管１３の末端には給湯栓１４が設けられている。給水管１２には給水温度センサＴINと、フローセンサＱが設けられ、給湯管１３には出湯温度センサＴOUTと流量制御弁ＧＭが設けられている。なお、これら温度センサＴIN，ＴOUT，フローセンサＱの検出値については、それぞれ同符号を付して表すこととする。
【００１０】
ガス給湯装置は、さらに、制御部５０と記憶部５５とリモートコントローラ６０とを備えている。制御部５０には、上述した種々の検出手段、すなわち温度センサＴIN、ＴOUT、フローセンサＱからの情報に基づいて、点火機構，ファン，開閉弁４，比例弁５，流量制御弁ＧＭを制御する。記憶部５５は、図２に実線で示すような給湯要求熱量と比例弁５への供給電流（以下、比例弁電流と称す）との相関関係を示すデータをマップまたは演算式（１次方程式）の形態で記憶している。本実施形態では、この相関関係をリニアな関係として説明する。
【００１１】
上記構成において、ユーザーが給湯栓１４を開くと、フローセンサＱが所定量以上の水流を検出する。制御部５０はこの水流検出に応答して、点火機構およびファンを作動させる。これと同時期に、開閉弁４を開き、ガスをガスバーナ１に供給して燃焼を開始する。給水管１２からの水は受熱管１１を通る過程で燃焼熱を受けて湯となり、給湯管１３を経て給湯栓１４から吐出される。
【００１２】
制御部５０は、比例弁電流を制御して、この電流と比例関係にある出力側ガス圧を制御し、ひいては燃焼熱量を制御する。なお、燃焼熱量は、給湯配管１０を流れる水に付与される熱量（給湯に費やされる熱量）と対応関係にあり、両者の比が熱効率となる。上記比例弁電流の制御は、比例弁５の開度の制御をも意味する。
【００１３】
上記比例弁電流制御について詳述する。制御部５０は、給水温度センサＴINで検出された給水温度（給湯配管１０を通って熱交換部２へ向かう水の温度）と、リモートコントローラ６０で設定される設定温度ＴSと、フローセンサＱで検出された出湯量（熱交換部２，給湯配管１０を流れる水の流量）を下記式に代入して、給湯要求熱量Ｇを演算する。
Ｇ＝（ＴS−ＴIN）Ｑ
そして、演算された給湯要求熱量Ｇと、上記記憶部５５で記憶された給湯要求号数Ｇと比例弁電流Ｉとの関係を表すデータ（図２において実線で示す）とからフィードフォワード出力分ＦＦを演算する。例えば給湯要求熱量がＧ0であれば、フィードフォワード出力分ＦＦはＩ0となる。
【００１４】
温度センサＴINやフローセンサＱの検出信号に誤差がなく、またガスバーナ１や熱交換部２が設計どうりで、期待した熱効率が得られる場合には、図２の実線の関係が成立するため、このフィードフォワード出力分ＦＦだけで、出湯温度を設定温度ＴSに一致させることができる。しかし、実際には検出信号の誤差や設計誤差等があるため、フィードフォワード出力分だけでは、正確な制御ができない。そこで、出湯温度センサＴOUTで検出された出湯温度と、設定温度ＴSとの差に基づくＰＩＤ演算に基づいて、フィードバック出力分ＦＢを求める。
次に、上記フィードフォワード出力分ＦＦにフィードバック出力分ＦＢを加算して、比例弁電流Ｉ０’を決定する。その結果、検出出湯温度ＴOUTを設定温度ＴSにすることができる。
【００１５】
前述したように、フィードフォワード出力分ＦＦをＩ0とし、出湯温度ＴOUTを設定温度ＴSに一致させるための実際の供給電流値がＩ0’とし、両者に、相当量の差ΔＩ（この差ΔＩは、フィードバック出力分ＦＢに相当する）が生じた時には、記憶データの更新を行う。具体的には、座標（Ｉ0，Ｇ0）を通る実線の記憶データから、傾きをそのままにして、座標（Ｉ0’，Ｇ0）を通る破線へと平行移動するように、記憶データを更新するのである。
その結果、次回の給湯制御においては、フィードフォワード制御成分ＦＦだけで、出湯温度ＴOUTを設定温度ＴSに近づけることができ、出湯初期，設定温度の急変，出湯量の急変に即応することができる。
図２の更新方法において、２つ以上の座標データを用い、上記差ΔＩの平均値に基づいて、直線の平行移動を行ってもよい。
【００１６】
次に、本発明に係わるより精密な記憶データの更新方法について図３を参照して説明する。この更新方法は、記憶データの傾きの設定に問題がある場合に、特に有効である。詳述すると、給湯要求熱量Ｇ1で、出湯温度ＴOUTを設定温度ＴSと一致させることができた時、フィードフォワード出力分ＦＦの座標（Ｉ1，Ｇ1）に対して、実際の比例弁電流に基づく座標（Ｉ1’，Ｇ1）がずれていた場合に、この座標（Ｉ1’，Ｇ1）を一旦記憶しておく。そして、他の給湯要求熱量Ｇ2で出湯温度ＴOUTを設定温度ＴSと一致させることができた時、フィードフォワード出力分ＦＦの座標（Ｉ2，Ｇ2）に対して、実際の比例弁電流に基づく座標（Ｉ2’，Ｇ2）がずれていた場合に、この座標（Ｉ2’，Ｇ2）も記憶する。そして、これら２つの座標（Ｉ1’，Ｇ1），（Ｉ2’，Ｇ2）を通る破線の直線を、新しい記憶データとして更新する。
【００１７】
図３の更新方法において、２つの座標ではなく、３点以上の座標に基づいて最小２乗法に基づき更新データの直線を決定してもよい。
また、精度を高めるために、比例弁電流Ｉの最小値ＭＩＮ近傍の座標と最大値ＭＡＸ近傍の座標の２点で更新データの直線を決定してもよい。例えば最小値ＭＩＮを比例弁開度０％と定義し、最大値ＭＡＸを比例弁開度１００％と定義した時に、１つの座標を０〜１０％の範囲で選択し、もう１つの座標を９０〜１００％の範囲で選択する。
また、２つの座標の比例弁電流Ｉが所定量以上離れていること、上記開度に換算して例えば３０％以上離れていることを条件として、これら２つの座標から更新データの直線を決定してもよい。
また、前回のデータ更新で用いた２つの座標における比例弁電流の差より、今回得られた２つの座標の方が大きい場合には、今回の座標データを優先して記憶データの更新を行うようにしてもよい。
【００１８】
図２，図３の更新方法において、記憶データの更新に用いられる座標データ（Ｉ0’，Ｇ0）は、給湯が安定した状態、すなわち、出湯温度ＴOUTが設定温度ＴSに実質的に一致して（ＴOUTがＴS−αからＴS＋αの範囲にある状態）で所定時間β以上維持された状態でのデータとするのが好ましい。温度センサＴIN，フローセンサＱの安定をさらなる条件としてもよいし、検出流量Ｑが所定流量以上であることをさらなる条件としてもよい。
上記記憶データの更新は、製品出荷に先立って１回の試運転での給湯制御の時だけ行うようにしてもよいし、通常の給湯制御の度に行ってもよい。
データ更新は、記憶データと実際の座標とが所定量以上異なることを条件として行ってもよいし、無条件で行ってもよい。
【００１９】
複数の燃焼面を有する給湯装置においては、燃焼面毎の燃焼における記憶データの更新を行うようにする。
また、図４，図５に示すように、記憶データがリニアでない場合でも、図２の方法と同様の平行移動や、図３の方法と同様の傾き変更によって、データ更新を行うことができる。
【００２０】
上記実施形態は、給湯だけを行う装置であったが、図６に示すように一缶二水路式の追焚機能付きガス給湯装置に適用することもできる。この給湯装置では、ガスバーナ１と熱交換部２は、給湯と追焚に共通のものであり、一つの缶（図示しない）に収容されている。熱交換部２には、給湯配管１０と追焚配管２０が通っている。
【００２１】
給湯配管１０において、前述の実施形態に相当する構成については、図中同番号を付してその説明を省略する。給水管１２と給湯管１３との間には、２本のバイパス管１５，１６が受熱管１１と並列に設けられている。図１において、バイパス管１５と給水管１２および給湯管１３との接続点を符号Ｐ１，Ｐ２でそれぞれ示し、バイパス管１６と給水管１２および給湯管１３との接続点を符号Ｐ３，Ｐ４でそれぞれ示す。
【００２２】
熱交換部２に近い方のバイパス管１５には弁等が設けられておらず、給水管１２内を流れる水は、接続点Ｐ１において受熱管１１側とバイパス管１２側とに常に一定の割合（例えば、７０：３０）で別れる。そして、接続点Ｐ２において再び合流する。
一方、熱交換部２から遠い方のバイパス管１６には、流量制御弁ＧＭ’が設けられている。
上記給湯配管１０には、２つのフローセンサＱ，Ｑ’が設けられている。フローセンサＱは、接続点Ｐ４と給湯栓１４との間の給湯管１３に配置されており、フローセンサＱ’は、接続点Ｐ１，Ｐ３間の給水管１２に配置されている。
【００２３】
上記追焚配管２０は、熱交換部２を貫通する受熱管２１と、その入口端と浴槽６との間に接続された復路管２２と、受熱管２１の出口端と浴槽６との間に接続された往路管２３とを備えている。復路管２２には、ポンプ２４、温度センサＴHRおよび流水スイッチＦＳが設けられている。
【００２４】
上記給湯配管１０の給湯管１３と追焚系２０の復路管２２との間には、浴槽６への湯張りのための注湯管３０が設けられており、注湯管３０と給湯管１３および復路管２２との接続点が符号Ｐ５，Ｐ６で示されている。注湯管３０には、電磁開閉弁からなる注湯弁３１が設けられている。
【００２５】
追焚を行う場合には、リモートコントローラ６０の追焚スイッチをＯＮ状態にする。すると、まずポンプ２４が起動され、浴槽６内の湯が復路管２２および往路管２３を通って循環する。復路管２２内の湯の流れを流水スイッチＦＳが検出すると、ガスバーナ１が点火される。これによって、浴槽６内の湯が加熱される。そして、温度センサＴHRによる検出温度が設定温度に達すると、自動的にバーナ１の燃焼が停止されるとともに、ポンプ２４が停止される。
湯張り時には、注湯弁３１を開き、給湯配管１０からの湯を注湯管３０を経、追焚配管２０を経て浴槽６に供給する。
【００２６】
図６の装置では、給湯を単独で実行している時のフィードフォワード出力分の演算に図２，図３に示すような記憶データを用い、また、給湯単独実行時にのみ、この記憶データの更新を行う。なお、給湯要求熱量の演算に関しては、種々の方法があるが、例えば、フローセンサＱと、給水温度センサＴIN，出湯温度センサＴOUTから、前述と同様にして給湯要求熱量を演算する。なお、フローセンサＱの検出流量は、熱交換部２を通る水の流量のみならず、バイパス管１５，１６を流れる水の流量をも加算したものとなっている。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、比例弁電流と給湯要求熱量との関係を表す記憶データを、相関関係を表す線を平行移動するように更新することにより、フィードフォワード出力分を、出湯温度を設定温度に一致させるための比例弁電流値に近づけることができ、給湯初期や，出湯量，設定温度の急変に即応させることができるとともに、このフィードフォワード出力分の演算も簡易となる。
請求項２〜４の発明によれば、比例弁電流と給湯要求熱量との関係を表す記憶データを、相関関係を表す線の傾きを変えるように更新することにより、フィードフォワード出力分を、出湯温度を設定温度に一致させるための比例弁電流値に近づけることができ、給湯初期や，出湯量，設定温度の急変に即応させることができるとともに、このフィードフォワード出力分の演算も簡易となる。しかも、高精度に記憶データを更新することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態をなすガス給湯装置の概略図である。
【図２】給湯に際してのフィードフォワード出力分を演算するための記憶データを更新す
る第１の方法を示す図である。
【図３】同記憶データを更新する第２の方法を示す図である。
【図４】記憶データを更新する上記第１の方法の他の態様を示す図である。
【図５】記憶データを更新する上記第２の方法の他の態様を示す図である。
【図６】他の実施形態をなすガス給湯装置の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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