(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを燃焼するバーナと、
給水路から供給された冷水を上記バーナの燃焼熱により加熱して出湯路に供給する熱交換器と、
上記熱交換器をバイパスして上記給水路と上記出湯路とを連通するバイパス路と、
設定温度を設定するための温度設定手段と、
上記バイパス路に設けられ、上記設定温度に応じて開度を可変するあるいは開閉状態を切り換えるバイパス弁と、
器具へ供給される水の流量を検出する流量センサと、
上記出湯路の上記バイパス路との合流部より下流側で出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、
上記冷水を上記設定温度の湯にするために必要な温度上昇値と上記入水流量とに基づいて燃焼量を演算するフィードフォワード制御と、上記設定温度と上記出湯温度との偏差に基づいて上記フィードフォワード制御量を補正するフィードバック制御とにより、上記バーナの燃焼量を変化させる出湯温制御手段と
を備えた給湯器において、
上記出湯温制御手段は、出湯動作中に上記設定温度が変更されて上記バイパス弁の開度が変化した後の所定時間Ｔｏの間は、上記フィードフォワード制御のみにより温度制御するとともに、上記流量センサの検出値が小さいほど、上記フィードフォワード制御のみを行う上記所定時間Ｔｏを長くすることを特徴とする給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は給湯器に関し、詳しくはバイパスミキシング方式の給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、熱交換器をバイパスするバイパス路を備えた給湯器が知られている。こうした給湯器は、給水路から供給された冷水を熱交換器側とバイパス路側に分岐し、熱交換器により加熱された湯と、バイパス路によりバイパスされた冷水とを混合して出湯することで、熱交換器の出口温度を実際の出湯温度より高くしてドレン（結露）の発生を抑え、熱交換器の腐食を防止するといった効果がある。しかしこのような構成では、出湯温度以上に熱交換器出口温度が高温でなければならず、高温の湯を必要とした場合に出湯温度に限界があるだけでなく、熱交換器の耐久性にも問題があった。この問題を解決するため、バイパス路に流路を開閉するバイパス弁を設け、設定温度が所定値未満の場合には開弁して混合した湯を出湯し、所定値以上の場合には閉弁して熱交換器により加熱された湯をそのまま出湯するといった制御を行なうことで、低温から高温まで幅広い出湯温度を得ることができるようになった。
【０００３】
また、一般にこのような給湯器においては、出湯温制御の手法として、入水温度、設定温度、入水流量をそれぞれ検出することで、出湯温度を設定温度にするための必要なガス供給量を演算・制御するフィードフォワード制御（以下、ＦＦ制御と呼ぶ）と、実際の出湯温度と設定温度との偏差に基づいて、そのＦＦ制御量を補正するフィードバック制御（以下、ＦＢ制御と呼ぶ）とが用いられており、優れた出湯温度特性が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、設定温度に応じてバイパス弁の開閉動作を行なう給湯器では、出湯動作中に設定温度が変更されてバイパス弁の開閉動作を行なった際、その動作により出湯温度に一時的に急激なオーバーシュート又はアンダーシュートが生じる。例えば出湯動作中に設定温度が高く変更されてバイパス弁が閉弁した場合、バイパス管合流部より上流側の高温の湯の残りが冷水と混合されずそのまま出湯されるため、出湯温度に一瞬急激なオーバーシュートを生じる。このような熱交換後の湯の急激な温度変化は、ガス量を制御しても防止できるものではないが、従来のものでは、この出湯温度に基づいてそのままＦＢ制御を加えているため、急激な温度上昇に合わせたフィードバック量となり、ガス量がマイナス側に過大に制御される。従って熱交換器に流れる水に与えられる熱量は過小となり、今度は出湯温度が急激に下がりアンダーシュートを生じる。この結果、出湯温度がハンチングして安定せず、安定するまでに時間がかかってしまう。逆に、出湯動作中に設定温度が低く変更されてバイパス弁が開弁した場合には、バイパス管合流部より上流側の低温の残り湯が冷水と混合されて出湯されるため、出湯温度に一瞬急激なアンダーシュートを生じる。従来のものでは、この出湯温度に基づいてそのままＦＢ制御を加えているため、急激な温度下降に合わせたフィードバック量となり、ガス量がプラス側に過大に制御される。従って熱交換器に流れる水に与えられる熱量は過大となり、今度は出湯温度が急激に上がりオーバーシュートを生じる。この結果、出湯温度がハンチングして安定せず、安定するまでに時間がかかってしまう。
【０００５】
このようにバイパス弁の開閉動作に伴って、出湯温度に一時的なオーバーシュート又はアンダーシュートが生じることにより、この間のＦＢ演算は適正な計算にはならず過度の値となるため、ＦＢ制御により新たなアンダーシュート又はオーバーシュートが発生するといった具合にハンチングして、出湯温度が安定するまでに時間がかかってしまうといった問題があった。
【０００６】
本発明の給湯器は上記課題を解決し、バイパス弁の開度を変化させた直後の出湯温度をはやく安定させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に記載の給湯器は、燃料ガスを燃焼するバーナと、
給水路から供給された冷水を上記バーナの燃焼熱により加熱して出湯路に供給する熱交換器と、
上記熱交換器をバイパスして上記給水路と上記出湯路とを連通するバイパス路と、
設定温度を設定するための温度設定手段と、
上記バイパス路に設けられ、上記設定温度に応じて開度を可変するあるいは開閉状態を切り換えるバイパス弁と、
器具へ供給される水の流量を検出する流量センサと、
上記出湯路の上記バイパス路との合流部より下流側で出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、
上記冷水を上記設定温度の湯にするために必要な温度上昇値と上記入水流量とに基づいて燃焼量を演算するフィードフォワード制御と、上記設定温度と上記出湯温度との偏差に基づいて上記フィードフォワード制御量を補正するフィードバック制御とにより、上記バーナの燃焼量を変化させる出湯温制御手段と
を備えた給湯器において、
上記出湯温制御手段は、出湯動作中に上記設定温度が変更されて上記バイパス弁の開度が変化した後の所定時間Ｔｏの間は、上記フィードフォワード制御のみにより温度制御するとともに、上記流量センサの検出値が小さいほど、上記フィードフォワード制御のみを行う上記所定時間Ｔｏを長くすることを要旨とする。
【０００９】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の給湯器は、フィードフォワード制御とフィードバック制御とによりバーナの燃焼量を変化させ、出湯温制御を行なう。ここで、設定温度が変更されてバイパス弁の開度が変化すると、出湯温度に一時的に急激なオーバーシュート又はアンダーシュートが生じるが、バイパス弁の開度が変化した後の所定時間Ｔｏの間は、フィードフォワード制御のみにより温度制御することにより、オーバーシュート又はアンダーシュートの影響を受けないため、出湯温度をはやく安定させることができる。
【００１０】
また、上記給湯器は、入水流量が小さい場合には流速が遅くなるため、バイパス弁の開度変化により急激なオーバーシュート又はアンダーシュートが生じた場合、その影響時間が長くなるが、流量センサの検出値が小さいほどフィードフォワード制御のみを行う所定時間Ｔｏを長くするため、異なる流量に対しても出湯温度をはやく安定させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の給湯器の好適な実施例について説明する。図１は一実施例としての給湯器の概略構成図である。給湯器は、給水路１と出湯路２とが接続される熱交換器３と、熱交換器３をバイパスするバイパス路４と、熱交換器３を流れる水を加熱するためのバーナ５と、バーナ５にガスを供給するガス供給路６と、燃焼制御を司どるコントローラ７とを備える。給水路１のバイパス路４との分岐部ａより上流側には入水流量を検出する流量センサ８と、入水温を検出する入水サーミスタ９とが設けられ、また出湯路２のバイパス路４との合流部ｂより上流側には、熱交換器３から出湯される湯温を検出する熱交換器出口サーミスタ１０が設けられ、またバイパス路４との合流部ｂより下流側には混合された湯温を検出する出湯サーミスタ１１が設けられ、更にその下流側で洗面所、シャワー等の給湯口に通じる外部給湯管１２に接続される。またバイパス路４には、流路の開閉を行なうバイパス電磁弁１３が設けられる。またガス供給路６には、流路の開閉を行なうメイン電磁弁１４、元電磁弁１５と、ガス量を調節する比例弁１６とが設けられる。
【００１２】
熱交換器出口サーミスタ１０は熱交換器３の出口近くに設けられ、その検出温度と出湯サーミスタ１１の検出温度とを比較することで、バイパス電磁弁１３の故障検知を行なうことができる。
【００１３】
コントローラ７は、図示しない周知の算術論理演算回路を構成するＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭと、各種センサからの信号を入力する入力インタフェースと、各種アクチュエータに駆動信号を出力する出力インタフェース等から構成される。またコントローラ７には、設定温度を入力するための温度設定スイッチを備えたリモコン１７が接続される。尚、図１においては、本発明の特徴となる出湯温安定制御処理に係る構成のみの入出力関係を表している。
【００１４】
コントローラ７は、リモコン１７から入力された設定温度が４８℃以上である場合にバイパス電磁弁１３を閉弁し、４８℃未満である場合にはバイパス電磁弁１３を開弁することで、熱交換器３を高温に維持しつつ低温から高温まで幅広い出湯温度を得る。またコントローラ７は、リモコン１７から入力された設定温度と入水サーミスタ９の検出温度と流量センサ８の検出流量とに基づいて、出湯温度を設定温度にするために必要なガス量を演算・制御するフィードフォワード制御（以下、ＦＦ制御と呼ぶ）と、出湯サーミスタ１１の検出温度とリモコン１７から入力された設定温度との偏差に基づいて、そのＦＦ制御量を補正するフィードバック制御（以下、ＦＢ制御と呼ぶ）とを用いて比例弁１６の開度を調節し、出湯温制御を行なう。ここで、ＦＢ制御を行なう際の出湯温度の検出は、バイパス電磁弁１３が閉じている場合には熱交換器出口サーミスタ１０により行なう。
【００１５】
尚、給湯器は、図示しないがバーナ５に点火するための点火装置や、燃焼用空気を供給するファン等を備える。
【００１６】
次に、コントローラ７の行なう出湯温安定制御処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。流量センサ８により所定値以上の通水量を検出すると（Ｓ１）、メイン電磁弁１４、元電磁弁１５を開弁してバーナ５にガスを供給し、図示しない点火装置によりバーナ５に点火して燃焼動作を開始すると共に（Ｓ２）、入水サーミスタ９の検出温度とリモコン１６から入力された設定温度とから決まる必要温度上昇値と、流量センサ８の検出流量との積に基づいたＦＦ制御と、出湯サーミスタ１１（バイパス電磁弁１３閉弁時には熱交換器出口サーミスタ１０）の検出した出湯温度と、リモコン１７から入力された設定温度との偏差に基づいたＦＢ制御とにより比例弁１６の開度を調節し、出湯温制御を行なう（Ｓ３）。ここで、設定温度が変更された場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、バイパス電磁弁１３の開閉状態を切り換えるほどの温度変更であるかどうかをチェックする（Ｓ５）。バイパス電磁弁１３の開閉状態を切り換える温度変更でない場合、つまり４８℃をまたいだ温度変更でない場合には（Ｓ５：ＮＯ）、変更された設定温度に基づいたＦＦ制御とＦＢ制御とにより出湯温制御を行なう（Ｓ３）。一方、バイパス電磁弁１３の開度を変化させる温度変更であった場合、つまり４８℃をまたいだ温度変更であった場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、流量センサ８により入水流量が４リットル／分以上であるかどうかをチェックする（Ｓ６）。入水流量が４リットル／分以上であった場合、タイマ時間ｔを２秒間とし（Ｓ７）、また入水流量が４リットル／分未満であった場合、タイマ時間ｔを４秒間として（Ｓ８）、動作直後のタイマ時間の間ＦＢ制御を禁止し、ＦＦ制御のみで出湯温制御を行なう（Ｓ９）。タイマ時間の終了後、ＦＢ制御とＦＦ制御とによる出湯温制御を再開する（Ｓ３）。
【００１７】
このような制御を行なうことによる出湯温度の変化を図３のグラフに示す。出湯動作中に設定温度が高く変更されてバイパス電磁弁１３が閉弁すると、バイパス路４との合流部ｂより上流側出湯路２に残った高温の湯が、冷水と混合されずに直接出湯されるため、出湯温度に一瞬急激なオーバーシュートが生じる。そのためＦＢ制御を行なった場合、点線ａに示すようにオーバーシュートに合わせてＦＢ制御量が過小となり、今度は出湯温度が急激に下がりアンダーシュートを生じ、出湯温度がハンチングしてしまう。しかし、本実施例の給湯器の場合には、バイパス電磁弁１３の開閉動作からタイマ時間はＦＦ制御のみにより出湯温制御を行なうため、急激なオーバーシュート時にも一定量のガスを供給するため、出湯温度をはやく安定させる。また、出湯動作中に設定温度が低く変更されてバイパス電磁弁１３が閉弁した場合には、一瞬急激なアンダーシュートが生じるが、同様にＦＦ制御のみにより出湯温制御を行なうため、出湯温度をはやく安定させることができる。
【００１８】
以上説明したように本実施例の給湯器によれば、設定温度が変更されたことによるバイパス電磁弁１３の開閉動作後の所定のタイマ時間はＦＢ制御を禁止し、ＦＦ制御のみにより出湯温制御を行なうため、バイパス電磁弁１３の開閉動作により出湯温度に急激なアンダーシュート又はオーバーシュートが生じても、ＦＦ制御により入水流量と入水温度と設定温度とに基づいた比例弁開度を制御するため、出湯温度をはやく安定させることができる。また、バイパス電磁弁１３の開度変化時の入水流量が４リットル／分以上であるかどうかにより、ＦＢ制御を禁止するタイマ時間を変えることで、流量が少なく流速が遅いためアンダーシュート又はオーバーシュートの発生時間が長い場合にもタイマ時間が対応し、出湯温度をはやく安定させることができる。また、ＦＢ制御を行なう際の出湯温度の検出を、バイパス電磁弁１３が閉じている場合には熱交換器出口サーミスタ１０により行なうことで、制御遅れを小さくすることができる。
【００１９】
尚、本実施例において、フィードフォワード制御はリモコン１７から入力された設定温度と入水サーミスタ９の検出温度と流量センサ８の検出流量とに基づいて行なったが、入水サーミスタ９を備えていない場合でも、点火開始直後の熱交換器出口サーミスタ１０の検出値、もしくは出湯サーミスタ１１の検出値の温度勾配から最小値を導き、その値を入水温度と推定したり、また入水温度を固定値としたりすること等によりフィードフォワード制御を行なってもよい。また本実施例において、バイパス電磁弁１３は単に流路の開閉のみを行なうものであるが、段階的あるいは連続的に開度を変えるもの、例えば設定温度が高いほどバイパス開度を狭くするようなものであってもよい。また本実施例において、入水流量が４リットル／分以上であるかどうかでタイマ時間を変えているが、更に細かく区分してもよい。
【００２０】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１に記載の給湯器によれば、バイパス弁の開度が変化した後の所定時間Ｔｏの間は、フィードフォワード制御のみにより温度制御することにより、アンダーシュートやオーバーシュートが発生しても影響されないため、出湯温度をはやく安定させることができる。
【００２２】
更に、上記給湯器によれば、流量センサの検出量が小さいほどフィードフォワード制御のみを行う所定時間Ｔｏを長くすることで、異なる流量に対しても出湯温度をはやく安定させるため、流量の違いによって出湯温度が安定しなくなるといったことを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例としての給湯器の概略構成図である。
【図２】コントローラの行なう出湯温安定制御処理を表すフローチャートである。
【図３】出湯温度変化を表すグラフである。
【符号の説明】
１…給水路、  ２…出湯路、  ３…熱交換器、  ４…バイパス路、
５…バーナ、  ６…ガス供給路、  ７…コントローラ、  ８…流量センサ、
９…入水サーミスタ、  １０…熱交換器出口サーミスタ、
１１…出湯サーミスタ、  １３…バイパス電磁弁、  １６…比例弁、
１７…リモコン。
【図１】
0003748464.tif 000002
【図２】
0003748464.tif 000003
【図３】
0003748464.tif 000004