JP2908264B2 - 一缶二水路式給湯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一缶二水路式の給湯装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】給湯装置において、設定された温度通り
の湯を供給するためには、入水温度Ｔc、設定温度Ｔs及
び給湯量Ｑより算出される Ｆ1＝（Ｔs−Ｔc）×Ｑ×Ｃ …（１） なる熱量Ｆ1（フィードフォワード熱量）を入水に与え
ればよい。ここでＣは定数である。

【０００３】しかし実際には出湯温度は周囲温度等によ
り変動するため、実際の出湯温度Ｔhを検出し、設定温
度Ｔsと実出湯温度Ｔhとの差（Ｔs−Ｔh）に基づいて加
熱量の補正を行なう。すなわち、加熱量Ｆを Ｆ＝Ｆ1×αFB ＝｛（Ｔs−Ｔc）×Ｑ×Ｃ｝×αFB …（２） で算出する。ここで、αFBはフィードバック補正係数で
あり、例えばＰＩＤ制御を行なう場合には、 αFB＝ｆPID（（Ｔs−Ｔh）／（Ｔs−Ｔc）） …（３） で算出される値αFBを使用し、フィードフォワード算出
値Ｆ1と実出力との差に基づいて補正を行なう場合に
は、 αFB＝Ｆ値／Ｑ（Ｔh−Ｔc） …（４） で算出される値αFBを使用する。なお、このほかにも種
々のフィードバック補正方法があり、例えば、フィード
バック加熱量ＦB（正又は負）を算出してフィードフォ
ワード加熱量に加える（すなわち、Ｆ＝ＦF＋ＦB）よう
にしてもよい。

【０００４】しかし、いずれの方法であれ、フィードバ
ック補正は過去の状態に基づいて次の状態を制御するも
のであるため、出湯開始直後は、それ以前の状態という
ものが無く、フィードバック補正係数αFB（又はＦB）
を正しく算出することができない。そこで、定常状態に
おいて算出されるフィードバック補正係数の値を逐次記
憶しておき、出湯開始直後は、直前の定常状態において
記憶されたフィードバック補正係数を読み出して、それ
を初期値として用いるという学習制御が行なわれてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】フィードフォワード熱
量の算出式である式（１）の係数Ｃは、定常状態におい
て設定温度Ｔs通りの湯が供給されるように設定されて
いるため、本来、定常状態に達した時点ではフィードバ
ック補正係数αFBは１である（又はＦB＝０である）は
ずである。しかし、器具毎の熱交換器の熱効率の違い、
最大・最小ガス圧の設定の違い、使用ガス成分の違い等
により、補正係数αFBは定常状態であっても器具毎に異
なった値をとるのが一般的である。逆に言うと、定常状
態における補正係数αFBはこれらのファクタを補正する
ものである。

【０００６】一方、一缶二水路式給湯装置では１個の熱
交換器に給湯水路と風呂の追焚のための追焚水路とが設
けられており、いずれか一方のみの加熱が行なわれるこ
ともあれば、給湯加熱と追焚加熱が同時に行なわれる場
合もある。給湯加熱のみが行なわれる場合はもちろん、
給湯加熱と追焚加熱の双方が同時に行なわれる場合にも
上記式（３）又は（４）に基づくフィードバック制御が
行なわれるが、給湯加熱のみの場合には、定常状態では
上記の通り補正係数αFBの値は熱交換器の熱効率の違い
等のファクタのみに依存するのに対し、給湯加熱と同時
に追焚加熱も行なわれている場合には、補正係数αFBは
それらのファクタに加えて風呂水の温度Ｔf等によって
も影響される。このようなファクタを含んだ補正係数α
FBを学習制御により、次回、給湯加熱だけを行なう際に
使用すると、誤った制御が行なわれ、出湯温度のオーバ
ーシュートやアンダーシュートが生じる。

【０００７】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、一缶二
水路式の給湯装置において、フィードバック補正係数の
学習制御を正しく行なうようにした給湯装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記課題
を解決するために成された本発明は、給湯側水路と追焚
側水路とを同一の熱交換器に設けた一缶二水路式給湯装
置において、 a)設定温度と入水温度との差及び給湯水量より算出され
るフィードフォワード加熱量に、実際の出湯温度に基づ
くフィードバック補正を加えて最終加熱量を決定する加
熱量算出手段と、 b)現在の加熱状態を検出する加熱状態検出手段と、 c)各加熱状態に対応するフィードバック補正値を記憶す
る複数の部分記憶領域を備えた補正値記憶領域と、 d)各時点のフィードバック補正値を、現在の加熱状態に
対応する部分記憶領域に格納する学習手段と、 e)新しい加熱状態が開始した時、その加熱状態に対応す
るフィードバック補正値を対応する部分記憶領域から読
み出し、フィードバック補正値の初期値として加熱量算
出手段に与える読出手段と、を備えることを特徴とす
る。

【０００９】ここで、一つの例としては、補正値記憶領
域には給湯単独加熱状態のフィードバック補正値を記憶
する部分記憶領域と、給湯・追焚同時加熱状態のフィー
ドバック補正値を記憶する部分記憶領域とを設けるよう
にする。

【００１０】従来の学習制御では、給湯加熱と追焚加熱
が同時に行なわれている状態で一旦加熱が終了した場
合、その時点でのフィードバック補正値が記憶され、次
に給湯だけで加熱が開始された場合でも、同時加熱状態
で学習されたフィードバック補正値が読み出されて給湯
単独加熱のためのフィードバック補正値の初期値として
使用される。この場合、次のような問題が生じる。例え
ば同時加熱の際に風呂水の温度が非常に低かったとする
と、フィードバック補正値はフィードフォワード加熱量
を増加させるような値となっている。このような補正値
を給湯単独加熱の開始時にそのまま用いると初期加熱量
が過大となり、出湯温度がオーバーシュートする。それ
に対し、本発明に係る給湯装置では異なった加熱状態で
の学習値を使用せず、前回の同じ加熱状態で記憶された
フィードバック補正値を読み出して初期値とするため、
このような問題が生じず、正しい制御を開始することが
できる。

【００１１】もう一つの例としては、補正値記憶領域に
給湯単独加熱状態のフィードバック補正値を記憶する部
分記憶領域を設け（給湯・追焚同時加熱状態のフィード
バック補正値用の部分記憶領域は設けても設けなくても
よい）、給湯・追焚同時加熱状態が開始した時には読出
手段は給湯単独加熱状態のフィードバック補正値を読み
出して初期値とする。

【００１２】一般に追焚加熱の方では精密な加熱制御が
行なわれないことが多い。この場合、給湯加熱と追焚加
熱を同時に行なう際にも、全体としての加熱量に関して
は十分精密なフィードバック制御が行なわれているとは
言い難い。従って、同じ給湯・追焚同時加熱状態と言っ
ても前回と今回とでは種々の細かい違いがあり、前回の
学習値をそのまま用いても十分な制御が開始できる保証
はない。それよりも、十分精密な制御が行なわれている
前回の給湯単独加熱状態で得られたフィードバック補正
値を使用する方が正しい制御を開始することができるた
めである。

【００１３】なお、学習手段は、各加熱状態において出
湯温度が安定した後にフィードバック補正値を対応部分
記憶領域に格納することが望ましい。

【００１４】出湯温度が安定する前のフィードバック補
正値を格納し、その時点で加熱状態が終了した場合に
は、非定常状態のフィードバック補正値が部分記憶領域
に格納されることとなる。非定常状態は時々刻々と変化
するものであるため一般性がなく、たとえ同じ加熱状態
（例えば給湯単独加熱又は給湯・追焚同時加熱等）で用
いたとしても、その加熱状態の中での状況が異なるため
に正しい制御が行なえないためである。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例である一缶二水路式給湯装
置を図１により説明する。本給湯装置１１は一缶二水路
式であるため、１個の熱交換器１２に給湯水路１３と追
焚水路２０の２本の水路が設けられている。給湯水路１
３は入水口１５と出湯口１６とに接続され、追焚水路２
０は浴槽１９の吸入口と吐出口とに接続される。給湯水
路１３には入水温度センサ３１、流量センサ３２及び出
湯温度センサ３３が設けられ、追焚水路２０には循環ポ
ンプ２１、風呂温度センサ３４及び水流スイッチ３６が
設けられている。

【００１６】熱交換器１２を加熱するバーナ２２の燃料
管２３には開閉弁２４及び比例弁２５が設けられてい
る。比例弁２５は外部からの信号に応じて燃料の流量を
調節する流量制御弁である。バーナ２２の近傍にはファ
ン２６が設けられ、バーナ２２の燃焼に必要な空気を供
給する。

【００１７】これら各センサ３１、３２、３３、３４か
らの温度や流量の信号Ｔc、Ｑ、Ｔh、Ｔf及び水流スイ
ッチ３６のＯＮ／ＯＦＦ信号は制御部５０に入力され
る。また、制御部５０には追焚スイッチ４１、出湯温度
設定部４２及び風呂温度設定部４３が接続され、それぞ
れより、追焚ＯＮ／ＯＦＦ、設定出湯温度Ｔs、設定風
呂温度Ｔfsの各信号が入力される。そして、制御部５０
からは循環ポンプ２１にポンプ作動信号が、開閉弁２４
に弁開閉信号が、比例弁２５に弁開度信号が、そしてフ
ァン２６にファン作動信号がそれぞれ送出される。

【００１８】制御部５０はＲＯＭ、ＲＡＭを備えたコン
ピュータにより構成されており、予めＲＯＭに格納され
たプログラムに従って次のような制御を行なう。以下、
制御部５０の行なう加熱制御処理を図３〜図７により説
明する。なお、以下の処理において制御部５０は機能的
には図２に示すように構成される。

【００１９】制御部５０は一定の短い時間毎に図３に示
すような加熱状態検出処理を行なう。加熱状態は図４に
示すように、給湯加熱の有無、追焚加熱の有無により４
種の状態を取り得る。給湯加熱については、流量センサ
３２で検出される給湯水路１３の水量Ｑが所定の最低量
Ｑmin以上であり、且つ、上記（１）式で算出されるフ
ィードフォワード加熱量Ｆ1が所定の最低量Ｆ1min以上
である場合に給湯加熱有りと判断される。追焚加熱に関
しては、追焚水路２０に設けられた水流スイッチ３６が
ＯＮとなっている時に追焚加熱有りと判断される。水流
スイッチ３６がＯＮとなるのは、循環ポンプ２１が運転
されており、且つ、浴槽１９内の吸入口以上に水が存在
する場合であるが、この循環ポンプ２１の運転制御につ
いて図６により説明する。

【００２０】使用者が追焚スイッチ４１を操作すると、
その信号は割り込みにより制御部５０に入力され、制御
部５０は図６の処理を開始する。まず、制御部５０は循
環ポンプ２１を作動させる（ステップＳ５１）。浴槽１
９内の吸入口以上に水があるときはこれにより水流スイ
ッチ３６がＯＮとなるが、吸入口まで水がない場合には
水流スイッチ３６がＯＮとならず、空運転を防止するた
めに循環ポンプ２１は停止される（ステップＳ５２→Ｓ
５５）。水流スイッチ３６がＯＮとなったときは、次
に、風呂温度センサ３４で検出される風呂温度Ｔfが設
定風呂温度Ｔfsから所定値βを減じた値（Ｔfs−β）以
上であるか否かが判定され（ステップＳ５３）、Ｔf≧
（Ｔfs−β）であるときは追焚加熱は不要であるため、
循環ポンプ２１は停止される。Ｔf＜（Ｔfs−β）であ
るときは、Ｔf≧Ｔfsとなるまで循環ポンプ２１が運転
される（ステップＳ５４）。このように、追焚水路２０
における浴槽水の循環は、追焚加熱が必要な場合のみ行
なわれるため、浴槽水が循環され、水流スイッチ３６が
ＯＮとなっている間は常に追焚加熱を行なうのである。

【００２１】上記手順により現在の加熱状態を検出した
（ステップＳ１及び図２の加熱状態検出部５６）後、各
加熱状態（Ｋ10、Ｋ01、Ｋ11）に応じた加熱制御を行な
う（ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４）。まず、給湯単独加熱
の場合の加熱制御（ステップＳ２）の手順を図５（ａ）
により説明する。最初に、現在の加熱状態（給湯単独加
熱Ｋ10）は、直前の加熱状態から変化したものであるか
否かを判定する（ステップＳ２１）。例えば、今回の本
ルーチンの実行の前に追焚が行なわれておらず、直前に
出湯弁１７が開かれて初めてＱ≧Ｑmin且つＦ1≧Ｆ1min
となった場合には、加熱状態はＫ00からＫ10に変化した
ことになる。制御部５０は状態変数Ｋ（Ｋ00、Ｋ10等）
により今回状態が変化したことを検出すると、現状態Ｋ
10に対応するフィードバック補正値αFBをメモリから読
み出す（ステップＳ２３及び図２のＦＢ学習値選択部５
７）。図２に示す通り、メモリ６０には給湯単独加熱
（Ｋ10）時と給湯・追焚同時加熱（Ｋ11）時のフィード
バック補正値（ＦＢ学習値）をそれぞれ記憶する領域５
８、５９が設けられており、後述するように、各フィー
ドバック補正値αFBは加熱状態が安定した時にＦＢ学習
値としてこれら領域５８、５９に記憶される。なお、直
前の状態がＫ00（非加熱）である場合には、ここで開閉
弁２４の開放及びバーナ２２の着火も行なう。

【００２２】このように、加熱状態が変化した直後は、
ステップＳ２３において現状態に対応するフィードバッ
ク補正値αFBをメモリ５８から読み出した後、ステップ
Ｓ２６に進んで上記フィードフォワード加熱量Ｆ1（演
算は、図２の給湯熱量演算部５１による）にフィードバ
ック補正値αFBを乗じて最終加熱量Ｆを算出し（図２の
乗算オペレータ５４による）、その加熱量Ｆに応じた開
度信号を比例弁２５に送ってバーナ２２の燃焼制御を行
なう（ステップＳ２７）。

【００２３】それ以降、この給湯単独加熱状態が継続す
る場合はステップＳ２１において状態変化なしと判定さ
れるためステップＳ２２に進み、現在の加熱状態が安定
しているか否かが判定される（図２の安定状態判定部６
１）。加熱状態の安定は、例えば、出湯温度Ｔhの変動
が過去数秒間１℃以内である（時間の経過はタイマ６２
による）等の条件により判定することができる。加熱開
始直後等で加熱状態が安定していない場合はステップＳ
２６、Ｓ２７に進み、上記の通りステップＳ２３で読み
出したフィードバック補正値αFBを用いて最終加熱量Ｆ
を算出し、比例弁制御を行なう。

【００２４】加熱状態が安定した場合にはステップＳ２
４に進み、現在の状態に基づいてフィードバック補正値
αFBを算出する（ステップＳ２４及び図２のＦＢ演算部
５５）。フィードバック補正値αFBの算出には上記
（３）、（４）式等を用いることができる。こうして算
出した現時点でのフィードバック補正値αFBをメモリ６
０の現加熱状態に対応する記憶領域５８にＦＢ学習値と
して格納する（ステップＳ２５）とともに、最終加熱量
Ｆ算出のために使用する（ステップＳ２６）。従って、
安定状態に入った後は、通常のフィードバック制御が行
なわれる。

【００２５】なお、上記の例では加熱の安定状態を１種
のみ設定し、その安定状態になるまでは学習値αFBを使
用し、安定状態に入った時点で初めて現状態のフィード
バック補正値を算出するとともに、その値を学習値とし
てメモリ５８に格納するようにしていたが、安定状態を
２種に分けて、これらを別個に行なうようにしてもよ
い。すなわち、最初の（低度の）安定状態に達した時点
でメモリから読み出した学習値の使用を止め、現状態の
フィードバック補正値の算出を開始して最終加熱量Ｆの
算出に使用するようにし、次の（高度の）安定状態に達
した時点で算出フィードバック補正値をメモリに学習値
として格納するようにしてもよい。

【００２６】給湯加熱と追焚加熱の双方が行なわれる同
時加熱状態（Ｋ11）における加熱制御（ステップＳ２）
の手順を図５（ｂ）により説明する。この場合において
も基本的な手順はほぼ上述の給湯単独加熱制御と同様で
あり、別の状態からこの状態に変化した直後はメモリ６
０の対応する領域５９からＦＢ学習値αFBを読み出し
て、最終加熱量Ｆの算出（ステップＳ３６）に使用す
る。なお、同時加熱状態におけるフィードフォワード加
熱量は給湯単独加熱量Ｆ1に追焚加熱量Ｆ2（図２の追焚
熱量演算部５２による）を加えたもの（熱量演算部５３
による）であるが、追焚加熱量Ｆ2は一定値としてもよ
いし、図７に示すように給湯号数に応じた値を決定する
ようにしてもよい。図７の方法では、ＲＯＭに記憶され
ている風呂温度Ｔf＝４５℃の線とＴf＝１０℃の線に基
づいて現在の風呂温度（図７ではＴf＝４０℃としてい
る）の線（点線）を補間作成（又は補外作成）し、その
線に現在の給湯号数（給湯加熱のフィードフォワード加
熱量Ｆ1相当値）を当てはめることにより追焚加熱量
（風呂号数）Ｆ2を求める。

【００２７】同時加熱状態においても、加熱が安定した
時点で現状態を反映したフィードバック補正値αFBを算
出してフィードフォワード加熱量（Ｆ1＋Ｆ2）に乗ずる
（ステップＳ３６）と共に、その値をメモリ６０の対応
記憶領域５９に格納する（ステップＳ３５）。

【００２８】追焚単独加熱状態（Ｋ01）では上記の通
り、一定の号数で加熱を行なったり、風呂温度Ｔfに応
じて加熱量を増減させる等の方法で加熱を行なうが、い
ずれにせよフィードバック補正は行なわず、上記学習制
御も行なわないため、詳細な説明は省略する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である一缶二水路式給湯装
置の概略構成図。

【図２】 実施例の給湯装置の制御部の機能的構成を示
すブロック図。

【図３】 加熱制御処理の全体の流れを示すフローチャ
ート。

【図４】 実施例の４種の加熱状態を示す表。

【図５】 給湯単独加熱状態での加熱制御処理のフロー
チャート（ａ）、及び給湯・追焚同時状態での加熱制御
処理のフローチャート（ｂ）。

【図６】 循環ポンプ運転制御のフローチャート。

【図７】 追焚加熱量決定の一方法を示すグラフ。

【符号の説明】

１１…給湯装置本体 １２…熱交換器 １３…給湯水路 １５…入水口 １６…出湯口 １７…出湯弁 １９…浴槽 ２０…追焚水路 ２１…循環ポンプ ２４…開閉弁 ２５…比例弁 ３１…入水温度センサ ３２…流量センサ ３３…出湯温度センサ ３４…風呂温度センサ ３６…水流スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 哲朗 神戸市東灘区魚崎浜町43番１号 日本ユ プロ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−217051（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24H 1/00 604

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給湯側水路と追焚側水路とを同一の熱交
   換器に設けた一缶二水路式給湯装置において、 a)設定温度と入水温度との差及び給湯水量より算出され
   るフィードフォワード加熱量に、実際の出湯温度に基づ
   くフィードバック補正を加えて最終加熱量を決定する加
   熱量算出手段と、 b)現在の加熱状態を検出する加熱状態検出手段と、 c)各種加熱状態に対応するフィードバック補正値を記憶
   する部分記憶領域を備えた補正値記憶領域と、 d)各時点のフィードバック補正値を、現在の加熱状態に
   対応する部分記憶領域に格納する学習手段と、 e)新しい加熱状態が開始した時、その加熱状態に対応す
   るフィードバック補正値を対応する部分記憶領域から読
   み出し、フィードバック補正値の初期値として加熱量算
   出手段に与える読出手段と、 を備えることを特徴とする一缶二水路式給湯装置。
2. 【請求項２】 補正値記憶領域が、給湯単独加熱状態の
   フィードバック補正値を記憶する部分記憶領域と、給湯
   ・追焚同時加熱状態のフィードバック補正値を記憶する
   部分記憶領域とを備えている請求項１記載の一缶二水路
   式給湯装置。
3. 【請求項３】 補正値記憶領域が給湯単独加熱状態のフ
   ィードバック補正値を記憶する部分記憶領域を備えてお
   り、給湯・追焚同時加熱状態が開始した時には読出手段
   は給湯単独加熱状態のフィードバック補正値を読み出し
   て初期値とする請求項１記載の一缶二水路式給湯装置。
4. 【請求項４】 学習手段は、各加熱状態において出湯温
   度が安定した後にフィードバック補正値を対応部分記憶
   領域に格納する請求項１〜３のいずれかに記載の一缶二
   水路式給湯装置。