JP3922792B2 - Water heater and control method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出湯中に設定温度を変更し得る給湯器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の給湯器は、出湯開始後の数秒間は入水温度、設定温度等を基にしたフィードフォワード制御によって燃焼部へ供給するガス量を制御し、その後は、出湯温度に基づくフィードバック制御とフィードフォワード制御と併用した制御方法でガス量の制御を行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガス量の変化が出湯温度の変化として現れるまでにはある程度の時間遅れがあり、またガス量をステップ状に変更しても出湯温度は所定の時定数に従って除々に変化するので、出湯中に設定温度を変更すると、フィードバック制御が効きすぎてしまう。このため、変更後の設定温度に安定するまでに、出湯温度が当該設定温度に対してオーバーシュートしたり、アンダーシュートするとともに、変更後の設定温度に湯温が安定するまでに時間がかかるという問題があった。
【0004】
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、出湯中に設定温度が変更されたとき、変更後の設定温度に対するオーバーシュートやアンダーシュートを少なく抑え、短時間のうちに出湯温度を変更後の設定温度に安定させ得る給湯器およびその制御方法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
[1]出湯中に設定温度を変更し得る給湯器において、
燃焼部(11)へ供給するガス量をフィードフォワード制御する第1の燃焼制御手段(21)と、燃焼部(11)へ供給するガス量を少なくとも出湯温度に基づくフィードバック制御を伴う所定の制御方法で制御する第2の燃焼制御手段(22)と、前記燃焼部(11)へ供給するガス量の制御を前記第1の燃焼制御手段(21)と前記第2の燃焼制御手段(22)のうちのいずれの制御手段で行うかを切り替える切替手段(23)と、前記第1の燃焼制御手段(21)が前記燃焼部(11)へ供給するガス量をフィードフォワード制御する際のガス量の変更特性を設定する変更特性設定手段(25)とを備え、
前記切替手段(23)は、出湯中に設定温度が変更されたとき、前記燃焼部(11)へ供給するガス量の制御手段を前記第1の燃焼制御手段(21)に切り替えるとともにその後所定の復帰条件が成立したときガス量の制御手段を前記第2の燃焼制御手段(22)に戻し、
前記変更特性設定手段(25)は、出湯中に設定温度が変更されたとき、現在のガス量から変更後の設定温度で定常運転するための目標ガス量の存する方向に当該目標ガス量を越えて変化させたガス量を初期値とし、当該初期値から次第に前記目標ガス量に近づくように変化する特性を前記ガス量の変更特性として設定し、
前記第1の燃焼制御手段(21)は、出湯中に設定温度が変更された時点から前記変更特性設定手段(25)の設定した前記変更特性に従って前記燃焼部(11)へ供給するガス量をフィードフォワード制御し、
フィードバック制御とフィードフォワード制御とを適切に組み合わせて短時間のうちに出湯温度を変更後の設定温度に安定させることができるようにしたことを特徴とする給湯器。
【0006】
[2]前記変更特性設定手段(25)は、変更前の設定温度と変更後の設定温度との温度差に基づいて前記変更特性を設定することを特徴とする[1]記載の給湯器。
【0007】
[3]前記切替手段(23)は、前記第1の燃焼制御手段(21)に切り替えてから所定時間が経過したとき前記復帰条件が成立したものとして前記燃焼部(11)へ供給するガス量の制御手段を前記第2の燃焼制御手段(22)に戻すことを特徴とする[1]または[2]記載の給湯器。
【0008】
[4]前記切替手段(23)は、前記燃焼部(11)へ供給するガス量と前記目標ガス量との差が所定値以内になったとき前記復帰条件が成立したものとして前記燃焼部(11)へ供給するガス量の制御手段を前記第2の燃焼制御手段(22)に戻すことを特徴とする[1]または[2]記載の給湯器。
【0009】
[5]前記変更特性設定手段(25)は、出湯温度がオーバーシュートまたはアンダーシュートすることなく設定温度に最も速く到達するように前記ガス量の変更特性を設定することを特徴とする[1]、[2]、[3]または[4]記載の給湯器。
【0010】
[6]出湯中に設定温度を変更し得る給湯器の制御方法において、
出湯中に設定温度が変更されたとき、現在のガス量から変更後の設定温度で定常運転するための目標ガス量の存する方向に当該目標ガス量を越えて変化させた所定のガス量を初期値とし、燃焼部(11)へ供給するガス量を前記初期値から次第に前記目標ガス量に近づくように変化する変更特性に基づきフィードフォワード制御するとともに、所定の復帰条件が成立したとき前記燃焼部(11)へ供給するガス量の制御を前記フィードフォワード制御から少なくとも出湯温度に基づくフィードバック制御を伴った所定の制御に戻すことを特徴とする給湯器の制御方法。
【0011】
前記本発明は次のように作用する。
本給湯器は、燃焼部(11)へ供給するガス量をフィードフォワード制御する第1の燃焼制御手段(21)と、燃焼部(11)へ供給するガス量を少なくとも出湯温度に基づくフィードバック制御を伴う所定の制御方法で制御する第2の燃焼制御手段(22)とを備えており、出湯開始後、湯温が安定した後の定常状態では、第2の燃焼制御手段(22)によるフィードバック制御を伴った燃焼制御でガス量を調整する。
【0012】
かかる定常状態での出湯中に設定温度が変更されると、切替手段(23)は、燃焼部(11)へ供給するガス量の制御手段を第1の燃焼制御手段(21)に切り替える。また、変更特性設定手段(25)は、出湯中に設定温度が変更されると、現在のガス量から変更後の設定温度で定常運転するための目標ガス量の存する方向に当該目標ガス量を越えて変化させたガス量を初期値とし、当該初期値から次第に目標ガス量に近づくように変化する特性を、第1の燃焼制御手段(21)がフィードフォワード制御する際のガス量の変更特性として設定する。
【0013】
第1の燃焼制御手段(21)は、出湯中に設定温度が変更された時点から、変更特性設定手段(25)によって設定された変更特性に従って燃焼部(11)へ供給するガス量をフィードフォワード制御し、切替手段(23)は、その後所定の復帰条件が成立したときガス量の制御手段を第2の燃焼制御手段(22)に戻す。
【0014】
このように、設定温度が変更された時点から一定期間が経過するまで、フィードフォワード制御によってガス量を調整するとともに、そのときのガス量を、当初、変更後の設定温度に対応した目標ガス量を越える値まで一気に変動させた後、次第に目標ガス量に近づけるように変化させるので、オーバーシュートやアンダーシュートすることなく、短時間のうちに出湯温度を変更後の設定温度に安定させることができる。
【0015】
フィードフォワード制御中におけるガス量の変更特性は、変更前の設定温度と変更後の設定温度との温度差に基づいて設定される。これにより、変更前後の温度差に応じて最適な変更特性を設定することができ、設定温度の変更幅にかかわらず、出湯温度を変更後の設定温度に素早く追従させることができる。
【0016】
切替手段(23)は、第1の燃焼制御手段(21)に切り替えてから所定時間が経過したとき、燃焼部(11)へ供給するガス量の制御手段を第2の燃焼制御手段(22)に戻す。このように経過時間を基準にするので、第2の燃焼制御手段(22)への切り替えを容易に行うことができる。
【0017】
また切替手段(23)は、燃焼部(11)へ供給するガス量と目標ガス量との差が所定値以内になったとき、復帰条件が成立したものとして燃焼部(11)へ供給するガス量の制御手段を第2の燃焼制御手段(22)に戻す。たとえば、供給するガス量と目標ガス量との差が、設定温度を変更する前のガス量と目標ガス量との差の5パーセント以内に入ったとき、第2の燃焼制御手段(22)に切り替える。
【0018】
このように、ほぼ目標ガス量に近づいた段階では、出湯温度も概ね変更後の設定温度に近づいているので、以後、フィードバック制御を伴う燃焼制御に切り替えても、その後、出湯温度が大きく変動するようなことはない。また、目標ガス量にほぼ近づいた段階でフィードバック制御を加えるので、実際の出湯温度を設定温度に早期かつ確実に一致させることができる。
【0019】
なお、変更特性設定手段(25)は、出湯温度がオーバーシュートまたはアンダーシュートすることなく設定温度に最も速く到達するようにガス量の変更特性を設定するようになっている。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。
各図は、本発明の一実施の形態を示している。
図2に示すように、給湯器10は、バーナー11と、当該バーナー11の上方に配置された熱交換器12を備えており、熱交換器12の入側には、給水管13が、熱交換器12の出側には給湯管14がそれぞれ接続されている。給湯管14の先には図示しない水栓が取り付けられている。
【0021】
給水管13の途中には、通水の有無および通水量を検出するためのフローセンサ15と、熱交換器12へ流れ込む加熱前の給水の温度を検出する入水温度センサ16が取り付けられている。また給湯管14のうち熱交換器12の近傍箇所には、熱交換器12で加熱された後の湯温を検出する出湯温度センサ17を設けてある。バーナー11に通じるガス供給管18の途中には、バーナー11に供給するガス量を調整するためのガス比例弁19が取り付けられている。
【0022】
給湯器10は、給湯動作を制御するための各種の回路部品を搭載した制御部20を有している。当該制御部20には、フローセンサ15、入水温度センサ16、出湯温度センサ17、ガス比例弁19などのほか、出湯温度の設定や、給湯器10自体の運転のオンオフ等の操作を使用者から受け付けるためリモコン40が接続されている。
【0023】
図1は、制御部20の回路構成の概要を表したものである。制御部20は、フィードフォワード制御によってバーナー11へ供給するガス量を制御する第1の燃焼制御手段21と、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用してバーナー11へ供給するガス量を制御する第2の燃焼制御手段22と、バーナー11へ供給するガス量を第1の燃焼制御手段21と第2の燃焼制御手段22のうちのいずれの制御手段で制御するかを切り替える切替手段23とを有している。
【0024】
切替手段23は、出湯開始からの所定時間と出湯中に設定温度が変更された以後の所定期間については第1の燃焼制御手段21によってガス量が制御され、他の期間は第2の燃焼制御手段22によってガス量が制御されるようにこれら制御手段を切り替えるものである。すなわち、切替手段23は、要求熱量が大きく変化するときは第1の燃焼制御手段21を、要求熱量があまり変化しない定常運転時には第2の燃焼制御手段22を選択するようになっている。また切替手段23には、第1の燃焼制御手段21に切り替えてからの経過時間を測るためのタイマ24が接続されている。
【0025】
第1の燃焼制御手段21に接続されている変更特性設定手段25は、出湯中に設定温度が変更されたとき、その後バーナー11がフィードフォワード制御によってガス量をどのように変化させるべきかを表す変更特性を決定する回路部分である。変更特性設定手段25は、設定温度が変更されたとき、変更前後の設定温度の変更幅に応じた変更特性を選択するようになっている。データ格納部26には、各変更幅ごとの変更特性が予め登録されている。
【0026】
リモコン40は、設定温度の変更操作を行うための温度設定スイッチ41を有している。このほかリモコン40は、図示しない各種の操作スイッチや、設定温度、運転状況、エラー情報などを表示するための表示部を備えている。
【0027】
図3は、変更特性設定手段25の有するデータ格納部26に格納されている変更特性データの一部をグラフ化して表したものである。同図の横軸は、設定温度が変更された後の時間を示し、縦軸は設定温度を変更する直前のガス量(GF1)を基準とした際のガス量の変化量を示している。
【0028】
実線で示した変更特性51は設定温度の変更幅が+10℃の場合を、点線で示した変更特性52は変更幅が+8℃の場合を、2点破線で示した変更特性53は変更幅が+6℃の場合を、1点破線で示した変更特性54は変更幅が+4℃の場合をそれぞれ示している。各変更特性51〜54がほぼ横軸と並行になった際のガス量51a〜54aは、変更後の設定温度で定常運転する際に必要なガス量(目標ガス量GF2)と変更直前のガス量(GF1)との差分を示している。
【0029】
このように、絶対温度に依存することなく、設定温度の変化幅をパラメータとして変更特性を記憶しているので、記憶するデータ量を少なく抑えることが可能になっている。これらガス量の変更特性は、出湯中に設定温度が変更された際に、オーバーシュートやアンダーシュートすることなく最も短時間で出湯温度が変更後の設定温度に移行するように定めた特性であり、運転試験を繰り返すことで求めたものである。なお、図3では、設定温度を高める場合を示したが、設定温度を下げる場合の変更特性は、図3に示したものと時間軸を中心として略上下対称な形状を成している。
【0030】
次に作用を説明する。
図4は、出湯中に設定温度が変更された際に制御部20の行う動作の流れを示している。出湯開始から一定時間が経過するまでは、第1の燃焼制御手段21によってガス量が制御され、その後は、湯温が安定し要求熱量が大幅に変化しないので、第2の燃焼制御手段22によってガス量が制御される。このようにして定常的な出湯状態に入った後、設定温度が変更されると(ステップS101;Y)、変更特性設定手段25は、設定温度が上下いずれの方向にどれだけ変更されたか(変更幅△Tsp)を求め、データ格納部26を参照し、当該変更幅に対応する変更特性を取得する(ステップS102)。
【0031】
切替手段23は、変更特性設定手段25の取得した変更特性を第1の燃焼制御手段21に設定した後、バーナー11に供給するガス量の制御手段を第2の燃焼制御手段22から第1の燃焼制御手段21に切り替える(ステップS103)。これにより、ガス量の制御は、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを併用したものからフィードフォワード制御単独に切り替えられる。
【0032】
図5は、設定温度をTsp1からTsp2に上げた場合における設定温度の変化と出湯温度の変化とバーナー11に供給されるガス量の変化とを対応付けて示したものである。図5(a)に示すように設定温度がTsp1からTsp2に高められると、図5(c)に示すようにガス量の制御はフィードフォワード制御に移され、かつその初期のガス量61は、変更後の設定温度Tsp2で定常運転する際の目標ガス量GF2よりもさらに多い値に設定される。その後、図5(c)の実線bで示すように、ガス量は次第に目標ガス量GF2に向かって下げられる(ステップS104)。
【0033】
フィードフォワード制御によって供給しているガス量と目標ガス量GF2との差△GFが所定の基準値よりも小さくなったとき(ステップS105;Y)、切替手段23は、ガス量の制御手段を第2の燃焼制御手段22に切り替え(ステップS106)、以後は、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用した燃焼制御によってガス量の制御を行う。ここでは、基準値△GFの値は次式によって定めている。
△GF=ABS(GF2−GF1)×0.05 …(2)式
ここで、ABSは絶対値を示している。
【0034】
設定温度が変更された後、以上のようにガス量を制御することで、図5(b)の実線bに示すように、出湯温度はオーバーシュートすることなく、短時間のうちに変更後の設定温度に到達する。従来のように設定温度が変更された後もフィードバック制御を伴う燃焼制御を実行すると、ガス量は図5(c)の点線aで示すように変化し、出湯温度は図5(b)の点線aで示すようにオーバーシュートやアンダーシュートしながら変更後の設定温度に至るよう変化する。
【0035】
これは、ガス量を変更しても、その変化が出湯温度に現れるまでには、図5(b)に示すように一定の遅れ時間があり、また変化が現れ始めてからも出湯温度は、ある時定数に従って徐々に変化するので、設定温度が変更されたときに、出湯温度を設定温度に近づけるようなフィードバック制御を続けると、ガス量を必要以上に変化させてしまい、結果的に出湯温度がオーバーシュートしてしまう。また、出湯温度が変更後の設定温度を越えたことを検知し、これをフィードバックすると、急激にガス量が減るので、今度はアンダーシュートが現れることになる。
【0036】
変更特性設定手段25の設定する変更特性は、このような時間遅れや時定数を考慮して、オーバーシュート等を起こすことなく出湯温度が変更後の設定温度に移行するように定めてあるので、当該変更特性に従ってフィードフォワード制御することで、出湯温度をなめらかに目標温度に移行させることが可能になっている。
【0037】
なお、変更特性におけるガス量の初期値を、変更後の設定温度に対応した目標ガス量GF2を越える値まで一気に変動させているので、出湯温度を変更後の設定温度に向けて急速に変化させることが可能になっている。また、その後、供給するガス量を次第に目標ガス量GF2に近づけているので、オーバーシュートやアンダーシュートすることなく、出湯温度を変更後の設定温度に安定させることができる。
【0038】
図6は、設定温度をTsp1からTsp2に下げた場合における設定温度の変化と出湯温度の変化とバーナー11に供給されるガス量の変化とを対応付けて示したものである。図6(a)に示すように設定温度がTsp1からTsp2に下げられた場合も、図6(c)に示すようにガス量の制御はフィードフォワード制御に移され、かつその初期のガス量71は、変更後の設定温度Tsp2で定常運転する際の目標ガス量GF2よりもさらに小さい値に設定される。その後、図6(c)の実線bで示すように、ガス量は次第に目標ガス量GF2に向かって高められる。
【0039】
そして、フィードフォワード制御によって供給しているガス量と目標ガス量GF2との差△GFが基準値よりも小さくなると、ガス量の制御手段が第2の燃焼制御手段22に切り替えられ、以後は、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用した燃焼制御によってガス量の制御が行われる。
【0040】
このように、設定温度を下げる変更が成されたとき、以上のようにガス量を制御することで、図6(b)の実線bに示すように、出湯温度は、アンダーシュートすることなく、短時間のうちに変更後の設定温度に到達する。なお、従来のように設定温度が変更された後もフィードバック制御を伴う制御を実行すると、ガス量は図6(c)の点線aで示すように変化し、出湯温度は図6(b)の点線aで示すようにオーバーシュートやアンダーシュートしながら変更後の設定温度に至るように変化することになる。
【0041】
以上説明した実施の形態では、基準値△GFを、GF1とGF2の差の絶対値の5パーセントに設定したが、△GFの値はこれに限るものではない。また、フィードフォワード制御からフィードバック制御を伴う燃焼制御に戻すタイミングを、ガス量(△GF)を基準にして決定したが、第1の燃焼制御手段21に切り替えてから一定時間が経過したとき、第2の燃焼制御手段22によるフィードバック制御を伴う燃焼制御に復帰させるようにしてもよい。たとえば、第1の燃焼制御手段21によるフィードフォワード制御に切り替えてからの経過時間を図1のタイマ24で計測し、5秒等の予め定めた時間が経過した時点で第2の燃焼制御手段22に制御を戻すようにしてもよい。
【0042】
【発明の効果】
本発明にかかる給湯器およびその制御方法によれば、出湯中に設定温度が変更された時点から一定期間に渡ってフィードフォワード制御によってガス量を調整するとともに、その際のガス量を、変更後の設定温度に対応した目標ガス量を越える値まで一気に変動させた後、次第に目標ガス量に近づけるように変化させるので、オーバーシュートやアンダーシュートすることなく、短時間のうちに出湯温度を変更後の設定温度に安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る給湯器の回路構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施の形態に係る給湯器の構成を示す説明図である。
【図3】変更特性設定手段のデータ格納部に記憶されているガス量の変更特性の一例を示す説明図である。
【図4】本発明の一実施の形態に係る給湯器が出湯中に設定温度が変更された際に行う動作の流れを示す流れ図である。
【図5】設定温度をTsp1からTsp2に上げた場合における設定温度の変化と出湯温度の変化とバーナーに供給されるガス量の変化とを対応付けて示した説明図である。
【図6】設定温度をTsp1からTsp2に下げた場合における設定温度の変化と出湯温度の変化とバーナーに供給されるガス量の変化とを対応付けて示した説明図である。
【符号の説明】
10…給湯器
11…バーナー
12…熱交換器
13…給水管
14…給湯管
15…フローセンサ
16…入水温度センサ
17…出湯温度センサ
18…ガス供給管
19…ガス比例弁
20…制御部
21…第1の燃焼制御手段
22…第2の燃焼制御手段
23…切替手段
24…タイマ
25…変更特性設定手段
26…データ格納部
40…リモコン
41…温度設定スイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a water heater that can change a set temperature during hot water discharge.
[0002]
[Prior art]
Conventional water heaters control the amount of gas supplied to the combustion section by feedforward control based on the incoming water temperature, set temperature, etc. for a few seconds after the start of tapping, and then perform feedback control and feedforward based on the tapping temperature. The gas amount was controlled by a control method used in combination with the control.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is a certain time delay until the change in the gas amount appears as a change in the tapping temperature, and even if the gas amount is changed in steps, the tapping temperature gradually changes according to a predetermined time constant. If the set temperature is changed to, feedback control will be too effective. For this reason, the hot water temperature overshoots or undershoots the set temperature until it stabilizes at the changed set temperature, and it takes time for the hot water temperature to stabilize at the changed set temperature. There was a problem.
[0004]
The present invention has been made paying attention to such problems of the conventional technology, and when the set temperature is changed during tapping, overshoot and undershoot with respect to the set temperature after the change are suppressed to a short level. It is an object of the present invention to provide a water heater and a control method therefor that can stabilize the tapping temperature to the set temperature after the change.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention for achieving the object lies in the inventions of the following items.
[1] In a water heater that can change the set temperature during hot water,
A first combustion control means (21) for feedforward controlling the amount of gas supplied to the combustion section (11), and a predetermined control method involving feedback control of the amount of gas supplied to the combustion section (11) based on at least the tapping temperature. The second combustion control means (22) controlled by the control of the first combustion control means (21) and the second combustion control means (22) control the amount of gas supplied to the combustion section (11). The switching means (23) for switching which of the control means to perform, and the amount of gas when the first combustion control means (21) feeds the amount of gas supplied to the combustion section (11). Change characteristic setting means (25) for setting the change characteristic,
The switching means (23) switches the control means for the amount of gas to be supplied to the combustion section (11) to the first combustion control means (21) when the set temperature is changed during tapping, and then a predetermined amount When the return condition is satisfied, the gas amount control means is returned to the second combustion control means (22),
When the set temperature is changed during tapping, the change characteristic setting means (25) exceeds the target gas amount in the direction in which the target gas amount for steady operation from the current gas amount to the set temperature after the change exists. The gas amount changed in this way is set as an initial value, and a characteristic that gradually changes from the initial value so as to approach the target gas amount is set as a change characteristic of the gas amount,
The first combustion control means (21) supplies the amount of gas supplied to the combustion section (11) in accordance with the change characteristic set by the change characteristic setting means (25) from the time when the set temperature is changed during tapping. Feed-forward control ,
A hot water heater characterized by appropriately combining feedback control and feedforward control so that the hot water temperature can be stabilized at the set temperature after the change in a short time .
[0006]
[2] The water heater according to [1], wherein the change characteristic setting means (25) sets the change characteristic based on a temperature difference between a set temperature before the change and a set temperature after the change.
[0007]
[3] The switching means (23) supplies an amount of gas supplied to the combustion section (11) assuming that the return condition is satisfied when a predetermined time has elapsed since switching to the first combustion control means (21). The hot water heater according to [1] or [2], wherein the control means is returned to the second combustion control means (22).
[0008]
[4] The switching means (23) determines that the return condition is satisfied when the difference between the gas amount supplied to the combustion portion (11) and the target gas amount is within a predetermined value. The hot water heater according to [1] or [2], wherein the control means for the amount of gas supplied to 11) is returned to the second combustion control means (22).
[0009]
[5] The change characteristic setting means (25) sets the change characteristic of the gas amount so that the hot water temperature reaches the set temperature most quickly without overshooting or undershooting [1]. , [2], [3] or [4].
[0010]
[6] In a method for controlling a water heater capable of changing a set temperature during hot water,
When the set temperature is changed during tapping, a predetermined gas amount that has been changed beyond the target gas amount in the direction of the target gas amount for steady operation from the current gas amount to the changed set temperature is initialized. And a feed-forward control based on a change characteristic that gradually changes from the initial value so as to approach the target gas amount, and when a predetermined return condition is satisfied, (11) A method for controlling a water heater, wherein the control of the amount of gas supplied to (11) is returned from the feedforward control to a predetermined control accompanied by feedback control based on at least the hot water temperature.
[0011]
The present invention operates as follows.
The present water heater has a first combustion control means (21) for feedforward control of the amount of gas supplied to the combustion section (11), and feedback control based on at least the tapping temperature for the amount of gas supplied to the combustion section (11). And a second combustion control means (22) controlled by a predetermined control method, and feedback control by the second combustion control means (22) in a steady state after the start of pouring and after the hot water temperature has stabilized. The amount of gas is adjusted by combustion control with
[0012]
When the set temperature is changed during the hot water discharge in the steady state, the switching means (23) switches the control means for the amount of gas supplied to the combustion section (11) to the first combustion control means (21). In addition, when the set temperature is changed during tapping, the change characteristic setting means (25) sets the target gas amount in the direction in which the target gas amount for steady operation at the set temperature after the change exists from the current gas amount. The gas amount change characteristic when the first combustion control means (21) performs feedforward control on the characteristic that changes from the initial value to the target gas amount gradually with the gas amount changed beyond the initial value. Set as.
[0013]
The first combustion control means (21) feeds forward the amount of gas supplied to the combustion section (11) according to the change characteristic set by the change characteristic setting means (25) from the time when the set temperature is changed during tapping. Then, the switching means (23) returns the gas amount control means to the second combustion control means (22) when a predetermined return condition is satisfied.
[0014]
In this way, the gas amount is adjusted by feedforward control until a certain period of time elapses from when the set temperature is changed, and the gas amount at that time is initially set to the target gas amount corresponding to the changed set temperature. Since it is changed so that it gradually approaches the target gas amount after it is fluctuated up to a value exceeding the value, the hot water temperature can be stabilized at the changed set temperature in a short time without overshooting or undershooting. .
[0015]
The change characteristic of the gas amount during the feedforward control is set based on the temperature difference between the set temperature before the change and the set temperature after the change. Thereby, an optimal change characteristic can be set according to the temperature difference before and after the change, and the tapping temperature can be made to quickly follow the set temperature after the change regardless of the change width of the set temperature.
[0016]
When the predetermined time has elapsed since switching to the first combustion control means (21), the switching means (23) serves as a second combustion control means (22) for controlling the amount of gas supplied to the combustion section (11). Return to. Thus, since the elapsed time is used as a reference, it is possible to easily switch to the second combustion control means (22).
[0017]
The switching means (23) also supplies the gas to be supplied to the combustion section (11) when the difference between the gas amount supplied to the combustion section (11) and the target gas quantity is within a predetermined value, assuming that the return condition is satisfied. The quantity control means is returned to the second combustion control means (22). For example, when the difference between the supplied gas amount and the target gas amount falls within 5% of the difference between the gas amount before changing the set temperature and the target gas amount, the second combustion control means (22) Switch.
[0018]
In this way, when the temperature approaches the target gas amount, the tapping temperature is also approaching the set temperature after the change, so that even after switching to combustion control with feedback control, the tapping temperature will fluctuate greatly thereafter. There is no such thing. Further, since feedback control is applied at a stage where the target gas amount is almost approached, the actual tapping temperature can be made to coincide with the set temperature early and reliably.
[0019]
The change characteristic setting means (25) sets the gas quantity change characteristic so that the tapping temperature reaches the set temperature the fastest without overshooting or undershooting.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Each figure shows an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the water heater 10 includes a burner 11 and a heat exchanger 12 disposed above the burner 11. A water supply pipe 13 is connected to the heat exchanger 12 on the inlet side. A hot water supply pipe 14 is connected to the outlet side of the exchanger 12. A water tap (not shown) is attached to the tip of the hot water supply pipe 14.
[0021]
In the middle of the water supply pipe 13, a
[0022]
The water heater 10 has a
[0023]
FIG. 1 shows an outline of the circuit configuration of the
[0024]
The switching means 23 controls the gas amount by the first combustion control means 21 for a predetermined time after the start of the hot water and for a predetermined period after the set temperature is changed during the hot water, and the second combustion control for the other time. These control means are switched so that the gas amount is controlled by the
[0025]
The change characteristic setting means 25 connected to the first combustion control means 21 indicates how the burner 11 should change the gas amount by feed-forward control when the set temperature is changed during tapping. It is a circuit part that determines the change characteristics. When the set temperature is changed, the change characteristic setting unit 25 selects a change characteristic corresponding to the change width of the set temperature before and after the change. In the
[0026]
The
[0027]
FIG. 3 is a graph showing a part of the change characteristic data stored in the
[0028]
The change characteristic 51 indicated by the solid line indicates that the change width of the set temperature is + 10 ° C., the change characteristic 52 indicated by the dotted line indicates that the change width is + 8 ° C., and the change characteristic 53 indicated by the two-dot broken line indicates the change width. In the case of + 6 ° C., the change characteristic 54 indicated by a one-dot broken line indicates a case where the change width is + 4 ° C. The gas amounts 51a to 54a when the
[0029]
As described above, since the change characteristic is stored using the change width of the set temperature as a parameter without depending on the absolute temperature, the amount of data to be stored can be reduced. These gas amount change characteristics are specified so that when the set temperature is changed during tapping, the tapping temperature transitions to the new set temperature in the shortest time without overshoot or undershoot. This is obtained by repeating the driving test. Although FIG. 3 shows the case where the set temperature is raised, the change characteristics when the set temperature is lowered have a shape that is substantially symmetrical with respect to that shown in FIG. 3 about the time axis.
[0030]
Next, the operation will be described.
FIG. 4 shows a flow of operations performed by the
[0031]
After the change characteristic acquired by the change characteristic setting means 25 is set in the first combustion control means 21, the switching means 23 changes the control means for the amount of gas supplied to the burner 11 from the second combustion control means 22 to the first combustion control means 21. Switching to the combustion control means 21 (step S103). Thereby, the control of the gas amount is switched from the combination of the feedback control and the feedforward control to the feedforward control alone.
[0032]
FIG. 5 shows the change in the set temperature, the change in the tapping temperature, and the change in the amount of gas supplied to the burner 11 when the set temperature is raised from Tsp1 to Tsp2. When the set temperature is increased from Tsp1 to Tsp2 as shown in FIG. 5A, the control of the gas amount is shifted to the feedforward control as shown in FIG. 5C, and the
[0033]
When the difference ΔGF between the gas amount supplied by the feedforward control and the target gas amount GF2 becomes smaller than a predetermined reference value (step S105; Y), the switching
ΔGF = ABS (GF2−GF1) × 0.05 (2) where ABS indicates an absolute value.
[0034]
After the set temperature is changed, by controlling the gas amount as described above, the tapping temperature does not overshoot as shown by the solid line b in FIG. Reach set temperature. When combustion control with feedback control is executed even after the set temperature has been changed as in the prior art, the gas amount changes as indicated by the dotted line a in FIG. 5C, and the tapping temperature is the dotted line in FIG. 5B. As shown by a, it changes so as to reach the set temperature after change while overshooting or undershooting.
[0035]
Even if the gas amount is changed, there is a certain delay time until the change appears in the hot water temperature as shown in FIG. 5B, and the hot water temperature is present even after the change starts to appear. Since it changes gradually according to the time constant, if the feedback control that keeps the tapping temperature close to the set temperature is continued when the set temperature is changed, the gas amount will be changed more than necessary, and the tapping temperature will eventually change. Overshoot. Further, if it is detected that the tapping temperature exceeds the set temperature after the change and this is fed back, the amount of gas is drastically reduced, so that an undershoot appears this time.
[0036]
The change characteristic set by the change characteristic setting means 25 is determined so that the tapping temperature shifts to the set temperature after the change without causing overshoot in consideration of such time delay and time constant. By performing feedforward control according to the change characteristic, it is possible to smoothly shift the tapping temperature to the target temperature.
[0037]
In addition, since the initial value of the gas amount in the change characteristic is rapidly changed to a value exceeding the target gas amount GF2 corresponding to the changed set temperature, the tapping temperature is rapidly changed toward the changed set temperature. It is possible. Further, after that, the amount of gas to be supplied is gradually brought closer to the target gas amount GF2, so that the tapping temperature can be stabilized at the changed set temperature without overshooting or undershooting.
[0038]
FIG. 6 shows the change in the set temperature, the change in the tapping temperature, and the change in the amount of gas supplied to the burner 11 when the set temperature is lowered from Tsp1 to Tsp2. Even when the set temperature is lowered from Tsp1 to Tsp2 as shown in FIG. 6A, the control of the gas amount is shifted to the feedforward control as shown in FIG. Is set to a value that is even smaller than the target gas amount GF2 for steady operation at the set temperature Tsp2 after the change. Thereafter, as indicated by a solid line b in FIG. 6C, the gas amount is gradually increased toward the target gas amount GF2.
[0039]
When the difference ΔGF between the gas amount supplied by the feedforward control and the target gas amount GF2 becomes smaller than the reference value, the gas amount control means is switched to the second combustion control means 22, and thereafter The amount of gas is controlled by combustion control using both feedforward control and feedback control.
[0040]
Thus, when a change to lower the set temperature is made, by controlling the gas amount as described above, the tapping temperature does not undershoot as shown by the solid line b in FIG. The changed set temperature is reached within a short time. In addition, if control with feedback control is performed even after setting temperature is changed like the past, the amount of gas will change as shown by the dotted line a of FIG.6 (c), and tapping temperature will change in FIG.6 (b). As indicated by the dotted line a, the temperature changes so as to reach the set temperature after the change while overshooting or undershooting.
[0041]
In the embodiment described above, the reference value ΔGF is set to 5 percent of the absolute value of the difference between GF1 and GF2, but the value of ΔGF is not limited to this. Further, the timing for returning from the feedforward control to the combustion control with feedback control is determined based on the gas amount (ΔGF). However, when a predetermined time has elapsed after switching to the first combustion control means 21, You may make it return to the combustion control accompanied by the feedback control by the 2 combustion control means 22. For example, the elapsed time after switching to the feed-forward control by the first combustion control means 21 is measured by the
[0042]
【The invention's effect】
According to the water heater and the control method thereof according to the present invention, the gas amount is adjusted by feedforward control over a certain period from the time when the set temperature is changed during tapping, and the gas amount at that time is changed after the change. After changing the temperature to a value that exceeds the target gas amount corresponding to the set temperature, it is changed so that it gradually approaches the target gas amount, so the hot water temperature can be changed in a short time without overshooting or undershooting. The set temperature can be stabilized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a water heater according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a water heater according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of a gas amount change characteristic stored in a data storage unit of a change characteristic setting unit;
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of operations performed when the set temperature is changed during hot water discharge by the water heater according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing a change in set temperature, a change in tapping temperature, and a change in the amount of gas supplied to the burner when the set temperature is raised from Tsp1 to Tsp2.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a change in set temperature, a change in tapping temperature, and a change in the amount of gas supplied to the burner when the set temperature is lowered from Tsp1 to Tsp2.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Hot water heater 11 ... Burner 12 ... Heat exchanger 13 ... Water supply pipe 14 ... Hot
Claims (6)
燃焼部へ供給するガス量をフィードフォワード制御する第1の燃焼制御手段と、燃焼部へ供給するガス量を少なくとも出湯温度に基づくフィードバック制御を伴う所定の制御方法で制御する第2の燃焼制御手段と、前記燃焼部へ供給するガス量の制御を前記第1の燃焼制御手段と前記第2の燃焼制御手段のうちのいずれの制御手段で行うかを切り替える切替手段と、前記第1の燃焼制御手段が前記燃焼部へ供給するガス量をフィードフォワード制御する際のガス量の変更特性を設定する変更特性設定手段とを備え、
前記切替手段は、出湯中に設定温度が変更されたとき、前記燃焼部へ供給するガス量の制御手段を前記第1の燃焼制御手段に切り替えるとともにその後所定の復帰条件が成立したときガス量の制御手段を前記第2の燃焼制御手段に戻し、
前記変更特性設定手段は、出湯中に設定温度が変更されたとき、現在のガス量から変更後の設定温度で定常運転するための目標ガス量の存する方向に当該目標ガス量を越えて変化させたガス量を初期値とし、当該初期値から次第に前記目標ガス量に近づくように変化する特性を前記ガス量の変更特性として設定し、
前記第1の燃焼制御手段は、出湯中に設定温度が変更された時点から前記変更特性設定手段の設定した前記変更特性に従って前記燃焼部へ供給するガス量をフィードフォワード制御し、
フィードバック制御とフィードフォワード制御とを適切に組み合わせて短時間のうちに出湯温度を変更後の設定温度に安定させることができるようにしたことを特徴とする給湯器。In a water heater that can change the set temperature during hot water,
First combustion control means for feedforward control of the amount of gas supplied to the combustion section, and second combustion control means for controlling the amount of gas supplied to the combustion section by a predetermined control method involving at least feedback control based on the tapping temperature. Switching means for switching between the first combustion control means and the second combustion control means for controlling the amount of gas supplied to the combustion section, and the first combustion control A change characteristic setting means for setting a change characteristic of the gas amount when feedforward control is performed on the amount of gas supplied to the combustion unit by the means,
The switching means switches the control means for the amount of gas supplied to the combustion section to the first combustion control means when the set temperature is changed during tapping, and then when the predetermined return condition is satisfied, Returning the control means to the second combustion control means;
The change characteristic setting means, when the set temperature is changed during tapping, changes the current gas amount from the current gas amount to the direction in which the target gas amount for steady operation at the changed set temperature exists exceeds the target gas amount. The gas amount is set as an initial value, and a characteristic that gradually changes from the initial value so as to approach the target gas amount is set as a change characteristic of the gas amount,
The first combustion control means performs feedforward control on the amount of gas supplied to the combustion section according to the change characteristic set by the change characteristic setting means from the time when the set temperature is changed during tapping ,
A hot water heater characterized by appropriately combining feedback control and feedforward control so that the hot water temperature can be stabilized at the set temperature after the change in a short time .
出湯中に設定温度が変更されたとき、現在のガス量から変更後の設定温度で定常運転するための目標ガス量の存する方向に当該目標ガス量を越えて変化させた所定のガス量を初期値とし、燃焼部へ供給するガス量を前記初期値から次第に前記目標ガス量に近づくように変化する変更特性に基づきフィードフォワード制御するとともに、所定の復帰条件が成立したとき前記燃焼部へ供給するガス量の制御を前記フィードフォワード制御から少なくとも出湯温度に基づくフィードバック制御を伴った所定の制御に戻すことを特徴とする給湯器の制御方法。In the control method of a water heater that can change the set temperature during hot water,
When the set temperature is changed during tapping, the predetermined gas amount that has been changed beyond the target gas amount in the direction of the target gas amount for steady operation at the set temperature after the change from the current gas amount is initialized. And feedforward control based on a change characteristic that changes the amount of gas supplied to the combustion section so as to gradually approach the target gas amount from the initial value, and supplies the combustion section when a predetermined return condition is satisfied A method for controlling a water heater, wherein the control of the gas amount is returned from the feedforward control to a predetermined control accompanied by feedback control based on at least a hot water temperature.
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