JP3791422B2

JP3791422B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP3791422B2
Application number: JP2002016680A
Authority: JP
Inventors: 栄一辻; 武司坂田; 俊一三木; 昌明松田; 新悟木村; 佐一郎羽藤; 浩次岸尾
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP2003214707A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯流量に応じて燃焼能力を可変制御する給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばガス給湯器では、出湯時の給湯流量や給湯設定温度などに応じて燃焼能力を可変制御している。制御目標とされる燃焼能力については、給湯設定温度や入水温度、さらにはトータル給湯流量などに基づいて号数により表現され、機種ごとに最大燃焼能力（最大号数）が定められている。このようなガス給湯器では、燃焼運転の開始直後に給湯流量が最大となるように出湯要求され、しかも、給湯設定温度が比較的高く設定されていると、燃焼能力が段階的かつ速やかに上昇させられ、ただちに最大燃焼能力が発揮されるように燃焼制御される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃焼運転の開始直後に最大燃焼能力を発揮させる場合、燃焼能力を段階的かつ速やかに上昇させるのに起因して燃焼状態が不安定となり、ひいては火炎が不規則に変動するような状態に陥り、いわゆる振動燃焼が継続的に発生するという問題があった。
【０００４】
また、振動燃焼が発生するような状況は言うに及ばず、最大燃焼能力に至るまでには、給湯流量を最大としても給湯設定温度に満たない状態で給湯が行われ、これでは使い勝手が良くないという問題もあった。
【０００５】
【発明の開示】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、振動燃焼を防止しつつも使い勝手の良い給湯装置を提供することを、その課題としている。
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、給湯流量に応じて燃焼能力を可変制御する給湯装置であって、燃焼運転を開始してから所定時間が経過するまでは、最大給湯流量を所定の流量値に制限し、かつ、最大燃焼能力も所定の能力値に制限して給湯設定温度に保持した給湯を行い、所定時間を経過した後は、最大給湯流量および最大燃焼能力についての制限を徐々に緩和して給湯設定温度に保持した給湯を行う給湯燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、給湯装置が提供される。
【０００９】
他の好ましい実施の形態によれば、燃焼能力の実測結果に基づいて燃焼燃料としてのガス種を判定するガス種判定手段を備え、給湯燃焼制御手段は、ガス種判定手段によりガス種の判定結果が未だ得られない状況下において、最大給湯流量および最大燃焼能力を制限する。
【００１０】
他の好ましい実施の形態によれば、燃焼運転に伴って上昇する装置内の雰囲気温度を検出する温度検出手段を備え、給湯燃焼制御手段は、温度検出手段により所定レベルの雰囲気温度が未だ検出されない状況下において、最大給湯流量および最大燃焼能力を制限する。
【００１１】
本発明によれば、たとえばガス種の判定を終えていない状態や雰囲気温度が所定レベルに満たない燃焼運転の開始直後であっても、所定時間が経過するまでは、最大給湯流量ならびに最大燃焼能力がある程度のレベルに制限された上で給湯燃焼動作が行われ、所定時間の経過後は、その制限を徐々に緩和して給湯設定温度に保持した給湯動作が行われるので、そのように制限された給湯燃焼動作により所定時間が経過するまでは安定した燃焼状態を保ちながらも、たとえば給湯設定温度を満足するような流量をもって給湯を行うことができ、振動燃焼を防止しつつも使い勝手を良くすることができる。
【００１２】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う発明の実施の形態の説明によって、より明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る給湯装置の概略構成を説明するための説明図である。この図に示す給湯装置は、いわゆるガス給湯器であって、ガスを燃料とするバーナ１、バーナ１により加熱される熱交換器２、熱交換器２に対して上水道からの水を供給する入水管３、熱交換器２で加熱された湯水を水栓１０に案内する出湯管４、ガス給湯器を制御する制御部（給湯燃焼制御手段）５などにより構成される。
【００１５】
バーナ１は、缶体６内に収容された複数の燃焼管１１と、燃焼管１１の燃焼本数の切り替えを行う複数の能力切替弁１２ａ〜１２ｃと、燃焼管１１に供給するガス圧を調節するガス比例弁１３と、燃料ガスの供給／停止の切り替えを行う元ガス電磁弁１４などからなる。なお、缶体６内には、燃焼管１１に着火するための点火プラグ１５、燃焼管１１の立ち消えなどを検出するための立ち消え安全装置１６、燃焼管１１付近の温度を検出するためのバーナサーミスタ１７などが設けられている。
【００１６】
燃焼管１１は、多数本が缶体６内の熱交換器２に臨むように設けられており、能力切替弁１２ａ〜１２ｃの開閉動作に応じて燃焼本数が切り替えられる。具体的に言うと、制御部５からの制御信号に基づいて能力切替弁１２ａが開動作すると、それに対応する２本の燃焼管１１が燃焼状態とされ、能力切替弁１２ｂが開動作すると、それに対応する３本の燃焼管１１が燃焼状態とされ、能力切替弁１２ｃが開動作すると、それに対応する６本の燃焼管１１が燃焼状態とされる。また、ガス比例弁１３は、制御部５からの制御信号に基づいて弁体１３ａの開度を調節することにより、燃焼管１１に供給されるガス圧を調節するものである。さらに、元ガス電磁弁１４は、制御部５からの制御信号に基づいて弁体１４ａを開閉することにより、燃焼管１１に対する燃料ガスの供給／停止を行うものである。つまり、能力切替弁１２ａ〜１２ｃやガス比例弁１３を開閉制御することで燃焼管１１の燃焼本数やガス圧が変化させられ、これにより燃焼能力が可変制御されている。ちなみに、制御目標となる燃焼能力は、給湯設定温度や入水温度、さらにはトータル給湯流量などに基づいて号数単位で求められる。
【００１７】
また、缶体６内には、燃焼室内の給排気を行うための燃焼ファン１８が設けられている。この燃焼ファン１８は、モータ回転数のフィードバック制御可能なファンモータ（図示省略）を動力源として回転するものであって、ファンモータの回転数は、制御部５からの制御信号に基づいて制御可能とされている。特に図示しないが、ファンモータの回転軸には、たとえばロータリエンコーダなどからなる回転数センサが設けられており、この回転数センサからの検出信号が制御部５に入力されるように構成されている。
【００１８】
熱交換器２は、その一端が入水管３に接続されるとともに、他端が出湯管４に接続されており、入水管３から供給される水を加熱して出湯管４に湯水を導くように構成されている。入水管３は、図示しない上水道から給水される水を熱交換器２に供給するための配管であって、この入水管３には、入水温度を検出する入水温度センサ３１と、缶体流量を検出する缶体流量センサ３２とが設けられている。一方、出湯管４は、熱交換器２で加熱された湯水を水栓１０に供給するための配管であって、この出湯管４には、出湯（給湯）流量を調節するための出湯流量調節弁４１と、出湯流量調節弁４１の上流側における出湯温度を検出する出湯上流温度センサ４２とが設けられている。なお、入水温度センサ３１、缶体流量センサ３２、および出湯上流温度センサ４２は、検出信号を制御部５に入力するように構成されている。また、出湯流量調節弁４１は、制御部５からの制御信号に基づいて開度調節可能に構成されている。
【００１９】
さらに、入水管３と出湯管４との間には、バイパス管７が配管されている。そのため、出湯管４には、熱交換器２から供給される湯水とバイパス管７を通じて供給される水とを混合するための攪拌機構４３が設けられているとともに、この攪拌機構４３の下流側で出湯温度を検出する出湯下流温度センサ４４とが設けられている。一方、バイパス管７には、その流量を検出するバイパス流量センサ７１と、流量を調節するためのバイパス流量調整弁７２とが設けられている。なお、出湯下流温度センサ４４は、検出信号を制御部５に入力するように構成されている。また、バイパス流量調整弁７２は、制御部５からの制御信号に基づいて開度調節可能に構成されている。
【００２０】
制御部５は、ガス給湯器各部の動作を制御するために、一般に周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどで構成されたマイクロコンピュータや周辺回路などからなるものである。マイクロコンピュータは、各種の制御プログラムやデータに基づいて給湯燃焼制御を行うように構成されている。特に、データには、ガス種ごとに燃焼能力（号数）をどのように制御するのかを表したガス種対応燃焼データが含まれる。具体的な内容としてガス種対応燃焼データには、ガス種ごとに目標燃焼能力に応じた燃焼能力段数（能力切替弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの開閉パターン）、ガス圧データ（ガス比例弁１３の開度）、燃焼ファン１８のファンモータ回転数などをあらかじめ定めたデータテーブルが含まれる。また、制御プログラムには、目標燃焼能力に対する燃焼能力の実測結果（出湯温度や入水温度、さらにはトータル給湯流量などから求められる実燃焼能力）の割合を基にしてガス種を自動的に判定するプログラム（ガス種判定手段）が含まれる。なお、特に図示しないが、制御部５には、使用者が燃焼運転の開始／停止を指示したり給湯設定温度を設定するための遠隔操作リモコンが接続されており、制御部５は、遠隔操作リモコンとの間で各種の信号をやり取りできるように構成されている。また、ガス種の自動判定プログラムは、トータル給湯流量などに基づくものばかりでなく、それ以外の事項に基づいてガス種を自動的に判定するものも存在する。
【００２１】
ここで、ガス種の自動判定について具体的に説明すると、燃焼運転の開始直後においては、制御部５のマイクロコンピュータにより装置内の雰囲気温度に基づいて暖まり具合が良否判定される。この暖まり具合の良否判定は、装置内に設けられた図示しない雰囲気サーミスタや、出湯上流温度センサ４２などによる検出温度が所定レベル以上かどうかを判定し、検出温度が所定レベル以上になると暖まり具合を良とした判定結果が得られる。逆に言えば、検出温度が所定レベル未満では、暖まり具合が不十分と判定される。
【００２２】
以上のようにして暖まり具合が不十分と判定される状況下にあっても、制御部５のマイクロコンピュータには、たとえば「１２Ａ」あるいは「１３Ａ」といったガス種を自動判定するプログラムがロードされるが、ガス種の判定結果が得られるまでは、とりあえず発熱量の低いガス種「１２Ａ」に対応した燃焼データに基づいて燃焼制御が行われる。これは、実際にガス種「１２Ａ」が供給されるにもかかわらず、ガス種「１３Ａ」に対応したモータ回転数で燃焼ファン１８を回転させると、給気量が過剰となって燃焼管１１が着火不良や立ち消えを起こす可能性があるためである。
【００２３】
その後、制御部５のマイクロコンピュータは、入水温度センサ３１、缶体流量センサ３２、出湯下流温度センサ４４、バイパス流量センサ７１などからの検出信号に基づいて、実際に出力中の実燃焼能力を求める。一例として、実燃焼能力は、下記数式１に示す演算関係式から求められる。なお、制御目標として可変制御される目標燃焼能力は、下記数式１の出湯温度に給湯設定温度を代入することで求められる。また、トータル給湯流量は、缶体流量センサ３２およびバイパス流量センサ７１の双方で検出された流量を加算することで求められる。
【００２４】
【数１】

【００２５】
そして、制御部５のマイクロコンピュータは、現時点で制御目標とする目標燃焼能力と実測結果として得られた実燃焼能力とを比較し、実燃焼能力が目標燃焼能力の規定割合以上の場合には、実際に供給されているガス種を「１３Ａ」と判定する。一方、実燃焼能力が目標燃焼能力の規定割合未満の場合には、実際に供給されているガス種を「１２Ａ」と判定する。こうして判定結果が得られると、マイクロコンピュータには、実際のガス種に対応した燃焼データがロードされ、ガス種に応じて最適な状態で燃焼制御が行われる。
【００２６】
ところで、燃焼運転の開始直後にあって未だガス種の判定結果が得られない状況下では、使用者により水栓１０が最大開度とされることでトータル給湯流量が最大とされ、しかも、その際に給湯設定温度が比較的高く設定されていることもあり得る。そうした場合、従来の燃焼制御では、燃焼能力が段階的かつ速やかに上昇させられ、ただちに最大燃焼能力を発揮するように制御されるが、その際、比較的低い雰囲気温度の下で燃焼管１１の燃焼本数を敏速に切り替えるのに伴い、燃焼ファン１８のファン回転数が追従しきれなかったり、空燃比のバランスが不安定になってしまい、その結果として振動燃焼を起こすおそれがある。また、最大燃焼能力に至るまでには、燃焼能力不足により使用者が望む給湯設定温度に満たない状態で給湯が行われてしまう。
【００２７】
そのため、本実施形態に係るガス給湯器では、図２に示すように、燃焼運転を開始してからガス種の判定結果が得られるまでの初期燃焼時間Ｔ１内に限り、最大給湯流量を本来の１００％よりも低いＡ％に制限し、それに応じて最大燃焼能力についても本来の１００％よりも低いＡ％となるように制限している。ちなみに、初期燃焼時間Ｔ１は、たとえば１０秒程度とされる。また、Ａ％は、たとえば６０〜８０％程度とされる。したがって、燃焼運転の開始直後に使用者が水栓１０を最大開度としても、初期燃焼時間Ｔ１内においては最大給湯流量のＡ％しか出湯されないが、振動燃焼もなく正常に燃焼能力を発揮し得る状態で燃焼制御が行われるので、実際に出湯される湯水は、ほぼ給湯設定温度に保たれた状態で出湯される。
【００２８】
ただし、初期燃焼時間Ｔ１経過後にあっては、図２に示すように、Ｔ１〜Ｔ２の時間間隔、さらにＴ２〜Ｔ３の時間間隔ごとに段階的なレベルを踏んで最大給湯流量および最大燃焼能力の割合を徐々に引き上げるように制御される。つまり、燃焼運転を開始してから燃焼状態が安定する十分な時間Ｔ３が経過すると、最大給湯流量および最大燃焼能力を１００％発生し得る状態となり、これらの制限が解除された状態となる。したがって、燃焼運転の開始から十分な時間Ｔ３が経過することでもはや暖まり具合が十分なレベルにあり、ガス種の判定結果も得た状態で実際のガス種に適応して燃焼制御が行われる安定燃焼状態では、出湯特性を損なうことなく使用者の要求に応じた流量および温度をもって湯水が出湯されることとなる。なお、最大給湯流量および最大燃焼能力の制限を解除するための条件は、時間Ｔ３の経過、ガス種の判定結果、雰囲気温度に基づく暖まり具合といった３種の条件を同時に満たす場合に限らず、上記した３種の条件のうち、いずれか１つの条件、あるいは少なくともいずれか２つの条件を満たせば、最大給湯流量および最大燃焼能力の制限を解除するとしても良い。
【００２９】
次に、制御部５のマイクロコンピュータが実行する燃焼制御手順について説明する。
【００３０】
図３は、燃焼制御処理を示すフローチャートであって、まず、マイクロコンピュータのＣＰＵは、使用者により燃焼開始が指示されると（Ｓ１：ＹＥＳ）、タイマカウンタの値を「０」にリセットする（Ｓ２）。タイマカウンタの値は、１秒ごとに１つずつ加算される。
【００３１】
そして、ＣＰＵは、ガス種を自動判定するモードか否かを確認する（Ｓ３）。なお、前回の燃焼時にガス種の自動判定が行われ、すでにガス種が判明している場合には、この燃焼制御処理とは異なるガス種対応のルーチンが実行され、ガス種の自動判定モードとは異なるモードとされる。
【００３２】
ガス種の自動判定モードではあるが（Ｓ３：ＹＥＳ）、ガス種の判定結果が未だ得られていない場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、タイマカウンタの値が１０未満か否かを調べる（Ｓ５）。
【００３３】
タイマカウンタの値が１０未満の場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、最大燃焼能力および最大給湯流量をＡ％までダウンさせ（Ｓ６）、その後Ｓ４に戻る。
【００３４】
一方、Ｓ５において、タイマカウンタの値が１０以上の場合（Ｓ５：ＮＯ）、ＣＰＵは、最大燃焼能力および最大給湯流量を所定の割合ずつ段階的にアップさせ（Ｓ７）、最終的には最大燃焼能力および最大給湯流量を１００％とした状態でこの処理を終える。
【００３５】
Ｓ４において、ガス種の判定結果がすでに得られている場合（Ｓ４：ＮＯ）、ＣＰＵは、Ｓ７に進む。ただし、この場合には、ガス種に応じた最適な燃焼制御が行われるので、最大給湯流量および最大燃焼能力の制限が即解除される。
【００３６】
Ｓ３において、ガス種の自動判定モードとは異なるモードの場合（Ｓ３：ＮＯ）、ＣＰＵは、別ルーチンに進むべくこの処理を終える。
【００３７】
Ｓ１において、燃焼開始が指示されない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ＣＰＵは、燃焼開始が指示されるまで本ルーチンを実行しない。
【００３８】
つまり、図３に示すルーチンに従って燃焼制御を実行中、仮に給湯流量が最大となるように要求されても、最大燃焼能力とともに最大給湯流量がＡ％までとなるように制限されているので、そのような制限の下では給湯設定温度に保たれたある程度の流量をもって湯水が出湯される。
【００３９】
したがって、上記ガス給湯器によれば、ガス種「１２Ａ」，「１３Ａ」の判定結果が得られていない燃焼運転の開始直後であっても、最大給湯流量ならびに最大燃焼能力がＡ％にまで制限された上で給湯燃焼動作が行われるので、そのように制限された給湯燃焼動作により初期燃焼時間Ｔ１が経過するまでは安定した燃焼状態を保ちながらも、給湯設定温度に保たれた流量をもって給湯を行うことができ、振動燃焼を防止しつつも使い勝手を良くすることができる。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００４１】
上記実施形態では、燃焼運転の開始後、暖まり具合の良否判定を経てガス種の判定結果が得られた場合や初期燃焼時間Ｔ１を経てさらに時間Ｔ３の経過後、最大燃焼能力および最大給湯流量が１００％とされるが、燃焼運転に必要な最低作動流量が確認されてから所定時間経過後に最大燃焼能力および最大給湯流量が１００％に戻されるとしても良い。
【００４２】
また、ガス種の判定における目標燃焼能力と実燃焼能力との比較においては、下記数式２を採用すればガス種判定精度をより向上させることができる。ここで、入水温度は、入水温度センサ３１の検出値、缶体流量は、缶体流量センサ３２の検出値、出湯上流温度は、出湯上流温度センサ４２の検出値である。
【００４３】
【数２】

【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、たとえばガス種の判定を終えていない状態や雰囲気温度が所定レベルに満たない燃焼運転の開始直後であっても、所定時間が経過するまでは、最大給湯流量ならびに最大燃焼能力がある程度のレベルに制限された上で給湯燃焼動作が行われ、所定時間の経過後は、その制限を徐々に緩和して給湯設定温度に保持した給湯動作が行われるので、そのように制限された給湯燃焼動作により所定時間が経過するまでは安定した燃焼状態を保ちながらも、たとえば給湯設定温度を満足するような流量をもって給湯を行うことができ、振動燃焼を防止しつつも使い勝手を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る給湯装置の概略構成を説明するための説明図である。
【図２】最大給湯流量および最大燃焼能力が時間軸に沿って制御されることを説明するための説明図である。
【図３】燃焼制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１バーナ
２熱交換器
３入水管
４出湯管
５制御部
６缶体
１０水栓
１１燃焼管
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ能力切替弁
１３ガス比例弁
１４元ガス電磁弁
１５点火プラグ
１６立ち消え安全装置
１７バーナサーミスタ
１８燃焼ファン
３１入水温度センサ
３２缶体流量センサ
４１出湯流量調節弁
４２出湯上流温度センサ
４３攪拌機構
４４出湯下流温度センサ

Claims

給湯流量に応じて燃焼能力を可変制御する給湯装置であって、
燃焼運転を開始してから所定時間が経過するまでは、最大給湯流量を所定の流量値に制限し、かつ、最大燃焼能力も所定の能力値に制限して給湯設定温度に保持した給湯を行い、前記所定時間を経過した後は、前記最大給湯流量および最大燃焼能力についての制限を徐々に緩和して給湯設定温度に保持した給湯を行う給湯燃焼制御手段を備えたことを特徴とする、給湯装置。
燃焼能力の実測結果に基づいて燃焼燃料としてのガス種を判定するガス種判定手段を備え、前記給湯燃焼制御手段は、前記ガス種判定手段によりガス種の判定結果が未だ得られない状況下において、前記最大給湯流量および最大燃焼能力を制限する、請求項１に記載の給湯装置。
燃焼運転に伴って上昇する装置内の雰囲気温度を検出する温度検出手段を備え、前記給湯燃焼制御手段は、前記温度検出手段により所定レベルの雰囲気温度が未だ検出されない状況下において、前記最大給湯流量および最大燃焼能力を制限する、請求項１に記載の給湯装置。