JP2001349537A

JP2001349537A - 燃焼時間制限型貯蔵湯沸器

Info

Publication number: JP2001349537A
Application number: JP2000169692A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Koshimizu; 大介越水
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】開放式ガス貯蔵湯沸器用としては従来認可さ
れていなかった燃焼能力の大きいガスバーナを上記湯沸
器に使用することにより、給湯温度復帰に必要な待ち時
間を短縮でき、しかも一定時間当りのガス燃焼量を上記
湯沸器の規制値として認可された燃焼量に適合するよう
に制限できる性能を備えた開放式ガス貯蔵湯沸器を提供
する。【解決手段】開放式貯蔵湯沸器において、燃焼熱量若
しくはこれに対応するガス供給体積流量を直近の一定時
間ごとに積算し、この積算値の上記一定時間ごとの平均
値を計算する。時間を移動して時々刻々演算されるこの
時間移動平均値が規制等に基づく規定燃焼値を超えた時
に燃焼を停止し、或る燃焼停止時間の経過により時間移
動平均値がこの規定燃焼値を下回った時点で燃焼を再開
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス貯蔵湯沸器や
ガス瞬間湯沸器等を含むガス燃焼器において、屋外排気
筒を装備しない開放式ガス燃焼器のガス燃焼時間制御に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ガス燃焼器のうちガス貯蔵湯沸器は、貯
湯タンクに貯えた水を加熱する構造を持ち且つ湯温と連
動してガス通路を開閉する機構を有するガス機器であ
る。図７に例示するように、貯湯タンクが密閉されてお
り、１０ｍＨ_２Ｏ（ゲージ圧力１ｋｇ／ｃｍ^２）以下の
水頭圧がかかる形式のガス機器は、ガス貯湯湯沸器と呼
ばれる。他方、図６に例示するように、貯湯タンクが大
気に開放されているガス機器はガス常圧貯蔵湯沸器と呼
ばれ、主として飲用を目的として、例えば事務所、寮、
病院等の湯沸室に設置される給茶用湯沸器等に使用され
る（以下、両者を貯蔵湯沸器と略称）。また、ガス瞬間
湯沸器は、図８に例示するように給水に応じてガス通路
を開閉することができる構造を持ち、水が熱交換パイプ
を通過する間に加熱される構造のガス機器である。

【０００３】ガス常圧貯蔵湯沸器を例にとって従来技術
を説明する。図６は、ガス常圧貯蔵湯沸器の概略構造を
示す側面断面図である。この型式の湯沸器では、貯湯タ
ンク４に所定温度の湯を貯蔵し、出湯管７からの給湯を
随時可能にすると共に、給水管１０から給湯量に見合う
常温の水を貯湯タンクに補給する。常温の補給水は、ボ
ールタップ１２により水位を一定に調節しつつ、水受パ
イプ１１を通して貯湯タンク下部に導かれる。貯湯タン
ク下方に設けたバーナ２４において都市ガス１３Ａ等の
可燃ガスを燃焼すると共に、燃焼排ガスを貯湯タンク内
部に設けた中釜１４及び排気筒１３を通してタンク内の
水を加熱すると、自然対流により湯が貯湯タンクの上部
から貯まる。

【０００４】このようにして、貯湯タンク４に湯が貯ま
った状態で給湯を開始すると、タンク上部に貯蔵された
貯湯量が減少し、湯とタンク下部に自動補給された水と
の境界が所定位置より上昇し、これをタンク下部に設け
た貯湯タンク水温センサ３２が感知してコントローラ２
５に伝達し、コントローラ２５からの信号によりガス電
磁弁２３が開き、バーナ２４が着火する。このように、
バーナ２４をオン−オフ制御し、タンク内の湯温及び貯
湯量を所定値に保持する。

【０００５】バーナにおいて可燃ガスを燃焼すると、燃
焼排ガスが発生する。一般的にガス燃焼器が工場等で使
用する大容量タイプの場合は、燃焼排ガスを屋外へ排気
するための屋外排気筒を装備しており、強制排気式であ
る。一方、一般的に一回分の給湯が少量の場合あるいは
給湯頻度が低い場合は、屋外排気筒を装備しない開放式
が使用される。本発明は、開放式ガス燃焼器の利用性向
上を目的とする。

【０００６】一般的に開放式ガス燃焼器は、用途上の理
由から、窓を有する建物外壁には面しない湯沸室、又は
事務室内でも窓から離れた片隅等に設置される事例が多
い。更に、近頃は事務所スペースの節約、スモールオフ
ィスの普及等の事情から、屋外排気筒の設置が困難な空
間に貯蔵湯沸器を設置する需要が増加している。

【０００７】しかし、開放式貯蔵湯沸器では排ガスが燃
焼器の設置空間に直接放出されることから、ガス事業法
（又は液化石油ガス法）により、製作認可条件としてバ
ーナの燃焼能力が６０００ｋｃａｌ／ｈ（又は０．５ｋ
ｇ／ｈ）以下と規定される。なお、貯蔵湯沸器と遠赤外
線放射暖房機を除いたガス機器については、ガス消費量
が１０，０００ｋｃａｌ／ｈ（又は０．８５ｋｇ／ｈ）
を超える場合に、ガス機器に屋外への排気筒を設け、ガ
ス機器設置室には給気口を設けることになっている。開
放式貯蔵湯沸器の貯湯タンクの容量は、一般的に１０−
２４リットルとなっている。

【０００８】このような貯蔵湯沸器において多量の給湯
を続行すると、前記の通り貯湯タンク４内の湯が下方か
ら低温の補給水で置換される。しかも上記の通りバーナ
の燃焼能力に限度が有ることから、急速に湯温が低下す
る。このため、バーナが給湯量に見合う水量の補給水を
常温から所定温度まで（通常２０℃から９０℃と規定さ
れる）昇温するための燃焼時間（以下、沸き上げ時間と
略称）の間、高温復帰を待つ（以下、待ち時間と略称）
必要がある。

【０００９】このような開放式貯蔵湯沸器を例えば給茶
用に使用する場合、給茶需要の少ない時間帯では貯蔵湯
量で充分対応できるため待ち時間は殆ど不要であるが、
朝の始業時や昼食時など給茶頻度が急増する時間帯で
は、バーナのガス燃焼能力に見合う熱量供給以上の速度
で多量の給湯を続行することとなり、前記の通り概ね沸
き上げ時間の間、給茶できなくなる。

【００１０】このような事情から、屋外排気筒の設置が
困難な空間に配置することができ、しかも或る時間帯に
おいては多頻度の給湯ができ、なお且つ低下した給湯温
度の復帰に必要な待ち時間の短い開放式貯蔵湯沸器が求
められている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来開放式
湯沸器用としては認可されていなかった燃焼能力の大き
いバーナを開放式湯沸器に使用することにより給湯温度
復帰に必要な待ち時間を短縮でき、しかも一定時間当り
のガス燃焼量を開放式貯蔵湯沸器として規定された燃焼
量（６０００ｋｃａｌ／ｈ又は０．５ｋｇ／ｈ）に適合
するように制限できる性能を備えた開放式貯蔵湯沸器を
提供することを課題とする。

【００１２】更に一般化して、ガス燃焼器を開放式とし
て使用するに際し、設置環境の換気性を超えた使用とな
る状態を或る種の許容範囲内に在る短時間に制限する制
御方法、つまり燃焼時間制限による燃焼量制御方法を提
供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】運転中の開放式貯蔵湯沸
器において、燃焼熱量若しくはこれに対応するガス供給
体積流量を直近の一定時間（ａ分とする）ごとに積算
し、この積算値の上記一定時間ごとの平均値を計算す
る。時間を移動して時々刻々演算されるこの移動平均値
が、数式１又は２で定義される規定燃焼値を超えた時に
燃焼を停止し、或る燃焼停止時間（ｂ分とする）の経過
により時間移動平均値がこの規定燃焼値を下回った時点
で燃焼を再開させることで、上記課題が解決される。（数式１）開放式貯蔵湯沸器の場合６０００ｋｃａｌ／ｈｘ１ｈ／６０分ｘ積算時
間（即ちａ分）／積算時間（即ちａ分）＝１００ｋｃａ
ｌ／分（数式２）開放式ガス機器一般の場合規定燃焼値＝単位時間当り許容ガス燃焼量ｘ積算時間ａ
分／積算時間ａ分

【００１４】即ち、第一の本発明は、開放式ガス燃焼器
において、直近の一定積算時間ごとの積算燃焼熱量の時
間移動平均値が規定燃焼値を超えた時点で可燃ガスの燃
焼を止め、燃焼安定時間以上で該積算時間以下の範囲内
の一定燃焼停止時間の経過後に再び可燃ガスの燃焼を開
始する、という動作の反復により可燃ガスの燃焼時間を
制限することを特徴とするガス燃焼器の燃焼量制御方法
の発明である。また、第二の本発明は、開放式ガス燃焼
器において上記積算燃焼量の時間移動平均値による燃焼
量制御を行う制御手段を搭載したことを特徴とする開放
式燃焼時間制限型ガス燃焼器の発明である。

【００１５】第三の本発明は、開放式貯蔵湯沸器におい
て、直近１時間以内の一定積算時間ごとの積算燃焼熱量
の時間移動平均値が規定燃焼値を超えた時点で可燃ガス
の燃焼を止め、該湯沸器の最大沸き上げ時間の１／３以
上で最大沸き上げ時間以下の範囲内にある一定燃焼停止
時間の経過後に再び可燃ガスの燃焼を開始する、という
動作の反復により可燃ガスの燃焼時間を制限することを
特徴とする開放式燃焼時間制限型貯蔵湯沸器の発明であ
る。

【００１６】第四の本発明は、開放式貯蔵湯沸器におい
て前記一定積算時間が９．３分以上６０分以内であり、
前記規定燃焼値が１００ｋｃａｌ／分以下である請求項
３記載の燃焼時間制限型貯蔵湯沸器の発明である。

【００１７】更に、第五の本発明は、開放式貯蔵湯沸器
において前記燃焼停止時間が貯湯タンク容量１０リット
ル当り３．１分以上９．３分以内であり、前記規定燃焼
値が１００ｋｃａｌ／分以下である請求項３又は４記載
の燃焼時間制限型貯蔵湯沸器の発明である。

【００１８】第六の本発明は、可燃ガスの毎時燃焼能力
が６０００ｋｃａｌのｍ倍（但しｍは、１＜ｍ＜３で表
される実数）である開放式貯蔵湯沸器において、前記積
算時間が９．３／ｍ分以上６０／ｍ分以内である請求項
３記載の燃焼時間制限型貯蔵湯沸器の発明である。

【００１９】第七の本発明は、可燃ガスの毎時燃焼能力
が６０００ｋｃａｌのｍ倍（但しｍは、１＜ｍ＜３で表
される実数）である開放式貯蔵湯沸器において、前記燃
焼停止時間が貯湯タンク容量１０リットル当り３．１／
ｍ分以上９．３／ｍ分以内である請求項３又は６記載の
燃焼時間制限型貯蔵湯沸器の発明である。

【００２０】都市ガス等のように単位燃焼熱量が一定に
管理されたガスを使用する場合、前記積算燃焼熱量に代
えて燃焼熱量に対応するガス燃焼器へのガス供給量（体
積流量）の積算値を用いても良い。

【００２１】また、前記開放式ガス燃焼器若しくは貯蔵
湯沸器に使用する可燃ガスは、実用上、天然ガス、メタ
ンハイドレートから分離取得されたガス、液化石油ガス
又は都市ガスである。

【００２２】更に、一回ごとの給湯量は任意であっても
良いが、予め設定できる一定体積量の給湯であれば、前
記一定積算時間と一回ごとの給湯時間との整合性を加え
ることにより、短時間に多頻度の給湯を行う給茶用等と
して、実用上便利である。

【００２３】積算燃焼量移動平均値による燃焼時間制御
の作用は、燃焼能力が６０００ｋｃａｌ／ｈより大なる
ガス機器を使用しても、常に機器設置環境の換気能力を
超えない運転を保証することである。また６０００ｋｃ
ａｌ／ｈより大なる燃焼能力を用いるのは、貯湯タンク
中へ補給された水の昇温速度を速め、給湯温度復帰時間
の短縮を可能にするからである。即ち、一定の換気能力
を与件とする機器設置環境において、給湯可能な時間を
増大させることになる。

【００２４】なお本発明に係る燃焼時間制御は、能力６
０００ｋｃａｌ／ｈ以下のガス機器に適用して差し支え
ない。この場合、燃焼時間制御の適用により最大沸き上
げ時間を短縮することはできないが、燃焼停止時間を小
刻みに設定して燃焼と燃焼停止のサイクルを短くするこ
とが可能である。これにより、待ち時間を短縮すること
ができ、給湯が繁忙な時間帯における使い勝手が向上す
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】開放式貯蔵湯沸器を例にとって本
発明の実施形態を説明する。図５は本発明に係る開放式
ガス常圧貯蔵湯沸器を例示する正面断面図である。この
型式では、貯湯タンク４に所定温度の湯を貯蔵し、随時
給湯需要に応じて出湯管７から給湯すると共に、給水管
１０から給湯量に見合う常温の水を貯湯タンクに補給す
る。常温の補給水は、ボールタップ１２により水位を一
定に調節しつつ、水受パイプ１１を通して貯湯タンク下
部に導かれる。貯湯タンク下方に設けたバーナ２４にお
いて都市ガス１３Ａ等の可燃ガスを燃焼すると共に、燃
焼排ガスを貯湯タンク内部に設けた中釜１４及び排気筒
１３を通してタンク内の水を加熱し、自然対流により湯
を貯湯タンク４の上部から貯める構造となっている。

【００２６】通常は電源スイッチ３７を省略又は据付け
時にオンにしてあるので、電源コード（図示せず）を電
源に接続すると、貯湯タンク水温センサ（例えばサーミ
スタ温度計等）３２、貯湯タンク湯温センサ（例えばバ
イメタルスイッチ等）３３、燃焼センサ３０（例えばフ
レームロッド等）が作動を開始し、現状を自己認識す
る。運転スイッチ３５をオンにすると、コントローラ２
５が作動開始して上記各センサの信号を受け、バーナ２
４が何時でも着火できる状態になる。

【００２７】ここでもし、貯湯タンク４内の全量が水で
あると、貯湯タンク水温センサ３２からの信号によりコ
ントローラ２５が指令してガス電磁弁２３を開き、タン
ク４の水が沸き上がるまでバーナ２４でガスを燃焼す
る。沸き上がると、貯湯タンク水温センサ３２からの信
号によりコントローラ２５が指令してガス電磁弁２３を
閉じ、バーナ２４が燃焼を停止する。

【００２８】なお、何らかの理由で貯湯タンク又は上部
の湯が過熱した場合は、貯湯タンク湯温センサ３３が感
知し、これが発信する信号によりコントローラ２５が指
令して燃焼を停止する。

【００２９】貯湯タンク４に湯が貯まった状態で給湯を
開始すると、タンク上部に貯蔵された貯湯量が減少し、
湯とタンク下部に自動補給された水との境界が所定位置
より上昇し、これをタンク下部に設けた貯湯タンク水温
センサ３２が感知してコントローラ２５に伝達し、コン
トローラからの信号によりガス電磁弁２３が開き、バー
ナ２４が着火する。

【００３０】本発明に係る積算燃焼量時間移動平均値制
御は、次のように作動する。図５のコントローラ２５が
内蔵するマイクロプロセッサーには本発明に係る上記時
間移動平均値の制御回路が組み込まれている。フレーム
ロッド３０からの信号を受けてコントローラ２５におい
て一定積算時間のあいだ燃焼量の積算値が演算され、こ
の一定積算時間を時々刻々移動させて積算燃焼量の時間
移動平均値が演算される。平均値が前記規定燃焼値に到
達したことをコントローラ２５が認識すると、コントロ
ーラからの指令により電磁弁が閉じ、バーナが消火す
る。次いで所定の燃焼停止時間が経過したことをコント
ローラ２５が認識すると、コントローラからの指令によ
り電磁弁が開き、バーナが点火する。貯湯タンク湯温セ
ンサ３３が感知する貯湯タンク上部の湯温が所定温度未
満である限り、また水温センサ３２が感知する貯湯タン
ク下部の湯温が所定温度未満である限り、このようにコ
ントローラ２５がバーナ２４をオン−オフ制御し、タン
ク内の湯温及び貯湯量を所定値に保持する。

【００３１】なお、図８に例示したガス瞬間湯沸器で
は、通常、コントローラ２５に電磁弁開度の比例制御を
行う回路が組み込まれている。この場合も、本発明に係
る燃焼時間制御回路からの信号を上記公知の比例制御回
路に伝達し、公知の制御回路による出湯温度と燃焼量と
のフィードバック制御を併用することにより、積算燃焼
量の時間移動平均値による燃焼制御ができる。

【００３２】次に、本発明に係る燃焼時間制限の制御フ
ローについて、図１に沿って説明する。使用を開始する
ため運転スイッチ３５をオンにすると、制御フローがス
タートする。マイクロプロセッサーを内蔵するコントロ
ーラ２５が運転スイッチオンを感知し、燃焼量カウンタ
をリセットする（ゼロ点に戻す）。前記した通り燃焼量
としては、使用するセンサの種類により燃焼熱量若しく
はバーナ２４へのガス供給量を用いる。

【００３３】運転スイッチ３５がオンであれば、貯湯タ
ンクへの補給水の加熱又はタンク保温のために燃焼制御
が開始される。同時に、燃焼量カウンタがセットされて
燃焼熱量又はガス供給量のカウントを開始し、コントロ
ーラに予め設定された直近一定時間、例えば直近５分間
の積算燃焼量が演算され、この一定時間（即ち直近５分
間）における平均値が規定燃焼値（例えば１００ｋｃａ
ｌ／分）を超えているかチェックされる。超えていない
場合は燃焼続行に進む。

【００３４】平均値が規定燃焼値を超えている場合は、
燃焼停止処理へ進み、直ちに燃焼が停止する。燃焼停止
中も時々刻々積算開始時刻を移動させながら、前記直近
一定時間ごとにおける移動平均値の演算が続行される。
予め設定した一定の燃焼停止時間が経過したかコントロ
ーラ２５がチェックし、燃焼停止中に移動平均値が当然
１００ｋｃａｌ／分を下回るようになるので、停止時間
経過後、燃焼の再開へ進む。貯湯タンク水温センサ３２
により検知される貯湯タンク下部の湯温が設定値未満で
ある限りこの手順が反復される。

【００３５】図２は本発明に係る制御手段を説明するブ
ロック図であり、燃焼量積算演算部と、この積算値の時
間移動平均値を求める演算部と、停止時間制御部と、燃
焼制御部と、データ入力部を有している。燃焼量積算演
算部は、燃焼センサ３０から伝達される燃焼情報とデー
タ入力部を通して予め該演算部に与えられたバーナ２４
における単位時間当りの燃焼熱量と所定積算時間から、
公知の演算回路により燃焼量を積算する。時間移動平均
演算部は、前記燃焼量積算演算部から積算値の情報を受
け、公知の演算回路により所定積算時間に係る平均値を
計算し、データ入力部を通して予め該演算部に与えられ
た規定燃焼値と比較する。停止時間制御部は公知の時計
手段を内蔵しており、前記時間移動平均演算部から比較
結果に係る情報を受け、情報がＮＯの場合は直ちに燃焼
制御部へ燃焼続行信号を、また情報がＹＥＳの場合は直
ちに燃焼停止信号を伝達すると共に、データ入力部から
予め与えられた停止時間を公知の時計手段により経過さ
せた後に、燃焼再開信号を伝達する。燃焼制御部は、前
記停止時間制御部から情報を受け、ガス電磁弁に開又は
閉の信号を送る。データ入力部は、所定積算時間、規定
燃焼値、所定停止時間の設定値を需要に合わせて最適値
に変更して手動で入力する時に使う。

【００３６】また燃焼制御部は、上記移動平均値による
制御とは独立に、貯湯タンク４に湯が貯まることにより
タンク下方の湯と水の境界が設定位置より下がると貯湯
タンク水温センサ３２が検知した情報を受け、上記移動
平均値による制御に優先してガス電磁弁に閉弁信号を伝
達し、消火する。給湯による補給水の流入があると前記
水温センサ３２が検知し、又は貯湯タンク４からの放熱
により貯湯タンク上部の湯温が設定値を下回ると貯湯タ
ンク湯温センサ３３が検知し、燃焼制御部は夫々の情報
を受け、移動平均値が１００ｋｃａｌ／分を下回る限り
上記移動平均値による制御が作動し、ガス電磁弁に開弁
信号を送り、オン−オフ制御する。

【００３７】なお別の事例として、前記燃焼量積算演算
部へ、燃焼センサからの情報の他に燃焼制御部からの比
例制御又はデューティ制御に係る情報も伝達するように
ブロックを組むと、ガス供給弁が比例制御又はデューテ
ィ制御される場合の燃焼量を積算することができる。

【００３８】図３は、本発明に係る積算燃焼量の時間移
動平均値制御のもとで運転される貯蔵湯沸器の運転ダイ
ヤグラムを例示したものである。貯湯タンク上部に所定
高温の湯が貯蔵されている状態で給湯を開始すると、給
湯を示す（ａ）図で高温の湯が出湯し、水が補給される
のでバーナにおける燃焼を示す（ｂ）図で燃焼がオンに
なり、制御器での積算燃焼量の移動平均値を示す（ｃ）
図で給湯開始以前はゼロであった移動平均値が一定速度
で増加する。続いて（ｂ）図で燃焼が予め設定された時
間ａだけ継続すると（ｃ）図で移動平均値が規定燃焼値
に到達する。この結果、（ａ）図で未だ給湯時間ｃに相
当する給湯需要が続くにも係らず（ｃ）図でコントロー
ラから燃焼停止処理が指令されるため、（ｂ）図でバー
ナにおける燃焼がオフになる。

【００３９】このまま給湯を続けると、（ａ）図で貯湯
タンク上部に所定温度で貯湯されている高温湯量に相当
する出湯時間ｅだけ高温湯の出湯が続くが、更に給湯を
強行すれば低温湯（ハッチで図示した部分）が出湯す
る。所定温度の高温湯が必要であれば、燃焼再開により
湯温が所定値に復帰するまでの待ち時間ｄだけ、一旦給
湯を止めて待たなければならない。但し、上記出湯時間
ｅは以前の給湯が連続的に行われた後でなければ充分に
長く、また出湯時間ｅと燃焼再開までの停止時間ｂとの
相対的関係は、図５の貯湯タンク水温センサ３２の位置
やコントローラ設定値の調節により調整できる。従って
実用上、給湯を止めずに燃焼再開による出湯につなぐこ
とも充分可能である。例えば貯湯タンクが１０リットル
の場合、水を補給しつつ給湯を行う時の給湯時間ａ＋ｅ
に相当する有効給湯量を７リットル程度にすることがで
きる。

【００４０】ここで、積算時間ａの上限は次のように考
えられる。開放式貯蔵湯沸器として規定された燃焼量が
６０００ｋｃａｌ／ｈということは、１００ｋｃａｌ／
分の燃焼が連続的に６０分以上継続しても、設置環境の
酸素濃度が健康上の許容範囲に収まり、且つ不完全燃焼
も発生しないことを意味する。本発明において、燃焼能
力６０００ｋｃａｌ／ｈ以上のバーナを使用する場合、
６０分迄の積算値の移動平均が１００ｋｃａｌ／分を超
えない運転は、上記許容範囲に入る。この考えによれ
ば、ａ_ｍａｘ＝６０分と云うことになる。

【００４１】また、積算時間ａの下限については、最大
補給水量を常温から所定温度まで沸き上げる時間（以
下、最大沸き上げ時間と略称）の間、積算値の移動平均
が規定燃焼値を超えなければ良い、と考えられる。従
来、燃焼能力６０００ｋｃａｌ／ｈで貯湯タンクの容量
１０リットル程度の開放式貯蔵湯沸器においては、水温
２０℃の補給水１０リットルを所定温度９０℃まで沸き
上げる時間（コールドスタート沸き上げ時間）は、貯湯
タンクの熱容量変動を無視すれば、平均熱効率を７５％
として９．３分と計算され、これが最大沸き上げ時間に
該当する。（数式３）１０ｘ（９０−２０）ｘ１ｘ６０／６０００ｘ０．７５
＝９．３分同様にして、２０リットルでは１８．７分となる。すな
わち、貯湯量１０リットル当り、ａ_ｍｉｎ＝９．３分と
云うことになる。

【００４２】次いで図３において、燃焼停止後（ｃ）図
で予め設定された時間ｂだけ経過するとコントローラか
ら燃焼開始が指令され、当然これまでの燃焼停止期間に
移動平均値は規定燃焼値より低下しているので（ｂ）図
で燃焼がオンとなり、燃焼継続途中に（ａ）図で湯温が
所定の高温に復帰し、再び給湯が可能になる。

【００４３】ここで、燃焼量の移動平均値は時間平均で
あり、燃焼継続中においても燃焼停止中においても時間
移動は等速で進行し、然もバーナでの燃焼はオン−オフ
制御されるから、（ｃ）図で移動平均値の増加速度と減
少速度は等しい。つまり、移動平均値を示す直線の傾斜
は増加の時と減少の時とで等しい。従って、（ｃ）図か
ら停止時間ｂの上限は、積算時間ａより小であれば良い
ことが判る。

【００４４】但し停止時間ｂを設けない場合又は極端に
短い場合、燃焼が停止して間もなく移動平均値が規定燃
焼値より僅かに低下するため、すぐにバーナが着火す
る。しかし、移動平均値が直ちに規定燃焼値に到達する
ため、すぐに平均値制御が作動してバーナが消火する。
かくて、図４に示すようにバーナが瞬間的な着火消火を
繰り返すことになり、安定運転ができない。

【００４５】停止時間が長過ぎると、給湯温度復帰まで
の待ち時間が長くなるので、或る程度短い方が実用上好
都合である。停止時間ｂの下限については、次のように
考えられる。燃焼能力６０００ｋｃａｌ／ｈで貯湯タン
クの容量１０リットル程度の開放式貯蔵湯沸器におい
て、従来の出湯特性の測定経験上、前記コールドスター
トから湯が自然対流により貯湯タンクの上部に貯まり、
出湯温度９０℃の湯として取り出せるのは、コールドス
タート沸き上げ時間の１／３程度の燃焼時間が経過して
からである。つまり、貯湯量１０リットルでは９．３／
３＝３．１分、また貯湯量２０リットルでは、１８．７
／３＝６．２分となる。

【００４６】なお、一般的なガス燃焼器についての燃焼
停止時間ｂの下限は、ガス燃焼器が利用される用途によ
り異なる。一般的な表現としては、少なくとも燃焼器に
おいてスパークロッド等により着火してから火炎が安定
的に継続するまでの時間と考えられるが、火炎が安定し
ても図４に示したような振動的な着火消火を繰り返さな
いための最短時間が必要であり、これを燃焼安定時間と
呼ぶこととする。一般的な燃焼停止時間ｂの下限は、燃
焼安定時間と云うことになる。

【００４７】貯蔵湯沸器の事例では前記の通り、時間移
動は等速であり平均値の増加と減少は等傾斜であること
から、少なくとも３．１分間の燃焼停止後には同じく
３．１分間の燃焼が可能となり、再び出湯が可能とな
る。従って、貯湯量１０リットル当り、ｂ_ｍｉｎ＝３．
１分と云うことになる。

【００４８】再び図３の（ｃ）図において燃焼がオンに
なった後、前記の通り移動平均値の増加と減少は等速で
あることから、ｂ分経過後には（ｃ）図で移動平均値が
規定燃焼値に到達する。このため、（ｂ）図では未だ積
算時間ａが経過しないうちに燃焼が停止（ハッチで図示
した部分）する。しかし、燃焼停止後も（ａ）図で出湯
時間ｅの間は貯湯された湯の給湯が可能である。燃焼停
止により（ｃ）図で停止時間ｂが経過すると、再び
（ｂ）図で燃焼が再開される。給湯需要が継続する場合
は、上記記載の運転モードが反復される。

【００４９】給湯需要が中断すると、（ｃ）図で平均値
制御が作動し、貯湯タンクの下部まで高温の湯が貯ま
り、図５の貯湯タンク水温センサ３２が感知する。この
ため、平均値制御とは独立の温度制御が作動し、図３の
（ｂ）図で燃焼が停止し、以後（ｃ）図で移動平均値が
ゼロとなり、燃焼再開待機の状態となる。

【００５０】バーナは、燃焼能力が６０００ｋｃａｌ／
ｈのｍ倍（ここで当然、ｍ＞１）のものを採用する場
合、ｍの上限については次のように考えられる。日本建
築設備安全センター発行の換気設備技術基準によれば、
開放式燃焼器具等の設置空間における要求換気量Ｖ
_ｄは、酸素濃度の低下による不完全燃焼の防止や空気中
の炭酸ガス等汚染物による汚染などを考慮して、空間の
汚染指標としての酸素濃度を２０．５体積％、外気の酸
素濃度を約２１．０体積％と見做して、（数式４）Ｖ_ｄ（ｍ^３／ｈ）＝２１．０ｘＡ_ｔｈ／（２１．０−
２０．５）＝４２Ａ_ｔｈ＝４０ｋＱここで、Ａ_ｔｈ：燃焼のための単位時間当り理論空気
量（ｍ^３／ｈ）ｋ：燃料単位燃焼量当り理論排ガス量（ｍ^３／ｋｃ
ａｌ）Ｑ：単位時間当り燃料消費量（ｋｃａｌ／ｈ）と規定されている。

【００５１】ただし、汚染指標である酸素濃度２０．５
体積％は、法的に明記された数値ではなく、規定の背景
にある考えの表現である。不完全燃焼が顕著になるのは
酸素濃度１９．０体積％が境であるとされることから、
仮に指標濃度を１９．５体積％まで許容すると、数式４
は、Ｖ_ｄ（ｍ^３／ｈ）＝２１．０ｘＡ_ｔｈ／（２１．０−
１９．５）＝１４Ａ_ｔｈ＝１３．３３ｋＱとなるから、ｍ_ｍａｘ＝４０ｋＱ／１３．３３ｋＱ＝
３．０倍となる。

【００５２】バーナとして燃焼能力が６０００ｋｃａｌ
／ｈのｍ倍（但しｍは、３＞ｍ＞１で表される実数）の
ものを採用する場合、前記積算時間ａについては次のよ
うに考えられる。設置環境の酸素濃度は、元のｍ倍の速
度で許容範囲の上限を超えるから、ａは６０／ｍより小
でなければならない。また、最大沸き上げ時間は元の１
／ｍに短縮されるから、ａは９．３／ｍより大でなけれ
ばならない。

【００５３】また、バーナとして燃焼能力が６０００ｋ
ｃａｌ／ｈのｍ倍（但しｍは、３＞ｍ＞１で表される実
数）のものを採用する場合、前記燃焼停止時間ｂについ
ては次のように考えられる。燃焼能力がｍ倍になれば、
最大沸き上げ時間は１／ｍになるので、ｂの上限は９．
３／ｍ分で充分となる。また前記の通り、高温湯の出湯
が最大沸き上げ時間の１／３で可能となることを利用す
れば、ｂの下限についても理論的には３．１／ｍと考え
られる。

【００５４】しかし、ｂは前記図３の説明の通り直接的
に着火消火のサイクル数に関係するので、極度に頻繁な
着火消火の反復は好ましくない。具体的な事例について
使い勝手を考慮すると次のようになる。従来、半密閉方
式用に実用されている燃焼能力１０，０００ｋｃａｌ／
ｈの貯蔵湯沸器に本発明に係る時間移動平均値による制
御を搭載する場合、ｍ＝１００００／６０００＝１．６
６７であるから、上記の通り、ｂ_ｍｉｎ＝３．１／１．
６６７＝１．８６分となり、約２分がｂの実用上の下限
となる。

【００５５】但し、本発明に係る平均値制御を搭載した
開放式ガス常圧貯蔵湯沸器を給茶用として使用する場
合、一回の給湯量は殆どの場合カップ一杯である。従っ
て、この場合の燃焼停止時間ｂの下限は、前記振動的着
火消火を起こさない限り、前記３．１／ｍ分を下回らな
い範囲でなるべく短い時間が好ましい。

【００５６】前記範囲内で夫々ａ、ｂの最適な組合せを
どのように定めるかについては、両者の間の理論的関係
が明瞭でない以上、一概に説明できない。現段階では、
具体的なバーナの燃焼能力、貯湯タンクの容量、給湯モ
ード等を勘案して実験的に定めることになる。

【００５７】本発明に係る平均値制御を搭載した開放式
ガス常圧貯蔵湯沸器を給茶用として使用する場合、給湯
管に電磁弁と流量のオン−オフを行う公知の制御器を取
り付け、茶わんの容積に合わせて調整できる一定流量を
予め設定し、毎回の給湯量とすることができる。この場
合において、平均値制御を行う制御回路に、前記積算時
間ａを前記許容範囲内でこの一定流量に対応する時間の
整数倍に設定する機能を付加する。これにより、図３の
ハッチで示した部分が殆ど無くなり、一定時間内に可能
な給茶回数を増加することができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明に係る積算燃焼量移動平均値制御
を開放式ガス貯蔵湯沸器に搭載することにより、従来に
比べガス燃焼能力の大きいバーナを用いることが技術的
に可能となる結果、コールドスタート沸き上げ時間及び
使用中の湯温復帰時間を短縮することができ、使い勝手
の良い開放式ガス常圧貯蔵湯沸器を提供できる。

【００５９】本発明に係る積算燃焼量移動平均値制御を
燃焼能力６０００ｋｃａｌ／ｈ以下の開放式ガス貯蔵湯
沸器に搭載する場合、最大沸き上げ時間を短縮（即ち図
３の（ｃ）に示した移動平均値直線の傾斜を増加）する
ことはできないが、燃焼停止時間をなるべく短く（即ち
図３（ｃ）のサイクルを短縮）することができる。この
結果、待ち時間を短縮することになり、給茶が繁忙な時
間帯における使い勝手が向上する。

【００６０】本発明に係る積算燃焼量移動平均値制御
は、ガス燃焼時間制限によりガス機器の設置環境におけ
る使用ピーク時の必要換気量を実質的に低減することと
なる。従って、燃焼能力６０００ｋｃａｌ／ｈ以下の開
放式ガス貯蔵湯沸器にこれを搭載する場合、設置環境に
おける換気扇等の換気動力の増強や空調設備の負荷増大
を行わずに設置環境安全性を強化することができる。

【００６１】上記の通り、本発明に係る積算燃焼量移動
平均値制御は、ガス機器の設置環境における最大必要換
気量を低減することになる。従って、本発明に係るガス
燃焼時間制限は、ガス瞬間湯沸器やガスバーナ等、貯蔵
湯沸器以外の開放式ガス機器にも適用する有用性があ
る。

【００６２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃焼時間制御のフロー図

【図２】本発明に係る制御手段を説明するブロック図

【図３】本発明に係る燃焼時間制約の運転を例示する運
転ダイヤグラム

【図４】比較例の運転ダイヤグラム

【図５】本発明に係る開放式ガス常圧貯蔵湯沸器の構造
を例示する断面図

【図６】従来の開放式ガス常圧貯蔵湯沸器の構造を例示
する断面図

【図７】本発明に係る開放式ガス貯湯湯沸器を例示する
断面図

【図８】本発明に係る開放式ガス瞬間湯沸器を例示する
断面図

【符号の説明】４貯湯タンク７出湯管８オーバーフロー管１０給水管１１水受パイプ１２ボールタップ１３排気筒１４中釜２１空焚防止水位センサ２３ガス電磁弁２４バーナ２５コントローラ２６イグナイタ２９スパークロッド３０フレームロッド３１保温材３２貯湯タンク水温センサ３３貯湯タンク湯温センサ３５運転スイッチ３７電源スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開放式ガス燃焼器において、直近の一定
積算時間ごとの積算燃焼熱量の時間移動平均値が規定燃
焼値を超えた時点で可燃ガスの燃焼を止め、燃焼安定時
間以上から該積算時間以下の範囲内にある一定燃焼停止
時間の経過後に再び可燃ガスの燃焼を開始する、という
動作の反復により可燃ガスの燃焼時間を制限することを
特徴とするガス燃焼器の燃焼量制御方法。
【請求項２】開放式ガス燃焼器において、直近の一定
積算時間ごとの積算燃焼熱量の時間移動平均値が規定燃
焼値を超えた時点で可燃ガスの燃焼を止め、燃焼安定時
間以上から該積算時間以下の範囲内にある一定燃焼停止
時間の経過後に再び可燃ガスの燃焼を開始する、という
動作の反復により可燃ガスの燃焼時間を制限することを
特徴とする開放式燃焼時間制限型ガス燃焼器。
【請求項３】開放式貯蔵湯沸器において、直近１時間
以内の一定積算時間ごとの積算燃焼熱量の時間移動平均
値が規定燃焼値を超えた時点で可燃ガスの燃焼を止め、
該湯沸器の最大沸き上げ時間の１／３以上で最大沸き上
げ時間以下の範囲内にある一定燃焼停止時間の経過後に
再び可燃ガスの燃焼を開始する、という動作の反復によ
り可燃ガスの燃焼時間を制限することを特徴とする開放
式燃焼時間制限型貯蔵湯沸器。
【請求項４】前記一定積算時間は９．３分以上６０分
以内であり、前記規定燃焼値は１００ｋｃａｌ／分以下
である請求項３記載の開放式燃焼時間制限型貯蔵湯沸
器。
【請求項５】前記燃焼停止時間は貯湯タンク容量１０
リットル当り３．１分以上９．３分以内であり、前記規
定燃焼値は１００ｋｃａｌ／分以下である請求項３又は
４記載の燃焼時間制限型貯蔵湯沸器。
【請求項６】可燃ガスの毎時燃焼能力が６０００ｋｃ
ａｌのｍ倍（但し、ｍは、１＜ｍ＜３で表される実数）
である開放式貯蔵湯沸器において、前記積算時間が９．
３／ｍ分以上６０／ｍ分以内である請求項３記載の燃焼
時間制限型貯蔵湯沸器。
【請求項７】可燃ガスの毎時燃焼能力が６０００ｋｃ
ａｌのｍ倍（但し、ｍは、１＜ｍ＜３で表される実数）
である開放式貯蔵湯沸器において、前記燃焼停止時間が
貯湯タンク容量１０リットル当り３．１／ｍ分以上９．
３／ｍ分以内である請求項３又は６記載の燃焼時間制限
型貯蔵湯沸器。
【請求項８】前記積算燃焼熱量に代えて、燃焼熱量に
対応するガス供給量の積算値を用いることを特徴とする
請求項１もしくは２記載の開放式ガス燃焼器、又は請求
項３、４、５、６もしくは７記載の開放式貯蔵湯沸器。
【請求項９】前記開放式ガス燃焼器に使用する可燃ガ
スは、天然ガス、メタンハイドレートから得られたガ
ス、液化石油ガス又は都市ガスである請求項１もしくは
２記載のガス燃焼器、又は請求項３、４、５、６、７も
しくは８記載の開放式貯蔵湯沸器。
【請求項１０】一回ごとの給湯量が、予め設定できる
一定体積量である請求項３、４、５、６、７、８又は９
記載の開放式ガス常圧貯蔵湯沸器。
【請求項１１】前記一定積算時間は、前記毎回一定体
積量を給湯する時間の整数倍である請求項１０記載の開
放式ガス常圧貯蔵湯沸器。