JP2003214707A

JP2003214707A - 給湯装置

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Publication number: JP2003214707A
Application number: JP2002016680A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Tsuji; 栄一辻; Takeshi Sakata; 武司坂田; Shunichi Miki; 俊一三木; Masaaki Matsuda; 昌明松田; Shingo Kimura; 新悟木村; Saichiro Hado; 佐一郎羽藤; Koji Kishio; 浩次岸尾
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-30
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP3791422B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】給湯流量に応じて燃焼能力を可変制御す
るガス給湯器であって、制御部のマイクロコンピュータ
は、燃焼運転を開始してから所定の初期燃焼時間が経過
するまでは、最大給湯流量を１００％未満のＡ％に制限
し、かつ、最大燃焼能力も１００％未満のＡ％に制限す
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、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
定の能力値に制限する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。

【０００８】好ましい実施の形態によれば、給湯燃焼制
御手段は、燃焼運転を開始してから所定時間経過後、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
緩和する。

【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、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１
４ａ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「１
２Ａ」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１０
０％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１
０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：ＹＥ
Ｓ）、タイマカウンタの値を「０」にリセットする（Ｓ
２）。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（Ｓ
３：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（Ｓ
５：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１
００％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、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三木俊一兵庫県神戸市中央区江戸町93番地株式会社ノーリツ内 (72)発明者松田昌明兵庫県神戸市中央区江戸町93番地株式会社ノーリツ内 (72)発明者木村新悟兵庫県神戸市中央区江戸町93番地株式会社ノーリツ内 (72)発明者羽藤佐一郎兵庫県神戸市中央区江戸町93番地株式会社ノーリツ内 (72)発明者岸尾浩次兵庫県神戸市中央区江戸町93番地株式会社ノーリツ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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する給湯燃焼制御手段を備えた
ことを特徴とする、給湯装置。
【請求項２】前記給湯燃焼制御手段は、燃焼運転を開
始してから所定時間経過後、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する、請求項１
に記載の給湯装置。
【請求項３】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また
は２に記載の給湯装置。
【請求項４】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または２
に記載の給湯装置。