JP3442121B2 - 給湯器の再出湯時における燃焼制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、再出湯時の湯温の安定
化を行う給湯器の再出湯時における燃焼制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図11には、給湯器の一般的なシステム構
成が示されている。同図において、熱交換器２の入口側
には給水管３が接続されており、この給水管３には入水
温を検出する入水サーミスタ10と、入水量を検出する流
量センサ９とが設けられている。熱交換器２の出口側に
は給湯管４が接続され、この給湯管４の出口側には給湯
栓１が設けられている。さらに、給湯管４には水量制御
弁16と、出湯温を検出する出湯サーミスタ11とが設けら
れている。

【０００３】熱交換器２の下方にはバーナ７、バーナ７
の点火を行うイグナイタ電極18、着火を検知するフレー
ムロッド電極19、および給排気を行う燃焼ファン５が配
設されており、バーナ７のガス導入口にはガスノズル６
が対向配置され、このガスノズル６に通じるガス管８に
はガス供給量を開弁量によって制御するガス比例弁13
と、管路の開閉を行うガス電磁弁12とが介設されてい
る。

【０００４】この種の給湯器には制御装置14が備えられ
ており、この制御装置14にはリモコン15が接続され、こ
のリモコン15には給湯温度を設定するボタンや給湯設定
温度の表示部が設けられている。制御装置14は給湯器の
給湯動作を制御しており、図11および図10の（ａ），
（ｂ）に示すように、給湯栓１が開けられると流量セン
サ９が入水量を検出して、その入水量がある一定以上
（最低作動流量以上）になったときに流量センサ９から
の信号を受けて、制御装置14は燃焼ファン５を回転させ
る。そして、燃焼ファン５の回転が所定の回転領域に入
ったときにガス電磁弁12およびガス比例弁13を開けてバ
ーナ７へガスの供給を行い、イグナイタ電極18による点
火動作を行う。フレームロッド電極19がガスの着火を検
出すると、制御装置14は出湯温度を設定温度にするよう
フィードフォワード制御を行い、ガス比例弁13の開弁量
を可変し、熱交換器２から出る湯温の安定化制御を行
う。

【０００５】ガス着火後のフィードフォワード制御で
は、入水温と入水量に対応してガス量が図10の（ｂ）の
ように徐々に増加して燃焼が行われ、出湯温はガスの着
火後直ちに上昇することなく、同図の（ｃ）に示すよう
に、給湯栓１を開栓してから点火するまでに時間がかか
り、さらに、ガスが点着火した後、ガス燃焼による熱が
熱交換器２から熱交換器２内を通る水に伝熱するまでに
時間がかかり、結局、給湯栓１を開いてからの遅れ時間
ｔ_p を過ぎてから出湯温は徐々に上昇し、給湯設定温度
に達して安定する。この湯温安定後は、フィードフォワ
ード制御とフィードバック制御の併用制御により燃焼の
制御が行われる。同図の（ｃ）に示した出湯温の変化
は、給湯器をコールドスタートさせた場合、すなわち、
給湯器を設置して初めて給湯栓１を開栓したり、又は、
給湯燃焼停止後、例えば、10分間等の長い時間を経てか
ら再出湯を行った場合のものを示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、給湯器の使用
後、すぐに再出湯を行った場合には、図９の（ａ）に示
すように、給湯器内に残留する湯の温度は後沸き（熱交
換器２に保有されている熱量が熱交換器２に残留してい
る湯に伝わって湯温が上昇する現象）により、給湯設定
温度より高めの湯となっているが、給湯器内の通水によ
り冷却されて降下する。また、再出湯以降のガスの燃焼
加熱による湯温の上昇は、前記したように時間ｔ_p を過
ぎてから始まる。

【０００７】このとき、燃焼加熱による湯温の上昇速度
よりも通水による湯温の冷却降下速度が速い場合には、
給湯器内に入り込む水を給湯設定温度まで高めるために
はガス火力が追いつかず、再出湯時には初めは給湯設定
温度より高めの湯が出るが、その後、給湯設定温度より
もかなり低めのアンダーシュートの湯が出るというよう
に湯温の変動があり、また、湯温の上昇速度の方が湯温
の冷却速度よりも速い場合には、設定温度よりも湯温が
高いオーバーシュートの湯が出続けるという問題があ
り、いずれの場合も、湯の使用者に不快感を与えてい
た。

【０００８】本発明は、上記従来の課題を解決するため
になされたものであり、その目的は、再出湯時に湯温の
アンダーシュートやオーバーシュートを生じないように
して、気持ちよく湯の使用を行える給湯器の再出湯時に
おける燃焼制御方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、次のように構成されている。すなわち、
本発明の給湯器の再出湯時における第１の燃焼制御方法
は、給湯器のコールドスタートによる湯温の立ち上がり
特性と、再出湯開始時から湯温上昇開始までの湯温立ち
上がり特性の立ち上がり遅れ量と、燃焼停止後の通水に
よる給湯器内残留湯温の給湯設定温度以降の立ち下がり
特性と、湯温が設定温度よりも高い後沸き部分を経て給
湯設定温度に達するまでの湯温立ち下がり特性の立ち下
がり開始までの遅れ量とを少なくとも入水温と入水量と
給湯設定温度の情報に対応させて予め求めておき、給湯
器の燃焼停止後の再出湯時に前記湯温の立ち下がり遅れ
量と湯温の立ち下がり特性から得られる湯温の降下分
と、前記湯温の立ち上がり遅れ量と湯温の立ち上がり特
性から得られる湯温の上昇分との再出湯時点以降の差し
引き温度差を零にする補正ガス量を点火から着火までの
時間が予め与えた一定の標準着火時間で行われるものと
して求め、その一方で点火から着火までの着火時間を計
測し、前記標準着火時間に対して着火遅れが生じたとき
には着火遅れ分を補償する着火遅れ補償ガス量を求めて
前記補正ガス量を再出湯時の立ち上げガス量に増減補正
したものにさらに着火遅れ補償ガス量を加えて燃焼を行
い、出湯湯温が安定するまでフィードフォワード制御に
よって燃焼を行うことを特徴として構成されている。

【００１０】また、本発明の第２の燃焼制御方法は、上
記標準着火時間に対して着火進みが生じたときには、湯
温立ち上がり特性の立ち上がり遅れ量が湯温立ち下がり
特性の立ち下がり遅れ量に等しくなるまで炎を保持しな
がらガス量を絞って待機し、立ち上がり遅れ量が立ち下
がり遅れ量に等しくなったときに再出湯時の立ち上げガ
ス量に前記補正ガス量を増減補正し、出湯湯温が安定す
るまでフィードフォワード制御によって燃焼することを
特徴として構成されている。

【００１１】

【作用】予め与えられている入水温と入水量と給湯設定
温度との各条件に対応した湯温の立ち上がり特性と給湯
器内残留湯温の給湯設定温度以降の立ち下がり特性とを
利用して、再出湯時の前記各条件下の湯温の立ち下がり
遅れ時間を加味した湯温の立ち下がり特性による湯温の
降下分と湯温の立ち上がり遅れ時間を加味した湯温の立
ち上がり特性による湯温の上昇分との差し引き温度差が
なくなるよう補正ガス量を求め、これを再出湯時の立ち
上げガス量に増減補正して燃焼する。本発明では、さら
に、点火から着火までの着火時間を計測し、着火進みが
生じたときには、その進み時間だけ立ち上がり遅れ量
（時間）をマイナス（短く）して差し引き温度差がなく
なるよう補正ガス量を再計算して求め、補正した立ち上
げガス量を供給して燃焼を行い、着火遅れが生じたとき
には、その着火遅れ時間だけ立ち上がり遅れ量（時間）
をプラス（長く）して差し引き温度差がなくなるよう補
正ガス量を再計算して求めて補正した立ち上げガス量を
供給して燃焼を行うので、再出湯時の湯温のアンダーシ
ュートやオーバーシュートが小さく抑えられ、ほぼ給湯
設定温度を保ち、気持ちよく湯の使用が行える。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例における給湯器システムは図11に
示すものと同様であり、従来例と同一の名称部分には同
一符号を付し、その重複説明は省略する。

【００１３】本実施例は、再出湯時における給湯器内残
留湯温が給湯器内通水によって冷却される湯温の立ち下
がり特性Ｇ_D と、ガス燃焼によって湯温が上昇する湯温
の立ち上がり特性Ｇ_P との両特性が出湯温に大きく作用
することに着目して、再出湯時にアンダーシュートやオ
ーバーシュートが生じないよう再出湯時のガス燃焼量を
制御するものである。

【００１４】図９に示すように、給湯器内残留湯温の立
ち下がり特性Ｇ_D は、給湯栓１が閉められ、流量センサ
９がオフとなる燃焼停止後、点火させずに再度給湯栓１
を開けた場合の給湯栓出口での温度変化を時間の経過と
ともに表したもので、この温度は、後沸きを経て給湯設
定温度まで湯温が立ち下がるまでの立ち下がり遅れ量と
しての立ち下がり遅れ時間Ｌ_D が経過した後、給湯設定
温度以下に湯温が降下する。また、湯温の立ち上がり特
性Ｇ_P は、給湯栓１が開き、流量センサ９がオンする再
出湯開始後、温度上昇開始時までの立ち上がり遅れ量と
しての立ち上がり遅れ時間Ｌ_P を経てから湯温が上昇す
る。このような立ち下がり遅れ時間Ｌ_Dをもつ湯温の立
ち下がり特性Ｇ_D を表す曲線と、立ち上がり遅れ時間Ｌ
_P をもつ湯温の立ち上がり特性Ｇ_P を表す曲線とを合成
した曲線Ｃ₁ ，Ｃ₂ が、再出湯時以降の湯温の変化を示
す曲線となる。ただし、ここでは説明を簡単にするた
め、Ｌ_D とＬ_P はほぼ等しかったとした場合について記
している。

【００１５】曲線Ｃ₁ は、湯温の立ち上がり特性Ｇ_P の
立ち上がり速度よりも湯温の立ち下がり特性Ｇ_D の立ち
下がり速度の方が大きい場合であり、曲線Ｃ₂ は、その
逆に、湯温の立ち上がり特性Ｇ_P の立ち上がり速度の方
が湯温の立ち下がり特性Ｇ_Dの立ち下がり速度よりも大
きい場合である。一般に、再出湯前の前回の給湯燃焼が
小熱量で使用されていたときには、燃焼停止時に熱交換
器２内に保有される熱容量が小さく、この状態で、次に
出湯量の大きい再出湯燃焼が行われると、立ち上がり特
性よりも立ち下がり特性の速度が大きくなる。例えば、
前回燃焼時の設定温度と今回燃焼時の設定温度が同一で
あっても、前回、小流量、つまり、小熱量で使用してい
て、今回、出湯栓開度をさらに大きく開けられるなどし
て大流量、つまり、大熱量での出湯が要求された場合
や、熱交換器２の缶体が小さい等の理由により、立ち上
がり特性よりも立ち下がり特性の速度が速い固有の特性
を有している場合等には、湯温の立ち上がり特性Ｇ_P の
立ち上がり速度よりも湯温の立ち下がり特性Ｇ_D の立ち
下がり速度の方が大きくなり、前記曲線Ｃ₁ に示すよう
なアンダーシュートの湯が出湯する。

【００１６】これに対し、再出湯前の燃焼運転が大熱量
で使用されていた後、次の再出湯時には出湯流量が小さ
い小熱量で使用されるような場合や、熱交換器２の固有
の温度特性として、立ち上がりの速度が立ち下がりの速
度よりも速い特性を有している場合等には、湯温の立ち
下がり特性Ｇ_D の立ち下がり速度よりも湯温の立ち上が
り特性Ｇ_P の立ち上がり速度の方が大きくなり、再出湯
時には前記Ｃ₂ の曲線となり、オーバーシュートの湯が
出湯することとなる。

【００１７】周知のごとく、湯温立ち下がり特性Ｇ_D と
その立ち下がり遅れ時間Ｌ_D 、湯温の立ち上がり特性Ｇ
_P とその立ち上がり遅れ時間Ｌ_P は、再出湯時の入水
温、入水量、給湯設定温度等の各条件によって変化す
る。例えば、図８の（ａ），（ｂ）に示すように、入水
温がＴ₁ 、給湯設定温度がＴ_S のとき、入水量（Ｉ₁ ＞
Ｉ₂ ＞Ｉ₃ ）の変化により、湯温の立ち下がり特性
Ｇ_D1，Ｇ_D2，Ｇ_D3と立ち下がり遅れ時間Ｌ_D1，Ｌ_D2，Ｌ
_D3は変化する。入水量が多いほど、熱交換器２の放熱速
度は早くなるので、給湯器内残留湯温は急激に低下する
という湯温の立ち下がり特性をもち、また、熱交換器内
に保有する設定温度付近の湯は大流量によって急速に排
出されるために、立ち下がり遅れ時間は短くなる。これ
に対して、図示されてはいないが、入水量が多いほど湯
温を上昇させるのに時間を要するので、湯温が緩慢に上
昇するという湯温の立ち上がり特性をもち、大流量によ
って流量センサのＯＮ流量検出が早期に行え、点火動作
が早まることで立ち上がり遅れ時間Ｌ_P は短くなる。さ
らに、点火動作時において、標準着火時間に対して着火
時間が早まれば、立ち上がり遅れ時間Ｌ_P は短くなり、
逆に着火時間が遅れれば立ち上がり遅れ時間Ｌ_P は長く
なる。

【００１８】さらに、前回の燃焼停止後、すなわち、給
湯栓１が閉められて流量センサ９がオフとなってから、
給湯栓１が開けられて流量センサ９がオンする再出湯開
始時までの再出湯待機時間が短ければ熱交換器の放熱は
少く、逆に後沸きによって加熱されるため立ち下がり遅
れ時間は長くなるが、待機時間がさらに長くなると放熱
によって立ち下がり遅れ時間は短くなり、待機時間によ
って立ち下がり遅れ時間Ｌ_D は変化する。

【００１９】本実施例では、入水温、入水量、給湯設定
温度、再出湯待機時間の各種条件に対応した湯温の立ち
下がり特性Ｇ_D 、立ち下がり遅れ時間Ｌ_D 、湯温の立ち
上がり特性Ｇ_P 、立ち上がり遅れ時間Ｌ_P を実験や理論
計算によって予め求めて記憶しておき、再出湯時条件下
における立ち下がり遅れ時間Ｌ_D を考慮した湯温の立ち
下がり特性Ｇ_D に基づく湯温の降下分と、立ち上がり遅
れ時間Ｌ_P を考慮した湯温の立ち上がり特性Ｇ_P に基づ
く湯温の上昇分との差を零にするように、再出湯時の立
ち上げガス量を制御することに特徴がある。

【００２０】なお、本実施例では予め関係データとして
与えておく立ち上がり遅れ時間Ｌ_Pは、給湯栓１が開栓
されて流量センサ９がオンした後、一定の標準着火時間
ｔ_f0（図10の（ｂ））を経てガスの燃焼着火が行われる
ことを想定して与えられている。

【００２１】図１には、本発明に係る給湯器の再出湯時
における燃焼制御方法を行う補正ガス量制御部25のブロ
ック構成図が示されている。補正ガス量制御部25は制御
装置14内に形成されており、入水検出部26と、着火検出
部27と、補正ガス量設定部28と、データ格納部29と、ガ
ス比例弁駆動部30と、複数のタイマ31と、メモリ32とを
有して構成されている。

【００２２】入水検出部26は、給湯栓１が開けられて、
流量センサ９からの信号が加えられたとき、所定時間タ
イマ31を動作させ、そのタイマ時間内における流量セン
サ９からの信号を測定し、これを流量換算し入水量とし
て検出する。また、入水サーミスタ10によって入水温を
検出する。さらに、入水検出部26は、燃焼停止後、すな
わち、給湯栓１が閉められて流量センサ９がオフしたと
きから、給湯栓２が開けられて流量センサ９がオンする
再出湯までの再出湯待機時間を、タイマ31の動作により
求めている。この入水検出部26で検出された入水量、入
水温、再出湯待機時間はそれぞれメモリ32に一旦記憶さ
れる。

【００２３】着火検出部27では、給湯栓１が開けられて
流量センサ９がオン信号を発する再出湯開始時からフレ
ームロッド電極19によるガスへの着火確認時点までの着
火時間ｔ_f をタイマ31の動作により計測し、この着火時
間ｔ_f とメモリ32に記憶されている標準着火時間ｔ_f0と
を比較し、着火遅れや進みの時間を検出する。

【００２４】メモリ32には、前記したように入水検出部
26から加えられる入水温と、入水量と、再出湯待機時間
等の検出データが記憶されており、さらに、予め与えら
れる標準着火時間ｔ_f0と、リモコン15によって設定され
る給湯設定温度等が記憶されている。また、補正ガス量
設定部28で求められるグラフデータ等の一時記憶場所と
しても使用される。

【００２５】データ格納部29には、入水温と、入水量
と、給湯設定温度と、再出湯待機時間の各条件に対して
の、湯温の立ち上がり特性Ｇ_P と立ち下がり特性Ｇ_D を
示すグラフデータ、および、立ち上がり遅れ時間Ｌ_P 、
立ち下がり遅れ時間Ｌ_D が予め実験等により求められ
て、関係データとして記憶されている。

【００２６】補正ガス量設定部28は、図２に示すよう
に、グラフ作成部35と、補正ガス量算出部36と、立ち下
がり遅れ時間Ｌ_D と、立ち上がり遅れ時間Ｌ_P の基点ず
れ補償ガス量算出部37と、立ち上げタイミング制御部38
とを有して構成されている。

【００２７】グラフ作成部35では、前記再出湯時条件下
の湯温の立ち上がり特性Ｇ_P 、立ち上がり遅れ時間
Ｌ_P 、立ち下がり特性Ｇ_D 、立ち下がり遅れ時間Ｌ_D を
データ格納部29に記憶されている関係データから読み出
し、図３〜図６に示すようなグラフを作成する。つま
り、データ格納部29から読み出した立ち上がり遅れ時間
Ｌ_Pの終点を起点として湯温の立ち上がり特性Ｇ_P の曲
線を描き、また、立ち下がり遅れ時間Ｌ_D の終点を起点
として湯温の立ち下がり特性Ｇ_D の曲線を描くことによ
りグラフが作成される。ただし、ここで用いる立ち下が
り遅れ時間Ｌ_D は、記憶データに対して実際の着火時間
ｔ_f と標準着火時間ｔ_f0との差を増減して求めたもので
ある。

【００２８】図３に示すグラフは、立ち下がり遅れ時間
Ｌ_D が立ち上がり遅れ時間Ｌ_P よりも大きい場合であっ
て、かつ、湯温の立ち下がり特性Ｇ_D の立ち下がり速度
よりも立ち上がり特性Ｇ_P の立ち上がり速度の方が速い
場合であり、このようなパターンは、再出湯前の前回の
給湯燃焼が大熱量で行われ、今回の再出湯が小流量の状
態で行われた場合等に表れる。

【００２９】図４に示すグラフは、立ち下がり遅れ時間
Ｌ_D が立ち上がり遅れ時間Ｌ_P よりも大で、湯温の立ち
下がり特性Ｇ_D の立ち下がり速度が立ち上がり特性Ｇ_P
の立ち上がり速度よりも速い場合で、このパターンは、
大流量使用の給湯運転が行われ、かつ、後沸きの伝熱に
よって熱交換器の全体を温度上昇させるような再出湯待
機時間に大流量の給湯使用で燃焼運転が行われた場合に
表れる。

【００３０】図５に示すグラフは、立ち下がり遅れ時間
Ｌ_D よりも立ち上がり遅れ時間Ｌ_Pが大で、湯温の立ち
下がり特性Ｇ_D の立ち下がり速度よりも立ち上がり特性
Ｇ_Pの立ち上がり速度が速い場合で、このパターンは、
再出湯前の前回の給湯運転が大熱量で使用された後、短
い待機時間の後に、小流量での再出湯運転が行われた場
合に表れる。

【００３１】図６に示すグラフは、立ち下がり遅れ時間
Ｌ_D よりも立ち上がり遅れ時間Ｌ_Pが大で、湯温の立ち
下がり特性Ｇ_D の立ち下がり速度の方が立ち上がり特性
Ｇ_Pの立ち上がり速度よりも速いときのパターンで、こ
のパターンは、再出湯前の前回の給湯燃焼が小熱量で行
われ、今回の再出湯の給湯運転が大流量で行われた場合
や、再出湯前の前回の給湯運転が短い出湯時間で行わ
れ、後沸きが少ない状態で、今回の再出湯が大流量で行
われた場合に表れる。

【００３２】以上のような各パターンに対する補正動作
について説明する。例えば、図３のパターンでは入水温
度を設定温度に高めるのに要する理論ガス量であるフィ
ードフォワードガス量（Ｆ／Ｆ量）を立ち上げガス量と
して供給して燃焼させると、立ち下がり遅れ時間Ｌ_D よ
りも立ち上がり遅れ時間Ｌ_P が短いため、出湯温度は後
沸きによって設定温度よりも高い状態であるにもかかわ
らず、温度上昇を開始することにより後沸き出湯中の湯
温をさらに上昇させてしまう。さらに、立ち下がり特性
よりも立ち上がり特性の方が速いために、出湯湯温が安
定状態に至るまでは設定温度よりも高い温度の出湯が継
続することになってしまう。

【００３３】そこで、まず、Ｌ_D とＬ_P の基点ずれ補償
ガス量算出部37では、記憶されている関係データからＬ
_D とＬ_P を読み出す。次に、与えられている標準着火時
間ｔ_f0に対し、実際の着火時間ｔ_f がΔｔだけ速い時に
は、着火確認後Δｔの時間だけＬ_P 時間を減少させ、今
回のＬ_P として求め、逆にΔｔだけ着火確認が遅れた場
合には、Δｔの時間だけＬ_P 時間を増加させて今回のＬ
_P を求める。

【００３４】そして、読み出したＬ_D と、ここで求めた
今回のＬ_P を比較し、図３のように立ち下がり遅れ時間
Ｌ_D が立ち上がり遅れ時間Ｌ_P よりも大きい（長い）場
合には、その差分時間（ｔ＝Ｌ_D −Ｌ_P ）だけバーナ７
の火炎を維持するのに必要最小限のガス量の値を補正ガ
ス量算出部36を介してガス比例弁駆動部30に加えること
で、最小燃焼状態で待機させる。差分時間（ｔ）を経過
して、つまり、Ｌ_D ＝Ｌ_P ＋ｔとなった時点で、補正ガ
ス量算出部36による立ち下がり特性Ｇ_D と立ち上がり特
性Ｇ_P との補正ガス量演算に移る。

【００３５】補正ガス量算出部36には演算回路が形成さ
れており、グラフ作成部35で作成した湯温の立ち下がり
特性Ｇ_D による湯温の降下分と、湯温の立ち上がり特性
Ｇ_Pによる湯温の上昇分との差を零にする増減のガス量
を求める。図３では、立ち下がり特性Ｇ_D より立ち上が
り特性Ｇ_P の方が大きい（速い）ので、補正されたガス
量はＦ／Ｆ100 ％のガス量よりもΔＧだけ減じられた値
となる。つまり、この補正が行われることにより、設定
温度＝出湯温度＝Ｇ_D ＋Ｇ_P ′＝Ｇ_D ＋（Ｇ_P−ΔＧの
温度降下分）となるような立ち上がり特性Ｇ_P ′を得る
補正ガス量が補正ガス量算出部36によって演算される。

【００３６】以上の操作により、ガス比例弁駆動部30は
着火確認後、絞りガス量Ｇ_MIN を差分時間ｔだけ供給し
てバーナ火炎を保持し、Ｌ_D ＝Ｌ_P ＋ｔに達したとき
に、フィードフォワード量100 ％のガス量Ｆ／Ｆから補
正ガス量ΔＧを差し引いた立ち上げガス量を、比例弁13
の開弁量を制御してバーナ７に加える。この結果、湯温
の立ち上がり特性はＧ_P からＧ_P ′に移行し、立ち下が
り特性Ｇ_D の湯温降下分と立ち上がり特性Ｇ_P ′の湯温
の上昇分とが等しくなり、ガス量補正後の出湯湯温の温
度特性は実線で示すＧ_D ＋Ｇ_P ′となり、湯温の立ち下
がり遅れ時間Ｌ_Dの経過後はオーバーシュートやアンダ
ーシュートのない、ほぼ設定温度の安定した湯が得られ
る。

【００３７】図４に示すパターンでは、湯温の立ち上が
り特性Ｇ_P の立ち上がり速度よりも湯温の立ち下がり特
性Ｇ_D の立ち下がり速度が大きい（速い）ため、ガス量
補正前の湯温の温度特性Ｇ_D ＋Ｇ_P は立ち下がり遅れ時
間Ｌ_D の経過後、Ｌ_D とＬ_Pの時間差分のオーバーシュ
ートが表れ、それ以降は湯温の立ち下がりの降下分が湯
温の立ち上がりの上昇分よりも大きい（速い）のでアン
ダーシュートが表れる。そこで、Ｌ_P とＬ_D の基点ずれ
補償ガス量算出部37では、前記図３のパターンと同様
に、標準着火時間ｔ_f0と実際の着火時間ｔ_f との差Δｔ
によって今回のＬ_P を求め、さらに、このＬ_P とＬ_D と
の差分時間（ｔ＝Ｌ_D −Ｌ_P ）を求めた結果、Ｌ_D の方
が大きい（長い）場合には、その時間だけ必要最小限の
ガス量の値を補正ガス量算出部36を介してガス比例弁駆
動部30に加えることで、最小燃焼状態で待機させる。差
分時間（ｔ）を経過して、つまりＬ_D ＝Ｌ_P ＋ｔとなっ
た時点で、補正ガス量算出部36による立ち下がり特性Ｇ
_D と立ち上がり特性Ｇ_P との補正ガス量演算に移る。

【００３８】補正ガス量算出部36は、湯温の立ち下がり
特性Ｇ_D による湯温の降下分と、湯温の立ち上がり特性
Ｇ_P の湯温の上昇分との差を零にする増加分の補正ガス
量ΔＧを求め、Ｆ／Ｆ（フィードフォワード）100 ％の
ガス量に対して、ガス量を増加補正されて立ち上げガス
量が供給駆動される結果、湯温の立ち上がり特性Ｇ_Pは
Ｇ_P ′に移行し、出湯湯温の温度特性Ｇ_D ＋Ｇ_P ′は、
実線で示すようにアンダーシュートやオーバーシュート
のほとんどない安定した出湯となる。

【００３９】図５に示すパターンでは、記憶データより
読み出したＬ_D とＬ_P のデータが既にＬ_D ＜Ｌ_P の関
係、すなわち、立ち下がり遅れ時間Ｌ_D の方が立ち上が
り遅れ時間Ｌ_P よりも小さい（短い）ために、湯温の立
ち上がりが間に合わずにアンダーシュートを生じるが、
その後の立ち下がり特性Ｇ_D と立ち上がり特性Ｇ_P では
立ち下がり特性の方が遅いために、Ｆ／Ｆ100 ％でのガ
ス量供給では、ある安定時間までの間オーバーシュート
になってしまう。ここで、さらに、着火遅れ時間Δｔが
発生するとアンダーシュートはさらに大きくなり、図
３，４で説明したようなＧ_D ＋Ｇ_P ′の補正を行っても
Δｔの遅れを取り戻すことが困難となり、やはり、安定
状態までは幾分かのアンダーシュートが継続することと
なる。このため、このアンダーシュートを短時間で修復
し、その後、Ｆ／Ｆ×100 ％のガス量に対する補正操作
によって湯温を安定させる。そこで、まず、Ｌ_D とＬ_P
の基点ずれ補償ガス量算出部37では、前述のように、Ｌ
_D とＬ_P を読み出すとともに着火遅れ時間Δｔを含んだ
形でのＬ_P を求める。その結果として、立ち下がり遅れ
時間Ｌ_D の方が立ち上がり遅れ時間Ｌ_P よりも短くな
り、ｔ＝Ｌ_P −Ｌ_D が基点ずれ補償ガス量算出部37より
算出される。

【００４０】これとは別に、グラフ作成部35では、立ち
下がり遅れ時間Ｌ_D に続く立ち下がり特性Ｇ_D が作成さ
れており、先に基点ずれ補償ガス量算出部37で求めたＬ
_P の時間の立ち下がり温度が、設定温度に対してどれだ
け低下しているかを補正ガス量算出部36で求める。同時
に、この温度差を零にするための必要熱量（必要ガス
量）をΔＧ₁ とする。ΔＧ₁ は補正ガス量として瞬時に
供給するのが望ましいが、通常、最大燃焼能力によって
制御されるため、上限値Ｇ_MAX と時間ΔＹの面積で代替
設定されることになる。そして、Ｆ／Ｆ100 ％ガス量か
ら、立ち上がり特性Ｇ_P が立ち下がり特性Ｇ_D よりも速
いことによって求められる補正ガス量ΔＧを差し引いた
ものに、この立ち上がり遅れ補償ガス量ΔＧ₁ を加え、
さらに、Ｇ_MAX の制限を受けることによって再度代替設
定されるΔＹ′を求め、ガス比例弁駆動部30の駆動によ
り、立ち上げガス量としてバーナに供給される。これに
より、湯温の立ち上がり特性は、Ｇ_P からＧ_P ′に移行
し、再出湯時の湯温の温度特性Ｇ_D ＋Ｇ_P ′はアンダー
シュートを短時間に終了して設定温度に安定するという
湯温変化の少い特性となる。

【００４１】図６に示すパターンのものは、図５で説明
した如く、最終的なＬ_P を基点ずれ補償ガス量算出部37
で求めるとともに、グラフ作成部35で作成したＬ_D に続
くＧ_D のグラフからＬ_P における補正ガス量ΔＧ₁ およ
びＧ_MAX によって制限されるために、代替設定されるΔ
Ｙを補正ガス量算出部36で求める。そして、Ｆ／Ｆ×10
0 ％ガス量から立ち下がり特性Ｇ_D が立ち上がり特性Ｇ
_P よりも速いことによって求められる補正ガス量ΔＧを
加えたものに、この立ち上がり遅れ補償ガス量をΔＧ₁
を加え、さらにＧ_MAX の制限を受けることによって再度
代替設定されるΔＹ′を求め、これをガス比例弁駆動部
30の駆動により立ち上げガス量としてバーナに供給され
る。これにより、湯温の立ち上がり特性Ｇ_D ＋Ｇ_P ′は
アンダーシュートを短時間に終了して、設定温度に安定
するという湯温変化の少い特性となる。

【００４２】次に、本実施例の具体的な動作を図７に示
すフローチャートを用いて簡単に説明する。給湯器の電
源をオンした後、給湯栓１が開栓されて流量センサ９が
オンしたことを確認し、コールドスタートとして、ステ
ップ101 と102 でガスの点着火を行い、入水温と入水量
に応じた通常のフィードバック制御によるガス量の制御
と燃焼制御が行われる。

【００４３】次に、ステップ103 で給湯栓１が閉められ
たか否か、すなわち、流量センサ９の信号がオフか否か
を判断し、オフでない場合はステップ101 に戻り通常の
ガスの燃焼動作を継続する。流量センサ９がオフすると
ステップ104 でガスの燃焼動作が停止され、再出湯待機
時間を計測するためのタイマ31を動作させる。

【００４４】次に、ステップ105 で給湯栓１が開けられ
て流量センサ９がオンとなり、再出湯が確認されると、
前記再出湯待機時間計測用のタイマ31により再出湯待機
時間を計測する。ステップ106 で、再出湯待機時間が10
分以内であるか否かを判断し、10分を越えている場合は
ステップ101 に戻り、コールドスタート時の燃焼を行
う。再出湯待機時間が10分以内であれば、ステップ107
〜116 に示すような再出湯時のガス量を補正する動作が
行われる。

【００４５】ステップ107 では、着火検出部27にてフレ
ームロッド電極19によりガスの着火が行われたか否かを
判断し、否の場合はガスが着火されるまで待機し、ガス
の着火が確認されるとステップ108 で、着火時間計測用
のタイマ31により着火時間ｔ_f を計測する。

【００４６】次に、ステップ109 で、入水温や入水量等
の再出湯時の条件を検出する。ステップ110 では補正ガ
ス量設定部28において、予めデータ格納部29に記憶され
ているこれら条件下の湯温の立ち上がり特性Ｇ_P 、立ち
上がり遅れ時間Ｌ_P 、湯温の立ち下がり特性Ｇ_D 、立ち
下がり遅れ時間Ｌ_D を読み出す。また、着火時間ｔ_fと
基準着火時間ｔ_f0とを比較し、着火遅れや着火進みの時
間を検出する。

【００４７】ステップ111 では、Ｌ_D とＬ_P の基点ずれ
量をｔ_f0とｔ_f より演算して設定し、ステップ111 ′で
は、立ち下がり特性Ｇ_D による湯温の降下分と立ち上が
り特性Ｇ_P による湯温の上昇分との差を零にする増減の
補正ガス量ΔＧが求められる。ステップ112 では、着火
時の立ち上げガス量に補正ガス量を増減補正してガスの
立ち上げが行われるが、Ｌ_D ＜Ｌ_P のときにはさらに着
火遅れ補償ガス量が補償されて立ち上げられ、Ｌ_D ＞Ｌ
_P のときにはガス量を絞ってＬ_D ＝Ｌ_P になるまで待機
して補正ガス量により増減補正されたガスの立ち上げが
行われ、その補正された立ち上げガス量がバーナ７に供
給されるようガス比例弁13の開弁量が制御され、バーナ
７でガス燃焼が行われる。

【００４８】次に、ステップ113 では、出湯温度が給湯
設定温度となっているか否かを判断し、否であれば湯温
が設定温度に安定するまで待つ。ステップ113 で出湯温
度が給湯設定温度となってほぼ安定していれば、ステッ
プ114 で補正ガス量制御動作を終了し、ステップ115 で
出湯温度を給湯設定温度にする通常の制御による燃焼動
作に移行する。

【００４９】この制御によるガスの燃焼動作は、ステッ
プ116 で給湯栓１が閉められて流量センサ９がオフする
まで続けられ、流量センサ９がオフするとステップ104
に戻り燃焼停止が行われて、次の再出湯に備えて待機す
る。

【００５０】本実施例によれば、入水温や入水量等の検
出データに応じた湯温の立ち上がり特性Ｇ_P 、立ち下が
り特性Ｇ_D 、立ち上がり遅れ時間Ｌ_P 、立ち下がり遅れ
時間Ｌ_D が逐次関係データを用いて求められ、立ち下が
り特性Ｇ_D による湯温の降下分と、立ち上がり特性Ｇ_P
の温度上昇分との差を零にする増減の補正ガス量ΔＧが
求められ、さらに、立ち上がりの遅れや進みを検出し、
立ち上がり遅れが生じたときには、その遅れによる燃焼
量の不足分を立ち上がり遅れ補償ガス量ΔＧ₁として補
償し、立ち上がり進みが生じたときには、着火確認後直
ちにガスを立ち上げずに、ガス量を絞ってＬ_D ＝Ｌ_P に
なるまで待機してガスを立ち上げるように制御したの
で、再出湯時の立ち下がり遅れ時間Ｌ_D 以降の湯温のア
ンダーシュートやオーバーシュートは殆どなくなり、設
定温度の安定した湯温の湯を出湯させることができる。

【００５１】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
となく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実
施例では、コールドスタート時を再出湯待機時間が10分
以上の場合に設定したが、この数値に限定されるもので
はなく、給湯器の大きさやその他の条件により可変され
るものである。

【００５２】また、上記実施例では、入水量、入水温、
給湯設定温度等の条件を設定し、各条件の湯温の立ち上
がり特性Ｇ_P 、立ち上がり遅れ時間Ｌ_P 、湯温の立ち下
がり特性Ｇ_D 、立ち下がり遅れ時間Ｌ_D を関係データと
してデータ格納部29に記憶したが、前記各条件に加えて
周囲温度や給湯燃焼停止直前の前回燃焼量等の条件も加
味するとより正確な補正ガス量が求められる。

【００５３】さらに、上記実施例の図３および図４のパ
ターンでは、立ち上がり進みが生じることを前提として
説明したが、これらのパターンで立ち上がり遅れが生じ
たときには、図５および図６のパターンの場合と同様
に、立ち上がり遅れガス量を求めてこれを補償すること
となる。また、図５および図６のパターンでは、立ち上
がり遅れが生じることを前提として説明したが、これら
のパターンで立ち上がり進みが生じたときには、図３お
よび図４のパターンと同様に、Ｌ_D ＝Ｌ_P に達するまで
ガス量を絞って火炎を保持し、Ｌ_D ＝Ｌ_P に達したとき
に補正された立ち上げガス量を立ち上げることとなる。

【００５４】さらに、上記実施例では、湯温の立ち上が
り特性Ｇ_P や立ち下がり特性Ｇ_D は時間をスケール単位
として与え、また、これら各特性Ｇ_P ，Ｇ_D の立ち上が
り遅れ量や、立ち下がり遅れ量や、再出湯時の立ち上げ
ガス量や、補正ガス量の供給、標準着火時間や、着火の
遅れや進みも、時間をスケール単位として与えて湯温の
安定化制御を行ったが、これらを、時間の代わりに流量
センサ９によって検出される入水水量をスケール単位と
して与えて、湯温の安定化制御を行うようにしてもよ
い。給湯器の流量センサ設置部分の流路断面積は既知の
値として得られており、入水の積算流量を流速で割ると
時間の値となり、したがって、時間と入水流量とは互い
に密接な関連関係となり、時間のスケール単位を入水水
量のスケール単位に置き換えることができ、前記本実施
例の動作を、入水水量をスケール単位として行うことが
できる。このように、本発明は、時間をスケール単位と
したもの以外に、入水水量をスケール単位とした燃焼制
御方法においても適用されるものである。

【００５５】さらに、上記実施例では、補正したフィー
ドフォワード操作を出湯サーミスタによる湯温の安定度
によって終了させることにしているが、これは流量セン
サオンから積算される全通水量の所定積算量や、流量セ
ンサオンからの経過時間や、Ｇ_P ′の操作量がＦ／Ｆ×
100 ％に所定量近づくまでとしてもよい。

【００５６】

【発明の効果】本発明は、入水温、入水量、給湯設定温
度等の各条件に対応した湯温の立ち上がり特性と湯温の
立ち下がり特性の関係データを用いて、再出湯時におけ
る上記各条件下の湯温の立ち下がり特性と湯温の立ち上
がり特性による湯温の温度差を零にする補正ガス量を求
め、さらにその一方で、着火時間の遅れや進みを検出
し、立ち上がり遅れが生じたときにはその立ち上がり遅
れに起因する燃焼量の不足分を立ち上がり遅れ補償ガス
量として求めてこれを補償し、立ち上がりに進みが生じ
たときには直ちに立ち上げガス量を立ち上げることな
く、標準着火時間に達するまでガス量を絞って待機し、
標準着火時間になったときに前記補正された立ち上げガ
ス量を供給するように構成したものであるから、湯温の
立ち下がり遅れ時間以降のアンダーシュートやオーバー
シュートを殆どなくすことができ、これにより、湯温変
動の極めて少ないほぼ設定温度の安定した湯を出湯する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る給湯器の再出湯時における燃焼制
御方法を行う一実施例のブロック構成図である。

【図２】補正ガス量設定部の詳細な構成を示すブロック
図である。

【図３】湯温の立ち下がり遅れ時間Ｌ_D が立ち上がり遅
れ時間Ｌ_P よりも大で、立ち下がり特性Ｇ_D の立ち下が
り速度よりも立ち上がり特性Ｇ_P の立ち上がり速度の方
が大きく、かつ、立ち上がり進み状態のパターンにおけ
る湯温安定化制御の説明図である。

【図４】湯温の立ち下がり遅れ時間Ｌ_D が立ち上がり遅
れ時間Ｌ_P よりも大で、湯温の立ち下がり特性Ｇ_D の立
ち下がり速度が立ち上がり特性Ｇ_P の立ち上がり速度よ
りも大きく、かつ、立ち上がり進みが生じたパターンに
おける湯温安定化制御の説明図である。

【図５】湯温の立ち下がり遅れ時間Ｌ_D よりも立ち上が
り遅れ時間Ｌ_P が大で、湯温の立ち上がり特性Ｇ_P の立
ち上がり速度が立ち下がり特性Ｇ_D の立ち下がり速度よ
りも大きく、立ち上がり遅れがあるパターンにおける湯
温の安定化制御の説明図である。

【図６】湯温の立ち下がり遅れ時間Ｌ_D よりも立ち上が
り遅れ時間Ｌ_P が大で、湯温の立ち下がり特性Ｇ_D の立
ち下がり速度の方が立ち上がり特性Ｇ_P の立ち上がり速
度よりも大きく、立ち上がり遅れがあるパターンにおけ
る湯温の安定化制御の説明図である。

【図７】本実施例の具体的な動作を示すフローチャート
である。

【図８】入水量の変化による湯温の立ち下がり特性の変
化を示すグラフである。

【図９】従来の再出湯時の出湯温の変化を示すグラフで
ある。

【図10】給湯器のコールドスタート時の燃焼動作を示す
グラフである。

【図11】給湯器のシステム構成図である。

【符号の説明】

Ｇ_D 湯温の立ち下がり特性 Ｇ_P 湯温の立ち上がり特性 Ｌ_D 立ち下がり遅れ時間 Ｌ_P 立ち上がり遅れ時間 ΔＧ 補正ガス量 ΔＧ₁ 着火遅れ補償ガス量

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−99503（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−21156（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−219415（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−114616（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−129633（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−104839（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給湯器のコールドスタートによる湯温の
   立ち上がり特性と、再出湯開始時から湯温上昇開始まで
   の湯温立ち上がり特性の立ち上がり遅れ量と、燃焼停止
   後の通水による給湯器内残留湯温の給湯設定温度以降の
   立ち下がり特性と、湯温が設定温度よりも高い後沸き部
   分を経て給湯設定温度に達するまでの湯温立ち下がり特
   性の立ち下がり開始までの遅れ量とを少なくとも入水温
   と入水量と給湯設定温度の情報に対応させて予め求めて
   おき、給湯器の燃焼停止後の再出湯時に前記湯温の立ち
   下がり遅れ量と湯温の立ち下がり特性から得られる湯温
   の降下分と、前記湯温の立ち上がり遅れ量と湯温の立ち
   上がり特性から得られる湯温の上昇分との再出湯時点以
   降の差し引き温度差を零にする補正ガス量を点火から着
   火までの時間が予め与えた一定の標準着火時間で行われ
   るものとして求め、その一方で点火から着火までの着火
   時間を計測し、前記標準着火時間に対して着火遅れが生
   じたときには着火遅れ分を補償する着火遅れ補償ガス量
   を求めて前記補正ガス量を再出湯時の立ち上げガス量に
   増減補正したものにさらに着火遅れ補償ガス量を加えて
   燃焼を行い、湯温安定までフィードフォワード制御によ
   って燃焼する給湯器の再出湯時における燃焼制御方法。
2. 【請求項２】 給湯器のコールドスタートによる湯温の
   立ち上がり特性と、再出湯開始時から湯温上昇開始まで
   の湯温立ち上がり特性の立ち上がり遅れ量と、燃焼停止
   後の通水による給湯器内残留湯温の給湯設定温度以降の
   立ち下がり特性と、湯温が設定温度よりも高い後沸き部
   分を経て給湯設定温度に達するまでの湯温立ち下がり特
   性の立ち下がり開始までの遅れ量とを少なくとも入水温
   と入水量と給湯設定温度の情報に対応させて予め求めて
   おき、給湯器の燃焼停止後の再出湯時に前記湯温の立ち
   下がり遅れ量と湯温の立ち下がり特性から得られる湯温
   の降下分と、前記湯温の立ち上がり遅れ量と湯温の立ち
   上がり特性から得られる湯温の上昇分との再出湯時点以
   降の差し引き温度差を零にする補正ガス量を点火から着
   火までの時間が予め与えた一定の標準着火時間で行われ
   るものとして求め、その一方で点火から着火までの着火
   時間を計測し、前記標準着火時間に対して着火進みが生
   じたときには湯温立ち上がり特性の立ち上がり遅れ量が
   湯温立ち下がり特性の立ち下がり遅れ量に等しくなるま
   で炎を保持しながらガス量を絞って待機し、立ち上がり
   遅れ量が立ち下がり遅れ量に等しくなったときに再出湯
   時の立ち上げガス量に前記補正ガス量を増減補正し、出
   湯湯温が安定するまでフィードフォワード制御によって
   燃焼する給湯器の再出湯時における燃焼制御方法。