JP3589687B2 - 給湯器の再出湯時における燃焼制御方法 - Google Patents
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Description
【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１３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１３および図１２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１２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ｔｐ 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。この湯温安定以降はフィードフォワードとフィードバックの併合による燃焼制御に移行する。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１１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ｔｐ 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、湯温の冷却速度の方が湯温の上昇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ようにす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、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、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、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立ち下がり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特性から得られる湯温の上昇分との再出湯時点を起点として比較した差し引き温度差を零にする補正ガス量を求め、その一方で、再出湯時に立ち下がり遅れ量と立ち上がり遅れ量の遅れ差分に対応する湯温変動を補償する遅れ差分ガス補償量を求め、さらに、着火の遅れの有無を検出し、着火の遅れが生じたときには、その着火遅れ量に起因する湯温の上昇不足分を補償する着火遅れガス補償量を求め、再出湯時には立ち上げガス量を補正ガス量で増減補正したものに湯温立ち上がり遅れ量と湯温立ち下がり遅れ量とに差があるときは遅れ差分ガス補償量を、着火遅れがあるときは着火遅れガス補償量をそれぞれ補償して燃焼を行うことを特徴として構成されており、また、着火の進みの有無を検出し、再出湯時には立ち上げガス量を補正ガス量で増減補正したものに湯温立ち上がり遅れ量と湯温立ち下がり遅れ量とに差があるときは遅れ差分ガス補償量を補償し、着火進みがあるときには着火時から立ち上げガス量を炎を維持する最低限に絞って着火進み分だけ待機してから立ち上げ燃焼することも本発明の特徴的な構成とされている。
【００１０】
【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特性による湯温の降下分と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な増減の補正ガス量を求め、これを再出湯時の立ち上げガス量に増減補正し、さらに、湯温立ち上がり特性の立ち上がり遅れ量と湯温立ち下がり特性の立ち下がり遅れ量とに差があるときには遅れ差分ガス補償量が増減補償され、さらに、着火の遅れがあるときには着火遅れガス補償量が補償され、着火の進みがあるときには立ち上げガス量の立ち上げタイミングを着火進み分だけガス量を絞って遅らすので、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。
【００１１】
【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１３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。
【００１２】
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ＧＤ 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ＧＰ との両特性が出湯温に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。
【００１３】
図４の（ａ）および図５の（ａ）に示すように、給湯器内残留湯温の立ち下がり特性ＧＤ 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遅れ時間ＬＤ 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ＧＰ （ＧＰ１，ＧＰ２）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遅れ時間ＬＰ 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ＬＤ をもつ湯温の立ち下がり特性ＧＤ を表す曲線と、立ち上がり遅れ時間ＬＰ をもつ湯温の立ち上がり特性ＧＰ１，ＧＰ２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。
【００１４】
図４の特性は、湯温の立ち上がり特性ＧＰ１の立ち上がり速度よりも湯温の立ち下がり特性ＧＤ の立ち下がり速度の方が大きい場合であり、図５の特性は、その逆に、湯温の立ち上がり特性ＧＰ２の立ち上がり速度の方が湯温の立ち下がり特性ＧＤ の立ち下がり速度よりも大きい場合である。なお、図４の（ｂ）および図５の（ｂ）において、曲線ＧＧＤ は立ち上がり特性ＧＰ （ＧＰ１，ＧＰ２）と立ち下がり特性ＧＤ とを比較し易くするために、立ち下がり特性ＧＤ を反転し、起点位置を立ち上がり特性ＧＰ の起点位置に一致させて描いたものである。
【００１５】
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。同様に、再出湯前の前回の給湯燃焼が低温度設定で行われていたときに、次の再出湯時に設定温度が変更されて高温度設定で再出湯が行われた場合や、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ＧＰ の立ち上がり速度よりも湯温の立ち下がり特性ＧＤ の立ち下がり速度の方が大きくなり、前記図４の曲線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、再出湯前が高温設定で使用されていた後、次の再出湯時は、低温度設定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ＧＤ の立ち下がり速度よりも湯温の立ち上がり特性ＧＰ 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ＧＤ とその立ち下がり遅れ時間ＬＤ 、湯温の立ち上がり特性ＧＰ とその立ち上がり遅れ時間ＬＰ 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１０の（ａ），（ｂ）に示すように、入水温がＴ１ 、給湯設定温度がＴＳ 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ＧＤ１，ＧＤ２，ＧＤ３と立ち下がり遅れ時間ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３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、立ち下がり遅れ時間は短くなる。また、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オン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は短くなる。
【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によって、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 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ＧＤ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 、湯温の立ち上がり特性ＧＰ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ を実験や理論計算等によって予め求めておき、これを関係データとして記憶しておくことに特徴がある。
【００２０】
本実施例は、再出湯時における入水温と入水量と給湯設定温度に対応させて予め与えておいた関係データを利用して、再出湯時の入水量その他の上記条件下での湯温の立ち下がり特性ＧＤ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 、湯温の立ち上がり特性ＧＰ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ を求め、これを利用して湯温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量を増減する図６の（ａ）および図７の（ａ）に示すような補正ガス量を求めている。
【００２１】
すなわち、立ち上がり特性ＧＰ１よりも立ち下がり特性ＧＤ の速度が大きい場合は、図４の（ａ）に示すような立ち下がり遅れ時間ＬＤ 経過後の湯温の立ち下がり特性ＧＤ による湯温降下分Ｄと、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 経過後の湯温の立ち上がり特性ＧＰ１による湯温の上昇分Ｕ１ との差としての残差降下分Ｄ−Ｕ１ に相当するガスの燃焼量を図６の（ａ）に示すような増加分の補正ガス量として求め、これを再出湯時の立ち上げガス量に加えることにより、湯温の残差下降分Ｄ−Ｕ１ を補償して、再出湯時の湯温のアンダーシュートを小さく抑え、湯温を安定化させるものである。
【００２２】
また、立ち下がり特性ＧＤ よりも立ち上がり特性ＧＰ２の速度が大きい場合には、図５に示す如く湯温降下分Ｄよりも湯温上昇分Ｕ２ の方が大きくなるので、図７の（ａ）に示す如く、湯温の残差上昇分Ｕ２ −Ｄに相当するガスの減少分の補正ガス量を求め、これを再出湯時の立ち上げガス量から差し引くことにより、湯温の残差上昇分Ｕ２ −Ｄを補償して、再出湯時の湯温のオーバーシュートを小さく抑え、湯温を安定化させるものである。
【００２３】
なお、予め関係データとして与えておく立ち上がり遅れ時間ＬＰ は、給湯栓１が開栓されて流量センサ９がオンした後、一定の基準着火時間ｔｆ０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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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ｔｆ をタイマ３１動作により計測し、この着火時間ｔｆ をメモリ３２に一旦記憶する。その一方で、着火検出時間ｔｆ と基準着火時間ｔｆ０を比較演算して着火遅れ量（ｔｆ −ｔｆ０）や着火進み量（ｔｆ０−ｔｆ ）を求め、これをメモリ３２に記憶する。
【００２７】
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、および着火検出部２７から加えられる着火時間ｔｆ や着火の遅れ進み時間等のデータが記憶されており、さらに、予め与えられる基準着火時間ｔｆ０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。
【００２８】
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ＧＰ と立ち下がり特性ＧＤ を示すグラフデータ、および、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 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。
【００２９】
補正ガス量設定部２８は、図２に示すように着火変動ガス補正部３４と、グラフ作成部３５と、補正ガス量算出部３６とを有して構成されている。
【００３０】
着火変動ガス補正部３４では、着火遅れが生じたときには、その着火遅れ時間に応じた湯温上昇の不足分を補償する着火遅れガス補償量を求め、着火進みが生じたときには着火後着火進み分だけ炎を維持できる最低限の絞りガス量を求め、これらの求めた値をグラフ作成部３５に加える。
【００３１】
グラフ作成部３５では、着火遅れや着火進みの有無を確認し、これらの着火の遅れや進みがないときには、前記再出湯時条件下の湯温の立ち上がり特性ＧＰ 、立ち下がり特性ＧＤ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 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て、例えば、図６の（ｂ）および図７の（ｂ）に示すようなグラフを作成する。つまり、立ち上がり遅れ時間ＬＰ の終点を起点として湯温の立ち上がり特性ＧＰ１，ＧＰ２の曲線を描き、また、立ち下がり遅れ時間ＬＤ の終点を起点として湯温の立ち下がり特性ＧＤ の曲線を描く。なお、本実施例では着火遅れや着火進みがない状態では立ち上がり遅れ時間ＬＰ と立ち下がり遅れ時間ＬＤ を同じになるようにソフト的に処理して（ＬＰ ＝ＬＤ ）、補正ガス量を求める演算等の処理を行っている。
【００３２】
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で作成したグラフに基づき、補正ガス量を求める。図６に示すように、立ち下がり特性ＧＤ の立ち下がり速度が立ち上がり特性ＧＰ よりも大きいときには、湯温の降下分Ｄから湯温の上昇分Ｕ１ の差し引き演算が同図の（ａ）に示すように求められる。なお、同図の曲線ＧＧＤ は前記図４および図５の（ｂ）に示すものと同様に、湯温の立ち下がり特性を湯温の立ち上がり特性ＧＰ１に起点を一致させて反転させたものである。このＤ−Ｕ１ の温度差部分が同図の（ｂ）に示す湯温特性Ｃ１ のアンダーシュートを生じさせる原因となり、本実施例では、この温度差Ｄ−Ｕ１ を解消するだけの増加分の補正ガス量を算出する。なお、図６のＧＰ１′は補正ガス量を増加補正したときの、湯温の立ち上がり特性である。
【００３３】
また、湯温の立ち下がり特性ＧＤ の立ち下がり速度よりも立ち上がり特性ＧＰ の立ち上がり速度が大きい図７に示す場合には、補正ガス量算出部３６は湯温の上昇分Ｕ２ から湯温の降下分Ｄを差し引き演算し、同図の（ａ）に示すように、過剰分の温度差を減少する補正ガス量を演算により求める。なお、図７のＧＰ２′は補正ガス量を減少補正したときの、湯温の立ち下がり特性である。
【００３４】
一方、グラフ作成部３５は、着火遅れや着火進みがあるときには、この着火の遅れや進みを考慮してグラフを作成する。このグラフ作成の一例を示したものが図８および図９である。図８は湯温の立ち下がり特性ＧＤの立ち下がり速度が湯温の立ち上がり特性の立ち上がり速度よりも大きい場合であって、着火遅れΔｔが生じた場合である。この場合は、補正ガス量の増加補正後の湯温の立ち上がり特性ＧＰ１′の立ち上がり遅れ時間は着火遅れがないときの立ち上がり遅れ時間ＬＰ（ＬＰ＝ＬＤ）よりもほぼΔｔだけ延びて、ＬＰ１となる。
【００３５】
この場合には、前記着火遅れがない場合に求めた補正ガス量を加えても、図８の（ａ）に示す如く、湯温の立ち上がり特性ＧＰ１′の着火遅れ分に対応する湯温上昇の不足分ＤＤ１ が生じ、この不足分ＤＤ１ に起因する湯温のアンダーシュートが生じる。
【００３６】
これを防止するために、補正ガス量算出部３６はこの着火遅れに相当する湯温上昇の不足分を補う着火遅れガス補償量を演算により求める。図８のＧＰ１″は着火遅れガス補償量を加えたときの湯温の立ち上がり特性である。
【００３７】
これに対し、図９の（ａ）に示すように、Δｔの着火進みが生じたときには、補正ガス量の増加補正後の湯温の立ち上がり特性ＧＰ１′の立ち上がり遅れ時間は着火進みがないときのＬＰ よりもΔｔだけ短いＬＰ２となる。この着火進みが生じると、その着火進み分ＤＤ２ に対応するガス供給の過剰分が生じ、これに起因する出湯湯温のオーバーシュートが生じる。
【００３８】
本実施例では、この着火進みによるガス供給量の過剰分を解消するために、図９の（ｂ）に示すように、着火確認後、炎の立ち消えが生じない下限の限界値までガス量を絞り、このガス量絞り状態をΔｔだけ保持した後補正ガス量を補正したガス量を立ち上げる。ＧＰ１″はこのときの湯温の立ち上がり特性を示すものである。
【００３９】
ガス比例分駆動部３０は前記各場合に求められる補正ガス量設定部２８で演算される補正ガス量や立ち上がりと立ち下がり特性の遅れ差分ガス補償量や着火変動のガス補償値に基づき、ガス比例弁１３の開弁量を制御する。例えば、前記図６に示す場合には、着火後の立ち上げガス量に補正ガス量を加えて立ち上げガス量を制御する。これにより、補正前の湯温の立ち上がり特性ＧＰ１は反転立ち下がり特性ＧＧＤ に等しいＧＰ１′となり、同図の（ｂ）に示すように、後沸き以降の出湯温度特性は、湯温が設定温度に安定したＣ０１の特性となる。
【００４０】
また、図７の場合には、着火後の立ち上げガス量から補正ガス量が減少補正され、補正前の湯温の立ち上がり特性ＧＰ２は反転立ち下がり特性ＧＧＤ に等しいＧＰ２′となり、同図の（ｂ）に示すように、後沸き以降の出湯温度特性は設定温度にほぼ等しい安定した特性Ｃ０２として得られる。
【００４１】
さらに、図８の場合には、湯温の立ち下がり特性の立ち下がり速度が立ち上がり特性の立ち上がり速度よりも大きい分の補正ガス量と、着火遅れを補償する着火遅れガス補償量が立ち上げガス量に増加補正され、出湯湯温はほぼ設定温度に等しい安定した特性Ｃ０１″が得られる。
【００４２】
さらに、図９に示す場合には、着火進みΔｔ分だけガス量立ち上げのタイミングを遅らせ、かつ、着火後、Δｔの時間ガス量を下限限界値に絞って待機するので、湯温の立ち上がり特性はＧ０２″の安定した特性となる。
【００４３】
次に、本実施例の具体的な動作を図３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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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ｔｆ を計測する。
【００４７】
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ＧＰ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 、湯温の立ち下がり特性ＧＤ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ を読み出す。また、着火時間ｔｆ と基準着火時間ｔｆ０との値により、着火遅れや着火進みの着火変動時間を求める。
【００４８】
ステップ１１１ では、立ち下がり特性ＧＤ による湯温の降下分Ｄと立ち上がり特性ＧＰ による湯温の上昇分Ｕとの差により湯温降下分（又は湯温上昇分）の補正ガス量と、立ち上がり遅れ時間ＬＰ と立ち下がり遅れ時間ＬＤ との遅れ差分ガス補償量と、着火遅れや着火進みの着火変動時間による温度上昇の遅れ分ＤＤ１ （又は温度上昇の過剰分ＤＤ２ ）を補償する着火遅れガス補償量（着火進みの場合は最低限ガス絞り量）とを求める。補正ガス量に遅れ差分ガス補償量と着火変動によるガス補償量を増減したものを最終の補正ガス量として設定する。ステップ１１２ では、この補正ガス量による再出湯時のガス量の補償が行われ、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。
【００４９】
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フィードフォワードとフィードバックの併合制御による燃焼動作に移行する。
【００５０】
このフィードフォワードとフィードバック併合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。
【００５１】
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ＧＰ 、立ち下がり特性ＧＤ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ が逐次関係データを用いて求められ、湯温の降下分Ｄ−Ｕ１ （又は上昇分Ｕ２ −Ｄ）と遅れ時間ＬＤ ，ＬＰ のずれ差分と着火変動分を補償する補正（補償）ガス量が、再出湯時の立ち上げガス量に加えられて（又は減じられて）燃焼するので、再出湯時の湯温のアンダーシュート（又はオーバーシュート）は小さく抑えられる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施例に限定されることは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するものである。
【００５３】
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ＧＰ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 、湯温の立ち下がり特性ＧＤ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 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。
【００５４】
さらに、上記実施例では、湯温の立ち上がり特性ＧＰ や立ち下がり特性ＧＤ は時間をスケール単位として与え、また、これら各特性ＧＰ ，ＧＤ 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、着火ポイントや着火の遅れや進み等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】
【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、この補正ガス量にさらに再出湯時における立ち上がり遅れ量と立ち下がり遅れ量の差分を補償する遅れ差分ガス補償量と着火変動分を補償するガス量を再出湯時の立ち上げガス量に増減補正して燃焼するので、燃焼量の緻密な制御が可能となり、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をさらに小さくでき、湯温の安定した湯の出湯が可能となる。
【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】同実施例の具体的な動作を示すフローチャートである。
【図４】湯温の立ち下がり速度が湯温の立ち上がり速度よりも大のときの特性説明図である。
【図５】湯温の立ち上がり速度が湯温の立ち下がり速度よりも大のときの特性説明図である。
【図６】湯温の立ち下がり速度が湯温の立ち上がり速度よりも大のときの補正前後の関係を示す特性説明図である。
【図７】湯温の立ち上がり速度が湯温の立ち下がり速度よりも大のときの補正前後の関係を示す特性説明図である。
【図８】湯温の立ち下がり速度が湯温の立ち上がり速度よりも大のときであって、着火遅れが生じたときの補正前後の関係を示す特性説明図である。
【図９】湯温の立ち下がり速度が湯温の立ち上がり速度よりも大のときであって、かつ、着火進みが生じたときの補正前後の関係を示す特性説明図である。
【図１０】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１１】従来の再出湯時の出湯温の変化を示すグラフである。
【図１２】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１３】給湯器のシステム構成図である。
【符号の説明】
Ｄ 湯温の降下分
Ｕ 湯温の上昇分
ＧＤ 湯温の立ち下がり特性
ＧＰ 湯温の立ち上がり特性
ＬＤ 立ち下がり遅れ時間
ＬＰ 立ち上がり遅れ時間
【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１３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１３および図１２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１２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ｔｐ 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。この湯温安定以降はフィードフォワードとフィードバックの併合による燃焼制御に移行する。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１１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ｔｐ 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、湯温の冷却速度の方が湯温の上昇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ようにす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、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、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、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立ち下がり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特性から得られる湯温の上昇分との再出湯時点を起点として比較した差し引き温度差を零にする補正ガス量を求め、その一方で、再出湯時に立ち下がり遅れ量と立ち上がり遅れ量の遅れ差分に対応する湯温変動を補償する遅れ差分ガス補償量を求め、さらに、着火の遅れの有無を検出し、着火の遅れが生じたときには、その着火遅れ量に起因する湯温の上昇不足分を補償する着火遅れガス補償量を求め、再出湯時には立ち上げガス量を補正ガス量で増減補正したものに湯温立ち上がり遅れ量と湯温立ち下がり遅れ量とに差があるときは遅れ差分ガス補償量を、着火遅れがあるときは着火遅れガス補償量をそれぞれ補償して燃焼を行うことを特徴として構成されており、また、着火の進みの有無を検出し、再出湯時には立ち上げガス量を補正ガス量で増減補正したものに湯温立ち上がり遅れ量と湯温立ち下がり遅れ量とに差があるときは遅れ差分ガス補償量を補償し、着火進みがあるときには着火時から立ち上げガス量を炎を維持する最低限に絞って着火進み分だけ待機してから立ち上げ燃焼することも本発明の特徴的な構成とされている。
【００１０】
【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特性による湯温の降下分と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な増減の補正ガス量を求め、これを再出湯時の立ち上げガス量に増減補正し、さらに、湯温立ち上がり特性の立ち上がり遅れ量と湯温立ち下がり特性の立ち下がり遅れ量とに差があるときには遅れ差分ガス補償量が増減補償され、さらに、着火の遅れがあるときには着火遅れガス補償量が補償され、着火の進みがあるときには立ち上げガス量の立ち上げタイミングを着火進み分だけガス量を絞って遅らすので、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。
【００１１】
【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１３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。
【００１２】
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ＧＤ 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ＧＰ との両特性が出湯温に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。
【００１３】
図４の（ａ）および図５の（ａ）に示すように、給湯器内残留湯温の立ち下がり特性ＧＤ 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遅れ時間ＬＤ 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ＧＰ （ＧＰ１，ＧＰ２）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遅れ時間ＬＰ 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ＬＤ をもつ湯温の立ち下がり特性ＧＤ を表す曲線と、立ち上がり遅れ時間ＬＰ をもつ湯温の立ち上がり特性ＧＰ１，ＧＰ２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。
【００１４】
図４の特性は、湯温の立ち上がり特性ＧＰ１の立ち上がり速度よりも湯温の立ち下がり特性ＧＤ の立ち下がり速度の方が大きい場合であり、図５の特性は、その逆に、湯温の立ち上がり特性ＧＰ２の立ち上がり速度の方が湯温の立ち下がり特性ＧＤ の立ち下がり速度よりも大きい場合である。なお、図４の（ｂ）および図５の（ｂ）において、曲線ＧＧＤ は立ち上がり特性ＧＰ （ＧＰ１，ＧＰ２）と立ち下がり特性ＧＤ とを比較し易くするために、立ち下がり特性ＧＤ を反転し、起点位置を立ち上がり特性ＧＰ の起点位置に一致させて描いたものである。
【００１５】
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。同様に、再出湯前の前回の給湯燃焼が低温度設定で行われていたときに、次の再出湯時に設定温度が変更されて高温度設定で再出湯が行われた場合や、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ＧＰ の立ち上がり速度よりも湯温の立ち下がり特性ＧＤ の立ち下がり速度の方が大きくなり、前記図４の曲線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、再出湯前が高温設定で使用されていた後、次の再出湯時は、低温度設定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ＧＤ の立ち下がり速度よりも湯温の立ち上がり特性ＧＰ 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ＧＤ とその立ち下がり遅れ時間ＬＤ 、湯温の立ち上がり特性ＧＰ とその立ち上がり遅れ時間ＬＰ 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１０の（ａ），（ｂ）に示すように、入水温がＴ１ 、給湯設定温度がＴＳ 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ＧＤ１，ＧＤ２，ＧＤ３と立ち下がり遅れ時間ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３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、立ち下がり遅れ時間は短くなる。また、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オン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は短くなる。
【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によって、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 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ＧＤ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 、湯温の立ち上がり特性ＧＰ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ を実験や理論計算等によって予め求めておき、これを関係データとして記憶しておくことに特徴がある。
【００２０】
本実施例は、再出湯時における入水温と入水量と給湯設定温度に対応させて予め与えておいた関係データを利用して、再出湯時の入水量その他の上記条件下での湯温の立ち下がり特性ＧＤ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 、湯温の立ち上がり特性ＧＰ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ を求め、これを利用して湯温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量を増減する図６の（ａ）および図７の（ａ）に示すような補正ガス量を求めている。
【００２１】
すなわち、立ち上がり特性ＧＰ１よりも立ち下がり特性ＧＤ の速度が大きい場合は、図４の（ａ）に示すような立ち下がり遅れ時間ＬＤ 経過後の湯温の立ち下がり特性ＧＤ による湯温降下分Ｄと、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 経過後の湯温の立ち上がり特性ＧＰ１による湯温の上昇分Ｕ１ との差としての残差降下分Ｄ−Ｕ１ に相当するガスの燃焼量を図６の（ａ）に示すような増加分の補正ガス量として求め、これを再出湯時の立ち上げガス量に加えることにより、湯温の残差下降分Ｄ−Ｕ１ を補償して、再出湯時の湯温のアンダーシュートを小さく抑え、湯温を安定化させるものである。
【００２２】
また、立ち下がり特性ＧＤ よりも立ち上がり特性ＧＰ２の速度が大きい場合には、図５に示す如く湯温降下分Ｄよりも湯温上昇分Ｕ２ の方が大きくなるので、図７の（ａ）に示す如く、湯温の残差上昇分Ｕ２ −Ｄに相当するガスの減少分の補正ガス量を求め、これを再出湯時の立ち上げガス量から差し引くことにより、湯温の残差上昇分Ｕ２ −Ｄを補償して、再出湯時の湯温のオーバーシュートを小さく抑え、湯温を安定化させるものである。
【００２３】
なお、予め関係データとして与えておく立ち上がり遅れ時間ＬＰ は、給湯栓１が開栓されて流量センサ９がオンした後、一定の基準着火時間ｔｆ０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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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ｔｆ をタイマ３１動作により計測し、この着火時間ｔｆ をメモリ３２に一旦記憶する。その一方で、着火検出時間ｔｆ と基準着火時間ｔｆ０を比較演算して着火遅れ量（ｔｆ −ｔｆ０）や着火進み量（ｔｆ０−ｔｆ ）を求め、これをメモリ３２に記憶する。
【００２７】
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、および着火検出部２７から加えられる着火時間ｔｆ や着火の遅れ進み時間等のデータが記憶されており、さらに、予め与えられる基準着火時間ｔｆ０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。
【００２８】
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ＧＰ と立ち下がり特性ＧＤ を示すグラフデータ、および、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 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。
【００２９】
補正ガス量設定部２８は、図２に示すように着火変動ガス補正部３４と、グラフ作成部３５と、補正ガス量算出部３６とを有して構成されている。
【００３０】
着火変動ガス補正部３４では、着火遅れが生じたときには、その着火遅れ時間に応じた湯温上昇の不足分を補償する着火遅れガス補償量を求め、着火進みが生じたときには着火後着火進み分だけ炎を維持できる最低限の絞りガス量を求め、これらの求めた値をグラフ作成部３５に加える。
【００３１】
グラフ作成部３５では、着火遅れや着火進みの有無を確認し、これらの着火の遅れや進みがないときには、前記再出湯時条件下の湯温の立ち上がり特性ＧＰ 、立ち下がり特性ＧＤ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 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て、例えば、図６の（ｂ）および図７の（ｂ）に示すようなグラフを作成する。つまり、立ち上がり遅れ時間ＬＰ の終点を起点として湯温の立ち上がり特性ＧＰ１，ＧＰ２の曲線を描き、また、立ち下がり遅れ時間ＬＤ の終点を起点として湯温の立ち下がり特性ＧＤ の曲線を描く。なお、本実施例では着火遅れや着火進みがない状態では立ち上がり遅れ時間ＬＰ と立ち下がり遅れ時間ＬＤ を同じになるようにソフト的に処理して（ＬＰ ＝ＬＤ ）、補正ガス量を求める演算等の処理を行っている。
【００３２】
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で作成したグラフに基づき、補正ガス量を求める。図６に示すように、立ち下がり特性ＧＤ の立ち下がり速度が立ち上がり特性ＧＰ よりも大きいときには、湯温の降下分Ｄから湯温の上昇分Ｕ１ の差し引き演算が同図の（ａ）に示すように求められる。なお、同図の曲線ＧＧＤ は前記図４および図５の（ｂ）に示すものと同様に、湯温の立ち下がり特性を湯温の立ち上がり特性ＧＰ１に起点を一致させて反転させたものである。このＤ−Ｕ１ の温度差部分が同図の（ｂ）に示す湯温特性Ｃ１ のアンダーシュートを生じさせる原因となり、本実施例では、この温度差Ｄ−Ｕ１ を解消するだけの増加分の補正ガス量を算出する。なお、図６のＧＰ１′は補正ガス量を増加補正したときの、湯温の立ち上がり特性である。
【００３３】
また、湯温の立ち下がり特性ＧＤ の立ち下がり速度よりも立ち上がり特性ＧＰ の立ち上がり速度が大きい図７に示す場合には、補正ガス量算出部３６は湯温の上昇分Ｕ２ から湯温の降下分Ｄを差し引き演算し、同図の（ａ）に示すように、過剰分の温度差を減少する補正ガス量を演算により求める。なお、図７のＧＰ２′は補正ガス量を減少補正したときの、湯温の立ち下がり特性である。
【００３４】
一方、グラフ作成部３５は、着火遅れや着火進みがあるときには、この着火の遅れや進みを考慮してグラフを作成する。このグラフ作成の一例を示したものが図８および図９である。図８は湯温の立ち下がり特性ＧＤの立ち下がり速度が湯温の立ち上がり特性の立ち上がり速度よりも大きい場合であって、着火遅れΔｔが生じた場合である。この場合は、補正ガス量の増加補正後の湯温の立ち上がり特性ＧＰ１′の立ち上がり遅れ時間は着火遅れがないときの立ち上がり遅れ時間ＬＰ（ＬＰ＝ＬＤ）よりもほぼΔｔだけ延びて、ＬＰ１となる。
【００３５】
この場合には、前記着火遅れがない場合に求めた補正ガス量を加えても、図８の（ａ）に示す如く、湯温の立ち上がり特性ＧＰ１′の着火遅れ分に対応する湯温上昇の不足分ＤＤ１ が生じ、この不足分ＤＤ１ に起因する湯温のアンダーシュートが生じる。
【００３６】
これを防止するために、補正ガス量算出部３６はこの着火遅れに相当する湯温上昇の不足分を補う着火遅れガス補償量を演算により求める。図８のＧＰ１″は着火遅れガス補償量を加えたときの湯温の立ち上がり特性である。
【００３７】
これに対し、図９の（ａ）に示すように、Δｔの着火進みが生じたときには、補正ガス量の増加補正後の湯温の立ち上がり特性ＧＰ１′の立ち上がり遅れ時間は着火進みがないときのＬＰ よりもΔｔだけ短いＬＰ２となる。この着火進みが生じると、その着火進み分ＤＤ２ に対応するガス供給の過剰分が生じ、これに起因する出湯湯温のオーバーシュートが生じる。
【００３８】
本実施例では、この着火進みによるガス供給量の過剰分を解消するために、図９の（ｂ）に示すように、着火確認後、炎の立ち消えが生じない下限の限界値までガス量を絞り、このガス量絞り状態をΔｔだけ保持した後補正ガス量を補正したガス量を立ち上げる。ＧＰ１″はこのときの湯温の立ち上がり特性を示すものである。
【００３９】
ガス比例分駆動部３０は前記各場合に求められる補正ガス量設定部２８で演算される補正ガス量や立ち上がりと立ち下がり特性の遅れ差分ガス補償量や着火変動のガス補償値に基づき、ガス比例弁１３の開弁量を制御する。例えば、前記図６に示す場合には、着火後の立ち上げガス量に補正ガス量を加えて立ち上げガス量を制御する。これにより、補正前の湯温の立ち上がり特性ＧＰ１は反転立ち下がり特性ＧＧＤ に等しいＧＰ１′となり、同図の（ｂ）に示すように、後沸き以降の出湯温度特性は、湯温が設定温度に安定したＣ０１の特性となる。
【００４０】
また、図７の場合には、着火後の立ち上げガス量から補正ガス量が減少補正され、補正前の湯温の立ち上がり特性ＧＰ２は反転立ち下がり特性ＧＧＤ に等しいＧＰ２′となり、同図の（ｂ）に示すように、後沸き以降の出湯温度特性は設定温度にほぼ等しい安定した特性Ｃ０２として得られる。
【００４１】
さらに、図８の場合には、湯温の立ち下がり特性の立ち下がり速度が立ち上がり特性の立ち上がり速度よりも大きい分の補正ガス量と、着火遅れを補償する着火遅れガス補償量が立ち上げガス量に増加補正され、出湯湯温はほぼ設定温度に等しい安定した特性Ｃ０１″が得られる。
【００４２】
さらに、図９に示す場合には、着火進みΔｔ分だけガス量立ち上げのタイミングを遅らせ、かつ、着火後、Δｔの時間ガス量を下限限界値に絞って待機するので、湯温の立ち上がり特性はＧ０２″の安定した特性となる。
【００４３】
次に、本実施例の具体的な動作を図３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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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ｔｆ を計測する。
【００４７】
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ＧＰ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 、湯温の立ち下がり特性ＧＤ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ を読み出す。また、着火時間ｔｆ と基準着火時間ｔｆ０との値により、着火遅れや着火進みの着火変動時間を求める。
【００４８】
ステップ１１１ では、立ち下がり特性ＧＤ による湯温の降下分Ｄと立ち上がり特性ＧＰ による湯温の上昇分Ｕとの差により湯温降下分（又は湯温上昇分）の補正ガス量と、立ち上がり遅れ時間ＬＰ と立ち下がり遅れ時間ＬＤ との遅れ差分ガス補償量と、着火遅れや着火進みの着火変動時間による温度上昇の遅れ分ＤＤ１ （又は温度上昇の過剰分ＤＤ２ ）を補償する着火遅れガス補償量（着火進みの場合は最低限ガス絞り量）とを求める。補正ガス量に遅れ差分ガス補償量と着火変動によるガス補償量を増減したものを最終の補正ガス量として設定する。ステップ１１２ では、この補正ガス量による再出湯時のガス量の補償が行われ、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。
【００４９】
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フィードフォワードとフィードバックの併合制御による燃焼動作に移行する。
【００５０】
このフィードフォワードとフィードバック併合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。
【００５１】
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ＧＰ 、立ち下がり特性ＧＤ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ が逐次関係データを用いて求められ、湯温の降下分Ｄ−Ｕ１ （又は上昇分Ｕ２ −Ｄ）と遅れ時間ＬＤ ，ＬＰ のずれ差分と着火変動分を補償する補正（補償）ガス量が、再出湯時の立ち上げガス量に加えられて（又は減じられて）燃焼するので、再出湯時の湯温のアンダーシュート（又はオーバーシュート）は小さく抑えられる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施例に限定されることは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するものである。
【００５３】
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ＧＰ 、立ち上がり遅れ時間ＬＰ 、湯温の立ち下がり特性ＧＤ 、立ち下がり遅れ時間ＬＤ 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。
【００５４】
さらに、上記実施例では、湯温の立ち上がり特性ＧＰ や立ち下がり特性ＧＤ は時間をスケール単位として与え、また、これら各特性ＧＰ ，ＧＤ 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、着火ポイントや着火の遅れや進み等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】
【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、この補正ガス量にさらに再出湯時における立ち上がり遅れ量と立ち下がり遅れ量の差分を補償する遅れ差分ガス補償量と着火変動分を補償するガス量を再出湯時の立ち上げガス量に増減補正して燃焼するので、燃焼量の緻密な制御が可能となり、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をさらに小さくでき、湯温の安定した湯の出湯が可能となる。
【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】同実施例の具体的な動作を示すフローチャートである。
【図４】湯温の立ち下がり速度が湯温の立ち上がり速度よりも大のときの特性説明図である。
【図５】湯温の立ち上がり速度が湯温の立ち下がり速度よりも大のときの特性説明図である。
【図６】湯温の立ち下がり速度が湯温の立ち上がり速度よりも大のときの補正前後の関係を示す特性説明図である。
【図７】湯温の立ち上がり速度が湯温の立ち下がり速度よりも大のときの補正前後の関係を示す特性説明図である。
【図８】湯温の立ち下がり速度が湯温の立ち上がり速度よりも大のときであって、着火遅れが生じたときの補正前後の関係を示す特性説明図である。
【図９】湯温の立ち下がり速度が湯温の立ち上がり速度よりも大のときであって、かつ、着火進みが生じたときの補正前後の関係を示す特性説明図である。
【図１０】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１１】従来の再出湯時の出湯温の変化を示すグラフである。
【図１２】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１３】給湯器のシステム構成図である。
【符号の説明】
Ｄ 湯温の降下分
Ｕ 湯温の上昇分
ＧＤ 湯温の立ち下がり特性
ＧＰ 湯温の立ち上がり特性
ＬＤ 立ち下がり遅れ時間
ＬＰ 立ち上がり遅れ時間
Claims (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、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、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、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立ち下がり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特性から得られる湯温の上昇分との再出湯時点を起点として比較した差し引き温度差を零にする補正ガス量を求め、その一方で、再出湯時に立ち下がり遅れ量と立ち上がり遅れ量の遅れ差分に対応する湯温変動を補償する遅れ差分ガス補償量を求め、さらに、着火の遅れの有無を検出し、着火の遅れが生じたときには、その着火遅れ量に起因する湯温の上昇不足分を補償する着火遅れガス補償量を求め、再出湯時には立ち上げガス量を補正ガス量で増減補正したものに湯温立ち上がり遅れ量と湯温立ち下がり遅れ量とに差があるときは遅れ差分ガス補償量を、着火遅れがあるときは着火遅れガス補償量をそれぞれ補償して燃焼を行う給湯器の再出湯時における燃焼制御方法。
- 着火の進みの有無を検出し、再出湯時には立ち上げガス量を補正ガス量で増減補正したものに湯温立ち上がり遅れ量と湯温立ち下がり遅れ量とに差があるときは遅れ差分ガス補償量を補償し、着火進みがあるときには着火時から立ち上げガス量を炎を維持する最低限に絞って着火進み分だけ待機してから立ち上げ燃焼する請求項１記載の給湯器の再出湯時における燃焼制御方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (3)
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Publications (2)
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Country Status (1)
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1993
- 1993-12-28 JP JP35338293A patent/JP3589687B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0727414A (ja) | 1995-01-27 |
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