JP3756998B2 - 給湯器およびその再出湯時における燃焼制御方法 - Google Patents
給湯器およびその再出湯時における燃焼制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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およびその燃焼制御装置付給湯器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７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（給湯流量）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、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】
【発明が解決しようとする課題】
給湯器をコールドスタートさせる場合（給湯器が冷えている状態でスタートさせる場合）は、燃焼開始後、給湯設定温度の湯が出湯するまで多少の時間が掛かることは避け難いが、給湯燃焼停止後、短時間のうちに再度給湯を行う断続使用の場合には、できるだけ湯温変動のない湯を出湯させることが望ましい。このような観点から、例えば、燃焼停止時から所定の時間、例えば、５分間は断続使用のための湯温安定化制御を行う待機時間として設定し、この待機時間内で給湯栓１が開けられて再出湯が行われた場合には、オーバーシュート（給湯燃焼停止後熱交換器２に保有されている熱が内部の湯水に加わり、設定温度よりも高い後沸きの湯が出る現象）の湯が出湯されたり、アンダーシュート（ガスの立ち上げ供給量が不足して設定温度よりも低めの湯が出湯する現象）の湯が出ないように再出湯湯温の安定化制御が行われる。
【０００６】
この再出湯湯温の安定化制御は、例えば、図８に示すように、再出湯時の通水により後沸きの湯が出終わるまでの後沸き時間ＬD の後の湯温の立ち下がり特性（バーナを燃焼させない状態で通水したときの熱交換器２内湯温の下降特性）と再出湯開始点からの立ち上がり遅れ時間ＬP 後の湯温の立ち上がり特性（バーナ燃焼により給水される水が時間遅れＬP を伴って湯温が上昇する湯温上昇特性）とを予め求めておき、立ち下がり特性による湯温の下降量Ｄと湯温の立ち上がり特性に基づく湯温の上昇量Ｕを求め、この下降量Ｄと上昇量Ｕが相殺されるようにフィードフォワード演算によって求められるガスの立ち上げ量（入水温を設定温度に高めるのに要する要求熱量を得るガス量）を増減補正するものである。
【０００７】
図９はこのフィードフォワードガス供給量の制御形態を示している。同図において、点着火後、ガス量補正制御を行わない場合には、破線で示すように入水温を設定温度に高めるのに要する要求熱量をフィードフォワード演算により求め、再出湯時の立ち上げガス量として供給する。そして、出湯湯温が給湯設定温度に近づいたときに、フィードフォワード制御からフィードフォワード演算とフィードバック演算を併用した実線で示す比例制御に移行する。
【０００８】
ところが、ガス量補正制御を伴わないフィードフォワード制御においては、前記図８に示したように湯温の立ち下がり特性による湯温の下降量Ｄと湯温の立ち上がり特性による湯温の上昇量Ｕとが一致せず、図８の場合には、湯温の下降量Ｄが上昇量Ｕよりも大きいために、図８に示す出湯特性の如く、アンダーシュートの湯が出るという現象が生じ、このアンダーシュートの湯を防止するために、図９に示すように、不足分のガス量を補正ガス量として斜線で示すガス量分だけ前記フィードフォワード立ち上げガス量に加算し、アンダーシュートの湯の出湯を防止している。
【０００９】
なお、湯温の立ち下がり特性による湯温の下降量Ｄが湯温の立ち上がり特性による湯温の上昇量Ｕよりも小さいときには、逆に、オーバーシュートの湯が出湯するので、フィードフォワード演算による立ち上げガス量を減少補正して再出湯湯温の安定化制御を行うようにしている。
【００１０】
本発明者は、給湯器の再出湯湯温の安定化制御のための各種の実験を行ったところ、特に、図６に示すような排気管20と吸気管21が二重管となっている器具においては、燃焼停止後のポストパージ（燃焼停止後も燃焼ファン５を所定の時間継続回転して燃焼室内に残留する排気ガスを排出する動作）期間に、排気流と吸気流とが熱交換されて、温度の高い空気が熱交換器２に供給されるために、熱交換器２の保有熱量の経時変化が待機時間内で複雑に変化し、このため、湯温の立ち下がり特性の立ち下がり時定点に影響を与える後沸き時間ＬD が待機時間に比例した関係とならず、待機時間の経過に伴い複雑に変化するという現象を突き止めるに至った。
【００１１】
図２は本発明者が後沸き時間ＬD を待機時間を変数として求めた実験データである。この実験データは、熱交換器２の通水流量をある値で一定とした場合のデータであり、待機時間に対し、後沸き時間ＬD は複雑な高次式の様相を呈している。
【００１２】
なお、図３は、ある一定の待機時間時点における後沸き時間ＬD が熱交換器２の通水流量によってどのように変化するかを求めた実験データである。この実験データから、待機時間の各時点において、後沸き時間ＬD は流量に対して比例関係を持つことが分かる。
【００１３】
前記の如く、ポストパージにより、湯温立ち下がり特性の後沸き時間ＬD は待機時間によって複雑な様相を呈するが、この現象は、排気管20と吸気管21を二重管状にしたものに限らず、排気管20と吸気管21が並設されて相互の熱交換が可能な形態のものによっても生じ、また、吸気と排気が相互に熱交換を行わない場合であっても、排気通路の長さによって排気抵抗が異なることから、排気経路が長くなるにつれ、後沸き時間は複雑な様相を呈する。
【００１４】
従来のおいては、このような待機時間によって後沸き時間ＬD が複雑な様相を呈するということは想定されなかったために、再出湯時のフィードフォワードガス供給量の立ち上げ時に、後沸き時間ＬD を正しい値で取り込むことができないために、的確にガスの立ち上げ供給量を補正制御することは難しく、このため、特に、吸気と排気が熱交換を行うタイプの器具や、排気経路が長い器具の再出湯湯温の安定化を精度良く行うことは困難であった。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、待機時間内で、後沸き時間が複雑に変化する現象を考慮し、再出湯湯温の安定化制御を精度良く行うことができる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法およびその燃焼制御装置付給湯器を提供することにある。
【００１６】
【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、次のような手段を講じている。すなわち、燃焼制御方法の第１の発明は、給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間のデータを与えておき、その一方で再出湯時の給湯流量に比例した大きさであって待機時間の全区間にわたって一定値となる補助後沸き時間を与えておき、この補助後沸き時間を上下に挟む許容範囲を与え、前記待機時間を変数とする後沸き時間のデータが前記補助後沸き時間の許容範囲に含まれる待機時間の区間での再出湯時は後沸き時間として補助後沸き時間を採用してガスの立ち上げ量を補正し、前記待機時間を変数とする後沸き時間のデータが前記補助後沸き時間の許容範囲から外れる待機時間の区間での再出湯時はガスの立ち上げ量の補正を中止して入水温を給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワードガス量近辺の一定固定量のガス量を立ち上げる構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
また、燃焼制御方法の第２の発明は、給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間の基礎データを与えてこのデータを前記待機時間を複数に分割することで区分し、待機時間の各分割区分のうちの１以上の分割区分に前記基礎データを待機時間を変数とする近似式で近似した近似式を与え、再出湯時にはその再出湯時が前記近似式を与えた待機時間の分割区分に属する場合はその近似式によって後沸き時間を求めてガスの立ち上げ量を補正する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１８】
また、燃焼制御方法の第３の発明は、給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間の基礎データを与えてこのデータを前記待機時間を複数に分割することで区分し、待機時間の各分割区分のうちの１以上の分割区分に前記基礎データを待機時間を変数とする一次式で近似した一次近似式を与え、再出湯時にはその再出湯時が前記一次近似式を与えた待機時間の分割区分に属する場合はその一次近似式によって後沸き時間を求めてガスの立ち上げ量を補正する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】
燃焼制御方法の第４の発明は、給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間のデータを与えて待機時間を変数とする高次近似式として与え、再出湯時にはこの高次近似式を用いて後沸き時間を演算により求めてガスの立ち上げ量を補正する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
燃焼制御装置付給湯器の第１の発明は、給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる燃焼制御装置付給湯器において、前記待機時間を変数とした後沸き時間のデータが与えられているメーンデータ格納部と、再出湯時の給湯流量に比例した大きさであって待機時間の全区間で一定となる補助後沸き時間およびこの補助後沸き時間を上下に挟む許容範囲のデータが各給湯流量の大きさ毎に与えられている補助データ格納部と、再出湯開始時に給湯流量の検出情報を得てその検出給湯流量に対応する前記補助データ格納部の補助後沸き時間のデータと前記メーンデータ格納部のデータとを比較し再出湯開始時点におけるメーンデータ格納部側のデータの値が前記補助後沸き時間の許容範囲内か否かを判断する後沸き時間範囲判断部と、この後沸き時間範囲判断部の判断結果に基づきメーンデータ格納部側のデータの値が補助後沸き時間の許容範囲以内のときは後沸き時間として補助後沸き時間を採用してガスの立ち上げ量を補正しメーンデータ格納部側のデータの値が補助後沸き時間の許容範囲から外れているときはガスの立ち上げ量の補正を中止して入水温を給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワードガス量近辺の一定固定量のガス量を立ち上げるガス量立ち上げ制御部とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
燃焼制御装置付給湯器の第２の発明は、前記燃焼制御装置付給湯器の第１の発明の構成を備えたものにおいて、補助データ格納部には給湯流量を変数として待機時間の全区間で一定となる補助後沸き時間が与えられ、再出湯時の給湯流量の情報を得て補助後沸き時間を演算により求める構成としたことをもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
上記発明において、待機時間を変数とした後沸き時間の関数データを例えば予め実験により求めて、その後沸き時間の実験関数データを高次近似式で与えたり、あるいは待機時間を複数に分割区分し、各分割区分の前記実験関数データを一次近似式で単純化して与える構成にあっては、待機時間内で後沸き時間が複雑な様相を呈する場合においても、その複雑な後沸き時間の近似式を採用して再出湯時のフィードフォワードガス量の立ち上げ供給量を補正制御できるので、再出湯湯温安定化制御の精度を高めることが可能となる。
【００２３】
また、補助後沸き時間の概念を採用し、この補助後沸き時間と前記実験関数データを比較し、実験関数データが補助後沸き時間の許容範囲に入る場合には後沸き時間として補助後沸き時間を採用し、実験関数データが補助後沸き時間の許容範囲から外れる範囲では、立ち上げガス量の補正を中止して一定のガス量を立ち上げる構成とした発明においては、複雑な実験関数データを用いずに単純な補助後沸き時間を用いて制御できることになり、補助後沸き時間が使えない区間、つまり、実験関数データが補助後沸き時間の許容範囲を外れる区間では、入水温を給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワードガス量近辺の一定固定量のガス量を立ち上げるので、ガス立ち上げ量が実情から大きく外れることはなく、制御構成が簡易にできるにも拘わらず、精度の高い再出湯湯温の安定化制御を行うことができることとなる。このように、本願の各発明は、待機時間によって複雑に変化する後沸き時間を考慮してできるだけその実情に合うように後沸き時間を設定するので、従来に比べ再出湯湯温の安定化制御の精度が格段に向上し、本発明の目的とする課題解決が達成される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。なお、以下に説明する各実施形態例の給湯器は単機能給湯器、給湯・風呂複合機等の各種タイプの給湯器に適用されるが、説明の都合上、前記の図６および図７に示したシステム構成を代表例にして説明する。なお、これら図６および図７において同一名称部分には同一符号が付されており、その重複説明は省略する。
【００２５】
図１には本発明の方法を行う本発明装置の特徴的な制御構成のブロック図が示されている。この特徴的な構成は給湯器の制御装置14に設けられるもので、第１実施形態例の構成は、メーンデータ格納部22と、補助データ格納部23と、後沸き時間範囲判断部24と、ガス量立ち上げ制御部25と、待機時間計測手段26とを有して構成されている。
【００２６】
この第１実施形態例は、待機時間の経過に伴い複雑に変化する後沸き時間そのものを直接用いずに、簡易な取り扱い処理によって精度の高い再出湯湯温の安定化制御を行おうとするものである。
【００２７】
前記待機時間計測手段26はタイマクロックにより構成され、給湯燃焼停止時からの時間の経過を計測する。
【００２８】
前記メーンデータ格納部22には図４に示すような待機時間を変数とする立ち下がり特性の後沸き時間ＬD のデータが実験により求められて格納されている。
【００２９】
一方、補助データ格納部23には補助後沸き時間データおよびその補助後沸き時間データを上下に挟む許容範囲のデータが格納されている。この実施形態例では前記図３に示した如く、流量によって後沸き時間ＬD が比例的に変化することに着目し、熱交換器２を通る通水量の値毎に区分されて複数の補助後沸き時間データが格納されている。
【００３０】
熱交換器２の通水流量をＱとしたとき、補助後沸き時間αはα＝ＢＱ＋Ｚの式で表される。ここにＢおよびＺは定数であり、熱交換器２の通水流量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 ，・・・・・に対し、それに対応する補助後沸き時間αがＢＱ1 ＋Ｚ，ＢＱ2 ＋Ｚ，ＢＱ3 ＋Ｚ，・・・・・という如く、各通水流量に対応して補助後沸き時間αが与えられ、各αに該αを上下に挟む許容範囲が与えられて補助後沸き時間のデータが前記補助データ格納部23に格納されている。
【００３１】
後沸き時間範囲判断部24は給湯栓１が開けられて再出湯が開始したときには、その再出湯の開始を流量センサ９の流量検出信号等により検知し、待機時間計測手段26から出湯開始時の待機時間（給湯燃焼停止時から再出湯開始までの時間）を検出する。そして、流量センサ９によって検出される給湯流量の値によってその流量に対応する補助後沸き時間αとその許容範囲を補助データ格納部23から読み出し、前記メーンデータ格納部22に格納されている後沸き時間の実験関数データと図４に示す如く比較する。
【００３２】
そして、待機時間の区間内で、再出湯開始点における実験関数データの値が補助時定数αの許容範囲から外れているか否かを判断する。つまり、図４の例では、再出湯開始点がＩとIII の区間では実験関数データは補助後沸き時間αの許容範囲から外れていると判断し、待機時間のIIの区間では、実験関数データは補助後沸き時間αの許容範囲内に入っているものと判断し、その判断結果をガス量立ち上げ制御部25に加える。
【００３３】
ガス量立ち上げ制御部25は前記後沸き時間範囲判断部24の判断結果に基づき、再出湯開始時が待機時間のＩとIII の区間であるときには、入水温度Ｔw の流量Ｑを設定温度Ｔstに高めるのに要する要求熱量ＰをＰ＝Ｑ（Ｔst−Ｔw ）のフィードフォワード演算により求め、これに、予め定められる100 ％、あるいは110 ％、あるいは120 ％という如く予め定められる一定の割合を掛けて、入水温を給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワードガス量近辺の一定固定量のガス量を立ち上げ供給する。
【００３４】
その一方で、再出湯の開始時点がIIの区間、すなわち、後沸き時間の実験関数データが補助後沸き時間の許容範囲に入っている区間では、補助後沸き時間αを採用し、この補助後沸き時間αを用いてガスの立ち上げ量を補正したフィードフォワードガス量を立ち上げる。
【００３５】
この実施形態例では、待機時間の経過に伴い複雑に変化する後沸き時間を高次式で数式化する煩雑さを避けて制御処理するため、その制御構成を極めて簡易化することができる。
【００３６】
このように制御構成を簡易化しても、実験関数データが補助後沸き時間の許容範囲内に入るときには、補助後沸き時間を使用するので、実験関数データを用いた場合とほぼ同様の制御精度を保つことができると共に、補助後沸き時間の許容範囲から実験関数データが外れる場合には、補助後沸き時間の採用を止め、ガス量の補正を行わずに一定固定量のフィードフォワードガス供給量を入水温度を設定温度に高めるのに要する要求熱量の近辺の値のガス量でもって供給するので、最適なフィードフォワードガス量の立ち上げ量から大きくずれることのないガス量を立ち上げ供給することができるので、再出湯湯温が給湯設定温度から許容範囲を越えてずれることのない安定した湯温の湯の供給が可能である。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態例を説明する。この第２実施形態例は、補助デデータ格納部23に熱交換器２の通水流量に基づいて補助後沸き時間データαを演算により求める演算式をα＝ＢＱ＋Ｚ（Ｂ，Ｚは定数）で与え、図１の鎖線で示すように補助後沸き時間演算部27を設けている。この補助後沸き時間演算部27は流量センサ９から流量検出信号を受け取り、再出湯開始時の流量の値を用いて前記補助データ格納部23に格納されている演算式を用いて補助後沸き時間αを演算により求める構成としている。なお、演算により求められた補助後沸き時間αに付される許容範囲のデータは補助データ格納部23に与えられており、補助後沸き時間演算部27は演算により求めた補助後沸き時間αに許容範囲を付してそのデータを後沸き時間範囲判断部24に加える構成としている。それ以外の構成は前記第１実施形態例と同様である。この第２実施形態例も、前記第１実施形態例と同様な作用効果を奏することが可能である。
【００３８】
次に、本発明の第３実施形態例を説明する。この第３実施形態例は、湯温立ち下がり特性の後沸き時間を高次式で数式化する煩雑化を避け、図５に示すように、待機時間を複数に区分（図５の場合は３区分）し、立ち下がり時定数の実験関数データを各区分毎に一次式で近似し、待機時間のＩの区間は▲１▼の近似式により、IIの区間は▲２▼の一次近似式により、また、III の区間は▲３▼の一次近似式をそれぞれ用いて実験関数データを近似するものであり、この待機時間の各区間の一次近似式は図１のメーンデータ格納部22に格納し、再出湯湯温のガス供給量の立ち上げ制御はこの各区間の一次近似式を用いて行うようにしたことを特徴とする。したがって、この第３実施形態例では、補助後沸き時間を用いないので、図１の補助データ格納部23および補助後沸き時間演算部27は省略される。
【００３９】
この第３実施形態例では、メーンデータ格納部22に格納されている待機時間の各区分毎の一次近似式を用いて後沸き時間を求めて再出湯時の立ち上げガス量を補正するので、後沸き時間の実験関数データを高次式により数式化する煩雑化を避けて制御処理することができるので、前記第１および第２の各実施形態例と同様に制御処理の簡易化を図ることができる。
【００４０】
しかも、待機時間を複数に区分し、各区分毎に後沸き時間の実験関数データを一次式で近似するので、各区間での近似式をほぼ実験関数データに一致するように近似することができるので、再出湯時のガス立ち上げ量の補正制御の精度も高まり、再出湯時のフィードフォワードガス供給量のずれを極めて小さくしてガスの立ち上げ量を制御できる結果、再出湯湯温のより優れた安定化制御が可能となる。
【００４１】
次に、本発明の第４実施形態例を説明する。この第４実施形態例は、図１のメーンデータ格納部22に後沸き時間の実験関数データを高次式で近似して数式化し、この高次の近似式を図１のメーンデータ格納部22に格納し、再出湯時には、この高次の近似式を用いて後沸き時間を求め、再出湯時のガス立ち上げ量を補正するものである。この第４実施形態例の場合も、補助後沸き時間を使用しないので、図１の補助データ格納部23および補助後沸き時間演算部27は省略される。
【００４２】
この第４実施形態例では、後沸き時間の実験関数データを高次式に数式化する処理が煩雑となるが、一旦この高次近似式を求めてメーンデータ格納部22に格納した後は、後沸き時間の実験関数データを用いて後沸き時間を求めるのと同じ結果となり、これにより、再出湯時のガス量立ち上げ補正の精度は格段にアップし、次世代の高性能器具として提供することが可能である。
【００４３】
なお、本発明は各実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の形態を採り得る。特に、本発明は排気と吸気が熱交換を行うタイプのものであって、給湯燃焼停止後にポストパージを行う器具においては特に顕著な効果を奏するが、それ以外の器具においても待機時間に応じて変化する後沸き時間を考慮して再出湯時のガス立ち上げ量の補正を行い得るので、フィードフォワードのガス立ち上げ量の補正を正確に行うことができ、再出湯湯温の安定化制御の精度を従来例のものに比べ、格段にアップできるという効果が得られることになる。
【００４４】
また、上記第３実施形態例では待機時間を複数に区分し、全区分ごとに一次近似式を与えたが全区分でなく、１以上の適宜の区分のみに一次近似式を与えてもよい。この場合近似式を与えるバリエーションは各種考えられ、例えば、図10の（ａ）に示すように、Ｉの区分のみに▲１▼の近似式を用いるようにしたり、あるいは同図の（ｂ）に示すようにＩの区分は▲１▼の近似式を用い、II以上の区分には固定値を用いる等の様々なバリエーションを採用することが可能である。また、近似式は一次近似式以外の近似式を用いて近似してもよい。
【００４５】
さらに、実験関数データ（実験データ）は全てのデータを実験により求めなくてもよく、実験値を数ポイントあるいは経験値より推定して求めることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明において、補助後沸き時間の概念を用いて湯温立ち下がり特性の後沸き時間を近似する構成にあっては、給湯燃焼停止時から次の再出湯時までの待機時間の長さによって複雑に変化する湯温立ち下がり特性の後沸き時間を複雑な高次式に数式化する煩雑さを避け、実際の後沸き時間のデータ（実験関数データ）が補助後沸き時間の許容範囲に含まれる場合には、熱交換器の通水流量によって容易に求まる補助後沸き時間を用いて再出湯時のガス立ち上げ量を補正するものであるから、再出湯湯温の制御構成を簡易化できるという効果を得ることができる。
【００４７】
しかも、後沸き時間のデータ（実験関数データ）が補助後沸き時間の許容範囲から外れる場合には、補助後沸き時間の採用を止め、入水温を設定温度に高めるのに要する要求熱量近辺の一定の固定ガス量を立ち上げ供給するようにしたものであるから、実際の後沸き時間のデータ（実験関数データ）が補助後沸き時間の許容範囲から外れる待機時間の区間で再出湯が開始された場合にも、安定した湯温の出湯が可能となり、従来例に比べ再出湯湯温の安定化制御の精度を高めることが可能である。
【００４８】
また、待機時間を複数に区分し、そのうち１つ以上の区分に実際の後沸き時間のデータ（実験関数データ）を近似する近似式（一次近似式を含む）を与え、この近似式を用いて後沸き時間を求める構成とした発明にあっては、前記補助後沸き時間の概念を用いた発明と同様に実際の後沸き時間のデータ（実験関数データ）を高次の近似式に数式化する煩雑さを避けて制御処理することができるので、再出湯湯温の制御構成の簡易化が図れることになる。しかも、待機時間を複数に区分して各区分毎に一次式で実際の後沸き時間データを近似するようにすれば、ほぼ実際のデータに合うように近似式を与えることができ、これにより、各待機時間での再出湯時の後沸き時間をより実情に合うように求めることができ、これにより、再出湯時の立ち上げガス量の補正精度がアップし、再出湯湯温のより優れた安定化制御が可能となる。
【００４９】
さらに、実際の後沸き時間のデータ（実験関数データ）を高次近似式で与える構成の発明にあっては、実際の後沸き時間を高次近似式に数式化する多少の煩雑さがあっても、一旦高次近似式を与えた後には、この高次近似式を用いて再出湯時の湯温の後沸き時間を実際の後沸き時間に一致する値で求めることができ、これにより、再出湯時の立ち上げガス量の補正制御の精度が格段にアップし、再出湯湯温安定化の高性能の次世代の器具として提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例の要部構成のブロック図である。
【図２】本発明者が実験により求めた待機時間を変数とする後沸き時間の説明図である。
【図３】待機時間を一定時点に固定したときの流量と後沸き時間との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態例における後沸き時間の決定手法を示す説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態例における後沸き時間の決定手法を示す説明図である。
【図６】排気管20と吸気管21が二重管となっているタイプの給湯器の構成説明図である。
【図７】従来の一般的な給湯器のシステム構成図である。
【図８】再出湯時における湯温の立ち上がり特性による湯温上昇と湯温の立ち下がり特性による湯温降下の差による出湯湯温の給湯設定温度に対するずれを示す説明図である。
【図９】図８に示す出湯湯温のずれを補正する再出湯時の立ち上げガス量の補正動作の説明図である。
【図１０】待機時間の１以上の分割区分に近似式を与えるバリエーションの一例を示す他の実施形態例の説明図である。
【符号の説明】
22 メーンデータ格納部
23 補助データ格納部
24 後沸き時間範囲判断部
25 ガス量立ち上げ制御部
26 待機時間計測手段
27 補助後沸き時間演算部
【発明の属する技術分野】
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およびその燃焼制御装置付給湯器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７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（給湯流量）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、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】
【発明が解決しようとする課題】
給湯器をコールドスタートさせる場合（給湯器が冷えている状態でスタートさせる場合）は、燃焼開始後、給湯設定温度の湯が出湯するまで多少の時間が掛かることは避け難いが、給湯燃焼停止後、短時間のうちに再度給湯を行う断続使用の場合には、できるだけ湯温変動のない湯を出湯させることが望ましい。このような観点から、例えば、燃焼停止時から所定の時間、例えば、５分間は断続使用のための湯温安定化制御を行う待機時間として設定し、この待機時間内で給湯栓１が開けられて再出湯が行われた場合には、オーバーシュート（給湯燃焼停止後熱交換器２に保有されている熱が内部の湯水に加わり、設定温度よりも高い後沸きの湯が出る現象）の湯が出湯されたり、アンダーシュート（ガスの立ち上げ供給量が不足して設定温度よりも低めの湯が出湯する現象）の湯が出ないように再出湯湯温の安定化制御が行われる。
【０００６】
この再出湯湯温の安定化制御は、例えば、図８に示すように、再出湯時の通水により後沸きの湯が出終わるまでの後沸き時間ＬD の後の湯温の立ち下がり特性（バーナを燃焼させない状態で通水したときの熱交換器２内湯温の下降特性）と再出湯開始点からの立ち上がり遅れ時間ＬP 後の湯温の立ち上がり特性（バーナ燃焼により給水される水が時間遅れＬP を伴って湯温が上昇する湯温上昇特性）とを予め求めておき、立ち下がり特性による湯温の下降量Ｄと湯温の立ち上がり特性に基づく湯温の上昇量Ｕを求め、この下降量Ｄと上昇量Ｕが相殺されるようにフィードフォワード演算によって求められるガスの立ち上げ量（入水温を設定温度に高めるのに要する要求熱量を得るガス量）を増減補正するものである。
【０００７】
図９はこのフィードフォワードガス供給量の制御形態を示している。同図において、点着火後、ガス量補正制御を行わない場合には、破線で示すように入水温を設定温度に高めるのに要する要求熱量をフィードフォワード演算により求め、再出湯時の立ち上げガス量として供給する。そして、出湯湯温が給湯設定温度に近づいたときに、フィードフォワード制御からフィードフォワード演算とフィードバック演算を併用した実線で示す比例制御に移行する。
【０００８】
ところが、ガス量補正制御を伴わないフィードフォワード制御においては、前記図８に示したように湯温の立ち下がり特性による湯温の下降量Ｄと湯温の立ち上がり特性による湯温の上昇量Ｕとが一致せず、図８の場合には、湯温の下降量Ｄが上昇量Ｕよりも大きいために、図８に示す出湯特性の如く、アンダーシュートの湯が出るという現象が生じ、このアンダーシュートの湯を防止するために、図９に示すように、不足分のガス量を補正ガス量として斜線で示すガス量分だけ前記フィードフォワード立ち上げガス量に加算し、アンダーシュートの湯の出湯を防止している。
【０００９】
なお、湯温の立ち下がり特性による湯温の下降量Ｄが湯温の立ち上がり特性による湯温の上昇量Ｕよりも小さいときには、逆に、オーバーシュートの湯が出湯するので、フィードフォワード演算による立ち上げガス量を減少補正して再出湯湯温の安定化制御を行うようにしている。
【００１０】
本発明者は、給湯器の再出湯湯温の安定化制御のための各種の実験を行ったところ、特に、図６に示すような排気管20と吸気管21が二重管となっている器具においては、燃焼停止後のポストパージ（燃焼停止後も燃焼ファン５を所定の時間継続回転して燃焼室内に残留する排気ガスを排出する動作）期間に、排気流と吸気流とが熱交換されて、温度の高い空気が熱交換器２に供給されるために、熱交換器２の保有熱量の経時変化が待機時間内で複雑に変化し、このため、湯温の立ち下がり特性の立ち下がり時定点に影響を与える後沸き時間ＬD が待機時間に比例した関係とならず、待機時間の経過に伴い複雑に変化するという現象を突き止めるに至った。
【００１１】
図２は本発明者が後沸き時間ＬD を待機時間を変数として求めた実験データである。この実験データは、熱交換器２の通水流量をある値で一定とした場合のデータであり、待機時間に対し、後沸き時間ＬD は複雑な高次式の様相を呈している。
【００１２】
なお、図３は、ある一定の待機時間時点における後沸き時間ＬD が熱交換器２の通水流量によってどのように変化するかを求めた実験データである。この実験データから、待機時間の各時点において、後沸き時間ＬD は流量に対して比例関係を持つことが分かる。
【００１３】
前記の如く、ポストパージにより、湯温立ち下がり特性の後沸き時間ＬD は待機時間によって複雑な様相を呈するが、この現象は、排気管20と吸気管21を二重管状にしたものに限らず、排気管20と吸気管21が並設されて相互の熱交換が可能な形態のものによっても生じ、また、吸気と排気が相互に熱交換を行わない場合であっても、排気通路の長さによって排気抵抗が異なることから、排気経路が長くなるにつれ、後沸き時間は複雑な様相を呈する。
【００１４】
従来のおいては、このような待機時間によって後沸き時間ＬD が複雑な様相を呈するということは想定されなかったために、再出湯時のフィードフォワードガス供給量の立ち上げ時に、後沸き時間ＬD を正しい値で取り込むことができないために、的確にガスの立ち上げ供給量を補正制御することは難しく、このため、特に、吸気と排気が熱交換を行うタイプの器具や、排気経路が長い器具の再出湯湯温の安定化を精度良く行うことは困難であった。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、待機時間内で、後沸き時間が複雑に変化する現象を考慮し、再出湯湯温の安定化制御を精度良く行うことができる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法およびその燃焼制御装置付給湯器を提供することにある。
【００１６】
【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、次のような手段を講じている。すなわち、燃焼制御方法の第１の発明は、給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間のデータを与えておき、その一方で再出湯時の給湯流量に比例した大きさであって待機時間の全区間にわたって一定値となる補助後沸き時間を与えておき、この補助後沸き時間を上下に挟む許容範囲を与え、前記待機時間を変数とする後沸き時間のデータが前記補助後沸き時間の許容範囲に含まれる待機時間の区間での再出湯時は後沸き時間として補助後沸き時間を採用してガスの立ち上げ量を補正し、前記待機時間を変数とする後沸き時間のデータが前記補助後沸き時間の許容範囲から外れる待機時間の区間での再出湯時はガスの立ち上げ量の補正を中止して入水温を給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワードガス量近辺の一定固定量のガス量を立ち上げる構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
また、燃焼制御方法の第２の発明は、給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間の基礎データを与えてこのデータを前記待機時間を複数に分割することで区分し、待機時間の各分割区分のうちの１以上の分割区分に前記基礎データを待機時間を変数とする近似式で近似した近似式を与え、再出湯時にはその再出湯時が前記近似式を与えた待機時間の分割区分に属する場合はその近似式によって後沸き時間を求めてガスの立ち上げ量を補正する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１８】
また、燃焼制御方法の第３の発明は、給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間の基礎データを与えてこのデータを前記待機時間を複数に分割することで区分し、待機時間の各分割区分のうちの１以上の分割区分に前記基礎データを待機時間を変数とする一次式で近似した一次近似式を与え、再出湯時にはその再出湯時が前記一次近似式を与えた待機時間の分割区分に属する場合はその一次近似式によって後沸き時間を求めてガスの立ち上げ量を補正する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】
燃焼制御方法の第４の発明は、給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間のデータを与えて待機時間を変数とする高次近似式として与え、再出湯時にはこの高次近似式を用いて後沸き時間を演算により求めてガスの立ち上げ量を補正する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
燃焼制御装置付給湯器の第１の発明は、給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる燃焼制御装置付給湯器において、前記待機時間を変数とした後沸き時間のデータが与えられているメーンデータ格納部と、再出湯時の給湯流量に比例した大きさであって待機時間の全区間で一定となる補助後沸き時間およびこの補助後沸き時間を上下に挟む許容範囲のデータが各給湯流量の大きさ毎に与えられている補助データ格納部と、再出湯開始時に給湯流量の検出情報を得てその検出給湯流量に対応する前記補助データ格納部の補助後沸き時間のデータと前記メーンデータ格納部のデータとを比較し再出湯開始時点におけるメーンデータ格納部側のデータの値が前記補助後沸き時間の許容範囲内か否かを判断する後沸き時間範囲判断部と、この後沸き時間範囲判断部の判断結果に基づきメーンデータ格納部側のデータの値が補助後沸き時間の許容範囲以内のときは後沸き時間として補助後沸き時間を採用してガスの立ち上げ量を補正しメーンデータ格納部側のデータの値が補助後沸き時間の許容範囲から外れているときはガスの立ち上げ量の補正を中止して入水温を給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワードガス量近辺の一定固定量のガス量を立ち上げるガス量立ち上げ制御部とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
燃焼制御装置付給湯器の第２の発明は、前記燃焼制御装置付給湯器の第１の発明の構成を備えたものにおいて、補助データ格納部には給湯流量を変数として待機時間の全区間で一定となる補助後沸き時間が与えられ、再出湯時の給湯流量の情報を得て補助後沸き時間を演算により求める構成としたことをもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
上記発明において、待機時間を変数とした後沸き時間の関数データを例えば予め実験により求めて、その後沸き時間の実験関数データを高次近似式で与えたり、あるいは待機時間を複数に分割区分し、各分割区分の前記実験関数データを一次近似式で単純化して与える構成にあっては、待機時間内で後沸き時間が複雑な様相を呈する場合においても、その複雑な後沸き時間の近似式を採用して再出湯時のフィードフォワードガス量の立ち上げ供給量を補正制御できるので、再出湯湯温安定化制御の精度を高めることが可能となる。
【００２３】
また、補助後沸き時間の概念を採用し、この補助後沸き時間と前記実験関数データを比較し、実験関数データが補助後沸き時間の許容範囲に入る場合には後沸き時間として補助後沸き時間を採用し、実験関数データが補助後沸き時間の許容範囲から外れる範囲では、立ち上げガス量の補正を中止して一定のガス量を立ち上げる構成とした発明においては、複雑な実験関数データを用いずに単純な補助後沸き時間を用いて制御できることになり、補助後沸き時間が使えない区間、つまり、実験関数データが補助後沸き時間の許容範囲を外れる区間では、入水温を給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワードガス量近辺の一定固定量のガス量を立ち上げるので、ガス立ち上げ量が実情から大きく外れることはなく、制御構成が簡易にできるにも拘わらず、精度の高い再出湯湯温の安定化制御を行うことができることとなる。このように、本願の各発明は、待機時間によって複雑に変化する後沸き時間を考慮してできるだけその実情に合うように後沸き時間を設定するので、従来に比べ再出湯湯温の安定化制御の精度が格段に向上し、本発明の目的とする課題解決が達成される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。なお、以下に説明する各実施形態例の給湯器は単機能給湯器、給湯・風呂複合機等の各種タイプの給湯器に適用されるが、説明の都合上、前記の図６および図７に示したシステム構成を代表例にして説明する。なお、これら図６および図７において同一名称部分には同一符号が付されており、その重複説明は省略する。
【００２５】
図１には本発明の方法を行う本発明装置の特徴的な制御構成のブロック図が示されている。この特徴的な構成は給湯器の制御装置14に設けられるもので、第１実施形態例の構成は、メーンデータ格納部22と、補助データ格納部23と、後沸き時間範囲判断部24と、ガス量立ち上げ制御部25と、待機時間計測手段26とを有して構成されている。
【００２６】
この第１実施形態例は、待機時間の経過に伴い複雑に変化する後沸き時間そのものを直接用いずに、簡易な取り扱い処理によって精度の高い再出湯湯温の安定化制御を行おうとするものである。
【００２７】
前記待機時間計測手段26はタイマクロックにより構成され、給湯燃焼停止時からの時間の経過を計測する。
【００２８】
前記メーンデータ格納部22には図４に示すような待機時間を変数とする立ち下がり特性の後沸き時間ＬD のデータが実験により求められて格納されている。
【００２９】
一方、補助データ格納部23には補助後沸き時間データおよびその補助後沸き時間データを上下に挟む許容範囲のデータが格納されている。この実施形態例では前記図３に示した如く、流量によって後沸き時間ＬD が比例的に変化することに着目し、熱交換器２を通る通水量の値毎に区分されて複数の補助後沸き時間データが格納されている。
【００３０】
熱交換器２の通水流量をＱとしたとき、補助後沸き時間αはα＝ＢＱ＋Ｚの式で表される。ここにＢおよびＺは定数であり、熱交換器２の通水流量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 ，・・・・・に対し、それに対応する補助後沸き時間αがＢＱ1 ＋Ｚ，ＢＱ2 ＋Ｚ，ＢＱ3 ＋Ｚ，・・・・・という如く、各通水流量に対応して補助後沸き時間αが与えられ、各αに該αを上下に挟む許容範囲が与えられて補助後沸き時間のデータが前記補助データ格納部23に格納されている。
【００３１】
後沸き時間範囲判断部24は給湯栓１が開けられて再出湯が開始したときには、その再出湯の開始を流量センサ９の流量検出信号等により検知し、待機時間計測手段26から出湯開始時の待機時間（給湯燃焼停止時から再出湯開始までの時間）を検出する。そして、流量センサ９によって検出される給湯流量の値によってその流量に対応する補助後沸き時間αとその許容範囲を補助データ格納部23から読み出し、前記メーンデータ格納部22に格納されている後沸き時間の実験関数データと図４に示す如く比較する。
【００３２】
そして、待機時間の区間内で、再出湯開始点における実験関数データの値が補助時定数αの許容範囲から外れているか否かを判断する。つまり、図４の例では、再出湯開始点がＩとIII の区間では実験関数データは補助後沸き時間αの許容範囲から外れていると判断し、待機時間のIIの区間では、実験関数データは補助後沸き時間αの許容範囲内に入っているものと判断し、その判断結果をガス量立ち上げ制御部25に加える。
【００３３】
ガス量立ち上げ制御部25は前記後沸き時間範囲判断部24の判断結果に基づき、再出湯開始時が待機時間のＩとIII の区間であるときには、入水温度Ｔw の流量Ｑを設定温度Ｔstに高めるのに要する要求熱量ＰをＰ＝Ｑ（Ｔst−Ｔw ）のフィードフォワード演算により求め、これに、予め定められる100 ％、あるいは110 ％、あるいは120 ％という如く予め定められる一定の割合を掛けて、入水温を給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワードガス量近辺の一定固定量のガス量を立ち上げ供給する。
【００３４】
その一方で、再出湯の開始時点がIIの区間、すなわち、後沸き時間の実験関数データが補助後沸き時間の許容範囲に入っている区間では、補助後沸き時間αを採用し、この補助後沸き時間αを用いてガスの立ち上げ量を補正したフィードフォワードガス量を立ち上げる。
【００３５】
この実施形態例では、待機時間の経過に伴い複雑に変化する後沸き時間を高次式で数式化する煩雑さを避けて制御処理するため、その制御構成を極めて簡易化することができる。
【００３６】
このように制御構成を簡易化しても、実験関数データが補助後沸き時間の許容範囲内に入るときには、補助後沸き時間を使用するので、実験関数データを用いた場合とほぼ同様の制御精度を保つことができると共に、補助後沸き時間の許容範囲から実験関数データが外れる場合には、補助後沸き時間の採用を止め、ガス量の補正を行わずに一定固定量のフィードフォワードガス供給量を入水温度を設定温度に高めるのに要する要求熱量の近辺の値のガス量でもって供給するので、最適なフィードフォワードガス量の立ち上げ量から大きくずれることのないガス量を立ち上げ供給することができるので、再出湯湯温が給湯設定温度から許容範囲を越えてずれることのない安定した湯温の湯の供給が可能である。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態例を説明する。この第２実施形態例は、補助デデータ格納部23に熱交換器２の通水流量に基づいて補助後沸き時間データαを演算により求める演算式をα＝ＢＱ＋Ｚ（Ｂ，Ｚは定数）で与え、図１の鎖線で示すように補助後沸き時間演算部27を設けている。この補助後沸き時間演算部27は流量センサ９から流量検出信号を受け取り、再出湯開始時の流量の値を用いて前記補助データ格納部23に格納されている演算式を用いて補助後沸き時間αを演算により求める構成としている。なお、演算により求められた補助後沸き時間αに付される許容範囲のデータは補助データ格納部23に与えられており、補助後沸き時間演算部27は演算により求めた補助後沸き時間αに許容範囲を付してそのデータを後沸き時間範囲判断部24に加える構成としている。それ以外の構成は前記第１実施形態例と同様である。この第２実施形態例も、前記第１実施形態例と同様な作用効果を奏することが可能である。
【００３８】
次に、本発明の第３実施形態例を説明する。この第３実施形態例は、湯温立ち下がり特性の後沸き時間を高次式で数式化する煩雑化を避け、図５に示すように、待機時間を複数に区分（図５の場合は３区分）し、立ち下がり時定数の実験関数データを各区分毎に一次式で近似し、待機時間のＩの区間は▲１▼の近似式により、IIの区間は▲２▼の一次近似式により、また、III の区間は▲３▼の一次近似式をそれぞれ用いて実験関数データを近似するものであり、この待機時間の各区間の一次近似式は図１のメーンデータ格納部22に格納し、再出湯湯温のガス供給量の立ち上げ制御はこの各区間の一次近似式を用いて行うようにしたことを特徴とする。したがって、この第３実施形態例では、補助後沸き時間を用いないので、図１の補助データ格納部23および補助後沸き時間演算部27は省略される。
【００３９】
この第３実施形態例では、メーンデータ格納部22に格納されている待機時間の各区分毎の一次近似式を用いて後沸き時間を求めて再出湯時の立ち上げガス量を補正するので、後沸き時間の実験関数データを高次式により数式化する煩雑化を避けて制御処理することができるので、前記第１および第２の各実施形態例と同様に制御処理の簡易化を図ることができる。
【００４０】
しかも、待機時間を複数に区分し、各区分毎に後沸き時間の実験関数データを一次式で近似するので、各区間での近似式をほぼ実験関数データに一致するように近似することができるので、再出湯時のガス立ち上げ量の補正制御の精度も高まり、再出湯時のフィードフォワードガス供給量のずれを極めて小さくしてガスの立ち上げ量を制御できる結果、再出湯湯温のより優れた安定化制御が可能となる。
【００４１】
次に、本発明の第４実施形態例を説明する。この第４実施形態例は、図１のメーンデータ格納部22に後沸き時間の実験関数データを高次式で近似して数式化し、この高次の近似式を図１のメーンデータ格納部22に格納し、再出湯時には、この高次の近似式を用いて後沸き時間を求め、再出湯時のガス立ち上げ量を補正するものである。この第４実施形態例の場合も、補助後沸き時間を使用しないので、図１の補助データ格納部23および補助後沸き時間演算部27は省略される。
【００４２】
この第４実施形態例では、後沸き時間の実験関数データを高次式に数式化する処理が煩雑となるが、一旦この高次近似式を求めてメーンデータ格納部22に格納した後は、後沸き時間の実験関数データを用いて後沸き時間を求めるのと同じ結果となり、これにより、再出湯時のガス量立ち上げ補正の精度は格段にアップし、次世代の高性能器具として提供することが可能である。
【００４３】
なお、本発明は各実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の形態を採り得る。特に、本発明は排気と吸気が熱交換を行うタイプのものであって、給湯燃焼停止後にポストパージを行う器具においては特に顕著な効果を奏するが、それ以外の器具においても待機時間に応じて変化する後沸き時間を考慮して再出湯時のガス立ち上げ量の補正を行い得るので、フィードフォワードのガス立ち上げ量の補正を正確に行うことができ、再出湯湯温の安定化制御の精度を従来例のものに比べ、格段にアップできるという効果が得られることになる。
【００４４】
また、上記第３実施形態例では待機時間を複数に区分し、全区分ごとに一次近似式を与えたが全区分でなく、１以上の適宜の区分のみに一次近似式を与えてもよい。この場合近似式を与えるバリエーションは各種考えられ、例えば、図10の（ａ）に示すように、Ｉの区分のみに▲１▼の近似式を用いるようにしたり、あるいは同図の（ｂ）に示すようにＩの区分は▲１▼の近似式を用い、II以上の区分には固定値を用いる等の様々なバリエーションを採用することが可能である。また、近似式は一次近似式以外の近似式を用いて近似してもよい。
【００４５】
さらに、実験関数データ（実験データ）は全てのデータを実験により求めなくてもよく、実験値を数ポイントあるいは経験値より推定して求めることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明において、補助後沸き時間の概念を用いて湯温立ち下がり特性の後沸き時間を近似する構成にあっては、給湯燃焼停止時から次の再出湯時までの待機時間の長さによって複雑に変化する湯温立ち下がり特性の後沸き時間を複雑な高次式に数式化する煩雑さを避け、実際の後沸き時間のデータ（実験関数データ）が補助後沸き時間の許容範囲に含まれる場合には、熱交換器の通水流量によって容易に求まる補助後沸き時間を用いて再出湯時のガス立ち上げ量を補正するものであるから、再出湯湯温の制御構成を簡易化できるという効果を得ることができる。
【００４７】
しかも、後沸き時間のデータ（実験関数データ）が補助後沸き時間の許容範囲から外れる場合には、補助後沸き時間の採用を止め、入水温を設定温度に高めるのに要する要求熱量近辺の一定の固定ガス量を立ち上げ供給するようにしたものであるから、実際の後沸き時間のデータ（実験関数データ）が補助後沸き時間の許容範囲から外れる待機時間の区間で再出湯が開始された場合にも、安定した湯温の出湯が可能となり、従来例に比べ再出湯湯温の安定化制御の精度を高めることが可能である。
【００４８】
また、待機時間を複数に区分し、そのうち１つ以上の区分に実際の後沸き時間のデータ（実験関数データ）を近似する近似式（一次近似式を含む）を与え、この近似式を用いて後沸き時間を求める構成とした発明にあっては、前記補助後沸き時間の概念を用いた発明と同様に実際の後沸き時間のデータ（実験関数データ）を高次の近似式に数式化する煩雑さを避けて制御処理することができるので、再出湯湯温の制御構成の簡易化が図れることになる。しかも、待機時間を複数に区分して各区分毎に一次式で実際の後沸き時間データを近似するようにすれば、ほぼ実際のデータに合うように近似式を与えることができ、これにより、各待機時間での再出湯時の後沸き時間をより実情に合うように求めることができ、これにより、再出湯時の立ち上げガス量の補正精度がアップし、再出湯湯温のより優れた安定化制御が可能となる。
【００４９】
さらに、実際の後沸き時間のデータ（実験関数データ）を高次近似式で与える構成の発明にあっては、実際の後沸き時間を高次近似式に数式化する多少の煩雑さがあっても、一旦高次近似式を与えた後には、この高次近似式を用いて再出湯時の湯温の後沸き時間を実際の後沸き時間に一致する値で求めることができ、これにより、再出湯時の立ち上げガス量の補正制御の精度が格段にアップし、再出湯湯温安定化の高性能の次世代の器具として提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例の要部構成のブロック図である。
【図２】本発明者が実験により求めた待機時間を変数とする後沸き時間の説明図である。
【図３】待機時間を一定時点に固定したときの流量と後沸き時間との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態例における後沸き時間の決定手法を示す説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態例における後沸き時間の決定手法を示す説明図である。
【図６】排気管20と吸気管21が二重管となっているタイプの給湯器の構成説明図である。
【図７】従来の一般的な給湯器のシステム構成図である。
【図８】再出湯時における湯温の立ち上がり特性による湯温上昇と湯温の立ち下がり特性による湯温降下の差による出湯湯温の給湯設定温度に対するずれを示す説明図である。
【図９】図８に示す出湯湯温のずれを補正する再出湯時の立ち上げガス量の補正動作の説明図である。
【図１０】待機時間の１以上の分割区分に近似式を与えるバリエーションの一例を示す他の実施形態例の説明図である。
【符号の説明】
22 メーンデータ格納部
23 補助データ格納部
24 後沸き時間範囲判断部
25 ガス量立ち上げ制御部
26 待機時間計測手段
27 補助後沸き時間演算部
Claims (6)
- 給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間のデータを与えておき、その一方で再出湯時の給湯流量に比例した大きさであって待機時間の全区間にわたって一定値となる補助後沸き時間を与えておき、この補助後沸き時間を上下に挟む許容範囲を与え、前記待機時間を変数とする後沸き時間のデータが前記補助後沸き時間の許容範囲に含まれる待機時間の区間での再出湯時は後沸き時間として補助後沸き時間を採用してガスの立ち上げ量を補正し、前記待機時間を変数とする後沸き時間のデータが前記補助後沸き時間の許容範囲から外れる待機時間の区間での再出湯時はガスの立ち上げ量の補正を中止して入水温を給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワードガス量近辺の一定固定量のガス量を立ち上げることを特徴とする給湯器の再出湯時における燃焼制御方法。
- 給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間の基礎データを与えてこのデータを前記待機時間を複数に分割することで区分し、待機時間の各分割区分のうちの１以上の分割区分に前記基礎データを待機時間を変数とする近似式で近似した近似式を与え、再出湯時にはその再出湯時が前記近似式を与えた待機時間の分割区分に属する場合はその近似式によって後沸き時間を求めてガスの立ち上げ量を補正する給湯器の再出湯時における燃焼制御方法。
- 給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間の基礎データを与えてこのデータを前記待機時間を複数に分割することで区分し、待機時間の各分割区分のうちの１以上の分割区分に前記基礎データを待機時間を変数とする一次式で近似した一次近似式を与え、再出湯時にはその再出湯時が前記一次近似式を与えた待機時間の分割区分に属する場合はその一次近似式によって後沸き時間を求めてガスの立ち上げ量を補正する給湯器の再出湯時における燃焼制御方法。
- 給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる給湯器の再出湯時における燃焼制御方法において、前記待機時間を変数とした後沸き時間のデータを与えて待機時間を変数とする高次近似式として与え、再出湯時にはこの高次近似式を用いて後沸き時間を演算により求めてガスの立ち上げ量を補正する給湯器の再出湯時における燃焼制御方法。
- 給湯燃焼停止後の次の再出湯時に再出湯湯温の安定化制御を行うための給湯燃焼停止時からの期間を待機時間として予め設定しておき、この待機時間内で再出湯を行う際は、再出湯開始時からの立ち上がり遅れ時間後の湯温の立ち上がりに対応する湯温上昇と再出湯の通水による後沸き時間経過後の湯温の立ち下がりに対応する湯温の下降との差分を相殺する方向に燃料ガスの立ち上げ量を補正して燃焼させる燃焼制御装置付給湯器において、前記待機時間を変数とした後沸き時間のデータが与えられているメーンデータ格納部と、再出湯時の給湯流量に比例した大きさであって待機時間の全区間で一定となる補助後沸き時間およびこの補助後沸き時間を上下に挟む許容範囲のデータが各給湯流量の大きさ毎に与えられている補助データ格納部と、再出湯開始時に給湯流量の検出情報を得てその検出給湯流量に対応する前記補助データ格納部の補助後沸き時間のデータと前記メーンデータ格納部のデータとを比較し再出湯開始時点におけるメーンデータ格納部側のデータの値が前記補助後沸き時間の許容範囲内か否かを判断する後沸き時間範囲判断部と、この後沸き時間範囲判断部の判断結果に基づきメーンデータ格納部側のデータの値が補助後沸き時間の許容範囲以内のときは後沸き時間として補助後沸き時間を採用してガスの立ち上げ量を補正しメーンデータ格納部側のデータの値が補助後沸き時間の許容範囲から外れているときはガスの立ち上げ量の補正を中止して入水温を給湯設定温度に高めるのに要するフィードフォワードガス量近辺の一定固定量のガス量を立ち上げるガス量立ち上げ制御部とを有する燃焼制御装置付給湯器。
- 補助データ格納部には給湯流量を変数として待機時間の全区間で一定となる補助後沸き時間が与えられ、再出湯時の給湯流量の情報を得て補助後沸き時間を演算により求める構成とした請求項５記載の燃焼制御装置付給湯器。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP21420296A JP3756998B2 (ja) | 1996-07-25 | 1996-07-25 | 給湯器およびその再出湯時における燃焼制御方法 |
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1996
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| JPH1038374A (ja) | 1998-02-13 |
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