JP3834411B2 - 燃焼機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湯を作り出して供給する燃焼機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７には燃焼機器である給湯器のシステム構成の一例がモデル図により示されている。この給湯器は、同図の実線に示すように、バーナ１と給湯の熱交換器２を有し、給湯熱交換器２の入側には水供給源から給湯熱交換器２に水を導くための給水通路３が連通接続され、また、給湯熱交換器２の出側には給湯通路４の一端側が接続され、この給湯通路４の他端側は台所やシャワー等の給湯場所に導かれている。上記給水通路３には該通路３の水温を検出する入水温度検出手段としての入水サーミスタ５と、通水流量を検出する水量センサＦＳとが設けられ、給湯通路４には該通路４から給湯される湯水温を検出する出湯サーミスタ６が設けられている。
【０００３】
上記バーナ１には燃料ガスを導くためのガス供給通路８が連通接続されており、このガス供給通路８には該通路の開閉を行う電磁弁１０，１１と、弁開度でもってバーナ１への供給燃料ガス量を制御する比例弁１２とが介設されている。
【０００４】
この給湯器には給湯運転を制御する制御装置１３が設けられ、この制御装置１３には給湯設定温度を設定するための給湯温度設定手段等が設けられたリモコン１４が信号接続されている。上記制御装置１３は次のように給湯運転を制御する。例えば、台所やシャワー等に導かれた給湯通路４の先端側に設けられた給湯栓（図示せず）が開栓され、給水通路３の通水が水量センサＦＳにより検出されると、電磁弁１０，１１を開弁してガス供給通路８からバーナ１に燃料ガスを供給してバーナ燃焼を開始させ、給湯される湯温がリモコン１４に設定されている給湯設定温度となるようにバーナ１の燃焼熱量を比例弁１２の弁開度を制御することによって（つまり、バーナ１への供給燃料ガス量を制御することによって）制御し、上記バーナ燃焼火炎の熱によって給湯熱交換器２の通水が加熱されて湯が作られ、該湯は給湯通路４を通って所望の給湯場所に供給される。そして、給湯栓が閉栓されて給水通路３の通水停止を水量センサＦＳが検出すると、電磁弁１１を閉弁してバーナ１の燃焼を停止し、給湯運転を終了する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、給湯設定温度の湯を給湯するためのバーナ１の燃焼熱量制御手法の一つとして、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用した比例制御がある。上記比例制御を行うときには、例えば、入水サーミスタ５により入水温度Ｔinを、水量センサＦＳにより給水の流量Ｑを、出湯サーミスタ６により出湯湯温Ｔoutを、リモコン１４から給湯設定温度Ｔspをそれぞれ検出し、上記流量Ｑの入水温度Ｔinの水を給湯設定温度Ｔspに高めるのに必要なフィードフォワード熱量Ｐff（Ｐff＝（Ｔsp−Ｔin）×Ｑ／η（ηは予め定まる給湯熱交換器２の熱効率））と、給湯設定温度Ｔspに対する出湯温度Ｔoutのずれを補正するためのフィードバック熱量Ｐfb（Ｐfb＝Ｐ×（Ｔsp−Ｔout）×Ｑ／η（Ｐは比例定数））との合計熱量でもってバーナ１が燃焼を行うように比例弁１２の弁開度を制御してバーナ１の燃焼熱量制御を行う。
【０００６】
しかしながら、上記の如く出湯サーミスタ６により検出された出湯湯温Ｔoutを利用して上記比例制御を行うと、出湯湯温Ｔoutの変動に対する燃焼熱量制御の応答性が悪いという問題が生じる。それというのは、次のような理由に因る。例えば、給湯熱交換器２の図７に示す点Ａの湯温Ｔz1は、図６の実線に示すように、給湯燃焼が開始された直後に、バーナ１の燃焼火炎の熱により、給湯設定温度Ｔspの湯を給湯するための目標湯温Ｔmhに上昇するが、その点Ａで目標湯温Ｔmhに達した湯がさらに熱量を吸熱しながら流れ給湯熱交換器２から給湯設定温度Ｔspの湯となって流れ出て、その湯温が出湯サーミスタ６により検出されるまでに図６に示す時間Δｔがかかる。換言すれば、バーナ１の燃焼熱量制御の結果である湯の温度が給湯されるまでに時間がかかるということであり、つまり、給湯湯温が給湯設定温度からずれた場合に給湯湯温が給湯設定温度からずれてから、その給湯設定温度に対する給湯湯温のずれを補正するための燃焼熱量制御により作られた湯が給湯されるまでに時間がかかってしまい燃焼熱量制御の応答性が悪いというものである。
【０００７】
上記のように、燃焼熱量制御の応答性が悪い場合には、図５の（ａ）の点線に示すような給湯開始直後の湯温変動や、図５の（ｂ）の点線に示すように給湯設定温度の湯を安定供給していた状態から何らかの原因により湯温が変動したときの湯温変動を収束するのに時間がかかるという問題があり、湯の利用者に湯温変動に対する不快感を与える虞がある。
【０００８】
そこで、上記燃焼熱量制御の応答性を改善する手段として、本出願人らは、次のような手段を提案している。例えば、給湯熱交換器２を流れる湯水流の温度を検出する図７の点線に示すような熱交換器湯温検出手段としての熱交サーミスタ１５を設け、該熱交サーミスタ１５により検出された湯温Ｔz1と、入水サーミスタ５により検出された入水温度Ｔinと、予め定め与えられた寄与率Ｋとに基づいて、次に示す式（１）の演算により、給湯熱交換器２から流れ出る湯温Ｔoutを推定検出し、出湯サーミスタ６により検出された湯温Ｔoutを採用するのに代えて、上記推定検出された給湯熱交換器２の出側の湯温に基づいた比例制御により燃焼熱量の制御を行うことを提案している。
【０００９】
Ｔout＝（Ｔz1−Ｔin）／Ｋ＋Ｔin・・・・・（１）
【００１０】
上記寄与率Ｋとは、給湯熱交換器２の入側から出側に至るまでに湯水が受け取る吸熱熱量Ｐtlに対する給湯熱交換器２の入側から熱交サーミスタ１５の湯温検出部位に至るまでに湯水が受け取る吸熱熱量Ｐz1の割合（Ｋ＝Ｐz1／Ｐtl）である。
【００１１】
上記の如く、給湯熱交換器２内の湯温を検出する熱交サーミスタ１５により検出された湯温Ｔz1に基づいて給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔoutを推定検出することによって、出湯湯温の変動を予め推定検出することが可能となり、その結果、燃焼熱量制御の応答性を格段に向上させることが可能である。
【００１２】
しかしながら、上記の如く、推定検出された給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔoutに基づいて比例制御を行っているのにも拘らず、給湯湯温変動を収束させるのに時間がかかる場合があった。
【００１３】
この原因を本出願人らが実験等により究明したところ、推定検出された出側の湯温Ｔoutが実際の出側湯温Ｔoutと異なることがあることがわかり、その実際の出側の湯温に対する推定出側湯温のずれによって、湯温変動の収束に時間がかかることがわかった。上記推定出側湯温のずれは、上記出側の湯温を推定検出する際に使用された寄与率Ｋがバーナ燃焼熱量の大小に応じて変化することに因るものであった。
【００１４】
この発明は、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、寄与率を燃焼熱量の大小に応じて補正することによって、出側の湯温を正確に推定検出することができるようにし、燃焼熱量制御の応答性を向上させて給湯湯温の変動を早く収束できる燃焼機器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、次のような構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、給水通路から供給された水を加熱して湯を作り出し該湯を出湯する熱交換器と、該熱交換器を燃焼加熱するバーナと、上記熱交換器に供給される入水温度を検出する入水温度検出手段とを有し、予め定められた給湯設定温度に対する上記熱交換器から流れ出た出側の湯温のずれを補正するために上記出側の湯温に基づいてバーナ燃焼熱量を制御する燃焼機器において、上記熱交換器の入口から出口に至る管路の途中位置に設けられて熱交換器内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段と；上記熱交換器の入側から出側に至るまでに湯水が吸熱する熱量に対する熱交換器の入側から熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位に至るまでに湯水が吸熱する熱量の割合である寄与率が予め定められ格納されているデータ格納部と；該データ格納部に格納されている寄与率と上記熱交換器湯温検出手段により検出された湯温と入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づき、燃焼熱量制御に使用される上記出側の湯温を推定検出する熱交換器出側湯温推定検出部と；が設けられている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１６】
第２の発明は、給水通路から供給された水を加熱して湯を作り出し該湯を出湯する熱交換器と、該熱交換器を燃焼加熱するバーナと、上記熱交換器に供給される入水温度を検出する入水温度検出手段とを有し、予め定められた給湯設定温度に対する上記熱交換器から流れ出た出側の湯温のずれを補正するために上記出側の湯温に基づいてバーナ燃焼熱量を制御する燃焼機器において、上記熱交換器の入口から出口に至る管路の途中位置に設けられて熱交換器内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段と；上記熱交換器の入側から出側に至るまでに湯水が吸熱する熱量に対する熱交換器の入側から熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位に至るまでに湯水が吸熱する熱量の割合である寄与率が予め定められ格納されているデータ格納部と；バーナ燃焼熱量の情報と、バーナ燃焼熱量の大小に応じて上記寄与率を補正するための予め与えられた寄与率補正データとに基づいて上記寄与率を補正する寄与率補正部と；該寄与率補正部により補正された寄与率と上記熱交換器湯温検出手段により検出された湯温と上記入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づき、燃焼熱量制御に使用される上記出側の湯温を推定検出する熱交換器出側湯温推定検出部と；が設けられている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１７】
第３の発明は、上記第２の発明を構成する熱交換器はバーナの燃焼火炎に近い側の下段に形成された管路と、バーナ燃焼火炎に遠い側の上段に形成された管路とが連通接続された管路構成を成しており、寄与率補正部は、熱交換器湯温検出手段により上記下段の管路内の湯温が検出される場合にはバーナ燃焼熱量が小さくなるに従って寄与率が大きくなるように寄与率を補正し、熱交換器湯温検出手段により上記上段の管路内の湯温が検出される場合にはバーナ燃焼熱量が小さくなるに従って寄与率が小さくなるように寄与率を補正する構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１８】
第４の発明は、上記第１又は第２又は第３の発明の構成に加えて、湯を出湯する熱交換器に一体的に形成され給湯以外の他機能に使用される他機能熱交換器が設けられ、バーナは熱交換器と上記他機能熱交換器とを共に燃焼加熱する構成と成し、他機能運転のみが行われている他機能単独運転中に、熱交換器湯温検出手段により検出される熱交換器内の湯温が予め定められたオフ温度以上となったときにはバーナ燃焼を停止し、上記熱交換器湯温検出手段の検出湯温が上記オフ温度よりも低めの予め定められたオン温度以下に低下したときにバーナ燃焼を再開させるオン・オフ燃焼制御部が設けられ、熱交換器湯温検出手段は熱交換器出側湯温推定検出部用の温度検出手段とオン・オフ燃焼制御部用の温度検出手段とを兼用している構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１９】
上記構成の発明において、例えば、予め定めた寄与率を与えておくと共に、バーナ燃焼熱量の大小に応じて上記寄与率を補正する寄与率補正データを与えておき、寄与率補正部は、バーナ燃焼熱量の情報と、寄与率補正データとに基づいて、上記寄与率を補正する。熱交換器出側湯温推定検出部は、上記寄与率補正部により補正された寄与率と、熱交換器湯温検出手段により検出された熱交換器内の湯温と、入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づいて、熱交換器の出側の湯温を推定検出する。
【００２０】
上記の如く、燃焼熱量の大小に応じて寄与率を補正することによって、燃焼熱量の大小に応じた寄与率を得ることができ、この補正後の寄与率に基づいて推定検出された熱交換器の出側の湯温は正確である。この推定検出された正確な出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御が行われることになり、燃焼熱量制御の応答性の向上が図れ、給湯の湯温変動を確実に早く収束させることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明にかかる実施形態例を図面に基づき説明する。
【００２２】
この実施形態例の燃焼機器は図７に示すシステム構成を有し、給湯熱交換器２内の湯温を検出する熱交サーミスタ１５が設けられている。ところで、図４には給湯熱交換器のモデル例が示されており、同図に示すように、給湯熱交換器２は、バーナ１の燃焼火炎に近い側の下段に曲折形成された管路１７と、バーナ１の燃焼火炎に遠い側の上段に曲折形成された管路１８とが連通接続され、それら管路１７，１８はフィンプレート１９に挿通された構成を有し、この実施形態例では、管路強度の観点から、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１を燃焼させたときにバーナ燃焼火炎から受け取る熱量が上記下段と上段の管路１７，１８の全領域に亙り等しくなるようにフィンプレート１９の切り込み１６等が構成されており、また、給水通路３から供給された水は上記下段の管路１７を通った後に上段の管路１８を経て、給湯通路４に流れ出るように形成されており、上記熱交サーミスタ１５は、図４の破線に示すように、上記給湯熱交換器２の下段の管路１７におけるＵ字管部分の湯温を検出するように設けられている。
【００２３】
図１には、この実施形態例において特徴的な制御構成がブロック図により示されている。この実施形態例では、熱交サーミスタ１５により検出された湯温Ｔz1に基づいて給湯熱交換器２の出側の湯温を推定検出し、この推定検出された出側の湯温Ｔoutを利用してバーナ１の燃焼熱量制御を行う構成を備えており、この実施形態例において特徴的なことは、上記給湯熱交換器２の出側の湯温を推定検出する演算に用いられる寄与率Ｋを燃焼熱量の大小に応じて補正する制御構成を備えたことであり、制御装置１３は、図１に示すように、寄与率補正部２０と、データ格納部２１と、熱交換器出側湯温推定検出部２２と、燃焼熱量制御部２３とを有して構成されている。なお、この実施形態例では、上記の如く、給湯熱交換器２から流れ出る湯温Ｔoutを推定検出する構成を備えているので、部品点数の増加を抑制するために、出湯サーミスタ６が省略されている。上記以外の図７のシステム構成の説明は前述したので省略する。
【００２４】
燃焼熱量制御部２３は給湯熱交換器２から流れ出る出側の湯温Ｔoutを利用した前述したような比例制御によりバーナ１の燃焼熱量を制御する構成を備えている。
【００２５】
データ格納部２１には寄与率Ｋが予め実験や演算等によって求められて格納されている。この実施形態例では、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１を燃焼したときに、給湯熱交換器２の入側から出側に至るまでに湯水が吸熱する熱量に対する給湯熱交換器２の入側から熱交サーミスタ１５の湯温検出部位に至るまでに湯水が吸熱する熱量の割合を求め、該求めた割合を図２に示す寄与率Ｋspとしてデータ格納部２１に格納している。
【００２６】
ところで、予め定めた最大燃焼熱量近傍でバーナ１の燃焼を行っているときには、燃焼火炎は大きく立ち上がっていることから、燃焼火炎の熱は下段の管路１７だけでなく上段の管路１８にも十分に加えられ、下段の管路１７を流れる単位流量当たりの水流が燃焼火炎から吸熱する熱量と、上段の管路１８を流れる単位流量当たりの水流が燃焼火炎から吸熱する熱量とはほぼ等しくなるが、燃焼熱量が小さくなるに従って燃焼火炎は小さくなり、例えば、予め定めた最小燃焼熱量の近傍では燃焼火炎はとても小さく、燃焼火炎の熱は上段の管路１８に殆ど加えられず、燃焼火炎から給湯熱交換器２全体に吸熱される熱量のうちの殆どが下段の管路１７で吸熱されることになる。このことから、上記下段の管路１７に設けられた熱交サーミスタ１５の湯温検出部位における寄与率Ｋは、図２の実線Ｌに示すように、燃焼熱量が小さくなるに従って大きくなる。
【００２７】
なお、図２では予め定めた最小燃焼熱量を０％と設定し、燃焼熱量が増加するに従って％値が大きくなって予め定めた最大燃焼熱量が１００％となるように、燃焼熱量を％値に置き換えて示されている。
【００２８】
上記データ格納部２１には上記予め定められた寄与率Ｋspを燃焼熱量の大きさに応じて補正するための寄与率補正データが予め定め格納されている。例えば、図２の実線Ｌに示す寄与率に対する上記点線Ｍに示す寄与率Ｋspのずれ量ΔＫのデータが寄与率補正値として燃焼熱量に対応させて上記寄与率補正データとして格納されている。この実施形態例では、図２に示すように、燃焼熱量が小さくなるに従って上記ずれ量ΔＫは大きくなることから、燃焼熱量が小さくなるに従って上記寄与率補正値ΔＫが連続的に又は段階的に大きくなるように設定された寄与率補正データが与えられている。
【００２９】
寄与率補正部２０は、上記燃焼熱量制御部２３からバーナ１の燃焼熱量の情報を時々刻々と取り込み、該燃焼熱量の情報と、上記データ格納部２１に格納されている寄与率補正データとに基づいて、上記寄与率Ｋspを補正する。具体的には、寄与率補正部２０は、上記取り込んだ燃焼熱量を上記寄与率補正データに照らし合わせて上記燃焼熱量に対応した寄与率補正値ΔＫを検出し、該検出した補正値ΔＫを上記寄与率Ｋspに加算して寄与率を補正する。この補正された寄与率Ｋhgの情報は、熱交換器出側湯温推定検出部２２に加えられる。
【００３０】
熱交換器出側湯温推定検出部２２は、上記寄与率補正部２０から加えられた補正後の寄与率Ｋhgと、熱交サーミスタ１５により検出された給湯熱交換器２内の水流温度Ｔz1と、入水サーミスタ５により検出された入水温Ｔinとに基づいて、前記式（１）（Ｔout＝（Ｔz1−Ｔin）／Ｋ＋Ｔin）の演算により、給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔoutを推定検出し、この推定検出した出側の湯温Ｔoutの情報を燃焼熱量制御部２３に出力する。
【００３１】
燃焼熱量制御部２３は、上記熱交換器出側湯温推定検出部２２により加えられた出側の湯温Ｔoutを利用した前記フィードバック熱量Ｐfbと前記フィードフォワード熱量Ｐffの合計熱量に基づいた比例制御によりバーナ１の燃焼熱量を比例弁１２の弁開度を制御することによって制御する。
【００３２】
この実施形態例によれば、給湯熱交換器２内の湯温を検出する熱交サーミスタ１５を設け、該熱交サーミスタ１５により検出された給湯熱交換器２内の湯温Ｔz1に基づいて給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔoutを推定検出し、この推定検出した出側の湯温Ｔoutに基づいたバーナ１のフィードバック燃焼熱量制御を行うので、燃焼熱量制御の応答性が格段に向上し、図５の（ａ）の実線に示すように、給湯開始直後の湯温変動をより早く安定させて給湯設定温度の湯を供給することができるし、図５の（ｂ）の実線に示すように、給湯設定温度の湯を給湯していた状態から給湯の湯温変動が発生したときの湯温変動をより早く収束することが可能となる。
【００３３】
特に、この実施形態例では、出側の湯温Ｔoutを推定検出する際に使用される寄与率Ｋを燃焼熱量の大小に応じて補正する構成を備えているので、燃焼熱量に応じた正確な寄与率Ｋhgを用いて出側の湯温Ｔoutを推定検出することができ、正確な出側の湯温を得ることができる。このことから、給湯湯温変動をより確実により早く収束することが可能となる。
【００３４】
また、この実施形態例では、上記の如く、給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔoutを正確に推定検出することができるので、給湯熱交換器２の出側の湯温を検出する出湯サーミスタ６を省略することができ、部品点数の増加を抑制することが可能である。
【００３５】
なお、この発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では、熱交サーミスタ１５は給湯熱交換器２における下段の管路１７の水流温度を検出するように設けられていたが、上段の管路１８の湯水流の温度を検出するように熱交サーミスタ１５を設けてもよい。この場合には、熱交サーミスタ１５の湯温検出部位における寄与率Ｋは、図３の実線Ｎに示すように、燃焼熱量が小さくなるに従って小さくなる。
【００３６】
このことから、例えば、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１の燃焼を行ったときの寄与率Ｋが予め求められて図３に示す寄与率Ｋspとしてデータ格納部２１に格納されているときには、上記熱交サーミスタ１５の湯温検出部位における寄与率Ｋに対する上記寄与率Ｋspのずれ量（寄与率補正量）ΔＫのデータが燃焼熱量に対応させて寄与率補正データとしてデータ格納部２１に格納され、寄与率補正部２０は、取り込んだ燃焼熱量に対応する上記寄与率補正量ΔＫを上記寄与率補正データから検出し、上記寄与率Ｋspから寄与率補正量ΔＫを差し引いて寄与率の補正を行う。
【００３７】
また、上記実施形態例では、燃焼熱量だけを考慮して寄与率を補正していたが、この発明の応用例として、燃焼熱量以外にも入水サーミスタ５により検出される入水温度Ｔinや、水量センサＦＳにより検出される給水流量Ｑや、燃焼に使用する燃料ガス種をも考慮して、寄与率Ｋを補正してもよい。この場合、上記入水温度Ｔinと流量Ｑと燃料ガス種のうちの１つ以上と、燃焼熱量との組み合わせによって寄与率を補正するための寄与率補正データが与えられることになる。
【００３８】
例えば、入水温度Ｔinが低くなるに従って給湯熱交換器２の入側で吸熱される熱量が多くなると考えられることから、この実施形態例では、給水通路３から給湯熱交換器２の下段の管路１７に入り込む構成であるので、入水温度Ｔinが低くなるに従って下段の管路１７で吸熱する熱量が多くなり、下段の管路１７の湯温を検出する熱交サーミスタ１５の湯温検出部位における寄与率Ｋは、図２の鎖線Ｌ’に示すように、入水温Ｔinが低くなるに従って大きくなると考えられる。このことから、予め定められた寄与率Ｋspは燃焼熱量が小さくなるに従って、また、入水温度Ｔinが低くなるに従って、大きくなる方向に補正されることになる。
【００３９】
さらに、上記実施形態例では、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１を燃焼させているときの熱交サーミスタ１５の湯温検出部位の寄与率を予め求めてデータ格納部２１に寄与率Ｋspとして格納していたが、最大燃焼熱量以外の燃焼熱量でバーナ１を燃焼させたときの熱交サーミスタ１５の湯温検出部位の寄与率を求めて寄与率Ｋspとしてデータ格納部２１に格納してもよい。この場合にも、もちろん、上記データ格納部２１に格納された寄与率Ｋspを燃焼熱量の大小に応じて補正するためのデータが寄与率補正データとして予め定めて格納される。
【００４０】
さらに、上記実施形態例では、寄与率補正データとして、燃焼熱量の大きさに対応した寄与率に対するデータ格納部２１の寄与率Ｋspのずれ量ΔＫのデータが燃焼熱量に対応させて与えられていたが、例えば、燃焼熱量の大きさに応じて寄与率Ｋspを補正するための演算式データを寄与率補正データとして与えておいてもよい。例えば、補正後の寄与率をＫhgで表し、燃焼熱量の大きさをＰで表し、予め定めた定数をαで表した場合、Ｋhg＝Ｋsp＋（Ｐ×α）の演算式データを寄与率補正データとして与えておいてもよい。このような場合、寄与率補正部２０は、燃焼熱量Ｐの情報を利用して上記寄与率補正データの演算に従って、与えられている寄与率Ｋspの補正を行う。また、上記以外の手法により、燃焼熱量の大きさに応じて上記寄与率Ｋspを補正してもよい。
【００４１】
さらに、上記実施形態例では、データ格納部２１の寄与率Ｋspを燃焼熱量に応じて補正するための寄与率補正データを予め定めて与えておき、寄与率補正部２０が燃焼熱量に応じて寄与率Ｋspを上記寄与率補正データに基づき補正し、該補正した寄与率に基づき熱交換器出側湯温推定検出部２２は給湯熱交換器２から流れ出る湯温を推定検出していたが、例えば、燃焼熱量と寄与率との関係データを予め実験や演算等によって求めて与えておき、熱交換器出側湯温推定検出部２２は燃焼熱量の情報を取り込み、この取り込んだ燃焼熱量に応じた寄与率を上記関係データに基づいて検出し、該検出した寄与率に基づき前記実施形態例と同様にして給湯熱交換器２の出側の湯温を推定検出するようにしてもよい。この場合には、寄与率補正部２０を省略することが可能である。
【００４２】
さらに、上記実施形態例では図７に示す給湯器を例にして説明したが、湯を作り出す熱交換器と、該熱交換器を燃焼加熱するバーナと、入水温度検出手段とを有し、給湯設定温度に対する熱交換器から流れ出る湯温のずれを補正するために熱交換器の出側の湯温に基づいてバーナ燃焼熱量制御を行う制御構成を備えた給湯機能付きの燃焼機器であれば、この発明は適用することができる。例えば、給湯通路４と浴槽とを連通接続する湯張り通路を設け、給湯熱交換器２により作られた湯を上記湯張り通路を通して浴槽に注湯する湯張り機能と、給湯機能とを備えた燃焼機器や、上記給湯機能に加えて風呂の追い焚き機能を備えた燃焼機器にも本発明は適用することができる。
【００４３】
また、この発明は図８に示すような一缶二水路タイプの燃焼機器にも適用することができる。図８に示す一缶二水路タイプの燃焼機器は、例えば、給湯熱交換器２に一体的に形成され給湯以外の他機能（例えば、風呂の追い焚き機能や、暖房機能等）に使用される他機能熱交換器２５が設けられ、バーナ１は給湯熱交換器２と他機能熱交換器２５とを共に燃焼加熱する構成と成しているものである。
【００４４】
なお、図８に示す２６は給水通路３と給湯通路４とを短絡するバイパス通路を示し、２７は上記バイパス通路２６の開閉を行うバイパス弁を示し、２８は給湯通路４の通水を検知して給湯が行われていることを確認するための給湯確認スイッチを示し、２９は給湯通路４の通水流量を可変制御するための流量制御手段を示し、３０はバーナ燃焼の給排気を行うための燃焼ファンを示し、３１はバーナ１に供給されるファン風量を検出する風量センサを示し、３２は上記他機能熱交換器２５に湯水を導くための管路を示し、３３は他機能熱交換器２５によって加熱された湯を所望の場所（例えば、他機能熱交換器２５が風呂の追い焚き用として機能する場合には図８の点線に示す浴槽４１、また、他機能熱交換器２５が暖房用として機能する場合には図示されていない放熱器）に導くための管路を示し、３４は上記管路３２に介設された循環ポンプを示し、３５は管路３２の通水を検出する流水センサを示し、３６は管路３２内の湯水温を検出する温度センサを示す。また、図８の点線に示す３７は他機能熱交換器２５が風呂用として用いられ燃焼機器が風呂の湯張り機能を備えている場合に、給湯通路４と管路３２を連通接続する湯張り通路を示し、３８は上記湯張り通路３７の開閉を行う注湯弁を示し、４０は浴槽４１の水位を水圧によって検出する水位センサを示している。
【００４５】
上記のような一缶二水路タイプの燃焼機器では、バーナ１は上記の如く給湯熱交換器２と他機能熱交換器２５とを共に燃焼加熱するので、他機能運転のみが行われている他機能単独運転中においても給湯熱交換器２は燃焼加熱され、給湯熱交換器２内の滞留湯水が沸騰に近い非常に高温に加熱されるという問題発生の虞がある。そこで、次に示すようなオン・オフ燃焼制御部を制御装置１３に設け、該オン・オフ燃焼制御部によるバーナ１の間欠燃焼によって、上記他機能単独運転中における給湯熱交換器２内の滞留湯水高温加熱の問題を回避することが可能である。
【００４６】
上記オン・オフ燃焼制御部は、他機能単独運転中に、図８に示す熱交サーミスタ１５により検出される給湯熱交換器２内の湯温が予め定めたオフ温度（例えば、６５℃）以上であることを検知したときにはバーナ燃焼を停止させ、給湯熱交換器２内の湯温が上記オフ温度よりも低めの予め定めたオン温度（例えば、６０℃）以下に低下したときにはバーナ燃焼を再開させる構成を備えている。
【００４７】
上記のように、他機能単独運転中に、オン・オフ燃焼制御部によるバーナ間欠燃焼運転が行われることによって、給湯熱交換器２内の湯温が沸騰に近い高温に加熱されるのを防止することができる。
【００４８】
上記オン・オフ燃焼制御部用の温度検出手段と前記実施形態例に示した熱交換器出側湯温推定検出部２２用の温度検出手段とを熱交サーミスタ１５によって兼用させることによって、部品点数の増加を防止することができる。この熱交サーミスタ１５により検出される湯温に基づき、上記の如く他機能単独運転中における給湯熱交換器２内の滞留湯高温加熱の問題発生を防止することができるだけでなく、部品点数を増加させることなく、上記実施形態例に示したような応答性が良い給湯運転の燃焼熱量制御が達成できる。
【００４９】
【発明の効果】
この発明によれば、熱交換器内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段を設け、該熱交換器湯温検出手段により検出された湯温に基づいて熱交換器の出側の湯温を推定検出し、該推定検出された湯温に基づいた燃焼熱量制御を行う構成を備えたので、給湯湯温の変動を予め推定検出することができる結果、燃焼熱量制御の応答性を格段に向上させることが可能となり、給湯の湯温変動をより早く収束させることができる。
【００５０】
また、燃料熱量の大小に応じて変化する熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位における寄与率を、燃焼熱量の大小に応じて補正する構成を備えたものにあっては、燃焼熱量に応じた正確な寄与率を得ることができ、燃焼熱量の大小に拘らず固定の寄与率に基づいて熱交換器の出側の湯温を推定検出する場合と比べて、熱交換器出側の湯温をより正確に推定検出することができ、より一層確実に、かつ、より早く給湯の湯温変動を収束させて給湯設定温度の湯を安定供給することができる。
【００５１】
湯を出湯する熱交換器と一体的に他機能熱交換器が形成され、他機能単独運転中に、バーナのオン・オフ燃焼を制御するオン・オフ燃焼制御部が設けられ、熱交換器湯温検出手段は熱交換器出側湯温推定検出部用の温度検出手段と、オン・オフ燃焼制御部用の温度検出手段とを兼用する構成を備えたものにあっては、熱交換器出側湯温推定検出部用の温度検出手段と、オン・オフ燃焼制御部用の温度検出手段とをそれぞれ別個に設ける必要がないので、部品点数の増加を防止することができる。
【００５２】
特に、上記熱交換器湯温検出手段が設けられ、また、オン・オフ燃焼制御部が形成されている燃焼機器に、上記のような熱交換器出側湯温推定検出部をさらに設ける場合には、部品点数を増加することなく、上記の如く応答性の良い燃焼熱量制御を行うことが可能となるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この実施形態例において特徴的な制御構成を示す説明図である。
【図２】熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位が熱交換器の下段にある場合の寄与率と燃焼熱量の関係例を示すグラフである。
【図３】熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位が熱交換器の上段にある場合の寄与率と燃焼熱量の関係例を示すグラフである。
【図４】熱交換器の構造例を示すモデル図である。
【図５】この実施形態例における湯温変動収束の効果を従来の湯温変動に対比して示すグラフである。
【図６】給湯燃焼を開始してからの熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位の湯温と熱交換器の出側の湯温との時間的な湯温変動の一例を示すグラフである。
【図７】本発明に適用する燃焼機器の一例を示すモデル図である。
【図８】一缶二水路給湯器のモデル例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ バーナ
２ 給湯熱交換器
３ 給水通路
５ 入水サーミスタ
１５ 熱交サーミスタ
１７ 下段の管路
１８ 上段の管路
２０ 寄与率補正部
２１ データ格納部
２２ 熱交換器出側湯温推定検出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、湯を作り出して供給する燃焼機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７には燃焼機器である給湯器のシステム構成の一例がモデル図により示されている。この給湯器は、同図の実線に示すように、バーナ１と給湯の熱交換器２を有し、給湯熱交換器２の入側には水供給源から給湯熱交換器２に水を導くための給水通路３が連通接続され、また、給湯熱交換器２の出側には給湯通路４の一端側が接続され、この給湯通路４の他端側は台所やシャワー等の給湯場所に導かれている。上記給水通路３には該通路３の水温を検出する入水温度検出手段としての入水サーミスタ５と、通水流量を検出する水量センサＦＳとが設けられ、給湯通路４には該通路４から給湯される湯水温を検出する出湯サーミスタ６が設けられている。
【０００３】
上記バーナ１には燃料ガスを導くためのガス供給通路８が連通接続されており、このガス供給通路８には該通路の開閉を行う電磁弁１０，１１と、弁開度でもってバーナ１への供給燃料ガス量を制御する比例弁１２とが介設されている。
【０００４】
この給湯器には給湯運転を制御する制御装置１３が設けられ、この制御装置１３には給湯設定温度を設定するための給湯温度設定手段等が設けられたリモコン１４が信号接続されている。上記制御装置１３は次のように給湯運転を制御する。例えば、台所やシャワー等に導かれた給湯通路４の先端側に設けられた給湯栓（図示せず）が開栓され、給水通路３の通水が水量センサＦＳにより検出されると、電磁弁１０，１１を開弁してガス供給通路８からバーナ１に燃料ガスを供給してバーナ燃焼を開始させ、給湯される湯温がリモコン１４に設定されている給湯設定温度となるようにバーナ１の燃焼熱量を比例弁１２の弁開度を制御することによって（つまり、バーナ１への供給燃料ガス量を制御することによって）制御し、上記バーナ燃焼火炎の熱によって給湯熱交換器２の通水が加熱されて湯が作られ、該湯は給湯通路４を通って所望の給湯場所に供給される。そして、給湯栓が閉栓されて給水通路３の通水停止を水量センサＦＳが検出すると、電磁弁１１を閉弁してバーナ１の燃焼を停止し、給湯運転を終了する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、給湯設定温度の湯を給湯するためのバーナ１の燃焼熱量制御手法の一つとして、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用した比例制御がある。上記比例制御を行うときには、例えば、入水サーミスタ５により入水温度Ｔinを、水量センサＦＳにより給水の流量Ｑを、出湯サーミスタ６により出湯湯温Ｔoutを、リモコン１４から給湯設定温度Ｔspをそれぞれ検出し、上記流量Ｑの入水温度Ｔinの水を給湯設定温度Ｔspに高めるのに必要なフィードフォワード熱量Ｐff（Ｐff＝（Ｔsp−Ｔin）×Ｑ／η（ηは予め定まる給湯熱交換器２の熱効率））と、給湯設定温度Ｔspに対する出湯温度Ｔoutのずれを補正するためのフィードバック熱量Ｐfb（Ｐfb＝Ｐ×（Ｔsp−Ｔout）×Ｑ／η（Ｐは比例定数））との合計熱量でもってバーナ１が燃焼を行うように比例弁１２の弁開度を制御してバーナ１の燃焼熱量制御を行う。
【０００６】
しかしながら、上記の如く出湯サーミスタ６により検出された出湯湯温Ｔoutを利用して上記比例制御を行うと、出湯湯温Ｔoutの変動に対する燃焼熱量制御の応答性が悪いという問題が生じる。それというのは、次のような理由に因る。例えば、給湯熱交換器２の図７に示す点Ａの湯温Ｔz1は、図６の実線に示すように、給湯燃焼が開始された直後に、バーナ１の燃焼火炎の熱により、給湯設定温度Ｔspの湯を給湯するための目標湯温Ｔmhに上昇するが、その点Ａで目標湯温Ｔmhに達した湯がさらに熱量を吸熱しながら流れ給湯熱交換器２から給湯設定温度Ｔspの湯となって流れ出て、その湯温が出湯サーミスタ６により検出されるまでに図６に示す時間Δｔがかかる。換言すれば、バーナ１の燃焼熱量制御の結果である湯の温度が給湯されるまでに時間がかかるということであり、つまり、給湯湯温が給湯設定温度からずれた場合に給湯湯温が給湯設定温度からずれてから、その給湯設定温度に対する給湯湯温のずれを補正するための燃焼熱量制御により作られた湯が給湯されるまでに時間がかかってしまい燃焼熱量制御の応答性が悪いというものである。
【０００７】
上記のように、燃焼熱量制御の応答性が悪い場合には、図５の（ａ）の点線に示すような給湯開始直後の湯温変動や、図５の（ｂ）の点線に示すように給湯設定温度の湯を安定供給していた状態から何らかの原因により湯温が変動したときの湯温変動を収束するのに時間がかかるという問題があり、湯の利用者に湯温変動に対する不快感を与える虞がある。
【０００８】
そこで、上記燃焼熱量制御の応答性を改善する手段として、本出願人らは、次のような手段を提案している。例えば、給湯熱交換器２を流れる湯水流の温度を検出する図７の点線に示すような熱交換器湯温検出手段としての熱交サーミスタ１５を設け、該熱交サーミスタ１５により検出された湯温Ｔz1と、入水サーミスタ５により検出された入水温度Ｔinと、予め定め与えられた寄与率Ｋとに基づいて、次に示す式（１）の演算により、給湯熱交換器２から流れ出る湯温Ｔoutを推定検出し、出湯サーミスタ６により検出された湯温Ｔoutを採用するのに代えて、上記推定検出された給湯熱交換器２の出側の湯温に基づいた比例制御により燃焼熱量の制御を行うことを提案している。
【０００９】
Ｔout＝（Ｔz1−Ｔin）／Ｋ＋Ｔin・・・・・（１）
【００１０】
上記寄与率Ｋとは、給湯熱交換器２の入側から出側に至るまでに湯水が受け取る吸熱熱量Ｐtlに対する給湯熱交換器２の入側から熱交サーミスタ１５の湯温検出部位に至るまでに湯水が受け取る吸熱熱量Ｐz1の割合（Ｋ＝Ｐz1／Ｐtl）である。
【００１１】
上記の如く、給湯熱交換器２内の湯温を検出する熱交サーミスタ１５により検出された湯温Ｔz1に基づいて給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔoutを推定検出することによって、出湯湯温の変動を予め推定検出することが可能となり、その結果、燃焼熱量制御の応答性を格段に向上させることが可能である。
【００１２】
しかしながら、上記の如く、推定検出された給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔoutに基づいて比例制御を行っているのにも拘らず、給湯湯温変動を収束させるのに時間がかかる場合があった。
【００１３】
この原因を本出願人らが実験等により究明したところ、推定検出された出側の湯温Ｔoutが実際の出側湯温Ｔoutと異なることがあることがわかり、その実際の出側の湯温に対する推定出側湯温のずれによって、湯温変動の収束に時間がかかることがわかった。上記推定出側湯温のずれは、上記出側の湯温を推定検出する際に使用された寄与率Ｋがバーナ燃焼熱量の大小に応じて変化することに因るものであった。
【００１４】
この発明は、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、寄与率を燃焼熱量の大小に応じて補正することによって、出側の湯温を正確に推定検出することができるようにし、燃焼熱量制御の応答性を向上させて給湯湯温の変動を早く収束できる燃焼機器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、次のような構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、給水通路から供給された水を加熱して湯を作り出し該湯を出湯する熱交換器と、該熱交換器を燃焼加熱するバーナと、上記熱交換器に供給される入水温度を検出する入水温度検出手段とを有し、予め定められた給湯設定温度に対する上記熱交換器から流れ出た出側の湯温のずれを補正するために上記出側の湯温に基づいてバーナ燃焼熱量を制御する燃焼機器において、上記熱交換器の入口から出口に至る管路の途中位置に設けられて熱交換器内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段と；上記熱交換器の入側から出側に至るまでに湯水が吸熱する熱量に対する熱交換器の入側から熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位に至るまでに湯水が吸熱する熱量の割合である寄与率が予め定められ格納されているデータ格納部と；該データ格納部に格納されている寄与率と上記熱交換器湯温検出手段により検出された湯温と入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づき、燃焼熱量制御に使用される上記出側の湯温を推定検出する熱交換器出側湯温推定検出部と；が設けられている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１６】
第２の発明は、給水通路から供給された水を加熱して湯を作り出し該湯を出湯する熱交換器と、該熱交換器を燃焼加熱するバーナと、上記熱交換器に供給される入水温度を検出する入水温度検出手段とを有し、予め定められた給湯設定温度に対する上記熱交換器から流れ出た出側の湯温のずれを補正するために上記出側の湯温に基づいてバーナ燃焼熱量を制御する燃焼機器において、上記熱交換器の入口から出口に至る管路の途中位置に設けられて熱交換器内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段と；上記熱交換器の入側から出側に至るまでに湯水が吸熱する熱量に対する熱交換器の入側から熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位に至るまでに湯水が吸熱する熱量の割合である寄与率が予め定められ格納されているデータ格納部と；バーナ燃焼熱量の情報と、バーナ燃焼熱量の大小に応じて上記寄与率を補正するための予め与えられた寄与率補正データとに基づいて上記寄与率を補正する寄与率補正部と；該寄与率補正部により補正された寄与率と上記熱交換器湯温検出手段により検出された湯温と上記入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づき、燃焼熱量制御に使用される上記出側の湯温を推定検出する熱交換器出側湯温推定検出部と；が設けられている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１７】
第３の発明は、上記第２の発明を構成する熱交換器はバーナの燃焼火炎に近い側の下段に形成された管路と、バーナ燃焼火炎に遠い側の上段に形成された管路とが連通接続された管路構成を成しており、寄与率補正部は、熱交換器湯温検出手段により上記下段の管路内の湯温が検出される場合にはバーナ燃焼熱量が小さくなるに従って寄与率が大きくなるように寄与率を補正し、熱交換器湯温検出手段により上記上段の管路内の湯温が検出される場合にはバーナ燃焼熱量が小さくなるに従って寄与率が小さくなるように寄与率を補正する構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１８】
第４の発明は、上記第１又は第２又は第３の発明の構成に加えて、湯を出湯する熱交換器に一体的に形成され給湯以外の他機能に使用される他機能熱交換器が設けられ、バーナは熱交換器と上記他機能熱交換器とを共に燃焼加熱する構成と成し、他機能運転のみが行われている他機能単独運転中に、熱交換器湯温検出手段により検出される熱交換器内の湯温が予め定められたオフ温度以上となったときにはバーナ燃焼を停止し、上記熱交換器湯温検出手段の検出湯温が上記オフ温度よりも低めの予め定められたオン温度以下に低下したときにバーナ燃焼を再開させるオン・オフ燃焼制御部が設けられ、熱交換器湯温検出手段は熱交換器出側湯温推定検出部用の温度検出手段とオン・オフ燃焼制御部用の温度検出手段とを兼用している構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１９】
上記構成の発明において、例えば、予め定めた寄与率を与えておくと共に、バーナ燃焼熱量の大小に応じて上記寄与率を補正する寄与率補正データを与えておき、寄与率補正部は、バーナ燃焼熱量の情報と、寄与率補正データとに基づいて、上記寄与率を補正する。熱交換器出側湯温推定検出部は、上記寄与率補正部により補正された寄与率と、熱交換器湯温検出手段により検出された熱交換器内の湯温と、入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づいて、熱交換器の出側の湯温を推定検出する。
【００２０】
上記の如く、燃焼熱量の大小に応じて寄与率を補正することによって、燃焼熱量の大小に応じた寄与率を得ることができ、この補正後の寄与率に基づいて推定検出された熱交換器の出側の湯温は正確である。この推定検出された正確な出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御が行われることになり、燃焼熱量制御の応答性の向上が図れ、給湯の湯温変動を確実に早く収束させることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明にかかる実施形態例を図面に基づき説明する。
【００２２】
この実施形態例の燃焼機器は図７に示すシステム構成を有し、給湯熱交換器２内の湯温を検出する熱交サーミスタ１５が設けられている。ところで、図４には給湯熱交換器のモデル例が示されており、同図に示すように、給湯熱交換器２は、バーナ１の燃焼火炎に近い側の下段に曲折形成された管路１７と、バーナ１の燃焼火炎に遠い側の上段に曲折形成された管路１８とが連通接続され、それら管路１７，１８はフィンプレート１９に挿通された構成を有し、この実施形態例では、管路強度の観点から、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１を燃焼させたときにバーナ燃焼火炎から受け取る熱量が上記下段と上段の管路１７，１８の全領域に亙り等しくなるようにフィンプレート１９の切り込み１６等が構成されており、また、給水通路３から供給された水は上記下段の管路１７を通った後に上段の管路１８を経て、給湯通路４に流れ出るように形成されており、上記熱交サーミスタ１５は、図４の破線に示すように、上記給湯熱交換器２の下段の管路１７におけるＵ字管部分の湯温を検出するように設けられている。
【００２３】
図１には、この実施形態例において特徴的な制御構成がブロック図により示されている。この実施形態例では、熱交サーミスタ１５により検出された湯温Ｔz1に基づいて給湯熱交換器２の出側の湯温を推定検出し、この推定検出された出側の湯温Ｔoutを利用してバーナ１の燃焼熱量制御を行う構成を備えており、この実施形態例において特徴的なことは、上記給湯熱交換器２の出側の湯温を推定検出する演算に用いられる寄与率Ｋを燃焼熱量の大小に応じて補正する制御構成を備えたことであり、制御装置１３は、図１に示すように、寄与率補正部２０と、データ格納部２１と、熱交換器出側湯温推定検出部２２と、燃焼熱量制御部２３とを有して構成されている。なお、この実施形態例では、上記の如く、給湯熱交換器２から流れ出る湯温Ｔoutを推定検出する構成を備えているので、部品点数の増加を抑制するために、出湯サーミスタ６が省略されている。上記以外の図７のシステム構成の説明は前述したので省略する。
【００２４】
燃焼熱量制御部２３は給湯熱交換器２から流れ出る出側の湯温Ｔoutを利用した前述したような比例制御によりバーナ１の燃焼熱量を制御する構成を備えている。
【００２５】
データ格納部２１には寄与率Ｋが予め実験や演算等によって求められて格納されている。この実施形態例では、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１を燃焼したときに、給湯熱交換器２の入側から出側に至るまでに湯水が吸熱する熱量に対する給湯熱交換器２の入側から熱交サーミスタ１５の湯温検出部位に至るまでに湯水が吸熱する熱量の割合を求め、該求めた割合を図２に示す寄与率Ｋspとしてデータ格納部２１に格納している。
【００２６】
ところで、予め定めた最大燃焼熱量近傍でバーナ１の燃焼を行っているときには、燃焼火炎は大きく立ち上がっていることから、燃焼火炎の熱は下段の管路１７だけでなく上段の管路１８にも十分に加えられ、下段の管路１７を流れる単位流量当たりの水流が燃焼火炎から吸熱する熱量と、上段の管路１８を流れる単位流量当たりの水流が燃焼火炎から吸熱する熱量とはほぼ等しくなるが、燃焼熱量が小さくなるに従って燃焼火炎は小さくなり、例えば、予め定めた最小燃焼熱量の近傍では燃焼火炎はとても小さく、燃焼火炎の熱は上段の管路１８に殆ど加えられず、燃焼火炎から給湯熱交換器２全体に吸熱される熱量のうちの殆どが下段の管路１７で吸熱されることになる。このことから、上記下段の管路１７に設けられた熱交サーミスタ１５の湯温検出部位における寄与率Ｋは、図２の実線Ｌに示すように、燃焼熱量が小さくなるに従って大きくなる。
【００２７】
なお、図２では予め定めた最小燃焼熱量を０％と設定し、燃焼熱量が増加するに従って％値が大きくなって予め定めた最大燃焼熱量が１００％となるように、燃焼熱量を％値に置き換えて示されている。
【００２８】
上記データ格納部２１には上記予め定められた寄与率Ｋspを燃焼熱量の大きさに応じて補正するための寄与率補正データが予め定め格納されている。例えば、図２の実線Ｌに示す寄与率に対する上記点線Ｍに示す寄与率Ｋspのずれ量ΔＫのデータが寄与率補正値として燃焼熱量に対応させて上記寄与率補正データとして格納されている。この実施形態例では、図２に示すように、燃焼熱量が小さくなるに従って上記ずれ量ΔＫは大きくなることから、燃焼熱量が小さくなるに従って上記寄与率補正値ΔＫが連続的に又は段階的に大きくなるように設定された寄与率補正データが与えられている。
【００２９】
寄与率補正部２０は、上記燃焼熱量制御部２３からバーナ１の燃焼熱量の情報を時々刻々と取り込み、該燃焼熱量の情報と、上記データ格納部２１に格納されている寄与率補正データとに基づいて、上記寄与率Ｋspを補正する。具体的には、寄与率補正部２０は、上記取り込んだ燃焼熱量を上記寄与率補正データに照らし合わせて上記燃焼熱量に対応した寄与率補正値ΔＫを検出し、該検出した補正値ΔＫを上記寄与率Ｋspに加算して寄与率を補正する。この補正された寄与率Ｋhgの情報は、熱交換器出側湯温推定検出部２２に加えられる。
【００３０】
熱交換器出側湯温推定検出部２２は、上記寄与率補正部２０から加えられた補正後の寄与率Ｋhgと、熱交サーミスタ１５により検出された給湯熱交換器２内の水流温度Ｔz1と、入水サーミスタ５により検出された入水温Ｔinとに基づいて、前記式（１）（Ｔout＝（Ｔz1−Ｔin）／Ｋ＋Ｔin）の演算により、給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔoutを推定検出し、この推定検出した出側の湯温Ｔoutの情報を燃焼熱量制御部２３に出力する。
【００３１】
燃焼熱量制御部２３は、上記熱交換器出側湯温推定検出部２２により加えられた出側の湯温Ｔoutを利用した前記フィードバック熱量Ｐfbと前記フィードフォワード熱量Ｐffの合計熱量に基づいた比例制御によりバーナ１の燃焼熱量を比例弁１２の弁開度を制御することによって制御する。
【００３２】
この実施形態例によれば、給湯熱交換器２内の湯温を検出する熱交サーミスタ１５を設け、該熱交サーミスタ１５により検出された給湯熱交換器２内の湯温Ｔz1に基づいて給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔoutを推定検出し、この推定検出した出側の湯温Ｔoutに基づいたバーナ１のフィードバック燃焼熱量制御を行うので、燃焼熱量制御の応答性が格段に向上し、図５の（ａ）の実線に示すように、給湯開始直後の湯温変動をより早く安定させて給湯設定温度の湯を供給することができるし、図５の（ｂ）の実線に示すように、給湯設定温度の湯を給湯していた状態から給湯の湯温変動が発生したときの湯温変動をより早く収束することが可能となる。
【００３３】
特に、この実施形態例では、出側の湯温Ｔoutを推定検出する際に使用される寄与率Ｋを燃焼熱量の大小に応じて補正する構成を備えているので、燃焼熱量に応じた正確な寄与率Ｋhgを用いて出側の湯温Ｔoutを推定検出することができ、正確な出側の湯温を得ることができる。このことから、給湯湯温変動をより確実により早く収束することが可能となる。
【００３４】
また、この実施形態例では、上記の如く、給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔoutを正確に推定検出することができるので、給湯熱交換器２の出側の湯温を検出する出湯サーミスタ６を省略することができ、部品点数の増加を抑制することが可能である。
【００３５】
なお、この発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では、熱交サーミスタ１５は給湯熱交換器２における下段の管路１７の水流温度を検出するように設けられていたが、上段の管路１８の湯水流の温度を検出するように熱交サーミスタ１５を設けてもよい。この場合には、熱交サーミスタ１５の湯温検出部位における寄与率Ｋは、図３の実線Ｎに示すように、燃焼熱量が小さくなるに従って小さくなる。
【００３６】
このことから、例えば、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１の燃焼を行ったときの寄与率Ｋが予め求められて図３に示す寄与率Ｋspとしてデータ格納部２１に格納されているときには、上記熱交サーミスタ１５の湯温検出部位における寄与率Ｋに対する上記寄与率Ｋspのずれ量（寄与率補正量）ΔＫのデータが燃焼熱量に対応させて寄与率補正データとしてデータ格納部２１に格納され、寄与率補正部２０は、取り込んだ燃焼熱量に対応する上記寄与率補正量ΔＫを上記寄与率補正データから検出し、上記寄与率Ｋspから寄与率補正量ΔＫを差し引いて寄与率の補正を行う。
【００３７】
また、上記実施形態例では、燃焼熱量だけを考慮して寄与率を補正していたが、この発明の応用例として、燃焼熱量以外にも入水サーミスタ５により検出される入水温度Ｔinや、水量センサＦＳにより検出される給水流量Ｑや、燃焼に使用する燃料ガス種をも考慮して、寄与率Ｋを補正してもよい。この場合、上記入水温度Ｔinと流量Ｑと燃料ガス種のうちの１つ以上と、燃焼熱量との組み合わせによって寄与率を補正するための寄与率補正データが与えられることになる。
【００３８】
例えば、入水温度Ｔinが低くなるに従って給湯熱交換器２の入側で吸熱される熱量が多くなると考えられることから、この実施形態例では、給水通路３から給湯熱交換器２の下段の管路１７に入り込む構成であるので、入水温度Ｔinが低くなるに従って下段の管路１７で吸熱する熱量が多くなり、下段の管路１７の湯温を検出する熱交サーミスタ１５の湯温検出部位における寄与率Ｋは、図２の鎖線Ｌ’に示すように、入水温Ｔinが低くなるに従って大きくなると考えられる。このことから、予め定められた寄与率Ｋspは燃焼熱量が小さくなるに従って、また、入水温度Ｔinが低くなるに従って、大きくなる方向に補正されることになる。
【００３９】
さらに、上記実施形態例では、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１を燃焼させているときの熱交サーミスタ１５の湯温検出部位の寄与率を予め求めてデータ格納部２１に寄与率Ｋspとして格納していたが、最大燃焼熱量以外の燃焼熱量でバーナ１を燃焼させたときの熱交サーミスタ１５の湯温検出部位の寄与率を求めて寄与率Ｋspとしてデータ格納部２１に格納してもよい。この場合にも、もちろん、上記データ格納部２１に格納された寄与率Ｋspを燃焼熱量の大小に応じて補正するためのデータが寄与率補正データとして予め定めて格納される。
【００４０】
さらに、上記実施形態例では、寄与率補正データとして、燃焼熱量の大きさに対応した寄与率に対するデータ格納部２１の寄与率Ｋspのずれ量ΔＫのデータが燃焼熱量に対応させて与えられていたが、例えば、燃焼熱量の大きさに応じて寄与率Ｋspを補正するための演算式データを寄与率補正データとして与えておいてもよい。例えば、補正後の寄与率をＫhgで表し、燃焼熱量の大きさをＰで表し、予め定めた定数をαで表した場合、Ｋhg＝Ｋsp＋（Ｐ×α）の演算式データを寄与率補正データとして与えておいてもよい。このような場合、寄与率補正部２０は、燃焼熱量Ｐの情報を利用して上記寄与率補正データの演算に従って、与えられている寄与率Ｋspの補正を行う。また、上記以外の手法により、燃焼熱量の大きさに応じて上記寄与率Ｋspを補正してもよい。
【００４１】
さらに、上記実施形態例では、データ格納部２１の寄与率Ｋspを燃焼熱量に応じて補正するための寄与率補正データを予め定めて与えておき、寄与率補正部２０が燃焼熱量に応じて寄与率Ｋspを上記寄与率補正データに基づき補正し、該補正した寄与率に基づき熱交換器出側湯温推定検出部２２は給湯熱交換器２から流れ出る湯温を推定検出していたが、例えば、燃焼熱量と寄与率との関係データを予め実験や演算等によって求めて与えておき、熱交換器出側湯温推定検出部２２は燃焼熱量の情報を取り込み、この取り込んだ燃焼熱量に応じた寄与率を上記関係データに基づいて検出し、該検出した寄与率に基づき前記実施形態例と同様にして給湯熱交換器２の出側の湯温を推定検出するようにしてもよい。この場合には、寄与率補正部２０を省略することが可能である。
【００４２】
さらに、上記実施形態例では図７に示す給湯器を例にして説明したが、湯を作り出す熱交換器と、該熱交換器を燃焼加熱するバーナと、入水温度検出手段とを有し、給湯設定温度に対する熱交換器から流れ出る湯温のずれを補正するために熱交換器の出側の湯温に基づいてバーナ燃焼熱量制御を行う制御構成を備えた給湯機能付きの燃焼機器であれば、この発明は適用することができる。例えば、給湯通路４と浴槽とを連通接続する湯張り通路を設け、給湯熱交換器２により作られた湯を上記湯張り通路を通して浴槽に注湯する湯張り機能と、給湯機能とを備えた燃焼機器や、上記給湯機能に加えて風呂の追い焚き機能を備えた燃焼機器にも本発明は適用することができる。
【００４３】
また、この発明は図８に示すような一缶二水路タイプの燃焼機器にも適用することができる。図８に示す一缶二水路タイプの燃焼機器は、例えば、給湯熱交換器２に一体的に形成され給湯以外の他機能（例えば、風呂の追い焚き機能や、暖房機能等）に使用される他機能熱交換器２５が設けられ、バーナ１は給湯熱交換器２と他機能熱交換器２５とを共に燃焼加熱する構成と成しているものである。
【００４４】
なお、図８に示す２６は給水通路３と給湯通路４とを短絡するバイパス通路を示し、２７は上記バイパス通路２６の開閉を行うバイパス弁を示し、２８は給湯通路４の通水を検知して給湯が行われていることを確認するための給湯確認スイッチを示し、２９は給湯通路４の通水流量を可変制御するための流量制御手段を示し、３０はバーナ燃焼の給排気を行うための燃焼ファンを示し、３１はバーナ１に供給されるファン風量を検出する風量センサを示し、３２は上記他機能熱交換器２５に湯水を導くための管路を示し、３３は他機能熱交換器２５によって加熱された湯を所望の場所（例えば、他機能熱交換器２５が風呂の追い焚き用として機能する場合には図８の点線に示す浴槽４１、また、他機能熱交換器２５が暖房用として機能する場合には図示されていない放熱器）に導くための管路を示し、３４は上記管路３２に介設された循環ポンプを示し、３５は管路３２の通水を検出する流水センサを示し、３６は管路３２内の湯水温を検出する温度センサを示す。また、図８の点線に示す３７は他機能熱交換器２５が風呂用として用いられ燃焼機器が風呂の湯張り機能を備えている場合に、給湯通路４と管路３２を連通接続する湯張り通路を示し、３８は上記湯張り通路３７の開閉を行う注湯弁を示し、４０は浴槽４１の水位を水圧によって検出する水位センサを示している。
【００４５】
上記のような一缶二水路タイプの燃焼機器では、バーナ１は上記の如く給湯熱交換器２と他機能熱交換器２５とを共に燃焼加熱するので、他機能運転のみが行われている他機能単独運転中においても給湯熱交換器２は燃焼加熱され、給湯熱交換器２内の滞留湯水が沸騰に近い非常に高温に加熱されるという問題発生の虞がある。そこで、次に示すようなオン・オフ燃焼制御部を制御装置１３に設け、該オン・オフ燃焼制御部によるバーナ１の間欠燃焼によって、上記他機能単独運転中における給湯熱交換器２内の滞留湯水高温加熱の問題を回避することが可能である。
【００４６】
上記オン・オフ燃焼制御部は、他機能単独運転中に、図８に示す熱交サーミスタ１５により検出される給湯熱交換器２内の湯温が予め定めたオフ温度（例えば、６５℃）以上であることを検知したときにはバーナ燃焼を停止させ、給湯熱交換器２内の湯温が上記オフ温度よりも低めの予め定めたオン温度（例えば、６０℃）以下に低下したときにはバーナ燃焼を再開させる構成を備えている。
【００４７】
上記のように、他機能単独運転中に、オン・オフ燃焼制御部によるバーナ間欠燃焼運転が行われることによって、給湯熱交換器２内の湯温が沸騰に近い高温に加熱されるのを防止することができる。
【００４８】
上記オン・オフ燃焼制御部用の温度検出手段と前記実施形態例に示した熱交換器出側湯温推定検出部２２用の温度検出手段とを熱交サーミスタ１５によって兼用させることによって、部品点数の増加を防止することができる。この熱交サーミスタ１５により検出される湯温に基づき、上記の如く他機能単独運転中における給湯熱交換器２内の滞留湯高温加熱の問題発生を防止することができるだけでなく、部品点数を増加させることなく、上記実施形態例に示したような応答性が良い給湯運転の燃焼熱量制御が達成できる。
【００４９】
【発明の効果】
この発明によれば、熱交換器内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段を設け、該熱交換器湯温検出手段により検出された湯温に基づいて熱交換器の出側の湯温を推定検出し、該推定検出された湯温に基づいた燃焼熱量制御を行う構成を備えたので、給湯湯温の変動を予め推定検出することができる結果、燃焼熱量制御の応答性を格段に向上させることが可能となり、給湯の湯温変動をより早く収束させることができる。
【００５０】
また、燃料熱量の大小に応じて変化する熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位における寄与率を、燃焼熱量の大小に応じて補正する構成を備えたものにあっては、燃焼熱量に応じた正確な寄与率を得ることができ、燃焼熱量の大小に拘らず固定の寄与率に基づいて熱交換器の出側の湯温を推定検出する場合と比べて、熱交換器出側の湯温をより正確に推定検出することができ、より一層確実に、かつ、より早く給湯の湯温変動を収束させて給湯設定温度の湯を安定供給することができる。
【００５１】
湯を出湯する熱交換器と一体的に他機能熱交換器が形成され、他機能単独運転中に、バーナのオン・オフ燃焼を制御するオン・オフ燃焼制御部が設けられ、熱交換器湯温検出手段は熱交換器出側湯温推定検出部用の温度検出手段と、オン・オフ燃焼制御部用の温度検出手段とを兼用する構成を備えたものにあっては、熱交換器出側湯温推定検出部用の温度検出手段と、オン・オフ燃焼制御部用の温度検出手段とをそれぞれ別個に設ける必要がないので、部品点数の増加を防止することができる。
【００５２】
特に、上記熱交換器湯温検出手段が設けられ、また、オン・オフ燃焼制御部が形成されている燃焼機器に、上記のような熱交換器出側湯温推定検出部をさらに設ける場合には、部品点数を増加することなく、上記の如く応答性の良い燃焼熱量制御を行うことが可能となるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この実施形態例において特徴的な制御構成を示す説明図である。
【図２】熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位が熱交換器の下段にある場合の寄与率と燃焼熱量の関係例を示すグラフである。
【図３】熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位が熱交換器の上段にある場合の寄与率と燃焼熱量の関係例を示すグラフである。
【図４】熱交換器の構造例を示すモデル図である。
【図５】この実施形態例における湯温変動収束の効果を従来の湯温変動に対比して示すグラフである。
【図６】給湯燃焼を開始してからの熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位の湯温と熱交換器の出側の湯温との時間的な湯温変動の一例を示すグラフである。
【図７】本発明に適用する燃焼機器の一例を示すモデル図である。
【図８】一缶二水路給湯器のモデル例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ バーナ
２ 給湯熱交換器
３ 給水通路
５ 入水サーミスタ
１５ 熱交サーミスタ
１７ 下段の管路
１８ 上段の管路
２０ 寄与率補正部
２１ データ格納部
２２ 熱交換器出側湯温推定検出部
Claims (4)
- 給水通路から供給された水を加熱して湯を作り出し該湯を出湯する熱交換器と、該熱交換器を燃焼加熱するバーナと、上記熱交換器に供給される入水温度を検出する入水温度検出手段とを有し、予め定められた給湯設定温度に対する上記熱交換器から流れ出た出側の湯温のずれを補正するために上記出側の湯温に基づいてバーナ燃焼熱量を制御する燃焼機器において、上記熱交換器の入口から出口に至る管路の途中位置に設けられて熱交換器内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段と；上記熱交換器の入側から出側に至るまでに湯水が吸熱する熱量に対する熱交換器の入側から熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位に至るまでに湯水が吸熱する熱量の割合である寄与率が予め定められ格納されているデータ格納部と；該データ格納部に格納されている寄与率と上記熱交換器湯温検出手段により検出された湯温と入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づき、燃焼熱量制御に使用される上記出側の湯温を推定検出する熱交換器出側湯温推定検出部と；が設けられていることを特徴とする燃焼機器。
- 給水通路から供給された水を加熱して湯を作り出し該湯を出湯する熱交換器と、該熱交換器を燃焼加熱するバーナと、上記熱交換器に供給される入水温度を検出する入水温度検出手段とを有し、予め定められた給湯設定温度に対する上記熱交換器から流れ出た出側の湯温のずれを補正するために上記出側の湯温に基づいてバーナ燃焼熱量を制御する燃焼機器において、上記熱交換器の入口から出口に至る管路の途中位置に設けられて熱交換器内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段と；上記熱交換器の入側から出側に至るまでに湯水が吸熱する熱量に対する熱交換器の入側から熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位に至るまでに湯水が吸熱する熱量の割合である寄与率が予め定められ格納されているデータ格納部と；バーナ燃焼熱量の情報と、バーナ燃焼熱量の大小に応じて上記寄与率を補正するための予め与えられた寄与率補正データとに基づいて上記寄与率を補正する寄与率補正部と；該寄与率補正部により補正された寄与率と上記熱交換器湯温検出手段により検出された湯温と上記入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づき、燃焼熱量制御に使用される上記出側の湯温を推定検出する熱交換器出側湯温推定検出部と；が設けられていることを特徴とする燃焼機器。
- 熱交換器はバーナの燃焼火炎に近い側の下段に形成された管路と、バーナ燃焼火炎に遠い側の上段に形成された管路とが連通接続された管路構成を成しており、寄与率補正部は、熱交換器湯温検出手段により上記下段の管路内の湯温が検出される場合にはバーナ燃焼熱量が小さくなるに従って寄与率が大きくなるように寄与率を補正し、熱交換器湯温検出手段により上記上段の管路内の湯温が検出される場合にはバーナ燃焼熱量が小さくなるに従って寄与率が小さくなるように寄与率を補正することを特徴とする請求項２記載の燃焼機器。
- 湯を出湯する熱交換器に一体的に形成され給湯以外の他機能に使用される他機能熱交換器が設けられ、バーナは熱交換器と上記他機能熱交換器とを共に燃焼加熱する構成と成し、他機能運転のみが行われている他機能単独運転中に、熱交換器湯温検出手段により検出される熱交換器内の湯温が予め定められたオフ温度以上となったときにはバーナ燃焼を停止し、上記熱交換器湯温検出手段の検出湯温が上記オフ温度よりも低めの予め定められたオン温度以下に低下したときにバーナ燃焼を再開させるオン・オフ燃焼制御部が設けられ、熱交換器湯温検出手段は熱交換器出側湯温推定検出部用の温度検出手段とオン・オフ燃焼制御部用の温度検出手段とを兼用していることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の燃焼機器。
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| JPH11211232A JPH11211232A (ja) | 1999-08-06 |
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