JP4029249B2 - 循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば浴槽内の水もしくは温水を循環管路に循環させて追い焚きさせる風呂釜等のように貯留槽内の液体を循環させて加熱する循環加熱系における加熱制御のために用いられる循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の循環水加熱制御方法もしくは循環加熱制御装置としては浴槽の水もしくは温水を追い焚きする風呂釜における加熱制御が知られている（例えば、特開昭６３−２０４０６２号公報、特開平４−２７３９４６号公報参照）。このような風呂釜においては、一般にユーザーが所望の沸き上がり温度を例えばリモートコントローラに設定して追い焚き運転を開始させると、循環ポンプが作動されて浴槽内の水もくしは温水が循環管路を通して浴槽と追い焚き用熱交換回路との間に循環されるとともに、その熱交換回路に設けられた燃焼バーナが燃料の供給を受けて燃焼作動されることになる。これにより、循環管路内の循環水が熱交換回路内の熱交換器において燃焼バーナの燃焼熱を受けて加熱されることになる。
【０００３】
そして、この風呂釜における加熱制御においては、上記循環ポンプによる循環水量は一定値に固定され、上記燃焼バーナへの燃料供給量も主として沸き上がり時間の短縮化のために最大能力に近い一定値に固定されている。従って、上記の追い焚き運転が開始されると、循環ポンプがＯＮ作動されるとともに、燃焼バーナへの燃料供給管に介装された電磁開閉弁が開作動され、上記設定温度に到達するまでは循環水量及び燃料供給量も共に一定のままで継続されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置においては、 追い焚き運転開始の初期には浴槽内の水温が比較的低温であるため、熱交換回路において燃焼バーナの燃焼により入力される熱量に対し熱交換器において循環水が吸収して昇温される熱量の比率である熱交換効率は比較的高い値となるものの、徐々に昇温されて浴槽内の水温が上がるに従い上記熱交換効率は徐々に低下し、浴槽内の水温が設定温度に近づいてくる焚き上げ後期になると上記熱交換効率はかなり低下することになる。つまり、追い焚き運転の時間経過に伴い浴槽内の水温、すなわち、循環水の水温が徐々に上昇するにも拘わらず、燃焼バーナによる燃焼熱量や循環水量が共に一定のままに制御されるため、上記循環水が吸収する熱量が低下する結果、上記熱交換効率が低下することになるためである。
【０００５】
このようになると、追い焚き運転の時間経過に伴い熱交換効率が低下するにも拘わらず、燃焼バーナの燃焼熱量が一定とされるため、設定温度までに焚き上げるために必要なトータルの燃料供給量という観点において十分な経済性を発揮させることはできないことになる。このため、省エネルギー化にも反する結果を招くことにもなる。
【０００６】
その一方、追い焚き運転中に熱交換効率を正確に把握することは困難であり、また、設定温度までの焚き上がり時間のかかり過ぎを防止する必要もある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、循環水加熱制御において循環水の昇温に伴う熱交換効率の落ち込みを緩和して設定温度まで加熱するのに必要な熱エネルギーの低減化を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、熱交換効率を簡易に推定し、その熱交換効率の落ち込みの発生に伴い熱交換効率を増大する方向に制御することにより、熱交換効率をある一定の範囲の値を維持するようにすることを基本とするものである。
【０００９】
具体的には、循環水加熱制御方法に係る第１の発明は、熱交換器及びこの熱交換器を加熱する加熱器を有する熱交換回路と、貯留槽内に貯留された液体を循環ポンプの作動によりその貯留槽と上記熱交換回路との間で循環させる循環管路とを備えた循環加熱系に対し適用されるものであって、上記貯留槽内の液体を上記循環管路により循環させつつ徐々に昇温させる循環水加熱制御方法を前提として以下の特定手順を採用するのもである。すなわち、上記加熱器及び循環ポンプを作動させた後、少なくとも上記循環管路を通して上記熱交換器に流入する液体の入口側温度と、上記熱交換器から流出する液体の出口側温度とを検出することにより上記熱交換回路における熱交換効率を順次推定し、上記加熱器による加熱熱量及び循環ポンプによる液体の循環量のいずれか一方もしくは双方を、上記推定した熱交換効率が予め設定した目標熱交換効率以上の範囲になるように順次変更制御するようにする。
【００１０】
また、浴槽内の水を循環加熱させる循環加熱系を対象として上記の循環水加熱制御方法を実施するための循環水加熱制御装置に係る発明としては、燃料の供給を受けて燃焼する燃焼バーナ及びこの燃焼バーナから燃焼熱を受ける熱交換器を有する熱交換回路と、循環ポンプの作動により浴槽内に貯留された水をその浴槽と上記熱交換回路との間で循環させる循環管路とを備えた循環加熱系に対し設けられるものであって、上記浴槽内の水を上記循環管路により循環させつつ昇温させる循環水加熱制御装置を前提として、それぞれ以下の特定事項を備える第２〜第４の発明が提案される。
【００１１】
すなわち、第２の発明は、少なくとも上記循環管路を通して上記熱交換器に流入する循環水の入口側温度及び上記熱交換器から流出する循環水の出口側温度をそれぞれ検出することにより上記熱交換回路における熱交換効率を推定する効率推定手段と、上記燃焼バーナによる燃焼熱量を、上記効率推定手段により推定された熱交換効率の推定値が予め設定した目標値以上の範囲になるように変更制御する効率制御手段とを備える。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明と同様構成の効率推定手段と、上記循環ポンプによる循環管路の循環水量を、上記効率推定手段により推定された熱交換効率の推定値が予め設定した目標値以上の範囲になるように変更制御する効率制御手段とを備える。
第４の発明は、第２の発明と同様構成の効率推定手段と、上記循環ポンプによる循環管路の循環水量を、上記効率推定手段により推定された熱交換効率の推定値が予め設定した目標値以上の範囲に入るように変更制御する第１効率制御手段と、この第１効率制御手段による変更制御を実行しても上記推定値が目標値以上の範囲の値にならない場合に、上記燃焼バーナによる燃焼熱量を上記推定値が目標値以上の範囲に入るように変更制御する第２効率制御手段とを備える。
【００１３】
ここで、「熱交換効率」とは、燃焼バーナ等の加熱器により熱交換回路内の熱交換器に対し入力される熱量（入力熱量）に対し熱交換器において循環水が昇温のために実際に吸収した熱量（吸収熱量）の比率のことである。上記「入力熱量」Ｉｐ（kcal／H）は主として上記加熱器の出力熱量により表される。燃焼バーナの場合であるとその燃焼熱量であり、この燃焼熱量は主として燃料供給量の如何により表される。そして、燃料供給量と、それを正常燃焼（完全燃焼）させた際の上記入力熱量Ｉｐとは互いに相関関係があることから、燃料供給量が決まれば入力熱量Ｉｐが定まることになる。なお、燃料としては、天然ガスやプロパンガス等の気体燃料、あるいは、灯油，軽油もしくは重油等の液体燃料などのいずれのものでもよい。また、「吸収熱量」は、主として、熱交換器に流入前の循環水の入口側温度Ｔｂ（℃）及び流出後の循環水温の出口側温度Ｔａ（℃）の相対温度差α（℃）と、その際に熱交換器を通過する循環流量Ｑ（l／min）とにより表される。従って、以上の各パラメータＩｐ，Ｔｂ，Ｔａ，Ｑのみを用いて下記の(1)式により演算した演算値η（％）を熱交換効率の推定値として用いれば、熱交換効率を簡易に推定することが可能になる。
【００１４】
η＝［｛（Ｔａ−Ｔｂ）×Ｑ×６０｝／Ｉｐ］×１００ ……(1)
この推定値ηを用いる場合には、上記入口側温度Ｔｂを検出する入口側水温検出手段と、出口側温度Ｔａを検出する出口側水温検出手段と、循環管路内の循環水量（流量）Ｑを検出する循環水量検出手段と、燃焼バーナへの燃料供給量を検出する燃料供給量検出手段とを設け、効率推定手段において各検出値の出力を受けて上記(1)式による演算を行わせるようにすればよい。なお、この際、上記燃料供給量に対する変更制御を行う場合、あるいは、燃料供給量を一定値に固定する制御を行う場合には、それぞれその燃料供給量についての制御量を効率推定手段において読み込むようにすれば上記燃料供給量検出手段は省略可能である。また、循環水量検出手段としては、直接的に流量を電気的に検出するようにしてもよいし、循環ポンプの回転数を検出することにより換算するようにしてもよい。あるいは、上記循環ポンプの作動制御することにより循環水量の変更制御を行う場合、あるいは、上記循環水量を一定値に固定する制御を行う場合には、それぞれその循環水量についての制御量を効率推定手段において読み込むようにすれば上記循環水量検出手段は省略可能である。
【００１５】
一方、上記の推定値ηを用いる場合よりもさらに簡易に熱交換効率を推定するには、上記入口側温度Ｔｂ（℃）と出口側温度Ｔａ（℃）とを検出して両者の相対温度差α（℃）の変動のみに基づいて熱交換効率の変動を推定するようにしてもよい。この場合には、検出のための手段として上記の入口側水温検出手段及び出口側水温検出手段だけで済み、循環水量検出手段及び燃料供給量検出手段を省略することが可能になる。そして、効率推定手段としては、上記の入口側及び出口側の両水温検出手段からの検出値Ｔａ，Ｔｂの出力を受けて相対温度差αを下記の(2)式に基づき演算処理するだけで済む。
【００１６】
α＝Ｔａ−Ｔｂ ……(2)
上記の「循環加熱系」としては、熱交換回路に循環させることにより水道水を温水に変えその温水を貯留槽に貯留させるものの他、貯留槽である浴槽の水もしくは温水を設定温度まで昇温させる追い焚き式風呂釜、あるいは、上記貯留槽内の温水を室内に循環させて室内暖房を行うための温水暖房機等が挙げられる。上記追い焚き式風呂釜の場合には、専用機の他に給湯器付風呂釜あるいは追い焚き及び暖房機能付き給湯器等も含まれる。これらの場合の循環加熱系の形式としては、給湯器用と追い焚き用とで一つの熱交換回路を共用する１缶２水方式、給湯器用と追い焚き用とで個別の熱交換回路を有する２缶２水方式、あるいは、追い焚き用と暖房用とで熱交換回路を共用し給湯器用が独立した熱交換回路を有する２缶３水方式等があり、これらのいずれにも本発明が適用可能である。
【００１７】
第２の発明における効率制御手段において燃焼熱量を変更制御するには、簡単には加熱器が燃焼バーナであればその燃料供給量を変更制御すればよい。この場合には、燃焼熱量もしくは燃料供給量を余り低減させ過ぎると、循環水を加熱により到達させる最終温度（例えば設定温度）までの昇温に要する時間がかかり過ぎたり急激な低減により熱交換回路内に結露の発生やひいては発錆を招いたりすることになるため、燃焼熱量もしくは燃料供給量の下限値を予め定めておきこの下限値よりも低減させないように制御すればよい。これにより、熱交換効率の落ち込みを緩和してトータル熱エネルギー（トータル燃料量）の低減を図りつつ、最終温度まで加熱するために要する時間（炊き上げ時間）がかかり過ぎないようにすることが可能になる。また、逆に上記燃焼熱量もしくは燃料供給量を余り増大させ過ぎると、熱交換回路全体の耐久性に悪影響を及ぼして劣化を招くおそれがあるため、燃焼熱量もしくは燃料供給量の上限値を予め定めておきこの上限値よりも増大させないように制御すればよい。なお、以上の事項は第４の発明における第２効率制御手段に対しても同様に適用してもよい。
【００１８】
また、第３の発明における効率制御手段において循環水量を変更制御するには、簡単には循環ポンプが回転形であればその回転数を変更制御することにより循環流量を変更制御するようにすればよい。この場合においても、その回転数を余り上げすぎると、循環ポンプの耐久性に悪影響を及ぼすおそれがあるため、上限値を予め定めこれを超えないように制御すればよい。なお、このような事項は第４の発明における第１効率制御手段に対しても同様に適用してもよい。
【００１９】
【発明の作用及び効果】
上記第１の発明によれば、貯留槽内の液体を循環加熱する循環加熱系において、熱交換器の入口側温度と出口側温度とを検出することにより熱交換効率が簡易に推定され、上記推定した熱交換効率に基づいて加熱熱量及び循環流量のいずれか一方もしくは双方が変更制御されることにより熱交換回路における熱交換効率が目標熱交換効率以上の範囲になるように維持されることになる。これにより、循環加熱系における循環加熱において、熱交換効率の落ち込みを緩和しつつ、加熱に要するトータル熱エネルギー量の低減化を図ることができる。
【００２０】
上記第２〜第４のいずれかの発明によれば、浴槽内の水を循環加熱する循環加熱系において、熱交換器が燃焼バーナにより加熱される熱交換回路における熱交換効率が少なくとも上記熱交換器の入口側温度と出口側温度とを検出するだけで効率推定手段によって簡易に推定し得ることになる。特に、上記入口側温度、出口側温度、循環流量及び燃焼バーナの燃焼熱量の各検出値に基づいて上記(1)式により推定値を演算する場合（請求項５の場合）には、熱交換回路におけるかなり的確な熱交換効率を簡易に推定することができる。また、上記入口側温度及び出口側温度のみを検出して両者の相対温度差の変動に基づいて上記熱交換効率の変動を推定する場合（請求項６の場合）には、簡易にかつ制御に必要な変動のみを効果的に得ることができる。
【００２１】
そして、第２発明によれば、上記効率推定手段による熱交換効率の推定値が目標値よりも低くなると、効率制御手段により燃焼バーナの燃焼熱量（例えば燃料供給量）を上記熱交換効率の推定値が目標値よりも高くなる方向に変更、すなわち、上記燃焼熱量を低減変更させる制御が行われるため、熱交換効率がその分増大することになる。つまり、前述の(1)式におけるＩｐ値が小さくなってη値が大きくなる。これが繰り返されて熱交換回路における熱交換効率が目標値以上の範囲に維持され、これにより、熱交換効率の落ち込みを緩和しつつ燃焼バーナの燃焼に要するトータル燃料量の低減化を図ることができるようになる。この際、燃焼熱量の低減変更の下限値を予め設定しておいてその下限値を下回らないようにすることにより、上記の熱交換効率の落ち込みを緩和してトータル燃料量の低減化を図り得るという効果に加えて、設定温度まで加熱するのに要する焚き上げ時間があまりかからないように抑制しかつ結露発生のおそれも回避することができるようにもなる。
【００２２】
また、第３の発明によれば、上記効率推定手段による熱交換効率の推定値が目標値よりも低くなると、効率制御手段により循環ポンプによる循環水量を上記熱交換効率の推定値が目標値よりも高くなる方向に変更、すなわち、上記循環水量を増大変更させる制御が行われるため、熱交換効率がその分増大することになる。つまり、前述の(1)式におけるＱ値が大きくなってη値が大きくなる。これが繰り返されて熱交換回路における熱交換効率が目標値以上の範囲に維持することができるようになる。これにより、たとえ燃焼バーナの燃焼熱量あるいは燃料供給量が一定に保たれたとしても、比較的高い熱交換効率に保たれるため焚き上がりまでの時間の短縮化が図られる結果、燃焼バーナの燃焼に要するトータル燃料量の低減化を図ることができるようになる。この場合においても、循環ポンプによる循環流量の上限値、例えば循環ポンプの作動量としての回転数の上限値を予め定めこれを超えないように制御することにより、熱交換効率の落ち込みを緩和してトータル燃料量の低減化を図り得るという効果に加えて、循環ポンプの耐久性の維持をも図ることができるようになる。
【００２３】
さらに、第４の発明によれば、上記効率推定手段による熱交換効率の推定値が目標値よりも低くなると、まず第１効率制御手段により第３の発明における効率制御手段と同様に循環ポンプによる循環水量を増大変更させる制御が行われ、これにより、熱交換効率がその分増大することになる。それでも、上記熱交換効率の推定値が目標値よりも低い場合には、次に、第２効率制御手段により第２の発明における効率制御手段と同様に燃焼バーナの燃焼熱量（例えば燃料供給量）を低減変更させる制御が行われ、これにより、熱交換効率がその分増大することになる。このような２段階の変更制御により熱交換回路における熱交換効率を確実に目標値以上の範囲に維持することができるようになり、これにより、第２もしくは第３の発明による作用・効果を確実に得ることができるようになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置を追い焚き式風呂釜に適用した第１実施形態を示す。本第１実施形態は、燃料供給量を変更制御することにより、熱交換回路における熱交換効率を比較的高い範囲に維持するようにするものである。
【００２６】
図１において、１は浴室内に設置された浴槽、２はこの浴槽１内の水もしくは温水を加熱する追い焚き用熱交換回路、３はこの熱交換回路２と上記浴槽１との間に配設された循環管路、４は上記熱交換回路２１及び循環管路３の作動を制御するコントローラであり、上記熱交換回路２及び循環管路３によって循環加熱系が構成されている。
【００２７】
上記熱交換回路２は、上端部に排気筒を有する缶体２１と、この缶体２１内の上部に配設された熱交換器２２と、この熱交換器２２の下側位置に配設されてその熱交換器２２を加熱する燃焼バーナ２３と、この燃焼バーナ２３の下側位置に配設されてその燃焼バーナ２３に燃焼用空気を供給する送風ファン２４とを備えている。上記燃焼バーナ２３は燃料供給管２５を通して燃料としての都市ガスの供給を受けて燃焼させるようになっており、供給される燃料供給量は上記燃料供給管２５に介装された電磁比例制御弁２６が上記コントローラ４により開度制御されて変更調整可能となっている。また、上記送風ファン２４は上記コントローラ４により作動制御されるようになっており、この作動制御により送風量が上記燃料供給量の変更調整に応じて所定の空燃比となるように変更調整されるようになっている。
【００２８】
上記循環管路３は、上記熱交換器２２において互いに連通する戻し管路３１と往き管路３２とから構成されている。上記戻し管路３１は上流端が上記浴槽１の吸い込み口に連通されている一方、上記往き管路３２は下流端が上記浴槽１の吐出口に連通されている。また、上記戻し管路３１には循環ポンプ３３が介装されており、この循環ポンプ３３の作動により上記浴槽１内の水または温水を戻し管路３１を通して熱交換器２２に導出し、この熱交換器２２で加熱されて昇温された温水を往き管路３２を通して上記浴槽１に戻すというように浴槽１と熱交換回路２との間を循環させるようになっている。上記循環ポンプ３３はその回転数に比例した循環流量で循環させるようになっている。なお、上記循環ポンプ３３の設置位置は戻し管路３１及び往き管路３２のいずれの位置であってもよい。そして、上記戻し管路３１には上記熱交換回路２へ流入する循環水の入口側温度Ｔｂを検出する入口側温度検出手段３４と、循環流量を検出する循環水量検出手段３５とが設けられ、また、上記往き管路３２には上記熱交換回路２から流出する循環水の出口側温度Ｔａを検出する出口側温度検出手段３６が設けられている。上記の入口側及び出口側の各温度検出手段３４，３６は例えばサーミスタ等により構成すればよい。
【００２９】
上記コントローラ４は、ＭＰＵ及びメモリー等により構成され、熱交換回路２における熱交換効率を推定する効率推定手段４１と、この効率推定手段４１により推定された熱交換効率の推定値ηに基づいて上記電磁比例制御弁２６の開度を変更制御する効率制御手段４２と、風呂釜全般の作動制御を行う風呂釜制御手段４３とを備えている。そして、上記コントローラ４は、リモートコントローラ（以下「リモコン」という）４４のメインスイッチがユーザによりＯＮされることにより制御が開始され、上記リモコン４４からの各種運転指令や温度設定指令等に基づいて後述の各制御が行われるようになっている。
【００３０】
以下、図２のフローチャートに基づいて上記コントローラ４による制御を説明する。
【００３１】
まず、ユーザによりリモコン４４のメインスイッチがＯＮにされることによりスタートする。そして、上記リモコン４４に対しユーザが焚き上がり温度（設定温度）を設定して追い焚きスイッチがＯＮされると（ステップＳ１）、風呂釜制御手段４３において燃料供給量Ｐとして初期値Ｐintが、循環ポンプ３３の回転数Ｎとして固定値Ｎｆがそれぞれ設定されて（ステップＳ２）、燃焼バーナ２３による燃焼及び循環ポンプ３３の作動がそれぞれ開始される（ステップＳ３）。具体的には、上記風呂釜制御手段４３により、電磁比例制御弁２６が上記初期値Ｐintに対応する開度になるように、また、送風ファン２４が初期値Ｐintに対応する送風量になるようにそれぞれ作動制御されて燃焼バーナ２３が図示省略の点火器により着火される一方、上記循環ポンプ３３が上記固定値Ｎｆに対応する一定循環流量Ｑで作動される。なお、上記初期値Ｐintとしては、熱交換回路２での熱交換効率がかなり高い値（例えば８０％程度）になるような高い燃焼熱量を実現し得る燃料供給量値が設定される。つまり、供給されるガス二次圧が比較的高くなるようにされている。
【００３２】
次に、効率推定手段４１に対し、入口側温度検出手段３４から入口側温度Ｔｂと、出口側温度検出手段３６から出口側温度Ｔａとの各検出値が入力され、併せて、風呂釜制御手段４３からその時に設定されている燃料供給量Ｐｄ（制御初期はＰｄ＝Ｐint）及び循環ポンプ３３の設定回転数としての固定値Ｎｆが入力される（ステップＳ４）。そして、上記効率推定手段４１において、上記燃料供給量Ｐｄが燃焼熱量Ｉｐ（kcal／Ｈ）に、固定値Ｎｆが循環流量Ｑ（ｌ／min）にそれぞれ換算されて前述の(1)式に基づき熱交換効率の推定値ηの演算が行われる（ステップＳ５）。
【００３３】
そして、上記推定値ηと、予め設定されている熱交換効率についての目標値ηｔに基づき効率制御手段４２において燃料供給量ＰについてステップＳ６以下の変更制御が行われる。すなわち、上記推定値ηが目標値ηｔ以上であれば現状の燃焼条件で燃焼を続行させる一方（ステップＳ６及びＳ７）、上記推定値ηが目標値ηｔを下回れば上記燃料供給量Ｐを所定の単位制御量ΔＰだけ低減させて燃焼熱量Ｉｐを低減させる（ステップＳ６及びＳ８）。なお、低減させた後の燃料供給量Ｐが予め設定した燃料供給量についての下限値Ｐmin以上の範囲に制限し、下限値Ｐminよりも低くなる場合には燃料供給量Ｐを下限値Ｐmin とする（ステップＳ９及びＳ１０）。上記ステップＳ７、Ｓ９あるいはＳ１０の後に再度ステップＳ４に戻り、このステップＳ４からステップＳ１０までを出口側温度Ｔａが設定温度に到達するまで繰り返す。そして、上記出口側温度Ｔａが設定温度に到達すれば、制御を停止する。
【００３４】
上記熱交換効率の目標値ηｔとしては、上記初期値Ｐintが８０％の熱交換効率に対応するように設定した場合には例えば７５〜８０％の範囲の内から選択する、あるいは、７０〜７５％の範囲の内から選択するようにすればよい。また、８０％に対応する初期値Ｐint設定に対し、目標値ηｔとして例えば７６±０．５％の範囲に設定するようにしてもよい。また、目標値ηｔの設定を上記の７５〜８０％の範囲、７０〜７５％の範囲、７６±０．５％の範囲にすることを、上記初期値Ｐintとして熱交換効率８３〜８５％に対応するように設定する場合に適用してもよい。
【００３５】
また、上記下限値Ｐminとしては、それよりも燃料供給量を低くすると浴槽１内の水の設定温度までの焚き上がり時間が従来の一定燃料供給量で設定温度まで燃焼継続させる場合と比べ長くかかり過ぎてユーザにとって不便となるような限界の最低の燃料供給量が設定される。具体的には、上記初期値Ｐint の例えば２／３程度に設定すればよい。つまり、燃料供給量Ｐの低減化を上記下限値Ｐminに制限することで熱交換効率が目標値ηｔよりもたとえ低くなっても、上記下限値Ｐminよりも小さい範囲ではその熱交換効率の悪化よりも設定温度までの焚き上がり時間が過度に長くならないことを防止して、焚き上がり時間の方を高熱交換効率の維持よりも優先させるようになっている。
【００３６】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置を追い焚き式風呂釜に適用した第２実施形態を示す。本第２実施形態は、循環ポンプによる循環流量を変更制御することにより、熱交換回路における熱交換効率を比較的高い範囲に維持するようにするものである。
【００３７】
図３において、２７はコントローラ４により開閉制御される電磁開閉弁であり、この電磁開閉弁２７はその開作動制御により所定の一定開度となって後述の固定値Ｐｆの燃料供給量を燃焼バーナ２３に供給することになるように構成されている。また、４５は効率制御手段であり、この効率制御手段４５は効率推定手段４１により推定された熱交換効率の推定値ηに基づいて循環ポンプ３３の回転数Ｎを変更制御して循環管路３を流れる循環流量Ｑを変更するようになっている。この第２実施形態は、以上の構成要素２７，４５においてのみ第１実施形態と異なり、他の構成要素は第１実施形態と同じ構成であるため、同一構成要素については第１実施形態と同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３８】
以下、第２実施形態のコントローラ４による制御を第４図のフローチャートに基づいて説明する。
【００３９】
まず、ユーザによりリモコン４４のメインスイッチがＯＮにされることによりスタートする。そして、上記リモコン４４に対しユーザが焚き上がり温度（設定温度）を設定して追い焚きスイッチがＯＮされると（ステップＳ１１）、風呂釜制御手段４３において燃料供給量Ｐとして電磁開閉弁２７の開状態に対応する固定値Ｐｆが、循環ポンプ３３の回転数Ｎとして初期値Ｎintがそれぞれ設定されて（ステップＳ１２）、燃焼バーナ２３による燃焼及び循環ポンプ３３の作動がそれぞれ開始される（ステップＳ１３）。具体的には、風呂釜制御手段４３により電磁開閉弁２７の開作動及び送風ファン２４の作動開始が行われて燃焼バーナ２３が図示省略の点火器により着火される一方、上記循環ポンプ３３が上記初期値Ｎintに対応する循環流量Ｑで作動される。なお、上記固定値Ｐｆとしては第１実施形態における初期値Ｐintと同様の基準で設定すればよく、また、上記初期値Ｎintとしては上記初期値Ｐintの燃料供給量で燃焼バーナ２３を燃焼させた場合に熱交換回路２での熱交換効率がかなり高い値（例えば８０％〜８５％程度）になるような循環流量を設定すればよい。
【００４０】
次に、効率推定手段４１に対し、入口側温度検出手段３４から入口側温度Ｔｂと、出口側温度検出手段３６から出口側温度Ｔａとの各検出値が入力され、併せて、風呂釜制御手段４３からその時に設定されている燃料供給量Ｐｄ（Ｐｄ＝Ｐｆ）及び循環ポンプ３３の設定回転数としてその時に設定されている回転数Ｎ（燃焼初期ではＮ＝Ｎint）が入力される（ステップＳ１４）。そして、上記効率推定手段４１において、上記燃料供給量Ｐｄが燃焼熱量Ｉｐ（kcal／Ｈ）に、回転数Ｎが循環流量Ｑ（ｌ／min）にそれぞれ換算されて前述の(1)式に基づき熱交換効率の推定値ηの演算が行われる（ステップＳ１５）。
【００４１】
そして、上記推定値ηと、予め設定されている熱交換効率についての目標値ηｔに基づき効率制御手段４５において循環ポンプ３３の回転数ＮについてステップＳ１６以下の変更制御が行われる。すなわち、上記推定値ηが目標値ηｔ以上であれば回転数Ｎを所定の単位制御量ΔＮ２だけ低くして循環流量Ｑを低減させる一方（ステップＳ１６及びＳ１７）、上記推定値ηが目標値ηｔを下回れば上記回転数Ｎを所定の単位制御量ΔＮ１だけ高くして循環流量を増大させる（ステップＳ１６及びＳ１８）。なお、上記の高くした後の回転数Ｎが予め設定した回転数についての上限値Ｎmax以下の範囲になるように制限し、上限値Ｎmaxよりも高くなる場合には回転数Ｎを上限値Ｎmax とする（ステップＳ１９及びＳ２０）。上記ステップＳ１７、Ｓ１９あるいはＳ２０の後に再度ステップＳ１４に戻り、このステップＳ１４からステップＳ２０までを出口側温度Ｔａが設定温度に到達するまで繰り返す。そして、上記出口側温度Ｔａが設定温度に到達すれば、制御を停止する。
【００４２】
なお、上記熱交換効率の目標値ηｔの選択・設定は第１実施形態と同様に行えばよい。
【００４３】
また、上記上限値Ｎmaxとしては、循環ポンプ３３の耐久性に悪影響を及ぼすおそれのある限界の最大回転数を設定すればよい。具体的には、循環ポンプ３３の能力範囲内で予め試験等を実施して定めればよい。つまり、回転数Ｎの増加を上記上限値Ｎmaxに制限することで熱交換効率が目標値ηｔよりもたとえ低くなっても、上記上限値Ｎmaxよりも高い範囲ではその熱交換効率の悪化よりも循環ポンプ３３の耐久性維持の方を優先させるようになっている。
【００４４】
＜第３実施形態＞
図５は、本発明の循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置を追い焚き式風呂釜に適用した第３実施形態を示す。本第３実施形態は、熱交換効率の推定を最も簡易な方法により行い、その推定に基づき燃焼バーナへの燃料供給量を変更制御することにより、熱交換回路における熱交換効率を比較的高い範囲に維持するようにするものである。
【００４５】
図５において、４６は効率推定手段であり、この効率推定手段４６は熱交換器２２の入口側温度Ｔｂ及び出口側温度Ｔａの相対温度差αを熱交換効率の推定値として求め、その推定値αの変動に基づいて熱交換効率の変動を推定するようになっている。また、４７は効率制御手段であり、この効率制御手段４７は上記相対温度差の燃焼初期の値を目標値αintとして上記効率推定手段４６による推定値αが目標値αint以上を維持するように燃料供給量Ｐを変更制御し、風呂釜制御手段４３を介して電磁比例制御弁２６を制御するようになっている。そして、本第３実施形態では、熱交換効率の推定を上記の如く相対温度差αに基づき行うようにしているため、第１実施形態とは異なり循環水量検出手段３５（図１参照）は不要であり、設けられてはいない。
【００４６】
この第３実施形態は、以上の相違点を除き他の構成要素は第１実施形態と同じ構成であるため、同一構成要素については第１実施形態と同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４７】
以下、第３実施形態のコントローラ４による制御を第６図のフローチャートに基づいて説明する。
【００４８】
まず、ユーザによりリモコン４４のメインスイッチがＯＮにされることによりスタートし、上記リモコン４４に対する設定温度の設定及び追い焚きスイッチのＯＮにより（ステップＳ２１）、風呂釜制御手段４３において燃料供給量Ｐとして初期値Ｐintの設定及び循環ポンプ３３の回転数Ｎとして固定値Ｎｆの設定（ステップＳ２２）と、燃焼バーナ２３の燃焼作動、送風ファン２４の作動及び循環ポンプ３３の作動の開始（ステップＳ２３）とが、第１実施形態のステップＳ１〜Ｓ３と同様に行われる。なお、上記初期値Ｐintの選択・設定も第１実施形態と同様の基準により行えばよい。
【００４９】
次に、効率推定手段４６に対し、入口側温度検出手段３４から入口側温度Ｔｂと、出口側温度検出手段３６から出口側温度Ｔａとの各検出値が入力される（ステップＳ２４）。そして、上記効率推定手段４６において、前述の(2)式に基づき熱交換効率の推定値αの演算が行われる（ステップＳ２５）。この際、初回のステップＳ２５において演算された初期相対温度差αの値を目標値αintとして設定する。
【００５０】
そして、上記推定値αと、目標値αintに基づき効率制御手段４７において燃料供給量ＰについてステップＳ２６以下の変更制御が行われる。すなわち、上記推定値αが目標値αint以上であれば現状の燃焼条件で燃焼を続行させる一方（ステップＳ２６及びＳ２７）、上記推定値αが目標値αintを下回れば上記燃料供給量Ｐを所定の単位制御量ΔＰだけ低減させて燃焼熱量Ｉｐを低減させる（ステップＳ２６及びＳ２８）。なお、低減させた後の燃料供給量Ｐが予め設定した燃料供給量についての下限値Ｐmin以上の範囲に制限し、下限値Ｐminよりも低くなる場合には燃料供給量Ｐを下限値Ｐmin とする（ステップＳ２９及びＳ３０）。上記ステップＳ２７、Ｓ２９あるいはＳ３０の後に再度ステップＳ２４に戻り、このステップＳ２４からステップＳ３０までを出口側温度Ｔａが設定温度に到達するまで繰り返す。そして、上記出口側温度Ｔａが設定温度に到達すれば、制御を停止する。
【００５１】
上記目標値αintとして初期相対温度差の値を採用するのは、燃焼開始時の熱交換状態になるべく近づけるようにするものである。また、上記下限値Ｐminの設定は第１実施形態と同様に行えばよく、このように燃料供給量の変更を上記下限値Ｐminに制限するのは、第１実施形態と同じ目的・理由によるものである。
【００５２】
＜第４実施形態＞
図７は、本発明の循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置を追い焚き式風呂釜に適用した第４実施形態を示す。本第４実施形態は、熱交換効率の推定を第３実施形態と同様に最も簡易な方法により行い、その推定に基づき循環ポンプの循環流量を変更制御することにより、熱交換回路における熱交換効率を比較的高い範囲に維持するようにするものである。
【００５３】
図７において、４６は第３実施形態と同様構成の効率推定手段であり、４８は効率制御手段である。この効率制御手段４８は上記相対温度差の燃焼初期の値を目標値αintとして上記効率推定手段４６による推定値αが目標値αint以上を維持するように循環ポンプ３３の回転数Ｎを変更制御し、風呂釜制御手段４３を介して循環ポンプ３３の作動を制御するようになっている。そして、本第４実施形態では、熱交換効率の推定を上記の如く相対温度差αに基づき行うようにしているため、第２実施形態における循環水量検出手段３５（図３参照）は不要であり、また、変更制御対象が循環ポンプ３３の回転数であるため、燃焼バーナ２３への燃料供給量も固定値でよく燃料供給管２５には第２実施形態と同様の電磁開閉弁２７が介装されている。
【００５４】
この第４実施形態は、以上の相違点を除き他の構成要素は第２実施形態と同じ構成であるため、同一構成要素については第２実施形態と同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５５】
以下、第４実施形態のコントローラ４による制御を第８図のフローチャートに基づいて説明する。
【００５６】
まず、ユーザによりリモコン４４のメインスイッチがＯＮにされることによりスタートし、上記リモコン４４に対する設定温度の設定及び追い焚きスイッチのＯＮにより（ステップＳ３１）、風呂釜制御手段４３において燃料供給量Ｐとして固定値Ｐｆの設定及び循環ポンプ３３の回転数Ｎとして初期値Ｎintの設定（ステップＳ３２）と、燃焼バーナ２３の燃焼作動、送風ファン２４の作動及び循環ポンプ３３の作動の開始（ステップＳ３３）とが、第２実施形態のステップＳ１１〜Ｓ１３と同様に行われる。なお、上記固定値Ｐｆ及び初期値Ｎintの各設定は第２実施形態と同様に行えばよい。
【００５７】
次に、効率推定手段４６に対し、入口側温度検出手段３４から入口側温度Ｔｂと、出口側温度検出手段３６から出口側温度Ｔａとの各検出値が入力される（ステップＳ３４）。そして、上記効率推定手段４６において、前述の(2)式に基づき熱交換効率の推定値αの演算が行われる（ステップＳ３５）。この際、初回のステップＳ３５において演算された初期相対温度差αの値を目標値αintとして設定する。
【００５８】
そして、上記推定値αと、目標値αintに基づき効率制御手段４８において循環ポンプ３３の回転数ＮについてステップＳ３６以下の変更制御が行われる。すなわち、上記推定値αが目標値αint以上であれば、さらにその推定値αが目標値αintにほぼ等しいか否か、具体的には、αがαintのプラス側・マイナス側で数％の増減範囲内に入っているか否かを比較して、推定値αがその増減範囲内であれば現状の燃焼条件で燃焼を続行させる一方（ステップＳ３６、Ｓ３７及びＳ３８）、推定値αが上記増減範囲内に入っていなければ回転数Ｎを所定の単位制御量ΔＮ２だけ低くして循環流量を低減させる（ステップＳ３６、Ｓ３７及びＳ３９）。一方、上記ステップＳ３６において推定値αが目標値αintよりも小さければ、回転数Ｎを所定の単位制御量ΔＮ１だけ高くして循環流量を増大させる（ステップＳ３６及びＳ４０）。この場合も、第２実施形態と同様に、
上記の高くした後の回転数Ｎについて上限値Ｎmax以下の範囲になるように制限し、上限値Ｎmaxよりも高くなる場合には回転数Ｎを上限値Ｎmax とする（ステップＳ４１及びＳ４２）。上記ステップＳ３８、Ｓ３９、Ｓ４１あるいはＳ４２の後に再度ステップＳ３４に戻り、このステップＳ３４以降を出口側温度Ｔａが設定温度に到達するまで繰り返す。そして、上記出口側温度Ｔａが設定温度に到達すれば、制御を停止する。
【００５９】
なお、この第４実施形態において、目標値αintとして初期相対温度差の値を採用する理由は第３実施形態と同様であり、また、上記上限値Nmaxの設定は第２実施形態と同様に行えばよく、このように回転数の変更を上記上限値Ｎmaxに制限するのは、第２実施形態と同じ目的・理由によるものである。
【００６０】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記第１〜第４実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。上記第１〜第４実施形態では、浴槽１に注水して貯留した状態から追い焚きするという風呂釜専用機を例にしたものを示したが、これに限らず、給湯器付風呂釜等のように給湯器が付設されている場合には、給湯器により加熱された湯水を注湯管路を通して循環管路３のいずれかの部位に流入させて浴槽１に注湯し、この状態から熱交換回路２により追い焚きするものに本発明を適用してもよい。
【００６１】
また、第２もしくは第４実施形態において、効率制御手段４５，４８を第１効率制御手段とし、この第１効率制御手段による回転数の変更制御だけでは熱交換効率の目標値以上を達成できない場合にさらに燃料供給量の変更制御を行う第２効率制御手段を設け、循環流量と燃料供給量との二段階での変更制御により熱交換効率を高く維持した循環加熱を実現するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す模式図である。
【図２】第１実施形態における制御を示すフローチャートである。
【図３】第２実施形態を示す模式図である。
【図４】第２実施形態における制御を示すフローチャートである。
【図５】第３実施形態を示す模式図である。
【図６】第３実施形態における制御を示すフローチャートである。
【図７】第４実施形態を示す模式図である。
【図８】第４実施形態における制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 浴槽
２ 熱交換回路
３ 循環管路
２２ 熱交換器
２３ 燃焼バーナ（加熱器）
２６ 電磁比例制御弁
２７ 電磁開閉弁
３３ 循環ポンプ
３４ 入口側温度検出手段
３５ 循環水量検出手段
３６ 出口側温度検出手段
４１，４６ 効率推定手段
４２，４５，４７，４８ 効率制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば浴槽内の水もしくは温水を循環管路に循環させて追い焚きさせる風呂釜等のように貯留槽内の液体を循環させて加熱する循環加熱系における加熱制御のために用いられる循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の循環水加熱制御方法もしくは循環加熱制御装置としては浴槽の水もしくは温水を追い焚きする風呂釜における加熱制御が知られている（例えば、特開昭６３−２０４０６２号公報、特開平４−２７３９４６号公報参照）。このような風呂釜においては、一般にユーザーが所望の沸き上がり温度を例えばリモートコントローラに設定して追い焚き運転を開始させると、循環ポンプが作動されて浴槽内の水もくしは温水が循環管路を通して浴槽と追い焚き用熱交換回路との間に循環されるとともに、その熱交換回路に設けられた燃焼バーナが燃料の供給を受けて燃焼作動されることになる。これにより、循環管路内の循環水が熱交換回路内の熱交換器において燃焼バーナの燃焼熱を受けて加熱されることになる。
【０００３】
そして、この風呂釜における加熱制御においては、上記循環ポンプによる循環水量は一定値に固定され、上記燃焼バーナへの燃料供給量も主として沸き上がり時間の短縮化のために最大能力に近い一定値に固定されている。従って、上記の追い焚き運転が開始されると、循環ポンプがＯＮ作動されるとともに、燃焼バーナへの燃料供給管に介装された電磁開閉弁が開作動され、上記設定温度に到達するまでは循環水量及び燃料供給量も共に一定のままで継続されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置においては、 追い焚き運転開始の初期には浴槽内の水温が比較的低温であるため、熱交換回路において燃焼バーナの燃焼により入力される熱量に対し熱交換器において循環水が吸収して昇温される熱量の比率である熱交換効率は比較的高い値となるものの、徐々に昇温されて浴槽内の水温が上がるに従い上記熱交換効率は徐々に低下し、浴槽内の水温が設定温度に近づいてくる焚き上げ後期になると上記熱交換効率はかなり低下することになる。つまり、追い焚き運転の時間経過に伴い浴槽内の水温、すなわち、循環水の水温が徐々に上昇するにも拘わらず、燃焼バーナによる燃焼熱量や循環水量が共に一定のままに制御されるため、上記循環水が吸収する熱量が低下する結果、上記熱交換効率が低下することになるためである。
【０００５】
このようになると、追い焚き運転の時間経過に伴い熱交換効率が低下するにも拘わらず、燃焼バーナの燃焼熱量が一定とされるため、設定温度までに焚き上げるために必要なトータルの燃料供給量という観点において十分な経済性を発揮させることはできないことになる。このため、省エネルギー化にも反する結果を招くことにもなる。
【０００６】
その一方、追い焚き運転中に熱交換効率を正確に把握することは困難であり、また、設定温度までの焚き上がり時間のかかり過ぎを防止する必要もある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、循環水加熱制御において循環水の昇温に伴う熱交換効率の落ち込みを緩和して設定温度まで加熱するのに必要な熱エネルギーの低減化を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、熱交換効率を簡易に推定し、その熱交換効率の落ち込みの発生に伴い熱交換効率を増大する方向に制御することにより、熱交換効率をある一定の範囲の値を維持するようにすることを基本とするものである。
【０００９】
具体的には、循環水加熱制御方法に係る第１の発明は、熱交換器及びこの熱交換器を加熱する加熱器を有する熱交換回路と、貯留槽内に貯留された液体を循環ポンプの作動によりその貯留槽と上記熱交換回路との間で循環させる循環管路とを備えた循環加熱系に対し適用されるものであって、上記貯留槽内の液体を上記循環管路により循環させつつ徐々に昇温させる循環水加熱制御方法を前提として以下の特定手順を採用するのもである。すなわち、上記加熱器及び循環ポンプを作動させた後、少なくとも上記循環管路を通して上記熱交換器に流入する液体の入口側温度と、上記熱交換器から流出する液体の出口側温度とを検出することにより上記熱交換回路における熱交換効率を順次推定し、上記加熱器による加熱熱量及び循環ポンプによる液体の循環量のいずれか一方もしくは双方を、上記推定した熱交換効率が予め設定した目標熱交換効率以上の範囲になるように順次変更制御するようにする。
【００１０】
また、浴槽内の水を循環加熱させる循環加熱系を対象として上記の循環水加熱制御方法を実施するための循環水加熱制御装置に係る発明としては、燃料の供給を受けて燃焼する燃焼バーナ及びこの燃焼バーナから燃焼熱を受ける熱交換器を有する熱交換回路と、循環ポンプの作動により浴槽内に貯留された水をその浴槽と上記熱交換回路との間で循環させる循環管路とを備えた循環加熱系に対し設けられるものであって、上記浴槽内の水を上記循環管路により循環させつつ昇温させる循環水加熱制御装置を前提として、それぞれ以下の特定事項を備える第２〜第４の発明が提案される。
【００１１】
すなわち、第２の発明は、少なくとも上記循環管路を通して上記熱交換器に流入する循環水の入口側温度及び上記熱交換器から流出する循環水の出口側温度をそれぞれ検出することにより上記熱交換回路における熱交換効率を推定する効率推定手段と、上記燃焼バーナによる燃焼熱量を、上記効率推定手段により推定された熱交換効率の推定値が予め設定した目標値以上の範囲になるように変更制御する効率制御手段とを備える。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明と同様構成の効率推定手段と、上記循環ポンプによる循環管路の循環水量を、上記効率推定手段により推定された熱交換効率の推定値が予め設定した目標値以上の範囲になるように変更制御する効率制御手段とを備える。
第４の発明は、第２の発明と同様構成の効率推定手段と、上記循環ポンプによる循環管路の循環水量を、上記効率推定手段により推定された熱交換効率の推定値が予め設定した目標値以上の範囲に入るように変更制御する第１効率制御手段と、この第１効率制御手段による変更制御を実行しても上記推定値が目標値以上の範囲の値にならない場合に、上記燃焼バーナによる燃焼熱量を上記推定値が目標値以上の範囲に入るように変更制御する第２効率制御手段とを備える。
【００１３】
ここで、「熱交換効率」とは、燃焼バーナ等の加熱器により熱交換回路内の熱交換器に対し入力される熱量（入力熱量）に対し熱交換器において循環水が昇温のために実際に吸収した熱量（吸収熱量）の比率のことである。上記「入力熱量」Ｉｐ（kcal／H）は主として上記加熱器の出力熱量により表される。燃焼バーナの場合であるとその燃焼熱量であり、この燃焼熱量は主として燃料供給量の如何により表される。そして、燃料供給量と、それを正常燃焼（完全燃焼）させた際の上記入力熱量Ｉｐとは互いに相関関係があることから、燃料供給量が決まれば入力熱量Ｉｐが定まることになる。なお、燃料としては、天然ガスやプロパンガス等の気体燃料、あるいは、灯油，軽油もしくは重油等の液体燃料などのいずれのものでもよい。また、「吸収熱量」は、主として、熱交換器に流入前の循環水の入口側温度Ｔｂ（℃）及び流出後の循環水温の出口側温度Ｔａ（℃）の相対温度差α（℃）と、その際に熱交換器を通過する循環流量Ｑ（l／min）とにより表される。従って、以上の各パラメータＩｐ，Ｔｂ，Ｔａ，Ｑのみを用いて下記の(1)式により演算した演算値η（％）を熱交換効率の推定値として用いれば、熱交換効率を簡易に推定することが可能になる。
【００１４】
η＝［｛（Ｔａ−Ｔｂ）×Ｑ×６０｝／Ｉｐ］×１００ ……(1)
この推定値ηを用いる場合には、上記入口側温度Ｔｂを検出する入口側水温検出手段と、出口側温度Ｔａを検出する出口側水温検出手段と、循環管路内の循環水量（流量）Ｑを検出する循環水量検出手段と、燃焼バーナへの燃料供給量を検出する燃料供給量検出手段とを設け、効率推定手段において各検出値の出力を受けて上記(1)式による演算を行わせるようにすればよい。なお、この際、上記燃料供給量に対する変更制御を行う場合、あるいは、燃料供給量を一定値に固定する制御を行う場合には、それぞれその燃料供給量についての制御量を効率推定手段において読み込むようにすれば上記燃料供給量検出手段は省略可能である。また、循環水量検出手段としては、直接的に流量を電気的に検出するようにしてもよいし、循環ポンプの回転数を検出することにより換算するようにしてもよい。あるいは、上記循環ポンプの作動制御することにより循環水量の変更制御を行う場合、あるいは、上記循環水量を一定値に固定する制御を行う場合には、それぞれその循環水量についての制御量を効率推定手段において読み込むようにすれば上記循環水量検出手段は省略可能である。
【００１５】
一方、上記の推定値ηを用いる場合よりもさらに簡易に熱交換効率を推定するには、上記入口側温度Ｔｂ（℃）と出口側温度Ｔａ（℃）とを検出して両者の相対温度差α（℃）の変動のみに基づいて熱交換効率の変動を推定するようにしてもよい。この場合には、検出のための手段として上記の入口側水温検出手段及び出口側水温検出手段だけで済み、循環水量検出手段及び燃料供給量検出手段を省略することが可能になる。そして、効率推定手段としては、上記の入口側及び出口側の両水温検出手段からの検出値Ｔａ，Ｔｂの出力を受けて相対温度差αを下記の(2)式に基づき演算処理するだけで済む。
【００１６】
α＝Ｔａ−Ｔｂ ……(2)
上記の「循環加熱系」としては、熱交換回路に循環させることにより水道水を温水に変えその温水を貯留槽に貯留させるものの他、貯留槽である浴槽の水もしくは温水を設定温度まで昇温させる追い焚き式風呂釜、あるいは、上記貯留槽内の温水を室内に循環させて室内暖房を行うための温水暖房機等が挙げられる。上記追い焚き式風呂釜の場合には、専用機の他に給湯器付風呂釜あるいは追い焚き及び暖房機能付き給湯器等も含まれる。これらの場合の循環加熱系の形式としては、給湯器用と追い焚き用とで一つの熱交換回路を共用する１缶２水方式、給湯器用と追い焚き用とで個別の熱交換回路を有する２缶２水方式、あるいは、追い焚き用と暖房用とで熱交換回路を共用し給湯器用が独立した熱交換回路を有する２缶３水方式等があり、これらのいずれにも本発明が適用可能である。
【００１７】
第２の発明における効率制御手段において燃焼熱量を変更制御するには、簡単には加熱器が燃焼バーナであればその燃料供給量を変更制御すればよい。この場合には、燃焼熱量もしくは燃料供給量を余り低減させ過ぎると、循環水を加熱により到達させる最終温度（例えば設定温度）までの昇温に要する時間がかかり過ぎたり急激な低減により熱交換回路内に結露の発生やひいては発錆を招いたりすることになるため、燃焼熱量もしくは燃料供給量の下限値を予め定めておきこの下限値よりも低減させないように制御すればよい。これにより、熱交換効率の落ち込みを緩和してトータル熱エネルギー（トータル燃料量）の低減を図りつつ、最終温度まで加熱するために要する時間（炊き上げ時間）がかかり過ぎないようにすることが可能になる。また、逆に上記燃焼熱量もしくは燃料供給量を余り増大させ過ぎると、熱交換回路全体の耐久性に悪影響を及ぼして劣化を招くおそれがあるため、燃焼熱量もしくは燃料供給量の上限値を予め定めておきこの上限値よりも増大させないように制御すればよい。なお、以上の事項は第４の発明における第２効率制御手段に対しても同様に適用してもよい。
【００１８】
また、第３の発明における効率制御手段において循環水量を変更制御するには、簡単には循環ポンプが回転形であればその回転数を変更制御することにより循環流量を変更制御するようにすればよい。この場合においても、その回転数を余り上げすぎると、循環ポンプの耐久性に悪影響を及ぼすおそれがあるため、上限値を予め定めこれを超えないように制御すればよい。なお、このような事項は第４の発明における第１効率制御手段に対しても同様に適用してもよい。
【００１９】
【発明の作用及び効果】
上記第１の発明によれば、貯留槽内の液体を循環加熱する循環加熱系において、熱交換器の入口側温度と出口側温度とを検出することにより熱交換効率が簡易に推定され、上記推定した熱交換効率に基づいて加熱熱量及び循環流量のいずれか一方もしくは双方が変更制御されることにより熱交換回路における熱交換効率が目標熱交換効率以上の範囲になるように維持されることになる。これにより、循環加熱系における循環加熱において、熱交換効率の落ち込みを緩和しつつ、加熱に要するトータル熱エネルギー量の低減化を図ることができる。
【００２０】
上記第２〜第４のいずれかの発明によれば、浴槽内の水を循環加熱する循環加熱系において、熱交換器が燃焼バーナにより加熱される熱交換回路における熱交換効率が少なくとも上記熱交換器の入口側温度と出口側温度とを検出するだけで効率推定手段によって簡易に推定し得ることになる。特に、上記入口側温度、出口側温度、循環流量及び燃焼バーナの燃焼熱量の各検出値に基づいて上記(1)式により推定値を演算する場合（請求項５の場合）には、熱交換回路におけるかなり的確な熱交換効率を簡易に推定することができる。また、上記入口側温度及び出口側温度のみを検出して両者の相対温度差の変動に基づいて上記熱交換効率の変動を推定する場合（請求項６の場合）には、簡易にかつ制御に必要な変動のみを効果的に得ることができる。
【００２１】
そして、第２発明によれば、上記効率推定手段による熱交換効率の推定値が目標値よりも低くなると、効率制御手段により燃焼バーナの燃焼熱量（例えば燃料供給量）を上記熱交換効率の推定値が目標値よりも高くなる方向に変更、すなわち、上記燃焼熱量を低減変更させる制御が行われるため、熱交換効率がその分増大することになる。つまり、前述の(1)式におけるＩｐ値が小さくなってη値が大きくなる。これが繰り返されて熱交換回路における熱交換効率が目標値以上の範囲に維持され、これにより、熱交換効率の落ち込みを緩和しつつ燃焼バーナの燃焼に要するトータル燃料量の低減化を図ることができるようになる。この際、燃焼熱量の低減変更の下限値を予め設定しておいてその下限値を下回らないようにすることにより、上記の熱交換効率の落ち込みを緩和してトータル燃料量の低減化を図り得るという効果に加えて、設定温度まで加熱するのに要する焚き上げ時間があまりかからないように抑制しかつ結露発生のおそれも回避することができるようにもなる。
【００２２】
また、第３の発明によれば、上記効率推定手段による熱交換効率の推定値が目標値よりも低くなると、効率制御手段により循環ポンプによる循環水量を上記熱交換効率の推定値が目標値よりも高くなる方向に変更、すなわち、上記循環水量を増大変更させる制御が行われるため、熱交換効率がその分増大することになる。つまり、前述の(1)式におけるＱ値が大きくなってη値が大きくなる。これが繰り返されて熱交換回路における熱交換効率が目標値以上の範囲に維持することができるようになる。これにより、たとえ燃焼バーナの燃焼熱量あるいは燃料供給量が一定に保たれたとしても、比較的高い熱交換効率に保たれるため焚き上がりまでの時間の短縮化が図られる結果、燃焼バーナの燃焼に要するトータル燃料量の低減化を図ることができるようになる。この場合においても、循環ポンプによる循環流量の上限値、例えば循環ポンプの作動量としての回転数の上限値を予め定めこれを超えないように制御することにより、熱交換効率の落ち込みを緩和してトータル燃料量の低減化を図り得るという効果に加えて、循環ポンプの耐久性の維持をも図ることができるようになる。
【００２３】
さらに、第４の発明によれば、上記効率推定手段による熱交換効率の推定値が目標値よりも低くなると、まず第１効率制御手段により第３の発明における効率制御手段と同様に循環ポンプによる循環水量を増大変更させる制御が行われ、これにより、熱交換効率がその分増大することになる。それでも、上記熱交換効率の推定値が目標値よりも低い場合には、次に、第２効率制御手段により第２の発明における効率制御手段と同様に燃焼バーナの燃焼熱量（例えば燃料供給量）を低減変更させる制御が行われ、これにより、熱交換効率がその分増大することになる。このような２段階の変更制御により熱交換回路における熱交換効率を確実に目標値以上の範囲に維持することができるようになり、これにより、第２もしくは第３の発明による作用・効果を確実に得ることができるようになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置を追い焚き式風呂釜に適用した第１実施形態を示す。本第１実施形態は、燃料供給量を変更制御することにより、熱交換回路における熱交換効率を比較的高い範囲に維持するようにするものである。
【００２６】
図１において、１は浴室内に設置された浴槽、２はこの浴槽１内の水もしくは温水を加熱する追い焚き用熱交換回路、３はこの熱交換回路２と上記浴槽１との間に配設された循環管路、４は上記熱交換回路２１及び循環管路３の作動を制御するコントローラであり、上記熱交換回路２及び循環管路３によって循環加熱系が構成されている。
【００２７】
上記熱交換回路２は、上端部に排気筒を有する缶体２１と、この缶体２１内の上部に配設された熱交換器２２と、この熱交換器２２の下側位置に配設されてその熱交換器２２を加熱する燃焼バーナ２３と、この燃焼バーナ２３の下側位置に配設されてその燃焼バーナ２３に燃焼用空気を供給する送風ファン２４とを備えている。上記燃焼バーナ２３は燃料供給管２５を通して燃料としての都市ガスの供給を受けて燃焼させるようになっており、供給される燃料供給量は上記燃料供給管２５に介装された電磁比例制御弁２６が上記コントローラ４により開度制御されて変更調整可能となっている。また、上記送風ファン２４は上記コントローラ４により作動制御されるようになっており、この作動制御により送風量が上記燃料供給量の変更調整に応じて所定の空燃比となるように変更調整されるようになっている。
【００２８】
上記循環管路３は、上記熱交換器２２において互いに連通する戻し管路３１と往き管路３２とから構成されている。上記戻し管路３１は上流端が上記浴槽１の吸い込み口に連通されている一方、上記往き管路３２は下流端が上記浴槽１の吐出口に連通されている。また、上記戻し管路３１には循環ポンプ３３が介装されており、この循環ポンプ３３の作動により上記浴槽１内の水または温水を戻し管路３１を通して熱交換器２２に導出し、この熱交換器２２で加熱されて昇温された温水を往き管路３２を通して上記浴槽１に戻すというように浴槽１と熱交換回路２との間を循環させるようになっている。上記循環ポンプ３３はその回転数に比例した循環流量で循環させるようになっている。なお、上記循環ポンプ３３の設置位置は戻し管路３１及び往き管路３２のいずれの位置であってもよい。そして、上記戻し管路３１には上記熱交換回路２へ流入する循環水の入口側温度Ｔｂを検出する入口側温度検出手段３４と、循環流量を検出する循環水量検出手段３５とが設けられ、また、上記往き管路３２には上記熱交換回路２から流出する循環水の出口側温度Ｔａを検出する出口側温度検出手段３６が設けられている。上記の入口側及び出口側の各温度検出手段３４，３６は例えばサーミスタ等により構成すればよい。
【００２９】
上記コントローラ４は、ＭＰＵ及びメモリー等により構成され、熱交換回路２における熱交換効率を推定する効率推定手段４１と、この効率推定手段４１により推定された熱交換効率の推定値ηに基づいて上記電磁比例制御弁２６の開度を変更制御する効率制御手段４２と、風呂釜全般の作動制御を行う風呂釜制御手段４３とを備えている。そして、上記コントローラ４は、リモートコントローラ（以下「リモコン」という）４４のメインスイッチがユーザによりＯＮされることにより制御が開始され、上記リモコン４４からの各種運転指令や温度設定指令等に基づいて後述の各制御が行われるようになっている。
【００３０】
以下、図２のフローチャートに基づいて上記コントローラ４による制御を説明する。
【００３１】
まず、ユーザによりリモコン４４のメインスイッチがＯＮにされることによりスタートする。そして、上記リモコン４４に対しユーザが焚き上がり温度（設定温度）を設定して追い焚きスイッチがＯＮされると（ステップＳ１）、風呂釜制御手段４３において燃料供給量Ｐとして初期値Ｐintが、循環ポンプ３３の回転数Ｎとして固定値Ｎｆがそれぞれ設定されて（ステップＳ２）、燃焼バーナ２３による燃焼及び循環ポンプ３３の作動がそれぞれ開始される（ステップＳ３）。具体的には、上記風呂釜制御手段４３により、電磁比例制御弁２６が上記初期値Ｐintに対応する開度になるように、また、送風ファン２４が初期値Ｐintに対応する送風量になるようにそれぞれ作動制御されて燃焼バーナ２３が図示省略の点火器により着火される一方、上記循環ポンプ３３が上記固定値Ｎｆに対応する一定循環流量Ｑで作動される。なお、上記初期値Ｐintとしては、熱交換回路２での熱交換効率がかなり高い値（例えば８０％程度）になるような高い燃焼熱量を実現し得る燃料供給量値が設定される。つまり、供給されるガス二次圧が比較的高くなるようにされている。
【００３２】
次に、効率推定手段４１に対し、入口側温度検出手段３４から入口側温度Ｔｂと、出口側温度検出手段３６から出口側温度Ｔａとの各検出値が入力され、併せて、風呂釜制御手段４３からその時に設定されている燃料供給量Ｐｄ（制御初期はＰｄ＝Ｐint）及び循環ポンプ３３の設定回転数としての固定値Ｎｆが入力される（ステップＳ４）。そして、上記効率推定手段４１において、上記燃料供給量Ｐｄが燃焼熱量Ｉｐ（kcal／Ｈ）に、固定値Ｎｆが循環流量Ｑ（ｌ／min）にそれぞれ換算されて前述の(1)式に基づき熱交換効率の推定値ηの演算が行われる（ステップＳ５）。
【００３３】
そして、上記推定値ηと、予め設定されている熱交換効率についての目標値ηｔに基づき効率制御手段４２において燃料供給量ＰについてステップＳ６以下の変更制御が行われる。すなわち、上記推定値ηが目標値ηｔ以上であれば現状の燃焼条件で燃焼を続行させる一方（ステップＳ６及びＳ７）、上記推定値ηが目標値ηｔを下回れば上記燃料供給量Ｐを所定の単位制御量ΔＰだけ低減させて燃焼熱量Ｉｐを低減させる（ステップＳ６及びＳ８）。なお、低減させた後の燃料供給量Ｐが予め設定した燃料供給量についての下限値Ｐmin以上の範囲に制限し、下限値Ｐminよりも低くなる場合には燃料供給量Ｐを下限値Ｐmin とする（ステップＳ９及びＳ１０）。上記ステップＳ７、Ｓ９あるいはＳ１０の後に再度ステップＳ４に戻り、このステップＳ４からステップＳ１０までを出口側温度Ｔａが設定温度に到達するまで繰り返す。そして、上記出口側温度Ｔａが設定温度に到達すれば、制御を停止する。
【００３４】
上記熱交換効率の目標値ηｔとしては、上記初期値Ｐintが８０％の熱交換効率に対応するように設定した場合には例えば７５〜８０％の範囲の内から選択する、あるいは、７０〜７５％の範囲の内から選択するようにすればよい。また、８０％に対応する初期値Ｐint設定に対し、目標値ηｔとして例えば７６±０．５％の範囲に設定するようにしてもよい。また、目標値ηｔの設定を上記の７５〜８０％の範囲、７０〜７５％の範囲、７６±０．５％の範囲にすることを、上記初期値Ｐintとして熱交換効率８３〜８５％に対応するように設定する場合に適用してもよい。
【００３５】
また、上記下限値Ｐminとしては、それよりも燃料供給量を低くすると浴槽１内の水の設定温度までの焚き上がり時間が従来の一定燃料供給量で設定温度まで燃焼継続させる場合と比べ長くかかり過ぎてユーザにとって不便となるような限界の最低の燃料供給量が設定される。具体的には、上記初期値Ｐint の例えば２／３程度に設定すればよい。つまり、燃料供給量Ｐの低減化を上記下限値Ｐminに制限することで熱交換効率が目標値ηｔよりもたとえ低くなっても、上記下限値Ｐminよりも小さい範囲ではその熱交換効率の悪化よりも設定温度までの焚き上がり時間が過度に長くならないことを防止して、焚き上がり時間の方を高熱交換効率の維持よりも優先させるようになっている。
【００３６】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置を追い焚き式風呂釜に適用した第２実施形態を示す。本第２実施形態は、循環ポンプによる循環流量を変更制御することにより、熱交換回路における熱交換効率を比較的高い範囲に維持するようにするものである。
【００３７】
図３において、２７はコントローラ４により開閉制御される電磁開閉弁であり、この電磁開閉弁２７はその開作動制御により所定の一定開度となって後述の固定値Ｐｆの燃料供給量を燃焼バーナ２３に供給することになるように構成されている。また、４５は効率制御手段であり、この効率制御手段４５は効率推定手段４１により推定された熱交換効率の推定値ηに基づいて循環ポンプ３３の回転数Ｎを変更制御して循環管路３を流れる循環流量Ｑを変更するようになっている。この第２実施形態は、以上の構成要素２７，４５においてのみ第１実施形態と異なり、他の構成要素は第１実施形態と同じ構成であるため、同一構成要素については第１実施形態と同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３８】
以下、第２実施形態のコントローラ４による制御を第４図のフローチャートに基づいて説明する。
【００３９】
まず、ユーザによりリモコン４４のメインスイッチがＯＮにされることによりスタートする。そして、上記リモコン４４に対しユーザが焚き上がり温度（設定温度）を設定して追い焚きスイッチがＯＮされると（ステップＳ１１）、風呂釜制御手段４３において燃料供給量Ｐとして電磁開閉弁２７の開状態に対応する固定値Ｐｆが、循環ポンプ３３の回転数Ｎとして初期値Ｎintがそれぞれ設定されて（ステップＳ１２）、燃焼バーナ２３による燃焼及び循環ポンプ３３の作動がそれぞれ開始される（ステップＳ１３）。具体的には、風呂釜制御手段４３により電磁開閉弁２７の開作動及び送風ファン２４の作動開始が行われて燃焼バーナ２３が図示省略の点火器により着火される一方、上記循環ポンプ３３が上記初期値Ｎintに対応する循環流量Ｑで作動される。なお、上記固定値Ｐｆとしては第１実施形態における初期値Ｐintと同様の基準で設定すればよく、また、上記初期値Ｎintとしては上記初期値Ｐintの燃料供給量で燃焼バーナ２３を燃焼させた場合に熱交換回路２での熱交換効率がかなり高い値（例えば８０％〜８５％程度）になるような循環流量を設定すればよい。
【００４０】
次に、効率推定手段４１に対し、入口側温度検出手段３４から入口側温度Ｔｂと、出口側温度検出手段３６から出口側温度Ｔａとの各検出値が入力され、併せて、風呂釜制御手段４３からその時に設定されている燃料供給量Ｐｄ（Ｐｄ＝Ｐｆ）及び循環ポンプ３３の設定回転数としてその時に設定されている回転数Ｎ（燃焼初期ではＮ＝Ｎint）が入力される（ステップＳ１４）。そして、上記効率推定手段４１において、上記燃料供給量Ｐｄが燃焼熱量Ｉｐ（kcal／Ｈ）に、回転数Ｎが循環流量Ｑ（ｌ／min）にそれぞれ換算されて前述の(1)式に基づき熱交換効率の推定値ηの演算が行われる（ステップＳ１５）。
【００４１】
そして、上記推定値ηと、予め設定されている熱交換効率についての目標値ηｔに基づき効率制御手段４５において循環ポンプ３３の回転数ＮについてステップＳ１６以下の変更制御が行われる。すなわち、上記推定値ηが目標値ηｔ以上であれば回転数Ｎを所定の単位制御量ΔＮ２だけ低くして循環流量Ｑを低減させる一方（ステップＳ１６及びＳ１７）、上記推定値ηが目標値ηｔを下回れば上記回転数Ｎを所定の単位制御量ΔＮ１だけ高くして循環流量を増大させる（ステップＳ１６及びＳ１８）。なお、上記の高くした後の回転数Ｎが予め設定した回転数についての上限値Ｎmax以下の範囲になるように制限し、上限値Ｎmaxよりも高くなる場合には回転数Ｎを上限値Ｎmax とする（ステップＳ１９及びＳ２０）。上記ステップＳ１７、Ｓ１９あるいはＳ２０の後に再度ステップＳ１４に戻り、このステップＳ１４からステップＳ２０までを出口側温度Ｔａが設定温度に到達するまで繰り返す。そして、上記出口側温度Ｔａが設定温度に到達すれば、制御を停止する。
【００４２】
なお、上記熱交換効率の目標値ηｔの選択・設定は第１実施形態と同様に行えばよい。
【００４３】
また、上記上限値Ｎmaxとしては、循環ポンプ３３の耐久性に悪影響を及ぼすおそれのある限界の最大回転数を設定すればよい。具体的には、循環ポンプ３３の能力範囲内で予め試験等を実施して定めればよい。つまり、回転数Ｎの増加を上記上限値Ｎmaxに制限することで熱交換効率が目標値ηｔよりもたとえ低くなっても、上記上限値Ｎmaxよりも高い範囲ではその熱交換効率の悪化よりも循環ポンプ３３の耐久性維持の方を優先させるようになっている。
【００４４】
＜第３実施形態＞
図５は、本発明の循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置を追い焚き式風呂釜に適用した第３実施形態を示す。本第３実施形態は、熱交換効率の推定を最も簡易な方法により行い、その推定に基づき燃焼バーナへの燃料供給量を変更制御することにより、熱交換回路における熱交換効率を比較的高い範囲に維持するようにするものである。
【００４５】
図５において、４６は効率推定手段であり、この効率推定手段４６は熱交換器２２の入口側温度Ｔｂ及び出口側温度Ｔａの相対温度差αを熱交換効率の推定値として求め、その推定値αの変動に基づいて熱交換効率の変動を推定するようになっている。また、４７は効率制御手段であり、この効率制御手段４７は上記相対温度差の燃焼初期の値を目標値αintとして上記効率推定手段４６による推定値αが目標値αint以上を維持するように燃料供給量Ｐを変更制御し、風呂釜制御手段４３を介して電磁比例制御弁２６を制御するようになっている。そして、本第３実施形態では、熱交換効率の推定を上記の如く相対温度差αに基づき行うようにしているため、第１実施形態とは異なり循環水量検出手段３５（図１参照）は不要であり、設けられてはいない。
【００４６】
この第３実施形態は、以上の相違点を除き他の構成要素は第１実施形態と同じ構成であるため、同一構成要素については第１実施形態と同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４７】
以下、第３実施形態のコントローラ４による制御を第６図のフローチャートに基づいて説明する。
【００４８】
まず、ユーザによりリモコン４４のメインスイッチがＯＮにされることによりスタートし、上記リモコン４４に対する設定温度の設定及び追い焚きスイッチのＯＮにより（ステップＳ２１）、風呂釜制御手段４３において燃料供給量Ｐとして初期値Ｐintの設定及び循環ポンプ３３の回転数Ｎとして固定値Ｎｆの設定（ステップＳ２２）と、燃焼バーナ２３の燃焼作動、送風ファン２４の作動及び循環ポンプ３３の作動の開始（ステップＳ２３）とが、第１実施形態のステップＳ１〜Ｓ３と同様に行われる。なお、上記初期値Ｐintの選択・設定も第１実施形態と同様の基準により行えばよい。
【００４９】
次に、効率推定手段４６に対し、入口側温度検出手段３４から入口側温度Ｔｂと、出口側温度検出手段３６から出口側温度Ｔａとの各検出値が入力される（ステップＳ２４）。そして、上記効率推定手段４６において、前述の(2)式に基づき熱交換効率の推定値αの演算が行われる（ステップＳ２５）。この際、初回のステップＳ２５において演算された初期相対温度差αの値を目標値αintとして設定する。
【００５０】
そして、上記推定値αと、目標値αintに基づき効率制御手段４７において燃料供給量ＰについてステップＳ２６以下の変更制御が行われる。すなわち、上記推定値αが目標値αint以上であれば現状の燃焼条件で燃焼を続行させる一方（ステップＳ２６及びＳ２７）、上記推定値αが目標値αintを下回れば上記燃料供給量Ｐを所定の単位制御量ΔＰだけ低減させて燃焼熱量Ｉｐを低減させる（ステップＳ２６及びＳ２８）。なお、低減させた後の燃料供給量Ｐが予め設定した燃料供給量についての下限値Ｐmin以上の範囲に制限し、下限値Ｐminよりも低くなる場合には燃料供給量Ｐを下限値Ｐmin とする（ステップＳ２９及びＳ３０）。上記ステップＳ２７、Ｓ２９あるいはＳ３０の後に再度ステップＳ２４に戻り、このステップＳ２４からステップＳ３０までを出口側温度Ｔａが設定温度に到達するまで繰り返す。そして、上記出口側温度Ｔａが設定温度に到達すれば、制御を停止する。
【００５１】
上記目標値αintとして初期相対温度差の値を採用するのは、燃焼開始時の熱交換状態になるべく近づけるようにするものである。また、上記下限値Ｐminの設定は第１実施形態と同様に行えばよく、このように燃料供給量の変更を上記下限値Ｐminに制限するのは、第１実施形態と同じ目的・理由によるものである。
【００５２】
＜第４実施形態＞
図７は、本発明の循環水加熱制御方法及び循環水加熱制御装置を追い焚き式風呂釜に適用した第４実施形態を示す。本第４実施形態は、熱交換効率の推定を第３実施形態と同様に最も簡易な方法により行い、その推定に基づき循環ポンプの循環流量を変更制御することにより、熱交換回路における熱交換効率を比較的高い範囲に維持するようにするものである。
【００５３】
図７において、４６は第３実施形態と同様構成の効率推定手段であり、４８は効率制御手段である。この効率制御手段４８は上記相対温度差の燃焼初期の値を目標値αintとして上記効率推定手段４６による推定値αが目標値αint以上を維持するように循環ポンプ３３の回転数Ｎを変更制御し、風呂釜制御手段４３を介して循環ポンプ３３の作動を制御するようになっている。そして、本第４実施形態では、熱交換効率の推定を上記の如く相対温度差αに基づき行うようにしているため、第２実施形態における循環水量検出手段３５（図３参照）は不要であり、また、変更制御対象が循環ポンプ３３の回転数であるため、燃焼バーナ２３への燃料供給量も固定値でよく燃料供給管２５には第２実施形態と同様の電磁開閉弁２７が介装されている。
【００５４】
この第４実施形態は、以上の相違点を除き他の構成要素は第２実施形態と同じ構成であるため、同一構成要素については第２実施形態と同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５５】
以下、第４実施形態のコントローラ４による制御を第８図のフローチャートに基づいて説明する。
【００５６】
まず、ユーザによりリモコン４４のメインスイッチがＯＮにされることによりスタートし、上記リモコン４４に対する設定温度の設定及び追い焚きスイッチのＯＮにより（ステップＳ３１）、風呂釜制御手段４３において燃料供給量Ｐとして固定値Ｐｆの設定及び循環ポンプ３３の回転数Ｎとして初期値Ｎintの設定（ステップＳ３２）と、燃焼バーナ２３の燃焼作動、送風ファン２４の作動及び循環ポンプ３３の作動の開始（ステップＳ３３）とが、第２実施形態のステップＳ１１〜Ｓ１３と同様に行われる。なお、上記固定値Ｐｆ及び初期値Ｎintの各設定は第２実施形態と同様に行えばよい。
【００５７】
次に、効率推定手段４６に対し、入口側温度検出手段３４から入口側温度Ｔｂと、出口側温度検出手段３６から出口側温度Ｔａとの各検出値が入力される（ステップＳ３４）。そして、上記効率推定手段４６において、前述の(2)式に基づき熱交換効率の推定値αの演算が行われる（ステップＳ３５）。この際、初回のステップＳ３５において演算された初期相対温度差αの値を目標値αintとして設定する。
【００５８】
そして、上記推定値αと、目標値αintに基づき効率制御手段４８において循環ポンプ３３の回転数ＮについてステップＳ３６以下の変更制御が行われる。すなわち、上記推定値αが目標値αint以上であれば、さらにその推定値αが目標値αintにほぼ等しいか否か、具体的には、αがαintのプラス側・マイナス側で数％の増減範囲内に入っているか否かを比較して、推定値αがその増減範囲内であれば現状の燃焼条件で燃焼を続行させる一方（ステップＳ３６、Ｓ３７及びＳ３８）、推定値αが上記増減範囲内に入っていなければ回転数Ｎを所定の単位制御量ΔＮ２だけ低くして循環流量を低減させる（ステップＳ３６、Ｓ３７及びＳ３９）。一方、上記ステップＳ３６において推定値αが目標値αintよりも小さければ、回転数Ｎを所定の単位制御量ΔＮ１だけ高くして循環流量を増大させる（ステップＳ３６及びＳ４０）。この場合も、第２実施形態と同様に、
上記の高くした後の回転数Ｎについて上限値Ｎmax以下の範囲になるように制限し、上限値Ｎmaxよりも高くなる場合には回転数Ｎを上限値Ｎmax とする（ステップＳ４１及びＳ４２）。上記ステップＳ３８、Ｓ３９、Ｓ４１あるいはＳ４２の後に再度ステップＳ３４に戻り、このステップＳ３４以降を出口側温度Ｔａが設定温度に到達するまで繰り返す。そして、上記出口側温度Ｔａが設定温度に到達すれば、制御を停止する。
【００５９】
なお、この第４実施形態において、目標値αintとして初期相対温度差の値を採用する理由は第３実施形態と同様であり、また、上記上限値Nmaxの設定は第２実施形態と同様に行えばよく、このように回転数の変更を上記上限値Ｎmaxに制限するのは、第２実施形態と同じ目的・理由によるものである。
【００６０】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記第１〜第４実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。上記第１〜第４実施形態では、浴槽１に注水して貯留した状態から追い焚きするという風呂釜専用機を例にしたものを示したが、これに限らず、給湯器付風呂釜等のように給湯器が付設されている場合には、給湯器により加熱された湯水を注湯管路を通して循環管路３のいずれかの部位に流入させて浴槽１に注湯し、この状態から熱交換回路２により追い焚きするものに本発明を適用してもよい。
【００６１】
また、第２もしくは第４実施形態において、効率制御手段４５，４８を第１効率制御手段とし、この第１効率制御手段による回転数の変更制御だけでは熱交換効率の目標値以上を達成できない場合にさらに燃料供給量の変更制御を行う第２効率制御手段を設け、循環流量と燃料供給量との二段階での変更制御により熱交換効率を高く維持した循環加熱を実現するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す模式図である。
【図２】第１実施形態における制御を示すフローチャートである。
【図３】第２実施形態を示す模式図である。
【図４】第２実施形態における制御を示すフローチャートである。
【図５】第３実施形態を示す模式図である。
【図６】第３実施形態における制御を示すフローチャートである。
【図７】第４実施形態を示す模式図である。
【図８】第４実施形態における制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 浴槽
２ 熱交換回路
３ 循環管路
２２ 熱交換器
２３ 燃焼バーナ（加熱器）
２６ 電磁比例制御弁
２７ 電磁開閉弁
３３ 循環ポンプ
３４ 入口側温度検出手段
３５ 循環水量検出手段
３６ 出口側温度検出手段
４１，４６ 効率推定手段
４２，４５，４７，４８ 効率制御手段
Claims (6)
- 熱交換器及びこの熱交換器を加熱する加熱器を有する熱交換回路と、貯留槽内に貯留された液体を循環ポンプの作動によりその貯留槽と上記熱交換回路との間で循環させる循環管路とを備えた循環加熱系に対し適用されるものであって、上記貯留槽内の液体を上記循環管路により循環させつつ徐々に昇温させる循環水加熱制御方法において、
上記加熱器及び循環ポンプを作動させた後、
少なくとも上記循環管路を通して上記熱交換器に流入する液体の入口側温度と、上記熱交換器から流出する液体の出口側温度とを検出することにより上記熱交換回路における熱交換効率を順次推定し、
上記加熱器による加熱熱量及び循環ポンプによる液体の循環量のいずれか一方もしくは双方を、上記推定した熱交換効率が予め設定した目標熱交換効率以上の範囲になるように順次変更制御するようにする
ことを特徴とする循環水加熱制御方法。 - 燃料の供給を受けて燃焼する燃焼バーナ及びこの燃焼バーナから燃焼熱を受ける熱交換器を有する熱交換回路と、循環ポンプの作動により浴槽内に貯留された水をその浴槽と上記熱交換回路との間で循環させる循環管路とを備えた循環加熱系に対し設けられるものであって、上記浴槽内の水を上記循環管路により循環させつつ昇温させる循環水加熱制御装置において、
少なくとも上記循環管路を通して上記熱交換器に流入する循環水の入口側温度及び上記熱交換器から流出する循環水の出口側温度をそれぞれ検出することにより上記熱交換回路における熱交換効率を推定する効率推定手段と、
上記燃焼バーナによる燃焼熱量を、上記効率推定手段により推定された熱交換効率の推定値が予め設定した目標値以上の範囲になるように変更制御する効率制御手段と
を備えている
ことを特徴とする循環水加熱制御装置。 - 燃料の供給を受けて燃焼する燃焼バーナ及びこの燃焼バーナから燃焼熱を受ける熱交換器を有する熱交換回路と、循環ポンプの作動により浴槽内に貯留された水をその浴槽と上記熱交換回路との間で循環させる循環管路とを備えた循環加熱系に対し設けられるものであって、上記浴槽内の水を上記循環管路により循環させつつ昇温させる循環水加熱制御装置において、
少なくとも上記循環管路を通して上記熱交換器に流入する循環水の入口側温度及び上記熱交換器から流出する循環水の出口側温度をそれぞれ検出することにより上記熱交換回路における熱交換効率を推定する効率推定手段と、
上記循環ポンプによる循環管路の循環水量を、上記効率推定手段により推定された熱交換効率の推定値が予め設定した目標値以上の範囲になるように変更制御する効率制御手段と
を備えている
ことを特徴とする循環水加熱制御装置。 - 燃料の供給を受けて燃焼する燃焼バーナ及びこの燃焼バーナから燃焼熱を受ける熱交換器を有する熱交換回路と、循環ポンプの作動により浴槽内に貯留された水をその浴槽と上記熱交換回路との間で循環させる循環管路とを備えた循環加熱系に対し設けられるものであって、上記浴槽内の水を上記循環管路により循環させつつ昇温させる循環水加熱制御装置において、
少なくとも上記循環管路を通して上記熱交換器に流入する循環水の入口側温度及び上記熱交換器から流出する循環水の出口側温度をそれぞれ検出することにより上記熱交換回路における熱交換効率を推定する効率推定手段と、
上記循環ポンプによる循環管路の循環水量を、上記効率推定手段により推定された熱交換効率の推定値が予め設定した目標値以上の範囲に入るように変更制御する第１効率制御手段と、
この第１効率制御手段による変更制御を実行しても上記推定値が目標値以上の範囲の値にならない場合に、上記燃焼バーナによる燃焼熱量を上記推定値が目標値以上の範囲に入るように変更制御する第２効率制御手段と
を備えている
ことを特徴とする循環水加熱制御装置。 - 請求項２〜４のいずれかにおいて、
循環管路を通して熱交換器に流入する循環水の入口側温度を検出する入口側水温検出手段と、
上記循環管路を通して熱交換器から流出する循環水の出口側温度を検出する出口側水温検出手段と、
上記循環管路の循環水量を検出する循環水量検出手段と、
燃焼バーナへの燃料供給量を検出する燃料供給量検出手段と
を備えており、
効率推定手段が、上記出口側水温検出手段による出口側温度検出値から上記入口側水温検出手段による入口側温度検出値を減じた温度差値と、上記循環水量検出手段による循環水量検出値とを乗じて得られる受熱量値を、上記燃料供給量検出手段による燃料供給量検出値に対応する燃焼熱量値で除して得られる演算値を熱交換効率の推定値として求めるように構成されている、
循環水加熱制御装置。 - 請求項２〜４のいずれかにおいて、
循環管路を通して熱交換器に流入する循環水の入口側温度を検出する入口側水温検出手段と、
上記循環管路を通して熱交換器から流出する循環水の出口側温度を検出する出口側水温検出手段と
を備えており、
効率推定手段が、上記出口側水温検出手段による出口側温度検出値から上記入口側水温検出手段による入口側温度検出値を減じた温度差値を熱交換効率の推定値として求めるように構成されている、
循環水加熱制御装置。
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