JP7068626B2 - 温水装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の熱交換器およびバーナ部を備えたタイプの温水装置に関する。
温水装置としては、たとえば一般給湯機能と、暖房(または風呂)給湯機能とを兼備したタイプがある(たとえば、特許文献1~3を参照)。このタイプの温水装置においては、一般給湯用の湯水が流通する第1の熱交換器と、暖房用の湯水が流通する第2の熱交換器とを備えており、これら第1および第2の熱交換器のそれぞれに個別に燃焼ガスを作用させるための第1および第2のバーナ部を、さらに備えている。これら第1および第2のバーナ部には、燃料ガス供給路が接続され、かつこの燃料ガス供給路には、第1および第2のバーナ部への燃料ガス供給を一斉にオン・オフ、および個別にオン・オフするための元弁および複数の個別開閉弁が設けられた構成とされる。
このような構成の温水装置によれば、第1のバーナ部および第1の熱交換器を用いた一般給湯動作と、第2のバーナ部および第2の熱交換器を用いた暖房給湯動作とを、個別に実行させることが可能であり、便利である。
しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、解決すべき課題があった。
すなわち、本出願人は、たとえば特許文献4に記載されているように、温水装置を利用した一般給湯動作が実行されている際に、所定の条件下において、前記温水装置のバーナ部を間欠駆動燃焼状態(駆動状態と駆動停止状態とが交互の状態)とする手段を、先に提案している。
この手段は、一般給湯動作中において、たとえば一般給湯端末の弁開度がかなり小さくされることなどに起因し、バーナ部の目標燃焼号数が、本来の最小燃焼号数よりも小さくなった場合に、バーナ部を間欠的に駆動燃焼させる手段である。この手段によれば、実際の出力号数を、バーナ部の燃焼火力を単に最小にしただけの本来の最小燃焼号数よりも小さくすることが可能であり、このことにより一般給湯動作を中断させないようにすることができる。
このような一般給湯動作に際してバーナ部を間欠駆動燃焼状態に設定する手段は、先に述べた一般給湯機能と暖房給湯機能とを兼備した温水装置にも適用したい場合がある。ところが、この場合、次に述べるように、解決すべき課題が生じる。
すなわち、一般給湯用の第1のバーナ部が前記した間欠駆動燃焼状態である際に、第2のバーナ部の駆動燃焼を開始させたい場合がある。この場合、第2のバーナ部への着火を安定的かつ確実に行なわせるべく燃料ガス供給圧を高めることが望まれる。ところが、このように燃料ガス供給圧を高めると、第2のバーナ部と燃料ガス供給路を一部共有している第1のバーナ部への燃料ガス供給圧も高くなる。これでは、第1のバーナ部の駆動燃焼の火力が一時的に増大するなどし、第1のバーナ部の駆動燃焼状態が不安定化する虞がある。また、仮に、第1および第2のバーナ部が燃料ガス供給路を一部共用していない場合であっても、第2のバーナ部の駆動燃焼開始が、第1のバーナ部の駆動燃焼状態を不安定化させる要因となる場合があり得る。その結果、一般給湯の湯水温度も不安定化する不具合を生じてしまう。
特開平10-311545号公報 特開2000-220822号公報 特開2003-130346号公報 特許第3648983号公報
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、一般給湯用のバーナ部が所定の間欠駆動燃焼状態にある際に、暖房または風呂追い焚き用の他の給湯動作が開始されることに起因して、一般給湯の湯水温度が不安定化するなどの不具合を適切に解消可能な温水装置を提供することを、その課題としている。
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明により提供される温水装置は、一般給湯用の湯水が流通する第1の熱交換器に燃焼ガスを作用させるための第1のバーナ部と、暖房または風呂追い焚き用の湯水が流通する第2の熱交換器に燃焼ガスを作用させるための第2のバーナ部と、これら第1および第2のバーナ部への燃料ガス供給のオン・オフを制御可能であり、かつ前記第1のバーナ部の駆動状態として、前記第1の熱交換器から連続した出湯がなされている最中に、前記第1のバーナ部が駆動燃焼と駆動燃焼停止とを交互に繰り返す間欠駆動燃焼状態を設定可能な制御手段と、を備えている、温水装置であって、前記制御手段は、前記第2のバーナ部が非駆動燃焼状態である場合において、前記第1のバーナ部が前記間欠駆動燃焼状態における駆動燃焼中に、前記第2のバーナ部への着火を行なわせる旨の要求があったときには、前記第2のバーナ部の着火時期を、前記第1のバーナ部の前記間欠駆動燃焼状態における駆動燃焼停止中とする制御を実行するように構成されていることを特徴としている。
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
まず、一般給湯用の第1のバーナ部が所定の間欠駆動燃焼状態における駆動燃焼中であるときに、第2のバーナ部に着火を行なわせる旨の要求があったとしても、その時点で第2のバーナ部の着火が直ちに行なわれることはなく、第2のバーナ部の着火時期を、第1のバーナ部の駆動燃焼停止中とする制御が実行される。このため、第1のバーナ部の駆動燃焼時に、燃料ガス供給圧を高くするなどして第2のバーナ部への着火が行なわれることは回避され、第1のバーナ部の駆動燃焼状態を安定させることができる。その結果、一般給湯の湯水温度も安定させることができる。
本発明において、好ましくは、前記間欠駆動燃焼状態は、前記第1のバーナ部の目標燃焼号数が、前記第1のバーナ部を連続的に駆動燃焼させる場合の本来の最小号数よりも小さい号数である場合に設定される。
このような構成によれば、第1のバーナ部を間欠駆動燃焼状態とすることにより、一般給湯動作時の燃焼号数を本来の最小号数よりも小さくすることを適切に図ることができる。
本発明において、好ましくは、前記第2のバーナ部の着火時期を、前記第1のバーナ部の前記間欠駆動燃焼状態における駆動燃焼停止中とする制御は、前記第2のバーナ部への着火を行なわせる旨の要求があった後に、前記第1のバーナ部の駆動燃焼停止時期が到来するまで前記第2のバーナ部への着火を待機させる制御である。
このような構成によれば、第1のバーナ部については、第2のバーナ部の着火時期の影響を受けることなく、本来の動作内容(デューティ比など)で間欠駆動燃焼状態を継続させることができ、一般給湯の湯水温度をより安定させることが可能である。一方、第2のバーナ部が着火される時期は、着火の要求時期から若干遅れるものの、第2のバーナ部は、暖房または風呂追い焚き用であるため、その開始動作が若干遅れたとしても、とくに支障を生じることはない。
本発明において、好ましくは、前記第2のバーナ部の着火時期を、前記第1のバーナ部の前記間欠駆動燃焼状態における駆動燃焼停止中とする制御として、前記第1および第2のバーナ部の着火時期を一致させる制御が実行されるように構成されている。
本発明において、第1のバーナ部の着火時期は、第1のバーナ部の駆動燃焼停止中に含まれる。
このような構成によれば、第1および第2のバーナ部へのトータルの着火回数を少なくすることが可能である。
本発明において、好ましくは、前記第1および第2のバーナ部の着火時期を一致させる制御は、前記第2のバーナ部への着火を行なわせる旨の要求が、前記第1のバーナ部の前記間欠駆動燃焼状態における駆動燃焼停止中にあった場合にも実行されるように構成されている。
このような構成によれば、第1および第2のバーナ部へのトータルの着火回数を、より少なくすることが可能である。
本発明において、好ましくは、前記第1のバーナ部が前記間欠駆動燃焼状態にあるときに、前記第2のバーナ部への着火を行なわせる際の前記第1および第2のバーナ部への燃料ガス供給圧は、着火完了後の燃料ガス供給圧よりも高い圧力とされるように構成されている。
このような構成によれば、第1および第2のバーナ部への着火を確実に行なわせることができる。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
本発明に係る温水装置の一例を示す概略説明図である。 図1に示す温水装置において実行される動作制御手順の一例を示すフローチャートである。 (a)~(d)は、図1に示す温水装置において実行される動作手順の一例を示すタイムチャートである。 (a)~(d)は、対比例を示すタイムチャートである。 (a)~(d)は、図1に示す温水装置において実行される動作手順の他の例を示すタイムチャートである。 (a)~(d)は、本発明における動作手順の他の例を示すタイムチャートである。 (a)~(d)は、本発明における動作手順の他の例を示すタイムチャートである。
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
図1に示す温水装置WHは、一般給湯用および暖房給湯用の第1および第2の熱交換器1A,1B、これらに燃焼ガスを作用させるためのガスバーナ部としての第1および第2のバーナ部2A,2B、これらを収容するケース3、このケース3内に燃焼用空気を供給するためのファン4、燃料ガス供給路5、および制御部6を備えている。
第1および第2の熱交換器1A,1Bは、たとえばともにフィン付きチューブなどを用いて構成されている。第1の熱交換器1Aは、入水口10aから入水して燃焼ガスとの熱交換によって加熱された湯水を出湯口11aから出湯可能であり、この湯水は、台所、洗面所、あるいは浴室などの一般給湯用端末に送られる。第2の熱交換器1Bは、温水暖房端末(不図示)から入水口10bに送られてきた湯水(不凍液、または不凍液の混合湯水などを含む)を燃焼ガスとの熱交換によって加熱させ、かつこれを出湯口11bから前記温水暖房端末に戻すことが可能である。
第1および第2のバーナ部2A,2Bは、ともに複数のガスバーナ本体(ガス燃焼管)を横並び状に配列するなどして構成されており、個別に駆動燃焼させることが可能な複数の燃焼可能ブロックB1~B5に区分され、駆動燃焼時の火力を変更可能である。第1のバーナ部2Aは、第1の熱交換器1Aに燃焼ガスを作用させるための一般給湯用バーナ部であり、第2のバーナ部2Bは、第2の熱交換器1Bに燃焼ガスを作用させるための暖房給湯用バーナ部である。ケース3内は、仕切り板30を介して、第1のバーナ部2Aの燃焼室と、第2のバーナ部2Bの燃焼室とに区画されている。第1および第2のバーナ部2A,2Bには、点火プラグ31が付属して設けられ、また第1および第2のバーナ部2A,2Bの着火を確認可能な炎検出用のフレームロッド(不図示)なども付属して設けられている。
燃料ガス供給路5は、開閉弁としての元弁Va、ガス圧制御弁としての比例弁Vb、および複数の個別開閉弁Vc(Vc1~Vc5)を備えている。この燃料ガス供給路5のうち、ガス比例弁Vbよりも下流側は、第1および第2のバーナ部2A,2Bの燃焼可能ブロックB1~B5に繋がるように分岐した複数の分岐路50とされており、この分岐路50に個別開閉弁Vcが設けられている。第1のバーナ部2Aの駆動燃焼は、個別開閉弁Vc1~Vc3の少なくともいずれか1つと元弁Vaとを開状態として行なわれ、第2のバーナ部2Bの駆動燃焼は、個別開閉弁Vc4,Vc5の少なくともいずれか1つと元弁Vaとを開状態として行なわれる。
制御部6は、マイクロコンピュータなどを用いて構成されており、元弁Va、比例弁Vb、および各個別開閉弁Vcなどの各部の動作制御や、各種のデータ処理を実行する。また、第1のバーナ部2Aを駆動燃焼させて、一般給湯動作を実行する際には、後述するように、所定の条件下において、第1のバーナ部2Aを間欠駆動燃焼状態とし、かつその際に暖房給湯動作(第2のバーナ部2Bへの着火動作)を行なうべき要求があったときには、第1および第2のバーナ部2A,2Bの着火時期を一致させる制御を実行するように構成されている。
図示説明は省略するが、第1の熱交換器1Aには、入水温度センサ、出湯温度センサ、および湯水の流量センサなどが付属して設けられ、かつこれらのセンサの検出信号は、制御部6に入力するように構成されている。さらに、一般給湯温度や暖房温度を設定するためのスイッチなどを備えたリモコン60が、制御部6に通信接続されている。
次に、前記した温水装置WHにおいて実行される動作処理手順、および作用の一例について、図2のフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、リモコン60が操作されるなどして、温水暖房をオンとする要求があると、制御部6は、その時点において一般給湯動作中であるか否かを判断する(S1:YES,S2)。この判断において、一般給湯動作中でないと判断された場合には、通常通りの温水暖房オン動作が実行される(S2:NO,S8)。ここで、通常通りの温水暖房オン動作とは、たとえば温水暖房をオンとする要求があった時点で、所定の温水暖房開始条件が満たされていれば、直ちに第2のバーナ部2Bを駆動燃焼させる動作が該当する。
また、温水暖房をオンとする要求があった時点で、第1のバーナ部2Aが駆動燃焼している場合、この第1のバーナ部2Aが間欠駆動燃焼状態にあるか否かが判断される(S2:YES,S3)。
ここで、間欠駆動燃焼状態は、たとえば第1のバーナ部2Aの目標燃焼号数が、この第1のバーナ部2Aの本来の最小号数よりも小さい号数である場合に設定される。
目標燃焼号数は、これをGtとすると、
Gt=(目標給湯温度-入水温度)×一般給湯流量/定数 の式により求めることができる。
本来の最小号数とは、第1のバーナ部2Aの火力を最小にした状態で連続的に駆動燃焼させた場合の燃焼号数である。
間欠駆動燃焼状態は、一般給湯動作中に一般給湯端末が操作されてその流量が絞られること、あるいは入水温度と目標給湯温度との差が小さいことなどの理由により、第1のバーナ部2Aの燃焼火力をただ単に最小にしただけでは、実際の出力号数を目標燃焼号数まで下げることができない場合に設定され、その際には、第1のバーナ部2Aは、間欠的に駆動燃焼される。実際の出力号数とは、これをGoとすると、
Go=(出湯温度-入水温度)×一般給湯流量/定数 の式により求めることができる。
間欠駆動燃焼状態時における第1のバーナ部2Aの具体的な駆動燃焼時間、および駆動燃焼停止時間(第1のバーナ部2Aのオン・オフのデューティ比)は、入水温度、湯水流量、目標給湯温度などのパラメータに応じて適宜最適な値が選択され、また前記パラメータの変化に対応して適宜変更される。
間欠駆動燃焼状態時においては、基本的には、図3(b)に示すように、第1のバーナ部2Aの駆動燃焼開始時(着火時)における比例弁Vbの弁開度a1が、着火完了後における比例弁Vbの弁開度a2よりも大きくされる。このように、着火時に燃料供給ガス圧が一時的に高くされることによって、着火の確実化、迅速化が図られている。
前記した間欠駆動燃焼状態にあるか否かの判断は、制御部6においては、目標燃焼号数に基づいてなされ、第1のバーナ部2Aの目標燃焼号数が、本来の最小号数(たとえば、2.4号)未満である場合には、第1のバーナ部2Aは間欠駆動燃焼状態にあると判断され、そうでない場合には間欠駆動燃焼状態にはないと判断される。
この判断において、第1のバーナ部2Aが間欠駆動燃焼状態にはないと判断された場合には、通常通りの温水暖房オン動作が実行される(S3:NO,S8)。
前記とは異なり、第1のバーナ部2Aが間欠駆動燃焼状態にあると判断された場合には、暖房給湯用の第2のバーナ部2Bの駆動燃焼開始条件が成立していることに加え、第1のバーナ部2Aの駆動燃焼開始条件(駆動燃焼停止状態から駆動燃焼再開状態への切替え条件)が成立した段階で、点火プラグ31がオンにされるとともに、複数の個別開閉弁Vcのいずれか(図1に示す構成では、点火プラグ31に対応する少なくとも個別開閉弁Vc2,Vc5)と、元弁Vaとが一斉に開状態とされる(S3:YES,S4:YES,S5:YES,S6,S7)。このことにより、第1および第2のバーナ部2A,2Bへの着火が同時になされ、これらの駆動燃焼が開始される。これ以降においては、第1およ
び第2のバーナ部2A,2Bは、通常通りに、それぞれ個別に制御される。
前記した制御によれば、図3(a)に示すように、第1のバーナ部2Aが間欠駆動燃焼状態している場合において、同図(c)に示すように、時刻t1に暖房給湯の要求があると、この時刻t1から時間Taが経過し、第1のバーナ部2Aの駆動燃焼が開始される時刻t2まで、第2のバーナ部2Bは待機状態となる(同図(d))。時刻t2になると、第1および第2のバーナ部2A,2Bは、同時に駆動燃焼を開始する。好ましくは、その際における比例弁Vbの弁開度a3は、先に述べた弁開度a1よりも大きくされる。
図4は、対比例を示している。この対比例においては、時刻t1に暖房給湯の要求があると、その時点で第2のバーナ部2Bへの着火を直ちに行なわせている。この対比例においては、第2のバーナ部2Bへの着火を確実に行なわせるべく、図4(b)の符号Naで示すように、時刻t1の直後に比例弁Vbの弁開度を高める制御が行なわれることとなるが、このことにより第1のバーナ部2Aへの燃料ガスの供給圧が変動し、第1のバーナ部2Aへの燃焼火力も変動する。その結果、一般給湯の湯水温度も変動する。
これに対し、図1~図3に示した本実施形態においては、前記したような一般給湯の湯水温度の変動を防止し、給湯温度を安定させることができる。なお、本実施形態においては、暖房給湯が開始される時期が、暖房給湯要求の時期から若干遅れたタイミングとなるが、暖房給湯であれば、その開始時期が若干遅れたとしても、とくに不具合はない。また、本実施形態によれば、対比例と比較して、点火プラグ31の駆動回数を少なくする利点も得られる。
図5は、暖房給湯要求の時刻t3が、第1のバーナ部2Aの駆動燃焼停止中である場合を示している。本実施形態の温水装置WHでは、このような場合においても、図3に示した場合と同様に、第2のバーナ部2Bの着火動作は、その後の第1のバーナ部2Aの着火時刻t4まで待機状態とされ、第1および第2のバーナ部2A,2Bは、同時に着火される。したがって、点火プラグ31の駆動回数を少なくすることが可能である。第1のバーナ部2Aの駆動燃焼状態が、第2のバーナ部2Bの駆動燃焼開始の影響を受けて不安定となることもない。
図6に示す動作制御においては、暖房給湯要求時刻t5が、第1のバーナ部2Aの駆動燃焼中である場合に、第2のバーナ部2Bの着火動作がある程度の時間だけ待機されているものの、その着火時刻t6は、第1のバーナ部2Aの着火時刻t7よりも前の駆動燃焼停止中とされている。
このような動作制御によれば、第1および第2のバーナ部2A,2Bの着火時期が不一致であるため、点火プラグ31の駆動回数を少なくする効果は得られないものの、第1のバーナ部2Aが駆動燃焼停止中のタイミングで第2のバーナ部2Bへの着火が行なわれるため、第1のバーナ部2Aの駆動燃焼状態が不安定になることはない。本発明においては、図6に示すような態様の制御を行なわせることもできる。
図7に示す動作制御においては、第1のバーナ部2Aが駆動燃焼停止中の時刻t8に、暖房給湯要求が生じている。これに対し、この暖房給湯要求が生じた時点で、第2のバーナ部2Bへの着火が即座に行なわれて、駆動燃焼が開始されている。
このような動作制御によれば、図6の場合と同様に、第1のバーナ部2Aの駆動燃焼停止中に第2のバーナ部2Bの駆動燃焼が開始されているため、第2のバーナ部2Bの駆動燃焼の開始が、第1のバーナ部2Aの駆動燃焼状態の不安定化を招くことはない。
このようなことから理解されるように、本発明においては、第1のバーナ部2Aが間欠駆動燃焼状態であっても、暖房給湯要求の時期が、第1のバーナ部2Aの駆動燃焼停止中である場合には、第2のバーナ部2Bの着火を待機させるようなことなく、即座に第2の
バーナ部2Bへの着火を行なわせる構成としてもよい。
ただし、第1のバーナ部2Aが駆動燃焼中および駆動燃焼停止中のいずれの時期であっても、第2のバーナ部2Aの着火時期を、第1のバーナ部2Aの駆動燃焼停止中(着火時期も含む)とする制御が、一律に実行されるようにすれば、動作制御の簡素化を図ることができる。
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る温水装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
本発明においては、第1および第2のバーナ部2A,2Bの着火時期を一致させるなど、これらの駆動燃焼のタイミングを一致させるための手段として、第1のバーナ部2Aの駆動制御を優先し、第1のバーナ部2Aの間欠駆動燃焼の駆動燃焼や駆動燃焼停止のタイミングに変化を与えることなく、このタイミングに第2のバーナ部2Bの着火時期を合わせることが好ましい。ただし、本発明はこれに限定されず、第2のバーナ部2Bの駆動制御を優先し、第1のバーナ部2Aをそれに対応させるようにしてもよい。
本発明でいう第2の熱交換器および第2のバーナ部は、暖房用に限定されず、これらは風呂追い焚き用であってもよい。暖房および風呂追い焚き用の第2のバーナ部の駆動燃焼は、連続でなくてもよく、間欠駆動燃焼であってもよい。また、第1の熱交換器および第1のバーナ部は、一般給湯用であるが、その具体的な給湯先は限定されない。本発明でいう一般給湯とは、暖房用や風呂追い焚き用とは異なり、湯水を一定の循環経路で循環させるのではなく、湯水を所望の給湯先(給湯栓)に向けて一方的に送出する給湯動作である。
WH 温水装置
Va 元弁
Vb 比例弁
Vc(Vc1~Vc5) 個別開閉弁
1A,1B 第1および第2の熱交換器
2A,2B 第1および第2のバーナ部
5 燃料ガス供給路
6 制御部(制御手段)

Claims (6)

  1. 一般給湯用の湯水が流通する第1の熱交換器に燃焼ガスを作用させるための第1のバーナ部と、
    暖房または風呂追い焚き用の湯水が流通する第2の熱交換器に燃焼ガスを作用させるための第2のバーナ部と、
    これら第1および第2のバーナ部への燃料ガス供給のオン・オフを制御可能であり、かつ前記第1のバーナ部の駆動状態として、前記第1の熱交換器から連続した出湯がなされている最中に、前記第1のバーナ部が駆動燃焼と駆動燃焼停止とを交互に繰り返す間欠駆動燃焼状態を設定可能な制御手段と、
    を備えている、温水装置であって、
    前記制御手段は、前記第2のバーナ部が非駆動燃焼状態である場合において、前記第1のバーナ部が前記間欠駆動燃焼状態における駆動燃焼中に、前記第2のバーナ部への着火を行なわせる旨の要求があったときには、前記第2のバーナ部の着火時期を、前記第1のバーナ部の前記間欠駆動燃焼状態における駆動燃焼停止中とする制御を実行するように構成されていることを特徴とする、温水装置。
  2. 請求項1に記載の温水装置であって、
    前記間欠駆動燃焼状態は、前記第1のバーナ部の目標燃焼号数が、前記第1のバーナ部を連続的に駆動燃焼させる場合の本来の最小号数よりも小さい号数である場合に設定される、温水装置。
  3. 請求項1または2に記載の温水装置であって、
    前記第2のバーナ部の着火時期を、前記第1のバーナ部の前記間欠駆動燃焼状態における駆動燃焼停止中とする制御は、前記第2のバーナ部への着火を行なわせる旨の要求があった後に、前記第1のバーナ部の駆動燃焼停止時期が到来するまで前記第2のバーナ部への着火を待機させる制御である、温水装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の温水装置であって、
    前記第2のバーナ部の着火時期を、前記第1のバーナ部の前記間欠駆動燃焼状態における駆動燃焼停止中とする制御として、前記第1および第2のバーナ部の着火時期を一致させる制御が実行されるように構成されている、温水装置。
  5. 請求項4に記載の温水装置であって、
    前記第1および第2のバーナ部の着火時期を一致させる制御は、前記第2のバーナ部への着火を行なわせる旨の要求が、前記第1のバーナ部の前記間欠駆動燃焼状態における駆動燃焼停止中にあった場合にも実行されるように構成されている、温水装置。
  6. 請求項1ないし5のいずれかに記載の温水装置であって、
    前記第1のバーナ部が前記間欠駆動燃焼状態にあるときに、前記第2のバーナ部への着火を行なわせる際の前記第1および第2のバーナ部への燃料ガス供給圧は、着火完了後の燃料ガス供給圧よりも高い圧力とされるように構成されている、温水装置。
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