JPH07103987B2

JPH07103987B2 - 給湯機

Info

Publication number: JPH07103987B2
Application number: JP2290698A
Authority: JP
Inventors: 義仁佐々木; 秀聡堀井
Original assignee: 阪神エレクトリック株式会社
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1990-10-30
Publication date: 1995-11-08
Anticipated expiration: 2010-11-08
Also published as: JPH04165209A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、複数種の燃料ガスに適応可能に設計されてい
る給湯機に対し、現に供給されているガスの種類を自動
的に弁別、判断することにより、一般にマイクロコンピ
ュータを含む制御装置が同一のハード構成であっても、
各ガス種に応じての最適な燃焼制御を計るための改良に
関する。

［従来の技術］従来例とは言っても最近の給湯機では、燃焼の制御にマ
イクロコンピュータを利用するようになってきており、
かなり高度な制御が可能となっている。また、熱交換器
についても、給湯用と風呂の追い焚き用等、それぞれに
専用に全部で複数個の熱交換器を持つものもある。本発
明では後述の所からも明らかなように、そうしたものに
も当然、適用可能ではあるが、理解のため、本項では比
較的基本的な形態を持つ従来の給湯システムにつき、第
２図に即して説明する。

図示の給湯機は一つの蛇口15で代表させた出湯口15から
必要に応じて出湯するための給湯用熱交換器11を有して
いる。この給湯用熱交換器11には、図中、矢印で“水”
と示されているように、水道配管からの水が通され、こ
の水は熱交換器11をバーナ12で加熱することで昇温され
る。

バーナ12には燃焼用燃料として燃料ガスが供給される
が、設置される場所により、実際に供給され得るガスの
種類（LP,6C等）は様々に異なる。

しかし、いずれのガス種ではあっても、構造的にはもち
ろん同様なものが要求され、ガス配管からのガスは元電
磁弁13を経た後、CPUと簡略表記されたマイクロコンピ
ュータ20の指令に基づき、給湯側に専用のガス流量調節
電磁弁（いわゆる比例弁）14により、そのときどきで最
適な供給量に制御されてバーナ12に送られ、また、バー
ナ12への空気量は、同様にマイクロコンピュータ20の指
令に基づき、電気的に制御可能なモータによって駆動さ
れるファン19により制御される。

一方、上記のように最適な燃焼制御をなすためにも、バ
ーナ12により選択的に加熱される熱交換器11中を通過す
るそのときどきの実際の水量Q_Hは流量センサ16により検
出され、また熱交換器11に入る前の水の温度T_Cは給水温
センサ17により、熱交換器11からの出湯温T_Hは出湯温セ
ンサ18によりそれぞれ検出されて、これらデータQ_H,T_C,
T_Hがマイクロコンピュータ20に与えられる。

その外、図示していないが、安全のためにバーナ12にて
所定通り着火がなされたか否か、ないしは現在、バーナ
12が燃焼中であるか否かを検出するためのフレーム・ロ
ッド等による炎検出センサとか、熱交換器11からの出湯
温度が異常に高くなった場合にこれを検出するハイ・リ
ミット・スイッチ等も設けられ、さらには制御性をより
一層高めるために、必要に応じ、ファン19が現に出力し
ている空気流量ないしは実際の回転数を検出して帰還制
御するためのセンサ等も組込まれる。

しかるに、このようなマイクロコンピュータ20を用いて
の制御をなすにも、供給されるガス種が異なれば、それ
に応じ、マイクロコンピュータ20のハード構成は例え同
一であったにしても、ソフト的には、すなわちプログラ
ムとか基礎データ等は、当該ガス種に応じた変更設定を
せねばならない。

ここで例えば、熱交換器11を通過する水ないし湯の流量
をQ_H、熱交換器11に与えられる水の温度である給水温を
T_C、熱交換器11にて加温された湯の温度である出湯温を
T_Hとすると、そのときの熱量値FFは、 FF＝Q_H（T_H−T_C）［Kcal/min］ …… として求められる。

しかるに、ガス種が異なれば、同じ熱交換器通過流量Q_H
の下で同じ流量のガスと同じ流量の空気をバーナ12に与
えても、昇温された湯の温度T_Hはガスの持つエネルギに
より異なってくる。換言すれば、出湯温T_Hを使用者が望
む設定温に極力保つべく制御するには、ガス種に応じ、
供給するガス量（結局は比例弁14の開度ないしこれに与
える電流値）や空気送給量（ファン回転数）等を変えね
ばならない。そうでないと、単に温度制御云々の問題に
は留まらず、不完全燃焼等の危険も生ずる。

しかるに従来は、ガス種ごとにハードウエアからして専
用の制御装置を用意するか、ハードウエア的にはほぼ同
様であってもプログラムや各種データをそれぞれのガス
種専用に設定したものを用意するか、あるいはまた、ス
イッチの操作により、少なくともいくつかの異なるガス
種間での変更設定が可能な制御装置を用意していた。

［発明が解決しようとする課題］しかし、ガス種ごとにハードウエアからして専用の構成
を有する制御装置を用いる場合には、それこそ、各ガス
種に応じた制御装置を一種類づつ開発、製造する必要が
あり、大いなる手間と開発資源の無駄を生じていた。

これに対し、内蔵のマイクロコンピュータに対するプロ
グラムやデータ等をガス種ごとに変更設定する場合に
は、上記よりは少しは合理化が計れるものの、逆にハー
ドウエア的に外見だけ見ると区別が付かないことがあ
り、誤搭載の危険が残っていた。違うガス種データが設
定されている制御装置を誤って他の給湯機に組込んでし
まうおそれが残っていたのである。

一方、少なくとも何種類かのガス種には一応、そのどれ
にも適用可能なように構成されており、実際に搭載され
る給湯機の設置環境に応じ、切換えスイッチにより、与
えられるガス種に対応したスイッチ位置を選択する手法
では、同一制御装置の流用性には最も富んではいるが、
やはり搭載時に人手によるスイッチ操作を要求すること
から、誤切換えを完全に防ぐことはできなかった。

そこで本発明は、少なくともいくつかのガス種間で同一
の制御装置を流用可能としながらも、各給湯機への制御
装置搭載時における人手による誤操作等の恐れをなく
し、搭載された給湯機に現に供給されるガス種を使用の
現場で実際に弁別することにより、制御装置に自動的に
ガス種データが与えられるように計ったものである。

［課題を解決するための手段］本発明では上記目的を達成するため、電源の供給を受け
ているときに熱交換器を通過する所定の流量以上の水流
の発生を検知すると熱交換器を加熱するバーナへの点火
動作を指令し、バーナにおける点火後はその時々で熱交
換器出力に要求される出湯温を満たすためにバーナに供
給するガス量を可変制御し、かつ、当該ガス供給量の可
変制御範囲は、与えられたガス種データに応じてガス種
ごとに異なる範囲とする燃焼制御装置を有する給湯機に
おいて、さらに下記構成要件〜を有する給湯機を提
案する。

電源の投入を検知することにより、点火動作が燃焼制
御装置に電源が投入された後の最初の点火動作であるか
否かを判断する点火回目の判断手段．点火回目の判断手段が最初の点火動作であると判断し
た場合、点火されたバーナに一定流量のガスと空気を供
給する供給量固定手段．バーナに一定流量のガスと空気が供給されている状態
下で熱交換器を通過する水流量と熱交換器への給水温、
及び熱交換器からの出湯温とに基づき、供給されている
ガスの種類を表すガス種データを弁別するガス種データ
弁別手段．弁別されたガス種データを記憶する記憶手段．記憶手段に記憶されたガス種データを上記の燃焼制御
装置に与えるガス種データ転送手段．本発明ではさらに、このような基本的構成要件群に加
え、バーナに一定流量のガスと空気が供給されていると
きには熱交換器を通過する水流量も一定流量に固定する
水流流量固定手段をさらに有する給湯機も提案し、ある
いはまた、上記の記憶手段は不揮発性メモリであって、
当該不揮発性メモリ内に既にガス種データが既に存在す
る場合、上記の点火回目の判断手段による判断は行なわ
ない（従って当然、供給量固定手段もガス種データ弁
別手段も動作せず、記憶手段内に記憶されている記
憶データも更新されない）給湯機も提案する。

［作用］本発明によると、燃焼制御装置に対するガス種の設定に
関し、従来例に認められたスイッチ操作のような人手操
作は不要であり、給湯機を最初に使用する時に自動的に
設定される。つまり、電源が投入された後の最初の点火
動作では、バーナに一定流量のガスと空気を与えること
により、熱交換器を通過する流量と熱交換器への給水
温、熱交換器からの出湯温に基づき、供給されているガ
スの種類が弁別される。このようなガス種データが得ら
れる理由は先に挙げた式により明らかである。

すなわち、使用者が蛇口等の出湯口を開いた後、流量Q_H
は比較的速やかにある値に一定するので、そのときの給
水温T_Cと出湯温T_Hとにより、当該式によって演算され
る値FFは、このときにバーナに現に与えられているガス
種ごとに異なる。換言すると、バーナに対し一定のガス
流量と空気量とを与えた状態の下での各ガス種ごとに予
想される値FFの各範囲は、例えば予めデータとして燃焼
制御装置に付属の不揮発性メモリ等に記憶しておくこと
ができるので、これを参照し、実際に演算された値FFが
どの範囲に属するものかにより、当該給湯機に現に印加
されているガス種を知ることができる。

そして、各給湯機ごとに現に与えられているガスの種類
を求めることができれば、これを記憶手段に記憶させ、
この記憶されたガス種データをその給湯機に組込まれて
いる燃焼制御装置に与えることで、以後は再びガス種デ
ータの判断を行なうことなく、当該燃焼制御装置をこの
ガス種データに対応する制御モードで稼動させることが
できる。

さらに、本発明の特定の態様に従い、上記においてガス
種データを求めるときには、熱交換器を通過する水流の
流量Q_Hも既知流量に固定すれば、上記式からして明ら
かなように、出湯温T_Hと給水温T_Cとの差を取るだけで
も、各ガス種に対応した弁別用データを得ることができ
る。

また、本発明のさらに別の態様に従い、弁別したガス種
データを格納する記憶手段として不揮発性メモリを使用
すると、途中停電があっても当該不揮発性メモリに既に
格納されているガス種データは揮発しないので、ガス種
データの弁別は、まさしく、機器が設置されて始めての
電源投入後のただ一回だけ行なえば良いようになる。

［実施例］以下、第１図に即し、本発明の実施例につき説明する。
ただし、本発明の適用可能な給湯機、ないし本発明によ
り改良可能な給湯機は、第２図に示された基本構成を持
つ限り、従来構造のほとんどのものがその対象となる。
換言すれば、追い焚きのための制御機構や、追い焚き専
用の熱交換器をさらに別途に有していたりしても、第２
図示のように給湯用の熱交換器がありさえすれば、本発
明の適用が可能である。そこで、本発明の実施例として
も、装置構成としては第２図示のものを借りて説明す
る。

本実施例装置でも、使用者が蛇口15等を捻る等して熱交
換器11中を通過する水流が発生したとき、流量センサ16
からの流量Q_Hのデータに基づき、CPUと簡略表記したマ
イクロコンピュータ20を含む燃焼制御装置が当該水流の
発生を検知するとバーナ12への点火動作を指令する。し
かし、マイクロコンピュータ20は、その点火動作が、自
身に対して電源が投入された後の最初の点火動作である
と判断した場合には、まずは比例弁14に一定電流I_Sを与
え、当該比例弁14の弁開度をある一定角度にして所定流
量のガスを供給する状態とし、同時にファン19にも当該
一定ガス流量に応じた所定の回転数R_Sで回転するように
電力を供給する。従って、この状態下で図示しない点火
機構により点火されたバーナ12における燃焼量は、現に
与えられている未知のガス種ごとに互いには異なるがそ
れぞれには特定の燃焼量FFとなる。こうしたことからま
ず、本実施例の場合、本願要旨構成中に言う点火回目の
判断手段（上記）及びガスと空気の供給量固定手段
（上記）もまた、燃焼制御手段を構成するマイクロコ
ンピュータ20を含んで実現されている。

このように一定流量のガスと空気が供給されている状態
は、経時的に見ると、第１図中、バーナへの点火時刻t₀
から後述する判定時刻t₁までの時間領域である「判定期
間」として示してある。

同様に、第１図中、時刻t₀以降の部分に示されているよ
うに、熱交換器11に一定ガス流量、一定空気流量の下で
各ガス種に応じた一定熱量FFが与えられると、そのとき
に熱交換器11に入る前の水の温度T_Cに応じ、出湯温セン
サ18により検出される出湯温T_Hは上昇を始め、やがて、
ある安定な値に収束する。

そこで、第１図中、時刻t₁で示されるように、時刻t₀か
ら出湯温データが安定すると思われる一定時間を予め定
めて置き、これをマイクロコンピュータ20を利用して計
測し終えた時刻t₁か、またはマイクロコンピュータ20に
より現に出湯温T_Hを監視してその値がほぼ安定になった
と判断した時点t₁で（流量データQ_Hや給水温データT_Cは
その前にすでに安定化しているのが普通である）、これ
ら各データQ_H,T_H,T_Cをマイクロコンピュータ20に取込
み、上記式の演算をなす。

この結果得られた実効的な出力熱量値FFは、実際にその
給湯機ないしバーナ12に与えられているガス種に応じて
変化し、かつ、各ガス種ごとにある範囲内に入る。

一方、本発明では、マイクロコンピュータ20を含む制御
装置に対し、予め、各ガス種ごとにこのときに予想され
る値FFの範囲を与えている。これは通常のように、ROM
ないしはプログラマブル・メモリの使用によって実現可
能である。

そこで、マイクロコンピュータ20では、演算したFF値を
予め記憶している各ガス種ごとの値範囲データ群と比較
し、これにより、自身が組込まれている給湯機に現に供
給されている燃料ガスの種類を求めることができる。こ
うしたことから、この実施例では、本願要旨構成中に言
うガス種データ弁別手段（上記）もまた、図示のマイ
クロコンピュータ20を含んで構成されていることにな
る。

このようにして、自身の組込まれている給湯機に供給さ
れているガス種データを得ることができれば、これを例
えばマイクロコンピュータ20に付属の揮発性メモリ等の
記憶手段（本願要旨構成中の記憶手段（上記）に相
当）に記憶させ、これを公知のマイクロコンピュータ内
データ転送手段（同じくガス種データ転送手段（上記
）に相当）により燃焼制御装置としてのマイクロコン
ピュータ20の制御モード切換え部分（プログラムないし
はデータ群の変更等、ソフト・ウエア的変更も含む）に
与えることで、第１図中の当該ガス種判定時刻t₁以降で
は、そのガス種ごとに、かつまたその給湯機の給湯能力
ごとに、その最大能力を有効に生かしながら、公知既存
のこの種の給湯機の燃焼制御におけると同様の燃焼制御
をなすことができる。

例えば、当該判定時刻t₁以降では、それまでの判定期間
中における一定値I_S,R_Sでのそれぞれの拘束を解き、そ
のときの流量Q_Hに応じてこの種給湯機の燃焼制御におけ
る通常の仕方に従い、比例弁電流やファン回転数等をそ
のガス種に最適な値に変更制御できるし、さらに模式的
に時刻t₂以降で示されるように、使用者が蛇口15の開き
具合を変更する等して流量が変化した場合には、これに
応じてそのガス種の下での給湯機の最大給湯能力を有効
利用し、さらに比例弁電流やファン回転数をそれぞれ最
適値に変更制御することができる。

もちろん、図示していないが、使用者により好みの出湯
温が設定可能なようになっている場合には（最近ではそ
れが普通であるが）、出湯温を当該設定温に極力維持す
るべく、制御装置は給湯機の燃焼制御を行なうことがで
きる。

しかるに、本発明に用いられるマイクロコンピュータを
含む制御装置は、上記機能を満たすためには、少なくと
も二種以上の燃料ガスのいずれにも対応可能なように予
め設計、製作されている必要はある。しかし、給湯機に
搭載後、制御装置は自分で、その給湯機に現に供給され
ている燃料ガスの種類を知ることができるので、人手に
よるガス種に応じた切換え操作等は不要となり、製造者
は気を使うこともなく、複数の機種群にあってどの機種
にも共通に用意されている制御装置を単に組込んで行け
ば良い。誤搭載のおそれからも逃れられるから、安全
性、信頼性も高まる。

また、現実的には、少なくとも二種以上どころか、この
種の給湯機に供給されることが予想される全てのガス種
に適応し得る制御装置も組むことができ、そのハードウ
エア構成は全く同一のまま、単にマイクロコンピュータ
を走らせるためのプログラムの内容、または利用するデ
ータ群の変更だけによってそれら全てのガス種に適応可
能でもあるので、こうした現実を踏まえた場合、本発明
の有効性はより一層、極まるものとなる。

また、本発明では、燃焼制御装置に電源が投入されたと
きの最初の点火回に関してのみ、ガス種データの弁別処
理をなしているが、これは極めて現実的な処理である。
燃焼制御装置に電源が投入されるときとは、給湯機が最
初に設置され、電源プラグが商用交流電源コンセントに
差し込まれたときとか、停電後の復旧時等があるが、い
ずれにしても、この電源投入後の最初の点火回において
求めたガス種データは、マイクロコンピュータ付属の揮
発性メモリに格納することにより、電源が断たれるま
で、制御装置は同じガス種データに基づいての燃焼制御
が可能となるので、各点火回ごとにガス種データを求め
直す場合に比し、当然のことながら、例えば出湯温を設
定温に持って行くための制御等は時間的に早くなる。

さらに、少なくとも電気的に書き込み可能、望ましくは
書替え可能な不揮発性メモリを使用すれば、それこそ給
湯機設置後、最初に電源の投入された最初の点火回にお
いてのみ、上記に従いガス種データを得、これをこの不
揮発性メモリに格納させることで、以後、例えば停電と
か電源プラグの抜き差し等、一旦は電源が途切れること
があっても、その復旧後にこのメモリ内容を読出すこと
により、再度の演算処理は不要となる。

なお、第１図中、時刻t₀からt₁までのガス種判定期間中
においては、図示していない流量弁により流量Q_Hをも一
定に絞る装置構成を採用することもでき、そのようにす
れば、上記式から明らかなように、ガス種データを求
める演算自体も、実際には出湯温T_Hと給水温T_Cとの差演
算のみで済み、より簡単化する。

［効果］本発明によれば、給湯機に組込まれた制御装置は自分で
その給湯機に供給されている燃料ガスの種類を判定し、
判定したガス種データに基づいて以後の燃焼制御を行な
う。使用者はその判定に一切、介在する必要がない。

したがって従来のように、給湯機に与えられる燃料ガス
の種類ごとにハードウエア的な装置構成自体からして各
機種専用の制御装置を用意せねばならない非合理もな
く、逆にハードウエア的には共通であっても複数機種間
での流用を考えたがために人手によるスイッチを設ける
必要があり、そのために誤操作を招くとか、装置の外観
は変わらないがために種類別の制御装置を誤搭載すると
いった懸念もなくなる。

また、ガス種データの弁別も、装置に電源が投入された
後の最初の点火回においてだけで良いので、各点火回ご
とに弁別する場合に比し、本来の給湯制御に関する制御
性を損なう虞れが少ない。

こうしたことから結局、本発明によると、給湯機の性能
を本質的には何等損なうことなく、その製造工程は飛躍
的に簡略化、合理化し、給湯機としての安全性、信頼性
も大いに高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス種判定時における各部の状態により本発明
の一実施例を説明する説明図，第２図は本発明を適用可能な給湯機の基本的構成部分の
説明図，である。図中、11は熱交換器、12はバーナ、13は元電磁弁、14は
比例弁、15は出湯口、16は流量センサ、17は給水温セン
サ、18は出湯温センサ、19はファン、20はマイクロコン
ピュータ、である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源の供給を受けているときに熱交換器を
通過する所定の流量以上の水流の発生は検知すると該熱
交換器を加熱するバーナへの点火動作を指令し、該バー
ナにおける点火後はその時々で上記熱交換器の出力に要
求される出湯温を満たすために該バーナに供給するガス
量を可変制御し、かつ、該ガス供給量の可変制御範囲
は、与えられたガス種データに応じて該ガス種ごとに異
なる範囲とする燃焼制御装置を有する給湯機であって；上記電源の投入を検知することにより、上記点火動作が
上記燃焼制御装置に該電源が投入された後の最初の点火
動作であるか否かを判断する点火回目の判断手段と；該点火回目の判断手段が上記最初の点火動作であると判
断した場合、点火された上記バーナに一定流量のガスと
空気を供給する供給量固定手段と；該バーナに該一定流量のガスと空気が供給されている状
態下で上記熱交換器を通過する水流量と該熱交換器への
給水温、及び該熱交換器からの出湯温とに基づき、上記
供給されている上記ガスの種類を表すガス種データを弁
別するガス種データ弁別手段と；該弁別されたガス種データを記憶する記憶手段と；該記憶手段に記憶されたガス種データを上記燃焼制御装
置に与えるガス種データ転送手段と；を有して成る給湯機。
【請求項２】上記バーナに上記一定流量のガスと空気が
供給されているときには上記熱交換器を通過する水流量
も一定流量に固定する水流流量固定手段をさらに有する
こと；を特徴とする請求項１に記載の給湯機。
【請求項３】上記記憶手段は不揮発性メモリであり；該不揮発性メモリ内に上記ガス種データが既に存在する
場合、上記点火回目の判断手段は上記判断を行なわない
こと；を特徴とする請求項１または２に記載の給湯機。