JPH0823415B2 - 給湯器の燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複数のバーナを備えた給湯器に関し、特に
必要加熱量に応じて使用するバーナ数を変更して、燃料
供給量を調節する給湯器の燃焼制御装置に関する。

［従来の技術］ 給湯器では、大給湯量に対応し、かつ、小給湯量にも
対応できるようにするために、例えば燃料供給量の調節
をする制御弁の下流で燃料管を分岐させて２器のバーナ
を設けるとともに、一方のバーナへの燃料管中には電磁
弁を設けて、使用状態に応じて電磁弁を開閉させてバー
ナの使用数を変更して、小加熱量から大加熱量まで自動
的に変更するものがある。

こうした給湯器では、バーナ数の切り替え後の安定性
を向上させるために、例えば実公昭63-30031号公報の考
案のように、バーナ数の切り替え後の制御弁の下流側の
負荷の変化を考慮して、バーナ数の切り替え時に、切り
替え後の燃料供給量が切り替え前と同じになるように制
御弁の開度を同時に変更するものがある。この結果、切
り替え前と切り替え後に同じ燃焼量が得られる。

また一方では、バーナへ燃焼用空気を供給するために
送風機を備え、送風機による送風量に合わせて燃料を供
給するために、例えば送風機の回転数を検出して、その
回転数に応じて制御弁の開度を決めて燃料を調節するよ
うにしたものがある。

［発明が解決しようとする課題］ このように、送風機を備えたガス給湯器では、送風機
の回転数を変更するために印加電圧を変更した場合に、
送風機の羽根車の慣性によって回転数が変化するのに遅
れが生じるため、直ぐには目的の回転数にはならない。
このため、バーナ数の切り替えが必要になったときに、
電磁弁の切替動作と燃料の変更動作とを同時に開始する
と、電磁弁は直ぐに作動を終了してバーナ数を切り替え
るが、燃料供給量を調節する制御弁は、送風機の回転数
の変化に応じてその開度が電磁弁の切替動作に遅れて変
更される。このため、例えば第８図に示すとおり、２器
のバーナを設け、１器のバーナから２器のバーナへ切り
替えられる場合には、破線１で示すとおり、１器のバー
ナにおける最大燃焼量から２器のバーナにおける最大燃
焼量付近まで一気に変化してしまい、その後送風機の回
転数が減少するのに伴って燃焼量が減少する。逆に、２
器のバーナから１器のバーナへの切り替えでは、破線Ｊ
に示すとおり、２器のバーナにおける最小燃焼量から１
器のバーナにおける最小燃焼量付近への変化して、その
後送風機の回転数の増大に伴って、次第に燃焼量が増大
する。

従って、加熱量の変化に連続性がなくなり、目的の加
熱量に対して、それぞれ過大の燃焼量や過少の燃焼量が
与えられることになるため、出湯温度が不安定になりや
すいという問題がある。

本発明は、複数バーナを使用した給湯器において、バ
ーナ数の切替時の燃焼量変化を少なくして、切替後の加
熱量不足や過剰加熱を少なくし、安定した出湯温度が得
られる給湯器の燃焼制御装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、熱交換器を通過する水を加熱するための複
数のバーナを備え、燃料供給量を調節するための比例弁
の下流で燃料管を分岐させて前記複数のバーナへ燃料を
それぞれ供給するとともに、分岐した燃料管に燃料供給
を停止するための電磁弁と、前記バーナへ燃焼用空気を
供給する送風機を設けた給湯器の燃焼制御装置におい
て、前記熱交換器から流出する湯水の温度を検知する温
度検知手段を備え、少なくとも前記温度検知手段の検知
温度に基づいて前記複数のバーナの必要加熱量を決定す
る加熱量決定手段と、該加熱量決定手段に決定された必
要加熱量に基づいて前記複数のバーナの使用数および前
記送風機の作動回転数を決定するバーナ数切替え制御手
段と、該バーナ数切替え制御手段に決定された作動回転
数に前記送風機を制御する送風機制御手段と、前記送風
機の検出回転数に基づいて前記比例弁を制御する比例弁
制御手段と、前記バーナ数切替え制御手段により決定さ
れるバーナ数が変更されたとき計時を開始する計時手段
と、該計時手段により所定時間の計時が終了したとき、
前記バーナ数切替え制御手段により決定されたバーナ数
に応じて前記電磁弁を開閉駆動する電磁弁駆動手段とを
具備することを技術的手段とする。

［作用］ 本発明では、熱交換器から流出する湯水の温度を検知
する温度検知手段の検知温度に基づいてバーナの必要加
熱量が決定され、この必要加熱量に応じてバーナの使用
数と送風機の作動回転数が決定される。

必要加熱量が変化し、バーナ数が切り替えられるとき
には、まず、計時手段による計時が始まるとともに送風
機の作動回転数が変更される。送風機の羽根車には慣性
があるため、送風機の実際の作動回転数の変更は、時間
をかけて行われる。比例弁は、この送風機の回転数の変
更動作に応じてバーナ数の切り替えの決定に遅れて、ま
た時間をかけて行われる。

バーナ数の切り替えが決定されてから所定時間が経過
すると、電磁弁の開閉駆動が行われて、バーナ数の切り
替えが完了する。

従って、電磁弁の切替後の燃料供給量が、比例弁の開
度変更動作前の燃料供給量に対して、大きく増大して過
剰になったり、減少量が大きくて不足したりすることが
少なく、その変化量が少なくなる。このため、燃料供給
量の変化は比較的連続したものとなり、バーナ数の切替
時の加熱量の変化が少なくなる。

［発明の効果］ 本発明では、電磁弁の開閉駆動が行われるのは、バー
ナ数の変更があってから所定時間が経過した後であり、
この所定時間の間に、送風機および比例弁の制御状態
は、新たな必要加熱量に対応したものに変更されてい
る。従って、バーナ数の切替え後に、加熱量が過剰にな
ったり、不足したりすることが少ない。このため、バー
ナ数の切替後の出湯温度の変化が少なくなる。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図に示すガス燃焼式給湯器１は、燃焼室を形成す
る燃焼器ケース10内に、複数のバーナを２列に配した２
連のバーナ群11が設けられている。燃焼器ケース10の下
方には、バーナ群11へ燃焼用空気を供給するための送風
機12が設けられている。燃焼器ケース10内のバーナ群11
の上方には、水管式の熱交換器13が設けられ、内部を通
過する水はバーナ群11による燃焼熱によって加熱され
る。燃焼器ケース10内のバーナ群11の近傍には、バーナ
群11を点火するスパーカ14と、バーナ群11の着火を検知
するフレームロッド15とが備えられている。また、燃焼
器ケース10の上方には、燃焼排ガスを外部へ排出するた
めの排気口２が設けられている。

バーナ群11の下方には、燃料ガスを各バーナ群11へそ
れぞれ供給するために２本のノズル管16が備えられ、各
ノズル管16には、２連のバーナ群11の各バーナにそれぞ
れ対応して燃料ガスを噴出する複数の燃料噴出口16aが
設けられている。

２本のノズル管16へ燃料供給源から燃料ガスを導く燃
料管20には、通電時に燃料ガスを通過させる元電磁弁21
および主電磁弁22、通電電流に応じて供給圧力を制御す
ることによって燃料ガスの供給量を調節するガバナ比例
弁23が上流側より順に設けられ、ガバナ比例弁23の下流
で燃料管20は分岐して、分岐した一方のガス管20aから
は一方のノズル管16へ直接燃料ガスが導かれ、分岐した
もう一方のガス管20bには、２連のバーナ群11のうちの
１連の燃焼を停止するために、バーナ数切替用の電磁弁
24が設けられ、燃料ガスは電磁弁24の開閉状態に応じて
他方のノズル管16へ導かれる。

図示しない水供給源から熱交換器13へ水を導く水供給
管17には、給湯水量を調節するための電動式水量制御装
置18、熱交換器を13を通過する水を検知する水流スイッ
チ19が上流側から順に備えられ、また熱交換器13の下流
の給湯管17aには、熱交換器13から流出する湯水の出湯
温度を検知する出湯温サーミスタ25がそれぞれ設けられ
ている。

制御装置30は、マイクロコンピュータを中心とする制
御回路からなるもので、第３図に示すとおり、点火制御
部31、温調制御部32、燃焼制御部33、水量制御部37の各
機能部により給湯器を制御する。

点火制御部31は、水流スイッチ19からの通水信号に応
じて、所定のシーケンスで送風機12、各電磁弁21、22お
よびスパーカ14を制御して、点火動作を開始するととも
に、通水信号が停止すると送風機12を停止し、各電磁弁
21、22を閉じて燃焼を停止する。

また、例えば、立ち消え等によってフレームロッド15
によって炎が検知されなくなると、各電磁弁21、22を閉
じて、燃料供給を停止して、ガス漏れを防止する。

温調制御部32は、コントローラ40の設定温度Tsetと、
出湯温サーミスタ25の検知温度Ｔとに基づいて、熱交換
器13を通過する水を、設定温度に加熱するための必要加
熱量（号数）を決定する。

燃焼制御部33は、切替制御部34、送風機制御部35、比
例弁制御部36の各機能部によって、温調制御部32で決定
された必要加熱量（号数）に応じて送風機12、ガバナ比
例弁23および電磁弁24を制御する。

切替制御部34は、温調制御部32で決定された必要加熱
量（号数）に応じて、バーナ数を決定し、それに応じて
各燃焼量決定する。

ここでは、電磁弁24が閉じられてバーナ群11の１連の
みで加熱する場合（以下「第１燃焼」とする）の燃焼領
域は、２号から８号の給湯が行われるよう設定されてお
り、電磁弁24が開かれて２連で加熱する場合（以下「第
２燃焼」とする）の燃焼領域は、４号から16号の給湯が
行われるように設定されている。

また、第１燃焼および第２燃焼におけるそれぞれの燃
焼量は、燃焼が行われるバーナ群11の数が変化すること
に伴って給湯器全体の熱効率が変化することから、使用
されるバーナ群11の数にそれぞれ対応してあらかじめ求
められた熱効率に基づいて決定され、同じ必要加熱量
（号数）に対するバーナ群11の燃焼量が異なって決定さ
れる。

この実施例では、第２燃焼は第１燃焼より熱効率が低
下し、第１燃焼および第２燃焼における必要加熱量（号
数）に対する各燃焼量特性は、第４図の実線Ａおよび実
線Ｂにそれぞれ示すとおり、同じ必要加熱量（号数）に
対する燃焼量は、第２燃焼の方が多くなる。

従って、第１燃焼および第２燃焼における決定燃焼量
に対するガバナ比例弁23の開度特性を、第５図の実線Ｃ
および実線Ｄにそれぞれ示すと、必要加熱量Qaのとき第
１燃焼から第２燃焼へ切り替えられる場合には、必要加
熱量Qaに対して第１燃焼におけるガバナ比例弁23の開度
θ₁maxは、第２燃焼では開度θ₂ｍに変更され、このと
きの燃焼量は、燃焼量a₁から燃焼量a₂へ変化する（a₁＜
a₂）。

逆に必要加熱量Qbのとき第２燃焼から第１燃焼へ切り
替えられる場合には、必要加熱量Qbに対して第２燃焼に
おけるガバナ比例弁23の開度θ₂minは、第１燃焼では開
度θ₁ｎに変更され、このときの燃焼量は、燃焼量b₂か
ら燃焼量b₁へ変化する（b₂＞b₁）。

この結果、ガバナ比例弁23はバーナ群11の各使用数に
おける熱効率に基づいた関係で必要加熱量（号数）に応
じて変更されることになる。第１燃焼および第２燃焼に
おける必要加熱量（号数）に対するガバナ比例弁23の開
度特性は、第６図の実線Ｅおよび実線Ｆにそれぞれ示す
とおり、バーナ群11の使用数が変更されても、各切り替
え後には使用数に関係なく同じ号数Ｍ、号数Ｎが得られ
る。

また、後述するとおり、ここでは、ガバナ比例弁23の
制御に先行して、決定された燃焼量に応じて送風機12へ
の印加電圧が制御され、検出される送風機12の回転数に
応じてガバナ比例弁23の電流値が制御されるため、第１
燃焼と第２燃焼との切替時には、送風機12の応答遅れが
生じ、そのためにガバナ比例弁23による燃料供給量の変
更が遅れ、その結果、過渡期には加熱量が不安定になり
やすい。

このため、送風機12およびガバナ比例弁23の実質的な
切替時と、電磁弁24の切替時とを同じタイミングで行う
ために、切替制御部34には、タイマ部34aが設けられ、
送風機12およびガバナ比例弁23の切り替えが開始されて
から所定時間t₀が経過してから電磁弁24の切り替えを行
うようにしている。この結果、送風機12の応答遅れによ
る影響を少なくすることができる。

このように、本実施例では、バーナ数の切り替えに伴
う出湯温度の変動が少なくできるようにしているが、そ
れでもなお、バーナ数が切り替えられた場合には、出湯
温度の変動を免れることができない。

そこで、バーナ数の切り替えがどうしても必要でない
ような場合には、できる限り切り替えを行わないように
するために、温調制御部32により決定される必要加熱量
が変化して、第１燃焼においては、必要加熱量が増加し
て第２燃焼への切替号数を越えた場合、第２燃焼におい
ては、決定加熱量が減少して第１燃焼への切替号数を下
回った場合を切替指令としたとき、この切替指令の継続
時間ｔをタイマ部34aによって計時して、継続時間ｔが
一定時間t₁以上になった場合には、切替制御を行い、継
続時間ｔが一定時間t₁に満たない場合には、切り替えを
行わないようにしている。

送風機制御部35は、温調制御部32で決定された必要加
熱量に基づいて、切替制御部34で決定される燃焼量に応
じて送風機12の印加電圧を決定して、送風機12を駆動す
る。

比例弁制御部36は、送風機12の回転数を検出して、送
風機12の作動状態に応じてガバナ比例弁23を通電し、適
正な空燃比を維持して燃料ガスを供給する。

水量制御部37は、入水温度に基づいて電動式水量制御
装置18の開度を調節し、加熱能力以上の水量が熱交換器
13内へ流入するのを制限する。

以上の構成からなる本実施例のガス給湯器の作動を第
７図に基づいて説明する。

使用者が図示しない給湯栓を操作して給湯が開始され
ると、水流スイッチ19によって通水が検知され、所定の
シーケンスで点火制御が行われる（ステップ１）。

着火がフレームロッド15によって検知されると、、温
調制御部32において必要加熱量が決定され、それに基づ
いて燃焼制御装置33が制御され、温調制御による燃焼が
行われる（ステップ２）。

温調による燃焼中に、必要加熱量が増減して、切替指
令となった場合には（ステップ３においてYES）、その
切替指令の継続時間ｔが計時される（ステップ４）。

切替指令が継続して出され、一定時間t₁以上の場合に
は（ステップ５においてYES）、切替制御（ステップ
６）が行われ、所定の切替動作が行われる。

このステップ６における切替制御において、切替制御
部34では、第１図に示すとおり、温調制御部32の決定加
熱量に応じて送風機12を駆動している送風機制御部35
へ、切替指令に応じて必要加熱量が変更され、送風機12
の回転数の変更が開始される（ステップ11）。

また、比例弁制御部36は、切替指令に応じて回転数が
変更された送風機12の回転数を検出して、送風機12の作
動に応じてガバナ比例弁23への通電電流値の変更が開始
される（ステップ12）。

これらの変更は、燃焼状態が不安定にならないように
するために徐々に行われ、また、この変更に際しては、
例えば火移りが安全にまた確実に行われるようにするた
めに、送風機制御部35と比例弁制御部36には切替制御部
34から補正信号が出されて、空燃比が変更される。

ガバナ比例弁23の変更が開始されると、タイマ34aが
計時を開始し、所定時間t₀が経過すると（ステップ1
3）、電磁弁24が切り替えられる（ステップ14）。

その後も、送風機12の回転数が変更され、送風機12の
回転数の変更が終了すると（ステップ15）、それに続い
てガバナ比例弁23の開度の変更が終了する（ステップ1
6）。

従って、ガバナ比例弁23の開度の変化に応じて、加熱
量は第８図の破線ＧあるいはＨに示すように変化するた
め、バーナ数の切替動作の開始として送風機12の回転数
が変更され始める直前の燃焼量と、電磁弁24が切り替え
られた直後の燃焼量との差が従来と比較して小さくなる
ため、切り替えに伴って加熱量が大きく不足したり、過
剰な加熱量が与えられることがない。

一方、切替指令が短時間で終了し、一定時間t₁に満た
ない場合には（ステップ５においてNO）、切替制御は行
われず、そのままのバーナ数で温調に応じて燃焼が行わ
れる。

以上のとおり、本発明によれば、複数のバーナを備
え、使用されるバーナ数が切り替えられる給湯器におい
て、バーナ数の切替時に、加熱量が余分に変化すること
がなく、従来に比べて連続的な変化を示すため、切替時
の出湯温度の変動が少なくなる。

本実施例では、出湯温度のみを検知したが、熱交換器
へ流入する水の温度を検知する入水温度サーミスタや流
入量を検出する流量センサを備えた給湯器でもよい。

本実施例では、ガス燃焼式の給湯器について述べた
が、石油等の他の燃料の場合にも同様に安定した給湯を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の切替制御の作動説明のための流れ
図、第２図は本実施例のガス給湯器の概略を示す構成
図、第３図は本発明の実施例を示すガス給湯器の制御装
置の機能的構成を示すブロック図、第４図は本実施例の
第１燃焼および第２燃焼における必要加熱量に対する各
燃焼量特性を示す特性図、第５図は本実施例の第１燃焼
と第２燃焼との切替時における燃焼量変化に対するガバ
ナ比例弁の開度特性を示す特性図、第６図は本実施例の
第１燃焼および第２燃焼における必要加熱量に対するガ
バナ比例弁の開度特性を示す特性図、第７図は本実施例
の作動説明のための流れ図、第８図は本実施例によるバ
ーナ数の切り替えの経過を示すためのガバナ比例弁の開
度と燃焼量との関係を従来のものと合わせて示した特性
図である。 図中、13……熱交換器、11……バーナ群（複数のバー
ナ）、20……燃料管、23……ガバナ比例弁（制御弁）、
24……電磁弁、25……出湯温サーミスタ（温度検知手
段）、30……制御装置（給湯器の燃焼制御装置）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換器を通過する水を加熱するための複
   数のバーナを備え、燃料供給量を調節するための比例弁
   の下流で燃料管を分岐させて前記複数のバーナへ燃料を
   それぞれ供給するとともに、分岐した燃料管に燃料供給
   を停止するための電磁弁と、前記バーナへ燃焼用空気を
   供給する送風機を設けた給湯器の燃焼制御装置におい
   て、 前記熱交換器から流出する湯水の温度を検知する温度検
   知手段を備え、少なくとも前記温度検知手段の検知温度
   に基づいて前記複数のバーナの必要加熱量を決定する加
   熱量決定手段と、 該加熱量決定手段に決定された必要加熱量に基づいて前
   記複数のバーナの使用数および前記送風機の作動回転数
   を決定するバーナ数切替え制御手段と、 該バーナ数切替え制御手段に決定された作動回転数に前
   記送風機を制御する送風機制御手段と、 前記送風機の検出回転数に基づいて前記比例弁を制御す
   る比例弁制御手段と、 前記バーナ数切替え制御手段により決定されるバーナ数
   が変更されたとき計時を開始する計時手段と、 該計時手段により所定時間の計時が終了したとき、前記
   バーナ数切替え制御手段により決定されたバーナ数に応
   じて前記電磁弁を開閉駆動する電磁弁駆動手段と を具備することを特徴とする給湯器の燃焼制御装置。