JPH083389B2 - 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
ナの使用数を変更するものがある。

こうした給湯器では、小給湯量から大給湯量まで任意
の給湯量が得られるようにするために、例えば実公昭60
−16843号公報の考案のように、１器のバーナの能力制
御領域と２器のバーナによる能力制御領域とに、それぞ
れ互いに重複した能力制御領域を設けて、出湯温度に応
じてバーナ点火数を切り替え、それぞれの能力制御領域
において燃焼量を制御するものがある。

また、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。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、ガス給湯器では、各バーナによる熱交換器へ
の加熱状態および燃焼室内の負荷状態は、使用されるバ
ーナ数によって変化するため、バーナの使用数によって
熱効率が変化する。従って、後者の考案のとおりバーナ
数の切り替え時に燃焼量が変化しないように制御弁の開
度を変更しても、熱効率の変化に伴って出湯温度が変化
してしまう。

また、各バーナ数の燃焼領域において、例えば、出湯
温度に基づいて燃焼量が決定され、それに基づいて燃焼
状態が制御される制御系が形成されている場合に、切り
替えが行われると、その後に新たな制御系が形成される
ため、そのまま同じ燃焼量が必要とされるとは限らな
い。このことは、熱効率を考慮して切り替え後の燃焼量
を決定しても同様である。

さらに、一般に、こうした２器のバーナを備えた給湯
器においては、バーナ数の切り替えをしなければならな
いのは、その時点での燃焼量が継続されると、加熱量に
大きな過不足が生じる場合である。

従って、バーナ数の切替限界の燃焼量で燃焼が継続さ
れている場合のように、例えば給湯水の脈流等によって
出湯温度が僅かに変化して、切り替えが必要な燃焼量が
瞬間的に要求される場合に切り替えが行われると、切り
替え後に新たな制御系が形成され、それに応じて燃焼量
が新たに決定されるため、かえって出湯温度の変動が大
きくなる場合が生じる。従って、このような場合には、
必ずしも切り替えは必要ない。

本発明は、複数バーナを使用した給湯器において、不
要なバーナ数の切り替えをなくして、安定した出湯温度
が得られる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制御弁
の下流で燃料管を分岐させてそれぞれ前記複数のバーナ
への燃料供給路とし、該燃料供給路に燃料供給を停止す
るための電磁弁を設けるとともに、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、該温
度検知手段の検知温度に基づいて前記制御弁の開度およ
び前記電磁弁の開閉制御を行う給湯器の燃料制御装置に
おいて、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による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よって決定された前
記必要加熱量が所定加熱量より大きい場合には前記複数
のバーナの使用数を多く決定し、前記所定加熱量より小
さい場合には前記複数のバーナの使用数を少なく決定す
るバーナ数決定手段と、該バーナ数決定手段によって決
定されたバーナ数が現状の使用バーナ数と異なり、それ
が所定時間継続したときに前記制御弁の開度調節および
前記開閉弁の開閉動作を行うバーナ数切替手段とを具備
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が温度
検知手段によって検知され、その検知温度に基づいて必
要加熱量が決定され、さらに、この必要加熱量に応じて
複数のバーナの使用数が決定される。

この決定されたバーナ数が現状の使用バーナ数と異な
り、それが所定時間継続した場合には、それに応じて電
磁弁が開閉されてバーナ数が切り替えられる。

現状の使用バーナ数と異なるバーナ数が決定されて
も、それが所定時間内に再び元のバーナ数に変化した場
合には、バーナ数の切り替えは行われず、そのままのバ
ーナ数で燃焼が継続される。

［発明の効果］ 本発明では、現状の使用バーナ数と異なるバーナ数が
決定されても、それが所定時間以上継続した場合のみに
バーナ数の切り替えが行われる。従って、現状の燃焼量
では加熱量が大きく不足あるいは過剰になるような場合
には、現状の使用バーナ数と異なるバーナ数が所定時間
以上継続して決定されるため、バーナ数が切り替えら
れ、確実に燃焼量を変更することができる。

また、各バーナ数における切替限界の燃焼量での燃焼
中に、例えば僅かな出湯温度の変化によって現状の使用
バーナ数と異なるバーナ数が僅かな時間のみに一時的に
決定されるような場合には、それに応じてバーナ数が切
り替えられるなく、現状のバーナ数での燃焼が継続され
る。このため、安定した出湯温度が得られる。また、こ
の場合には、加熱量の大きな過不足は生じない。

［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
各燃焼量を決定する。

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
１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
て燃焼制御部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
切替指令の経過時間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）、切替制御が行われ（ス
テップ６）、所定の切替動作が行われる。

従って、必要加熱量に対して、燃焼量が大きく過不足
を示すような場合には、確実に燃焼量を変更することが
できる。

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。

従って、例えば、切替限界での燃焼中に、水の脈流等
によって出湯温度が変化して、必要加熱量が僅かに変化
したような場合には、バーナ数の切替が行われないた
め、安定した出湯温度が得られる。また、このような場
合には、出湯温度は設定温度に対して大きな過不足を生
じる場合ではないため、実用上全く問題がない。

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、不要なバーナ数の切替がなくなるため、安定した出
湯温度が得られる。また、バーナ数の切替が必要な場合
には、確実に切替が行われるため、必要加熱量に応じた
燃焼量が得られる。

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
切り替え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である。 図中、11……バーナ群（複数のバーナ）、13……熱交換
器、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制御弁
   の下流で燃料管を分岐させてそれぞれ前記複数のバーナ
   への燃料供給路とし、該燃料供給路に燃料供給を停止す
   るための電磁弁を設けるとともに、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、該温
   度検知手段の検知温度に基づいて前記制御弁の開度およ
   び前記電磁弁の開閉制御を行う給湯器の燃焼制御装置に
   おいて、 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
   複数のバーナによる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よって決定された前記必要加熱量が
   所定加熱量より大きい場合には前記複数のバーナの使用
   数を多く決定し、前記所定加熱量より小さい場合には前
   記複数のバーナの使用数を少なく決定するバーナ数決定
   手段と、 該バーナ数決定手段によって決定されたバーナ数が現状
   の使用バーナ数と異なり、それが所定時間継続したとき
   に前記制御弁の開度調節および前記開閉弁の開閉動作を
   行うバーナ数切替手段と を具備することを特徴とする給湯器の燃焼制御装置。