JPH02161255A - 給湯器の加熱制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、木管式の熱交換器を備えた給湯器において加
熱手段を制御する加熱制御装置に関し、特に燃焼装置に
よって加熱する給湯器において効果的である。

［従来の技術］ 給湯器、例えば、熱交換器を通過する水をバーナによっ
て加熱するガス給湯器では、熱交換器の下流端に設けら
れた水栓を使用者が操作して、熱交換器内を水が通過す
ると、それが水量センサや水流スイッチによって検知さ
れ、水量センサ等の通水検知信号に基づいて燃焼が開始
され、逆に水栓が閉じられると、それに応じて燃焼が停
止される。

また、バーナによる加熱量は、使用者の希望に応じて設
定されるコントローラ（出湯温設定器〉の設定温度や、
熱交換器への入水温度、入水呈等に基づいて決定され、
決定された加熱量に基づいてバーナの燃焼量が制御され
る。

［発明が解決しようとする課題］ このように、通水信号に応じて燃焼が制御される給湯器
では、水栓の閉鎖によって熱交換器内に停滞した水は、
燃焼等の加熱作動が停止した後もバーナ等の余熱によっ
て加熱される（後沸き）。

こうした後沸き傾向は、燃焼室内にバーナプレートを配
した燃焼機器においては、バーナプレートや保炎フレー
ム等の温度が高くなりやすいため、特に顕著に現れる。

このため、使用者が給湯器の使用を一旦終了した後に再
び使用する場合には、熱交換器内にバーナ等の余熱によ
って加熱された水（湯）が残っているため、再使用の際
に通水信号に応じて再びバーナ等による加熱が行われる
と、熱交換器内の水はさらに加熱されることになり、給
湯される湯の温度は、設定温度より著しく高い出湯温と
なってしまい、設定温度によっては、使用者に大変な不
便を与えることがある。

本発明は、給湯器において、再使用時の際のこうした不
便さを解消し、さらに使いやすい給湯器を提供すること
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検知する通水検知手
段を備え、前記熱交換器を加熱するための加熱手段を制
御する給湯器の加熱制御装置において、該加熱制御装置
は、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、前記通水検知手段によって通水が検
知されてから前記加熱手段の加熱を開始するまでの時間
を、前記温度検知手段によって検知される温度に基づい
て決定することを技術的手段とする。

また、前記熱交換器を通過する水量を検出する水量検出
手段を備え、前記通水検知手段によって通水が検知され
てから前記加熱手段の加熱を開始するまでの時間を、前
記温度検知手段によって検知される温度および前記水量
検出手段によって検出される水量に基づいて決定すると
さらによい。

し作用］ 本発明の加熱制御装置では、熱交換器内を水が通過して
、それが通水検知手段によって検知されると、温度検知
手段によって検知される温度に基づいて加熱開始までの
時間が決定され、決定された時間が経過した後に加熱手
段の加熱が開始される。

また、水量検出手段を備えた場合には、通水検知手段に
よって通水が検知されると、温度検知手段によって検知
される温度と水量検出手段によって検出される温度に基
づいて加熱開始までの時間が決定され、決定された時間
が経過した後に加熱手段の加熱が開始される。

［発明の効果］ 本発明では、熱交換器を水が通過してから加熱開始まで
の時間が、熱交換器からの流出温度に基づいて決定され
るため、例えば給湯器を再使用する際に、熱交換器等の
余熱によって熱交換器内の水がすでに加熱されている場
合等の熱交換器内の水（湯）の温度が高い場合には、加
熱を遅らせることができる。

従って、熱交換器から流出する水（湯）の温度は、目的
温度から大きく離れることがなく、使用者に対して大き
な不便を与えることがない。

また水量検出手段を備えた場合には、熱交換器からの流
出温度と、さらに熱交換器を通過する水量に応じて加熱
開始までの時間が決定されるため、給湯水量が少なくて
熱交換器等の温度がすぐには下がらない場合には、加熱
開始を十分に遅らせることができ、逆に大量に給湯を行
う場合には、速やかに加熱を開始することができるため
、熱交換器の温度変化に対応した加熱開始を行うことが
できる。

［実施例コ 次に本発明の給湯器の温度制御装置を、実施例に基づき
説明する。

第２図にその概略を示すガス給湯器では、燃焼器１０は
、燃焼器ケース１の内部にバーナプレート１１が配され
、燃焼用空気を供給する送風機１２を備えている。送風
機１２は、モータによって回転される羽根車をスクロー
ルケーシング１２ａ内に備えたもので、送風機１２の作
動によって燃焼用空気がスクロールケーシング１２ａか
らバーナケースｌｌａへ供給される。スクロールケーシ
ング１２ａには燃料ガスを噴出するノズル１３が設けら
れ、燃焼器１０は、送風１ｌ１１２によって供給される
一次空気のみで燃焼する全−次空気燃焼を行い、燃焼ガ
スは図示しない排気口から燃焼器ケース１外へ排出され
る。

燃焼器ケース１内には、バーナプレート１１の近傍に、
火花放電を行うスパーカ１４、炎検知のためのフレーム
ロッド１５、燃焼温度を検知するサーモカップル１６が
それぞれ設けられている。

燃料ガスをノズル１３へ供給する燃料管２０には、上流
側から順に元電磁弁２１、主電磁弁２２、燃料ガスの下
流側の圧力を電流値に応じて調節す゛るガバナ比例弁２
３、燃料ガスを遮断するための電磁弁２４がそれぞれ設
けられ、電磁弁２４の上流と下流とはオリフィス２５を
備えた燃料管２０によって連通されている。オリフィス
２５は絞り性能を高めるために設けられたもので、電磁
弁２４が開状態の場合には、ノズル１３に代わってオリ
フィス２５によって燃料供給量が制限され、小燃焼量が
得られる。

木管３０は、図示しない水供給源および給湯口とそれぞ
れ接続された供給管３１および給湯管３１ａと、これら
の間を連通して設けられた熱交換器３２およびバイパス
管３２ａとからなり、供給管３１から供給される水の一
部は熱交換器３２を通過し、残りはバイパス管３２ａを
通過して給湯管３１ａへ導かれる。熱交換器３２および
バイパス管３２ａの合流部には、熱交換器３２によって
加熱される水と、バイパス管３２ａによってそのまま導
かれる水の割合を調節するバイパス弁３３が設けられて
いる。

供給管３１には上流側より水量制御弁３４、水量センサ
３５および入水温サーミスタ３６が、また熱交換器３２
の下流には加熱された湯水の温度を検知する熱交換サー
ミスタ３７が、さらに給湯管３１ａには出湯温サーミス
タ３８がそれぞれ備えられている。

制御装置４０は、マイクロコンピュータ〈以下「マイコ
ン」とする）を中心とするもので、第１図に示すとおり
、点火制御部４１、温調制ｍ部４２、燃焼制御部４３、
水量制御部４４の各機能部から構成され、さらに使用者
によって操作されるコントローラ５０および図示しない
安全回路を備え、それぞれ次のとおり機能する。

点火ｉ′Ｉ１１制御部４１は、水量センサ３５からのパ
ルス信号により、通水が検知されると、熱交換サーミス
タ３７によって検知される熱交換器３２から流出する水
（湯）の温度ＴｅＸに基づいて、燃焼を開始するまでの
時間、すなわち着火を遅らせる時間（遅延時間）ｔを計
算する。

ここでは、温度’ｔ’ｅｘが、 Ｔ　ＬＯＷ≦Ｔｅｘ≦ＴＩＩＩＧＩ にあるとき、この温度Ｔｅｘに基づいて、遅延時間ｔを
、例えば、 ｔ　＝　（Ｔｅｘ−’ｌ”ｂａｓｅ）　・ｈ（ここで、
Ｔ　ｂａｓｅは遅延時間ｔを決定するための基準温度、
ｈは係数である） で計算し、上記の遅延時間ｔが経過したときに元電磁弁
２１および主電磁弁２２をともに開状態にして点火を行
う。

従って、熱交換器３２がバーナプレート１１等の燃焼器
１０の余熱によって加熱されている場合には、重ねて加
熱が行われない。

この遅延時間ｔは、第３図に示すとおり、熱交換サーミ
スタ３７によって検知される温度Ｔｅｘに応じて、その
温度が高い程長く設定され、ここでは遅延時間ｔの最大
値を約５秒に設定している。

このため、後沸きを防止するとともに、熱交換器３２の
温度が下がる前に再点火が行われるため、出湯温度が下
がることがない。

点火制御部４１は、通水検知に応じて送風機１２を作動
させてブリパージを行うとともに、スパーカ１４を作動
させて火花放電を行い、上記の遅延時間ｔが経過したと
きに元電磁弁２１および主電磁弁２２をともに開状態に
して点火を行う。

点火作動によって着火すると、フレームロッド１５によ
って検知され、着火検知後に燃焼器１０の燃焼状態が安
定するための所定時間が経過すると、設定温度等に基づ
いて燃焼量の制御が行われる。

温調制御部４２は、木管３０に配された各サーミスタの
抵抗値から得られる温度信号と、水管３０内を通過する
水量に応じて発生される水量センサ３５からのパルス信
号およびコントローラ５０による設定温度’ｒｓｅｔに
基づいて熱交換器３２が水を目的温度に加熱するために
必要な燃焼量Ｑを決定する。

ここでは、運転開始後に出湯温サーミスタ３８で検知さ
れる出湯温度］’ｏｕｔが、設定温度’ｌ”ｓｅｔに対
して所定条件になるまでの間には、フィードフォワード
制御（ＦＦ制御）が行われ、出湯温度Ｔｏｕｔが設定温
度ＴＳｅｔに対して所定条件の範囲内になると、フィー
ドバック制御（ＦＢ制御）が行われる。

ＦＦ制御としては、コントローラ５０による設定温度”
ｔ”ｓｅｔ　、入水温サーミスタ３６で検知される入水
温度’Ｉ゛ｉｎ、水量センサ３５で検知される入水量Ｗ
、熱交換率１　／ｅｒｒとから、ＱＦＦ（’ｌ”ｓｅｔ
　−Ｔ’ｉｎ）　ｘＷ／ｅｆｆで、ＦＦ制御における必
要燃焼量ＱＦＦを計算し、この必要燃焼量ＱＦＦに基づ
いて燃焼量Ｑを決定する。　　　　　　　− また、ＦＢ制御としては、出湯温サーミスタ３８で検知
される出湯温度’ｒｏｕｔ　、入水温度’Ｉ’ｉｎ、入
水量Ｗとから、 ｑ＝　（’ｌ’ｏｕｔ　−Ｔｉｎ）　ｘＷで、燃焼器１
０の実際の加熱ｉｑを計算し、必要燃焼量ＱＦＦと加熱
量ｑとから、燃焼量Ｑを決定する。

燃焼制御部４３は、上記温調制御部４２で得られた燃焼
量Ｑに基づいて、送風機１２およびガバナ比例弁２３を
制御する。

送風機１２への制御電圧は、燃焼、ｆｌＱに対応したデ
ータが、使用されるガス種に応じてマイクロコンピュー
タの演算処理により読み出され、送風機１２には、同じ
燃焼ＪｉＱ１〜Ｑ２に対応して、例えば都市ガス（６Ｃ
）、天然ガス（１３Ａ）、プロパンガス（ＬＰＧ）では
、第４図の実線Ａ、Ｂ、Ｃに示すとおり、ガス種に応じ
て異なった電圧範囲■１〜■２、■３〜■４、■５〜Ｖ
６で制御電圧が印加され、それぞれ異なった回転数で駆
動される。また点火時には、緩点火燃焼ＩＬＱａに対応
して、各ガス種毎にそれぞれ実線Ａ、Ｂ、Ｃ中の点ａ、
ｂ、ｃで示される電圧値Ｖａ、ｖｂ。

Ｖｃが印加され、送風機１２は緩点火制御される。

またガバナ比例弁２３への通電電流値は、検出される送
風機１２の回転数に基づいて、対応したデータが使用さ
れるガス種に応じてマイコンの演算処理により読み出さ
れ、ガバナ比例弁２３には、第５図の実線り、Ｅ、Ｆに
それぞれ示すとおり、異なった回転数Ｎ１〜Ｎ２、回転
数Ｎ３〜Ｎ４、回転数Ｎ５〜Ｎ６にそれぞれ対応して、
燃焼１ｉＱが得られるように、それぞれ異なった電流値
１１〜Ｉ２、電流値Ｉ３〜Ｉ４、電流値Ｉ５・〜Ｉ６が
与えられる。

また、点火時には、緩点火燃焼量Ｑａに対応するように
、各ガス種毎にそれぞれ実線り、Ｅ、Ｆ中の点ｄ、ｅ、
ｆで示される電流値１ｄ、Ｉｅ、Ｉｆが通電され、ガバ
ナ比例弁２３は緩点火制御される。

さらに、燃焼制御では、燃焼温度に応じて出力されるサ
ーモカップル１６の出力電圧に基づいて空燃比の誤差を
求め、それに基づいて送風機１２の印加電圧を補正し、
供給される燃焼用空気量を補正することにより、適正な
空燃比に維持する。

また、補正によって変化した送風機１２の回転数に対応
して、ガバナ比例弁２３への電流値を修正する。

水量制御部４４は、水量制御では、入水温サーミスタ３
６によって検知される入水温度に基づいて、バイパス弁
３３の開度および水産制御弁３４の開度を調節し、加熱
能力以上の水量が熱交換器３２内へ流入するのを制限す
る。なお、各開度の検出は図示しないポテンショメータ
により行われる。

以上の構成からなる本実施例のガス給湯器は次のとおり
作動する。

使用者がコントローラ５０によって設定温度Ｔｓｅｔを
設定し、図示しない水栓を挽作すると、供給管３１によ
って供給される水は、水量制御弁３４、水量センサ３５
を通過して、熱交換器３２およびバイパス管３２ａへ流
入し、バイパス弁３３でそれぞれの流出量が調節されて
、給湯管３１ａを介して図示しない給湯口から流出する
。供給管３１内の水の通過が水量センサ３５で検知され
ると、送風機１２が緩点火制御された回転数で回転を開
始する。

また、水量センサ３５からの信号に基づいて点火制御が
開始され、スパーカ１４に火花放電が行われる。このと
き同時に、熱交換器３２から流出する水（湯）の温度］
゛ｅ×が熱交換サーミスタ３７によって検知され、その
温度Ｔｅｘに基づいて、遅延時間ｔが決定される。この
遅延時間ｔが経過して元電磁弁２１および主電磁弁２２
が開状態にされ、ガバナ比例弁２３にガス種に応じた所
定の緩点火電流値が通電されると、ノズル１３からは緩
点火燃焼量Ｑａに応じた燃料ガスが噴出し、燃焼用空気
と混合され、スパーカ１４によって点火され、安全かつ
確実に着火する。

従って、例えば、第６図に示すように、時間ｔ１で一旦
給湯を終えた後に、時間ｔ２で再び給湯を開始したとき
に、熱交換器３２内の水が後沸き状態にある場合には、
加熱開始が時間上３まで遅らされるため、熱交換器３２
を流出する湯の温度Ｔｅｘと、給湯管３１ａから出湯温
度’ｌ’ｏｕｔは、それぞれ実線Ｈ，Ｉに示すとおり後
沸きによる温度士、昇のみを呈して変化し、水に対して
過剰な加熱が行われないため、破線Ｊ、Ｋにそれぞれ示
す従来の場合のように、温度’ｌ”ｅｘ、出湯温度’ｉ
’ｏｕｔが異常に高くなることがない、このため、使用
者が不便を被ることがなく、非常に安心して給湯するこ
とができる。また、遅延時間ｔは、温度Ｔｅｘに基づい
て決定され、熱交換器３２からの流出温度Ｔｅｘが下が
る前に点火することができるため、出湯温度’ｌ’ｏｕ
ｔが下がることがない。

着火がフレームロッド１５によって検知されると、コン
トローラ５０、各センサおよびサーミスタの信号に基づ
いてＦＦ制御の燃焼１ＱＦＦが計算され、それに基づい
て送風８１１２、ガバナ比例弁２３がが制御され、燃焼
ＩＱＦＦに応じた燃料ガスが供給される。

その後、出湯温度Ｔｏｕｔが所定条件になると、出湯温
度’ｔ’ｏｕｔに基づいてフィードバック制御が行われ
、出湯温度’ｒ”ｏｕｔ等に基づいて実際の加熱量ｑが
求められ、フィードバック制御における燃焼ＪＩＱが決
定される。

以上のとおり、本実施例のガス給湯器では、熱交換器か
らの流出温度に基づいて、加熱開始までの時間が決定さ
れて、その時間が経過した後に始めて加熱が行われるた
め、出湯温度が高くなり過ぎることがなく、安心して使
用することができる。

次に本発明の第２実施例について説明する。

第２実施例では、遅延時間しを前述の熱交換サーミスタ
３７の検知温度Ｔｅｘのみによって決定しないで、検知
温度’１’　ｅｘと熱交換器３２内を通過する水量とに
応じて決定する。

ここでは、温度’１’　ｅＸが、上記の実施例と同様に
Ｔ　ＬＯＷ≦ＴｅＸ≦Ｔｌｌｌ０）Ｉにあるとき、この
温度１”ｅｘと水量センサ３５によって検出される水量
Ｗとに基づいて、遅延時間ｔを、例えば、 ｔ　二ｇ　−＜　１’ｅｘ−Ｔｂａｓｅ）　７ｗ（’ｒ
ｂａｓｅは基準温度、ｇは係数）で計算する。

この結果、第７図に示すとおり、標準水１Ｗｌｉｄにお
いて設定される遅延時間ｔを実線して示すと、水栓が全
開状態のときのように最大水ＪｉＷｍａＸ場合には、実
線Ｍのように比較的短い遅延時間ｔが設定され、最小水
量Ｗａ＋ｉｎの場合には、実線Ｎのように長めの遅延時
間ｔが設定される。

従って、熱交換器の温度変化に対応した加熱開始を行う
ことができ、熱交換器３２を通過する水量Ｗが多くて、
熱交換器３２の温度が早く低下する場合には短時間で加
熱が再開されるため出湯温度が下がりに＜＜、水量Ｗが
少なく゛〔熱交換器３２の温度がなかなか下がらない場
合には、熱交換器３２の温度が下がるまで、加熱開始が
遅れることになるため、過剰に加熱された出湯水が流出
することかない。

以上の各実施例では、熱交換サーミスタの検知温度と基
準温度との温度差に基づいて、その温度差に応じて遅延
時間を決定したが、コントローラによる設定温度と熱交
換サーミスタの検知温度との温度差に基づいて、その温
度差に応じて遅延時間を決定してもよい、また、各温度
差が一定値以上ある場合にのみ、所定時間（固定時間）
遅らせるようにしてもよい。

以上の実施例では、水量センサを通水検知手段としたが
、水流スイッチでもよい。

以上の実施例では、ガス給湯器を示したが、加熱源はガ
ス、石油等による燃焼機器に限定されず、電気加熱によ
るものでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すガス給湯器の制御装置の
機能的構成を示す機能ブロック図、第２図は本実施例の
ガス給湯器の構成を示す概略図、第３図は本実施例にお
ける熱交換サーミスタの検知温度と遅延時間との関係を
示す特性図、第４図は本実施例の制御装置の作動説明の
ための、決定される燃焼量と送風機への印加電圧との関
係を示す特性図、第５図は送風機の回転数と比例弁の電
流との関係を示す特性図、第６図は本発明における加熱
状態を説明するためのタイムチャート、第７図は本発明
の第２実施例における熱交換サーミスタの検知温度と遅
延時間との関係を各水量に応じて示す特性図である。 図中、３５・・・水量センサ（通水検知手段、水量検出
手段）、３７・・・熱交換サーミスタ（温度検知手段）
、４０・・・制御装置（加熱制御装置）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）熱交換器を通過する水を検知する通水検知手段を備
   え、前記熱交換器を加熱するための加熱手段を制御する
   給湯器の加熱制御装置において、該加熱制御装置は、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、前記通水検知手段によって通水が検知され
   てから前記加熱手段の加熱を開始するまでの時間を、前
   記温度検知手段によって検知される温度に基づいて決定
   することを特徴とする給湯器の加熱制御装置。 ２）前記加熱制御装置は、前記熱交換器を通過する水量
   を検出する水量検出手段を備え、前記通水検知手段によ
   って通水が検知されてから前記加熱手段の加熱を開始す
   るまでの時間を、前記温度検知手段によつて検知される
   温度および前記水量検出手段によって検出される水量に
   基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の給湯
   器の加熱制御装置。