JPH0560388A - 給湯器の燃焼制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再出湯時のオーバーシュートとアンダーシュ
ートを抑制し、温度差の小さい湯を出湯させる。 【構成】 再出湯時にガスバーナの着火を検知したとき
に、ガス量を着火時よりもα₁ だけ絞り、熱交換器内の
前回使用時の残り湯の過熱を防止し、出湯湯温のオーバ
ーシュートを抑制する。また、熱交換器内の残り湯がほ
ぼ出た直後に給水される水を設定温度に加熱する理論要
求熱量を越えた過剰のガス量をｔ₂ 時間供給して熱交換
器内に入り込んだ水を出る前に急速に加熱し、出湯湯温
のアンダーシュートを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、給湯器の再出湯時にお
ける湯温の変化を抑制する給湯器の燃焼制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は一般的な給湯器の模式構成を示し
たもので、燃焼室１内にはガスバーナ２が設置され、こ
のガスバーナ２の下側には給排気を行う燃焼ファン３が
設けられ、ガスバーナ２の上側には熱交換器４が設けら
れる。前記ガスバーナ２に通じるガス供給通路５には主
電磁弁６と副電磁弁７とガスの供給量を弁開量によって
制御する比例弁８が設けられており、また、熱交換器４
の入側には給水管10が接続され、この給水管10にはサー
ミスタ等の給水温度センサ11と、水の流れと給水水量
（出湯量）を検出する流量センサ13が設けられている。
また、熱交換器４の出側には給湯管14が接続されてお
り、この給湯管14の出側には水栓15が設けられている。
そして、熱交換器４の出口近傍にはサーミスタ等の出湯
湯温を検出する出湯温度センサ16が設けられている。

【０００３】前記給水温度センサ11と、流量センサ13
と、出湯温度センサ16との各検出信号は制御装置17に加
えられており、制御装置17はこれらの検出信号を受けて
給湯器の燃焼運転を行っている。

【０００４】すなわち、制御装置17は、水栓15が開けら
れて流量センサ13により給水水流が検知されたときに、
燃焼ファン３を回転する。続いて、主電磁弁６および副
電磁弁７を開け、燃料ガスをガスバーナ２に供給してイ
グナイタ電極18を駆動し、ガスの点火を行う。そして、
フレームロッド電極20から加えられる炎検知信号を受け
て着火を確認し、設定温度と出湯温度との差に対応させ
て比例弁８の弁開量を制御し、比例制御により出湯湯温
を設定温度に近づけるように燃焼量を制御するのであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図３にはこの種の給湯
器の出湯温度特性が示されている。この図の横軸は時間
を示し、縦軸は出湯温度センサ16で検出される出湯湯温
を示している。水栓15を開け給湯器を初期使用すると、
着火後に燃焼量の比例制御が行われ、時間の経過ととも
に出湯湯温が上昇し、所定の時間経過後に出湯湯温は設
定温度Ｔ_S に至る。

【０００６】この初期使用の後、水栓15を閉め、短時間
Δｔ経過後に水栓15を開けて再出湯すると、水栓15の出
口からはまず給湯管14内に溜まっていたややぬるめの湯
が出湯し、次に熱交換器４内に停滞している間に熱交換
器４によって過熱された設定温度Ｔ_S よりも高温のオー
バーシュートの湯（これを後沸きの湯という）が出湯
し、次に水栓15が開けられてから着火するまでの時間遅
れの間に熱交換器４内に入り込んだ設定温度Ｔ_S よりも
かなり低温のアンダーシュートの湯が出る。

【０００７】従来の給湯器は着火後に比例制御により燃
焼制御を行っているので、前回の使用時に熱交換器４内
に停滞していた後沸きの湯が熱交換器４から完全に出る
前に燃焼が行われると、後沸きの湯は燃焼熱を受けてさ
らに高くなり、オーバーシュートがより大きくなるとい
う現象があり、また、後沸きによるオーバーシュートの
湯が出湯湯温として検出されると、制御装置はこの検出
温度が設定温度Ｔ_S よりも高いためにガスの供給量を絞
るように比例弁８を制御するので、後沸きの湯の後に熱
交換器４内に入り込んだ水の加熱熱量が不足し、後沸き
の湯の次に出る湯のアンダーシュートが大きくなり、再
出湯時の湯の使用者は高温の湯に触れた直後に低温のア
ンダーシュートの湯に触れるという如く、熱い湯と冷た
い湯を交互に受け、非常に不快な思いをするという不具
合があった。

【０００８】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、給湯器の再出湯時に
生じるオーバーシュートとアンダーシュートを抑制し、
温度差の小さい湯を出湯することができる給湯器の燃焼
制御方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、第
１の発明の燃焼制御方法は、給湯器を使用した後、水栓
を開いて再出湯する際に、着火を検知してから再出湯前
の熱交換器内の残り湯が熱交換器からほぼ出るまでの区
間にかけて着火時よりも燃料のガス量を絞ることを特徴
として構成されており、また、第２の発明の燃焼制御方
法は、給湯器を使用した後、水栓を開いて再出湯する際
に、再出湯前の熱交換器内の残り湯が熱交換器からほぼ
出た直後に、給水される水を設定温度に加熱する理論要
求熱量を越える過剰のガス量を予め与えた所定の時間だ
け供給して出湯湯温のアンダーシュートを抑制すること
を特徴として構成されている。

【００１０】

【作用】上記構成の本発明において、給湯器の水栓を一
旦閉めた後に再び水栓を開けて湯を出湯する際には、再
出湯前の熱交換器内の残り湯が熱交換器からほぼ出るま
での区間にかけて燃料のガス量が絞られるので、熱交換
器内に残っている熱い湯がさらに過熱されることがな
く、オーバーシュートの上昇が抑制される。

【００１１】また、熱交換器内の残り湯が熱交換器から
ほぼ出た直後に過剰のガス量が予め与えた所定時間だけ
供給されることから、前記残り湯の後に熱交換器内に入
り込んだ水は急速に加熱され、出湯温度特性のアンダー
シュートの降下が抑制され、設定温度に対して温度差の
小さいほぼ安定した湯が出湯される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る給湯器の燃焼制御方法の
一実施例を図面に基づいて説明する。本実施例の方法が
適用される給湯器は前述した図２に示すものと同様であ
る。本実施例では制御装置17の燃焼制御方法が異なって
おり、従来例では、水栓を開けて再出湯するときに、着
火を検知したときから比例制御によって燃焼制御を行う
が、本実施例では、着火を検知してからオーバーシュー
トとアンダーシュートが現れる湯温の不安定な区間が過
ぎるまでフィードフォワード制御により燃焼運転を行
い、このフィードフォワード制御期間が過ぎた後には通
常の比例制御により燃焼運転を行うようにしていること
である。

【００１３】図１には本実施例において特徴的なフィー
ドフォワード制御方式による燃料ガスの供給制御方式が
出湯温度特性とともに示されている。本実施例では、給
湯器が使用されている途中で一旦水栓15を閉め、短時間
のうちに再び水栓15を開けて再出湯したとき、点火を経
て着火に至ったときに、制御装置17はフレームロッド電
極20からの炎検知信号を受けてガスバーナ２が着火状態
になったことを確認し、比例弁８の弁開量を絞り、ガス
バーナ２への燃料ガスの供給量を着火時のガス量よりも
α₁ だけ絞り、出湯前の熱交換器４の残り湯を過熱しな
い燃焼状態に保つ。このα₁ の値は燃焼火炎が不安定に
ならない範囲で熱交換器４内の残り湯を過熱しないほぼ
最小限の燃焼熱量となるように実験等によって設定され
る。

【００１４】この低熱量の燃焼状態は再出湯前の残り湯
が熱交換器４から流出されるまで継続される。この低熱
量燃焼の終点位置ｔ_E は、水栓15が開かれたときから、
流量センサ13の検出水量を累積演算し、熱交換器４内に
停滞していた残り湯の水量に等しい量だけ給水されたと
きに、残り湯が熱交換器４から完全に流出されたものと
判断し、低熱量燃焼の終点時ｔ_E とすることができる。
このｔ_E の時点になったとき、制御装置17は比例弁８の
弁開量を大きく開け、設定温度の湯を作り出すのに必要
な理論要求熱量（給水の水を設定温度Ｔ_S まで高めるの
に必要な理論値の熱量）よりもα₂ だけ過剰なガス量を
所定の時間ｔ₂ だけ供給する。この過剰ガス量は熱交換
器の残り湯が熱交換器４から流出する際に、熱交換器４
内に新しく入り込む水が出て行く直前に瞬間的に設定温
度Ｔ_S に高めるために供給されるもので、燃焼熱量を急
激に高めて出湯湯温のアンダーシュートを抑制しようと
するものである。

【００１５】前記余分のガス量α₂ を求める方法は、熱
交換器４の体積、給水温度、使用ガス種の熱量の大きさ
等の各種条件を考慮してα₂ を求める演算式を作り、こ
の演算式により求めるか、あるいは各種の条件を変えて
実験を行い、各条件ごとにアンダーシュートを抑制する
のに最適な値を見出し、これらの実験値に基づいて設定
することができる。また、過剰ガス量の供給期間ｔ₂ も
前記各種の条件を加味した演算式を作り、演算によって
求めたり、あるいは、前記各条件に応じてアンダーシュ
ートを抑制するのに最適な期間を実験によって求め、こ
の実験の蓄積結果に基づいてｔ₂ を設定することができ
る。この過剰ガス量による燃焼期間ｔ₂ が経過したとき
には、通常の比例制御に移行し、出湯温度と設定温度と
の差に応じて比例弁８の弁開量を制御して燃焼運転が行
われることになる。

【００１６】次に、本実施例の燃焼制御による出湯温度
特性について説明する。図１の（ａ）は本実施例の燃焼
制御方式による出湯温度特性を従来の燃焼制御方法によ
る出湯温度特性と比較した状態で示したもので、実線で
示す曲線は従来の方法による出湯温度特性を示し、オー
バーシュートとアンダーシュートの両域にかけて破線で
示す曲線は本実施例の燃焼制御方法による出湯温度特性
を表している。

【００１７】再出湯時に水栓15を開けると、前回使用時
の給湯管14に停滞していた湯がまず最初に出湯する。こ
の出湯湯温は前回水栓15が閉められてから次に水栓15が
開けられるまでの期間に給湯管14を通して放熱されるの
で、設定温度Ｔ_S よりもわずかにぬるい湯となる。次
に、熱交換器４内に停滞していた後沸きの温度の高い湯
が出るが、本実施例では着火後所定のｔ₁ 時間はガス量
が絞られて残り湯の過熱が防止されるので、従来例の出
湯湯温よりも破線で示すように低い温度となり、従来よ
りもオーバーシュートが抑制された湯となる。

【００１８】熱交換器４内に停滞していた残り湯が流出
した後にはその後に熱交換器４内に入り込んだ冷たい水
が出ようとするが、本実施例ではｔ₂ の期間にかけて過
剰なガス量によって燃焼運転が行われるので、熱交換器
４内に入り込んだ水は出る前に急速に加熱されるので、
アンダーシュートが大幅に抑制され、設定温度Ｔ_S より
もやや温度の低い湯温にすることができる。そして、ｔ
₂ の過剰燃焼が終了する時点では、出湯湯温はほぼ設定
温度Ｔ_S に一致して安定した状態となり、それ以降は通
常の比例制御により燃焼運転が行われ、設定温度Ｔ_S の
湯が安定に出湯することになる。

【００１９】本実施例によれば、再出湯時に着火が確認
された以降ｔ₁ の時間にかけてはガス量が絞られ、熱交
換器４内の残り湯の過熱が防止されるのでオーバーシュ
ートが効果的に抑制されることとなり、また、残り湯が
完全に流出して次に熱交換器４に入り込んだ水が出よう
とするときにはその直前で過剰燃焼されて設定温度近く
まで急速に加熱されるので、アンダーシュートが大幅に
抑制されることとなる。したがって、再出湯時には設定
温度に対して温度変化の小さい湯を出湯させることがで
き、洗髪や皿洗い等の湯の短時間での繰り返し断続使用
を行うときに不快な思いをすることなく水仕事を心地よ
く行うことが可能となる。

【００２０】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得るものである。ま
た、本発明の技術思想は石油燃焼式の給湯器においても
適用できるものである。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、給湯器を使用後一旦水
栓を閉めた後、次に水栓を再び開いて湯を断続使用する
ときには、再出湯時に、着火を検知してから熱交換器内
の残り湯が熱交換器からほぼ出るまでの区間にかけて着
火時よりも燃料のガス量を絞って燃焼が行われるから、
熱交換器内の残り湯が過熱されるということがなく、こ
れにより出湯湯温のオーバーシュートを効果的に抑制す
ることができる。

【００２２】また、熱交換器内の残り湯が熱交換器から
ほぼ出た直後にガス量を理論要求熱量を越えた過剰のガ
ス量によって所定時間燃焼を行うので、新しく熱交換器
内に入り込んだ水を瞬間的に設定温度に近く加熱するこ
とが可能となり、これにより出湯湯温のアンダーシュー
トを大幅に抑制することが可能となる。

【００２３】このように、再出湯時のオーバーシュート
やアンダーシュートを抑制することができるので、設定
温度に対して温度差の小さい湯を再出湯時の初期に出す
ことができ、これにより温度差の大きい熱い湯とぬるい
湯を交互に受けて不快な思いをすることがなくなり、心
地よく湯を断続使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る給湯器の燃焼制御方法の一例を出
湯温度特性とともに示す説明図である。

【図２】一般的な給湯器のシステム構成図である。

【図３】従来の給湯器の燃焼制御方法による出湯温度特
性の説明図である。

【符号の説明】

１ 燃焼室 ２ ガスバーナ ４ 熱交換器 ８ 比例弁 13 流量センサ 17 制御装置 20 フレームロッド電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給湯器を使用した後、水栓を開いて再出
   湯する際に、着火を検知してから再出湯前の熱交換器内
   の残り湯が熱交換器からほぼ出るまでの区間にかけて着
   火時よりも燃料のガス量を絞ることを特徴とする給湯器
   の燃焼制御方法。
2. 【請求項２】 給湯器を使用した後、水栓を開いて再出
   湯する際に、再出湯前の熱交換器内の残り湯が熱交換器
   からほぼ出た直後に、給水される水を設定温度に加熱す
   る理論要求熱量を越える過剰のガス量を予め与えた所定
   の時間だけ供給して出湯湯温のアンダーシュートを抑制
   する給湯器の燃焼制御方法。