JP2990665B2

JP2990665B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP2990665B2
Application number: JP9242422A
Authority: JP
Inventors: 義文内▲勢▼; 隆之釘谷
Original assignee: HANSHIN EREKUTORITSUKU KK
Current assignee: HANSHIN EREKUTORITSUKU KK
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 1999-12-13
Anticipated expiration: 2017-09-08
Also published as: JPH1183008A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は給湯装置に関し、特
に、熱交換器とそれを加熱するバーナとを有し、バーナ
の連続燃焼のみではなく、必要に応じてはバーナのオン
オフ燃焼制御により希望の設定温の温水を得る給湯装置
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】瞬間式熱交換器とこれを加熱するバーナ
を備え、通常はバーナを燃焼させ続けた状態で出湯温So
utがその時に設定されている設定温Ssetとなるように燃
焼量を比例制御するが、設定温Ssetが比較的低く設定さ
れた結果、出湯温Soutを設定温Ssetとするためにその時
に要求される必要燃焼熱量Fdemが、バーナを最低の燃焼
量で燃焼させたとしてもその時に得られてしまう熱量よ
り下回る場合には、バーナを連続燃焼させるのを止め、
最低燃焼量でオンオフさせる給湯装置がある。もちろ
ん、バーナの「オン」とはバーナが燃焼していることで
あり、「オフ」とは消火されていることであるが、ここ
ではフィードフォワード制御が採られ、予め定めた一定
温度未満の給湯温度が設定されると、当該設定温Ssetと
入水温Sin、そして熱交換器内を流れる流量Fwとから、設
定温での給湯を行うために必要な必要燃焼熱量Fdem（＝
（Sset−Sin)Fw）が演算され、さらにその必要燃焼熱量
から、所定の周期ごとにこれを得るために必要な燃焼オ
ン時間t1と燃焼オフ時間t2が演算され、バーナはその結
果に従って燃焼のオンオフを繰返す。

【０００３】これに対し、演算により予めオン時間t1や
オフ時間t2を決めるのではなく、熱交換器の途中に温度
検出器を設け、この温度検出器の検出温度Sdetでオンオ
フの判定を行い、判定温度Sdecよりも実際の検出温度Sd
etが高くなるとバーナをオフにし、下回ると再びオンに
するという方式もある。この場合の判定温度Sdecは、制
御開始時には設定温度Ssetとしておき、オンオフ燃焼を
繰り返し行う間に、実際の出湯温度Soutを監視してお
き、これを平均した温度と設定温度Ssetとの差の数％を
判定温度Sdecに加算して新たな判定温度Sdecとし、これ
を境にしての実質的なオンオフフィードバック制御を行
うようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、最初に述べ
た従来法では、燃焼オン時間t1のカウント開始時刻は燃
焼部に取り付けられた炎検知器による炎検知時としてい
るため、バーナ着火から炎検知に至るまでの時間は燃焼
がなされているにも拘らず、燃焼オン時間t1の中には入
っていなかった。そのため、正確な温度制御は必ずしも
できず、そうかと言って、着火から炎検知までの時間は
その度毎に異なるのが普通なので、これを一定時間とし
て予め見込んでおくこともできなかった。しかも通常、
着火時は燃焼入力を高めにして着火を行うので、結局、
熱量が過剰となって、実際の給湯温度が設定温を越えて
しまいがちだった。また、フィードフォワードでの制御
となるため、径年変化などにより、熱交換効率が変化し
た際にもこれに対応できず、設定温での出湯が得られな
くなる欠点があった。

【０００５】これに対し、判定温度でのオンオフ制御を
行う従来の第二の方法でも、当然のことながら、熱交換
器の途中に設けた温度検出器よりも下流側の熱量が過剰
となり、出湯温度のハンチングを大きくする原因となっ
ていた。出湯温によるフィードバックを掛けてはいる
が、温度差の何％をフィードバックして良いのかを認識
する術がなく、徐々にフィードバックすることとなり、
出湯温度が収束するまでの時間が非常に長くなる欠点を
有していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するため、熱交換器とそれを加熱するバーナとを有
し、その時に必要な必要燃焼熱量がバーナの連続燃焼で
の最低燃焼熱量を下回った時にはバーナをオンオフする
ことで制御する給湯装置において、熱交換器内の流路途
中に温度センサを設け、この温度センサを境にしてその
上流と下流とに熱交換器が二つ有ると考える。ここで、
入水口から温度センサまでの上流側を第一熱交換部、温
度センサから出湯口までの下流側を第二熱交換部とする
ならば、予め設計段階で求め得る第一、第二熱交換部の
熱交換効率の比により、設定温の出湯を得るために必要
な必要燃焼熱量を分割して上流側の第一熱交換部で得る
べき熱量を求め、算出した熱量でその時の流量における
上昇温度を求め、これに入水温を加算した温度を判定温
度とする。そして、熱交換器途中の温度センサの検出す
る検出温度が当該判定温度を越えた時にはバーナをオ
フ、下回った時にはオンとする。

【０００７】このような基本構成の下、本発明の下位態
様においては、第一、第二の熱交換器効率の比を、その
時々の流量に応じて予め求めておいた値を用いる構成
や、これに加えて、あるいはこれに代えて、その時々の
必要燃焼熱量に応じて予め求めておいた値を用いる構成
も提案する。第一、第二熱交換部の熱交換効率の比は、
必ずしも常に一定ではなく、流量やその時々の燃焼量に
より変わることがあり得ることが、本発明者の研究によ
り分かったからである。

【０００８】また、実際の出湯温を検出して、その平均
に基づき判定温度を補正するフィードバック制御を採用
することもできるし、さらには、設定温、入水温、流
量、実際の出湯温、及び熱交換器内の流路途中に設けた
温度センサの検出温度により、予め求めておいた第一、
第二熱交換部の熱交換効率の比を補正、更新することも
提案する。これはいわゆる学習補正であり、径年変化等
により第一、第二熱交換部の熱交換効率比が変化した場
合においても正確な出湯を行うことが出来る。補正、更
新された熱交換効率比データを不揮発性メモリに格納し
ておけば、停電等が発生しても、電源を再投入した後に
は常に最新の情報を用いるようにすることができる。

【０００９】本発明のまた別な態様によると、判定温度
の算出は簡略化することもできる。すなわち、その時に
設定されている設定温から入水温を減算し、この値（必
要な上昇温度）を第一、第二熱交換部の熱交換効率比に
応じて分割し、第一の熱交換部にて上昇させるべき温度
を求め、この温度に入水温を加算した温度値を判定温度
とすることも提案する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１には、本発明の適用を受ける
ことのできる装置構成例として、住宅設備用の給湯機に
おけるオイルを燃料とするシステムの概略が示されてい
る。ただし、燃料供給系統の機構的な相違は若干ある
が、燃料はガスに直接置き換えても別段構わない。

【００１１】主たる制御回路31には、設定温度を指示す
るリモートコントローラ（以下、リモコン）34が接続さ
れ、使用者は、このリモコン34の図示しない設定温度変
更手段により、希望する出湯温である設定温Ssetを選択
できるようになっており、図示しない蛇口が開かれる等
により、流量センサ22が入水路21を介しての通水を検出
し、その旨を制御回路31に伝えると、制御回路31は電磁
弁18に通電して図示しないオイルタンクに接続している
燃料経路を開き、同時にポンプ16にも通電してオイルを
加圧する。この時、比例弁17には、バーナに着火するの
に必要なオイル流量となる開度を指示する電流を与え、
一方でファンモータ15を駆動し、着火時に適当なる空気
量を燃焼室12内に供給する。この状態で、制御回路31は
図示しない着火装置を駆動し、これによりバーナノズル
13から噴出するオイルに着火し、燃焼室12内での燃焼が
開始する。

【００１２】燃焼が開始されると、制御回路31中の演算
記憶回路32は、サーミスタ等により構成される入水温セ
ンサ23により入水温Sin を検出し、この入水温Sin と、
使用者により設定された設定温Ssetと、流量センサ22の
検出する流量Fwとから、その時に必要な必要燃焼熱量Fd
emを次式により算出する。必要燃焼熱量Fdem＝（設定温Sset−入水温Sin)×流量Fw

【００１３】これに基づき、制御回路31は、バーナノズ
ル13より噴出するオイルが必要燃焼熱量Fdemを得るに適
当なる量にすべく比例弁17に供給する電流を調整して弁
開度を整え、同時にファンモータ15への供給電力も調整
して燃焼室12内に必要燃焼熱量に必要な空気量を送給す
る。こうした調整を伴いながら燃焼が行われると、入水
路21に入力してきた水は熱交換器11を通過する間に熱せ
られ、サーミスタ等により構成される出湯温センサ24に
より出湯温度が監視されながら、出湯口から出湯されて
行く。制御回路31ないしその演算記憶回路32は、出湯温
センサ24から得られる実際の出湯温Soutと使用者の設定
した設定温Ssetとを比較し、これらの間に差が生じてい
ると、出湯温Soutを設定温度とすべく、その差を埋める
ように比例弁電流及びファンモータ回転数を帰還制御
し、燃焼熱量を調整する。なお、出湯部にはまた、一般
に混合器25も設けられるが、これは例えば、出湯が止め
られた後、余り間を置かずに再度出湯が開始した時等、
止められている間の燃焼室内の予熱で加熱された結果、
設定温より高温の湯が供給されそうな時に、入水路21か
らの水を混ぜて、その湯温を下げる目的に使用される。
通常の制御時には使用されず、従って必須のものではな
い。

【００１４】設定温Ssetが比較的高く、必要燃焼熱量Fd
emが比較的大きい範囲では、上記のように通常の連続燃
焼制御モードとなる。これに対し、必要燃焼熱量Fdemが
バーナの最低燃焼熱量を下回った場合には、バーナでの
燃焼自体をオンオフするオンオフ制御モードに移行す
る。そして、このオンオフ制御モード下においてバーナ
のオンオフ切り換えをどのような判断基準に従ってなす
のかが、本発明の適用される部分である。

【００１５】燃焼オンオフの判定は、熱交換器11の途中
に設けたサーミスタ等による温度センサ14の検出温度Sm
idを用いて行う。この温度センサ14は、熱交換器11の中
間に設けられているので、ここでは「中間温センサ」と
名付け、その検出温度は「中間温Smid」と呼ぶ。しかる
に、本発明ではまず、熱交換器11は、中間温センサ14を
境にしてその上流部分と下流部分の二つの部分から成っ
ていると見る。

【００１６】そして、入水口から中間温センサ14までの
間に位置する上流側を第一熱交換部11-1、中間温センサ
14から出湯口までの間に位置する下流側を第二熱交換部
11-2とするならば、予め設計段階で求め得る第一、第二
熱交換部11-1，11-2の熱交換効率の比（x:(1-x), 0<x<
1) により、入水温センサ23の検出する入水温Sin、流量
センサ22の検出する流量Fw、そして設定温Ssetに基づ
き、当該設定温Ssetの出湯を得るために必要として算出
されるその時々の必要燃焼熱量Fdemを分割して、演算記
憶回路32により上流側の第一熱交換部11-1で得るべき燃
焼熱量Fdem×x を求める。次に、逆にこの熱量Fdem×x
でその時の流量Fwにおける予想される上昇温度を求め、
これに入水温Sin を加算した温度を判定温度Sdecとす
る。

【００１７】こうして算出した判定温度Sdecと中間温セ
ンサ14の検出温度である中間温Smidとを比較し、中間温
Smidが判定温度Sdecより低い場合には燃焼をオン、高く
なった場合には燃焼オフとする。こうした制御は、熱交
換器11内を通過する水の湯温上昇傾向に最も近い判断基
準に従うもので、出湯温Soutのハンチングを最小限に抑
え、設定温Ssetの出湯を迅速に得られる点で高い効果が
ある。また、これに際し、出湯温Soutの平均値に基づ
き、判定温度Sdecをフィードバック補正するのも良い手
段である。

【００１８】ただ、本発明者の知見によると、熱交換器
11を分割したものと考えた第一、第二熱交換部11-1，11
-2の熱交換効率比は、必ずしも一定ではなく、流量Fwに
依存性のあることが分かっている。そこで、その時々の
設定温Ssetの出湯を得るために必要とされる必要燃焼熱
量Fdemを分割する際の上記比の値x は、予め設計段階で
各流量ごとに求めておき、その時に検出される流量Fwに
応じて適当なる値を用いるのが望ましい。

【００１９】同様のことはその時々の必要燃焼熱量Fdem
についても言え、燃焼室12内の予熱等の関係で、第一、
第二熱交換部11-1，11-2の熱交換効率比x は当該必要燃
焼熱量Fdemにも依存するので、それとの対応関係も設計
段階で求めておき、その時々で演算記憶回路32により必
要と計算された必要燃焼熱量Fdemに応じて適当なる熱交
換効率比値x を用いるのが良い。上記した流量依存値を
含め、こうした値は、図示しないが一般にマイクロコン
ピュータにより構成できる演算記憶回路32に付属の読み
出し専用メモリ(ROM) に格納しておいたり、後述する目
的で設けると望ましい電気的に消去及びプログラム可能
な不揮発性メモリ(EEPROM)33内に格納しておく。

【００２０】第一、第二熱交換部11-1，11-2の熱交換効
率比の値x は、ある意味では当然のことながら、経年変
化依存性もあるが、本発明の構成はまた、そうした経年
変化にも対応し易い構成となっている。上述したオンオ
フ制御により、設定温Sset、入水温Sin、流量Fw、中間温
Smid、そして実際の出湯温Soutという所要情報に基づ
き、正しく制御している筈なのに、年月が経つに連れ、
出湯温Soutにかなりな誤差が生ずるようになることもあ
る。しかし、そうした場合でも、演算記憶回路32は、こ
の誤差が許容範囲を出た場合、逆にこれらの情報に基づ
き、第一、第二熱交換部11-1，11-2の熱交換効率比の値
x を補正することができる。そして、補正した値でそれ
までの値を更新し、望ましくは不揮発性メモリ33に書き
込むようにすれば、いわゆる学習補正となり、径年変化
等により熱交換効率比が変化した場合においても、正確
な出湯を続けることが出来る。

【００２１】もちろん、電源が落ちないことを前提にす
るのならば、学習補正値はランダムアクセスメモリに書
き込んでも良いが、停電のこと等もあるので、上述のよ
うにEEPROM33を用いるのが望ましい。停電復旧後、この
EEPROM33からデータを読み直せば、何等支障なく、使用
を継続することができる。そして、こうしたEEPROM33を
用いるのであれば、既述した熱交換効率比の値、フィー
ドバック量、学習補正値は、これらを一括してこのEEPR
OM33に格納すると良い。

【００２２】なお、判定温度の計算は簡略化しても良い
こともある。すなわち、その時に設定されている設定温
Ssetから入水温Sin を減算し、この値（必要な上昇温
度）を第一、第二熱交換部11-1，11-2の熱交換効率比x:
(1-x) に応じて分割し、第一の熱交換部11-1にて上昇さ
せるべき温度を求め、この温度に入水温Sin を加算した
温度値を判定温度Sdecとすることができる。この場合に
も、既述した判定温度のフィードバック制御等は同様に
採用することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、バーナのオンオフ制御
をなすに際し、出湯温のハンチングを最小限におさえ、
設定温での出湯を迅速に得ることが出来る。また、中間
温センサより下流と上流の熱交換効率比を、設定温、入
水温、流量、実際の出湯温度、及び中間温により学習補
正する構成を採用すれば、径年変化等により熱交換効率
比が変化した場合においても、正確な出湯を行うことが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を住宅設備用の給湯機に適用した場合の
概略構成図である。

【符号の説明】

11 熱交換器 11-1 第一熱交換部 11-2 第二熱交換部 12 燃焼室 13 バーナノズル 14 中間温センサ 15 ファンモータ 17 比例弁 18 電磁弁 21 入水路 22 流量センサ 23 入水温センサ 24 出湯温センサ 31 制御回路 32 演算記憶回路 33 EEPROM 34 リモコン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23N 5/02 350 F23N 5/00 F24H 1/10 302

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換器と、それを加熱するバーナとを
有し、その時に必要な必要燃焼熱量がバーナの連続燃焼
での最低燃焼熱量を下回った時にはバーナをオンオフ制
御する給湯装置であって；上記熱交換器内の流路途中に
温度センサを設け、入水口から該温度センサまでの上流
側を第一熱交換部、該温度センサから出湯口までの下流
側を第二熱交換部として、該第一、第二熱交換部の熱交
換効率の比により、設定温の出湯を得るために必要な必
要燃焼熱量を分割して上記上流側の第一熱交換部で得る
べき熱量を求め、算出した熱量でその時の流量における
上昇温度を求め、これに入水温を加算した温度を判定温
度とし、該温度センサの検出温度が該判定温度を越えた
時には上記バーナをオフ、下回った時にはオンとするこ
と；を特徴とする給湯装置。
【請求項２】熱交換器と、それを加熱するバーナとを
有し、その時に必要な必要燃焼熱量がバーナの連続燃焼
での最低燃焼熱量を下回った時にはバーナをオンオフ制
御する給湯装置であって；上記熱交換器内の流路途中に
温度センサを設け、入水口から該温度センサまでの上流
側を第一熱交換部、該温度センサから出湯口までの下流
側を第二熱交換部として、設定温から入水温を減算し、
この値を上記第一、第二熱交換部の熱交換効率比に応じ
て分割し、該第一の熱交換部にて上昇させるべき温度を
求め、この温度に入水温を加算した温度値を判定温度と
し、上記温度センサの検出温度が該判定温度を越えた時
には上記バーナをオフ、下回った時にはオンとするこ
と；を特徴とする給湯装置。
【請求項３】請求項１または２記載の装置であって；
上記第一、第二熱交換部の熱交換効率比は、その時の上
記流量に応じた値を用いること；を特徴とする給湯装
置。
【請求項４】請求項１，２または３記載の装置であっ
て；上記第一、第二熱交換部の熱交換効率比は、その時
の上記必要燃焼熱量に応じた値を用いること；を特徴と
する給湯装置。
【請求項５】請求項１，２，３または４記載の装置で
あって；上記熱交換器から出湯される湯の出湯温の平均
値により、上記判定温度を補正し、フィードバック制御
すること；を特徴とする給湯装置。
【請求項６】請求項１，２，３，４または５記載の装
置であって；上記第一、第二熱交換部の熱交換効率比
は、上記設定温、上記入水温、上記流量、上記温度セン
サの検出温度、そして上記熱交換器から出湯される湯の
出湯温に基づき学習補正すること；を特徴とする給湯装
置。