JP3834420B2

JP3834420B2 - ガス給湯装置

Info

Publication number: JP3834420B2
Application number: JP12527898A
Authority: JP
Inventors: 寿久斎藤; 徹哉佐藤; 久恭渡辺
Original assignee: 株式会社ガスター
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2018-04-20
Also published as: JPH11304239A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガス給湯装置は、熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する電磁比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部とを備えている。
上記制御部は、出湯量（給湯配管を流れる水の量）と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯消費熱量を演算し、この給湯消費熱量に基づいて、比例弁への供給電流のフィードフォワード出力分を演算する。また、設定温度と出湯温度の差に基づいてフィードバック出力分を演算し、これをフィードフォワード出力分に加算して、比例弁への供給電流を決定する。
【０００３】
なお、上記フィードフォワード演算は、給湯初期や出湯量の急変，設定温度の急変に即応するために必要なものである。また、上記フィードフォワード演算だけでは、温度情報や出湯量情報に検出誤差があったり、比例弁への供給電流と熱交換部での吸収熱量との実際の関係が理論値からずれている場合に、出湯温度を設定温度に一致させることができないので、フィードバック演算でこれを補うようにしている。
【０００４】
制御部は、比例弁を安定して制御するために、比例弁への供給電流に、下限値と上限値を設定し、この範囲内で比例弁への供給電流を制御し、ひいては比例弁開度を制御している。
ところで、熱交換部では、給湯配管が受ける燃焼熱量（給湯消費熱量）が極端に小さいと、燃焼排ガス中の水分が結露し、腐食を招くおそれがある。従来では、上記比例弁への供給電流の下限値を設定することにより、給湯消費熱量が自ずと制約され、これにより結露防止がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、給湯消費熱量と比例弁の供給電流との関係が一義的に決定されず、比例弁電流が上記下限値より大きくても、給湯消費熱量が結露を生じる程度に小さくなってしまうことがある。
例えば、追焚機能を有する１缶２水路型のガス給湯装置では、給湯単独実行時と、給湯，追焚の同時実行の時とでは、給湯消費熱量と比例弁への供給電流の関係は異なる。同時実行の時には、燃焼熱の一部が追焚にも消費されるからである。この同時実行の際には、比例弁電流が下限値より大きくても、給湯消費熱量は結露が発生するほど小さくなってしまうことがある。
【０００６】
また、異なる種類のガスを用いる給湯装置に、共通の電装基板（制御部）を用いることがあるが、この場合、ディップスイッチ等により選択されたガス種と、給湯消費熱量に基づいて、比例弁電流を決定することになる。高カロリーのガスを用いる場合には、比例弁電流の下限値の設定によって十分な給湯消費熱量が保証され、結露の心配はないが、低カロリーのガスを用いる場合には、比例弁電流が下限値より大きくても、十分な給湯消費熱量を保証できず、結露が発生することがある。
【０００７】
さらに、上記ガスバーナが複数の燃焼領域を有する給湯装置の場合には、上記制御部は、給湯消費熱量に基づいて、ガス供給を行うべき燃焼領域を選択するとともに上記比例弁への供給電流を決定する。この場合、大きな燃焼面積で燃焼を行っている時には、比例弁電流の下限値の設定によって十分な給湯消費熱量が保証され、結露の心配はないが、小さな燃焼面積での燃焼状態では、比例弁電流が下限値より大きくても、十分な給湯消費熱量を保証できず、結露が発生することがある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、給湯と追焚に共通の熱交換部と、この熱交換部に燃焼熱を供給する給湯と追焚に共通のガスバーナと、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部を通る追焚配管と、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部とを備えたガス給湯装置において、上記制御部は、給湯単独実行の際に、少なくとも給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯消費熱量を演算し、この給湯消費熱量に基づいて上記比例弁への供給電流を決定し、給湯と追焚を同時に実行している時には、上記給湯単独実行の際と同じく給湯消費熱量を演算するとともに、追焚のための消費熱量を勘案して供給電流を決定し、さらに上記制御部は、比例弁への供給電流値の下限値を設定するとともに、上記給湯で消費する熱量について結露防止のための下限値を設定し、給湯，追焚の同時実行に際して、比例弁への供給電流が上記供給電流値の下限値を上回った状態であっても、要求される給湯消費熱量が上記結露防止のための下限値を下回った場合には、当該供給電流値をこの給湯消費熱量の下限値に対応する電流値に維持し、出湯温度が設定温度より高くなるのを容認することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部とを備えたガス給湯装置において、上記制御部は、少なくとも給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯消費熱量を演算し、この給湯消費熱量とガス種に基づいて上記比例弁への供給電流を決定し、さらに上記制御部は、比例弁への供給電流値の下限値を設定するとともに、上記給湯で消費する熱量について結露防止のための下限値を設定し、上記低カロリーガス種を用いて給湯を行なう際に、比例弁への供給電流値が上記供給電流値の下限値を上回った状態であっても、要求される給湯消費熱量が上記結露防止のための下限値を下回った場合には、当該供給電流値をこの給湯消費熱量の下限値に対応する電流値に維持し、出湯温度が設定温度より高くなるのを容認することを特徴とする。
請求項３の発明は、熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部とを備え、上記ガスバーナが、選択的にガス供給がなされる複数の燃焼領域を有するガス給湯装置において、上記制御部は、少なくとも給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯消費熱量を演算し、この給湯消費熱量に基づいてガスを供給すべき燃焼領域と上記比例弁への供給電流とを決定し、さらに上記制御部は、比例弁への供給電流値の下限値を設定するとともに、上記給湯で消費する熱量について結露防止のための下限値を設定し、上記最小燃焼面積での給湯を行なう際に、比例弁への供給電流値が上記供給電流値の下限値を上回った状態であっても、要求される給湯要求熱量が上記結露防止のための下限値を下回った場合には、当該供給電流値をこの給湯消費熱量の下限値に対応する電流値に維持し、出湯温度が設定温度より高くなるのを容認することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図１および図２を参照して説明する。図１に示すように１缶２水路式の追焚機能付きガス給湯装置は、缶（図示せず）の下部に収容された給湯，追焚共通のガスバーナ１と、缶の上部に収容された給湯，追焚共通の熱交換部２と、ガスバーナ１に燃焼空気を供給するためのファン（図示せず）と、を備えている。上記ガスバーナ１にガスを供給する手段は、ガス管３と、このガス管３に設けられた電磁開閉弁４および電磁比例弁５とを有している。熱交換部２には、給湯配管１０と追焚配管２０が通っている。
【００１１】
上記給湯配管１０は、上記熱交換部２を通る受熱管１１と、この受熱管１１の入口端に接続された給水管１２と、出口端に接続された給湯管１３とを有している。給湯管１３の末端には給湯栓１４が設けられている。給水管１２には給水温度センサＴ_INと、フローセンサＱａが設けられ、給湯管１３には出湯温度センサＴ_OUTと流量制御弁ＧＭが設けられている。給水管１２と給湯管１３との間には、バイパス管１５が受熱管１１と並列に設けられている。
【００１２】
上記追焚配管２０は、熱交換部２を貫通する受熱管２１と、その入口端と浴槽６との間に接続された復路管２２と、受熱管２１の出口端と浴槽６との間に接続された往路管２３とを備えている。復路管２２には、ポンプ２４、温度センサＴ_HRおよびフローセンサＱｂが設けられている。
上記給湯配管１０の給湯管１３と追焚配管２０の復路管２２との間には、浴槽６への湯張りのための注湯管３０が設けられている。注湯管３０には、電磁開閉弁からなる注湯弁３１が設けられている。
【００１３】
ガス給湯装置は、さらに、制御部５０とリモートコントローラ６０とを備えている。制御部５０は、上述した種々の検出手段、すなわち温度センサＴ_IN，Ｔ_OUT，Ｔ_HR，フローセンサＱａ，Ｑｂ、リモートコントローラ６０からの情報に基づいて、点火機構，ファン，開閉弁４，比例弁５，流量制御弁ＧＭ，ポンプ２４等を制御する。なお、温度センサＴ_IN，Ｔ_OUT，Ｔ_HR，フローセンサＱａ，Ｑｂの検出値については、それぞれ同符号を付して表すこととする。
【００１４】
上記制御部５０は、図２に示すように、給湯消費熱量と比例弁５への供給電流（以下、比例弁電流と称す）とのリニアな関係を示すデータをマップまたは演算式（１次方程式）の形態で記憶している。実線で示すデータは、給湯単独実行時の関係を表すものであり、破線で示すデータは、給湯，追焚同時実行時の関係を示すものである。
制御部５０は、比例弁電流の下限値Ｉ_MINと上限値Ｉ_MAXを設定しており、その範囲内で比例弁電流の制御を行うようになっている。
また、本発明では、上記制御部５０は、給湯消費熱量の下限値Ｇ_MINを設定している。なお、Ｇ_MINは次のようにして決められる。すなわち、
｛Ｋ・Ｉー（Ｔ_OUT−Ｔ_IN）Ｑａ｝＝Ｋ’Ｔ_IN
となった点をＧ_MINとする。ただし、Ｋ，Ｋ’は定数、Ｉは比例弁電流である。
【００１５】
上記構成において、ユーザーが給湯栓１４を開くと、フローセンサＱａが所定量以上の水流を検出する。制御部５０はこの水流検出に応答して、点火機構およびファンを作動させる。これと同時期に、開閉弁４を開き、ガスをガスバーナ１に供給して燃焼を開始する。給水管１２からの水は受熱管１１を通る過程で燃焼熱を受けて湯となり、給湯管１３を経て給湯栓１４から吐出される。
【００１６】
追焚を行う場合には、リモートコントローラ６０の追焚スイッチをＯＮ状態にする（追焚要求）。すると、まずポンプ２４が起動され、浴槽６内の湯が復路管２２および往路管２３を通って循環する。復路管２２内の湯の流れをフローセンサＱｂが検出すると、ガスバーナ１が点火される。これによって、浴槽６内の湯が加熱される。そして、温度センサＴ_HRによる検出温度が設定温度に達すると、追焚要求が解除され、ガスバーナ１の燃焼が停止されるとともに、ポンプ２４が停止される。
リモートコントローラ６０の自動運転スイッチがオンの時には、湯張りを行う。すなわち、注湯弁３１を開き、給湯配管１０からの湯を注湯管３０を経、追焚配管２０を経て浴槽６に供給する。
【００１７】
上記給湯の際に、上記制御部５０は、比例弁電流を制御して、この電流と比例関係にある出力側ガス圧を制御し、ひいては燃焼熱量を制御する。上記比例弁電流の制御は、比例弁５の開度の制御をも意味する。
【００１８】
まず、追焚を実行せず、給湯を単独で実行する場合の上記比例弁電流制御について詳述する。制御部５０は、給水温度センサＴ_INで検出された給水温度（給湯配管１０を通って熱交換部２へ向かう水の温度）と、リモートコントローラ６０で設定される設定温度Ｔ_Sと、フローセンサＱａで検出された出湯量（熱交換部２または給湯配管１０を流れる水の流量）を下記式に代入して、給湯消費熱量Ｇを演算する。
Ｇ＝（Ｔ_S−Ｔ_IN）Ｑａ
そして、演算された給湯消費熱量Ｇと、上記図２の実線で示すデータに基づいて、比例弁電流のフィードフォワード出力分ＦＦを演算する。
【００１９】
また、出湯温度センサＴ_OUTで検出された出湯温度と、設定温度Ｔ_Sとの差に基づくＰＩＤ演算により、フィードバック出力分ＦＢを求める。
次に、上記フィードフォワード出力分ＦＦにフィードバック出力分ＦＢとを加算して、比例弁電流を決定する。その結果、検出出湯温度Ｔ_OUTを高精度で設定温度Ｔ_Sにすることができる。
【００２０】
上記給湯単独制御において、比例弁電流は下限値Ｉ_MINと上限値Ｉ_MAXとの間の範囲で安定した制御を行うことができるとともに、比例弁電流と燃焼熱量とのリニアな関係を確保することができる。さらに、比例弁電流は下限値Ｉ_MINを下回ることを禁じられているので、これに対応する給湯消費熱量の下限値Ｇ_MINを下回ることがなく、熱交換部２の結露を防止することができる。
【００２１】
次に、追焚と給湯を同時に実行している場合の、上記比例弁電流制御について詳述する。この場合には、上記と同様にして演算した給湯消費熱量と図２の破線で示す記憶データに基づいて、フィードフォワード出力分を求める。このフィードフォワード出力分は、追焚による消費熱量に対応する分だけ、給湯単独の場合より大きくなる。そして、フィードバック出力分とフィードフォワード出力分を算して比例弁電流を決定する点は、給湯単独の場合と同じである。
【００２２】
上記同時実行の際には、比例弁電流が下限値Ｉ_MINより大きくても、給湯消費熱量は、下限値Ｇ_MINを下回っていることがある。このような状況で燃焼を行うと、熱交換部２に結露が生じてしまう。本発明では、この給湯消費熱量に下限値Ｇ_MINを設定し、演算された給湯消費熱量がこの下限値Ｇ_MINを下回った時には、比例弁電流を、この下限値Ｇ_MINと図２の破線のデータから、比例弁電流値を決定する。なお、この場合には、フィードバック演算を行なわず、出湯温度が設定温度を上回ることを容認する。
このように、給湯消費熱量が下限値Ｇ_MIN以上であることを保証されるので、熱交換部２での結露を防止することができる。
【００２３】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態は、単機能型のガス給湯装置に関し、図１における追焚配管２０を省いたものである。このガス給湯装置は、図２と同様の記憶データを備えている。図２を借用して説明すると、実線のデータは高カロリーのガスに相当するものであり、破線のデータは低カロリーのガスに相当するものである。
制御部５０にはディップスイッチがあり、ガス種の選択を行う。高カロリーのガスを選択した時には、実線のデータにしたがって、比例弁電流のフィードフォワード出力分を演算し、低カロリーのガスを選択した時には、破線のデータにしたがってフィードフォワード出力分を演算する。
【００２４】
この実施形態では、低カロリーのガスの場合に、比例弁電流が下限値Ｉ_MINより大きくても、給湯消費熱量の下限値Ｇ_MINを下回っていることがある。このような状況で燃焼を行うと、熱交換部２に結露が生じるが、本発明では、給湯消費熱量に下限値Ｇ_MINを設定し、演算された給湯消費熱量がこの下限値Ｇ_MINを下回った時には、比例弁電流値を、この下限値Ｇ_MINと破線の記憶データに基づいて決定し、フィードバック演算を行なわず、出湯温度が設定温度より高い状態を容認する。その結果、熱交換部２の結露を防止できる。
【００２５】
図３，図４は、さらに他の実施形態を示す。この実施形態も、単機能型のガス給湯装置に関するものであり、追焚配管２０が無い点とガスバーナ１’が図３に示すように複数例えば２つのバーナ部１Ａ，１Ｂ（燃焼領域）によって構成されて点を除いて、図１の装置と同様である。これらバーナ部１Ａ，１Ｂには、ガス管３が分岐して連なっている。このガス管３の分岐路にはそれぞれ副開閉弁８Ａ，８Ｂが設けられており、バーナ部１Ａ，１Ｂへのガス供給を選択するようになっている。すなわち、副開閉弁８Ａだけが開いた時にはバーナ部１Ａだけで燃焼が行われ（以下、Ａ面燃焼と称す）、副開閉弁８Ａだけが開いた時にはバーナ部１Ｂだけで燃焼が行われ（以下、Ｂ面燃焼と称す）、両方の副開閉弁８Ａ，８Ｂが開いた時には両バーナ部１Ａ，１Ｂで燃焼が行われる（以下、Ａ＋Ｂ面燃焼と称す）。なお、Ａ面燃焼での燃焼面積はＢ面燃焼より小さく、最小面積燃焼となる。
【００２６】
制御部５０は、前述と同様にして給湯消費熱量を演算し、この給湯消費熱量と図４の３つの線で示すデータに基づき、燃焼面積の選択（切り換え）と、比例弁電流のフィードフォワード出力分を決定する。
図４から明らかなように、給湯消費熱量が小さい時には、Ａ面燃焼を行い、給湯消費熱量が増大するにしたがって、Ｂ面燃焼，Ａ＋Ｂ面燃焼を実行する。なお、これら燃焼面切り換えは、ヒステリシス特性をもって行う。
【００２７】
上記Ｂ面燃焼，Ａ＋Ｂ面燃焼では、比例弁電流の下限値Ｉ_MINの設定により、結露防止可能な給湯消費熱量が保証されている。Ａ面燃焼では、比例弁電流が下限値Ｉ_MINより大きくても、結露が生じるほど低い給湯消費熱量となることもある。しかし、本発明では、給湯消費熱量に下限値Ｇ_MINを設定し、演算された給湯消費熱量がこの下限値Ｇ_MINを下回った時には、比例弁電流値を、この下限値Ｇ_MINと図４のデータに基づいて決定し、フィードバック演算を行なわず、出湯温度が設定温度より高い状態を容認する。その結果、Ａ面燃焼でも熱交換部２の結露を防止できる。
【００２８】
本発明は上記実施形態に制約されず、種々の形態を採用可能である。例えば、制御を簡略化し、通常制御でもフィードバック演算を行わず、上記フィードフォワード出力分だけで比例弁電流値を決定してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、給湯，追焚の同時実行時における熱交換部への結露を確実に防止することができる。
請求項２の発明によれば、低カロリーのガスを用いて給湯を行う場合において、熱交換部への結露を確実に防止することができる。
請求項３の発明によれば、最小面積での燃焼で給湯を行う場合において、熱交換部への結露を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態をなす追焚機能付きガス給湯装置の概略図である。
【図２】給湯単独燃焼時と、給湯，追焚同時燃焼時での、給湯消費熱量と比例弁電流との関係を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態をなすガス給湯装置のガス供給系を示す図である。
【図４】図３のガス給湯装置における給湯消費熱量と、燃焼面，比例弁電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
１，１’ ガスバーナ
１Ａ，１Ｂバーナ部（燃焼領域）
２熱交換部
５比例弁
１０給湯配管
２０追焚配管
５０制御部

Claims

給湯と追焚に共通の熱交換部と、この熱交換部に燃焼熱を供給する給湯と追焚に共通のガスバーナと、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部を通る追焚配管と、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部とを備えたガス給湯装置において、
上記制御部は、給湯単独実行の際に、少なくとも給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯消費熱量を演算し、この給湯消費熱量に基づいて上記比例弁への供給電流を決定し、
給湯と追焚を同時に実行している時には、上記給湯単独実行の際と同じく給湯消費熱量を演算するとともに、追焚のための消費熱量を勘案して供給電流を決定し、
さらに上記制御部は、比例弁への供給電流値の下限値を設定するとともに、上記給湯で消費する熱量について結露防止のための下限値を設定し、
給湯，追焚の同時実行に際して、比例弁への供給電流が上記供給電流値の下限値を上回った状態であっても、要求される給湯消費熱量が上記結露防止のための下限値を下回った場合には、当該供給電流値をこの給湯消費熱量の下限値に対応する電流値に維持し、出湯温度が設定温度より高くなるのを容認することを特徴とするガス給湯装置。
熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部とを備えたガス給湯装置において、
上記制御部は、少なくとも給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯消費熱量を演算し、この給湯消費熱量とガス種に基づいて上記比例弁への供給電流を決定し、
さらに上記制御部は、比例弁への供給電流値の下限値を設定するとともに、上記給湯で消費する熱量について結露防止のための下限値を設定し、
上記低カロリーガス種を用いて給湯を行なう際に、比例弁への供給電流値が上記供給電流値の下限値を上回った状態であっても、要求される給湯消費熱量が上記結露防止のための下限値を下回った場合には、当該供給電流値をこの給湯消費熱量の下限値に対応する電流値に維持し、出湯温度が設定温度より高くなるのを容認することを特徴とするガス給湯装置。
熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナと、このガスバーナへのガス供給量を調節する比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部とを備え、上記ガスバーナが、選択的にガス供給がなされる複数の燃焼領域を有するガス給湯装置において、
上記制御部は、少なくとも給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて給湯消費熱量を演算し、この給湯消費熱量に基づいてガスを供給すべき燃焼領域と上記比例弁への供給電流とを決定し、
さらに上記制御部は、比例弁への供給電流値の下限値を設定するとともに、上記給湯で消費する熱量について結露防止のための下限値を設定し、
上記最小燃焼面積での給湯を行なう際に、比例弁への供給電流値が上記供給電流値の下限値を上回った状態であっても、要求される給湯要求熱量が上記結露防止のための下限値を下回った場合には、当該供給電流値をこの給湯消費熱量の下限値に対応する電流値に維持し、出湯温度が設定温度より高くなるのを容認することを特徴とするガス給湯装置。