JP4666193B2

JP4666193B2 - 給湯器の燃焼制御装置

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Publication number: JP4666193B2
Application number: JP2001095475A
Authority: JP
Inventors: 信義神谷
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2002295893A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器の燃焼制御装置に関するものであり、特に１缶２回路と称される形式の給湯器を制御するものである。
【０００２】
【従来の技術】
風呂に使用する給湯器は、一般に、給湯用の熱交換器と、風呂追い焚き用の熱交換器を持つ。そして二つの熱交換器を別々の燃焼ケースに収納したものもあるが、灯油を燃料とする給湯器では、設置スペースと製造コストの関係から一つの燃焼ケースに二つの熱交換器を内蔵するものが多い。この様な形式の給湯器は、１缶２回路形式、或いは１缶２水路形式と称される。
【０００３】
１缶２回路形式の給湯器は、二つの熱交換器を別々の燃焼ケースに収納する形式に比べて、全体形状が小さく、且つ燃焼ケース及び燃焼部（バーナ）が各１個であるために製造コストが低いものの、燃焼制御が困難であるという問題がある。すなわち風呂用の給湯器では、給湯単独使用の場合と追い焚き単独使用の場合及び給湯・追い焚き併用使用の場合があるが、１缶２回路形式の給湯器は、一つの燃焼部をもってこれらを使い分ける必要がある。
そのため１缶２回路形式の給湯器では、給湯単独使用の場合の給湯燃焼モードと、追い焚き単独使用の場合の追い焚き燃焼モード、及び給湯・追い焚き併用使用の場合の共用燃焼モードを持つ。
【０００４】
そして従来技術の給湯器の燃焼制御装置では、給湯回路と追い焚き回路にそれぞれ水流センサーが設けられ。水流センサーのＯＮ・ＯＦＦによって燃焼モードを切り換えていた。
すなわち従来技術においては、給湯回路の水流センサーだけがＯＮであるときは給湯燃焼モードとなり、追い焚き回路の水流センサーだけがＯＮであるときは追い焚き燃焼モードとなる。そして給湯回路の水流センサーと追い焚き回路の水流センサーの双方がＯＮとなっている場合は、共用燃焼モードとなる。
【０００５】
また従来技術においては、追い焚き単独使用の状態から給湯栓が開かれ、給湯回路の水流センサーがＯＮとなると、直ちに燃焼モードが追い焚き燃焼モードから共用燃焼モードに切り換わる。給湯単独使用の状態から追い焚きが開始された場合も同様であり、追い焚き回路の水流センサーがＯＮになると、直ちに給湯燃焼モードから共用燃焼モードに切り換わる。
逆に給湯回路の水流センサーと追い焚き回路の水流センサーの双方がＯＮとなっている場合から、他方がＯＦＦになった場合も同様であり、直ちに追い焚き燃焼モード又は給湯燃焼モードに切り換わる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１缶２回路形式の給湯器の場合、一つの燃焼ケースに給湯用の熱交換器と、風呂追い焚き用の熱交換器が一緒に内蔵されているため、追い焚き単独で使用する場合においても給湯用の熱交換器が加熱される。加えて、追い焚き単独で使用する場合は給湯用の熱交換器には水流が無い。そのため追い焚き単独で使用する場合、給湯用の熱交換器が過度に加熱され、内部の水が局部的に沸騰する場合がある。
【０００７】
そして内部の水が沸騰すると給湯回路に局部的な圧力変化が生じ、短時間の内に水量センサーが大きく回転し、給湯回路に水流があるものと誤認してしまう。その結果、制御装置は、給湯使用がなされたものと判断し、燃焼モードが追い焚き燃焼モードから共用燃焼モードに切り換わってしまう。すなわち従来技術の給湯器の燃焼制御装置では、給湯回路に水流が無いにもかかわらず燃焼量をさらに増大させる動作を行ってしまい、機器の故障であるかの様な印象を与えてしまう。
また従来技術の給湯器の燃焼制御装置では、給湯回路に水流があると、直ちに給湯燃焼モードとなるため、追い焚き単独で使用している際に給湯栓を開くと、燃焼量が増大し、給湯用の熱交換器内に残留していた高温の水がさらに加熱され、熱い湯が出湯されることもあった。
【０００８】
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、「給湯使用」の誤検知を回避し、使用者に故障であるような印象を与えることのない給湯器の燃焼制御装置の提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そして上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃焼部と、熱交換部を有し、熱交換部はケース内に二以上の熱交換器を備え、一つの熱交換器は給湯回路に接続される給湯用熱交換器であり、他の一つの熱交換器は、外部に設けられた貯水部との間で循環回路を形成する循環用熱交換器であり、給湯用熱交換器内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる給湯燃焼モードと、循環用熱交換器内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる循環燃焼モードと、給湯用熱交換器と循環用熱交換器内の双方の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる共用燃焼モードに切り換えて燃焼される給湯器の燃焼制御装置において、給湯回路には水流を検知する水流センサーが設けられ、給湯用熱交換器又はその近傍の水路に設けられ、当該部位における水路の温度又は内部の水の温度を検知する基準温度検知手段を有し、当該基準温度検知手段の検知温度が一定の関係になったことを条件の一つとして燃焼モードを切り換えるものであって、前記一定の関係は、急変するか、あるいは当該基準温度検知手段の検知温度と予め定められた一定の温度との大小を比較して両者の大小の関係が逆転したことの少なくともいずれかであり、循環燃焼モードにおいて、給湯回路内において水流センサが水流を検知し、且つ基準温度検知手段の検知温度が前記一定の関係を満たせば共用燃焼モードに燃焼モードを切り換え、水流センサが水流を検知し、且つ基準温度検知手段の検知温度が前記一定の関係を満たさなければ共用燃焼モードに燃焼モードを切り換えない燃焼状態切り換え手段を備えたことを特徴とする給湯器の燃焼制御装置である。
【００１０】
ここで「給湯用熱交換器内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる給湯燃焼モードと、循環用熱交換器内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる循環燃焼モードと、給湯用熱交換器と循環用熱交換器内の双方の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる共用燃焼モードに切り換えて燃焼される」とは、制御方法や、制御の基礎となる演算式が異なるモードを有するという意味である。したがって、例えば「給湯用熱交換器内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる給湯燃焼モード」が、一定の固定的な熱量で燃焼させるものである場合もある。
【００１１】
本発明は、給湯用熱交換器又はその近傍の水路に設けられた基準温度検知手段を有し、この検知温度の関係が、給湯用熱交換器への通水の有無によって変化する点に注目したものである。すなわち基準温度検知手段は、給湯用熱交換器又はその近傍の水路に設けられているから、給湯用熱交換器内に水流が無い状態で給湯用熱交換器が加熱されると高い温度が検知される。しかし給湯用熱交換器内に水流が生じると検知温度が大きく低下する。したがって基準温度検知手段の関係によって、給湯用熱交換機への通水の有無を知ることができる。
本発明は、上記した知見に基づくものであり、基準温度検知手段の検知温度が一定の関係になったことを条件の一つとして燃焼モードを切り換える燃焼状態切り換え手段を備えるので、「給湯使用」の誤検知を回避することができる。
【００００】
また、基準温度検知手段は給湯用熱交換器内に水流が無い状態で加熱されると高い温度を検知し、水流がある場合は、基準温度検知手段の検知温度が大きく低下するので、基準温度検知手段の検知温度と一定温度の高低が逆転したことを条件の一つとして燃焼モードを切り換えることとした。
また、本発明の給湯器の燃焼制御装置では、給湯回路に水流を検知する水流センサーが設けられ、燃焼状態切り換え手段は、基準温度検知手段の検知温度が一定の関係になるという条件と、給湯回路に水流があるというを条件を満たした時に燃焼モードを切り換える。したがって本発明の給湯器の燃焼制御装置は、「給湯使用」の誤検知が少ない。
【００１２】
また同様の課題を解決するための請求項２に記載の発明は、燃焼部と、熱交換部を有し、熱交換部はケース内に二以上の熱交換器を備え、一つの熱交換器は給湯回路に接続される給湯用熱交換器であり、他の一つの熱交換器は、外部に設けられた貯水部との間で循環回路を形成する循環用熱交換器であり、給湯用熱交換器内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる給湯燃焼モードと、循環用熱交換器内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる循環燃焼モードと、給湯用熱交換器と循環用熱交換器内の双方の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる共用燃焼モードに切り換えて燃焼される給湯器の燃焼制御装置において、給湯回路には水流を検知する水流センサーが設けられ、給湯用熱交換器又はその近傍の水路に設けられ、当該部位における水路の温度又は内部の水の温度を検知する基準温度検知手段と、前記基準温度検知手段よりも下流側に設けられ当該部位における給湯用熱交換器の温度又は内部の水を検知する下部側温度検知手段を有し、前記基準温度検知手段と下部側温度検知手段の検知温度が一定の関係になったことを条件の一つとして燃焼モードを切り換えるものであって、前記一定の関係は、前記２つの温度検知手段の検知温度の大小を比較して当該検知温度の大小の関係が逆転した時、前記２つの温度検知手段の検知温度の差が一定の範囲になった時、又は、前記２つの温度検知手段の検知温度の降下速度の差が一定以上となった時の少なくともいずれかであり、循環燃焼モードにおいて、給湯回路内において水流センサが水流を検知し、且つ前記２つの温度検知手段の検知温度が前記一定の関係を満たせば共用燃焼モードに燃焼モードを切り換え、水流センサが水流を検知し、且つ前記２つの温度検知手段の検知温度が前記一定の関係を満たさなければ共用燃焼モードに燃焼モードを切り換えない燃焼状態切り換え手段を備えたことを特徴とする給湯器の燃焼制御装置である。
【００１３】
本発明は、給湯回路に二つの温度検知手段を持つ。そして温度検知手段の一つは、給湯用熱交換器又はその近傍の水路に設けられている。また他の一つの温度検知手段は、前記基準温度検知手段よりも下流側に設けられている。
本発明は、上記した二つの温度検知手段による検知温度の関係が、給湯用熱交換器への通水の有無によって変化する点に注目したものである。すなわち基準温度検知手段は、給湯用熱交換器又はその近傍の水路に設けられているから、給湯用熱交換器内に水流が無い状態で給湯用熱交換器が加熱されると下部側温度検知手段よりも高い温度を検知することとなる。一方、給湯用熱交換器内に水流がある場合は、水は基準温度検知手段側から下部熱検知手段側に流れる。したがって給湯用熱交換器内に水流がある場合は、基準温度検知手段の検知温度が大きく低下する。しかしながら、水は、基準温度検知手段の位置を通過した後、下部熱検知手段の位置に至るまでの間に加熱される。そのため下部熱検知手段の検知温度は、大きくは下がらない。すなわち通水の有無による下部熱検知手段の検知温度の変化の度合いは、上部熱検知手段に比べて小さい。したがって基準温度検知手段と下部側温度検知手段の検知温度の関係によって、給湯用熱交換機への通水の有無を知ることができる。
【００１９】
本発明は、上記した知見に基づくものであり、基準温度検知手段と下部側温度検知手段の検知温度が一定の関係になったことを条件の一つとして燃焼モードを切り換える燃焼状態切り換え手段を備えるので、「給湯使用」の誤検知を回避することができる。
具体的には、基準温度検知手段は、給湯用熱交換器又はその近傍の水路に設けられているから、給湯用熱交換器内に水流が無い状態で加熱されると高い温度を検知することとなる。また前記した様に給湯用熱交換器内に水流がある場合は、基準温度検知手段の検知温度が大きく低下する。これに対して下部熱検知手段の検知温度の低下は小さい。そして多くの場合、給湯用熱交換器内に水流がある場合は、基準温度検知手段と下部側温度検知手段の検知温度は逆転し、下部側温度検知手段の検知温度が基準温度検知手段よりも高い温度を示す。そこで本発明は、下部側温度検知手段の検知温度が逆転したことを条件の一つとして燃焼モードを切り換えることとした。
また、本発明の給湯器の燃焼制御装置では、給湯回路に水流を検知する水流センサーが設けられ、燃焼状態切り換え手段は、基準温度検知手段と下部側温度検知手段の検知温度が一定の関係になるという条件と、給湯回路に水流があるというを条件を満たした時に燃焼モードを切り換える。したがって本発明の給湯器の燃焼制御装置は、「給湯使用」の誤検知が少ない。
【００１４】
また請求項３に記載の発明は、燃焼状態切り換え手段は、基準温度検知手段と下部側温度検知手段の温度が一定の関係になってから所定の時間が経過した後に燃焼モードを切り換えるものであることを特徴とする請求項２に記載の給湯器の燃焼制御装置である。
【００１５】
本発明の給湯器の燃焼制御装置では、基準温度検知手段と下部側温度検知手段の温度が一定の関係になってから所定の時間が経過した後に燃焼モードを切り換える。そのため「給湯使用」状態であることが確実となった後に燃焼モードが切り換えられる。
【００１６】
また請求項４に記載の発明は、給湯用熱交換器を構成する水路はケースを貫通し、さらにケースを出た部分で屈曲して再度ケース内に入るものであり、基準温度検知手段は前記水路の屈曲部分に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の給湯器の燃焼制御装置である。
【００１７】
本発明の給湯器の燃焼制御装置では、基準温度検知手段は給湯用熱交換器の中間部に取り付けられている。そのため給湯用熱交換器の温度を直接的に検出することができる。したがって給湯用熱交換器内に水流が無い状態で給湯用熱交換器が加熱されると、基準温度検知手段は速やかに高い温度を検出する。
【００２２】
前記した様に、「給湯使用」の誤検知は、循環燃焼モードから共用燃焼モードに切り換える際に頻繁に起こる。また頻度は低いものの、同様に給湯燃焼モードから共用燃焼モードに切り換える際にも同様の誤検知が生じる場合がある。また給湯燃焼モードの際には循環用熱交換器内に滞留する水が加熱されており、給湯燃焼モードから共用燃焼モードに切り換えることにより、燃焼量が増大し、循環用熱交換器内に滞留する水がさらに加熱される。そのため浴槽等に過度に熱い湯が循環される場合がある。そこで関連発明は、燃焼状態切り換え手段は、循環燃焼モード又は給湯燃焼モードから共用燃焼モードに切り換える際に機能することとしたものである。
【００２７】
また請求項５に記載の発明は、外部に設けられた貯水部は浴槽又は床暖器具であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の給湯器の燃焼制御装置である。
【００２８】
本発明の給湯器の燃焼制御装置は、風呂装置又は床暖房装置に使用するものであり、実用的な態様を示すものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の給湯器の燃焼制御装置及び給湯配管の要部を示す配管図である。図２は、本発明の実施形態の給湯器の燃焼制御装置によって制御される給湯器の全体配管図である。図３は、本発明の実施形態の給湯器の燃焼制御装置のフローチャート図である。図４は、本発明の実施形態の給湯器の燃焼制御装置のタイムチャート図である。
【００３０】
本発明の給湯器の燃焼制御装置は、図１に示す様な１缶２回路形式の給湯器１の燃焼を制御するものである。
すなわち給湯器１は、例えば図１の様であり、一つの燃焼ケース１８に一つの燃焼部（バーナ）１５と、二組の熱交換器２０，２１が取り付けられたものである。そして熱交換器２０，２１が取り付けられた部位によって熱交換部が形成されている。
順次説明すると、燃焼部１５は、燃焼筒２を有し、燃焼筒２に燃料を供給する燃料供給回路と、空気を供給する空気供給回路を備える。燃料供給回路は、図示しない燃料タンクから燃焼筒２内の燃料噴射ノズル３に燃料を供給し、燃料噴射ノズル３から燃料を噴射させるものである。
【００３１】
図１の構成で採用する燃料噴射ノズル３は、圧力戻り式の噴射ノズルであり、燃料タンクから燃料噴射ノズル３に至る往き配管５と燃料噴射ノズル３から残余の燃料を戻す戻り配管６を備える。
そして往き配管５には電磁ポンプ７が接続され、戻り配管６には比例制御弁１０が接続されている。比例制御弁１０は、弁の開度や開成時間が制御されるものである。また燃料タンクから、往き配管５と戻り配管６の分岐部までの間に、油元電磁弁１１が設けられている。
【００３２】
図１に示す給湯器１では、燃料は電磁ポンプ７で加圧されて燃料噴射ノズル３に至り、燃料の一部がノズルから噴射される。そして残余の燃料は、戻り配管６を経由して電磁ポンプ７の上流側に戻される。
そして前記した様に、戻り配管６には比例制御弁１０が接続されているので、比例制御弁１０によって電磁ポンプ７に戻る燃料の量が制限され、比例制御弁１０の開度等に応じて燃料噴射ノズル３から噴射される燃料の量が制御される。
【００３３】
一方、空気供給回路は送風機１２及び空気流路１３によって構成され、送風機１２で作られた風を空気流路１３を経て燃焼筒２に導入するものである。また他に燃焼部１５は、点火装置１７を備える。
【００３４】
燃焼ケース１８は、ステンレススチール等で作られた箱であり、その上部に前記した燃焼部１５が取り付けられている。
そしてその内部には、二系統の熱交換器２０，２１が内蔵されている。本実施形態では、上部に図示された熱交換器２０は、給湯用として使用され、下部に図示された熱交換器２１は、追い焚き用として使用される。また本実施形態では、給湯用熱交換器２０及び追い焚き用熱交換器（循環用熱交換器）２１は、いずれもケースの上部側に入水口があり、下部側に出水口がある。
【００３５】
給湯用熱交換器２０を構成する水路６１は燃焼ケース１８を貫通し、さらに燃焼ケース１８を出た部分で屈曲して再度ケース内に入り、以下、これを何度も繰り返して下部側に出水口に至る。
【００３６】
そして本実施形態の重要な構成部品として、給湯用熱交換器２０に当該熱交換器２０内の水温を検知する二つのサーミスタ８，９が設けられている。本実施形態では、サーミスタ８が基準温度検知手段として機能し、サーミスタ９が下部側温度検知手段として機能する。
【００３７】
ここでサーミスタ８は、当業者の間で沸騰防止サーミスタ（以下サーミスタ８を通例に習って沸騰防止サーミスタ８と称する）と称されているものであり、給湯用熱交換器２０を構成する水路６１に直接的に取り付けられている。より詳細には沸騰防止サーミスタ８は、給湯用熱交換器２０を構成する水管の途中に取り付けられている。すなわち、熱交換部においては、給湯用熱交換器２０を構成する水管は、熱交換部のケースに入ったり出たりし、ケースから出た部分で水管を屈曲させて何度もケース内部を通過するように構成している。そして、その水管が熱交換部を通過する全長の途中箇所でケースから出た屈曲部分に取り付けられている。すなわち沸騰防止サーミスタ８は、給湯用熱交換器２０を構成する水路６１であって、燃焼ケース１８を出た屈曲部６２に設けられ、燃焼ケース１８から出て、再度燃焼ケース１８に入る部位に設けられいる。
【００３８】
一方、サーミスタ９は、当業者の間で缶体サーミスタ（以下サーミスタ９を通例に習って缶体サーミスタ９と称する）と称されているものであり、ケース１８と一体又はケース１８近傍の位置であって、給湯用熱交換器２０の出水部近傍にある。すなわち沸騰防止サーミスタ８は、給湯回路４１であって給湯用熱交換２０の燃焼ガスに晒された直後の位置にある。言い換えると缶体サーミスタ９は給湯用熱交換器２０の水路であって最終的に燃焼ケース１８から出た下流側の水管に取り付けられている。
【００３９】
前記した様に、本実施形態では、給湯用熱交換器２０は、ケース１８の上部側に入水口があり、下部側に出水口があるので、沸騰防止サーミスタ８は、缶体サーミスタ９よりも上流にある。
【００４０】
また燃焼ケース１８の下端には排気集合筒２２が設けられ、さらに排気集合筒２２は排気筒２３に繋がっている。
【００４１】
給湯器１を使用する際には、油元電磁弁１１を開くとともに電磁ポンプ７を起動し、燃料噴射ノズル３に燃料を供給する。また比例制御弁１０によって戻り側の燃料を制限し、燃料噴射ノズル３から燃料を噴射させる。
一方、送風機１２を起動して燃焼筒２内に空気を供給する。そして燃料噴射ノズル３から燃料が噴霧され、点火装置１７をもって燃料に点火し、燃焼ケース１８内に火炎を発生させる。
【００４２】
ここで本実施形態で採用する給湯器１は、１缶２回路形式であるから、燃焼部１５から排出された燃焼ガスは、給湯用の熱交換器２０と、追い焚き用の熱交換器２１を同時に加熱する。そして燃焼ガスは、燃焼ケース１８の下端に設けられた排気集合筒２２を経て排気筒２３に入り、外部に排出される。
【００４３】
次に、給湯器１のその他の配管を図２を参照しつつ説明する。給湯器１の配管は、図２の様に落とし込み給湯及び他栓への給湯を行う給湯部２４と、浴槽（貯水部）２９内の湯を追い焚きする追い焚き部２５を持つ。
【００４４】
給湯部２４は、前記した給湯用熱交換器２０を流れる高温湯回路２６と、給湯用熱交換器２０をバイパスするバイパス回路２７を持つ。そしてバイパス回路２７を流れるバイパス水量をバイパス水量調節弁２８によって調節し、高温湯回路２６を流れる高温湯とバイパス回路２７を流れる冷水を混合して湯の温度を調節する。また高温湯回路２６とバイパス回路２７との混合部分の下流側には水量調節弁３０と出湯温度センサー３１が設けられており、出湯温度センサー３１によって検知された温度が前記したバイパス水量調節弁２８等にフィードバックされると共に、水量調節弁３０によって総水量が調節される。
【００４５】
高温湯回路２６には、水量センサー３２と、入水温度センサー３３が設けられ、高温湯の温度が８０℃程度となる様に比例制御弁１０が調節される。なお本実施形態では、水量センサー３２は水流センサーとしても機能する。
【００４６】
追い焚き部２５は、浴槽２９と追い焚き用熱交換器２１とを循環する浴槽循環回路４０を持つものである。すなわち浴槽循環回路４０は、追い焚き用熱交換器２１側から浴槽２９へ湯を送る往き側水路４３と、浴槽３から追い焚き用熱交換器２１側に湯を戻す戻り側水路４４を持つ。そして戻り側水路４４には、水位センサー４５と、循環ポンプ４６、水流スイッチ４７及び湯温センサー４８が設けられている。ここで水位センサー４５は、浴槽２９内の水位を検出するものである。
【００４７】
また本実施形態では、往き側水路４３と戻り側水路４４の間にバイパス水路４９が設けられ、その戻り側水路４４との分岐部に三方弁６０が設けられている。なおこの三方弁６０は、追い焚き時に循環ポンプ４６と追い焚き用熱交換器２１を連通してバイパス水路４９側を閉止し、湯の落とし込み時に循環ポンプ４６とバイパス水路４９を連通して追い焚き用熱交換器２１側を閉止する。また三方弁６０は、浴槽２９の水位検出時には、循環ポンプ４６側、追い焚き用熱交換器２１側及びバイパス水路４９側をいずれも閉止する。
【００４８】
また給湯部２４と追い焚き部２５とは、落とし込み水路５０によって接続されている。落とし込み水路５０は、前記した給湯部２４の温度センサー３１が取付けられた部位の下流側から枝分けされ、水量センサー５１が接続され、その先が分岐されて追い焚き部２５の往き側水路４３と戻り側水路４４の双方に接続されている。また落とし込み水路５０の往き側水路４３との接続部位、および落とし込み水路５０の戻り側水路４４との接続部位には電磁弁５２が接続され、さらにその下流には二つの逆止弁５４，５５が設けられている。
またさらに落とし込み水路５０の往き側水路４３との接続部位には安全弁５７が設けられている。
【００４９】
次に、本実施形態の給湯器の燃焼制御装置の制御部分について説明する。本実施形態の給湯器の燃焼制御装置は、コントローラ４２内に内蔵されたＣＰＵを中心として制御される。ＣＰＵには、前記した配管回路の全ての電気機器が直接的に、或いはリレー等を介して間接的に接続されているが、本発明では、特に図１に破線で示した３つの信号が重要である。すなわち本実施形態では、コントローラ４２に、沸騰防止サーミスタ８、缶体サーミスタ９及び水量センサー３２が接続されている。
ここで前記した様に沸騰防止サーミスタ８は、給湯回路４１であって給湯用熱交換器２０の燃焼ガスに晒される部位の直近の位置にあり、ケース１８近傍の回路を流れる水の温度を検知するものである。また缶体サーミスタ９は、給湯回路を流れる水であって給湯用熱交換の燃焼ガスに晒された直後の温度を検知するものである。水量センサー３２は、給湯回路を流れる水量を検知するものであるが、当然に水流の有無を検知することもできる。
【００５０】
またさらにコントローラ４２には、燃料回路の比例制御弁１０が接続されている。
【００５１】
そしてコントローラ４２のＣＰＵには、燃焼部１５を、追い焚きモードと、給湯燃焼モードと、共用燃焼モードのそれぞれで燃焼させるためのプログラムと、各モードを切り換える燃焼状態切り換え手段を実現すめためのプログラムが入力されている。
【００５２】
ここで追い焚き燃焼モードは、追い焚き用熱交換器２１内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる燃焼モードである。本実施形態では、具体的に追い焚き燃焼モードは、一定号数の燃焼量で燃焼させる燃焼モードである。なお給湯器の構成によっては、追い焚き燃焼モードの時に、浴槽循環回路４０に設けられた湯温センサー４８の信号に基づいて燃焼量を増減させる場合もある。
【００５３】
給湯燃焼モードは、給湯用熱交換器２０内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる燃焼モードである。本実施形態では、具体的に給湯燃焼モードは、水量センサー３２と、入水温度センサー３３に基づいて高温湯の温度が８０℃程度となる様に比例制御弁１０をフィードフォワード制御すると共に、温度センサー３１によって検知された温度をフィードバックして燃焼量を調整する燃焼モードである。
【００５４】
共用燃焼モードは、給湯用熱交換器２０と追い焚き用熱交換器２１の双方の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる燃焼モードである。本実施形態では、具体的に共用燃焼モードは、前記した追い焚き燃焼モードの際の一定号数の燃焼量と、給湯に要する燃焼量を合計した燃焼量で燃焼させる燃焼モードである。本実施形態では、共用燃焼モードは、追い焚き燃焼モードよりも熱量の高い燃焼モードであると言える。
なお本実施形態では、共用燃焼モードは、前記したように追い焚き燃焼モードの際の一定号数の燃焼量と、給湯に要する燃焼量を合計した燃焼量で燃焼させる燃焼モードであるが、共用燃焼モードは、必ずしもこれらの単純合計である必要はない。
【００５５】
そして前記した３つのモードが状況に応じて切り換えられるが、本実施形態の給湯器の燃焼制御装置では、その切換のタイミングに特徴がある。すなわち従来技術においては、水量センサー３２や水流スイッチ４７のＯＮ・ＯＦＦによって燃焼モードを切り換えていたが、本実施形態では、追い焚きモードから共用燃焼モードに切り換わる際に、水量センサー３２や水流スイッチ４７のＯＮ・ＯＦＦ関係に加えて、沸騰防止サーミスタ８と缶体サーミスタ９の温度を比較し、両者の大小関係が一定の関係となったことを条件として切り換えられる。
【００５６】
より具体的には、本実施形態では、浴槽循環回路４０に設けられた水流スイッチ４７が水流を検知し、且つ給湯回路４１に設けられた水量センサー３２が水流を検知しない時には、追い焚き燃焼モードとなる。また逆に浴槽循環回路４０に設けられた水流スイッチ４７が水流を検知せず、且つ給湯回路４１に設けられた水量センサー３２が水流を検知した時には、給湯燃焼モードとなる。
【００５７】
これらは、いずれも水量センサー３２と水流スイッチ４７のＯＮ・ＯＦＦに依存して切換が行われる。
これに対して追い焚き燃焼モード又は給湯燃焼モードである時から共用燃焼モードに切り換わるタイミングは、給湯回路４１に設けられた水量センサー３２が水流を検知するだけでは足りず、沸騰防止サーミスタ８と缶体サーミスタ９の温度を比較し、缶体サーミスタ９の検知温度が沸騰防止サーミスタ８の検知温度以上であることを条件とする。
【００５８】
ここで本実施形態では、沸騰防止サーミスタ８は、給湯用熱交換器２０の中間部分の管内湯温を検知し、一方缶体サーミスタ９は給湯用熱交換器２０から少し離れた下流位置の管内の湯温を検出しているため、温度検出状態は次のようになる。
【００５９】
すなわち長い時間給湯側も風呂側も加熱されないときには双方のサーミスタの検出温度はほぼ同じような温度を検出する。
これに対して給湯側のみ使用されているときには、沸騰防止サーミスタ８は、給湯用熱交換器２０の熱交換部の途中に配置されており、一方缶体サーミスタ９は給湯用熱交換器２０を通過した後の位置についていることから、給湯側通水加熱状態では、缶体サーミスタ９の方が熱交換器２０で加熱される区間が長いため、沸騰防止サーミスタ８よりも缶体サーミスタの方が高い温度を検出する。
【００６０】
一方、風呂側（追い焚き回路４０側）のみ使用されているときには、風呂加熱に対応する所定号数の燃焼加熱を行い、給湯用熱交換器２０内は通水せずに滞留状態である。このため、１缶２回路式では追い焚きだけを行なう場合においても、給湯用熱交換器２０は、風呂加熱の影響を受け、給湯用熱交換器２０の管内の湯も加熱されていく。よって、沸騰防止サーミスタ８が検出する温度は、缶体サーミスタ９が検出する温度よりも高くなる。
給湯回路４１側及び追い焚き回路４０側の双方が使用されている状態では、給湯用熱交換器２０内の管内に通水されるため、双方のサーミスタの検知状態は給湯側のみ使用されているときと同様となる。すなわち沸騰防止サーミスタ８が給湯側熱交換器２０の熱交換部の途中に配置されており、一方缶体サーミスタ９は給湯側熱交換器２０の熱交換部を通過した後の位置に設けられていることから、給湯側通水加熱状態となり、缶体サーミスタ９の方が熱交換部で加熱される区間が長いため、沸騰防止サーミスタ８よりも高い温度を検出する。
【００６１】
沸騰防止サーミスタ８と缶体サーミスタ９についてこのような現象が生じるために、双方のサーミスタを監視することにより、給湯側、追い焚き側、あるいは双方使用状態を検出することができる。また、各使用状態から異なる使用状態への変化を知ることができる。特に、図４に示すように追い焚き単独使用の状態に給湯が使用されたり、給湯の使用が中止されたりするときには、双方のサーミスタ８，９の検出出力を比較することにより容易に使用状態を判断することができる。
更に、このように沸騰防止サーミスタ８及び缶体サーミスタ９を用いて動作状態を判断するようにすれば、熱交換を行う部分の温度状態に基づくことになるので、温度制御の切り換えには最も適切なタイミングでモードの判別を行うことができる。
【００６２】
本実施形態では、この現象を利用して追い焚き燃焼モードである時に、給湯回路４１に設けられた水量センサー３２が水流を検知し、さらに沸騰防止サーミスタ８と缶体サーミスタ９の検知温度が逆転したことを条件として共用燃焼モードに切り換わる。
【００６３】
以下、図３のフローチャート図及び図４のタイムチャート図に基づいて、本実施形態の給湯器の燃焼制御装置の動作を説明する。
なお図３のフローチャートは、理解を容易にするために要点のみを簡略化して記載している。
本実施形態の給湯器の燃焼制御装置では、ステップ１，２，５によって水量センサー３２と水流スイッチ４７のいずれがＯＮでいずれがＯＦＦであるかが確認される。
すなわちステップ１で給湯回路４１の水量センサー３２のＯＮ・ＯＦＦが確認され、ＯＮであればステップ２に移行して浴槽循環回路４０に設けられた水流スイッチ４７のＯＮ・ＯＦＦが確認される。一方、ステップ１で給湯回路４１の水量センサー３２がＯＦＦであればステップ５に移行して浴槽循環回路４０に設けられた水流スイッチ４７のＯＮ・ＯＦＦが確認される。
【００６４】
そして給湯回路４１の水量センサー３２と浴槽循環回路４０の水流スイッチ４７のいずれもがＯＦＦである場合は、いずれの回路にも水流が無いのでステップ６に移行し、燃焼が停止する。具体的には、ステップ１，ステップ５，ステップ６と移行し、燃焼が停止する。
また給湯回路４１の水量センサー３２がＯＦＦであって浴槽循環回路４０の水流スイッチ４７がＯＮである場合は、ステップ８に移行し、追い焚き燃焼モードで制御される。具体的には、ステップ１，ステップ５，ステップ８と移行し、追い焚き燃焼モードとなる。
また給湯回路４１の水量センサー３２がＯＮであって浴槽循環回路４０の水流スイッチ４７がＯＦＦである場合は、ステップ７に移行し、給湯燃焼モードで制御される。具体的には、ステップ１，ステップ２，ステップ７と移行し、給湯燃焼モードとなる。
【００６５】
そして給湯回路４１の水量センサー３２と浴槽循環回路４０の水流スイッチ４７のいずれもがＯＮである場合は、ステップ３に移行し、沸騰防止サーミスタ８の検知温度と、缶体サーミスタ９の検知温度を比較する。そして缶体サーミスタ９の検知温度が沸騰防止サーミスタ８の検知温度以上であるならば、水量センサー３２ばかりでなく、給湯用熱交換器２０の前後の温度によっても給湯回路４１に水流があることが確認されたので、ステップ４に移行し、共用燃焼モードとなる。
またステップ３に移行したとき、缶体サーミスタ９の検知温度が沸騰防止サーミスタ８の検知温度未満であった場合は、従来技術の説明の欄に記載したように、部分的な沸騰による水量センサー３２の誤動作が予想されるので、ステップ１に戻る。もし真に給湯回路４１に水流が有るならば、ステップ１，２，３を繰り返すこととなる。したがって実際上、本実施形態では、沸騰防止サーミスタ８と缶体サーミスタ９を常時監視する。
【００６６】
また追い焚き燃焼モードであった状態から、使用者が給湯栓等を開き、給湯回路４１に通水があった時は、次のような流れによって追い焚き燃焼モードから共用燃焼モードに変わる。
すなわち前記した様に、追い焚き燃焼モードである場合は、スタートからステップ１，ステップ５，ステップ８と移行して追い焚き燃焼モードとなっているが、再度ステップ１に戻った時、給湯回路４１の水量センサー３２がＯＮとなるからステップ１がイエスとなり、ステップ２に移行する。また追い焚きは続行中であるからステップ２もイエスであり、ステップ３に移行する。
【００６７】
この時の沸騰防止サーミスタ８と缶体サーミスタ９の検知温度の関係は、図４の通りである。すなわち実使用上は、図４の最上部の矢印の様であり、時刻Ｔ１までは追い焚きだけが行われ、時刻Ｔ１の時に給湯栓が開き、給湯回路４１に通水が開始されている。
一方、時刻Ｔ１に至るまでの間は、給湯用熱交換機２０は、通水が無い状態で加熱されるので、沸騰防止サーミスタ８が缶体サーミスタ９に比べて高温を示す。
そして時刻Ｔ１で給湯栓が開き、給湯回路４１に通水が開始されると、図の様に沸騰防止サーミスタ８の検知温度は急激に低下する。これに対して缶体サーミスタ９の温度低下は小さい。
【００６８】
前記した図３のフローチャート図の説明に戻ると、給湯栓が開かれて給湯回路４１の水量センサー３２がＯＮとなり、ステップ２、ステップ３と順次移行するが、これらは電気的な信号によってプログラムが進行するため、速度が極めて早い。すなわち給湯栓が開かれて給湯回路４１の水量センサー３２がＯＮとなると、瞬時にステップ３に移行し、沸騰防止サーミスタ８の検知温度と、缶体サーミスタ９の検知温度を比較する。
【００６９】
しかしながら、沸騰防止サーミスタ８と缶体サーミスタ９の検知温度の変化は、物理的なものであり、遅れる。
したがって給湯栓が開かれた直後においては、ステップ３はイエスとならず、ステップ１に戻る。そしてステップ１，２，３を繰り返し、沸騰防止サーミスタ８と缶体サーミスタ９を常時監視して沸騰防止サーミスタ８の検知温度が缶体サーミスタ９の検知温度以上となるのを待つ。
そして図４のタイムチャートの様に時刻Ｔ２で沸騰防止サーミスタ８の検知温度が缶体サーミスタ９の検知温度以上となると、ステップ３がイエスとなり、ステップ４に移行して共用燃焼モードとなる。
【００７０】
またこの時は、給湯用熱交換機２０内に滞留していた水は、既に排出されているので、給湯栓から過度に熱い湯が出湯されることはない。
【００７１】
以上は、追い焚き燃焼モードであった状態から、共用燃焼モードに変わる場合を説明したが、給湯燃焼モードから共用燃焼モードに変わる場合についても同様である。
【００７２】
上記した実施形態では、ステップ３で沸騰防止サーミスタ８の検知温度と、缶体サーミスタ９の検知温度の大小を比較し、沸騰防止サーミスタ８の検知温度と、缶体サーミスタ９の検知温度が逆転した時に、共用燃焼モードに切り換わる構成としたが、変形例として、両者の差が一定の範囲になった時に共用燃焼モードに切り換わる構成としてもよい。また水量センサー３２がＯＮとなった後、沸騰防止サーミスタ８の検知温度の降下速度が、缶体サーミスタ９の検知温度の降下速度に比べて早ければ、給湯回路４１に水流があると推測できるので、両者の降下速度の差が一定以上である場合に共用燃焼モードに切り換わる構成とすることも有効である。
さらに沸騰防止サーミスタ８の検知温度と、缶体サーミスタ９の検知温度の差や降下速度の差等が一定の関係になってから、さらに所定の時間が経過した後に燃焼モードを切り換えることも有効である。上記した所定の時間は、定数であってもよく、温度差等に応じた変数であってもよい。
【００７３】
また上記した実施形態では追い焚き燃焼モード及び給湯燃焼モードである時から共用燃焼モードに切り換わるタイミングを決定するのに二つのサーミスタ８，９の検知温度の大小比較を活用したが、共用燃焼モードから追い焚き燃焼モード又は給湯燃焼モードに切り換わるタイミングにこれらを活用してもよい。すなわち図４の様に、時刻Ｔ３で給湯と追い焚きの同時使用の状態から給湯栓を閉鎖すると、給湯用熱交換器２０内の水流が停止するので、沸騰防止サーミスタ８の検知温度の検知温度が急上昇し、沸騰防止サーミスタ８の検知温度が、缶体サーミスタ９の検知温度を上回る。そこで缶体サーミスタ９の検知温度を上回ったことを条件の一つとして共用燃焼モードから追い焚き燃焼モード又は給湯燃焼モードに切り換えることも有効である。
【００７４】
また上記した実施形態では、二つのサーミスタ８，９の検知温度の比較と、水量センサー３２の信号を併用して燃焼モードの切換を行う構成を開示したが、二つのサーミスタ８，９の検知温度の比較だけで燃焼モードの切換を行ってもよい。
【００７５】
また上記した実施形態では、二つのサーミスタ８，９の検知温度の高低を比較したが、通水の有無による缶体サーミスタ９側の温度変化は、沸騰防止サーミスタ８に比べて小さいので、沸騰防止サーミスタ８の温度を予め定められた一定の温度と比較して燃焼モードの切換を行ってもよい。
ただし、この場合は、前記した実施形態と比較して、検出精度が低下することは否めないので、水量センサー３２の信号を併用することが望ましい。
また沸騰防止サーミスタ８の温度が急変し、且つ水量センサー３２がＯＮとなる条件により、燃焼モードの切換を行ってもよい。
【００７６】
また上記した実施形態では、給湯器を浴槽の追い焚きに使用するものを例示したが、床暖房等に使用するものに適用することもできる。
【００７７】
また上記した実施形態では、灯油等の液体燃料を使用する噴霧燃焼式の給湯器を例に本発明を説明したが、その他、灯油を気化する構造の給湯器や、ガスを燃料とした給湯器を制御する場合にも適用可能であり、色々な燃焼方式の給湯器に適用できるのは勿論のことである。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明した様に、請求項１に記載の本発明の給湯器の燃焼制御装置は、基準温度検知手段によって給湯用熱交換器の状況を検知し、燃焼モードを切り換える燃焼状態切り換え手段を備えるので、「給湯使用」の誤検知を回避することができる。そのため本発明は、使用者に故障であるような印象を与えることがない。
また、水流センサーを併用するものであるから、「給湯使用」の誤検知が少ない効果がある。
【００７９】
請求項２に記載の給湯器の燃焼制御装置は、基準温度検知手段と下部側温度検知手段の検知温度が一定の関係になったことを条件の一つとして燃焼モードを切り換える燃焼状態切り換え手段を備えるので、「給湯使用」の誤検知を回避することができる。そのため本発明は、使用者に故障であるような印象を与えることがない。
また、下部側温度検知手段の検知温度が逆転したこと等を条件の一つとして燃焼モードを切り換えることとしたので、より確実に「給湯使用」の誤検知を回避することができる効果がある。また本発明によると、給湯用の熱交換機内に滞留した水の多くが排出された後に燃焼モードが切り換えられるので、火傷等の心配はない。
また、水流センサーを併用するものであるから、「給湯使用」の誤検知が少ない効果がある。
【００８０】
また請求項３に記載の燃焼制御装置では、基準温度検知手段と下部側温度検知手段の温度が一定の関係になってから所定の時間が経過した後に燃焼モードを切り換えることとしたので、より確実に「給湯使用」の誤検知を回避することができる効果がある。また本発明によると、給湯用の熱交換機内に滞留した水の多くが排出された後に燃焼モードが切り換えられるので、火傷等の心配はない。
【００８１】
また請求項４に記載の燃焼制御装置では、給湯用熱交換器の中間部分に基準温度検知手段が設けられているので、給湯用熱交換器の温度を正確に検知することができる。
【００８３】
また請求項５に記載の給湯器の燃焼制御装置は、実用に則した構成を開示するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の給湯器の燃焼制御装置及び給湯配管の要部を示す配管図である。
【図２】本発明の実施形態の給湯器の燃焼制御装置によって制御される給湯器の全体配管図である。
【図３】本発明の実施形態の給湯器の燃焼制御装置のフローチャート図である。
【図４】本発明の実施形態の給湯器の燃焼制御装置のタイムチャート図である。
【符号の説明】
１給湯器
８沸騰防止サーミスタ（基準温度検知手段）
９缶体サーミスタ（下部側温度検知手段）
１５燃焼部
１８燃焼ケース
２０給湯用熱交換器
２１追い焚き用熱交換器（循環用熱交換器）
２９浴槽（貯水部）
４０風呂循環回路
４１給湯回路
６１水路
６２屈曲部

Claims

燃焼部と、熱交換部を有し、熱交換部はケース内に二以上の熱交換器を備え、一つの熱交換器は給湯回路に接続される給湯用熱交換器であり、他の一つの熱交換器は、外部に設けられた貯水部との間で循環回路を形成する循環用熱交換器であり、給湯用熱交換器内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる給湯燃焼モードと、循環用熱交換器内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる循環燃焼モードと、給湯用熱交換器と循環用熱交換器内の双方の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる共用燃焼モードに切り換えて燃焼される給湯器の燃焼制御装置において、給湯回路には水流を検知する水流センサーが設けられ、給湯用熱交換器又はその近傍の水路に設けられ、当該部位における水路の温度又は内部の水の温度を検知する基準温度検知手段を有し、当該基準温度検知手段の検知温度が一定の関係になったことを条件の一つとして燃焼モードを切り換えるものであって、前記一定の関係は、急変するか、あるいは当該基準温度検知手段の検知温度と予め定められた一定の温度との大小を比較して両者の大小の関係が逆転したことの少なくともいずれかであり、循環燃焼モードにおいて、給湯回路内において水流センサが水流を検知し、且つ基準温度検知手段の検知温度が前記一定の関係を満たせば共用燃焼モードに燃焼モードを切り換え、水流センサが水流を検知し、且つ基準温度検知手段の検知温度が前記一定の関係を満たさなければ共用燃焼モードに燃焼モードを切り換えない燃焼状態切り換え手段を備えたことを特徴とする給湯器の燃焼制御装置。
燃焼部と、熱交換部を有し、熱交換部はケース内に二以上の熱交換器を備え、一つの熱交換器は給湯回路に接続される給湯用熱交換器であり、他の一つの熱交換器は、外部に設けられた貯水部との間で循環回路を形成する循環用熱交換器であり、給湯用熱交換器内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる給湯燃焼モードと、循環用熱交換器内の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる循環燃焼モードと、給湯用熱交換器と循環用熱交換器内の双方の水を加熱するのに要する熱量で燃焼させる共用燃焼モードに切り換えて燃焼される給湯器の燃焼制御装置において、給湯回路には水流を検知する水流センサーが設けられ、給湯用熱交換器又はその近傍の水路に設けられ、当該部位における水路の温度又は内部の水の温度を検知する基準温度検知手段と、前記基準温度検知手段よりも下流側に設けられ当該部位における給湯用熱交換器の温度又は内部の水を検知する下部側温度検知手段を有し、前記基準温度検知手段と下部側温度検知手段の検知温度が一定の関係になったことを条件の一つとして燃焼モードを切り換えるものであって、前記一定の関係は、前記２つの温度検知手段の検知温度の大小を比較して当該検知温度の大小の関係が逆転した時、前記２つの温度検知手段の検知温度の差が一定の範囲になった時、又は、前記２つの温度検知手段の検知温度の降下速度の差が一定以上となった時の少なくともいずれかであり、循環燃焼モードにおいて、給湯回路内において水流センサが水流を検知し、且つ前記２つの温度検知手段の検知温度が前記一定の関係を満たせば共用燃焼モードに燃焼モードを切り換え、水流センサが水流を検知し、且つ前記２つの温度検知手段の検知温度が前記一定の関係を満たさなければ共用燃焼モードに燃焼モードを切り換えない燃焼状態切り換え手段を備えたことを特徴とする給湯器の燃焼制御装置。
燃焼状態切り換え手段は、基準温度検知手段と下部側温度検知手段の温度が一定の関係になってから所定の時間が経過した後に燃焼モードを切り換えるものであることを特徴とする請求項２に記載の給湯器の燃焼制御装置。
給湯用熱交換器を構成する水路はケースを貫通し、さらにケースを出た部分で屈曲して再度ケース内に入るものであり、基準温度検知手段は前記水路の屈曲部分に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の給湯器の燃焼制御装置。
外部に設けられた貯水部は浴槽又は床暖器具であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の給湯器の燃焼制御装置。