JPH04165209A - 給湯機 - 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、複数種の燃料ガスに適応可能に設計されてい
る給湯機に対し、現に供給されているガスの種類を自動
的に弁別、判断することにより、マイクロコンピュータ
を含む制御装置が同一のハード構成であっても、各ガス
種に応じての最適な燃焼制御を計るための改良に関する
。

［従来の技術］ 従来例とは言っても最近の給湯機では、燃焼の制御にマ
イクロコンピュータを利用するようになってきており、
かなり高度な制御が可能となっている。また、熱交換器
についても、給湯用と風呂の追い焚き用等、それぞれに
専用に全部で複数個の熱交換器を持つものもある。本発
明では後述の所からも明らかなように、そうしたものに
も当然、通用可能ではあるが、理解のため、木項では比
較的基本的な形態を持つ従来の給湯システムにつき、第
２図に即して説明する。

図示の給湯機は一つの蛇口１５で代表させた出湯口１５
から必要に応じて出湯するための給湯用熱交換器１１を
有している。この給湯用熱交換器１１には、図中、矢印
で“水”と示されているように、水道配管からの水が通
され、この水は熱交換器１１をバーナ１２で加熱するこ
とで昇温される。

バーナ１２には燃焼用燃料として燃料ガスが供給される
が、設置される場所により、実際に供給され得るガスの
種類（ＬＰ、６Ｃ等）は様々に異なる。

しかし、いずれのガス種ではあっても、構造的にはもち
ろん同様なものが要求され、ガス配管からのガスは元電
磁弁１３を経た後、ＣＰＵと簡略表記されたマイクロコ
ンピュータ２０の指令に基づき、給湯側に専用のガス流
量調節電磁弁（いわゆる比例弁）１４により、そのとき
どきで最適な供給量に制御されてバーナ１２に送られ、
また、バーナ１２への空気量は、同様にマイクロコンピ
ュータ２０の指令に基づき、電気的に制御可能な千〜り
によって駆動されるファン１９により制御される。

一方、上記のように最適な燃焼制御をなすためにも、バ
ーナ１２により選択的に加熱される熱交換器１１中を通
過するそのときどきの実際の水量Ｑ。

は流量センサ１６により検出され、また熱交換器１１に
入る前の水の温度ＴＣは給水温センサ１７により、熱交
換器１１からの出湯温Ｔ□は出湯温センサ１８によりそ
れぞれ検出されて、これらデータＱＨ、Ｔｃ　、　ＴＨ
がマイクロコンピュータ２０に与えられる。

その外、図示していないが、安全のためにバーナ１２に
て所定通り着火がなされたか否か、ないしは現在、バー
ナ１２が燃焼中であるか否かを検出するためのフレーム
・ロッド等による炎検出センサとか、熱交換器１１から
の出湯温度が異常に高くなった場合にこれを検出するハ
イ・リミット・スイッチ等も設けられ、さらには制御性
をより一層高めるために、必要に応じ、ファン１９が現
に出力している空気流量ないしは実際の回転数を検出し
て帰還制御するためのセンサ等も組込まれる。

しかるに、このようなマイクロコンピュータ２０を用い
ての制御をなすにも、供給されるガス種が異なれば、そ
れに応じ、マイクロコンピュータ２０のハード構成は例
え同一であったにしても、ソフト的には、すなわちプロ
グラムとか基礎データ等は、当該ガス種に応じた変更設
定をせねばならない。

ここで例えば、熱交換器１１を通過する木ないし湯の流
量をＱｏ、熱交換！！！１１に与えられる水の温度であ
る給水温をＴｃ、熱交換器１１にて加温された湯の温度
である出湯温をＴＨとすると、そのときの熱量値ＦＦは
、 ＦＦ　＝　ＱＨ（ＴＨＴＣ）　　［にｃａｌ／ａｋｉｎ
］　　”・■として求められる。

しかるに、ガス種が異なれば、同じ熱交換器通過流量Ｑ
）Ｉの下で同じ流量のガスと同じ流量の空気をバーナ１
２に与えても、昇温された漫の温度Ｔ□はガスの持つエ
ネルギにより異なってくる。換言すれば、出湯温ＴＨを
使用者が望む設定温に極力保つべく制御するには、ガス
種に応じ、供給するガス量（結局は比例弁１４の開度な
いしこれに与える電流値）や空気送給量（ファン回転数
）等を変えねばならない。そうでないと、単に温度制御
上々の問題には留まらず、不完全燃焼等の危険も生ずる
。

しかるに従来は、ガス種ごとにハードウェアからして専
用の制御装置を用意するか、ハードウェア的にはほぼ同
様であってもプログラムや各種データをそれぞれのガス
種専用に設定したものを用意するか、あるいはまた、ス
イッチの操作により、少なくともいくつかの異なるガス
種間での変更設定が可能な制御装置を用意していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、ガス種ごとにハードウェアからして専用の構成
を有する制御装置を用いる場合には、それこそ、各ガス
種に応じた制御装置を一種類づつ開発、製造する必要が
あり、大いなる手間と開発資源の無駄を生じていた。

これに対し、内蔵のマイクロコンピュータに対するプロ
グラムやデータ等をガス種ごとに変更設定する場合には
、上記よりは少しは合理化が計れるものの、逆にハード
ウェア的に外見だけ見ると区別が付かないことがあり、
誤搭載の危険が残っていた。違うガス種データが設定さ
れている制御装置を誤って他の給湯機に組込んでしまう
おそれが残っていたのである。

一方、少なくとも何種類かのガス種には一応、そのどれ
にも適用可能なように構成されており、実際に搭載され
る給湯機の設置環境に応じ、切換えスイッチにより、与
えられるガス種に対応したスイッチ位置を選択する手法
では、同一制御装置の流用性には最も富んではいるが、
やはり搭載時に人手によるスイッチ操作を要求すること
から、誤切換えを完全に防ぐことはできなかった。

そこで本発明は、少なくともいくつかのガス秒間で同一
の制御装置を流用可能としながらも、各給湯機への制御
装置搭載時における人手による誤操作等の恐れをなくし
、搭載された給湯機に現に供給されるガス種を使用の現
場で実際に判断することにより、制御装置に自動的にガ
ス種データが与えられるように計ったものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、熱交換器を通過する所定の流
量以上の水流の発生によってバーナへの点火動作を指令
し、点火後、機種ごとの給湯能力に応じて最適ｔｊ燃焼
制御をなすべきマイクロコンピュータを含む制御装置を
有する給湯機として、本発明では、 ■マイクロコンピュータを含む制御装置は、バーナに供
給可能な複数の種類の燃料ガスの中、どれか一つの種類
のガスであることを特定するガス種データが与えられれ
ば、その特定された種類のガスに応じた燃焼制御が可能
なように構成しておき、 ■その上で、上記の制御装置に与えるべきガス種データ
は、当該制御装置が該組込まれている給湯機において点
火動作が生じた当初、バーナに一定流量の燃料ガスと一
定流量の空気とを与えた状態下で、熱交換器を通過する
流量と熱交換器への給水温度、熱交換器からの出湯温度
に基づいて求めるようにする。

また、このような基本的な構成に即した上で、本発明で
はさらに、上記のガス種データは、制御装置に最初に電
源が投入された後の始めての点火動作に伴フてのみ求め
、−旦求めたガス種データは、電源が投入され続けてい
る限り、制御装置に設定し続ける構成や、ガス種データ
を求めるときには、熱交換器を通過する水流の流量も既
知の値に固定する構成も提案する。

［作　用］ 本発明によると、マイクロコンピュータを含む創部装置
自体は、少なくとも二種以上の異なるガス種の中、どれ
か一つを特定するガス種データが与えられれば、それに
応じた制御が可能なように構成されている。

しかし、ただ単にガス種データを与えるということだけ
では、上記の従来例におけるスイッチ操作もまた、人手
によって一種のガス種データを制御装置に与えているこ
とになるが、本発明におけるガス種データは、こうした
スイッチ操作等のように、誤操作が見込まれる人手操作
により与えられるものではなく、給湯機に組込まれた後
、使用に際して自動的に設定される。

つまり、ガス種データは、その制御装置が組込まれてい
る給湯機において点火動作が生じた際、バーナに一定流
量の燃料ガスと一定流量の空気とを与えた状態下で、熱
交換器を通過する流量と熱交換器への給水温度、熱交換
器からの出湯温度に基づいて求められるので、制御装置
を組込んだ給渇機が実際に設置され、使用に供される時
点において自動的に設定される。

また、このようなガス種データが得られる理由は先に挙
げた０式により明らかである。使用者が蛇口等の出湯口
を開いた後、流量ＱＨは比較的速やかにある値に一定す
るので、そのときの給水温Ｔｃと出湯温ＴＨとにより、
当該０式によって演算される値ＦＦは、このときに熱交
換器に与えているガス種ごとに異なる。

その一方で、バーナに対し一定ガス流量、一定空気流量
を与えた状態の下では、各ガス種ごとに予想される値Ｆ
Ｆの各範囲は予めデータとしてマイクロコンピュータ付
属の不揮発性メモリに記憶して置くことができるので、
これを参照すれば、演算された値ＦＦがどの範囲に属す
るものかにより、当該給湯機に印加されているガス種を
知ることができる。

このようにして、各給湯機ごとに現に与えられている燃
料ガスの種類を求めることができれば、このガス種デー
タをその給湯機に組込まれている制御装置ないしそれに
内蔵のマイクロコンピュータに与えることで、以後、当
該制御装置をこのガス種データに対応する制御モードで
稼動させることができる。

また、本発明のさらに下位の態様に従い、ガス種データ
は、制御装置に最初に電源が投入された後の始めての点
火動作に伴ってのみ求め、−旦求めたガス種データは、
電源が投入され続けている限り制御装置に設定し続ける
構成を採用した場合には、各点火回ごとに上記の演算を
なす必要はなくなり、電源投入後（停電復旧後も含めて
）の最初の一回を除き、他の点火回では速やかに、その
給湯機に与えられる燃料ガスの種類に応じてそれぞれに
最適な燃焼制御に穆ることができる。

さらに、上記においてガス種データを求めるときには、
熱交換器を通過する水流の流量Ｑｓも既知の値に固定す
れば、上記０式からして明らかなように、出湯温Ｔ、と
給水温Ｔｃとの差を取るだけでも、値ＦＦに代わって各
ガス種に対応した判断データを得ることができる。

［実　施　例］ 以下、第１図に即し、本発明の実施例につき説明する。

ただし、本発明の適用可能な給湯機、ないし本発明によ
り改良可能な給湯機は、第２図に示された基本構成を持
つ限り、従来構造のほとんどのものがその対象となる。

換言すれば、追い焚ぎのための制御機構や、追い焚き専
用の熱交換器をさらに別途に有していたりしても、第２
図示のように給湯用の熱交換器がありさえすれば、本発
明の適用が可能である。

そこで、本発明の実施例としても、装置構成としては第
２図示のものを借りて説明する。

本発明の基本的な実施例においては、使用者が蛇口１５
等を捻る等して熱交換器ｌｌ中を通過する水流が発生し
たとき、流量センサ１６からの流量ＱＨのデータに基づ
き、ＣＰＵと簡略表記したマイクロコンピュータ２０を
含む制御装置が当該水流の発生を検知し、元電磁弁１３
を介してのガス配管からのガスをバーナ１２に送給しよ
うとする各点火回の始めごとに、封部装置はまず比例弁
１４に一定電流■ｓを与え、当該比例弁１４の弁開度を
ある一定角度にして所定のガス量を供給する状態とし、
同時にファン１９にも当該一定ガス量に応じた所定の回
転数Ｒｓで回転するように電力を供給する。

この状態で図示しない点火機構によりバーナに着火する
と、熱交換器１１には実際に与えられているガス種に応
じた所定の熱量Ｆ１が与えられる。この状態は、第１図
中、時刻ｔ０から後述する判定時刻ｔｌの間の時間領域
として示されている。

同様に、’＄１図中、時刻ｔ０以降の部分に示されてい
るように、熱交換器１１に一定ガス流量、一定空気流量
の下で各ガス種に応じた一定熱量Ｆｆが与えられると、
そのときに熱交換器１１に入る前の水の温度Ｔｃに応じ
、出湯温センサ１８により検出される出湯温ＴＨは上昇
を始め、やがて、ある安定な値に収束する。

そこで、第１図中、時刻１．で示されるように、時刻ｔ
ｌｌから出湯温データが安定すると思われる一定時間を
予め定めて置き、これをマイクロコンピュータ２０を利
用して計測し終えた時刻ｔ！か、またはマイクロコンピ
ュータ２０により現に出湯温ＴＨを監視してその値がほ
ぼ安定になったと判断した時点１１で（流量データＱＨ
や給水温データＴｃはその前にすでに安定化しているの
が普通である）、これら各データＱＨ、ＴＨ、Ｔｃをマ
イクロコンピュータ２０に取込み、上記０式の演算をな
す。

この結果得られた実効的な出力熱量値ＦＦは、実際にそ
の給湯機ないしバーナ１２に与えられているガス種に応
じて変化し、かつ、各ガス種ごとにある範囲内に人る。

一方、本発明では、マイクロコンピュータ２０を含む制
御装置に対し、予め、各ガス種ごとにこのときに予想さ
れる値ＦＦの範囲を与えている。これは通常のように、
ＲＯＭないしはプログラマブル・メモリの使用によって
実現可能である。

そこで、マイクロコンピュータ２０では、演算したＦＦ
値を予め記憶している各ガス種ごとの値範囲データ群と
比較し、これにより、自身が組込まれている給湯機に現
に供給されている燃料ガスの種類を求めることができる
。

このようにして、自身の組込まれている給湯機に供給さ
れているガス種データを知ることがで計れば、公知の手
法により、このデータをマイクロコンピュータ２０の制
御モード切換え部分くプログラムないしはデータ群の変
更等、ソフト・ウェア的変更も含む）に与えることで、
第１図中の当該ガス種判定時刻ｔ、以降では、そのガス
種ごとに、かつまたその給湯機の給湯能力ごとに、その
最大能力を有効に生かしながら、公知既存のこの種の給
湯機の燃焼制御におけると同様の燃焼制御をなすことが
できる。

例えば、当該判定時刻ｔ＋以降では、それまでの判定期
間中における一定値１ｓ、　Ｒｓでのそれぞれの拘束を
解ぎ、そのときの流量Ｑ。に応じてこの種給湯機の燃焼
制御における通常の仕方に従い、比例弁電流やファン回
転数等をそのガス種に最適な値に変更制御できるし、さ
らに模式的に時刻ｔ、以降で示されるように、使用者が
蛇口１５の聞咎具合を変更する等して流量が変化した場
合には、これに応じてそのガス種の下での給湯機の最大
給湯能力を有効利用し、さらに比例弁電流やファン回転
数をそれぞれ最適値に変更制御することができる。

もちろん、図示していないが、使用者により好みの出湯
温が設定可能なようになっている場合には（最近ではそ
れが普通であるが）、出湯温を当該設定温に極力維持す
るべく、制御装置は給湯機の燃焼制御を行なうことがで
きる。

しかるに、本発明に用いられるマイクロコンピュータを
含む制御装置は、上記機能を満たすためには、少なくと
も二種以上の燃料ガスのいずれにも対応可能なように予
め設計、製作されている必要はある。しかし、給湯機に
搭載後、制御装置は自分で、その給湯機に現に供給され
ている燃料ガスの種類を知ることができるので、人手に
よるガス種に応じた切換え操作等は不要となり、製造者
は気を使うこともなく、複数の機種群にあってどの機種
にも共通に用意されている制御装置を車に組込んで行け
ば良い、誤搭載のおそれからも逃れられるから、安全性
、信頼性も高まる。

また、現実的には、少なくとも二種以上どころか、この
神の給湯機に供給されることが予想される全てのガス種
に適応し得る制御装置も組むことができ、そのハードウ
ェア構成は全く同一のまま、単にマイクロコンピュータ
を走らせるためのプログラムの内容、または利用するデ
ータ群の変更だけによってそれら全てのガス種に適応可
能でもあるので、こうした現実を踏まえた場合、本発明
の有効性はより一層、極まるものとなる。

また、上記実施例では、ガス種の判定は各点火回ごとに
なしていた。しかし、本発明の他の実施例としては、制
御装置に電源が投入された後の最初の点火回においての
み、上記の判定処理をなす場合も含むことができる。む
しろ、ガス種判定に関してはこの方が現実的である。

最初に電源が投入されるとかとは、給湯機が最初に設置
され、電源プラグが商用交流電源コンセントに差し込ま
れたと１とが、停電後の復旧時等があるが、いずれにし
ても、この電源投入後の最初の点火回において求めたガ
ス種データは、マイクロコンピユータ付属の揮発性メモ
リに格納することにより、電源が断たれるまで、制御装
置は同じガス種データに基づいての燃焼制御が可能とな
るので、各点火口ごとにガス種データを求め直す場合に
比し、当然のことながら、例えば出湯温を設定温に持っ
て行くための制御等は時間的に早くなる。

さらに、少なくとも電気的に書き込み可能、望ましくは
書替え可能な不揮発性メモリを使用すれば、それこそ給
湯機設置後、最初に電源の投入された最初の点火口にお
いてのみ、上記に従いガス種データを得、これをこの不
揮発性メモリに格納させることで、以後、例えば停電と
か電源プラグの抜き差し等、−旦は電源が途切れること
があっても、その復旧後にこのメモリ内容を読出すこと
により、再度の演算処理は不要となる。

なお、第１図中、時刻ｔ０か６１＋までのガス種判定期
間中においては、図示していない流量弁により流量ＱＨ
をも一定に絞る装置構成を採用することもで鯉、そのよ
うにすれば、上記の式から明らかなように、ガス種デー
タを求める演算自体も、実際には出湯温ＴＨと給水温Ｔ
Ｃとの差演算のみで済み、より簡単化する。

［効　果］ 本発明によれば、給湯機に組込まれた制御装置は自分で
その給湯機に供給されている燃料ガスの種類を判定し、
判定したガス種データに基づいて以後の燃焼制御を行な
う、使用者はその判定に一切、介在する必要がない。

したがって従来のように、給湯機に与えられる燃料ガス
の種類ごとにハードウェア的な装置構成自体からして各
機種専用の制御装置を用意せねばならない非合理もなく
、逆にハードウェア的には共通であっても複数機種間で
の流用を考えたがために人手によるスイッチを設ける必
要があり、そのために誤操作を招くとか、装置の外観は
変わらないがために種類別の制御装置を誤搭載するとい
った懸念もなくなり、製造工程は飛躍的に簡略化、合理
化し、給湯機としての安全性、信頼性も大いに高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス種判定時における各部の状態により本発明
の一実施例を説明する説明図。 第２図は本発明を通用可能な給湯機の基本的構成部分の
説明図。 である。 図中、１１は熱交換器、１２はバーナ、１３は元電磁弁
、１４は比例弁、１５は出湯口、１６は流量センサ、１
フは給水温センサ、１８は出湯温センサ、１！ｌはファ
ン、２０はマイクロコンピュータ、である。 Ｍ　　　２　　　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱交換器を通過する所定の流量以上の水流の発生
   によってバーナへの点火動作を指令し、該点火後、機種
   ごとの給湯能力に応じて最適な燃焼制御をなすべきマイ
   クロコンピュータを含む制御装置を有する給湯機であっ
   て； 該マイクロコンピュータを含む上記制御装置は、上記バ
   ーナに供給可能な複数の種類の燃料ガスの中、どれか一
   つの種類のガスであることを特定するガス種データが与
   えられれば、該特定された種類のガスに応じた燃焼制御
   が可能なように構成されている一方で； 上記制御装置に与えるべき上記ガス種データは、該制御
   装置が該組込まれている給湯機において上記点火動作が
   生じた当初、上記バーナに一定流量の燃料ガスと一定流
   量の空気とを与え、その状態下での上記熱交換器を通過
   する流量と該熱交換器への給水温度、該熱交換器からの
   出湯温度に基づいて求められること； を特徴とする給湯機。
2. （２）上記ガス種データは、上記制御装置に最初に電源
   が投入された後の始めての上記点火動作に伴ってのみ求
   められ、該求められたガス種データは該電源が投入され
   続けている限り、該制御装置に設定され続けること； を特徴とする請求項１に記載の給湯機。
3. （３）上記ガス種データを求めるときには、上記熱交換
   器を通過する水流の流量も既知の値に固定されること； を特徴とする請求項１または２に記載の給湯機。