JPS62162847A

JPS62162847A - ガス瞬間式給湯装置

Info

Publication number: JPS62162847A
Application number: JP61003153A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kawaguchi; 秀樹川口; Masahiro Kayano; 茅野　雅弘; Shingo Tanaka; 田中　真吾
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1986-01-10
Filing date: 1986-01-10
Publication date: 1987-07-18

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）本発明はガス瞬間式給湯装置に関する。

（従来の技術）従来、ガス瞬間式給湯装置としては種々の構造があるが
、多くはガスｂ１を変化させることにより、熱量を制御
する所謂ガス比例式の給湯装置である。

ナーの構造上、比例制御することができる下限燃焼量（
最小号数）は、通常最大燃焼量（最大号ａ）のｌハ乃至
１１５程度に限定される。従って、例えば最大号数１６
号のガス比例式給湯機においては、そのバーナーの燃焼
限界によって最小４号程度までしか燃焼量を下げること
ができず、４号以下の能力で使用される場合には燃焼し
ない。

また、最大号数が大きくなれば、当然それだけ最小号数
も大きくなる。そのため、仮に１６号の給湯機において
、夏期に少量の湯を使用しようとしても湯の使用が不可
能であり、例えば３０℃の水を加熱して４０℃程度で使
おうとすると１０文／分以上の水を沸かさなければなら
ない。

（発明が解決しようとする問題点）そこで、本発明の発明者は１つの熱交換器に対して能力
が異なる２つのバーナーを備え、必要熱負荷に応じてこ
れら２つのバーナーを択一的に単独で、若しくは同時に
燃焼させて比例制御することにより能力範囲を大きくし
、しかも必要熱負荷が所定着以下のときには小能力側の
バーナーを間歇燃焼させてその間歇周期により熱硬を制
御することにより最小号数を０号近くまで小さくするこ
とができる給７μ装置を開発しようとしている。

斯るガス瞬間式給湯装置は必要とされる熱量により２つ
のバーナーを夫々乍独で燃焼させるが、両者を同時に燃
焼させるため、どのバーナーを燃焼させるかをどのよう
に決定するかが問題であり、仮に設定温度と、出湯温度
と、比例ゲインで演算される必要熱量によりどのバーナ
ーを燃焼させるかを決定すると、給湯初期の温度が上が
らないとき等フィードバックがかかり過ぎ、数秒で給ン
易温度が上がれば当然燃焼することになるバーナーには
石火せずに、本来燃焼すべきでない八−ナーが燃焼する
ので、数秒後には石火しているバーナーが消え、消えて
いるバーナーに石火することになり、バーナーが不必要
に着火したり、消火したりすることが考えられる。

而して、本発明が解決しようとする問題は最終的に使用
されなければならないバーナーを確実に燃焼させ、バー
ナーが着いたり消えたりしないようにすることである。

（問題を解決するための手段）上記問題を解決するために本発明が講する技術手段は、
１つの熱交換器に対して、能力の異なる２つのバーナー
を配備し、各バーナーのガス供給管路にはガス量を連続
的に制御する比例制御弁および該ガス供給管路を開閉す
る電磁弁を夫々設け、これら両バーナーを択−的若しく
は同時に燃焼させることを可能となし、設定温度と、入
水温度と、流量とにより算出される必要熱負荷により予
め設定した各バーナーの燃焼パターンに基づいてどのバ
ーナーを燃焼させるかを決定すると共に、上記必要熱負
荷に設定温度と、出湯温度と、比例ゲインとにより算出
される必要熱負荷を加えた最終的な必要熱負荷により、
上記選択されたバーナーの能力範囲内で燃焼量を決定し
、小能力側バーナーが選択された場合は、決定された燃
焼量が予め設定した所定燃焼量以下のときには該バーナ
ーの電磁弁の開閉を必要熱負荷に応じた周期で繰り返し
て該バーナーを間歇燃焼させて熱量を制御し、所定燃焼
量以上のときには該バーナーの比例制御弁によりガス量
を可変して熱量を制御し、大能力側バーナーが選択され
た場合には、決定されるあらゆる熱量に対して該バーナ
ーの比例制御弁によりガス量を可変することにより燃焼
させて熱量を制御し、両バーナーが同時に選択された場
合は決定されるあらゆる熱量に対して両バーナーの比例
制御弁によりガス量を可変することにより燃焼させて熱
量を制御するものである。

（作用）而して、本発明の上記構成によれば、フィードフォワー
ドによる必要熱負荷により燃焼すべきバーナーが決定さ
れるので、給湯初期の湯温が上がらないときでも、数秒
後には当然燃焼するはずの八−ナーに最初から石火し、
しがもフィードバック制御によるフィードバック量が大
きくても最初選定されたバーナーの最大燃焼能力でフィ
ードバック量を加えた燃焼ができるため、すぐに設定温
度の湯を出湯することができるとともに他の／＜　　　
　＋　　−Ｌ、＝　　（ＪＩ　Ｊ’１％　４−、　　Ｌ
　　Ｐ　　ａ　　ｈ・−１−ａｔ　　ｆ、ｈ　１１逆に
高温出湯中に低温に設定した時にも上記と同様のことが
いえ、出湯性能がよくしかも他のバーナーへの切換わり
もない。

（実施例）以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図において、（Ａ）は給湯機で、１つり熱交換器（
］）に対して、第１八−ナー（２）及び第２バーナー（
３）の２つのバーナーを備え、ガス配管（ｌＯ）を介し
て供給されるガスが第１バーナー（２）及び又は第２バ
ーナー（３）で燃焼し、給水管路（１１）を流動する水
が熱交換器（１）で加熱されるようになっている。

ガス配管（１０）は中途部で第１バーナー（２）に連絡
する第１ガス供給管路（４）と第２バーナー（３）に連
絡する第２ガス供給管路（５）に分岐しており、この分
岐部分により上流側に元ＴＬ心弁（１２）を備えている
。

上記第１ガス供給管路（０と第２ガス供給管路（５）に
は夫々上流側から電磁弁（８）、（９）　、ガバナー（
＋３）、（１４）　、比例制御弁（６）、（？）が順次
設けられる。

従って、第１バーナー（２）と第２バーナー（３）は、
いずれも、元電磁弁（１２）が開いた状態で電磁弁（８
）　、　（９）を開弁すると比例制御弁（Ｇ）、（７）
の開度に応じた情のガスが供給されることになり、比例
制御弁（Ｂ）　、　（７）の開度を変え供給ガス量を変
化させることにより比例制御弁（８）、（７）で制御で
きる範囲において熱量を換えることができる。（以ド、
斯る制御方式を比例制御と称す、）尚、ガス配管（１０
）の元電磁弁（１２）は安全の為、コントロールホンク
ス（１９）のＯＮ、ＯＦＦ指’＞により開閉する。また
、図面には示していないが、各バーナー（２）、（３）
の近傍にはイグナイターが電磁ブｒ（８）、（９）の開
閉に同期してイグニ・ンションを発生するように設けら
れている。

また、上記両バーナー（３）は電磁弁（９）の開閉を繰
り返すことにより間歇燃焼させることができるので比例
制御弁（７）の開度を一定に保ち、′Ｉ［心弁（９）の
開閉を繰り返せば、開閉周期の長さ及び開弁時間と閉弁
時間の比を変化させることにより、上記一定に保たれた
比例制御弁（７）の開度で連続燃焼させたときの熱量か
ら、電磁弁（９）の開弁時間に対して閉弁時間を極めて
小さくしたときの８量、即ちＯに近い熱量までの範囲で
熱量を変化させることができる。（以下、斯る制御方式
を間歇燃焼制御と称す、）上記第１バーナー（２）と第２バーナー（３）は、比例
制御による能力において、いずれか一方の能力を他方の
能力より太きくし、能力が大きい方のバーナーの下限燃
焼績を能力が小さい方のバーナーの最大燃焼量より小さ
く設定する。

そして、この実施例の場合、第１バーナー（２）は５本
のバーナー単体により、最小号数が４号で最大号数が１
５号になるようなユニットに構成され、第２バーナー（
３）は２本のバーナー２１体により、最小号数が１．６
号で最大号数が６号になるようなユニットに構成されて
いる。

従って、給湯機（Ａ）は第２バーナー（３）のみをノ占
ｍ　１　プ　　　−妬　ル目−伽１１１ン１子ｓｒギ　
　！　ら　己ＩＩ宣不　６号の範囲で、第１バーナー（
２）のみを使用してこれを比例制御すれば４号乃至１５
号の範囲で夫々燃焼量を可変でき、更に第１バーナー（
２）と第２バーナー（３）を同時に使用してこれらを比
例制御すれば、５．６号乃至２１号の範囲で燃焼量を可
変できる。

また、給湯機（Ａ）は第２バーナー（３）のみを使用し
て、間歇燃焼制御すれば、０．１号〜２．５号の範囲で
燃焼量を可変でき、電磁弁（７）の開弁時間と閉弁時間
との比に応じて下限燃焼量を０号近くまで連続的に制御
することができる。

即ち、この給湯機（Ａ）は比例制御と間歇燃焼〃制御を
組み合せることにより０号乃至２１号の範囲で熱ｊＩ）
を制御することができる。

この場合の第２八−ナー（３）の間歇燃焼、第２バーナ
ー（３）の比例燃焼、第１八−ナー（２）の比例燃焼、
第１および第２バーナー（２）、（３）の比例燃焼にお
ける各燃焼ゾーンＡ−Ｄを第２図に示す。

一方、給水管路（１１）には熱交換′ｔＡ（１）より」
−流側に水量センサー（１５）と入水温センサー（１６
）が前者を上流側に配して設けられると共に熱交換器（
１）の下流側に給湯部センサー（１７）が熱交換器（＋
）出口に近接して設けられる。

上記、水量センサー（１５）、入水温センサー（１６）
、給湯部センサー（１７）と、前述の電磁弁（８）。

（９）、比例制御弁（８）、（７）は夫々コントロール
ボックス（１９）に電気的に接続し、水量センサー（１
５）は給水管路（１１）を流れる水の量を検出して信号
（ａ）を、入水温センサー（１６）は熱交換器（１）へ
の入水温度を検出して信号（ｂ）を、また給湯部センサ
ー（１７）は熱交換器（１）からの出湯温度を検出して
信号（Ｃ）を夫々コントロールボックス（１８）に送る
。

コントロールボックス（１９）は、第３図に示すように
、水量センサー（１５）からの検出信号に基づき水量（
Ｑ）を検出する水量検出回路（２５）と、入水温度セン
サー（１Ｂ）、給湯温度センサー（１７）からの検出信
号および、温度設定ダイヤル（２ｏ）の電気信号をディ
ジタル信号（Ｔｃ　、　ＴＨ、Ｔｓ　）に変換するＡ／
Ｄ変換回路（２６）と、マイクロプロセッサ（２７）と
、バーナー駆動回路（２４）とを備えた構成である。マ
イクロプロセンサ（２７）は、第３図に示すように、現
在燃焼しているバーナーおよびその燃焼状態を検出する
現在燃焼状態検出手段（２日）と、現在燃焼しているバ
ーナーおよびその燃焼状態（消火中か、間歇燃焼中か比
例燃焼中か）により、予め設定された複数の燃焼パター
ンの中から所定の燃焼パターンを選択する燃焼パターン
選択手段（２９）と、水ＷＩＱ）、入水温度Ｔｃ、給７
μ温度Ｔ１１、設定温度Ｔｓにより必要熱負荷（以下、
フィードフォワード必要熱負荷と称する）を演算するフ
ィードフォワード量演算手段（３０）と、給湯温度Ｔｌ
＋、設定温度Ｔｓ、比例ゲインとにより必要熱負荷（以
下、フィードバック必要熱負荷と称す）を演算するフィ
ードバック量演算手段（３１）と、上記フィードフォワ
ード必要熱負荷に基づき、上記選択された燃焼パターン
の中から使用バーナーおよび燃焼方式を選択決定するバ
ーナー選択手段（３２）と、選択決定されたバーナーを
、フィードフォワードおよびフィードバック必要熱負荷
を加算して制御するバーナー制御手段（３３）とを備え
た構成である。

上記燃焼パターンは、第４図に示すように現在の燃焼バ
ーナーおよびその燃焼状態により第１パターン〜第５パ
ターンに予め設定されている。これらの第１〜第５パタ
ーンは、熱負荷の増大方向や減少方向に応じて各燃焼ゾ
ーンＡ−Ｄの境界ｆ１〜ｆ３を変化させたものに設定さ
れている。

このようなガス瞬間式給湯装置では、第５図に示すフロ
ーチャートに従い制御される。即ち電源が投入されると
、ステップＰ】においてイニシャライズされ、ステップ
Ｐ２において各検出信号が順次読込まれ、ステップＰ３
においてフィードフォワード必要熱負荷Ｆｌが演算され
る。

ステップＰ４では現在の燃焼中のバーナーとその燃焼状
態により第４図に示す５つの燃焼パターンの中から所定
の燃焼パターンが選択される６例えば、パターン選択の
フローチャートを第６図に示すように、現在が消火中の
場合には第１パターンを、第２バーナーを間歇燃焼中の
場合には第２パターンを、第２バーナーを比例燃焼中の
場合には第３パターンを、第１バーナーを比例燃焼中の
場合には第４パターンを、これ以外の場合には第５パタ
ーンを選択する。

ステップＰ５では、フィードフォワード量演算手段（３
０）において演算されたフィードフォワード必要熱負荷
Ｆ＋に相当する燃焼ゾーンのバーナーおよび燃焼方式が
決定される０例えば、第１パターンが選択された場合に
おいて、第１パターンの各燃焼ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄの
境界をｆ＋　　。

ｆ２　、ｆ３　とすると、この場合の第１パターン内の
バーナー選択処理のフローチャートを第７図に示すよう
にフィードフォワード必要熱ｆｉｌ　Ｆ　＋がＦｌ＜ｆ
、の範囲（Ａゾーン）に相当するときには第２バーナー
（３）を間歇燃焼で、ｆ＋＜Ｆｌ＜ｆ２の範囲（Ｂゾー
ン）じ相当するときは第２バーナー（３）を比例制御で
、ｆ２＜Ｆｌ　＜　ｆ３の範囲（Ｃゾーン）に相当する
ときは第１バーナー（２）を比例制御で、これ以外の範
囲（Ｄゾーン）に相当するときは第１バーナー（２）と
第２バーナー（３）の双方を比例制御で夫々燃焼せしめ
るように選択し、必要な比例制御弁（６）、（７）　、
電磁弁（８）、（９）にバーナー駆動回路（２４）から
所要の信号が送られ、そして第１．第２バーナー（２）
、（３）は上記選択手段の選択に基づいて単独若しくは
同時に着火する。

次にステップＰ６では選択決定されたバーナーの燃焼能
力範囲内でフィードバック必要熱負荷Ｆ２が＠算され、
ステップＰ７において、双方の必要熱負荷Ｆ１とＦ２を
加算した最終必要熱量で選択されたバーナーが決定され
た燃焼方式で燃焼制御される。即ち、上記ステップＰ６
においては、第１パターンが選択された場合には、各燃
焼ゾーンＡ−Ｄの燃焼能力範囲内でフィードバック必要
熱負荷が演算され、例えば第４図の第１パターン中、７
号のフィードフォワード必要熱負荷が要求されると、第
１バーナー（２）で最大能力の１５号で比例燃焼制御さ
れることになる。したがって、設定温度Ｔｓに達する間
では第１および第２バーナー（２）と（３）の比例燃焼
ゾーンに相当する燃焼縫まで燃焼が制御されることにな
る。このように、設定温度に至る過程では、充分にフィ
ードバックが加えられるので、要求される設定温度の湯
をすばやく出湯することができ、温度差の大きい温度設
定に対しても応答性が向上する。これと同様に、給湯温
度を下げる場合には、マイナスのフィードバックが加わ
り、同様に応答性を高めた燃焼の制御をすることができ
る。その結果、給湯温度Ｔｌ＋が設定温度Ｔｓに至る数
秒後には当然着火するはずのバーナーに最初から着火す
ることになり、すぐに他のバーナーに切換ることがない
。

また、第４図に示す各燃焼パターンは、各燃焼ゾーン（
Ａ−Ｄゾーン）が更なる出湯性能を向−Ｆできるように
設定されている。即ち、ｍ４パターンでは、第１．第２
バーナー（２）、（３）の比例燃焼ゾーン（Ｄゾーン）
と第１バーナー（２）の比例燃焼ゾーン（Ｃゾーン）と
の境界が、１０号に設定されているのに対し、第１〜３
および第５パターンでは、１０号から８号に引き下げて
設定されている。したがって、従来において第１〜：Ｓ
３パターンでは、消火中、第２バーナー間歇燃焼中（パ
ターン）、第２八−ナー比例燃焼中（Ｂゾーン）から第
１．第２バーナー比例燃焼中（Ｄゾーン）に移行する場
合でも、本実施例ではＣゾーンとＤゾーンの境界が８号
まで引き下げられているので、例えば、フィードフォワ
ード熱負荷が９号の場合でも、第１．第２バーナー（２
）、（３）の双方が着火して大きいフィードバックがか
かり、更に出湯性能が向上する。即ち、従来のように境
界が１０号とすれば、２．５号から９号に熱負荷要求が
あった場合には、９号が第１バーナー（２）の燃焼ゾー
ン（Ｃシーツ）となり、４号〜１５号の第１バーナー（
２）の燃焼能力範囲で燃焼する。この場合、フィードフ
ォワード熱負荷の９号をＦｌ　、最終熱負荷をＦとする
と、フィードバック熱負荷Ｆ２はＦｚ　＝Ｆ−Ｆ＋より
Ｆ２＝６号となり、この５号のフィードパ・ンクがかけ
られることになる。これに対し本実施例では、境界が８
号に引き下げられているため、要求熱負荷９号が、Ｅ７
’Ｓｌ。

第２比例燃焼ゾーン（Ｄゾーン）となり、ｌ”１＝９号
の場合には、Ｆ２＝１２号となり、１２号のフィードバ
ックがかけられることとなり、従来に比べると約２倍の
フィードパンクがかけられる。

このように、フィードバックが充分にかけられるのです
ばやく設定温度の喝を出湯できる。

尚、この場合、第１バーナー（２）と第２バーナー（３
）とでは、これら双方のバーナー（２）　、　（３）を
１台のファンにより風量制御する給湯機においては、第
１バーナー（２）のみの燃焼に比べ、第１、第２バーナ
ー（２）、（３）双方の燃焼の方が熱動イ〈が良いとい
う要因もあるためであり、これは第１バーナー（２〕だ
けの燃焼時には第２バーナー（３）に不必要な空気が流
れ、これによって熱交換部で冷却作用がなされ熱効率を
下げることになるためである。

さらに、第４図に示す第５パターンでは、Ｃシー７とＢ
ゾーンとの境界を第４パターンに比へ４−４−から６ｔ
〕に引）−げて１没定されている。したかって、第１．
第２７＜−−ナーの燃焼中にフィードフォワード熱負荷
Ｆ１の要求が５号に引き下げられた時には、直ちにＤゾ
ーンからＢゾーンに移行し、マイナスのフィードバック
が太きくかかるように制御される。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、必要熱量として最
終的に落ちつくフィードフォワード熱量により燃焼させ
るバーナーを決定するので、結果として当然燃焼させる
べきバーナーに最初から着火させることができ、バーナ
ーが不必要に着いたり消えたりすることがない。

しかもフィードバック量が大きくても最初に選定された
バーナーの最大燃焼能力でフィードバック量を加えて燃
焼できるためすぐに設定温度の湯を出７Ｆ５ができると
ともに他のゾーンのバーナーに着火するようなことがな
い。さらに、小容量バーナーを間歇燃焼の他に、比例燃
焼も行なうので、小容量バーナーの耐久性を向上できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の一実施例を示すガス瞬間
式給湯装置に係り、第１図はその模式図、第２図は／〜
−ナーの燃焼ゾーンを示すグラフ、第３図はそのブロッ
ク構成図、第４図は各燃焼パターンを示す図、第５図は
各バーナーの燃焼制御の概略を示すフローチャート、第
６図は燃焼パターン選択の処理を示すフローチャート、
第７図は八−ナー選択の処理を示すフローチャートであ
る。図面中、（１）は熱交換器、（２）はバーナー（第１）
、（３）はバーナー（第２）　、　（４）、（５）はガ
ス供給管路、（８）、（７）は比例制御弁、（８）、（
９）は電磁ブＣである。特　許　出願　人　　東陶機器株式会社代理人　　弁理
士　　　下　　１）容一部間　　　　　弁理士　　　　
　大　　　橋　　　邦　　　部同　　　弁理士　　　小
　　山　　　　右同　　　弁理士　　　野　　１）　　
　茂第１図第２図、吟渦童Ｑホ：（才１ｆ才Ｚ）ハ゛−１−尾伊４ｍａス第４図同Ｗｙ２ｒ＜−Ｑ’ｒＦ＋Ｗ斗Ｉ］？Ｎ欠＝ｌ＝第５図

Claims

【特許請求の範囲】

１つの熱交換器に対して能力の異なる２つのバーナーを
配備し、各バーナーのガス供給管路にはガス量を連続的
に制御する比例制御弁および該ガス供給管路を開閉する
電磁弁を夫々設け、これら両バーナーを択一的若しくは
同時に燃焼させることを可能となし、設定温度と、入水
温度と、流量とにより算出される必要熱負荷により予め
設定された両バーナーの燃焼パターンに基づいて、どの
バーナーを燃焼させるかを選択すると共に、上記必要熱
負荷に設定温度と、出湯温度と、比例ゲインとにより算
出される必要熱負荷を加えた最終的な必要熱負荷により
上記選択されたバーナーの能力範囲内で燃焼量を決定し
、小能力側バーナーが選択された場合は、決定された燃
焼量が予め設定した所定燃焼量以下のときには該バーナ
ーの電磁弁の開閉を必要熱負荷に応じた周期で繰り返し
て該バーナーを間歇燃焼させて熱量を制御し、所定燃焼
量以上のときには該バーナーの比例制御弁によりガス量
を可変して熱量を制御し、大能力側バーナーが選択され
た場合には決定されるあらゆる熱量に対して該バーナー
の比例制御弁によりガス量を可変することにより燃焼さ
せて熱量を制御し、両バーナーが同時に選択された場合
は決定されるあらゆる熱量に対して両バーナーの比例制
御弁によりガス量を可変することにより燃焼させて熱量
を制御することを特徴とするガス瞬間式給湯装置。