(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼量を要求燃焼量に設定する燃焼量設定手段と、前記燃焼量設定手段の信号に応じて目標風速を設定する風速設定手段と、送風手段を制御する空気比制御手段と、電流の印加により自己発熱する風速センサと、前記風速センサの温度を検知するセンサ温度検知部と、前記風速センサを定温に維持するように前記風速センサに電流を印加するセンサ電源制御手段と、前記センサ電源制御手段が前記風速センサに印加した電流から風速を演算する定温時演算部と、前記風速センサの温度から前記風速センサの時間的温度変化を演算する時間的温度変化演算部と、前記風速センサの時間的温度変化から風速を演算する定電流時演算部と、前記風速センサの温度から前記定温時演算部または前記定電流時演算部を選択する風速演算選択部とを備えた給湯装置。
【請求項２】
空気比制御手段は風速演算選択部が風速センサの温度を定温であると判断した場合に定温時演算部の風速に応じて送風手段を制御し、前記風速演算選択部が前記風速センサの温度を非定温であると判断した場合に定電流時演算部の風速に応じて送風手段を制御する請求項１記載の給湯装置。
【請求項３】
空気比制御手段が定温時演算部または定電流時演算部の風速を目標風速に維持できない場合、燃焼量を減少させる燃焼量設定手段とを備えた請求項１記載の給湯装置。
【請求項４】
空気比制御手段が定温時演算部または定電流時演算部の風速を目標風速に維持できない場合、定温時演算部または定電流時演算部の風速に応じて燃焼量を設定する燃焼量設定手段とを備えた請求項１記載の給湯装置。
【請求項５】
要求燃焼量が燃焼量設定手段の設定した燃焼量より小さくなった場合、燃焼量設定手段は燃焼量を要求燃焼量に設定する請求項３または請求項４記載の給湯装置。
【請求項６】
送風手段の回転数が減少した場合、燃焼量設定手段は燃焼量を要求燃焼量に設定する請求項４記載の給湯装置。
【請求項７】
送風手段の能力が一定期間安定し、かつ、前記送風手段の能力が前記送風手段の能力の設置初期値に比べて偏差が大きい場合、通路詰まりと判定する請求項１記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、風速センサを搭載した給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の給湯装置を図６に基づいて説明する（特開平４−３６５０８号公報参照）。
【０００３】
図６に示すように、バーナ１には送風手段２から供給される空気の風速を検知する風速センサ３と空気の温度を検知する温度補正センサ４が設けられていた。風速センサ３には電流を印加するセンサ電源制御手段５が設けられていた。また、送風手段２には風速センサ３の風速値に応じて送風手段２を制御する空気比制御装置６が設けられていた。また、バーナ１のには熱交換器７と燃料供給手段８が設けられていた。一般に、風速センサ３は放熱が風速によって変わることを利用した熱線風速計、サーミスタ風速計などが用いられている。風速センサ３が検知する風速は放熱（加熱用入力）と風速の関係を示す半経験的なＫｉｎｇの法則（式１）から求められる。
【０００４】
Ｑ／△Ｔ＝Ａ＋ＢＵ1/2・・・・・・・・・・・（式１）
ただし、Ｑ：放熱量（入力）
△Ｔ：風速センサと温度補正センサとの温度差
Ａ、Ｂ：定数
Ｕ：風速
なお、風速センサ３が定温になるようにセンサ電源制御手段５が風速センサ３に電流を印加する、すなわち、空気に奪われる放熱量Ｑはセンサ電源制御手段５の入力に等しくなる。したがって、放熱量Ｑにはセンサ電源制御手段５の入力値が代入される。
【０００５】
空気比制御装置６は予め設定した目標風速と風速センサ３の風速とを比較し、この風速偏差を減少させる方向に送風手段２の風量を調整する。
【０００６】
このように、バーナ１は空気の過不足の検知、調整により最適な燃焼状態となるように制御される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の給湯装置の構成では、例えば風速センサ３の起動中にバーナ１が着火を開始した場合、図７に示すように、風速センサ３にはセンサ電源制御手段６から最大許容電流が印加され、風速センサ３が温度上昇して定温に近づくまで最大許容電流が風速センサ３に印加され続ける。そして、風速センサ３は空気に熱を奪われながら温度上昇するので、当然温度差△Ｔも徐々に大きくなる。一方、最大許容電流を印加しているので、センサ電源制御手段５の入力が代入される放熱量Ｑは最大になる。したがって、（式１）から演算される風速センサ３の風速は実際の風速に比べて非常に大きい数値を示すので、起動中の風速センサ３は使用できない。したがって、風速センサ３が起動中の場合、空気比制御装置６は送風手段２を制御できないので、送風手段２を予め設定した緩着火回転数で運転する。また、燃料供給手段８は緩着火回転数に対応した緩着火燃焼量の燃料をバーナ１に供給する。すなわち、バーナ１に供給された燃焼量が熱交換器７の要求燃焼量ではないので、熱交換器７の給湯特性は良くならないという課題があった。
【０００８】
次に、バーナ１に強風による激しい逆圧がかかった場合、空気比制御装置６が送風手段２を最大回転数で運転しても風速センサ３の風速を目標風速に制御できないので、バーナ１は空気不足により最適な燃焼状態を維持できないという課題があった。
【０００９】
他方、熱交換器等にごみ詰まりが生じても、空気比制御装置６は目標風速に送風手段２を制御するので、バーナ１は最適な燃焼状態を維持するが、熱交換器７は不均一に加熱され、破損するという課題があった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するもので、風速センサの起動時でも良好な給湯特性を得ることと、最適な燃焼状態の維持およびごみ詰まりによる通路抵抗増加の検知とを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の課題解決手段は燃焼量を要求燃焼量に設定する燃焼量設定手段と、燃焼量設定手段の信号に応じて目標風速を設定する風速設定手段と、送風手段を制御する空気比制御手段と、電流の印加により自己発熱する風速センサと、風速センサの温度を検知するセンサ温度検知部と、風速センサを定温に維持するように風速センサに電流を印加するセンサ電源制御手段と、センサ電源制御手段が風速センサに印加した電流から風速を演算する定温時演算部と、風速センサの温度から風速センサの時間的温度変化を演算する時間的温度変化演算部と、風速センサの時間的温度変化から風速を演算する定電流時演算部と、風速センサの温度から定温時演算部または定電流時演算部を選択する風速演算選択部とを備えたものである。
【００１２】
【作用】
本発明は上記構成によって、風速センサの起動時にはセンサ電源制御手段から最大許容電流が風速センサに印加され、風速センサが温度上昇して定温に近づくまで最大許容電流が風速センサに印加され続ける。その際に、着火動作を開始し、風速演算選択部はセンサ温度検知部が検知した風速センサの温度から定電流時演算部を選択した場合、定電流時演算部は時間的温度変化演算部が演算した風速センサの時間的温度変化から風速を予測する。また、燃焼量設定手段は燃焼量を要求燃焼量に設定し、かつ、風速設定手段は燃焼量設定手段の信号に応じて目標風速を設定する。そして、空気比制御手段は目標風速と定電流時演算部の風速とを比較し、この風速偏差を減少させる方向に送風手段の送風量を調整する。続いて、要求燃焼量で着火し、燃焼を開始する。
【００１３】
その後、風速センサが定温になると、風速演算選択部が定温時演算部を選択する。そして、定温時演算部はセンサ電源制御手段が風速センサに印加した電流から実際の風速を演算する。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
【００１５】
図１において、９はバーナで、バーナ９の上流側には燃料と空気をそれぞれ供給する燃料供給手段１０および送風手段１１が設けられている。送風手段１１の出口側には、電流の印加により自己発熱する風速センサ１２と空気の温度を検知する温度補正センサ１３が設けられている。１４は空気比制御装置で、風速センサ１２の温度を検知するセンサ温度検知部１５と、センサ温度検知部１５の出力から時間的温度変化を演算する時間的温度変化演算部１６と、風速センサ１２の温度とその定温との温度偏差により風速センサ１２の風速演算方法を選択する風速演算選択部１７と、風速センサ１２を定温に維持するように風速センサ１２に電流を印加するセンサ電源制御手段１８と、風速演算選択部１７が温度偏差を設定偏差値内と判定した場合にセンサ電源制御手段１８の出力から風速を演算する定温時演算部１９と、風速演算選択部１７が温度偏差を設定偏差値外と判定した場合に時間的温度変化演算部１６の出力から風速を演算する定電流時演算部２０と、目標風速を設定する風速設定手段２１と、定温時演算部１９または定電流時演算部２０が演算した風速と目標風速とを比較し、両者の風速偏差に応じた制御信号を出力する空気比制御手段２２と、空気比制御手段２２の信号に応じて送風手段１１を駆動制御する送風手段駆動回路２３と、燃焼量設定手段２４の設定信号に応じて燃料供給手段１０を駆動する燃料制御駆動回路２５とにより構成される。また、バーナ９の下流側には燃焼室２６と、入水温度センサと出湯温度センサと水量センサ（図示せず）を備えた熱交換器２７と、排気フード２８とを設けている。
【００１６】
次に、上記構成における風速センサ１２の起動について説明する。図２の点線に示すように、センサ電源制御手段１８は風速センサ１２の温度θと定温θSとの温度偏差（θS−θ）に応じて風速センサ１２に電流を印加する。特に、風速センサ１２の起動初期では、温度偏差（θS−θ）が正で、かつ、定温偏差値よりも大きいので、センサ電源制御手段１８が風速センサ１２に最大許容電流、すなわち、定電流を印加し、風速センサ１２を急激に温度上昇させる。その後、温度偏差（θS−θ）が定温偏差値内になると、センサ電源制御手段１８は温度偏差（θS−θ）に応じて風速センサ１２への印加電流を減少させて風速センサ１２を定温に維持したスタンバイに移行する。一般に、定温θSが１５０℃の場合、風速センサ１２の起動時間は約２０〜３０秒である。
【００１７】
なお、風速センサ１２を定温に維持しているが、風速センサ１２と温度補正センサ１３との温度差△Ｔを一定に維持してもよい。
【００１８】
次に、図２を用いて、風速センサ１２の起動中におけるバーナ９の着火動作を説明する。最初に、燃焼量設定手段２４は燃焼量を熱交換器２７の要求燃焼量（比熱×水温上昇×水量）に設定すると同時に、燃焼量設定手段２４の信号に応じて風速設定手段２１は目標風速を設定する。次に、空気比制御手段２２は緩着火回転数を送風手段駆動回路２６に出力して送風手段１１が送風を開始する。その際に、風速演算選択部１７は現在の風速を演算方法を選択するが、例えば温度偏差（θS−θ）を定温偏差値外と判定した場合（センサ電源制御手段１８が風速センサ１２に最大許容電流を印加）、定電流時演算部２０を選択する。次に、定電流時演算部２０は時間的温度変化演算部１６がセンサ温度検知部１５の出力から演算した風速センサ１２の時間的温度変化から（式２）を用いて時定数Ｔを演算し、事前に得ていた時定数Ｔと風速との関係から実際の風速を予測できる。
【００１９】
Ｔ＝（ｔ0−ｔ）／ｌｎ（θ0／θ）・・・・・・・・（式２）
Ｔ：時定数
ｔ0：初期時間
ｔ：現在時間
θ0：風速センサの初期温度
θ：風速センサの現在温度
そして、空気比制御手段２２は、目標風速と定電流時演算部２０が予測した風速とを比較し、この風速偏差を減少させる方向に送風手段駆動回路２３を制御して送風手段１１の送風量を調整する。また、燃料制御駆動回路２５は燃料供給手段１０を制御して要求燃焼量の燃料をバーナ９へ供給し燃焼を開始する。
【００２０】
このように風速センサ１２の起動中でも、緩着火燃焼量ではなく、最初から熱交換器２７の要求燃焼量で着火できるので、熱交換器２７の給湯特性は非常に良好である。
【００２１】
また、送風量を適正化しているので、バーナ９は燃焼状態を維持できる。
続いて、風速センサ１２が温度上昇した結果、風速演算選択部１７が温度偏差（θS−θ）を定温偏差値内と判定した場合、定温時演算部１９を選択する。そして、従来例と同様に、定温時演算部１９はセンサ電源制御手段１８の電流値と温度補正センサ１３の空気温度とから（式１）を用いて実際の風速を演算する。そして、空気比制御手段２２は目標風速と定温時演算部１９が演算した風速とを比較し、この風速偏差を減少させる方向に送風手段駆動回路２３を制御して送風手段１１の送風量を調整しているので、バーナ９は最適な燃焼状態を維持できる。
【００２２】
なお、定温時演算部１９で演算した風速の方が、定電流時演算部２０で演算し時定数Ｔを用いて予測した風速よりも精度がよい。
【００２３】
次に、風速センサ１２のスタンバイ中（起動完了後）におけるバーナ９の着火動作について説明する。風速センサ１２がスタンバイ中、すなわち、温度偏差（θS−θ）が定温偏差値内なので、風速演算選択部１７が選択した定温時演算部１９は（数１）から実際の風速を演算する。そして、空気比制御手段２２は、目標風速と定温時演算部１９が演算した風速とを比較し、この風速偏差を減少させる方向に送風手段駆動回路２３を制御して送風手段１１の送風量を調整する。そして、燃料制御駆動回路２５は燃料供給手段１０を制御して燃料をバーナ９へ供給し燃焼を開始する。すなわち、熱交換器２７の要求燃焼量で着火できるので、熱交換器２７の給湯特性は非常に良好である。
【００２４】
次に、風速センサ１２の起動完了後に排気フード２８に向かって風が吹き付けられ、通路抵抗が増加した場合について図３を用いて詳しく説明する。この通路抵抗の増加分、送風手段１１からの送風量が減少し、定温時演算部１９の風速が遅くなるので、当然、空気比制御手段２２は、目標風速と定温時演算部１９の風速との風速偏差を減少させるために送風手段駆動回路２３を制御して送風手段１１の回転数を上げて送風量を回復させる。
【００２５】
さらに、排気フード２８に向かって、強風が吹き付けられて通路抵抗が非常に増加した場合、空気比制御手段２２が送風手段１１を最高回転数（送風手段１１の最大能力）で運転しても定温時演算部１９の風速が目標風速に達しないので、直ちに燃焼量設定手段２４は燃焼量を強制的に減少させ固定する。そして、燃料制御駆動回路２５は燃料供給手段１０を制御して減少・固定した燃料をバーナ９へ供給する。一方、風速設定手段２２は燃焼量設定手段２４の信号（減少・固定した燃焼量）に応じて目標風速を変更・固定する。空気比制御手段２２は、固定した目標風速と定温時演算部１９の風速とを比較し、この風速偏差を減少させる方向に送風手段駆動回路２３を制御する。このように、減少・固定した燃焼量が熱交換器２７の要求燃焼量より小さいので、良好な給湯特性は得られない（出湯温度が低い）が、送風量と燃焼量を適正値に制御しているので、バーナ９は最適な燃焼状態を維持できる。
【００２６】
続いて、排気フード２８に向かって吹き付けていた強風が弱くなり、通路抵抗が減少した場合、送風手段１１からの送風量が増加し、定温時演算部１９の風速が早くなるので、当然、空気比制御手段２２は、固定した目標風速と定温時演算部１９の風速との風速偏差を減少させるために送風手段駆動回路２３を制御して送風手段１１の回転数を下げて送風量を維持する。この際に、熱交換器２７の要求燃焼量が減少・固定した燃焼量より小さければ、通路抵抗の減少を確認できると判断し、燃焼量設定手段２４は燃焼量を熱交換器２７の要求燃焼量に設定して、燃料制御駆動回路２５は燃料供給手段１０を制御して要求燃焼量の燃料をバーナ９へ供給する。一方、風速設定手段２２は燃焼量設定手段２４の信号に応じて目標風速を変更する。空気比制御手段２２は、目標風速と定温時演算部１９の風速とを比較し、この風速偏差を減少させる方向に送風手段駆動回路２３を制御する。このように、燃料供給手段１０から熱交換器２７の要求燃焼量の燃料をバーナ９に供給するので、良好な給湯特性が回復する。
【００２７】
なお、風速センサ１２の起動中に排気フード２８に向かって風が吹き付けられて、通路抵抗が増加した場合でも、風速演算選択部１７が定電流時演算部２０を選択することだけが異なるだけで風速センサ１２の起動完了後と同じシーケンスである。
【００２８】
他方、風速センサ１２の起動完了後に排気フード２８に向かって風が吹き付けられ、通路抵抗が非常に増加した場合の他の実施例について図４を用いて詳しく説明する。この場合、空気比制御手段２２が送風手段１１を最高回転数で運転しても定温時演算部１９の風速が目標風速に達しないので、直ちに燃焼量設定手段２４は燃焼量を定温時演算部１９の風速に応じて風速対応燃焼量に再設定し、燃料制御駆動回路２５は燃料供給手段１０を制御して風速対応燃焼量の燃料をバーナ９へ供給する。
【００２９】
このように、燃焼量に対応するよに風速を制御していたシーケンスを、逆に、風速に対応するよに燃焼量を制御するシーケンスに変更したので、燃焼量をあまり減少しなくても、送風量と燃焼量を適正値に制御でき、バーナ９は最適な燃焼状態を維持できる。したがって、先の実施例に比べて、給湯特性の悪化も抑制できる。
【００３０】
続いて、排気フード２８に向かって吹き付けていた強風が弱くなり、通路抵抗が減少した場合、送風手段１１からの送風量が増加し、定温時演算部１９の風速が早くなるので、当然、空気比制御手段２２は、変更した目標風速と定温時演算部１９の風速との風速偏差を減少させるために送風手段駆動回路２３を制御して送風手段１１の回転数を下げて送風量を維持する。このように、送風手段１１の回転数が減少する（最高回転数ではない）か、また、熱交換器２７の要求燃焼量が風速対応燃焼量より小さくなる場合、シーケンスを元に戻す。そして、燃焼量設定手段２４は熱交換器２７の要求燃焼量に再設定して、燃料制御駆動回路２５は燃料供給手段１０を制御して要求燃焼量の燃料をバーナ９へ供給する。一方、風速設定手段２２は燃焼量設定手段２４の信号に応じて目標風速を変更する。空気比制御手段２２は、目標風速と定温時演算部１９の風速とを比較し、この風速偏差を減少させる方向に送風手段駆動回路２３を制御する。このように、燃料供給手段１０から熱交換器２７の要求燃焼量の燃料をバーナ９に供給するので、良好な給湯特性が回復する。
【００３１】
次に、熱交換器２７等のごみ詰まりによる通路抵抗増加の検知について図５を用いて説明する。燃焼量設定手段２４の設定燃焼量が安定していても、風は変動するので、排気フード２８に向かって風が吹き付けられ増加する通路抵抗に応じて、送風手段１１の回転数も変動する。逆に、燃焼量設定手段２４の設定燃焼量が安定し、かつ、送風手段１１の回転数も安定していた場合、排気フード２８に向かって風が吹き付けられていないと判断できる。他方、熱交換器２７等のごみ詰まりによる通路抵抗増加は、燃焼量が多いほど非常に大きくなる。したがって、燃焼量設定手段２４が燃焼量を最大燃焼量に設定し、さらに、送風手段１１の回転数も安定していた場合、この送風手段１１の回転数と設置初期の回転数との回転数偏差がごみ詰まり回転数偏差を越えた時に熱交換器２７等のごみ詰まりと判定する。このごみ詰まりの判定に伴い、熱交換器２７の適切な掃除ができ、熱交換器２７の不均一加熱による焼損を防止できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明の給湯装置によれば次の効果が得られる。
【００３３】
風速センサの時間的温度変化から風速を予測できる定電流時演算部を設けることにより風速センサの起動時でも必要な燃焼量で燃焼を開始できるので、良好な給湯特性が得られる。
【００３４】
風速演算選択部が風速センサの温度を定温であると判断した場合に定温時演算部の風速に応じて送風手段を制御し、また、風速演算選択部が風速センサの温度を非定温であると判断した場合に定電流時演算部の風速に応じて送風手段を制御するので、バーナは常に最適な燃焼状態に維持できる。
【００３５】
空気比制御手段が定温時演算部または定電流時演算部の風速を目標風速に制御できない場合、燃焼量設定手段が燃焼量を減少させているので、送風量と燃焼量を適正値に制御でき、バーナは最適な燃焼状態を維持できる。
【００３６】
次に、要求燃焼量が燃焼量設定手段の設定した燃焼量より小さくなった場合、燃焼量設定手段は要求燃焼量を設定するので、良好な給湯特性が回復する。
【００３７】
空気比制御手段が定温時演算部または定電流時演算部の風速を目標風速に制御できない場合、燃焼量設定手段が定温時演算部または定電流時演算部の風速に応じて燃焼量を設定するので、燃焼量をあまり減少しなくても、送風量と燃焼量を適正値に制御でき、バーナは最適な燃焼状態を維持できる。また、給湯特性の悪化も抑制できる。
【００３８】
次に、送風手段の回転数が減少した場合、燃焼量設定手段は熱交換器から要求される燃焼量を設定するので、良好な給湯特性が回復する。
【００３９】
送風手段の能力が一定期間安定し、かつ、送風手段の能力が送風手段の能力の設置初期値に比べて偏差が大きい場合に、通路詰まりと判定できるので、熱交換器の適切な掃除ができ、熱交換器の不均一加熱による焼損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の給湯装置の構成図
【図２】同給湯装置の風速センサの特性図
【図３】同給湯装置の通路抵抗による特性図
【図４】同給湯装置の第２の通路抵抗による特性図
【図５】同給湯装置のごみ詰まりと送風手段の回転数との特性図
【図６】従来の給湯装置の構成図
【図７】同給湯装置の風速センサの特性図
【符号の説明】
１１  送風手段
１２  風速センサ
１５  センサ温度検知部
１６  時間的温度変化演算部
１７  風速演算選択部
１８  センサ電源制御手段
１９  定温時演算部
２０  定電流時演算部
２１  風速設定手段
２２  空気比制御手段
２４  燃焼量設定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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