(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入水管および出湯管に接続された熱交換器と、熱交換器を加熱する加熱部と、加熱部へ供給される燃料ガスのガス圧を制御する比例弁と、加熱部の加熱能力を設定する能力設定手段と、設定された加熱能力に応じてガス圧を設定するガス圧設定手段と、出湯温度と入水温度と通水流量とに基づいて出湯能力を算出する出湯能力算出手段と、算出された出湯能力と設定された加熱能力とに基づいて出力低下状態を判定する判定手段と、判定手段の判定結果に基づいて加熱部の運転を停止させる強制停止手段とを備え、判定手段は、設定されたガス圧が所定値未満のときに判定を行わないようにしたことを特徴とする給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器のフィン閉塞などの装置の劣化を出力の低下により検出して安全措置を講じる給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
吸熱用の多数のフィンを並設した熱交換器を有する給湯装置では、長期の使用に伴ってフィンに燃焼生成物が付着したり、腐食が発生するなどしてフィン相互の間隙が閉塞することがあり、このような場合、給排気抵抗が増大するため、燃焼状態が悪化し、不完全燃焼による有害ガスの発生のおそれがある。
【０００３】
かかる事態を防止するため、出湯温度と入水温度と通水流量とに基づいて出湯能力を算出し、出湯能力と加熱能力の設定値との比率などで出力の低下を検出し、出力の低下が基準レベル以上のときには、燃焼を強制停止するなどの安全動作を行うものが知られている。
【０００４】
例えば、特開平６−２５７８５６号公報に記載されたものでは、出力の低下が検出され、かつ、着火を検出している状態が所定時間以上継続したときに、フィンが閉塞したものとして、安全動作を行うようにしてあり、加熱部の不着火または失火による出力の低下をフィン閉塞と誤認しないようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の給湯装置では、たしかに、フィン閉塞を生じると熱交換効率が悪化するため、出力が低下するが、それ以外に、加熱部の加熱能力の設定値に対して、加熱能力の実力値が低い場合にも同様に出力は低下する。
すなわち、熱交換効率が正常範囲の値であっても、加熱能力の実力値が設定値よりも低いときには、当然ながら出湯能力は低くなり、この出力の低下が基準レベル以上の場合には、フィン閉塞の場合と同様に燃焼停止などの安全動作を行うことになる。
【０００６】
加熱部の故障や劣化が原因で、加熱能力の実力値が設定値より低い場合には、フィン閉塞と同様に安全動作を行うことに特に不都合はないが、単に、加熱部の調整のずれが原因で加熱能力の実力値が低く、しかも、その状態で実用上の不都合がない場合にも出力低下を検出して安全動作に到ることがあり、この点には改良の余地がある。
【０００７】
具体的に説明すると、給湯装置では、一般に、比例弁を用いて加熱部へ供給される燃料ガスのガス圧を調節することによって加熱能力を可変しており、また、加熱部を構成する多数の燃焼管に対して、ガスを供給する燃焼管の本数を切り換えることによって加熱能力を切り換えることも併用して行われることが多い。
【０００８】
このような給湯装置では、加熱能力の設定値が設定されると、それに応じて燃焼本数とガス圧とが設定され、比例弁には、このガス圧に対応した電気的入力が与えられるようになっている。
そのため、このような給湯装置では、比例弁与える電気的入力と比例弁によって制御されるガス圧との合わせこみをあらかじめしておく必要があり、例えば、特公平３−６００１５号公報に記載されているように、その給湯装置の規定の最大ガス圧および最小ガス圧と比例弁への電気的入力とを合わせこむ調整作業を行っている。
【０００９】
この調整作業で誤差が生じると、比例弁の制御するガス圧は、設定されたガス圧に対して誤差を生じることになり、その結果、加熱能力に誤差を生じることになるが、このような給湯装置では、出湯温度を検出し、設定温度と出湯温度との偏差に応じて加熱能力の設定を修正する、いわゆるフィードバック制御を採用するものが一般的であり、出湯温度を設定温度に一致させることができるから、ある程度の誤差であれば、実用上の問題はない。
【００１０】
しかし、出湯能力と加熱能力の設定値との比率などによって、出力の低下を検出する場合、加熱能力の実力値が設定値より低くなるように誤差が生じると、上記の如くフィードバック制御によって、出湯温度を設定温度に一致させ、所期の出湯能力が得られたとしても、加熱能力の設定値が増大する方向に修正されているから、結局、出力の低下と判定され、燃焼停止などの安全動作に到る場合があった。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決し、比例弁への電気的入力とガス圧との調整作業の誤差が出力低下の判定に影響することを抑制し、実用上の問題がないときに燃焼停止してしまうことのない給湯装置の提供を目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の給湯装置は、上記の課題を解決するために次のような構成としている。すなわち、請求項１の発明に係わる給湯装置は、入水管および出湯管に接続された熱交換器と、熱交換器を加熱する加熱部と、加熱部へ供給される燃料ガスのガス圧を制御する比例弁と、加熱部の加熱能力を設定する能力設定手段と、設定された加熱能力に応じてガス圧を設定するガス圧設定手段と、出湯温度と入水温度と通水流量とに基づいて出湯能力を算出する出湯能力算出手段と、算出された出湯能力と設定された加熱能力とに基づいて出力低下状態を判定する判定手段と、判定手段の判定結果に基づいて加熱部の運転を停止させる強制停止手段とを備え、判定手段は、設定されたガス圧が所定値未満のときに判定を行わないようにしている。
【００１４】
請求項１の発明に係わる給湯装置では、設定されたガス圧が所定値以上のときに、出湯能力と加熱能力の設定値とに基づいて、例えば両者の比率によって出力の低下を判定する。
比例弁の電気的入力とガス圧との調整では、最大ガス圧の調整でも最小ガス圧の調整でも、同じ程度の誤差（ガス圧）が生じると思われ、その結果、加熱能力の設定値に応じて設定されたガス圧と、比例弁の２次側の実際のガス圧との間には、設定されたガス圧の大小にかかわらず、略一定量の誤差が存在する可能性がある。
誤差が略一定量とすれば、設定されたガス圧が小さいほど誤差の影響は大きく、ガス圧誤差による加熱能力の低下または増加の割合が大きくなる。
【００１５】
而して、実際のガス圧が設定されたガス圧よりも低くなる方向に誤差があり、かつ、設定されたガス圧が小さい場合には、加熱能力の実力値は、設定値に対してかなり低い割合となり、その結果、出湯能力と加熱能力の設定値との比率を求めると低い値になってしまう。
【００１６】
請求項１の発明に係わる給湯装置では、設定されたガス圧が所定値に満たない小さな値のときには、出湯能力と加熱能力の設定値との比率などによる出力低下の判定を行わないので、ガス圧の誤差に起因する出力低下では強制停止手段が働くことはない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の給湯装置の実施形態を示す概略構成図であり、１は多数の燃焼管を並設して構成される加熱部であり、ここでは、第１の燃焼管群１１、第２の燃焼管群１２、第３の燃焼管群１３に分けられており、加熱部１へのガス供給路２は、元電磁弁３および比例弁４の下流側において分岐し、第１〜第３の燃焼管群１１、１２、１３へそれぞれ接続するとともに、第２、第３の燃焼管群１２、１３へのガス供給路を開閉する切替電磁弁１４、１５をそれぞれ設けている。本実施形態では、各燃焼管群１１、１２、１３は、それぞれ２本の燃焼管から構成されているものとする。
【００１９】
５は、多数のフィンを有する熱交換器であり、入水管６および出湯管７に接続されている。
入水管６には、通水流量Ｑを検出する流量センサ８と入水温度Ｔｃを検出する入水温度センサ９が設けられ、出湯管７には、出湯温度Ｔｈを検出する出湯温度センサ１０が設けられている。
【００２０】
１６は点火装置、１７はフレームロッドなどの着火センサ、１８は燃焼用空気を供給するファンのモータである。
１９は、給湯の設定温度Ｔｓを設定する手段などを備えたリモートコントローラ、２０は、この給湯装置の諸機能を制御する制御装置である。
【００２１】
図２は、制御装置２０の要部ブロック構成図であり、比例弁４および切替電磁弁１４、１５とともに示している。
【００２２】
２１は、リモートコントローラ１９で設定された設定温度Ｔｓと、入水温度センサ９で検出された入水温度Ｔｃと、流量センサ８で検出された通水流量Ｑとを入力して必要号数ＧF F を演算する必要号数演算部であり、設定温度Ｔｓの湯を出湯するために必要な加熱能力を周知のフィードフォワード演算により算出する。
２２は、設定温度Ｔｓと、出湯温度センサ１０で検出された出湯温度Ｔｈと、通水流量Ｑとを入力して補正号数ＧF B を演算する補正号数演算部であり、出湯温度Ｔｈを設定温度Ｔｓに一致させるために増減させるべき加熱能力を周知のＰＩＤ演算あるいはＰＩ演算などによって算出するものである。
【００２３】
２３は、必要号数演算部２１で演算された必要号数ＧF F と、補正号数演算部２２で演算された補正号数ＧF B とを合成して加熱能力の設定値ＧI N を設定する加熱能力設定部であり、２４は、加熱能力の設定値ＧI N に応じて、加熱部１の燃焼管の使用本数Ｈを設定する燃焼本数設定部、２５は、加熱能力の設定値ＧI N と、設定された燃焼本数Ｈとに応じて、比例弁４で制御するガス圧Ｐを設定するガス圧設定部である。
【００２４】
２６は、燃焼本数設定部２４で設定された燃焼本数Ｈに応じて切替電磁弁１４、１５を制御する切替電磁弁制御部、２７は、ガス圧設定部２５で設定されたガス圧Ｐに応じて比例弁４の電磁コイルへの電気的入力を制御する比例弁制御部である。
【００２５】
２８は、出湯温度Ｔｈと入水温度Ｔｃと通水流量Ｑとに基づいて出湯能力ＧO U T を算出する出湯能力算出部であり、この算出された出湯能力ＧO U T と、加熱能力設定部２３で設定された加熱能力の設定値ＧI N とが判定部２９へ入力され、判定部２９では、所定の条件を満たすときに、出湯能力ＧO U T と加熱能力の設定値ＧI N との比率を基準値Ｋと比較判定する。
また、判定部２９には、ガス圧設定部２５で設定されたガス圧Ｐのデータも入力されている。
３０は、判定部２９の判定結果に基づいて加熱部１の運転を強制的に停止させるように、元電磁弁３の閉弁などの指令を出力する強制停止部である。
【００２６】
上記のように構成された本実施形態の要部の動作を図３とともに説明する。
まず、この給湯装置が運転中であって、加熱部１が定常燃焼中であること、すなわち、点火動作などの特定動作中ではないことが判定されると（ステップ１０１）、判定部２９では、所定の判定開始条件を満足しているか否かを判別する（ステップ１０２）。
【００２７】
この判定開始条件は、例えば、（１）加熱能力設定部２３で設定された設定値ＧI N が、あらかじめ定めた所定号数以上の値であること、（２）設定値ＧI N と、出湯能力算出部２８で算出された出湯能力ＧO U T とが共に安定していることを条件とすることが好ましい。
すなわち、条件（１）は、加熱能力および出湯能力があまりに小さい値のときには、出湯能力ＧO U T を算出するときに、出湯温度センサ１０、入水温度センサ９、流量センサ８の各センサの測定誤差の影響が大きくあらわれてしまうため、これを回避するためであり、条件（２）は、加熱能力または出湯能力が変化の過程にあるときに判定することを避けるためである。
【００２８】
このような判定開始条件を満足していると判別された場合、ガス圧設定部２５で設定されたガス圧Ｐが所定値Ｐｓ以上であるか否かを判別し（ステップ１０３）、所定値Ｐｓ以上であるときには、出湯能力算出部２８で算出された出湯能力ＧO U T と、加熱能力設定部２３で設定された加熱能力の設定値ＧI N との比率ＧO U T ／ＧI N を基準値Ｋと比較し（ステップ１０４）、比率ＧO U T ／ＧI N が基準値Ｋ（例えばＫ＝０．６３）未満のときには、熱交換器５のフィン閉塞などの装置の劣化があるものとする。
【００２９】
本実施形態では、判定部２９は、判定結果を数値ｎで示すようにしてあり、上記のように比率ＧO U T ／ＧI N が基準値Ｋ未満のときには、判定部２９の数値ｎに４を加算し（ステップ１０５）、その結果、数値ｎが１２以上になったか否かを判定して（ステップ１０６）、１２未満の場合は、強制停止部３０からの指令によって、加熱部１の燃焼を強制的に停止させるが、リモートコントローラ１９の運転スイッチなどで所定のリセット操作をすれば、再度、運転可能な状態に復帰させることが可能な状態（第１安全動作）に制御し（ステップ１０７）、一方、数値ｎが１２以上になった場合は、強制停止部３０からの指令によって、加熱部１の燃焼を停止させると共に、所定のリセット操作をしても運転可能な状態には復帰させない（第２安全動作）よう制御する（ステップ１０８）。
【００３０】
ステップ１０４の判定で、出湯能力ＧO U T と加熱能力の設定値ＧI N との比率ＧO U T ／ＧI N が基準値Ｋ以上であると判定した場合は、判定部２９の数値ｎから１を減算するが（ステップ１０９）、その結果、数値ｎが負の値となるときには、数値ｎは０とする（ステップ１１０、１１１）。
つまり、ステップ１０４の判定で、ステップ１０５へ進むことが３回連続した場合には、ステップ１０８へ進み、加熱部１の燃焼を停止させるだけでなく、使用者による復帰操作を受け付けないようにする（第２安全動作）のである。
【００３１】
このように、本実施形態では、判定部２９は、ガス圧Ｐが所定値Ｐｓ以上であるか否かを判定し（ステップ１０３）、所定値Ｐｓ未満のときには、出湯能力ＧO U T と加熱能力の設定値ＧI N とに基づく判定（ステップ１０４）を行わないようにしたので、設定されたガス圧Ｐよりも実際のガス圧が低いとしても、その誤差の影響で誤判定を生じる可能性の高い領域での判定を避けることができる。
【００３２】
図４は、他の実施形態を示すものであり、図３に対応させて、図３と同一のステップには同一の符号を付してある。
図３との違いは、図３では、ステップ１０３でガス圧Ｐが所定値Ｐｓ以上のときにステップ１０４へ進むようにしているのに対し、図４では、ステップ１１２で、ガス圧Ｐに応じて、ステップ１０４で用いる基準値Ｋの値を設定している点である。
【００３３】
つまり、先の実施形態では、加熱能力の設定値ＧI N に応じて設定されるガス圧Ｐが所定値Ｐｓ未満のとき、すなわち、図５に示すＡ点からＢ点の間、Ｃ点からＤ点の間およびＥ点からＦ点の間に設定されたときには判定を行わないようにしているが、本実施形態では、上記の範囲に設定されていても判定は行う。ただし、判定の基準値Ｋは、図６に示すように、設定されるガス圧Ｐが低いほど基準値Ｋの設定値も低い値となるように可変している。
【００３４】
設定されたガス圧Ｐに対して、実際のガス圧が低い場合には、ガス圧の低いときほど誤差の影響は大きく、算出した出湯能力ＧO U T と設定された加熱能力ＧI N との比率ＧO U T ／ＧI N は小さくなるが、本実施形態では、設定されたガス圧Ｐが低いほど基準値Ｋを低い値に設定するので、誤差による影響を相殺することができ、誤判定を防ぐことができる。
【００３５】
ガス圧誤差の影響について具体例を示すと、例えば、規定の最大ガス圧、最小ガス圧がそれぞれ９０ミリ水柱、２０ミリ水柱の場合に、比例弁への電気的入力とガス圧との調整作業でそれぞれマイナス５ミリ水柱の誤差が生じ、実際には８５ミリ水柱と１５ミリ水柱に調整されたとする。
加熱能力はガス供給量に比例し、ガス供給量はガス圧の平方根にほぼ比例するから、加熱能力はガス圧の平方根にほぼ比例する。この関係からすると、設定ガス圧が９０ミリ水柱のとき実際のガス圧は８５ミリ水柱であるから、実際のガス圧は設定ガス圧の８５／９０すなわち、約９４％であり、実際の加熱能力は、計算すると、設定された加熱能力の約９７％となる。
これに対して、設定ガス圧が２０ミリ水柱のときの実際のガス圧は１５ミリ水柱であるから、実際のガス圧は設定ガス圧の１５／２０すなわち７５％であり、実際の加熱能力は設定された加熱能力の約８７％となる。
【００３６】
このように、設定されるガス圧が低いほど、誤差による加熱能力の低下は大きく、それに伴って出湯能力も当然低くなる。
而して、このような誤差がある場合には、算出された出湯能力と設定された加熱能力との比率は、設定されたガス圧が低いほど誤差の影響を受けるのである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の給湯装置は、出力の低下状態を判定し、判定結果に基づいて加熱部の運転を停止させるものにおいて、加熱能力に応じて設定されるガス圧が所定値より低いときには、出力低下の判定を行わないようにしたことにより、設定されたガス圧と比例弁によって制御された実際のガス圧との間に誤差が存在する場合に、その誤差の影響で誤判定するおそれがあるガス圧範囲での判定を避けることができ、実用上の問題がない程度のガス圧誤差に起因して加熱部の運転が停止してしまうことを防ぐことができる。
【００３８】
また、本発明の給湯装置では、算出された出湯能力と設定された加熱能力との比率を基準値と比較して出力低下状態を判定するとともに、設定されたガス圧に応じて基準値を可変するようにしたことにより、設定されたガス圧と比例弁によって制御された実際のガス圧との間に誤差が存在する場合に、その誤差の影響が大きいガス圧範囲では、基準値を下げることによって誤判定を防ぎ、実用上の問題がない程度のガス圧誤差に起因して加熱部の運転を停止させてしまうことを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す給湯装置の概略構成図である。
【図２】同実施形態における制御装置の要部ブロック図である。
【図３】同上制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態における加熱能力とガス圧との関係図である。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるガス圧と基準値との関係図である。
【符号の説明】
１  加熱部
４  比例弁
５  熱交換器
６  入水管
７  出湯管
８  流量センサ
９  入水温度センサ
１０  出湯温度センサ
２０  制御装置
２３  加熱能力設定部
２５  ガス圧設定部
２８  出湯能力算出部
２９  判定部
３０  強制停止部
【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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