(57)【要約】【課題】熱交換器を加熱する複数のバーナを有するバーナユニットを備え、燃料ガスを供給するバーナの組合せを変更してバーナユニット全体の燃焼能力を切換える給湯器であって、要求燃焼量が現時点の燃焼能力で得られる最大燃焼量を上回ったときや最小燃焼量を下回ったときに能力アップ制御や能力ダウン制御を行うものにおいて、給湯温度をできるだけ設定温度に維持しつつドレンの発生を防止できるようにする。【解決手段】要求燃焼量Ｑｄｅｍが現時点の燃焼能力より１段低い能力での最大燃焼量Ｑｍａｘ(ｎ−１)以下の範囲に存する状態で、熱交出口温度Ｔｈｅｘがドレン発生の恐れがある所定の閾値ＹＴ以下になったときは、Ｑｄｅｍが現時点の燃焼能力での最小燃焼量Ｑｍｉｎ(ｎ)以上であっても燃焼能力を１段低くする強制能力ダウン制御を行う。また、強制能力ダウン制御を行ったときは、その後所定時間経過するまで能力アップ制御を禁止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯用の熱交換器と、熱交換器を加熱する複数のバーナを有するバーナユニットと、バーナユニットに燃料ガスを供給するガス供給路に設けられた比例弁と、比例弁よりも下流側のガス供給路の部分に設けられ、燃料ガスを供給するバーナの組合せを変更してバーナユニット全体の燃焼能力を複数段に切換える能力切換弁と、比例弁及び能力切換弁を制御する制御手段とを備える給湯器であって、
制御手段は、比例弁に通電する比例弁電流を設定温度の温水を給湯するのに必要な要求燃焼量に応じて可変する制御を行うと共に、要求燃焼量が現時点の燃焼能力で比例弁電流を上限値にしたときに得られるバーナユニット全体の燃焼量である最大燃焼量を上回ったときに、燃焼能力を１段高くする能力アップ制御を行い、要求燃焼量が現時点の燃焼能力で比例弁電流を下限値にしたときに得られるバーナユニット全体の燃焼量である最小燃焼量を下回ったときに、燃焼能力を１段低くする能力ダウン制御を行うように構成され、
各段の燃焼能力での最大燃焼量は、それより１段高い燃焼能力での最小燃焼量を上回るように設定されるものにおいて、
制御手段は、要求燃焼量が現時点の燃焼能力より１段低い燃焼能力での最大燃焼量以下の範囲に存する状態で、熱交換器の出口部の湯温が所定の閾値以下になったとき、要求燃焼量が現時点の燃焼能力での最小燃焼量以上であっても燃焼能力を１段低くする強制能力ダウン制御を行うように構成されることを特徴とする給湯器。
【請求項２】
前記強制能力ダウン制御を行ったときは、その後所定時間経過するまで能力アップ制御を禁止することを特徴とする請求項１記載の給湯器。
【請求項３】
前記閾値は、燃焼能力毎に異なる温度に設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯用の熱交換器と、熱交換器を加熱する複数のバーナを有するバーナユニットと、バーナユニットに燃料ガスを供給するガス供給路に設けられた比例弁と、比例弁よりも下流側のガス供給路の部分に設けられ、燃料ガスを供給するバーナの組合せを変更してバーナユニット全体の燃焼能力を複数段に切換える能力切換弁と、比例弁及び能力切換弁を制御する制御手段とを備える給湯器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の給湯器において、制御手段は、比例弁に通電する比例弁電流を設定温度の温水を給湯するのに必要な要求燃焼量に応じて可変する制御を行うと共に、要求燃焼量が現時点の燃焼能力で比例弁電流を上限値にしたときに得られるバーナユニット全体の燃焼量である最大燃焼量を上回ったときに、燃焼能力を１段高くする能力アップ制御を行い、要求燃焼量が現時点の燃焼能力で比例弁電流を下限値にしたときに得られるバーナユニット全体の燃焼量である最小燃焼量を下回ったときに、燃焼能力を１段低くする能力ダウン制御を行うように構成される。この場合、各段の燃焼能力での最大燃焼量は、それより１段高い燃焼能力での最小燃焼量を上回るように設定されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これにより、能力順位で隣接する燃焼能力の一方で得られる燃焼量の範囲と他方で得られる燃焼量の範囲とが一部重なる（以下、この重なる燃焼量の範囲を重ね代と記す）。そして、一旦能力ダウン制御が行われると、要求燃焼量が重ね代以上増加しない限り能力アップ制御は行われず、また、一旦能力アップ制御が行われると、要求燃焼量が重ね代以上減少しない限り能力ダウン制御は行われず、要求燃焼量の微小変化で能力アップ制御と能力ダウン制御が短時間で繰り返される現象（ハンチング）が防止される。尚、ハンチングが発生すると、給湯温度が不安定になったり、能力切換弁の頻繁な開閉による騒音を生ずるため、ハンチングはできるだけ防止することが望ましい。
【０００４】
ところで、熱交換器の温度が低くなると、バーナの燃焼排ガス中の水蒸気が熱交換器で凝縮してドレンが発生し、熱交換器の劣化を招く。そこで、従来、熱交換器の出口部の湯温がドレン発生の恐れがある所定の閾値以下になったとき、燃焼量を要求燃焼量よりも増加してドレンの発生を防止するものが知られている(例えば、特許文献２参照)。
【０００５】
然し、これでは、燃焼量の増加で給湯温度が設定温度を上回ってしまい、使用者に不快感を与えてしまう。従って、給湯温度をできるだけ設定温度に維持しつつドレンの発生を防止することが望まれる。
【０００６】
ここで、本願発明者は、鋭意努力の結果、バーナユニット全体の燃焼量が同じでも、能力ダウンすると、ドレンが発生しにくくなることを知見するに至った。これは、能力ダウンすると、燃焼するバーナの燃焼量が能力ダウンで燃焼停止するバーナの燃焼量分だけ増加し、燃焼するバーナの燃焼排ガスで加熱される熱交換器の部分の温度が能力ダウン前よりも高くなるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５５６４８１号公報
【特許文献２】特開平８−３２０１５１号公報(段落００５４)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した知見に基づき、給湯温度をできるだけ設定温度に維持しつつドレンの発生を防止できるようにした給湯器を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、給湯用の熱交換器と、熱交換器を加熱する複数のバーナを有するバーナユニットと、バーナユニットに燃料ガスを供給するガス供給路に設けられた比例弁と、比例弁よりも下流側のガス供給路の部分に設けられ、燃料ガスを供給するバーナの組合せを変更してバーナユニット全体の燃焼能力を複数段に切換える能力切換弁と、比例弁及び能力切換弁を制御する制御手段とを備える給湯器であって、制御手段は、比例弁に通電する比例弁電流を設定温度の温水を給湯するのに必要な要求燃焼量に応じて可変する制御を行うと共に、要求燃焼量が現時点の燃焼能力で比例弁電流を上限値にしたときに得られるバーナユニット全体の燃焼量である最大燃焼量を上回ったときに、燃焼能力を１段高くする能力アップ制御を行い、要求燃焼量が現時点の燃焼能力で比例弁電流を下限値にしたときに得られるバーナユニット全体の燃焼量である最小燃焼量を下回ったときに、燃焼能力を１段低くする能力ダウン制御を行うように構成され、各段の燃焼能力での最大燃焼量は、それより１段高い燃焼能力での最小燃焼量を上回るように設定されるものにおいて、制御手段は、要求燃焼量が現時点の燃焼能力より１段低い燃焼能力での最大燃焼量以下の範囲に存する状態で、熱交換器の出口部の湯温が所定の閾値以下になったとき、要求燃焼量が現時点の燃焼能力での最小燃焼量以上であっても燃焼能力を１段低くする強制能力ダウン制御を行うように構成されることを特徴とする。
【００１０】
ここで、ドレンが発生しやすくなるのは、要求燃焼量が現時点の燃焼能力より１段低い燃焼能力での最大燃焼量以下の範囲に存し、燃焼中の各バーナの燃焼量が比較的小さい場合がほとんどである。この場合、本発明によれば、熱交換器の出口部の湯温が閾値以下になると、強制能力ダウン制御を行うことにより、燃焼するバーナの燃焼量を能力ダウンで燃焼停止するバーナの燃焼量分増加して、当該バーナの燃焼排ガスで加熱される熱交換器の部分の温度を高くし、ドレンの発生を防止できる。そして、強制能力ダウン制御を行ってもバーナユニット全体の燃焼量は変化しないため、給湯温度を設定温度に維持しつつドレンの発生を防止できる。
【００１１】
また、本発明において、強制能力ダウン制御を行ったときは、その後所定時間経過するまで能力アップ制御を禁止することが望ましい。これによれば、ハンチングの発生を抑制できる。
【００１２】
また、熱交換器の加熱部分(燃焼排ガスで加熱される部分)の温度がドレン発生限界温度に低下したときの熱交換器の出口部の湯温は、燃焼能力によって異なる場合がある。そのため、上記閾値は、燃焼能力毎に異なる温度に設定されることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の給湯器の構成を示す模式図。
【図２】実施形態の燃焼装置の制御手段が行うドレン防止制御の内容を示すフロー図。
【図３】バーナユニット全体の燃焼量と比例弁電流との関係を表す燃焼特性ラインを各段の燃焼能力について示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施形態の給湯器を示している。この給湯器は、燃焼筐１を備えている。燃焼筐１の下部と上部には、夫々バーナユニット２と給湯用の熱交換器３とが収納されており、更に、燃焼筐１の下面には、バーナユニット２に燃焼用空気を供給する燃焼ファン４が接続されている。そして、バーナユニット２からの燃焼排ガスにより熱交換器３の上流側の給水路３ａからの水を加熱し、熱交換器３の下流側の給湯路３ｂに所定の設定温度に加熱された温水が出湯されるようにしている。熱交換器３を通過した燃焼排ガスは、燃焼筐１の上部に開設した排気口１ａから外部に排出される。
【００１５】
給水路３ａには、水量センサ３１と、給水路３ａの水温(給水温度)を検出する第１温度センサ３２１と、水量調節弁３３とが介設されており、更に、水量調節弁３３の下流側で給水路３ａから分岐され、所定割合の水を熱交換器３を介さずに給湯路３ｂに流すバイパス路３ｃを設けている。また、バイパス路３ｃの合流箇所よりも下流側の給湯路３ｂの部分の湯温(給湯温度)を検出する第２温度センサ３２２と、バイパス路３ｃの合流箇所よりも上流側の給湯路３ｂの部分（熱交換器３の出口部）の湯温を検出する第３温度センサ３２３とを設けている。
【００１６】
バーナユニット２は、第１乃至第３の３個のバーナ２１，２２，２３を有している。本実施形態では、計１５本の単位バーナ２ａを並設して、３本の単位バーナ２ａで第１バーナ２１、５本の単位バーナ２ａで第２バーナ２２、残りの７本の単位バーナ２ａで第３バーナ２３を構成している。尚、各バーナ２１，２２，２３を各所定本数の単位バーナ２ａで構成せずに、所定本数の単位バーナ２ａと同様の燃焼能力を持つ各一個のバーナで各バーナ２１，２２，２３を構成することも可能である。
【００１７】
バーナユニット２に燃料ガスを供給するガス供給路５には、電磁開閉弁から成る元弁６と、その下流側の比例弁７とが介設されている。また、比例弁７の下流側のガス供給路５の部分は、第１バーナ２１に連なる第１分岐路５１と、第２バーナ２２に連なる第２分岐路５２と、第３バーナ２３に連なる第３分岐路５３とに分岐されている。これら第１乃至第３分岐路５１，５２，５３には、夫々電磁開閉弁から成る第１乃至第３能力切換弁８１，８２，８３が介設されている。そして、第１乃至第３能力切換弁８１，８２，８３の開閉で燃料ガスを供給するバーナの組合せを変更して、バーナユニット２全体の燃焼能力を複数段に切換えるようにしている。
【００１８】
具体的に説明すれば、第１能力切換弁８１を開弁して第１バーナ２１のみに燃料ガスを供給することにより、バーナユニット２全体の燃焼能力を最も低い第１段の能力（単位バーナ３本分の能力）に切換え、第２能力切換弁８２を開弁して第２バーナ２２のみに燃料ガスを供給することにより、バーナユニット２全体の燃焼能力を第２段の能力（単位バーナ５本分の能力）に切換え、第１と第２の両能力切換弁８１，８２を開弁して第１と第２の両バーナ２１，２２に燃料ガスを供給することにより、バーナユニット２全体の燃焼能力を第３段の能力（単位バーナ８本分の能力）に切換え、第１と第３の両能力切換弁８１，８３を開弁して第１と第３の両バーナ２１，２３に燃料ガスを供給することにより、バーナユニット２全体の燃焼能力を第４段の能力（単位バーナ１０本分の能力）に切換え、第１乃至第３能力切換弁８１，８２，８３を開弁して第１乃至第３バーナ２１，２２，２３に燃料ガスを供給することにより、バーナユニット１全体の燃焼能力を最も高い第５段の能力（単位バーナ１５本分の能力）に切換えるようにしている。
【００１９】
給湯器は、更に、燃焼ファン４、元弁６、比例弁７、能力切換弁８１，８２，８３及び水量調節弁３３を制御する制御手段たるマイクロコンピュータから成るコントローラ９を備えている。コントローラ９には、水量センサ３１と第１乃至第３温度センサ３２１〜３２３の検出信号が入力されている。そして、コントローラ９は、これらセンサの検出信号に基づいて設定温度の温水を給湯するのに必要な要求燃焼量を演算し、この要求燃焼量に合わせて第１乃至第３の能力切換弁８１，８２，８３を開閉制御して、バーナユニット２全体の燃焼能力を切換え、この燃焼能力で要求燃焼量に等しい燃焼量が得られるように比例弁電流を制御する。また、バーナユニット２の燃焼量に応じた適切な量の空気が供給されるように、燃焼ファン４の回転数を比例弁電流と相関性を持って制御する。更に、設定温度が高く設定され、第５段の能力で燃焼量を最大にしても給湯温度が設定温度まで上昇しない場合は、水量調節弁３３で通水量を減少させる制御を行う。
【００２０】
尚、要求燃焼量は、水量センサ３１の検出水量(通水量)と第１温度センサ３２１の検出温度(給水温度)と設定温度とからフィードフォワード方式で演算される燃焼量を第２温度センサ３２２の検出温度(給湯温度)と設定温度との偏差からフィードバック方式で演算される補正値で補正して求める。
【００２１】
図３は、各段の燃焼能力で得られる燃焼量と比例弁電流との関係を表す燃焼特性ラインを示しており、この燃焼特性ラインは、第１段の能力ではラインＬ１、第２段の能力ではラインＬ２、第３段の能力ではラインＬ３、第４段の能力ではラインＬ４，第５段の能力ではラインＬ５になる。ここで、各段の燃焼能力で比例弁電流を上限値Ｉｍａｘにしたときのバーナユニット２全体の燃焼量である最大燃焼量は、それより１段高い燃焼能力で比例弁電流を下限値Ｉｍｉｎにしたときのバーナユニット２全体の燃焼量である最小燃焼量を上回るように設定され、能力順位で隣接する燃焼能力間で重ね代Ｗを持つことになる。
【００２２】
そして、コントローラ９は、要求燃焼量が現時点の燃焼能力での最大燃焼量を上回ったときに、燃焼能力を１段高くする能力アップ制御を行い、要求燃焼量が現時点の燃焼能力での最小燃焼量を下回ったときに、燃焼能力を１段低くする能力ダウン制御を行う。これによれば、一旦能力ダウン制御が行われると、要求燃焼量が重ね代Ｗ以上増加しない限り能力アップ制御は行われず、また、一旦能力アップ制御が行われると、要求燃焼量が重ね代Ｗ以上減少しない限り能力ダウン制御は行われず、要求燃焼量の微小変化で能力アップ制御と能力ダウン制御が短時間で繰り返される現象（ハンチング）が防止される。
【００２３】
ところで、設定温度の低下で燃焼量が減少して熱交換器３の温度が低くなると、燃焼排ガス中の水蒸気が熱交換器３で凝縮してドレンが発生し、熱交換器３の劣化を招く。そこで、本実施形態では、ドレンの発生を防止するドレン防止制御を行っている。以下、図２を参照してドレン防止制御について詳述する。
【００２４】
ドレン防止制御では、先ず、ＳＴＥＰ１において、第３温度センサ３２３の検出温度（熱交換器３の出口部の湯温）Ｔｈｅｘがドレン発生の恐れがある所定の閾値ＹＴ以下になったか否かを判別する。Ｔｈｅｘ＞ＹＴであれば、ＳＴＥＰ２に進み、上述した要求燃焼量に応じた能力アップ制御及び能力ダウン制御と比例弁電流の制御とを含む通常制御を行う。
【００２５】
尚、燃焼能力が低くなると、燃焼排ガスにより加熱される熱交換器３の加熱部分の面積が減少する。そして、熱交換器３の加熱部分の温度が同じでも、熱交換器３の出口部の湯温Ｔｈｅｘは、燃焼能力が低くなるほど加熱部分の面積減少で低くなる。また、燃焼中のバーナの燃焼排ガス中の空気過剰率（燃焼に寄与しない余剰空気の割合）が燃焼能力に拘らず一定であれば、ドレン発生限界温度は燃焼能力に拘らず一定になる。この場合、熱交換器３の加熱部分の温度がドレン発生限界温度に低下したときの熱交換器３の出口部の湯温Ｔｈｅｘは、燃焼能力が低くなるほど低くなるから、閾値ＹＴは、燃焼能力が低くなるほど低くなるように、燃焼能力毎に異なる温度に設定することが望ましい。
【００２６】
ＳＴＥＰ１でＴｈｅｘ≦ＹＴと判別された場合は、ＳＴＥＰ３に進み、要求燃焼量Ｑｄｅｍが現時点の燃焼能力より１段低い燃焼能力での最大燃焼量Ｑｍａｘ（ｎ−１）以下であるか否かを判別する。Ｑｄｅｍ＞Ｑｍａｘ（ｎ−１）であれば、ＳＴＥＰ４に進んで、要求燃焼量Ｑｄｅｍが現時点の燃焼能力での最大燃焼量Ｑｍａｘ（ｎ）以下であるか否かを判別する。そして、Ｑｄｅｍ≦Ｑｍａｘ（ｎ）であれば、ＳＴＥＰ５で燃焼量を増加した後、ＳＴＥＰ１に戻る。従って、Ｔｈｅｘ＞ＹＴになるまで燃焼量を増加する制御が行われることになる。また、Ｑｄｅｍ＞Ｑｍａｘ（ｎ）になったときは、ＳＴＥＰ６で能力アップ制御を行って、ＳＴＥＰ１に戻る。
【００２７】
ＳＴＥＰ３でＱｄｅｍ≦Ｑｍａｘ(ｎ−１)と判別されたときは、ＳＴＥＰ７に進み、要求燃焼量Ｑｄｅｍが現時点の燃焼能力での最小燃焼量Ｑｍｉｎ(ｎ)以上であるか否かを判別する。そして、Ｑｄｅｍ＜Ｑｍｉｎ(ｎ)であれば、ＳＴＥＰ８に進んで通常の能力ダウン制御を行った後、ＳＴＥＰ１に戻る。
【００２８】
一方、ＳＴＥＰ７でＱｄｅｍ≧Ｑｍｉｎ(ｎ)と判別されたときは、ＳＴＥＰ９に進み、燃焼能力を１段低くする強制能力ダウン制御を行う。即ち、要求燃焼量Ｑｄｅｍが現時点の燃焼能力より１段低い燃焼能力での最大燃焼量Ｑｍａｘ(ｎ−１)以下の範囲に存する状態で、熱交換器３の出口部の湯温Ｔｈｅｘが閾値ＹＴ以下になったときは、要求燃焼量Ｑｄｅｍが現時点の燃焼能力での最小燃焼量Ｑｍｉｎ(ｎ)以上であって、通常は能力ダウン制御が行われない状態でも、強制的に能力ダウン制御が行われることになる。次に、ＳＴＥＰ１０に進んで、強制能力ダウン制御を行ってから所定時間(例えば、６０秒)経過したか否かを判別し、所定時間経過したときにＳＴＥＰ１に戻る。
【００２９】
ここで、能力ダウンすると、燃焼するバーナの燃焼量が能力ダウンで燃焼停止するバーナの燃焼量分だけ増加し、バーナユニット２全体の燃焼量を増加しなくても、熱交換器３の加熱部分の温度が能力ダウン前よりも高くなり、ドレンが発生しにくくなる。そして、ドレン発生の恐れを生ずる事態になるのは、要求燃焼量Ｑｄｅｍが減少して、Ｑｄｅｍ≦Ｑｍａｘ(ｎ−１)となる場合が多いことから、上記の如く強制能力ダウン制御を行うことにより、給湯温度をできるだけ設定温度に維持しつつドレンの発生を防止できるようになる。
【００３０】
尚、要求燃焼量ＱｄｅｍがＱｍａｘ(ｎ−１)の近傍に存する状態で強制能力ダウン制御が行われた場合、強制能力ダウン制御後に要求燃焼量の若干の増加で能力アップ制御が行われてハンチングを生ずる恐れがある。然し、本実施形態では、強制能力ダウン制御を行ってから所定時間経過するまで、ＳＴＥＰ１に戻らないため、能力アップ制御が禁止されて、ハンチングの発生を抑制できる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、熱交換器３の出口部の湯温を検出する第３温度センサ３２３を設けているが、熱交換器３の出口部の湯温は第１温度センサ３２１の検出温度と第２温度センサ３２２の検出温度とバイパス路３ｃへの通水割合とから演算で推定できるため、第３温度センサ３２３を省略することも可能である。
【００３２】
また、上記実施形態では、ＳＴＥＰ５で燃焼量を増加させているが、燃焼量を増加する代わりに、水量調節弁３３により通水量を減少させて、熱交換器３の出口部の湯温を上昇させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
２…バーナユニット、２１，２２，２３…バーナ、３…熱交換器、５…ガス供給路、７…比例弁、８１，８２，８３…能力切換弁、９…コントローラ（制御手段）、Ｔｈｅｘ…熱交換器の出口部の湯温、ＹＴ…閾値、Ｑｄｅｍ…要求燃焼量、Ｑｍｉｎ(ｎ−１)…１段低い能力での最大燃焼量。
【図１】
2014085081.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014085081.tif 000005