(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入水管および出湯管が接続された熱交換器と、この熱交換器を加熱する複数の燃焼面を有するバーナと、上記入水管と上記出湯管との間に設けられたバイパス管と、このバイパス管を開閉するバイパス弁とを備えた燃焼装置において、上記熱交換器の蓄熱量を演算する蓄熱量演算手段と、前回燃焼終了時における上記熱交換器の蓄熱量、および前回燃焼終了時から再出湯までの時間に基づいて後沸き量を演算する後沸き量演算手段と、後沸き量に応じて上記バイパス弁の開度を調節するバイパス弁調節手段とを設け、上記蓄熱量演算手段が、上記バーナの各燃焼面のうちの燃焼している燃焼面の燃焼量と燃焼時間とに基づいて当該燃焼面に対応する上記熱交換器の各部の部分蓄熱量を演算するとともに、燃焼が停止している非燃焼面の燃焼停止時間に基づいて当該非燃焼面に対応する上記熱交換器の各部の放熱量を演算し、部分蓄熱量と放熱量とから上記熱交換器全体の蓄熱量を演算することを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
上記熱交換器内の後沸きによる高温水が上記出湯管と上記バイパス管との合流点に達した後に上記バイパス弁調節手段が上記バイパス弁の開度調節を開始することを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、再出湯時に後沸きによる高温水（以下、後沸き湯という。）が出湯するのを防止することができるように構成された燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の燃焼装置としては、例えば特開平２−２１１５６号公報に記載の給湯器がある。この給湯器は、入水管および出湯管が接続された熱交換器と、この熱交換器を加熱するガスバーナと、入水管と出湯管との間に設けられたバイパス管と、このバイパス管を開閉するバイパス弁とを備えており、入水管から供給される給水を熱交換器において加熱し、出湯管から出湯するようになっている。また、再出湯時には、前回燃焼終了時の燃焼量および燃焼終了から再出湯までの経過時間に基づいて後沸き量を推定する。そして、後沸き量が所定量以上であると推定した場合には、バイパス弁を開いて入水管からバイパス管を介して出湯管に水を供給し、後沸き湯に水を混合させる。これにより、後沸き湯が高温のまま出湯されるのを防止するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の燃焼面を有する給湯器においては、以下に述べるように、燃焼面が数が異なるとガスバーナ全体の燃焼量が同一であっても後沸き量が異なる。このため、後沸きによる不都合を防止することができない場合があることが判明した。
【０００４】
すなわち、図５は２つの燃焼面を有するガス給湯器の燃焼量を増大させた場合の分岐管１本当たりのガス流量と燃焼量との関係を示すものであり、燃焼量を徐々に増大させると、まず一方の燃焼面（以下、Ａ面という。）だけが燃焼する。Ａ面の燃焼量がＱ1である点Ｌに達すると、他方の面（以下、Ｂ面という。）が燃焼を開始する。ただし、Ｂ面の燃焼量の分だけＡ面の燃焼量が減少するので、Ｂ面の燃焼開始前後の燃焼量は同一である、その結果、点Ｌから点Ｍに至る。その後、Ａ面およびＢ面（以下、Ａ＋Ｂ面という。）が燃焼した状態で燃焼量が増大する。一方、Ａ＋Ｂ面が燃焼している場合において、燃焼量が減少するときには、燃焼量がＱ2（＜Ｑ1）である点Ｎに達すると、Ｂ面の燃焼が停止し、Ａ面だけの燃焼になる。勿論、Ｂ面の燃焼が停止した分だけＡ面の燃焼量が増加するので、Ｂ面の燃焼停止前後の燃焼量は同一である。その結果、点Ｎから点Ｏに至る。その後、燃焼量が減少する。このように、２つの燃焼面を有する給湯器では、燃焼量がＱ1〜Ｑ2であるときには、Ａ面だけが燃焼している場合と、Ａ＋Ｂ面が燃焼している場合とがある。
なお、このような一種のヒステリシスを持たせたのは、燃焼量の変化に応じて燃焼面が頻繁に変わるのを防止するためである。
【０００５】
図６は、Ａ面、Ａ＋Ｂ面をＱ1〜Ｑ2の範囲の同一の燃焼量でそれぞれ燃焼させたときの熱交換器（熱交換器内の給水を除く）の蓄熱量、熱交換器内の給水の蓄熱量、および後沸き量を示すグラフである。熱交換器の蓄熱量は、燃焼開始後増大し、所定時間経過すると一定になる。給水の蓄熱量（出湯温度）も、燃焼開始と同時に増大し、所定時間経過後一定になる。これは、Ａ面、Ａ＋Ｂ面のいずれを燃焼させた場合も同様である。ただし、熱交換器の蓄熱量は、Ａ＋Ｂ面燃焼時の方がＡ面燃焼時より大きい。これは、Ａ＋Ｂ面燃焼時には、熱交換器のほぼ全体が加熱されるとともに蓄熱に関与するのに対し、Ａ面燃焼時には燃交換器全体のうちのＡ面に対応する部分しか加熱されず、蓄熱に関与する範囲が狭いからである。
【０００６】
ガスバーナの燃焼が停止すると、熱交換器内の給水が、熱交換器の蓄熱によって加熱され、後沸きが発生する。この場合、Ａ＋Ｂ面燃焼時の蓄熱量がＡ面燃焼時の蓄熱量より大きいので、Ａ＋Ｂ面燃焼時の後沸き量はＡ面だけが燃焼していたときの後沸き量より大きくなる。
【０００７】
このように、複数の燃焼面を有する給湯器においては、燃焼面の数が異なると、燃焼量が同一であっても後沸き量が異なる。このため、燃焼量でバイパス弁の開閉を制御すると、バイパス弁を開くべきときに閉じられていたり、その逆にバイパス弁を閉じておくべきときに開いてしまうような不都合が生じることがあった。また、バイパス弁の開閉だけでは、後沸き湯を所望の設定温度で出湯させることができないという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、この発明は、入水管および出湯管が接続された熱交換器と、この熱交換器を加熱する複数の燃焼面を有するバーナと、上記入水管と上記出湯管との間に設けられたバイパス管と、このバイパス管を開閉するバイパス弁とを備えた燃焼装置において、上記熱交換器の蓄熱量を演算する蓄熱量演算手段と、前回燃焼終了時における上記熱交換器の蓄熱量、および前回燃焼終了時から再出湯までの時間に基づいて後沸き量を演算する後沸き量演算手段と、後沸き量に応じて上記バイパス弁の開度を調節するバイパス弁調節手段とを設け、上記蓄熱量演算手段が、上記バーナの各燃焼面のうちの燃焼している燃焼面の燃焼量と燃焼時間とに基づいて当該燃焼面に対応する上記熱交換器の各部の部分蓄熱量を演算するとともに、燃焼が停止している非燃焼面の燃焼停止時間に基づいて当該非燃焼面に対応する上記熱交換器の各部の放熱量を演算し、部分蓄熱量と放熱量とから上記熱交換器全体の蓄熱量を演算することを特徴としている。
【０００９】
この場合、上記熱交換器内の後沸きによる高温水が上記出湯管と上記バイパス管との合流点に達した後に上記バイパス弁調節手段が上記バイパス弁の開度調節を開始するように構成するのが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図１〜図４を参照して説明する。なお、この実施の形態は、この発明をガス給湯装置に適用したものであるが、他の燃焼装置に適用することができるのは勿論である。
【００１１】
図１に示すように、このガス給湯装置１は、ケーシング２を備えている。このケーシング２の内部には、熱交換器３、ガスバーナ４、送風ファン５および制御部６が設けられており、ケーシング１の外部にはリモートコントロール（以下、リモコンと略称する。）７が設けられている。
【００１２】
熱交換器３には、入水管１１および出湯管１２が接続されており、入水管１１から供給される給水が熱交換器３において加熱され、出湯管１２を介して出湯栓１３から出湯されるようになっている。入水管１１には、給水量を検出するフローセンサ１４、および給水温度を検出する給水温センサ１５が設置されている。一方、出湯管１２には、出湯温度を検出する出湯温センサ１６が設置されている。また、入水管１１と出湯管１２との間には、それらを接続するバイパス管１７が設けられており、このバイパス管１７には、全閉状態から全開状態まで開度調節可能なバイパス弁１８が設けられている。
【００１３】
上記ガスバーナ４は、Ａ面４ａとＢ面４ｂとの二つの燃焼面を有しており、各燃焼面４ａ，４ｂには、ガス管２１および分岐管２２，２３を介してガスが供給されるようになっている。ガス管２１には、ガスの供給をＯＮ、ＯＦＦする元ガス電磁弁２４、およびガスの供給量を調節するガス比例制御弁２５が設けられている。分岐管２２，２３には、Ａ面、Ｂ面へのガスの供給をＯＮ、ＯＦＦするための副弁２６，２７がそれぞれ設けられている。
【００１４】
上記制御部６は、通常の燃焼時には、リモコン７で設定された所望の温度の湯が出湯されるよう、フローセンサ１４、給水温センサ１５および出湯温センサ６の検出信号に基づいて元ガス電磁弁２４を開くとともに、ガス比例制御弁２５の開度を制御し、さらに燃焼量（ガスの供給量）に応じて副弁２６または副弁２６，２７を開弁させる。また、燃焼量に応じて送風ファン５の回転数を制御する。勿論、これらの制御は、フィードフォワード（ＦＦ）制御および／またはフィードバック（ＦＢ）制御されるのであるが、その制御方法は周知のものと同様であるので、その説明は省略する。また、再出湯時には、後沸きによる後沸き湯が出湯されないよう、バイパス弁１８の開度が調節される。
【００１５】
制御部６による制御は、図２〜図４に示すフローチャートに基づくプログラムしたがって実行される。なお、このプログラムは、ガス給湯装置１の電源がＯＮされると実行される。また、リモコン７には運転スイッチ（図示せず）が設けられており、運転スイッチをＯＮ状態にしない限り、出湯栓１３を開いてフローセンサ１４が給水の流れを検出しても、ガスバーナ４が点火しないようになっている。
【００１６】
プログラムのスタート後、まずステップ１００において流量センサ１４がＯＮ状態であるか否かが判断される。ＯＦＦ状態であれば、ステップ１００の判断を繰り返す。ＯＮ状態であれば、ステップ１０１においてガスバーナ４に点火される。この場合、給水量および給水温度に基づいてＡ面４ａのみ、またはＡ面４ａおよびＢ面４ｂが点火される（以下、Ａ面４ａのみの燃焼をＡ面燃焼と称し、Ａ面４ａおよびＢ面４ｂの両者の燃焼をＡ＋Ｂ面燃焼と称する）。なお、このときには運転スイッチがＯＮ状態になっている。
【００１７】
ガスバーナ４の点火後、ステップ１０２においてメモリｎの内容が１であるか否かが判断される。ｎ≠１である場合には、ステップ１０９に進み、通常の出湯温度制御、つまりＦＦおよびＦＢ制御が実行される。ここで、メモリｎはプログラムのスタート直後に初期化されているので、最初はｎ≠１である。一方、ｎ＝１である場合には、ステップ１０３〜１０８を実行した後、ステップ１０９が実行される。ステップ１０３〜１０８について後述する。
【００１８】
ステップ１０９の実行後、ステップ１１０においてＡ面燃焼であるか否かが判断される。この判断は、副弁２７が開いているか否かに基づいて行われる。副弁２７が閉じているときはＡ面燃焼であり、開いているときはＡ＋Ｂ面燃焼である。Ａ面燃焼であるときには、ステップ１１１においてＡ面燃焼による熱交換器３の蓄熱量が演算され、Ａ＋Ｂ面燃焼であうときには、ステップ１１２においてＡ＋Ｂ面燃焼による燃焼交換器３の蓄熱量が演算される。
【００１９】
熱交換器３の蓄熱量は、燃焼量と燃焼時間に基づいて演算される。この演算は、例えば予め実験に基づいて蓄熱量のマップを作成しておき、このマップに基づいて行うことができる。この場合、マップは、Ａ面燃焼時のものとＡ＋Ｂ面燃焼時のものをそれぞれ作成するのがよい。Ａ面燃焼時には、熱交換器３のＢ面４ｂに対応する部分から熱が放散されるからである。そこで、この実施の形態では、Ａ面燃焼かＡ＋Ｂ面燃焼かを判断し、それぞれに分けて蓄熱量を演算するようにしているのである。なお、蓄熱量の演算に際しては、給水温度および気温に基づいてマップを補正するのが望ましい。
【００２０】
また、図６において想像線で示すように、Ａ＋Ｂ面燃焼の途中からＢ面燃焼が停止した場合には、Ａ面燃焼による熱交換器３の蓄熱量（部分蓄熱量）を演算する一方、熱交換器３のＢ面４ｂに対応する部分からの放熱量を演算する。そして、Ａ面燃焼による蓄熱量から放熱量を差し引くことによって熱交換器３全体の蓄熱量を演算する。後述するように、放熱量もマップに基づいて演算することができる。
【００２１】
蓄熱量の演算後、ステップ１１３において流量センサ１４のＯＦＦであるか否か、つまり給水が停止（出湯栓１３が閉じている）か否かが判断される。流量センサ１４がＯＮ状態である場合には、ステップ１１０およびステップ１１１またはステップ１１２が繰り返し実行される。
【００２２】
流量センサ１４がＯＦＦ状態になると、ステップ１１４において燃焼が停止されるとともに、タイマーが起動される。燃焼の停止は、流量制御弁２５の開度を０に調節するとともに、副弁２６，２７を閉じることによって行われる。勿論、それと共に元ガス電磁弁２４を閉じてもよい。なお、タイマーは、燃焼停止から再出湯時までの時間を計測するものである。
【００２３】
その後、ステップ１１５においてバイパス弁１８が閉じられる。バイパス弁１８は、通常の燃焼時には、熱交換器３内において加熱される給水の温度を高温にして熱交換器３の結露を防止するために開弁されているが、再出湯時に備えて閉弁されるのである。
【００２４】
次に、ステップ１１６において送風ファン５がＯＮ状態であるか否かが判断される。燃焼停止後に送風ファン５をＯＮ状態にするのは、熱交換器３をより早期に冷ますために行われるものであり、所定時間運転後停止される。
【００２５】
送風ファン５がＯＮ状態であるときには、ステップ１１７において強制放熱量の演算が実行され、送風ファン５がＯＦＦ状態であるときには、ステップ１１８において自然放熱量の演算が実行される。この強制放熱量の演算は、蓄熱量から演算された熱交換器３の温度、燃焼停止後の経過時間、送風ファン５の回転数に基づいて演算される。自然放熱量の演算は、熱交換器３の温度および燃焼停止後の経過時間に基づいて演算される。これらの演算は、例えば予め作成されたマップに基づいて行われる。また、放熱量の演算に際しては、ガス給湯装置１が設置された箇所の気温を考慮するのが望ましい。
【００２６】
放熱量の演算後、ステップ１１９において後沸き量が演算される。この演算は、熱交換器３の蓄熱量から放熱量を差し引き、残りの蓄熱量と熱交換器３内の給水量およびその温度に基づいて行われる。
【００２７】
次に、ステップ１２０において、流量センサ１４がＯＮ状態であるか否かが判断される。
ステップ１２０において否定判断された場合、つまり流量センサ１４がＯＦＦ状態に維持されている場合には、ステップ１２２において運転スイッチがＯＦＦ状態であるか否かが判断される。運転スイッチがＯＦＦ状態である場合には、ステップ１２３において、熱交換器３内の給水の温度が人体にやけどを負わせない程度の安全な温度か否かが判断される。この場合、給水の温度は後沸き量から演算される。安全温度であれば、ステップ１２４においてバイパス１８弁が開弁される。これは、ガス給湯装置１の水抜きを可能にするためのものである。その後、ステップ１２５において運転スイッチがＯＮ状態であるか否かが判断される。運転スイッチがＯＮである場合には、ステップ１２６において、バイパス弁１８が閉じられ、タイマーが停止され、メモリｎに０が書き込まれる。そして、ステップ１００に戻る。
【００２８】
ステップ１２２、１２３，１２５において否定判断された場合には、ステップ１１６に戻り、ステップ１１６以降の各ステップが繰り返し実行される。つまり、再出湯が行われるまで、後沸き量の演算が繰り返される。
【００２９】
一方、ステップ１２０において肯定判断された場合、つまり流量センサ１４がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わっている場合には、ステップ１２１においてメモリｎに１が書き込まれた後、ステップ１０１に戻り、ガスバーナ４が点火される。その後、ステップ１０２においてｎ＝１が成立するか否かが判断される。今回は、ステップ１２１においてメモリｎに１が書き込まれているので、肯定判断され、ステップ１０３に進む。
【００３０】
ステップ１０３においては、後沸き量に基づいて演算される熱交換器３内の給水の温度ＴAがリモコン７で設定された設定温度ＴSより高温であるか否かが判断される。
ＴA＞ＴSである場合には、ステップ１０４において出湯管１２と熱交換器３と接続点Ｐ1（図１参照）から出湯管１２とバイパス管１７との接続点（合流点）Ｐ2までの出湯管１２内の給水全体が接続点Ｐ2を通過したか否かが判断される。
この判断は、フローセンサ１４によって検出される給水量、接続点Ｐ1から接続点Ｐ2までの出湯管１２内に存する給水の量に基づいて行われる。接続点Ｐ2を通過したら、換言すれば熱交換器３内の後沸き湯が接続点Ｐ2に達したら、バイパス弁１８が開かれる。そして、ステップ１０６においてＦＦ制御による出湯温度制御が実行される。勿論、このときには、熱交換器３内の後沸き湯が設定温度になるように、バイパス弁１８の開度が調節される。その後、ステップ１０７において全ての後沸き湯が出湯栓１３から放出されたか否かが判断される。この判断は、熱交換器３内の後沸き湯の量、給水量、および出湯管１２の内部容積に基づいて行われるものであり、全ての後沸き湯が放出されるまでステップ１０６，１０７が繰り返し実行される。全ての後沸き湯が放出されると、ステップ１０８においてバイパス弁１０８が閉じられ、ステップ１０９に進む。
【００３１】
一方、ステップ１０３においてＴA≦ＴSであると判断された場合には、後沸き湯によるやけど等のおそれがないので、バイパス弁１８が開かれることなく、ステップ１０９に進む。
【００３２】
上記のように、このガス給湯装置１においては、再出湯時に、前回の燃焼停止時における熱交換器３の蓄熱量、および燃焼が停止してから再出湯までの熱交換器３の放熱量を演算し、燃焼停止時の蓄熱量から放熱量を差し引いて再度出湯時における熱交換器３の蓄熱量を演算し、この蓄熱量に基づいて後沸き量を演算し、さらにこの後沸き量に基づいてバイパス弁の開度を調節しているから、後沸き湯が高温のまま出湯されるような不具合を確実に防止することができる。しかも、後沸き湯を設定温度に正確に低下させてから出湯させることができる。
【００３３】
なお、この発明は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、適宜変更可能である。
例えば、上記の実施の形態は、２つの燃焼面を有するガス給湯装置にこの発明を適用したものであるが、３つ以上の燃焼面を有するガス給湯装置、その他の燃焼装置に適用することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の燃焼装置によれば、後沸きによる不都合を確実に防止することができるのみならず、後沸き湯を正確に設定温度にして出湯することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態の概略構成を示す図である。
【図２】図２に示す実施の形態の作用を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図３】図２に示すフローチャートの続きの部分を示す図である。
【図４】図２および図３に示すフローチャートの続きの部分を示す図である。
【図５】２つの燃焼面を有するガス給湯装置における、分岐管１本当たりのガス流量と燃焼量との関係を示す図である。
【図６】燃焼時間と熱交換器の蓄熱量との関係、および後沸き量を示す図である。
【符号の説明】
１  ガス給湯装置（燃焼装置）
３  熱交換器
４  ガスバーナ（バーナ）
４ａ  Ａ面（燃焼面）
４ｂ  Ｂ面（燃焼面）
１１  入水管
１２  出湯管
１７  バイパス管
１８  バイパス弁
【図１】
0003901332.tif 000002
【図２】
0003901332.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003901332.tif 000005
【図５】
0003901332.tif 000006
【図６】
0003901332.tif 000007