(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風呂熱交換器と、該風呂熱交換器に熱量を投入する熱量投入手段と、浴槽に湯を供給する給湯手段と、該風呂用熱量投入手段に給気及び排気を行なう給気路と排気路が隣接された二重管構造の給排気手段とを有し、往き管と戻り管を介して浴槽に接続される給湯器付き風呂釜において、
浴槽内に残水を残した状態から追焚を行い、前記熱量投入手段から投入した熱量、上昇温度、及びシステム効率から残水量を演算する制御装置を有し、
該制御装置は追焚開始後の経過時間に応じて前記投入熱量とシステム効率を乗じた供給熱量を、前記経過時間が第１の時間では第１の補正をし前記経過時間が前記第１の時間より長い第２の時間では前記第１の補正より大きくする第２の補正をして該残水量の演算を行なうことを特徴とする給湯器付き風呂釜。
【請求項２】
請求項１において、該制御装置は前記給排気手段の給気路と排気路が隣接する面積に応じて前記投入熱量とシステム効率を乗じた供給熱量を、前記隣接面積が第１の面積では第３の補正をし前記隣接面積が前記第１の面積より大きい第２の面積では前記第３の補正より大きくする第４の補正をして該残水量の演算を行なうことを特徴とする給湯器付き風呂釜。
【請求項３】
請求項１において、該制御装置は、前記熱量投入手段に供給される空気の温度及び・または量に応じて前記投入熱量とシステム効率を乗じた供給熱量を、前記空気の温度または量が第１の値では第５の補正をし前記温度または量が前記第１の値より大きい第２の値では前記第５の補正より大きくする第６の補正をして該残水量の演算を行うことを特徴とする給湯器付き風呂釜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス、石油等を燃料とする給湯器付き風呂釜に関し、特に給気路と排気路が隣接して設けられた二重管の給排気管が接続される風呂釜において浴槽の残水量の演算を正確に行なうことができる様にした風呂釜の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の給湯器付き風呂釜では、風呂用のバーナーに風呂用の電磁弁を接続し、給湯用のバーナーに給湯用の電磁弁を接続し、両電磁弁に共通に比例弁を接続して、元ガス電磁弁からのガス量を制御している。このように、比較的能力の大きい比例弁を共通に設けることでコストダウンを図ることができると同時に、比例弁の比例制御を利用して所望の温度の給湯を可能にすることができる。また、比例弁のガバナー機能を利用して一定の圧力のガスを風呂バーナーに供給することもできる。
【０００３】
一方、近年においては、給湯器付き風呂釜の多機能化に伴い、設定温度の湯を設定水位まで注湯する自動湯はり機能を持つものが販売されている。このような機能を実現するためには、浴槽に残っている水量を検知した上で残りの水量を演算して注湯する必要がある。その場合、コストアップにつながる圧力センサー等を使用することなく、浴槽の水位、即ち浴槽内の残水量を測定する方法として、風呂バーナーからの追焚を行い残水の温度が所定温度上昇した時の投入熱量を測定し、風呂釜のシステム効率などを参照して演算することが提案されている。
【０００４】
かかる演算式は、
残水量（Ｑｚ）＝（Ｉ×Δｔ）×η／（ΔＴ×ｃ×γ）
Ｑｚ：残水量（リットル）      η  ：システム効率
Ｉ  ：燃焼量（Ｋｃａｌ／ｈ）  ΔＴ：上昇温度（℃）
Δｔ：追焚時間（ｈ）          ｃ  ：水の比熱（Ｋｃａｌ／Ｋｇ・℃）
Ｉ×Δｔ：投入熱量            γ  ：水の比重量（Ｋｇ／リットル）
（Ｉ×Δｔ）×η：供給熱量
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、上記の投入熱量は、追焚時間中にバーナ等の熱量投入手段からの投入熱量を演算により求めて、上記の残水量の演算式に代入することを行なうのが一般的である。ところが、例えば屋内設置タイプの風呂釜の場合には、排気管と給気管とを設置された風呂釜から屋外まで延ばす必要があり、通常は排気管の回りに給排気管を隣接させた二重管で延長している。排気の温度が２００℃以上にもなるので、屋内設置タイプでは火傷等の危険防止の為に、排気管の外側に給気管を隣接して高温になる排気管が外側に露出しないようにするためである。
【０００６】
このように二重管の給排気管の場合は、排気の熱により給気が温められて、例えば８０℃程度の温度の空気がバーナに供給されることになる。従って、その場合はバーナから投入される熱量に加えて、給気を介して回収される排気の熱量も投入されることになる。その為、見かけ上の投入熱量はバーナ等から得られる熱量よりも高いものとなる。また、別の見方をすれば、見かけ上のシステム効率が高くなる。
【０００７】
しかも、給気の温度は必ずしも画一的なものではなく、二重管の給排気管の長さ、即ち給気管と排気管の接触面積の大きさに応じて変化する。即ち、給排気管が長ければ、接触面積が大きくなり熱量の回収率が上がって給気の温度は高くなり、短ければその分低くなる。更に、追焚運転を開始した直後は排気管の温度が低いためそれに伴い給気の温度も余り上昇しないが、ある程度追焚時間が経過すると給排気管が熱飽和状態となり給気の温度も高い値になる。
【０００８】
更に、燃焼ファンの回転を制御しながら燃料の量に応じた最適な空気の量を供給するようにして燃焼制御を行なう場合は、燃料の量に応じて空気の供給量が異なるので、同じ給気の温度であっても、回収される熱量は異なることになる。即ち、給気を介して回収される熱量は、空気の供給量、空気の比熱及び温度の積によって導かれる値である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、バーナ等の熱量投入手段に供給される空気を介して回収される熱量を考慮して残水量の演算を行なうことにある。
【００１０】
また、本発明の目的は、給排気管の長さ等の給気路と排気路との接触面積に応じて、又は追焚時間の長さに応じて回収される熱量を異なるよう設定して残水量の演算を行なうことにある。
【００１１】
更に、本発明の目的は、供給される空気の温度及び・または量に応じてその回収される熱量を設定し、残水量の演算を行なうことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明によれば、風呂熱交換器と、該風呂熱交換器に熱量を投入する熱量投入手段と、浴槽に湯を供給する給湯手段と、該風呂用熱量投入手段に給気及び排気を行なう給気路と排気路が隣接された給排気手段とを有し、
往き管と戻り管を介して浴槽に接続される給湯器付き風呂釜において、
浴槽内に残水を残した状態から追焚を行い、前記熱量投入手段から投入した熱量、上昇温度、及びシステム効率から残水量を演算する制御装置を有し、該制御装置は前記給排気手段の給気路と排気路が隣接する面積に応じて前記投入熱量とシステム効率を乗じた供給熱量を補正して該残水量の演算を行なうことを特徴とする給湯器付き風呂釜を提供することにより達成される。
【００１３】
即ち、二重管構成の給排気管の長さが長い等、接触面積が大きい場合は、それに応じてシステム効率も大きくして供給熱量が補正されるようにするのである。通常、給排気管の長さが長くなると排気管の閉塞率も高くなるので、それに応じて燃焼ファンの能力を上げるようスイッチ等により切り替えることが行なわれるが、そのスイッチによりシステム効率を大きくするように切り換えることが好ましい。
【００１４】
更に、制御装置は追焚開始後の経過時間に応じて投入熱量とシステム効率を乗じた供給熱量を補正して該残水量の演算を行なうことを特徴とする。追焚時間が短い場合には回収熱量の影響を小さく考慮したシステム効率とし、追焚時間が長い場合には回収熱量の影響を大きく考慮したシステム効率とするのである。
【００１５】
更に、制御装置は、前記熱量投入手段に供給される空気の温度及び・または量に応じて前記投入熱量とシステム効率を乗じた供給熱量を補正することを特徴とする。より正確に回収される熱量を検出する為に、供給される空気の温度と量をセンサにより検出して、制御装置にてその熱量を演算し、投入熱量またはシステム効率を補正する。最も典型的には、供給される空気の温度に応じてシステム効率が補正される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を使って詳細に説明する。
【００１７】
［実施の形態の全体構成］
図１は、本発明の実施の形態の給湯器付き風呂釜の全体構成図である。給湯器付き風呂釜１００には、風呂燃焼室１と給湯燃焼室２とが設けられている。それぞれの燃焼室には、風呂熱交換器１０と給湯熱交換器２０が設けられている。さらに燃焼室には、熱量投入手段としての風呂バーナー１１と給湯バーナー２１（図１では２口設けられている。）、風呂イグナイター１３と給湯イグナイター２３、風呂フレームロッド１４と給湯フレームロッド２４が設けられている。また両燃焼室１、２に対して共通の燃焼ファン３０が設けられており、それぞれで燃焼した空気は排気口を通じて排気される。
【００１８】
この風呂釜は、例えば浴室等に設置される屋内設置型であるため、風呂釜には屋外まで延びる給排気管が接続されている。そして、燃焼ファン３０に空気を供給する給気路４７と排気口につなぐ排気路４６とが、二重管構造になっていて、外側に給気路４７を設けることにより高温になる排気路４６による火傷などの事故を防止するようになっている。
【００１９】
風呂バーナー１１、給湯バーナー２１へのガスの供給をオン・オフ制御する風呂電磁弁１２、給湯電磁弁２２が設けられ、それらの電磁弁１２、２２に対して共通に比例弁３１、元ガス電磁弁３２が設けられている。これらの電磁弁や比例弁、イグナイター、フレームロッド、燃焼ファン、更に後述する各種センサー等は、電送基板４１に搭載されるマイクロコンピュータ等の制御装置により制御される。また、制御装置は浴室や台所のリモコン４０に接続され、メモリに記憶されたプログラムに従って操作信号を受信し制御信号を出力する。
【００２０】
給湯器側の動作の概略は以下の通りである。まず、給湯栓が開かれると水量センサー２５が給水２８の流量を感知し、燃焼ファン３０によるプリパージの後、給湯イグナイター２３の放電と共に元ガス電磁弁３２、比例弁３１、給湯電磁弁２２が開き、所定温度の湯が給湯口２９から供給される。給湯温度を設定温度に保つために、入水サーミスタ２６、出湯サーミスタ２７、水量センサ２５、風量センサ４２等の出力から演算された制御値に燃焼ファン３０や比例弁３１が制御される。４５は、燃焼ノズル等に設けられたサーミスタである。
【００２１】
一方、風呂側では、元ガス電磁弁３２、比例弁３１、風呂電磁弁１２を開くことで、風呂バーナー１１を燃焼させ、循環ポンプ１７により浴槽内の湯を循環させながら追焚運転を行っている。また、自動湯はり運転では、給湯側の燃焼で得られた湯を注湯電磁弁３４を開くことで風呂側の循環通路に供給し、設定した温度の設定した量の注湯を浴槽に行い、その後必要に応じて風呂側の燃焼により設定温度まで追焚運転を行っている。尚、１８、１９は浴槽４３までの往管と戻り管であり、浴槽には循環金具４４により取り付けられる。
【００２２】
図２は、上記の風呂釜の電装基板４１上に搭載されるマイクロコンピュータ等からなる制御装置８０と各種センサー、駆動弁等との関係を示すブロック図である。制御装置８０内には、演算部８１、各種レジスタ８２、ＲＡＭ８３、制御プログラムが格納されているＲＯＭ８４と、外部とのインターフェース８６が共通のバスで接続されている。また、電装基板４１上には、制御装置８０の他に記憶装置８７としてＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等が搭載され、システム効率等の記憶が行われる。また、ＲＯＭ８４にも各種の制御用のテーブルが設けられている。
【００２３】
［風呂側燃焼室］
図３は、図１の風呂釜の風呂側の燃焼室１の部分の拡大図である。風呂釜と屋外とをつなぐ給排気管は、図に示される通り二重管構造となり、外側に給気路４７、内側に排気路４６が設けられている。そして、給気路４７は燃焼ファン３０に接続され、燃焼ファン３０から供給される空気はバーナ１１で燃焼に使用され、その排気が熱交換器１０を介して排気路４６を通って屋外に排気される。このように給気路を流れる空気が、高温になっている排気から熱を回収しバーナ１１に戻されるのである。従って、給排気管の長さＬが長い程その回収熱量は大きくなることになる。
【００２４】
従って、回収される熱量が大きくなると、同じ燃料を供給してバーナ１１を燃焼させても見かけ上のシステム効率が高くなることになる。その結果、残水量の演算の結果は、回収される熱量によって異なることになる。回収される熱量は、給気路４７と排気路４６との接触面積が大きい程、即ち給排気管の長さＬが長い程、大きくなる。また、追焚を開始した直後の排気系が熱的に飽和していない間は回収熱量は少ないが、やがて飽和すると大きくなる。従って、追焚の期間がどの程度であるかも考慮する必要がある。
【００２５】
［回収熱量に応じた補正制御］
回収される熱量に応じて、残水演算における供給熱量の補正の方法には、第一に、給排気管の長さ、追焚運転の期間の長さに応じて、予め設定値をテーブルとして記憶装置内に記憶させておくことが簡単な方法である。
【００２６】
一般に、排気通路が長くなるとその閉塞率が高くなる。そのため、燃焼ファン３０の回転数を上げて適正な風量が確保されるように制御される。また、場合によってはスイッチ等により燃焼ファンの能力を上げることも行なわれる。そこで、給排気管の長さに応じて、同じスイッチにより残水量の演算に用いるシステム効率等を予め記憶した設定値のテーブルから選択するようにすることが好ましい。
【００２７】
前述した演算式によれば、投入熱量にシステム効率を乗じた供給熱量を上昇温度で除した結果が残水量である。従って、システム効率の変更ではなく、残水量演算を行なう制御装置８０内にて、投入熱量を補正する、又は投入熱量にシステム効率を乗じた供給熱量を補正する等を適宜行なうことでも、この回収熱量の影響を無くすことができる。
【００２８】
より好ましい態様は、システム効率のテーブルを制御装置８０内のＲＯＭ８４内に或いはＥＥＰＲＯＭ８７内に記憶させておき、給排気管の長さに応じて最適のシステム効率をテーブルから選択することである。
【００２９】
図４は、そのようなシステム効率のテーブルの例である。例えば、給排気管長が短い、中程度、長い場合それぞれの効率ηを準備する。即ち、給排気管の長さが短い方が低い効率で、長い方が高い効率に設定される。また、追焚運転の長さが熱的飽和に達する１０分程度を境にして、１０分未満では低い効率、１０分以上では高い効率になるように設定しておく。そして、例えば外部スイッチにより給排気管長に応じて（ηa1, ηa2), (ηb1, ηb2), (ηc1, ηc2）の切り換えを行い、その切り換えたものの中から制御装置８０にて追焚時間に応じて１０分未満か１０分以上かの何れかの効率を選択するようにする。
【００３０】
第二の補正の方法は、供給される空気の温度や量をセンサにより直接監視し、その検出した値に応じて、或いはその検出値から具体的な回収熱量を演算した値に応じて残水量演算の供給熱量を補正する、或いはシステム効率を変更補正することである。
【００３１】
バーナ１１の近傍には、風量センサ４２やサーミスタ４５が設けられている。従って、それらのセンサにより供給される空気の温度と風量を検出することができる。回収される熱量は、風量（ｍ3）と空気の比熱（Ｋcal ／ｍ3・℃）と温度（℃）を乗じた値である。従って、それらの検出値から回収される熱量が演算により求めることができる。
【００３２】
かかる回収熱量を、投入熱量に加算して残水量を演算することで、より正確に供給熱量を補正することができる。また、回収熱量の程度に応じて、前述したようにＲＯＭ等に記憶しておいたシステム効率から適切な値を選択するようにしても良い。また、簡易的に供給される空気の温度だけを検出してシステム効率や供給熱量を補正することでも有効である。空気の量についても同様のことが言える。
【００３３】
第二の補正の方法であれば、設置された時に給排気管の長さに応じて設定を切り替える必要はない。また、追焚時間に応じてシステム効率等を変更する必要もない。単純に、バーナ１１に供給される空気の持つ熱量に対応した値をモニターすることで、残水量の演算に補正を加えるものである。
【００３４】
上記の実施の形態は、ガスを使ったバーナーによる熱量の投入をする場合で説明したが、本発明では燃料はガスに限定されず、灯油や軽油等でも適用でき、その場合は比例弁の代わりに電磁ポンプが使用される。また熱量の供給手段として、熱交換器の回りに触媒層を設けそれにガスと空気を供給することで直接熱量を投入する場合でも本発明は適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明した通り、屋内設置型の給湯器付き風呂釜の場合に、吸排気管が二重管構造である為に排気の熱量が吸気を介して回収される点も考慮して浴槽内の残水量の演算を行うようにしているので、より正確に残水量の演算を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体構成図である。
【図２】制御装置のブロック図である。
【図３】風呂側の燃焼室の拡大図である。
【図４】システム効率のテーブル例である。
【符号の説明】
１    風呂燃焼室
２    給湯燃焼室
１０  風呂熱交換器
１１  風呂バーナ
３０  燃焼ファン
４６  排気路
４７  吸気路
８０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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