(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯管路と追い焚き管路とが共通の熱交換器に挿入されて共通の熱量供給手段により熱量が投入される追い焚き付き給湯器において、
前記追い焚き管路を循環させ前記熱量供給手段により熱量を投入して追い焚き運転を行う時に、該熱交換器に投入された熱量から前記給湯管路側で吸収される給湯側吸熱量を除いた熱量と、該追い焚き運転前後の浴槽温度の上昇から、当該浴槽内の残水量を演算する演算手段を有し、
前記演算手段は、給湯管路側の給湯が停止している時は、前記給湯側吸熱量を該熱交換器内の該給湯管路の温度変化と該熱交換器内の給湯管路の容積から演算により求めることを特徴とする追い焚き付き給湯器。
【請求項２】
給湯管路と追い焚き管路とが共通の熱交換器に挿入されて共通の熱量供給手段により熱量が投入される追い焚き付き給湯器において、
前記追い焚き管路を循環させ前記熱量供給手段により熱量を投入して追い焚き運転を行う時に、該熱交換器に投入された熱量から前記給湯管路側で吸収される給湯側吸熱量を除いた熱量と、該追い焚き運転前後の浴槽温度の上昇から、当該浴槽内の残水量を演算する演算手段を有し、
前記演算手段は、給湯管路側の給湯が運転している時は、前記給湯側吸熱量を該熱交換器内の給湯管路の入水温度と出湯温度の差と流量から演算により求めることを特徴とする追い焚き付き給湯器。
【請求項３】
給湯管路と追い焚き管路とが共通の熱交換器に挿入されて共通の熱量供給手段により熱量が投入される追い焚き付き給湯器において、
前記追い焚き管路を循環させ前記熱量供給手段により熱量を投入して追い焚き運転を行う時に、該熱交換器に投入された熱量から前記給湯管路側で吸収される給湯側吸熱量を除いた熱量と、該追い焚き運転前後の浴槽温度の上昇から、当該浴槽内の残水量を演算する演算手段を有し、
前記演算手段は、給湯管路側の給湯が停止している時は、前記給湯側吸熱量を予め求めた給湯管路内の温度に対応する吸熱量のテーブルを参照して求めることを特徴とする追い焚き付き給湯器。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の追い焚き付き給湯器において、前記演算手段は、前記投入された熱量から給湯側吸熱量を除いた熱量に更に該浴槽内の温度に対応する効率を乗じて得られた熱量と、前記上昇温度から、当該浴槽内の残水を演算することを特徴とする追い焚き付き給湯器。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の追い焚き付き給湯器において、前記演算手段は、単位時間当たりの熱量の累積値と前記浴槽の上昇温度から前記残水量を求めることを特徴とする追い焚き付き給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共通の熱交換器内に給湯管路と追い焚き管路とを挿入して、共通のバーナー等の熱量供給手段により熱量が投入される所謂一缶二水路式の追い焚き付き給湯器における残水量演算に関する。
【０００２】
【従来の技術】
追い焚き付きの給湯器において、浴槽への湯はりを自動で運転するに際し、所定時間追い焚き運転を行って、追い焚き管路側に投入した熱量と浴槽の上昇温度から浴槽内の残水量を演算で求めることが行われる。その結果設定水位までの全浴槽水量から上記で求めた残水量を除いた水量をさらに注湯することで、設定水位までの自動湯張りを行っている。この残水量の演算については、例えば、本出願人が特許出願した特公平２−３１０５等に記載されている。
【０００３】
一方、近年において、省スペースの目的から給湯側の熱交換器と追い焚き側の熱交換器を共通の熱交換器とする所謂一缶二水路式の追い焚き付きの給湯器が開発されている。この一缶二水路式の熱交換器では、一方の配管内の水が循環していない時でも他方の配管内の水を循環させて熱量を投入することが必要になる。その場合、循環していない配管内の水の沸騰を抑制する為に、熱交換器内で両方の配管を接触させ循環していない配管から循環している配管に熱量の移動を行わせる様にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した一缶二水路式の熱交換器では、追い焚き運転による残水演算工程で、バーナー等の熱量供給手段から投入された熱量の一部が給湯管路側にも吸収されるため追い焚き側に投入される熱量が刻一刻変化して、従来の如く簡単に残水演算を行うことが難しくなる。
【０００５】
特に、給湯側が停止して追い焚き側が運転している場合は、給湯側の管路内の温度は一定の傾斜で上昇することがなく、従って追い焚き側に投入された熱量を求めることが難しい。更に、給湯側と追い焚き側とが同時に運転している場合には、更に給湯側の設定温度、出湯温度、流量に従って熱量供給手段であるバーナーの比例弁の開度が刻一刻と変化し、さらに給湯側と追い焚き側の熱量の分配比も主に流量により変化するので、追い焚き側に投入される熱量を求めることが同様に困難である。
【０００６】
更に、追い焚き側には通常通水の有無のみを判断する流水スイッチが用いられている。これは、ゴミ等が入りやすい追い焚き側に水量を測る水量センサが不向きなことが理由である。従って、給湯側と追い焚き側の熱量の分配比を決定する大きな要素となる追い焚き側の流量が測定できない点もこの演算を行うのをより困難にしている。
【０００７】
そのため、一缶二水路式の場合には追い焚き運転による浴槽の残水量を求める演算が困難であるという課題を有している。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、一缶二水路式の熱交換器であっても正確に浴槽の残水演算を行うことができる追い焚き付き給湯器を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的は、一缶二水路式の熱交換器において、追い焚き単独運転中でも正確に浴槽の残水演算を行うことができる追い焚き付き給湯器を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の目的は、一缶二水路式において、追い焚きと給湯が同時運転中でも正確に浴槽の残水演算を行うことができる追い焚き付き給湯器を提供することにある。
【００１１】
【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、給湯管路と追い焚き管路とが共通の熱交換器に挿入されて共通の熱量供給手段により熱量が投入される追い焚き付き給湯器において、
前記追い焚き管路を循環させ前記熱量供給手段により熱量を投入して追い焚き運転を行う時に、該熱交換器に投入された熱量から前記給湯管路側で吸収される給湯側吸熱量を除いた熱量と、該追い焚き運転前後の浴槽温度の上昇から、当該浴槽内の残水量を演算する演算手段を有することを特徴とする追い焚き付き給湯器を提供することにより達成される。
【００１２】
より具体的には、上記の追い焚き付き給湯器において、
前記演算手段は、給湯管路側の給湯が停止している時は、前記給湯側吸熱量を該熱交換器内の該給湯管路の温度変化と該熱交換器内の給湯管路の容積から演算により求めることを特徴とする。
【００１３】
即ち、追い焚き側の単独運転の時は、給湯管路側は運転停止状態であり管内は水が流れていない。従って、実質的に熱交換器内の給湯管路内の水の上昇温度と容積から吸収された熱量を求めることができるので、その給湯側吸熱量を求め、バーナー等の熱量供給手段から投入された熱量から除くことで、追い焚き側に投入された熱量を求めることができる。
【００１４】
更に、上記の追い焚き付き給湯器において、
前記演算手段は、給湯管路側の給湯が運転している時は、前記給湯側吸熱量を該熱交換器内の給湯管路の入水温度と出湯温度の差と流量から演算により求めることを特徴とする。
【００１５】
即ち、給湯側と追い焚き側が同時に運転している場合には、給湯管路の入水温度と出湯温度との差とその時の流量から給湯側の吸熱量を求めることができる。追い焚き単独運転や給湯側との同時運転において、給湯管路側の吸熱量が刻一刻と変化するので、単位時間当たりの吸熱量を求め、追い焚き側に投入された熱量を累積することで、正確な残水量の演算を行うことができる。
【００１６】
更に、本発明の別の方法では、給湯側が停止しているときの給湯側の吸熱量が、給湯管路内の温度に応じて一義的に変化することが経験上知られているので、予め求めた給湯管路内の温度に対応する吸熱量のテーブルを参照することにより簡単に追い焚き側に投入された熱量を求めることができる。
【００１７】
更に、本発明は上記の発明において、前記演算手段は、前記投入された熱量から給湯側吸熱量を除いた熱量に更に該浴槽内の温度に対応する効率を乗じて得られた熱量と、前記上昇温度から、当該浴槽内の残水を演算することを特徴とする。
【００１８】
浴槽内の温度が上昇するに従って熱交換器内の効率が低下することが経験上知られている。従って、予め求めた浴槽内温度に対応する効率をテーブルとして記憶し、そのテーブルを参照しながら追い焚き側が吸収した熱量を正確に求めることができる。その結果、より正確な残水量の演算を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲はその実施の形態に限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態例である追い焚き付き給湯器の概略図である。この給湯器の例は、共通の熱交換器３０に給湯管路１０と追い焚き管路２０とが挿入されていて、所謂一缶二水路方式である。そして、共通の熱量供給手段であるバーナー３１により熱量が供給される。
【００２１】
給湯管路１０側には、給湯栓１１、給水量を検出する水量センサ１２、及び給湯栓１１が開いたことを検出する水流スイッチ１３が設けられている。また、熱交換器への入口の入水温度センサＴｉｎ、熱交換器の出口の出湯温度センサＴｏｕｔが設けられる。一方、追い焚き管路２０側は、循環ポンプ２１、浴槽温度センサＴｆ、流水スイッチ２２が設けられ、浴槽２３に接続される。更に、給湯管路１０と追い焚き管路２０との間には注湯回路が設けられ、注湯弁３４、ホッパ３５、逆止弁３６等が設けられている。共通のバーナー３１に対しては、例えばイグナイタ３７、比例弁３２、ガス電磁弁３３等が設けられる。
【００２２】
この給湯器内には、各センサーからの検出値を入力し、所定の燃焼シーケンスプログラムによって各燃焼タスクを制御する制御装置４０が設けられる。従って、制御装置４０からは各アクチュエータに対して指令信号が発せられる。
【００２３】
図２は、熱交換器３０の一例の断面図である。図に示される通り、熱交換器３０内に給湯管路１０と追い焚き管路２０とが貫通している。通常は給湯側の方がより高い燃焼能力（熱量）を要求されるので、より断面積が大きい管路がより多く貫通する。また、追い焚き側の管路２０が、それ程高い燃焼能力（熱量）を要求されないのでより断面積が狭く少ない管路数である。そして、前述した通り、追い焚き管路２０は給湯管路１０と接触して配置される。その結果、一方の管内が循環しないでバーナー３１が燃焼した場合に、その管内に伝えられた熱量が接触部を経由して他方の管内に移動することができ、循環していないほうの管内の沸騰を抑えることができる。
【００２４】
［追い焚き単独運転］
さて、上記の如き構造を有する一缶二水路方式では、追い焚き側のみが単独運転しているときには、極めて複雑な投入熱量の移動が行われる。その様子を概略的に説明すると次の通りである。
【００２５】
例えば、給湯側が停止している時に追い焚き運転を行うと、最初は熱交換器３０内で多くの容積を持つ給湯管路１０側が主に熱量を吸収して給湯管路１０内の温度が上昇する。その時、追い焚き管路２０側が吸収できる熱量は比較的少量である。やがて給湯管路１０内の温度が上昇してくると、給湯管路内は水が循環していないので、自然に拡散する熱量を除いて外部に熱量が持ち出されることはない。そして、給湯管路１０内の温度が先に上昇して給湯管路内の温度と追い焚き管路内の温度の差が大きくなると、両方の管路の接触部分を経由して熱量の移動が大きくなり、追い焚き管路側ではバーナーから熱交換器を経由して与えられる熱量と給湯管路側から移動する熱量とによりより多くの熱量を吸収することができる。やがて、燃焼装置によっては熱平衡状態になり、給湯管路内での沸騰が起きることなく追い焚き管路側に多くの熱量の吸収が行われる。或いは、給湯管路内で沸騰が発生すると、バーナーを停止して給湯管路側から追い焚き管路側への熱移動により給湯管路内温度を低下させて、その後更にバーナーを着火するといった間欠燃焼運転が行われることもある。
【００２６】
この様に、一缶二水路方式の場合は、単独運転ではバーナーから投入される熱量の一定の割合が追い焚き管路と給湯管路に分配されるのではなく、刻一刻両方の管路内で吸収される熱量に変化が発生するのである。
【００２７】
図３は、上記した追い焚き側の単独運転の場合のタイミングチャート図である。この例は、上記した燃焼運転が間欠的に行われる例である。時刻ｔ０でバーナーが燃焼を開始し、追い焚き管路側のみが循環する単独運転が行われたとする。上記した如く最初は、熱交換器に投入される熱量Ｉs η0 （Ｉs はバーナーが供給する熱量で、η0 は排ガス等により失われる熱量を考慮したときの効率）の内の多くの部分が給湯管路側で吸熱される（図中ＩK ）。また、追い焚き管路側で吸収される熱量ＩF は比較的少ない。やがて、図に示される通り、給湯側の温度が上昇するに従い給湯管路１０から追い焚き管路２０への熱の移動が発生して追い焚き管路側の吸収熱量ＩF が増加する。
【００２８】
そして、給湯側の温度が９０℃前後まで上昇すると沸騰が始まり、バーナーの燃焼が停止される。そして、時刻ｔ２になった時点で再び燃焼が開始され、それ以降間欠的な燃焼運転が行われる。
【００２９】
図中斜線部分は、単位時間ｄｔ当たりの両管路への熱量の配分を示している。単位時間毎に主に給湯管路側の温度に応じて両方の吸熱量が変化するので、残水演算の為には単位時間毎に追い焚き側が吸収した熱量を累積していく必要がある。
【００３０】
更に、図３に示される通り、浴槽の温度ＴF が上昇するに従って、追い焚き管路側の効率η1 が下がっている。また、浴槽温度Ｔｆが上昇するにしたがい熱交換器に追い焚き回路を通ってくる湯の温度が上昇し、追い焚きの熱効率が下がってくる。従って、より正確に追い焚き管路側に吸収された熱量を求める場合には、上記の給湯管路側の吸熱量に加えて、その熱効率η1 も考慮しておく必要がある。
【００３１】
さて、上記の現象を踏まえて、本発明による追い焚き単独運転時の残水量演算について説明する。図１に示した通り、給湯管路１０の熱交換器への入力部に設けられた入水温度センサＴin或いは出力部に設けられた出湯温度センサＴout 、または熱交換器に途中に設けられた第三の温度センサＴMID を利用して、熱交換器内の給湯管路１０内の温度を検出する。追い焚き単独運転の時は給湯側は循環していないので何れのセンサによっても熱交換器内の給湯管路内温度を検出することができる。そして、単位時間当たりの温度変化と熱交換器内の給湯管路の容積から、単位時間当たりの給湯管路側の吸収熱量ＩK を求めることができる。或いは、予め実験により給湯管路内の温度に応じた吸収熱量のテーブルを求めておいて、検出される温度に応じて単位時間当たりの給湯管路の吸収熱量ＩK を求めてもよい。
【００３２】
そこで、ガス比例弁３２の開度に従って求められる熱量Ｉｓに排ガスにより持ち出される熱量等を考慮した効率η0 を考慮すると、熱交換器に投入される熱量はＩｓ×η0 となる。従って、その投入熱量から単位時間での給湯管路側の吸熱量ＩK を除いた分（Ｉｓ×η0 −ＩK ）が、追い焚き管路側が吸収した熱量ＩF となる。
【００３３】
従って、所定の時間追い焚き単独運転を行った結果、浴槽温度がΔＴ上昇したとすると、残水量Ｑは、
【００３４】
【数１】
0003776996.tif 000002
【００３５】
となる。そして、更に上記した追い焚き管路内の温度に応じて効率η1 が変化する点を考慮すると、更に単位時間毎の追い焚き管路が吸収する熱量がより正確に求められる。即ち、
【００３６】
【数２】
0003776996.tif 000003
【００３７】
である。
【００３８】
尚、上記した通り、給湯管路側の吸熱量を演算で求める場合には、図３の如く間欠燃焼運転の燃焼停止時においては、給湯管路内の温度が下降することになり、その場合は上記の式の給湯側吸熱量ＩK が負の値になり、その熱量が追い焚き管路側に吸収されることを意味する。従って、テーブルにより参照する場合にはかかる燃焼停止時の給湯側の吸収熱量もそのテーブル内に有しておくことが必要である。
【００３９】
［給湯と追い焚き同時運転］
次に、給湯側と追い焚き側が同時に運転する場合について説明する。この場合は、単独運転時の様な両管路間の熱のやりとりは殆どないが、給湯側は、設定温度や流量に応じたフィードフォワード、フィードバック制御を行うので、給湯側の吸熱量は刻一刻と変化する。そこで、本発明の実施の形態例では、給湯側の吸熱量を演算する為に、入水温度センサＴinと出湯温度センサＴout と、水量センサ１２が検出する流量から次の演算式により求める。
【００４０】
ＩK ＝（Ｔout −Ｔin）×流量
従って、残水量Ｑを求める演算は次の演算式により行われる。
【００４１】
【数３】
0003776996.tif 000004
【００４２】
更に、追い焚き側の温度による効率の変化を考慮する場合は、単独運転の時と同様にテーブルから追い焚き側の温度に応じた効率η1 を求めて乗ずることで、より正確な演算を行うことができる。
【００４３】
上記した追い焚き単独運転の時の残水量演算と、給湯と追い焚き同時運転時の残水量演算とが交互に行われた場合は、単位時間毎にいずれの運転状態であるかに応じて給湯側の吸収熱量を求めることで、追い焚き側に吸収された熱量の累積値を求めることができる。その累積熱量を浴槽の上昇温度で除することにより、残水量を求めることができる。
【００４４】
上記した残水量の演算は、図１に示したマイクロコンピュータ４０により行われる。従って、各センサの検出値が入力されて、演算に利用される。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、一管二水路方式の熱交換器を備えた追い焚き付き給湯器において、追い焚き単独運転時でも両者同時運転時でも所定時間の追い焚き運転を行うことによる浴槽内の残水量の演算を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例である追い焚き付き給湯器の概略図である。
【図２】熱交換器３０の一例の断面図である。
【図３】追い焚き側の単独運転の場合のタイミングチャート図である。
【符号の説明】
１０    給湯管路
２０    追い焚き管路
３０    熱交換器
３１    熱量供給手段
４０    演算手段、マイクロコンピュータ
【図１】
0003776996.tif 000005
【図２】
0003776996.tif 000006
【図３】
0003776996.tif 000007