(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管からの水を加熱する熱交換器のバーナの燃焼量を制御して設定温度の出湯を得る給湯装置において、バーナの燃焼量と前記給水管の給水量とを制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、バーナの燃焼量に対応する熱交換器の熱交換率のデータを保有し、熱交換器の運転を開始し出湯温度が設定温度になる燃焼量制御を行った後、前記熱交換率のデータに基づいて前記燃焼量をより高熱交換率の燃焼領域に移行するように前記燃焼量を制御すると共に、出湯温度が前記設定温度となるように前記給水量を制御することを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
給水管からの水を加熱する熱交換器のバーナの燃焼量を制御して設定温度の出湯を得る給湯装置において、バーナの燃焼量と前記給水管の給水量とを制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、バーナの燃焼量に対応する熱交換器の熱交換率のデータを保有し、熱交換器の運転を開始し出湯温度が設定温度になる燃焼量制御を行った後、前記熱交換率のデータに基づく高熱交換率の燃焼領域における給水量を算出して前記給水量を制御し、出湯温度と設定温度との差に基づいて前記燃焼量を制御することを特徴とする給湯装置。
【請求項３】
給水管からの水を加熱する熱交換器と該熱交換器をバイパスして前記給水管と出湯管を接続するバイパス管とを備え、前記熱交換器のバーナの燃焼量を制御して設定温度の出湯を得る給湯装置において、前記バーナの燃焼量と前記バイパス管のバイパス水量とを制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、ドレン発生限界内の近接した前記熱交換器の出口湯温度のデータを保有し、熱交換器の運転を開始し出湯温度が設定温度になる燃焼量制御を行った後、前記熱交換器の出口における出湯温度を前記ドレン発生限界内の近接した出口湯温度に維持するようにバイパス水量を制御することを特徴とする給湯装置。
【請求項４】
給水管からの水を加熱する熱交換器と該熱交換器をバイパスして前記給水管と出湯管を接続するバイパス管とを備え、前記熱交換器のバーナの燃焼量を制御して設定温度の出湯を得る給湯装置において、前記バーナの燃焼量と前記給水管の給水量と前記バイパス管のバイパス水量とを制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、バーナの燃焼量に対応する熱交換器の熱交換率のデータとドレン発生限界内の近接した前記熱交換器の出口湯温度のデータとを保有し、熱交換器の運転を開始し出湯温度が設定温度になる燃焼量制御を行った後、前記熱交換率のデータに基づいて前記燃焼量をより高熱交換率の燃焼領域に移行するように前記燃焼量を制御すると共に、前記熱交換器の出口における出湯温度を前記ドレン発生限界内の近接した出口湯温度に維持するようにバイパス水量を制御し、出湯温度が前記設定温度となるように前記給水量を制御することを特徴とする給湯装置。
【請求項５】
給水管からの水を加熱する熱交換器と該熱交換器をバイパスして前記給水管と出湯管を接続するバイパス管とを備え、前記熱交換器のバーナの燃焼量を制御して設定温度の出湯を得る給湯装置において、前記バーナの燃焼量と前記給水管の給水量と前記バイパス管のバイパス水量とを制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、バーナの燃焼量に対応する熱交換器の熱交換率のデータとドレン発生限界内の近接した前記熱交換器の出口湯温度のデータとを保有し、熱交換器の運転を開始し出湯温度が設定温度になる燃焼量制御を行った後、前記熱交換率のデータに基づく高熱交換率の燃焼領域における給水量を算出して前記給水量を制御すると共に、前記熱交換器の出口における出湯温度を前記ドレン発生限界内の近接した出口湯温度に維持するようにバイパス水量を制御し、出湯温度と設定温度との差に基づいて前記燃焼量を制御することを特徴とする給湯装置。
【請求項６】
前記運転制御手段は、前記燃焼量をより高熱交換率の燃焼領域に移行する燃焼量の制御機能を停止し、前記熱交換器の運転開始時の燃焼量制御を選択して制御可能とすることを特徴とする請求項１、２、４、５のうちいずれか１項記載の給湯装置。
【請求項７】
前記運転制御手段は、湯張りの指示があるときに前記燃焼量をより高熱交換率の燃焼領域に移行する燃焼量の制御を行い、湯張り中に他の給湯栓の開状態を検知したときは直ちに高熱交換率の燃焼領域に移行する燃焼量の制御を停止して、前記熱交換器の運転開始時の燃焼量制御を選択して制御することを特徴とする請求項１、２、４、５のうちいずれか１項記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は給湯装置に関し、特に浴槽等の貯湯槽に所定量の湯を貯湯する湯張り機能を有する給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
湯張り機能を備える給湯装置は良く知られている。かかる給湯装置においては、熱交換器を備える燃焼室に収容されたガスバーナに供給する燃料ガスを電磁比例弁を介して制御し、同じく燃焼室に収容された燃焼ファンの回転数制御により燃焼用空気の供給量を制御する燃焼量制御により出湯温度を設定温度になるように制御している。
【０００３】
従来、かかる形式の給湯装置においては、その熱交換器を加熱するための必要燃焼量の算出及び制御は給湯装置に付設する制御ユニットのマイクロコンピュータが給水量と給水温度及び出湯の設定温度とから必要燃焼量を算出して、算出値に基づいて燃焼量をフィードフォワード制御するか、または設定温度と出湯温度の差に基づき、設定温度に出湯温度を一致させるように燃焼量をフィードバック制御を行うことにより設定温度の出湯を得ており、通常の給湯栓からの出湯を使用する場合も、湯張りの場合も同一の燃焼制御を行っている。
【０００４】
従来の給湯装置における燃焼制御は、通常給水量を制御する水量サーボを全開にして行われる。給水温度と設定温度とによる熱交換器の熱負荷が熱交換器の最大能力以上のときにのみ、設定温度の出湯を得るために水量サーボを制御して給水量の減量制御を行うのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種の給湯装置に使用する熱交換器は、加熱バーナの燃焼量により図３に示す如く熱交換率が変化する。給湯栓を開栓して出湯を使用する場合は、給水を早急に設定温度に加熱するため必ずしも熱交換率の高い燃焼領域に燃焼量を維持制御するとは限らない。湯張りの場合は所定の時間内に設定温度の湯を貯湯出来ればよく一定の燃焼量を持続することが可能であるため、熱交換器の熱交換率がより高い燃焼領域、即ち図３に示す燃焼量の可変範囲において達成される熱交換率のうち最高の熱交換率と最低の熱交換率との中間点以上の熱交換率を示す燃焼領域（以下、高熱交換領域という）に燃焼量を維持して熱交換器を使用できる。
【０００６】
しかし、従来の制御の如く、水量サーボを全開にして元水圧による成り行きのまま、何ら給水量制御を行わないで図３に示すような熱交換率データの高熱交換率領域に燃焼量を維持する燃焼制御では設定温度の出湯を得ることができない場合が多く、また、熱交換器にドレンが発生するために熱交換率が低下する現象を生ずる。浴槽の湯張り量は２００リットル程度あり燃料ガスの使用量が多いため、湯張り機能を使用する場合の熱交換器の熱効率を向上させることにより給湯装置の経済性を改善し、近年話題となっている炭酸ガス排出規制にも資することが期待される。本発明は、熱交換器の熱交換率を高効率に維持する燃焼制御を行い、全体として燃焼効率の高い給湯装置を提供することを目的とする。更に本発明は、従来の給湯装置の燃焼制御ソフトを変更するだけで従来の給湯装置の有する使用勝手を損なわずに高熱交換率の燃焼制御を行わせる事が出来る給湯装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、給水管からの水を加熱する熱交換器のバーナの燃焼量を制御して設定温度の出湯を得る給湯装置において、バーナの燃焼量と前記給水管の給水量とを制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、バーナの燃焼量に対応する熱交換器の熱交換率のデータを保有し、熱交換器の運転を開始し出湯温度が設定温度になる燃焼量制御を行った後、前記熱交換率のデータに基づいて前記燃焼量をより高熱交換率の燃焼領域に移行するように前記燃焼量を制御すると共に、出湯温度が前記設定温度となるように前記給水量を制御することを特徴とする。本発明において「高熱交換領域」とはバーナの燃焼量の可変範囲において達成される熱交換率のうち最高と最低との中間点以上の燃焼量領域を指す。
【０００８】
上記態様によれば、運転制御手段は、熱交換器の運転開始時は従来の燃焼量制御と同様のフィードバック制御若しくはフィードフォワード制御を行って出湯温度が設定温度に達した後に、熱交換率データに基づいて高効率燃焼領域に移行するように燃焼量の制御を行うと共に出湯温度を検出して出湯が設定温度となるように給水量制御手段をフィードバック制御する。従って、高熱交換領域の燃焼量において設定温度の出湯を得ることができるため、給湯装置の燃焼効率を改善することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、給水管からの水を加熱する熱交換器のバーナの燃焼量を制御して設定温度の出湯を得る給湯装置において、バーナの燃焼量と前記給水管の給水量とを制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、バーナの燃焼量に対応する熱交換器の熱交換率のデータを保有し、熱交換器の運転を開始し出湯温度が設定温度になる燃焼量制御を行った後、前記熱交換率のデータに基づく高熱交換率の燃焼領域における給水量を算出して前記給水量を制御し、出湯温度と設定温度との差に基づいて前記燃焼量を制御することを特徴とする。
【００１０】
上記態様によれば、前記運転制御手段は、熱交換器の運転開始時は従来の燃焼量制御と同様のフィードバック制御若しくはフィードフォワード制御を行って出湯温度が設定温度に達した後に、熱交換率データに基づく高効率燃焼領域における設定温度を維持する給水量を算出して、算出給水量になるように給水量の制御を開始し、同時に出湯温度を検知して設定温度との差に基づいて燃焼量をフィードバック制御する。従って、高熱交換領域の燃焼量において設定温度の出湯を得ることができて給湯装置の燃焼効率が改善される。
【００１１】
本発明の第３の態様は、給水管からの水を加熱する熱交換器と該熱交換器をバイパスして前記給水管と出湯管を接続するバイパス管とを備え、前記熱交換器のバーナの燃焼量を制御して設定温度の出湯を得る給湯装置において、前記バーナの燃焼量と前記バイパス管のバイパス水量とを制御する運転制御手段を備え、前記運転制御手段は、ドレン発生限界内の近接した前記熱交換器の出口湯温度のデータを保有し、熱交換器の運転を開始し出湯温度が設定温度になる燃焼量制御を行った後、前記熱交換器の出口における出湯温度を前記ドレン発生限界内の近接した出口湯温度に維持するようにバイパス水量を制御することを特徴とする。
【００１２】
上記態様によれば、運転制御手段はバーナの燃焼量と前記バイパス管のバイパス水量とを制御する運転制御手段とを備え、熱交換器の運転開始時は従来の燃焼量制御と同様のフィードバック制御若しくはフィードフォワード制御を行って出湯温度が設定温度に達した後に、前記熱交換器の出口における出湯温度を前記ドレン発生限界内の近接した出口湯温度に維持するようにバイパス水量をフィードバック制御するので、例えば、高効率燃焼領域に燃焼量が制御され給水量が制御された状態においても、熱交換器にドレン発生限界内で最大の給水量の給水が行われ熱交換器における熱伝達効率を最大に維持する。
【００１３】
本発明の他の態様においては、給水管からの水を加熱する熱交換器と該熱交換器をバイパスして前記給水管と出湯管を接続するバイパス管とを備え、前記熱交換器のバーナの燃焼量を制御して設定温度の出湯を得る給湯装置において、前記バーナの燃焼量と前記給水管の給水量と前記バイパス管のバイパス水量とを制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、バーナの燃焼量に対応する熱交換器の熱交換率のデータとドレン発生限界内の近接した前記熱交換器の出口湯温度のデータとを保有し、熱交換器の運転を開始し出湯温度が設定温度になる燃焼量制御を行った後、前記熱交換率のデータに基づいて前記燃焼量をより高熱交換率の燃焼領域に移行するように前記燃焼量を制御すると共に、前記熱交換器の出口における出湯温度を前記ドレン発生限界内の近接した出口湯温度に維持するようにバイパス水量を制御し、出湯温度が前記設定温度となるように前記給水量を制御することを特徴とする。
【００１４】
上記態様によれば、前記運転制御手段は、熱交換器の運転開始時は従来の燃焼量制御と同様のフィードバック制御若しくはフィードフォワード制御を行って出湯温度が設定温度に達した後に、熱交換率データに基づいて高効率燃焼領域に移行するように燃焼量の制御を行うと共に前記熱交換器の出口における出湯温度を前記ドレン発生限界内の近接した出口湯温度に維持するようにバイパス水量をフィードバック制御し、更に給水量を出湯温度が前記設定温度となるようにフィードバック制御するので、熱交換器は高熱交換領域の燃焼量に維持制御されると共に有効且つ最大の給水量により最大の熱伝達効率に維持制御され、給湯装置の燃焼効率を更に改善することができる。
【００１５】
本発明における更に他の態様においては、給水管からの水を加熱する熱交換器と該熱交換器をバイパスして前記給水管と出湯管を接続するバイパス管とを備え、前記熱交換器のバーナの燃焼量を制御して設定温度の出湯を得る給湯装置において、前記バーナの燃焼量と前記給水管の給水量と前記バイパス管のバイパス水量とを制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、バーナの燃焼量に対応する熱交換器の熱交換率のデータとドレン発生限界内の近接した前記熱交換器の出口湯温度のデータとを保有し、熱交換器の運転を開始し出湯温度が設定温度になる燃焼量制御を行った後、前記熱交換率のデータに基づく高熱交換率の燃焼領域における給水量を算出して前記給水量を制御すると共に、前記熱交換器の出口における出湯温度を前記ドレン発生限界内の近接した出口湯温度に維持するようにバイパス水量を制御し、出湯温度と設定温度との差に基づいて前記燃焼量を制御することを特徴とする。
【００１６】
上記態様によれば、前記運転制御手段は、熱交換器の運転開始時は従来の燃焼量制御と同様のフィードバック制御若しくはフィードフォワード制御を行って出湯温度が設定温度に達した後に、前記熱交換率のデータに基づく高熱交換率の燃焼領域における給水量を算出して前記給水量を制御すると共に燃焼量をフィードバック制御して設定温度と出湯温度が一致する高熱交換率の燃焼領域に維持し、更に前記熱交換器の出口における出湯温度を前記ドレン発生限界内の近接した出口湯温度に維持するようにバイパス水量をフィードバック制御するので、熱交換器は高熱交換領域の燃焼量に維持制御されると共に有効且つ最大の給水量により最大の熱伝達効率に維持制御され、給湯装置の燃焼効率を更に改善することができる。
【００１７】
更に本発明においては、前記運転制御手段は、前記燃焼量をより高熱交換率の燃焼領域に移行する燃焼量の制御機能を停止し、前記熱交換器の運転開始時の燃焼量制御を選択して制御可能とすることを特徴とする。従って、選択により高熱交換率の燃焼領域に移行する燃焼量制御を停止して、前記熱交換器の運転開始時の燃焼量制御である従来のフィードフォワード制御若しくはフィードバック制御による燃焼量制御による給湯装置の運転ができる。従って、従来の給湯装置の有する使用勝手を損なうことなく、給湯装置の燃焼効率を向上させることができる。また、従来の給湯装置の制御ユニットに高熱交換領域の制御機能を有するソフトウエアを付設するのみで給湯装置の燃焼効率が改善できる利点を有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に係る給湯装置の給水回路及び燃料ガス回路の慨略を示すシステム構成図、図２は図１に示す給湯装置の制御ユニットの主要機能を示すブロック構成図、図３は給湯装置に使用される熱交換器の燃焼量と熱交換率の関係の一例を示す線図、図４は本発明に係る給湯装置の湯張り時における第１の実施形態の燃焼制御の手順を示すフローチャート、図５は本発明に係る第２の実施の形態の燃焼制御の手順を示すフローチャート、図６は本発明に係る給湯装置の湯張り時における第３の実施形態の燃焼制御の手順を示すフローチャートである。
【００１９】
図１を参照して、本実施形態の給湯装置は、給湯装置本体１とそれに接続されたリモコン２を備え、給湯装置本体１には給湯部３と給湯用バーナ４とを備える給湯用燃焼室５と、浴槽の追焚きに用いる追焚き部６と追焚き用バーナ７とを備える追焚き用燃焼室８を配設する。９は浴槽であり、１０は制御ユニットである。
【００２０】
次に給水回路について説明する。水道等に接続される給水管１１は水量センサ１２、給水温度センサ１３、水量サーボ１４を介して給湯用熱交換器１５に接続する。水量センサ１２は羽根車式であり給水管中を流れる水量に応じたパルスを制御ユニット１０に送出する。給水温度センサ１３は給水の温度を検出してその信号を制御ユニット１０に送出する。水量サーボ１４は電動式の水量制御装置であって、制御ユニット１０により制御され給水管を流れる水量を制御する。
【００２１】
給湯用熱交換器１５の下流は出湯管１６に接続する。出湯管１６は、出口湯温度センサ１７、出湯温度センサ１８が付設されており、その下流において注湯管１９と分岐する。出湯管１６は分岐部下流において台所等に配設される図示しない給湯栓に接続する。２０は、バイパス電磁弁２１を介して給水管１１と出湯管１６を接続するバイパス管である。
【００２２】
出口湯温度センサ１７は給湯用熱交換器１５の出口における出湯の温度を検出して信号を制御ユニット１０に送る。出湯温度センサ１８は出湯管１６中の湯の温度を検知してその信号を制御ユニット１０に送出する。バイパス管２０に付設されるバイパス電磁弁２１は制御ユニット１０に制御されて、給湯用熱交換器１５を通過する加熱水量と加熱されずにバイパス管２０を経て出湯管１６に流入するバイパス水量との割合を制御する。
【００２３】
一方、出湯管１６から分岐する注湯管１９は浴槽９に湯張りを行うときに湯を浴槽９に送出する導管であって、バキュームブレーカ２２、注湯電磁弁２３、湯量センサ２４を介して、循環湯路２５に接続する。循環湯路２５は浴槽９の湯を追焚きする場合に使用し、浴槽９と追焚き部６とを循環する湯路である。
【００２４】
湯張り時の注湯は前記接続部２６を経て、循環水流スイッチ２７、循環湯温度センサ２８を介して循環湯路２５の一部を構成する追焚き用熱交換器２９に流入し、その下流に接続する往路管３０ａにより浴槽９に設けられる給湯栓から浴槽９に湯張りされる。バキュームブレーカ２２は水道の断水等により注湯管１９内が負圧になったときに作動し浴槽９の湯が逆流するのを防止する。注湯電磁弁２３はリモコン２による湯張り指示のあったときに、制御ユニット１０により開弁する。
【００２５】
湯量センサ２４は管中を流れる湯量に応じたパルスを制御ユニット１０に送出する湯張り流量を計量するための流量カウンタである。循環水流スイッチ２７は追焚き指示があった場合に、浴槽９からの循環水量を検知して制御ユニット１０に信号を送り追焚き用バーナ７の燃焼開始を制御するためのものである。循環湯温度センサ２８は追焚き指示のあった場合に、浴槽９からの循環湯の温度を検知してその信号を制御ユニット１０に送出し追焚き用バーナ７の燃焼制御を行うためのものである。
【００２６】
追焚き用の循環湯路２５は前記追焚き用熱交換器２９と往路管３０ａと戻り路管３０ｂとにより構成され、戻り路管３０ｂには浴槽９からの湯を汲み上げて循環湯路２５に圧送するためのポンプ３２を備える。また、高速湯張りを可能とするために、注湯管１９と循環湯路２５の接続部２６に三方弁からなる流路切換弁（図示せず）を備え、追焚き時は戻り路管３０ｂと追焚き用熱交換器２９とを接続して注湯管１９との接続を遮断し、湯張り時には注湯管１９を往路管３０ａと戻り路管３０ｂとに接続して両管より浴槽９に注湯するように構成することもできる。この場合はポンプ３２は流路切替弁と追焚き用熱交換器２９との間に設置される。かかる高速湯張り機能付の給湯装置については、本出願人の平成８年特許願第２１８４０２号に記載されている。
【００２７】
次に、燃料ガス回路について説明する。図１において、都市ガス等の供給ガス管に接続される燃料ガス管４０は元電磁弁４１を備え、その下流において給湯用バーナ４に至る燃料ガス路と追焚き用バーナ７に至る燃料ガス路とに分岐している。追焚き用バーナ７の燃料ガス路はガバナ４２、追焚き用電磁弁４３を介して追焚き用バーナ７に接続する。給湯用バーナ４は、燃焼能力が相違する（構成する燃焼ノズルの本数が相違する）二つのガスバーナ４ａ、４ｂからなり、燃料ガス路は給湯用比例弁５２の下流において、ガスバーナ４ａ，４ｂにそれぞれ燃料ガスを供給する副燃料ガス路５１ａ、５１ｂに分岐し、その分岐部には切換電磁弁５４ａ，５４ｂが設けられている。
【００２８】
元電磁弁４１は各バーナ４、７に燃料ガスを供給または遮断するために制御ユニット１０により開閉制御される。ガバナ４２は追焚き用バーナ７の燃料ガス流量を制御する為に制御ユニット１０により通電制御され、追焚き用電磁弁４３は制御ユニット１０により追焚き用バーナ７の燃料ガス路を開閉制御する。給湯用比例弁５２は制御ユニット１０により通電制御されて通電量に応じて副燃料ガス路５１ａ，５１ｂを流れる燃料ガスの流量を連続的に制御する。更に、制御ユニット１０により給湯用バーナ４の燃料ガス路を開閉制御する給湯電磁弁（図示せず）を設けてもよい。切換電磁弁５４ａ、５４ｂは、給湯用バーナ４ａ，４ｂの燃焼に際して、それらのいずれか一方、あるいはその両者に燃料ガスを供給して燃焼せしめるように作動して給湯用バーナ４ａ，４ｂを切り換えるためのものであり、制御ユニット１０により制御されて開閉する。
【００２９】
給湯用燃焼室５には、制御ユニット１０に制御されて燃焼用空気を供給する給湯用燃焼ファン５５と、イグナイタ５０に接続する給湯用点火プラグ５６、給湯用フレームロッド５７が配設されており、追焚き用燃焼室８にも同様に追焚き用燃焼ファン４５と追焚用点火プラグ４６、追焚用フレームロッド４７が配設されている。
【００３０】
図２に制御ユニット１０の主要な機能的構成を示す。制御ユニット１０は、マイクロコンピュータを有し、運転制御手段を構成する、給湯栓からの給湯時の燃焼量を算出する必要燃焼量算出部６０、湯張り時の燃焼量を制御する高効率燃焼制御部６１、ファン制御部６２、比例弁制御部６３、切換電磁弁制御部６４、元電磁弁制御部６５、水量サーボ弁制御部６６、バイパス電磁弁制御部６７、湯量制御部６８及び表示制御部６９を備えている。
【００３１】
リモコン２には、運転スイッチ７０、温度設定スイッチ７１、湯張りスイッチ７２、湯量設定スイッチ７４及び表示部７５を備えており、高速湯張り機能を有する給湯装置の場合は必要燃焼量算出部６０を使用する高速湯張りスイッチ７３を備えるように構成する。
【００３２】
必要燃焼量算出部６０は、水量センサ１２が検知する給水量と給水温度センサ１３の検知する給水温度とリモコン２の温度設定スイッチ７１により設定された設定温度に基づき燃焼量を所定の演算式等を用いて算出し、算出された燃焼量に基づいて給湯用バーナ４や燃焼ファン５５及び給湯用比例弁５２を設定制御する。または、給湯部３の運転を開始した後、必要燃焼量算出部６０は出湯温度と設定温度とが一致するように給湯用バーナ４の燃焼量をフィードバック制御する制御機能を有するものでもよい。
【００３３】
高効率燃焼制御部６１は、浴槽等への湯張り時に、リモコン２の湯張りスイッチ７２が操作された場合、必要燃焼量計算部６０による燃焼量制御により出湯温度が設定温度に一致した後に、燃焼量を高熱交換率領域に移行する制御を行う。そのため図３に例示するような熱交換器３の燃焼量と熱交換率に関連するデータと、ドレン発生限界の熱交換器３における出口湯温度のデータとをメモリに保有している。
【００３４】
リモコン２から湯張りの指示があった場合、高効率燃焼制御部６１は、出湯温度センサ１８または出口湯温度センサ１７が検出する温度が設定温度になったことを検知すると、熱交換率のデータに基づいて徐々に燃焼量を高熱交換率領域へ移行する制御を行うと共に水量サーボ弁制御部６６に後述するフィードバック制御を行う指示を出力する。また、ドレン発生限界の熱交換器３における出口湯温度のデータに基づいてバイパス電磁弁２１をフィードバック制御する指示をバイパス電磁弁制御部６７に出力する。
【００３５】
ファン制御部６２は、基本的には、必要燃焼量算出部６０及び高効率燃焼制御部６１の指示する燃焼量に対応した燃焼用空気を給湯用バーナ４に供給するように、給湯用燃焼ファン５５に設けられた回転数センサにより検出される回転数が目標回転数に一致するように制御する。比例弁制御部６３は、基本的には、給湯用燃焼ファン５５の回転数で定まる燃焼用空気の量に対応した燃料ガス量を給湯用バーナ４に供給するように、給湯用燃焼ファン５５の回転数に応じて目標通電量を定め給湯用比例弁５２に通電する。切換電磁弁制御部６４は、必要燃焼量算出部６０により求められた必要燃焼量に応じて、切換電磁弁５４ａ，５４ｂの開閉制御を行うと共に、高効率燃焼制御部６１が決定する燃焼量に対応する給湯用バーナ４の燃焼ノズル本数に応じてバーナ４ａ，４ｂを選択するための切換電磁弁５４ａ，５４ｂの開閉制御を行う。元電磁弁制御部６５は給湯用バーナ４の燃焼開始及び燃焼停止を行う際に元電磁弁４１を開閉制御する。
【００３６】
水量サーボ制御部６６は、高効率燃焼制御部６１の指示により出湯温度センサ１８の検出温度と設定温度とに基づいて水量サーボ１４の開度をフィードバック制御する。バイパス電磁弁制御部６７は、高効率燃焼制御部６１が保有するドレン発生限界の給湯用熱交換器１５における出口湯温度のデータに基づいて設定されるドレン発生限界内の近接した設定出口湯温度と出口湯温度センサ１７の検出温度とに基づいてバイパス電磁弁２１の開度を制御してバイパス水量を調節する。
【００３７】
湯量制御部６８は、自動湯張りの際に、マイコン２の湯量設定スイッチ７４により設定される湯張り量または湯張り水位と湯量センサ２４による流量の積算量とを対比して、積算量が設定量を越えた時点で注湯電磁弁２３を閉にし湯張りを停止する。
【００３８】
次に、図４のフローチャートを参照して、第１の実施の形態の給湯装置における湯張り時の作動について説明する。給湯装置の電源を入れ、運転スイッチ７０を入れた後、ステップ１０１において、湯張りスイッチ７２を操作する。ステップ１０２において、水量センサ１２が閉じているか否かの確認と水量サーボ１４の全閉位置の検知を行った後に注湯電磁弁２３を開にする（ステップ１０３）。次いで水量サーボ１４を全開にして給水を開始し（ステップ１０４）、給湯用燃焼ファン５５に通電して回転を開始する（ステップ１０５）。ステップ１０６において、給湯用燃焼ファン５５の回転を検知し回転していない場合は異常報知を行い、回転を検知した場合は、ステップ１０７において、イグナイタ５０を作動し、元電磁弁４１、給湯電磁弁５３を開にし給湯用比例弁５２を開にして給湯用バーナ４に点火を行い、フレームロッド５７が燃焼を検知した後イグナイタ５０の作動を停止する等一連の点火制御を実行してバーナの燃焼を開始する。
【００３９】
ステップ１０８において、リモコン２による設定温度が所定温度（本実施形態においては５０℃）以下であるか否かを判断し以下である場合はバイパス電磁弁２１をオンにし加熱水量とバイパス水量の割合を所定値に設定する（ステップ１０９）。設定温度が所定温度を越える場合はバイパス電磁弁２１はオフに維持する。ステップ１１０において、必要燃焼量算出部６０が算出する目標燃焼量に基づく給湯能力が所定値と対比されて、その対比結果に基づいて切換電磁弁５４ａ，５４ｂを作動してバーナを選択する（ステップ１１１）。
【００４０】
本実施の形態においては、ステップ１１２において算出した目標燃焼量に制御するように給湯用燃焼ファン５５と給湯用比例弁５２を制御し、出湯温度を設定温度に一致させる。ステップ１１３において、高効率燃焼制御部６１の指示により燃焼量が高熱交換率領域へ移行する制御を行う。ステップ１１４において、水量サーボ１４の開度が減少側へ制御され制御する。ステップ１１５において、出湯温度が設定温度と一致しているか否かを判定し、差のある場合はステップ１１４に戻って水量サーボ１４の制御を行う。ステップ１１５で設定温度と一致している場合は、水量サーボ１４の開度を維持したまま湯張りを継続する。
【００４１】
ステップ１１６において給湯栓が開栓されたかを判断し（湯量センサ２４の水量と水量センサ１２の水量の差より判断する）開栓された場合は、ステップ１１８に進んで注湯電磁弁２３を直ちに閉弁して、高効率燃焼制御部６１による燃焼制御を停止し、必要燃焼量算出部６０による燃焼制御を開始する。即ち湯張りを停止して給湯栓からの出湯を優先する制御を行う。
【００４２】
ステップ１１６において給湯栓が閉弁と判断された時はそのまま湯張りを継続し、ステップ１１７において設定湯張り量になったかか否かが判定され、設定湯張り量に至った場合はステップ１１８で注湯電磁弁２３を閉弁し湯張りを終了する。また、湯量制御の方法としては、マイコン２により湯張り時間を設定し、制御ユニット１０のタイマー（図示せず）が設定時間になった時点で注湯電磁弁２３を閉に制御するようにしてもよい。
【００４３】
本発明の第２の実施の形態を図５を参照して説明する。ステップ１０１からステップ１１２までは図４に示す上記第１の実施の形態と同様の制御手順を行う。図５において、従来の燃焼制御と同様の燃焼量制御により運転を開始し、出湯が設定温度に達した後に、ステップ１１３において、高効率燃焼制御部６１は保持する熱交換率のデータと設定温度とに基づいて高熱交換領域の燃焼量における給水量を算出し、算出給水量となるように水量サーボ１４の制御を開始する。同時に、ステップ１１４において、出湯温度を検出しながら出湯温度を維持するように燃焼量の制御を開始する。
【００４４】
ステップ１１５において出湯温度が設定温度と一致しているか否かの判定が行われ、出湯温度が設定温度と一致していない場合はステップ１１４に戻って、燃焼量のフィードバック制御を行う。
【００４５】
本発明に係る第３の実施の形態は、高効率燃焼制御部６１がドレン発生限界の出口湯温度（本実施形態においてはドレン発生限界を４７℃とした）に近接した出口湯温度（例えば４７．５℃〜４８℃）を設定して、出口湯温度センサ１７の検出温度と前記設定出口湯温度との差に基づいてバイパス電磁弁２１の開度をフィードバック制御する。
【００４６】
本発明の第３の実施の形態においては、バイパス電磁弁２１の開度をドレン発生限界内において最大の給水量を給湯用熱交換器１５に給水するように制御することにより高熱交換領域の燃焼量における給湯用熱交換器１５の熱交換率の向上を図る。
【００４７】
従来の給湯装置においては、使用中にバイパス電磁弁２１の開度を変更することは、変更の瞬間出湯温度が急変するため通常は行われない。しかし、湯張り時においては瞬間的な出湯の変動が許容できるのでバイパス電磁弁２１を制御することにより、高熱交換領域の燃焼量においてドレン発生限界内で熱交換器への給水量を最大に維持することにより熱交換器の燃焼効率を改善する。
【００４８】
図６を参照して制御手順を説明する。図６に示すステップ１２１以前の制御手順は前述した図４に示すステップ１０１〜ステップ１１１と同様に行う。ステップ１２１において、必要燃焼量算出部６０の算出した目標燃焼量に制御するように給湯用燃焼ファン５５と給湯用比例弁５２を制御し、出湯温度を設定温度に一致させる。または、出湯温度の検知によるフィードバック制御により燃焼量を制御して出湯温度を設定温度に一致させてもよい。ステップ１２２において、高効率燃焼制御部６１が燃焼量を高熱交換率領域へ移行する制御を行う。
【００４９】
即ち、従来の燃焼制御と同様の燃焼量で運転を開始し、出湯が設定温度に達した後に高効率燃焼制御部６１が保持する熱交換率のデータに基づいて燃焼量を高熱交換領域へ移行させる制御を行う、と同時にステップ１２３において出湯温度を設定温度に維持するように水量サーボ１４を制御し、ステップ１２４においてバイパス電磁弁２１の制御を開始する。
【００５０】
ステップ１２５において出口湯温度センサ１７の検出温度がドレン発生限界内の設定出口湯温度（４７．５℃）か否かを判定し、差のある場合は、ステップ１２４に戻ってバイパス電磁弁２１の開度を制御して設定出口湯温度と一致するようにバイパス電磁弁２１をフィードバック制御する。ステップ１２６において出湯温度が設定温度か否かを判定し、差のある場合はステップ１２３に戻って水量サーボ１４を制御して設定温度の出湯を得るように給水量を制御する。ステップ１２５における出口湯温度の判定は、本実施の形態においては熱交換器の出口に設置した出口湯温度センサ１７により検出しているが、出湯温度センサ１８の検出値とバイパス電磁弁２１の開度とから出口湯温度を算出して行うようにすることもできる。
【００５１】
第３の実施の形態によれば、当初従来の算出燃焼量と同様の燃焼量で熱交換器の運転を行い、または、従来の出湯温度と設定温度の差異に基づくフィードバック制御による燃焼量制御により、出湯が設定温度に達した後に、燃焼量を高熱交換領域に移行させると同時に設定温度と出湯温度との差に基づいて出湯が設定温度になるように水量サーボ１４をフィードバック制御し、同時にバイパス電磁弁２１を設定出口湯温度を維持するようにフィードバック制御行う。かかる制御により、給湯部３は高熱交換領域の燃焼量とドレン発生限界に近接した最大給水量に制御され高い熱交換率に維持され、出湯温度を設定温度に一致させる制御はバイパス電磁弁２１と水量サーボ１４の開度により定まるバイパス水量により行われる。
【００５２】
極寒の地等において給湯装置を使用する際、給水温度が低過ぎて高効率燃焼領域の燃焼量では設定温度に至らない場合が生ずる可能性がある。この様な場合は必要燃焼量算出部６０による燃焼制御に自動的に変更して湯張りを継続するように構成してもよい。
【００５３】
また、この様な場合は設定温度以下の注湯温度のまま設定湯量の湯張りを行い、注湯電磁弁２３を閉弁した後に、自動的にポンプ３２を作動させ追焚き用バーナ７に点火して浴槽に湯張りされた貯湯を循環湯路２５を循環させて追焚き用熱交換器２９により設定温度まで加熱するように構成することも出来る。かかる構成にすれば、湯張り時間中の貯湯からの放熱量を抑制する効果が期待できる。
【００５４】
また、前記実施の形態においては、湯張り時に高効率燃焼制御部６１を使用する例のみを記載したが、給湯栓を使用する場合やその他の装置等に給湯する場合においても、出湯温度と設定温度の一致が緩慢であってもよい条件の場合や一定時間以上給湯する場合は高効率燃焼制御部６１により燃焼制御を行うように構成して給湯装置の経済性を向上させることができる。
【００５５】
以上、本発明においては、熱交換器の高熱交換領域における燃焼量を可及的に維持制御し、更に当該燃焼量に対応するドレン発生限界に近い有効最大給水量を維持するよう制御するので熱交換器の熱効率が改良され、更に、従来と同一の燃焼制御と選択的に使用するように構成することが容易にできるので、従来の給湯装置の使い勝手を損なうことのない燃焼効率の改善された給湯装置を提供することができ、既に設置されて使用中の従来の給湯装置の燃焼効率の改善も容易に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例である給湯装置の給水回路及び燃料ガス回路の概略を示すシステム構成図。
【図２】図１に示す給湯装置の制御ユニットの主要機能を示すブロック構成図。
【図３】給湯装置に使用される熱交換器の燃焼量と熱交換率の関係の一例を示すグラフ。
【図４】本発明に係る給湯装置の湯張り時における第１の実施の形態の燃焼制御の手順を示すフローチャート。
【図５】本発明に係る給湯装置の湯張り時における第２の実施の形態の燃焼制御の手順を示すフローチャート。
【図６】本発明に係る給湯装置の湯張り時における第３の実施の形態の燃焼制御の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１──給湯装置本体、２──リモコン、３──給湯部、４──給湯用バーナ、９──浴槽、１０──制御ユニット、１１──給水管、１３──給水温度センサ、１４──水量サーボ、１５──給湯用熱交換器管、１７──出口湯温度センサ、１８──出湯温度センサ、２１──バイパス電磁弁、２３──注湯電磁弁、２４──湯量センサ、５２──給湯用比例弁、５４──切換電磁弁、５５──給湯用燃焼ファン、６０──必要燃焼量算出部、６１──高効率燃焼制御部、６２──ファン制御部、６３──比例弁制御部、６４──切換電磁弁制御部、６６──水量サーボ制御部、６７──バイパス電磁弁制御部、６８──湯量制御部
【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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