(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風呂熱交換器と、給湯熱交換器と、
該風呂熱交換器に熱量を投入する風呂側熱量投入手段と、
該給湯熱交換器に熱量を投入する給湯側熱量投入手段とを有する給湯器付き風呂釜において、
前記風呂側熱量投入手段から熱量を投入することで追焚して浴槽内の残水に熱量を供給し、温度上昇した時の供給熱量と当該上昇温度から前記残水の量を演算するにあたり、該追焚の開始温度及びまたは終了温度に応じてシステム効率を選択し、該投入した熱量に当該選択したシステム効率を乗じて得られる供給熱量に従って該残水量の演算を行う制御部を有する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、
該制御部は、前記追焚の開始温度と終了温度に応じたシステム効率の値を選択することを特徴とする給湯器付き風呂釜。
【請求項３】
風呂熱交換器と、給湯熱交換器と、
該風呂熱交換器に熱量を投入する風呂側熱量投入手段と、
該給湯熱交換器に熱量を投入する給湯側熱量投入手段とを有する給湯器付き風呂釜において、
前記風呂側熱量投入手段から熱量を投入することで追焚して浴槽内の残水に熱量を供給し、温度上昇した時の供給熱量と当該上昇温度から前記残水の量を演算するにあたり、該浴槽内の残水の温度が所定の単位温度上昇する毎に、該残水量の演算を行なうようにし、更に当該上昇時の温度に応じてシステム効率を選択し、該投入した熱量に当該選択したシステム効率を乗じて得られる供給熱量に従って該残水量の演算を行う制御部を有する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、給湯器用の給湯熱交換器と浴槽の水を追焚する風呂熱交換器とを備えた給湯器付き風呂釜に係り、浴槽内の残水量の演算を確実に且つ正確に行なうことができる風呂釜に関するものである。
【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、比例弁の開閉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）×ηs ／（ΔＴ×ｃ×γ）
Ｑｚ：残水量（リットル）
Ｉ  ：燃焼量（Ｋｃａｌ／ｈ）
Δｔ：追焚時間（ｈ）
Ｉ×Δｔ：投入熱量（Ｋｃａｌ）
ηs ：システム効率
（Ｉ×Δｔ）ηｓ：供給熱量（Ｋｃａｌ）
ΔＴ：上昇温度（℃）
ｃ  ：水の比熱（Ｋｃａｌ／Ｋｇ・℃）
γ  ：水の比重（Ｋｇ／リットル）
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図８に、追焚き運転を行いシステム効率を一定にしてその残水量を上記の式に従って演算した結果を、また図９にその残水量のグラフを示す。追焚きの開始温度が２１．６℃で、演算手段であるマイクロコンピュータが検知する０．７℃の上昇毎に、システム効率を７７％固定にして演算したものである。この追焚き運転を行う前に所定時間かけて風呂側のバーナを燃焼させて熱交換器や配管系等を十分温めてから、図８のデータを取得した。また、投入熱量は、０．７℃上昇する度にかかった時間と燃焼量を乗じて得たものである。
【０００６】
図８から明らかな通り、システム効率を一定にして残水量の演算を行うと、演算時の浴槽からの戻り湯の温度が上昇するに従って演算結果が上昇している。この原因は必ずしも確かではないが、例えば風呂側の熱交換器の効率が、戻り湯の温度によって多少変化することなどが予想される。図８の結果から現実的には、２１．６℃の残り湯の状態から、設定温度を３８．５℃にした時に、設定温度まで追焚きして求めた残水量が１２４リットルであるのに対して、設定温度を４１．４℃にした時の残水量が１２５．６リットルであるという現象が予想される。
【０００７】
図１０は、今度は追焚きの終了温度を４１．４℃と一定にし、追焚きの開始温度を２１．６℃から４０．３℃まで変化させた場合の残水量演算結果である。簡単の為に、代表的な開始温度についてのみ示している。この結果からも明らかな通り、システム効率を一定にして演算すると、追焚きの開始温度が上昇するに従って、残水量の演算結果も上昇する。この点は、現実的には、２１．６℃の残り湯の状態から追焚きする場合と、３５℃の残り湯の状態から追焚きする場合とでは、残水量の演算結果が約１１リットルも異なることを意味する。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、残水量の演算を追焚きの開始温度または終了温度に依存せずに正確に求めることができる給湯器付き風呂釜を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的は、追焚きの開始または終了温度に応じてシステム効率を適宜選択して演算を行うことにより、正確に残水量を求めることができる給湯器付き風呂釜を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、第一の発明によれば、風呂熱交換器と、給湯熱交換器と、該風呂熱交換器に熱量を投入する風呂側熱量投入手段と、該給湯熱交換器に熱量を投入する給湯側熱量投入手段とを有する給湯器付き風呂釜において、前記風呂側熱量投入手段から熱量を投入することで追焚して浴槽内の残水に熱量を供給し、所定の温度上昇した時の供給熱量と当該上昇温度から前記残水の量を演算するにあたり、該追焚の開始温度及びまたは終了温度に応じてシステム効率を選択し、該投入した熱量に当該選択したシステム効率を乗じて得られる供給熱量に従って該残水量の演算を行う制御部を有する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。
【００１１】
また、このシステム効率は、具体的には追焚の開始温度と終了温度に応じたシステム効率の値を選択することが考えられる。例えば、簡易的には両者の平均値を採用することも考えられる。
【００１２】
更に、残水量の演算を浴槽内の残水の温度が所定の単位温度上昇する毎に、該残水量の演算を行なうようにする場合には、その温度の上昇時の温度に応じてシステム効率を選択することが望ましい。
【００１３】
このように温度に応じてシステム効率を選択することで、温度に依存せず一定量の残水量を選択することができる。この温度に応じたシステム効率は、例えば工場出荷時にマイクロコンピュータ内の記憶装置内にテーブルとして記憶させておくことが考えられる。また、所定の演算式に従ってその都度追焚き開始または終了温度に応じたシステム効率を求めることも考えられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態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がその実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。
【００１５】
［給湯器付き風呂釜の概要］
図６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、それぞれの燃焼室には、風呂熱交換機１０と給湯熱交換機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、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。燃焼ファン３０により供給される風量は、風量センサ４２により検出されて、燃焼制御のパラメータとして利用される。
【００１６】
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に対して共通に燃料制御手段として比例弁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、電装基板４１に搭載されるマイクロコンピュータ等の制御部（後で説明）により制御される。また、制御部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。
【００１７】
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が開き給湯バーナー２１が着火し、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及び水量センサー２５の出力から演算された値に比例弁３１の電磁弁駆動電流が制御され、燃焼ファン３０の回転が制御される。
【００１８】
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４３内の湯を循環させながら追焚運転を行っている。４４は、往き管１８と戻り管１９と浴槽４３を接続する取り付け金具である。
【００１９】
自動湯はり運転では、残水がある場合はその残水量を演算し、設定水量に足りない分については、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、往き管１８と戻り管１９経由で浴槽に設定した温度での注湯を行っている。
【００２０】
［残水量演算］
図１は、追焚きの終了温度毎にシステム効率を適宜選択した場合の残水量の演算結果を示す図表である。そして、図２に終了温度に対する残水量の演算結果をグラフに示した。図１に示した通り、追焚きの終了温度に応じてシステム効率を適宜変更して選択することにより、終了温度に依存せず一定の残水量の演算結果を得ることができる。図２のグラフに示される通りである。
【００２１】
図３は、図１０に対する図表であり、追焚きの開始温度毎にシステム効率を適宜選択した場合の残水量の演算結果を示す。開始温度の上昇に伴ってシステム効率を減少させることで、演算によって得られる残水量は一定の値になる。
【００２２】
上記の図１及び図３は、追焚きの開始温度または終了温度の何れかを固定して得られたシステム効率のテーブルである。そこで、開始温度と終了温度が異なる組み合わせを例えば図１と図３から抽出する。例えば、
（１）図１：開始温度２１．６℃  終了温度３７．９℃（１６．３℃上昇）
（２）図３：開始温度２５℃      終了温度４１．４℃（１６．４℃上昇）
上記（１）の場合には、終了温度に従って効率７５％とすると残水量は１１９リットルとなり、（２）の場合には、開始温度に従って効率７１％とすると同様に１１９リットルとなる。一方、（１）の場合に、開始温度に従って図３の７３％を採用したり、（２）の場合に終了温度に従って図１の７３％を採用すると、その演算結果は異なる値になる。
【００２３】
従って、開始温度と終了温度をそれぞれ変化させた場合の組み合わせにおいて、全ての組み合わせで残水量が一定になるようシステム効率を適宜変化させることが更に望ましい。その場合、工場出荷段階で各風呂釜毎にかかるシステム効率のテーブルを求めておいて、制御装置内の記憶装置内に記憶させておくことで実現することができる。
【００２４】
また、簡略的に行なう場合として、図１の終了温度に対応するシステム効率と、図３の開始温度に対応するシステム効率との平均値を演算により求めて採用することも考えられる。
【００２５】
［残水演算のフローチャート］
図４は、本発明による残水量の演算の追焚運転のフローチャート図の第一の例である。図４中の浴槽４３内に循環金具４４まで残水があることが確認された後、残水量演算のための追焚き運転が行われる。追焚き運転の開始に伴いその時の開始温度Ｔａを測定して記憶しておく（ステップ５１，５２）。そして、一定時間Δｔ経過するか又は一定温度ΔＴ上昇するまで追焚きを続ける（ステップ５３，５４）。追焚き運転を終了した時点での、終了温度Ｔｂを測定して記憶するか又は経過時間Δｔを測定して記憶する（ステップ５５）。
【００２６】
その後の残水量の演算に先立って、追焚き運転の開始温度Ｔａ及びまたは終了温度Ｔｂ＝Ｔａ＋ΔＴに従った最適のシステム効率ηを選択する（ステップ５６）。この選択は、制御装置内のマイクロコンピュータ内の記憶装置、またはそれの外付けの不揮発性のＲＯＭ等に記憶させたテーブルから選択してくる。或いは、予め設定した演算式から求めてもよい。このようにして選択してきたシステム効率ηを使用して残水量Ｑｚの演算を前述した数式に従って行う（ステップ５７）。最適のシステム効率は、例えば風呂釜の機種毎に予め設計段階で求められておくことが適切である。
【００２７】
図５は、第二の例のフローチャート図である。この例が上記の第一の例と異なる点は、残水量演算の追焚が開始されて残水の温度が所定の単位温度上昇する毎に残水量の演算を行なう点である。即ち、開始温度Ｔａの時点から設定温度Ｔｓになる時点までの間、温度が単位温度上昇する毎にそれまでの投入熱量、温度上昇時の温度に対応するシステム効率η及び上昇温度から残水量の演算を行なうのである。
【００２８】
ここで、所定の単位温度は、設計者により任意に決められる単位温度でよい。最も望ましいのは、デジタル信号により各種の演算処理を行なうマイクロコンピュータよりなる制御部内での、デジタル化された残水温度の１デジット分を単位温度にすることである。そうすることで、別途本出願人から出願している明細書に記載された通り（特願平７−２２５４９１、平成７年９月１日出願）、温度のデジタル値が１デジット上昇した時点から更に別の１デジット上昇した時点までの供給熱量と上昇温度を利用することにより、より正確な残水量の演算を行なうことができる。
【００２９】
次に図５のフローチャート図に従って、残水演算の追焚運転について説明する。浴槽４３内の取付け金具４４より上まで残水があることが確認され、残水の温度が設定温度付近より低いことが確認された後、図５の残水量演算のための追焚き運転に入る。先ず、循環ポンプ１７をオンにし風呂バーナー１１をオンにして追焚きを開始する（ステップ７２）。
【００３０】
そして、マイクロコンピュータよりなる制御部（後述）内での風呂サーミスタ１６からの出力のデジタル信号が、１デジット上昇するのを待つ（ステップ７３）。これは既に説明した通り、正確な温度上昇を測定するために、デジタル値が１デジット上昇した時点から温度の上昇と供給熱量の測定を始めるのである。そこで、ステップ７４にて、開始温度Ｔａを記憶し、演算により残水量が確定するのに最低必要な上昇温度Ｔ１を加えた温度Ｔθを演算し、追焚き時間の計測を開始する。
【００３１】
ステップ７５から８４が、残水量演算の為の追焚き運転のフローである。このフローの中では、浴槽温度が設定温度Ｔｓより低い間に（ステップ７６）、浴槽温度が最低必要な上昇温度Ｔθまで上昇したかどうか（ステップ７８）の判定が行われる。そして、浴槽温度がＴθを越えた後、浴槽温度が１デジット上昇して（ステップ７９）区切りの良い時点で、その時の浴槽温度を測定しＴｂとする（ステップ８０）。そして、温度Ｔｂに従うシステム効率ηをテーブルから選択して残水量Ｑｚの演算を行う（ステップ８１）。
【００３２】
ステップ８２では、浴槽温度Ｔｂと最初の浴槽温度Ｔａとの差が、最大上昇温度ＴMAX に達したかどうかのチェックが行われる。もし、達したとすると、正確な残水量の演算に十分必要な温度の上昇があったことを意味し、追焚きを中止し（ステップ８４）、適宜設定水量までの注湯を開始する。この点については、本出願人から別途出願した特願平７−２２６７８１号（平成７年９月４日出願）に詳しく説明してあるが、追焚バーナーの燃焼能力が低い場合に、ある程度温度が上昇して正確な残水量が演算により得られた後は、一気に注湯側から残りの湯を注湯することで湯はり運転の時間を短くするためである。
【００３３】
ステップ８２が省略されても、本発明を利用していることに違いはない。その場合は、浴槽内の残水の温度が設定温度になるまで（ステップ７６）、単位温度上昇する度に上記した残水量の演算が行なわれることになる。
【００３４】
上記の追焚き運転中に、浴槽の温度が設定温度付近よりも高くなると、ステップ７７にて追焚きを終了することになる。そしてステップ７５で追焚きを終了し、上昇温度が最低上昇温度Ｔ１あったかどうかのチェックが行われ（ステップ８５）、Ｔ１に満たない場合は、残水量の演算が行なわれておらず残水量が不確定として残水フラグを１にする（ステップ８７）。また、最低上昇温度Ｔ１以上の上昇があった場合でも、注湯量が注湯最小値（例えば数リットル）に満たない場合も、残水フラグを１にする。
【００３５】
ステップ８２にて最大上昇温度ＴMAX まで上昇していることが確認され、注湯量が最低注湯量以上の場合は、残水フラグが０にされる（ステップ８８）。また、最大上昇温度ＴMAX まで上昇しない内に浴槽温度が設定温度Ｔｓまで上昇した場合（ステップ７５でＹＥＳ）であって、最低上昇温度Ｔ１以上の追焚きが行われていた場合（ステップ８５でＹＥＳ）にも、残水フラグが０にされる。この残水フラグが０にされることは、残水量が確定していると制御部が認識していることを意味する。そして残水フラグが０の場合にはその後設定水量までの注湯が行われる。尚、残水フラグが１の場合は、残水量は不確定として注湯は行われず、自動湯はり運転は終了する。
【００３６】
尚、上記のステップ８１では、上昇時の浴槽の温度Ｔｂに従って得られたシステム効率を使用して残水への供給熱量を演算している。別の手段としては、図８等に示した通り、熱交換器に戻ってくる湯の温度に応じてシステム効率が変化していることから、温度が上昇する度に単位時間毎の供給熱量を投入熱量とその時の温度に従うシステム効率から演算し積算する方法がある。その場合に、風呂バーナー１１からの投入熱量が変動する場合には、その変動も正確に積算演算に含めることができる。
【００３７】
上記の一連の動作フローは、電装基板４１に搭載されたマイクロコンピュータからなる制御部８０内のメモリに記憶された動作プログラムに従って制御される。図７は、その制御部８０の構成の概略と各センサやスイッチとの関係を示すブロック図である。
【００３８】
制御部８０は、一般的な８ビットのマイクロコンピュータで構成され、内部は、ＣＰＵ８１、レジスタ８２、書換え可能な記憶装置（ＲＡＭ）８３、読み出し専用の記憶装置（ＲＯＭ）８４とインターフェース８６とが、共通のバス８５を介して互いに接続されている。また、電装基板４１には、電気的に書換え可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）８７も搭載され、制御部４１に接続されている。
上記の動作を制御する動作プログラムはＲＯＭ８４内に記憶されている。また、追焚きの開始温度に応じたシステム効率のテーブル、終了温度に応じたシステム効率のテーブル、または開始及び終了温度の組み合わせに応じたシステム効率のテーブル等が外付けのＲＯＭ８７に記憶される。こうすることで、燃焼機種に応じて外付けＲＯＭ８７のみ変更するだけで、マイクロコンピュータは共通に使用することができる。動作プログラムに応じて制御するマイクロコンピュータ８０内の動作は、一般的に知られたものと同じであり、ここでの説明を省略する。
【００３９】
尚、本発明の実施の形態を、ガスを使ったバーナーによる熱量の供給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、熱交換機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供給する場合でも本発明は適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、追焚き運転を行って残水量の演算を行うにあたり、追焚きの開始温度または終了温度、或いは両方の温度に応じた最適のシステム効率を選択して残水への供給熱量を求めるようにしている。従って、温度に依存することなく一定の残水量を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う追焚きの終了温度と残水量演算結果を示す図表である。
【図２】図１の終了温度と残水量演算値の関係を示すグラフである。
【図３】本発明に従う追焚きの開始温度と残水量演算結果を示す図表である。
【図４】本発明による残水量演算の追焚き運転のフローチャート（１）である。
【図５】本発明による残水量演算の追焚き運転のフローチャート（２）である。
【図６】本発明の実施の形態の風呂釜の全体構成図である。
【図７】制御部のブロック図である。
【図８】従来技術の追焚きの終了温度と残水量演算結果を示す図表である。
【図９】図８の終了温度と残水量演算値の関係を示すグラフである。
【図１０】従来技術の追焚きの開始温度と残水量演算結果を示す図表である。
【符号の説明】
１０  風呂熱交換器
１１  風呂バーナー（風呂熱量投入手段）
２０  給湯熱交換器
２１  給湯バーナー（給湯熱量投入手段）
３１  比例弁
４１  電装基板
４３  浴槽
８０  制御部
【図１】
0003767937.tif 000002
【図２】
0003767937.tif 000003
【図３】
0003767937.tif 000004
【図４】
0003767937.tif 000005
【図５】
0003767937.tif 000006
【図６】
0003767937.tif 000007
【図７】
0003767937.tif 000008
【図８】
0003767937.tif 000009
【図９】
0003767937.tif 000010
【図１０】
0003767937.tif 000011