(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非追焚運転時に給水が流れる非追焚側管炉と、追焚運転時に浴槽内の水が循環する追焚側管路と、これら非追焚側管路および追焚側管路に共用される熱交換器と、この熱交換器を加熱する加熱手段とを備えた一缶多水路式燃焼器において、追焚運転時に、上記加熱手段から上記熱交換器を介して上記追焚側管路に投入される熱量と、この熱量投入前後における上記浴槽内の水の上昇温度とに基づいて上記浴槽内の残水量を演算する演算手段と、追焚運転時に非追焚運転が行われたとき、非追焚運転期間後の後沸き期間中に上記追焚側管路に投入される熱量および浴槽内の水の上昇温度を、上記演算手段が演算の基礎とする熱量および上昇温度から除外する除外手段とを備えたことを特徴とする一缶多水路式燃焼器における浴槽内残水量演算装置。
【請求項２】
上記演算手段が、上記後沸き期間を除く所定の時間内に上記追焚側管路に投入される熱量と上記浴槽内の水の上昇温度とに基づいて残水量を演算することを特徴とする請求項１に記載の一缶多水路式燃焼器における浴槽内演算装置。
【請求項３】
上記演算手段が、上記後沸き期間中に上記追焚側管路に投入される熱量を除く所定の熱量と、その熱量によって加熱される浴槽内の水の上昇温度とに基づいて残水量を演算することを特徴とする請求項１に記載の一缶多水路式燃焼器における浴槽内残水量演算装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、浴槽内の残水量を演算するための演算装置、特に一缶多水路式燃焼器における浴槽内残水量演算装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浴槽内の残水量を、水位スイッチ等を用いることなく、演算によって求める残水量演算装置がある。そのような装置としては、例えば特公平２−３１０５号公報に記載のものが知られている。この公知の残水量演算装置は、所定時間Ｔだけ追焚運転させ、その所定時間Ｔ中に追焚管路側に投入された熱量と、浴槽内の水の上昇温度とに基づいて残水量を演算するものであり、残水量Ｑは次式によって求められる。
Ｑ＝Ｉｓ・Ｔ・η／ｌ・（ｔ2−ｔ1）
ここに、
Ｉｓ  ガスバーナの出力熱量（Ｋｃａｌ／ｈｒ）
η    熱交換器の効率（ガスバーナの出力熱量に対する追焚管路（浴槽の水）に吸収される熱量の割合；％）
ｌ    水の比熱（Ｋｃａｌ／Ｋｇ・°Ｃ）
ｔ1   熱量投入前の浴槽内の水の温度（°Ｃ）
ｔ2   熱量投入後の浴槽内の水の温度（°Ｃ）
【０００３】
ところで、近年、追焚付き燃焼器の一つとして、一缶二水路式給湯器（一缶多水路式燃焼器）が多用されるようになってきた。一缶二水路式給湯器は、給水が流れる給湯側管路（非追焚側管路）および浴槽内の水が循環する追焚側管路を共通の熱交換機およびバーナ（加熱手段）によって加熱するようにしたものであり、一つの給湯器で給湯単独運転（非追焚運転）、追焚単独運転、および給湯追焚同時運転の３種類の運転を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一缶多水路式給湯器においては、給湯および追焚の同時運転が可能であるため、残水量の演算をするために追焚運転しているときに、給湯運転が行われることがある。そのような場合には、図３に示すように、バーナから出力される熱量が変化する結果、追焚側管路に投入される熱量も変化し、浴槽内の水の温度が追焚単独運転時に比して変化してしまう。しかも、給湯運転停止後には、追焚側管路内を循環する浴槽内の水が熱交換器および給湯側管路内の高温水が保有する熱によって加熱される、いわゆる後沸き現象が発生する。このため、単に所定時間経過後に投入熱量と上昇温度とに基づいて残水量を演算したのでは、残水量を正確に求めることができないという問題があった。
【０００５】
【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、請求項１に係る発明は、非追焚運転時に給水が流れる非追焚側管炉と、追焚運転時に浴槽内の水が循環する追焚側管路と、これら非追焚側管路および追焚側管路に共用される熱交換器と、この熱交換器を加熱する加熱手段とを備えた一缶多水路式燃焼器において、追焚運転時に、上記加熱手段から上記熱交換器を介して上記追焚側管路に投入される熱量と、この熱量投入前後における上記浴槽内の水の上昇温度とに基づいて上記浴槽内の残水量を演算する演算手段と、追焚運転時に非追焚運転が行われたとき、非追焚運転期間後の後沸き期間中に上記追焚側管路に投入される熱量および浴槽内の水の上昇温度を、上記演算手段が演算の基礎とする熱量および上昇温度から除外する除外手段とを備えたことを特徴としている。
【０００６】
この場合、上記演算手段が、上記後沸き期間を除く所定の時間内に上記追焚側管路に投入される熱量と上記浴槽内の水の上昇温度とに基づいて残水量を演算するようにしてもよく、あるいは上記後沸き期間中に上記追焚側管路に投入される熱量を除く所定の熱量と、その熱量によって加熱される浴槽内の水の上昇温度とに基づいて残水量を演算するようにしてもよい。
【０００７】
【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および図２を参照して説明する。なお、この実施の形態は、非追焚側運転として給湯運転が行われる一缶二水路式給湯器にこの発明を適用したものであるが、この発明は非追焚側運転として給湯運転以外に暖房運転等が行われる一缶三水路式燃焼器、その他の一缶多水路式燃焼器にも適用可能である。
まず、図１に基づいてこの発明に係る一缶二水路式給湯器１の全体構成について説明すると、給湯器１は、給湯側管路（非追焚側管路）１０、追焚側管路２０、両管路１０，２０に共通の熱交換器３０およびガスバーナ（加熱手段）４０を備えている。ガスバーナ４０については、それに代えて石油バーナが用いられることもある。
【０００８】
給湯側管路１０の給水側には、給湯側管路１０内を流れる給水の量Ｗを検出する水量センサ１１と、給水の温度ｔinを検出する入水温センサ１２とがそれぞれ設置されている。給湯側管路１０の給湯側には、熱交換器３０で加熱された高温水の温度ｔoutを検出する出湯温センサ１３が熱交換器３０近傍に設置され、給湯側管路１０の末端に出湯栓１４が設置されている。
【０００９】
上記追焚管路２０は、浴槽５０内の水（湯）を循環させるためのものであり、往路側には水が循環しているとＯＮ状態になり、循環していないときにはＯＦＦ状態に維持される流水スイッチ２１、浴槽５０内の水の温度（以下、浴槽温度と称する。）ｔfを検出する浴槽温センサ２２、および浴槽５０内の水を強制的に循環させるためのポンプ２３が設置されている。
【００１０】
給湯管路１０の給湯側と追焚管路２０の往路側との間には、湯張り管路６０が配設されている。この湯張り管路６０には、給湯管路１０側に湯張り管路６０を開閉する電磁開閉弁６１が設けられ、追焚管路２０側に浴槽５０内の水が湯張り管路６０を介して給湯側管路１０に流入するのを阻止する逆止弁６２が設置されている。したがって、開閉弁６１を開弁させると、給湯側管路１０の高温の湯が湯張り管路６０および追焚側管路２０を介して浴槽５０に供給される。
【００１１】
上記ガスバーナ４０にガスを供給するためのガス管４１には、電磁開閉弁４２および電磁比例制御弁４３が順次設置されている。ガスバーナ４０の燃焼時には、電磁開閉弁４２が開弁され、電磁比例制御弁４３によってガス量が調節される。
【００１２】
また、給湯器１は、給湯運転、追焚運転、給湯追焚同時運転、湯張り運転を行うことが可能であり、いずれの運転時においても制御装置７０によって制御される。制御装置７０は、出湯温度ｔoutまたは浴槽温度ｔfを設定するための温度設定器およびマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）を有しており、給水量Ｗ、給水温度ｔin、出湯温度ｔout、流水スイッチの検出信号Ｓ（ＯＮまたはＯＦＦ）、および浴槽温度ｔfに基づいて、出湯温度ｔoutまたは浴槽温度ｔfが所望の温度になるように、各運転時の制御を行う。
【００１３】
すなわち、給湯運転時には、出湯温度ｔoutが所望の設定温度になるよう、給水量Ｗ、給水温度ｔinおよび出湯温度ｔoutに基づいて電磁比例制御弁４３の開度をフィードフォワードおよびフィードバック制御する。これは、追焚運転時に給湯運転が行われた場合、つまり給湯追焚同時運転時も同様である。
【００１４】
追焚運転時には、まず循環ポンプ２３を起動する。それによって、流水スイッチ２１の検出信号ＳがＯＦＦ状態からＯＮ状態に変わった場合には、ガスバーナ４０を点火する。そして、浴槽温度ｔfが所望の設定温度になると、ガスバーナ４０を消火して追焚運転を終了する。循環ポンプ２３を起動しても流水スイッチ２１の検出信号ＳがＯＦＦ状態を維持している場合には、浴槽５０内に追焚側管路２０内を循環するだけの水が収容されていないものとみなし、追焚運転を行わない。勿論、循環ポンプ２３も停止させる。
【００１５】
湯張り運転時には、まず循環ポンプ２３を起動する。それによって、流水スイッチ２１の検出信号ＳがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わったときには、後述するようにして浴槽５０内の残水量を演算し、その残水量に基づいて浴槽５０内の水位を所望の水位にするのに必要な追加の水量を演算する。そして、電磁開閉弁６１を開いた状態で給湯運転することによって浴槽５０に給湯する。この場合、浴槽５０には、設定温度より２°Ｃ程度低い湯が供給される。そして、浴槽５０の水位が設定された所望の水位になったら給湯運転を停止する。その後、浴槽温度ｔfが設定温度になるまで追焚運転する。一方、循環ポンプ２３を起動しても検出信号ＳがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わらないときには、電磁開閉弁６１を開いた状態で給湯運転し、予め定められた量（浴槽５０内の水が循環することができる量より多く、浴槽５０内の水位が設定水位に達しない量）で、かつ設定温度より２°Ｃ程度低い温度の湯を浴槽５０に供給する。その後は、循環ポンプ２３の起動によって流水スイッチ２１がＯＮ状態に切り替わったときと同様である。
【００１６】
浴槽５０内の残水量の演算は、図２に示すフローチャートによるプログラムに基づいて行われる。
プラグラムのスタート後、ステップＳ1において、追焚運転が開始される。つまり、ポンプ２３が起動され、浴槽５０内の水が追焚側管路２０を介して循環されるとともに、ガスバーナ４０が点火される。この場合、ガスバーナ４０の出力は、追焚燃焼中一定にするのがよい。そのようにすれば、熱交換器３０に投入される熱量の演算を容易に行うことができるからである。ただし、追焚燃焼中ガスバーナ４０の出力を一定にするのであれば、浴槽温度ｔfに応じてガスバーナ４０の出力を変えてもよい。
【００１７】
また、ステップＳ1においては、タイマーの起動、浴槽温度ｔfの検出、検出された浴槽温度ｔfのメモリｔnへの書き込みが実行され、さらにメモリｔ番地を表すｎのｎ＋１への変更が実行される。なお、ｎの初期値は０である。
【００１８】
ステップＳ1の実行後、ステップＳ2においては、タイマーの計測時間により所定時間Ｔが経過したか否かが判断される。
所定時間経過していない場合には、ステップＳ3において給湯運転が開始されたか否かが判断される。給湯運転が開始していなければステップＳ2に戻り、所定時間Ｔが経過するまでステップＳ2，Ｓ3が繰り返し実行される。給湯運転が開始している場合には、ステップＳ4において、タイマーの停止、浴槽温度ｔfの検出、給湯運転が開始するまでの追焚運転によって上昇した浴槽温度ｔfの温度上昇分ｔup＝ｔf−ｔnの演算および上昇温度ｔupのメモリＭkへの書き込み、並びにメモリＭの番地を表すｋのｋ＋１への変更が実行される。なお。ｋの初期値は０である。
【００１９】
ステップＳ4の実行後、ステップＳ5において影響期間が経過したか否かが判断される。影響期間とは、給湯運転によって追焚側管路２０が影響を受ける期間である。すなわち、残水量演算のための追焚運転は、ガスバーナ４０の出力を比較的低くして行われるが、前述したように、給湯運転が開始すると給水量Ｗおよび給水温度Ｔinに基づいてガスバーナ４０の出力が上昇させられる。このため、追焚運転時に給湯運転が開始すると、浴槽温度の上昇が追焚運転だけの場合に対して変化してしまう。しかも、給湯運転が終了した後には、いわゆる後沸き現象により、浴槽温度ｔfが影響を受ける。したがって、残水量を演算する場合には、給湯運転期間および後沸き期間を除外する必要がある。そこで、ステップＳ5では、影響期間が経過したか否かを判断し、給湯運転期間および後沸き期間を残水量演算のための追焚運転期間Ｔから除外しているのである。
【００２０】
上記のように、影響期間とは、給湯運転期間および後沸き期間のことであるので、ステップＳ5の判断は、実際には２段階にわたって行われる。第１に給湯運転が停止したか否かの判断が行われる。この判断は、例えば給水量Ｗが０になったか否か、あるいは電磁比例制御弁４３の開度が追焚単独運転のための開度にまで低下したか否かを判断することによって行うことができる。第２に後沸き期間が経過したか否かの判断が行われる。通常、後沸き期間は、給湯運転終了時のガスバーナ４０の出力に基づいて演算される。したがって、後沸き期間が経過したか否かの判断は、演算によって求められた期間が経過したか否かを判断することによって行うことができる。あるいは、ガスバーナ４０に燃焼空気を供給するための送風ファン（図示せず）を給湯運転終了後にも給湯運転に必要な燃焼空気を送ることができるように高速回転させ、それによって後沸きを早期に解消するようにしている（ポストファン）から、この送風ファンの回転数が追焚単独運転に必要な回転数にまで低下したか否かによっても後沸き期間が経過したか否かを判断することができる。
【００２１】
影響期間が経過すると、ステップＳ6において、タイマーが再起動され、浴槽温度ｔfが検出される。さらに、浴槽温度ｔfがメモリｔnに書き込まれるとともに、ｎがｎ＋１に変更される。その後、ステップＳ2に戻る。そして所定時間Ｔが経過するまで、ステップＳ2およびステップＳ3、またはステップＳ2〜Ｓ6が繰り返し実行される。したがって、残水量演算のための追焚運転中に給湯運転が複数回にわたって行われたときには、各影響期間の間の追焚運転による浴槽温度ｔfの各上昇分ｔupがメモリＭ0，Ｍ1，…にそれぞれ書き込まれることになる。
【００２２】
ステップＳ2において、所定時間Ｔが経過したものと判断された場合には、ステップＳ7において浴槽温度ｔfが検出され、ステップＳ8において、最後の影響期間が経過してから所定時間Ｔが経過するまでの間の追焚運転による浴槽温度ｔfの温度上昇分ｔup＝ｔf−ｔnが演算される。その後、ステップＳ9において、所定時間Ｔが経過するまでの間における浴槽温度ｔfの全温度上昇分Ｔtotalが次式によって演算される。
Ｔtotal＝Ｍ0＋Ｍ1＋…＋ｔup
【００２３】
その後、ステップＳ10において残水量Ｑが次式によって演算される。
Ｑ＝（Ｉｓ×η×Ｔ）／（ｌ×ｔtotal）
ここに、
Ｉ  ガスバーナ４０の出力熱量（Ｋｃａｌ／ｈｒ）
η  追焚単独運転時における熱交換器３０の熱効率（％）
ｌ  水の比熱（Ｋｃａｌ／Ｋｇ・°Ｃ）
である。
なお、熱交換器３０の効率ηは、厳密には気温等によって多少変動するが、その変動幅は実際の使用上で問題になる程ではない。
【００２４】
上記のように、この発明の残水量演算装置では、残水量を演算するに際し、給湯燃焼によって追焚管路２０側が影響を受ける影響期間を演算のための所定期間から除外することにより、その間に追焚管路２０側に供給される熱量、および浴槽温度の上昇分を演算の対象から除外しているので、残水量を正確に求めることができる。
【００２５】
なお、この発明は上記の実施の形態に限定されることなく、適宜変更可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、残水量演算時に浴槽５０内の水を所定時間だけ循環させるようにしているが、ガスバーナ４０から追焚管路２０に投入される熱量が所定の熱量になるまで循環させるようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４に係る発明によれば、残水量を正確に求め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】この発明に係る一缶二水路式給湯器の一実施の形態の概略構成を示す図である。
【図２】残水量演算を行うためのフローチャートを示す図である。
【図３】追焚運転中の浴槽温度の変化および追焚運転中に給湯運転が行われたときの浴槽温度の変化を示す図である。
【符号の説明】
１  一缶二水路式給湯器（一缶多水路式燃焼器）
１０  給湯側管路（非追焚側管路）
２０  追焚側管路
３０  熱交換器
４０  ガスバーナ（加熱手段）
５０  浴槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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