(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水通路から供給された水を加熱して湯を作り出し該湯を出湯する熱交換器と、該熱交換器を燃焼加熱するバーナと、上記熱交換器に供給される入水温度を検出する入水温度検出手段とを有し、予め定めた給湯設定温度に対する上記熱交換器から流れ出る出側の湯温のずれを補正するために上記出側の湯温に基づいてバーナの燃焼熱量制御を行う燃焼機器において、上記熱交換器から流れ出る出側の湯温を実測する出側湯温検出手段と；上記熱交換器内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段と；上記熱交換器の入側から出側に至るまでに湯水が吸熱する熱量に対する熱交換器の入側から上記熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位に至るまでに湯水が吸熱する熱量の割合である寄与率が予め定められ格納されているデータ格納部と；上記熱交換器湯温検出手段により検出された湯温と、上記データ格納部に格納されている寄与率と、入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づいて熱交換器から流れ出る出側の湯温を推定検出する熱交換器出側湯温推定検出部と；上記熱交換器出側湯温推定検出手段により推定検出された出側の湯温と給湯設定温度との偏差を検出する偏差検出部と；該偏差検出部により求められた偏差が予め定めた設定範囲以内であるときには上記出側湯温検出手段により実測された熱交換器の出側の湯温に基づいた上記燃焼熱量制御に切り換え、上記偏差検出部により検出された偏差が上記設定範囲から外れたときには上記熱交換器出側湯温推定検出部により推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御に切り換える燃焼熱量制御切り換え部と；を設けたことを特徴とする燃焼機器。
【請求項２】
燃焼熱量制御は比例と積分と微分の組み合わせによるＰＩＤ制御手法により行われ、熱交換器出側湯温推定検出部により推定検出された熱交換器の出側の湯温に基づいて燃焼熱量制御を行うときには、出側湯温検出手段により実測された出側の湯温に基づいて燃焼熱量制御を行う場合よりも、上記ＰＩＤ制御手法で用いられる比例定数と積分定数と微分定数のうちの１つ以上の定数を大きくする構成としたことを特徴とする請求項１記載の燃焼機器。
【請求項３】
出側湯温検出手段により実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から熱交換器出側湯温推定検出部により推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定するための設定範囲の上限値は、上記推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から上記実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定するための設定範囲の上限値よりも高く、また、上記実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から上記推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定するための許容範囲の下限値は上記推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から上記実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定するための設定範囲の下限値よりも低く設定されていることを特徴とした請求項１又は請求項２記載の燃焼機器。
【請求項４】
バーナ燃焼熱量の情報と、バーナ燃焼熱量の大小に応じて寄与率を補正するための予め与えられた寄与率補正データとに基づいて寄与率を補正する寄与率補正部が設けられ、熱交換器出側湯温推定検出部は、上記寄与率補正部により補正された寄与率と熱交換器湯温検出手段により検出された湯温と入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づき、熱交換器の出側の湯温を推定検出する構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の燃焼機器。
【請求項５】
熱交換器はバーナの燃焼火炎に近い側の下段に形成された管路と、バーナ燃焼火炎に遠い側の上段に形成された管路とが連通接続された管路構成を成しており、寄与率補正部は、熱交換器湯温検出手段により上記下段の管路内の湯温が検出される場合にはバーナ燃焼熱量が小さくなるに従って寄与率が大きくなるように寄与率を補正し、熱交換器湯温検出手段により上記上段の管路内の湯温が検出される場合にはバーナ燃焼熱量が小さくなるに従って寄与率が小さくなるように寄与率を補正する構成としたことを特徴とする請求項４記載の燃焼機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湯を作り出して給湯する燃焼機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６には燃焼機器である給湯器のシステム構成の一例がモデル図により示されている。この給湯器は、同図の実線に示すように、バーナ１と給湯の熱交換器２を有し、給湯熱交換器２の入側には水供給源から給湯熱交換器２に水を導くための給水通路３が連通接続され、また、給湯熱交換器２の出側には給湯通路４の一端側が接続され、この給湯通路４の他端側は台所やシャワー等の給湯場所に導かれている。上記給水通路３には該通路３の水温を検出する入水温度検出手段としての入水サーミスタ５と、通水流量を検出する水量センサＦＳとが設けられ、給湯通路４には該通路４から給湯される湯水温を検出する出側湯温検出手段としての出湯サーミスタ６が設けられている。
【０００３】
上記バーナ１には燃料ガスをバーナ１へ導くためのガス供給通路８が連通接続されており、このガス供給通路８には該通路の開閉を行う電磁弁１０，１１と、弁開度でもってバーナ１への供給燃料ガス量を制御する比例弁１２とが介設されている。
【０００４】
この給湯器には給湯運転を制御する制御装置１３が設けられ、この制御装置１３には給湯温度を設定するための給湯温度設定手段等が設けられたリモコン１４が信号接続されている。上記制御装置１３は次のように給湯運転を制御する。例えば、台所やシャワー等に導かれた給湯通路４の先端側に設けられた給湯栓（図示せず）が開栓され、給水通路３の通水が水量センサＦＳにより検出されると、電磁弁１０，１１を開弁してガス供給通路８からバーナ１に燃料ガスを供給してバーナ燃焼を開始させ、給湯される湯温がリモコン１４に設定されている給湯設定温度となるようにバーナ１の燃焼熱量を比例弁１２の弁開度を制御することによって（つまり、バーナ１への供給燃料ガス量を制御することによって）制御し、上記バーナ燃焼火炎の熱によって給湯熱交換器２の通水が加熱されて湯が作られ、該湯は給湯通路４を通って所望の給湯場所に供給される。そして、給湯栓が閉栓されて給水通路３の通水停止を水量センサＦＳが検出すると、電磁弁１１を閉弁してバーナ１の燃焼を停止し、給湯運転を終了する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、給湯設定温度の湯を給湯するためのバーナ１の燃焼熱量制御手法の一つとして、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用した比例制御がある。上記比例制御を行うときには、例えば、入水サーミスタ５により入水温度Ｔinを、水量センサＦＳにより給水の流量Ｑを、出湯サーミスタ６により出湯湯温Ｔout を、リモコン１４から給湯設定温度Ｔspをそれぞれ検出し、上記流量Ｑの入水温度Ｔinの水を給湯設定温度Ｔspに高めるのに必要なフィードフォワード熱量Ｐff（Ｐff＝（Ｔsp−Ｔin）×Ｑ／η（ηは予め定まる給湯熱交換器２の熱効率））と、給湯設定温度Ｔspに対する出湯温度Ｔout のずれを補正するためのフィードバック熱量Ｐfb（Ｐfb＝Ｐ×（Ｔsp−Ｔout ）×Ｑ／η（Ｐは比例定数））との合計熱量でもってバーナ１が燃焼を行うように比例弁１２の弁開度を制御してバーナ１の燃焼熱量制御を行う。
【０００６】
しかしながら、上記の如く出湯サーミスタ６により検出された出湯湯温Ｔout を利用して上記比例制御を行うと、例えば、何らかの理由により給湯熱交換器２内の湯温が給湯設定温度Ｔspの湯を給湯するための湯温からずれてしまった場合に、その湯温変動が生じてから該湯温変動の湯温が出湯サーミスタ６により検出されて上記湯温変動を補正するための燃焼熱量制御が行われるまでに時間がかかり、このことに起因して出湯湯温Ｔout の変動に対する燃焼熱量制御の応答性が悪いという問題が生じる。
【０００７】
上記のように、燃焼熱量制御の応答性が悪い場合には、出湯湯温Ｔout の変動を収束するのに時間がかかるという問題があり、湯の利用者に湯温変動に対する不快感を与える虞がある。
【０００８】
そこで、上記燃焼熱量制御の応答性を改善する手段として、本出願人らは、次のような手段を提案している。例えば、給湯熱交換器２を流れる湯水流温度を検出する図６の点線に示すような熱交換器湯温検出手段としての熱交サーミスタ１５を設け、該熱交サーミスタ１５により検出された湯温Ｔz1と、入水サーミスタ５により検出された入水温度Ｔinと、予め定め与えられた寄与率Ｋとに基づいて、次に示す式（１）の演算により、給湯熱交換器２から流れ出る湯温Ｔout を推定検出し、出湯サーミスタ６により検出された湯温Ｔout を採用するのに代えて、上記推定検出された給湯熱交換器２の出側の湯温に基づいた比例制御により燃焼熱量の制御を行うことを提案している。
【０００９】
Ｔout ＝（Ｔz1−Ｔin）／Ｋ＋Ｔin・・・・・（１）
【００１０】
上記寄与率Ｋとは、給湯熱交換器２の入側から出側に至るまでに湯水が受け取る吸熱熱量Ｐtlに対する給湯熱交換器２の入側から熱交サーミスタ１５の湯温検出部位に至るまでに湯水が受け取る吸熱熱量Ｐz1の割合（Ｋ＝Ｐz1／Ｐtl）である。
【００１１】
上記の如く、熱交サーミスタ１５により検出された湯温Ｔz1に基づいて給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔout を推定検出することによって、例えば、給湯熱交換器２内の湯温が給湯設定温度の湯を給湯するための湯温からずれた場合に、その湯温変動を補正するための上記比例制御が直ちに行われることになり、給湯熱交換器２内の湯温変動に起因した出湯湯温変動に対する燃焼熱量制御の応答性を格段に向上させることが可能である。
【００１２】
しかしながら、上記提案の手法では、給湯熱交換器２の出側の湯温を推定検出するために、実測の湯温とは異なる湯温が給湯熱交換器２の出側の湯温として推定検出される場合があるという問題が生じる。
【００１３】
例えば、推定検出された出側の湯温が実際の出側の湯温よりも上側にずれている場合には、図８の実線に示すように、出湯湯温が給湯設定温度Ｔspよりも上側の温度に安定してしまったり、推定検出された出側の湯温が実際の出側の湯温よりも下側にずれている場合には、図８の鎖線に示すように、出湯湯温が給湯設定温度Ｔspよりも下側の温度に安定してしまうという問題が生じる虞がある。
【００１４】
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、出湯湯温を精度良く設定温度に制御することができる上に、出湯湯温変動に対する燃焼熱量制御の応答性を向上させることができる燃焼機器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、次のような構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、給水通路から供給された水を加熱して湯を作り出し該湯を出湯する熱交換器と、該熱交換器を燃焼加熱するバーナと、上記熱交換器に供給される入水温度を検出する入水温度検出手段とを有し、予め定めた給湯設定温度に対する上記熱交換器から流れ出る出側の湯温のずれを補正するために上記出側の湯温に基づいてバーナの燃焼熱量制御を行う燃焼機器において、上記熱交換器から流れ出る出側の湯温を実測する出側湯温検出手段と；上記熱交換器内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段と；上記熱交換器の入側から出側に至るまでに湯水が吸熱する熱量に対する熱交換器の入側から上記熱交換器湯温検出手段の湯温検出部位に至るまでに湯水が吸熱する熱量の割合である寄与率が予め定められ格納されているデータ格納部と；上記熱交換器湯温検出手段により検出された湯温と、上記データ格納部に格納されている寄与率と、入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づいて熱交換器から流れ出る出側の湯温を推定検出する熱交換器出側湯温推定検出部と；上記熱交換器出側湯温推定検出手段により推定検出された出側の湯温と給湯設定温度との偏差を検出する偏差検出部と；該偏差検出部により求められた偏差が予め定めた設定範囲以内であるときには上記出側湯温検出手段により実測された熱交換器の出側の湯温に基づいた上記燃焼熱量制御に切り換え、上記偏差検出部により検出された偏差が上記設定範囲から外れたときには上記熱交換器出側湯温推定検出部により推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御に切り換える燃焼熱量制御切り換え部と；を設けた構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１６】
第２の発明は、上記第１の発明の構成を備え、燃焼熱量制御は比例と積分と微分の組み合わせによるＰＩＤ制御手法により行われ、熱交換器出側湯温推定検出部により推定検出された熱交換器の出側の湯温に基づいて燃焼熱量制御を行うときには、出側湯温検出手段により実測された出側の湯温に基づいて燃焼熱量制御を行う場合よりも、上記ＰＩＤ制御手法で用いられる比例定数と積分定数と微分定数のうちの１つ以上の定数を大きくする構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１７】
第３の発明は、上記第１又は第２の発明の構成を備え、出側湯温検出手段により実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から熱交換器出側湯温推定検出部により推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定するための設定範囲の上限値は、上記推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から上記実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定するための設定範囲の上限値よりも高く、また、上記実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から上記推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定するための許容範囲の下限値は上記推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から上記実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定するための設定範囲の下限値よりも低く設定されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１８】
第４の発明は、上記第１又は第２又は第３の発明の構成に加えて、バーナ燃焼熱量の情報と、バーナ燃焼熱量の大小に応じて寄与率を補正するための予め与えられた寄与率補正データとに基づいて寄与率を補正する寄与率補正部が設けられ、熱交換器出側湯温推定検出部は、上記寄与率補正部により補正された寄与率と熱交換器湯温検出手段により検出された湯温と入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づき、熱交換器の出側の湯温を推定検出する構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１９】
第５の発明は、上記第４の発明を構成する熱交換器はバーナの燃焼火炎に近い側の下段に形成された管路と、バーナ燃焼火炎に遠い側の上段に形成された管路とが連通接続された管路構成を成しており、寄与率補正部は、熱交換器湯温検出手段により上記下段の管路内の湯温が検出される場合にはバーナ燃焼熱量が小さくなるに従って寄与率が大きくなるように寄与率を補正し、熱交換器湯温検出手段により上記上段の管路内の湯温が検出される場合にはバーナ燃焼熱量が小さくなるに従って寄与率が小さくなるように寄与率を補正する構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００２０】
上記構成の発明において、熱交換器出側湯温推定検出部は、熱交換器湯温検出手段により検出された熱交換器内の湯温と、入水温度検出手段により検出された入水温度と、予め定められた寄与率とに基づいて熱交換器の出側の湯温を推定検出する。また、偏差検出部は、上記熱交換器出側湯温推定検出部により推定検出された湯温と、予め定められた給湯設定温度との偏差を検出する。
【００２１】
上記偏差検出部により求められた偏差が予め定められた設定範囲から外れたときには、つまり、給湯設定温度から出湯湯温が上記設定範囲以上ずれると推定されたときには、その湯温変動に迅速に対応するために、燃焼熱量制御切り換え部は、上記熱交換器出側湯温推定検出部により推定検出された熱交換器の出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御に切り換える。上記推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御は、実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御に比べて、出湯湯温変動に対する燃焼熱量制御の応答性が格段に向上するので、出湯湯温が給湯設定温度から大幅にずれたとしても、その直後に、給湯設定温度に向けて補正された湯を出湯させることが可能である。
【００２２】
また、上記偏差検出部により求められた偏差が上記設定範囲以内であるときには、つまり、出湯湯温がほぼ給湯設定温度に安定していると推定されたときには、燃焼熱量制御切り換え部は、出側湯温検出手段により実測された湯温に基づいた燃焼熱量制御に切り換えて、出湯湯温を給湯設定温度に精度良く制御する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づき説明する。
【００２４】
第１の実施形態例の燃焼機器は図６に示すシステム構成を有し、給湯熱交換器２内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段としての熱交サーミスタ１５が設けられている。ところで、図７には給湯熱交換器の構造のモデル例が示されており、同図に示すように、給湯熱交換器２は、バーナ１の燃焼火炎に近い側の下段に曲折形成された管路１７と、バーナ１の燃焼火炎に遠い側の上段に曲折形成された管路１８とが連通接続され、それら管路１７，１８はフィンプレート１９に挿通された構成を有し、この実施形態例では、管路強度の観点から、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１を燃焼させたときにバーナ燃焼火炎から受け取る熱量が上記下段と上段の管路１７，１８の全領域に亙り等しくなるようにフィンプレート１９の切り欠き１６等が構成されており、また、給水通路３から供給された水は上記下段の管路１７を通った後に上段の管路１８を経て、給湯通路４に流れ出るように形成されており、上記熱交サーミスタ１５は、図７の破線に示すように、上記下段の管路１７におけるＵ字管部分の湯温を検出するように設けられている。なお、上記以外の図６に示す給湯器のシステム構成の説明は前述したのでその重複説明は省略する。
【００２５】
図１には第１の実施形態例において特徴的な制御構成が実線により示されている。同図の実線に示すように、この第１の実施形態例に示す制御装置１３は、熱交換器出側湯温推定検出部２０と、偏差検出部２１と、データ格納部２２と、燃焼熱量制御切り換え部２３と、燃焼熱量制御部２４とを有して構成され、上記燃焼熱量制御部２４は、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５と、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６とを有して構成されている。
【００２６】
データ格納部２２には寄与率Ｋspが予め実験や演算等によって求められて格納されている。この実施形態例では、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１を燃焼したときに、給湯熱交換器２の入側から出側に至るまでに湯水が吸熱する熱量に対する給湯熱交換器２の入側から熱交サーミスタ１５の湯温検出部位に至るまでに湯水が吸熱する熱量の割合を求め、該求めた割合を寄与率Ｋspとしてデータ格納部２２に格納している。
【００２７】
熱交換器出側湯温推定検出部２０は上記熱交サーミスタ１５により検出された給湯熱交換器２内の湯温Ｔz1と、上記データ格納部２２に格納されている寄与率Ｋspと、入水サーミスタ５により検出された入水温度Ｔinとを取り込んで、それら情報に基づき、前記式（１）（Ｔout ＝（Ｔz1−Ｔin）／Ｋsp＋Ｔin）の演算により、給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔout を推定検出し、この推定検出した出側の湯温Ｔout の情報を偏差検出部２１と推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５にそれぞれ出力する。
【００２８】
推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５は、上記熱交換器出側湯温推定検出部２０から加えられた推定検出出側の湯温Ｔout に基づいた前記比例制御により燃焼熱量を制御する構成を有している。この推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５により燃焼熱量制御を行う場合には、給湯熱交換器２内の湯温が給湯設定温度Ｔspの湯を出湯するための湯温からずれたときに、直ちに、その湯温変動が上記比例制御により補正されるので、出湯湯温変動に対する燃焼熱量制御の応答性を格段に向上させることができる。
【００２９】
実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６は、出湯サーミスタ６により実測された給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔout を取り込んで、該実測出側の湯温Ｔout に基づいた前記比例制御により燃焼熱量を制御する。この実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６により燃焼熱量制御を行う場合には、上記の如く、実測された出湯湯温を用いるので、出湯湯温を給湯設定温度に一致させる方向に精度良く燃焼熱量を制御することができる。
【００３０】
この実施形態例では、上記推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５と実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６は共に比例と積分と微分の組み合わせによるＰＩＤ制御手法を用いて燃焼熱量制御を行う。なお、上記ＰＩＤ制御手法の説明は知られているので、その説明は省略する。
【００３１】
偏差検出部２１は上記リモコン１４に設定されている給湯設定温度Ｔspを取り込み、上記熱交換器出側湯温推定検出部２０から加えられた推定検出出側湯温Ｔout から上記取り込んだ給湯設定温度Ｔspを差し引いて給湯設定温度Ｔspに対する上記推定検出出側湯温Ｔout の偏差ΔＴを求め、この偏差ΔＴの情報を燃焼熱量制御切り換え部２３に出力する。
【００３２】
燃焼熱量制御切り換え部２３は、上記偏差検出部２１から加えられた偏差ΔＴを予め定めた下限値（例えば、−３℃）から上限値（例えば、＋３℃）までの設定範囲ΔＨに比較し、上記偏差ΔＴが設定範囲ΔＨ以内であるか否かを判断する。燃焼熱量制御切り換え部２３は、上記偏差ΔＴが上記設定範囲ΔＨから外れていると判断したときには、出湯湯温Ｔout が給湯設定温度Ｔspよりも上記許容範囲（設定範囲）を越えて変動すると推定し、その出湯湯温変動を応答性良く補正するために前記推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５による燃焼熱量制御を行わせる必要があると判断し、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５による燃焼熱量制御を行わせるための指令を発し、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５による燃焼熱量制御へ切り換え、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６は停止状態とする。
【００３３】
また、燃焼熱量制御切り換え部２３は、上記偏差ΔＴが上記設定範囲ΔＨ以内であると判断したときには、出湯湯温はほぼ給湯設定温度Ｔspである、又は、給湯設定温度Ｔspからずれていたとしてもそのずれ量は許容範囲内であると判断し、出湯湯温を給湯設定温度Ｔspに精度良く一致させるために実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６による燃焼熱量制御を行う状態であると判断し、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６へ燃焼熱量制御を行わせるための指令を発し、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６による燃焼熱量制御へ切り換え、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５は停止状態とする。
【００３４】
この実施形態例では、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５により燃焼熱量制御を行うときには、出湯湯温が給湯設定温度Ｔspよりも許容範囲を越えて大きく変動すると推定された場合であることから、出湯湯温を給湯設定温度Ｔspに向けて大きく変動させ給湯設定温度Ｔspに早く近付けるために燃焼熱量の制御量を大きくする必要があり、このことから、ＰＩＤ制御のＰＩＤ定数である比例定数と積分定数と微分定数のうちの１つ以上の定数を大きく設定する。また、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６により燃焼熱量制御を行うときには、出湯湯温は給湯設定温度Ｔspの近傍温度であることから、燃焼熱量の制御量を小さくして出湯湯温を微少に制御して給湯設定温度に精度良く一致させることを容易とするために、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６によるＰＩＤ制御のＰＩＤ定数を、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５によるＰＩＤ制御のＰＩＤ定数よりも小さく設定する。
【００３５】
この実施形態例によれば、偏差ΔＴ（給湯設定温度Ｔspに対する出湯湯温のずれ量）が予め定めた設定範囲ΔＨから外れたときには、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５による燃焼熱量制御への切り換えが燃焼熱量制御切り換え部２３により行われるので、給湯熱交換器２内の湯温が給湯設定温度Ｔspの湯を給湯するための湯温から大幅に変動して出湯湯温変動が生じると推定されたときには、上記給湯熱交換器２内の湯温変動の発生直後に、その湯温変動が上記推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５による燃焼熱量制御により補正されることとなり、出湯湯温変動に対する燃焼熱量制御の応答性を格段に向上させることができ、出湯湯温変動を非常に短い時間で抑制して給湯設定温度の近傍の温度に回復させることが可能である。
【００３６】
また、上記給湯設定温度Ｔspに対する推定検出された出湯湯温の偏差ΔＴが予め定めた設定範囲ΔＨ以内であり、出湯湯温が給湯設定温度Ｔspの近傍温度であると判断されるときには、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６によって実測湯温による燃焼熱量制御が行われるので、出湯湯温を給湯設定温度Ｔspに確実に一致させ、給湯設定温度Ｔspの湯を安定供給することが可能となる。
【００３７】
上記の如く、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５と実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６とを切り換えて燃焼熱量制御を行うことによって、出湯湯温が給湯設定温度に対して大幅に外れているとき、例えば、出湯が開始された時や給湯設定温度が変更された時や通水流量が変動した時等には、上記の如く推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５によって燃焼熱量制御が行われて給湯設定温度に向けて応答性良く燃焼熱量制御が行われ、出湯湯温を給湯設定温度により早く高めることが可能であり、給湯設定温度に安定するまでの時間短縮を図ることができる。
【００３８】
さらに、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６の燃焼熱量制御に用いられるＰＩＤ定数を小さく設定するので、ほぼ給湯設定温度の湯が出湯しているときには、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６による燃焼熱量の制御量が小さく出湯湯温を小さく変動させることができ、このことに起因して、給湯湯温を給湯設定温度Ｔspに一致させることが容易となる。
【００３９】
さらに、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５の燃焼熱量制御に用いられるＰＩＤ定数を大きく設定するので、出湯湯温が給湯設定温度Ｔspから大幅にずれるときには、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５による燃焼熱量の制御量が大きく出湯湯温を給湯設定温度Ｔspに向けて大きく変動させることが可能となり、出湯湯湯温を給湯設定温度Ｔspにより早く近付けることができる。
【００４０】
以下に第２の実施形態例を説明する。この第２の実施形態例が前記第１の実施形態例と異なる特徴的なことは、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５から実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６への燃焼熱量制御の切り換えを決定する設定範囲と、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６から推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５への燃焼熱量制御の切り換えを決定する設定範囲をそれぞれ別個に設定し、燃焼熱量制御切り換え部２３はそれら設定範囲に基づいて燃焼熱量制御の切り換えを行う構成としたことである。それ以外の構成は前記第１の実施形態例と同様であり、その重複説明は省略する。
【００４１】
この実施形態例では、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６による燃焼熱量制御から推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５による燃焼熱量制御への切り換えを決定する設定範囲は、図２に示す下限値ｈk1（例えば、−３℃）から上限値ｈj1（例えば、＋３℃）までの範囲ΔＨsyが設定されており、上記推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５による燃焼熱量制御から実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６による燃焼熱量制御への切り換えを決定する設定範囲は、図２に示す下限値ｈk2（例えば、−１℃）から上限値ｈj2（例えば、＋１℃）までの範囲ΔＨzyが設定されている。
【００４２】
燃焼熱量制御切り換え部２３は、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５と実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６の各動作情報を取り込み、それら情報に基づき実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６により燃焼熱量制御が行われていると検知しているときには、偏差検出部２１から加えられた偏差ΔＴを上記設定範囲ΔＨsyに比較して、偏差ΔＴが設定範囲ΔＨsy以内であるか否かを判断し、偏差ΔＴが上記設定範囲ΔＨsy以内であると判断したときには、出湯湯温はほぼ給湯設定温度Ｔspであり、出湯湯温を精度良く給湯設定温度Ｔspに制御するために実測湯温に基づいた燃焼熱量制御を行わせる状態であると判断して、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６による燃焼熱量制御を継続して行わせる。
【００４３】
また、燃焼熱量制御切り換え部２３は、上記偏差ΔＴが設定範囲ΔＨsyから外れていると判断したときには、出湯湯温が給湯設定温度Ｔspよりも大幅にずれると判断し、出湯湯温の変動を応答性良く回復するために推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５による燃焼熱量制御を行う必要があると判断して、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６から推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５へ燃焼熱量制御を切り換える。
【００４４】
燃焼熱量制御切り換え部２３は、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５による燃焼熱量制御が行われていると検知しているときには、上記偏差検出部２１から加えられる偏差ΔＴを上記設定範囲ΔＨzyに比較して、上記偏差ΔＴが設定範囲ΔＨzy以内であるか否かを判断し、上記偏差ΔＴが設定範囲ΔＨzyから外れていると判断したときには、出湯湯温は給湯設定温度Ｔspから大きくずれる状態であると判断し、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５による燃焼熱量制御を継続して行わせ、上記偏差ΔＴが上記設定範囲ΔＨzy以内であると判断したときには、出湯湯温変動はほぼ抑制されたので、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６による燃焼熱量制御を行って出湯湯温を精度良く給湯設定温度Ｔspに一致させる必要があると判断して、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５から実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６に燃焼熱量制御を切り換える。
【００４５】
上記燃焼熱量制御切り換え部２３の切り換え動作の一例を簡単に示す。例えば、給湯熱交換器２内の湯温が図２の実線に示すように変動して、上記偏差ΔＴが図２に示す点Ａよりも大きくなったことが検知されたときには、出湯湯温が給湯設定温度Ｔspから大幅に変動すると推定されることから、燃焼熱量制御切り換え部２３は実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６から推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５へ燃焼熱量制御を切り換える。その後、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５の燃焼熱量制御により出湯湯温が給湯設定温度Ｔspに向けて修正され上記偏差ΔＴが点Ｂ以下に低下したことが検知されたときには、出湯湯温は給湯設定温度近傍の温度に回復したと判断して、燃焼熱量制御切り換え部２３は推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５から実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６へ燃焼熱量制御を切り換えて出湯湯温が給湯設定温度Ｔspに一致するように微少な燃焼熱量制御を行う。
【００４６】
この実施形態例によれば、前記第１の実施形態例と同様な構成を備え、実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６から推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５への燃焼熱量制御の切り換えを決定する設定範囲ΔＨsyの上限値ｈj1よりも、推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５から実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６への燃焼熱量制御の切り換えを決定する設定範囲ΔＨzyの上限値ｈj2を低く、また、上記設定範囲ΔＨsyの下限値ｈk1よりも、上記設定範囲ΔＨzyの下限値ｈk2を高く設定しているので、前記第１の実施形態例と同様な効果を得ることができると共に、燃焼熱量制御の切り換えのハンチングを確実に防止することができる。
【００４７】
以下に、第３の実施形態例を説明する。この実施形態例において特徴的なことは、前記各実施形態例の構成に加えて、給湯熱交換器２の出側の湯温を推定検出する際に使用される寄与率Ｋspを燃焼熱量に応じて補正する構成を備え、該補正された寄与率に基づいて給湯熱交換器２の出側の湯温を推定検出する構成としたことである。なお、この実施形態例の説明において、前記各実施形態例と同様な部分の重複説明は省略する。
【００４８】
ところで、前記したように、寄与率Ｋspを用いて推定検出された給湯熱交換器２の出側の湯温は実際の出側の湯温よりもずれる場合があり、その原因は、本発明者等が究明したところによれば、寄与率Ｋが燃焼熱量に応じて可変していることに因るものであった。
【００４９】
それというのは、予め定めた最大燃焼熱量近傍でバーナ１の燃焼を行っているときには、燃焼火炎は大きく立ち上がっていることから、燃焼火炎の熱は下段の管路１７だけでなく上段の管路１８にも十分に加えられ、下段の管路１７を流れる単位流量当たりの水流が燃焼火炎から吸熱する熱量と、上段の管路１８を流れる単位流量当たりの水流が燃焼火炎から吸熱する熱量とはほぼ等しくなるが、燃焼熱量が小さくなるに従って燃焼火炎は小さくなり、例えば、予め定めた最小燃焼熱量の近傍では燃焼火炎はとても小さく、燃焼火炎の熱は上段の管路１８に殆ど加えられず、燃焼火炎から給湯熱交換器２全体に吸熱される熱量のうちの殆どが下段の管路１７で吸熱されることになる。このことから、上記下段の管路１７に設けられた熱交サーミスタ１５の湯温検出部位における寄与率Ｋは、図４の実線Ｌに示すように、燃焼熱量が小さくなるに従って大きくなるというものである。
【００５０】
なお、図４では予め定めた最小燃焼熱量を０％と設定し、燃焼熱量が増加するに従って％値が大きくなって予め定めた最大燃焼熱量が１００％となるように、燃焼熱量を％値に置き換えて示されている。
【００５１】
そこで、この実施形態例では、データ格納部２２に格納されている寄与率Ｋspを燃焼熱量に応じて補正する図１の点線に示す寄与率補正部２８を備えた。
【００５２】
データ格納部２２には前記予め定められ格納されている寄与率Ｋspを燃焼熱量の大きさに応じて補正するための寄与率補正データが予め定め格納されている。例えば、図４の実線Ｌに示す寄与率に対する上記点線Ｍに示す寄与率Ｋspのずれ量ΔＫ、つまり、寄与率補正値のデータが燃焼熱量に対応させて上記寄与率補正データとして格納されている。この実施形態例では、図４に示すように、燃焼熱量が小さくなるに従って上記ずれ量ΔＫは大きくなることから、図３の（ａ）に示すように、燃焼熱量が小さくなるに従って上記寄与率補正値ΔＫが大きくなるように設定された寄与率補正データが与えられている。なお、上記寄与率補正データは表データにより与えてもよい。
【００５３】
寄与率補正部２８は、燃焼熱量制御部２４の推定湯温採用式燃焼熱量制御部２５又は実測湯温採用式燃焼熱量制御部２６からバーナ１の燃焼熱量の情報を時々刻々と取り込み、該燃焼熱量の情報と、上記データ格納部２２に格納されている寄与率補正データとに基づいて、上記寄与率Ｋspを補正する。具体的には、寄与率補正部２８は、上記取り込んだ燃焼熱量を上記寄与率補正データに照らし合わせて上記燃焼熱量に対応した寄与率補正値ΔＫを検出し、該検出した補正値ΔＫを上記寄与率Ｋspに加算して寄与率を補正する。この補正された寄与率Ｋhgの情報は、熱交換器出側湯温推定検出部２０に加えられる。
【００５４】
熱交換器出側湯温推定検出部２０は、データ格納部２２に予め格納されている寄与率Ｋspを用いるのに代えて、上記寄与率補正部２８から加えられた補正後の寄与率Ｋhgを用いて、前記したように、給湯熱交換器２の出側の湯温Ｔout を推定検出する。
【００５５】
この実施形態例によれば、前記各実施形態例の構成に加えて、出側の湯温Ｔout を推定検出する際に使用される寄与率Ｋを燃焼熱量の大小に応じて補正する構成を備えているので、前記各実施形態例と同様の優れた効果を得ることができる上に、燃焼熱量に応じた正確な寄与率Ｋhgを用いて出側の湯温Ｔout を推定検出することができ、正確な出側の湯温を得ることができる。
【００５６】
もちろん、前記各実施形態例に示したように、予め定めた固定の寄与率Ｋを用いて出側の湯温を推定検出しても、実際の出側の湯温に対する上記推定検出された出側の湯温のずれ量は少ないし、出湯湯温が給湯設定温度の近傍温度になったときには実測された出側の湯温に基づいて燃焼熱量制御が行われるので、出湯湯温を精度良く給湯設定温度に安定させることができる。
【００５７】
なお、この発明は上記各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記各実施形態例では、熱交サーミスタ１５は給湯熱交換器２における下段の管路１７の水流温度を検出するように設けられていたが、上段の管路１８の湯水流温度を検出するように熱交サーミスタ１５を設けてもよい。この場合に、寄与率補正部２８による寄与率の補正が行われるときには、熱交サーミスタ１５の湯温検出部位における寄与率Ｋは、図５の実線Ｎに示すように、燃焼熱量が小さくなるに従って小さくなる。
【００５８】
このことから、例えば、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１の燃焼を行ったときの寄与率Ｋが予め求められて図５に示す寄与率Ｋspとしてデータ格納部２２に格納されているときには、上記熱交サーミスタ１５の湯温検出部位における寄与率Ｋに対する上記寄与率Ｋspのずれ量（寄与率補正量）ΔＫのデータが燃焼熱量に対応させて図３の（ｂ）に示すような寄与率補正データとしてデータ格納部２２に格納され、寄与率補正部２８は、取り込んだ燃焼熱量に対応する上記寄与率補正量ΔＫを上記寄与率補正データから検出し、上記寄与率Ｋspから寄与率補正量ΔＫを差し引いて寄与率の補正を行う。
【００５９】
また、上記各実施形態例では、偏差ΔＴが零から設定範囲の上限値までの間隔と、偏差ΔＴが零から下限値までの間隔とが等しくなるように、設定範囲が設定されていたが、上記偏差ΔＴが零から設定範囲の上限値までの間隔と、偏差ΔＴが零から下限値までの間隔とが異なるように、設定範囲を設定してもよい。
【００６０】
さらに、上記第３の実施形態例では、燃焼熱量だけを考慮して寄与率を補正していたが、この発明の応用例として、燃焼熱量以外にも入水サーミスタ５により検出される入水温度Ｔinや、水量センサＦＳにより検出される給水流量Ｑや、燃焼に使用する燃料ガス種をも考慮して、寄与率Ｋを補正してもよい。この場合、上記入水温度Ｔinと流量Ｑと燃料ガス種のうちの１つ以上と、燃焼熱量との組み合わせによって寄与率を補正するための寄与率補正データが与えられることになる。
【００６１】
例えば、入水温度Ｔinが低くなるに従って給湯熱交換器２の入側で吸熱される熱量が多くなると考えられることから、この実施形態例では、給水通路３から給湯熱交換器２の下段の管路１７に水が入り込む構成であるので、入水温度Ｔinが低くなるに従って下段の管路１７で吸熱する熱量が多くなり、熱交サーミスタ１５の湯温検出部位である下段の管路１７での燃焼熱量変化に対する寄与率Ｋの傾きは、図４の鎖線Ｌ’に示すように、入水温Ｔinが低くなるに従って大きくなると考えられる。このことから、予め定められた寄与率Ｋspは燃焼熱量が小さくなるに従って、また、入水温度Ｔinが低くなるに従って、大きくなる方向に補正されることになる。
【００６２】
さらに、上記各実施形態例では、予め定めた最大燃焼熱量でバーナ１を燃焼させているときの熱交サーミスタ１５の湯温検出部位の寄与率を予め求めてデータ格納部２２に寄与率Ｋspとして格納していたが、最大燃焼熱量以外の燃焼熱量でバーナ１を燃焼させたときの熱交サーミスタ１５の湯温検出部位の寄与率を求めて寄与率Ｋspとしてデータ格納部２２に格納してもよい。この場合に、寄与率補正部２８による寄与率の補正が行われるときには、もちろん、上記データ格納部２２に格納された寄与率Ｋspを燃焼熱量の大小に応じて補正するためのデータが寄与率補正データとして予め定めて格納される。
【００６３】
さらに、上記第３の実施形態例では、寄与率補正データとして、寄与率補正値ΔＫのデータが燃焼熱量に対応させて与えられていたが、設定の寄与率Ｋspを燃焼熱量に基づいて補正するための演算式データを寄与率補正データとして与えてもよい。例えば、補正後の寄与率をＫhgで表し、燃焼熱量の大きさをＰで表し、予め定めた係数をαで表したときに、Ｋhg＝Ｋsp＋（Ｐ×α）の演算式を寄与率補正データとして与えてもよい。この場合には、寄与率補正部２８は燃焼熱量Ｐを利用し上記寄与率補正データの演算に従って寄与率Ｋspを補正する。
【００６４】
さらに、上記実施形態例では図６に示す給湯器を例にして説明したが、湯を作り出す熱交換器と、該熱交換器を燃焼加熱するバーナと、入水温度検出手段とを有し、給湯設定温度に対する熱交換器から流れ出る湯温のずれを補正するために熱交換器の出側の湯温に基づいてバーナ燃焼熱量制御を行う制御構成を備えた給湯機能付きの燃焼機器であれば、この発明は適用することができる。例えば、給湯通路４と浴槽とを連通接続する湯張り通路を設け、給湯熱交換器２により作られた湯を上記湯張り通路を通して浴槽に注湯する湯張り機能と、給湯機能とを備えた燃焼機器や、上記給湯機能に加えて風呂の追い焚き機能を備えた燃焼機器にも本発明は適用することができる。
【００６５】
【発明の効果】
この発明によれば、熱交換器内の湯温を検出する熱交換器湯温検出手段を設け、該熱交換器湯温検出手段により検出される湯温と予め定められた寄与率とに基づいて、熱交換器の出側の湯温を推定検出し、給湯設定温度に対する上記推定検出された出側の湯温の偏差が予め定めた設定範囲から外れたときには、推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御に切り換える構成を備えたので、熱交換器内の湯温が給湯設定温度の湯を出湯させるための湯温よりも上記設定範囲を越えてずれたときに、その湯温変動が発生した直後に、湯温変動を抑制する方向に燃焼熱量を制御することができ、このことによって出湯湯温変動に対する燃焼熱量制御の応答性を格段に向上させることができる。
【００６６】
また、給湯設定温度に対する出湯湯温の偏差が上記設定範囲以内になったときには実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御に切り換えるので、出湯湯温を給湯設定温度に正確に合わせ、その状態で安定させることができる。
【００６７】
上記の如く、推定湯温採用式燃焼熱量制御部と実測湯温採用式燃焼熱量制御部とを切り換えて燃焼熱量制御を行うことによって、出湯湯温が設定温度に対して大幅に外れているとき、例えば、出湯が開始された時や設定温度が変更された時や通水流量が変動した時等には、上記の如く推定湯温採用式燃焼熱量制御部によって燃焼熱量制御が行われて設定温度に向けて応答性良く燃焼熱量制御が行われ、出湯湯温を設定温度により早く高めることが可能であり、設定温度に安定するまでの時間短縮を図ることができる。
【００６８】
燃焼熱量制御はＰＩＤ制御により行われ、推定検出された出側の湯温に基づいて燃焼熱量制御を行うときには、実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御を行うときよりも、比例定数と積分定数と微分定数のうちの１つ以上の定数を、つまり、ＰＩＤ定数を大きく設定する構成を備えたものにあっては、出湯湯温が給湯設定温度よりも大幅にずれているときには、燃焼熱量の制御量が大きく、出湯湯温を給湯設定温度に向けて大きく変化させることができ、より早く出湯温度を給湯設定温度に近付けることができ、出湯湯温変動を回復させるのに要する時間の短縮を図ることができる。
【００６９】
また、出湯湯温が給湯設定温度の近傍温度になったときには、燃焼熱量の制御量が小さくなり、出湯湯温を給湯設定温度に一致させるための微少な湯温制御が可能であり、出湯湯温を給湯設定温度に一致させることが容易となり、出湯湯温を給湯設定温度に精度良く一致させることができる。
【００７０】
実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定するための設定範囲の上限値は、推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定する設定範囲の上限値よりも高く、実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定するための設定範囲の下限値は、推定検出された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御から実測された出側の湯温に基づいた燃焼熱量制御への切り換えを決定する設定範囲の下限値よりも低く設定されている構成を備えたものにあっては、燃焼熱量制御の切り換えのハンチングを防止することができ、燃焼熱量制御の切り換えをスムーズに行うことができる。
【００７１】
燃焼熱量の大小に応じて寄与率を補正する構成を備えたものにあっては、燃焼熱量の大小に応じた正確な寄与率を得ることができ、この正確な寄与率に基づいて熱交換器の出側の湯温を推定検出することによって、実際の出側の湯温にほぼ一致した出側の湯温を推定検出することができ、この推定検出された正確な出側の湯温に基づいて燃焼熱量制御を行うことによって、より一層精度良く、給湯湯温を給湯設定温度に一致させるための燃焼熱量制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】上記各実施形態例において特徴的な制御構成を示すブロック図である。
【図２】給湯設定温度に対する出湯湯温の偏差によって燃焼熱量制御手法を切り換えるための設定範囲例を示すグラフである。
【図３】寄与率補正データの例を示すグラフである。
【図４】給湯熱交換器の下段の管路の水流温度を検出するように熱交サーミスタを設けた場合に熱交サーミスタの湯温検出部位における寄与率を燃焼熱量に対応させて示すグラフである。
【図５】給湯熱交換器の上段の管路の水流温度を検出するように熱交サーミスタを設けた場合に熱交サーミスタの湯温検出部位における寄与率を燃焼熱量に対応させて示すグラフである。
【図６】この発明を適用することができる燃焼機器の一例を示すモデル図である。
【図７】給湯熱交換器の構造例を示すモデル図である。
【図８】提案例の問題を示すグラフである。
【符号の説明】
１  バーナ
２  給湯熱交換器
３  給水通路
５  入水サーミスタ
６  出湯サーミスタ
１５  熱交サーミスタ
１７  下段の管路
１８  上段の管路
２０  熱交換器出側湯温推定検出部
２１  偏差検出部
２２  データ格納部
２３  燃焼熱量制御切り換え部
２５  推定湯温採用式燃焼熱量制御部
２６  実測湯温採用式燃焼熱量制御部
２８  寄与率補正部
【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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【図７】
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【図８】
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