燃焼装置
【課題】本発明は、省エネルギーを図りつつ、暖房端末に供給される湯又は熱媒体の温度を安定させて、使用者に不快を感じさせることがない燃焼装置を提供することを目的とした。
【解決手段】燃焼装置１は、外部の器具との間で循環回路を形成し、バーナ８で加熱した湯水又は熱媒体を循環回路に流して外部の器具に供給するものである。循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度は、比例制御とオンオフ制御で制御される。そして、オンオフ制御によってバーナ８の燃焼量が制御されている際には、循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度の平均値Ｔｖと目標温度Ｔｓとの関係に応じて、バーナ８のオンとオフの切り替え温度が変更される。
【解決手段】燃焼装置１は、外部の器具との間で循環回路を形成し、バーナ８で加熱した湯水又は熱媒体を循環回路に流して外部の器具に供給するものである。循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度は、比例制御とオンオフ制御で制御される。そして、オンオフ制御によってバーナ８の燃焼量が制御されている際には、循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度の平均値Ｔｖと目標温度Ｔｓとの関係に応じて、バーナ８のオンとオフの切り替え温度が変更される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置に関するものであり、特に暖房用端末に対して湯又は熱媒体を供給可能な燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給湯用の湯水を加熱する給湯加熱機能に加えて、床暖房器具やファンコンベクタ等の暖房機器（暖房端末）へ供給される湯又は熱媒体を加熱する暖房加熱機能と、浴槽内の湯水を加熱する追い焚き機能を１台の装置で賄う構造を備えた燃焼装置が知られている。例えば、特許文献１にこの技術が開示されている。
【０００３】
この種の燃焼装置は、給湯用の熱交換器に加えて、風呂・暖房用の熱交換器を備え、外部のファンコンベクタ等に湯又は熱媒体を流出させる高温往き口と、外部の床暖房機器等に湯又は熱媒体を流出させる低温往き口と、高温往き口又は低温往き口から外部に流出した湯又は熱媒体を再び燃焼装置内に流入させる暖房戻り口とが設けられている。
【０００４】
即ち、ファンコンベクタ等の高温の湯を要する機器が、高温往き口と暖房戻り口との間に接続されて、燃焼装置とファンコンベクタ等との間で一連の循環路（高温側循環路）を形成し、床暖房機器等の比較的低温の湯を要する器具が、低温往き口と暖房戻り口との間に接続されて、燃焼装置と床暖房機器等との間で一連の循環路（低温側循環路）を形成している。そして、高温側循環路を介して一定の温度領域に維持された高温の湯がファンコンベクタ等に導入されてその暖房機器の機能が果たされ、低温側循環路を介して一定の温度領域に維持された低温の湯が床暖房器具等に導入されてその暖房機器の機能が果たされる。
【０００５】
ところで、このような燃焼装置では、暖房加熱運転を行う場合、ファンコンベクタや床暖房器具等のいずれの暖房端末が使用されるということに関わらず、現在の低温往き側の温度と予め設定された低温往き側の目標温度との温度偏差に応じてバーナが比例制御される。即ち、比例制御では、図１０に示すように、低温往き側の温度が低く前記温度偏差が大きいほど、バーナにおける燃焼量が大きく調整され、逆に低温往き側の温度が高く前記温度偏差が小さいほどバーナにおける燃焼量が小さく調整される。
比例制御を採用する場合においては、図１０に示すように、現在の湯の温度が目標温度と一致し、温度偏差がゼロであっても、暖房器具からの放熱を補うためにバーナは燃焼している。
【０００６】
しかしながら、例えば放熱量が小さく、且つ燃焼装置の容量が大きい場合には、図１１に示すように、バーナで発生する火炎の長さが極めて短いものとなってしまい、安定した燃焼状態を維持できなくなってしまう。
また、火炎を維持できる範囲であったとしても、火炎の長さが極めて短い場合は炎孔が過度に加熱され、バーナの寿命を損ねてしまう。さらに、火炎の長さが極めて短い場合は、ガスと空気との混合比率（所謂空燃比）を安定させることが難しいという問題もある。
【０００７】
そこで、暖房器具に使用する燃焼装置では、図１２に示すように、バーナ１０８を複数の燃焼領域に分け、燃焼領域を変えることによって、火炎の長さを維持する構成が採用されている。例えば、図１２に示す燃焼装置では、９本のバーナ１０８を有し、この９本のバーナ１０８が燃焼エリアＡと燃焼エリアＢに区分されている。そして、各燃焼エリア毎に燃焼ガスを供給する流路には、それぞれ電磁弁１１４が設けられている。
なお、２つの電磁弁１１４に燃料ガスを供給する流路は共通であり、当該共通配管部分に比例弁１１３が設けられている。
【０００８】
そして、前記したように、温度偏差がゼロである場合に、図１１、図１３（ｂ）に示すように、火炎の長さが過度に短くなってしまう場合には、図１３（ｃ）に示すように、燃焼領域を例えば燃焼エリアＡだけに限定し、３本のバーナ１０８だけを点火し、他の６本のバーナ１０８は消火状態とする。その結果、実際に燃焼されるエリアのバーナ１０８の炎は大きくなり、安定燃焼を維持することができる。
即ち、従来の燃焼装置では、温度偏差がゼロである場合に、図１１、図１３（ｂ）に示すように、火炎の長さが過度に短くなってしまう場合には、図１３（ｃ）に示すように、燃焼領域を例えば燃焼エリアＡだけに限定して、バーナ１０８を比例制御する。
【０００９】
ところが、図１３（ｃ）に示すように、燃焼領域を限定すると、燃焼装置の熱効率が低下するという不満がある。例えば、図１２に示すように、２つの燃焼エリアＡ，Ｂがあり、燃焼エリアＡだけを燃焼させて燃焼エリアＢを消火すると、燃焼エリアＡを燃焼している時に、非燃焼領域たる燃焼エリアＢに対しても燃焼用の空気が供給され、その空気が燃焼に寄与されることなく熱交換器の表面を通過するため、熱交換器が無駄に冷却されてしまう。
【００１０】
即ち、燃焼領域を限定してバーナ１０８を燃焼させると、空気によって熱交換器が冷却され、冷却により失われた熱量を上積みした加熱量が必要となるため、熱交換効率が悪く、省エネルギーの観点からも不満がある。特に、暖房加熱運転では、連続して運転される時間が給湯運転等の場合より長くなる傾向があるため、暖房加熱運転において省エネルギーを図る必要性が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２４４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明者らは、温度偏差がゼロである場合に、図１１、図１３（ｂ）に示すように、火炎の長さが過度に短くなってしまう場合には、比例制御を維持することを断念し、制御方法をオンオフ制御に切り替えた。
即ち、温度偏差がゼロである場合に、全ての燃焼領域でバーナ１０８を燃焼させ、図１１、図１３（ｂ）に示すように、火炎の長さを過度に短くなってしまわざるを得ない場合には、全てのバーナ１０８が消火する時間を設けた。即ち、図１４に示すように、バーナ１０８がオンである期間は、全ての燃焼領域で燃焼し得る最下限の燃焼量にし、その期間が終了すればオフの期間に切り替えるという一連の制御を行うこととした。
その結果、バーナが燃焼している期間をオフ時間により実質的に減少できるため、比例制御による場合に比べて時間的燃焼量を減少することができる。そのため、全ての燃焼領域で燃焼したとしても、バーナ１０８の燃焼量が、暖房器具による放熱量を過度に超えてしまうという不具合がない。また、無駄な送風によって熱交換器が冷やされてしまう不具合もない。
【００１３】
しかしながら、暖房加熱運転において、全燃焼領域で燃焼制御した場合、燃焼領域を限定して燃焼制御する場合に比べて、暖房器具の熱負荷の影響を受け易く、安定した温度の湯又は熱媒体を暖房器具に供給できないという不満がある。特に、この問題は、低温往き口側と接続された床暖房器具等を使用する暖房運転の際に顕著に現れた。
【００１４】
即ち、暖房加熱運転では、前記したように、オンオフ制御によって、低温往き側の湯又は熱媒体の温度が一定の温度幅に維持されるが、平均温度の観点から見てみると、暖房器具の熱負荷によって、目標温度（摂氏６０度）に安定しない。具体的には、床暖房器具を使用し、且つ低負荷（室内が暖かく床暖房が冷めにくい状況等）の場合には、図１５に示すように、燃焼オン時に急激に昇温する反面、燃焼オフ時には温度降下勾配がなだらかになるため、摂氏６０度以下を示す期間が長くなる。これにより、低温往き側の温度の平均値は摂氏６０度より低くなる。換言すれば、使用者が摂氏６０度より低い温度を体感する期間が長くなり、暖房機器としては好ましくない。
【００１５】
一方、床暖房器具を使用し、且つ高負荷（室内が冷えており床暖房器具が冷めやすい状況や、床面に多数の人が乗っている状況等）の場合には、図１６に示すように、燃焼オン時になだらかに昇温する反面、温度降下勾配が急になるため、摂氏６０度以上を示す期間が長くなる。これにより、低温往き側の温度の平均値は摂氏６０度より高くなる。換言すれば、使用者が摂氏６０度より高い温度を体感する期間が長くなる。この状況は、暖房機器としての役割は果たしているため、使用者に不快を与える程度は小さいが、省エネルギーの観点からは若干無駄と言える。なお、図１５、１６に示す結果は、低温往き口近傍で検知した低温の湯の温度である。
従って、全燃焼領域で燃焼制御した場合、暖房機器の熱負荷の状態によって、使用者が体感する温度が変化し、不快を感じさせたり、省エネルギーを図ることが困難となってしまう懸念があった。
【００１６】
そこで、本発明では、従来技術の問題に鑑み、省エネルギーを図りつつ、暖房端末に供給される湯又は熱媒体の温度を安定させて、使用者に不快を感じさせることがない燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、外部の器具との間で循環回路を形成し、バーナで加熱した湯水又は熱媒体を前記循環回路に流して外部の器具に湯水又は熱媒体を供給する燃焼装置において、バーナの燃焼量を比例制御して前記循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度を制御するものであり、所定の条件下においては、比例制御に代わってオンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されて、前記循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度が制御されるものであって、オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度の平均値と所定温度との関係に応じて、及び／又は、循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度が前記所定温度以上である時間の割合に応じて、バーナのオンとオフの切り替え温度が変更されることを特徴とする燃焼装置とされている。
【００１８】
本発明の燃焼装置は、循環回路を流れる湯水又は熱媒体（以下、単に循環湯水とも称す）の温度が、ほぼ直接的に使用者の快適性に大きく影響を与えるものと考え、特にオンオフ制御の際に、循環湯水の温度を使用者が快適に感じ得る所定の温度に制御することとした。
即ち、本発明は、オンオフ制御が実行されている際に、循環湯水の温度の平均値と所定温度との関係に応じて、バーナのオンとオフの切り替え温度を変更したり、循環湯水の温度が所定温度以上である時間の割合に応じて、バーナのオンとオフの切り替え温度を変更する構成とされている。
【００１９】
具体的には、循環湯水の温度の平均値と所定温度との関係に応じてバーナのオンとオフの切り替え温度を変更する場合であれば、平均値が所定温度より低い場合にその平均値が高くなるようにオン温度やオフ温度を高い側に変更でき、逆に平均値が所定温度より高い場合にその平均値が低くなるようにオン温度やオフ温度を低い側に変更できる。これにより、循環湯水の温度の平均値が、所定温度と比較して大小するような関係であっても、その平均値を所定温度に近づけることができるため、確実に使用者の快適性を向上させることが可能となる。
【００２０】
また、循環湯水の温度が所定温度以上である時間の割合に応じてバーナのオンとオフの切り替え温度を変更する場合であれば、循環湯水の温度が所定温度以上である時間の割合が所定温度より低い時間の割合より低い場合に、所定温度以上である時間の割合が所定温度より低い時間の割合と同等又はそれ以上となるようにオン温度やオフ温度を高い側に変更できる。これにより、循環湯水の温度が、所定温度と比較して所定温度以上となる時間の割合が平衡状態（所定温度以上の時間の割合と所定温度より低い時間の割合がほぼ同じ状態）から低い側にずれたような場合に、その循環湯水の温度が所定温度以上となる時間の割合を平衡状態もしくは平衡状態より高くなるように制御することができるため、確実に使用者の快適性を向上させることが可能となる。
【００２１】
本発明によれば、オンオフ制御におけるバーナのオン温度とオフ温度の変更が可能とされることにより、複数の燃焼領域があり、燃焼制御において非燃焼領域を形成しない制御を有した構成であっても、外部の器具に供給される湯又は熱媒体の温度を使用者が快適に感じる温度に安定させることができる。これにより、本発明の燃焼装置は、使用者に不快を感じさせることがない。また、結果として、燃焼状態において非燃焼領域を形成しない構成とすることが可能であるため、熱交換効率を向上させることができ、省エネルギーを図ることができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、燃焼装置から器具側に湯水又は熱媒体が吐出される流路に温度検知手段が設けられ、オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、前記温度検知手段の検知温度が目標温度に一致するようにバーナがオンオフされ、前記目標温度は、前記所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度であり、循環流路に流れる湯水又は熱媒体の温度の時間的平均値を前記温度検知手段の検知温度に基づいて演算し、前記平均値が前記所定温度よりも低い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を上方に補正し、前記平均値が前記所定温度よりも高い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を下方に補正することを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置である。
【００２３】
かかる構成によれば、バーナのオンオフが、目標温度たる所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度に一致するように制御される。そして、その制御に基づいた循環湯水の温度を、温度検知手段によって検知して温度の時間的な平均値を演算し、その平均値と所定温度との関係によりバーナのオンとオフの切り替え温度を補正できる。これにより、循環湯水の温度の平均値が所定温度からずれれば、その平均値を迅速に所定温度に近づけて外部の器具に供給される湯又は熱媒体の温度を安定させることができるため、使用者の快適性をより確実に向上させることが可能となる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、燃焼装置から器具側に湯水又は熱媒体が吐出される流路に温度検知手段が設けられ、オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、前記温度検知手段の検知温度が目標温度に一致するようにバーナがオンオフされ、前記目標温度は、前記所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度であり、循環流路に流れる湯水又は熱媒体の温度が前記所定温度以上である時間の割合を前記温度検知手段の検知温度に基づいて演算し、前記温度が前記所定温度以上である割合が低い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を上方に補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置である。
【００２５】
かかる構成によれば、バーナのオンオフが、目標温度たる所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度に一致するように制御される。そして、その制御に基づいた循環湯水の温度を、温度検知手段によって検知してその検知温度が所定温度以上である時間の割合を演算し、その演算された時間の割合に基づいてバーナのオンとオフの切り替え温度を補正できる。これにより、循環湯水の温度が所定以上である時間の割合が低い状態となれば、迅速にその割合を増加させることができるため、使用者の快適性をより確実に向上させることが可能となる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、前記外部の器具に対して供給する湯水又は熱媒体を加熱するバーナは、１又は複数の燃焼領域に分割されており、各領域は独立して燃焼できるものであって、前記所定の条件は、バーナの燃焼量が、比例制御によって全燃焼領域において出力し得る最小の燃焼量となった時であり、オンオフ制御では、前記最小の燃焼量でオンすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００２７】
かかる構成によれば、比例制御からオンオフ制御に切り替わるタイミングを、全燃焼領域において出力し得る最小の燃焼量を最下限燃焼量としたため、いずれの制御においても、燃焼に供しない空気が発生することがなく、加熱された湯水又は熱媒体が冷却されることがない。これにより、本発明によれば、熱効率を向上させた燃焼装置を提供することが可能である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の燃焼装置では、オンオフ制御における、バーナのオン温度とオフ温度の変更を可能としたため、循環流路に流れる湯又は熱媒体の温度が低く過ぎたり高過ぎて使用者に不快を与えることがない。また結果として、オンオフ制御において、全燃焼領域で出力し得る最も小さい燃焼量とすることが可能となり、省エネルギーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃焼装置を示す作動原理図である。
【図２】図１の作動原理図の要部を抜き出して簡略化した配管系統図である。
【図３】図２の配管系統図に暖房運転の際における低温の湯の通過経路を示した説明図である。
【図４】図２の配管系統図に暖房運転の際における高温の湯の通過経路を示した説明図である。
【図５】図２の配管系統図に追い焚き運転の際における湯の通過経路を示した説明図である。
【図６】図１の燃焼装置におけるオンオフ制御時の動作を示すフローチャートである。
【図７】図１の燃焼装置におけるオンオフ制御時の低温の湯（高負荷）の温度変化を示すグラフである。（太線：本実施形態のオンオフ制御、細線：従来技術のオンオフ制御）
【図８】図１の燃焼装置におけるオンオフ制御時の低温の湯（低負荷）の温度変化を示すグラフである。（太線：本実施形態のオンオフ制御、細線：従来技術のオンオフ制御）
【図９】別の実施形態における低温の湯の温度と時間の関係を示すグラフである。
【図１０】比例制御における燃焼量の変化と温度変化の関係を示すグラフである。
【図１１】比例制御における燃焼量の変化と温度変化の関係を示すグラフであり、外部の熱負荷が小さい場合を示すグラフである。
【図１２】複数の燃焼領域を備えた燃焼装置の要部を示した概念図である。
【図１３】バーナにおける燃焼状態を示す説明図で、（ａ）は全燃焼領域での燃焼をしめす図で、（ｂ）は全燃焼領域での最小燃焼量を示す図で、（ｃ）は燃焼エリアＡでの燃焼を示す図である。
【図１４】比例制御における燃焼量の変化と温度変化の関係と、オンオフ制御における燃焼量の変化と温度変化の関係を示すグラフである。
【図１５】従来技術の燃焼装置におけるオンオフ制御時の低温の湯（低負荷）の温度変化を示すグラフである。
【図１６】従来技術の燃焼装置におけるオンオフ制御時の低温の湯（高負荷）の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態に係る燃焼装置について説明する。
本発明の燃焼装置１は、内部に独立した２系統の缶体及び配管系統を備える。即ち、図１に示すように、右側は給湯用缶体２であり、左側は、風呂・暖房機器用缶体３に使用される。
なお、本発明において採用された給湯用、並びに、風呂・暖房機器用の配管系統は、共に公知のものである。そして、本発明における特徴的機能が、風呂及び暖房機器用の配管系統側にあるため、当該部位の配管系統に重点をおいて説明し、他は省略する。
【００３１】
風呂・暖房機器用缶体３は、大別して加熱部５と、加熱部５に送風する公知の送風機９と、加熱部５において発生した燃焼ガスと湯水や熱媒体等（以下、単に湯水と称す）とが熱交換を行う熱交換部６と、熱交換部６を通過した燃焼ガスを風呂・暖房機器用缶体３の外部に排出する排気部７とから構成されている。
なお、本実施形態では、排気部７は給湯用缶体２と一体的に形成された部位である。即ち、排気部７では、給湯用缶体２側で発生した燃焼ガスと、風呂・暖房機器用缶体３側で発生した燃焼ガスとが合流し得る部分である。
【００３２】
加熱部５は、ガスや灯油等の液体燃料を燃焼するバーナ８と、燃焼空間部１０とから構成されている。本実施形態では、バーナ８は、独立して燃焼できるように、２つの燃焼領域Ａ，Ｂに分割されている。具体的には、燃焼領域Ａは、２本のバーナ８が配され、燃焼領域Ｂは、５本のバーナ８が配されている。また、それぞれの燃焼領域Ａ，Ｂに対して、燃料の供給を制限可能な電磁弁１４が設けられている。電磁弁１４は、燃焼領域Ａには１つ、燃焼領域Ｂには２つ配されている。そして、バーナ８において発生した高温の燃焼ガスは、燃焼空間部１０を通過し、熱交換部６へと流入する。
【００３３】
熱交換部６は、燃焼空間部１０より燃焼ガスの流れ方向下流側に位置し、主に燃焼ガスの顕熱を回収する一次熱交換器１１と、主に燃焼ガスの潜熱を回収する二次熱交換器１２とにより構成されている。また、一次熱交換器１１は、二次熱交換器１２よりも燃焼ガスの流れ方向上流側に位置し、互いに直列に接続されている。
【００３４】
一次熱交換器１１は、主要部分が銅製であり、内部に湯が流れるフィンアンドチューブ式の熱交換器である。
二次熱交換器１２は、主要部分がステンレス鋼製であり、一次熱交換器１１に比べて防腐食性に優れている。また、二次熱交換器１２は、一次熱交換器１１において回収しきれなかった燃焼ガスの熱エネルギーを回収する部分である。そのため、二次熱交換器１２を通過した燃焼ガスは、摂氏１００度以下（一般的に、摂氏６０度程度）の低温となる。また、二次熱交換器１２では、燃焼ガスが摂氏１００度以下の低温となることで、燃焼ガスに含まれた水蒸気が液化してドレンが発生する部分でもある。そして、このドレンは、燃焼ガスに晒されることで酸性を呈するため、本実施形態では、酸性のドレンを中和して排出可能なドレン排出系統３４が設けられている。
【００３５】
続いて、風呂側と暖房側のそれぞれに属し、それぞれに形成された回路構成部材について説明する。
本実施形態の燃焼装置１には、暖房の高温側の湯の往き口（高温往き口）３０と、暖房の湯の戻り口（暖房戻り口）３１と、暖房の低温側の湯の往き口（低温往き口）３２が設けられている。
そして、風呂側の回路に属する部材として、追い焚き用熱交換器１３と、風呂熱動弁１５と、風呂循環ポンプ１６がある。一方、暖房側の回路に属する部材として、暖房循環ポンプ１７と、膨張タンク１８と、バイパス熱動弁２０がある。
【００３６】
暖房戻り口３１は、二次熱交換器１２の入り側に接続され、二次熱交換器１２の出側は一次熱交換器１１の入り側に接続されている。また、二次熱交換器１２と一次熱交換器１１の入り側の間には、湯水の流れ方向上流側から順番に、膨張タンク１８、暖房循環ポンプ１７が配されている。そして、一次熱交換器１１の出側は、高温往き口３０に接続されている。従って、暖房戻り口３１を始点とすれば、下流側に向かって順番に、二次熱交換器１２、膨張タンク１８、一次熱交換器１１が接続され、終点たる高温往き口３０に至っている。なお、本実施形態では、膨張タンク１８に湯水の温度を検知する低温側温度センサ２５が設けられている。
【００３７】
また、高温往き口３０は、高温の湯を使用する外部の暖房機器であるファンコンベクタ等と接続されており、さらにこのファンコンベクタ等は暖房戻り口３１と接続されている。即ち、燃焼装置１は、ファンコンベクタ等に湯水が循環する高温側循環流路が形成されている。なお、ファンコンベクタ等の高温の湯を使用する暖房機器には、一般的に暖房機器側に熱動弁があり、暖房機器側の熱動弁によって湯の流れが断続される。
【００３８】
また、暖房循環ポンプ１７の出側と、一次熱交換器１１の入り側の間は分岐されており、その分岐路は低温往き口３２に接続されている。そして、低温往き口３２は、低温の湯を使用する外部の暖房機器である床暖房器具等と接続されており、さらにこの床暖房器具等は暖房戻り口３１と接続されている。即ち、燃焼装置１は、床暖房器具等に湯が循環する低温側循環流路が形成されている。なお、床暖房器具等の低温の湯を使用する暖房機器は、燃焼装置１に付属する熱動弁５０によって湯の流れが断続される。
【００３９】
一次熱交換器１１の出側と高温往き側３０の間には、バイパス流路２１の一端側が接続されている。そして、バイパス流路２１の他端側は、二次熱交換器１０の出側と膨張タンク１８との間に接続されている。換言すれば、バイパス流路２１は、一次熱交換器１１を短絡するものであり、二次熱交換器１２を短絡するものではない。
また、バイパス流路２１には、バイパス熱動弁２０が設けられている。さらに、バイパス流路２１には、バイパス熱動弁２０をバイパスするサブバイパス流路２２が設けられている。
【００４０】
サブバイパス流路２２は、バイパス流路２１よりも流路断面が小さく、常に開放された流路である。即ち、バイパス流路２１には、バイパス熱動弁２０の開閉状態に関わらず、常にサブバイパス流路２２を介して湯水が通過する。即ち、バイパス流路２１には、バイパス熱動弁２０の閉状態に、サブバイパス流路２２に流通し得る流量が流れ、バイパス熱動弁２０の開状態に、サブバイパス流路２２に流通し得る流量以上の流量が流れる。
【００４１】
また、追い焚き用熱交換器１３は、所謂液液熱交換器であり、図１に示すように、一次側においては、一次熱交換器１１及び二次熱交換器１２と配管を介して直列に接続されている。即ち、追い焚き用熱交換器１３の一次側の入り側は、一次熱交換器１１の出側と接続されている。これにより、追い焚き用熱交換器１３には、一次熱交換器１１及び二次熱交換器１２で加熱された高温の湯水が流れる。
【００４２】
また、追い焚き用熱交換器１３の二次側には、図示しない浴槽の湯水が流れる追い焚き循環回路２３が接続されている。従って、追い焚き用熱交換器１３は、一次側を流れる高温の湯水によって、二次側を流れる湯水を加熱することができる。
【００４３】
また、追い焚き用熱交換器１３の一次側は、一次熱交換器１１と二次熱交換器１２の両端側を短絡して接続する関係に接続されている。即ち、追い焚き用熱交換器１３の一次側の出側は、配管を介して、暖房戻り口３１と二次熱交換器１２の入り側の間に接続されている。換言すれば、追い焚き用熱交換器１３の一次側の出側は、二次熱交換器１２の上流側で接続されている。そして、追い焚き用熱交換器１３の一次側における下流側であって、暖房戻り口３１と二次熱交換器１２の入り側を接続する配管との接続部より上流側に、風呂熱動弁１５が設けられている。
【００４４】
一方、追い焚き用熱交換器１３の二次側は、風呂戻り口３３と、風呂往き口３５に接続され、風呂戻り口３３と追い焚き用熱交換器１３との間には風呂循環ポンプ１６が設けられている。即ち、風呂循環ポンプ１６が駆動することで、図示しない浴槽内の湯水が風呂戻り口３３側から追い焚き用熱交換器１３に導入され、追い焚き用熱交換器１３で加熱され、風呂往き口３５を介して、浴槽内に吐出される一連の追い焚き循環回路２３を循環する。
【００４５】
次に、本実施形態の燃焼装置１の作用について説明する。
本実施形態の燃焼装置１は、ファンコンベクタや床暖房器具等の暖房機器を使用する際（以下、暖房運転とも称す）あるいは浴槽内の湯水を加熱する際（以下、追い焚き運転とも称す）には、風呂・暖房用缶体（以下、単に缶体とも称す）３の下部に設けられた送風機９によって缶体３内に送風しつつ、バーナ８で火炎を発生させる。また、同時に暖房循環ポンプ１７を作動させる。その結果、暖房機器あるいは追い焚き用熱交換器１３を経由して湯が熱交換部６を流れる。
【００４６】
即ち、暖房運転においては、缶体３から排出された湯は、暖房機器側に流れ、その暖房機器を通過した後、暖房戻り口３１を経て再び熱交換部６に導入される一連の暖房循環流路を循環し、追い焚き運転においては、缶体３内で、追い焚き用熱交換器１３と熱交換部６との間で形成される一連の風呂循環流路を循環する。なお、暖房戻り口３１を通過した湯あるいは追い焚き用熱交換器１３を通過した湯は、最初に二次熱交換器１２に導入される。
【００４７】
また、本実施形態では、二次熱交換器１２である程度加熱された湯は、バイパス流路２１から流れ込んだ高温の湯と混合されて昇温し、膨張タンク１８と暖房循環ポンプ１７を通過してから一次熱交換器１１側と低温往き口３２側に分岐される。
分岐された湯のうち、低温往き口３２側に流れる湯は、図３に示すように、バイパス流路２１から流れ込んだ高温の湯と、二次熱交換器１２で加熱された湯が混合された温度の状態で、低温往き口３２から吐出され、低温の湯を使用する床暖房器具等に送られる。
また、分岐された湯のうち、一次熱交換器１１側に流れる湯は、図４、５に示すように、バイパス流路２１から流れ込んだ高温の湯と、二次熱交換器１２で加熱された湯の混合状態の湯を、さらに一次熱交換器１１で加熱する。そして、一次熱交換器１１で加熱された湯は、図４に示すように、高温往き口３０から吐出されるか、あるいは図５に示すように、追い焚き用熱交換器１３側に流れる。高温往き口３０から吐出された高温の湯は、ファンコンベクタ等に送られる。
【００４８】
なお、暖房運転における、高温往き口３０と低温往き口３２から吐出される湯量の割合は、バイパス流路２１に設けられたバイパス熱動弁２０の開閉によって調整される。即ち、バイパス熱動弁２０を全開にすると、一次熱交換器１１を出た湯の多くがバイパス流路２１を流れて膨張タンク１８側に戻る。その結果、高温往き口３０から外部に吐出される湯の量が減少し、低温往き口３２から外部に吐出される湯の量が増大する。逆に、バイパス熱動弁２０を閉止すると、一次熱交換器１１を出た湯の多くが高温往き口３０から吐出され、サブバイパス流路２１を通過する分だけがバイパス流路２１を流れて膨張タンク１８側に戻るため、高温往き口３０から吐出される湯の量が増大し、低温往き口３２から吐出される湯の量が減少する。
また、追い焚き運転のみの場合は、バイパス熱動弁２０は閉状態とされる。
【００４９】
次に、本実施形態における特徴的機能について説明する。
本実施形態では、暖房運転や追い焚き運転において、暖房循環ポンプ１７によって膨張タンク１８から吐出される湯の温度が、予め定めた目標温度（例えば、摂氏６０度）Ｔｓに近づくように制御される。
【００５０】
具体的には、燃焼装置１の内部の流路上であって、膨張タンク１８に配された低温側温度センサ２５で検知された現在の温度Ｔｎと、目標温度Ｔｓとの温度偏差Ｔｃに基づいて、加熱部５の燃焼量が決定され、目標温度Ｔｓに制御される。より具体的には、一定値以上の温度偏差Ｔｃがある状態においては、目標温度Ｔｓに近づけるために、外部の器具で消費される熱量以上の燃焼量を出力するように比例制御される。また、温度偏差Ｔｃが一定値を下回った（例えばゼロ）状態においては、目標温度Ｔｓに維持できる程度の燃焼量で比例制御される。即ち、この状態では、外部の器具で消費される熱量と、比例制御における与える熱量がほぼ等しくなるように制御される。
【００５１】
ところが、外部の器具の熱負荷の状態により、消費される熱量とバーナ８により与えられる最小の熱量に差異が生じる場合がある。具体的には、バーナ８による最小の熱量が、器具側の消費熱量より高くなる場合がある。そこで、本実施形態では、比例制御において、温度偏差Ｔｃが一定値を下回り、さらにバーナ８による最小の熱量が、器具側の消費熱量より高くなったことを条件として、オンオフ制御に切り替わる。そして、オンオフ制御においては、比例制御で出力し得る最小の燃焼量（最下限燃焼量）をオン時の出力とした。
【００５２】
さらに、本実施形態では、最下限燃焼量で燃焼制御する場合に、いずれの燃焼領域も燃焼停止することなく、全燃焼領域で燃焼させる制御とされている。即ち、本実施形態では、燃焼領域Ａ，Ｂの双方を用いて出力し得る最小の燃焼量（全体領域最下限燃焼量）まで比例制御でき、それを下回った燃焼量で燃焼制御すべき場合であっても、前記した全体領域最下限燃焼量を下回る燃焼量には制御しない。即ち、器具による消費熱量が全体領域最下限燃焼量を超えれば、比例制御からオンオフ制御に切り替えられる。換言すれば、本実施形態では、加熱部５で火炎を発生させている間は、いずれの電磁弁１４も閉状態に制御されることはなく、燃焼領域全体に供給される燃料の増減が制御される。
【００５３】
また、本実施形態のオンオフ制御においては、オンの際の燃焼量が従来より増大しているため、オン温度とオフ温度の温度幅が従来の温度幅より拡大されている。即ち、低温側温度センサ２５の検知温度が、目標温度Ｔｓ±α（例えば、摂氏６０度±摂氏１４度）の温度領域を有するように制御される。即ち、当該湯の温度が目標温度Ｔｓ＋αとなればバーナ８がオフにされ、目標温度Ｔｓ−αとなればバーナ８がオンにされる。また、暖房端末等の熱負荷の大きさにより必要熱量が変化するため、本実施形態では、暖房端末等の熱負荷の大きさによりオンに要する時間とオフに要する時間を変化させている。
【００５４】
さらに、本実施形態では、オンオフ制御における、膨張タンク１８から吐出される湯水の目標温度Ｔｓを変更可能としている。具体的に説明すると、本実施形態では、低温温度センサ２５が検知する温度に基づいて所定の時間幅（本実施形態ではオン、オフの１サイクルに要する時間Ｔｎ）における温度の平均値Ｔｖを演算し、その演算した平均値Ｔｖと、当初の目標温度Ｔｓとの関係に基づいて、補正目標温度Ｔｃｓを決定している。そして、決定された補正目標温度Ｔｃｓに基づいて、膨張タンク１８から吐出される湯水の温度を制御する。即ち、本実施形態では、補正目標温度Ｔｃｓに基づいた燃焼制御を行い、実質的にオンオフ制御におけるオンとオフの切り替え温度が変更される。これにより、平均値Ｔｖが当初の目標温度Ｔｓに近づくように制御される。
【００５５】
なお、補正目標温度Ｔｃｓの演算式は、次式により示すことができる。
Ｔｃｓ＝Ｔｓ＋（Ｔｓ−Ｔｖ） （式１）
【００５６】
以下、本実施形態における燃焼制御を、低温の湯を要する床暖房器具を使用した場合を例にして具体的に説明する。
床暖房器具を用いた暖房運転においては、暖房循環ポンプ１７が駆動されると、低温往き口３２から低温の湯が吐出され、床暖房器具等を通過して暖房戻り口３１から缶体３側に流入する。即ち、缶体３内では、図３の太線に示す低温側循環流路内を湯が循環し、その湯は熱交換部６において予め定められた温度まで加熱される。
【００５７】
本実施形態では、加熱部５における燃焼量を、低温側温度センサ２５の検知温度からの情報に基づいて制御しており、温度偏差Ｔｃを小さくするべく低温側温度センサ２５の検知温度が目標温度Ｔｓ（摂氏６０度）に近づくように比例制御が行われる。そして、低温側温度センサ２５が目標温度Ｔｓに近づき、床暖房器具における消費熱量が加熱部５で与えられる最小の熱量以下となれば、比例制御からオンオフ制御に切り替えられる。そして、オンオフ制御では、目標温度Ｔｓに対して±α（±摂氏１４度）の範囲でオンオフ制御が行われる。
【００５８】
そして、オンオフ制御が実行されると、図７に示すフローチャートにしたがって、低温側温度検知センサ２５における検知温度の平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓからずれないような制御が行われる。即ち、オンオフ制御が実行されると、オンとオフを１組とした１サイクル毎に掛かる時間の計時及び低温側温度センサ２５が検知する温度変化の監視が行われる（ステップ１）。そして、ステップ２に移行して、現在の１サイクル時間ｔｎから前回の１サイクル時間ｔｎ−１を差し引いた数値が、予め設定された負荷安定判定時間ｔｆ以下であるか否かが確認される。これにより、隣合うサイクル間で、オンに要する時間と、オフに要する時間が平衡に至ったことが確認できる。なお、本実施形態に置いては、負荷安定判定時間ｔｆを０〜１分としている。
【００５９】
そして、ステップ２で、オンオフ制御におけるオン時間とオフ時間の安定（以下、単にサイクルの安定と称す）が確認されると、１サイクル毎の経過時間の計時及び各サイクルにおける温度変化の監視を終了する（ステップ３）。そして、ステップ４に移行する。ステップ４では、サイクルの安定が確認された時間ｔｎ時の低温側温度センサ２５の検知温度に基づく平均値Ｔｖが演算される。そして、ステップ５に移行し、演算された平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓと等しいか否かが確認される。
【００６０】
そして、ステップ５で平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓと等しいことが確認されれば、再びステップ１からの動作が繰り返される。
一方、ステップ５において、平均値Ｔｖが、目標温度Ｔｓと異なる値であれば、ステップ７に移行する。そして、ステップ６で平均値Ｔｖが、目標温度Ｔｓより大きいか否かが確認される。
即ち、図７、８に示すように、目標温度Ｔｓを基準として、上下に形成された面積比を算出し、上側に形成された面積の割合が高いか、下側に形成された面積の割合が高いかが確認される。
【００６１】
従って、図７の細線と破線で示すように、目標温度Ｔｓより上側に形成された面積の割合が高い場合は、平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓより高くなるため、ステップ７に移行され、図８の細線と破線で示すように、目標温度Ｔｓより下側に形成された面積の割合が低い場合は、平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓより低くなるため、ステップ９に移行される。そして、ステップ７又はステップ９においては、上記した数式に基づいて、補正目標温度Ｔｃｓが演算される。このとき、演算された補正目標温度Ｔｃｓは、平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓより高い場合は、補正目標温度Ｔｃｓが当初の目標温度Ｔｓより小さい値となり、平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓより低い場合は、補正目標温度Ｔｃｓが当初の目標温度Ｔｓより大きい値となる。
【００６２】
そして、補正目標温度Ｔｃｓが決定すると、その決定された補正目標温度Ｔｃｓに基づいたオンオフ制御が実行される（ステップ８）。即ち、ステップ７を通過して決定された補正目標温度Ｔｃｓに基づいて燃焼制御されると、低温の湯の温度変化は、図７の太線に示す曲線を描き、ステップ９を通過して決定された補正目標温度Ｔｃｓに基づいて燃焼制御されると、低温の湯の温度変化は、図８の太線に示す曲線を描く。従って、実質的に、オンオフ制御におけるオンとオフの切り替え温度が変更されたこととなる。
【００６３】
そして、補正目標温度Ｔｃｓに基づいたオンオフ制御が実行されると、再びステップ１からの動作が繰り返される。なお、補正目標温度Ｔｃｓに変更されて、再びステップ１からの動作が繰り返される場合においても、平均値Ｔｖは当初の目標温度Ｔｓと比較される。
以上、本実施形態における低温の湯を使用した暖房運転の制御の説明である。
【００６４】
また、本実施形態では、低温の湯を使用する暖房運転の際だけでなく、高温の湯を使用する暖房運転や、追い焚き運転の際であっても、オンオフ制御が行われる状況に、補正目標温度Ｔｃｓを演算して、燃焼制御する構成を備えていても構わない。なお、高温の湯を使用する暖房運転や、追い焚き運転であっても、前記した同様の動作フローによるため、説明を省略する。
【００６５】
本実施形態では、暖房運転や追い焚き運転において、目標温度Ｔｓを補正して、湯の温度の平均値Ｔｖを当初の目標温度Ｔｓに近づけることができるため、供給する湯の温度が安定する。即ち、暖房端末等を使用する際に、使用者が不快と感じる期間を低減することができる。
また、本実施形態では、燃焼量を制御する際に、オンオフ制御のオフ時以外は、全燃焼領域に火炎を維持されるため、燃焼時に燃焼に供しない空気が熱交換部６を冷却することがない。即ち、熱交換部６における熱交換効率を低減することがないため、省エネルギー効果が高い。
従って、本実施形態によれば、省エネルギーを図りつつ、暖房端末に供給される湯又は熱媒体の温度を安定させて、使用者に不快を感じさせることがない燃焼装置１を提供することができる。
【００６６】
上記実施形態では、低温の湯の温度の平均値Ｔｖを、予め設定された目標温度Ｔｓに一致させる制御を行ったが、本発明はこれに限定されず、平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓの値から一定の誤差範囲（例えば、目標温度Ｔｓ±摂氏１度）にあれば、一致していると見なす制御を行っても構わない。即ち、この場合、補正目標温度Ｔｃｓを演算しない。
また、平均値Ｔｖが、目標温度Ｔｓと異なる所定の温度に一致させる制御を行っても構わない。即ち、使用者が最も快適に感じる温度を所定の温度として別に設定することである。
【００６７】
上記実施形態では、低温の湯の温度の平均値Ｔｖと、予め設定された目標温度Ｔｓとの関係から、オンオフ制御におけるオン温度とオフ温度を変更する制御を行ったが、本発明ではこれに限定されず、例えば、上記制御に加えてあるいは代えて、低温の湯の温度が目標温度Ｔｓ以上となる時間の割合を増加させるように、オンオフ制御におけるオン温度とオフ温度を変更する制御を行っても構わない。即ち、図９の細線に示すように、１サイクルにおける目標温度以上の時間の割合が、目標温度を下回った時間の割合より低い場合に、少なくともオン温度を上方に変更する補正を行う。これにより、図９の太線に示すように、１サイクルにおける目標温度以上の時間の割合を、目標温度を下回った時間の割合と同等あるいはそれ以上にすることができる。即ち、本実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を発揮させることができる。
また、目標温度以上の時間の割合を一定の割合（例えば補正前の時間に対して３０％増加させる等）だけ増加させるように、少なくともオン温度を上方に変更する補正を行う制御であっても構わない。
【００６８】
また、上記実施形態では、最下限燃焼量を全燃焼領域における最も小さい燃焼量としたが、本発明ではこれに限定されず、最も小さい燃焼量を非燃焼領域が形成される最下限燃焼量としても構わない。
【００６９】
上記実施形態では、膨張タンク１８に配した低温側温度センサ２５で検知した検知温度に基づいて燃焼制御する構成を示したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、例えば、暖房戻り口３１近傍に温度センサを設け、その温度センサの検知温度に基づいて燃焼制御する構成であっても構わない。
【符号の説明】
【００７０】
１ 燃焼装置
３ 風呂・暖房機器用缶体
８ バーナ
２５ 低温側温度センサ（温度検知手段）
Ａ 燃焼領域
Ｂ 燃焼領域
Ｔｃｓ 補正目標温度
Ｔｓ 目標温度
Ｔｖ 平均値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置に関するものであり、特に暖房用端末に対して湯又は熱媒体を供給可能な燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給湯用の湯水を加熱する給湯加熱機能に加えて、床暖房器具やファンコンベクタ等の暖房機器（暖房端末）へ供給される湯又は熱媒体を加熱する暖房加熱機能と、浴槽内の湯水を加熱する追い焚き機能を１台の装置で賄う構造を備えた燃焼装置が知られている。例えば、特許文献１にこの技術が開示されている。
【０００３】
この種の燃焼装置は、給湯用の熱交換器に加えて、風呂・暖房用の熱交換器を備え、外部のファンコンベクタ等に湯又は熱媒体を流出させる高温往き口と、外部の床暖房機器等に湯又は熱媒体を流出させる低温往き口と、高温往き口又は低温往き口から外部に流出した湯又は熱媒体を再び燃焼装置内に流入させる暖房戻り口とが設けられている。
【０００４】
即ち、ファンコンベクタ等の高温の湯を要する機器が、高温往き口と暖房戻り口との間に接続されて、燃焼装置とファンコンベクタ等との間で一連の循環路（高温側循環路）を形成し、床暖房機器等の比較的低温の湯を要する器具が、低温往き口と暖房戻り口との間に接続されて、燃焼装置と床暖房機器等との間で一連の循環路（低温側循環路）を形成している。そして、高温側循環路を介して一定の温度領域に維持された高温の湯がファンコンベクタ等に導入されてその暖房機器の機能が果たされ、低温側循環路を介して一定の温度領域に維持された低温の湯が床暖房器具等に導入されてその暖房機器の機能が果たされる。
【０００５】
ところで、このような燃焼装置では、暖房加熱運転を行う場合、ファンコンベクタや床暖房器具等のいずれの暖房端末が使用されるということに関わらず、現在の低温往き側の温度と予め設定された低温往き側の目標温度との温度偏差に応じてバーナが比例制御される。即ち、比例制御では、図１０に示すように、低温往き側の温度が低く前記温度偏差が大きいほど、バーナにおける燃焼量が大きく調整され、逆に低温往き側の温度が高く前記温度偏差が小さいほどバーナにおける燃焼量が小さく調整される。
比例制御を採用する場合においては、図１０に示すように、現在の湯の温度が目標温度と一致し、温度偏差がゼロであっても、暖房器具からの放熱を補うためにバーナは燃焼している。
【０００６】
しかしながら、例えば放熱量が小さく、且つ燃焼装置の容量が大きい場合には、図１１に示すように、バーナで発生する火炎の長さが極めて短いものとなってしまい、安定した燃焼状態を維持できなくなってしまう。
また、火炎を維持できる範囲であったとしても、火炎の長さが極めて短い場合は炎孔が過度に加熱され、バーナの寿命を損ねてしまう。さらに、火炎の長さが極めて短い場合は、ガスと空気との混合比率（所謂空燃比）を安定させることが難しいという問題もある。
【０００７】
そこで、暖房器具に使用する燃焼装置では、図１２に示すように、バーナ１０８を複数の燃焼領域に分け、燃焼領域を変えることによって、火炎の長さを維持する構成が採用されている。例えば、図１２に示す燃焼装置では、９本のバーナ１０８を有し、この９本のバーナ１０８が燃焼エリアＡと燃焼エリアＢに区分されている。そして、各燃焼エリア毎に燃焼ガスを供給する流路には、それぞれ電磁弁１１４が設けられている。
なお、２つの電磁弁１１４に燃料ガスを供給する流路は共通であり、当該共通配管部分に比例弁１１３が設けられている。
【０００８】
そして、前記したように、温度偏差がゼロである場合に、図１１、図１３（ｂ）に示すように、火炎の長さが過度に短くなってしまう場合には、図１３（ｃ）に示すように、燃焼領域を例えば燃焼エリアＡだけに限定し、３本のバーナ１０８だけを点火し、他の６本のバーナ１０８は消火状態とする。その結果、実際に燃焼されるエリアのバーナ１０８の炎は大きくなり、安定燃焼を維持することができる。
即ち、従来の燃焼装置では、温度偏差がゼロである場合に、図１１、図１３（ｂ）に示すように、火炎の長さが過度に短くなってしまう場合には、図１３（ｃ）に示すように、燃焼領域を例えば燃焼エリアＡだけに限定して、バーナ１０８を比例制御する。
【０００９】
ところが、図１３（ｃ）に示すように、燃焼領域を限定すると、燃焼装置の熱効率が低下するという不満がある。例えば、図１２に示すように、２つの燃焼エリアＡ，Ｂがあり、燃焼エリアＡだけを燃焼させて燃焼エリアＢを消火すると、燃焼エリアＡを燃焼している時に、非燃焼領域たる燃焼エリアＢに対しても燃焼用の空気が供給され、その空気が燃焼に寄与されることなく熱交換器の表面を通過するため、熱交換器が無駄に冷却されてしまう。
【００１０】
即ち、燃焼領域を限定してバーナ１０８を燃焼させると、空気によって熱交換器が冷却され、冷却により失われた熱量を上積みした加熱量が必要となるため、熱交換効率が悪く、省エネルギーの観点からも不満がある。特に、暖房加熱運転では、連続して運転される時間が給湯運転等の場合より長くなる傾向があるため、暖房加熱運転において省エネルギーを図る必要性が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２４４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明者らは、温度偏差がゼロである場合に、図１１、図１３（ｂ）に示すように、火炎の長さが過度に短くなってしまう場合には、比例制御を維持することを断念し、制御方法をオンオフ制御に切り替えた。
即ち、温度偏差がゼロである場合に、全ての燃焼領域でバーナ１０８を燃焼させ、図１１、図１３（ｂ）に示すように、火炎の長さを過度に短くなってしまわざるを得ない場合には、全てのバーナ１０８が消火する時間を設けた。即ち、図１４に示すように、バーナ１０８がオンである期間は、全ての燃焼領域で燃焼し得る最下限の燃焼量にし、その期間が終了すればオフの期間に切り替えるという一連の制御を行うこととした。
その結果、バーナが燃焼している期間をオフ時間により実質的に減少できるため、比例制御による場合に比べて時間的燃焼量を減少することができる。そのため、全ての燃焼領域で燃焼したとしても、バーナ１０８の燃焼量が、暖房器具による放熱量を過度に超えてしまうという不具合がない。また、無駄な送風によって熱交換器が冷やされてしまう不具合もない。
【００１３】
しかしながら、暖房加熱運転において、全燃焼領域で燃焼制御した場合、燃焼領域を限定して燃焼制御する場合に比べて、暖房器具の熱負荷の影響を受け易く、安定した温度の湯又は熱媒体を暖房器具に供給できないという不満がある。特に、この問題は、低温往き口側と接続された床暖房器具等を使用する暖房運転の際に顕著に現れた。
【００１４】
即ち、暖房加熱運転では、前記したように、オンオフ制御によって、低温往き側の湯又は熱媒体の温度が一定の温度幅に維持されるが、平均温度の観点から見てみると、暖房器具の熱負荷によって、目標温度（摂氏６０度）に安定しない。具体的には、床暖房器具を使用し、且つ低負荷（室内が暖かく床暖房が冷めにくい状況等）の場合には、図１５に示すように、燃焼オン時に急激に昇温する反面、燃焼オフ時には温度降下勾配がなだらかになるため、摂氏６０度以下を示す期間が長くなる。これにより、低温往き側の温度の平均値は摂氏６０度より低くなる。換言すれば、使用者が摂氏６０度より低い温度を体感する期間が長くなり、暖房機器としては好ましくない。
【００１５】
一方、床暖房器具を使用し、且つ高負荷（室内が冷えており床暖房器具が冷めやすい状況や、床面に多数の人が乗っている状況等）の場合には、図１６に示すように、燃焼オン時になだらかに昇温する反面、温度降下勾配が急になるため、摂氏６０度以上を示す期間が長くなる。これにより、低温往き側の温度の平均値は摂氏６０度より高くなる。換言すれば、使用者が摂氏６０度より高い温度を体感する期間が長くなる。この状況は、暖房機器としての役割は果たしているため、使用者に不快を与える程度は小さいが、省エネルギーの観点からは若干無駄と言える。なお、図１５、１６に示す結果は、低温往き口近傍で検知した低温の湯の温度である。
従って、全燃焼領域で燃焼制御した場合、暖房機器の熱負荷の状態によって、使用者が体感する温度が変化し、不快を感じさせたり、省エネルギーを図ることが困難となってしまう懸念があった。
【００１６】
そこで、本発明では、従来技術の問題に鑑み、省エネルギーを図りつつ、暖房端末に供給される湯又は熱媒体の温度を安定させて、使用者に不快を感じさせることがない燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、外部の器具との間で循環回路を形成し、バーナで加熱した湯水又は熱媒体を前記循環回路に流して外部の器具に湯水又は熱媒体を供給する燃焼装置において、バーナの燃焼量を比例制御して前記循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度を制御するものであり、所定の条件下においては、比例制御に代わってオンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されて、前記循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度が制御されるものであって、オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度の平均値と所定温度との関係に応じて、及び／又は、循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度が前記所定温度以上である時間の割合に応じて、バーナのオンとオフの切り替え温度が変更されることを特徴とする燃焼装置とされている。
【００１８】
本発明の燃焼装置は、循環回路を流れる湯水又は熱媒体（以下、単に循環湯水とも称す）の温度が、ほぼ直接的に使用者の快適性に大きく影響を与えるものと考え、特にオンオフ制御の際に、循環湯水の温度を使用者が快適に感じ得る所定の温度に制御することとした。
即ち、本発明は、オンオフ制御が実行されている際に、循環湯水の温度の平均値と所定温度との関係に応じて、バーナのオンとオフの切り替え温度を変更したり、循環湯水の温度が所定温度以上である時間の割合に応じて、バーナのオンとオフの切り替え温度を変更する構成とされている。
【００１９】
具体的には、循環湯水の温度の平均値と所定温度との関係に応じてバーナのオンとオフの切り替え温度を変更する場合であれば、平均値が所定温度より低い場合にその平均値が高くなるようにオン温度やオフ温度を高い側に変更でき、逆に平均値が所定温度より高い場合にその平均値が低くなるようにオン温度やオフ温度を低い側に変更できる。これにより、循環湯水の温度の平均値が、所定温度と比較して大小するような関係であっても、その平均値を所定温度に近づけることができるため、確実に使用者の快適性を向上させることが可能となる。
【００２０】
また、循環湯水の温度が所定温度以上である時間の割合に応じてバーナのオンとオフの切り替え温度を変更する場合であれば、循環湯水の温度が所定温度以上である時間の割合が所定温度より低い時間の割合より低い場合に、所定温度以上である時間の割合が所定温度より低い時間の割合と同等又はそれ以上となるようにオン温度やオフ温度を高い側に変更できる。これにより、循環湯水の温度が、所定温度と比較して所定温度以上となる時間の割合が平衡状態（所定温度以上の時間の割合と所定温度より低い時間の割合がほぼ同じ状態）から低い側にずれたような場合に、その循環湯水の温度が所定温度以上となる時間の割合を平衡状態もしくは平衡状態より高くなるように制御することができるため、確実に使用者の快適性を向上させることが可能となる。
【００２１】
本発明によれば、オンオフ制御におけるバーナのオン温度とオフ温度の変更が可能とされることにより、複数の燃焼領域があり、燃焼制御において非燃焼領域を形成しない制御を有した構成であっても、外部の器具に供給される湯又は熱媒体の温度を使用者が快適に感じる温度に安定させることができる。これにより、本発明の燃焼装置は、使用者に不快を感じさせることがない。また、結果として、燃焼状態において非燃焼領域を形成しない構成とすることが可能であるため、熱交換効率を向上させることができ、省エネルギーを図ることができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、燃焼装置から器具側に湯水又は熱媒体が吐出される流路に温度検知手段が設けられ、オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、前記温度検知手段の検知温度が目標温度に一致するようにバーナがオンオフされ、前記目標温度は、前記所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度であり、循環流路に流れる湯水又は熱媒体の温度の時間的平均値を前記温度検知手段の検知温度に基づいて演算し、前記平均値が前記所定温度よりも低い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を上方に補正し、前記平均値が前記所定温度よりも高い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を下方に補正することを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置である。
【００２３】
かかる構成によれば、バーナのオンオフが、目標温度たる所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度に一致するように制御される。そして、その制御に基づいた循環湯水の温度を、温度検知手段によって検知して温度の時間的な平均値を演算し、その平均値と所定温度との関係によりバーナのオンとオフの切り替え温度を補正できる。これにより、循環湯水の温度の平均値が所定温度からずれれば、その平均値を迅速に所定温度に近づけて外部の器具に供給される湯又は熱媒体の温度を安定させることができるため、使用者の快適性をより確実に向上させることが可能となる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、燃焼装置から器具側に湯水又は熱媒体が吐出される流路に温度検知手段が設けられ、オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、前記温度検知手段の検知温度が目標温度に一致するようにバーナがオンオフされ、前記目標温度は、前記所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度であり、循環流路に流れる湯水又は熱媒体の温度が前記所定温度以上である時間の割合を前記温度検知手段の検知温度に基づいて演算し、前記温度が前記所定温度以上である割合が低い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を上方に補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置である。
【００２５】
かかる構成によれば、バーナのオンオフが、目標温度たる所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度に一致するように制御される。そして、その制御に基づいた循環湯水の温度を、温度検知手段によって検知してその検知温度が所定温度以上である時間の割合を演算し、その演算された時間の割合に基づいてバーナのオンとオフの切り替え温度を補正できる。これにより、循環湯水の温度が所定以上である時間の割合が低い状態となれば、迅速にその割合を増加させることができるため、使用者の快適性をより確実に向上させることが可能となる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、前記外部の器具に対して供給する湯水又は熱媒体を加熱するバーナは、１又は複数の燃焼領域に分割されており、各領域は独立して燃焼できるものであって、前記所定の条件は、バーナの燃焼量が、比例制御によって全燃焼領域において出力し得る最小の燃焼量となった時であり、オンオフ制御では、前記最小の燃焼量でオンすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００２７】
かかる構成によれば、比例制御からオンオフ制御に切り替わるタイミングを、全燃焼領域において出力し得る最小の燃焼量を最下限燃焼量としたため、いずれの制御においても、燃焼に供しない空気が発生することがなく、加熱された湯水又は熱媒体が冷却されることがない。これにより、本発明によれば、熱効率を向上させた燃焼装置を提供することが可能である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の燃焼装置では、オンオフ制御における、バーナのオン温度とオフ温度の変更を可能としたため、循環流路に流れる湯又は熱媒体の温度が低く過ぎたり高過ぎて使用者に不快を与えることがない。また結果として、オンオフ制御において、全燃焼領域で出力し得る最も小さい燃焼量とすることが可能となり、省エネルギーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃焼装置を示す作動原理図である。
【図２】図１の作動原理図の要部を抜き出して簡略化した配管系統図である。
【図３】図２の配管系統図に暖房運転の際における低温の湯の通過経路を示した説明図である。
【図４】図２の配管系統図に暖房運転の際における高温の湯の通過経路を示した説明図である。
【図５】図２の配管系統図に追い焚き運転の際における湯の通過経路を示した説明図である。
【図６】図１の燃焼装置におけるオンオフ制御時の動作を示すフローチャートである。
【図７】図１の燃焼装置におけるオンオフ制御時の低温の湯（高負荷）の温度変化を示すグラフである。（太線：本実施形態のオンオフ制御、細線：従来技術のオンオフ制御）
【図８】図１の燃焼装置におけるオンオフ制御時の低温の湯（低負荷）の温度変化を示すグラフである。（太線：本実施形態のオンオフ制御、細線：従来技術のオンオフ制御）
【図９】別の実施形態における低温の湯の温度と時間の関係を示すグラフである。
【図１０】比例制御における燃焼量の変化と温度変化の関係を示すグラフである。
【図１１】比例制御における燃焼量の変化と温度変化の関係を示すグラフであり、外部の熱負荷が小さい場合を示すグラフである。
【図１２】複数の燃焼領域を備えた燃焼装置の要部を示した概念図である。
【図１３】バーナにおける燃焼状態を示す説明図で、（ａ）は全燃焼領域での燃焼をしめす図で、（ｂ）は全燃焼領域での最小燃焼量を示す図で、（ｃ）は燃焼エリアＡでの燃焼を示す図である。
【図１４】比例制御における燃焼量の変化と温度変化の関係と、オンオフ制御における燃焼量の変化と温度変化の関係を示すグラフである。
【図１５】従来技術の燃焼装置におけるオンオフ制御時の低温の湯（低負荷）の温度変化を示すグラフである。
【図１６】従来技術の燃焼装置におけるオンオフ制御時の低温の湯（高負荷）の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態に係る燃焼装置について説明する。
本発明の燃焼装置１は、内部に独立した２系統の缶体及び配管系統を備える。即ち、図１に示すように、右側は給湯用缶体２であり、左側は、風呂・暖房機器用缶体３に使用される。
なお、本発明において採用された給湯用、並びに、風呂・暖房機器用の配管系統は、共に公知のものである。そして、本発明における特徴的機能が、風呂及び暖房機器用の配管系統側にあるため、当該部位の配管系統に重点をおいて説明し、他は省略する。
【００３１】
風呂・暖房機器用缶体３は、大別して加熱部５と、加熱部５に送風する公知の送風機９と、加熱部５において発生した燃焼ガスと湯水や熱媒体等（以下、単に湯水と称す）とが熱交換を行う熱交換部６と、熱交換部６を通過した燃焼ガスを風呂・暖房機器用缶体３の外部に排出する排気部７とから構成されている。
なお、本実施形態では、排気部７は給湯用缶体２と一体的に形成された部位である。即ち、排気部７では、給湯用缶体２側で発生した燃焼ガスと、風呂・暖房機器用缶体３側で発生した燃焼ガスとが合流し得る部分である。
【００３２】
加熱部５は、ガスや灯油等の液体燃料を燃焼するバーナ８と、燃焼空間部１０とから構成されている。本実施形態では、バーナ８は、独立して燃焼できるように、２つの燃焼領域Ａ，Ｂに分割されている。具体的には、燃焼領域Ａは、２本のバーナ８が配され、燃焼領域Ｂは、５本のバーナ８が配されている。また、それぞれの燃焼領域Ａ，Ｂに対して、燃料の供給を制限可能な電磁弁１４が設けられている。電磁弁１４は、燃焼領域Ａには１つ、燃焼領域Ｂには２つ配されている。そして、バーナ８において発生した高温の燃焼ガスは、燃焼空間部１０を通過し、熱交換部６へと流入する。
【００３３】
熱交換部６は、燃焼空間部１０より燃焼ガスの流れ方向下流側に位置し、主に燃焼ガスの顕熱を回収する一次熱交換器１１と、主に燃焼ガスの潜熱を回収する二次熱交換器１２とにより構成されている。また、一次熱交換器１１は、二次熱交換器１２よりも燃焼ガスの流れ方向上流側に位置し、互いに直列に接続されている。
【００３４】
一次熱交換器１１は、主要部分が銅製であり、内部に湯が流れるフィンアンドチューブ式の熱交換器である。
二次熱交換器１２は、主要部分がステンレス鋼製であり、一次熱交換器１１に比べて防腐食性に優れている。また、二次熱交換器１２は、一次熱交換器１１において回収しきれなかった燃焼ガスの熱エネルギーを回収する部分である。そのため、二次熱交換器１２を通過した燃焼ガスは、摂氏１００度以下（一般的に、摂氏６０度程度）の低温となる。また、二次熱交換器１２では、燃焼ガスが摂氏１００度以下の低温となることで、燃焼ガスに含まれた水蒸気が液化してドレンが発生する部分でもある。そして、このドレンは、燃焼ガスに晒されることで酸性を呈するため、本実施形態では、酸性のドレンを中和して排出可能なドレン排出系統３４が設けられている。
【００３５】
続いて、風呂側と暖房側のそれぞれに属し、それぞれに形成された回路構成部材について説明する。
本実施形態の燃焼装置１には、暖房の高温側の湯の往き口（高温往き口）３０と、暖房の湯の戻り口（暖房戻り口）３１と、暖房の低温側の湯の往き口（低温往き口）３２が設けられている。
そして、風呂側の回路に属する部材として、追い焚き用熱交換器１３と、風呂熱動弁１５と、風呂循環ポンプ１６がある。一方、暖房側の回路に属する部材として、暖房循環ポンプ１７と、膨張タンク１８と、バイパス熱動弁２０がある。
【００３６】
暖房戻り口３１は、二次熱交換器１２の入り側に接続され、二次熱交換器１２の出側は一次熱交換器１１の入り側に接続されている。また、二次熱交換器１２と一次熱交換器１１の入り側の間には、湯水の流れ方向上流側から順番に、膨張タンク１８、暖房循環ポンプ１７が配されている。そして、一次熱交換器１１の出側は、高温往き口３０に接続されている。従って、暖房戻り口３１を始点とすれば、下流側に向かって順番に、二次熱交換器１２、膨張タンク１８、一次熱交換器１１が接続され、終点たる高温往き口３０に至っている。なお、本実施形態では、膨張タンク１８に湯水の温度を検知する低温側温度センサ２５が設けられている。
【００３７】
また、高温往き口３０は、高温の湯を使用する外部の暖房機器であるファンコンベクタ等と接続されており、さらにこのファンコンベクタ等は暖房戻り口３１と接続されている。即ち、燃焼装置１は、ファンコンベクタ等に湯水が循環する高温側循環流路が形成されている。なお、ファンコンベクタ等の高温の湯を使用する暖房機器には、一般的に暖房機器側に熱動弁があり、暖房機器側の熱動弁によって湯の流れが断続される。
【００３８】
また、暖房循環ポンプ１７の出側と、一次熱交換器１１の入り側の間は分岐されており、その分岐路は低温往き口３２に接続されている。そして、低温往き口３２は、低温の湯を使用する外部の暖房機器である床暖房器具等と接続されており、さらにこの床暖房器具等は暖房戻り口３１と接続されている。即ち、燃焼装置１は、床暖房器具等に湯が循環する低温側循環流路が形成されている。なお、床暖房器具等の低温の湯を使用する暖房機器は、燃焼装置１に付属する熱動弁５０によって湯の流れが断続される。
【００３９】
一次熱交換器１１の出側と高温往き側３０の間には、バイパス流路２１の一端側が接続されている。そして、バイパス流路２１の他端側は、二次熱交換器１０の出側と膨張タンク１８との間に接続されている。換言すれば、バイパス流路２１は、一次熱交換器１１を短絡するものであり、二次熱交換器１２を短絡するものではない。
また、バイパス流路２１には、バイパス熱動弁２０が設けられている。さらに、バイパス流路２１には、バイパス熱動弁２０をバイパスするサブバイパス流路２２が設けられている。
【００４０】
サブバイパス流路２２は、バイパス流路２１よりも流路断面が小さく、常に開放された流路である。即ち、バイパス流路２１には、バイパス熱動弁２０の開閉状態に関わらず、常にサブバイパス流路２２を介して湯水が通過する。即ち、バイパス流路２１には、バイパス熱動弁２０の閉状態に、サブバイパス流路２２に流通し得る流量が流れ、バイパス熱動弁２０の開状態に、サブバイパス流路２２に流通し得る流量以上の流量が流れる。
【００４１】
また、追い焚き用熱交換器１３は、所謂液液熱交換器であり、図１に示すように、一次側においては、一次熱交換器１１及び二次熱交換器１２と配管を介して直列に接続されている。即ち、追い焚き用熱交換器１３の一次側の入り側は、一次熱交換器１１の出側と接続されている。これにより、追い焚き用熱交換器１３には、一次熱交換器１１及び二次熱交換器１２で加熱された高温の湯水が流れる。
【００４２】
また、追い焚き用熱交換器１３の二次側には、図示しない浴槽の湯水が流れる追い焚き循環回路２３が接続されている。従って、追い焚き用熱交換器１３は、一次側を流れる高温の湯水によって、二次側を流れる湯水を加熱することができる。
【００４３】
また、追い焚き用熱交換器１３の一次側は、一次熱交換器１１と二次熱交換器１２の両端側を短絡して接続する関係に接続されている。即ち、追い焚き用熱交換器１３の一次側の出側は、配管を介して、暖房戻り口３１と二次熱交換器１２の入り側の間に接続されている。換言すれば、追い焚き用熱交換器１３の一次側の出側は、二次熱交換器１２の上流側で接続されている。そして、追い焚き用熱交換器１３の一次側における下流側であって、暖房戻り口３１と二次熱交換器１２の入り側を接続する配管との接続部より上流側に、風呂熱動弁１５が設けられている。
【００４４】
一方、追い焚き用熱交換器１３の二次側は、風呂戻り口３３と、風呂往き口３５に接続され、風呂戻り口３３と追い焚き用熱交換器１３との間には風呂循環ポンプ１６が設けられている。即ち、風呂循環ポンプ１６が駆動することで、図示しない浴槽内の湯水が風呂戻り口３３側から追い焚き用熱交換器１３に導入され、追い焚き用熱交換器１３で加熱され、風呂往き口３５を介して、浴槽内に吐出される一連の追い焚き循環回路２３を循環する。
【００４５】
次に、本実施形態の燃焼装置１の作用について説明する。
本実施形態の燃焼装置１は、ファンコンベクタや床暖房器具等の暖房機器を使用する際（以下、暖房運転とも称す）あるいは浴槽内の湯水を加熱する際（以下、追い焚き運転とも称す）には、風呂・暖房用缶体（以下、単に缶体とも称す）３の下部に設けられた送風機９によって缶体３内に送風しつつ、バーナ８で火炎を発生させる。また、同時に暖房循環ポンプ１７を作動させる。その結果、暖房機器あるいは追い焚き用熱交換器１３を経由して湯が熱交換部６を流れる。
【００４６】
即ち、暖房運転においては、缶体３から排出された湯は、暖房機器側に流れ、その暖房機器を通過した後、暖房戻り口３１を経て再び熱交換部６に導入される一連の暖房循環流路を循環し、追い焚き運転においては、缶体３内で、追い焚き用熱交換器１３と熱交換部６との間で形成される一連の風呂循環流路を循環する。なお、暖房戻り口３１を通過した湯あるいは追い焚き用熱交換器１３を通過した湯は、最初に二次熱交換器１２に導入される。
【００４７】
また、本実施形態では、二次熱交換器１２である程度加熱された湯は、バイパス流路２１から流れ込んだ高温の湯と混合されて昇温し、膨張タンク１８と暖房循環ポンプ１７を通過してから一次熱交換器１１側と低温往き口３２側に分岐される。
分岐された湯のうち、低温往き口３２側に流れる湯は、図３に示すように、バイパス流路２１から流れ込んだ高温の湯と、二次熱交換器１２で加熱された湯が混合された温度の状態で、低温往き口３２から吐出され、低温の湯を使用する床暖房器具等に送られる。
また、分岐された湯のうち、一次熱交換器１１側に流れる湯は、図４、５に示すように、バイパス流路２１から流れ込んだ高温の湯と、二次熱交換器１２で加熱された湯の混合状態の湯を、さらに一次熱交換器１１で加熱する。そして、一次熱交換器１１で加熱された湯は、図４に示すように、高温往き口３０から吐出されるか、あるいは図５に示すように、追い焚き用熱交換器１３側に流れる。高温往き口３０から吐出された高温の湯は、ファンコンベクタ等に送られる。
【００４８】
なお、暖房運転における、高温往き口３０と低温往き口３２から吐出される湯量の割合は、バイパス流路２１に設けられたバイパス熱動弁２０の開閉によって調整される。即ち、バイパス熱動弁２０を全開にすると、一次熱交換器１１を出た湯の多くがバイパス流路２１を流れて膨張タンク１８側に戻る。その結果、高温往き口３０から外部に吐出される湯の量が減少し、低温往き口３２から外部に吐出される湯の量が増大する。逆に、バイパス熱動弁２０を閉止すると、一次熱交換器１１を出た湯の多くが高温往き口３０から吐出され、サブバイパス流路２１を通過する分だけがバイパス流路２１を流れて膨張タンク１８側に戻るため、高温往き口３０から吐出される湯の量が増大し、低温往き口３２から吐出される湯の量が減少する。
また、追い焚き運転のみの場合は、バイパス熱動弁２０は閉状態とされる。
【００４９】
次に、本実施形態における特徴的機能について説明する。
本実施形態では、暖房運転や追い焚き運転において、暖房循環ポンプ１７によって膨張タンク１８から吐出される湯の温度が、予め定めた目標温度（例えば、摂氏６０度）Ｔｓに近づくように制御される。
【００５０】
具体的には、燃焼装置１の内部の流路上であって、膨張タンク１８に配された低温側温度センサ２５で検知された現在の温度Ｔｎと、目標温度Ｔｓとの温度偏差Ｔｃに基づいて、加熱部５の燃焼量が決定され、目標温度Ｔｓに制御される。より具体的には、一定値以上の温度偏差Ｔｃがある状態においては、目標温度Ｔｓに近づけるために、外部の器具で消費される熱量以上の燃焼量を出力するように比例制御される。また、温度偏差Ｔｃが一定値を下回った（例えばゼロ）状態においては、目標温度Ｔｓに維持できる程度の燃焼量で比例制御される。即ち、この状態では、外部の器具で消費される熱量と、比例制御における与える熱量がほぼ等しくなるように制御される。
【００５１】
ところが、外部の器具の熱負荷の状態により、消費される熱量とバーナ８により与えられる最小の熱量に差異が生じる場合がある。具体的には、バーナ８による最小の熱量が、器具側の消費熱量より高くなる場合がある。そこで、本実施形態では、比例制御において、温度偏差Ｔｃが一定値を下回り、さらにバーナ８による最小の熱量が、器具側の消費熱量より高くなったことを条件として、オンオフ制御に切り替わる。そして、オンオフ制御においては、比例制御で出力し得る最小の燃焼量（最下限燃焼量）をオン時の出力とした。
【００５２】
さらに、本実施形態では、最下限燃焼量で燃焼制御する場合に、いずれの燃焼領域も燃焼停止することなく、全燃焼領域で燃焼させる制御とされている。即ち、本実施形態では、燃焼領域Ａ，Ｂの双方を用いて出力し得る最小の燃焼量（全体領域最下限燃焼量）まで比例制御でき、それを下回った燃焼量で燃焼制御すべき場合であっても、前記した全体領域最下限燃焼量を下回る燃焼量には制御しない。即ち、器具による消費熱量が全体領域最下限燃焼量を超えれば、比例制御からオンオフ制御に切り替えられる。換言すれば、本実施形態では、加熱部５で火炎を発生させている間は、いずれの電磁弁１４も閉状態に制御されることはなく、燃焼領域全体に供給される燃料の増減が制御される。
【００５３】
また、本実施形態のオンオフ制御においては、オンの際の燃焼量が従来より増大しているため、オン温度とオフ温度の温度幅が従来の温度幅より拡大されている。即ち、低温側温度センサ２５の検知温度が、目標温度Ｔｓ±α（例えば、摂氏６０度±摂氏１４度）の温度領域を有するように制御される。即ち、当該湯の温度が目標温度Ｔｓ＋αとなればバーナ８がオフにされ、目標温度Ｔｓ−αとなればバーナ８がオンにされる。また、暖房端末等の熱負荷の大きさにより必要熱量が変化するため、本実施形態では、暖房端末等の熱負荷の大きさによりオンに要する時間とオフに要する時間を変化させている。
【００５４】
さらに、本実施形態では、オンオフ制御における、膨張タンク１８から吐出される湯水の目標温度Ｔｓを変更可能としている。具体的に説明すると、本実施形態では、低温温度センサ２５が検知する温度に基づいて所定の時間幅（本実施形態ではオン、オフの１サイクルに要する時間Ｔｎ）における温度の平均値Ｔｖを演算し、その演算した平均値Ｔｖと、当初の目標温度Ｔｓとの関係に基づいて、補正目標温度Ｔｃｓを決定している。そして、決定された補正目標温度Ｔｃｓに基づいて、膨張タンク１８から吐出される湯水の温度を制御する。即ち、本実施形態では、補正目標温度Ｔｃｓに基づいた燃焼制御を行い、実質的にオンオフ制御におけるオンとオフの切り替え温度が変更される。これにより、平均値Ｔｖが当初の目標温度Ｔｓに近づくように制御される。
【００５５】
なお、補正目標温度Ｔｃｓの演算式は、次式により示すことができる。
Ｔｃｓ＝Ｔｓ＋（Ｔｓ−Ｔｖ） （式１）
【００５６】
以下、本実施形態における燃焼制御を、低温の湯を要する床暖房器具を使用した場合を例にして具体的に説明する。
床暖房器具を用いた暖房運転においては、暖房循環ポンプ１７が駆動されると、低温往き口３２から低温の湯が吐出され、床暖房器具等を通過して暖房戻り口３１から缶体３側に流入する。即ち、缶体３内では、図３の太線に示す低温側循環流路内を湯が循環し、その湯は熱交換部６において予め定められた温度まで加熱される。
【００５７】
本実施形態では、加熱部５における燃焼量を、低温側温度センサ２５の検知温度からの情報に基づいて制御しており、温度偏差Ｔｃを小さくするべく低温側温度センサ２５の検知温度が目標温度Ｔｓ（摂氏６０度）に近づくように比例制御が行われる。そして、低温側温度センサ２５が目標温度Ｔｓに近づき、床暖房器具における消費熱量が加熱部５で与えられる最小の熱量以下となれば、比例制御からオンオフ制御に切り替えられる。そして、オンオフ制御では、目標温度Ｔｓに対して±α（±摂氏１４度）の範囲でオンオフ制御が行われる。
【００５８】
そして、オンオフ制御が実行されると、図７に示すフローチャートにしたがって、低温側温度検知センサ２５における検知温度の平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓからずれないような制御が行われる。即ち、オンオフ制御が実行されると、オンとオフを１組とした１サイクル毎に掛かる時間の計時及び低温側温度センサ２５が検知する温度変化の監視が行われる（ステップ１）。そして、ステップ２に移行して、現在の１サイクル時間ｔｎから前回の１サイクル時間ｔｎ−１を差し引いた数値が、予め設定された負荷安定判定時間ｔｆ以下であるか否かが確認される。これにより、隣合うサイクル間で、オンに要する時間と、オフに要する時間が平衡に至ったことが確認できる。なお、本実施形態に置いては、負荷安定判定時間ｔｆを０〜１分としている。
【００５９】
そして、ステップ２で、オンオフ制御におけるオン時間とオフ時間の安定（以下、単にサイクルの安定と称す）が確認されると、１サイクル毎の経過時間の計時及び各サイクルにおける温度変化の監視を終了する（ステップ３）。そして、ステップ４に移行する。ステップ４では、サイクルの安定が確認された時間ｔｎ時の低温側温度センサ２５の検知温度に基づく平均値Ｔｖが演算される。そして、ステップ５に移行し、演算された平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓと等しいか否かが確認される。
【００６０】
そして、ステップ５で平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓと等しいことが確認されれば、再びステップ１からの動作が繰り返される。
一方、ステップ５において、平均値Ｔｖが、目標温度Ｔｓと異なる値であれば、ステップ７に移行する。そして、ステップ６で平均値Ｔｖが、目標温度Ｔｓより大きいか否かが確認される。
即ち、図７、８に示すように、目標温度Ｔｓを基準として、上下に形成された面積比を算出し、上側に形成された面積の割合が高いか、下側に形成された面積の割合が高いかが確認される。
【００６１】
従って、図７の細線と破線で示すように、目標温度Ｔｓより上側に形成された面積の割合が高い場合は、平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓより高くなるため、ステップ７に移行され、図８の細線と破線で示すように、目標温度Ｔｓより下側に形成された面積の割合が低い場合は、平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓより低くなるため、ステップ９に移行される。そして、ステップ７又はステップ９においては、上記した数式に基づいて、補正目標温度Ｔｃｓが演算される。このとき、演算された補正目標温度Ｔｃｓは、平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓより高い場合は、補正目標温度Ｔｃｓが当初の目標温度Ｔｓより小さい値となり、平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓより低い場合は、補正目標温度Ｔｃｓが当初の目標温度Ｔｓより大きい値となる。
【００６２】
そして、補正目標温度Ｔｃｓが決定すると、その決定された補正目標温度Ｔｃｓに基づいたオンオフ制御が実行される（ステップ８）。即ち、ステップ７を通過して決定された補正目標温度Ｔｃｓに基づいて燃焼制御されると、低温の湯の温度変化は、図７の太線に示す曲線を描き、ステップ９を通過して決定された補正目標温度Ｔｃｓに基づいて燃焼制御されると、低温の湯の温度変化は、図８の太線に示す曲線を描く。従って、実質的に、オンオフ制御におけるオンとオフの切り替え温度が変更されたこととなる。
【００６３】
そして、補正目標温度Ｔｃｓに基づいたオンオフ制御が実行されると、再びステップ１からの動作が繰り返される。なお、補正目標温度Ｔｃｓに変更されて、再びステップ１からの動作が繰り返される場合においても、平均値Ｔｖは当初の目標温度Ｔｓと比較される。
以上、本実施形態における低温の湯を使用した暖房運転の制御の説明である。
【００６４】
また、本実施形態では、低温の湯を使用する暖房運転の際だけでなく、高温の湯を使用する暖房運転や、追い焚き運転の際であっても、オンオフ制御が行われる状況に、補正目標温度Ｔｃｓを演算して、燃焼制御する構成を備えていても構わない。なお、高温の湯を使用する暖房運転や、追い焚き運転であっても、前記した同様の動作フローによるため、説明を省略する。
【００６５】
本実施形態では、暖房運転や追い焚き運転において、目標温度Ｔｓを補正して、湯の温度の平均値Ｔｖを当初の目標温度Ｔｓに近づけることができるため、供給する湯の温度が安定する。即ち、暖房端末等を使用する際に、使用者が不快と感じる期間を低減することができる。
また、本実施形態では、燃焼量を制御する際に、オンオフ制御のオフ時以外は、全燃焼領域に火炎を維持されるため、燃焼時に燃焼に供しない空気が熱交換部６を冷却することがない。即ち、熱交換部６における熱交換効率を低減することがないため、省エネルギー効果が高い。
従って、本実施形態によれば、省エネルギーを図りつつ、暖房端末に供給される湯又は熱媒体の温度を安定させて、使用者に不快を感じさせることがない燃焼装置１を提供することができる。
【００６６】
上記実施形態では、低温の湯の温度の平均値Ｔｖを、予め設定された目標温度Ｔｓに一致させる制御を行ったが、本発明はこれに限定されず、平均値Ｔｖが目標温度Ｔｓの値から一定の誤差範囲（例えば、目標温度Ｔｓ±摂氏１度）にあれば、一致していると見なす制御を行っても構わない。即ち、この場合、補正目標温度Ｔｃｓを演算しない。
また、平均値Ｔｖが、目標温度Ｔｓと異なる所定の温度に一致させる制御を行っても構わない。即ち、使用者が最も快適に感じる温度を所定の温度として別に設定することである。
【００６７】
上記実施形態では、低温の湯の温度の平均値Ｔｖと、予め設定された目標温度Ｔｓとの関係から、オンオフ制御におけるオン温度とオフ温度を変更する制御を行ったが、本発明ではこれに限定されず、例えば、上記制御に加えてあるいは代えて、低温の湯の温度が目標温度Ｔｓ以上となる時間の割合を増加させるように、オンオフ制御におけるオン温度とオフ温度を変更する制御を行っても構わない。即ち、図９の細線に示すように、１サイクルにおける目標温度以上の時間の割合が、目標温度を下回った時間の割合より低い場合に、少なくともオン温度を上方に変更する補正を行う。これにより、図９の太線に示すように、１サイクルにおける目標温度以上の時間の割合を、目標温度を下回った時間の割合と同等あるいはそれ以上にすることができる。即ち、本実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を発揮させることができる。
また、目標温度以上の時間の割合を一定の割合（例えば補正前の時間に対して３０％増加させる等）だけ増加させるように、少なくともオン温度を上方に変更する補正を行う制御であっても構わない。
【００６８】
また、上記実施形態では、最下限燃焼量を全燃焼領域における最も小さい燃焼量としたが、本発明ではこれに限定されず、最も小さい燃焼量を非燃焼領域が形成される最下限燃焼量としても構わない。
【００６９】
上記実施形態では、膨張タンク１８に配した低温側温度センサ２５で検知した検知温度に基づいて燃焼制御する構成を示したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、例えば、暖房戻り口３１近傍に温度センサを設け、その温度センサの検知温度に基づいて燃焼制御する構成であっても構わない。
【符号の説明】
【００７０】
１ 燃焼装置
３ 風呂・暖房機器用缶体
８ バーナ
２５ 低温側温度センサ（温度検知手段）
Ａ 燃焼領域
Ｂ 燃焼領域
Ｔｃｓ 補正目標温度
Ｔｓ 目標温度
Ｔｖ 平均値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の器具との間で循環回路を形成し、バーナで加熱した湯水又は熱媒体を前記循環回路に流して外部の器具に湯水又は熱媒体を供給する燃焼装置において、
バーナの燃焼量を比例制御して前記循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度を制御するものであり、所定の条件下においては、比例制御に代わってオンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されて、前記循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度が制御されるものであって、
オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度の平均値と所定温度との関係に応じて、及び／又は、循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度が前記所定温度以上である時間の割合に応じて、バーナのオンとオフの切り替え温度が変更されることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
燃焼装置から器具側に湯水又は熱媒体が吐出される流路に温度検知手段が設けられ、
オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、前記温度検知手段の検知温度が目標温度に一致するようにバーナがオンオフされ、
前記目標温度は、前記所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度であり、
循環流路に流れる湯水又は熱媒体の温度の時間的平均値を前記温度検知手段の検知温度に基づいて演算し、前記平均値が前記所定温度よりも低い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を上方に補正し、前記平均値が前記所定温度よりも高い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を下方に補正することを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
燃焼装置から器具側に湯水又は熱媒体が吐出される流路に温度検知手段が設けられ、
オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、前記温度検知手段の検知温度が目標温度に一致するようにバーナがオンオフされ、
前記目標温度は、前記所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度であり、
循環流路に流れる湯水又は熱媒体の温度が前記所定温度以上である時間の割合を前記温度検知手段の検知温度に基づいて演算し、前記温度が前記所定温度以上である割合が低い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を上方に補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記外部の器具に対して供給する湯水又は熱媒体を加熱するバーナは、１又は複数の燃焼領域に分割されており、各領域は独立して燃焼できるものであって、
前記所定の条件は、バーナの燃焼量が、比例制御によって全燃焼領域において出力し得る最小の燃焼量となった時であり、オンオフ制御では、前記最小の燃焼量でオンすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項１】
外部の器具との間で循環回路を形成し、バーナで加熱した湯水又は熱媒体を前記循環回路に流して外部の器具に湯水又は熱媒体を供給する燃焼装置において、
バーナの燃焼量を比例制御して前記循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度を制御するものであり、所定の条件下においては、比例制御に代わってオンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されて、前記循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度が制御されるものであって、
オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度の平均値と所定温度との関係に応じて、及び／又は、循環回路を流れる湯水又は熱媒体の温度が前記所定温度以上である時間の割合に応じて、バーナのオンとオフの切り替え温度が変更されることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
燃焼装置から器具側に湯水又は熱媒体が吐出される流路に温度検知手段が設けられ、
オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、前記温度検知手段の検知温度が目標温度に一致するようにバーナがオンオフされ、
前記目標温度は、前記所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度であり、
循環流路に流れる湯水又は熱媒体の温度の時間的平均値を前記温度検知手段の検知温度に基づいて演算し、前記平均値が前記所定温度よりも低い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を上方に補正し、前記平均値が前記所定温度よりも高い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を下方に補正することを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
燃焼装置から器具側に湯水又は熱媒体が吐出される流路に温度検知手段が設けられ、
オンオフ制御によってバーナの燃焼量が制御されている際には、前記温度検知手段の検知温度が目標温度に一致するようにバーナがオンオフされ、
前記目標温度は、前記所定温度又は所定温度を含む一定の温度幅を持った温度であり、
循環流路に流れる湯水又は熱媒体の温度が前記所定温度以上である時間の割合を前記温度検知手段の検知温度に基づいて演算し、前記温度が前記所定温度以上である割合が低い場合には、バーナのオンとオフの切り替え温度を上方に補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記外部の器具に対して供給する湯水又は熱媒体を加熱するバーナは、１又は複数の燃焼領域に分割されており、各領域は独立して燃焼できるものであって、
前記所定の条件は、バーナの燃焼量が、比例制御によって全燃焼領域において出力し得る最小の燃焼量となった時であり、オンオフ制御では、前記最小の燃焼量でオンすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−４７３５６（Ｐ２０１２−４７３５６Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７０６４（Ｐ２０１０−１８７０６４）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００４７０９）株式会社ノーリツ (1,293)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００４７０９）株式会社ノーリツ (1,293)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]