JP2508569B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

【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する。具体
的には、瞬間湯沸かし器や浴槽への湯の落とし込み用等
に用いられるバイパスミキシング方式の給湯装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来のバイパスミキシング方式の
給湯装置Ｂの概略構成図を示す。この給湯装置Ｂにあっ
ては、熱交換器５１に冷水が流れて低温腐食を起こすの
を防止するため、バイパス管５２に常開型のバイパス側
開閉弁（電磁開閉弁）５３を設け、熱交換器５１の入水
側に接続された入水管５４のバイパス管５２との分岐点
よりも下流側に常閉型の缶体側開閉弁（電磁開閉弁）５
５を設けている。すなわち、管端のカラン等が開かれる
と、バイパス管５２にのみ水が流れ、バイパス管５２に
流れる流量（＝総流量Ｑt）が流量センサ５６によって
検出され、その流量Ｑtが一定流量以上になると初めて
缶体側開閉弁５５が開かれ、熱交換器５１に水が流れ
る。そして、流量センサ５７によって熱交換器５１を通
過する流量Ｑhが検出され、熱交換器５１を通過する流
量Ｑhが一定作動流量以上であると、ガスバーナ５８に
点火して出湯され、一方、一定作動流量以下であると、
缶体側開閉弁５５が閉じられる。これによって非燃焼時
に熱交換器５１を冷水が通過するのを極力避け、熱交換
器５１の低温腐食を防止している。

【０００３】また、従来の給湯装置Ｂにあっては、熱交
換器５１の出湯側に接続された出湯管５９のバイパス管
５２との合流点よりも下流側には過流出防止用の水量サ
ーボ弁６０が設けられており、給湯量が加熱器の最大能
力を越えた場合には、水量サーボ弁６０を作動させて給
湯量を制限し、設定温度以下の低温の湯が出湯されるの
を防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のバ
イパスミキシング方式の給湯装置にあっては、低温腐食
防止のための構造（缶体側開閉弁）と過流出防止のため
の構造（水量サーボ弁）とが別々に構成されていたの
で、部品点数が増加し、組み立ての手間が掛かると共に
部品コストも高くついていた。

【０００５】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、過流出防止
のための機能と、非燃焼時に加熱器を水が通過するのを
防止するための機能を１つの弁によって実現し、さら
に、その場合でも給湯装置から確実に出湯されるように
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の給湯装置は、加
熱器の入水側と出湯側にそれぞれ入水管と出湯管を接続
し、加熱器をバイパスするようにして入水管と出湯管と
の間にバイパス管を接続し、バイパス管にバイパス側弁
を設け、入水管のバイパス管との分岐点よりも下流側と
出湯管のバイパス管との合流点よりも上流側との間に全
閉機能を有する加熱器側流量調整弁を設け、非燃焼時に
はバイパス側弁を開成すると共に加熱器側流量調整弁を
全閉にしたバイパスミキシング方式の給湯装置であっ
て、前記バイパス管を通過する流量が一定流量以上とな
ったときに、前記加熱器側流量調整弁を一定時間開状態
に保持し、当該一定時間内に加熱器に流れる流量が一定
作動流量以上になった場合には、加熱器を燃焼させ、当
該一定時間を経過しても加熱器に流れる流量が一定作動
流量以上にならなかった場合には、加熱器側流量調整弁
を閉成する制御手段を備えたことを特徴としている。

【０００７】

【作用】本発明の給湯装置にあっては、加熱器側流量調
整弁によって加熱器に流れる流量を調整することができ
るので、給湯量が加熱器の能力を越える場合には加熱器
側流量調整弁によって給湯量を制限し、設定温度以下の
湯が出湯されるのを防止することができる。

【０００８】しかも、加熱器側流量調整弁は全閉機能を
有しているので、加熱器に冷水が流れて低温腐食を発生
するのを防止することができる。すなわち、非燃焼時に
は、バイパス側弁は開成され、加熱器側流量調整弁は全
閉状態に保たれているので、加熱器が燃焼しないような
低流量時には、水はバイパス管側を流れて加熱器には流
れない。したがって、加熱器に冷水が流れて熱交換器な
どに結露し、いわゆる低温腐食を起こすのを防止するこ
とができる。

【０００９】しかも、本発明にあっては、バイパス管を
通過する流量が前記一定流量以上となった場合には、加
熱器側流量調整弁を一定時間開状態に保持し、当該保持
期間中に加熱器を通過する流量が一定作動流量以上にな
らなかった時に加熱器側流量調整弁を閉成しているの
で、バイパス管に一定流量以上の水が流れて加熱器側流
量調整弁が開成される際、加熱器側流量調整弁が全閉状
態から所要開度まで開くのに時間が掛かり、加熱器側流
量調整弁の開成直後に加熱器を通過する流量が一定作動
流量以上にならない場合でも、直ちに加熱器側流量調整
弁が閉じられてしまうことがない。つまり、一定時間加
熱器側流量調整弁が開状態に保持されるため、その間に
加熱器側流量調整弁が所要開度に達して加熱器を通過す
る流量が一定作動流量以上になった場合には加熱器が燃
焼し、加熱器側流量調整弁の駆動速度に係わりなく給湯
装置から確実に出湯させることができる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例による給湯装置Ａの
概略構成図を示す。加熱器１は缶体２内にガスバーナ３
と熱交換器４を納めたものであり、ガスバーナ３によっ
て熱交換器４を通過する水を加熱する。また、ガスバー
ナ３の燃焼力は比例制御弁５によって制御される。

【００１１】熱交換器４の入水側には市水等に連なる入
水管６が接続されており、熱交換器４の出湯側にはカラ
ンやシャワー等の管端末器具に連なる出湯管７が接続さ
れている。さらに、入水管６と出湯管７の間には、熱交
換器４をバイパスするようにバイパス管８が配管され、
バイパス管８にはバイパス管８に流れる流量（バイパス
流量）を検出するバイパス流量センサ９とバイパスサー
ボ弁（バイパス側弁）１０とが設けられている。このバ
イパスサーボ弁１０は、バイパス流量を調整して加熱器
１で加熱された湯とバイパス管８を流れる水との混合比
率を変化させることにより出湯管７から出湯される出湯
温度（ミキシング温度）Ｔmを制御すると共に、全開状
態も可能となっており、加熱器１の非燃焼状態には全開
状態に保持される。

【００１２】入水管６のバイパス管８との分岐部よりも
下流側には、熱交換器４の通水量（缶体流量）Ｑhを検
出する缶体流量センサ１１と入水温度Ｔcを検知する入
水温度センサ１２が設けられている。

【００１３】また、出湯管７のバイパス管８との合流点
よりも上流側には、熱交換器４で加熱された湯の出湯温
度Ｔhを検出する湯温センサ１３と缶体サーボ弁（加熱
器側流量調整弁）１４が設けられている。この缶体サー
ボ弁１４は、給湯量が加熱器１の能力を越えて設定温度
Ｔs以下の湯が出湯されないように缶体流量Ｑhを制限す
ると共に、全閉状態も可能となっており、加熱器１の非
燃焼時には全閉状態に保持される。

【００１４】また、出湯管７のバイパス管８との合流点
よりも下流側には、熱交換器４で加熱された湯とバイパ
ス管８を通過した水とのミキシング温度Ｔmを検出する
ミキシング温度センサ１５が設けられている。

【００１５】上記給湯装置Ａはマイクロコンピュータを
内蔵したコントローラ１６によって制御されている。す
なわち、コントローラ１６には、入水温度センサ１２や
湯温センサ１３、ミキシング温度センサ１５、缶体流量
センサ１１及びバイパス流量センサ９の検出信号が入力
されており、コントローラ１６はこれらの検出信号に基
づき後述のようにバイパスサーボ弁１０や缶体サーボ弁
１４、比例制御弁５を制御する。

【００１６】図２は、このコントローラ１６の機能のう
ち出湯開始もしくは出湯停止のための制御手順を示すフ
ローチャートである。この給湯装置Ａにあっては、運転
スイッチがオフになった場合（Ｓ２１でNOの場合）に
は、缶体サーボ弁１４を全閉にし、バイパスサーボ弁１
０を全開にした状態で運転を停止し（Ｓ３１）、熱交換
器４に冷水が流れるのを防止する。

【００１７】従って、運転スイッチがオンになった時
（Ｓ２１でYESの場合）にも、初めは缶体サーボ弁１４
が完全に閉じ、バイパスサーボ弁１０が全開となってい
る。この状態で出湯管７の端末のカラン等が開かれる
と、バイパスサーボ弁１０が全開となっているためバイ
パス管８に水が流れ、バイパス流量Ｑcがバイパス流量
センサ９によって検出される。ついで、検出されたバイ
パス流量Ｑcが一定流量Ｑn以上であるか否か判断される
（Ｓ２２）。バイパス流量Ｑcが一定流量Ｑn以下の場合
には、缶体サーボ弁１４が全閉されると共にバイパスサ
ーボ弁が全開される（Ｓ３３）ので、バイパス流量Ｑc
が一定流量Ｑn以上になるまで待機し（Ｓ２２，Ｓ３
３）、バイパス流量Ｑcが一定流量Ｑn以上になると缶体
サーボ弁１４が開かれる（Ｓ２３）。

【００１８】缶体サーボ弁１４が開かれると、熱交換器
４に水が流れるので、缶体流量センサ１１によって缶体
流量Ｑhが検出され、ＭＯＱオフか否かが判断される
（Ｓ２４）。ＭＯＱの判断方法は、缶体流量Ｑhが一定
作動流量Ｑm以上の場合にオン、以下の場合にオフとす
る。あるいは、缶体流量Ｑhが一定作動流量Ｑm以下の場
合にＭＯＱオフ、一定作動流量（Ｑm＋α）以上の場合
にＭＯＱオンと判断し、αの幅の不感帯を設けてもよ
い。なお、上記一定流量Ｑn以上であるか否かの判断に
ついても、このＭＯＱ判断と同様に不感帯ないしヒステ
リシスを持たせていてもよい。

【００１９】ＭＯＱ判断において、ＭＯＱオンと判断し
た場合には、ガスバーナ３に点火し、通常の給湯動作を
行なう（Ｓ３２）。例えば、缶体流量センサ１１によっ
て検出された缶体流量Ｑhと入水温度センサ１２によっ
て検出された入水温度Ｔcとバイパス流量センサ９によ
って検出されたバイパス流量Ｑcに基づき、バイパス管
８を通過した水と混合した後に設定温度Ｔsの湯となる
ような出湯温度Ｔhの湯を熱交換器４から出湯させるた
めの必要熱量を演算し、熱交換器４における供給熱量が
演算熱量と等しくなるように比例制御弁５をフィードフ
ォワード制御する。また、ミキシング温度センサ１５に
よって検出されたミキシング温度Ｔmと設定温度Ｔsとの
偏差に応じて当該偏差を小さくする方向へバイパスサー
ボ弁１０をフィードバック制御する。さらに、加熱器１
の燃焼能力を越える大きな流量の水が流れ、加熱器１の
燃焼能力を最大にしてもミキシング温度Ｔmが設定温度
Ｔsに達しない場合には、缶体サーボ弁１４を絞って缶
体流量Ｑhを制限（過流出防止）し、設定温度Ｔsの湯を
供給する。

【００２０】一方、ＭＯＱ判断において、ＭＯＱオフと
判断された場合には、直ちにバイパスサーボ弁１０を全
開にすると共に缶体サーボ弁１４を全閉にし（Ｓ２
５）、熱交換器４に冷水が流れ続けるのを防止する。

【００２１】このようにして、バイパス流量Ｑcが一定
流量以上で、かつ、缶体流量Ｑhが一定作動流量以下
（あるいは、ＭＯＱオフ）と判断され、その結果、バイ
パスサーボ弁１０が全開となり、缶体サーボ弁１４が全
閉となった場合には、バイパス流量Ｑcが一定流量以上
であるか否かを再度調べ（Ｓ２６）、一定流量以下に下
がっている場合には、その状態を保つ。

【００２２】これに対し、バイパス流量Ｑcが一定流量
以上であれば、タイマーをｔ＝０にセットしてスタート
させる（Ｓ２７）と共にタイマーがｔ＝Ｔでカウントア
ップするまでの間缶体サーボ弁１４を全開に保ち、缶体
流量Ｑhを検出してＭＯＱオフか否か再度調べる（Ｓ２
８〜３０）。この一定時間Ｔ内にＭＯＱがオンになった
場合には、ガスバーナ３に点火し、通常の給湯動作を行
なう（Ｓ３２）。

【００２３】一方、一定時間Ｔの間缶体サーボ弁１４を
開成状態に保持していてもＭＯＱがオンにならず、タイ
マーがカウントアップした（Ｓ３０）場合には、再度Ｓ
２５〜Ｓ３０のステップを繰り返す。

【００２４】この給湯装置Ａのように缶体サーボ弁１４
に流量調整機能と同時に全閉機能とを持たせていると、
缶体サーボ弁１４をＭＯＱ判断を行なえる開度（以下、
目標開度という）まで開く時、缶体サーボ弁１４を全閉
状態から目標開度まで連続的に弁をモータ駆動しなけれ
ばならないので、缶体サーボ弁１４が目標開度まで開く
のに時間が掛かる。このため、缶体サーボ弁１４が目標
開度まで開いた状態では熱交換器４に一定作動流量以上
の水が流れてＭＯＱオンとなる場合でも、Ｓ２２〜Ｓ２
４のような判断処理では缶体サーボ弁１４が十分に開く
前にＭＯＱ判断されるため、缶体サーボ弁１４が十分開
く前に缶体サーボ弁１４が閉じてしまう（Ｓ２５）。こ
のため、缶体サーボ弁１４の動作とＭＯＱ判断とのミス
マッチングによってＭＯＱオンとならず、給湯装置Ａか
ら湯が出湯されなくなる。このため、本発明において
は、Ｓ２７〜Ｓ３０のように、バイパス管８を通過する
流量が前記一定流量以上であるにも拘らず、缶体流量Ｑ
hが一定作動流量以下でＭＯＱオンとならない場合に
は、一定時間缶体サーボ弁１４を開成状態に保持して缶
体サーボ弁１４が目標開度に達するのを待ってＭＯＱ判
断している。この結果、缶体サーボ弁１４の駆動速度が
遅い場合でも確実にガスバーナ３に点火させることがで
きる。

【００２５】図３に示すものは本発明の別な実施例にお
ける出湯開始もしくは出湯停止のための制御手段を示す
フローチャートである。この第２の実施例の給湯装置Ａ
の構成は図１に示したものと同じであるので、図１にお
いて各構成要素に付した符号を用いて説明する。

【００２６】この給湯装置Ａにあっては、運転スイッチ
がオフになった場合（Ｓ３６でNOの場合）には、缶体サ
ーボ弁１４を全閉にし、バイパスサーボ弁１０を全開に
した状態で運転を停止し（Ｓ４４）、熱交換器４に冷水
が流れるのを防止する。

【００２７】従って、運転スイッチがオンになった時
（Ｓ３６でYESの場合）にも、初めは缶体サーボ弁１４
が完全に閉じ、バイパスサーボ弁１０が全開となってい
る。この状態で出湯管７の端末のカラン等が開かれる
と、バイパスサーボ弁１０が全開となっているためバイ
パス管８に水が流れ、バイパス流量Ｑcがバイパス流量
センサ９によって検出される。このとき、缶体サーボ弁
１４は閉じたままで熱交換器４には水が流れないから、
ＭＯＱはオフと判定され（Ｓ３７）、缶体サーボ弁１４
は全閉状態、バイパスサーボ弁１０は全開状態に維持さ
れる（Ｓ３８）。ついで、検出されたバイパス流量Ｑc
が一定流量Ｑn以上であるか否か判断され（Ｓ３９）、
一定流量Ｑn以上であれば、タイマーをｔ＝０にセット
してスタートさせる（Ｓ４０）と共に缶体サーボ弁１４
を開き、タイマーがｔ＝Ｔでカウントアップするまでの
間缶体サーボ弁１４を開状態に保つ（Ｓ４１，Ｓ４
３）。なお、バイパス流量Ｑcが一定流量以上であるか
否かの判断方法は、バイパス流量Ｑcが一定流量Ｑn以下
の場合に一定流量以下、一定流量（Ｑn＋β）以上の場
合に一定流量以上と判断し、βの幅の不感帯を設けても
よい。

【００２８】缶体サーボ弁１４が開かれると、熱交換器
４に水が流れるので、缶体流量センサ１１によって缶体
流量Ｑhが検出され、ＭＯＱオフか否かが判断される
（Ｓ４２）。ＭＯＱの判断方法は、缶体流量Ｑhが一定
作動流量Ｑm以上の場合にオン、以下の場合にオフとす
る。あるいは、缶体流量Ｑhが一定作動流量Ｑm以下の場
合にＭＯＱオフ、一定作動流量（Ｑm＋α）以上の場合
にＭＯＱオンと判断し、αの幅の不感帯を設けてもよ
い。なお、上記ステップ３７（Ｓ３７）におけるＭＯＱ
判断も同様である。

【００２９】タイマーがｔ＝Ｔでカウントアップするま
での間に、ＭＯＱがオンになった場合には、ガスバーナ
３に点火し、通常の給湯動作を行なう（Ｓ４５）。例え
ば、缶体流量センサ１１によって検出された缶体流量Ｑ
hと入水温度センサ１２によって検出された入水温度Ｔc
とバイパス流量センサ９によって検出されたバイパス流
量Ｑcに基づき、バイパス管８を通過した水と混合した
後に設定温度Ｔsの湯となるような出湯温度Ｔhの湯を熱
交換器４から出湯させるための必要熱量を演算し、熱交
換器４における供給熱量が演算熱量と等しくなるように
比例制御弁５をフィードフォワード制御する。また、ミ
キシング温度センサ１５によって検出されたミキシング
温度Ｔmと設定温度Ｔsとの偏差に応じて当該偏差を小さ
くする方向へバイパスサーボ弁１０をフィードバック制
御する。さらに、加熱器１の燃焼能力を越える大きな流
量の水が流れ、加熱器１の燃焼能力を最大にしてもミキ
シング温度Ｔmが設定温度Ｔsに達しない場合には、缶体
サーボ弁１４を絞って缶体流量Ｑhを制限（過流出防
止）し、設定温度Ｔsの湯を供給する。燃焼を開始した
後は、ステップ３７（Ｓ３７）でＭＯＱオンとなるた
め、Ｓ３８〜Ｓ４３の処理を行なうことなく燃焼状態が
維持される。

【００３０】一方、一定時間Ｔの間缶体サーボ弁１４を
開状態に保持していてもＭＯＱがオンにならず、タイマ
ーがカウントアップした（Ｓ４３）場合には、直ちにバ
イパスサーボ弁１０を全開にすると共に缶体サーボ弁１
４を全閉にし（Ｓ３８）、熱交換器４に冷水が流れ続け
るのを防止する。

【００３１】図２に示した制御方法にあっては、バイパ
ス流量Ｑcが一定流量以上になっているにも拘らずＭＯ
Ｑがオンにならなかった場合に、タイマーがカウントア
ップするまでの一定時間缶体サーボ弁１４を開状態に保
ってＭＯＱがオンになるか否かを監視している。これに
対し、図３に示した制御方法にあっては、バイパス流量
Ｑcが一定流量以上になった場合には、初めから一定時
間缶体サーボ弁１４を開状態に保ち、ＭＯＱがオンにな
るか否かを判断しており、図２の制御方法に比べて処理
を簡略にし、処理手順の冗長度を小さくできる。

【００３２】なお、上記各実施例では、バイパス側弁と
して流量調整可能なバイパスサーボ弁を用いているが、
開閉弁を用いても差し支えない。

【００３３】

【発明の効果】本発明の給湯装置によれば、加熱器側流
量調整弁が、過流出防止のための機能と、熱交換器の低
温腐食防止のために加熱器側流路を閉じる機能とを併有
しているので、給湯装置の弁数を減らすことができ、給
湯装置の構造を簡単にすることができると共に部品コス
トを低減することができる。

【００３４】しかも、本発明にあっては、バイパス管に
一定流量以上の水が流れて加熱器側流量調整弁が開成さ
れる際、加熱器側流量調整弁が全閉状態から目標開度ま
で開くのに時間が掛かり、加熱器側流量調整弁の開成直
後には加熱器を通過する流量が一定作動流量以上になら
ない場合でも、直ちに加熱器側流量調整弁が閉じられて
しまうことがなく、一定時間加熱器側流量調整弁が開状
態に維持されるため、その間に加熱器側流量調整弁が目
標開度に達して加熱器を通過する流量が一定作動流量以
上になった場合には加熱器が燃焼させられ、加熱器側流
量調整弁の駆動速度に係わりなく給湯装置から確実に出
湯させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による給湯装置を示す概略構
成図である。

【図２】同上の実施例における出湯開始もしくは出湯停
止のための制御手順を示すフローチャートである。

【図３】本発明の別な実施例における出湯開始もしくは
出湯停止のための制御手順を示すフローチャートであ
る。

【図４】従来例による給湯装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 加熱器 ６ 入水管 ７ 出湯管 ８ バイパス管 ９ バイパス流量センサ １０ バイパスサーボ弁 １１ 缶体流量センサ １４ 缶体サーボ弁 １６ コントローラ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱器の入水側と出湯側にそれぞれ入水
   管と出湯管を接続し、加熱器をバイパスするようにして
   入水管と出湯管との間にバイパス管を接続し、バイパス
   管にバイパス側弁を設け、入水管のバイパス管との分岐
   点よりも下流側と出湯管のバイパス管との合流点よりも
   上流側との間に全閉機能を有する加熱器側流量調整弁を
   設け、非燃焼時にはバイパス側弁を開成すると共に加熱
   器側流量調整弁を全閉にしたバイパスミキシング方式の
   給湯装置であって、 前記バイパス管を通過する流量が一定流量以上となった
   ときに、前記加熱器側流量調整弁を一定時間開状態に保
   持し、 当該一定時間内に加熱器に流れる流量が一定作動流量以
   上になった場合には、加熱器を燃焼させ、 当該一定時間を経過しても加熱器に流れる流量が一定作
   動流量以上にならなかった場合には、加熱器側流量調整
   弁を閉成する制御手段を備えた給湯装置。