JP2526463B2 - 給湯制御装置 - Google Patents

給湯制御装置

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JP2526463B2
JP2526463B2 JP4075934A JP7593492A JP2526463B2 JP 2526463 B2 JP2526463 B2 JP 2526463B2 JP 4075934 A JP4075934 A JP 4075934A JP 7593492 A JP7593492 A JP 7593492A JP 2526463 B2 JP2526463 B2 JP 2526463B2
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  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、入水路と出湯路とに接
続され、熱交換器をバイパスするバイパス路を備えた給
湯器における給湯制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、瞬間式給湯装置(以下、単に給湯
装置という)においては、熱交換器の低温腐食を防止す
るために、入水路と出湯路に接続され、熱交換器をバイ
パスするバイパス路を設け、バイパス水量を総給水量に
対して一定の比率に保つ(バイパス比固定型)、或いは
バイパス路に設けたバイパス弁の開度を制御してバイパ
ス流量を調節する(バイパス比変動型)ことにより、熱
交換器からの高温湯と入水路からの冷水とを混合し適温
の給湯を行い、熱交換器出口部の出湯温度を高く保つと
ともに、給水の圧力損失を低減させることが行われてい
た。
【0003】ところが、バイパス比固定型給湯装置にお
いては、バイパス比率を大きくすると給湯温度が高い場
合に熱交換器内で沸騰を生じ、逆にバイパス比率を小さ
くする圧力損失を低下させる効果が低減するものであ
り、バイパス比変動型給湯装置においては、給湯栓の開
閉による給湯開始・停止、或いは給水圧力の変動による
総給水量の急激な変化に対して過渡的に湯温が大きく変
動する、即ち良好な再出湯特性を備えていないという欠
点があった。
【0004】上記欠点を解決するために、特公平3− 7
7421号公報には、給湯停止から再び給湯を開始するまで
の時間を計測し、この時間が所定値以上の時はバイパス
弁の開度を所定時間小さくしてから設定温度に応じた開
度に戻すことによって再出湯時の給湯温度の低下を防止
し、所定値以下の場合はバイパス弁の開度を所定時間大
きくしてから設定温度に応じた開度に戻すことにより、
短時間の間をおいての再出湯時の後沸きを防止するもの
が記載されている。また、特公平3− 77523号公報に
は、温湯と水温と混合湯温とを検出し、この温湯と水温
とから混合弁の弁体を駆動するとともに、混合湯温と設
定温度との偏差に応じて弁体位置を補正するように成
し、給湯停止時においても混合湯温と設定温度との偏差
に応じて弁体位置を、補正動作範囲内において、補正し
続ける湯水混合装置が記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公平3− 77421号公報に記載された給湯制御装置におい
ては、バイパス弁の駆動量を、給湯停止後に経過した時
間にのみ依存して定めているため、寒冷地においては給
湯停止時の湯温低下が大きい等、外気温その他の諸条件
による誤差が大きく、再出湯特性に改善の余地があっ
た。また、上記特公平3− 77523号公報に記載された湯
水混合装置においては、給湯停止時の混合部よりも下流
側の混合湯温が元々設定温度に近い値であり、高温の熱
交換器からの湯温の低下に較べて変化量が小さいから、
精度の高い補正動作を行うことが困難であるという問題
があった。さらに、このようなバイパス路を備えた給湯
装置においては、バイパス比固定型は勿論、バイパス比
可変型においても、出湯運転停止後の後沸きを防止する
ためにバイパス弁を完全に閉止することなく(通常は、
出湯運転停止直前状態のバイパス弁開度を保持する)、
再出湯運転開始時に所定量以上のバイパス流量を確保し
ていたから、出湯運転停止時に、熱交換器内及び熱交換
器出口から出湯路のバイパス路との接続部(合流部)ま
でに貯溜された高温湯と、バイパス路内及び入水路のバ
イパス路との接続部(分岐部)から熱交換器入口までに
貯溜された冷水とが、比重差により熱交換器、出湯路、
バイパス路及び入水路で形成される閉回路内を流動して
冷水がバイパス路内を満たすとともに、出湯路及び入水
路のバイパス路との各合流部から熱交換器出入口までの
中間位置を見たし、高温湯がその上方及び熱交換器内を
満たす冷水回り込みが発生し、出湯路のバイパス路との
接続部から熱交換器出口方向途中までの出湯路内に貯溜
されることになる冷水が再出湯開始時に流出し、使用者
に不快感を与えるという問題があった。
【0006】本発明の目的は、熱交換器をバイパスする
バイパス路を備えた給湯装置において、給湯停止状態に
おける冷水の回り込みの発生を防止し、設定温度に近い
湯温で再出湯を行うことのできる再出湯特性を向上させ
た給湯制御装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の給湯制御装置は、熱交換器と、熱交換器をバ
イパスするバイパス路と、バイパス流量を調節するバイ
パス弁または混合弁とを備えた給湯装置において、給湯
停止時に、熱交換器の予想管内温度TH-KAN を予想する
とともに、給湯運転時の設定温度TS よりも零または正
の所定値αだけ高くした停止時設定温度TS0=TS +α
を設定し、予想管内温度TH-KAN と、停止時設定温度T
S0と、入水温度TC とに基づいて停止時湯水混合比率b
0 を算出し、バイパス弁または混合弁の停止時開度即ち
停止時弁位置p0 、即ちバイパス路からの通水絞り量を
求めて、バイパス弁または混合弁を駆動してバイパス流
量を絞るものであり、比重差によって冷水が回り込んで
缶体温度(熱交換器温度)が低下するとバイパス弁を閉
方向に動かしていくため、冷水回り込みが生じにくく、
再出湯時の出湯特性を改善することができるとともに、
再出湯初期に少しのオーバーシュートを発生させ、配管
先の給湯栓における出湯特性が改善されるとともに、適
当なαを採用することにより、即出湯機能を備えること
ができる。また、給湯停止時に、上記停止時弁位置p0
に、予め設定した規定時間tだけバイパス弁または混合
弁を全速または予め定めた所定速度で駆動した場合の変
位量pMVを加えた待機弁位置pw (pw =p0 +pMV
を求め、該待機弁位置pwにバイパス弁または混合弁を
駆動することにより、変位量pMVだけ絞り込み量が大き
くなる、即ちバイパス路からの冷水流路が絞られた状態
になるから、冷水の回り込みが発生しにくくなり、再出
湯初期に湯温のアンダーシュートを生じることなく、再
出湯特性を一層改善することができる。
【0008】
【実施例】本発明の実施例を図に基づいて説明すると、
図1において、熱交換器1の入口側に入水路2が、出口
側に出湯路3が接続され、熱交換器1をバイパスして入
水路2と出湯路3とを連通させるバイパス路4が設けら
れ、バイパス路4の合流部よりも下流側の出湯路3に設
けられた過流出防止水量サーボ弁5と、バイパス路4に
バイパス弁6と、入水路2のバイパス路4分岐部よりも
上流側に設けられた入水温度TC を検出する入水温度セ
ンサ7と、同じく下流側(熱交換器1側)に設けられた
缶体通水量(熱交換器通水量)Qを検出する缶体通水量
センサ8と、出湯路3のバイパス路4合流部よりも上流
側(熱交換器1側)に設けられ、熱交換器1からの高温
の缶体出湯温度TH を検出する缶体出湯温度センサ9
と、同じく下流側に設けられ、熱交換器1からの高温湯
とバイパス路4からの冷水とが混合された後の混合湯温
M を検出する混合湯温センサ10とを備えており、上
記缶体通水量Q、入水温度TC 、缶体出湯温度TH 、混
合湯温TM の各検出信号が入力され、設定温度TS に基
づいて過流出防止水量サーボ弁5、バイパス弁6に制御
信号を出力するコントローラ11が設けられている。な
お、12はバーナである。
【0009】図2のフローチャートを参照して制御動作
について説明すると、長時間の給湯停止(缶体が完全に
冷却)後に給湯を開始すると、給湯運転中においては通
常のバイパス弁制御を行うものである。このバイパス弁
6の通常制御動作を説明すると、湯水混合比率bは湯量
に対する冷水量の比であり、次式に示す特性を備えてい
る。 b=QB /QH =k・ap (図3及び図4参照) 但し、QB はバイパス水量、QH は缶体出湯量、kは圧
力に基づく係数、aは個々のバイパス弁に基づく定数、
pはバイパス弁6の弁位置(開度)である。
【0010】したがって、入水温度TC 、缶体出湯温度
H 、混合湯温TM で出湯運転中のものを設定温度TS
に制御する場合は、現在分配比b1 は、 b1 =(TH −TM )/(TM −TC ) で算出され、目標分配比bS は、 bS =(TH −TS )/(TS −TC ) で算出されるから、現在分配比b1 から目標分配比bS
に変更するためにバイパス弁6を現在分配比b1 に対応
する現在弁位置p1から目標分配比bS に対応する目標
弁位置までの動作量pxは、 bS /b1 ={k・a(p1+px) }/{k・ap1}=apx であるから、 px={ log(bS /b1 )}/ loga= logapx/ l
oga で算出することができるものであり、動作量pxはステ
ッピングモータに入力するパルス数(バイパス弁の駆動
源としてステッピングモータを用いた場合)等として求
められ、このパルス数をバイパス弁のステッピングモー
タに入力する。このように、現在弁位置からの必要動作
量を求めることにより、確実な弁開度の制御ができるも
のである。
【0011】今、使用者が給湯栓を閉止する等して給湯
運転を停止すると、給湯停止時における熱交換器1の予
想管内温度TH-KAN を、前回給湯運転中の缶体出湯温度
HAとその時点の缶体出湯温度TH との平均値とし、次
式で算出して予想する。 TH-KAN =(THA−TH )/2
【0012】次に、停止時における設定温度として停止
時設定温度TS0=TS +α(αは予め設定された所定
値)を設定し、上記予想管内温度TH-KAN と、停止時設
定温度TS0と、入水温度TC とから停止時湯水混合比率
0 を次式により算出する。 b0 =(TH-KAN −TS0)/(TS0−TC ) なお、必要に応じて停止時設定温度TS0におけるαを零
としてTS0=TS としても良いことは勿論である。
【0013】さらに、上記算出された停止時湯水混合比
率b0 に基づくバイパス弁6の開度即ち停止時弁位置p
0 を予め湯水混合比率bに対する弁位置pを求めて作成
したテーブル等により求め、求められた停止時弁位置p
0 にバイパス弁6を駆動するものである。以上バイパス
弁を有するものについて述べてきたが、図5に示すよう
に、バイパス路4が出湯路3に接続される合流部に混合
弁13を設けても良く、この時は湯水混合比率bを調節
する際に、湯量と水量とを同時に調節できるもので、例
えば湯水混合比率bを低減させる場合には湯量弁を開方
向に、水量弁を閉方向に同時に駆動することができる。
【0014】この構成によると、給湯停止時において、
缶体温度(熱交換器温度)の低下に応じて停止時湯水混
合比率b0 を低減させて湯量に対する冷水量の比を低減
させる、即ちバイパス弁6を閉方向に動かすものである
から、比重差によって冷水が回り込んで缶体温度(熱交
換器温度)が低下するとバイパス弁6を閉方向に動かし
ていくため、冷水回り込みが生じにくくなる。
【0015】また、バイパス弁6が上述のとおり駆動さ
れていると、再出湯開始時の混合湯温TM は停止時設定
温度TS0=TS +αとなるから(TM =TS +α)、再
出湯初期に少しのオーバーシュートを発生させ、配管先
の給湯栓における出湯特性が改善されるとともに、適当
なαを採用することにより、即出湯機能を備えることが
できる(図6参照)。
【0016】次に、図7及び図8を参照して本発明の異
なる実施例について説明すると、図8に示す制御動作の
フローチャートにおいて、上述の如く、給湯運転中にお
いては通常のバイパス弁制御を行うものである。
【0017】給湯を停止すると、予想管内温度TH-KAN
を算出して予想し、停止時設定温度TS0=TS +αを設
定し、予想管内温度TH-KAN と、停止時設定温度T
S0と、入水温度TC とから停止時湯水混合比率b0 を算
出し、この算出された停止時湯水混合比率b0 に基づく
バイパス弁または混合弁の停止時弁位置p0 をテーブル
等から求める。
【0018】さらに、上記停止時湯水混合比率b0 に基
づく停止時弁位置p0 に、予め設定した規定時間tだけ
バイパス弁または混合弁の水量弁を全速または予め定め
た所定速度で駆動した場合の変位量pMVを加えた待機弁
位置pw (pw =p0 +pMV)を求め、該待機弁位置p
w にバイパス弁または混合弁を駆動する、即ち停止時弁
位置p0 よりも更に通水量を絞った状態にまで駆動す
る。なお、変位量pMVは規定時間tとバイパス弁または
混合弁(水量弁)の駆動用モータのモータスピードVと
の積で算出される(pMV=t・V)。
【0019】再出湯を開始すると、バイパス弁または混
合弁(水量弁)を待機弁位置pw から、全速または所定
速度で開方向に規定時間tだけ駆動し、その後通常制御
に移行する。
【0020】この構成により、給湯停止時におけるバイ
パス弁または混合弁(水量弁)の弁位置が、給湯停止時
に設定される停止時設定温度TS0=TS +αから求めら
れた停止時弁位置p0 よりも、変位量pMVだけ絞り込み
量が大きくなる、即ちバイパス路4からの冷水流路が絞
られた状態になるから、冷水の回り込みが発生しにくく
なり、再出湯初期に湯温のアンダーシュートを生じるこ
となく(図7参照)、再出湯特性を一層改善することが
できる。
【0021】
【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
から、給湯停止時において設定温度を高く(TS +α)
して弁位置(開度)を定めるから、缶体温度(熱交換器
温度)の低下に応じてバイパス弁または混合弁(水量
弁)を閉方向に動かすものであるから、比重差によって
冷水が回り込んで缶体温度(熱交換器温度)が低下する
とバイパス弁を閉方向に動かしていくため、冷水回り込
みが生じにくくなり、再出湯時の出湯特性を改善するこ
とができる。また、再出湯開始時の混合湯温は停止時設
定温度(TS +α)となるから、再出湯初期に少しのオ
ーバーシュートを発生させ、配管先の給湯栓における出
湯特性が改善されるとともに、適当なαを採用すること
により、即出湯機能を備えることができる。さらに、給
湯停止時におけるバイパス弁または混合弁(水量弁)の
弁位置を、給湯停止時に設定する停止時設定温度(TS
+α)から求められた停止時弁位置よりも、バイパス弁
または混合弁(水量弁)を全速または所定速度で規定時
間だけ駆動して得られる変位量だけさらに閉方向に駆動
することにより、変位量だけ絞り込み量が大きくなる、
即ちバイパス路からの冷水流路が絞られた状態になるか
ら、冷水の回り込みが発生しにくくなり、再出湯初期に
湯温のアンダーシュートを生じることなく、再出湯特性
を一層改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適用する給湯装置の概略構成図であ
る。
【図2】 本発明の制御動作を示すタイムチャートであ
る。
【図3】 バイパス弁または混合弁の弁位置に対する湯
及び水の流量変化を示すグラフである。
【図4】 バイパス弁または混合弁の弁位置に対する湯
水混合比率を示すグラフである。
【図5】 本発明を適用する異なる給湯装置の概略構成
図である。
【図6】 バイパス弁または混合弁の動作と湯温の変動
を示すタイムチャートである。
【図7】 異なる実施例におけるバイパス弁または混合
弁の動作と湯温の変動を示すタイムチャートである。
【図8】 異なる実施例の制御動作を示すフローチャー
トである。
【符号の説明】
1 熱交換器、2 入水路、3 出湯路、4 バイパス
路 5 過流出防止水量サーボ弁、6 バイパス弁、7 入
水温度センサ 8 缶体通水量センサ、9 缶体出湯温度センサ、10
混合湯温センサ 11 コントローラ、12 バーナ、13 混合弁

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱交換器と、熱交換器をバイパスするバ
    イパス路と、バイパス流量を調節するバイパス弁または
    混合弁とを備えた給湯装置において、給湯停止時に、熱
    交換器の予想管内温度を予想するとともに、給湯運転時
    の設定温度よりも所定値αだけ高くした停止時設定温度
    を設定し、予想管内温度と、停止時設定温度と、入水温
    度とに基づいて停止時弁位置を求め、該停止時弁位置に
    バイパス弁または混合弁を駆動することを特徴とする給
    湯制御装置。
  2. 【請求項2】給湯停止時に、予想管内温度と、停止時設
    定温度と、入水温度とに基づいて求められた停止時弁位
    置に、予め設定した規定時間だけバイパス弁または混合
    弁を全速または予め定めた所定速度で駆動した場合の変
    位量を加えた待機弁位置を求め、該待機弁位置にバイパ
    ス弁または混合弁を駆動することを特徴とする請求項1
    に記載された給湯制御装置。
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