JP2655385B2

JP2655385B2 - 給湯器

Info

Publication number: JP2655385B2
Application number: JP4337590A
Authority: JP
Inventors: 秀彦高木; 弘之山田; 秀樹北川; 猛加藤; 正義江口
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1992-10-15
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1997-09-17
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: JPH06180145A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】給湯器、特に、熱交換器を介する
被加熱回路からの湯と、熱交換器を迂回するバイパス回
路からの水とを混合させて設定温度の湯を得る形式の給
湯器に関するものである。

【０００２】

【従来技術及び課題】上記形式の給湯器は、概略図１に
示すような構成である。被加熱回路(1) には、バーナ
(B) によって加熱される熱交換器(11)がある。この被加
熱回路(1) の熱交換器(11)の上流側と下流側とがバイパ
ス回路(2) によって連通接続され、これらの合流点に流
量比調整弁(3) が挿入される。この流量比調整弁(3) の
動作位置はサーボモータ(31)によって調整される。この
調整によって被加熱回路(1) とバイパス回路(2) との流
量比率が調節されることから、被加熱回路(1) の出口温
度を一定に維持したままで、出湯温度が設定温度に維持
できる。

【０００３】サーボモータ(31)は、制御装置(C₃)によっ
て制御されて前記動作を行なう。この制御装置(C₃)は、
給湯時には、例えば、熱交換器(11)の入口側温度(Ti)、
出湯温度（混合湯温）、出湯設定温度(Ts)に基いて、出
湯温度が設定温度となるようにサーボモータ(31)の動作
量を設定する。このサーボモータ(31)の動作量に応じて
流量比調整弁(3) の動作位置が設定されて被加熱回路
(1) とバイパス回路(2)との分配比率が設定される。す
ると、出湯温度が設定温度に維持される。

【０００４】従って、上記のように、出湯温度（混合湯
温）が設定温度となるように流量比調整弁(3) を制御す
ることにより、設定温度を変えた場合でも熱交換器の過
渡状態を少なくでき、直ちに出湯温度を設定温度に維持
できる。ところが、給湯器の運転を停止した後、運転を
再開したときには、前記制御だけでは、設定温度の湯が
取り出せない。

【０００５】出湯停止後においては、給排気用のファン
が一定時間作動することにより、または、自然放冷によ
って被加熱回路内の温水が経時的に冷却される。そし
て、給湯再開後は経時的に冷却された前記温水とバイパ
ス回路(2) からの冷水とが混合される。ところが、この
被加熱回路(1) 内の残留温水の冷却度合は、被加熱回路
(1) の全域において一定とはならない。

【０００６】従って、上記制御装置（Ｃ_３）の動作によ
って出湯温度が制御されたとしても、給湯再開直後は、
出湯温度が設定温度（Ｔｓ）に一致しにくい。この時の
出湯温度（混合湯温）は、被加熱回路（１）内の温水の
温度条件を正確に反映したものではないからである。例
えば、熱交換器（１１）の出口側温度（Ｔｏ）がある特
定の温度であっても、被加熱回路（１）内の中央部の湯
温がこれより高い温度となっていることがある。このと
き、給湯再開後に出口側温度（Ｔｏ）が急変する。この
ように、定常状態に安定するまでの間、出口側温度（Ｔ
ｏ）が極短時間で大きく変動することからこれに追随し
た制御が出来ないこととなる。しかも、熱交換器（１
１）の入口側温度（Ｔｉ）は出湯が停止されると熱交換
器（１１）の余熱の影響を受けやすくなる。

【０００７】本発明は、『熱交換器(11)を具備する被加
熱回路(1) と、前記熱交換器(11)の上流側にて被加熱回
路(1) から分岐させて熱交換器(11)の下流側にて被加熱
回路(1) に合流するバイパス回路(2) と、前記被加熱回
路(1) とバイパス回路(2) との流量比率を調節する流量
比調整弁(3) とを具備する給湯器』において、出湯停止
直後一定時間内の出湯温度制御の精度を向上させること
をその課題とする。

【０００８】

【技術的手段】上記課題を解決するための本発明の技術
的手段は、『出湯停止時、熱交換器（１１）の出口側温
度（Ｔｏ）から、出湯停止後経時的に増大するように演
算される補正値（Ｔｈ）を差し引いた温度を出湯停止後
の疑似出口側温度（Ｔｇ）とする演算装置（Ｃ_１）と、
出湯停止時点で検知されて記憶された熱交換器（１１）
の入口側温度（Ｔｉ）と前記疑似出口側温度（Ｔｇ）と
に基いて混合湯温が設定温度となるように前記流量比調
整弁（３）の動作量を演算する制御装置（Ｃ_２）とを設
け、時間経過に従って疑似出口側温度（Ｔｇ）が更新さ
れるようにし、前記制御装置（Ｃ_２）は出湯再開後の一
定時間内のみ前記流量比調整弁（３）を前記動作量に維
持するようにした』ことである。

【０００９】

【作用】上記技術的手段は次のように作用する。出湯停
止後、出湯再開までの間では、被加熱回路（１）内の残
留湯の温度が経時的に低下し、さらに入口側温度（Ｔ
ｉ）は熱交換器（１１）の余熱で上昇するので出湯停止
時に検知された入口側温度（Ｔｉ）が記憶される。疑似
出口側温度（Ｔｇ）は出湯停止時の出口側温度（Ｔｏ）
から出湯停止後、経時的に増大するように演算される補
正値（Ｔｈ）を差し引いた温度として与えられる。この
疑似出口側温度（Ｔｇ）は経時的に更新される。

【００１０】つまり、出湯停止からの経過時間が長い程
疑似出口側温度（Ｔｇ）は低く設定される。従って、こ
の疑似出口側温度は、被加熱回路（１）内の残留湯の平
均温度に略一致する。一方、制御装置（Ｃ_２）は、記憶
されている熱交換器（１１）の入口側温度（Ｔｉ）と前
記疑似出口側温度（Ｔｇ）とに基いて混合湯温が設定温
度（Ｔｓ）になるように流量比調整弁（３）の動作量を
演算する。

【００１１】出湯が再開されると、この制御装置
（Ｃ_２）からの出力により流量比調整弁（３）が制御さ
れて被加熱回路（１）とバイパス回路（２）との流量比
率が設定される。出湯再開後、流量比調整弁（３）は一
定時間だけ動作量に維持されて、前記一定時間が経過す
ると、通常の制御状態に復帰する。つまり、出湯再開後
の出口側温度（Ｔｏ）が不安定な時期には、正確な熱交
換器（１１）の入口側温度（Ｔｉ）と予め経験的に求め
られた被加熱回路（１）内の実際の残留湯温と実質的に
略一致した疑似出口側温度（Ｔｇ）とに基いて制御され
ることとなる。

【００１２】

【効果】出湯再開後の出湯温度又は出口側温度（Ｔｏ）
が不安定な時期には、正確な熱交換器（１１）の入口側
温度（Ｔｉ）と予め経験的に求められた被加熱回路
（１）内の実際の残留湯温と実質的に略一致した疑似出
口側温度（Ｔｇ）とに基いて制御されるから、出湯停止
後出湯を再開したときの出湯温度と設定温度（Ｔｓ）と
の差が生じにくい。

【００１３】

【実施例】次に、上記した本発明の実施例を図面に従っ
て詳述する。この実施例の給湯器は、図２に示すよう
に、給湯用の熱交換器(11)を装備させた缶体(10a) と風
呂用の熱交換器(12)を装備させた缶体(10b) とを並設し
た構成とするとともに、各缶体の底部に給気用ファン
(F) (F) を設けた構成である。

【００１４】熱交換器(12)の被加熱回路は浴槽に連通接
続され、運転時には循環ポンプによって、強制循環され
る。熱交換器(11)の出口側には、被加熱回路(1) を迂回
するバイパス回路(2) が合流して、この合流点に流量比
調整弁(3) が挿入される。合流点の下流側は前記浴槽を
含めて複数の給湯場所に給湯される。

【００１５】流量比調整弁(3) は、サーボモータ(31)に
よって駆動され、このサーボモータの給湯時の動作は、
入口側温度(Ti)、出湯温度、及び設定温度(Ts)によって
制御動作量が演算され、給湯停止時及び給湯開始直後の
動作は入口側温度(Ti)、設定温度(Ts)及び後記する疑似
出口側温度(Tg)によって制御動作量が演算される。この
実施例では、出口側温度(To)としては、被加熱回路(1)
における熱交換器(11)の出口側に設けた検知センサ(S₂)
よって検知された検知温度が採用される。入口側温度(T
i)は、熱交換器(11)の上流側で被加熱回路(1) とバイパ
ス回路(2)との分岐点の上流側に設けた検知センサ(S₁)
によって検知される。設定温度(Ts)は、湯温設定器(33)
からの信号として入力される。また、出湯温度は被加熱
回路(1) とバイパス回路(2) との合流点の下流側に設け
た検知センサ(S₃)によって検知される。

【００１６】流量比調整弁(3) としては、図３に示すよ
うに、被加熱回路(1) とバイパス回路(2) との合流点に
挿入した回動弁(32)の回動角度θを調節する形式の弁装
置が採用される。この流量比調整弁(3) は、被加熱回路
(1) から回動弁(32)への回路の開度と、バイパス回路
(2) から回動弁(32)への回路の開度とを同時に変化させ
るものであり、被加熱回路(1) とバイパス回路(2) とを
介する水量の和を図４に示すように変化させる構成であ
る。

【００１７】そして、前記回動弁(32)の軸部がサーボモ
ータ(31)によって回転駆動される構成であり、この回動
角度θが動作信号として制御装置(C) からサーボモータ
(31)に入力される。この回動角度θは、０度から２７０
度までの範囲に設定される。この回動角度θによって被
加熱回路(1) とバイパス回路(2) との流量比率が設定さ
れることとなるが、この実施例では、給湯時は、入口側
温度(Ti)、出湯温度及び設定温度(Ts)に基いて、図４に
おける、被加熱回路(1) とバイパス回路(2)との分配比
率が決定される。

【００１８】具体的には、熱交換器（１１）の出口側温
度（Ｔｏ）を設定温度（Ｔｓ）が変化しても変らない予
め定めた所定温度（例えば入口側温度（Ｔｉ）＋５５
℃）になるように、熱交換器（１１）の入口側温度（Ｔ
ｉ）と設定温度（Ｔｓ）とに基いて分配比を決定する。
そして実際の出湯温度、入口側温度（Ｔｉ）、及び分配
比により熱交換器（１１）の出口側温度（Ｔｏ）を算出
する。算出した出口側温度（Ｔｏ）と予め定めた所定温
度との偏差に一定の比率で比例制御する補正量を前記分
配比に加減算することにより実際の分配比を制御してい
る。

【００１９】このように、給湯時は出口側温度（Ｔｏ）
が所定温度となるように流量比調整弁（３）を制御して
いるため、設定温度（Ｔｓ）を変えた場合でも熱交換器
の過渡状態を少なくでき、直ちに出湯温度を設定温度に
することが出来る。また、算出した出口側温度（Ｔｏ）
と予め定めた所定温度との偏差に応じた補正量を加減算
した分配比で流量比調整弁（３）を制御するため出湯管
から吐出する湯の温度低下を過不足なく防止できる。

【００２０】次に、給湯停止時及び給湯再開直後のサー
ボモータ（３１）の動作について説明する。給湯停止時
には、制御装置（Ｃ）によって後述する演算装置
（Ｃ_１）により求めた疑似出口側温度（Ｔｇ）と熱交換
器（１１）の入口側温度（Ｔｉ）とに基いて出湯温度
（混合湯温）が設定温度になるように流量比調整弁
（３）の動作を行なう。

【００２１】演算装置(C₁)は、出湯停止後、出湯を再開
したときの前記出口側温度(To)に対応する温度を推測す
る。つまり、検知センサ(S₂)からの検知温度として与え
られる出口側温度(To)はキャンセルされて、この演算装
置(C₁)から出力される疑似出口側温度(Tg)が前記出口側
温度(To)として入力される。この疑似出口側温度(Tg)
は、次式によって与えられ、演算装置(C₁)において演算
される。

【００２２】(Tg)＝(To)−(Th) ここで、前記補正値(Th)は器具の仕様に基いて実験的に
定められており、この実施例では、図５のように変化す
るように設定している。つまり、設定時間(H)（この実
施例では５分）が経過するまでは、出湯停止後の経過時
間に比例して前記補正値(Th)が増大し、前記設定時間が
経過すると、一定の値に維持される。

【００２３】このようにして与えられる補正値(Th)に基
いて疑似出口側温度(Tg)が上記した式によって演算され
るが、この疑似出口側温度(Tg)は出湯停止後の単位時間
が経過する度に更新されて記憶され、この記憶値が制御
装置(C) に入力される。この演算装置(C₁)及び制御装置
(C) による制御の実際を図６に示すフローチャートに基
いて説明する。

【００２４】出湯が停止されると、タイマー (A)がリセ
ットされ、同時にこのときに検知された温度センサ(S₂)
の検知温度が出口側温度(To)としてメモリ(T₁)に記憶さ
れる。この後、１０秒経過すると補正値(Th)は、図５に
基いて、ステップ(41)においてタイマー(A) の計時時間
(At)の関数として与えられる。この補正値(Th)に基い
て、上記式により疑似出口側温度(Tg)が演算されて、こ
の演算値がメモリ(T₂)に記憶される。このとき、計時時
間(At)が設定時間(H) （＝５分）を越えると、前記補正
値(Th)は変化せず、ステップ(41)からステップ(42)まで
を実行することなく、出湯再開されるまで待機される。

【００２５】尚、図９に示すように、出湯が停止される
と同時に検知センサ(S₁)により検知された入口側温度(T
_i)をメモリ(T₃)に記憶し、この記憶値に基づいて制御す
る構成とすれば、出湯停止後に熱交換器からの伝熱によ
って入口側温度(T_i)が変化しても、この影響を受けない
こととなって制御動作が安定する。出湯が再開される
と、疑似出口側温度(Tg)と熱交換器(11)の入口側温度(T
i)とに基いて、出湯温度が設定温度となるように動作量
を演算すると共に、この演算値に基いて回動弁(32)の開
度が設定されて、被加熱回路(1) とバイパス回路(2)と
の流量比率が決定される。この状態が２．５秒間継続
し、その後は、前述した通常の制御状態に復帰する。

【００２６】この後、出湯が停止されると、上記一連の
動作が実行される。この実施例では、給湯用の熱交換器
(11)を装備させた缶体(10a) と風呂用の熱交換器(12)を
装備させた缶体(10b) とを並設した構成としてあるか
ら、給湯器と風呂とが同時に使用されていた場合と、給
湯器のみが使用されていた場合とで、出湯停止時におけ
る被加熱回路(1) の経時的温度低下度合が相違する。

【００２７】このような複合器具の場合、両方が同時に
使用されている状態で、一方の運転が停止されたとして
も、他方のファンの作動の為、逆流が発生しないよう
に、停止された側の給気用ファン(F) が運転継続状態に
維持されるからである。つまり、同時使用後に給湯器の
みの運転が停止された場合には、給気用ファン(F) によ
って強制的に熱交換器(11)が空冷されるからである。

【００２８】従って、この場合には単独使用の運転停止
の場合に比べて、補正値(Th)を大きくする必要がある。
このことから、この実施例では、単独使用時の場合の補
正値(Th)は、図５の実線で示す値に設定され、給湯器と
風呂とが同時に使用されている、同時使用時の場合に
は、同図の破線で示す補正値に設定される。いずれの補
正値を選択するかは、出湯停止前の使用条件によって決
定される。図６のフローチャートは単独使用時の場合の
制御プログラムであるが、出湯停止前の条件によって補
正値を変えるには、図７に示すステップを追加する。

【００２９】図６のフローチャートにおけるステップ(4
1)〜ステップ(42)までの疑似出口側温度(Tg)の演算動作
を実行するに先立って、出湯停止前の状態が同時使用状
態か単独使用状態かを判定する判断するステップ(44)を
挿入する。このステップでは、出湯停止された状態にお
いて、風呂側の給気ファン(F) が運転状態にあるか否か
が判定される。この給気ファン(F) が運転状態にあれ
ば、出湯停止前が同時使用状態であり、この給気ファン
(F) が運転停止状態であれば単独使用状態である。

【００３０】そして、単独使用であれば次のステップ
（４１ａ）が実行されて図５の実線のグラフに基いた演
算が行なわれて補正値（Ｔｈ）が演算され、同時使用で
あれば、ステップ（４１ｂ）が実行されて図５の破線の
グラフに基いた演算が行なわれて補正値（Ｔｈ）が演算
される。そして、その後は図６の場合と同様の制御動作
が実行される。このように、図６の一部を図７のように
変更した場合には、複合型の器具における出湯再開時点
での一層正確な出湯温度制御が可能である。

【００３１】尚、上記補正値(Th)の最大値は、熱交換器
(11)の入口側温度(Ti)によって変動することがある。例
えば、実際の器具について実験した場合、補正値(Th)の
最大値と入口側温度(Ti)との関係を図８のような傾向に
設定した場合に出湯再開時点での出湯温度制御の精度が
向上した。図８において、実線のグラフは、出湯停止前
の状態が単独使用状態であるときの関係を示し、破線の
グラフは出湯停止前の状態が同時使用であるときの関係
を示す。

【００３２】尚、この実施例では熱交換器(11)の出口側
温度(To)を計測によって求めたが、この出口側温度は、
この種の出湯温度調節装置では、入口側温度(Ti)より５
０℃〜６０℃高い温度に維持されるように制御される。
従って、疑似出口側温度(Tg)の演算の際の出口側温度(T
o)として、検知センサ(S₁)の検知温度に５０℃〜６０℃
を加えた温度を採用するようにしてもよい。また、他の
制御に採用されるデータを利用しても良い。

【００３３】その他次のような変更が可能である。この
実施例では、流量比調整弁(3) は被加熱回路(1) 側の流
量とバイパス回路(2) 側の流量との和をも変更して流量
比を調整しているが、これに変えて、総流量が変化する
ことなく流量比率のみを調節する流量比率調整弁とする
ことも可能である。

【００３４】又、上記実施例では、流量比調整弁(3) を
被加熱回路(1) とバイパス回路(2)との合流点に挿入し
たが、これを分岐点に挿入するように変更してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の説明図

【図２】本願発明の概略説明図

【図３】流量比調整弁(3) の要部断面図

【図４】回動弁(32)の回転角度θと分配比率設定流量
(L) との関係図

【図５】補正値(Th)と出湯停止時からの経過時間との関
係を示すグラフ

【図６】制御装置(C) 及び演算装置(C₁)が実行するプロ
グラムのフローチャート図

【図７】これの一部の改良例の説明図

【図８】補正値(Th)の最大値を入口側温度(Ti)によって
変える場合の両者の関係図

【図９】制御装置(C) の他の例のフローチャート

【符号の説明】

(11)・・・熱交換器 (1) ・・・被加熱回路 (2) ・・・バイパス回路 (3) ・・・流量比調整弁 (C₁)・・・演算装置 (C₂)・・・制御装置 (T_o)・・・出口側温度 (Th)・・・補正値 (Tg)・・・疑似出口側温度 (Ti)・・・入口側温度

フロントページの続き (72)発明者加藤猛名古屋市中川区福住町２番26号リンナイ株式会社内 (72)発明者江口正義名古屋市中川区福住町２番26号リンナイ株式会社内 (56)参考文献特開平２−71048（ＪＰ，Ａ) 特公平３−77421（ＪＰ，Ｂ２) 特公平４−21101（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換器（１１）を具備する被加熱回路
（１）と、前記熱交換器（１１）の上流側にて被加熱回
路（１）から分岐させて熱交換器（１１）の下流側にて
被加熱回路（１）に合流するバイパス回路（２）と、前
記被加熱回路（１）とバイパス回路（２）との流量比率
を調節する流量比調整弁（３）とを具備する給湯器にお
いて、出湯停止時、熱交換器（１１）の出口側温度（Ｔ
ｏ）から、出湯停止後経時的に増大するように演算され
る補正値（Ｔｈ）を差し引いた温度を出湯停止後の疑似
出口側温度（Ｔｇ）とする演算装置（Ｃ_１）と、出湯停
止時点で検知されて記憶された熱交換器（１１）の入口
側温度（Ｔｉ）と前記疑似出口側温度（Ｔｇ）とに基い
て混合湯温が設定温度となるように前記流量比調整弁
（３）の動作量を演算する制御装置（Ｃ_２）とを設け、
時間経過に従って疑似出口側温度（Ｔｇ）が更新される
ようにし、前記制御装置（Ｃ_２）は出湯再開後の一定時
間内のみ前記流量比調整弁（３）を前記動作量に維持す
るようにした給湯器。