JP2729981B2 - 電気給湯器の制御方法 - Google Patents

電気給湯器の制御方法

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JP2729981B2
JP2729981B2 JP15273295A JP15273295A JP2729981B2 JP 2729981 B2 JP2729981 B2 JP 2729981B2 JP 15273295 A JP15273295 A JP 15273295A JP 15273295 A JP15273295 A JP 15273295A JP 2729981 B2 JP2729981 B2 JP 2729981B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気ヒータを選択的に
通電して水を瞬間的に加熱し、所定の温度の湯を供給す
る電気給湯器の制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】所定の温度の湯を供給する種々の給湯器
が使用されているが、電気給湯器は、電気ヒータの出力
を比較的容易に制御することができるので、電気ヒータ
又はガスヒータで加熱された熱湯と水道水とを混合して
給湯するタンク貯湯式の温水器やガス温水器に比べて安
定した温度の湯を供給することができ、広く使用されて
いる。
【0003】従来技術の電気給湯器は、給湯器本体内の
湯の温度を測定して電気ヒータを選択的に通電するよう
に制御されている(例えば米国特許第4,762,98
0号明細書参照)。この制御方法は、湯の温度の測定値
と設定値との差がなくなるまで電気ヒータの通電するフ
ィードバック方式によって電気ヒータを制御している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
の方法によって電気給湯器を制御すると、例えば通常手
洗いや厨房等に必要な3リットル/分の流量で給湯する
場合、配管の平均内径が10mmであるとすると、給湯
器本体内の水の流速は、約64cm/秒と比較的速く、
このため電気ヒータをフィードバック方式で制御しつつ
給湯器から供給される湯の温度に大きなむらを生じる傾
向があり、湯を安定した温度で供給することができない
欠点があった。
【0005】本発明が解決すべき課題は、温度むらを生
ずることがなく、湯を安定した温度で供給することがで
きる電気給湯器の制御方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の課題解決
手段は、給湯器本体に供給される水を加熱する電気ヒー
タを選択的に通電して所定の設定温度の湯を供給する電
気給湯器を制御する方法において、給湯器本体に供給さ
れる水の温度と給湯器本体に供給される水の流量とを測
定し、湯の設定温度と水の温度との差から温度上昇値を
求め、また水の流量と温度上昇値とから予め定められて
いるワンショット時間を求め、このワンショット時間に
基づいて電気ヒータをフリッカー制御することを特徴と
する電気給湯器の制御方法を提供することにある。
【0007】本発明の第2の課題解決手段は、第1の課
題解決手段による電気給湯器の制御方法であって、多数
の流量に応じた温度上昇値−ワンショット時間特性が予
め記憶され、水の流量と温度上昇値とから相応する所定
のワンショット時間を求めることを特徴とする電気給湯
器の制御方法を提供することにある。
【0008】本発明の第の課題解決手段は、第1又は
第2の課題解決手段による電気給湯器の制御方法であっ
て、給湯器本体から供給される湯の温度を測定し、湯の
測定温度と湯の設定温度との差に応じてワンショット時
間を伸縮することを特徴とする電気給湯器の制御方法を
提供することにある。
【0009】
【作用】給湯器本体に供給される水の温度を測定し、予
め設定された湯の温度とこの水の温度との差から水を湯
にするのに必要な温度上昇値が求められ、またこの水が
給湯器本体内に供給される瞬間の流量を測定し、この流
量と温度上昇値とに応じて予め実験によって定められて
いるワンショット時間を求め、このワンショト時間に基
づいて電気ヒータをフリッカー制御すると、流量に応じ
たワンショット時間が選択されるので給湯器から供給さ
れる湯の温度にむらを生ずることがなく、ほぼ一定の温
度の湯を供給することができる。
【0010】また、流量測定器の測定値の誤差等から給
湯器本体から供給される湯の温度が変化する傾向がある
が、給湯器から供給される湯の温度を測定し、この湯の
測定温度と湯の設定温度との差に応じてワンショット時
間を伸縮すると、流量測定器の測定誤差に基づく湯の温
度の変化が補償され、湯の温度を設定値に一層近付ける
ことができる。
【0011】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に述べ
ると、図1は本発明に係る制御方法を実施する制御装置
10を備えた電気給湯器12を示し、この電気給湯器1
2は、水道水が供給される水入口14と湯が供給される
湯出口16と水が加熱されながら通る通路18とを有す
る給湯器本体20と、この給湯器本体20内に配置され
た電気ヒータ22とを備え、水入口14及び湯出口16
には水道栓24及び給湯栓26がそれぞれ設けられてい
る。
【0012】給湯器本体20は、その内部に給湯器本体
20内に設けられた3つの隔壁28、30、32を有
し、外側の2つの隔壁28、30は上方に間隔をあけて
設けられ、他の1つの中間の隔壁32は下方に間隔をあ
けて設けられ、通路18は、これらの隔壁28、30、
32によって上下に蛇行する4つの通路部分18A、1
8B、18C、18Dから成っている。
【0013】電気ヒータ22は、図1に示すように、中
間の隔壁32を囲むように通路18B、18Cに跨がっ
て略U字状に配置され、その両端端子22A、20B
は、給湯器本体20の上壁20Aを電気的に絶縁して水
密を保って貫通し、後に述べる本発明の制御装置10に
接続されている。
【0014】本発明の制御装置10は、給湯器本体20
を運転する際に給湯器本体20から供給されるべき湯の
温度を含む種々のファクタを設定するファクタ設定手段
34と、電気ヒータ22の端子22A、22Bに接続さ
れて電気ヒータ22を選択的に通電するスイッチユニッ
ト36と、このスイッチユニット36を選択的に通電す
るように制御する制御手段38とを備えている。
【0015】スイッチユニット36は、交流電源40か
ら電気ヒータ22を選択的に付勢する半導体リレー42
から成り、この半導体リレー42は、負荷である電気ヒ
ータ22と制御手段38とを電気的に分離するためにフ
ォトトライアックから成っているのが好ましい。また、
制御手段38は、後に詳細に述べるように、中央処理ユ
ニット(CPU)38Aから成っている。半導体リレー
42は、後に述べるように、このフォトトライアックを
ワンショットタイマーICによって駆動するように構成
されている。
【0016】ファクタ設定手段34は、図示の実施例で
は、給湯すべき湯の温度を設定する湯温設定器44の外
に、流量不足設定器46、最低流量設定器48及び最高
流量設定器50を含む。湯温度設定器44は、給湯すべ
き湯の温度を設定し、流量不足設定器46は、電気ヒー
タ22が焼損するのを防止するために下限流量(例えば
1.5リットル/分)を設定し、また最低流量設定器4
8及び最高流量設定器50は、通常の運転の流量の適正
範囲を設定するためのものである。これらの設定器44
乃至50は、それぞれ、書き込み機能を有する2つのロ
ータリディップスイッチから成っている。各2つのロー
タリディップスイッチが設けられているのは、各設定を
2桁で行うためである。これらの設定器44、46、4
8及び50は、CPU38Aの入力端子に接続されてい
る。尚、第1図において符号86はこれらの設定器とC
PUとの間に設けられて制御プログラムによるダイナミ
ックスキャン方式で各ディップスイッチの状態を読み取
ることができるようにしているデコーダである。
【0017】本発明の制御装置10は、水入口14から
流入する水の流量を電気的に測定する適宜の流れセンサ
から成る流量測定器52と、水入口14から流入する水
の温度を電気的に測定するサーミスタから成る水温測定
器54と、湯出口16から供給される湯の温度を電気的
に測定するサーミスタから成る湯温測定器56とを備え
ている。
【0018】流量測定器52は、電流・周波数変換器5
8を介して制御手段38であるCPU38Aの入力端子
に接続され、従って水の流量は周波数クロック信号の形
態でCPU38Aに入力され、CPU38Aは、この信
号の周波数を計測することによって流量を検知すること
ができる。また、水温測定器54及び湯温測定器56
は、それぞれ演算増幅器60、62を介してマルチプレ
クサ64に接続され、その出力端はアナログ・デジタル
変換器66を介してCPU38Aの他の入力端子に接続
されている。従って、水温及び湯温は、それぞれ、例え
ば2進デジタル信号の形態でCPU38Aに入力され
る。
【0019】制御装置10は、、電気給湯器12の運転
状況を確認することができるようにするために、制御手
段38の出力信号を受けて点灯する発光ダイオードを含
むパイロットランプ手段68を更に備えている。図示の
実施例では、このパイロットランプ手段68は、電源オ
ンの状態を指示する電源パイロットランプ70、流量が
適正範囲を超えて過剰であることを指示する流量オーバ
ーパイロットランプ72、流量が適正範囲であることを
指示する流量適正パイロットランプ74、流量が適正範
囲を超えて不足していることを指示する流量不足パイロ
ットランプ76、電気ヒータ22が通電していることを
指示するヒータパイロットランプ78及び電気ヒータ2
2が断線していることを指示するヒータ断線パイロット
ランプ80から成っている。例えば、通常の家庭用電気
給湯器において、流量の適正範囲は、3リットル/分の
前後である2.8リットル/分〜3.1リットル/分で
あり、従ってこの適正範囲を最低流量設定器48及び最
高流量設定器50によって設定する。
【0020】CPU38Aは、ROM82に記憶されて
いる制御プログラムに応じてファクタ設定手段34から
の情報と流量測定器52、水温測定器54及び湯温測定
器56からの情報とに基づいて動作するが、本発明の制
御方法は、これらの情報に基づいて次の2つの条件に従
って行われる。(1)湯温設定器44で設定された湯の
設定温度Tsと水温測定器54で測定された水温Tcと
の差から温度上昇値Trを求め、また流量測定器52で
測定された水の流量Fwと温度上昇値Trとから予め実
験によって定められているワンショット時間Otを求
め、このワンショット時間Otに基づいて電気ヒータ2
2をフリッカー制御する。水温Tcと流量Fwは、1秒
サイクルで計測してCPU38Aに入力される。(2)
湯温測定器56で測定された湯の測定温度(以下湯温と
称する)Thと湯の設定温度Tsとの差に応じてワンシ
ョット時間Otを伸縮するように補正し、この補正され
たワンショット時間Otに基づいて電気ヒータ22をフ
リッカー制御する。
【0021】水の流量Fwと温度上昇値Trとから予め
実験によって定められたワンショット時間Otの一例が
第2図乃至第4図に示され、第2図は、流量Fwが2リ
ットル/分及び2.7リットル/分である際の温度上昇
値Trに対するワンショット時間Otを示し、第3図
は、流量Fwが3.4リットル/分である際の温度上昇
値Trに対するワンショット時間Otを示し、また第4
図は、流量Fwが4.0リットル/分及び4.6リット
ル/分である際の温度上昇値Trに対するワンショット
時間Otを示す。
【0022】これらの例で、『ワンショット時間』Ot
とは、所定の単位時間毎にこの単位時間の範囲内で電気
ヒータ22を通電すべき時間を意味する。この実施例で
は、ワンショット時間Otは、2秒毎の通電時間であ
り、例えば流量Fwが3.4リットル/分である際のワ
ンショット時間Otは、第3図に示すように、温度上昇
値Trが20℃である時、1.7秒であり、これは2秒
毎に1.7秒通電するようにして電気ヒータ22をフリ
ッカー制御することを意味する。ワンショット時間Ot
の単位時間が長ければ長い程、電気ヒータ22の通電の
フリッカー制御が粗となり、短ければ短い程、このフリ
ッカー制御が微細となる。従って、単位時間が短い程、
湯温を設定値に近付けることができて好ましいが、通常
は、実施例のように、2秒程度であれば湯の冷熱を感じ
ることがなく、従って2秒程度が最も好ましい。
【0023】このワンショット時間Otに関する第2図
乃至第4図に示す如き情報は、予めRAM84に記憶さ
れている。尚、第2図乃至第4図は温度上昇値−ワンシ
ョット時間特性のほんの一例であり、実際には更に多数
の流量に応じた特性が予め実験によって定められていて
これらの特性がRAM84に記憶され、上記の(1)の
条件によって求められた水の流量Fwと温度上昇値Tr
とに基づいた相応する特性が上記の記憶された特性の中
から選んで決定される
【0024】湯温Thが流量測定器52の測定誤差等に
応じて変化することがある。電気ヒータ22を連続通電
すると、第5図に示すように、流量Fwの変化に応じて
水の温度上昇値(単位時間あたり)が変化し、流量が多
ければ多い程、水の温度上昇値が小さく、また流量が小
さければ小さい程、水の温度上昇値が大きくなる。例え
ば、流量が2リットル/分付近では温度上昇値が約40
℃/2秒であるため、流量が0.1リットル/分変化し
ても温度上昇値に約2℃/秒の差が生ずる。これは電気
ヒータ22を所定のワンショット時間Otを用いてフリ
ッカー制御しつつ通電しても同様であり、流量測定器5
2の測定誤差に応じて温度変化が生ずる。
【0025】ワンショット時間Otの補正は、このよう
な流量測定器52の測定誤差等に応じて発生する湯温T
hの変化を補償するために行われる。既に述べたよう
に、流量Fwの変化があると、湯温Thが変化するが、
この変化が納まると、流量が変化した後の一定の流量で
定まる湯温Thが得られる。従って、例えば、10秒間
で湯温Thが±0.3℃の範囲しか変化しなくなった時
を湯温Thがほぼ一定したと判断し、この時湯温度測定
器56によって測定された湯温の測定値の平均値(平均
湯温)と湯温の設定値(設定温度)とを比較し、平均値
が設定値よりも高い時には第2図乃至第4図で定められ
るワンショット時間を例えば5%又は0.1秒短くし、
逆に低い時には5%又は0.1秒長くするように、ワン
ショット時間Otを伸縮する。
【0026】次に、本発明の制御方法を図6のフローチ
ャートを参照して詳細に述べると、水道栓24を開き、
水道栓24と給湯栓26と間で水が充満した状態で給湯
栓26を開くと(フローチャートのブロック1及び2参
照)、水道管から水入口14、給湯器本体18、湯出口
16を通して水が流れる。従って、流量測定器52が水
の流量Fwを測定するが、制御手段38であるCPU3
8Aは、この流量が1.5リットル/分以下であること
を検知した場合には、未だ電気ヒータ22を通電するこ
とがなく待機している。従って、流量の不足による電気
ヒータ22の焼損を防止することができる(ブロック3
のNO参照)。
【0027】CPU38Aは、流量Fwが1.5リット
ル/分以上であることを検知すると(ブロック3のYE
S参照)、水温測定器54が水温Twを測定し、予め設
定された湯温Thと水温Twとの差から温度上昇値Tr
を求める(ブロック4乃至6参照)。流量測定器52で
測定された流量FwがCPU38Aに入力されているの
で(ブロック7参照)、予めRAM84に記憶されてい
る図2乃至図4等のワンショット時間特性から流量Fw
と温度上昇値Trとに相応するワンショット時間が決定
される(ブロック8参照)。例えば、湯温Thの設定値
を38℃とし、水温Twが18℃であったとすると、温
度上昇値Trは、38−18=20℃であり、流量Fw
が3.4リットル/分であったとすると、図3のワンシ
ョット時間特性からワンショト時間は1.7秒となる。
【0028】従って、CPU38Aは、このワンショッ
ト時間1.7秒に基づいて電気ヒータ22をフリッカー
制御しつつ通電する(ブロック9参照)。先に述べたよ
うに、ワンショット時間Otは、2秒の計時毎に電気ヒ
ータ22を通電する時間間隔を意味し、従ってワンショ
ト時間が1.7秒であると、CPU38Aは、図7に示
すように、各2秒毎に最初の1.7秒はスイッチユニッ
ト36をONにして電気ヒータ22を通電状態にし、後
の0.3秒はスイッチユニット36をOFFにして電気
ヒータ22を非通電状態とするように電気ヒータ22を
フリッカー制御する。このようにして、給湯栓26から
38℃の湯(温水)が供給される。尚、電気ヒータ22
のフリッカー制御は、最初の1.7秒をONとし、後の
0.3秒をOFFとするのではなく、逆に最初の0.3
秒をOFFとし、後の1.7秒をONとして行ってもよ
い(図8参照)。尚、このワンショット時間Otによる
フリッカー制御は、単位時間の間は、計時タイミング時
のワンショット時間Otがそのまま維持されるので、単
位時間の途中でワンショット時間Otが計時タイミング
時のものと変化しても、この変化されたワンショット時
間Otの採用は、次の計時タイミングまで待たなければ
ならない。
【0029】一方、湯温測定器56は、この給湯栓26
から供給される温水の温度(湯温)Thを測定し、この
湯温Thを指示する信号はCPU38Aに入力されてい
る(ブロック10参照)。この湯温Thは、既に述べた
ように、10秒間での湯温の変動が±0.3℃である時
の平均湯温であり、CPU38Aは、この平均湯温Th
と湯の設定温度Tsとが一致しているか否か判断し(ブ
ロック11参照)、若し一致していれば、その後流量F
w、水温Tc及び湯の設定温度Tsに変化がない限り
(ブロック16参照)、同じワンショット時間Otで電
気ヒータ22をフリッカー制御し(ブロック15参
照)、若し一致していなければ、その後流量Fw、水温
Tc及び湯の設定温度Tsに変化がない限り、ワンショ
ット時間の補正(制御の第2の条件)を考慮するが(ブ
ロック13、14参照)、これについては後述する。
【0030】平均湯温Thと湯の設定温度Tsとが一致
しるか否かに拘わらず、流量Fw、水温Tc及び湯の設
定温度Tsが変化していることが検出されれば(ブロッ
ク16及び12のYES参照)、CPU38Aは、再び
流量不足の検出から始まる当初の順序に従って前と同じ
制御動作を繰り返す(ブロック3以下参照)。
【0031】平均湯温Thが湯の設定温度Tsと一致し
ていないし、且つ流量Fw、水温Tc及び湯の設定温度
Tsのいずれもが変化していなければ、先に述べたよう
に、ワンショト時間Otの補正を行う。若し、平均湯温
Thが設定温度Tsよりも高ければ、ワンショト時間O
tを短くし(ブロック13及び17参照)、また若し平
均湯温Thが設定温度Tsよりも低ければ、ワンショッ
ト時間Otを長くするように補正する(ブロック14及
び18参照)。
【0032】このようにして補正されたワンショット時
間Otで電気ヒータ22をフリッカー制御しながら通電
し(ブロック9参照)、再び同様の動作を繰り返す。ワ
ンショット時間Otの補正は、例えば、図8に示すよう
に、平均湯温Thが設定温度Tsよりも1℃以上高くな
った場合、ワンショット時間Otを95%に抑制して
1.61秒に短縮し、また逆に平均湯温Thが設定温度
Tsよりも1℃以上低くなった場合には、ワンショト時
間Otを105%まで増加して1.78秒に延ばす。こ
の補正後のワンショット時間Otは、次の計時タイミン
グから採用されるが、平均湯温Thと設定温度Tsとの
差が±1℃の範囲になるまで継続される(図8参照)。
【0033】電気ヒータ22の過熱を防止するために、
CPU38Aは、(1)平均湯温Thが50℃を越えた
場合、(2)流量Fwが流量不足値(例えば1.5リッ
トル/分)以下となった場合、または(3)湯の設定温
度Tsと平均湯温Thとの差が5℃以上となった場合、
ヒータ強制OFF指令を出し、ワンショット時間に割り
込んで電気ヒータ22の運転を強制的に停止する。
【0034】尚、上記実施例では、流量Fwは、水入口
14に流入する水道水の流れから直接検出しているが、
例えば、水入口14のノズルの一次側水圧と二次側水圧
との差から間接的に検出してもよい。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、上記のように、湯の設
定温度と給湯器本体に供給される水の温度との差から水
の温度を上昇すべき温度上昇値を求め、またこの水が給
湯器本体内に供給される流量を測定し、この流量と温度
上昇値とから予め実験によって定められたワンショット
時間に基づいて電気ヒータをフリッカー制御するので、
従来技術のように、実際の湯温と設定温度との差に基づ
いてフィードバック方式によって制御する場合のよう
に、特に給湯器内を流れる水の流速によって湯温の影響
を受けることが少なく、安定した温度の湯を供給するこ
とができる。
【0036】特に、湯の設定温度と水温との差(温度上
昇値)と流量とに応じて定まるワンショット時間に基づ
いて電気ヒータを通電するようにフリッカー制御する
と、電気ヒータを位相制御や電圧制御によって通電する
のに比べて制御が簡単である上に一層微細な制御を行う
ことができ、従って冷熱を感じることがない安定した温
度の湯を供給することができる。
【0037】また、流量測定器の測定値の誤差等から給
湯器本体から供給される湯の温度が変化する傾向がある
が、給湯器から供給される湯の温度を測定し、この湯の
測定温度と湯の設定温度との差に応じてワンショット時
間を伸縮するので、流量測定器の測定誤差に基づく湯の
温度の変化が補償され、湯の温度を設定値に一層近付け
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電気給湯器の制御方法を実施する
のに用いられる制御装置の系統図である。
【図2】本発明の方法の実施に用いられる温度上昇値と
ワンショット時間との関係を流量が2.0リットル/分
及び2.7リットル/分で示すワンショット時間特性の
線図である。
【図3】本発明の方法の実施に用いられる温度上昇値と
ワンショット時間との関係を流量が3.4リットル/分
で示すワンショット時間特性の線図である。
【図4】本発明の方法の実施に用いられる温度上昇値と
ワンショット時間との関係を流量が4.0リットル/分
及び4.6リットル/分で示すワンショット時間特性の
線図である。
【図5】電気ヒータを連続通電する場合の温度上昇値と
流量との関係を示す線図である。
【図6】本発明の制御方法を段階的に説明するフロチャ
ートである。
【図7】電気ヒータを所定のワンショット時間に基づい
てフリッカー制御する際の通電状態の一例を示す説明図
である。
【図8】電気ヒータを所定のワンショット時間に基づい
てフリッカー制御する際の通電状態とワンショット時間
が途中で補正された状態を示す説明図である。
【符号の説明】
10 電気給湯器の制御装置 12 電気給湯器 14 水入口 16 湯出口 18 通路 18A 通路部分 18B 通路部分 18C 通路部分 18D 通路部分 20 給湯器本体 20A 上壁 22 電気ヒータ 22A 電気ヒータ22の一方の端子 22B 電気ヒータ22の他方の端子 24 水道栓 26 給湯栓 28 隔壁 30 隔壁 32 隔壁 34 ファクタ設定手段 36 スイッチユニット 38 制御手段 40 交流電源 42 半導体リレー 44 湯温度設定器 46 流量不足設定器 48 最低流量設定器 50 最高流量設定器 52 流量測定器 54 水温測定器 56 湯温測定器 58 電流・周波数変換器 60 演算増幅器 62 演算増幅器 64 マルチプレクサ 66 アナログ・デジタル変換器 68 パイロットランプ手段 70 電源パイロットランプ 72 流量オーバパイロットランプ 74 流量適正パイロットランプ 76 流量不足パイロトランプ 78 ヒータパイロットランプ 80 ヒータ断線パイロットランプ 82 ROM 84 RAM 86 デコーダ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 給湯器本体に供給される水を加熱する電
    気ヒータを選択的に通電して所定の設定温度の湯を供給
    する電気給湯器を制御する方法において、前記給湯器本
    体に供給される水の温度と前記給湯器本体に供給される
    水の流量とを測定し、前記湯の設定温度と前記水の温度
    との差から温度上昇値を求め、また前記水の流量と前記
    温度上昇値とから予め定められているワンショット時間
    を求め、前記ワンショット時間に基づいて前記電気ヒー
    タをフリッカー制御することを特徴とする電気給湯器の
    制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の電気給湯器の制御方法
    であって、多数の流量に応じた温度上昇値−ワンショッ
    ト時間特性が予め記憶され、前記水の流量と前記温度上
    昇値とから相応する所定のワンショット時間を求めるこ
    とを特徴とする電気給湯器の制御方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の電気給湯器の制
    御方法であって、前記給湯器本体から供給される湯の温
    度を測定し、前記湯の測定温度と前記湯の設定温度との
    差に応じて前記ワンショット時間を伸縮することを特徴
    とする電気給湯器の制御方法。
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