JP2979936B2 - 給湯制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱交換器を迂回するバ
イパス路を備え、熱交換器からの湯とバイパス路からの
水を混合して出湯する瞬間式給湯機の給湯制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の給湯制御装置は、図５に
示すように、熱交換器１を備えた加熱路２と、熱交換器
１を迂回するバイパス路３と、バイパス路３に分流調節
弁４および逆止弁６を設け、分流調節弁４の開度を制御
することにより、加熱路２からの湯とバイパス路３から
の水との混合度合いを変更して混合温度を所定の温度を
にして出湯していた。また、バイパスすることにより熱
交換器１からの湯の温度を高温に保ち、熱交換器１内で
の結露も防止していた。この分流調節弁４はモータ５に
より弁体を駆動する構成が一般に用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の給湯制御装置の構成では、逆止弁６を付加するため
にバイパス路３の圧力損失が大きくなりバイパス路３側
の流量比率が大きくできずに混合温度が充分に下げられ
なかったり、逆止弁６の流量特性（低流量で開きにく
い）により制御成績を悪化させるばかりでなく、逆止弁
６のために多くの部品を必要としコスト高となってい
た。

【０００４】しかし、逆止弁６が無い状態で、給湯停止
時に分流調節弁４により加熱路２とバイパス路３を連通
させると、加熱路２とバイパス路３の間の湯水の比重差
により対流循環が始まり、以後熱交換器１内の湯が冷却
され対流循環は継続する。そのため冷却が促進されるば
かりでなく、バイパス路３と熱交換器１の上流の冷水が
熱交換器１の下流の温水と混合し、熱交換器１内の湯温
は著しく低下し、給湯再開時に冷水が出てしまう。

【０００５】この対流循環を防止するために、給湯停止
時に分流調節弁４によりバイパス路３を閉止することが
考えられるが、給湯の再開時においてモータ５は温度変
化速度に対して駆動速度が遅く、熱交換器１にまだ高温
の湯が残っている場合に制御が遅れて高温の湯が出る可
能性があった。

【０００６】そこで、本発明は上記課題を解決するもの
で、安全で安定した給湯を低コストに提供することを目
的としている。

【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、以下の構成とした。

【０００８】（１）熱交換器の出湯側に接続された加熱
路と、前記熱交換器を迂回するバイパス路と、前記加熱
路と前記バイパス路との流量比率を可変する比率調整弁
と、前記熱交換器への水量を検知する水量検知手段と、
前記加熱路の熱交換器下流の加熱温度を検知する加熱検
知手段と、前記水量検知手段により水量を検知した場合
に前記比率調整弁を所定の開度に開放し、水量がないこ
とを検知した場合は前記加熱検知手段の検出値が予め設
定したしきい値以下に低下した時点で前記比率調整弁に
よりバイパス路を閉止させる比率制御器とを備えたもの
である。

【０００９】（２）熱交換器の出湯側に接続された加熱
路と、前記熱交換器を迂回するバイパス路と、前記加熱
路と前記バイパス路との流量比率を可変する比率調整弁
と、前記熱交換器への水量を検知する水量検知手段と、
前記加熱路の熱交換器下流の加熱温度を検知する加熱検
知手段と、前記熱交換器上流の給水温度を検知する水温
検知手段と、前記水量検知手段により水量を検知した場
合に前記比率調整弁を所定の開度に開放し、水量がない
ことを検知した場合は前記加熱検知手段の検出値が前記
水温検知手段に応じて設定したしきい値以下に低下した
時点で前記比率調整弁によりバイパス路を閉止させる比
率制御器とを備えたものである。

【００１０】

【００１１】

【作用】本発明は上記構成によって、給湯中は加熱路の
湯（例えば６０℃）とバイパス路の水（例えば２０℃）
との混合温度が予め定めた温度（例えば４０℃）になる
よう比率調整弁を所定の開度（比率５０％）に開放す
る。給湯停止時は比率調整弁を開放状態に維持すること
で、加熱路とバイパス路の間の湯水の比重差により対流
循環が始まり、熱交換器内の冷却が促進される。一定時
間（例えば加熱路の湯温が４５℃程度に冷却される時
間）後に比率調整弁によりバイパス路を閉止し冷却を抑
制する。比率調整弁が開放状態の時に給湯を再開すると
熱交換器内の高温の湯はバイパス路の水と混合され適温
に維持される。一方、比率調整弁が閉止状態の時に給湯
を再開すると、比率調整弁は開放方向に駆動を始める
が、駆動速度より速く熱交換器内の湯が流れてしまう。
しかし、熱交換器内の湯温は既に適温に冷却されている
ので安全で安定な給湯ができる。

【００１２】また、給湯停止時に加熱検知手段の検出値
が予め設定したしきい値（例えば４５℃）以下に低下し
た時点でバイパス路を閉止することで、給湯再開直後の
出湯温度がしきい値を超えることがなく安全である。

【００１３】さらに、給湯停止時に加熱検知手段の検出
値が水温検知手段の検知温度に応じて設定したしきい値
（例えば水温が低い場合４７℃、水温が高い場合４３
℃）以下に低下した時点でバイパス路を閉止すること
で、バイパス路閉止後の停止時間が長くなっても給湯再
開直後の出湯温度が安定となる。すなわち、冬期などの
給湯機や配管が冷却されやすい状況（水温が低い場合）
では、しきい値を上げ、夏期などの冷却されにくい状況
（水温が高い場合）では、しきい値を下げることで、出
湯温度を安定にする。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。

【００１５】図１において、熱交換器１０を介して入水
路１１と加熱路１２が直列に接続され、通水は入水路１
１、熱交換器１０、加熱路１２の順に流れる。熱交換器
１１を迂回するバイパス路１３は、入水路１１の分岐点
１４と加熱路１２の先端の合流点１５に接続され、合流
点１５で加熱路１２とバイパス路１３の流れが合流し、
出湯路１６へと流れる。１７はバイパス路１３の中間に
設けた比率調整弁で、公知のモータ駆動の水量弁よりな
り、開閉信号によりバイパス路の通路を開度を調節す
る。１８は合流点１５の下流に設けられたサーミスタ等
のセンサである出湯検知手段で、加熱路１２とバイパス
路１３との混合温度を検知する。１９は加熱路１２に設
けた加熱検知手段で熱交換器１０の出口温度を検知す
る。２０は分岐点１４の上流に設けた給水検知手段で、
給水温度を検知する。２１は入水路１１に設けた水量検
知手段で、熱交換器１０への水量を検知する。２２は出
湯路１６から出湯される出湯温度を使用者が任意に設定
する温度設定手段、２３は出湯検知手段１８と加熱検知
手段１９と給水検知手段２０と水量検知手段２１の各検
出値に応じて比率調整弁１７の開度制御を行う比率制御
器、２４は燃焼制御器で、加熱検知手段１９と予め定め
た設定温度との出力偏差に応じて偏差がゼロになるよう
バーナ２５への燃料量を比例弁２６の開度により制御す
る。

【００１６】次に制御動作について図２に基づいて説明
する。図は比率制御器２３および燃焼制御器２４による
比率調整弁１７と比例弁２６の制御流れを示す。３０は
水量検知手段２１の検出する水量により給湯の有無を判
定する。ここで水量があり給湯されていれば、３１の燃
焼制御を行う。燃焼制御は、燃焼制御器２４により行
い、予め定めた設定温度（例えば６０℃）と加熱検知手
段１９の検出温度の偏差がゼロになるよう公知のＰＩＤ
動作により燃焼量を制御する。次に３２で比率調整弁１
７の弁開度制御を行う。弁開度制御はバイパス路１３の
流路の開度を調整することにより加熱路１２との流量比
率を変え出湯温度を制御するもので、フィードフォワー
ドＦＦとＰＩＤのフィードッバックＦＢ制御によりバイ
パス路１３の流量比率を素早く安定に制御する。

【００１７】出湯温度Ｔｍは、次の関係から加熱温度Ｔ
ｈと給水温度Ｔｗが決まればバイパス路の流量比率Ｒに
反比例的に決まる。すなわち、バイパス路１３の開度を
増せば、出湯温度Ｔｍは下がり、逆に開度を減ずれば出
湯温度Ｔｍは上がる。

【００１８】Ｔｍ＝Ｔｗ＋（１−Ｒ）・（Ｔｈ−Ｔｗ） この特性より、Ｔｍを設定温度Ｔｓｅｔとしてフィード
フォワードＦＦによる流量比率Ｒｆｆを次の関係から求
める。

【００１９】 Ｒｆｆ＝１−（Ｔｓｅｔ−Ｔｗ）／（Ｔｈ−Ｔｗ） そして、設定温度Ｔｓｅｔと出湯検知手段１８の検知温
度Ｔｍとの偏差がゼロになるように公知のＰＩＤ動作を
Ｒｆｆに加え比率調整弁１７の弁開度を制御する。

【００２０】一方、３０で水量がなく給湯が停止されて
いると判定されれば、３３で燃料を遮断し燃焼停止させ
る。次に３４で給湯停止の経過時間が３０秒を超えたか
を判定し、超えていなければ比率調整弁１７の弁開度は
そのまま維持し、超えていれば３５でバイパス路を閉止
させる。

【００２１】給湯停止時に比率調整弁１７を開放状態に
維持すると、加熱路１２とバイパス路１３の閉回路間の
湯水の比重差により対流循環が始まり、熱交換器１０内
の冷却が促進される。熱交換器１０内の温度が冷えすぎ
ないように３０秒で比率調整弁１７を閉止するが、ここ
での３０秒は加熱路１２の湯温が平均的に４５℃程度に
冷却される時間を設定する。比率調整弁１７が閉止する
と対流循環が減少し冷却を抑制する。したがって、以後
冷却速度は鈍化し長時間にわたって冷えすぎを防止でき
る。

【００２２】給湯が停止して３０秒前の比率調整弁１７
が開放状態の時に給湯を再開すると熱交換器１０内の高
温の湯はバイパス路１３の水と混合され急激な温度変化
もなく適温に制御される。

【００２３】一方、３０秒以上経過して比率調整弁１７
が閉止状態の時に給湯を再開すると、比率調整弁１７は
制御動作により開放方向に駆動を始めるが、駆動速度よ
り速く熱交換器１０内の湯が流れてしまう。しかし、熱
交換器１０内の湯温は既にほぼ４５℃以下に冷却されて
いるので高温の湯が出ないため安全である。また、熱交
換器１０が所定温度（６０℃）を出湯するまでには比率
調整弁１７が所定開度に復帰するための充分な時間があ
り以後安定な給湯ができる。

【００２４】次に本発明の第２の実施例を図３を用いて
説明する。図３において前記実施例と相違する点は、４
４で給湯が停止した場合に加熱温度Ｔｈがしきい値であ
る設定温度Ｔｓｅｔ＋５℃以下を判定し、４５で比率調
整弁１７を閉止する制御構成にあり、熱交換器１０内の
湯温冷却状態を精度良く制御できるため、より安全であ
る。

【００２５】Ｔｓｅｔ＋５℃は、比例調整弁１７の閉止
以後に冷却される温度を見越してＴｓｅｔより高めに設
定する必要があるため、Ｔｓｅｔに＋５℃の余裕温度を
付加している。

【００２６】次に本発明の第３の実施例を図４を用いて
説明する。図４において前記第１、２の実施例と相違す
る点は、５４で給水温度Ｔｗが１５℃以上であれば余裕
温度Ａを３℃、Ｔｗが１５℃以下であればＡを７℃に設
定する。そして５７で加熱温度ＴｈがＴｓｅｔ＋Ａを判
定し、５８で比率調整弁１７を閉止する制御構成にあ
り、季節の違い等により熱交換器１０内の湯温の冷却速
度が変わっても、給湯再開時の出湯温度が安定である。
すなわち、冬期などの給湯機や配管が冷却されやすい状
況（水温が低い場合）では、余裕温度を上げ、夏期など
の冷却されにくい状況（水温が高い場合）では、余裕温
度を下げることで、出湯温度を安定にする。上記実施例
では比率調整弁にモータ駆動の水量弁を用いたが、ソレ
ノイド式の比例制御弁を用いても同様の効果が得られ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかのように本発明の
給湯制御装置によれば次の効果が得られる。

【００２８】給湯停止時に比率調整弁によりバイパス路
を一定時間開放状態を維持した後閉止させるため、給湯
停止直後の熱交換器内の残留湯温が高温である時間帯は
比率調整弁が開放状態に維持され、この時に給湯を再開
しても熱交換器内の高温の湯はバイパス路の水と混合さ
れ適温に制御される。一方、比率調整弁が閉止状態の時
に給湯を再開すると、比率調整弁の駆動速度より速く熱
交換器内の湯が流れてしまうが、熱交換器内の湯温は既
に適温に冷却されているので安全で安定な給湯ができ
る。

【００２９】また、給湯停止時に比率調整弁によりバイ
パス路を開放状態に維持した後、加熱検知手段の検出値
が予め設定したしきい値以下の時にバイパス路を閉止さ
せるため、給湯再開直後の出湯温度がしきい値を超える
ことがなく安全である。

【００３０】さらに、給湯停止時に比率調整弁によりバ
イパス路を開放状態に維持した後、加熱検知手段の検出
値が給水温度に応じて定めたしきい値以下の時にバイパ
ス路を閉止させるため、冬期などの給湯機や配管が冷却
されやすい状況（水温が低い場合）では、しきい値を上
げ、夏期などの冷却されにくい状況（水温が高い場合）
では、しきい値を下げることで、出湯温度が安定とな
る。しかも、逆止弁が不要であり、その分低コストであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の給湯制御装置の構成図

【図２】同給湯制御装置の制御流れ図

【図３】本発明の第２の実施例の給湯制御装置の制御流
れ図

【図４】本発明の第３の実施例の給湯制御装置の制御流
れ図

【図５】従来の給湯制御装置の構成図

【符号の説明】

１０ 熱交換器 １２ 加熱路 １３ バイパス路 １７ 比率調整弁 １８ 出湯検知手段 １９ 加熱検知手段 ２０ 給水検知手段 ２１ 水量検知手段 ２３ 比率制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−137453（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−350457（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−88214（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24H 1/10 302

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換器の出湯側に接続された加熱路と、
   前記熱交換器を迂回するバイパス路と、前記加熱路と前
   記バイパス路との流量比率を可変する比率調整弁と、前
   記熱交換器への水量を検知する水量検知手段と、前記加
   熱路の熱交換器下流の加熱温度を検知する加熱検知手段
   と、前記水量検知手段により水量を検知した場合に前記
   比率調整弁を所定の開度に開放し、水量がないことを検
   知した場合は前記加熱検知手段の検出値が予め設定した
   しきい値以下に低下した時点で前記比率調整弁によりバ
   イパス路を閉止させる比率制御器とを備えた給湯制御装
   置。
2. 【請求項２】熱交換器の出湯側に接続された加熱路と、
   前記熱交換器を迂回するバイパス路と、前記加熱路と前
   記バイパス路との流量比率を可変する比率調整弁と、前
   記熱交換器への水量を検知する水量検知手段と、前記加
   熱路の熱交換器下流の加熱温度を検知する加熱検知手段
   と、前記熱交換器上流の給水温度を検知する水温検知手
   段と、前記水量検知手段により水量を検知した場合に前
   記比率調整弁を所定の開度に開放し、水量がないことを
   検知した場合は前記加熱検知手段の検出値が前記水温検
   知手段に応じて設定したしきい値以下に低下した時点で
   前記比率調整弁によりバイパス路を閉止させる比率制御
   器とを備えた給湯制御装置。