JP3097430B2 - 給湯器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱交換器からの湯とバ
イパス路からの水とを混合して任意の設定温度の出湯を
行ういわゆるバイパスミキシング方式の給湯器に係り、
特にバイパス水量を可変するバイパス弁を備えるものの
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】バイパスミキシング方式の給湯器の一般
的な構成を図４に示す。図中、５０は熱交換器、５１は
入水路、５２は出湯路、５３はバイパス路、５４は合流
部、５５はバーナ、５６はカランなどの先栓、５７はバ
イパス弁、５８は制御手段である。熱交換器５０の入水
端部に入水路５１が、また、熱交換器５０の吐出端部に
出湯路５２がそれぞれ接続されており、入水路５１と出
湯路５２とにバイパス路５３がそれぞれ接続されてい
る。出湯路５２とバイパス路５３との接続部が合流部５
４となっている。バイパス弁５７は、バイパス路５３の
途中に設けられてバイパス水量を可変調節するものであ
る。制御手段５８は、熱交換器５０による焚き上げ温度
やバイパス弁５７の開度を制御するものである。

【０００３】ところで、給湯要求時の制御として、本願
出願人は、次のような方式を提案している。それは、バ
イパス弁５７によるバイパス水量を一定とする分配比率
（例えば湯：水＝１：１）での混合出湯温度がユーザー
により要求される設定温度となるように、バーナ５４の
燃焼能力をフィードフォワード制御するとともに、設定
温度と実際の混合出湯温度との偏差に基づいてバイパス
弁５７によるバイパス水量をフィードバック制御するこ
とにより、ほぼ設定温度での出湯を行わせるものであ
る。なお、フィードフォワード制御で分配比率を固定と
しているのは、バイパス弁５７の動作応答速度が遅いこ
とを考慮しているからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来装置の場合、
入水温度が高い夏場だと熱交換器５０の目標焚き上げ温
度がかなり低くなるように設定される一方、入水温度が
低い冬場だと目標焚き上げ温度がかなり高くなるように
設定される。甚だしい場合には、夏場だと熱交換器５０
の目標焚き上げ温度が低温腐食域（熱交換器が結露しや
すい温度域）に、また、冬場だと熱交換器５０の目標焚
き上げ温度が沸騰域に設定されることになってしまい、
器具の安全性や耐久性の低下が懸念される。

【０００５】また、従来装置では、バイパスミキシング
方式の給湯器特有の冷温水現象つまり、給湯を一時的に
停止してから再給湯するときに、熱交換器５０の後焚き
または自然放熱により先栓５６からの混合出湯温度が一
時的に高くなったり低くなったりする現象が発生して
も、バイパス弁５７の開度を増減するフィードバック制
御が機能して出湯特性を良好とするようになっているも
のの、特に入水温度が高い夏場や低い冬場では、目標焚
き上げ温度に対応する一定の分配比率（例えば湯：水＝
１：１）から、再給湯時のフィードバック制御による分
配比率（例えば水側全開や水側全閉）へと変更量を大き
くする必要があるために、バイパス弁５７の動作が追従
できなくなって冷温水現象の抑制効果が不十分となるこ
とが懸念される。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑み、入水温
度の高低に関係なく、熱交換器を低温腐食域や沸騰域か
ら外れる適正温度範囲で使用できるようにするととも
に、再給湯時の出湯特性を改善できるようにすることを
課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱交換器から
の湯とバイパス路からの水とを混合して任意の設定温度
の出湯を行うもので、バイパス路の途中に設けられてバ
イパス水量を可変制御するバイパス弁と、熱交換器によ
る焚き上げ温度やバイパス弁の開度を制御する制御手段
とを備えるバイパスミキシング方式の給湯器において、
次のように構成する。

【０００８】本発明では、前記制御手段が、給湯要求に
伴い、熱交換器の目標焚き上げ温度を、設定温度に所要
の一定値を加算して算出するとともに、この算出した目
標焚き上げ温度、設定温度および入水温度に基づいて熱
交換器からの湯とバイパス路からの水との目標分配比率
とを算出し、この算出結果に基づいて熱交換器を加熱す
る加熱要素の加熱能力やバイパス弁の開度を制御する機
能を有し、前記一定値が、前記算出する目標焚き上げ温
度を低温腐食域よりも高くするために必要な温度以上に
かつ沸騰域よりも低くするために必要な温度未満に設定
される。ところで、上述した低温腐食域と言われる温度
や沸騰域と言われる温度については、一般的に、当業者
において経験的に把握されているから、前記設定温度に
加算する所要の一定値についても、前記設定温度に基づ
いておのずと範囲が特定される。

【０００９】

【作用】本発明では、給湯要求時に分配比率を可変制御
する方式としながら、熱交換器の目標焚き上げ温度を低
温腐食域や沸騰域から外れる適正範囲となるように設定
温度に所要の一定値を加算して設定するとともに、この
目標焚き上げ温度を加味して目標分配比率を算出するこ
とにより、目標分配比率を大き過ぎたり小さ過ぎたりし
ない中間範囲に収める設定となるようにしている。

【００１０】これにより、入水温度が高い夏場や低い冬
場でも、熱交換器の目標焚き上げ温度を低くし過ぎたり
高くし過ぎたり設定せずに済むようになるとともに、再
給湯時の分配比率の変更量を小さくできるようになる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の詳細を図１ないし図３に示す
実施例に基づいて説明する。図１は給湯器の概略構成
図、図２は熱交換器の湯温変化を示すグラフ、図３はバ
イパス弁の分配比率とバイパス弁の駆動ステップ数との
関係を示すグラフをそれぞれ示している。本実施例では
従来例と基本的な構成を同じにした例を挙げている。

【００１２】図中、１は熱交換器、２は入水路、３は出
湯路、４はバイパス路、５は合流部、６はバーナ、７は
カランなどの先栓、８はバイパス弁、９は制御手段であ
る。１０は水量センサ、１１は入水温センサ、１２は熱
交換器１の吐出側に設けられる缶体出湯温度センサ、１
３は合流部５よりも下流の出湯路３に設けられる混合出
湯温度センサである。熱交換器１の入水端部に入水路２
が、また、熱交換器１の吐出端部に出湯路３がそれぞれ
接続されており、入水路２と出湯路３とにバイパス路４
がそれぞれ接続されている。出湯路３とバイパス路４と
の接続部が合流部５となっている。バイパス弁８は、図
示しないステッピングモータにより開閉駆動されるもの
であり、その開度つまりステッピングモータのステップ
数と分配比率との関係は図３に示すようになっている。

【００１３】本実施例では、給湯要求時に分配比率（熱
交換器１からの湯とバイパス路４からの水との混合比
率）を可変制御する方式としながら、この分配比率も大
き過ぎたり小さ過ぎたりしない中間範囲に収める設定と
なるように工夫している点に特徴がある。

【００１４】具体的に、制御手段９は、給湯要求時つま
り水量センサ１０で検出される入水量Ｑｓが所定の最低
作動水量ＭＯＱよりも大きいとき、熱交換器１での目標
焚き上げ温度ＫＴｓつまり缶体出湯温度を低温腐食域や
沸騰域から外れる適正範囲となるように設定温度Ｔｓに
所要の一定値β（例えば２５℃）を加算して算出（下記
式または参照）し、この目標焚き上げ温度ＫＴｓに
缶体出湯温度センサ１２で検出する検出缶体出湯温度Ｔ
ｈを一致させるように、バーナ６のガス量Ｇを式によ
り算出して設定するとともに、目標分配比率ρを下記式
により算出し、この目標分配比率ρに基づいてバイパ
ス弁８の開度を制御する（フィードフォワード制御）。
そして、制御手段９は、設定温度Ｔｓと実際の混合出湯
温度（混合出湯温度センサ１３の出力）Ｔｍとの間に偏
差が生じる場合には、この偏差に基づいてバイパス弁８
の開度の補正を行う（フィードバック制御）。また、制
御手段９は、給湯を停止してから所要時間経過後に再給
湯するときには、この再給湯に伴う冷温水現象を抑制す
る制御を行う。

【００１５】 ＫＴｓ＝Ｔｓ＋β （但し、βは定数） ρ＝（ＫＴｓ−Ｔｓ）／（Ｔｓ−Ｔｃ）＝β／（Ｔｓ−Ｔｃ） ＫＴｓ＝ρ・（Ｔｓ−Ｔｃ）＋Ｔｓ Ｇ＝（ＫＴｓ−Ｔｃ）・Ｑｓ なお、式により算出した目標分配比率ρが、所定範囲
（ρｍｉｎ≦ρ≦ρｍａｘ）に収まる場合には、この算
出結果に基づいてバイパス弁８の開度が制御されるけれ
ども、前記範囲に収まらない場合（ρｍｉｎ＞ρ＞ρｍ
ａｘ）は、従来と同様、目標分配比率ρをα（定数）で
一定とし、目標焚き上げ温度ＫＴｓを式により算出
し、この算出結果に基づいてバーナ６の燃焼能力が制御
される。これはつまり、分配比率が小さ過ぎると（ρｍ
ｉｎ未満）、バイパス水量が一定以上減少することにな
るために、必要な給湯量が得られなくなる一方、分配比
率が大き過ぎると（ρｍａｘを越える）、バイパス水量
が一定以上増加することになるために、再給湯時のオー
バーシュート現象を抑制しにくくなるからである。そし
て、前述のρｍｉｎは、０．５に、また、ρｍａｘは、
１．３にとそれぞれ経験的に設定される。

【００１６】ここで、本実施例の目標焚き上げ温度や分
配比率と従来例（分配比率ρを固定とするもの）とを対
比した例を説明する。

【００１７】（１）設定温度Ｔｓ＝５０℃、入水温度Ｔ
ｃ＝５℃の場合、従来例における固定の分配比率ρ＝１
とすると目標焚き上げ温度ＫＴｓ＝９５℃となって沸騰
域となり、長期間待機後の再給湯時にアンダーシュート
現象となりやすい。これに対して、本実施例の場合だと
目標焚き上げ温度ＫＴｓ＝７５℃となり、分配比率ρ＝
０．５６となり、沸騰域にならずに済むし、また長期間
待機後の再給湯時にも応答が速くなってアンダーシュー
ト現象が発生しにくくなる。

【００１８】（２）設定温度Ｔｓ＝４０℃、入水温度Ｔ
ｃ＝２０℃の場合、従来例における固定の分配比率ρ＝
１とすると目標焚き上げ温度ＫＴｓ＝６０℃となって低
温腐食域となり、短期間待機後の再給湯時にオーバーシ
ュート現象となりやすい。これに対して、本実施例の場
合だと目標焚き上げ温度ＫＴｓ＝６５℃となり、分配比
率ρ＝１．２５となり、低温腐食域にならずに済むし、
また短期間待機後の再給湯時にも応答が速くなってオー
バーシュート現象が発生しにくくなる。

【００１９】以上説明したように、本発明では、入水温
度の高低に関係なく、目標焚き上げ温度ＫＴｓを低温腐
食域や沸騰域から外れる適正範囲となるように一義的に
設定することにより、熱交換器１の低温腐食や沸騰破損
を回避させている。また、バイパス比率を大き過ぎたり
小さ過ぎたりしない中間範囲に収めるようにすることに
より、再給湯時に分配比率の変更量つまりバイパス弁８
の開度制御量を可及的に少なくさせている。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、バイバスミキシング方
式の給湯器において、入水温度が高い夏場や低い冬場で
も、熱交換器の目標焚き上げ温度を低くし過ぎたり高く
し過ぎたり設定せずに済むようにしているとともに、再
給湯時の分配比率の変更量を小さくできるようにしてい
るから、熱交換器の低温腐食や異常加熱を回避できて器
具の安全性や耐久性を向上できるようになる他、再給湯
時のオーバーシュートやアンダシュートといった冷温水
現象の発生を抑制できて出湯特性を改善できるようにな
る。このように本発明では給湯器の信頼性の向上に貢献
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の給湯器の一実施例の概略構成図。

【図２】同給湯器の熱交換器の湯温変化を示すグラフ。

【図３】バイパス弁の分配比率とバイパス弁の駆動ステ
ップ数との関係を示すグラフ。

【図４】従来の給湯器の構成図。

【符号の説明】

１ 熱交換器 ２ 入水路 ３ 出湯路 ４ バイパス路 ６ バーナ ７ 先栓 ８ バイパス弁 ９ 制御手段 １２ 缶体出湯温度センサ １３ 混合出湯温度センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器からの湯とバイパス路からの水
   とを混合して任意の設定温度の出湯を行うもので、バイ
   パス路の途中に設けられてバイパス水量を可変制御する
   バイパス弁と、熱交換器による焚き上げ温度やバイパス
   弁の開度を制御する制御手段とを備える給湯器であっ
   て、 前記制御手段が、給湯要求に伴い、熱交換器の目標焚き
   上げ温度を、設定温度に所要の一定値を加算して算出す
   るとともに、この算出した目標焚き上げ温度、設定温度
   および入水温度に基づいて熱交換器からの湯とバイパス
   路からの水との目標分配比率とを算出し、この算出結果
   に基づいて熱交換器を加熱する加熱要素の加熱能力やバ
   イパス弁の開度を制御する機能を有し、 前記一定値が、前記算出する目標焚き上げ温度を低温腐
   食域よりも高くするために必要な温度以上にかつ沸騰域
   よりも低くするために必要な温度未満に設定される 、こ
   とを特徴とする給湯器。