JP3174791B2 - 給湯器の初期出湯量制御方法およびその装置を装備した給湯器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、給湯器の再出湯時のた
めに出湯量を絞る方向に抑制する給湯器の初期出湯量制
御方法およびその装置を備えた給湯器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図９は一般的な給湯器の模式構成を示し
たもので、燃焼室１内にはガスバーナ２が設置され、こ
のガスバーナ２の下側には給排気を行う燃焼ファン３が
設けられ、ガスバーナ２の上側には熱交換器４が設けら
れる。前記ガスバーナ２に通じるガス供給通路５には主
電磁弁６と副電磁弁７とガスの供給量を弁開量によって
制御する比例弁８が設けられており、また、熱交換器４
の入側には給水管10が接続され、この給水管10にはサー
ミスタ等の給水温度センサ11と、水の流れと給水水量
（出湯量）を検出する流量センサ13が設けられている。
また、熱交換器４の出側には給湯管14が接続されてお
り、この給湯管14の出側には水栓15が設けられている。
そして、熱交換器４の出口近傍にはサーミスタ等の出湯
湯温を検出する出湯温度センサ16が設けられている。

【０００３】前記給水温度センサ11と、流量センサ13
と、出湯温度センサ16との各検出信号は制御装置17に加
えられており、制御装置17はこれらの検出信号を受けて
給湯器の燃焼運転を行っている。

【０００４】すなわち、制御装置17は、水栓15が開けら
れて流量センサ13により給水水流が検知されたときに、
燃焼ファン３を回転する。続いて、主電磁弁６および副
電磁弁７を開け、燃料ガスをガスバーナ２に供給してイ
グナイタ電極18を駆動し、ガスの点火を行う。そして、
フレームロッド電極20から加えられる炎検知信号を受け
て着火を確認し、設定温度と出湯温度との差に対応させ
て比例弁８の弁開量を制御し、フィードバック方式を含
む燃焼制御である比例制御により出湯湯温を設定温度に
近づけるように燃焼量を制御するのである。

【０００５】図10にはこの種の給湯器の出湯温度特性が
示されている。この図の横軸は時間を示し、縦軸は出湯
温度センサ16で検出される出湯湯温を示している。水栓
15を開け給湯器を初期使用すると、着火後に燃焼量の比
例制御が行われ、時間の経過とともに出湯湯温が上昇
し、所定の時間経過後に出湯湯温は設定温度ＴS に至
る。

【０００６】この初期使用の後、水栓15を閉め、短時間
Δｔ経過後に水栓15を開けて再出湯すると、水栓15の出
口からはまず給湯管14内に溜まっていたややぬるめの湯
が出湯し、次に熱交換器４内に停滞している間に熱交換
器４によって過熱された設定温度ＴS よりも高温のオー
バーシュートの湯（これを後沸きの湯という）が出湯
し、次に水栓15が開けられてから着火するまでの時間遅
れの間に熱交換器４内に入り込んだ設定温度ＴS よりも
かなり低温のアンダーシュートの湯が出る。

【０００７】従来の給湯器は着火後から比例制御により
燃焼制御を行っているので、前回の使用時に熱交換器４
内に停滞していた後沸きの湯が熱交換器４から完全に出
る前に燃焼が行われると、後沸きの湯は燃焼熱を受けて
さらに高くなり、オーバーシュートがより大きくなると
いう現象があり、また、後沸きによるオーバーシュート
の湯が出湯湯温として検出されると、制御装置はこの検
出温度が設定温度ＴSよりも高いためにガスの供給量を
絞るように比例弁８を制御するので、後沸きの湯の後に
熱交換器４内に入り込んだ水の加熱熱量が不足し、後沸
きの湯の次に出る湯のアンダーシュートが大きくなり、
再出湯時の湯の使用者は高温の湯に触れた直後に低温の
アンダーシュートの湯に触れるという如く、熱い湯と冷
たい湯を交互に受け、非常に不快な思いをするという不
具合があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、このよう
な問題を解消するために、例えば、特願平３−２４６７
４６号等において、再出湯時の湯温を安定化するための
様々な方法を提案している。図８はその提案の一例を示
したもので、水栓15が開けられて再出湯されたときに
は、着火からｔ1 の時間、つまり、熱交換器４内に溜ま
っていた残り湯が熱交換器４から出て行くまでの時間は
ガスバーナ２に供給するガス量をα1 だけ絞り、新たに
供給されてくる水が熱交換器４に満たされたときから短
時間ｔ2 にかけてはガス量をα2 だけ過剰気味に供給し
て図８の（ｂ）に示すガス量供給パターンの形態でフィ
ードフォワード制御を行って図８の（ａ）の破線で示す
ように再出湯時のオーバーシュートとアンダーシュート
を抑制して湯温の安定化を行い、それ以降は通常のフィ
ードバック方式を含む比例制御に移行するものである。

【０００９】しかしながら、前記提案の方法は、給湯器
が大型の場合には、熱交換器４の容量（熱交換器４内に
溜められる湯水の量）が大きいので、再出湯時に、水栓
15を開けてから熱交換器４内の残り湯が出て行くまでに
比較的長い時間が取れるので、前記フィードフォワード
制御が有効に働いて安定した出湯湯温の制御を行うこと
ができるのであるが、給湯器が小型のときには、再出湯
時に、水栓15を開けると、瞬間的に熱交換器４内の残り
湯が出てしまい、フィードフォワード制御を行う時間的
余裕がなくなり、非常に優れた燃焼制御方式でありなが
ら、それが有効に働かないという問題があった。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、小型の給湯器においても、
再出湯時にフィードフォワード制御方式を十分に機能さ
せ、再出湯湯温の安定化を行うことができる給湯器の初
期出湯量制御方法およびその 装置を備えた給湯器を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明の第１の初期出湯量制御方法は、給湯器の初期出湯
時に最初はフィードフォワード方式の燃焼制御を行い、
このフィードフォワード制御期間経過後に少なくともフ
ィードバック方式を含む燃焼制御に移行するタイプにお
ける給湯器の初期出湯量制御方法において、給湯器の給
水管の入口から給湯管の出口に至る通水路に通水量を低
水量に絞る第１の水量制御部と、この第１の水量制御部
により作り出される低水量よりも大きい水量を可変制御
する第２の水量制御部とを備えておき、給湯器を燃焼運
転して出湯した後一旦出湯栓を閉め、次に開栓して再出
湯する際のフィードフォワード燃焼制御期間には、第１
の水量制御部の制御により通水量を低水量に絞り、フィ
ードフォワードから少なくともフィードバック方式を含
む燃焼制御に移行する以降に、通水量制御を第１の水量
制御部から第２の水量制御部に切り換えることを特徴と
して構成されている。また、本発明の第２の初期出湯量
制御方法は、前記第１の初期出湯量制御方法の構成を備
えたものにおいて、給湯器の給湯熱交換器を通る通水流
量を検出し、フィードフォワードから少なくともフィー
ドバック方式を含む燃焼制御に移行するタイミングは、
給湯器の再出湯開始からの通水流量の積算値が熱交換器
の容量に至ったとき又はその後としたことを特徴とす
る。さらに、本発明の第１の初期出湯量制装置を備えた
給湯器は、給湯器の初期出湯時に最初はフィードフォワ
ード方式の燃焼制御を行い、このフィードフォワード制
御期間経過後に少なくともフィードバック方式を含む燃
焼制御に移行するタイプにおける給湯器の初期出湯量制
御装置において、給湯器の給水管の入口から給湯管の出
口に至る通水路に通水量を低水量に絞る第１の水量制御
部と、この第１の水量制御部により作り出される低水量
よりも大きい水量を可変制御する第２の水量制御部とを
有し、給湯器を燃焼運転して出湯した後一旦出湯栓を閉
め、次に開栓して再出湯する際のフィードフォワード燃
焼制御期間には、第１の水量制御部の制御により通水量
を低水量に絞り、フィードフォワードから少なくともフ
ィードバック方式を含む燃焼制御に移行する以降に、通
水量制御を第１の水量制御部から第２の水量制御部に切
り換える水量制御切換部を備えたことを特徴とする。さ
らに、本発明の第２の初期出湯量制装置を備えた給湯器
は、前記第１の初期出湯量制装置を備えた給湯器の構成
を備えたものにおいて、給湯器の給湯熱交換器を通る通
水流量を検出する流量センサと、この流量センサから加
えられる流量検出値を積算する流量演算部とを備え、フ
ィードフォワードから少なくともフィードバック方式を
含む燃焼制御に移行するタイミングは、給湯器の再出湯
開始からの通水流量の積算値が熱交換器の容量に至った
とき又はその後としたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記構成の本発明において、給湯器の使用中
に、一旦水栓が閉められ、短時間のうちに再度水栓が開
けられて再出湯されたときには、給水管から熱交換器に
入り込む水は第１の水量制御部により絞られて入り込む
ので、熱交換器の残り湯が出て行って新たな水が熱交換
器内に満たされるまでの時間を稼ぐことができ、フィー
ドフォワード方式の燃焼制御を有効に機能して再出湯時
の湯温の安定化が行われる。

【００１３】そして、フィードフォワード制御方式から
少なくともフィードバック方式を含む燃焼制御に移行し
た以降は、第２の水量制御部により通水量の可変制御が
行われる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、以下の各実施例において、前記図９のシス
テムと同一の部分には同一符号を付し、その重複説明は
省略する。図１には本発明の初期出湯量制御に関する方
法およびその装置を適用する給湯器の第１の実施例のシ
ステムが示されている。この実施例において特徴的なこ
とは、給湯器の給湯管14側に通水量を可変制御する水量
制御弁21を設け、この水量制御弁21の上流側と下流側を
バイパス通路22によって連通し、このバイパス通路22に
第１の水量制御部として機能する水量絞り手段23を設け
たことである。

【００１５】前記水量制御弁21は第２の水量制御部とし
て機能するもので、モータ24の正逆所望方向の回転によ
ってシャフト25を上下移動し、このシャフト25の先端側
に設けた弁26を弁孔27に対して上下方向に移動して弁孔
27の流路面積を可変制御する構成となっている。

【００１６】また、水量絞り手段23は、例えば、図２の
（ａ）に示すように、バイパス通路22内に流路面積を塞
ぐ状態でプレート28を収容したもので、このプレート28
には複数の微小透孔30が穿設され、熱交換器４から出湯
される湯はこの微小透孔30を通ることによって水量が絞
られて通水されるものである。

【００１７】図３には本実施例の給湯器における初期出
湯量の制御回路が示されている。この制御回路は、流量
演算部31と、燃焼制御部32と、水量制御切換部33とを有
して構成されている。流量演算部31は、流量センサ13か
ら加えられる流量検出値を積算し、その流量積算値を燃
焼制御部32と水量制御切換部33に加える。燃焼制御部32
はフィードフォワード制御回路とフィードバック制御回
路（比例制御回路）とを備えるか、又はフィードフォワ
ード制御回路と、フィードフォワード制御方式とフィー
ドバック制御方式を併合した制御回路とを備えており、
流量演算部31から加えられる流量積算値が熱交換器４の
水容量（熱交換器４内に収容される総水量）になる前は
フィードフォワード制御回路によりガスバーナ２の燃焼
制御を行い、流量積算値が熱交換器４の水容量に至った
とき、又はその後、又は点火確認後にフィードフォワー
ド制御回路からフィードバック制御回路に、又はフィー
ドバック制御とフィードフォワード制御を併合した制御
回路に切り換えてガスバーナ２の燃焼制御を行う。

【００１８】水量制御切換部33は再出湯時に水量制御弁
21が閉じられている状態で水栓15が開けられたときに、
熱交換器４から出湯される湯を水量絞り手段23を通して
流量を絞った状態で出湯させ、流量演算部31から加えら
れる流量積算値が熱交換器４の水容量になったとき、つ
まり、フィードフォワード制御からフィードバック制御
に、又はフィードフォワードにフィードバックを併合し
た制御に移行するときに水量制御弁21を開き、この水量
制御弁21により通水量の可変制御を行わせる。

【００１９】この実施例では、図４に示すように、給湯
器が使用されていたときに、一旦水栓15が閉められた
後、短時間のうちに再び水栓15が開けられて再出湯され
たときには、熱交換器４から出る湯はプレート28の微小
透孔30を通って流量が絞られた状態で水栓15から出湯さ
れるので、小型の給湯器であっても、熱交換器４内の残
り湯が全て出て新たな水が満たされるまでに比較的長い
時間が掛かることとなり、これにより、フィードフォワ
ード制御を円滑に行う時間的余裕が生まれ、このフィー
ドフォワード制御機能を十分に発揮させることで、再出
湯時における湯温の安定化が図られるのである。

【００２０】図５には本発明の初期出湯量制御方法およ
びその装置を適用する給湯器の第２の実施例のシステム
が示されている。この実施例は、前記第１の実施例にお
けるバイパス通路22を省略し、給湯管14に水量絞り手段
を組み込んだ水量制御弁21を配設したことであり、それ
以外の構成は前記第１の実施例と同様である。図６は水
量絞り手段23を組み込んだ水量制御弁21の詳細を示した
もので、ボディ本体34にはＴ字形状の通路が形成されて
おり、その通路の上端開口は密閉部35によって閉鎖され
ている。この密閉部35とボディ本体34はブラケット36と
ねじ37を利用して固定されている。流入路38と流出路39
は直角に交差しており、この交差位置には弁体40が設け
られている。この弁体40は弁26の中心部にシャフト25を
挿通固定したものからなり、弁26の先方に突出するシャ
フト25には第１の水量制御部として機能する流路絞り板
（水量絞り手段）41が固定されている。この流路絞り板
41には複数の微小隙間が形成され、流路絞り板41が流出
路39に嵌め込まれた図６の（ａ）の状態で、使用水圧の
範囲内で低水量の湯水が通過するようになっている。

【００２１】前記弁26とシャフト25とからなる弁体40は
第２の水量制御部として機能するもので、図６の（ａ）
の状態からシャフト25を図６の（ｂ）に示すように上方
向に移動することにより流入路38から流出路39に至る流
路面積が大きくなるようになっている。なお、この実施
例では流路絞り板41も弁体40の一部として機能してい
る。

【００２２】前記シャフト25は図示されていない連動機
構を介してモータ24に連結されており、モータ24の回転
が連動機構を介してシャフト25の進退移動（上下移動）
に変換されるようになっている。

【００２３】この実施例では、シャフト25の最下降位置
のときに図６の（ａ）の状態となり、この状態で、流入
路38から流出路39に低水量の湯水が流れるようになり、
この状態から弁体40を上方へ移動することにより弁体40
の開口度が大きくなり、開口度の大きさに比例した量の
湯水が通水する。

【００２４】この第２の実施例で、給湯器から湯を再出
湯させる際、水栓15を開けるときには、水量制御弁21は
図６の（ａ）に示すように閉じた状態に制御され、流量
演算部31の流量積算値が熱交換器４の水容量に至ったと
き、又はその後、又は点火を確認した後に、つまり、フ
ィードフォワード制御の終了時点以降で、水量制御切換
部33により水量制御弁21は図６の（ｂ）に示すように開
かれ、フィードバック制御（比例制御）又はフィードフ
ォワードとフィードバックを併合した制御に移行した後
は、弁26の開口度の大きさに対応させて通水量の制御が
行われることになる。

【００２５】この第２の実施例においても、湯の再出湯
時の最初は、通水量が絞られ、水栓15が開けられたとき
に、熱交換器４の残り湯は速度を落として出て行くの
で、フィードフォワード制御を行う時間的余裕が生ま
れ、再出湯時の湯温変化を小さくして、湯温の安定した
湯を出すことが可能となる。

【００２６】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ことはなく、様々な実施の態様を採り得るものである。
例えば、上記各実施例では、初期出湯量の制御を行う水
量制御弁21や水量絞り手段23を熱交換器４の出側に設け
たが、これを熱交換器４の入側（給水管10側）に設けて
もよい。また、給湯器はガス燃焼式に限定されず、石油
燃焼式のものでもよい。

【００２７】また、上記第１の実施例で第１の水量制御
部を図２の（ａ）に示す構成としたが、これを図２の
（ｂ）に示すような構成としてもよい。この構成のもの
は、通水の最初は弁体40とＯリング42との微小隙間を通
って湯水が流れ、水圧が高くなるとＯリング42の変形に
よって通水量が多少増加し、それ以上水圧が大きくなっ
ても、水圧によるＯリング42を変形させる力とＯリング
42の弾性復元力が釣り合って両者40，42の隙間がほぼ一
定となることから、通水量はほぼ一定の低水量に絞られ
ることになる。

【００２８】さらに、上記第１の実施例では第２の水量
制御部を弁26の上下移動方式（進退移動方式）の水量制
御弁21によって構成したが、これを、例えば、ギヤモー
タで流量制御部を動かし、水が通る隙間を開閉して通水
量を可変制御するギヤモータによる水量調整方式のもの
（この方式は公知）によって構成してもよい。

【００２９】さらに、上記第２の実施例では水量制御弁
21を図６のように構成したが、これを図７に示すように
構成してもよい。この図７に示すものはモータによって
上下動するシャフト25に弁体40を取り付けて第２の水量
制御部として機能させ、この弁体40を利用してこれに、
前記図２の（ｂ）に示す流量絞り手段を組み込んで第１
の水量制御部として機能させたものであり、この水量制
御弁を用いることにより、図６の水量制御弁を用いた場
合と同様な効果を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、給湯器を再出湯させるとき
に、第１の水量制御部により初期出湯量を絞るように構
成したものであるから、小型の給湯器を使用する場合に
おいても、水栓を開けた途端に熱交換器の残り湯が瞬間
的に出て行ってしまうということがなくなり、熱交換器
の残り湯が出て行って新たな水が熱交換器内に満たされ
るまでのフィードフォワード制御の時間を十分に確保す
ることができ、これにより、再出湯の初期におけるフィ
ードフォワード制御機能を十分に発揮させることができ
るので、オーバーシュートとアンダーシュートによる湯
温変化をできるだけ抑制した安定した湯を出湯させるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の初期出湯量制御方法およびその装置を
適用する給湯器の第１の実施例のシステム図である。

【図２】同実施例の装置に装備される水量絞り手段の一
例を示す説明図である。

【図３】同実施例における給湯器の初期出湯量の制御回
路のブロック図である。

【図４】本実施例における給湯器の初期出湯量の一制御
態様を示す説明図である。

【図５】本発明の初期出湯量制御方法およびその装置を
適用する給湯器の第２の実施例のシステム図である。

【図６】同実施例の装置に使用される水量絞り手段を組
み込んだ水量制御弁の構成と動作を示す説明図である。

【図７】水量絞り手段を組み込んだ水量制御弁の他の構
成例の説明図である。

【図８】出願人が先に提案した給湯燃焼制御のフィード
フォワード制御方式の説明図である。

【図９】従来の一般的な給湯器のシステム図である。

【図１０】従来の給湯器の出湯温度特性の説明図であ
る。

【符号の説明】

４ 熱交換器 13 流量センサ 21 水量制御弁 22 バイパス通路 23 水量絞り手段 31 流量演算部 32 燃焼制御部 33 水量制御切換部 41 流路絞り板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/10 302

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給湯器の初期出湯時に最初はフィードフ
   ォワード方式の燃焼制御を行い、このフィードフォワー
   ド制御期間経過後に少なくともフィードバック方式を含
   む燃焼制御に移行するタイプにおける給湯器の初期出湯
   量制御方法において、給湯器の給水管の入口から給湯管
   の出口に至る通水路に通水量を低水量に絞る第１の水量
   制御部と、この第１の水量制御部により作り出される低
   水量よりも大きい水量を可変制御する第２の水量制御部
   とを備えておき、給湯器を燃焼運転して出湯した後一旦
   出湯栓を閉め、次に開栓して再出湯する際のフィードフ
   ォワード燃焼制御期間には、第１の水量制御部の制御に
   より通水量を低水量に絞り、フィードフォワードから少
   なくともフィードバック方式を含む燃焼制御に移行する
   以降に、通水量制御を第１の水量制御部から第２の水量
   制御部に切り換えることを特徴とする給湯器の初期出湯
   量制御方法。
2. 【請求項２】 給湯器の給湯熱交換器を通る通水流量を
   検出し、フィードフォワードから少なくともフィードバ
   ック方式を含む燃焼制御に移行するタイミングは、給湯
   器の再出湯開始からの通水流量の積算値が熱交換器の容
   量に至ったとき又はその後としたことを特徴とする請求
   項１記載の給湯器の初期出湯量制御方法。
3. 【請求項３】 給湯器の初期出湯時に最初はフィードフ
   ォワード方式の燃焼制御を行い、このフィードフォワー
   ド制御期間経過後に少なくともフィードバック方式を含
   む燃焼制御に移行するタイプにおける初期出湯量制御装
   置を備えた給湯器において、給湯器の給水管の入口から
   給湯管の出口に至る通水路に通水量を低水量に絞る第１
   の水量制御部と、この第１の水量制御部により作り出さ
   れる低水量よりも大きい水量を可変制御する第２の水量
   制御部とを有し、給湯器を燃焼運転して出湯した後一旦
   出湯栓を閉め、次に開栓して再出湯する際のフィードフ
   ォワード燃焼制御期間には、第１の水量制御部の制御に
   より通水量を低水量に絞り、フィードフォワードから少
   なくともフィードバック方式を含む燃焼制御に移 行する
   以降に、通水量制御を第１の水量制御部から第２の水量
   制御部に切り換える水量制御切換部を備えたことを特徴
   とする初期出湯量制御装置を備えた給湯器。
4. 【請求項４】 給湯器の給湯熱交換器を通る通水流量を
   検出する流量センサと、この流量センサから加えられる
   流量検出値を積算する流量演算部とを備え、フィードフ
   ォワードから少なくともフィードバック方式を含む燃焼
   制御に移行するタイミングは、給湯器の再出湯開始から
   の通水流量の積算値が熱交換器の容量に至ったとき又は
   その後としたことを特徴とする請求項３記載の初期出湯
   量制御装置を備えた給湯器。