JP3240928B2

JP3240928B2 - 給湯器

Info

Publication number: JP3240928B2
Application number: JP20030996A
Authority: JP
Inventors: 豊中村; 晴章光田; 智宏西畑
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 2001-12-25
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JPH1047766A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器内の湯水
の温度を検出する温度センサと、出湯停止状態において
前記温度センサで検出される前記熱交換器内の湯水の温
度が許容温度内に保持されるように熱交換器を間欠加熱
制御する保温手段とを備えた給湯器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に出湯を行った後に給湯栓を閉める
と、燃焼動作が停止制御されるようになっている給湯器
においては、この燃焼停止から次の出湯までの間の時間
の経過に伴って熱交換器内湯温が次第に低下していくか
ら長い出湯停止の後に給湯栓を開いて出湯を再開させた
場合には、再開までの間に熱交換器内湯温が使用者が定
めた目標温度よりも相当低くなってしまっている。

【０００３】そのために、給湯栓を開けて出湯を再開さ
せた直後などは出湯湯温が使用者が定めた目標温度以下
の冷たい湯となって出てしまうことになるとともに、給
湯栓を開けて燃焼動作が開始されその燃焼制御により出
湯再開から一定時間が経過してから出湯湯温が目標温度
となった湯が出てくることになる。このような給湯器に
おける現象は、いわゆる冷水サンドイッチ現象として知
られている。もちろん、このような再出湯の際における
湯温のばらつきは、使用者に不快感を与えてしまうので
好ましくない。

【０００４】そこで、このような現象に鑑みて、給湯栓
を閉めて出湯を停止させてから後も熱交換器内の湯に対
して適宜の間欠加熱を行なうことにより熱交換器内の湯
水を保温できるようにして再出湯時においても安定した
温度の湯を使用者に供給できるようにした技術がたとえ
ば、特開平６−１５９６７１号公報、特開平６−１１７
６８９号公報等などで既に提案されている。

【０００５】しかしながら、このように単に熱交換器内
の湯を保温できるようにしただけの給湯器においては、
再出湯特性を上述のように改善できるのであるが、出湯
停止後から再出湯開始までの期間が極めて長くなるよう
な場合、例えば、夜中に出湯を停止させてから翌日の朝
まで湯を何等使用する必要がないような場合においてま
で無条件に保温動作を継続してしまうことになるからガ
スが無駄に消費されて非常に不経済である。

【０００６】このような保温動作を改善するためには、
たとえば、給湯器の運転スイッチのオン操作またはオフ
操作に連動させることによって保温動作をそれぞれ開始
または中止させたり、あるいは、保温動作の開始および
中止のための専用の保温スイッチを設け、この保温スイ
ッチが操作されて給湯器が保温モードに設定されている
場合においてのみ、給湯器が保温動作を継続させるよう
にして、保温動作が不要な間のガスの無駄な消費をなく
すようにすることが考えられる。

【０００７】この場合、運転スイッチとか保温スイッチ
の操作に応じて保温動作を開始あるいは中止させるよう
にすれば、出湯停止後の保温だけでなく、給湯器により
出湯を開始する前においても熱交換器内の水を適温にま
で加熱して最初の出湯に備えることもできるという長所
がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、給湯器を施
工の際に初期運転させる場合などでは、給湯器内に湯水
が未だ供給されていない場合がある。また、給湯器の使
用者が長期にわたり不在であるとか冬季の凍結防止など
に備えて給湯器内の湯水をあえて排水しておく場合があ
る。

【０００９】このようにして給湯器内の湯水が排水され
てしまっている場合において、上述した運転スイッチと
か保温スイッチなどで保温動作できるようにしている従
来の給湯器の使用者が給湯器内に湯水が存在していない
状況にあることを忘れてしまっていて運転スイッチとか
保温スイッチを操作してしまうことがある。このような
状況のもとにそれらスイッチの操作をしてしまった場合
では、この操作に応じて保温動作が開始され、例えばガ
スバーナで熱交換器が間欠的に加熱される、いわゆる空
焚き状態となってしまうことになる。

【００１０】したがって、本発明においては、上述した
保温機能を有する給湯器の長所を有効に活用できるよう
にする一方で、熱交換器の空焚きといった不都合な事態
の発生を確実に回避できるようにすることを課題とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために、熱交換器内の湯水の温度を検出する温
度センサと、出湯停止状態において前記温度センサで検
出される熱交換器内の湯水の温度が許容温度内に保持さ
れるように前記熱交換器を間欠加熱制御する保温手段と
を備えた給湯器において、次の構成を採用したものであ
る。

【００１２】すなわち、本発明の給湯器は、前記保温手
段による保温動作に先立って、熱交換器を所定時間加熱
して前記温度センサの検出出力の単位時間あたりの出力
変化により熱交換器内の湯水の有無を判別する判別手段
と、この判別手段によって湯水有りと判断された場合に
は、前記保温手段による保温動作を可能にする一方、湯
水無しと判断された場合には、保温手段の保温動作を禁
止する保安手段とを含む。

【００１３】上述の構成に従う場合においては、運転ス
イッチとか保温スイッチ等が不意に操作された場合で
も、保温手段による保温動作に先立って、判別手段で熱
交換器内に湯水が有るか否かを判別し、熱交換器内に湯
水が存在しないと判断された場合には、保温手段による
保温動作が禁止されるから、熱交換器が空焚きされる可
能性が確実に回避されることになる。

【００１４】なお、請求項１記載の構成において、判別
手段による熱交換器の所定時間の加熱は、熱交換器に取
り付けられたヒータを用いて行うこともできる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
給湯器の概略構成図であって、同図において、符号１は
この給湯器の全体を示している。２は熱交換器、４は熱
交換器２を加熱するガスバーナ、６は図示してしない水
道管等に連通される入水路、８は台所、洗面所のカラン
やシャワー等の給湯栓５に連通される出湯路、１０は入
水路６と出湯路８との間で熱交換器２をバイパスするた
めのバイパス路である。

【００１６】ガスバーナ４は、燃焼能力を連続的に切り
換え調整可能にするために、この実施の形態では、ガス
供給量を制御する１つのガス比例弁４０と、これにそれ
ぞれ接続された複数のこの例では３つの第１、第２、第
３ガス電磁弁４１，４２，４３とを備え、かつ第１ガス
電磁弁４１には４本、第２ガス電磁弁４２には２本、第
３ガス電磁弁４３には１本の各燃焼管４５がそれぞれ配
置された構造になっている。

【００１７】入水路６の途中には、熱交換器２への入水
量Ｑcを検出する入水量センサ１２と、入水温度Ｔcを検
出する入水温度センサ１４とが設けられている。出湯路
８の途中には、熱交換器２で加熱された湯の出湯温度Ｔ
hを検出する出湯温度センサ１６と、熱交換器２で加熱
された湯とバイパス路１０を通過した水とが混合された
後の給湯温度Ｔmを検出する給湯温度センサ１８と、熱
交換器２への通水量が最大加熱能力を越えた場合に湯水
の吐出水量を制限する過流出サーボ弁２０とが設けられ
ている。

【００１８】本実施の形態においては、出湯温度センサ
１６を熱交換器２の出湯口に近接して配置することで、
熱交換器２内の湯水の温度を検出する温度センサを兼用
させている。さらに、バイパス路１０の途中には、バイ
パス水量を調整する流量調整弁２２が設けられ、この流
量調整弁２２には図示省略の弁体を駆動するステッピン
グモータが接続されている。

【００１９】また、２６は給湯動作に関連して前記各構
成要素を制御するコントローラ、２８はこのコントロー
ラ２６に対して各種の指令入力を行うリモコン等の操作
部である。このコントローラ２６は、たとえばマイクロ
コンピュータで構成されるもので、特許請求の範囲に記
載の保温手段３０、判別手段３２、保安手段３４の機能
を含むものであり、各センサ１２，１４，１６，１８そ
れぞれからの検出出力に基づいて、給湯動作時に目標給
湯温度Ｔsの湯が給湯栓５に供給されるようにフィード
フォワードおよびフィードバックの燃焼制御を行うとと
もに、給湯停止時には、上記の各手段３０，３２，３４
によって、後述する各種の処理を実行するようになって
いる。

【００２０】操作部２８は、コントローラ２６への電源
投入のための運転スイッチ３６、所望の目標温度Ｔsを
設定する設定スイッチ３８および液晶表示部３９などを
備えている。

【００２１】次に、給湯器１の動作について、図２およ
び図３を参照して説明する。

【００２２】操作部２８の運転スイッチ３６が時刻ｔ₁
にオン操作されてコントローラ２６に電源が投入され
る。コントローラ２６は、まず、入水量センサ１２で検
出される入水量Ｑcに基づいて給湯要求の有無を判断す
る。そして、コントローラ２６は給湯要求が無いと判断
した場合には、ガスバーナ４の第３電磁弁４３のみを開
かせるとともに、ガス比例弁４０を最低燃焼の開度に絞
らせて燃焼管４５を着火させることによって、熱交換器
２を損傷させない程度の僅かな火力でもって所定時間Ｔ
aたとえば５秒間程度だけ加熱する。

【００２３】次に、コントローラ２６は第３電磁弁４３
を閉じて時刻ｔ₂でガス燃焼を停止させてから、出湯温
度センサ１６の検出出力を取り込むとともに、この検出
出力に基づいてその後の単位時間当たりの温度上昇度
(温度上昇曲線を時間微分した温度勾配)Δα₁，Δα₂を
求める。

【００２４】熱交換器２内に湯水が有る場合には、図３
の実線で示すように、単位時間当たりの温度上昇度Δα
₁は小さく、熱交換器２内に湯水が無い場合には、図３
の破線で示すように、単位時間当たりの温度上昇度Δα
₂は大きい。よって、コントローラ２６はその判別手段
３２において、熱交換器２内の湯水の有無を判別するの
に必要な温度上昇度の基準値Δα₀(たとえば、１０℃／
秒)を予め設定しておくことにより、この基準値Δα₀よ
りも温度上昇度Δα₁が小さいとき、つまりΔα₁≦Δα
₀の関係式が成立するときには、熱交換器２内に湯水が
存在すると判別でき、基準値Δα₀よりも温度上昇度Δ
α₂が大きいとき、つまりΔα₂＞Δα₀の関係式が成立
するときには、熱交換器２内に湯水が存在しないと判別
することができる。

【００２５】そこで、判別手段３２は、Δα₁≦Δα
₀で、熱交換器２内に湯水が有ると判別したときには、
たとえばフラグを“１”に、Δα₂＞Δα₀で、湯水が存
在しないと判別したときには、たとえばフラグを“０”
設定する。

【００２６】保安手段３４は、判別手段３２によってフ
ラグが“０”に設定されて熱交換器２内に湯水が存在し
ないと判別されている場合には、これに応じて、保温手
段３０による保温動作を禁止する。このため、長期不在
や冬季の凍結防止等のために給湯器１内の湯水が排水さ
れていても、熱交換器２が空焚きされる危険性が確実に
回避される。なお、保安手段３４によって保温動作が禁
止された場合には、操作部２８の液晶表示部３９にその
旨を表示させておくことによって使用者がその表示から
保温動作に移行しない理由を明示させられるので都合が
よい。

【００２７】これに対して、判別手段３２によってフラ
グが“１”に設定されて熱交換器２内に湯水が存在して
いると判別されている場合には、保安手段３４は、保温
手段３０による保温動作を可能とする。このため、保温
手段３０は、出湯温度センサ１６で検出される熱交換器
２内の湯水の温度が予め設定された許容温度内に保持さ
れるように熱交換器２を間欠加熱制御する。

【００２８】すなわち、保温手段３０は、出湯温度セン
サ１６の検出出力を取り込み、この検出出力に基づく熱
交換器２の出湯温度Ｔhが、次の(１)式の条件が満たさ
れるか否かを判断する。

【００２９】Ｔh≧Ｔhs−ΔＴ …… (１) ただし、Ｔhs＝(１＋β)Ｔs−βＴc ここに、Ｔsは操作部２８で設定される目標温度、Ｔhs
は熱交換器２における出湯温度の目標値(ただし、最大
で８０℃)、Ｔcは入水温度センサ１４で検出される入水
温度、βは熱交換器２とバイパス路１０との流量分配
比、ΔＴは温度許容値(たとえばΔＴ＝３℃)である。

【００３０】(１)式の条件が満たされるならば、熱交換
器２内の湯水の温度低下は僅かであるので、保温手段３
０は保温動作を行わない。これに対して、(１)の条件が
満たされずＴh＜Ｔhs−ΔＴであるときには、熱交換器
２内の湯水の温度低下が大きいので、保温手段３０は、
ガスバーナ４の第３電磁弁４３を開かせるとともに、ガ
ス比例弁４０を所定の開度に設定してから燃焼管４５を
着火させ、所定時間Ｔ₁にわたって熱交換器２を燃焼加
熱制御する。そして、保温手段３０は、この燃焼加熱後
に、第３電磁弁４３を閉じさせて燃焼を所定のインター
バル時間Ｔ₂にわたって停止制御してから、出湯温度セ
ンサ１６の検出出力に基づいて熱交換器２の温度Ｔhを
調べる。このとき、依然として、Ｔh＜Ｔhs−ΔＴであ
るときには、保温手段３０は、再度、ガスバーナ４の第
３電磁弁４３のみを開かせて燃焼管４５を着火させ、熱
交換器２を所定時間Ｔ₁にわたって燃焼加熱制御する。

【００３１】このようにして、熱交換器の間欠燃焼の制
御を継続させた結果、Ｔh≧Ｔhs−ΔＴになれば保温手
段３０によって上記保温動作を停止させるが、この停止
後に熱交換器２内の湯水の温度が低下してＴh＜Ｔhs−
ΔＴになれば、直ちに保温動作を再開させることができ
る。

【００３２】上記の間欠燃焼において、燃焼時間Ｔ₁と
不燃焼のインターバル時間Ｔ₂とは、次のようにして決
定される。

【００３３】たとえば、燃焼時間Ｔ₁を固定された一定
値(たとえば５秒間)とする一方、インターバル時間Ｔ₂
を入水温度センサ１４の検出出力に基づく入水温度Ｔc
と目標給湯温度Ｔsとの偏差(Ｔs−Ｔc)に応じて一定の
関係式に基づいて変化させる。あるいは、燃焼時間Ｔ₁
とインターバル時間Ｔ₂のいずれも入水温度Ｔcと目標給
湯温度Ｔsとの偏差(Ｔs−Ｔc)に応じて一定の関係式に
基づいて変化させる。さらに、燃焼時間Ｔ₁を固定せず
に出湯温度Ｔhが所定温度(たとえば、Ｔs＋ΔＴ)に達す
るまで燃焼を継続させる一方、インターバル時間Ｔ₂は
入水温度Ｔcと目標給湯温度Ｔsとの偏差(Ｔs−Ｔc)に応
じて一定の関係式に基づいて変化させるようにしてもよ
い。

【００３４】このように、運転スイッチ３６がオンされ
た後、判別手段３２によって熱交換器２内に湯水が存在
していることが判別されれば、保温手段３０による保温
動作が行われることになるから、実際に出湯を開始する
前に、熱交換器２内の水を適温にまで加熱して最初の出
湯に備えることができる。

【００３５】したがって、次に時刻t₄において給湯栓５
が開かれて最初の出湯が開始された場合には、コントロ
ーラ２６は、各センサ１２，１４，１６，１８からの検
出出力に基づいて、目標給湯温度Ｔsの湯が給湯栓５に
供給されるようにフィードフォワードおよびフィードバ
ックの燃焼制御を行うとともに、判別手段３２は、運転
スイッチ３６がオンにされてから実際の出湯が行われる
ために、熱交換器２内に湯水が存在することを識別でき
るように、たとえばフラグを“１”に再度セットする。

【００３６】この状態では、熱交換器２内の保温されて
いる所定温度Ｔhの湯とバイパス路１０からの水とが混
合される結果、出湯開始直後から目標温度Ｔsの湯が供
給されることになる。

【００３７】続いて、時刻t₅において給湯栓５が閉じら
れて出湯が停止された場合には、保安手段３４は、フラ
グが“１”であるか否かを調べ、フラグが“１”なら
ば、熱交換器２内に湯水が有ると判断して、保温モード
に移行し、保温手段３０による保温動作を可能とする。

【００３８】すなわち、保温手段３０は、給湯停止(時
刻t₅)から所定の時間Ｔ₃(たとえば、５分)が経過した時
点(時点t₆)で、出湯温度センサ１６の検出出力に基づく
熱交換器２の出湯温度Ｔhが、前述の(１)式の条件を満
たすか否かを判断する。そして、(１)式の条件を満たす
ときには保温動作を停止する一方、(１)の条件を満たさ
ずＴh＜Ｔhs−ΔＴであるときには、前述の場合と同様
に、燃焼時間Ｔ₁と不燃焼のインターバル時間Ｔ₂とを確
保した間欠燃焼を実行する。

【００３９】したがって、この場合も、時刻t₆以降から
保温手段３０による保温動作が行われるので、熱交換器
２内の湯水が次の再出湯時(時刻t₇)まで適温に加熱保持
される。このため、再出湯時には安定した温度の湯が供
給される。

【００４０】また、時刻t₈で出湯が停止されて、保温手
段３０によって保温動作が継続されている途中のある時
刻t₁₀で、運転スイッチ３６がオフされると、これに応
じてコントローラ２６に対する電源供給が無くなるの
で、保温手段３０の保温動作も同時に停止される。この
ため、保温動作が徒らに継続することがなくなり、無駄
なガスの消費を抑えることができる。

【００４１】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、
たとえば、次のような各種の変形を行うことができる。

【００４２】(１) 本実施の形態では、運転スイッチ３
６のオン・オフに応じて保温手段３０による保温動作を
開始、中止させるようにしているが、操作部２８に保温
動作を開始、中止するための専用の保温スイッチを設け
ることも可能である。

【００４３】(２) 本実施の形態では、熱交換器２の湯
温を検出するために熱交換器２の出口側に出湯温度セン
サ１６を設けているが、熱交換器２の管路の途中に専用
の温度センサを設けて、熱交換器２内の湯水の温度をよ
り的確に把握できるようにすることも可能である。

【００４４】(３) 本実施の形態では、出湯開始前の保
温(時刻t₃〜時刻t₄)も、出湯停止後の保温(時刻t₆〜時
刻t₇、あるいは時刻t₉〜時刻t₁₀)も、いずれも燃焼時間
Ｔ₁と不燃焼のインターバル時間Ｔ₂が同じであるが、出
湯開始前の保温と出湯停止後の保温とで間欠加熱の時間
Ｔ₁，Ｔ₂を異ならせるようにすることもできる。

【００４５】(４) 本実施の形態では、ガスバーナ４を
着火することで熱交換器２を加熱するようにしている
が、熱交換器２の外壁にヒータを取り付け、このヒータ
を通電加熱することで、熱交換器２内の湯水の有無を判
別するようにしてもよい。

【００４６】ヒータを用いた場合には、熱交換器２を加
熱する程度がガス燃焼の場合よりも一層緩やかで、熱交
換器２を損傷する可能性が少ない。

【００４７】このようなヒータは、熱交換器２内の湯水
の有無を判別するために専用に設けてもよいが、凍結防
止ヒータと兼用させることもできる。

【００４８】

【００４９】

【００５０】(５) 本実施の形態では、出湯温度センサ
１６で検出される出湯温度Ｔhが(１)式の条件から外れ
た場合に保温のための間欠燃焼を実行するようにしてい
るが、出湯停止中にバイパス路１０の流量調整弁２２を
閉方向に駆動するようにしているものでは、熱交換器２
内の湯温は目標温度Ｔsまで低下しても再出湯時には何
ら問題がないから、(１)式の条件に代えて、Ｔh≧Ｔs−ΔＴの条件に設定することもできる。

【００５１】(６) 本実施の形態では、給湯器１はバイ
パスミキシング方式のものであるが、これに限定される
ものではない。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、保温手段による保温動
作に先立って、判別手段で熱交換器内に湯水が有るか否
かを判別し、熱交換器内に湯水が存在しないと判断され
た場合には、保温手段による保温動作が禁止されるか
ら、熱交換器が空焚きされる危険性が確実に回避され
る。

【００５３】特に、判別手段による熱交換器の所定時間
の加熱を、熱交換器に取り付けられたヒータを用いて行
う場合には、熱交換器を加熱する程度がガス燃焼の場合
よりも一層緩やかで、熱交換器を損傷する可能性が少な
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る給湯器の概略構成を
示す図である。

【図２】前記給湯器の動作説明用のタイミングチャート
である。

【図３】前記給湯器において、熱交換器を加熱した場合
の熱交換器内の湯水の有無に応じた温度上昇の違いを示
す特性図である。

【符号の説明】

１…給湯器、２…熱交換器、４…ガスバーナ、６…入水
路、８…出湯路、１０…バイパス路、１６…出湯温度セ
ンサ、２６…コントローラ、２８…操作部、３０…保温
手段、３２…判別手段、３４…保安手段、３６…運転ス
イッチ、３８…設定スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−76842（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−111055（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−7344（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/10 301 F24H 1/10 302 F24H 1/10 303

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換器内の湯水温度を検出する温度セ
ンサと、出湯停止状態において前記温度センサで検出さ
れる熱交換器内の湯水の温度が許容温度内に保持される
ように前記熱交換器を間欠加熱制御する保温手段とを備
えた給湯器において、前記保温手段による保温動作に先立って、前記熱交換器
を所定時間加熱制御して前記温度センサの検出出力の単
位時間あたりの出力変化により前記熱交換器内の湯水の
有無を判別する判別手段と、前記判別手段によって、湯水有りと判断された場合に
は、前記保温手段による保温動作を可能にする一方、湯
水無しと判断された場合には、保温手段の保温動作を禁
止する保安手段と、を含むことを特徴とする給湯器。
【請求項２】請求項１記載の給湯器において、前記判別手段による前記熱交換器の所定時間の加熱が、
前記熱交換器に取り付けられたヒータを用いて行うもの
であることを特徴とする給湯器。