JP3252879B2 - 給湯機の制御装置 - Google Patents

給湯機の制御装置

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JP3252879B2
JP3252879B2 JP08407794A JP8407794A JP3252879B2 JP 3252879 B2 JP3252879 B2 JP 3252879B2 JP 08407794 A JP08407794 A JP 08407794A JP 8407794 A JP8407794 A JP 8407794A JP 3252879 B2 JP3252879 B2 JP 3252879B2
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勝久 土屋
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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、給湯機の制御装置に関
し、特に、開栓から即座に湯温を出湯させるための給湯
循環路と風呂焚き用の風呂循環路とを備えた1缶2水路
式給湯機に好適な湯水流循環の制御に関する。
【0002】
【従来の技術】給湯熱交換器と風呂熱交換器とを一体的
に結合した1缶2水路式給湯機において、浴槽水の循環
加熱中に給湯熱交換器中の滞留水が高温に加熱され、そ
の後の給湯運転時にその高温湯が出湯してしまうという
問題を解決するために、特開平3−125845号にあ
るように、風呂加熱の停止後も継続してある程度の時間
浴湯循環を行なうことにより、熱交換器内の温度を降下
させる制御が知られている。
【0003】また、熱交換器からの湯温が高くても適当
温度の給湯が得られるように、熱交換器からの湯と給水
路からの水とを混合して給湯口へ送る制御も知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、水栓
を開くと即座に温い湯が出る機能(以下、即湯機能と呼
ぶ)を実現するために、給湯熱交換器から給湯機外の給
湯管を通り給湯熱交換器へ戻る循環路(以下、給湯循環
路と呼ぶ)を形成して、給湯運転の停止中にこの給湯循
環路において循環加熱(以下、給湯循環加熱と呼ぶ)を
行なうものが提案されている。
【0005】この給湯循環路を備えた1缶2水路式の給
湯機においては、上述した従来の制御だけでは、給湯及
び風呂加熱の際の出湯温度調節に幾つかの不具合が生じ
てしまう。
【0006】その1つは、給湯循環を開始する際の問題
である。即ち、給湯循環加熱は水栓からの出湯温度を適
切に保つことを目的とするものであるから、基本的に、
給湯機外部の給湯配管内の湯温が低下した時に開始され
る。しかしながら、この時に給湯機内では風呂加熱運転
が実行中であったとすると、給湯熱交換器内の滞留湯が
高温になっており、これが循環運転の開始によって外部
給湯配管へ送出される。この時に水栓を開いたとする
と、高温湯が水栓からいきなり出湯するという問題が生
じる。この高温の滞留湯は、従来技術である湯水混合を
行なっても、これを十分安全な低温まで温度低下させる
ことは難しい。循環運転の際に高温湯に混合されるもの
は、給水管からの低温の水ではなく、外部給湯配管から
の温かい戻り湯だからである。
【0007】また、第2の問題は、給湯循環加熱又は風
呂循環加熱の終了時に生じる。例えば、給湯循環加熱運
転において、外部給湯配管内の湯温が目標温度に達した
ため、給湯循環運転を終了させる場合を想定する。この
給湯循環加熱運転の終了時、風呂側の加熱運転が停止中
であるならば、特開平3−125845号のように、給
湯循環加熱の終了後にしばらくの間湯水循環だけを継続
させることにより、風呂熱交換器内の高温の滞留湯を冷
却できるというメリットが得られる。しかしながら、こ
れと同じことを、風呂側が加熱中である場合にも行なっ
たとすると、風呂側の加熱運転のために、給湯循環路内
の湯温が更に上昇してしまうという問題が生じる。これ
と同様の問題は、風呂循環加熱の終了時にも生じる。
【0008】本発明は、以上2つの問題のうち、主とし
て前者の問題を解決するためになされたもので、その目
的は、給湯循環路と風呂循環路とを有する1缶2水路式
の給湯機において、給湯循環加熱に関連して生じる可能
性のある、熱交換器中の高温の滞留水の水栓からの出湯
を未然に防止することにある。
【0009】本発明のより一般的な目的は、複数の水路
の熱交換器が一体的に結合され、少なくとも1つの水路
に循環加熱用の循環路が備えられた1缶複水路式の給湯
機において、循環加熱に付随して生じる可能性のある、
熱交換器中の高温の滞留水の水栓からの出湯を未然に防
止することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る給湯機の制
御装置は、複数水路の熱交換器が一体的に結合され、少
なくとも1つの水路に循環加熱用の循環路が備えられた
1缶複水路式の給湯機のための制御装置であって、循環
路の熱交換器内を通る部分の温度が所定の高温状態にあ
ることを検出するための高温状態検出手段と、その循環
路における循環加熱運転の開始に際し、熱交換器におけ
る高温状態が検出されているならば、その高温状態が検
出されなくなるまで、循環加熱運転の開始を遅延させる
遅延手段とを備えたことを特徴とする。
【0011】この制御装置は、より望ましい態様におい
ては、循環加熱運転が遅延されている間、熱交換器を冷
却するために、熱交換器の加熱を禁止し且つこれに送風
する冷却手段をさらに備える。
【0012】この冷却手段に関して、更に、熱交換器の
加熱を禁止している時間を、この加熱禁止によって他の
水路に関する加熱実施が待たされている場合には比較的
短く、一方、待たされていない場合には比較的長く設定
することとすると、一層好ましい。
【0013】また、別の望ましい態様においては、循環
路に、熱交換器をバイパスするバイパス管が設けられて
いる。
【0014】本発明の制御装置は、特に、前記循環路
が、給湯用水路に備えられた即湯機能のための給湯循環
加熱路である場合に、特に顕著な効果を発揮する。
【0015】
【作用】本発明の制御装置によれば、循環加熱を開始し
ようとした際、その循環路の熱交換器内での温度が高温
になっていた場合には、その温度が低下するまで循環加
熱運転が遅延される。その結果、熱交換器内の高温の滞
留湯が循環によって出湯口へ送られることがなくなり、
循環加熱運転直後に水栓を開くと水栓から熱湯が出る、
或いは浴槽内に熱湯が吐出するといった問題がなくな
る。
【0016】冷却手段を更に加えた態様では、熱交換器
の温度が早期に低下するため、循環加熱運転の遅延時間
が短くてすむ。また、この場合に、他の水路の加熱を待
たせている場合は、待たせてない場合よりも短時間で加
熱禁止を解除することにより、他の水路の加熱運転への
影響を小さくできる。
【0017】また、循環路にバイパス管を設けた態様で
は、熱交換器の温度が多少高くても、バイパス管からの
低温の湯水と混合して温度を低めて出湯口に送れるの
で、熱交換器の温度が十分低温になるまで待つ必要がな
く、循環加熱開始の遅延や他の水路の加熱待機の時間を
短縮できる。
【0018】本発明の制御装置は、特に即湯機能実現の
ための給湯循環加熱に適用した場合、ユーザの身体に直
接接触する水栓からの出湯温度の適正調節に作用するた
め、出湯が浴槽内で浴湯とミックスされる風呂循環加熱
に適用した場合に比較して、その効用が顕著である。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により詳細に説
明する。
【0020】図1は、本発明が適用される給湯機の一実
施例を示す配管図である。
【0021】図1に示す給湯機1は、1つの熱交換器3
で給湯加熱と風呂加熱の双方を行なう1缶2水路式の給
湯機である。
【0022】給湯用の配管系統は、外部の給水源(図示
せず)に接続された給水管5と、外部の給湯配管7に接
続された給湯管9と、給水管5と給湯管9との間に接続
された熱交換器3内を通る給湯熱交換器管11とを備え
る。
【0023】更に、熱交換器3をバイパスにして給水管
5から給湯管9へ接続するバイパス管13が設けられて
いる。このバイパス管13と給湯管9とはミキシングサ
ーボ弁15を介して接続されており、このミキシングサ
ーボ弁15によってバイパス管13からの水を熱交換器
3からの湯との混合比が調節される。
【0024】更に、外部給湯配管7の給湯管9との接続
位置からは遠い別の位置と給水管5との間に、湯戻り管
17が設けられている。この湯戻り管17は、外部給湯
配管7から給水管5へ湯をもどすためのもので、この湯
戻り管17から給水管5、給湯熱交換器管11、給湯管
9、外部給湯管7を順に通って湯戻り管17に入る経路
によって、即湯機能実現のための給湯循環路が構成され
ている。以下、湯戻り管17を通じて戻る湯を給湯戻り
湯と呼ぶ。湯戻り管17には、給湯戻り湯温度を測る即
湯サーミスタ19と、給湯循環を生じさせる給湯循環ポ
ンプ21とが設けられている。
【0025】また、給水管5の湯戻り管17との合流点
とバイパス管との分岐点との間には、給湯水量Qを測る
水量センサー23と、給水温度TCを測る給水サーミス
タ25とが設けられている。また、給湯熱交換器間11
には、その中央部付近に熱交換器3のフィン温度TZを
検出する沸騰防止サーミスタ27が設けられ、熱交換器
3出口付近に熱交換器3出口の湯温度THを検出する熱
交サーミスタ29が設けられている。また、給湯管9の
バイパス管13との合流点の下流側に、給湯流量を調節
する給湯比例弁31と、湯水混合後の給湯温度TMを測
る給湯サーミスタ33とが設けられている。
【0026】風呂加熱用の配管系統は、浴槽35からの
浴湯戻り管37に接続した吸湯管39と、浴槽35への
浴湯往き管41に接続した出湯管43と、吸湯管39と
出湯管43とに接続された、熱交換器3内を通る風呂熱
交換器管45とを備え、これらの配管37〜45と浴槽
35とにより風呂加熱(追焚き)用の循環路が構成され
る。吸湯管39には、浴湯温度TFを測る風呂サーミス
タ47と、この循環路での浴湯の循環流(以下、風呂循
環という)を生じさせる風呂循環ポンプ49と、浴槽水
位を測る水位センサ51とが設けられている。
【0027】燃焼配管系統は、給ガス源に接続された給
ガス管53と、この給ガス管53に接続された複数段の
バーナ55とを備える。給ガス管53には、これを開閉
する元ガス電磁弁57と、給ガス量を調節するガス比例
弁59と、バーナ55の各段の入口を開閉する切換え電
磁弁61とが設けられている。また、燃焼室には空気を
供給するためのファン63が設けられている。
【0028】制御装置65は、以上説明した3種の系統
の動作を制御するもので、各系統内に配置された各種の
サーミスタやセンサ及び図示しないリモートコントロー
ラ等からの信号を受けて、各系統内の各種の弁やポンプ
やファン等の状態及び動作をコントロールする。尚、制
御装置65の各入力信号のうち、以下の説明で用いるも
のは、図示したように熱交換器フィン温度TZ、熱交換
器出口湯温TH、混合湯温度TM、給湯戻り湯温度TR、
風呂戻り湯温度TF等である。
【0029】図2は、この給湯機1における給湯循環運
転の制御流れを示す。
【0030】給湯循環運転は、基本的には給湯運転停止
中に給湯戻り湯温度TRが所定の温度より低下したとき
に、その開始が要求される(ステップS1)。開始要求
が入ると、まず、熱交換器3内の滞留湯が外部給湯配管
7へ出て行く時の湯温(混合湯温)を、熱交換器フィン
温度TZに基づく方法と、熱交換器出口湯温度THに基づ
く方法の2通りの方法で予測する(ステップS2、ステ
ップS3)。即ち、ステップS2において、熱交換器フ
ィン温度TZと循環戻り湯温度TRに基づき、次式より予
測混合湯温度TMX1を算出する。
【0031】(TMX1−TR)/(TZ−Tr)=0.2 ここに、0.2はミキシングサーボ弁15を湯に対して
最も絞った状態の湯側最小混合比であり、給湯循環運転
開始時はこの状態となっている。また、ステップS3に
おいて、熱交換器出口湯温度THと循環戻り湯温度TRに
基づき、次式により予測混合湯温度TMX2を算出する。
【0032】(TMX2−TR)/(TH−TR)=0.2 次に、この2つの予測混合湯温度TMX1、TMX2のうち最
大値MAXと、リモートコントローラから設定湯温度T
Sとを比較する(ステップS4)。その結果、最大予測
混合湯温度MAXが設定温度TSより低ければ、給湯循
環運転を直ちに開始するため循環ポンプ21を始動する
(ステップS11)。
【0033】一方、最大予測混合湯温度MAXが設定湯
温度TSより高いときは、このまま直ちに循環運転を開
始すると熱過ぎる湯が外部給湯配管7へ出てしまうた
め、これを防止すべく風呂側の追焚き加熱を禁止し(ス
テップS5)、ファン63を最大回転数で駆動して(ス
テップS6)、熱交換器3を冷却する。この熱交換器冷
却は一定の時間行なうが(ステップS7〜ステップS1
0)、その時間は、上記追焚き禁止ステップS5によっ
て実行中の追焚きが中断されている場合(ステップS
7)は、中断時間が長過ぎないように比較的短い時間
(例えば、2分間)とし(ステップS9)、追焚き中断
中でなければ、熱交換器3を十分に冷却するために比較
的長い時間(例えば、5分間)とする(ステップS
8)。
【0034】この熱交換器冷却運転が終わると、ステッ
プS11に進んで循環ポンプ21が始動されて循環運転
が実際に開始される。
【0035】こうして循環運転が開始されると、追焚き
加熱禁止が解除され(ステップS12)、そして循環戻
り湯温度TRを所定の循環目標温度TKSまで上昇させる
ための加熱量制御が行なわれる(ステップS13、ステ
ップS14)。
【0036】この加熱量制御において、循環戻り湯温度
TRが循環目標温度TKSを上回ると(ステップS1
4)、次に風呂側で追焚き加熱が実行中か否かチェック
する(ステップS15)。その結果、追焚き加熱中であ
る場合には、これ以上給湯循環加熱を続けると循環戻り
湯温度TRが更に上昇してしまうため、これを防止すべ
く、追焚き側での加熱量制御は継続させたまま(ステッ
プS16)、即座に給湯循環ポンプ21を停止して給湯
循環運転を終了する(ステップS19)。
【0037】一方、ステップS15のチェックの結果、
追焚き加熱中でない場合には、給湯循環運転での加熱に
よって風呂熱交換器管45内の滞留湯が高温になってい
る可能性があるため、この滞留湯を冷却するべく、直ち
に加熱を停止し(ステップS17)、循環ポンプ21に
よる湯水循環だけをその後も継続する(ステップS1
8)。そして、滞留湯冷却に必要な所定時間の間湯水循
環を行なった後に(ステップS18)、循環ポンプ21
を停止する。
【0038】以上のように、給湯循環加熱の開始時に
は、熱交換器3内の滞留湯温度が高くそのまま循環を開
始すると混合湯温度が設定湯温度TSより高くなる可能
性のある場合には、しばらくの間、風呂加熱側が加熱中
であってもそれを中断して熱交換器の加熱をやめると共
に、ファンを全速回転して熱交換器3を急冷し、熱交換
器3が十分冷却された後に給湯循環を開始するようにし
ている。そのため、熱交換器内に高温の滞留湯が存在し
てたとしても、それが冷却された後に外部給湯配管7へ
送出され、従って水栓から高温湯が出る虞れがなくな
る。
【0039】また、給湯循環加熱によって外部給湯配管
7内の湯温(戻り湯温度TR)が目標温度に達して、こ
の循環加熱を終了する際には、風呂側の循環加熱運転
(追焚き)の有無をチェックして、追焚き中でなければ
熱交換器を冷却すべく、加熱を終了させてしばらくの間
湯水循環だけを継続させ、一方、追焚き中であれば戻り
湯温度TRをそれ以上上昇させないように、追焚きは継
続させつつ直ちに湯水循環を終了させるようにしてい
る。これにより、追焚きの停止中に給湯循環加熱のみを
行なった場合に、その後追焚きを開始したときに風呂熱
交換器管内の滞留湯が高温のまま浴槽35に出湯すると
いう問題がなくなると共に、追焚き運転中に給湯循環加
熱を行なった場合に、追焚きの加熱によって外部給湯配
管7内の湯温が上昇し過ぎてしまうという問題も生じな
い。
【0040】図3は、追焚き(風呂循環加熱)運転に対
する制御の処理流れを示す。
【0041】追焚き運転は、リモートコントローラから
のユーザの要求により、又は風呂自動運転において浴槽
温度が低下した時に開始される(ステップS21)。ま
ず、風呂循環ポンプ49を始動し(ステップS22)、
そして風呂戻り湯温度TFがユーザの定めた風呂設定温
度TFSによるように加熱量制御を開始する(ステップS
23)。
【0042】続いて、前述した給湯循環加熱制御のステ
ップS5により追焚きが禁止されているか否かチェック
し(ステップS24)、禁止中であれば加熱を停止し
(ステップS25)、禁止中でなければステップS23
の加熱量制御を継続する。
【0043】この追焚き加熱によって浴槽温度が上昇し
風呂戻り湯温度TFが風呂設定温度TFSを越えると(ス
テップS26)、次に、給湯側が加熱中(給湯中又は給
湯循環加熱中)か否かをチェックする(ステップS2
7)。その結果、給湯側が加熱中でなければ、追焚き加
熱によって給湯熱交換器管11内の滞留水が高温となっ
ている可能性があるため、これを冷却するべく、追焚き
加熱を停止し(ステップS29)、その後浴湯循環だけ
を継続して熱交換器3の冷却を図る。そして、熱交換器
冷却に必要な時間が経過したら(ステップS30)、風
呂循環ポンプを停止して追焚き運転を終了する(ステッ
プS31)。
【0044】一方、ステップS27の結果、給湯加熱中
である場合には、それ以上浴湯循環を続けると浴槽温度
が更に上昇してしまうため、給湯側の加熱はそのまま継
続させつつ(ステップS28)、直ちに風呂循環ポンプ
49を停止して追焚き運転を終了する(ステップS3
1)。
【0045】以上のように、追焚きを終了しようとする
際、給湯加熱中でなければ、加熱停止後しばらくの間浴
槽循環だけを行なうようにしているので、熱交換器3が
冷却されて、その後給湯を行なった時に熱交換器3内の
高温の滞留湯が出頭するという問題が解決される。ま
た、追焚き終了時に給湯加熱中ならは、浴湯循環を継続
することなく直ちに終了させるようにしているので、浴
槽温度が更に上昇してしまうという問題もない。
【0046】図4は、ミキシングサーボ弁15による湯
水混合の制御のための機能構成を示す。
【0047】図4に示すように、設定湯温度TSと熱交
換器出口湯温度THと給水温度TCとに基づき目標混合比
(TS−TC)/(TH−TC)を演算し(ブロック4
1)、また、実際の混合湯温度TMと熱交換器出口温度
THと給水温度TCとに基づき実混合比(TM−TC)/
(TH−TC)を演算する(ブロック43)。尚、設定温
度TSとしては、通常はリモートコントローラでユーザ
の設定した設定湯温度を用い、給湯循環ポンプ21の運
転中は給湯戻り温目標温度TKSを用いる。
【0048】次に、目標混合比と実混合比との偏差を求
めて、この偏差に対して所定のPID演算を行なう(ブ
ロック45)。但し、止水中はPID演算を中止する。
【0049】こうして求めたPID演算結果を目標混合
比に加算し(ブロック47)、この加算値を予め用意し
た混合比・角位置変換テーブルを用いて、ミキシングサ
ーボ弁15の角位置に変換する(ブロック49)。そし
て、この角位置信号に従って、モータ駆動回路51によ
りミキシングサーボ弁のアクチュエータであるステッピ
ングモータ53の角位置を制御することにより、湯水混
合比が調節される。
【0050】この湯水混合比の制御は、熱交換器出口湯
温度THが高温であっても水栓からの給湯温度を設定温
度に維持する機能を元来持つものであるが、前述した給
湯循環加熱運転の制御と組み合わせることにより、両者
の機能が各々の弱点を補って、給湯温度を適正に維持す
る効果がより完璧に近いものとなる。
【0051】即ち、給湯熱交換器管11内に高温の滞留
湯がある状態で給湯循環運転が開始され、その直後に水
栓が開かれた場合、湯水混合ではこの高温湯の出湯を防
止することができないが、前述した給湯循環運転開始時
のファンによる冷却運転(図2、ステップS4〜ステッ
プS10)によって、この問題を解決することができ
る。
【0052】また、湯水混合があるために、熱交換器温
度を設定温度TS近くまで冷却しなくても、設定温度TS
よりはかなり高温の状態で給湯循環運転を開始できるの
で、冷却時間を短縮できる。
【0053】さらに、前述の給湯循環加熱運転を停止す
る際に、追焚き加熱中であるために湯水循環の継続を省
略して循環加熱運転を終了する場合(図2、ステップS
16)には、循環運転終了後に給湯熱交換器管11の滞
留湯が追焚き加熱のために高温になってしまうが、湯水
混合があるために、その後に水栓が開かれても、水栓か
ら熱湯が出湯することはない。
【0054】以上、本発明の好適な実施例を説明した
が、本発明は、この実施例にのみ限定されるわけではな
くその他の種々の態様で実施することができる。例え
ば、実施例では給湯水路と風呂水路とから成る最も一般
的な1缶2水路式給湯機を例にとったが、給湯水路又は
風呂水路が複数系統あるような1缶複水路式の給湯機に
も本発明は適用できる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
給湯循環運転の開始直後に水栓を開いた場合における、
熱交換器内の高温滞留湯の水栓からの出湯を未然に防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の制御装置が適用される1缶2水路式給
湯機の一実施例の配管構成を示す配管系統図。
【図2】同実施例における給湯循環加熱運転の制御流れ
を示すフローチャート。
【図3】同実施例における追焚き(風呂循環加熱)運転
の制御流れを示すフローチャート。
【図4】同実施例における湯水混合制御の機能構成を示
すブロック図。
【符号の説明】
1 給湯機 3 熱交換器 5 給水管 7 外部給湯配管 9 給湯管 11 給湯熱交換器管 13 バイパス管 15 ミキシングサーボ弁 17 湯戻り管 19 即湯サーミスタ 21 給湯循環ポンプ 25 給水サーミスタ 27 沸騰防止サーミスタ 29 熱交換器サーミスタ 33 給湯サーミスタ 35 浴槽 39 吸湯管 43 出湯管 45 風呂熱交換器管 47 風呂サーミスタ 49 風呂循環ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24H 1/00 602

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数水路の熱交換器が一体的に結合さ
    れ、少なくとも1つの水路に循環加熱用の循環路が備え
    られた1缶複水路式の給湯機の制御装置において、 前記循環路の前記熱交換器内を通る部分の温度が所定の
    高温状態にあることを検出するための高温状態検出手段
    と、 前記循環路における循環加熱運転の開始に際し、前記高
    温状態が検出されているならば、前記高温状態が検出さ
    れなくなるまで、前記循環加熱運転の開始を遅延させる
    遅延手段と、を備えたことを特徴とする給湯機の制御装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の装置において、 前記循環加熱運転が遅延されている間、前記熱交換器を
    冷却するために、前記熱交換器の加熱を禁止し且つ前記
    熱交換器に送風する冷却手段をさらに備えることを特徴
    とする給湯機の制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の装置において、 前記加熱を禁止している時間が、前記循環路を備える水
    路以外の水路に関する加熱の実施が前記加熱禁止によっ
    て待たされている場合には比較的短く、待たされていな
    い場合には比較的長いことを特徴とする給湯機の制御装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2記載の装置において、 前記循環路が、前記熱交換器をバイパスするバイパス管
    を有することを特徴とする給湯機の制御装置。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の装置において、 前記循環路が、給湯用水路に備えられた即湯機能実現の
    ための給湯循環加熱路であることを特徴とする給湯機の
    制御装置。
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