JP3811998B2 - 給湯装置 - Google Patents

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  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯の開始時に早く湯を供給することのできる瞬間式の給湯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来この種の給湯装置には、図4に示すようなものがあった(例えば特公平4−9972号公報)。
【0003】
同図において1は瞬間給湯機であり、給湯口2と瞬間給湯機1は給湯管3で結ばれている。給湯口2の手前には給湯弁4が設けられており、給湯管3の給湯弁4の上流側から排水管5が分岐しており、この排水管5には排水弁6が設けられている。また、排水管5の給湯管3からの分岐部には温度検出部7が設けられていて、温度設定器8の設定温度とこの温度検出部7の温度を比較して給湯制御部9が給湯弁4と排水弁6を制御している。
【0004】
そして、給湯要求時に温度検出部7により検出された湯水の温度が温度設定器8の設定温度の許容範囲の場合、給湯弁4を開き給湯口2に給湯配管3内の湯水を供給するとともに、許容範囲外の場合、排水弁6を開き給湯管3内の湯水を排水管5を経て排水口から捨て、常に許容範囲内の温度の湯水を給湯口2から供給するというものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記したような従来の給湯装置では、給湯弁4、排水管5、排水弁6、温度検出部7などを現場で配管工事や配線工事を行って取り付ける必要があり、設置が大変であるとともに、通常の給湯装置では必要ない給湯弁4、排水管5、排水弁6、温度検出部7等の部材を必要とするという課題があった。
【0006】
また、出湯要求時に湯水の温度が許容範囲外の場合、排水弁6を開き給湯管3内の湯水を排水口から捨てる動作をするため、給湯口2から湯が供給される迄の時間は大幅に改善されることができないという課題を有していた。
【0007】
本発明は上記した課題を解決するものであり、給湯装置自身の改善により、給湯の開始時に早く湯を供給できる給湯装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本願発明は上記した課題を解決するものであり、熱交換器と、熱交換器を加熱する加熱手段と、この加熱手段の加熱量を調節する加熱調節手段と、熱交換器の温度あるいは熱交換器近傍の温度を検出する温度検出手段と、熱交換器を経た湯の温度を設定する湯温設定手段と、熱交換器への水の流動を検出する流動検出手段と、加熱手段の加熱時間を設定するタイマー手段と、停止時制御部を有する制御器を備え、水の流動を流動検出手段で検出し湯温設定手段の温度に従って加熱調節手段を制御するとともに、停止時制御部で流動検出手段が水の流動を検出していない時は、温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったら加熱調節手段を制御して加熱手段による熱交換器の加熱を開始し、タイマー手段の設定された時間に達したら加熱を停止して、給湯の停止時に熱交換器が冷却されることを防止し、再給湯時に熱交換器内の保有水を加熱する時間を節約して、給湯装置本体だけで端末への湯の供給を早く行えるようにしているものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の給湯装置は、給水管と給湯管が接続された熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の加熱量を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器の温度あるいは前記熱交換器近傍の温度を検出する温度検出手段と、熱交換器を経た湯の温度を設定する湯温設定手段と、前記熱交換器への水の流動を検出する流動検出手段と、前記加熱手段の加熱時間を設定するタイマー手段と、水の流動を前記流動検出手段で検出し前記湯温設定手段の温度に従って前記加熱調節手段を制御するとともに、前記流動検出手段で水の流動を検出していない時は前記温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったら記加熱調節手段を制御して前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を開始し前記タイマー手段の設定された時間に達したら加熱を停止する停止時制御部を有する制御器を備えて構成するものである。
【0010】
そして、給湯の停止時に熱交換器への水の流動が停止していることを流動検出手段で検出して、温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったら加熱調節手段を制御して加熱手段による熱交換器の加熱を開始しタイマー手段の設定された時間に達したら加熱を停止することにより、給湯の停止時に熱交換器が冷却されることを防止し、再給湯時に熱交換器内の保有水を加熱する時間を節約して、給湯装置本体だけで給湯時の端末における湯の供給を早く行えるようにするとともに、タイマー手段により加熱を調節することにより、熱容量を有する熱交換器の温度上昇遅れに対応し、過剰加熱を防止するものである。
【0011】
また、給水管に給水温度検出手段を設け、制御器は、タイマー手段による加熱時間を給水温度検出手段で検出される給水温度に関連させて調節して構成するものである。そして、季節によって変わる給水温度に応じて加熱時間を調節し、熱交換器の温度を調節することにより、給湯開始時の供給湯温のオーバーシュートを調節し、給湯温度の立ち上がりを早くするものである。
【0012】
また、制御器は、温度検出手段で検出される温度が不安全温度として設定した上限温度に達したら、前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を強制的に停止させて構成するものである。そして、万が一のタイマー手段の故障時や異常燃焼時に加熱を強制的に停止し、事故を未然に防ぐものである。
【0013】
また、制御器の停止時制御部で、加熱調節手段にて水の流動していない時の加熱手段の最大加熱能力を水の流動時の最大加熱能力よりも低く押さえて構成するものである。そして、負荷が小さく、かつ温度検出手段への温度伝達も遅くなる水の流動していない時の加熱量を低く押さえることにより、局部の異常な加熱や湯温のオーバーシュートを防止し、制御の容易化と一層の安全化を図っているものである。
【0014】
また、加熱手段はバーナとし、制御器の停止時制御部は、加熱調節手段にて水の流動していない時の加熱手段の加熱開始時燃焼量を水の流動時の加熱開始時燃焼量と略同一にして構成するものである。そして、バーナの着火時の燃焼量を略同一することにより、流動停止時においても確実な点火を実現するものである。
【0015】
また、水の流動していない時の加熱手段による熱交換器の加熱を選択する選択手段を設け、制御器はこの選択手段で選択がなされた場合のみ水の非流動時の制御を行って構成するものである。そして、水の非流動時に於ける熱交換器の加熱を必要な時のみ使用者が選択できるようにし、エネルギー消費の低減を図っているものである。
【0016】
(実施例)
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0017】
図1は本発明の一実施例における給湯装置の系統図である。
図1において、熱交換器10には、給水管11と給湯管12が接続されている。給水管11には、熱交換器10への水の流入を検出する流動検出手段である水量検出器13、水温を検出する給水温度検出手段である水温検出器14、熱交換器10の温度を検出する熱交温度検出器15が設けられている。また、熱交換器10を迂回し給水管11と給湯管12を連絡するバイパス管16が設けられ、このバイパス管16には、熱交換器10からの湯とバイパス管16からの水の混合比を調節する水比例弁17が設けられている。この水比例弁17は、ソレノイドへの電流の調節によって水圧に対してバランスを取った弁がバイパス管16の開度を調節し、通過する水量を調節するもので、電流の停止により全開状態で保持されるノーマルオープン型でとなっている。熱交換器10の近傍の給湯管12には温度検出手段として湯温検出器18が設けられ、また、バイパス管16の合流点以降に水量制御弁19、混合水温検出器20が設けられている。給湯管12は更に給湯装置本体21外の給湯配管22に接続され、端末に設けた湯水混合栓23、24に連通している。端末側には給湯装置本体21のリモコン25が設けられている。このリモコン25はワイヤレス型であり、電源スイッチ26や給湯装置本体21から出湯される給湯温度のアップスイッチ27、ダウンスイッチ28、表示部29の他、湯水混合栓23や24が使用されていない時に、使用されて熱交換器10に水が流れている状態と異なった条件での制御を選択する加熱スイッチ30が選択手段として設けられている。本体側の制御器31にはタイマー手段であるタイマー32を有しており、商用電源からの電力が供給され受信器33で受けたリモコン25の信号や各種センサーの信号が取り込まれ、また各種アクチュエータへの信号や操作出力が出力されている。そして、制御器31にはボリュームで構成された湯温設定手段である湯温設定器34や停止時制御部35が設けられている。
【0018】
熱交換器10は、加熱手段であるガスバーナ36で加熱され、このガスバーナ36へのガス量を調節する加熱調節手段の一部としてガス比例弁37が設けられている。また、ガスのオン、オフは加熱調節手段の一部を構成する元電磁弁38により行われ、また燃焼前後や燃焼中においては送風ファン39から風が送られる。
【0019】
次にこの実施例の動作を説明する。
動作については、図2のフローチャートにその要部を示している。
【0020】
リモコン25の電源スイッチ26がオン操作され(S1)、加熱スイッチ30がオン操作されていると(S2)、給湯の停止時において熱交換器10を加熱できるモードに入る。水量検出器13で検出される水の流量が所定値(例えば2/min)を越えると、端末の湯水混合栓が開けられたと判断して通常の給湯モードに入り(S3)、リモコン25のアップスイッチ27、ダウンスイッチ28等を操作して設定された温度の湯を供給するべく、混合水温検出器20で検出される混合水温度と設定温度が比較される。また、湯温検出器18で検出される出湯温度と湯温設定器34の温度が比較され、水温検出器14の水温と水量検出器13の値が取り込まれ、水比例弁17と水量制御弁19、ガス比例弁37が調節され、所望の温度の湯が給湯配管22から供給される(S4)。
【0021】
水量検出器13で検出される水の流量が所定値(例えば2l/min)以下の場合は(S3)、給湯停止時の熱交換器10への加熱モードが可能となる。湯温検出器18で検出される温度が所定温度として定めた下限値を下回り(S5)、熱交温度検出器15で検出される温度が所定温度として定めた下限値を下回ると(S6)、給湯装置全体が冷えていると停止時制御部35が判断して流動停止時に於ける加熱モードを進める。
【0022】
湯温検出器18と比較される下限値は、湯温設定器34の設定値から10℃を引いた値に設定されている。湯温検出器18で検出される温度がこの下限値以下であると、流動停止時に於ける加熱モードの次のステップに進む(S5)。また、熱交温度検出器15と比較される下限値も、湯温設定器34で設定された温度から10℃を引いた値に設定されている。熱交温度検出器15で検出される温度がこの下限値以下であると、加熱モードの次のステップに進む(S6)。なお、下限値の設定は一例であり、他の方法としては湯温設定器34の設定に関係付けない方法や、固定値を用いる方法等各種の方法がある。
【0023】
湯温検出器18、熱交温度検出器15で検出される温度が下限値をいずれも下回ったら、まず、タイマー32の設定された加熱時間を読み込む(S7)。次に給湯条件を読み込む(S8)。この給湯条件とは、前回給湯を行った時のメモリーされた混合水温度あるいは、あるいはリモコン25の設定温度、その後変更があった場合は現在の設定温度である。これは、混合水の温度が何度であるかを判断し、加熱を開始する温度を補正するためであり、混合水温度あるいは設定温度が高い場合は高目に、低い場合は低目になるように熱交換器10を加熱開始する温度を補正する。そして、再出湯時に給湯管12を経て極力、リモコン25で設定された設定温度に近い温度の湯を供給することに役立てている。
【0024】
また、前回給湯を行った時のメモリーされた水温検出器14で検出された水温と現在の水温を読み込む(S9)。これは、給水温度が何度であるかを判断し加熱時間や加熱開始温度を補正するためであり、水温が高い場合は時間は短目に温度は低目に、水温が低い場合は時間は長目に温度は高目になるように熱交換器10を加熱する条件を補正する(S10)。そして、再出湯時に給湯管12を経て極力、リモコン25の設定温度に近い温度の湯を供給することに役立てている。次に、送風ファン39を回転させ残っているガスの排出を行い(S11)、元電磁弁38を開け(S12)、同時にタイマー32が計時を開始し(S13)、ガス比例弁37の開度を点火し易い開度1の状態にまで開けて点火を行う(S14)。この開度1の状態は、通常の給湯を行っている時のガス比例弁37の全開開度に比べ小さく設定されており、水の流動が停止している状態で過度に熱交換器10を加熱してしまわないように、またガスバーナ36に確実に着火するように工夫されている。
【0025】
次に、1秒後にガス比例弁37の開度を開度2の状態にまで絞る(S15)。この開度は、通常の給湯が行われている状態での最小の開度に相当しており、この最小開度で加熱しても負荷が小さいため、熱交換器10の温度は、次第に上昇して行く。
【0026】
なお、給湯装置として最少加熱量が極めて低く取れる場合は、湯温検出器18で検出される温度を一定に保つ方法も可能である。
【0027】
熱交換器10の加熱中に熱交温度検出器15で検出される温度が異常な変化勾配を示す時は、熱交換器10へのエア噛みと判断して加熱を停止する(S16)。
【0028】
この後の制御は、湯温検出器18の温度を例として図3に示すようにようになっている。出湯温度は湯温設定器34で60℃(=TO)に設定されているものとする。従って加熱の開始を判断する所定値である下限値は、T1=60℃−10℃=50℃である。そして上限値T2=60℃+10℃=70℃に定めている。加熱時間は標準状態(水温15℃、混合水温40℃)で5秒間となっており、前述のように、水温とリモコン25の設定温度に応じて補正がされている。
【0029】
タイマー32が所定時間(5秒または5秒の補正値)を越えたら、タイムアップと見なし、停止動作に入る(S17)。万が一タイマー32が故障したり、ガスバーナ36の能力制御が故障して、湯温検出器18で検出される温度が上限値(70℃)を越えた場合は、直ちに温度優先で元電磁弁38を閉成する停止動作に入る(S18)。また、熱交温度検出器15で検出される温度が上限値として定めた75℃を越えた場合も、直ちに温度優先で元電磁弁38を閉成する停止動作に入る(S19)。
【0030】
加熱の停止に当たっては、元電磁弁38が閉じられ(S20)、さらに送風ファン39が所定時間回転して排気ガスを完全に排出し、そして停止される(S21)。また、水比例弁17は所定時間バイパス経路を絞った後、全開にされる(S22)。これは、まだ熱交換器10内の温度が高い場合は、本来水が満たされているべきバイパス管16にに湯が回ることを防止し、再給湯時のオーバーシュートを低減するとともに、ある程度冷えて来たら、自然循環によってバイパス管16も暖め、再給湯時の立ち上がりを早めるためである。なお、ノーマルオープン型の水比例弁17が全開となっていることにより、万が一故障により、熱交換器10内に高温の湯が溜まっていても、再給湯時に水の割合が大きくなるため安全である。
【0031】
所定時間加熱した後の給湯停止後は、図3に示すように、後沸きにより湯温検出器18周辺の温度は若干上昇する。また、熱交温度検出器15周辺の温度はもっと上昇し、停止前と停止後の両者の温度の上下関係は逆転する。
【0032】
以後、加熱の停止した後は、湯温検出器18、熱交温度検出器15で検出される温度が所定温度である下限値以下になる迄は燃焼は停止している。
【0033】
以上のような動作により、一般の家庭用の給湯装置を想定すると、従来の給湯装置では配管長が5m程度のシステムで、端末の蛇口をひねってから約15秒位かかって湯が供給されることが普通であったものが、5秒程度に短縮可能である。 従来の給湯装置は、保有水量等に起因する給湯装置自身の立ち上がりの時間が10秒程度、また配管の保有水量を押し出す時間が5秒程度かかっていたが、給湯装置自身の立ち上がりの時間が短縮できるため、配管の滞留水の押し出し時間だけで済む結果となる。
【0034】
また、この実施例においては、タイマー32により加熱を調節することにより、温度により加熱を調節する方式と比較して、熱容量を有する熱交換器10の温度上昇遅れに対応でき、過剰加熱を防止することができる。また、加熱時間を水温検出器14で検出される給水温度に関連させて調節することにより、季節によって変わる給水温度に応じて加熱時間を調節することにより給湯開始時の湯温変動の低減と加熱回数の適正化が図れ、また回数給湯温度の立ち上がりを早くできる。また、湯温検出器18や熱交温度検出器15で検出される温度が不安全温度として設定した上限温度に達したら、加熱手段による熱交換器の加熱を強制的に停止させることにより、万が一のタイマー32の故障時や異常燃焼時に加熱を強制的に停止し、事故を未然に防ぐことができる。また、停止時制御部35で、水の流動していない時の最大加熱能力を水の流動時の最大加熱能力よりも低く押さえることにより、負荷が小さく、かつ温度検出手段への温度伝達も遅くなる水の流動していない時の加熱量を低く押さえ、熱交換器10の局部の異常な加熱や温度オーバーシュートを防止し、制御の容易化と安全化が図れる。また、ガスバーナ36で、水の流動していない時の加熱手段の加熱開始時燃焼量を水の流動時の加熱開始時燃焼量と略同一略同一することにより、水の流動停止時においても火移りを容易とし確実な点火を実現できる。また、加熱スイッチ30により、水の流動していない時のガスバーナ36による加熱を選択できるため、水の非流動時に於ける熱交換器の加熱を必要な時のみ使用者が選択できるようになり、エネルギー消費の低減と、非常時に加熱スイッチ30をオフにすることにより、直ちにガスバーナ36の燃焼停止を行うことができる。
【0035】
上記実施例では加熱手段として、ガスバーナ36による加熱を例にとったが、石油バーナや電気的に加熱する任意の手段であってもよい。
【0036】
また、加熱調節手段としてガス比例弁37と元電磁弁38を例にとったが、これら以外のガス量調節手段であったり、各加熱手段に対応した各種の加熱調節手段であってもよい。
【0037】
また、熱交換器の温度あるいは熱交換器近傍の温度を検出する温度検出手段としては、湯温検出器18を例に取ったが、熱交温度検出器15を用いてもよく、また湯温を直接検出しても、配管や熱交換器の外側の温度を検出してもよい。
【0038】
また、湯温設定手段としては、制御器31に設けたボリュームで出湯温度が調節できる湯温設定器34を例にとったが、制御器31のマイコンに予め設定温度が書き込んであったり、リモコン25で温度設定ができるものであってもよい。
【0039】
また、流動検出手段は、水流を直接検出する水量検出器13を例にとったが、給湯の開始、停止の操作スイッチと連動する間接的なものや、直接的なものと間接的なものの複合する形式であってもよい。
【0040】
また、タイマー手段としてはタイマー32を例にとったが、タイマー機能は制御器のマイコン部でもよく、また別回路として設けてもよい。
【0041】
また、給水温度検出手段としては、水温検出器14を例に取ったが、湯温を直接検出しても、配管や熱交換器の外側の温度を検出してもよい。
【0042】
なお、上記実施例ではバイパス管16を有し、熱交換器10から供給される湯とバイパス管16からの水を水比例弁17で調節してリモコン25で設定した温度の湯を得る給湯装置を例にとったが、バイパス管や水比例弁を有しない給湯装置であってもよい。この場合、湯温設定手段の設定値は、リモコン25で設定される給湯温度の設定値に一致してくる。また、湯水混合手段として水側だけを調節する水比例弁17を例にとったが、湯側、水側を双方調節するものや、モータで駆動するの、またワックスサーモや形状記憶合金等を利用したものや、これらと電気的制御との組合せ等であってもよい。
【0043】
【発明の効果】
以上のように本発明の給湯装置によれば次のような効果が得られる。
【0044】
(1)給湯の停止時に熱交換器への水の流動が停止していることを流動検出手段で検出して、温度検出手段で検出される温度が所定温度以下に下がったら加熱調節手段を制御して加熱手段による熱交換器の加熱を開始しタイマー手段の設定された時間に達したら加熱を停止することにより、給湯の停止時に熱交換器が冷却されることを防止し、再給湯時に熱交換器内の保有水を加熱する時間を節約して、給湯装置本体だけで給湯時の端末における湯の供給を早く行えるようにするとともに、タイマー手段により加熱を調節することにより、熱容量を有する熱交換器の温度上昇遅れに対応し、過剰加熱を防止することができる。
【0045】
(2)タイマー手段による加熱時間を給水温度検出手段で検出される給水温度に関連させて調節することにより、季節によって変わる給水温度に応じて加熱時間が調節でき、給湯開始時の湯温変動の低減と加熱回数の適正化が図れ、また回数給湯温度の立ち上がりを早くできる。
【0046】
(3)温度検出手段で検出される温度が不安全温度として設定した上限温度に達したら加熱手段による熱交換器の加熱を強制的に停止させることにより、万が一のタイマー手段の故障時や異常燃焼時に加熱を強制的に停止し、事故を未然に防ぐことができる。
【0047】
(4)停止時制御部で、加熱調節手段にて水の流動していない時の加熱手段の最大加熱能力を水の流動時の最大加熱能力よりも低く押さえることにより、負荷が小さく、かつ温度検出手段への温度伝達も遅くなる水の流動していない時の加熱量を低く押さえることにより、局部の異常な加熱や温度オーバーシュートを防止し、制御の容易化と安全化が図れる。
【0048】
(5)加熱手段はバーナで、制御器の停止時制御部は加熱調節手段にて水の流動していない時の加熱手段の加熱開始時燃焼量を水の流動時の加熱開始時燃焼量と略同一にして構成することにより、バーナの着火時の燃焼量を略同一にでき、水の流動停止時においても確実な点火を実現できる。
【0049】
(6)選択手段で流動停止時の熱交換器の加熱を選択し、選択がなされた場合のみ加熱を行うことにより、水の非流動時に於ける熱交換器の加熱を必要な時のみ使用者が選択できるようになり、エネルギー消費の低減が図れるとともに、非常時において選択手段の操作により直ちに加熱を停止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における給湯装置の系統図
【図2】同給湯装置の要部動作のフローチャート
【図3】同給湯装置の要部動作の説明図
【図4】従来の給湯装置の系統図
【符号の説明】
10 熱交換器
11 給水管
12 給湯管
13 水量検出器(流動検出手段)
14 水温検出器(給水温度検出手段)
15 熱交温度検出器
18 湯温検出器(温度検出手段)
30 加熱スイッチ(選択手段)
32 タイマー(タイマー手段)
34 湯温設定器(湯温設定手段)
35 停止時制御部
36 ガスバーナ(加熱手段)
37 ガス比例弁(加熱調節手段)
38 元電磁弁(加熱調節手段)

Claims (6)

  1. 給水管と給湯管が接続された熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の加熱量を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器の温度あるいは前記熱交換器近傍の温度を検出する温度検出手段と、熱交換器を経た湯の温度を設定する湯温設定手段と、前記熱交換器への水の流動を検出する流動検出手段と、前記加熱手段の加熱時間を設定するタイマー手段と、水の流動を前記流動検出手段で検出し前記湯温設定手段の温度に従って前記加熱調節手段を制御するとともに、前記流動検出手段で水の流動を検出していない時は前記温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったら前記加熱調節手段を制御して前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を開始し前記タイマー手段の設定された時間に達したら加熱を停止する停止時制御部を有する制御器を備えた給湯装置。
  2. 給水管に給水温度検出手段を設け、制御器はタイマー手段による加熱時間を給水温度検出手段で検出される給水温度に関連させて調節した請求項1記載の給湯装置。
  3. 制御器は、温度検出手段で検出される温度が不安全温度として設定した上限温度に達したら前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を強制的に停止した請求項1記載の給湯装置。
  4. 制御器の停止時制御部は、加熱調節手段にて水の流動していない時の加熱手段の最大加熱能力を水の流動時の最大加熱能力よりも低く押さえた請求項1記載の給湯装置。
  5. 加熱手段はバーナとし、制御器の停止時制御部は加熱調節手段にて水の流動していない時の加熱手段の加熱開始時燃焼量を水の流動時の加熱開始時燃焼量と略同一にした請求項1記載の給湯装置。
  6. 水の流動していない時の加熱手段による熱交換器の加熱を選択する選択手段を設け、制御器はこの選択手段で選択がなされた場合のみ水の非流動時の制御を行った請求項1記載の給湯装置。
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