JP3845099B2

JP3845099B2 - 給湯器の加熱制御装置

Info

Publication number: JP3845099B2
Application number: JP2004151114A
Authority: JP
Inventors: 昭仁鬼頭; 広輝金澤
Original assignee: パロマ工業株式会社
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2021-11-15
Also published as: JP2004264019A

Description

本発明は、ガス瞬間給湯器や風呂釜給湯器などの給湯器の加熱制御装置に関し、さらに詳しくは、湯の断続的使用に際しての再出湯時の開栓からバーナの点火までの時間を制御するようにした給湯器の加熱制御装置に関するものである。

近年、ガス瞬間給湯器や風呂釜給湯器などの給湯器の湯質の向上に対して、特に台所やシャワー等直接肌に当てる温度域での断続使用性についてさらなる使用勝手良さが求められている。

このような性能をもたせる方法として、従来、熱交換器の出湯口側の出湯温度を設定温度よりも高温に設定しておき、その湯に水を混合して出湯し、その混合率を可変バルブで調整し、常に一定の湯温を得るものがある。しかし、バルブ駆動の為のモータ，回路等を必要とする為、コストアップが大きな欠点であった。

このような装置を使用しないで断続使用性の向上をねらったものとしては、たとえば特公平１−３１１０８号公報、あるいは特開平２−１６１２５５号公報に示されるものがある。
たとえば特公平１−３１１０８号公報に示される給湯器は、熱交換器の出湯口側の給湯管に設けられた出湯温度検出器からの検知信号により出湯開始前の湯温を検知し、その湯温を基準温度と比較して初期出湯モードか再出湯モードかを判別し、それぞれの出湯モードに応じたシーケンスに基づいてバーナを制御するものである。

一方特開平２−１６１２５５号公報に示される給湯器は、出湯温度検出器により検知される出湯開始前の湯温に基づいて通水検知スイッチ（水流スイッチ）がＯＮしてからバーナが点火されるまでの時間を変えたり、あるいはその湯温に水量センサにより検知される単位時間当りの水の流量を加味してバーナが点火され
るまでの時間を変えるというものである。
特公平１−３１１０８特開平２−１６１２５５

しかしながら、前述の特公平１−３１１０８号公報に示される給湯器によれば、給湯栓の開栓からバーナの点火までの時間が初期出湯モード、再出湯モードのそれぞれのモード内においては常に一定である。そのために給湯栓の開き具合いによって給湯管を流れる湯の単位時間当りの流量が少ない時には給湯管内の湯が未だ十分に排出されないうちにガスバーナが点火されることにより再出湯時にオーバーシュートが生じるという問題があり、逆に湯の流量が多い時にはガスバーナの点火が遅れてアンダーシュートが過大に引き起こされるという問題があった。

一方特開平２−１６１２５５号公報に示される給湯器によれば、出湯温度検知器により検知される出湯開始前の湯温に基づいて開栓からバーナ点火までの時間を制御するものでは、やはりその再出湯時の配管を流れる湯量によってオーバーシュートやアンダーシュートが生じるという問題がある。
またこの湯温に配管を流れる湯量を加味して点火までの時間を制御するものであっても、今度は入水温度の違いによる再出湯時の湯温低下速度の相違により、やはりオーバーシュートやアンダーシュートが生じるという問題は依然解決出来ない。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、給湯器における湯の断続的使用に際しての再出湯時に、入水温度と設定温度および配管を流れる湯の単位時間当りの流量に基づいて開栓からバーナの点火までの時間を可変制御することで常に良好な出湯特性を得ることのできるようにした加熱制御装置を提供することにある。これにより再出湯時にオーバーシュートやアンダーシュートが生じず、しかも所期の湯温の出湯が速やかに得られるようにせんとするものである。

上記課題を解決する本発明の請求項１記載の給湯器の加熱制御装置は、
入水管および出湯管を備えた熱交換器と、この熱交換器を加熱するバーナと、前記入水管に設けられ入水温度（Ｔｃ）を検知する入水温検知手段と、前記入水管または出湯管に設けられ湯水の単位時間当たりの流量（Ｑ）を検知する流量検知手段と、前記出湯管より出湯される湯の設定温度（Ｔｏ）を設定する出湯温度設定手段とを備えた給湯器において、
給湯栓の開栓からバーナの点火までの時間を可変制御する可変制御手段を備え、
前記給湯栓の開栓からバーナの点火までの時間は、
（Ｔｏ−Ｔｃ）×Ｑ^２の式から求められる値に関連づけられ、上記求められた値が大きいほど短く設定されることを要旨とする。

上記の構成を有する本発明に係る給湯器の加熱制御装置によれば、入水管を介して熱交換器へ供給されてきた水がバーナにより加熱されて出湯水として出湯管より得られるものであるが、その出湯開始に際して入水管に設けられた入水温検知手段と、入水管または出湯管に設けられた湯水の流量検知手段からの入力信号によって入水温度と単位時間当りの水の流量とが検知され、また出湯温度設定手段によって出湯温度が設定されているので、その設定温度（Ｔｏ）と入水温度（Ｔｃ）および流量（Ｑ）とから（Ｔｏ−Ｔｃ）×Ｑ^２を求め、この値が大きいほど、開栓からバーナの点火までの時間が短くなるように可変制御される。
この結果、再出湯時の出湯開始直後には、湯量（Ｑ）が多いときには早めに点火動作に入り、湯量（Ｑ）が少ないときには点火動作を遅らせると共に、通水を設定温度にまで昇温させるのに必要な熱量（（Ｔｏ−Ｔｃ）×Ｑ）によっても点火動作に入る時間を制御することによりオーバーシュートやアンダーシュートが生じることなく、速やかに所望の設定温度の出湯が得られる。
したがってこれをガス瞬間給湯器や風呂釜給湯器などに適用することは、使用者にとって思わず熱い湯が出たり、冷たい水が出たりということもなく、所望の湯温の出湯が速やかに得られてすこぶる使い勝手の良いものであり、その産業上の有益性は極めて大きいものである。

以上説明した本発明の構成、作用を一層明らかにするために、以下、本発明の給湯器の加熱制御装置における好的な実施形態について説明する。

以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用されるガス給湯器の概略構成を示したものである。この図１に示したガス給湯器１０は、給水管１２および出湯管１４が配管された熱交換器１６がケーシング１８内に配設されると共に、このケーシング１８内にはその熱交換器１６を加熱するガスバーナ２０が配設されている。

前記給水管１２には水の流れおよびその流量を検知する水流スイッチ（流量センサ）２２やその水の温度を検知する入水温サーミスタ２４が設けられ、またその水の流れを規制する水ガバナ２６なども設けられている。一方前記出湯管１４には出湯温度を検知する出湯温サーミスタ２８が設けられている。

一方、前記ガスバーナ２０のガス管路３０には元電磁弁３２、メイン電磁弁３４およびガス比例弁３６がそれぞれ設けられており、またガスバーナ２０に燃焼用空気を供給するための送風ファン３８が連繋されている。

そしてこのガス給湯器の運転を制御するバーナコントローラ４０の入力側には、前記水流スイッチ（流量センサ）２２、入水温サーミスタ２４、出湯温サーミスタ２８等が接続され、またバーナコントローラ４０の出力側にはガス比例弁３６、送風ファン３８のファンモータ（図示せず）などが接続されている。尚、出湯
管１４の出湯口には給湯栓４２が設けられている。

このガス湯沸器１０は、給湯栓４２を開くと水流スイッチ（流量センサ）２２がＯＮし、コントローラに通電されて送風ファン３８が回転する。そして送風ファンが回転してプリパージの後、元電磁弁３２とメイン電磁弁３４が開き、ガス比例弁３６が緩点火動作となり、ガスバーナ２０にガスが供給される。それと同時にイグナイタによる点火プラグ（図示せず）の連続的なスパークによりガスバーナ２０が点火される。

そして緩点火動作が終了すると、ガスバーナ２０と送風ファン３８との間の比例制御が開始される。すなわち、出湯温サーミスタ２８で検出した湯温と設定した湯温とに差があると、コントローラ４０でそれを判断してガス比例弁３６へ信号を送り、ガスバーナ２０への供給ガス量を調整して熱交換器１６の出湯口温度
を一定に保つようにする。

またガス比例弁３６による供給ガス量の変化に応じてコントローラ４０から送風ファン３８のファンモータへ信号が送られ、常にガス量と空気量とが一定の関係に保たれるように制御される。かくしてガスバーナ２０の燃焼ガスによって熱交換器１６が加熱され、給水管１２を介して熱交換器１６へ送られてきた水は所定の温度に加熱されて出湯管１４より給湯栓４２を介して出湯される。

次に本発明の再出湯時における制御を図２に示したフローチャートに従って説明すると、まず初めに給湯栓４２が開かれたかどうかは、水流スイッチ２２がＯＮされたか否か（ステップ１，以下「Ｓ１」のように表示する。）によって判断される。

そしてＳ１において水流スイッチ２２がＯＮされた（Ｓ１：「ＹＥＳ」）と判断されると、前述のように送風ファン３８の回転後プリパージの段階に入るが、この実施例ではプリパージ（１）（０.５秒）とプリパージ（２）（可変）の２段階に分けて開栓からガスバーナ２０の点火までの時間を可変制御するようにしている。

すなわちプリパージ（１）の段階では、水流スイッチ２２がＯＮされてから０．５秒間待機状態とし（Ｓ２）、次いでプリパージ（２）の段階に入りコントローラ４０の制御により再出湯時のガスバーナのアウトプット値を修正した修正アウトプット値に応じて定められる所定の時間待機状態に置かれる（Ｓ３）。これの
詳細については後で詳しく説明する。

そしてＳ３においてプリパージ（２）の時間が経過すれば、ガスバーナ２０のガス比例弁３６等が開かれて緩点火動作となり、点火プラグのスパークによりガスバーナ２０の点火が行われる（Ｓ４）。そしてその後は前述のように、ガスバーナ２０と送風ファン３８との間の比例制御が開始され、出湯温サーミスタ２８で検知される出湯温度と設定温度との比較によりガスバーナ２０へのガス供給量と送風ファン３８への空気供給量との制御が行われる（Ｓ５）。

ここで前述のプリパージ（２）における点火までの待機時間について説明すると、このプリパージ（２）における待機時間（Ｔ）は、次のように決定される。すなわち、給湯器の所要アウトプット（通水を設定温度にまで昇温させるのに必要な水に与える熱量）は、フィード・フォワード（ＦＦ制御）の場合、（１）式により表わされるものであるが、
所要アウトプット値＝Ｃ×（Ｔｏ−Ｔｃ）×Ｑ［kcal/min］・・・（１）
ここにＴｏ：設定温度［℃］
Ｔｃ：入水温度［℃］
Ｑ：単位時間当たりの水の流量[リットル/min］
Ｃ：水の比熱［kcal/リットル℃］
この（１）式に示した給湯器の所要アウトプットを（１）の式において、Ｃは一定と考えられる為変化しないので省略して、（１）式にさらに流量Ｑを乗じた値（ここでは、修正所要アウトプットと呼ぶ）を求める。
修正所要アウトプット値＝所要アウトプット値×Ｑ
＝（Ｔｏ−Ｔｃ）×Ｑ^２［kcal・リットル/(min)^２］・・・（２）

そしてこの修正所要アウトプット値が演算により求められると、図３のグラフに示される修正所要アウトプット値と点火までの時間（Ｔ）（プリパージ（２）における）との関係図よりその時間（Ｔ）が決定される。

すなわちこの図３に示した関係図では、横軸にガスバーナの修正所要アウトプット値を採り、縦軸に点火までの時間（秒）を採っている。この図に実線Ａで示されるように、修正所要アウトプットが０（零）からある一定の値までの間は点火までの時間（プリパージ（２）の時間）は一定とし、これを越えると修正所要アウトプットが大きくなるにつれて漸次点火までの時間を短くしていている。

これは修正所要アウトプットが大きいということは、水の流量が多目であるか、もしくは必要熱量が大きいということを意味するのでその分プリパージ（２）の時間を短くして早くガスバーナを点火させるという意図に基づくものである。そしてこれにより再出湯時のアンダーシュートを回避しようとするものである。

これに対して修正所要アウトプットが小さいということは、水の流量が少な目であるか、もしくは必要熱量が小さいことを意味するので、その分プリパージ（２）の時間を長くしてガスバーナの点火を遅らせるという意図に基づくものである。そしてこれにより再出湯時のオーバーシュートを回避しようとするものである。

修正所要アウトプットが０（零）〜ある一定の値までの範囲で点火までのプリパージ（２）の時間を一定としたのは、その間は水の流量が少な目であるから再出湯時の点火時間をさらに遅らせてオーバーシュート、アンダーシュートを防ぐ必要性が認められない（ＦＢ制御によりオーバーシュート、アンダーシュートがコントロールされる為）為である。特に一定値とせず図３の二点鎖線で表わされるようにしてもよい。

このように上記実施例によれば、再出湯時に給湯栓４２の開き具合に応じて、すなわち配管を流れる水の単位時間当りの流量および必要熱量に応じて開栓から点火までの時間が可変制御されるものである。また、その開栓から点火までの時間の制御は、設定温度と入水温度および水の単位時間当りの流量に応じてなされるものであるから、ＦＦ制御の利点であるように、所望温度の出湯が速やかに得られるものである。
したがって再出湯時に配管を流れる湯の流量の多少に拘らずオーバーシュートやアンダーシュートが回避され、しかも所望の湯温の湯が速やかに得られるという一挙両得の効果が達成されるものである。

尚、上記実施例では、プリパージ（１）とプリパージ（２）とを分けて２段階の制御を行うようにしたが、必ずしもプリパージ（１）とプリパージ（２）とを分ける必要はない。この場合には、図３に仮想線Ｂで示したようにプリパージ（１）とプリパージ（２）の時間を合算した状態での点火時間を決定すればよい。いずれにしてもプリパージの時間を調整することにより開栓から点火までの時間を制御するものであるから、その間はガスバーナのガス管路は開かれておらず、生ガスが点火までの間に洩れるという心配もないので器具使用上の安全も担保されることになる。

その他本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更・改良が可能であることは言うまでもないことである。たとえば、本発明では再出湯時での開栓から点火までの動作を問題としているので、再出湯なのか初期出湯なのかの判別までは問題としていない。これについてはいろいろなやり方があるので、ここでは説明を割愛する。

本発明の一実施例に係る給湯器の概略構成図を示す図である。図１に示した給湯器の制御フローチャートである。ガスバーナの修正アウトプット値と点火までの時間との関係（プリパージの時間制御）を説明する図である。

符号の説明

１０ガス湯沸器
１２給水管（入水管）
１４出湯管
１６熱交換器
２０ガスバーナ
２２水流スイッチ（流量センサ）
２４入水温サーミスタ
４０バーナコントローラ
４２給湯栓

Claims

入水管および出湯管を備えた熱交換器と、この熱交換器を加熱するバーナと、前記入水管に設けられ入水温度（Ｔｃ）を検知する入水温検知手段と、前記入水管または出湯管に設けられ湯水の単位時間当たりの流量（Ｑ）を検知する流量検知手段と、前記出湯管より出湯される湯の設定温度（Ｔｏ）を設定する出湯温度設定手段とを備えた給湯器において、
給湯栓の開栓からバーナの点火までの時間を可変制御する可変制御手段を備え、
前記給湯栓の開栓からバーナの点火までの時間は、
（Ｔｏ−Ｔｃ）×Ｑ^２の式から求められる値に関連づけられ、上記求められた値が大きいほど短く設定されることを特徴とする給湯器の加熱制御装置。