JP3859834B2 - 給湯器 - 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、燃焼安全機能を有する給湯器に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、給湯栓が開けられて給湯要求が出されると、バーナーの燃焼が開始し、熱交換器が加熱される。このとき、例えば熱交換器が給水温度付近まで冷えている場合、設定温度の給湯が行われるのにしばらく時間を要し、給湯使用者に不便を与える。
【0003】
そこで、例えば特開平7−167493号公報に開示される給湯器のように、給湯が行われていないときに、最低限の燃焼を間欠的に行い、熱交換器内の水を所定の高温に保つ燃焼制御(以下、ちょい点火制御という)が行われ、給湯要求が出されたときは、短時間で設定温度の給湯を可能にする給湯器が提案されている。
【0004】
ところで、給湯要求に基づいてガスがバーナーに供給されるとき、ガスは、バーナーに接続されたガス供給管を通り、そして、そこに設けられたガス電磁弁及びガス比例弁を介してバーナーに供給される。その場合において、熱交換器内に水が流れていないときに熱交換器の空だき及び過度の加熱を防止するため、給湯器は、熱交換器内の流水の有無を検知して、十分な流水が検知されない場合にガス電磁弁を強制的に遮断する安全回路を備えている。この安全回路は、流量センサによって検知される熱交換器に流れ込む流量が所定流量以下になると作動する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ちょい点火制御は、給湯が行われていないとき、即ち熱交換器内に水が流れていないときに行われる制御であるので、ちょい点火制御時は、上記流水の有無に基づいた安全回路の動作を禁止する必要がある。
【0006】
従って、ちょい点火制御が行われる場合において、上記熱交換器の空だき及び過度の加熱を防止するための安全動作が作動する別の安全回路を設ける必要がある。
【0007】
そこで、本発明の目的は、ちょい点火制御が行われるときに、ガス電磁弁を遮断することができる安全回路を備えた給湯器を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第一の構成は、バーナーによって加熱される熱交換器に水を通過させることによって、水を加熱して給湯を行う給湯器において、前記バーナーにガスを供給するガス供給路を開閉する弁と、前記弁を駆動するトランジスタ回路と、前記熱交換器内の水温を検知する温度検知手段と、
前記バーナーの燃焼を制御する制御手段と、該制御手段が、前記熱交換器に水が流れていないときに前記弁を開けて、前記バーナーを燃焼させるとき、前記温度検知手段が検知する温度が所定温度を超えると、前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御する第一の遮断回路と、前記熱交換器内に所定流量以上の水が流れると流水を検知する流水検知手段と、該流水検知手段が流水を検知しないとき、前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御し、前記流水検知手段が流水を検知すると前記弁を開けるように前記トランジスタ回路を制御する第二の遮断回路とを備え前記制御手段は、前記流水検知手段によって流水が検知されないときに前記弁を開けて、前記バーナーを燃焼させるとき、同時に前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御する前記第二の遮断回路の動作を禁止する制御を行い、前記第一の遮断回路は、前記温度検知手段が検知する温度が所定温度を超えている間、前記弁を開けるように前記トランジスタ回路を制御する前記第二の遮断回路の動作を禁止することを特徴とする給湯器である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がこの実施の形態に限定されるものではない。
【0012】
図1は、本発明の実施の形態における給湯器1の構成図である。図1によれば、給湯器1には、水を熱交換器2に供給する給水管3が、熱交換器2の入口側に接続されている。熱交換器2に供給された水はその中で熱交換を行い、熱交換器2の出口側に接続された給湯管5を通って出湯する。また、熱交換器2は、バーナー4によって加熱され、バーナー4には、ガス供給管6から燃料ガスが供給される。ガス供給管6には、このガス供給管6の開閉を行うガス電磁弁7とガス供給量を調節するガス比例弁8が設けられている。また、ガス供給管6には、主弁としてのガス電磁弁7に加えて、別のガス電磁弁(図示せず)が副弁として設けられてもよい。従って、以下、本実施の形態においては、ガス電磁弁7を主弁7と称する。
【0013】
また、給水管3には、給水量を検出する流量センサ9と給水温度Tinを検出する給水温度センサ10が設けられ、給湯管5には、給湯温度Tout を検出する給湯温度センサ11が設けられている。さらに、熱交換器2には、その中の水温(以下、熱交内水温という)Tz1を測定する熱交換器温度センサ12が設けられている。
【0014】
そして、これら各種センサからの検知信号は制御部13に入力される。制御部13は、例えばマイクロコンピュータで構成される。図2は、制御部13に設けられたマイクロコンピュータ50のブロック構成図である。マイクロコンピュータ50内では、CPU52、RAM53及びROM54がバス55を介して接続されている。ROM54には、燃焼制御プログラムデータが格納され、その中から必要なデータがRAM53に読み出される。そして、流量センサ9、給水温度センサ10、給湯温度センサ11、熱交換器温度センサ12などの各種センサからの検知信号がインターフェース51を介して入力されると、CPU52は燃焼制御プログラムに基づいた駆動信号を出力し、主弁7及びガス比例弁8などの各種アクチュエータを制御する。
【0015】
図3は、このような給湯器1において、ちょい点火制御が行われたときの、主弁7及び熱交内水温Tz1のタイミングチャートである。図3に示すように、ちょい点火制御においては、主弁7の開閉即ち燃焼が間欠的に行われ、熱交内水温Tz1が、最低温度Tmin と最高温度Tmax の温度範囲L内に維持される。具体的には、熱交内水温Tz1が、最高温度Tmax より低い主弁閉温度TOFF に達すると、マイクロコンピュータ50の制御によって、主弁7が閉じられ、燃焼が停止する。従って、熱交内水温Tz1は徐々に低下する。そして、熱交内水温Tz1が最低温度Tmin より高い主弁開温度TONに達すると、マイクロコンピュータ50の制御によって再度主弁7が開けられ、燃焼が開始される。このように、マイクロコンピュータ50によるちょい点火制御時は、主弁7の開閉が繰り返され、熱交内水温Tz1は温度範囲L内の高温に保たれる。
【0016】
そして、このちょい点火制御は、上述のように熱交換器2内に水が流れていないときに行われるので、後に詳述する流量センサ9が検知する流水の有無に基づいた主弁遮断回路である安全回路が動作しない。従って、ちょい点火制御において主弁7が開けられているとき、何らかの原因によりマイクロコンピュータ50が故障し、制御不能状態になると、マイクロコンピュータ50の制御によって、主弁7を閉じることができない。そうすると、熱交内水温Tz1は、図3に示すように、上昇し続け、熱交換器2は過度に加熱され、危険である。
【0017】
そこで、本発明の実施の形態においては、以下に説明するように、ちょい点火制御時にマイクロコンピュータ50の制御とは独立に動作する安全回路である主弁遮断回路が提供される。
【0018】
図4は、本発明の第一の実施の形態における主弁遮断回路の例である。図4において、点線部Aは、上記流量センサ9が検知する流水の有無に基づいた第一の主弁遮断回路61である。そして、点線部Bは、熱交換器温度センサ12が検知する熱交内水温Tz1の温度に基づいた第二の主弁遮断回路62である。
【0019】
まず、第一の主弁遮断回路61の動作について、図5のタイミングチャート参照しながら説明する。第一の主弁遮断回路61は、差動アンプであるコンパレータ611を有し、そのプラス端子には、電源電圧Vccを抵抗分割して所定の基準電圧Vref1が供給されている。また、流量センサ9によって流水パルスとして入力される検知信号は、パルスレベル変換器612によって、そのパルス周期が所定の電圧に変換され、コンパレータ611のマイナス端子に入力電圧Vinとして入力される。そして、通常の給湯燃焼制御において、図5の時刻t1で流量センサ9が所定流量以上の流水を検知しON状態になると(図5(a)参照)、入力電圧Vinは基準電圧Vref1より大きくなり、コンパレータ611からの出力電圧Vout はLレベルの電圧となる。即ち、ノードn1のレベルはLレベルになり(図5(b)参照)、トランジスタTr2は非導通にされる(図5(c)参照)。従って、時刻t1にマイクロコンピュータ50から出力されるHレベルの主弁駆動信号S1は、ノードn2でHレベルのままトランジスタTr1のベース端子に入力される(図5(d)参照)。それによって、トランジスタTr1は導通され(図5(e)参照)、主弁7に駆動電流が供給されて開けられる(図5(f)参照)。
【0020】
反対に、流量センサ9が所定流量以上の流水を検知しないと、入力電圧Vinは基準電圧Vref1より小さい。従って、図5の時刻t2において、流量センサ9の検知する流量が所定流量未満となり、流量センサ9がOFF状態になると(図5(a)参照)、コンパレータ611からの出力電圧Vout はHレベルの電圧となる。即ち、ノードn1のレベルはHレベルとなり(図5(b)参照)、トランジスタTr2は導通される(図5(c)参照)。そうすると、マイクロコンピュータ50からの主弁駆動信号S1が時刻t2においてHレベルのままであっても、主弁駆動信号S1はノードn2で強制的にLレベルにされる(図5(d)参照)。従って、トランジスタTr1は非導通となり(図5(e)参照)、主弁7は閉じられる(図5(f)参照)。
【0021】
一方、ちょい点火制御においては、流量センサ9が所定流量以上の流水を検知しない場合に、主弁7を開ける必要があるので、この第一の主弁遮断回路61の動作を禁止する必要がある。
【0022】
そこで、第一の主弁遮断回路61のノードn1には、この第一の主弁遮断回路61の動作をオン/オフするためのトランジスタTr3が接続されている。トランジスタTr3の動作を説明する。トランジスタTr3のベース端子には、マイクロコンピュータ50から出力されるちょい点火信号S2が与えられる。
【0023】
そして、ちょい点火制御時には、Hレベルのちょい点火信号S2がトランジスタTr3に供給され、トランジスタTr3は導通される。そうすると、ノードn1は入力電圧Vinの値にかかわらず、Lレベルとなる。従って、トランジスタTr2も常に非導通となり、Hレベルの主弁駆動信号S1がトランジスタTr1に供給されると、流水がないときでもトランジスタTr1が導通し、主弁7は開けられる。
【0024】
従って、ちょい点火制御が行われるとき、マイクロコンピュータ50からは、主弁7の駆動トランジスタTr1にHレベルの主弁駆動信号S1が出力されるとと同時に、Hレベルのちょい点火信号S2がトランジスタTr3のベース端子に供給される。これによって、流量センサ9が流水を検知しない場合であっても、主弁7が開けられ、ちょい点火制御が可能となる。
【0025】
しかしながら、第一の主弁遮断回路61の動作を非活性にしてしまうと、ちょい点火制御中に、マイクロコンピュータ50が制御不能状態になったとき主弁7を遮断することができない。そこで、本発明の実施の形態の主弁遮断回路は、上記第一の主弁遮断回路61に加えて、以下に説明する第二の主弁遮断回路62を備えている。
【0026】
第二の主弁遮断回路62は、差動アンプであるコンパレータ621を有し、そのプラス端子には、基準電圧Vref2が供給されている。また、熱交換器温度センサ12は抵抗などによって構成され、抵抗の温度が高くなるとその抵抗値が低くなる特性を有している。従って、熱交内水温Tz1が高くなると、コンパレータ621のマイナス端子に入力される入力電圧Vinは、基準電圧Vref2に対して低くなり、熱交内水温Tz1が低くなると入力電圧Vinは、基準電圧Vref2に対して高くなる。
【0027】
図6は、第二の主弁遮断回路62の動作を説明するためのタイミングチャートである。図6(a)は、図3の点線部Cの拡大図であって、マイクロコンピュータ50は制御不能状態である。従って、熱交内水温Tz1が主弁閉温度TOFF に達する時刻t1においても主弁7は閉じられない。
【0028】
そして、熱交内水温Tz1がさらに上昇し、温度範囲Lにおける最高温度Tmaxより高い所定温度Tk に達する時刻t2まで、主弁7は開状態である(図6(e)参照)。そこで、時刻t1から時刻t2における第二の主弁遮断回路62の動作について説明する。熱交内水温Tz1が所定温度Tk 以下であるときは、入力電圧Vinは基準電圧Vref2より高く、コンパレータ621からの出力電圧Vout はLレベルの電圧となる。即ち、ノードnのレベルはLレベルであり(図6(b)参照)、トランジスタTr2は非導通状態である(図6(c)参照)。従って、マイクロコンピュータ50から主弁7の駆動トランジスタTr1へのHレベルの主弁駆動信号S1は、ノードn2でHレベルのままトランジスタTr1のベース端子に入力される(図6(d)参照)。従って、トランジスタTr1は導通状態のままであり(図6(e)参照)、主弁7は開状態である(図6(f))参照)。
【0029】
そして、図6(a)の時刻t2において、熱交内水温Tz1が所定温度Tk を超えると、入力電圧Vinは基準電圧Vref2より小さくなり、コンパレータ621からの出力電圧Vout はHレベルの電圧となる。即ち、ノードnのレベルはHレベルとなり(図6(b)参照)、トランジスタTr2はONされる(図6(c)参照)。そうすると、マイクロコンピュータ50からの主弁駆動信号S1が時刻t1においてHレベルのままであっても、ノードn2で強制的にLレベルにされる(図6R>6(d)参照)。従って、主弁7の駆動トランジスタTr1は非導通となり(図6(e)参照)、主弁7は遮断される(図6(f)参照)。
【0030】
従って、マイクロコンピュータ50の故障によって、主弁駆動信号S1がHレベルのまま、即ち主弁7が開いたままの状態になり、熱交換器2が加熱され続けた場合であっても、熱交内水温Tz1が上記所定の温度範囲Lの最高温度Tmax より高い所定温度Tk に達すると、主弁7は強制的に遮断される。また、所定温度Tk は温度範囲Lにおける最高温度Tmax と同じ温度であってもよい。
【0031】
このように、本実施の形態の給湯器1に備えられた主弁遮断回路は、流水がないときに主弁7が開けられ、燃焼が行われた場合であっても、熱交換器温度センサ12が検知する熱交内水温Tz1に基づいて上記第二の主弁遮断回路62が動作する。従って、上記第一の主弁遮断回路61が動作しない場合であっても、給湯器1の安全性が担保される。
【0032】
図7は、本発明の第二の実施の形態における主弁遮断回路の例である。図7における点線部は、上記第一の実施の実施の形態における第一の主弁遮断回路61と同様であり、その説明は省略する。そして、本第二の実施の形態においては、第一の主弁遮断回路61のトランジスタTr3に加えられるちょい点火信号S2のレベルをタイマー63で監視する。
【0033】
タイマー63では、所定時間tが設定される。そして、タイマー63は、Hレベルのちょい点火信号S2が入力されてから所定時間tが経過すると、そのちょい点火信号S2を強制的にLレベルにする。ちょい点火信号S2がLレベルになると、トランジスタTr3がOFF状態になり、第一の主弁遮断回路61が動作する。従って、ちょい点火制御時は流水がないので、上述の第一の主弁遮断回路61による動作に基づいて主弁7は遮断される。
【0034】
図8は、タイマー63によって監視されるちょい点火信号S2のタイミングチャートである。図8(a)及び(b)は、マイクロコンピュータ50によって正常なちょい点火制御が行われているときの、それぞれタイマー63に入力するちょい点火信号S2、及びタイマー63から出力するちょい点火信号S2のタイミングチャートである。
【0035】
図8(a)において、主弁7を開けるため、時刻t1にマイクロコンピュータ50からHレベルのちょい点火信号S2がタイマー63に入力される。そして、図8(b)に示すように、ちょい点火信号S2は、Hレベルのままタイマー63から出力されるとともに、タイマー63は、所定時間tの計測を開始する。その後、正常状態の制御に従って、図8(a)において、主弁7を閉じるために、時刻t2でタイマー63に入力されるちょい点火信号S2がLレベルに落とされる。このとき、所定時間tは、マイクロコンピュータ50によって正常にちょい点火制御が行われているときの時刻t1と時刻t2間の時間(t2−t1)より長く設定されている。従って、タイマー63が計測している所定時間t経過前に時刻t2に達し、タイマー63から出力されるちょい点火信号S2も時刻t2でLレベルになる。従って、主弁7が閉じられる。このように、マイクロコンピュータ50が正常にちょい点火制御を行う場合は、マイクロコンピュータ50の制御通りにちょい点火信号S2がタイマー63から出力される。
【0036】
一方、図8(c)及び(d)は、マイクロコンピュータ50が制御不能状態になったときの、それぞれタイマー63に入力するちょい点火信号S2、及びタイマー63から出力するちょい点火信号S2のタイミングチャートである。図8(c)に示すように、時刻t1でちょい点火信号S2がHレベルにされた後、マイクロコンピュータ50が故障し制御不能状態になると、タイマー63に入力されるちょい点火信号S2はHレベルのままの状態になる。しかし、図8(d)に示すように、タイマー63から出力されるちょい点火信号S2は、時刻t1から所定時間t経過した時刻t3において、強制的にLレベルに落ちる。従って、主弁7が閉じられる。
【0037】
このように、主弁7が開けられてから所定時間tが経過すると、マイクロコンピュータ50が故障した場合であっても、タイマー63の動作によって、強制的に主弁7が遮断される。従って、熱交換器2の過度の加熱が防止され、給湯器1の安全性が担保される。
【0038】
上述の本発明の実施の形態が適用される給湯器は、図1に示された給湯単能器に限られず、浴槽へ湯を加熱する追い焚き機能付き給湯器、さらに、給湯路と風呂追い焚き路が共通の熱交換器を通過する一缶二水路式燃焼装置であってもよい。
【0039】
また、上述の実施の形態においては、ちょい点火制御によって、熱交換器内の水温Tz1は設定温度付近に保温されるが、設定温度付近より高い温度に保温されてもよい。その場合、給湯器1は、水量調節弁が設けられたバイパス路(図1に図示せず)を備え、バイパス路からの水とのミキシング制御によって設定温度の給湯が行われる。
【0040】
また、図4の主弁遮断回路62において、コンパレータ621の出力端子とプラス端子に適当な抵抗を入れ(図4の点線R)、ヒステリシスを作ることによって、主弁遮断回路62の遮断動作温度と遮断からの復帰温度に差が生じる。従って、熱交内水温Tz1が遮断動作温度(上記所定温度Tk )付近で揺れた場合に、主弁遮断回路62のチャタリングを防止することができる。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、制御手段であるマイクロコンピュータによる制御とは独立に、熱交換器内の水温に基づいてガス電磁弁を強制的に遮断することができる主弁遮断回路を備えた給湯器が提供される。この主弁遮断回路によって、熱交換器内に水が流れていない状態でガス電磁弁が開けられ、燃焼が行われるときに、マイクロコンピュータの制御によってガス電磁弁を閉じることができない場合であっても、熱交換器内水温が所定温度以上の高温になると、ガス電磁弁が強制的に遮断される。従って、熱交換器の過度の加熱が防止され、給湯器の安全性が担保される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における給湯器の構成図である。
【図2】制御部13内に設けられたマイクロコンピュータ50のブロック構成図である。
【図3】ちょい点火制御が行われたときの、主弁7及び熱交内水温Tz1のタイミングチャートである。
【図4】本発明の第一の実施の形態における主弁遮断回路の例である。
【図5】第一の主弁遮断回路の動作のタイミングチャートである。
【図6】第二の主弁遮断回路の動作のタイミングチャートである。
【図7】本発明の第二の実施の形態における主弁遮断回路の例である。
【図8】タイマー63によって監視されるちょい点火信号S2のタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 給湯器
2 熱交換器
4 バーナー
6 ガス供給路
7 ガス電磁弁
9 流量センサ
12 熱交換器温度センサ
50 マイクロコンピュータ
61 第一の主弁遮断回路
62 第二の主弁遮断回路
63 タイマー

Claims (2)

  1. バーナーによって加熱される熱交換器に水を通過させることによって、水を加熱して給湯を行う給湯器において、
    前記バーナーにガスを供給するガス供給路を開閉する弁と、
    前記弁を駆動するトランジスタ回路と、
    前記熱交換器内の水温を検知する温度検知手段と、
    前記バーナーの燃焼を制御する制御手段と、
    該制御手段が、前記熱交換器に水が流れていないときに前記弁を開けて、前記バーナーを燃焼させるとき、前記温度検知手段が検知する温度が所定温度を超えると、前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御する第一の遮断回路と
    前記熱交換器内に所定流量以上の水が流れると流水を検知する流水検知手段と、
    該流水検知手段が流水を検知しないとき、前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御し、前記流水検知手段が流水を検知すると前記弁を開けるように前記トランジスタ回路を制御する第二の遮断回路とを備え
    前記制御手段は、前記流水検知手段によって流水が検知されないときに前記弁を開けて、前記バーナーを燃焼させるとき、同時に前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御する前記第二の遮断回路の動作を禁止する制御を行い、
    前記第一の遮断回路は、前記温度検知手段が検知する温度が所定温度を超えている間、前記弁を開けるように前記トランジスタ回路を制御する前記第二の遮断回路の動作を禁止することを特徴とする給湯器。
  2. 請求項1において、
    前記第一の遮断回路は、前記温度検知手段が検知する温度が所定温度を超えると、前記弁を強制的に遮断させる信号を出力し、
    前記トランジスタ回路は当該信号に基づいて前記弁を遮断することを特徴とする給湯器。
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