JP3862856B2 - 保温機能付給湯器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、止水状態でバーナの燃焼を行い、器具内の水温を所定温度に維持する保温制御が可能な保温機能付給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器は、器具内を通過する水を熱交換器においてバーナで加熱させることで湯とするもので、給湯器を使わない止水状態では、水道管と同様に器具内の水管には水が貯留している。よって、給湯器の使用開始時には、この貯留していた水がまず送出されるため、加熱された湯が出るまでに時間がかかり、使い勝手が良くない。
そこで、給湯器を使わない止水状態でバーナを所定の加熱量で燃焼させて水温を所定温度に維持する保温制御を行い、給湯器を使用する際には迅速な立上りで設定温度の出湯が得られるようにした保温機能付給湯器が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記保温制御は、例えば凍結防止の水抜き等によって器具の内部に水がない場合でも働くため、この状態で加熱されると空焚きによって器具の内部が異常高温となり、内胴劣化等の器具の損傷を招く虞れがある。一方、給湯器には、出湯温制御のためにサーミスタ等の温度検出手段が備えられており、これにより異常高温を検知して燃焼停止等の対応は可能となっているが、この場合はサーミスタが検知するまでの間は水なし状態で加熱されるため、結局器具の損傷や耐久性の低下は回避できない。
【０００４】
そこで、請求項１に記載の発明は、このような水なし状態での保温制御の実行による器具の損傷や耐久性の低下等を効果的に防止可能とした保温機能付給湯器を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、熱交換器におけるバーナに最も近い吸熱管の近傍で器具内の水管に温度検出手段を備える一方、前記水管に水がある場合における所定の加熱量による温度上昇勾配の閾値を予め記憶し、前記保温制御の開始時に、前記バーナを前記所定の加熱量で燃焼させ、前記温度検出手段で検知される前記水管の温度上昇勾配を前記閾値と比較して、前記器具内の水の有無を判断することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、水なし状態での保温制御を確実に防止するために、器具内に水なしと判断した場合はバーナの燃焼を禁止する構成としたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、保温制御やバーナの燃焼禁止の解除を使い勝手良く行うために、器具内に通水された場合は保温制御又はバーナの燃焼禁止を解除する構成としたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの目的に加えて、季節によって変動する初期水温に合わせて水の有無判断を適正に行うために、閾値を水管の初期水温に合わせて変更可能としたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、保温機能付給湯器（以下「給湯器」という）の概略図で、給湯器１は、燃焼室２内に、接続された給水管３からの水をバーナ４の燃焼熱で加熱する熱交換器５を備え、熱交換器５には加熱された湯を送り出す出湯管６が接続される。給水管３には、給水管３を通る水の温度を検出する入水温センサ７、水の流量を検出する水量センサ８とが設けられる一方、出湯管６には、出湯管６を通る湯の温度を検出する温度検出手段としての出湯温センサ９が設けられ、各センサの検出信号はコントローラ１０に入力される。又、バーナ４へのガス流路には、上流側から、元電磁弁１１、比例制御弁１２、メイン電磁弁１３が夫々設けられ、これらの弁もコントローラ１０によって開閉制御される。更に、コントローラ１０には、運転スイッチや設定温度の調整ボタン、後述する保温スイッチ１５等を備えたリモコン１４の他、バーナ４点火用の点火電極１６、炎検知用のフレームロッド１７が夫々接続されている。
よって、この給湯器１においては、出湯管６に接続された図示しない蛇口を開栓し、器具内に通水して水量センサ８がこれを検知すると、コントローラ１０は、元電磁弁１１とメイン電磁弁１３とを夫々開弁させると共に、比例制御弁１２を所定の開度で開弁させて点火電極１６を連続スパークさせ、バーナ４へ点火する。その後、コントローラ１０は、リモコン１４の調整ボタンで設定された設定温度で出湯されるように、比例制御弁１２の開度を調整すると共に、出湯温センサ９から得られる検出温度を基に、出湯温度が設定温度と一致するように比例制御弁１２の開度を補正制御する。
【０００７】
そして、コントローラ１０には、周知のＣＰＵ、記憶回路、タイマー回路等により、リモコン１４に設けた保温スイッチ１５をＯＮすると、止水状態でバーナ４を点火させ、器具内に水を貯留させたまま加熱を行い、出湯温センサ９から得られる検出温度を監視して、器具内の水を一定の温度に保持させる保温制御が可能となっているが、併せて、保温制御を行う前に器具内の水の有無を検知して、器具内に水がない場合は保温制御を行わせない水の有無検知制御を実行している。以下、これらの制御を図２のフローチャートに従って説明する。
まず、Ｓ１で保温スイッチ１５がＯＮされると、Ｓ２で保温タイマ（ここでは１時間）がスタートし、続くＳ３で、燃料ガスの供給が最小となる比例制御弁１２の開度で点火制御を行い、所定時間（例えば７秒間）バーナ４を燃焼させる（以下この最小インプットで行う所定時間の燃焼制御を「テスト燃焼」という）。次に、Ｓ４では、このテスト燃焼によって検出温度が所定温度幅（例えば１０℃）上昇するまでの所要時間ｔが、予め記憶されていた基準時間ｔ_O より長いか否かを判別する。基準時間ｔ_O 以下であれば、器具内に水なしとして、Ｓ５でバーナ４の燃焼は禁止されて保温制御は行われず、Ｓ６で発信音やランプ等による報知を行う。即ち、図３に示すように、水ありの場合ａと水なしの場合ｂとでは上昇勾配が異なり、検出温度ｘ₁ がｘ₂ まで上昇するのに、所要時間ｔ₁ ，ｔ₂ の相違として現われる（水なしの場合ｂが短時間で上昇する）ことから、この所要時間の相違を、水ありの場合の閾値となる基準勾配ｃによる基準時間ｔ_O と比較することで、水の有無を検知可能としたのである。
【０００８】
一方、Ｓ４の判別でＮＯ、即ち所要時間ｔが基準時間ｔ_O より長ければ、器具内に水ありとして、続けてＳ７以下の保温制御を行う。Ｓ７では、テスト燃焼と同様に、最小インプットによる７秒間の燃焼を１０分間隔で行う断続燃焼が実行されるが、この断続燃焼の間も水抜きされる虞れがあるため、Ｓ８では、Ｓ４と同様に、断続燃焼時の検出温度が所定温度幅上昇する所要時間ｔを基準時間ｔ_O と比較する水の有無検知を行い、ここの判別で水なしと検知されれば、Ｓ５で燃焼を禁止するものとしている。一方、水ありの場合は、Ｓ９において、この保温制御により上昇した検出温度Ｘが所定の保温温度Ｘ_O に達したか否かを判別し、保温温度Ｘ_O への到達を確認すれば、Ｓ１０で断続燃焼を停止する。
そして、Ｓ１１で保温タイマがタイムアップすれば、Ｓ１へ戻って保温スイッチ１５がＯＮされるまでこれらの制御は行われないが、タイムアップ前に、Ｓ１２において出湯管６の蛇口が開栓されて水量センサ８により通水が確認されると、これらの制御（Ｓ５での燃焼禁止も含む）は解除されて通常の出湯制御が行われる。このように通水確認即ち給湯器１の使用によって自動的に燃焼禁止や保温制御を解除させることで、解除操作を不要として使い勝手を良くしたのである。尚、出湯制御が終了すると、Ｓ１３で保温タイマはリスタートされ、保温制御時間が延長される格好となる。
その後、Ｓ１０での燃焼停止等により、保温タイマのカウント中（出湯制御後のリスタートによるカウント中も含む）に、Ｓ１４の判別で検出温度Ｘが保温温度Ｘ_O を下回れば（例えば−３℃）、再びＳ７から断続燃焼が実行される。
【０００９】
尚、Ｓ７以下の保温制御はこの形態に限定するものでなく、断続燃焼の時間とその間隔等は適宜変更できる。又、Ｓ９における検出温度Ｘの監視は、出湯温センサ９による応答の遅れがあるため、ここで温度上昇を確認してから燃焼を停止すると、内胴温度が上昇し過ぎる虞れがあるため、実際には保温温度Ｘ_O より低めの温度到達を確認するのが望ましい。但し本形態では、最小インプットにより一定の加熱量で保温加熱しているため、ここでの監視はなくても良い。
更に、Ｓ７からの保温制御自体を所定のインターバルをおいて断続的に実行しても良く、この場合、給湯器不使用の時間経過に従って間隔を段階的に長くなるようにすれば、夜間等給湯器の使用頻度が低い場合に無駄の少ない保温制御が行える。
【００１０】
このように上記形態によれば、保温制御を行う前に、テスト燃焼によって器具内の水の有無を確認し、水なし状態を検知できる。よって、保温制御を行わない等の事前の対処が可能となり、水なし状態で加熱されることによる内胴劣化等の損傷の発生や耐久性の低下等を効果的に防止することができる。
尚、テスト燃焼の判定に使用する閾値（図３の基準勾配ｃ）は、例えば、冬場では初期水温５℃として１５℃まででの上昇勾配を採用し、夏場では初期水温２５℃として３５℃まででの上昇勾配を採用し、そこから夫々基準時間ｔ_O を得るというように、初期水温によって変更すれば、季節によって変動する初期水温に合わせてテスト燃焼の判定が適正に行え、好ましい形態となる。又、テスト燃焼の時間等も適宜増減可能であるが、上記形態のように水の有無検知が可能な最小限の加熱量と時間とで実行するのが望ましい。水なしの場合でテスト燃焼を行った場合の器具への影響をなるべく抑えるためである。
更に、上記形態では、上昇温度勾配の比較を、検出温度が所定温度上昇する所要時間を比較することで行っているが、逆に一定の時間内での検出温度の上昇の相違を比較することで実現しても良い。
【００１１】
一方、上記形態では、通常の出湯温制御に用いる出湯温センサ９を利用して、水の有無検知及び保温制御を実行している。この場合は構成部品の共用が可能となってコスト面で有利であるが、この出湯温センサ９は、通常熱交換器５の内胴出口又は出湯管６における給湯器１の出口付近に配置されることが多いため、通水のない保温制御で考えると、バーナ４による加熱位置から離れた位置にあることで、保温に係る温度上昇を正確に検知しているとはいい難い。又、部分沸騰が発生しても検知しにくい。
そこで図４は、熱交換器５における吸熱管の通水順路を示す説明図、図５は、下段（熱交換器５の流入側前半）の吸熱管ＡＢＣにおける個別の温度変化を内胴出口Ｄに配置された温度センサ（サーミスタ）の温度変化と併せて示すグラフであるが、この場合、サーミスタの検出温度の変動に比べて、吸熱管ＡＢＣの方がバーナ４に近いことから敏感に温度変化を表し、特にバーナ４に最も近い真上の吸熱管Ｂの温度変化が顕著であることがわかる。
よって、この吸熱管Ｂの下流側近傍にサーミスタ等の温度センサを配置すれば（図４の位置Ｂ´）、温度上昇に敏感に反応して正確な温度検出が可能となるため、出湯温センサ９とは別に位置Ｂ´に設けた温度センサを図２における水の有無検知や保温制御用として用いれば、精度の高い検出温度を基にして、水の有無検知や保温制御が適正に行われると共に、部分沸騰等も迅速に検知できることになる。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、保温制御の開始時に器具内の水の有無を判断することができるため、報知や保温制御を行わない等の事前の対処が可能となり、水なし状態で加熱されることによる内胴劣化等の損傷の発生や耐久性の低下等を効果的に防止することができる。特に、温度検出手段を、熱交換器におけるバーナに最も近い吸熱管の近傍に配置したことで、正確な温度検出が可能となるため、精度の高い検出温度を基にして水の有無検知や保温制御が適正に行われ、部分沸騰等も迅速に検知できる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、器具内に水なしと判断した場合はバーナの燃焼を禁止することで、水なし状態での保温制御を確実に防止することができる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、器具内に通水された場合は保温制御又はバーナの燃焼禁止を解除することで、給湯器を使用すればこれらの解除操作が不要となり、使い勝手が良くなる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかの効果に加えて、閾値を水管の初期水温に合わせて変更可能としたことで、季節によって変動する初期水温に合わせて水の有無判断を適正に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】給湯器の概略図である。
【図２】水の有無検知を含む保温制御のフローチャートである。
【図３】水の有無による温度上昇勾配の相違を示すグラフである。
【図４】熱交換器の吸熱管の通水順路を示す説明図である。
【図５】吸熱管とサーミスタとの温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・保温機能付給湯器、２・・燃焼室、３・・給水管、４・・バーナ、５・・熱交換器、６・・出湯管、８・・水量センサ、９・・出湯温センサ、１０・・コントローラ、１４・・リモコン、１５・・保温スイッチ。

Claims (4)

1. 止水状態でバーナの燃焼を行い、前記器具内の水温を所定温度に維持する保温制御が可能な保温機能付給湯器であって、
   熱交換器における前記バーナに最も近い吸熱管の近傍で前記器具内の水管に温度検出手段を備える一方、前記水管に水がある場合における所定の加熱量による温度上昇勾配の閾値を予め記憶し、前記保温制御の開始時に、前記バーナを前記所定の加熱量で燃焼させ、前記温度検出手段で検知される前記水管の温度上昇勾配を前記閾値と比較して、前記器具内の水の有無を判断することを特徴とする保温機能付給湯器。
2. 器具内に水なしと判断した場合はバーナの燃焼を禁止する請求項１に記載の保温機能付給湯器。
3. 器具内に通水された場合は保温制御又はバーナの燃焼禁止を解除する請求項１又は２に記載の保温機能付給湯器。
4. 閾値を水管の初期水温に合わせて変更可能とした請求項１乃至３の何れかに記載の保温機能付給湯器。

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