JP3872845B2 - 給湯器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯用バーナと該給湯用バーナからの熱を給水に伝える熱交換器とを備えた給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の給湯器は、熱交換器への通水の有無をフローセンサで検出し、該フローセンサによって開栓を検知したとき、給湯用バーナを点火して熱交換器を加熱し、給水を設定温度まで上昇させるようになっている。
【０００３】
このように開栓と同時に加熱を開始するものでは、開栓してから設定温度の湯が出湯されるまでに時間がかかるので、開栓後しばらくは、水またはぬるま湯が出てきて不快であるばかりでなく、設定温度になるまで水を捨てたりするなど不経済であった。そこで開栓後、設定温度の湯が短時間のうちに出湯されるように改良を施した給湯器が種々提案されている。
【０００４】
特開平７−１６７４９３号公報には、給湯器の燃焼停止後、一定時間が経過する前に再度出湯するとき、設定温度の湯をできるだけ短時間のうちに出すことのできる給湯器が開示されている。この給湯器では、給湯用バーナの燃焼停止後における熱交換器内部の湯温を温度センサで検出し、設定温度からの温度低下を監視している。そして、保温すべき温度の許容範囲下限まで温度が低下したとき、開栓されない状態のままで給湯用バーナを点火し、熱交換器内の湯温を設定温度近傍まで上昇させている。熱交換器内部の湯が設定温度近傍に保温されるのは、たとえば、閉栓後５分が経過するまでの間に限られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術では、一度、出湯して閉栓した後所定時間が経過するまでの間だけ熱交換器内の湯を設定温度近傍に保持しているので、たとえば、朝起きて、最初に開栓するような場合には、設定温度の湯が出湯されるまでに依然として時間がかかるという問題あった。
【０００６】
また、朝起きて一度も開栓する前に熱交換器内部の水温を予め設定温度まで暖める場合には、ほぼ外気温度と等しい水温から出湯すべき設定温度まで加熱する必要があり、これを短時間で行うために熱交換器を急速に加熱すると、直接的に加熱される箇所が部分的に高温になる。このため、急速に加熱した後すぐに出湯すると、設定温度よりも高い湯が出てしまうという問題があった。さらに、開栓されない状態で熱交換器内の水温を精度良く設定温度に加熱して保持するには、給湯用バーナの燃焼制御が複雑になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、閉栓状態で熱交換器を急速に加熱しても設定温度よりも高温の湯が出湯せず、かつ給湯用バーナの燃焼制御が容易な給湯器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］給湯用バーナ（１２）と該給湯用バーナ（１２）からの熱を給水に伝える熱交換器（１４）とを備えた給湯器（１０）において、
前記熱交換器（１４）を迂回させて給水を通すバイパス経路（３８）と、
設定温度の湯が出湯口の開栓後所定時間内に出るように前記熱交換器（１４）内の水を開栓前に予め加熱しておく旨の指示を受けたとき、わずかの時間だけ給湯用バーナ（１２）を燃焼させ、熱交温度センサ（１５）で検出される温度の上昇特性の相違を基にして前記熱交換器（１４）の内部に水が存在するか否かを空焚き防止のために確認してから前記出湯口が開栓されない状態で前記給湯用バーナ（１２）を燃焼させて前記熱交換器（１４）内の水を前記設定温度より高い温度まで加熱してから保温する燃焼制御手段（５２）と、
前記出湯口が開栓されたとき、前記熱交換器（１４）からの湯と前記バイパス経路（３８）を通じて熱交換器（１４）を迂回させた水とを比率を調整して混合し前記設定温度まで湯温を下げて出湯する混合手段（４０、５４）とを設け、
熱交換器（１４）が冷えた状態から開栓した場合であっても、前記燃焼制御手段（５２）で加熱してから保温し設定温度の湯を短時間で出湯することができるようにしたことを特徴とする給湯器（１０）。
［２］給湯用バーナ（１２）と該給湯用バーナ（１２）からの熱を給水に伝える熱交換器（１４）とを備えた給湯器（１０）において、
前記熱交換器（１４）を迂回させて給水を通すバイパス経路（３８）と、
設定温度の湯が出湯口の開栓後所定時間内に出るように前記熱交換器（１４）内の水を開栓前に予め加熱しておく旨の指示を受けたとき、わずかの時間だけ給湯用バーナ（１２）を燃焼させ、熱交温度センサ（１５）で検出される温度の上昇特性の相違を基にして前記熱交換器（１４）の内部に水が存在するか否かを空焚き防止のために確認してから前記出湯口が開栓されない状態で前記給湯用バーナ（１２）を燃焼させ、前記熱交換器（１４）内部の水が沸騰する温度よりもわずかに低く前記設定温度より高い目標温度まで急速加熱してから保温する燃焼制御手段（５２）と、
前記出湯口が開栓されたとき、前記熱交換器（１４）からの湯と前記バイパス経路（３８）を通じて熱交換器（１４）を迂回させた水とを比率を調整して混合し前記設定温度まで湯温を下げて出湯する混合手段（４０、５４）とを設け、
熱交換器（１４）が冷えた状態から開栓した場合であっても、前記燃焼制御手段（５２）で加熱してから保温し設定温度の湯を短時間で出湯することができるようにしたことを特徴とする給湯器（１０）。
【０００９】
前記本発明は次のように作用する。
燃焼制御手段（５２）は、熱交換器（１４）内の水を開栓前に予め加熱しておく旨の指示を受けたとき、出湯口が開栓されない状態で給湯用バーナ（１２）を燃焼させて熱交換器（１４）内の水を設定温度より高い温度まで加熱して保温する。
その際、わずかの時間だけ給湯用バーナ（１２）を燃焼させ、熱交温度センサ（１５）で検出される温度の上昇特性の相違を基にして熱交換器（１４）の内部に水が存在するか否かを空焚き防止のために確認してから出湯口が開栓されない状態で前記給湯用バーナ（１２）を燃焼させる。また、加熱は、熱交換器（１４）内部の水が沸騰する温度よりもわずかに低く前記設定温度より高い目標温度まで急速加熱し、それから保温する。
【００１０】
熱交換器（１４）を迂回して給水を通すバイパス経路（３８）を設けておき、出湯口が開栓されたとき、前記熱交換器（１４）からの湯と前記バイパス経路（３８）を通じて熱交換器（１４）を迂回させた水とを混合手段（４０、５４）により混合し、設定温度まで湯温を下げて出湯する。
【００１１】
開栓の有無にかかわらず、所定の指示を受けることによって、熱交換器（１４）内の水を目標温度まで予め暖めて保温するので、たとえば、朝起きた後、最初に開栓した場合であっても、適温の湯を短時間で出湯することができる。
【００１２】
さらに、熱交換器（１４）内部の湯温を設定温度よりも高い目標温度まで予め加熱しておき、出湯の際、バイパス経路（３８）からの給水と混合して設定温度まで湯温を下げるので、熱交換器（１４）内部の湯を設定温度で保持する場合に比べて、保温する際の湯温の許容範囲が広くなり、給湯器（１０）の燃焼制御を簡略化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施の形態における給湯器１０の構成を表している。図１に示すように、給湯器１０は、給湯用バーナ１２と該給湯用バーナ１２からの熱を給水に伝える給湯用の熱交換器１４とを備えている。給湯用バーナ１２は、図の左から第１燃焼面１６ａ、第２燃焼面１６ｂおよび第３燃焼面１６ｃの３つの燃焼面を備えている。
【００１４】
給湯器１０の給湯用バーナ１２には給湯用のガス配管１８が接続され、ガス配管１８にはガス開閉弁２０が介装されている。第１から第３の燃焼面１６ａ、１６ｂ、１６ｃには、それぞれガス配管１８から供給されるガスの量を調整する第１から第３のガス開閉弁２４ａ〜２４ｃが設けられており、各燃焼面を燃焼させるか否かおよび燃焼量を個別に制御できるようになっている。給湯用バーナ１２への点火は、中央に配置された第２燃焼面１６ｂで行われ、中央の燃焼面１６ｂの近傍に点火装置２５が設けられている。
【００１５】
熱交換器１４の出口側には、給湯用バーナ１２によって直接加熱されない箇所に、熱交温度センサ１５が設けられている。熱交温度センサ１５は、配管内部の水温を測定するようになっている。ここでは、熱交温度センサ１５としてサーミスタを用いている。このほか熱電対などを温度センサとして用いることができる。
【００１６】
給湯用バーナ１２の下方には、給湯用バーナ１２への給排気を行う燃焼ファン２６が設けられている。燃焼ファン２６には、その回転速度を検出する回転速度センサ２６ａが取り付けられている。
【００１７】
熱交換器１４の入口側には、給水管２８が接続され、給水管２８には、給水流量を検出するフローセンサ３０と給水温度を検出するサーミスタを用いた給水温度センサ３２とが設けられている。また、熱交換器１４の出口側には給湯管３６が接続されている。
【００１８】
熱交換器１４と並列に、熱交換器１４を迂回して給水管２８と給湯管３６を直接結ぶバイパス経路３８が設けられている。バイパス経路３８の途中には、熱交換器１４に流す給水量とバイパス経路３８を通じて迂回させる給水量の比率を調整するための混合弁４０が設けられている。
【００１９】
給湯管３６は、各所の使用位置に延ばされており、その末端には図示しない水栓が設けられている。水栓は必要に応じて複数設けられるのが普通である。また給湯管３６とバイパス経路３８の合流点より下流側の給湯管３６の途中には、出湯を規制するための水量制御弁４２が、さらにその下流には、出湯される湯温を検出する出湯温度センサ４４が設けられている。
【００２０】
給湯器１０は、その動作を制御する制御回路としての制御部５０と、設定温度を定める等各種の操作を受け付けるための操作部６０と、動作状態や設定内容を表示するための表示部６２を備えている。操作部６０および表示部６２は、台所などに設置されるメインリモコンや浴室に設置される風呂リモコンである。
【００２１】
給湯器１０は、水栓が開栓されない状態で、熱交換器１４内部の水を予め一定温度に暖めて保温しておく待機モードを備えている。待機モードが設定されているときは、開栓後、短時間のうちに設定温度の湯を出湯することができるようになっている。待機モードを設定するか否かは操作部６０に配設された図示しないスイッチによって選択する。また、待機モードへの移行時刻をタイマー設定によって予約することが可能になっている。
【００２２】
制御部５０は、開栓されない状態で、給湯用バーナ１２を点火する燃焼制御部５２と、開栓された際に、出湯される湯温が、設定温度になるように混合弁４０の開度を調整する混合比制御部５４を備えている。燃焼制御部５２は、待機モードに移行する際に急速加熱が行われるように給湯用バーナ１２の燃焼面、燃焼量および燃焼時間を制御する急速加熱部５２ａと、熱交換器１４が除々に加熱されるように給湯用バーナ１２の燃焼面、燃焼量および燃焼時間を制御する微少加熱部５２ｂを有している。
【００２３】
図２は、給湯器１０の有する制御部５０の回路構成を表したものである。制御部５０は、各種制御の中枢的機能を果たすＣＰＵ（中央処理装置）７１を備えている。ＣＰＵ７１には、データバスやアドレスバスなどバス７２を介して各種の回路装置が接続されている。
【００２４】
このうち、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）７３は、ＣＰＵ７１の実行するプログラムや各種の固定的データを記憶する読み出し専用メモリである。ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）７４は、プログラムを実行する上で、一時的に必要になるデータを記憶するための作業メモリである。
【００２５】
タイマー部７５は、時間を刻む回路部分であり、毎朝７時など、待機モードに移行する時刻を管理するほか、給湯器１０の燃焼制御など各種の制御に必要な時間を管理する機能を有する。
【００２６】
操作部６０および表示部６２は先に説明した通りである。バス７２には、各種の電気的情報をＣＰＵ７１に取り込むための入力ポート７６と、ＣＰＵ７１からの各種の電気的指令を、電磁開閉弁などの各種の部品に送出するための出力ポート７７が接続されている。
【００２７】
入力ポート７６には、熱交温度センサ１５、給水温度センサ３２、出湯温度センサ４４、フローセンサ３０、および回転速度センサ２６ａなどが接続されている。出力ポート７７には、第１から第３のガス開閉弁２４ａ〜２４ｃ、燃焼ファン２６、点火装置２５、ガス開閉弁２０、比例弁２２などが接続されている。
【００２８】
次に図１に示した給湯器１０の動作を説明する。
図３は、給湯器１０が待機モードに移行する際に行う動作の流れを表したものである。待機モードを設定する操作ボタンが押されたり、予約設定された待機モードへの移行時刻が到来したとき（ステップＳ１０１）、まず、熱交換器１４の内部に水が存在するか否かを空焚き防止のために確認する（ステップＳ１０２）。
【００２９】
残水確認は、たとえば、わずかの時間だけ給湯用バーナ１２を燃焼させ、熱交温度センサ１５で検出される温度の上昇特性の相違を基にして行う。当然のことであるが、わずかの時間としたのは、熱交換器１４が過熱しないようにするためである。
【００３０】
熱交換器１４内部に水が存在しない場合には（ステップＳ１０３；Ｎ）、その旨を表したエラーメッセージを表示部６２に表示して（ステップＳ１０４）、処理を終了する（エンド）。
【００３１】
熱交換器１４内部に水が存在することが確認されたときは（ステップＳ１０３；Ｙ）、熱交換器１４内部の水が沸騰する温度よりもわずかに低い目標温度（ここでは、９０度に設定している。）まで急速加熱する（ステップＳ１０５）。急速加熱は、給湯用バーナ１２の燃焼面の全面を最小ガス量で燃焼させて行う。
【００３２】
目標温度まで急速加熱する際の総加熱量は、加熱する前に熱交温度センサ１５で検出された水温を基にして演算により求める。そして、求めた加熱量に相当する時間だけ給湯用バーナ１２を燃焼させる。
【００３３】
急速加熱を行った後は、熱交換器１４内の湯温を許容温度範囲内で保温する保温モードに移行する。熱交温度センサ１５で検出される温度を監視し、熱交換器１４内部の湯温が許容温度範囲の下限より低下したとき（ステップＳ１０６；Ｎ）、給湯用バーナ１２の中央の第２燃焼面１６ｂだけをわずかの時間だけ燃焼させる「ちょい点火」を行う（ステップＳ１０７）。ここでは、２秒間だけ第２燃焼面１６ｂを燃焼させている。ちょい点火による加熱時間および燃焼量は、直接加熱される部分の水が沸騰しない程度に短く設定している。
【００３４】
熱交換器１４内の湯温が許容温度範囲の下限を下回っていないときは（ステップＳ１０６；Ｎ）、水栓が開栓されて給水管２８から熱交換器１４への通水があるか否かをフローセンサ３０の出力を基にして調べる（ステップＳ１０８）。開栓により通水が開始されたときは（ステップＳ１０８；Ｙ）、給湯用バーナ１２を点火して（ステップＳ１０９）給水を加熱するとともに（ステップＳ１０９）、混合弁４０により、熱交換器１４からの湯とバイパス経路３８から給水とのミキシング比を制御し、出湯される湯温を設定温度に調整する（ステップＳ１１０）。
【００３５】
通水がないときは（ステップＳ１０８；Ｎ）、待機モードが解除されたか否かを調べ（ステップＳ１１１）、待機モードが解除されない間は（ステップＳ１１１；Ｎ）、熱交換器１４内の湯温をちょい点火によって許容温度範囲内に保温する。一方、待機モードが解除されたときは（ステップＳ１１１；Ｙ）、保温動作を中止し、通常状態に戻る（エンド）。
【００３６】
図４は、待機モードに移行する際における熱交換器１４内部の水温の変化と、給湯用バーナ１２の燃焼状況とを表している。下段の矩形波８１は、給湯用バーナ１２の燃焼状況を表しており、たとえば時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までのように矩形波８１がハイレベル期間、給湯用バーナ１２が燃焼していることを示している。上段の特性図は、熱交温度センサ１５で検出される熱交換器１４内部の水温の変化を表している。
【００３７】
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間、残水確認のための初期燃焼が行われ、熱伝導時間の経過した時刻Ｔ３に、温度の上昇度を基にして熱交換器１４内に水が存在するか否かが判別される。そして水が存在することが確認されると、給湯用バーナ１２を全面で燃焼させて時刻Ｔ４まで急速加熱を行い一気に目標温度まで湯温を上昇させる。
【００３８】
時刻Ｔ４に燃焼を停止した後、保温モードに移行する。保温モードでは、常時、熱交換器１４内の湯温を監視しており、許容範囲（８３）の下限温度を下回った場合には（時刻Ｔ５）、ちょい点火が行われ再度加熱される。出湯すべき湯の設定温度は、図中の破線８４で示すように４２℃に設定されている。ここでは、保温の許容温度範囲（８３）は、図中の破線８５で示した沸騰温度よりもわずかに低い９５℃から８０℃に設定されている。
【００３９】
このように、出湯する際の湯温を混合弁４０によって調整するので、熱交換器１４内で保温する湯温の許容温度範囲を比較的広く設定することができる。このため、急速加熱を終えた際における実際の湯温の正確さが、さほど要求されない。したがって、給湯用バーナ１６の燃焼量を微妙にコントロールする必要がなく、その制御の簡略化を図ることができる。
【００４０】
また、保温する温度の許容範囲が広いので、ちょい点火によって下限温度からほぼ上限温度まで湯温を上昇させれば、次回ちょい点火を行うまでの期間が長くなり、保温のための点火回数を減らすことができ、点火装置の劣化を低減できる。
【００４１】
以上説明した実施の形態では、沸騰しない程度の温度に熱交換器１４内部の水を保温するようにしたが、バイパスした水との混合により適宜温度を下げることができるので、人がやけどしない程度の温度や設定温度に許容誤差温度を加えた温度など、設定温度以上の温度であれば任意の温度に保温することができる。
【００４２】
また、バイパス比の制御は、混合弁を用いて行っているが、該混合弁として、切り替え式の電磁弁、ギアモータ式の流量コントロールバルブを使用することができる。このほか、それぞれ途中に電磁弁を備えた複数のバイパス経路を用意し、混合に用いるバイパス経路の数を電磁弁によって変化させてバイパス比を制御しても良い。
【００４３】
また、熱交換器１４からバイパス経路との合流点に至るまでの途中と、バイパス経路の途中の双方の流量の制御バルブを設けると、湯の量自体を絞ることができるので、熱交換器１４の湯温（目標温度）をより高く設定することができる。さらに、出湯時に、熱交換器１４側に設けた制御バルブを閉栓した状態から除々に開いて出湯の温度調整を行うようにすれば、熱交換器１４内部の湯温が部分的に高温になっていても、やけどするような熱い湯が出ないように適切な湯温調整を行なうことができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明にかかる給湯器によれば、熱交換器内の水を開栓前に予め加熱しておくので、朝起きた後に、一旦冷えてしまった熱交換器から最初に開栓した場合であっても、設定温度の湯を短時間で出湯することができる。また、わずかの時間だけ給湯用バーナを燃焼させ、熱交温度センサで検出される温度の上昇特性の相違を基にして熱交換器の内部に水が存在するか否かを空焚き防止のために確認するので、誤動作のおそれがない。
【００４５】
また、熱交換器内部の湯温を設定温度よりも高い目標温度まで予め加熱しておき、出湯の際、バイパス経路からの給水と混合して設定温度まで湯温を下げるので、熱交換器内部の湯を設定温度で保持する場合に比べて、加熱し保温する湯温の許容範囲が広くなり、制御の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る給湯器を示す説明図である。
【図２】本発明の各種実施の形態に係る給湯器の回路構成の概要を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る給湯器が待機モードに移行する際に行う動作の流れを示す流れ図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る給湯器が待機モードに移行する際に熱交換器内の水温の変化する様子を表した説明図である。
【符号の説明】
１０…給湯器
１２…給湯用バーナ
１４…熱交換器
１５…熱交温度センサ
１６ａ…第１の燃焼面
１６ｂ…第２の燃焼面
１６ｃ…第３の燃焼面
１８…ガス配管
２０…ガス開閉弁
２２…比例弁２２
２４ａ…第１のガス開閉弁
２４ｂ…第２のガス開閉弁
２４ｃ…第３のガス開閉弁
２５…点火装置
２６…燃焼ファン
２６ａ…回転速度センサ
２８…給水管
３０…フローセンサ
３２…給水温度センサ
３６…給湯管
３８…バイパス経路
４０…混合弁
４２…水量制御弁
４４…出湯温度センサ
５０…制御部
５２…燃焼制御部
５２ａ…急速加熱部
５２ｂ…微少加熱部
５４…混合比制御部
６０…操作部
６２…表示部
７１…ＣＰＵ
７２…バス
７３…ＲＯＭ
７４…ＲＡＭ
７５…タイマー部
７６…入力ポート
７７…出力ポート

Claims (2)

1. 給湯用バーナと該給湯用バーナからの熱を給水に伝える熱交換器とを備えた給湯器において、
   前記熱交換器を迂回させて給水を通すバイパス経路と、
   設定温度の湯が出湯口の開栓後所定時間内に出るように前記熱交換器内の水を開栓前に予め加熱しておく旨の指示を受けたとき、わずかの時間だけ給湯用バーナを燃焼させ、熱交温度センサで検出される温度の上昇特性の相違を基にして前記熱交換器の内部に水が存在するか否かを空焚き防止のために確認してから前記出湯口が開栓されない状態で前記給湯用バーナを燃焼させて前記熱交換器内の水を前記設定温度より高い温度まで加熱してから保温する燃焼制御手段と、
   前記出湯口が開栓されたとき、前記熱交換器からの湯と前記バイパス経路を通じて熱交換器を迂回させた水とを比率を調整して混合し前記設定温度まで湯温を下げて出湯する混合手段とを設け、
   熱交換器が冷えた状態から開栓した場合であっても、前記燃焼制御手段で加熱してから保温し設定温度の湯を短時間で出湯することができるようにしたことを特徴とする給湯器。
2. 給湯用バーナと該給湯用バーナからの熱を給水に伝える熱交換器とを備えた給湯器において、
   前記熱交換器を迂回させて給水を通すバイパス経路と、
   設定温度の湯が出湯口の開栓後所定時間内に出るように前記熱交換器内の水を開栓前に予め加熱しておく旨の指示を受けたとき、わずかの時間だけ給湯用バーナを燃焼させ、熱交温度センサで検出される温度の上昇特性の相違を基にして前記熱交換器の内部に水が存在するか否かを空焚き防止のために確認してから前記出湯口が開栓されない状態で前記給湯用バーナを燃焼させ、前記熱交換器内部の水が沸騰する温度よりもわずかに低く前記設定温度より高い目標温度まで急速加熱してから保温する燃焼制御手段と、
   前記出湯口が開栓されたとき、前記熱交換器からの湯と前記バイパス経路を通じて熱交換器を迂回させた水とを比率を調整して混合し前記設定温度まで湯温を下げて出湯する混合手段とを設け、
   熱交換器が冷えた状態から開栓した場合であっても、前記燃焼制御手段で加熱してから保温し設定温度の湯を短時間で出湯することができるようにしたことを特徴とする給湯器。

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