JP3901310B2 - 給湯器およびその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通水の無い状態でバーナーを燃焼させて熱交換器内の水を次回の出湯に備えて所定の目標温度に保温する機能を有する給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から使用されている給湯器では、その快適性をより向上させるため、出湯当初からほぼ設定温度の湯を出すべく、通水の無い状態で熱交換器内の湯を所定の目標温度に保温する機能を備えたものがある。
【０００３】
このような給湯器では、保温動作を開始する際に熱交換器内の水温が低い場合には、まず熱交換器内の水全体を目標温度まで上昇させるようになっている。この際、通水の無い状態でバーナーが燃焼すると当該バーナーによって直接的に加熱される箇所の湯が部分的に高温になるので、バーナーを間欠的に燃焼させるようになっている。
【０００４】
すなわち、バーナーによって直接的に加熱される箇所の水温を測定または予測し、これが所定の上限温度に達したとき一旦バーナーを消火し、その後、対流によって熱交換器内の湯温が平均化するのを待ってから再度バーナーを点火するという動作を繰り返して、熱交換器内の水全体を目標温度まで上昇させている。
【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、バーナーを間欠的に燃焼させるので、バーナーの消えている間に放熱が進み、熱交換器内の水全体を目標温度まで加熱するのに要する時間が長くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、保温動作を開始した際に熱交換器内の水全体を目標温度まで上昇させるのに要する時間を短縮することのできる給湯器およびその制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【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］通水の無い状態でバーナー（１２）を燃焼させて熱交換器（１３）内の水を次回の出湯に備えて所定の目標温度に保温する機能を有する給湯器において、
熱交換器（１３）内の水を次回の出湯に備えて前記目標温度に保温する保温動作を開始する際に、前記熱交換器（１３）内の水をその全体が前記目標温度に達するまで加熱する初期加熱手段（５１）を備え、
前記初期加熱手段（５１）は、前記熱交換器（１３）内の水全体が前記目標温度に達するまで前記バーナー（１２）を連続燃焼させるとともに、その際前記バーナー（１２）によって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が前記目標温度を越えないように前記バーナー（１２）の火力を制御し、
さらに、前記初期加熱手段（５１）は、炎が逆火する領域まで前記バーナー（１２）の火力を下げることを特徴とする給湯器。
【０００８】
［２］前記初期加熱手段（５１）は、前記バーナー（１２）によって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が前記目標温度に近づくに従って火力を下げることを特徴とする［１］記載の給湯器。
【０００９】
［３］前記初期加熱手段（５１）は、前記バーナー（１２）によって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が前記目標温度に略一致するまで加熱した後、前記直接的に加熱される箇所の湯温が前記目標温度に維持されるように前記バーナー（１２）の火力を下げて前記熱交換器（１３）内の水全体を前記目標温度まで加熱することを特徴とする［１］記載の給湯器。
【００１１】
［４］通水の無い状態でバーナー（１２）を燃焼させて熱交換器（１３）内の水を次回の出湯に備えて所定の目標温度に保温する機能を有する給湯器の動作を制御する給湯器制御方法において、
熱交換器（１３）内の水を次回の出湯に備えて前記目標温度に保温する保温動作を開始する際に前記熱交換器（１３）内の水全体が前記目標温度に達するまで前記バーナー（１２）を連続燃焼させるとともに、その際前記バーナー（１２）によって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が前記目標温度を越えないように前記バーナー（１２）の火力を制御し、さらに炎が逆火する領域まで前記バーナー（１２）の火力を下げることを特徴とする給湯器制御方法。
【００１２】
前記本発明は次のように作用する。
通水の無い状態でバーナー（１２）を燃焼させて熱交換器（１３）内の水を次回の出湯に備えて所定の目標温度に保温する保温動作を開始するとき、初期加熱手段（５１）は熱交換器（１３）内の水全体が目標温度に達するまでバーナー（１２）を連続燃焼させるとともに、その際バーナー（１２）によって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が目標温度を越えないようにバーナー（１２）の火力を制御する。
【００１３】
たとえば、バーナー（１２）によって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が目標温度に近づくに従って火力を下げるように制御する。あるいは、バーナー（１２）によって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が目標温度に略一致するまで比較的急速に加熱し、その後、当該箇所の湯温が目標温度に維持されるようバーナー（１２）の火力を下げて熱交換器（１３）内の水全体を目標温度まで加熱する。すなわち、直接的に加熱される箇所から対流と放熱によって奪われる熱量に等しい熱量をバーナー（１２）から加えることによって、当該箇所を目標温度に維持しながら熱交換器（１３）内の水全体を目標温度まで加熱する。
【００１４】
このようにバーナー（１２）によって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が目標温度を越えないように火力を調整してバーナー（１２）を連続的に燃焼させるので、バーナー（１２）を間欠的に燃焼させる場合のように消火期間中に冷却の進むことがなく、熱交換器（１３）内の水全体を短時間のうちに目標温度まで上昇させることができる。
【００１５】
また、初期加熱手段（５１）は、バーナー（１２）によって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯が目標温度を越えないようにするため、炎が逆火する領域まで火力を下げる。火力を一定以下に絞った状態で長時間燃焼を続けると、燃焼面が高温になり燃焼ガスの出口部が広がって逆火が生じる。このため、通常は、長時間燃焼させても逆火の生じない火力を最小燃焼量に設定している。
【００１６】
しかし、熱交換器（１３）内の水温を目標温度まで上昇させるために要する燃焼時間が比較的短いので、最小燃焼量以下に火力を絞っても逆火が生じるまでには至らない。そこで、逆火を防止するための最小燃焼量よりもさらに火力を下げることで、バーナー（１２）を連続燃焼させても、直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が目標温度を越えないようにしている。
【００１７】
【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。
各図は本発明の一実施の形態を示している。
本発明にかかる給湯器１０は、水栓あるいは風呂の浴槽４０内へ給湯する機能と、浴槽内の湯を追い焚きする機能とを備え、追い焚き経路と給湯経路の双方を１つの熱交換器で加熱する、いわゆる１缶２水路型を成している。図２に示すように、給湯器１０は、燃焼室１１を備えており、当該燃焼室１１の下部には、バーナー１２が、燃焼室１１の上部には、バーナー１２からの熱を給水等に伝える熱交換器１３がそれぞれ配置されている。
【００１８】
熱交換器１３には、給湯用の水を流すための給湯用パイプ２１と、追い焚き用に浴槽４０内の水を循環させる追い焚き用循環パイプ３１の双方が通っており、熱交換器１３はバーナー１２からの熱をこれら双方のパイプ２１、３１内の流体へ伝えて加熱する機能を備えている。
【００１９】
給湯用パイプ２１のうち熱交換器１３の入側に通じる給水側流路２１ａと、熱交換器１３の出側から延びる出湯側流路２１ｂとの間には、固定バイパス路２２および流量制御弁２３の介挿されたバイパス路２４の２つのバイパス路が接続されている。熱交換器１３で加熱された湯に、固定バイパス路２２、バイパス路２４を通じて給水を混合するとともに、バイパス比を流量制御弁２３によって制御し得るようになっている。また、給湯用パイプ２１の出湯側流路２１ｂ側には、出湯される総流量やバイパス比を制御するための流量制御弁２５が設けられている。
【００２０】
給湯用パイプ２１の入口部および出口部の近傍にはそれぞれ、通水の有無や通水量を検知するためのフローセンサ２６ａ、２６ｂが設けられている。また、給湯用パイプ２１の入口部近傍には、給水の温度を検知するための入水サーミスタ２７が、給湯用パイプ２１の出口部近傍には、出湯温度を検知するための出湯サーミスタ２８がそれぞれ取り付けられている。
【００２１】
熱交換器１３の出口部近傍の水管には熱交換器１３を出た直後の湯温を検知するための熱交サーミスタ２９ａが、また熱交換器１３の給湯フィンパイプのＵベント部には水管サーミスタ２９ｂがそれぞれ設けられている。水管サーミスタ２９ｂは、通水の無い状態でバーナー１２を燃焼させた際に、当該バーナー１２によって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所（バーナーの燃焼中に、熱交換器内でピーク温度の現れる箇所）の湯温に比較的近い湯温を計測し得る箇所に配置されている。
【００２２】
追い焚き用循環パイプ３１は、浴槽４０内の水を熱交換器１３まで戻す風呂戻パイプ部３１ａと、熱交換器１３で加熱後の湯を浴槽４０へ送り出す風呂往パイプ部３１ｂとから構成されている。風呂戻パイプ部３１ａの途中には循環ポンプ３２と、風呂戻パイプ部３１ａ内の通水の有無を検知する風呂流水スイッチ３３が設けられている。また、風呂流水スイッチ３３の近傍には、浴槽４０側から流入する湯の温度を検知するための風呂温度サーミスタ３４が取り付けてある。
【００２３】
給湯用パイプ２１の出湯側流路２１ｂと、風呂戻パイプ部３１ａとは、注湯電磁弁３５を備えた注湯パイプ３６で接続されており、熱交換器１３で加熱された給水を注湯パイプ３６を介して浴槽４０へ注湯することができるようになっている。
【００２４】
給排気は、燃焼ファン１４によって燃焼室１１の下方側から給気を送風することによって強制的に行われ、排気は燃焼室１１の上部から排出されるようになっている。バーナー１２近傍には、点火装置１５が設けてある。またバーナー１２へ供給される燃焼ガスは、ガス電磁弁１６、元ガス電磁弁１７、ガス切替弁１８によってオンオフ制御される。さらにバーナー１２へ供給される燃焼ガスのガス量は、ガス比例弁１９によって調整される。
【００２５】
図１は、給湯器１０の回路構成を示している。制御基盤５０は、給湯器１０における各種の制御を行う回路部分であり、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）と、プログラムや各種の固定的データを記憶するＲＯＭと、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ＲＡＭ等を主要部とする回路により構成されている。
【００２６】
給湯器１０は、設定温度の湯を開栓当初から出湯し得るように、開栓されない状態の下でバーナー１２を燃焼させて熱交換器１３内の湯を保温目標温度に保温する機能を備えている。制御基盤５０は、熱交換器１３内の水を次回の出湯に備えて保温目標温度に保温する保温動作を開始する際に、熱交換器１３内の水を保温目標温度に至るまで初期加熱する初期加熱部５１を有している。また、熱交換器１３内の水全体が保温目標温度に到達したのち当該温度で熱交換器１３内の湯を保温する保温制御部５２を有している。
【００２７】
制御基盤５０には、操作部６０のほか、各種サーミスタ２７〜２９ｂ、各種電磁弁１６〜１９、点火装置１５などの電気部品が接続されている。操作部６０は、いわゆるメインリモコン、風呂リモコン等であって、設定温度のほか、自動運転のオンオフ指示や保温機能のオンオフ指示等を受け付ける各種スイッチを備えている。また操作部６０は、図示しない液晶ディスプレイを有し、設定温度など現在の運転状態を表示するほか、異常が発生した際に各種のエラー表示を行う機能を備えている。
【００２８】
次に作用を説明する。
図３は、保温動作を開始する際の動作の流れを示している。また図４は、保温動作開始後における熱交換器１３内の湯温の変化等を示している。なお、図４には、保温目標温度までバーナー１２を連続的に燃焼させた場合と、従来のようにバーナー１２を間欠的に燃焼させた場合の双方を示してある。
【００２９】
図４の実線７１は、バーナー１２を連続燃焼させた場合に当該バーナー１２によって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所（直接加熱箇所）の湯温の変化を示している。また一点破線７２は、バーナー１２を連続燃焼させた場合における熱交換器１３内の平均水温の上昇特性を示している。最下段に示した矩形波状の実線７３は、連続燃焼を行う際のバーナー１２の燃焼量の変化を示している。
【００３０】
図４の下部に示した他の矩形波状の実線７４は、バーナー１２を間欠燃焼する際の様子を、また大きく波打つ実線７５は、バーナー１２を間欠燃焼させた場合における直接加熱箇所の湯温の変化を、緩やかに波打つ一点破線７６は、間欠燃焼させた場合における熱交換器１３内の平均水温の上昇特性をそれぞれ示している。
【００３１】
給湯器１０は、保温動作を開始するとき、まず熱交換器１３内に水が存在するか否かを確認する（図３、ステップＳ１０１）。ここでは、バーナー１２を１秒〜２秒程度燃焼させ（図４の時刻Ｔ１１〜Ｔ１２、およびＴ２１〜Ｔ２２）、その後所定時間が経過した時点（図４の時刻Ｔ１３およびＴ２３）における湯温の上昇特性を基にして熱交換器１３内に水が存在するか否かを判別している。
【００３２】
熱交換器１３内に水のあることが確認されると（ステップＳ１０２；Ｙ）、初期加熱部５１は、直接加熱箇所の湯温がほぼ保温上限許容温度７７に到達するまで（時刻Ｔ２４）、予め定めた火力でバーナー１２を連続的に燃焼させる（ステップＳ１０３、Ｓ１０４；Ｎ）。このときバーナー１２は燃焼面全体で燃焼し、その火力７８は、長時間燃焼を続けても逆火の生じない範囲内での最小燃焼量に設定してある。また直接加熱箇所の湯温は水管サーミスタ２９ｂによって検知している。
【００３３】
直接加熱箇所の湯温がほぼ保温上限許容温度７７に達すると（ステップＳ１０４；Ｙ）、初期加熱部５１は、直接加熱箇所の湯温が保温上限許容温度７７でほぼ維持されるように火力を低下させる（ステップＳ１０５）。すなわち、バーナー１２で加える熱量と、直接加熱箇所から対流や放熱によって流出する熱量とが均衡するような火力７９に設定する。図５は、時刻Ｔ２３以後における湯温の変化と燃焼量の変化とを抜き出してより詳細に示している。
【００３４】
なお、当該火力７９は、逆火を防止するための最小燃焼量よりもさらに小さい値になるが、熱交換器１３内の水全体を保温目標温度まで上昇させるのにかかる時間は比較的短いので、このような火力で燃焼させても、逆火が実際に発生するまでには至らない。
【００３５】
図４に示すように時刻Ｔ２４以後、直接加熱箇所の湯温７１はほぼ保温上限許容温度７７に維持されるが、対流等によって熱交換器１３内の湯の平均温度７２は徐々に高くなり、やがて保温上限許容温度７７に到達する（ステップＳ１０６；Ｙ）。なお、バーナー１２は、あと沸きを考慮して平均温度７２が保温上限許容温度７７に達するわずか手前の時刻Ｔ２５に消火される。
【００３６】
熱交換器１３内の水全体が保温上限許容温度に到達した後は、保温制御部５２がバーナーの燃焼を制御し、熱交換器１３内の湯を保温目標温度範囲内に維持する通常バックアップ燃焼の動作モードへ移行する（ステップＳ１０７）。通常バックアップ燃焼の動作モードでは、熱交換器１３内の湯温が保温下限許容温度８１まで低下したときバーナー１２を点火し、直接加熱箇所の湯温が保温上限許容温度まで上昇したときバーナー１２を消火することを繰り返し行うようになっている。この際の火力は、逆火の生じない範囲での最小燃焼量に設定される。
【００３７】
従来のようにバーナー１２を間欠的に燃焼させると、バーナー１２が消火している間に冷却が進むので、直接加熱箇所の湯温７５は大きく波打ち、また熱交換器１３内の平均湯温７６もある程度波打ちながら次第に上昇する。このため、バーナー１２を間欠的に燃焼させる場合には、熱交換器１３内の水全体を保温目標温度まで加熱するのに長い時間を要した。
【００３８】
これに対し、バーナー１２の火力を調整し、当該バーナー１２を連続的に燃焼させる場合には、常に冷却のみが進行する期間が無いので、間欠的に燃焼させる場合に比べて短時間のうちに熱交換器１３内の水全体を保温目標温度まで上昇させることができる。
【００３９】
以上説明した実施の形態では、直接加熱箇所が保温上限許容温度にほぼ達するまでの間、一定の火力でバーナー１２を燃焼させ、その後、直接加熱箇所の湯温が保温上限許容温度に維持されるように火力を低下させたが、図６に示すように、直接加熱箇所の湯温９１が保温目標温度９２に近づくにしたがって徐々に火力（ガス量）９３を下げるようにしてもよい。なお、火力は、通常制御範囲９４より小さく、３０分以上連続燃焼すると逆火のおそれのある領域９５まで低下される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明にかかる給湯器およびその制御方法によれば、バーナーによって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が目標温度を越えないように火力を調整してバーナーを連続的に燃焼させるので、バーナーを間欠的に燃焼させる場合のように消火期間中に冷却の進むことがなく、熱交換器内の水全体を短時間のうちに目標温度まで上昇させることができる。炎が逆火する領域までバーナーの火力を下げるようにしたので、直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が目標温度を越えないように火力を調整することが出来、全体として過熱することなく、熱交換器内の水全体を短時間のうちに目標温度まで上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る給湯器の回路構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る給湯器を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る給湯器が保温動作を開始する際に行う動作の流れを示す流れ図である。
【図４】保温動作開始後における火力の遷移と熱交換器内の湯温の変化の一例を示す説明図である。
【図５】保温動作開始後における火力の遷移と熱交換器内の湯温の変化を示す説明図である。
【図６】保温動作開始後における火力の遷移と熱交換器内の湯温の変化の他の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…給湯器
１２…バーナー
１３…熱交換器
１９…ガス比例弁
２１…給湯用パイプ
２９ｂ…水管サーミスタ
５０…制御基盤
５１…初期加熱部
５２…保温制御部
６０…操作部

Claims (4)

1. 通水の無い状態でバーナーを燃焼させて熱交換器内の水を次回の出湯に備えて所定の目標温度に保温する機能を有する給湯器において、
   熱交換器内の水を次回の出湯に備えて前記目標温度に保温する保温動作を開始する際に、前記熱交換器内の水をその全体が前記目標温度に達するまで加熱する初期加熱手段を備え、
   前記初期加熱手段は、前記熱交換器内の水全体が前記目標温度に達するまで前記バーナーを連続燃焼させるとともに、その際前記バーナーによって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が前記目標温度を越えないように前記バーナーの火力を制御し、
   さらに、前記初期加熱手段は、炎が逆火する領域まで前記バーナーの火力を下げることを特徴とする給湯器。
2. 前記初期加熱手段は、前記バーナーによって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が前記目標温度に近づくに従って火力を下げることを特徴とする請求項１に記載の給湯器。
3. 前記初期加熱手段は、前記バーナーによって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が前記目標温度に略一致するまで加熱した後、前記直接的に加熱される箇所の湯温が前記目標温度に維持されるように前記バーナーの火力を下げて前記熱交換器内の水全体を前記目標温度まで加熱することを特徴とする請求項１に記載の給湯器。
4. 通水の無い状態でバーナーを燃焼させて熱交換器内の水を次回の出湯に備えて所定の目標温度に保温する機能を有する給湯器の動作を制御する給湯器制御方法において、
   熱交換器内の水を次回の出湯に備えて前記目標温度に保温する保温動作を開始する際に前記熱交換器内の水全体が前記目標温度に達するまで前記バーナーを連続燃焼させるとともに、その際前記バーナーによって直接的に加熱され部分的に高温になる箇所の湯温が前記目標温度を越えないように前記バーナーの火力を制御し、さらに炎が逆火する領域まで前記バーナーの火力を下げることを特徴とする給湯器制御方法。

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