JP4183637B2 - 給湯器及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は給湯器に係り、特に、小流量使用時の省エネ性能に優れた給湯器に関する。

従来の先止式給湯器を用いた給湯システム１００を概略的に示すと図６の通りである。同図において、給湯システム１００は、給湯器１０１、給湯器１０１に水道水を供給する給水配管Ｗ１００、給湯器１０１で加熱された水道水を端末側に供給するための給湯配管ＨＷ１００、給湯器１０１に燃料である都市ガスを供給するガス供給管Ｇ１００、給湯配管Ｗ１００の端末側に設けられた給湯栓１０６を主要構成とする。給湯器１０１の内部にはバーナ１０２ｂ，燃焼ファン１０２ｃ、熱交換部１０２ａにより構成される燃焼部１０２を備えている。給水配管Ｗ１００経路中には、水量センサ１０４、入水温度センサ１０３が取り付けられている。

給湯システム１００において、端末側の給湯栓１０６を開栓したときの給湯器１０１の制御部（図示せず）における制御フローを示したのが図７である。同図において、給湯栓１０６を開栓すると（ステップＳ５０１）、水道水が給湯器１０１に供給され、水量センサ１０４で通水流量、温度センサ１０３で通水温度がそれぞれ計測される。さらに、それらのデータが制御部（図示せず）に送られる。制御部では、流量が所定の最低作動流量以上、かつ、水温が所定の温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０３）。最低作動流量未満又は所定の温度を超える場合のときは（ステップＳ５０３においてＮＯ）、バーナ１０２ｂでの燃焼は行われず通水が継続される。その後、給湯栓閉栓により終了する（ステップＳ５０７）。

最低作動流量以上、かつ、所定の温度以下の場合には（ステップＳ５０３においてＹＥＳ）、バーナ１０２ｂの燃焼が開始され（ステップＳ５０４）、熱交換部１０２ａで加熱された水道水が給湯配管ＨＷ１００を経由して給湯栓１０６から供給される。給湯使用中は、給湯栓閉栓等により作動停止流量以下になったかが継続的に判定される（ステップＳ５０５）。作動停止流量を超えている場合には（ステップＳ５０５においてＮＯ）、燃焼を継続する。最低作動流量以下の場合には（ステップＳ５０５においてＹＥＳ）、運転が停止されて終了する（ステップＳ５０６）。

このような給湯システム１００において、使用後に給湯配管ＨＷ１００内には常時残り湯が滞留することになるため、再度、開栓したときには配管内の残水が最初に供給されることになる。従って、配管延長が長く、また短時間の給湯栓の開閉が続く場合には、お湯が到達する前に使用終了してしまうことになり、冬場等では常に冷水が供給されることになる。このような問題を防止するための技術として、給湯配管内のお湯を追焚側回路の温水により保温する技術が開示されている（例えば、特開平１０−１５３３４４公報）。かかる方策の採用により短時間使用でも冷水が供給されることを防止することは可能である。

しかしながら、配管延長が長い場合の問題はこれに止まらない。従来の給湯器の最低作動流量及び入水温は、主として燃焼部の空焚き防止を目的として設定されているため、最低作動流量は、通常、３．５Ｌ／min（リッター／分）程度と比較的小さく、また、入水温度チェックは５０℃程度と比較的高く設定されていることが多い。このため、夏場等、入水温度が高い（例えば２５℃以上）場合であっても燃焼が行われ、お湯が供給されることになる。

図８は、従来の給湯器において、横軸に入水温度、縦軸に使用流量を取り、最低作動流量をＷ１（３．５Ｌ／min）としたときのお湯が供給される領域を斜線部で示したものである。通常、手洗い等の場合の流量は５Ｌ／min前後であるから、使用者が水で十分と感じていてもお湯が供給されてしまうことになる。さらに、シングルレバー式の混合水栓の場合、必ずしもお湯を使用するつもりでないときでも、レバー位置によっては（例えば中央位置））燃焼が行われてしまう。これらはエネルギーの有効利用に反する。これらの問題は、ガス給湯器に限らず他の熱源（例えば電気式給湯器）を用いた場合であっても同様である。
特開平１０−１５３３４４号公報

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、水道水の温度が高い夏場など必ずしもお湯が必要でないときには給湯器を加熱することなく水を供給することのできる技術を提供するものである。

本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、
（１）導入される給水の入水温度を検知する手段と、入水流量を検知する手段と、導入された給水の加熱手段と、所定の入水量（第一の最低作動流量）以上のときに前記加熱手段を作動させる手段と、を備えた給湯器であって、さらに、入水温度が所定の温度以上のときは、前記第一の最低作動流量より大きい所定の入水量（第二の最低作動流量）以上のときに限り、前記加熱手段を作動させる手段を備えて成ることを特徴とする給湯器。

本発明によれば、入水温に応じて２段階の最低作動流量を設けたため、入水温が高い夏場等において、通水量が第二の最低作動流量未満のときは加熱せずに水道水を直接供給することができる。これにより、使用者が水で十分と感じているにも拘わらずお湯が供給されてしまうという現象を防止できる。

本発明による作用について図４を参照して説明する。同図は、第一の最低作動流量をＷ１、第二の最低作動流量をＷ２に設定し、また、高温チェック温度をＴ１、第一の最低作動流量から第二の最低作動流量に切替える温度をＴ２に設定した例を示している。同図において斜線部は通水に伴い燃焼運転が行われる領域を示し、またＳＩ領域は燃焼運転されず通水のみ行われる範囲を示している。従来の給湯器ではこの領域では燃焼運転が行われる（図８参照）。従って、使用実態を踏まえて使用者が冷水感を感じないようにＷ２、Ｔ２を設定することにより、快適性と省エネ性を両立することが可能となる。

本発明において、「給湯器」としては、ガス、電気、灯油等、エネルギー源を問わず、給湯配管を介してお湯を供給する機器が含まれる。さらに、給湯単能機のみならず、追焚給湯器、給湯器暖房機等を含む概念である。

（２）前記第二の最低作動流量は、入水温度の変化に伴って変化するように構成して成ることを特徴とする（１）に記載の給湯器。

本発明は図５に示すように、第二の最低作動流量を入水温の増加に伴って変化させるように設定したものである。図５では、第二の最低作動流量は直線で設定されているが、使用者が冷水感を感じることのないような入水温の関数として任意に設定することができる。

（３）使用者が、前記第二の最低作動流量に基づいて前記加熱手段を作動させるか否かを選択可能に構成して成ることを特徴とする（１）又は（２）に記載の給湯器。

本発明は、第二の最低作動流量による作動を使用者が選択可能に構成したものである。これにより使用条件や使用者ごとの好みに対応することが可能となる。なお、このような選択機能を例えば制御用リモコン等に搭載することもできる。

（４）前記給湯器は、さらに、自動風呂機能を備え、かつ、自動風呂機能が作動していないときに限り、前記第二の最低作動流量に基づいて前記加熱手段を作動させる手段を備えて成ることを特徴とする（１）乃至（３）に記載の給湯器。

風呂追焚等の自動風呂機能運転中は、使用者が浴室内でシャワー等を使用している可能性がある。本発明によれば、自動風呂機能作動中は通常の（第一）最低作動流量に基づいて前記加熱手段を作動させるため、従来の給湯器と同様の機能を確保でき、予期せぬ冷水供給の危険性を回避することができる。

（５）前記給湯器は、さらに、気温検出手段を備え、かつ、気温が所定の温度以上のときに限り、前記第二の最低作動流量に基づいて前記加熱手段を作動させることを特徴とする（１）乃至（４）に記載の給湯器。

本発明によれば、第二の最低作動流量を適用する条件として入水温に加えて気温をも含めたものである。これにより、さらにきめ細かな給湯温度管理が可能になる。

（６）前記給湯器が、ガスを熱源とするものであることを特徴とする（１）乃至（４）に記載の給湯器。

ガス給湯器では、安全チェックのため通水開始後、燃焼により水が加熱されてお湯が作られるまでに比較的長時間を要する。このため、給湯配管内にお湯が残留する割合も多くなる。従って、本発明による省エネ効果が特に大きい。

（７）所定の入水量（第一の最低作動流量）以上のときに給水を加熱する給湯器において、入水温度が所定の温度以上のときは、前記第一の最低作動流量を超える所定の入水量（第二の最低作動流量）以上のときに限り、給水を加熱することを特徴とする給湯器の運転方法。

入水温に応じて２段階の最低作動流量を設けたため、入水温が高い夏場等においては、通水量が第二の最低作動流量未満のときは加熱することなく水道水を直接供給することができ、使用者の要求に拘わらずお湯が供給されてしまうことを防止できる。
また、シングルレバー式の混合水栓を用いた場合にあっても、上述の問題が解消できる。

以下、本発明に係る給湯器の実施形態について、図１乃至７を参照してさらに詳細に説明する。なお、重複を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

図１は、本発明に係る給湯暖房機（熱源機）２を含む給湯システム１の全体構成を示すものである。同図において、給湯システム１は熱源機２、熱源機２に水道水を供給する水道供給管Ｗ１、熱源機２で作られたお湯を端末側に供給する給湯配管ＨＷ１、燃料である都市ガスを供給するガス供給管Ｇ１、追焚往側配管Ｂ１、戻側配管Ｂ２、外部から熱源機２の運転を指示する制御用リモコン７を主要構成とする。給湯配管ＨＷ１の端末側には、給湯栓６が取り付けられている。

図２は熱源機２内部の詳細構成を示す図である。熱源機２は、筐体２ａ内部に給湯用燃焼部２１、暖房追焚用燃焼部２２、液液熱交換器である追焚用熱交換器２４，開放型シスターン２３、給湯、暖房、自動風呂制御を行う制御部２５を備えている。給湯用燃焼部２１はバーナ２１ｂ、燃焼用ファン２１ｃ、熱交換部２１ａ、燃焼室（図示せず）、排気部（図示せず）を主要構成とし、これらが一体化されている。また、暖房追焚用燃焼部２２はバーナ２２ｂ、燃焼用ファン２２ｃ、熱交換部２２ａ、燃焼室（図示せず）、排気部（図示せず）を主要構成とし、これらが一体化されている。

次に、熱源機２の給湯配管系統は以下の通り構成されている。水道供給配管Ｗ１から供給される水道水は、熱源機２内部の給水管Ｗ２を経由して給湯用燃焼部２１に導かれ、熱交換部２１ａでお湯となって給湯管ＨＷ２、給湯配管ＨＷ１を経由して給湯栓６から給湯需要に供される。給水管Ｗ２の入り側近傍には水量センサ３０、入水温度センサ３１が設けられている。水量センサ３０は水の流れによりマグネット羽根車が回転し、磁気センサにより回転数を検知するタイプのものである。水量センサ３０及び入水温度センサ３１により検出された測定値は制御部２５に送られる。

次に、風呂追焚系統は一次側と二次側の２つの回路により構成されている。一次側回路は、シスターン２３→循環ポンプ２９→分岐部Ｐ２→配管Ｈ３→暖房追焚用燃焼部２２→→追焚用熱交換器２４→配管Ｈ４を経てシスターン２３に戻る回路により構成される。二次側回路は、往側は追焚用熱交換器２４→追焚往側配管Ｂ１を経て浴槽３に至る回路により構成され、戻側は浴槽３から追焚戻側配管Ｂ２を経て循環ポンプ２８→追焚用熱交換器２４に戻る回路により構成される。このような回路構成により、二次側回路を循環する風呂水は、追焚用熱交換器２４において一次側回路回路を循環する温水から受熱して暖められる。なお、図には示さないが、給湯管ＨＷ２と追焚戻側配管Ｂ２とを結ぶ連結管があり、風呂注湯時に給湯側からお湯を供給するように構成されている。

次に、熱源機２の暖房系統は以下の通りに構成されている。シスターン２３内の貯水は、循環ポンプ２９により配管Ｈ３を経由して暖房追焚用燃焼部２２に送られ、ここで加熱された後、分岐部Ｐ３から暖房往側配管Ｈ１を経由して暖房端末器（図示せず）に送られる。戻側は、戻側配管Ｈ２を経てシスターン２３に戻される。

次に、熱源機２の制御系統は以下の通りに構成されている。図示はしないが、制御部２５は熱源機２の給湯、暖房、自動風呂機能の制御を行うＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイコン、Ｉ／Ｆ部を備えており、各センサから送られるデータ及び制御用リモコン７側からの要求に対応して熱源機２の運転制御を司る。

制御用リモコン７は、外部から熱源機２の給湯、暖房、自動風呂機能に対して運転指示又は設定する機能を有し、さらに、「省エネモード」の選択をできるように構成されている。「省エネモード」とは、後述のように通水量が第一の最低作動流量以上であっても第二の最低作動流量未満のときは燃焼させることなく通水させるモードである。

給湯システム１は以上のように構成されており、次に図３をも参照して給湯システム１において端末側の給湯栓６を開栓したときの給湯制御フローについて説明する。同図において、給湯栓６を開栓すると（ステップＳ１０１）、水量センサ３０で通水流量が計測され、そのデータが制御部２５に送られる。制御部では、流量が所定の第一の最低作動流量（Ｗ１）以上、かつ、水温が所定の温度Ｔ１以下であるか判定する（ステップＳ１０２）。Ｗ１、Ｔ１は任意に設定できるが、例えばＷ１＝３．５Ｌ／min（リッター／分）、Ｔ１＝５０℃とすることができる。通水量がＷ１未満又は水温がＴ１を超えるときは（ステップＳ１０２においてＮＯ）、バーナ２１ｂでの燃焼は行われることなく通水が継続され、その後の給湯栓閉栓（ステップＳ１１０）により終了する。

Ｗ１以上かつＴ１以下のときは（ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、次に制御用リモコン７の設定が省エネモードであるか否かが判定される（ステップＳ１０３）。省エネモードではない場合には（ステップＳ１０３においてＮＯ）、バーナ２１ｂへの点火が行われ燃焼が開始される（ステップＳ１０７）。これにより熱交換部２１ａで加熱されお湯となった水道水が、給湯配管ＨＷ１を経由して給湯栓６を介して供給されることになる。

制御用リモコン７の設定が省エネモードの場合には、次に自動風呂機能使用中であるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。自動風呂機能使用中の場合には、上述の省エネモードでない場合と同一のステップとなる。

自動風呂機能使用中でない場合には、次に使用流量が第二の最低作動流量（Ｗ２）未満であるか否かが判定される（ステップＳ１０５）。Ｗ２は任意に設定できるが、例えば５．０Ｌ／minとすることができる。Ｗ２以上の場合には（ステップＳ１０５においてＮＯ）、上述の省エネモードでない場合と同一のステップとなる。第二の最低作動流量（Ｗ２）未満の場合（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）には、次に入水温が所定の温度Ｔ２（例えば２５℃）以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０６）。所定の温度未満の場合には（ステップＳ１０６においてＮＯ）、上述の省エネモードでない場合と同一のステップとなる。所定の温度以上の場合（ステップＳ１０６においてＹＥＳ）には、バーナ２１ｂでの燃焼は行われず通水が継続され、水道水が直接、給湯配管ＨＷ１を経由して給湯栓６を介して供給される。

その後、使用者が給給湯栓を閉栓又は断水等のために通水量が作動停止流量Ｗ３（例えば１．５Ｌ／min）以下になるか否かが監視される（ステップＳ１０８）。Ｗ３以下になったときは運転が停止される（ステップＳ１０９）。

なお、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０６の順序は、上述のフローの順序に限定されず、入れ替えることも可能である。
また、上記実施形態で示した流量、温度等の値は例示であって、本発明の範囲はこれに限らず特許請求の範囲に示されるものである。

本発明は、エネルギー源を問わず、給湯配管を介してお湯を供給する給湯器に広く利用可能である。

本発明の一実施形態に係る給湯システム１を示す図である。 熱源機２内部構成の詳細を示す図である。 端末側の給湯栓６を開栓したときの給湯制御フローを示す図である。 第一の最低作動流量から第二の最低作動流量に切替える条件を示す図である。 第一の最低作動流量から第二の最低作動流量に切替える条件の他の例を示す図である。 従来の先止式給湯器を用いた給湯システム１００を示す図である。 従来の給湯システムにおいて給湯栓を開栓したときの給湯器の制御フローを示す図である。 従来の給湯器における入水温、通水流量、最低作動流量の関係を示す図である。

符号の説明

１ 給湯システム
２ 熱源機
６ 給湯栓
７ 制御用リモコン
２１ 給湯用燃焼部
２１ａ 熱交換部
２１ｂ バーナ
２１ｃ 燃焼用ファン
２２ 暖房追焚用燃焼部
２２ａ 熱交換部
２２ｂ バーナ
２２ｃ 燃焼用ファン
２３ 開放型シスターン
２４ 追焚用熱交換器
２５ 制御部
３０ 水量センサ
３１ 入水温度センサ
Ｂ１ 追焚往側配管
Ｂ２ 追焚戻側配管
Ｇ１ ガス供給管
Ｈ１ 暖房往側配管
Ｈ２ 暖房戻側配管
ＨＷ１ 給湯配管

Claims (2)

1. 導入される給水の入水温度を検知する手段と、入水流量を検知する手段と、導入された給水の加熱手段と、所定の入水量（第一の最低作動流量）以上のときに前記加熱手段を作動させる手段と、を備えた給湯器であって、さらに、
   入水温度が所定の温度以上のときは、前記第一の最低作動流量より大きい所定の入水量（第二の最低作動流量）以上のときに限り、前記加熱手段を作動させる手段を備えて成り、
   前記給湯器は、さらに、自動風呂機能を備え、かつ、自動風呂機能が作動していないときに限り、前記第二の最低作動流量に基づいて前記加熱手段を作動させる手段を備えて成ることを特徴とする給湯器。
2. 導入される給水の入水温度を検知する手段と、入水流量を検知する手段と、導入された給水の加熱手段と、所定の入水量（第一の最低作動流量）以上のときに前記加熱手段を作動させる手段と、を備えた給湯器であって、さらに、
   入水温度が所定の温度以上のときは、前記第一の最低作動流量より大きい所定の入水量（第二の最低作動流量）以上のときに限り、前記加熱手段を作動させる手段を備えて成り、
   前記給湯器は、さらに、気温検出手段を備え、かつ、気温が所定の温度以上のときに限り、前記第二の最低作動流量に基づいて前記加熱手段を作動させることを特徴とする給湯器。

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