JP4994329B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、２個のサーミスタを１個の保護筒内に組み込んだ温度センサを水回路に取り付けた給湯装置に関するものである。

従来、給湯装置には、例えば、出湯温度を検知する温度センサとして２個のサーミスタを１個の保護筒内に組み込み、上記サーミスタの一方を温度制御用に用い、他方を監視用あるいは過熱防止用に用いることがある。この場合、各サーミスタの役割を決めるに際して、上記温度センサを給湯装置の水回路に取り付ける前に恒温槽に入れ、一定抵抗値に到達するまでの時間が短い方、つまり応答の早い方のサーミスタを温度制御用として予め設定するやり方があった（特許文献１）。
特開昭６０−７３３２４号公報 特開２０００−２４１２５９号公報

しかしながら、上記のような湯の流れがない恒温槽内と、湯の流れがある給湯装置の水回路内とでは、上記温度センサに対する環境が異なる。そのため、上記温度センサを水回路内に取り付けたときの各サーミスタの応答性が、上記温度センサを恒温槽に浸けて測定したときとは変化することもあり得る。また、水回路内であっても上記温度センサの取付状態によっては各サーミスタの温度に対する応答性が変わることがある。例えば、湯の流れに対し上流側に位置するサーミスタの方が水温にいち早く追従して応答が早くなることが考えられる。従って、上記温度センサを水回路へ取り付ける前に温度制御用のサーミスタを固定的に設定してしまうと、給湯装置の使用時には、実際は応答の遅い方のサーミスタが温度制御用として用いられるおそれがあった。そうすると、給湯装置では素早い温調が困難となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上記温度センサを用いる場合、給湯装置の温調に適切な応答の早い方のサーミスタを温度制御用として確実に選別可能な給湯装置を提供することを課題とする。

本発明に係る給湯装置は、
２個のサーミスタを１個の保護筒内に組み込んだ温度センサを水回路内に取り付けた給湯装置であって、
上記温度センサに対して、水回路に通水された際に２個のサーミスタの一方を温度制御用と仮決めし、次いで給湯装置の加熱手段が始動されて水回路内の水温が上昇中の時点で検知温度の高い方のサーミスタを温度制御用として正式に設定する選別手段を備えたものである。

上記構成より、まずは水回路に通水された際に温度制御用サーミスタを仮決めすることで、加熱手段が始動されたときの温調を行うことができる。
次いで給湯装置の加熱手段が始動されて水回路内の水温上昇中の時点で検知温度の高い方のサーミスタを温度制御用として正式に設定する。これは、加熱手段が始動されて温調により水回路内の水温が安定すると、２個のサーミスタの検知温度はほぼ等しくなるが、水温上昇中の過渡的状態時では各サーミスタの検知温度に差が生じる。このことは、水回路への温度センサの取付状態によって保護筒内の各サーミスタに対して流れのある湯からの熱伝導に違いが生じることに起因すると考えられる。そして、水温上昇中の過渡的状態時に検知温度が高いということは、そのサーミスタの方の応答が早いから検知温度が高く示されるといえる。従って、水温上昇中の時点での検知温度の高い方のサーミスタを正式に温度制御用とすることで、応答の早い方のサーミスタを加熱手段の始動後の温度制御用として用いることができる。
以上のことから、温度センサの水回路への取付状態にかかわらず、応答の早い方のサーミスタを確実に特定することができ、その結果、このサーミスタからの検知温度に基づいて素早い温調を行うことができる。

上記選別手段は、上記仮決めとして水回路に通水された際に検知温度の高い方のサーミスタを温度制御用とする構成としてもよい。
これにより、各サーミスタは、水回路に通水された際もその流水からの熱伝導の違いに応じて検知温度が示される。従って、仮決めのときも上記のように検知温度の高い方のサーミスタを温度制御用とすることで、応答の早い方のサーミスタを加熱手段の始動時の温度制御用として用いることができる。

上記選別手段は、給湯装置の主電源が入れられてから最初に給湯開始されたときに温度制御用サーミスタを選別して設定を行う構成とし、
給湯装置の主電源が切られると上記温度制御用サーミスタの設定がリセットされる構成としてもよい。
これにより、給湯装置の主電源が入れられてから最初に給湯開始されるときは、前に温められた湯が水回路内を流通することがないから、上述の水温上昇中の過渡的状態を確実に捉えることができる。従って、応答の早い方のサーミスタを確実に特定することができる。
また、給湯装置の主電源が切られると上記の各サーミスタの設定がリセットされるので、メンテナンス等のため給湯装置の主電源が切られて温度センサが交換されてその取付状態が変わった場合でも、次に給湯装置の主電源が入れられたときに応答の早い方のサーミスタを確実に特定し設定することができる。

上記選別手段は、水回路内の水温が低下している状態で給湯開始するコールドスタートの度に温度制御用サーミスタを選別して設定を行う構成としてもよい。
これにより、コールドスタート時は、前に温められた湯が水回路内を流通することがないから、上述の水温上昇中の過渡的状態を確実に捉え、応答の早い方のサーミスタを確実に特定することができる。そして、コールドスタートの度に上記設定を行うことで、経年使用により温度センサの取付状態が変わった等の状況変化があっても、応答の早い方のサーミスタを確実に特定することができる。

上記温度センサは、同じ抵抗値を有する２個のサーミスタを円筒形の保護筒内に２個横並びに配置するものを用いることができる。
同じ抵抗値の２個のサーミスタが横並びに配置されていると、例えば、水回路内の湯の流れに対して上流側に位置する方のサーミスタが、先に湯から熱伝導されて水温にいち早く追従して応答が早くなると考えられる。ところが、保護筒が円筒形であると温度センサの水回路への取付状態によりその回転方向に対して各サーミスタの位置関係が様々となり、応答が早いと考えられる上流側のサーミスタを特定することが困難である。
このような温度センサであっても、上述のとおり、上記選別手段によって温度センサの水回路への取付状態にかかわらず、応答の早い方のサーミスタを確実に特定することができる。

以上のように、本発明によれば、温度センサの水回路への取付状態にかかわらず、応答の早い方のサーミスタを確実に設定して素早い温調を行うことができる。従って、設定温度に素早く湯の温度を安定させることが可能な温調性能に優れた給湯装置が提供される。

以下に、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１に示す実施形態の給湯装置１は、ガスバーナ（加熱手段）２０により加熱される熱交換器３１と、この熱交換器３１に接続された給水管３２及び出湯管３３とを備え、給水管３２に給水される水を熱交換器３１で加熱して出湯管３３の給湯口から湯を出湯させる水回路３が形成される。また、この給湯装置１は、給湯口での湯温が所定の給湯温度となるように温度制御する給湯制御部４と、この給湯制御部４と通信接続されて湯の設定温度を入力等するためのリモコン５とを備えている。そして、上記給水管３２には給水管３２での通水の有無や通水量を検知する水量センサ６が設けられ、上記出湯管３３には出湯管３３に供給される湯の温度を検知する出湯温センサとしての温度センサ７が設けられている。なお、図１中、２１はファンであり、このファン２１によりガスバーナ２０の燃焼排気を熱交換器３１に送って熱交換器３１を加熱させる。

温度センサ７は、図２に示すように、円筒形の保護筒７０内に２個のサーミスタ７１，７２が横並びで保護筒７０の先端付近に配置されたものである。保護筒７０は、熱伝導性の高い金属材料（例えば、ステンレス鋼）で形成されている。保護筒７０内には、熱伝導性の高い充填材７３（例えば、エポキシ樹脂）が充填されており、各サーミスタ７１，７２は、保護筒７０の内周面と非接触状態に固定されている。また、各サーミスタ７１，７２は、保護筒７０の内周面との距離がそれぞれほぼ同一になるように保持されている。これにより、外周囲からの熱が保護筒７０の表面から充填材７３を介して各サーミスタ７１，７２に均等に伝達されるようにしている。

各サーミスタ７１，７２としては、温度上昇に対して抵抗が減少するＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）型が用いられるが、温度上昇に対して抵抗が増大するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）型を用いることもできる。各サーミスタ７１，７２は、抵抗値の同じものが用いられ、各サーミスタ７１，７２自体の検知温度特性はほぼ同じである。

このように上記温度センサ７に具備する各サーミスタ７１，７２は、同じ抵抗値を有するが、出湯管３３内への温度センサ７の取付状態によっては各サーミスタ７１，７２の温度に対する応答性が変わることがある。例えば、上記のように２個のサーミスタ７１，７２が横並びに配置されていると、出湯管３３内の湯の流れに対して上流側に位置する方のサーミスタ７１（図２参照）が先に湯から伝熱されて水温にいち早く追従し、その結果、応答が早くなると考えられる。この場合は、上流側に位置する方のサーミスタ７１を温度制御用として用いることが給湯装置１の温度制御にとっては有利である。ところが、保護筒７０がＯリング７４により出湯管３３とのシールを可能とするように円筒形に形成されているため、保護筒７０の回転方向に対して各サーミスタ７１，７２の位置関係が様々となり、応答が早いと考えられる上流側のサーミスタ７１を特定することが困難である。

そこで、この給湯装置１は、出湯管３３に取り付けられた状態の上記温度センサ７に対して、この温度センサ７に具備する２個のサーミスタ７１，７２のうちのどちらを温度制御用サーミスタとするかを選別して設定する選別手段８が設けられている。なお、選別手段８は、どちらのサーミスタ７１，７２を温度制御用として設定したかを記憶させるメモリ８１を備える（図１参照）。

以下に、この選別手段８により温度制御用サーミスタを選別し設定する動作を説明する。
図３のフローチャートを参照して、給湯装置１の主電源が入れられてから（Ｓ１）最初に給湯栓が開けられて（Ｓ２）水量センサ６が通水検知すると（Ｓ３）、選別手段８は、温度センサ７の２個のサーミスタ７１，７２のうち温度制御用サーミスタが設定されているか確認する（Ｓ４）。温度制御用サーミスタが設定されていない場合、選別手段８は、水量センサ６で給水管３２内の通水が検知された際に、検知温度の高い方のサーミスタ７１を温度制御用として仮決めする（Ｓ５）。これにより、ガスバーナ２０に点火されたときの温調をこの仮決めした温度制御用サーミスタ７１の検知温度に基づいて給湯制御部４によって行うことができる。

次に、水量センサ６で検知する通水量が最低作動水量（例えば、３リットル／分）以上となりガスバーナ２０が点火されると（Ｓ６）、選別手段８は、ガスバーナ２０が点火されてからα時間後の時点で（Ｓ７）検知温度の高い方のサーミスタ７１を温度制御用として正式に設定しメモリ８１に記憶させる（Ｓ８）。

ここで、α時間後の時点は、水温上昇中の過渡的状態の任意の時点であり、給湯装置１によって任意に設定されるが、例えば、ガスバーナ２０の点火後５秒経過するまでの任意の時点を設定することができる。これは、図４のグラフに示すように、ガスバーナ２０が点火されて温調により出湯管３３内の水温が安定すると、温度センサ７の２個のサーミスタ７１，７２の検知温度はほぼ等しくなるが（図４中、「出湯温」を参照）、水温上昇中の過渡的状態時では各サーミスタ７１，７２の検知温度に差が生じている（図４中、「過渡的状態時」を参照）。このことは、出湯管３３への温度センサ７の取付状態によって保護筒７０内の各サーミスタ７１，７２に対して流れている湯からの伝熱に違いが生じることに起因すると考えられる。そして、水温上昇中の過渡的状態時に検知温度が高いということは、そのサーミスタ７１の方の応答が早いから検知温度が高く示されるといえる。従って、上記のようにガスバーナ２０の点火後のα時間後の時点で検知温度の高い方のサーミスタ７１（例えば、上流側に位置するサーミスタ）を温度制御用とすることにより、応答の早い方のサーミスタ７１を確実に特定して温度制御用として用いることができる。

図３を参照して、これ以後は、給湯栓が閉じられるまで、ここで温度制御用として設定し記憶させた温度制御用サーミスタ７１の検知温度に基づいて、給湯制御部４によってリモコン５で設定された設定温度の湯が出湯されるように温調制御される（Ｓ９，Ｓ１０）。そして、給湯装置１の主電源が切られるまでは（Ｓ１１）、上記選別手段８で設定された温度制御用サーミスタ７１の検知温度に基づいて、給湯制御部４によってリモコン５で設定された設定温度の湯が出湯されるように温調制御される（Ｓ２〜Ｓ４，Ｓ９〜Ｓ１１）。なお、他方のサーミスタ７２は、上記設定された温度制御用サーミスタ７１の監視用として用いるように選別手段８が設定しメモリ８１に記憶させる。この監視用サーミスタ７２は、図示しない故障判断手段によりこの監視用サーミスタ７２の検知温度と上記温度制御用サーミスタ７１の検知温度との温度差が所定温度（例えば、５℃）を超えると、断線等による温度センサ７の故障と判断するために用いられる。

その後、メンテナンス等のために給湯装置１の主電源が切られると（Ｓ１１で「Ｙｅｓ」）、選別手段８による各サーミスタ７１，７２の上記設定がメモリ８１より消去されリセットされる（Ｓ１２）。そして、次に給湯装置１の主電源が入れられたときには（Ｓ１）、選別手段８は、上記のようにして温度センサ７に備える２個のサーミスタ７１，７２のうち、一方を温度制御用サーミスタとして特定し設定する（Ｓ２〜Ｓ８）。これにより、メンテナンス等のため給湯装置１の主電源が切られて温度センサ７が交換されて出湯管３３での取付状態が変わった場合でも、次に給湯装置１の主電源が入れられたときには出湯管３３に取り付けられている状態の温度センサ７に対して応答の早い方のサーミスタ７１を確実に特定し設定することができる。

また、給湯装置１の主電源が入れられてから最初に給湯開始されるときは、前に温められた湯が水回路３内を流通することがないから、上述の水温上昇中の過渡的状態（図４参照）を確実に捉えることができる。従って、応答の早い方のサーミスタ７１を確実に特定することができる。

以上のように、本実施の形態による給湯装置１によれば、温度センサ７の出湯管３３への取付状態にかかわらず、応答の早い方のサーミスタ７１を確実に特定して素早い温調を行うことができる。従って、設定温度に素早く湯の温度を安定させることが可能な温調性能に優れた給湯装置１が提供される。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されず、本発明の範囲内で変更を施すことが可能である。
例えば、上記選別手段８は、給湯装置１の主電源が入れられてから最初の動作時のときだけ温度センサ７の各サーミスタ７１，７２の設定を行うが、水回路３内の水温が低下している状態で給湯開始するコールドスタートの度にも上記各サーミスタ７１，７２の設定を行う構成としてもよい。なお、コールドスタートか否かの判断は、例えば、給湯開始する際に前回の給湯動作の終了時点から所定時間（水回路３内の水温がほぼ給水温程度まで低下する時間）経過した場合をコールドスタートと判断することでもよい。これにより、コールドスタート時は、前に温められた湯が水回路３内を流通することがないから、上述の水温上昇中の過渡的状態を確実に捉え、応答の早い方のサーミスタ７１を確実に特定することができる。そして、コールドスタートの度に上記設定を行うことで、経年使用により温度センサ７の取付状態が変わった等の状況変化があっても、応答の早い方のサーミスタ７１を確実に特定することができる。

また、上記選別手段８において、各サーミスタ７１，７２の検知温度を比較する時点の上記α時間後の時点を複数の時点とし、連続して２回以上検知温度が高かった方のサーミスタ７１を温度制御用として設定するようにしてもよい。これにより、応答の早い方のサーミスタ７１をより確実に特定することができる。

さらに、上記選別手段８において、上記α時間後の時点を複数の時点とし、各サーミスタ７１，７２の検知温度の温度勾配をも取得し、検知温度が高い方で且つ上記温度勾配の傾きが大きい方のサーミスタ７１を、給湯装置１の主電源が切られるまで温度制御用として設定し記憶させるようにし、検知温度が高い方のサーミスタ７１であるが、上記温度勾配の傾きが小さい方である場合は、次にコールドスタートされるまで温度制御用として設定するようにし、次のコールドスタート時に再度、上記の検知温度と温度勾配とによる温度制御用サーミスタの選別を行うようにしてもよい。これにより、応答の早い方のサーミスタ７１をより確実に特定することができる。

また、上記実施形態は、上記温度センサ７として給湯装置１の出湯管３３に取り付けて出湯温度を検知する出湯温センサとする場合を示したが、本発明は、これに限らず、風呂循環回路に取り付けて風呂温度を検知する風呂温度センサ、さらには温水式床暖房の温水配管に取り付けて暖房温水温度を検知する温度センサなど、種々の温度センサとして用いる場合に適用することができる。

実施の形態による給湯装置の全体構成を示した構成図である。 給湯装置における出湯管への温度センサの取付状態を示した断面図である。 温度制御用サーミスタを選別する動作を示したフローチャートである。 水温上昇中の過渡的状態時における２個のサーミスタのそれぞれの検知温度の変化を示したグラフである。

符号の説明

１ 給湯装置
３ 水回路
４ 給湯制御部
６ 水量センサ
７ 温度センサ
８ 選別手段
２０ ガスバーナ（加熱手段）
３１ 熱交換器
３２ 給水管
３３ 出湯管
７０ 保護筒
７１，７２ サーミスタ

Claims (5)

1. ２個のサーミスタを１個の保護筒内に組み込んだ温度センサを水回路内に取り付けた給湯装置であって、
   上記温度センサに対して、水回路に通水された際に２個のサーミスタの一方を温度制御用と仮決めし、次いで給湯装置の加熱手段が始動されて水回路内の水温が上昇中の時点で検知温度の高い方のサーミスタを温度制御用として正式に設定する選別手段を備えた給湯装置。
2. 請求項１に記載の給湯装置において、
   上記選別手段は、上記仮決めとして水回路に通水された際に検知温度の高い方のサーミスタを温度制御用とする構成とした給湯装置。
3. 請求項１又は２に記載の給湯装置において、
   上記選別手段は、給湯装置の主電源が入れられてから最初に給湯開始されたときに温度制御用サーミスタを選別して設定を行う構成とし、
   給湯装置の主電源が切られると上記温度制御用サーミスタの設定がリセットされる構成とした給湯装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の給湯装置において、
   上記選別手段は、水回路内の水温が低下している状態で給湯開始するコールドスタートの度に温度制御用サーミスタを選別して設定を行う構成とした給湯装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の給湯装置において、
   上記温度センサは、同じ抵抗値を有する２個のサーミスタを円筒形の保護筒内に２個横並びに配置するものである給湯装置。

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