JP5970529B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、バーナ等の加熱手段により水を加熱して湯を供給する給湯装置に関する。

給湯装置では、加熱手段が水を加熱する際の消費エネルギーを削減することが試みられている。例えば、特許文献１では、熱交換器の配管に通水する水をバーナで加熱する給湯装置において、自動給湯停止時には、湯量累計が設定湯量となってから、バーナを燃焼停止した後で給湯を停止する。これによって、自動給湯停止後に給湯装置の燃焼室内の燃焼排気等の保有残存熱を有効活用し、熱交換器の配管等に湯が残ることを抑制し、熱効率を向上させている。

特開２００７−２４７９３３号公報

文献１の給湯装置では、貯湯槽への給湯が設定湯量に到達した時点で、バーナの燃焼を停止し、その後、給水弁を閉じて給湯を停止する。バーナ停止後から給湯停止までの間に、燃焼室内の残存熱を有効利用することで、熱効率を向上させている。しかしながら、文献１の給湯装置では、残存熱を利用して加熱された湯は、給湯装置内の配管もしくは給湯装置から貯湯槽までの配管から排出されずに配管内に残存するため、給湯停止直後から大気に放熱を開始する。加えて、湯量累計が設定湯量となってから燃焼を停止させ、その後、通水を停止するため、貯湯槽に必要とされる給湯量を超過して過剰に給湯が行われる。文献１の給湯装置では、熱効率を向上させたとしても、配管内に残存した湯が利用されずに放熱されたり、貯湯槽に過剰に給湯されたりすることで、結局は必要以上のエネルギーを消費することになる。

本願が開示する給湯装置は、使用者が給湯量と給湯温度を設定可能な給湯設定手段と、配管に通水された水を設定温度まで加熱する加熱手段と、加熱手段から流出する給湯流量を検知する流量検知手段と、加熱手段から流出する給湯流量を調整可能な流量調整手段と、加熱手段と流量調整手段とを制御可能な制御手段と、を備える。制御手段は、流量検知手段の検知値に基づいて加熱手段から流出する給湯流量の積算値を計算し、給湯流量の積算値が、給湯設定手段によって設定された設定湯量Ａから所定値Ｂを減じた給湯量Ａ−Ｂに達したときに、加熱手段による加熱を停止し、給湯流量の積算値が、給湯設定手段によって設定された設定湯量Ａに到達したときに、流量検知手段の検知値が零となるように流量調整手段を制御する。

上記の給湯装置によれば、給湯流量の積算値が、給湯設定手段によって設定された設定湯量Ａから所定値Ｂを減じた給湯量Ａ−Ｂに達したときに加熱手段による加熱を停止し、設定湯量Ａに到達したときに、流量検知手段の検知値が零となるように流量調整手段を制御する。設定湯量Ａの範囲内で給湯を完了するとともに、所定値Ｂの分の給湯は、加熱手段を停止した時点でその配管内に存在する湯によって賄うことができるため、加熱に使用するエネルギーを低減することができる。上記の給湯装置では、文献１のように、湯量累計が設定湯量となってから燃焼を停止させ、その後通水を停止する場合と比較して、過剰な給湯を低減し、給湯装置内の配管もしくは給湯装置から貯湯槽までの配管内に残存する加熱された湯を有効利用することができる。

上記の給湯装置では、所定値Ｂは、給湯装置内の配管の容量および／または給湯装置から給湯出口までの配管の容量に基づいて設定されてもよい。これによれば、より精度よく加熱を停止する給湯量Ａ−Ｂが設定できるため、加熱に使用されるエネルギーを低減する効果を高めることができる。

上記の給湯装置では、給湯装置の出口の温度を検知する給湯装置出口温度検知手段と、給湯出口の温度を検知する出湯温度検知手段をさらに備えていてもよい。この場合、制御手段は、流量検知手段の検知値、給湯装置出口温度検知手段の検知値および出湯温度検知手段の検知値に基づいて、給湯装置から給湯出口までの配管の容量を設定してもよい。これによれば、所定値Ｂが自動で設定できるため、使用者が自ら設定する煩わしさがない。

給湯装置の構成図。 湯はり運転のフローチャート。 通常の給湯運転のフローチャート。

（実施例）
図１に示すように、本実施の形態の給湯装置１は、給湯装置本体２と、給湯装置本体２を遠隔操作するための浴室リモコン５０及び台所リモコン７０とにより構成されている。

給湯装置本体２は、バーナ３と、バーナ３に燃焼用空気を供給するファン４と、熱交換器６と、入水管７と、出湯管８と、制御手段３０とを備えている。バーナ３は、その上方に配置された熱交換器６を加熱する。熱交換器６は、入水管７と、出湯管８との間に接続されている。入水管７の上流側の端部は水道管等に接続されている。出湯管８の下流側の端部は、給湯装置１の外側の給湯管８２に連結されている。給湯管８２は、さらに、出湯カラン８０に接続されている。水道水は、入水管７から給湯装置１に給水され、熱交換器６を通過して加熱されて湯となり、出湯管８から出湯カラン８０に給湯される。制御手段３０は、給湯装置１の全体的な作動を制御し、浴室リモコン５０及び台所リモコン７０に接続されている。

バーナ３は、燃焼量の異なる３つの燃焼部（第１燃焼部１０ａ，第２燃焼部１０ｂ，第３燃焼部１０ｃ）により構成され、これらの燃焼部の組合せによって複数段の燃焼量範囲が設定できるようになっている。バーナ３には、ガス供給管１１により燃料ガスが供給される。

ガス供給管１１には、上流側から順に、元ガス電磁弁１２、ガス比例弁１３、切替ガス電磁弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられている。元ガス電磁弁１２を開弁した状態で、切替ガス電磁弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃを開弁することによって、対応する第１燃焼部１０ａ，第２燃焼部１０ｂ，第３燃焼部１０ｃに燃料ガスが供給される。バーナ３の近傍には、バーナ３に点火するための点火プラグ１６と、バーナ３の燃焼炎を検知するフレームロッド１７が設けられている。また、点火プラグ１６に高電圧を印加して火花放電を生じさせるイグナイタ１５が設けられている。

入水管７には、入水管７に供給される水の流量（＝出湯管８からの出湯流量）を検知する流量センサ１８と、入水管７に供給される水の流量を調節する水量調整弁１９とが設けられている。また、熱交換器６をバイパスして、熱交換器６の下流側と上流側を連通するバイパス管９と、バイパス管９の開度を調節してバイパス比（熱交換器側に供給される水の流量に対するバイパス管９側に供給される水の流量の比率）を変更するバイパスサーボ２４が設けられている。

熱交換器６には、２個の過熱防止素子（バイメタルスイッチ２０及び温度ヒューズ２１）が設けられている。出湯管８には、熱交換器６の出口付近の湯の温度を検知する缶体温度センサ２２と、出湯管８から供給される湯の温度を検知する出湯温度センサ２３が設けられている。給湯管８２には、出湯カラン８０の直前の湯の温度を検知する出湯カラン温度センサ８１が設けられている。

制御手段３０は、マイクロコンピュータやメモリ等により構成された電子ユニットである。このマイクロコンピュータに給湯装置１の制御用プログラムを実行させることによって、給湯制御等を行う。制御手段３０は、湯はり運転と給湯運転とを実行可能にプログラミングされている。

制御手段３０には、フレームロッド１７の燃焼炎検知信号、流量センサ１８の流量検知信号、缶体温度センサ２２の温度検知信号、バイメタルスイッチ２０及び温度ヒューズ２１の過熱検知信号、及び出湯温度センサ２３の温度検知信号が入力される。また、制御手段３０から出力される制御信号によって、ファン４、元ガス電磁弁１２、ガス比例弁１３、切替ガス電磁弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、イグナイタ１５、水量調整弁１９、及びバイパスサーボ２４の作動が制御される。

制御手段３０は、給湯装置１が運転状態のときに、出湯管８の下流に接続された出湯カラン８０等を開けることにより入水管７への給水が開始されて、流量センサ１８の検知値が点火水量（バーナ３を点火可能な水量）以上である場合に、バーナ３の点火処理を行う。そして、制御手段３０は、出湯温度センサ２３により検知される出湯管８からの給湯温度が、浴室リモコン５０又は台所リモコン７０による設定温度となるように、ファン４の回転速度、ガス比例弁１３の開度、及び切替ガス電磁弁１４ａ，１４ｂ，１４ｃの開閉を制御して、バーナ３の燃焼量を調節する。

さらに、制御手段３０は、入水管７への給水量が多過ぎて設定温度での給湯ができないときに、水量調整弁１９により入水管７への給水量を制限する。また、給湯制御手段３１は、使用者が断続的に湯を使用する際の出湯温度の変動を抑制するために、バイパスサーボ２４によりバイパス比を調節する。

給湯装置１の湯はり運転と給湯運転について、図２，３を用いて説明する。

浴室リモコン５０によって、使用者が給湯量と給湯温度を設定し、湯はりスイッチを押すと、制御手段３０は、図２のフローチャートに従って湯はり運転を実行する。湯はり運転が開始すると、制御手段３０は、水量調整弁１９を開にし、入水管７から給湯装置本体２に給水できる状態にする。

ステップＳ２０１では、制御手段３０は、浴室リモコン５０に出湯カラン８０を開くことを報知する。使用者が出湯カラン８０を開くと、入水管７への給水が開始される。ステップＳ２０３では、制御手段３０は、流量センサ１８の検知値が点火水量以上であるか否かを判定する。流量センサ１８の検知値が点火水量未満である場合には、ステップＳ２０３の判定が繰り返される。流量センサ１８の検知値が点火水量以上である場合には、制御手段３０は、バーナ３を点火して燃焼を開始し（ステップＳ２０５）、続いて給湯運転が実行される（ステップＳ２０７）。給湯運転では、制御手段３０は、出湯温度センサ２３により検知される出湯管８からの給湯温度が、使用者が設定した設定温度となるように、バーナ３の燃焼量を調節する。

ステップＳ２０９では、制御手段３０は、流量センサ１８の検知値に基づいて給湯装置本体２から流出する給湯流量の積算湯量を計算し、積算湯量が、浴室リモコン５０によって設定された設定湯量Ａから所定値Ｂを減じた給湯量Ａ−Ｂ以上か否かを判定する。ここで、所定値Ｂは、給湯装置1内の出湯管８および熱交換器６の配管の配管容量の合計値Ｘとして、制御手段３０のメモリに記憶されている（Ｂ＝Ｘ）。

積算湯量が給湯量（Ａ−Ｂ）に満たない場合には、ステップＳ２０７に戻り、制御手段３０は、給湯運転を継続する。積算湯量が給湯量（Ａ−Ｂ）以上である場合には、制御手段３０は、元ガス電磁弁１２を閉じて、バーナ３の燃焼を停止する（ステップＳ２１１）。その後、制御手段３０は、バーナ３が点火していない状態で、入水管７から熱交換器６側に給水する給水運転を実行する（ステップＳ２１３）。給水運転において、バーナ３による加熱を停止した時点で出湯管８、熱交換器６および給湯管８２の配管内に存在している湯が、入水管７から熱交換器６に給水される水に押し出されて、出湯カラン８０から給湯される。

次に、ステップＳ２１５では、制御手段３０は、積算湯量が、設定湯量Ａ以上か否かを判定する。積算湯量が設定湯量Ａに満たない場合には、ステップＳ２１３に戻り、制御手段は、給水運転を継続する。積算湯量が設定湯量Ａ以上である場合には、制御手段３０は、流量センサ１８の検知値が零となるように水量調整弁１９を全閉し、給湯装置本体２への給水を停止する（ステップＳ２１７）

最後に、ステップＳ２１９では、制御手段３０は、出湯カラン８０の閉止を報知するように、浴室リモコン５０および台所リモコン７０に指示し、湯はり運転を終了する。

給湯装置１では、湯はり運転の他に、給湯運転も実行できる。使用者が浴室リモコン５０または台所リモコン７０の給湯スイッチを押し、給湯温度を設定すると、制御手段３０は、図３のフローチャートに従って給湯運転を実行する。給湯運転が開始すると、制御手段３０は、水量調整弁１９を開にし、入水管７から給湯装置本体２に給水できる状態にする。使用者が出湯カラン８０を開くと、入水管７への給水が開始される。

ステップＳ３０１では、制御手段３０は、流量センサ１８の検知値が点火水量以上であるか否かを判定する。流量センサ１８の検知値が点火水量未満である場合には、制御手段３０は、ステップＳ３０１の判定を繰り返す。流量センサ１８の検知値が点火水量以上である場合には、制御手段３０は、バーナ３を点火して燃焼を開始し（ステップＳ３０３）、続いて給湯運転が実行される（ステップＳ３０５）。これによって、出湯カラン８０等から給湯される。

給湯運転（ステップＳ３０５）が開始すると、制御手段３０は、流量センサ１８の検知値が消火水量（バーナ３を消火すべき水量）未満であるか否かの判定を行う。流量センサ１８の検知値が消火水量以上である場合には、バーナ３の燃焼を継続し、給湯運転が続行される（ステップＳ３０５）。流量センサ１８の検知値が消火水量未満である場合には、制御手段３０は、元ガス電磁弁１２を閉じて、バーナ３の燃焼を停止し（ステップＳ３０９）、給湯運転を終了する。

上記のとおり、給湯装置１によれば、制御手段３０は、流量センサ１８（流量検知手段の一例である）の検知値から給湯流量の積算値を計算し、この給湯流量の積算値が、浴室リモコン５０及び台所リモコン７０（給湯設定手段の一例である）によって使用者が設定した設定湯量Ａから所定値Ｂを減じた給湯量Ａ−Ｂに達したときにバーナ３（加熱手段の一例である）による加熱を停止する。また、制御手段３０は、この給湯流量の積算値が設定湯量Ａに到達したときに、流量センサ１８の検知値が零となるように水量調整弁１９（流量調整手段の一例である）を制御する。ここで、所定値Ｂは、給湯装置１内の出湯管８および熱交換器６の配管容量の合計値に設定されている値である。バーナ３による加熱を停止した時点で、出湯管８および熱交換器６の配管内には、湯が存在しているから、所定値Ｂは、バーナ３による加熱を停止した時点で、給湯装置１内の配管に存在している湯の総量である。給湯装置１によれば、設定湯量Ａの範囲内で給湯を完了するとともに、所定値Ｂの分の給湯は、バーナ３を停止した時点で、給湯装置１内の配管内に存在する湯によって賄うことができるため、加熱に使用するエネルギーを低減することができる。また、給湯装置１では、文献１のように湯量累計が設定湯量となってから燃焼を停止させ、その後通水を停止する場合と比較して、過剰な給湯を低減し、給湯装置１内の配管もしくは給湯装置１から出湯カラン８０までの配管内に残存する加熱された湯を有効利用することができる。

（変形例１）
上記の実施例では、給湯装置１内の出湯管８および熱交換器６の配管容量の合計値を所定値Ｂとして用いたが、これに限定されない。所定値Ｂは、給湯装置１内の配管の容量および／または給湯装置１から給湯出口までの配管の容量に基づいて設定される値であればよい。給湯装置１内の配管の容量および／または給湯装置１から給湯出口までの配管の容量に基づいて所定値Ｂを設定することで、より精度よく加熱を停止する給湯量Ａ−Ｂが設定でき、加熱に使用されるエネルギーを低減する効果を高めることができる。

例えば、所定値Ｂは、制御手段３０が計算した給湯管８２の配管容量の計算値Ｙであってもよい（Ｂ＝Ｙ）。給湯管８２の配管容量は、一般に、使用者の住居ごとに相違する。給湯管８２の配管容量を所定値Ｂとして用いる場合には、給湯装置１を設置した後に制御手段３０が給湯管８２の配管容量の計算値Ｙを計算できることが好ましい。また、制御手段３０が計算によって所定値Ｂを自動で設定するため、使用者が自ら設定する煩わしさがない。

計算値Ｙを計算するために、給湯装置１は、出湯温度センサ２３（給湯装置出口温度検知手段の一例である）、出湯カラン温度センサ８１（出湯温度検知手段の一例である）を備えていることが好ましい。計算値Ｙは、給湯管８２を流れる湯の流量Ｗと、この湯が出湯温度センサ２３から出湯カラン温度センサ８１に到達するまでの時間ｔとの積によって概算できる。

制御手段３０は、給湯装置１が使用者の住居に設置された後の最初の湯はり運転において、計算値Ｙを計算し、メモリに記憶してもよい。この場合、湯はり運転において、給湯運転（ステップＳ２０７）が開始すると、制御手段３０は、出湯温度センサ２３の検知値が使用者が設定した設定温度に到達した時刻ｔ１と、出湯カラン温度センサ８１の検知値が使用者が設定した設定温度に到達した時刻ｔ２をメモリに記憶する。そして、制御手段３０は、時間ｔを、ｔ＝ｔ２−ｔ１の式によって計算し、流量センサ１８の検知する流量Ｗと、時間ｔとの積（Ｗｔ）を計算値Ｙ（Ｙ＝Ｗｔ）としてメモリに記憶する。また、制御手段３０は、給湯装置１が使用者の住居に設置された後、定期的に計算値Ｙを再計算してメモリに記憶された計算値Ｙを更新してもよい。

また、所定値Ｂは、制御手段３０のメモリに予め記憶されている給湯装置１内の出湯管８および熱交換器６の配管の配管容量の合計値Ｘと、制御手段３０が計算した給湯管８２の配管容量の計算値Ｙとの和であってもよい。（Ｂ＝Ｘ＋Ｙ）。給湯装置１ごとに知ることのできる、出湯管８および熱交換器６の配管の配管容量の合計値Ｘは予め制御手段３０に記憶させた上で、使用者の住居ごとに相違する給湯管８２の配管容量は、給湯装置１を設置した後に制御手段３０が算出できるようにしたことで、給湯装置１から出湯カラン８０までの間の配管内に存在する湯量により近い値を所定値Ｂとして設定することができ、加熱に使用するエネルギーを低減することができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１：給湯装置
２：給湯装置本体
３：バーナ
６：熱交換器
７：入水管
８：出湯管
１８：流量センサ
１９：水量調整弁
３０：制御手段
５０：浴室リモコン
７０：台所リモコン
８０：出湯カラン
８２：給湯管

Claims (3)

1. 使用者が給湯量と給湯温度を設定可能な給湯設定手段と、
   配管に通水された水を設定温度まで加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段から流出する給湯流量を検知する流量検知手段と、
   前記加熱手段から流出する給湯流量を調整可能な流量調整手段と、
   前記加熱手段と、前記流量調整手段とを制御可能な制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記流量検知手段の検知値に基づいて前記加熱手段から流出する給湯流量の積算値を計算し、
   前記給湯流量の積算値が、前記給湯設定手段によって設定された設定湯量Ａから所定値Ｂを減じた給湯量Ａ−Ｂに達したときに、前記加熱手段による加熱を停止し、
   前記給湯流量の積算値が、前記給湯設定手段によって設定された設定湯量Ａに到達したときに、前記流量検知手段の検知値が零となるように前記流量調整手段を制御する、給湯装置。
2. 前記所定値Ｂは、前記給湯装置内の配管の容量および／または前記給湯装置から給湯出口までの配管の容量に基づいて設定される、請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記給湯装置は、前記給湯装置の出口の温度を検知する給湯装置出口温度検知手段と、前記給湯出口の温度を検知する出湯温度検知手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記流量検知手段の検知値、前記給湯装置出口温度検知手段の検知値および前記出湯温度検知手段の検知値に基づいて、前記給湯装置から給湯出口までの配管の容量を設定する、請求項２に記載の給湯装置。

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