JPH0633903B2 - バイパスミキシング式給湯器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、熱交換器を通過した湯と、熱交換器をバイパ
スした水とを混合して湯を供給するバイパスミキシング
式給湯器に関する。

［従来の技術］ 給湯器は、燃料の燃焼によって得られた熱と、水とを熱
交換する熱交換器の温度が低いと、燃料の燃焼によって
発生した水が熱交換器に付着してしまう。

そこで、熱交換器をバイパスするバイパス水路を設け、
熱交換器を通過し加熱された湯とバイパス水路を通過し
た水とを熱交換器の下流でミキシングし、熱交換器の温
度を高く維持して、給湯器より得られる湯温を低くする
バイパスミキシング式の給湯器が知られている。

従来のバイパスミキシング式の給湯器は、熱交換器とバ
イパス水路との分岐部より熱交換器側で、且つ熱交換器
の上流に、熱交換器へ流入する水量を一定に保つガバナ
弁が設けられ、混合後の出湯温度に応じて、燃焼量と、
バイパス水路に設けられた絞り弁の開度とをフィードバ
ック制御することにより所望の湯を得ていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、従来のバイパスミキシング式の給湯器は、給
湯器に流入する水圧が変化すると、バイパス水路を流れ
る水量が変化する。このため、ミキシング後の出湯温度
が水圧の変動によって変動してしまう。

そして、従来の制御装置が、出湯温度が変動してから、
その変動に応じて燃焼量と、バイパス水路の絞り弁の開
度とを制御していた。しかるに、従来のバイパスミキシ
ング式の給湯器は、出湯温度が変化してから、出湯温度
が目的の温度となるように制御するものであったため、
出湯温度が安定しない問題点を備えていた。

そこで、本出願人は、今回、上記問題点を解決する技術
を考案した。この考案は、熱交換器とバイパス水路との
分岐部の上流、または合流部の下流に、熱交換器とバイ
パス水路とを通過する水の総量を規制する絞りを設けた
ものである。この技術は、熱交換器とバイパス水路とを
通過する水の比率を一定にするものである。

これは、給湯器に供給される水圧が変化しても、熱交換
器を通過し、加熱された湯量と、バイパス水路を通過し
た水量とが、常に一定に比率となるため、ミキシング後
の出湯温度が安定する。

そして、この技術は、次の技術を追加することにより、
出湯温度を設定温度とすることができる。その技術と
は、給湯器のバイパス水路に、バイパス水路を通過する
水量を調節可能な絞り弁を設ける。そして、その絞り弁
は、絞り弁制御手段によって、入水量、設定温度、入水
温度等から開度を決定する。そしてさらに、開度補正手
段によって混合後の出湯温度と、設定温度とに誤差が生
じた場合、この誤差をなくすように、絞り弁制御手段に
よって決定された開度を補正するものである。

しかるに、フィードバックにより、絞り弁の開度を補正
するということは、出湯毎に、絞り弁制御手段（フィー
ドフォワード）によって決定された絞りの開度から、開
度補正手段（フィードバック）により補正された開度に
移行することを意味する。これは、出湯毎に、設定温度
とは異なった出湯温度から、設定温度へ変動することを
意味する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、供給される水圧が変化しても出湯温度が変化するこ
となく安定した出湯温度を得るとともに、出湯開始初期
から設定温度の湯を供給することのできるバイパスミキ
シング式給湯器の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、第１図に示すよう
に、燃料の燃焼によって得られた熱と水とを熱交換し、
水を加熱する熱交換器１と、該熱交換器１をバイパスす
るバイパス水路２と、前記熱交換器１と前記バイパス水
路２との分岐部の上流、または合流部の下部に、前記熱
交換器１と前記バイパス水路２とを通過する水の総量を
規制する絞り３と、前記バイパス水路２に設けられ、開
度の調節を行うことにより、前記バイパス水路２を通過
する水量の調節を行う絞り弁と、前記熱交換器および前
記バイパス水路に流入する水量を検出する水量検出セン
サ、出湯温度を設定可能なコントローラ、前記熱交換器
および前記バイパス水路に流入する水温を検出する入水
温センサ、前記熱交換器および前記バイパス水路を通過
し、混合された湯温を検出する出湯温センサを少なくと
も備えるとともに、前記水量検出センサ、前記コントロ
ーラ、前記入水温センサ等で設定あるいは検出された入
水量、設定温度、入水温度等から出湯される湯が設定温
度を得るに必要な前記絞り弁４の開度を決定する絞り弁
制御手段５、出湯温度より前記絞り弁４の開度を補正す
る開度補正手段６、および該開度補正手段６による補正
量を記憶する記憶手段７を備え、出湯開始時に、前記記
憶手段７に記憶された前回の出湯時の補正量を加味して
前記絞り弁４の開度を決定する制御装置８とを具備する
ことを技術的手段とする。

［作用］ 出湯開度時について説明する。

出湯が開始されると、絞り弁制御手段で入水量、設定温
度、入水温度等から設定温度を得るに必要な絞り弁の開
度が決定される。そして、この絞り弁制御手段で決定さ
れた開度には、回路記憶手段に記憶された、前回の出湯
時の、開度補正手段によって補正された開度が加味され
る。

これにより、出湯開始直後から、器具のバラツキ等によ
る出湯温度と設定温度との誤差が補正される。

［発明の効果］ 本発明によれば、出湯開始直後から、器具のバラツキ等
による誤差が、絞り弁の開度によって修正される。この
ため器具のバラツキ等が発生しても、出湯毎に設定温度
の湯を供給することができる。

［実施例］ 次に、本発明のバイパスミキシング式給湯器を図に示す
一実施例に基づき説明する。

第２図にバイパスミキシング式のガス給湯器の概略図を
示す。

このガス給湯器は、大別して燃焼部10と、ガス供給配管
20と、水配管30と、制御装置40とから構成されている。

燃焼部10は、セラミック製の表面燃焼式バーナ11を内部
に配設した燃焼ケース12と、この燃焼ケース12内に燃焼
用の空気を供給する送風機13とからなり、送風機13によ
って燃焼ケース12内に導かれた燃焼用の空気は、燃焼
後、燃焼ガスとして図示しない排気口より排出される。

ガス供給配管20は、送風機13の遠心式ファン14の内周に
開口するノズル21へ、燃料のガスを供給するもので、上
流側より元電磁弁22、主電磁弁23、比例弁24が順次設け
られている。比例弁24の下流は２つに分岐され、一方に
は切替用電磁弁25、他方にはオリフィス26が設けられて
いる。なお、元電磁弁22、主電磁弁23および切替用電磁
弁25は、通電制御によってガス供給配管20を開閉するも
ので、比例弁24は通電量に応じて開口比が変化し、ノズ
ル21に供給されるガス量を調節するものである。

水配管30は、一方が水の供給源に接続され、他方が給湯
口に接続されるもので、バーナ11のガスの燃焼によって
発生する熱と内部を流れる水とを熱交換し、内部を通過
する水を加熱する熱交換器31と、この熱交換器31をバイ
パスするバイパス水路32とを備える。

熱交換器31とバイパス水路32との分岐部の上流の水配管
30には、熱交換器31とバイパス水路32とを通過する水の
総量を規制する本発明の絞りの機能と、ガバナ弁の機能
とが組み合わされた電動水量制御装置33が設けられてい
る。また、バイパス水路32にも、バイパス水路32を通過
する水量を、開度を可変することによって調節する絞り
弁34が設けられている。

なお、電動水量制御装置33の絞りは、熱交換器31および
バイパス水路32へ通過する水の総量を規制すべく、絞り
弁34と同じか、絞り弁34より小さく設定されている。ま
た、電動水量制御装置33と絞り弁34の絞りは、可変可能
に設けられており、その調節する手段として、水路を開
閉可能な弁体をギアドモータによって駆動している。

制御装置40は、第３図に示すように、マイクロコンピュ
ータ41、リレー回路42および駆動回路43から構成される
もので、使用者によって操作されるコントローラ44や各
種センサの出力に応じて、バーナ11に着火を行うスパー
カ45、元電磁弁22、主電磁弁23、比例弁24、切替用電磁
弁25、電動水量制御装置33、絞り弁34を通電制御するも
のである。

制御装置40の各種センサは、バーナ11の炎の検出および
空燃比を検出するためのフレームロッド46およびサーモ
カップル47、電動水量制御装置33および絞り弁34の弁体
に連動し、開度を検出するポテンショメータ48、49、送
風機13の回転速度を検出する風量検出センサ50、熱交換
器31およびバイパス水路32に流入する水温を検出する入
水温センサ51、熱交換器31を通過した湯温を検出する湯
温センサ52、熱交換器31およびバイパス水路32を通過
し、混合された湯温を検出する出湯温センサ53、熱交換
器31およびバイパス水路32に流入する水量を検出する水
量検出センサ54を備える。

次に、マイクロコンピュータ41による燃焼制御、および
水量制御について簡単に説明する。

燃焼制御は、使用者が給湯口に接続されたカランを操作
し、水配管30に水流が生じると、水量検出センサ54内の
回転体が回転し、燃焼が開始される。この燃焼量は、コ
ントローラ44によって設定された出湯温度が得られるよ
うに、各種センサによって得られた水量、入水温度、熱
交換器31とバイパス水路32との混合湯温（出湯温度）等
より決定され、送風機13は決定された燃焼量に応じた風
量をバーナ11に供給するように通電制御される。そし
て、送風機13の回転速度やバーナ11の炎の温度に応じた
ガス量が得られるように、比例弁24および切替用電磁弁
25が通電制御される。

また、絞り弁34は、熱交換器31の湯温が、燃焼によって
発生した水（ドレン水）が熱交換器31に付着しない温度
（例えば60℃）以上に維持されるように、入水温度、熱
交換器31を通過した湯温、出湯温度より算出された適切
な開度で固定される。なお、絞り弁34の開度の固定は、
入水量が低下した際や、設定温度が低下した際に解除さ
れ、入水量の低下、設定温度の低下に応じて算出された
開度となるように絞り弁34が通電制御される。

また、電動水量制御装置33は、出湯温度が得られるに必
要な最大流量を越えないように通電制御される。

本実施例の給湯器は、熱交換器31およびバイパス水路32
の分岐部の上流に、熱交換器31およびバイパス水路32を
通過する水の総量を規制する、絞りおよびガバナ弁の機
能を有する電動水量制御装置33を備える。このため、給
湯器を通過する水圧が変化しても、ミキシング比が変化
しない。この結果、流出する出湯温度が安定する。

一方、コンピュータ41には、本発明の絞り弁制御手段5
5、開度補正手段56および記憶手段57がプログラムされ
ている。

絞り弁制御手段55は、フィードフォワードにより、出湯
温度が設定温度となるように、絞り弁34の開度を設定す
るもので、コントローラ44に設定された設定温度、入水
温センサ51により検出された入水温度、水量検出センサ
54により検出された入水量、および燃焼部10における燃
焼量等から開度を決定する。

開度補正手段56は、器具のバラツキ等により、絞り弁制
御手段55の決定した開度では出湯温度が設定温度と一致
しない場合に働く。これは、出湯温度と設定温度とに誤
差が生じた場合、この誤差をなくすように補正量が決定
され、この補正量に応じて、絞り弁制御手段55によって
決定された開度を増減させるものである。

記憶手段57は、出湯時における開度補正手段56の補正量
の平均値、あるいは出湯終了直前の補正量を記憶するも
のである。

そして、記憶手段57に記憶された補正量は、次の出湯開
始時に、開度補正手段56の初期値とされる。

次に、絞り弁制御手段55、開度補正手段56、記憶手段57
の作動の一例を、図４のフローチャートを用いて説明す
る。

出湯開始指示が与えられると（スタート）、コントロー
ラの作動指示や、各センサの信号を入力する（ステップ
Ｓ１）。次に、コントローラ44で設定された設定温度、
入水温センサ51により検出された入水温度、水量検出セ
ンサ54により検出された入水量、および燃焼部10におけ
る燃焼量等から、絞り弁34の開度（フィードフォワード
値）を算出、決定する（ステップＳ２）。続いて、前回
記憶しておいたフィードバック値を記憶手段57から読み
込む（ステップＳ３）。そして、フィードフォワード値
とフィードバック値から、絞り弁34の開度を算出し（ス
テップＳ４）、このステップＳ４で算出された開度が得
られるように、絞り弁34の開度を駆動する出力を発生す
る（ステップＳ５）。これによって、出湯開始直後か
ら、器具のバラツキ等による出湯温度と設定温度との誤
差が補正される。

ステップＳ５の実行後（例えば出湯温度が安定した時期
に）、コントローラの作動指示や、各センサの信号を入
力する（ステップＳ６）。次に、設定温度、入水温度、
入水量、燃焼量等から、絞り弁34の開度（フィードフォ
ワード値）を算出、決定する（ステップＳ７）。続い
て、設定温度と出湯温センサ53で検出された出湯温度と
に差が生じたか否かを判定し（ステップＳ８）、この判
定結果がNOの場合はステップＳ７で算出された開度が得
られるように、絞り弁34の開度を駆動する出力を発生す
る（ステップＳ９）。また、ステップＳ８の判断結果が
YESの場合は、設定温度と出湯温度との差から、絞り弁3
4の補正値（フィードバック値）を算出する（ステップ
Ｓ10）。そして、ステップＳ７で算出されたフィードフ
ォワード値とステップＳ10で算出されたフィードバック
値から、絞り弁34の開度を算出し（ステップＳ11）、こ
のステップＳ11で算出された開度が得られるように、絞
り弁34の開度を駆動する出力を発生する（ステップＳ1
2）。

次に、出湯停止指示が与えられたか否かの判断を行い
（ステップＳ13）、この判断結果がNOの場合はステップ
Ｓ６へ戻る。また、この判断結果がYESの場合は、最新
のフィードバック値を記憶手段57に記憶し（ステップＳ
14）、その後、給湯器の運転を停止する。

上記により、出湯が開始されると、記憶手段57に記憶さ
れた補正量が、開度補正手段56の初期値として与えら
れ、絞り弁制御手段55でフィードフォワードにより決定
された開度に加算される。すると、出湯開始直後から、
器具のバラツキ等による出湯温度と設定温度との誤差が
補正される。

この結果、本実施例のバイパスミキシング式給湯器は、
出湯毎に器具のバラツキの影響を受けることなく、設定
温度の湯を安定して供給することができる。

（変形例） 本実施例では絞りを可変可能に設けた例を示したが、固
定絞りとしても良い。ガバナ弁と分離させて良いことは
言うまでもない。

絞りを熱交換器とバイパス水路との分岐部の上流位置に
設けたが、合流部の下流に設けても良い。

燃焼にガスを用いた例を示したが、灯油や重油など液体
燃料を用いた給湯器に適用しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図はバイ
パスミキシング式のガス給湯器の概略構成図、第３図は
制御装置の概略ブロック図、第４図は制御装置の要部の
作動を流れを示すフローチャートである。 図中１……熱交換器、２……バイパス水路 ３……絞り、４……絞り弁 ５……絞り弁制御手段 ６……開度補正手段、７……記憶手段 ８……制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(a)燃料の燃焼によって得られた熱と水と
   を熱交換し、水を加熱する熱交換器と、 (b)該熱交換器をバイパスするバイパス水路と、 (c)前記熱交換器と前記バイパス水路との分岐部の上
   流、または合流部の下流に、前記熱交換器と前記バイパ
   ス水路とを通過する水の総量を規制する絞りと、 (d)前記バイパス水路に設けられ、開度の調節を行うこ
   とにより、前記バイパス水路を通過する水量の調節を行
   う絞り弁と、 (e)前記熱交換器および前記バイパス水路に流入する水
   量を検出する水量検出センサ、出湯温度を設定可能なコ
   ントローラ、前記熱交換器および前記バイパス水路に流
   入する水温を検出する入水温センサ、前記熱交換器およ
   び前記バイパス水路を通過し、混合された湯温を検出す
   る出湯温センサを少なくとも備えるとともに、 前記水量検出センサ、前記コントローラ、前記入水温セ
   ンサ等で設定あるいは検出された入水量、設定温度、入
   水温度等から設定温度を得るに必要な前記絞り弁の開度
   を決定する絞り弁制御手段、出湯温度より前記絞り弁の
   開度を補正する開度補正手段、該開度補正手段による補
   正量を記憶する記憶手段を備え、 出湯開始時に、前記記憶手段に記憶された前回の出湯時
   の補正量を加味して前記絞り弁の開度を決定する制御装
   置と を具備するバイパスミキシング式給湯器。