JPH0756411B2 - 温水給湯器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は温水給湯器に関する。

＜従来の技術とその問題点＞ 温水給湯器として、従来例えば特開昭60−142115号公報
に記載の給湯器がある。

この給湯器は、設定された給湯温度に対して、フィード
フォワード制御とフィードバック制御を組み合わせて、
バーナの燃焼量を制御し、瞬間加熱された出湯水をその
まま給湯水として供給するようにした装置である。

ところがこの瞬間加熱式給湯器においては、通常、バー
ナの最小燃焼熱量が定められていることから、給湯温度
を前記バーナの最小燃焼熱量以下で得られる温度にした
い場合には、前記バーナをオンオフさせて所望の給湯温
度を得なければならない。よって、バーナが点火してい
る間は設定給湯温度よりも高い温水が給湯されるなど、
給湯温度が安定せず、温度変化の大きい給湯がなされて
しまうことになる。

この様な欠点を解消するために、サーモミキシングバル
ブを併用して設け、瞬間加熱されて出湯してきた湯に水
を適当に混合させ、最終的に安定した温度の給湯を得る
ことも考えられる。

ところがミキシングバルブを単に併用するだけでは、例
えばある一定の温度で一定流量の給湯を得ようとする場
合、瞬間加熱による出湯水の温度が高く、その量が少な
く、代わりにサーモミキシングバルブで加わる水の量が
多い場合でも調整され得るし、また逆に出湯水の温度が
あまり高くなく、その量が多く、代わりにサーモミキシ
ングバルブで加わる水が少ない場合でも同じ温度に調整
され得る。

よって、サーモミキシングバルブを単に付加するだけで
は、サーモミキシングバルブによって加えられる水の量
が多くなると、バーナの燃焼で加熱されるべき水量が非
常に少なくてすむことになってしまい、その結果、本来
バーナの最小燃焼熱量以上で連続燃焼されて加熱される
はずの状況にあっても、結局バーナによる燃焼がオンオ
フ燃焼となってしまう欠点がある。また場合によれば、
熱交換器を通過する水量が最低作動水量未満まで一次的
に低下したりする問題もあった。ここで最低作動水量と
いうのは、装置の安全上の立場から通常定められている
水量で、瞬間加熱されるべき水が最低作動水量以下しか
流れない場合にはバーナは点火されない。

＜目的＞ そこで本発明は上記サーモミキシングバルブが併用され
ない瞬間加熱式の温水給湯器における欠点を解消すると
共に、サーモミキシングバルブを併用した場合における
必要以上のオンオフ燃焼、即ち本来的にはバーナの連続
燃焼によって設定給湯温度の温水を出湯することができ
るにもかかわらずオンオフ燃焼となってしまうのを防止
し、広範囲の給湯温度に対し正確で安定した温度にて給
湯が行える温水給湯器の提供を目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、瞬間加熱式の熱交換器２と、該熱交換器２を
加熱するバーナ11と、前記熱交換器２への入水管１に設
けられる入水流量センサ８と入水温度センサ９及び熱交
換器２からの出湯管３に設けられる出湯温度センサ10
と、前記入水管１と熱交換器２と出湯管３とをバイパス
するバイパス管４と、前記出湯温度センサ10の位置より
も下流位置で出湯管３からの温水と前記バイパス管４か
らの水を混水して給湯管６に供給するサーモミキシング
バルブ５とを有し、且つ前記入水流量センサ８の検出す
る入水流量と前記入水温度センサ９が検出する入水温度
と設定給湯温度から演算される必要燃焼熱量が前記バー
ナ11の最大燃焼熱量から最小燃焼熱量までの範囲にある
場合には、前記必要燃焼熱量になるようにバーナ11を連
続燃焼にてフィードフォワード制御すると共に出湯温度
センサ10が検出する出湯温度と設定給湯温度との差によ
り前記バーナ11を比例制御による連続燃焼にてフィード
バック制御することで、一方、前記必要燃焼熱量が前記
バーナ11の最小燃焼熱量未満の場合には、バーナ11をオ
ンオフ燃焼にて制御することで、それぞれ前記出湯温度
センサ10の検出温度が設定給湯温度になるよう制御し、
さらに前記出湯温度センサ10よりも下流にあるサーモミ
キシングバルブ５をその出口側温度が設定給湯温度にな
るように制御するコントローラ20を有することを特徴と
している。

＜作用＞ 入水温度と入水流量と設定給湯温度とから演算されるバ
ーナ11の必要燃焼熱量が、バーナ11の最大燃焼熱量から
最小燃焼熱量までの範囲にある場合には、コントローラ
20により、先ずフィードフォワード制御によってバーナ
11の燃焼熱量が前記必要燃焼熱量となるようバーナ11が
連続燃焼される。そして更にコントローラ20により、出
湯管３の出湯温度センサ10の検出出湯温度が設定給湯温
度と比較され、比例制御によって出湯温度が設定給湯温
度になるようバーナが連続燃焼される。即ち、必要燃焼
熱量がバーナ11の最大燃焼熱量から最小燃焼熱量までの
範囲にある場合には、コントローラ20により熱交換器２
からの出湯温度自体が設定給湯温度となるようにバーナ
11が連続燃焼制御される。更にバーナ11の燃焼制御に加
えて、コントローラ20により、前記出湯温度を検出する
出湯温度センサ10よりも下流に配置されるサーモミキシ
ングバルブ５が、そのバルブ５の出口側温度が設定給湯
温度になるように混水制御される。

以上、必要燃焼熱量がバーナ11の最大燃焼熱量から最小
燃焼熱量までの範囲にある場合には、バーナ11の連続燃
焼によって出湯温度自体が設定給湯温度になるよう調節
されるので、出湯温度自体が安定し、且つサーモミキシ
ングバルブ５による温度調節は実質上付属的になり、温
度変動の少ない温水が設定給湯温度で安定して給湯され
ることになる。

一方、比較的低い給湯温度が設定されることにより必要
燃焼熱量がバーナ11の最小燃焼熱量未満となる場合に
は、コントローラ20により、出湯温度センサ10の検出出
湯温度が設定給湯温度になるよう、バーナ11がオンオフ
燃焼制御せられる。このオンオフ燃焼制御の場合は実際
の出湯温度にかなりの温度変動が生じる。が、コントロ
ーラ20により、更にサーモミキシングバルブ５が、その
バルブ５の出口側温度が設定給湯温度になるように混水
制御されるので、前記温度変動の大きい出湯温水が混水
によって設定給湯温度での安定した温水に温度調整され
る。

＜実施例＞ 第１図は本発明の実施装置の全体構成図、第２図は熱交
換器による出湯能力範囲を示す図、第３図はバーナがオ
ンオフ燃焼を行う場合の出湯温度変化と給湯温度を示す
図、第４図はコントローラによる制御例を示すフローチ
ャートである。

水源からの水が入水管１を通って瞬間加熱式の熱交換器
２に入り、出湯管３に出湯される。前記水源からの水
は、その一部が入水管１と熱交換器２と出湯管３とをバ
イパスするバイパス管４に流れ、サーモミキシングバル
ブ５により前記出湯管３を流れてくる温水と混合できる
ようになされている。サーモミキシングバルブ５からは
給湯管６が延長され、未満の給湯栓７等から給湯され
る。前記入水管１には入水量を検出する入水流量センサ
８と、入水温度を検出する入水温度センサ９が設けられ
ている。また前記出湯管３には出湯温度を検出する出湯
温度センサ10が設けられている。前記サーモミキシング
バルブ５は当然ながら前記出湯温度センサ10よりも下流
に配置されている。

前記熱交換器２を加熱するバーナ11は、例えばオイルバ
ーナとされる。バーナ11はその最大燃焼熱量と最小燃焼
熱量の範囲内で連続燃焼の燃焼調節をすることができ
る。が、その範囲以外の燃焼熱量をもって連続燃焼する
ことはできない。前記最大燃焼熱量から最小燃焼燃量ま
での範囲においては、フィードフォワード制御による連
続燃焼と、比例制御弁12による比例制御でのフィードバ
ック制御による連続燃焼を行うことができる。

前記比例制御弁12は燃料供給を停止することにより、バ
ーナ11の燃焼を結果的にオンオフ燃焼制御することがで
きる。前記バーナ11の最小燃焼熱量未満の熱量が必要な
場合には、オンオフ燃焼制御となる。

比例制御弁12の駆動はコントローラ20からの指令によ
り、制御弁駆動回路13を介して行われる。

前記サーモミキシングバルブ５の駆動は、ミキシングバ
ルブ駆動回路14により行われる。該駆動回路14は、温度
設定器15からの指令及びサーモミキシングバルブ５から
の給湯温度情報により、サーモミキシングバルブ５を設
定された給湯温度になるよう所定の開口度に調整する。

温度設定器15は給湯温度を設定するもので、例えば給湯
器の遠隔操作器の一部として設けられる。

前記コントローラ20は、例えばマイコン内蔵のコントロ
ーラとして構成され、機能的には、フィードフォワード
制御部21とフィードバック制御部22とからなる。

フィードフォワード制御部21は、設定された給湯温度に
対して前記入水流量センサ８と入水温度センサ９とから
の入水量及び入水温度から、出湯温度が前記設定湯温度
になるようにバーナによる必要燃焼熱量を演算し、バー
ナ11の必要燃焼熱量に対応する燃料を供給すべく前記制
御弁駆動回路13を介して比例制御弁12に指令を出す。

フィードバック制御部22は、前記出湯温度センサ10が検
出する出湯温度と設定給湯温度とを比較し、その差に応
じて燃焼熱量が増減されるよう、対応する燃料供給の増
減指令を前記制御弁駆動回路13を介して比例制御弁12へ
出す。

第２図において、符号Ａで示す領域は、比例制御弁12に
よってバーナ11の連続燃焼を最大燃焼熱量から最小燃焼
熱量の間で行うことによって得ることができる出湯量と
出湯温度の関係を示す領域である。すなわちバーナ11を
連続燃焼させつつ、その温水の温度と量を自由変更する
ことができる領域を示す。この領域Ａを比例制御領域と
する。また破線Ｘは、バーナ11を連続運転している限
り、いくら出湯量を多くしてもそれ以上低い出湯温度を
得ることができない限界を示す線である。一方、破線Ｙ
はその流量以下ではバーナ11が点火しない最低作動水量
を示す線である。また線Ｚはバーナ11を最小燃焼熱量を
得るところで燃焼した時に得られる出湯温度と出湯量の
関係を示す線である。線Ｘと線Ｙと線Ｚで囲まれる領域
Ｂは、バーナ11がオンオフ燃焼制御される領域である。

図４に示すコントローラ20による制御フローチャートも
参照してさらに説明する。今、温度設定器15で設定給湯
温度が定められ、給湯栓が開かれることにより、第２図
の点ａで示される給湯量、給湯温度での給湯が設定され
場合について説明する。先ず設定給湯温度が設定され、
給湯栓７が開かれると、水が入水管１を通って熱交換缶
体２に供給される。コントローラ20は入水温度センサ９
からの入水温度と入水流量センサ８からの入水流量と前
記設定された設定給湯温度とからバーナ11による必要燃
焼熱量を演算する（S1）。そして演算された必要燃焼熱
量がバーナ11の最大燃焼熱量から最小熱焼熱量までの範
囲に入っているか否かを判定する（S2）。前記点ａは、
前記最大燃焼熱量から最小燃焼熱量までの範囲（比例制
御領域）に入っているので（S2でイエス）、コントロー
ラ20は、先ずバーナ11の燃焼熱量が前記演算された必要
燃焼熱量となるようにバーナ11を連続燃焼にてフィード
フォワード制御する（S3）。そして得られる出湯温度を
出湯温度センサ10で検出し、該出湯温度が設定給湯温度
になっているか否かを判定する（S4）。出湯温度が設定
給湯温度になっていない場合には（S4でノー）、さらに
コントローラ20は設定給湯温度と前記検出出湯温度との
差を演算して、その差によって比例制御弁12の開度を補
正し、比例制御による連続燃焼で、出湯温度が設定給湯
温度になるようフィードバック制御を行う（S5）。そし
て更に、フィードバック制御により出湯温度が設定給湯
温度を検出したかを判定し（S6）、出湯温度が設定給湯
温度になっていない場合には、コントローラ20は前記サ
ーモミキシングバルブ５による混水量を調節し、サーモ
ミキシングバルブ５の出口側温度が設定給湯温度になる
ように制御する（S7）。

前記点ａの給湯が設定される場合は、接点ａが比例制御
領域Ａ内にあるから、前記フィードフォワード制御と比
例制御によるフィードバック制御により、連続燃焼にて
出湯温度を設定給湯温度に十分正確に且つ温度変動が少
なく安定して調節することができる。よってこの場合に
は熱交換器２からの出湯温度及び出湯量ともに点ａで示
す温度、量に安定してゆく。したがってこの場合のサー
モミキシングバルブ５の役割は比較的補助的となり、熱
交換器２からの出湯水の温度が点ａの温度へ安定するま
での間及びその後の微調整的役割をなすことになる。

もし仮に、給湯温度の調節がサーモミキシングバルブ５
で主に行われ、出湯温度による予めの温度調整を十分に
行わない場合には、サーモミキシングバルブ５での水の
混合量が増加し、熱交換器２からの出湯水の温度、量が
点ａから矢印の方へずれて行く結果、バーナ11がオンオ
フ燃焼になってしまうことも生じる。この場合には、や
はり給湯温度にムラが生じ、安定しないことになる。

次に、第２図の点ｂで示される給湯温度、給湯量での給
湯が設定された場合について説明する。この場合もコン
トローラ20は入水温度センサ９からの入水温度と入水流
量センサ８からの入水流量と前記設定された設定給湯温
度とからバーナ11による必要燃焼熱量を演算する（S
1）。そして演算された必要燃焼熱量がバーナ11の最大
燃焼熱量から最小燃焼熱量までの範囲に入っているか否
かを判定する（S2）。前記点ｂは、前記最大燃焼熱量か
ら最小燃焼熱量までの範囲（比例制御領域）に入ってい
ないので（S2でノー）、コントローラ20は、バーナ11を
最小燃焼熱量にてオンオフ燃焼する（S8）。即ち、バー
ナ11を最小燃焼熱量で燃焼しながら、出湯温度センサ10
の検出する出湯温度が設定給湯温度になると、バーナ11
の燃焼を停止し、また検出出湯温度が設定給湯温度未満
になるとバーナ11の燃焼を開始する。実際には第３図に
示すように、バーナ11をオンオフするタイミングは、検
出出湯温度が前記設定給湯温度よりも少し上の温度まで
上昇した時に、燃焼をオフし、また設定給湯温度よりも
少し上の温度まで降下した時に燃焼を開始する。これに
よって出湯温度は、第３図の破線で示すように、設定給
湯温度よりも少し上の温度を中心に、実線で示す設定給
湯温度に対してバーナ11の燃焼時には破線の山の温度ま
で上昇し、燃焼停止時には破線の谷の温度となるサイク
ルを繰り返す。従来のミキシングバルブの設けられない
装置では、このサイクルで温度が変化する出湯水がその
まま給湯水として給湯されていた。本発明ではステップ
S9で更にコントローラ20がサーモミキシングバルブ５に
より混水調節をし、そのバルブ５の出口側温度が設定給
湯温度になるように制御するので、温度変動が緩和さ
れ、実線で示す設定給湯温度にて安定した給湯を行うこ
とができる。すなわち従来不安定であったオンオフ燃焼
制御領域Ｂでの給湯を安定させることができ、それだけ
温度調節範囲が広くなった。なお、オンオフ燃焼制御領
域Ｂにおいてはサーモミキシングバルブ５による温調を
優先させるようにすれば、点ｂの給湯においても、サー
モミキシングバルブ５による水の混入量を増加させるこ
とにより、出湯水の温度、量を点ｂから矢印の方向へ移
動させ、バーナ11を連続燃焼させて運転させることも可
能である。

＜効果＞ 本発明は以上の構成によりなり、特許請求の範囲に記載
された温水給湯器によれば、必要燃焼熱量がバーナ11の
最大燃焼熱量から最小燃焼熱量までの範囲にある場合に
は、コントローラ20により熱交換器２からの出湯温度自
体が設定給湯温度となるようにバーナ11を連続燃焼制御
するので、連続燃焼による温度変化の小さい安定した且
つ設定給湯温度に近い温水を確実に出湯することがで
き、更にコントローラ20によりサーモミキシングバルブ
５の混水制御がなされることで、一層確実に安定した正
確な設定給湯温度の温水を給湯することができる。勿
論、不必要なオンオフ燃焼による温度変化の大きい給湯
はなされない。

また必要燃焼熱量がバーナ11の最大燃焼熱量から最小燃
焼熱量までの範囲にない場合には、コントローラ20によ
りバーナ11をオンオフ燃焼にて制御することで、検出出
湯温度を設定給湯温度になるよう制御すると共に、更に
コントローラ20によって下流のサーモミキシングバルブ
５を混水制御し、バルブ５の出口側温度が設定給湯温度
になるようにしているので、前記温度変動の大きい出湯
温水を混水によって設定給湯温度での温度変動の小さい
安定した温水に温度調整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施装置の全体構成図、第２図は熱交
換器による出湯能力範囲を示す図、第３図はバーナがオ
ンオフ燃焼を行う場合の出湯温度変化と給湯温度を示す
図、第４図はコントローラによる制御フローチャートで
ある。 1:入水管、2:熱交換器 3:出湯管、4:バイパス管 5:サーモミキシングバルブ、 6:給湯管、8:入水流量センサ 9:入水温度センサ、10:出湯温度センサ 11:バーナ、12:比例制御弁 15:温度設定器、20:コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】瞬間加熱式の熱交換器２と、該熱交換器２
   を加熱するバーナ11と、前記熱交換器２への入水管１に
   設けられる入水流量センサ８と入水温度センサ９及び熱
   交換器２からの出湯管３に設けられる出湯温度センサ10
   と、前記入水管１と熱交換器２と出湯管３とをバイパス
   するバイパス管４と、前記出湯温度センサ10の位置より
   も下流位置で出湯管３からの温水と前記バイパス管４か
   らの水を混水して給湯管６に供給するサーモミキシング
   バルブ５とを有し、且つ前記入水流量センサ８の検出す
   る入水流量と前記入水温度センサ９が検出する入水温度
   と設定給湯温度から演算される必要燃焼熱量が前記バー
   ナ11の最大燃焼熱量から最小燃焼熱量までの範囲にある
   場合には、前記必要燃焼熱量になるようにバーナ11を連
   続燃焼にてフィードフォワード制御すると共に出湯温度
   センサ10が検出する出湯温度と設定給湯温度との差から
   前記バーナ11を比例制御により連続燃焼にてフィードバ
   ック制御することで、一方、前記必要燃焼熱量が前記バ
   ーナ11の最小燃焼熱量未満の場合には、バーナ11をオン
   オフ燃焼にて制御することで、それぞれ前記出湯温度セ
   ンサ10の検出温度が設定給湯温度になるように制御し、
   さらに前記出湯温度センサ10よりも下流にあるサーモミ
   キシングバルブ５をその出口側温度が設定給湯温度にな
   るように制御するコントローラ20を有することを特徴と
   する温水給湯器。