JPH09137999A - 瞬間湯沸器及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極端な流速変化を来すことなく、制御応答性
を高めて安定した湯温の出湯を実現した瞬間湯沸器及び
その制御方法を提供する。 【解決手段】 湯系統（Ｈ）と水系統（Ｃ）との間の流
量比率を設定湯温、給水温度又は出湯量に応じて変更す
ることにより、前記設定湯温に出湯湯温を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湯及び水を混合して出
湯する瞬間湯沸器及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、図８に示すように、従来の瞬間
湯沸器では、給水部ａを経て供給された水は、全て熱交
換器ｂを通り、そこでバーナｃにより加熱されて出湯部
ｄから出湯する給湯機構を構成している。このような給
湯機構に於ける出湯湯温の制御は、例えば熱交換器ｂの
上流側及び下流側に設けたサーミスタｅ₁ 、ｅ₂ と、適
所に設けた流量センサｆ等からの信号に基づき、バーナ
ｃへの燃料ガスの供給量を比例制御弁ｇにより調節して
行っている。即ち、バーナｃにはサーミスタｅ₁により
検知した給水温度と、出湯部ｄから出湯させる所望の設
定湯温と、流量センサｆにより検知した水量との関係か
ら、まず適正なガス量を比例制御弁ｇにより供給し、し
かる後、サーミスタｅ₂ により検知した実際の出湯湯温
と、前記設定湯温とを比較し、その差がなくなるように
比例制御弁ｇをフィードバック制御してガス量を増減し
ている。なお、ｈは、設定湯温が高温の時に流量過多に
よる湯温低下を防止するための流量調節弁である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような構成では、
供給ガス量が変化することによる出湯湯温の変化が、熱
交換器ｂからサーミスタｅ₂ に伝わるまでに、配管内流
速に応じた時間遅れが生じるので、温度制御の応答性が
悪く、出湯湯温が設定湯温となるまでに時間がかかる。
この時間遅れは、配管内流速を速くすれば、短くするこ
とができるが、配管内流速を速くすると、配管に腐食の
一種である潰食、又は摩耗腐食とよばれる現象が生じ易
くなり、配管の耐久性を損なう。しかしながら、配管内
流速を遅くするためには、配管径を太くしなければなら
ないが、その場合には、時間遅れがより長くなってしま
う。

【０００４】そこで、本発明は、極端な流速変化を来す
ことなく、制御応答性を高めて安定した湯温の出湯を実
現した瞬間湯沸器及びその制御方法を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の瞬間湯沸器及び
その制御方法は、図１〜図７に例示するように、湯系統
（Ｈ）と水系統（Ｃ）との間の流量比率を設定湯温、給
水温度又は出湯量に応じて変更することにより、前記設
定湯温に出湯湯温を制御することを内容とする。そこ
で、本発明の瞬間湯沸器は、加熱すべき給水を受ける水
系統と、この水系統からの給水を加熱する湯系統とを備
えて、湯系統からの湯水と前記水系統からの水とを混合
して出湯する瞬間湯沸器であって、前記湯系統に設置さ
れて水を加熱する熱交換器（２）と、この熱交換器を加
熱するバーナ（７）と、このバーナに燃料ガスを供給す
る燃料系統と、前記水系統からの水と前記湯系統からの
湯とを混合する混合手段（混合弁３）と、前記水系統に
設けられて給水温度を検出する手段（温度検出手段１
９）と、設定湯温又は前記給水温度に応じて前記水系統
と前記湯系統との前記流量比率を制御するとともに、出
湯量に応じて前記流量比率を変更することにより、前記
設定湯温に出湯湯温を制御する制御手段（６）とを備え
たことを特徴とする。

【０００６】また、本発明の瞬間湯湯沸器の制御方法
は、水系統から加熱すべき給水を受け、その給水を湯系
統により加熱して得られる湯と前記給水とを混合して出
湯させる瞬間湯沸器の制御方法であって、設定湯温又は
前記給水温度に応じて前記水系統と前記湯系統との流量
比率を制御するとともに、出湯量に応じて前記流量比率
を変更することにより、前記設定湯温に出湯湯温を制御
することを特徴とする。

【０００７】このような構成によれば、設定湯温又は給
水温度に応じて湯と水との流量比率を変更することによ
り、前記設定温度に応じた出湯が可能になるとともに、
出湯量に応じて流量比率を変更するので、例えば、湯系
統側の設定湯温を高く設定し、また、出湯量が少ない場
合は、出湯量が多い場合に比較して前記湯系統側の設定
湯温を低く設定し、消火に至る流量より多い流量を最低
流量に調節して前記湯系統側の流量比率を高くする等、
出湯量が減少した場合にも所望の設定湯温の出湯が得ら
れる。

【０００８】また、本発明の瞬間湯沸器の制御方法は、
設定湯温又は給水温度に応じて水系統と湯系統の流量比
率を変更し、出湯量の増減に応じて湯系統側の前記設定
湯温を制御し、出湯量が基準量に減少した場合には湯系
統が湯を供給し得る能力より多い流量を維持し、前記出
湯量が前記基準量を越えて増加した場合には、湯系統側
の設定湯温を高め、前記湯系統側の流量比率を低く制御
することを特徴とする。

【０００９】このように構成したことにより、出湯量が
多い場合には、湯系統側の設定湯温を高く設定し、ま
た、出湯量が少ない場合は、出湯量が多い場合に比較し
て前記湯系統側の設定湯温を低くするとともに、消火に
至る流量より多い流量を最低流量に調節して前記湯系統
側の流量比率を高くしているので、出湯量が減少した場
合にも所望の設定湯温での出湯が可能である。そして、
出湯量が多い場合にも、湯系統側の流量を適正化でき、
潰食の発生から熱交換器を防護することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
形態を参照して説明する。

【００１１】図１は、本発明の瞬間湯沸器及びその制御
方法の実施例を示している。給水部８を経て供給された
水は、共通系統９を通って分岐部１０に至り、湯系統Ｈ
及び水系統Ｃに分流する。湯系統Ｈに流れた水は熱交換
器２においてバーナ７により加熱され、湯となって混合
手段である混合弁３の第１のポートである湯入力側ポー
トｕ（図２）に至ると共に、水系統Ｃに流れた水はその
まま第２のポートである水入力側ポートｖに至り、これ
らが合流、混合して共通出力側ｗから共通系統１１に流
れて出湯部１２から出湯する。この場合、制御手段６
は、温度検出手段５で検出した湯温に基づき、湯系統Ｈ
側の湯温が合流後の湯温よりも高い温度となるようにバ
ーナ７の燃焼量をフィードバック制御する。また、制御
手段６は、温度検出手段５で検出された湯系統Ｈ側の湯
温が、湯系統Ｈ側の設定湯温に近づけるように燃料ガス
の比例制御弁１３等を制御して燃焼量を制御する。この
ようなフィードバック制御にはフィードフォワード制御
を併用してもよい。

【００１２】以上のフィードバック制御により、湯系統
Ｈ側の湯温は、出湯部１２から出湯される湯温よりも高
い温度とすると共に、温度検出手段４で検出した出湯湯
温を設定湯温に近づけるように混合弁３をフィードバッ
ク制御し、その流量比率を変化させて湯温を制御する。
即ち、出湯側の設定湯温を高くした場合には、湯系統Ｈ
側の流量比率がより高くなるように混合弁３を制御して
出湯湯温を上昇させ、また、出湯側の設定湯温を低くし
た場合には、水系統Ｃ側の流量比率が湯水系統Ｈより高
くなるように混合弁３を制御して出湯湯温を低下させる
ことができる。例えば、給水部８から供給された水の温
度（給水温度）が１５℃で、湯系統Ｈ側の湯温が６５℃
となるように制御している場合において、出湯部１２か
ら４０℃の出湯を得るためには、湯系統Ｈと水系統Ｃの
流量比率を１：１とするように混合弁３を調節すれば良
い。また、出湯湯温を４０℃よりも高い湯温が得られる
ように設定すると、湯系統Ｈの流量比率が高くなり、ま
た、出湯湯温を４０℃よりも低い湯温が得られるように
設定すると、水系統Ｃの流量比率が高くなる。最も使用
頻度の高い出湯湯温（４０℃前後）の設定において、混
合弁３の流量比率が１：１程度となるようにすれば、４
０℃近傍の出湯湯温の制御を最も制御性の良い状態で行
うことができ、また、その制御を精度良くきめ細かに行
うことができる。

【００１３】そして、このような制御をより適切に行う
には、湯系統Ｈ側の設定湯温を給水温度に応じて変更す
る。例えば、出湯湯温４０℃において、給水温度が１５
℃から５℃に低下した場合には、湯系統Ｈ側の設定湯温
を６５℃から７５℃に上昇させることにより、流量比率
を１：１に維持することができる。そして、湯系統Ｈ側
の設定湯温は、給水温度の変化に応じて漸次連続的に変
更するようにしても良いし、段階的に変更するようにし
ても良い。しかし、混合弁３の流量比率を広い範囲で変
化させることを許容すれば、湯系統Ｈ側の設定湯温を給
水温度にかかわらず常時一定とする制御を行うこともで
きる。

【００１４】以上説明したように、出湯湯温は、混合弁
３の下流側、即ち共通出力側ｗの近傍に設けた温度検出
手段４で検出してフィードバック制御を行うので、制御
の遅れ時間が小さくなり、ハンチングが発生し難く、安
定した湯温制御を行うことができると共に、混合弁３は
水系統Ｃと湯系統Ｈの合計流量を変化させずに流量比率
を調節するので、制御に際して流量が変化せず、湯温制
御が容易である。また、熱交換器２には、出湯する湯量
の全てに対応する水が流れるのではなく、その一部が熱
交換器２をバイパスして水系統Ｃ側に流れるので、全て
が熱交換器２に流れる従来のものと比較して、同じ熱交
換器を使用した同一の出湯量であれば熱交換器２を通過
する水の流速を遅くすることができ、潰食が発生しにく
くなる。また、同じ流速条件であれば、出湯量を増大す
ることができる。

【００１５】また、所望の湯温で出湯している状態にお
いて、出湯口を絞る等して出湯量を減少させると、これ
に伴って湯系統Ｈ及び水系統Ｃに流れる流量も減少す
る。水系統Ｃ側の流量の低下は問題とならないが、湯系
統Ｈ側の流量を大幅に低下させた場合には、熱交換器２
が突発的な沸騰等を引き起こす等の危険性がある。この
ような危険性を回避するため、制御手段６は、流量検出
手段１４で検出した湯系統Ｈの流量が所定流量以下にな
る場合には安全のためにバーナ７の燃焼を停止させる制
御手順を実行する。この制御手順に於ける所定流量は、
少な過ぎると流量検出手段１４の検出誤差が無視できな
くなるので、ある程度以上が必要であり、安全のために
出湯量の最少限度を生じ、湯系統Ｈ側の設定湯温を高く
維持する制御を行うと、水が湯系統Ｈと水系統Ｃとに分
かれるため、出湯量の最少限度が従来のものよりも大き
くなってしまうという不都合がある。

【００１６】そこで、制御手段６は、少出湯量時におい
て湯系統Ｈ側の設定湯温を低下させるようにする。この
ように湯系統Ｈ側の設定湯温を低下させると、同じ出湯
湯温を得るために必要な湯系統Ｈ側の流量比率が大きく
なるので、出湯量の最少限度をより下げることができ
る。例えば、前述した条件、即ち、出湯側の設定湯温を
４０℃、給水温度を１５℃、湯系統Ｈ側の設定湯温を６
５℃とし、６リットル／分の出湯を行っている場合に
は、湯系統Ｈ及び水系統Ｃの流量は双方共に３リットル
／分となる。このとき、出湯量が３リットル／分に減少
すると、湯系統Ｈ及び水系統Ｃの流量は双方共に１．５
リットル／分となる。ここで、湯系統Ｈ側の設定湯温を
４５℃に低下させると、出湯量３リットル／分において
は、湯系統Ｈ側の流量が２．５リットル／分、水系統Ｃ
側の流量が０．５リットル／分となる。このため、バー
ナ７の燃焼を停止させる条件として安全のための制御手
順に於ける所定流量を例えば２．５リットル／分（点火
時）、２．０リットル／分（消火時）とすると、湯系統
Ｈ側の設定湯温を高く維持している場合には出湯量を６
リットル／分から３リットル／分に減少していく途上で
バーナ７が消火してしまうのに対し、湯系統Ｈ側の設定
湯温を低くすると、出湯量が３リットル／分に減少して
もバーナ７は消火しない。

【００１７】それ故、所望の最少限度以上の出湯量にお
いて、湯系統Ｈの流量が安全のための制御手順の所定流
量よりも多くなるように湯系統Ｈ側の設定湯温を低下さ
せればバーナ７の消火による出湯停止を防止できる。そ
して、出湯量が再び多くなった場合には湯系統Ｈ側の設
定湯温を元の状態に戻すことにより再び適切な流量比率
で制御を行うことができる。

【００１８】そして、湯系統Ｈ側の設定湯温を変化させ
るために、制御手段６は、出湯量を検出し、出湯量に応
じて設定湯温を変化させるように構成しても良いし、湯
系統Ｈの流量に応じて設定湯温を変化させるように構成
しても良い。この場合、出湯量は、湯系統Ｈの流量検出
手段１４と共に水系統Ｃに流量検出手段１５を設けて、
これらの和により検出することもできるし、共通系統
９、１１の適所に設けた流量検出手段１６により検出す
ることもできる。また、湯系統Ｈ側の設定湯温の変化
は、漸次連続的に行っても良いし、段階的に行っても良
い。

【００１９】次に、図４及び図５は、出湯量に応じて湯
系統Ｈ側の設定湯温を変化させる実施例を表わしたもの
である。この実施例においては、出湯量の所定流量とし
て６リットル／分を境界値とし、この境界値以下の出湯
量において、湯系統Ｈ側の設定湯温を変化させている。
また、図４及び図５は、設定湯温の変化を漸次連続的、
段階的に行うものである。図４に示すように、湯系統Ｈ
側の設定湯温を漸次連続的に変化させる方法において
は、混合弁３の流量比率の変化も漸次であるので、図６
に示すように、前記境界値の前後に於ける各系統Ｈ、Ｃ
の流量の大幅な流量変化がなく、また、図５に示すよう
に湯系統Ｈ側の設定湯温を段階的に変更する方法におい
ては、図７に示すように、境界値の前後に於ける混合弁
３の流量比率の変化が大きく、夫々の系統Ｈ、Ｃの流量
が大きく変化するが、制御は容易である。以上の方法に
おいて、境界値は適宜の出湯量に設定することができる
し、後者の方法においては境界値を複数箇所設定して多
段階に変化させることができ、この場合には各段階に於
ける混合弁３の流量比率の変化を小さくすることができ
る。

【００２０】次に、混合弁３の具体例を説明する。図２
及び図３に示すように、混合弁３は、湯入力側ポートｕ
及び水入力側ポートｖの各流路と、共通出力側ｗの流路
間にモータ１７等で回動する弁体１８を設け、この弁体
１８には水を通過させる窓部３０が形成されている。そ
して、この弁体１８は湯入力側ポートｕ又は水入力側ポ
ートｖの一方側の流路を開とする回動方向が、他方向側
の流路を閉とする方向であるように配置されている。

【００２１】このような構成において、図３の（ａ）は
湯系統Ｈと水系統Ｃ側の流量が等しい状態、図３の
（ｂ）、図３の（ｃ）は夫々水系統Ｃ側、湯系統Ｈ側の
流量の方が他方系統側よりも多い状態を表わしている。
この構成においては、弁体１８及び湯入力側ポートｕ、
水入力側ポートｖの流路を適宜に設計することにより、
流量比率を変化させても合計量が変化しないように容易
に構成することができる。なお、図において、符号１９
は水温検出手段、２０は水ガバナ、２１は高温設定時の
流量過多による湯温の低下を防止するための流量制御弁
である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果が得られる。 ａ．出湯量が所定流量を越えている場合には、湯系統側
の設定湯温を高く設定し、また、出湯量が所定流量以下
の場合には、湯系統側の設定湯温を低く設定するととも
に、バーナが消火に至る流量より多い流量を最低流量と
して湯系統側の流量比率を高く設定する制御を行うの
で、出湯湯温に応じて湯系統側の設定湯温を変更する制
御に比較し、制御応答性が良好になり、安定した湯温に
よる出湯ができ、より安全性を高めることができる。 ｂ．出湯量が所定流量を越えている場合には、湯系統側
の設定湯温を高く設定するので、熱交換器側の流量を抑
制でき、潰食による損傷から熱交換器を防護することが
できる。 ｃ．出湯量が所定流量以下の場合には、湯系統側の設定
湯温を低くし、バーナが消火に至る前記流量より多い流
量を最低流量として湯系統側の流量比率を高く設定する
ので、熱交換器における沸騰を防止できるとともに、バ
ーナの立ち消えを防止でき、出湯量が減少した場合にも
安定した湯温の出湯が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の瞬間湯沸器及びその制御方法の実施例
を示す図である。

【図２】混合弁の一例を示す断面図である。

【図３】混合弁の動作を示す第２図のＸ−Ｘ線断面図で
ある。

【図４】湯温制御動作を示すグラフである。

【図５】湯温制御動作を示すグラフである。

【図６】図４の湯温制御動作における各系統の流量変化
を示すグラフである。

【図７】図５の湯温制御動作における各系統の流量変化
を示すグラフである。

【図８】従来の瞬間湯沸器を示す図である。

【符号の説明】

Ｈ 湯系統 Ｃ 水系統 ２ 熱交換器 ３ 混合弁（混合手段） ６ 制御手段 ７ バーナ ８ 給水部 １２ 出湯部 １９ 温度検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 昌 静岡県富士市西柏原新田201番地 高木産 業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱すべき給水を受ける水系統と、この
   水系統からの給水を加熱する湯系統とを備えて、湯系統
   からの湯水と前記水系統からの水とを混合して出湯する
   瞬間湯沸器であって、 前記湯系統に設置されて水を加熱する熱交換器と、 この熱交換器を加熱するバーナと、 このバーナに燃料ガスを供給する燃料系統と、 前記水系統からの水と前記湯系統からの湯とを混合する
   混合手段と、 前記水系統に設けられて給水温度を検出する手段と、 設定湯温又は前記給水温度に応じて前記水系統と前記湯
   系統との流量比率を制御するとともに、出湯量に応じて
   前記流量比率を変更することにより、前記設定湯温に出
   湯湯温を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする瞬間湯沸器。
2. 【請求項２】 水系統から加熱すべき給水を受け、その
   給水を湯系統により加熱して得られる湯と前記給水とを
   混合して出湯させる瞬間湯沸器の制御方法であって、 設定湯温又は給水温度に応じて前記水系統と前記湯系統
   との流量比率を制御するとともに、出湯量に応じて前記
   流量比率を変更することにより、前記設定湯温に出湯湯
   温を制御することを特徴とする瞬間湯沸器の制御方法。
3. 【請求項３】 水系統から加熱すべき給水を受け、その
   給水を湯系統により加熱して得られる湯と前記給水とを
   混合して出湯させる瞬間湯沸器の制御方法であって、 設定湯温又は給水温度に応じて前記水系統と前記湯系統
   の流量比率を変更し、出湯量の増減に応じて前記湯系統
   側の前記設定湯温を制御し、前記出湯量が基準量に減少
   した場合には前記湯系統が湯を供給し得る能力より多い
   流量を維持し、前記出湯量が前記基準量を越えて増加し
   た場合には、前記湯系統側の前記設定湯温を高め、前記
   湯系統側の前記流量比率を低く制御することを特徴とす
   る瞬間湯沸器の制御方法。