JPH10122661A - 給湯器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】閉栓状態で熱交換器を急速に加熱しても設定温
度よりも高温の湯が出湯せず、かつ給湯用バーナの燃焼
制御が容易な給湯器を提供する。 【解決手段】燃焼制御手段５２は、熱交換器１４内の水
を開栓前に予め加熱しておく旨の指示を受けたとき、出
湯口が開栓されない状態下で給湯用バーナ１２を燃焼さ
せて熱交換器１４内の水を設定温度より高い温度まで加
熱して保温する。熱交換器１４を迂回して給水を通すバ
イパス経路３８を設けておき、出湯口が開栓されたと
き、熱交換器１４からの湯とバイパス経路３８からの水
とを混合手段４０により混合し、設定温度まで湯温を下
げて出湯する。水と混合して出湯するので、熱交換器１
４内の湯温を大まかに管理でき、燃焼制御の簡略化を図
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、給湯用バーナと該
給湯用バーナからの熱を給水に伝える熱交換器とを備え
た給湯器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の給湯器は、熱交換器への通水の有
無をフローセンサで検出し、該フローセンサによって開
栓を検知したとき、給湯用バーナを点火して熱交換器を
加熱し、給水を設定温度まで上昇させるようになってい
る。

【０００３】このように開栓と同時に加熱を開始するも
のでは、開栓してから設定温度の湯が出湯されるまでに
時間がかかるので、開栓後しばらくは、水またはぬるま
湯が出てきて不快であるばかりでなく、設定温度になる
まで水を捨てたりするなど不経済であった。そこで開栓
後、設定温度の湯が短時間のうちに出湯されるように改
良を施した給湯器が種々提案されている。

【０００４】特開平７−１６７４９３号公報には、給湯
器の燃焼停止後、一定時間が経過する前に再度出湯する
とき、設定温度の湯をできるだけ短時間のうちに出すこ
とのできる給湯器が開示されている。この給湯器では、
給湯用バーナの燃焼停止後における熱交換器内部の湯温
を温度センサで検出し、設定温度からの温度低下を監視
している。そして、保温すべき温度の許容範囲下限まで
温度が低下したとき、開栓されない状態のままで給湯用
バーナを点火し、熱交換器内の湯温を設定温度近傍まで
上昇させている。熱交換器内部の湯が設定温度近傍に保
温されるのは、たとえば、閉栓後５分が経過するまでの
間に限られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術では、一度、出湯して閉栓した後所定時
間が経過するまでの間だけ熱交換器内の湯を設定温度近
傍に保持しているので、たとえば、朝起きて、最初に開
栓するような場合には、設定温度の湯が出湯されるまで
に依然として時間がかかるという問題あった。

【０００６】また、朝起きて一度も開栓する前に熱交換
器内部の水温を予め設定温度まで暖める場合には、ほぼ
外気温度と等しい水温から出湯すべき設定温度まで加熱
する必要があり、これを短時間で行うために熱交換器を
急速に加熱すると、直接的に加熱される箇所が部分的に
高温になる。このため、急速に加熱した後すぐに出湯す
ると、設定温度よりも高い湯が出てしまうという問題が
あった。さらに、開栓されない状態で熱交換器内の水温
を精度良く設定温度に加熱して保持するには、給湯用バ
ーナの燃焼制御が複雑になるという問題があった。

【０００７】本発明は、このような問題点に着目してな
されたもので、閉栓状態で熱交換器を急速に加熱しても
設定温度よりも高温の湯が出湯せず、かつ給湯用バーナ
の燃焼制御が容易な給湯器を提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの本発明の要旨とするところは、次項の発明に存す
る。 ［１］給湯用バーナ（１２）と該給湯用バーナ（１２）
からの熱を給水に伝える熱交換器（１４）とを備えた給
湯器（１０）において、前記熱交換器（１４）を迂回さ
せて給水を通すバイパス経路（３８）と、設定温度の湯
が出湯口の開栓後所定時間内に出るように前記熱交換器
（１４）内の水を開栓前に予め加熱しておく旨の指示を
受けたとき、前記出湯口が開栓されない状態で前記給湯
用バーナ（１２）を燃焼させて前記熱交換器（１４）内
の水を前記設定温度より高い温度まで加熱して保温する
燃焼制御手段（５２）と、前記出湯口が開栓されたと
き、前記熱交換器（１４）からの湯と前記バイパス経路
（３８）を通じて熱交換器（１４）を迂回させた水とを
混合し前記設定温度まで湯温を下げて出湯する混合手段
（４０、５４）と、を設けたことを特徴とする給湯器
（１０）。

【０００９】前記本発明は次のように作用する。燃焼制
御手段（５２）は、熱交換器（１４）内の水を開栓前に
予め加熱しておく旨の指示を受けたとき、出湯口が開栓
されない状態で給湯用バーナ（１２）を燃焼させて熱交
換器（１４）内の水を設定温度より高い温度まで加熱し
て保温する。

【００１０】熱交換器（１４）を迂回して給水を通すバ
イパス経路（３８）を設けておき、出湯口が開栓された
とき、前記熱交換器（１４）からの湯と前記バイパス経
路（３８）を通じて熱交換器（１４）を迂回させた水と
を混合手段（４０、５４）により混合し、設定温度まで
湯温を下げて出湯する。

【００１１】開栓の有無にかかわらず、所定の指示を受
けることによって、熱交換器（１４）内の水を目標温度
まで予め暖めて保温するので、たとえば、朝起きた後、
最初に開栓した場合であっても、適温の湯を短時間で出
湯することができる。

【００１２】さらに、熱交換器（１４）内部の湯温を設
定温度よりも高い目標温度まで予め加熱しておき、出湯
の際、バイパス経路（３８）からの給水と混合して設定
温度まで湯温を下げるので、熱交換器（１４）内部の湯
を設定温度で保持する場合に比べて、保温する際の湯温
の許容範囲が広くなり、給湯器（１０）の燃焼制御を簡
略化することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の一実
施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形態にお
ける給湯器１０の構成を表している。図１に示すよう
に、給湯器１０は、給湯用バーナ１２と該給湯用バーナ
１２からの熱を給水に伝える給湯用の熱交換器１４とを
備えている。給湯用バーナ１２は、図の左から第１燃焼
面１６ａ、第２燃焼面１６ｂおよび第３燃焼面１６ｃの
３つの燃焼面を備えている。

【００１４】給湯器１０の給湯用バーナ１２には給湯用
のガス配管１８が接続され、ガス配管１８にはガス開閉
弁２０が介装されている。第１から第３の燃焼面１６
ａ、１６ｂ、１６ｃには、それぞれガス配管１８から供
給されるガスの量を調整する第１から第３のガス開閉弁
２４ａ〜２４ｃが設けられており、各燃焼面を燃焼させ
るか否かおよび燃焼量を個別に制御できるようになって
いる。給湯用バーナ１２への点火は、中央に配置された
第２燃焼面１６ｂで行われ、中央の燃焼面１６ｂの近傍
に点火装置２５が設けられている。

【００１５】熱交換器１４の出口側には、給湯用バーナ
１２によって直接加熱されない箇所に、熱交温度センサ
１５が設けられている。熱交温度センサ１５は、配管内
部の水温を測定するようになっている。ここでは、熱交
温度センサ１５としてサーミスタを用いている。このほ
か熱電対などを温度センサとして用いることができる。

【００１６】給湯用バーナ１２の下方には、給湯用バー
ナ１２への給排気を行う燃焼ファン２６が設けられてい
る。燃焼ファン２６には、その回転速度を検出する回転
速度センサ２６ａが取り付けられている。

【００１７】熱交換器１４の入口側には、給水管２８が
接続され、給水管２８には、給水流量を検出するフロー
センサ３０と給水温度を検出するサーミスタを用いた給
水温度センサ３２とが設けられている。また、熱交換器
１４の出口側には給湯管３６が接続されている。

【００１８】熱交換器１４と並列に、熱交換器１４を迂
回して給水管２８と給湯管３６を直接結ぶバイパス経路
３８が設けられている。バイパス経路３８の途中には、
熱交換器１４に流す給水量とバイパス経路３８を通じて
迂回させる給水量の比率を調整するための混合弁４０が
設けられている。

【００１９】給湯管３６は、各所の使用位置に延ばされ
ており、その末端には図示しない水栓が設けられてい
る。水栓は必要に応じて複数設けられるのが普通であ
る。また給湯管３６とバイパス経路３８の合流点より下
流側の給湯管３６の途中には、出湯を規制するための水
量制御弁４２が、さらにその下流には、出湯される湯温
を検出する出湯温度センサ４４が設けられている。

【００２０】給湯器１０は、その動作を制御する制御回
路としての制御部５０と、設定温度を定める等各種の操
作を受け付けるための操作部６０と、動作状態や設定内
容を表示するための表示部６２を備えている。操作部６
０および表示部６２は、台所などに設置されるメインリ
モコンや浴室に設置される風呂リモコンである。

【００２１】給湯器１０は、水栓が開栓されない状態
で、熱交換器１４内部の水を予め一定温度に暖めて保温
しておく待機モードを備えている。待機モードが設定さ
れているときは、開栓後、短時間のうちに設定温度の湯
を出湯することができるようになっている。待機モード
を設定するか否かは操作部６０に配設された図示しない
スイッチによって選択する。また、待機モードへの移行
時刻をタイマー設定によって予約することが可能になっ
ている。

【００２２】制御部５０は、開栓されない状態で、給湯
用バーナ１２を点火する燃焼制御部５２と、開栓された
際に、出湯される湯温が、設定温度になるように混合弁
４０の開度を調整する混合比制御部５４を備えている。
燃焼制御部５２は、待機モードに移行する際に急速加熱
が行われるように給湯用バーナ１２の燃焼面、燃焼量お
よび燃焼時間を制御する急速加熱部５２ａと、熱交換器
１４が除々に加熱されるように給湯用バーナ１２の燃焼
面、燃焼量および燃焼時間を制御する微少加熱部５２ｂ
を有している。

【００２３】図２は、給湯器１０の有する制御部５０の
回路構成を表したものである。制御部５０は、各種制御
の中枢的機能を果たすＣＰＵ（中央処理装置）７１を備
えている。ＣＰＵ７１には、データバスやアドレスバス
などバス７２を介して各種の回路装置が接続されてい
る。

【００２４】このうち、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモ
リ）７３は、ＣＰＵ７１の実行するプログラムや各種の
固定的データを記憶する読み出し専用メモリである。Ｒ
ＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）７４は、プログラ
ムを実行する上で、一時的に必要になるデータを記憶す
るための作業メモリである。

【００２５】タイマー部７５は、時間を刻む回路部分で
あり、毎朝７時など、待機モードに移行する時刻を管理
するほか、給湯器１０の燃焼制御など各種の制御に必要
な時間を管理する機能を有する。

【００２６】操作部６０および表示部６２は先に説明し
た通りである。バス７２には、各種の電気的情報をＣＰ
Ｕ７１に取り込むための入力ポート７６と、ＣＰＵ７１
からの各種の電気的指令を、電磁開閉弁などの各種の部
品に送出するための出力ポート７７が接続されている。

【００２７】入力ポート７６には、熱交温度センサ１
５、給水温度センサ３２、出湯温度センサ４４、フロー
センサ３０、および回転速度センサ２６ａなどが接続さ
れている。出力ポート７７には、第１から第３のガス開
閉弁２４ａ〜２４ｃ、燃焼ファン２６、点火装置２５、
ガス開閉弁２０、比例弁２２などが接続されている。

【００２８】次に図１に示した給湯器１０の動作を説明
する。図３は、給湯器１０が待機モードに移行する際に
行う動作の流れを表したものである。待機モードを設定
する操作ボタンが押されたり、予約設定された待機モー
ドへの移行時刻が到来したとき（ステップＳ１０１）、
まず、熱交換器１４の内部に水が存在するか否かを空焚
き防止のために確認する（ステップＳ１０２）。

【００２９】残水確認は、たとえば、わずかの時間だけ
給湯用バーナ１２を燃焼させ、熱交温度センサ１５で検
出される温度の上昇特性の相違を基にして行う。

【００３０】熱交換器１４内部に水が存在しない場合に
は（ステップＳ１０３；Ｎ）、その旨を表したエラーメ
ッセージを表示部６２に表示して（ステップＳ１０
４）、処理を終了する（エンド）。

【００３１】熱交換器１４内部に水が存在することが確
認されたときは（ステップＳ１０３；Ｙ）、熱交換器１
４内部の水が沸騰する温度よりもわずかに低い目標温度
（ここでは、９０度に設定している。）まで急速加熱す
る（ステップＳ１０５）。急速加熱は、給湯用バーナ１
２の燃焼面の全面を最小ガス量で燃焼させて行う。

【００３２】目標温度まで急速加熱する際の総加熱量
は、加熱する前に熱交温度センサ１５で検出された水温
を基にして演算により求める。そして、求めた加熱量に
相当する時間だけ給湯用バーナ１２を燃焼させる。

【００３３】急速加熱を行った後は、熱交換器１４内の
湯温を許容温度範囲内で保温する保温モードに移行す
る。熱交温度センサ１５で検出される温度を監視し、熱
交換器１４内部の湯温が許容温度範囲の下限より低下し
たとき（ステップＳ１０６；Ｎ）、給湯用バーナ１２の
中央の第２燃焼面１６ｂだけをわずかの時間だけ燃焼さ
せる「ちょい点火」を行う（ステップＳ１０７）。ここ
では、２秒間だけ第２燃焼面１６ｂを燃焼させている。
ちょい点火による加熱時間および燃焼量は、直接加熱さ
れる部分の水が沸騰しない程度に短く設定している。

【００３４】熱交換器１４内の湯温が許容温度範囲の下
限を下回っていないときは（ステップＳ１０６；Ｎ）、
水栓が開栓されて給水管２８から熱交換器１４への通水
があるか否かをフローセンサ３０の出力を基にして調べ
る（ステップＳ１０８）。開栓により通水が開始された
ときは（ステップＳ１０８；Ｙ）、給湯用バーナ１２を
点火して（ステップＳ１０９）給水を加熱するとともに
（ステップＳ１０９）、混合弁４０により、熱交換器１
４からの湯とバイパス経路３８から給水とのミキシング
比を制御し、出湯される湯温を設定温度に調整する（ス
テップＳ１１０）。

【００３５】通水がないときは（ステップＳ１０８；
Ｎ）、待機モードが解除されたか否かを調べ（ステップ
Ｓ１１１）、待機モードが解除されない間は（ステップ
Ｓ１１１；Ｎ）、熱交換器１４内の湯温をちょい点火に
よって許容温度範囲内に保温する。一方、待機モードが
解除されたときは（ステップＳ１１１；Ｙ）、保温動作
を中止し、通常状態に戻る（エンド）。

【００３６】図４は、待機モードに移行する際における
熱交換器１４内部の水温の変化と、給湯用バーナ１２の
燃焼状況とを表している。下段の矩形波８１は、給湯用
バーナ１２の燃焼状況を表しており、たとえば時刻Ｔ１
から時刻Ｔ２までのように矩形波８１がハイレベル期
間、給湯用バーナ１２が燃焼していることを示してい
る。上段の特性図は、熱交温度センサ１５で検出される
熱交換器１４内部の水温の変化を表している。

【００３７】時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間、残水確認
のための初期燃焼が行われ、熱伝導時間の経過した時刻
Ｔ３に、温度の上昇度を基にして熱交換器１４内に水が
存在するか否かが判別される。そして水が存在すること
が確認されると、給湯用バーナ１２を全面で燃焼させて
時刻Ｔ４まで急速加熱を行い一気に目標温度まで湯温を
上昇させる。

【００３８】時刻Ｔ４に燃焼を停止した後、保温モード
に移行する。保温モードでは、常時、熱交換器１４内の
湯温を監視しており、許容範囲（８３）の下限温度を下
回った場合には（時刻Ｔ５）、ちょい点火が行われ再度
加熱される。出湯すべき湯の設定温度は、図中の破線８
４で示すように４２℃に設定されている。ここでは、保
温の許容温度範囲（８３）は、図中の破線８５で示した
沸騰温度よりもわずかに低い９５℃から８０℃に設定さ
れている。

【００３９】このように、出湯する際の湯温を混合弁４
０によって調整するので、熱交換器１４内で保温する湯
温の許容温度範囲を比較的広く設定することができる。
このため、急速加熱を終えた際における実際の湯温の正
確さが、さほど要求されない。したがって、給湯用バー
ナ１６の燃焼量を微妙にコントロールする必要がなく、
その制御の簡略化を図ることができる。

【００４０】また、保温する温度の許容範囲が広いの
で、ちょい点火によって下限温度からほぼ上限温度まで
湯温を上昇させれば、次回ちょい点火を行うまでの期間
が長くなり、保温のための点火回数を減らすことがで
き、点火装置の劣化を低減できる。

【００４１】以上説明した実施の形態では、沸騰しない
程度の温度に熱交換器１４内部の水を保温するようにし
たが、バイパスした水との混合により適宜温度を下げる
ことができるので、人がやけどしない程度の温度や設定
温度に許容誤差温度を加えた温度など、設定温度以上の
温度であれば任意の温度に保温することができる。

【００４２】また、バイパス比の制御は、混合弁を用い
て行っているが、該混合弁として、切り替え式の電磁
弁、ギアモータ式の流量コントロールバルブを使用する
ことができる。このほか、それぞれ途中に電磁弁を備え
た複数のバイパス経路を用意し、混合に用いるバイパス
経路の数を電磁弁によって変化させてバイパス比を制御
しても良い。

【００４３】また、熱交換器１４からバイパス経路との
合流点に至るまでの途中と、バイパス経路の途中の双方
の流量の制御バルブを設けると、湯の量自体を絞ること
ができるので、熱交換器１４の湯温（目標温度）をより
高く設定することができる。さらに、出湯時に、熱交換
器１４側に設けた制御バルブを閉栓した状態から除々に
開いて出湯の温度調整を行うようにすれば、熱交換器１
４内部の湯温が部分的に高温になっていても、やけどす
るような熱い湯が出ないように適切な湯温調整を行なう
ことができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明にかかる給湯器によれば、熱交換
器内の水を開栓前に予め加熱しておくので、たとえば、
朝起きた後に最初に開栓した場合であっても、設定温度
の湯を短時間で出湯することができる。

【００４５】また、熱交換器内部の湯温を設定温度より
も高い目標温度まで予め加熱しておき、出湯の際、バイ
パス経路からの給水と混合して設定温度まで湯温を下げ
るので、熱交換器内部の湯を設定温度で保持する場合に
比べて、加熱し保温する湯温の許容範囲が広くなり、制
御の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る給湯器を示す
説明図である。

【図２】本発明の各種実施の形態に係る給湯器の回路構
成の概要を示すブロック図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る給湯器が待機
モードに移行する際に行う動作の流れを示す流れ図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る給湯器が待機
モードに移行する際に熱交換器内の水温の変化する様子
を表した説明図である。

【符号の説明】

１０…給湯器 １２…給湯用バーナ １４…熱交換器 １５…熱交温度センサ １６ａ…第１の燃焼面 １６ｂ…第２の燃焼面 １６ｃ…第３の燃焼面 １８…ガス配管 ２０…ガス開閉弁 ２２…比例弁２２ ２４ａ…第１のガス開閉弁 ２４ｂ…第２のガス開閉弁 ２４ｃ…第３のガス開閉弁 ２５…点火装置 ２６…燃焼ファン ２６ａ…回転速度センサ ２８…給水管 ３０…フローセンサ ３２…給水温度センサ ３６…給湯管 ３８…バイパス経路 ４０…混合弁 ４２…水量制御弁 ４４…出湯温度センサ ５０…制御部 ５２…燃焼制御部 ５２ａ…急速加熱部 ５２ｂ…微少加熱部 ５４…混合比制御部 ６０…操作部 ６２…表示部 ７１…ＣＰＵ ７２…バス ７３…ＲＯＭ ７４…ＲＡＭ ７５…タイマー部 ７６…入力ポート ７７…出力ポート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】給湯用バーナと該給湯用バーナからの熱を
   給水に伝える熱交換器とを備えた給湯器において、 前記熱交換器を迂回させて給水を通すバイパス経路と、 設定温度の湯が出湯口の開栓後所定時間内に出るように
   前記熱交換器内の水を開栓前に予め加熱しておく旨の指
   示を受けたとき、前記出湯口が開栓されない状態で前記
   給湯用バーナを燃焼させて前記熱交換器内の水を前記設
   定温度より高い温度まで加熱して保温する燃焼制御手段
   と、 前記出湯口が開栓されたとき、前記熱交換器からの湯と
   前記バイパス経路を通じて熱交換器を迂回させた水とを
   混合し前記設定温度まで湯温を下げて出湯する混合手段
   と、 を設けたことを特徴とする給湯器。