JPS5862452A - 加熱制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスや石油、電気をエネルギー源とする瞬間式
給湯機に関するもので、給湯経路の端末で蛇口が開かれ
給水されたことを検知して機器の運転を始めると共に、
出湯温度の安定化を行う加熱制御装置である。

従来の瞬間式給湯機で出湯温度の安定化を図るためにガ
スなどの燃焼入力を制御する機器があったが入力が最大
の場合でもこれを上回る給水が行われると目標温度にま
で加熱することが出来ない問題があった。特に水温が低
い冬期にこのような場合が多かった。又、給水水量を検
知して機器の自動発停運転を行うことは通常行われてい
るが、従来の水制御器では設定した最高通水可能水量に
よって検知できる水量のレベルが変化する問題があった
。入力を比例制御する場合にシ；１１、ｌＩＪ低入力の
場合に高温が得られる低水量で通水を検知し、かつ、最
高入力でも低η１，１１が１ｊｌらノ１〜る高木１１：
を流し得ることが必要である。第１図に１、従来の給湯
機で使用されていた水制御器で、水し、１、入１−１１
から制御孔２を通って一部室３に入る。ここから調節弁
４を通って出口５から図示していない７５；ｐｙ〜交換
器に接続されている。−火室３はダイヤフシＡ　５によ
って二次室７と区画されており、ダイヤフラム６にはス
プリング８が一部室３側へ押庄するように作用している
。ダイヤフラム６にＩＩＩ、制御弁９が取付けられ、前
述の制御孔２の開度を自動調節している。１０は二次室
７とｆｌｌ、′Ｊ節弁４の下流とを結ぶ連通孔である。

又、ダイヤフラム６の移動はピン１１によって外部へ取
り出さＪ１スイッチ１２を切換えている。この例に於け
る水圧と水１１１゛に関する特性例を第２図に示した。

同図の第２象限に＆ｊ、通水量とダイヤフラム６に加わ
る圧力差の関係を示している。調節弁４の開度に、１．
つて水］１１と圧力差の関係は同図イ１１ロ、ハように
変化している。

ここでダイヤフラム６の圧力差が増加すればスプリング
８の力に打勝って制御孔２を閉じる方向に移動している
。衆知のように制御孔２と制御弁９の間隙が極度に小さ
くなると、この部分での水圧損失が急増するので、この
部分の極めて微少な変位で入口水圧の変動分を吸収する
ことが出来ることになって、水量は水圧に関係なくほぼ
一定値を保つ状態になる。そして、この水量一定の状態
になるのは、ダイヤフラム６に作用する圧力差とスプリ
ング８の力でほぼ決められるので、調節弁４で水量と圧
力差の関係を変化させることによって、安定化した状態
の水量値を任意に選択することが可能になる。これが第
２図の第１象限で示したへ曲線に添って水量が増加し、
やがて、Ｑ１′、０２′。

０３′の各々水量で安定する理由である。ところが、ダ
イヤフラム６の移動量でスイッチ１２を切換えているの
で、切換点捷で移動するための圧力差をΔρ′　とする
と、スイッチ１２が作動するための最低水量は、調節弁
開度がイで到達水量０１′の時５、、− にはＱシ、であり、開度口ならＱ′８２となり、開度ハ
ならＱ′ｓ３となる。スイッチ１２が作動する最低水量
（以下、点火水量と称す）をＱ′８３のレベルに設定す
ると到達水石は０３′シか得らＪｌ、ず、逆に、到達水
量がＱ１′まで１（１られるようにすると点火水量はＱ
ｐ　１１で増加してし１つ。このことは既に述べたよう
に入力を制御して湯温安定化を図る場合には、蛇口を絞
って低水ら１にした時には火が消えてしまったり、低水
量で燃焼できる」：うに股泪すると蛇口を全開しても水
量が少くなって常に人力を絞った状態になるという不都
合を生じることになる。

このような点火水量の変動を防ぐために第３図のような
従来例がある。ここで、右半分はピン１１とスイッチ１
２が無いが他Ｖ１．第１図と同様である。

出口５から出た水は、開口１３から検知室１４ｆ：通っ
て接続孔１６から熱交換器に入る。開口１３と検知室１
４の中央に１１１Ｊ−ドスイッチ１６を内蔵した検知案
内筒１７が設けられ、その外周には永久磁石１８が上下
動可能な状態でｋｌ、められていしたバネである。この
例では、水流によって永久礎石１８が上方への力を受け
、バネ１９に打勝つと上昇してリードスイッチ１６をオ
ン状態にする。

この時の水量値は、バネ１９と磁石外径、検知室内径な
どの要素で決めら扛るから、調節弁４の開度には無関係
で第１図の例のような問題はない。

ところが、開口１３や永久磁石１８の部分での圧力損が
あるので、入口水圧と通過水量の関係に着目すると、第
２図の第１象限に示した破線Ｂのように水量が増加しや
がて０１′、０２′、Ｑ３′　　で各々安定する。すな
わち、到達水量に至り水量が安定化する時の入口水圧値
が上昇することになって、ガバナとしての効果が少くな
ってしまう。

尚、冒頭で述べた入力を上回る給水が行われた時の出湯
温度低下を防止する機能を有する水制御器は従来例を見
ない。

本発明は、以上の従来例に鑑みて、ガスなどの燃焼入力
の比例制御を行う給湯機に於て、入力を上回る給水が行
われることがないよう給水量の自動制御を行うと共に、
機器の始動停止を行う点火水量を前記給水１１１　ｆｌ
ｌｌ　ｍｌｌが？−１わＪまた場合でも安定化させ、更
に、ガバナとしての水１１１安定化動作を出来る丈、低
水圧段間１１で行える」：うにすることを目的としてい
る。

すなわち、制御ダイヤフラムで一次室と二次室に区画し
、−欠字に開［１した制御孔に制御ダイヤフラムと連動
する制御弁を対応さ；（、−欠字の下流で水流によって
移動する磁石とこの磁石変位を検出するスイッチと、−
欠字と二次室を連通ずる第一連通路及び磁石下流ＩＩｌ
＋と二次宇金連通する第二連通路と、どちらか一方の連
通路に設りられた調節弁をコントローラ、駆動機構によ
って開度調節する水制御器、並びに、水制御器の下流（
ＩＱに設けた熱交換器及び加熱装置によって構成した加
熱制御装置である。水流の力によって磁石全変位せしめ
、これをスイッチによって検出して機器を始動・停止す
ると共に、この磁石を移動させる為に消費した水圧を調
節弁によって分用して制御ダイヤフラムに作用させ、分
圧比によって安定化する到達水量を任意に変化せしめる
もので、調節弁をコントローラの信号に基いて作動する
駆動機構によって開度調節して、入力に見合う給水量に
常に合わすことによって目標温度を維持している。又、
ダイヤフラムに作用せしめる圧力差は磁石移動の為に必
要な水圧降下分を利用することによって通水系の通路圧
損を極力最小限にしている。

以上のような構成と作用によって前述の目的を果すもの
であるが、以下、実施例を示した図に基いて詳しく説明
する。

第４図は本発明の加熱制御装置をガス給湯機に応用した
実施例を示す構成図である。ここで、水制御器は１００
であって、給水路１０１から水は入口１０２に入り、制
御孔１０３から一次室１０４に至る。次に、開口１０５
から検知室１０６を通って出口１０７から接続管１０８
へ流出する。一方、−欠字１０４の上側は制御ダイヤフ
ラム１０９で二次室１１０とは区画されており、二次室
１１０５ｊ？スプリング１１１で制御ダイヤフラム１０
９は］ 常に一次室１０４側へ押圧付勢されている。−欠字１０
４と二次室１１０とを結ぶ第一連通路１１２には調節弁
１１３が設けられていて駆動機構１１４で回されて開口
度が変えられる。次に開口１０５と検知室１０６の中火
部にはスイッチ・１１６を内蔵した検知案内筒１１６が
設けらＪｔており、その外周には磁石１１７が上下！Ｉ
σｌ自在にｉＪ、められている。磁石１１７には開ｌ］
　１０５の方向へ押庄するバネ１１８が作用して、シ・
す、更に、磁石１１了の下流側の検知室１０６と二次室
１１０とは第二連通路１１９によって結＆、Ｉ’れてい
る。又、制御孔１０３と対応した制御弁１２０がダイヤ
フラム１０９と連結されている３゜ 以上が水制御器１００としての構成であるが、水は接続
管１０８から熱交換器２００を通る間に加熱されて給湯
路２０１から図示しない蛇口に供給される。

又、３００はバーナ装置で、ガス路３０１から入ったガ
スは第一電磁弁３０２と第一電磁弁３０９とガス制御弁
３０４を通ってバーナ装置３００に供給される。一方、
第一電磁弁３０２の下流から０ 分岐したパイロット管路３０６を通じてパイロットバー
ナ３０６にもガスは供給される。

最後に、４００は前述の駆動機構１１４やガス路の弁類
を制御する信号を発つするコントローラであり、給湯路
２０１の途中に設けた温度検知器２ｏ１と目標湯温を設
定する温度設定器４０２を含んでおり、これらの信号及
び水制御器１００のスイッチ１１５の信号を入力として
いる。

さて、本発明の加熱制御装置の動作・作用について次に
述べる。

給湯路２０１の端末で蛇口が開かれると通水が始まり、
水制御器１００の開口１０５を通る上向きの水流は磁石
１１７を上方へ持ち上げる力を発生する。そして、その
力がバネ１１８の荷重を上回ると磁石１１７は浮上し磁
石１１７の磁束がスイッチ１１５に影響を及ぼす位置に
なればスイッチ１１６はオン状態となる。このスイッチ
信号はコントローラ４００に送られて先ず第一電磁弁３
０２を開く。ガスはパイロットバーナ３０６に送られ図
示しない点火器も同時に始動してパイロソトバーナ３０
６は点火する。この点火は図示していない炎検知器によ
って検出さノ１５、次に第二電磁弁３０３が開かれバー
ナ装置３００にもガスが送られ、パイロットバーナ３０
６から火移りして燃焼が始まる。水は熱交換器２００で
加熱され、その温度は温度検知器４０１で検出される。

〃、１１度設定器４０２で定めたｌ−１４３Ｗ　？）ｌ
＋’１度」：りも高ければコントローラ４００１１７１
．ガス制御ブｐ３０４へ信号を送り、目標温度と一致す
るＪ：うにガス燃焼量の制御を行う。こうして、人１−
１水１１１１ｉ’ｌや；！ＴＩ水ｊ−１１に関係〃く出
湯温度を目標通りに紹持するものである。しかし、バー
ナでの最高燃焼［Ｉ叶Ｌバーナ数や給ＪＪ＋気能力及び
燃焼室容積などから」？のすと限界がある。

今、１６号相当の出力の機器ならば、水量が１０ｅ／分
の時は水温を４０℃だけ上ｙ１する能力である。従って
、入口水温が１０℃でＬＪ、出湯温度Ｖ、Ｉ：６０℃が
最高となり、たとえ、ｆｆ、、（ｌｌ１ｉ設定器４０２
で７０℃に設定しても７０　’Ｃ１ｌ−Ｊ：得られない
。この場合は水量を６．７７Ｉ／分捷で絞らなけＪ］、
ば７０℃にはならないことになる。本発明は、このよう
に通水量を絞ることによって常に目標温度に一致させる
ものである。では、水制御器１ｏっの動作について次に
詳述する。

従来例のところでも述べたようにガバナとして水量が水
圧に関係なく安定化した時の水量値は、通水量と制御ダ
イヤフラム１０９に作用する圧力差の関係とスプリング
１１１でほぼ決められる。

水は一部室１０４から出て開口１０５と検知室１０６及
び磁石１１７の間を通過する時に設計によって一義的に
定まる圧力降下を生じる。この特性は第５図の第２象限
に示したへ曲線である。低水量側では開口１０６に磁石
１１７が接っしているので圧力降下の増加傾向が大きく
、やがて離れ始めると増加傾向かにふぐなり、検知室１
０６は下流側に面積が拡大しているので水量増加があっ
ても固定された絞り弁のようには圧力降下は増大しない
。磁石１１７の下流側と二次室１１０は第二連通孔１１
９で結ばれているので第６図第２象限で示゛した差圧は
磁石１１７部分を通過する圧力降下と同じで、これが制
御ダイヤフラム１０９に３ 作用することになる。今、調節弁１１３が全閉状態なら
ば一部室１０４の圧力ｉＪ、二次室に影響しないので第
６図のへ曲線で示す水１ｊ１゛−差圧特性がその１１制
御ダイヤフラム１０９に作用してガバナ効果が発揮され
た状態で水量はＱ３となる。又、スイッチ１１５がオン
する点火水量はＱ８である。

次に、調節弁１１３を半開すると、磁石部分を通過する
時の水量と圧力降下の関係はへ曲線のままであるが一部
室１０４の圧力が二次室へ影響する結果、同一通水ｌｉ
ｔでも１１１１１１１ダイヤフラム１０９に作用する差
圧ｒ１減少して小曲線の、にうになり、安定状態での水
損・ｒｌ：Ｑ２に増加する。８１．Ｗ節弁１１３を更に
開くとダイヤフラノ・にＶｌ、二曲線が作用して水量は
Ｑｌに増加する。この」：うに調節弁１１３の開度によ
って水量変化ｔ、１、任意に行えるのであるが、二ヶの
連通孔ｉ１’、　；ＩＴＩ水１１（抗が高いので通水壁
の大部分は磁石１１７部分を流れるので、いつもへ曲線
のような圧力降下を生じ、その力で磁石１１７を浮」ニ
させる結果、点火水量の変化はない。

コントローラ４００では目標温度よりも湯温が１１４を
動かして水量を低減させることによって目標温度に一致
するよう制御している。

通水量の範囲は、夏期にシャワー適温で大量の湯を使用
する場合を考えれば、最大水量が多い程遠している（例
えば、１６号で水温２５℃、湯温４０℃とすれば約２７
ｅ／分）。一方、冬期に風呂浴槽へのさし湯を考えると
高温が得られる水量にするべきである（例えば、１６号
で水温６℃、湯温８０℃とすれば約５．３１７分）。こ
のように機器の最大能力を発揮しつつ各種の用途を考え
た通水量に設定すべきである。ところで、水圧は地域、
時刻によっても異るが低水圧の状態も多くあるので、出
来る丈、通水抵抗を少く設計して最大水量が得られるよ
うにするのが望１れる。従来例の第３図では、調節弁４
を全開にしても、調節弁４を挿入するために水回路の曲
り部分が存在してこの部分の抵抗が高くなるばかりでな
く、磁石部分１８での圧力降下が加わって第２図の８曲
線のように高水量を得るには高水圧を特徴とする特許１
６ になる。この点、本発明では、調節弁１１３が主通水路
中に存在せず回路がｊｌ’を純化でき、磁石１１７部分
のみの圧力用だけになるから第６図のように低水圧側で
高水量をイ；ノることが出来る。

第４図の実施例でスイッチ１１６はリードスイッチを図
示したが、磁気に感応するホール素子や磁気抵抗素子を
用いたスイッチでイ、良い。又、駆動機構１１４はモー
ターリ−−ボやステップモータなどが適している。更に
、加熱装置としてガス燃焼機の他に石油・電気の給湯機
への１１（開も容易である。

以上説明した」：うに、本発明ｄ１、制御ダイヤフラム
で区画した一次室及び二次室と、−次室へ開口した水が
流入する制が１１孔と対応１〜た制御弁を制御ダイヤフ
ラムと連動さＩＶｌ−次室の下流に水流で移動する磁石
とこの磁石変位を検出するスイッチと、−次室と二次室
を連通ずる第一連通路及び磁石の下流ＩＩＩＱと二次室
を連通ずる第二連通路と、どちらか一方の連通路に設け
られコントローラの信号で作動する駆動機構でその開度
が調節される調節弁とを有する水制御器、並びに、熱交
換器と加熱装置とから構成された加熱制御装置であるか
ら、コントローラの信号で水量値を任意に設定できて湯
温制御が任意に行えることはもちろん、水量値を変化さ
せても機器の発停を行う点火水量は不変である。更に、
調節弁を主通水路中に設けていないので通路圧損が低く
低水圧でも多量の通水が可能となる。調節弁は磁石下流
側の圧力と一次室の圧力との差を分圧して二次室へ作用
させるものであるからどちらの連通路に設けても良いが
、弁を開く方向で水量が増加する位置と、水量が減少す
る位置がある。前者は第一連通路に設けた場合であり、
後者は第二連通路である。水量を低下させる時に、後者
の第二連通路に設ける方法では調節弁を全開とし磁石部
分での圧力降下と制御ダイヤフラムに作用する差圧とを
ほぼ等しくするには第一連通路に比べて調節弁の抵抗を
大幅に低くなるよう設計する必要がある。ゴミなどの異
物づまりを考えると第一連通路の径を細くするにも限界
があるのでおのずと調節弁を大きくしなければ７ ならない。もし、全開状態でも一次室側の圧力の影響が
強くて磁石部での圧力降下」：り制御ダイヤフラムの差
圧が少い状態であるとするなら、同一最低水量を得るに
針１、磁石部での圧力降下を」：り多くなるように見込
んだ股引をしなＩｔ）ればならない。

第５図で言えば、Ｑ３Ａ：で低下さ、田るには、磁石部
の圧力降下曲線をへ曲線」：りも下側を通る特性にして
おくことになる。このことＶｌｌ、全体の通路圧損の増
大をもたらす結果となる。一方、調節弁を第一連通路側
に設けた場合しＬ、全開状態で最少水量が定まるので前
述のような問題はない。従っ調節弁を設けるならば第一
連通路１１０が有利である。

コントローラでは温度検出器と？）１１１度設定器を設
けることによって、水量値を目標＃ｌｌｉ度に合うよう
自動調節することが容易で、この結果、四季を通じて設
定した湯が得られる便利で安全な給湯機を得ることがで
きる。

この他に、調節弁を主通水路に設けず、連通路側から間
接制御を行う方法なので弁口径の小径化が可能で、全体
機器の小型化が図する。又、小径動機構のパワー低減が
可能であると同時に、コントローラ側の駆動回路、電源
回路の受容量化も図れる。従って、小型化と同時に価格
低減にも寄与することが出来る。又、第１図のようにダ
イヤフラムの動作をピンで外部へ導く部分が検知案内筒
のような静止した部分に代るので、単に点火水量が安定
するのみでなく、水洩れに対する信頼性の向上も図るこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図は従来の加熱制御装置に用いられている
水制御器の断面図、第２図はこれら従来例に於ける特性
図、第４図は、本発明をガス給湯機に適用した場合の加
熱制御装置の一実施例を示す構成図、第６図は、この実
施例に於ける水制御器の特性図である。 １０９・・・・・・制御ダイヤフラム、１０４・・・・
・・−次室、１１０・・・・・・二次室、１ｏ３・・・
・・・制御孔、１２０・・・・・・制御弁、１１７・・
・・・・磁石、１１５・−・・・スイッチ、１１２・−
・・・・第一連通路、１９ １１９・・・・・・第２連通路、４００・・・−・・コ
ントローラ、１１４・・・・・・駆動機構、１１３・・
・・・・調節弁、１００・−・・・・水制御器、２００
・・・・・・熱交換器、３００・・・・・・加熱装置、
４０１・・・・・・温度検知器、４０２・・・・・・温
度設定器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御ダイヤフラムと制御ダイヤフラムで区画され
   た一次室及び二次室と、−次室へ開口した制御孔と、制
   御孔と対応し制御ダイヤフラムと連動する制御弁と、−
   次室の下流側で水流によって移動する磁石と、磁石変位
   を検出するスイッチと、−次室と二次室を連通ずる第一
   連通路と、前記磁石位置の下流側と二次室を連通ずる第
   二連通路と、どちらか一方の連通路に設けられコントロ
   ーラによって作動する駆動機構で動かされる調節弁とを
   有する水制御器並びに、水制御器の下流に接続された熱
   交換器と、熱交換器を加熱する加熱装置とから構成され
   、スイッチの出力で通水状態を検知して加熱装置を運転
   すると共に、調節弁開度をコントローラで変化して水量
   を可変することによって湯水温度の制御を行う加熱制御
   装置。
2. （２）調節弁が第一連通路に設けられた特許請求のムベ
   ーン 範囲第１項記載の加熱制御装置。
3. （３）　　コントローラは、熱交換器の下流で湯水温度
   を検知する温度検出器と、目標温度を定める温度設定器
   を含み、両者の信号に応じて駆動機構へ駆動信号を送る
   特許請求の範囲第１項記載の加熱制御装置。