JPS59125325A - 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】 産業上の利用分野 本発明はガス、石油、電気などを熱諒とする瞬間式給湯
機の出湯性能の向上に関するものである。

従来例の構成とその問題点 瞬間式給湯機で加熱能力を制御して出湯温度の安定化を
図るものがあるが、給湯負荷が過大な場合には設定温度
を維持することが出来ない３．そこで、給水量を制限し
て温度維持する方法として次のような従来例が見られる
。

第１図は従来の第１例を示すもので、熱交換器１０１を
通る給湯回路１０２に給水温度センサ１０３と給水弁１
０４と給湯温度センサ１０５を設け、熱交換器１０１を
加熱するバーす１０６の発熱量１０８、では設定温度イ
言号ＴｓＩ）　　と給湯温度センサ１０５の信−弓の偏
差値を演算し出力する演算部１０９があり、この結果に
基づいて制御部１１０は前記偏差を無くするように燃料
調節部１０７を操作している。冬Ｊｕｌのように水温が
低い場合、あらかじめ定められた限界温度信号Ｔｌ−１
１１Ｎより水温が低くなり、かつ設定温度信号Ｔｓｐ　
よりも給湯温度センサ１０５の信号の方が低いという演
算部１０９の出力がある時は設定温度を維持する給湯能
力範囲外にあるという信号を検出部１１１が制御部１１
０へ送り、“給水弁１０４を操作して給水量の制限を行
うように動作する。

次に、第２の従来例を第２図に示しだ。ここで同じ構成
要素には第１図と同じ番号を付与している。給湯回路１
０２には流量センサ１１２が設けられていて、設定温度
信号Ｔ、Ｓ　Ｉ）　　と流量センサ１１２の信号と給水
温度信号１０３の信号によって加熱すべき発熱址を第１
゛演算部１１３で演算しその結果に基づいて制御部１１
０は燃料調節部１０７を操作している。そして、過大な
給湯負荷になって、第１演算部１１３の演算結果が機器
最大能力を超えると検出部１１１が信号を発し、設定温
度信号ＴＳＩ）　　と給水温度センサ１０３の信号によ
って設定温度を維持できる限界通水量を第２演算部１１
４が演算し、その結果に基づいて制御部１１０は給水弁
１０４を操作して給水量の制限を行うように動作する。

以上の例では、加熱最大能力に達し、設定温度を維持で
きる範囲を超える給湯負荷であることを検出する方法の
違いはあるが、いずれも給水量を制限することによって
設定温度の維持を図っている。、ところが、給水回路は
熱交換器１０１を必ず通るので通水抵抗を下けるにも限
度があり、その結果、最大通水量には自ずと制限がある
。従って、水温が高い場合に設定温度が低いような条件
では機器の持つ最大能力を発揮でき々い場合がある。

例えば、能力２４Ｑ００θ／ｈの場合、水温２０°Ｃで
浴槽へ４３°Ｃで給湯するなら１７．４１！／ｍｉｎの
通水量まで許容されるが、水圧が低（１２Ｉ！／ｍｉｎ
しか流れなければ能力は１６５６０θ／ｈに制限して運
転することにな゛る。このどとは、大型の給盪機を用い
ても浴槽に湯を張る時間の短縮が図れなＶことになると
いう問題を生じていた。

更に、熱交換器を通らないバイイぐス回路を有する従来
例として第３図に示すものがある。熱交換器２０１を通
る加熱路２０２と並列にバイパス路２０３が設けられた
玲湯回路２０４を有し、分岐点には加熱路側に第１弁座
２０５と第１弁２０６を設け、バイパス路側に第２弁座
２０７と第２弁２０８が設けられている。これら２個の
弁は弁軸２０９で連結されて熱膨張体２１０で操作され
、高温になれは、加熱路２０２　（ｊｉｌを開ぎバイパ
ス路２０３側を閉じる方向に移動し低温では逆方向に移
動する。熱交換器２０１の直後の湯温をサーミスタ２１
１で検出し交換器２１２によりヒータ２１３の加熱量制
御を行っている。従って、熱交換器２０１、　での湯温
が下れば第１弁２０６は閉じる方向に動いて前記湯温の
低下を１２止し、熱交換器２０１での湯温が上ると逆に
第１弁２０６は開く方向に動作することになる。このこ
とによって、熱交換器２０１での湯温を一定に保つもＱ
である。この例を、前述の通水総量増加の点から見ると
バイパス路２０３を有しているので加熱路２０またけで
構成した第１図及び第２図の例よりも多くの通水量を得
ることが出来る。

しかし、第３図の例では過大な給湯負荷を制限する機能
はないので第１図や第２図に示す例での効果を有してい
ない。そこで、第１図又は第２図の例と第３図の例を組
合わせることが当然考えられるが、給水弁１０４を作動
させる駆動部と熱膨張体２１０という両方の、駆動源を
必要とするばかりでなく１、制御する調節部回路の電気
容′亀の増大を招いてしまう。更に、水回路に金利３個
の弁体を有し複雑な構成になるという問題がある。

発明の目的 本発明はこのような従来の問題を解決するもので、多量
の給水量確保と過大給湯負荷の抑制を簡単な構成で実現
することを目的としている。

発明の構成 この目的の達成のために、本発明では熱交換器を通る加
熱路と並列のバイパス路からなる給湯回路と、熱交換器
の加熱装置及び発熱量を制御する能力制御装置と、水温
検出器と湯温検出器と、流量検出器と、給水量を制御す
る水量調節弁と、バイパス路に設けられその前後にほぼ
一定差圧を維持する定差圧弁と、温度設定器と、前記水
温検出器と湯温検出器と流量検出器と温度設定器の信号
で能力制御装置及び水量調節弁を作動させる制御回路部
とから構成されたものである。

この構成により、バイパス路を形成して通水路抵抗を低
下せしめて給水量増加を可能とし、水量調節弁により過
大給湯負荷を生じないよう給水量制御を行い、全給水量
の変化に対し定差圧弁で自動的に加熱路とバイパス路の
流量比を変化させて熱交換器での沸騰を防止するという
作用を行う。

実施例の説明 以下、本発明の実施例を第４図、第５図、第６図を用い
て説明する。

第４図はガス瞬間給湯機の例であって、熱交換器１を通
る加熱路２と熱交換器１を通らないバイパス路３とで給
湯回路４が構成されている。バーナ等の加熱装置５はそ
の発熱量が能力制御装置６で調節され前記熱交換器１を
加熱している。給湯回路４には水温検出器７と流量検出
器８と水量調節弁９が設けられており、バイパス回路３
には定差圧弁１０が設けられ、加熱路２とバイパス路３
の合流下流の給湯回路４には湯温検出器１１を設ける。

１２は必要な給湯温度を設定する温度設定器であり、こ
の信号と水温検出器７と流量検出器８と湯温検出器１１
の信号は制御回路部１３に与えられ、演算制御してその
出力信号は能力制御装置６及び水量調節弁９に与えられ
る。

定差圧弁１０は通水状態に於いてその前後の圧力差がほ
ぼ一定になるように弁開度を自動調整するもので、少水
量の時は弁開度は低く、大水量の時は弁開度が高くなる
ように動作する。この定差圧弁１０がバイパス路３に挿
入されているので、加熱路２の水量は、差圧と熱交換器
１の通水抵抗で定まるほぼ一定値となる。従って、全通
水量に対する各々の水量を示すと第５図のようになるっ
すなわち、少水量の状態では予め定められた差圧を生じ
るに至らないので定差圧弁１０は閉じており加熱路２の
みを流れる。やがて、加熱路２での熱交換器１による圧
力差が定差圧弁１ｏの設定圧にまで高くなると定差圧弁
１ｏは開きはじめ、バイパス路３の水量は増加するが加
熱路２の水量ははｌ！、一定となる。このように、全水
量の変化に対して自動的に加熱路２の流量とバイパス路
３の流量比を変化させるように動作するものである。

さて、給湯回路４の端末蛇口１４を開くと水が流れ始め
その値は制御回路部１３へ流量検出器８へ送られ、予め
定められた値以上になれば図示していない点火装置を作
動させて機器は始動する。

この時に始動する流量のレベルは水温検出器７の信号に
よって変化させる。熱交換器１で沸騰しない流量を選択
すべきなので、高水温の場合は始動流量を高く設定し、
低水温の場合は低く設定しても良い１９秒甲え（げ、能
力制御装置６で制御し得る最低能力を６０００に、♂／
ｈとし、沸騰を避ける温度を８５°Ｃどすれは、水温３
５℃では２ｚ／ｍｉｎ　　となるが、水温５℃では１．
２５ｅ／ｍｉｎ　で始動させても良い。逆に、水温に関
係なく２１！／ｍｉｎで始動させるなら水温５℃では最
低能力６０００にσｈの甘までは５５°Ｃの湯しか得ら
れなくなり、より高温を得るには能力を増加しなけれは
ならない。

少流量で高温を必要とする場合には無駄なことである。

このような不都合を本発明は避けるために始動流量を水
温に応じて変化させたものである。

始動と同時又は制御回路部１３に電のを投入した時に、
設定温度と水温から機器最高能力で設定温ｉを維持でき
る許容限界逃水量を制御回路部１３で演算し、その通水
量になるように流量検出器８の信号をフィードバックし
ながら水量調節弁９を操作する。そして、所定時間後に
湯温検出器１１の信号と温度設定器１２の信号を比較し
、その偏差が無くなるように能力制御装置ら又は水量調
節弁９を作動させる。この時、機器の最大能力範囲内で
あれは水量調節弁９は全開のま丑で加熱能力のみを制御
することになり、最大能力を超えるような給湯負荷の状
態なら前述のように通水量を抑制して給賜負荷を低減す
ることになる。このように、使用開始時に予め機器能力
に見合う給湯負荷に抑制しているので常に設定温度の湯
が得られる共に目標設定温度に到達する寸での時間を短
くすることが可能となる。

もちろん、ｌ垂軸中に温度設定器１２の値を変更した場
合にも機器能力の点から新たな許容通水量を演算して、
水量調節弁９を操作するか能力制御装置Ｗ、　６　ｋ操
作して目標温度に到達する動作を行う。

更に、運転中に水圧の変動や蛇口１４の開度変更かぁ−
〕だ場合に、能力範囲内の通水量になるよう水量調節弁
９を操作するのはもちろんであるが、流量検出器８の信
号に応じて能力制御装置６を湯温検出器１１での変化信
号が発生する以前に作動させている。すなわち、通水量
が急減した場合はその減少値に応じて能力を下げ、急増
した場合は能力を増加するものであり、この時は通水量
と設定温度と水温から演算した能力に力るように能力’
ｉｌｉ制御装置６を操作するものである。但し、この能
力を変化させる速度は熱交換器１の熱容量や罐水量によ
って湯温変化を極力少くするだめの最適値があることは
言う壕でもない。そして、所定時間後に湯温検出器１１
の信号によって設定温度に一致するよう能力制御装置６
又は水量調節弁９を操作して部品誤差による温度誤差を
補正することは既述と同様に行われる。

さて、定差圧弁１０によって全水量は第５図のように分
流されているが、加熱路水量がほぼ一定値になるその流
量は水温が高くても熱交換器１の中で沸騰しない値が選
ばれる。例えは最大能力２４０ＵＯ扁／ｈなら３５°Ｃ
の水温で８５°″Ｃとなる８β／ｍｉｎである。そして
水温か低い時に８６′Ｃの湯を得る場合は５°Ｃの水温
ならｓｌ／ｍ１ｎｉで水量調節弁９か紋ることになる。

尚、水量調節弁９は、運転停止後わずかな時間後に再始
動する場合に限り、再始動直後の一定時間だけ機器能力
を上回る通水を行うよう制御回路部１３で動作させると
加熱されていないバイパス路３の流量によって熱交換器
１中に停滞していた高温湯を除却する効果があり、後沸
きの低減に有効である。

次に、水温検出器７．流量検出器８．水量調節弁９．定
差圧弁１０．湯温検出器１１の給湯回路４中に挿入され
る各要素を結合した水制御ユニット１５を第６図に示し
だ。ここで、給湯回路４の中央に支持された佃１１６を
中心として回転するプロペラ羽根状の回転体１７があり
、その外周を結んだ円筒の一部にマグネット１８を設け
である。

この回転体１Ｔの外周で通水路の外部には基板１９に設
けられたホール素子や磁気抵抗素子などの磁気素子２０
がある。この磁気素子２０はマグネット１８が通過する
毎に起電力又は抵抗変化を生じるもので、回転体１７が
流量に比例しだ回転をするから前記電気量変化の〕ζル
ス数を単位時間毎に積算するかパルス間隔を算出するこ
と（ｌこよって、その刻々の通水量゛を知ることが出来
る。以上が流量検出器８を構成する要素である。

次に水は、制御孔２１を通過するが、その通過Ｆｉ積は
制御弁体２２の移動によって可変される０２３は制御弁
体２２を閉塞方向に附勢した調節スプリングであり、駆
動部２４の動作に追従して制御弁体２２の位置を定める
役割を果している。駆動部２４はモータ回転を直線運動
に変換する変換機構を有するか、リニアソレノイドなど
で構成されるもので、制御回路部１３の電気信号に応じ
て制御弁体２２を軸方向に移動せしめ制御孔２１の開口
度を調節するものである。以上が水量調節弁９の構成要
素である。制御孔２１を通過した水は水温検出器７を経
て、加熱路２と・・イパス路３に分流する。バイパス路
３には、弁座２５の下流側に弁体２６か設けられ弁座２
５の方向へ押圧附勢したスプリング２７を有しており、
これらによって定差圧弁１０を構成している。加熱路２
とバイパス路３が合流した下流に（ｒ−１，湯温検出器
１１か設けられている。

定差圧！１０の構成要素である弁体２６にｄ−１弁座２
５の内面積と圧力差の積に等しい力を弁体２６が開く方
向に作用している。従って、加熱路２の始点と終点の圧
力差か少い間、すなわち、加熱路２の流量が少い間は前
記の力にスプリング２７０力が優っているので弁座２５
と弁体２６は密着しており、加りツＨ路２の流−ｉ；か
ｊ″べすと圧力差による力に」：り除々に弁体２６が弁
座２５から離れてバイパス路３にも流れ始める。そして
、全通水量を増加すると弁体２６は才ず捷す弁座２５か
ら離れてバイパス路（／Ｃ多用に流れるか、その［ｋｌ
の弁体２６前後の圧力ｐ；−（、・：Ｌ、スプリング２
７の荷重によって支配されているのて、弁体２６の移動
用とスプリング２７のバネ定数の積たけ増加するに過さ
゛ない。

従−・て加熱路２の流ｈトは微増するのみである。こう
して第５図に示したような分流慣性が得られるのである
。この結果、分流比を全水覇゛に応じて変化さぜるため
の特別な駆動部を設けることが無く構成の簡易化か図れ
る。

水ｍ調節弁９は、その駆動部２４によって制御孔２１の
開度を調整するもので、その時の流量は流−１１４検出
器８の信号を制御回路部１３を通してフィードバックさ
れてするから、第４図に基づいて説明した各神状態に於
ける動作を行い得るものである６、又、水圧変動による
流量変化を防止するだめの水力゛バナとして機能するこ
とはもちろんである。

発明の効果 以上のように本発明の加熱制御装置によれば、バイパス
回路に設けた定差圧弁と、給湯回路中に設けた水温検出
器、流量検出器、湯温検出器並ひに水量調節弁と、発熱
量を制御する能力制御装置と、前記の検出器並びに温度
設定器の信号で水量調節弁及び能力制御装置を作動さぜ
る制御回路部とを有する構成であるから、通水抵抗の低
下か可能となって全通水量を多く確保できると共に、機
器能力を超える給湯負荷を予め抑Ｗｊｌする効果を有し
、広い流量範囲に渡って安定した出湯温度を得ることか
できるものである。更に、全通水量の範囲に渡って特別
な駆動部や制御回路を設けることなく熱交換器側への通
水量を必要最低限に自動的に抑制し、バイパス側通水量
との分流比率を変化させ得るもので構成の簡易化と小型
化を果す効果を有するものである。又、熱交換器流量の
最大値を少く設定できるので熱交換器の管径を細くする
ことが可能で、単に安価に製作できるのみでなく、熱容
ｈ：低トによる熱応答性の向上や管内保有水量の低［・
に、Ｊ、る後沸き低減にも有効である。

４．１ツ１曲の１゛バ〕中な説明 第１図及び第２図は従来のト１間式給湯機の制御系を小
１回路構成図、第３図は同じ〈従来の瞬間式給湯機の水
制往］部を断面した回路構成図、第４図ｄ、本発明の加
熱制御装置の一実ＪＭ例を示す回路構成図、第５図は同
装置の分流特性を示す特性図、第６図は同装置の水制向
１部を示す断面図である。

１　　〃・、交換器、２　　加熱路、３　　・・イパス
路、４　　給湯回路、５　　加熱装置、６能力制御装置
、７　　水温検出器、８　　流量検出器、９　　水ｍ調
節弁、１０　　定差圧弁、１１　　、′↓旨ｌｌ！□検
出器、１２　　温度設定器、１３１ｊ１］御回路部、２
５　　弁座、２６　　弁体、２７　　スプリング。

代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ｆ（Ｉｌｌ 第２図 Ｏｔ 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱交換器を通る加熱路及び前記熱交換器と並列の
   バイパス路とで構成した給湯回路と、前記　　３熱交換
   器を加熱する加熱装置と、前記加熱装置の発熱線を制御
   する能力制御装置と、給水温度を検出する水温検出器と
   、出湯温度を検出する湯温検出器と、給水量を検出する
   流量検出器と、前記給湯回路に設けられ給水量を制徊ｊ
   する水二区調節弁と、前記バイパス路に設けられその前
   後にほぼ一定ｉ−−月一を維持１−る定差圧弁と、温度
   設定器と、前記水温検出器と湯ｉｕ検出器と流量検出器
   と温度設定器の信号により能力制御装置及び水引調節弁
   を作動させる制御回路部とから構成され、前記発熱部と
   前記加熱路の流量及び前記バイパス路の流量の制御を行
   う加熱制御装置。
2. （２）定ノロ圧弁は弁座と、前記弁座の下流側に設はス
   プリングによって構成さ；れだ毛許錆求の範［Ｊ（１第
   １項記載の加熱制御装５−．（−。
3. （３）制御部は機器を始動停止さぜる流量検出器の信号
   レベルを水温検出器の信号によって変化させる特許請求
   の範囲第１項記載の加熱制御装置。