JPS6327620B2 - - Google Patents

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、電気などを熱源とする瞬
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。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１
０３と給水弁１０４と給湯温度センサ１０５を設
け、熱交換器１０１を加熱するバーナ１０６の発
熱量は燃料調節部１０７で調整される。そして調
節部１０８では設定温度信号Tspと給湯温度セン
サ１０５の信号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。冬期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T_MIN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１
０９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１１０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図に示した。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１０２には流量センサ１１２が設け
られていて、設定温度信号Tspと流量センサ１１
２の信号と給水温度信号１０３の信号によつて加
熱すべき発熱量を第１演算部１１３で演算しその
結果に基づいて制御部110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つ
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Tspと給水温度センサ１０３の信号によつて
設定温度を維持できる限界通水量を第２演算部１
１４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
制限することによつて設定温度の維持を図つてい
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げるにも限度があり、その
結果、最大通水量には自ずと制限がある。従つ
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ない場合があ
る。

例えば、能力24000Kcal／ｈの場合、水温20℃
で浴槽へ43℃で給湯するなら17.4／minの通水
量まで許容されるが、水圧が低く12／minしか
流れなければ能力は16560Kl／ｈに制限して運転
することになる。このことは、大型の給湯機を用
いても浴槽に湯を張る時間の短縮が図れないこと
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パス回路を有す
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が設けられた給湯回路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、
高温になれば、加熱路２０２側を開きバイパス路
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２１１で検出し制御器２１２によりヒータ２
１３の加熱量制御を行つている。従つて、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防止し、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。このことによつて、
熱交換器２０１での湯温を一定に保つものであ
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
２だけで構成した第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、制御する調節部回路の電気容量の増大
を招いてしまう。更に、水回路に合計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に前記加熱路え接続したバイ
パス路とで構成した給湯回路と、前記熱交換器を
加熱する加熱装置と、前記加熱装置の発熱量を制
御する能力制御装置と、出湯温度を検出する湯温
検出器と、前記給湯回路に設けられ、全給水量を
検出する流量検出器及びその水量を制御する水量
調節弁と、前記バイパス路に設けられ、その前後
にほぼ一定差圧を維持して前記バイパス路えの分
水量を変化させ、前記熱交換器えはほぼ定水量を
流す定差圧弁と、出湯湯温の温度設定器と、前記
温度設定器と前記湯温検出器及び流量検出器の信
号により前記能力制御装置及び前記水量調節弁を
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つて、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がパイパス路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。従つて、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。
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１０の設定圧
にまで高くなると定差圧弁１０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
ほぼ一定となる。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
より送られ、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の信号によつて変化させる。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
始動流量を多く設定し、低水温の場合は少く設定
しても良い。例えば、能力制御装置６で制御し得
る最低能力を6000Kcal／ｈとし、沸騰を避ける
温度を85℃とすれば、水温35℃では２／minと
なるが、水温５℃では1.25／minで始動させて
も良い。逆に、水温に関係なく２／minで始動
させるなら水温５℃では最低能力6000Kl／ｈのま
までは55℃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ばならない。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に電源を投入し
た時に、設定温度と水温から機器最高能力で設定
温度を維持できる許容限界通水量を制御回路部１
３で演算し、その通水量になるように流量検出器
８の信号をフイードバツ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１
１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６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
囲内であれば水量調節弁９は全開のままで加熱能
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
抑制して給湯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までの時間を短く
することが可能となる。

もちろん、運転中に温度設定器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６を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
変更があつた場合に、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なるように
能力制御装置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
罐水量によつて湯温変化を極力少くするための最
適値があることは言うまでもない。そして、所定
時間後に湯温検出器１１の信号によつて設定温度
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によつて全水量は第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。例えば最大能力
24000Kcal／ｈなら35℃の水温で85℃となる８
／minである。そして水温が低い時に85℃の湯
を得る場合は５℃の水温なら５／minまで水量
調節弁９が紋ることになる。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の流量によつて
熱交換器１中に停滞していた高温湯を冷却する効
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ツ
ト１５を第６図に示した。ここで、給湯回路４の
中央に支持された軸１６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ツト１８を設けてある。
この回転体１７の外周で通水路の外部には基板１
９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
ツト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が流量に比例した回転を
するから前記電気量変化のパ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によつ
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
面積は制御弁体２２の移動によつて可変される。
２３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とバイパス路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が設けられ弁座２５の方向へ押圧附勢
したスプリング２７を有しており、これらによつ
て定差圧弁１０を構成している。加熱路２とバイ
パス路３が合流した下流には湯温検出器１１が設
けられている。

定差圧弁１０の構成要素である弁体２６には、
弁座２５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。従つて、加熱路
２の始点と終点の圧力差が少い間、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２
７の力が優つているので弁座２５と弁体２６は密
着しており、加熱路２の流量が増すと圧力差によ
る力により徐々に弁体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はますます弁座２５から離
れてバイパス路に多量に流れるが、その時の弁体
２６前後の圧力差は、スプリング２７の荷重によ
つて支配されているので、弁体２６の移動量とス
プリング２７のバネ定数の積だけ増加するに過ぎ
ない。従つて加熱路２の流量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性が得ら
れるのである。この結果、分流比を全水量に応じ
て変化させるための特別な駆動部を設けることが
無く構成の簡易化が図れる。

水量調節弁９は、その駆動部２４によつて制御
孔２１の開度を調整するもので、その時の流量は
流量検出器８の信号を制御回路部１３を通してフ
イードバツクされているから、第４図に基づいて
説明した各種状態に於ける動作を行い得るもので
ある。又、水圧変動による流量変化を防止するた
めの水ガ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は熱交換器と並列に加熱路
え接続したバイパス路に定差圧弁を設け、熱交換
器えはほぼ定水量を流し、バイパス路えの分流水
量を変化させるのであるから、通水抵抗の低下が
可能となつて全通水量を多く確保できるとともに
広い範囲に渡つて安定した出湯温度を得ることが
できる。更に、全通水量の範囲に渡つて特別な駆
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。また全通水量と熱交換器側への通水量の関係
が定まつているので、燃焼の始動と停止を行うた
めに熱交換器側への通水量を検出する必要がな
く、全通水量を検出して水量制御に使う流量検出
器の信号を利用することができるとともに水回路
部品の小型簡素化にもつながる利点を有する。
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量低下による熱応
答性の向上や管内保有水量の低下による後沸き低
減にも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の瞬間式給湯機の制御
系を示す回路構成図、第３図は同じく従来の瞬間
式給湯機の水制御部を断面した回路構成図、第４
図は本発明の加熱制御装置の一実施例を示す回路
構成図、第５図は同装置の分流特性を示す特性
図、第６図は同装置の水制御部を示す断面図であ
る。 １……熱交換器、２……加熱路、３……バイパ
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……水量調節弁、１０……定差圧弁、１
１……湯温検出器、１２……温度設定器、１３…
…制御回路部、２５……弁座、２６……弁体、２
７……スプリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱交換器を通る加熱路及び前記熱交換器と並
   列に前記加熱路え接続したバイパス路とで構成し
   た給湯回路と、前記熱交換器を加熱する加熱装置
   と、前記加熱装置の発熱量を制御する能力制御装
   置と、出湯温度を検出する湯温検出器と、前記給
   湯回路に設けられ全給水量を検出する流量検出器
   及び前記水量の制御をする水量調節弁と、前記バ
   イパス路に設けられその前後にほぼ一定差圧を維
   持して前記バイパス路への分水量を変化させ、前
   記熱交換器へはほぼ定水量を流す定差圧弁と、出
   湯温度の温度設定器と、前記温度設定器と前記湯
   温検出器及び前記流量検出器の信号により前記能
   力制御装置及び前記水量調節弁を作動させる制御
   回路部とを備えた加熱制御装置。 ２ 制御回路部は機器を始動させる最低流量値
   を、水温によつ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。