JP2014501379A - 瞬間湯沸器 - Google Patents

Abstract

本発明は、貫流する液体を加熱するための熱交換器（２）を有する瞬間湯沸器を動作させるための方法および瞬間湯沸器（１）に関しており、この瞬間湯沸器は、冷水管路（３１）を接続するための上水入口部（２１）と、温水管路（３２）を接続するための上水出口部（２２）とを有しており、ここでは送出する液体の外部温度を制御および調整するための制御部が設けられている。冷水管路（３１）を上水出口部（２２）に接続しかつ温水管路（３２）を上水入口部（２１）に接続した場合であっても瞬間湯沸器の動作を可能にするため、上水入口部（２１）に温度センサ（６）が配置されている。ここでは液体の実際温度が、熱交換器（２）を通る貫流方向に依存して、あらかじめ設定した目標温度に制御される。

Description

本発明は、貫流する液体を加熱するための熱交換器を有する瞬間湯沸器に関しており、ここでこの瞬間湯沸器は、冷水管路を接続するための上水入口部と、温水管路を接続するための上水出口部とを有しており、ここでは液体の温度を調整または制御するための制御部が設けられている。

さらに本発明は、貫流する液体を加熱するための熱交換器を有する上記のような瞬間湯沸器を動作させる方法に関する。

瞬間湯沸器は、例えば、家庭において上水を加熱するために使用される。ここでは水が、冷水管路を介して瞬間湯沸器に供給され、この瞬間湯沸器の内部で熱交換器によって加熱され、温水管路を介して送出される。この熱交換器は、直接加熱するかまたは２次循環路を介して加熱することが可能である。上水という語は、一般的なものと理解すべきであり、例えば飲料水を含んでいる。

瞬間湯沸器を正常に動作させるために必要であるのは、温水管路および冷水管路を正しく接続する必要があり、すなわち、冷水管路を上水入口部にまた温水管路を上水出口部に接続しなればならないのである。一般的には熱交換器への熱供給の制御は、送出量に依存して行われ、この送出量は貫流センサによって検出される。しかしながら貫流センサが満足のいく動作をするのは、熱交換器を通る所期の貫流方向が守られる場合だけであり、すなわち、冷水管路が上水入口部にまた温水管路が上水出口部に接続される場合だけである。これらの接続を取り違えた場合には、送出される液体の測定エラーが発生し得る。上記の貫流センサがまったく信号を出力しないこと、すなわち液体が送出されるか否かを求めることができないことも起こり得るのである。

したがって従来の瞬間湯沸器では、正常な動作のため、冷水管路を上水出口部に、また温水管路を上水入口部に正しく接続する必要がある。接続を取り違えた場合には、熱せられた液体、例えば温水を送出することは一般的には不可能である。

本発明の課題は、上記の接続を取り違えた場合であっても瞬間湯沸器が動作できるようにすることである。

この課題は、本発明により、請求項１に記載した特徴的構成を有する瞬間湯沸器によって解決される。有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

上水入口部に温度センサを配置することにより、熱交換器を通る液体の貫流方向に依存せずに、すなわち、冷水管路が上水出口部または上水入口部に配置されており、またこれに相応して温水管路が上水入口部または上水出口部に配置されているかに依存せずに、加熱された液体を送出することができる。上水入口部における温度変化は、上記の液体が送出されるかないしはコックを開くことによって出ることによって推定することができる。このような水の送出は、開栓とも称される。温度センサが上水入口部において温度上昇を示す場合、このことは、上水入口部に温水管路が接続されており、すなわち、上水出口部から上水入口部に向かう貫流方向に熱交換器を通ることを示している。したがって送出される液体ないしは熱交換器の温度の調整または制御は、上水入口部において測定した実際温度に依存して行われるのである。上水入口部から上水出口部への貫流方向の場合に設定される通常動作はこの際に切ることができるため、この瞬間湯沸器は、エラー動作で動作される。

一般的には上水出口部に温度センサが配置される。上水出口部におけるこのような温度センサは、温水管路および冷水管路が正しく接続されている場合には、すなわち、上水入口部から上水出口部への貫流方向の場合には、温水管路における実際温度を検出するために使用され、ひいては熱交換器によって液体に伝達される熱を制御ないしは調整するために使用される。上水出口部における温度センサにより、エラー識別がさらに改善される。上水入口部および上水出口部における温度を比較することにより、冷水管路が上水入口部に接続されているのかまたは上水出口部に接続されているのかについての情報が比較的高い信頼性で得られる。上水入口部における温度が、上水出口部における温度を上回っている場合、上記の接続が取り違えられているため、熱交換器をエラー動作で動作させる。

有利には上記の上水入口部および／または上水出口部に貫流センサが配置される。このような貫流センサは、慣用の多くの瞬間湯沸器において設けられており、ここでは貫流センサによって送出量が求められ、この送出量は、熱交換器によって液体に伝達される熱量を制御するために使用される。このような貫流センサは、一般的に１つの貫流方向だけにおいて高い信頼性を有しており、本発明では貫流センサの方向依存性は、冷水管路が正しく上水入口部に接続されておりかつ温水管路が正しく上水出口部に接続されている否かを識別するためにも利用することができる。上水入口部における温度が上昇しているのにかかわらず上記の貫流センサが信号を送信しない場合、すなわち送出がシグナリングされない場合、明らかに接続が取り違えられているため、この瞬間湯沸器は、送出される液体の制御が、上水入口部における温度に依存して行われるエラー動作で作動させなければならない。

有利な１つの実施形態において上記の熱交換器は、上記の制御部によって制御可能なポンプおよび熱源を備えた２次循環路を有する。この２次循環路およびポンプにより、熱源によって形成された熱は、熱交換器に入り、そこで液体に伝達されるため、この液体を熱して送出することができる。この熱源は、種々異なる構成を有することができ、例えば、ガス燃焼器、オイル燃焼器としてまたは電気加熱素子として形成することができる。上記の２次循環路を例えばセントラルヒーティングシステムの一部分として形成することも考えられる。

上記の制御部は有利には記憶装置を有しており、この記憶装置には以下の状態を記憶することができる。すなわち、
０：チェック要
１：通常動作
２：エラー動作
を記憶することができ、瞬間湯沸器の動作は、記憶されたこの状態に依存して行われる。各状態を記憶するために１バイトが必要であり、このことは、単純１ビットでの記憶に比べて、エラーを生じにくいという利点を有する。上記の瞬間湯沸器の最初の設置ないしは最初の始動の前には、チェックが必要であることが上記の記憶装置に記憶される。これによって保証されるのは、新しく接続した後毎に、温水管路が正しく上水出口部に接続されかつ冷水管路が正しく上水入口部に接続されているか否かのチェックが行われることである。このチェックがイエスの場合、瞬間湯沸器は通常動作で動作し、この状態が記憶装置に記憶される。通常動作では、ユーザは種々異なる設定を行うことができ、例えばこの瞬間湯沸器は、エコモードまたは快適モードで動作される。エコモードではエネルギを節約するために、液体が開栓によって出されない場合にかなりの程度まで熱交換器を冷却させることができる。これに対してエラー動作では、すなわち温水管路が上水入口部に接続されかつ冷水管路が上水出口部に接続されている場合、エコモードでの動作はできない。それは、このエラー動作では、接続の繰り返しのチェックを行わなければならないからであり、このチェックは、熱交換器が動作温度領域で動作している場合にのみ可能だからである。ユーザによる別の設定選択肢もエラー動作では制限されることがある。

有利には上記の制御部は、温水管路が上水入口部に接続されている場合に温かい液体が上水入口部に移し入れられ、場合によって表示がエラー動作を表示するように設計され、この際には、殊に、熱交換器の温度を上昇させるか、一定に保たれるか、または上水入口部における温度に依存して制御される。すなわち、これによって上記の接続が取り違えられている場合であっても瞬間湯沸器の十分な動作が可能なのである。この場合に相応する表示器を設けることにより、配管工は比較的迅速にエラーの原因を突き止めてこれを取り除くことができる。しかしながらこのエラーが取り除かれるまで、瞬間湯沸器を止めておく必要はない。むしろ動作が制限されているとしてもこれが可能なのである。

上記の課題は、本発明により、請求項６の特徴部分に記載された方法によって解決される。

液体の貫流方向は、熱交換器によって求められ、あらかじめ設定した目標温度への液体の実際温度の制御は、貫流方向に依存して行われる。すなわち、この瞬間湯沸器は、上水入口部から上水出口部に至る貫流方向、つまり、温水管路および冷水管路が正しく接続されている場合にも、上水出口部から上水入口部に至る逆の貫流方向にも動作させることができるのである。この際には貫流方向に依存して相異なる制御パラメタを使用することができる。例えば、上水出口部から上水入口部に至る貫流方向の場合に目標温度をあらかじめ固定に設定することができるのに対し、上水入口部から上水出口部に至る正しい貫流方向の場合にこの目標温度はユーザによって変更可能であり、例えばエコモードを選択することによって変更可能である。

有利には上記の貫流方向は、上水入口部における温度を測定することによって求められ、場合によっては上水出口部における温度の測定に関して、および／または、上水入口部または上水出口部における貫流センサによって求められる。上水入口部における温度上昇は、温水管路が上水入口部に接続されていること、すなわち貫流方向が上水出口部から上水入口部に向かっていることのサインである。しかしながらこのエラー識別は、上水出口部における温度も検出することによってさらに信頼性を高めることができる。液体を送出する際に上水入口部における温度が、上水出口部における温度に対して上昇している場合、明らかに上水出口部から上水入口部への貫流が行われている。方向に依存する貫流センサは、貫流方向を求めるためにも利用可能である。しかしながらこの場合、送出される液体の実際温度を制御するためには上水入口部における温度の検出も必要である。

有利には上水入口部において温度Ｔ１を、また上水出口部において温度Ｔ２を測定し、温度Ｔ２が温度Ｔ１よりも高い場合に温度Ｔ２を目標温度に制御し、温度Ｔ１が温度Ｔ２よりも高い場合にＴ１を目標温度に制御する。すなわち、ここでは上水入口部における温度も上水出口部における温度も共に検出するのである。この制御のベースになっているのはつねに、検出した高い方の温度であり、この温度により、熱交換器内での貫流方向についての信頼性の高い情報が得られる。上水出口部における温度Ｔ２が、上水入口部における温度Ｔ１よりも高い場合、通常動作状態にあり、これに対し、上水入口部における温度Ｔ１が上水出口部における温度Ｔ２よりも高い場合、エラー動作状態にある。通常動作状態またはエラー動作状態にあるかに応じて、上記の制御部は相異なるプログラムによって、ないしは異なるモードによって動作させることができる。

ここで殊に有利であるのは、記憶装置に以下の３つの状態のうちの１つを記憶することである。すなわち、
０：チェック要
１：通常動作
２：エラー動作
の状態のうちの１つを記憶し、瞬間湯沸器の初期化時および／または比較的長い停止時間の後、記憶装置を「０」に設定し、殊にエラー動作では、貫流方向のチェックが繰り返される。出荷状態において、すなわち瞬間湯沸器のはじめての初期化ないしははじめての始動の前には、チェックが必要であることが記憶装置に記憶される。この結果、はじめての始動時には温水管路および冷水管路が正しく接続されているか否かのチェックが行われる。このために熱交換器が加熱され、上水入口部における温度が検出される。場合によっては付加的に上水出口部における温度が検出され、上水入口部における温度と比較される。液体の送出が行われるか否かを貫流センサを用いて検出することも考えられる。上水入口部における温度が、上水出口部における温度よりも高い場合、瞬間湯沸器がエラー動作で動作されることが記憶装置に記憶される。しかしながら上水出口部における温度が、上水入口部における温度以上に上昇する場合、瞬間湯沸器が通常動作で動作されることが記憶装置に記憶される。エラー動作では、ユーザ設定は制限的にのみ可能であり、例えば、エコモードにおける動作は可能でないため、熱交換器の過度な冷却は行われない。エラー動作では、貫流方向が周期的に新たにチェックされるようにする。

エラー動作では熱交換器の温度は有利には上側の境界温度と下側の境界温度との間に維持される。これは、例えばファジィ制御によって行うことができる。

エラー動作では有利には、通常動作における目標値よりも高い目標値が使用される。これによって保証されるのは、冷水管路および上水管路が正しく接続されていない場合であっても、十分に温かい液体が熱交換器から温水管路に送出されることである。目標値を高めることによって同時に、エラー識別を改善することができる。それは、目標値を高めることは、液体が送出される際に一層高く温度を上昇させることに結び付くからである。

以下では図面に関連し、有利な実施例に基づいて本発明を詳しく説明する。

瞬間湯沸器を示す略図である。 本発明による方法のフロー例である。

図１には、熱交換器２を有する瞬間湯沸器１が略示されており、熱交換器２は、上水入口部２１および上水出力部２２を有する。熱源５２によって形成された熱エネルギは２次循環路５を介して熱交換器２に供給される。熱源５２から熱交換器２への熱エネルギの伝達は、ポンプ５１によって搬送される、例えば水のような液体によって行われる。

正しく設置されている場合には上水入口部２１に冷水管路３１が、また上水出口部２２に温水管路３２が配置される。熱交換器２を通る貫流は、上水入口部３１から上水出口部３２に向かって流れる。熱交換器２では液体への熱エネルギの伝達が、すなわち液体の加熱が行われ、この液体は、加熱されて温水管路３２に送出される。以下では、液体として水を使用することを仮定するが、別の液体を使用することも考えられる。

熱交換器２から水に伝達される熱エネルギは、制御部４によって制御される。一般的に送出量が貫流センサ８によって検出され、上記の制御は、この送出量に依存して、どの程度の熱を熱交換器２で伝達しなければならないかが決定される。２次循環路５によってもたらされる熱エネルギは、相応に供給される。このような制御は、冷水管路および温水管路を正しく接続した際、すなわち、上水入口部から上水出口部に向かう貫流方向の場合に要求を満たすことができる。上水出口部２２に配置されている温度センサ７を用いて制御することにより、目標温度を制御することができる。

しかしながら貫流方向が逆の場合、すなわち誤って冷水管路３１が上水出口２２に、また温水管路３２が上水入口部２１に接続された場合、貫流センサ８は、もはや信号を出力せず、上水出口部２２における温度センサ７もつねに一定の温度しか示さない。すなわち、供給される冷水の温度しか示さないのである。この結果、この場合には温水を制御して送出することはできないのである。

本発明では、上水入口部２１に温度センサ６を配置する。このような温度センサ６は、接続が正しく行われている場合、すなわち、上水入口部２１から上水出口部２２に向かう貫流方向の場合、さらなる監視機能を有する。すなわち、上水入口部２１において事前に加熱された水を検出するのである。これは、例えば、ソーラーによる事前加熱を確認するためである。上水入口部２１における水温が、上水出口部２２における水温を上回る場合、瞬間湯沸器１ないしはその熱源５２は起動されない。さらに、予測制御によって、すなわち水入口温度を考慮して、上水出口部２２における水温を最適化するために温度センサ６を利用することができる。しかしながら温水管路が上水入口部２１に接続されている場合であっても、すなわち、瞬間湯沸器１をいわば誤って貫流している場合であっても、このセンサは貫流方向を一層確実に確定し、送出される液体の目標温度を制御することができる。

正しく接続されている場合、すなわち冷水管路３１が上水入口部２１に接続され、かつ、温水管路３２が上水出口部２２に接続されている場合、通常動作が行われる。エラー動作は、熱交換器２が逆の方向に動作される場合、すなわち冷水管路３１が上水出口部２２に接続され、かつ、温水管路３２が上水入口部２１に接続される場合に発生する。エラー動作が発生しているか否かは、表示器９に示すことができ、これによって、例えば、配管工は、温水管路３２および冷水管路３１が熱交換器２に正しく接続されているか否かを直ちに識別することができる。

図２には本発明による方法の考えられ得るフローが略示されている。最初の設置の後、すなわち、瞬間湯沸器１の最初の始動時または動作の比較的長い中断の後、熱交換器２はまず加熱される。つぎの温水送出時には上水入口部２１における温度が検出される。場合によって熱源５２はさらに熱を供給することができ、この際に上水入口部２１における温度が連続して検出される。熱源５２を始動する前の上水入口部２１における温度は、後に検出される温度と比較される。温度上昇が発生している場合、上水出口部２２から上水入口部２１への方向に貫流が行われており、すなわちエラー動作が発生している。これにしたがい、上水入口部２１において温水が送出され、上水入口部２１における実際温度の制御が行われる。熱源５２が熱エネルギを熱交換器２に供給しているにもかかわらず上水入口部２１における温度が低下している場合、冷水管路３１および温水管路３２は正しく接続されており、上水出口部２２に温水が送出される通常動作が行われるため、上水出口部２２における温度が目標温度に制御される。

最初の始動時における瞬間湯沸器１の加熱は、瞬間湯沸器１がどのモードに設定されているかに無関係に行われる。すなわち、例えば、要求あった場合にだけ熱交換器２の加熱が行われるエコモードが選択されているかに否かに無関係に行われるのである。

上水入口部２１における温度検出に加えて、上水出口部２２における温度検出が行われる場合、これらの２つの温度を比較することによって比較的簡単に貫流方向を確定することができる。液体の送出中に上水出口部２２における温度が、上水入口部２１における温度を上回る場合、瞬間湯沸器は正常動作をしている。これに対し、上水入口部２１における温度が上水出口部２２における温度よりも上昇している場合、瞬間湯沸器１はエラー動作をしている。このエラー識別は、付加的に貫流センサを設けることによって改善することができる。

エラー動作は、液体を送出中に上水入口部２１において冷却が行われない、すなわち温度低下しない場合にも想定することができる。

本発明による方法は容易に、付加的に実装することができ、また既存の瞬間湯沸器にも後付することができる。この方法は、冷水管路３１および温水管路３２が正しく接続されていない場合にだけ効力を発揮する。正しく接続が行われなかった場合であっても高い信頼性で加熱された液体を送出することが可能になり、すなわち、瞬間湯沸器１は、エラー動作で動作させられるのである。同時にこのエラーの識別が極めて容易に可能になるため、修正作業を極めて迅速に行なうことができ、したがってわずかなコストしか発生しないのである。

瞬間湯沸器１の加熱による貫流方向のチェックは、設定されているモードに依存せずに、すなわち、例えば、瞬間湯沸器１がエコモードまたは快適モードで動作しているかには依存せずに行われる。エラー動作時には熱交換器２の温度は、下側の境界温度と上側の境界温度との間に維持される。すなわち熱交換器２はつねに、高い温度に維持されるのである。通常動作時には、例えば、エコモードへの調整が可能であり、エネルギを節約するために熱交換器２の大幅に冷却することができる。

従来では、熱交換器２から送出すべき液体に伝達される熱エネルギは、送出量に依存して制御されるのに対し、本発明では、上水入口部２１における温度を検出するため、冷水管路３１と温水管路３２とが取り違えられて接続されている場合であっても、送出される液体の温度を制御することができる。

Claims (10)

1. 貫流する液体を加熱するための熱交換器（２）を有する瞬間湯沸器（１）であって、
   該瞬間湯沸器（１）は、冷水管路（３１）を接続するための上水入口部（２１）と、温水管路（３２）を接続するための上水出口部（２２）を有しており、
   前記液体の温度を制御または調整するための制御部（４）が設けられている、瞬間湯沸器（１）において、
   温度センサ（６）が前記上水入口部（２１）に配置されている、
   ことを特徴とする瞬間湯沸器（１）。
2. 請求項１に記載の瞬間湯沸器において、
   貫流センサ（８）が、前記上水入口部（２１）および／または前記上水出口部（２２）に配置されている、
   ことを特徴とする瞬間湯沸器。
3. 請求項１または２に記載の瞬間湯沸器において、
   前記熱交換器（２）は、前記制御部（４）によって制御可能なポンプおよび熱源を有する２次循環路に接続されている、
   ことを特徴とする瞬間湯沸器。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の瞬間湯沸器において、
   前記制御部（４）は記憶装置を有しており、該記憶装置には以下の状態、すなわち、
   ０：チェック要
   １：通常動作
   ２：エラー動作
   を記憶することができ、
   動作が当該記憶された状態に依存して行われる、
   ことを特徴とする瞬間湯沸器。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の瞬間湯沸器において、
   前記温水管路（３２）を前記上水入口部（２１）に接続した場合に前記上水入口部（２１）に温かい液体を移し入れることができ、必要に応じて表示器（９）にエラー動作を表示し、殊に前記熱交換器（２）の温度が高められるか、一定に保たれるか、または前記上水入口部（２１）における前記温度に依存して制御するように前記制御部（４）は設計されている、
   ことを特徴とする瞬間湯沸器。
6. 貫流する液体を加熱するための熱交換器を有する、殊に請求項１から５までのいずれか１項に記載の瞬間湯沸器を動作させるための方法において、
   前記液体の貫流方向を前記熱交換器によって求め、
   前記貫流方向に依存して、あらかじめ設定した目標温度に前記液体の実際温度を制御する、
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法において、
   貫流方向を前記上水入口部における温度を測定することによって求め、場合によっては前記上水出口部における温度の測定に関連しておよび／または前記上水入口部または前記上水出口部における貫流センサによって求める、
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項６または７に記載の方法において、
   前記上水入口部における温度（Ｔ１）および前記上水出口部における温度（Ｔ２）を測定し、
   前記温度（Ｔ２）が前記温度（Ｔ１）よりも高い場合、前記温度（Ｔ２）を目標温度に制御するのに対し、前記温度（Ｔ１）が前記温度（Ｔ２）よりも高い場合、前記温度（Ｔ１）を目標温度に制御する、
   ことを特徴とする方法。
9. 請求項６から８までのいずれか１項に記載の方法において、
   殊にエラー動作時に下側の境界温度と上側の境界温度との間に前記熱交換器の温度を維持する、
   ことを特徴とする方法。
10. 請求項６から９までのいずれか１項に記載の方法において、
    エラー動作時に通常動作時よりも高い目標値を使用する、
    ことを特徴とする方法。

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