JP3112412B2 - ガス給湯器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キッチン用、風呂
用、床暖房用などに用いられ、給湯開始と同時にガスバ
ーナによる加熱を開始する瞬間式のガス給湯器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガス給湯器では所定温度に加熱
した湯を蓄えておく貯湯式のものと、給湯開始と同時に
ガスバーナによる加熱を開始する瞬間式のものとが知ら
れており、瞬間式のものは貯湯する必要がなく装置が小
形であって設置が容易であることから広く普及してい
る。

【０００３】一方、瞬間式のガス給湯器は、給湯を開始
すると同時にガスバーナによる加熱を開始するものであ
るから、ガス給湯器の中に滞留している水が所望温度に
達するまでに時間遅れがあり、所望温度の湯がカランに
到達するまでにガス給湯器からカランまでの配管の長さ
分だけではない時間遅れが生じる。つまり、カランから
吐出される湯の温度が立ち上がるまでに比較的長い時間
を要するという問題がある。

【０００４】この種の問題を解決するものとして、従来
より図５に示すように、給湯器１からの湯を吐出させる
カラン５が接続された給湯配管６に加えて、給湯配管６
の端末から給湯器１への戻り配管７を設け、給湯器１か
ら供給される湯を給湯配管６→戻り配管７の経路で給湯
器１に循環させることが考えられている。つまり、給湯
配管６と戻り配管７とによる循環経路を設けることによ
って、カラン５が閉じている間にも湯を流し続け、循環
している湯の温度を給湯器１で監視するとともに、循環
経路を通る湯の温度が所定温度に保たれるように給湯器
１において湯を適宜加熱するのである。

【０００５】この構成を採用すれば、循環経路を通る湯
の温度は所定温度に保たれているから、カラン５を開放
すると同時に温度の高い湯を吐出させることができる。
また、カラン５が開放されると給湯器１のガスバーナが
点火するから温度の高い湯を吐出させ続けることができ
る。このように図５に示す構成を採用すれば、カラン５
を開放してから吐出される湯の温度が立ち上がるまでの
時間遅れがほとんど生じないが、戻り配管７を設けるも
のであるから施工が面倒であり、既設の建物に設置する
のは困難である。また、給湯配管６と戻り配管７とによ
り形成される循環経路に湯を循環させるためには給湯器
１にポンプのような循環用の装置を設ける必要があり、
給湯器１の構成が複雑になるとともにコスト増につなが
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したような問題を
解決すべく、本発明者らは給湯を停止している期間にお
いてもガスバーナを間欠的に点火することによって給湯
器の内部の保有水を保温することを案出した。すなわ
ち、給湯器の内部の保有水の温度を監視し、保有水の温
度が所定の温度範囲内に保たれるようにガスバーナを間
欠的に点火させるのである。

【０００７】保温処理を行なうときには、給湯を停止し
た状態でガスバーナを点火するものであるから、給湯器
の内部の湯の温度が上昇することによって内部圧力が高
くなり、また場合によっては湯の温度が所望温度よりも
大幅に上昇して過熱状態になることがある。内部圧力に
ついては水が沸騰しなければ高々２〜３ｋｇｆ／ｍ²程
度の上昇に過ぎず、付属の過圧逃がし弁からの水の流出
には至らない。一方、過熱状態になると熱い湯が吐出さ
れたり給湯器が熱くなったりしてやけどの危険があるか
ら、過熱状態は避けなければならない。

【０００８】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、給湯を停止した状態で保温すること
によって給湯開始からの湯の温度の立ち上がり時間を短
くしながらも過熱状態に至るのを防止することができる
ようにした安全性の高いガス給湯器を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、導入
された水をガスバーナで加熱する熱交換器と、熱交換器
を通過する水の流量を検出する流量センサと、流量セン
サにより検出される流量が所定値以上になるとガスバー
ナへの燃料ガスの供給を開始させてガスバーナを点火さ
せる制御手段とを備え、制御手段は流量センサにより検
出される流量が所定値未満の期間にガスバーナを間欠的
に点火することにより熱交換器の内部の水の温度を所定
範囲内に保つ保温機能を有し、熱交換器の中間部と外部
に給湯する出湯口との間には熱交換器の内部の湯が所定
温度に過熱されると熱交換器から一部の水を排出させる
とともに新たな水を熱交換器に導入する過熱防止装置が
設けられて成ることを特徴とする。

【００１０】上記構成によれば、ガスバーナを間欠的に
点火することによって熱交換器の内部の水を保温するか
ら、給湯の開始から湯の温度を短時間で立ち上がらせる
ことができる。しかも、熱交換器の内部の湯が所定温度
に過熱されると熱交換器から一部の水を排出させ新たな
水を熱交換器に導入する過熱防止装置を設けているので
あって、熱交換器の内部の過熱された水の一部を低温の
新たな水と入れ換えることによって、熱交換器の中の水
温を下げ、高温の水が吐出されたり給湯器が過熱される
ことによるやけどの危険を防止することができる。さら
に、熱交換器の一部の水を入れ換えるだけであるから、
熱交換器内の水温が下がり過ぎることはなく、給湯の開
始から短時間で湯の温度を立ち上げるという本来の効果
を維持することができる。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、過熱防止装置が、所定温度で開放される熱動弁と、
熱動弁を介して熱交換器の上記中間部に接続されている
過熱水逃がし室と、過熱水逃がし室から出湯口に向かう
向きに通水可能な逆止弁と、過熱水逃がし室を大気に連
通させるとともに過熱水逃がし室に過熱水が満たされる
と過熱水を外部に漏らさないように閉止される浮ボール
弁とにより構成されている。

【００１２】この構成は過熱防止装置の望ましい実施態
様であって、熱交換器の中間部に熱動弁を介して過熱水
逃がし室を連結し、過熱水逃がし室には浮ボール弁を設
けているから、熱交換器の内部の水が過熱されると熱動
弁が開放され、熱交換器に導入される水の圧力によって
過熱水が過熱水逃がし室に導入される。また、過熱水が
過熱水逃がし室に導入されるに従って過熱水逃がし室の
内部の空気が浮ボール弁を介して外部に排出される。つ
まり、熱交換器の内部の水のうち最大では過熱水逃がし
室の内容積程度の量の過熱水を低温の水と入れ換えるこ
とができるのである。熱動弁は熱交換器内の水の入れ換
えによって水温が下がれば閉止され、その状態で給湯さ
れると出湯口から排出される水の流れによる負圧を作用
させることによって、逆止弁を通して過熱水逃がし室の
水を出湯口側に抜くとともに、浮ボール弁を通して過熱
水逃がし室に外気を導入することにより再び過熱水を受
け入れることができるようにするのである。

【００１３】

【発明の実施の形態】基本的な構成を図１に示す。給湯
器１のハウジング２には市水などにより供給された水を
導入するための給水口１１と、給湯器１により加熱した
湯を送出するための出湯口１２とが設けられ、また燃料
ガスを導入するためのガス導入口１３が設けられる。ハ
ウジング２には、給水口１１を通して導入された水をガ
スバーナ２１により加熱する熱交換器２２が収納され、
給水口１１から熱交換器２２に至る流路上には、サーミ
スタよりなる給水温度検出器２３と、給水経路を通過し
て熱交換器２２する水の流量を計測する流量センサ２４
とが配置される。また、熱交換器２２から出湯口１２に
至る流路上には、サーミスタよりなる加熱温度検出器２
５と、後述するマイクロコンピュータ２０からの制御信
号により湯の送出流量を調節する可変流量弁２６と、出
湯口１２から送出する湯の温度を検出するためのサーミ
スタよりなる出湯温度検出器２７とが配設される。さら
に、給水温度検出器２３と可変流量弁２６との間はバイ
パス管１４によっても接続され、バイパス管１４にはバ
イパス弁２８が配置される。可変流量弁２６は複数段階
の流量調節が可能な電磁弁または電動弁であり、バイパ
ス弁２８には電磁弁が用いられる。また、図示していな
いが熱交換器２２の圧力が上昇したときに圧力を逃がす
ための圧力逃がし弁が設けられる。

【００１４】熱交換器２２は、左右方向の複数本の管を
上下方向に列設するとともに各管の一端を下段の管に連
続させ他端を上段の管に連続させることによって蛇行し
た１本の流路を形成し、管間で温度差が少なくなるよう
に熱を伝導するための伝熱フィンを設けて管同士を熱的
に結合したものであって、下段側の管がガスバーナ２１
により加熱されるようになっている。また、最下段の管
に給水口１１からの水が導入され、加熱された水は最上
段の管から出湯口１２に取り出されるようになってい
る。ここで、熱交換器２２の流路の中間部（図では最下
段の管の一端であるが必ずしもこの位置に限定されな
い）には、熱動弁３５を介して過熱水逃がし室３６が結
合されている。熱動弁３５は、熱交換器２２内の保有水
の温度が所定温度（ここでは９５℃に設定している）を
越えると流路を開放するものであって、各種構成のもの
があるが、形状記憶合金やバイメタルを用いて弁体が熱
に応答して移動するようにしたものや、感温素子により
保有水の温度を検出し電磁弁を開閉制御するものがあ
る。

【００１５】熱動弁３５の一例としては、形状記憶合金
の第１のコイルばねと通常の金属の第２のコイルばねと
を形成して弁体を両側から押すようにし、所定温度に達
するまでは第２のコイルばねが弁体を閉方向に付勢し、
所定温度を越えると形状記憶合金よりなる第１のコイル
ばねが伸長することにより第２のコイルばねのばね力に
打ち勝って弁体を開方向に移動させる構成を有するもの
がある。

【００１６】過熱水逃がし室３６の底は熱交換器２２と
出湯口１２との間の部位に逆止弁３７を介して連続して
いる。この逆止弁３７は過熱水逃がし室３６から出湯口
１２に向かう向きにのみ水を流すようになっている。さ
らに、過熱水逃がし室３６の上部は浮ボール弁３８を介
して外気に連通している。浮ボール弁３８は、周知のよ
うに水に浮くボール状の弁体を備えるものであって、過
熱水逃がし室３６の内部が満水になるまでは過熱水逃が
し室３６から空気を抜き、過熱水逃がし室３６が満水に
なると弁体が浮き上がることによって流路を閉止する。
また、過熱水逃がし室３６から水を抜けば弁体が水位と
ともに下がって外気を導入できるようになっている。

【００１７】ガスバーナ２１への燃料ガスの供給経路に
は、後述するマイクロコンピュータ２０からの制御信号
によって燃料ガスの供給と遮断とを選択する電磁弁より
なるガス開閉弁１５と、後述するマイクロコンピュータ
２０からの制御信号によって燃料ガスの流量を複数段階
に調節する電磁弁または電動弁よりなるガス可変流量弁
１６とが設けられる。また、図示していないがガス開閉
弁１５が開放されるとガスバーナ２１を点火させる点火
装置が始動される。

【００１８】図２に示すように、可変流量弁２６とバイ
パス弁２８とガス開閉弁１５とガス可変流量弁１６とは
ハウジング２の中に収納された制御手段としてのマイク
ロコンピュータ２０により制御される。このマイクロコ
ンピュータ２０には接続線２９を介してリモコン装置３
０が接続される。リモコン装置３０は、給湯器１を使用
可能にする運転スイッチ３１と、送出する湯の温度を設
定する温度設定部３２とを備え、給水温度検出器２３、
加熱温度検出器２５、出湯温度検出器２７での検出温度
に基づいて、送出する湯の温度が温度設定部３２で設定
された給湯温度に近付くようにガス開閉弁１５、ガス可
変流量弁１６、可変流量弁２６、バイパス弁２８を制御
する。

【００１９】次に、図３を用いて動作を説明する。運転
スイッチ３１が投入されると、図３に示すように、リモ
コン装置３０により設定された給湯温度を読み込むとと
もに（Ｓ１）、流量センサ２４で検出されている通過流
量を読み込む（Ｓ２）。通過流量が所定値以下であれば
（Ｓ３）、ガス開閉弁１５を閉止状態に保つ。一方、流
量センサ２４で検出した流量が所定値以上のときには、
ガス開閉弁１５を開放するとともにガスバーナ２１を点
火させ（Ｓ４）、給水温度検出部２３での検出温度とリ
モコン装置３０で設定した給湯温度との差および流量セ
ンサ２４での検出流量に基づいてガスバーナ２１の熱量
を決定し、その熱量が得られるようにガス可変流量弁１
６の開量を調節する（Ｓ５）。このとき、ガスバーナ２
１の熱量は加熱温度検出器２５で検出される湯の温度が
給湯温度よりも高くなるように設定され、バイパス弁２
８が開放されることによって熱交換器２２から吐出され
た湯と給水口１１を通して導入された水とが混合された
ときに所望の湯温が得られるようにしてある。さらに、
ガス可変流量弁１６を調節しただけでは送出する湯の温
度が給湯温度に一致しないことがあるから、出湯温度検
出器２７で検出した温度と給湯温度とを一致させるよう
にガス可変流量弁１６の開量を補正する（Ｓ６）。さら
に、ガス可変流量弁１６だけで対応しきれない場合に
は、可変流量弁２６により出湯量を制御する。その後も
流量センサ２４による通過流量を検出し（Ｓ７）、通過
流量が減少すれば（Ｓ８）、ガスバーナ２１を消火する
（Ｓ９）。

【００２０】ところで、この種の給湯器１では出湯口１
２から５ｍ先で４０℃の湯を１分間当たり１０リットル
吐出させた後に湯の吐出を停止させたとき、停止から５
分以内はリモコン装置３０で設定した給湯温度に対して
±３℃以内に保たれるようにすることが望まれている。
つまり、食器を洗うような場合には、湯の使用を一旦止
めて短時間の後に湯を再使用することが多く、このよう
な使用形態では吐出される湯の温度が変動するから、湯
の再使用の際の温度変化を小さくしておかなければ、温
水と冷水とが交互に吐出されるいわゆるサンドイッチ現
象が生じて使用者に不快感を与えることになる。

【００２１】そこで、このようなサンドイッチ現象を抑
制するために、本実施形態ではガスバーナ２１の点火か
らバイパス弁２８の開放までの時間を、加熱温度検出器
２５で検出した温度に応じて調節するようにしている。
すなわち、図４に破線で示すように、熱交換器２２の内
部の水温は比較的短い時間で低下するから、出湯口１２
から送出される湯の温度の低下を抑制するには、バイパ
ス管１４を通して混合される冷水の量を減少させればよ
いことになる。そこで、ガスバーナ２１の点火からバイ
パス弁２８を開放するまでのタイミングを調節すること
によって、図４に実線で示すように出湯口１２から送出
される湯の温度の変化を低減するのである。また、この
とき同時に可変流量弁２６も制御され、出湯口１２から
送出する湯の量を絞りつつガス可変流量弁１６によって
湯の温度の低下を抑制する。このような制御によって、
出湯と停止とを繰り返しても出湯口１２から送出される
湯の温度の変動を少なくすることができるのである。

【００２２】ところで、上述のような制御を行なっても
湯の供給を比較的長い時間停止させた後に給湯するよう
な場合には、出湯口１２から送出する湯の温度が設定さ
れている給湯温度よりも低下してしまう。そこで、本実
施形態においては、給湯を停止している間にもガスバー
ナ２１を間欠的に点火する保温処理（Ｓ１０）を行なう
ことによって、熱交換器２２に滞留している水の温度を
低下させないようにしてある。すなわち、従来構成では
流量センサ２４で検出される流量が所定値以上になった
ときにのみガスバーナ２１を点火するのであるが、本実
施形態では流量センサ２４で検出される流量が所定値以
下でもガスバーナ２１を間欠的に点火させる点が相違す
る。保温処理におけるガスバーナ２１の点火のタイミン
グは、リモコン装置３０により設定した給湯温度と加熱
温度検出器２５により検出された温度と給湯器１の内部
の水の容量（主として熱交換器２２の容量）とにより決
定される。すなわち、加熱温度検出器２５により熱交換
器２２から吐出される湯の温度が求められるから、リモ
コン装置３０で設定された給湯温度との差を求めること
によって、湯を給湯温度で使用するには熱交換器２２の
内部の湯の温度をどの程度にしておけばよいかがわか
り、既知である給湯器１の内部の水の容量（熱交換器２
２の容量）に基づいて、その温度を得るためのガスバー
ナ２１による加熱量を決定することができる。この演算
はマイクロコンピュータ２０により行なわれる。ただ
し、ガスバーナ２１を点火させる温度はガスバーナ２１
を消火させる温度よりも低く設定することにより、点火
と消火とが短い時間内に何度も繰り返されるのを防止し
てある。

【００２３】このようにしてガスバーナ２１による加熱
量が決定されると、ガス可変流量弁１６の開量を決定す
ることができるから、ガス可変流量弁１６をその開量に
設定するとともに、ガス開閉弁１５を開閉制御すれば、
ガスバーナ２１を間欠的に点火させて熱交換器２２の内
部の湯の温度をほぼ一定に保つことができるのである。
つまり、バイパス管１４を通して供給される冷水と混合
される湯の温度をほぼ一定に保つことができ、結果的に
時間遅れが生じることなく所望温度の湯を送出すること
が可能になる。

【００２４】保温処理では、通水しない状態でガスバー
ナ２１を点火するから、熱交換器２２の内部の保有水が
過熱することがある。このとき、熱動弁３５が開放され
るのであって、過熱水逃がし室３６が満水でなければ給
水口１１から導入される水の圧力で過熱水が過熱水逃が
し室３６に導入されることになる。つまり、過熱水が熱
交換器２２から過熱水逃がし室３６に排出され、低温の
水が給水口１１を通して熱交換器２２に導入されること
になる。言い換えると、熱交換器２２の一部の水が低温
の水と入れ換えられるのである。このとき、過熱水逃が
し室３６の空気は浮ボール弁３８を通して大気中に排出
される。熱交換器２２の一部に低温の水が導入されるこ
とによって、熱交換器２２の過熱が防止されることにな
る。しかも、熱交換器２２の保有水の一部を低温の水と
入れ換えるだけであるから、保有水の温度が下がり過ぎ
ることはなく、保有水の入れ換え時点でガスバーナ２１
が点火されることのないようにしてある。ここに、過熱
水逃がし室３６に過熱水が導入されるときの流量では給
湯状態とみなされないように熱動弁３５の流量が設定さ
れている。このことによっても、熱交換器２２の保有水
の一部を低温の水と入れ換えた時点ではガスバーナ２１
が点火しないようになっている。

【００２５】過熱水逃がし室３６の容量は０．１リット
ル程度（熱交換器２２の容量は１．５リットル程度）に
設定してあり、容量に限界があるから、過熱水逃がし室
３６に溜まった過熱水は外部に排出しなければならな
い。そこで、逆止弁３７が設けられているのであって、
給湯時には出湯口１２に向かって水が流れるから、逆止
弁３７に負圧が作用して過熱水逃がし室３６の水が排出
されることになる。このとき、熱動弁３５は閉止されて
いるから、浮ボール弁３８を通して外気が過熱水逃がし
室３６に導入されるのである。つまり、過熱水逃がし室
３６から水が排出されて再び過熱水を導入することが可
能な状態になるのである。このように、熱動弁３５と過
熱水逃がし室３６と逆止弁３７と浮ボール弁３８とによ
り、過熱防止装置が構成されるのである。

【００２６】なお上記実施形態において、給湯の停止と
再開との繰り返しの際の温度制御方法の例として、バイ
パス弁２８の開放タイミングを制御する方法を説明した
が、これに限定されるものではなく、他の同種の技術を
用いることが可能である。また、リモコン装置３０に保
温スイッチを付加することによって保温処理を行なうか
否かを選択可能としてもよく、運転スイッチ３１や温度
設定部３２とは別途に保温スイッチを設けたり、運転ス
イッチ３１および温度設定部３２を同時に操作したとき
に保温スイッチとして機能させることが可能である。保
温処理を行なうか否かを選択可能とする場合には、保温
処理が不必要に継続されることのないように、給湯を停
止してから所定時間（たとえば４時間）内に給湯が再開
されないときには保温処理を解除するのが望ましい。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明は、ガスバーナを間欠的
に点火することによって熱交換器の内部の水を保温する
から、給湯の開始から湯の温度を短時間で立ち上がらせ
ることができるという利点があり、しかも、熱交換器の
内部の湯が所定温度に過熱されると熱交換器から一部の
水を排出させ新たな水を熱交換器に導入する過熱防止装
置を設けているので、熱交換器の内部の過熱された水の
一部を低温の新たな水と入れ換えることによって、熱交
換器の中の水温を下げ、高温の水が吐出されたり給湯器
が過熱されることによるやけどの危険を防止することが
できるという利点がある。さらに、熱交換器の一部の水
を入れ換えるだけであるから、熱交換器内の水温が下が
り過ぎることはなく、給湯の開始から短時間で湯の温度
を立ち上げるという本来の効果を維持することができ
る。

【００２８】請求項２の発明は、熱交換器の中間部に熱
動弁を介して過熱水逃がし室を連結し、過熱水逃がし室
には浮ボール弁を設けているから、熱交換器の内部の水
が過熱されると熱動弁が開放され、熱交換器に導入され
る水の圧力によって過熱水が過熱水逃がし室に導入され
る。また、過熱水が過熱水逃がし室に導入されるに従っ
て過熱水逃がし室の内部の空気が浮ボール弁を介して外
部に排出される。つまり、熱交換器の内部の水のうち最
大では過熱水逃がし室の内容積程度の量の過熱水を低温
の水と入れ換えることができるのである。熱動弁は熱交
換器内の水の入れ換えによって水温が下がれば閉止さ
れ、その状態で給湯されると出湯口から排出される水の
流れによる負圧を作用させることによって、逆止弁を通
して過熱水逃がし室の水を出湯口側に抜くとともに、浮
ボール弁を通して過熱水逃がし室に外気を導入すること
により再び過熱水を受け入れることができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。

【図２】同上の要部ブロック図である。

【図３】同上の動作説明図である。

【図４】同上の動作説明図である。

【図５】従来例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１５ ガス開閉弁 １６ ガス可変流量弁 ２０ マイクロコンピュータ ２１ ガスバーナ ２２ 熱交換器 ２４ 流量センサ ３５ 熱動弁 ３６ 過熱水逃がし室 ３７ 逆止弁 ３８ 浮ボール弁

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−167493（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−241562（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−44646（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/10 302 F24H 1/10 303 F23N 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導入された水をガスバーナで加熱する熱
   交換器と、熱交換器を通過する水の流量を検出する流量
   センサと、流量センサにより検出される流量が所定値以
   上になるとガスバーナへの燃料ガスの供給を開始させて
   ガスバーナを点火させる制御手段とを備え、制御手段は
   流量センサにより検出される流量が所定値未満の期間に
   ガスバーナを間欠的に点火することにより熱交換器の内
   部の水の温度を所定範囲内に保つ保温機能を有し、熱交
   換器の中間部と外部に給湯する出湯口との間には熱交換
   器の内部の湯が所定温度に過熱されると熱交換器から一
   部の水を排出させるとともに新たな水を熱交換器に導入
   する過熱防止装置が設けられて成ることを特徴とするガ
   ス給湯器。
2. 【請求項２】 過熱防止装置は、所定温度で開放される
   熱動弁と、熱動弁を介して熱交換器の上記中間部に接続
   されている過熱水逃がし室と、過熱水逃がし室から出湯
   口に向かう向きに通水可能な逆止弁と、過熱水逃がし室
   を大気に連通させるとともに過熱水逃がし室に過熱水が
   満たされると過熱水を外部に漏らさないように閉止され
   る浮ボール弁とから成ることを特徴とする請求項１記載
   のガス給湯器。