JP3129035B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流量を調節するバイパ
ス流量制御弁を備えたバイパス管路により入水管路と出
湯管路とが連通された給湯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の給湯装置には、図３に示す
ようなものがあった（例えば、特開平５−４５００３号
公報）。

【０００３】図３は従来の給湯装置の概略構成図であ
り、バーナ１により加熱される熱交換器２の入口側に入
水管路３を接続し、出口側に出湯管路４を接続し、入水
管路３と出湯管路４とに熱交換器２をバイパスするバイ
パス管路５の両端を連通開口させて成り、入水管路３の
バイパス管路５の分岐部より上流側に入水温度Tcを検出
する入水温度検出センサ６ｓと、入水量Qiを検出する入
水量検出センサ（Qs）６とを設け、出湯管路４のバイパ
ス管路５の接続部より下流側に出湯温度Tmを検出する出
湯温度検出センサ７と過流出防止弁８を設け、バイパス
管路５にポテンショメータ等の開度検知手段を有し、バ
イパス流量Qbを調整する全閉可能なバイパス弁９を設け
た給湯装置が知られている。

【０００４】このような給湯装置においては、バイパス
弁９の開度とバイパス流量Qbとの関係を予め求めてお
き、過流出防止弁８の開度により設定される全通水量で
ある入水量Qiとバイパス流量Qbの差として求められ、熱
交換器２に通水される加熱水量Qa＝Qi−Qbとバイパス流
量Qbとの分配比ｋ＝Qa／Qbを上記バイパス弁９の開度に
対応させて予め記憶しておき、開度検知手段により検出
されたバイパス弁９の開度から加熱水量Qaを予測算出
し、ガス弁１０の開度を調節して、加熱目標湯温Tsiに対
応するように、バーナ１への供給ガス量を制御している
（フィードフォワード制御）。上記フィードフォワード
制御においては、加熱目標湯温Tsiは設定温度Tsよりも
高く（Tsi＞Ts）設定されており、実際の出湯温度Tmと
設定温度Tsとの偏差によりバイパス弁９の開度が調節さ
れる。

【０００５】なお図３の給湯装置において、電磁弁１１
は熱交換器２の結露を防止するためのものである。つま
り、運転スイッチをオフにして給湯場所に設けられた給
湯栓を開放したり、または入水量をバーナ１が燃焼しな
い最低作動水量以下の低水量とした時など、給湯装置を
介して冷水のみを出水する際、熱交換器２に通水するこ
となく出水を行い、熱交換器２の結露および低温腐食を
防止するため、バイパス弁９を全開するとともに、電磁
弁１１は閉止の状態にされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、次のような課題を有していた。

【０００７】例えば水だけを出す時は問題ないが、最も
多く使われる４０℃前後の湯を夏場など水温が高い時に
出湯した場合、熱交換器２が結露するという課題を有し
ていた。これは最近、地球環境を考慮してガスや石油等
を燃焼する給湯装置においても、低Ｎｏｘ化の方向に進
みつつあり、そのような給湯装置における燃焼は空気過
剰率ｍ値を低く制御する傾向にある。そのｍ値が低いこ
とにより、熱交換器２の出口温度が４７〜４８℃以下に
おいては結露する場合が発生する。ここで夏場にぬるい
めのシャワーを浴びるために３８℃に温度設定し、給湯
装置に供給される水道水の水温が３５℃であったなら、
上記構成の給湯装置で熱交換器２の出口温度を結露しな
い温度５０℃以上に保つためには、バイパス管路５と熱
交換器２のそれぞれの流量の割合は４対１でなくてはな
らない。つまり熱交換器２を通る流路の圧損に対しバイ
パス管路５の圧損が５分の１以下でなくてはならないこ
とになる。しかし、このような条件を満足しようとする
と、非常に太いバイパス管路５および大型のバイパス弁
９を必要とすることになる。したがって、コストおよび
寸法の面からも実現しにくいという課題があった。

【０００８】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、低い温度の湯を出湯する場合においても、熱交換器
の結露を防止できる給湯装置を提供することを第１の目
的としている。

【０００９】本発明の第２の目的は、同じく熱交換器の
結露を防止しつつ特に出湯温度安定性のよい給湯装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的を達成
するために本発明の給湯装置は、熱交換器の１次側に接
続された入水管路と、前記熱交換器の２次側に接続され
た出湯管路と、前記熱交換器をバイパスし前記入水管路
と前記出湯管路を接続するバイパス管路と、前記バイパ
ス管路に設けられ電気信号により流量を任意可変できる
バイパス流量制御弁と、前記入水管路の前記バイパス管
路との分岐部より下流側かつ前記熱交換器より上流側に
設けられ電気信号により流量を任意可変できる加熱流量
制御弁と、前記出湯管路に設けられた湯温検出器と、前
記加熱流量制御弁および前記バイパス流量制御弁を作動
させる制御器とを備えたものである。

【００１１】また第２の目的を達成するために本発明の
給湯装置は、熱交換器の１次側に接続された入水管路
と、前記熱交換器の２次側に接続された出湯管路と、前
記熱交換器をバイパスし前記入水管路と前記出湯管路を
接続するバイパス管路と、前記バイパス管路に設けられ
電気信号により流量を任意可変できるバイパス流量制御
弁と、前記入水管路の前記バイパス管路との分岐部より
下流側かつ前記熱交換器より上流側に設けられ電気信号
により流量を任意可変できる加熱流量制御弁と、前記熱
交換器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器の燃焼加熱量を
加減する加熱量可変手段と、前記入水管路に設けられた
水温検出器および水量検出器と、出湯管路に設けられた
湯温検出器および混合湯温検出器と、所望の設定湯温を
指示設定する設定器と、前記設定器、水温検出器、湯温
検出器、混合湯温検出器の各信号に基づいて加熱量可変
手段、前記加熱流量制御弁および前記バイパス流量制御
弁を操作する制御器とを備えたものである。

【００１２】

【作用】本発明の給湯装置は上記した構成によって、熱
交換器流量を減少するようにバイパス管路との分岐部よ
り下流側に設けられた入水管路の加熱流量制御弁を駆動
し、バイパス管路の流量を増大さすようにバイパス流量
制御弁を駆動することによって、熱交換器の温度が結露
しない温度以上に保たれるように作用する。

【００１３】また、本発明の給湯装置は前記構成によ
り、設定器で設定された設定湯温に対して、水温検出器
および湯温検出器の温度信号と水量検出器の流量信号を
基に制御器が演算し、加熱流量制御弁およびバイパス流
量制御弁ならびに加熱流量制御手段をフィードフォワー
ド制御し、さらに混合湯温検出器の温度信号によりフィ
ードバック制御され、熱交換器を結露しない高めの温度
に保ちつつ、後沸き等による出湯温度の変動を抑制し、
安定した出湯湯温特性を保つように作用する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。まず図１において加熱量可変手段１２に連通する燃
焼器１３により加熱される熱交換器１４の１次側に入水
管路１５を、２次側に出湯管路１６を接続し、入水管路
１５と出湯管路１６とに熱交換器１４をバイパスするバ
イパス管路１７の両端を連通開口させて成り、入水管路
１５のバイパス管路１７の分岐部より上流側に入水温度
Tcを検出する水温検出器１９と、入水量Ｑを検出する水
量検出器２０とを設け、下流側に電気信号により流量を
任意に可変できる加熱流量制御弁２１を設けると共に、
出湯管路１６のバイパス管路１７との合流部２２より上
流側に熱交換器１４の出口温度Thを検出する湯温検出器
２３と、下流側に出湯温度Tmを検出する混合湯温検出器
２４を設け、バイパス管路１７に電気信号により流量を
任意に可変でき開度検知可能なバイパス流量制御弁２５
と、加熱流量制御弁２１およびバイパス流量制御弁２５
を作動させる制御器２６を設けた構成である。

【００１５】次に上記実施例の作用、動作について説明
する。まず、給湯時の動作について説明すると、運転ス
イッチおよび電源スイッチをオンの状態で、使用者が給
湯栓いわゆる蛇口を開くと加熱流量制御弁２１とバイパ
ス流量制御弁２５の開度により設定される全通水量であ
る入水量Ｑが、熱交換器１４に通水される加熱水量Qaと
バイパス管路２５に流れるバイパス流量Qbとに分流され
る。加熱水量Qaが熱交換器１４で加熱された後、出湯管
路１６でバイパス管路１７からのバイパス流量Qbが混合
されて出湯温度Tmの湯温が出湯される。

【００１６】ここで、例えば夏場で水道水の温度が３０
℃前後になっていて、４０℃のシャワーを浴びようとし
た場合、湯温検出器２３の温度が例えば５０℃になるよ
うに加熱流量制御弁２１および加熱量可変手段１２が制
御され、かつ混合湯温検出器２４の温度が４０℃になる
ようにバイパス流量制御弁２５が駆動制御される。

【００１７】つまり、入水温が高めでかつ出湯湯温を低
く設定された場合でも、熱交換器１４の流量を減少する
ようにバイパス管路１７との分岐部１８より下流側に設
けられた入水管路１５の加熱流量制御弁２１を駆動し、
バイパス管路１７の流量を増大さすようにバイパス流量
制御弁２５が駆動されることによって、熱交換器１４の
温度が結露しない温度以上に保たれるように作用する。
これは、加熱流量制御弁２１およびバイパス流量制御弁
２５が、モータやソレノイド等のアクチュエータを備え
電気信号により連続的にそれぞれの弁体開度を任意に可
変できるため、熱交換器１４の出口温度が高くてもバイ
パス管路１７の水流量の割合を任意に増大できるためで
ある。

【００１８】また、この実施例の給湯装置は熱交換器１
４の結露を防止でき低温腐食の発生が抑えられるという
だけではなく、図３のような従来の構成の給湯装置と比
較して、単位時間当りの出湯流量をより多く得ることが
できる。なぜなら図１の本実施例の場合、熱交換器１４
を通った湯とバイパス管路１７の水とが合流部２２で混
合された後、図３の従来例のように余分な圧損になる過
流出防止弁８を必要としないためである。しかも本実施
例の加熱流量制御弁２１およびバイパス流量制御弁２５
は、いずれも水しか通らない場所に設けた構成であり、
制御弁の構成材料として金属でなく樹脂材料が使用可能
となり、製造しやすくコストも安価にできる効果があ
る。また制御弁の耐久信頼性の面でも有利である。

【００１９】また、図２に第３の実施例を示す。図２の
実施例の給湯装置は、熱交換器１４の１次側に接続され
た入水管路１５と、熱交換器１４の２次側に接続された
出湯管路１６と、熱交換器１４をバイパスし入水管路１
５と出湯管路１６を接続するバイパス管路１７と、バイ
パス管路１７に設けられ電気信号により流量を任意可変
できるバイパス流量制御弁２５と、出湯管路１６に設け
られ電気信号により流量を任意可変できる加熱流量制御
弁２１と、熱交換器１４を加熱する燃焼器１３と、燃焼
器１３の燃焼加熱量を加減する加熱量可変手段１２と、
入水管路１５に設けられた水温検出器１９および水量検
出器２０と、出湯管路１６に設けられた湯温検出器２３
および混合湯温検出器２４と、所望の設定湯温を指示設
定する設定器２７と、設定器２７、水温検出器１９、湯
温検出器２３、混合湯温検出器２４の各信号に基づいて
加熱量可変手段１２、加熱流量制御弁２１およびバイパ
ス流量制御弁２５を操作する制御器２６とを備えた構成
である。

【００２０】次に上記実施例の作用、動作について説明
する。まず、給湯時の動作について説明すると、運転ス
イッチおよび電源スイッチをオンの状態で使用者が給湯
栓いわゆる蛇口を開くと、まず熱交換器１４の出口側に
設けられた湯温検出器２３の検出温度信号と設定器２７
の設定温度信号および水量検出器２０の検出流量信号に
応じて、加熱流量制御弁２１とバイパス流量制御弁２５
の開度および加熱量可変手段１２とが制御器２６によっ
てただちにフィードフォワード制御される。例えば、使
用者が蛇口を開いて湯を出していて、途中で一旦蛇口を
閉じて再度蛇口を開いて再出湯する場合は、いわゆる後
沸きにより熱交換器１４の部分の湯は出湯中の温度より
数十度高温になるが、その湯温を湯温検出器２３が検出
し、設定器２７の設定温度にするには水温検出器１９の
検出した温度の水とどれだけの割合に混合すればよいか
を制御器２６が演算し、その演算結果に基づいて加熱流
量制御弁２１とバイパス流量制御弁２５の弁開度を制御
器２６によってフィードフォワード制御される。さら
に、混合された湯温は混合湯温検出器２４の検出信号に
より、制御器２６にてフィードバック制御され、設定温
度の湯が安定して蛇口に供給されるよう加熱流量制御弁
２１とバイパス流量制御弁２５および加熱量可変手段１
２が制御される。

【００２１】また、使用者が蛇口を開いて湯を出してい
て、途中で一旦蛇口を閉じて再度蛇口を開いて再出湯す
る場合、上記したいわゆる後沸き現象の他にサンドイッ
チ現象といって燃焼器１３が一旦消火して再着火燃焼す
るまでの間、熱交換器１４内を加熱されずに通過した水
が出湯管路１６に流れてくる。この現象は再出湯時に必
ず生ずる現象であり、再着火時には加熱流量制御弁２１
の開度を燃焼器１３が着火可能な最小流量にするよう制
御器２６がコントロールするようにしてあるので、この
サンドイッチ現象による出湯温度低下を最小限にするこ
とができる。もちろんこの間も設定器２７の設定温度と
湯温検出器２３の温度信号に応じて、バイパス流量制御
弁２５の開度も制御されている。

【００２２】また、制御器２６が加熱量可変手段１２の
制御を介して燃焼器１３の最大能力燃焼させても、設定
器２７の設定温度に対して混合湯温検出器２４の検出温
度が低くなる場合は、加熱流量制御弁２１が加熱流量を
絞り、加熱負荷を低減するように制御され、設定温度出
湯を可能にするようコントロールされる。

【００２３】このように制御器２６が、設定器２７、水
温検出器１９、湯温検出器２３、混合湯温検出器２４の
各信号に基づいて加熱量可変手段１２、加熱流量制御弁
２１およびバイパス流量制御弁２５を操作することによ
り、いわゆる後沸きやサンドイッチ現象等による出湯温
度の変動を抑制し、安定した出湯湯温特性を得ることが
できる。

【００２４】また、例えば夏場で水道水の温度が３０℃
前後になっていて、４０℃のシャワーを浴びようとした
場合、湯温検出器２３の温度が例えば５０℃になるよう
に加熱流量制御弁２１および加熱量可変手段１２が制御
され、かつ混合湯温検出器２４の温度が４０℃になるよ
うにバイパス流量制御弁２５が駆動制御される。

【００２５】つまり、入水温が高めでかつ出湯湯温を低
く設定された場合でも、熱交換器１１４の流量を減少す
るようにバイパス管路１７との合流部２２より上流側に
設けられた出湯管路１６の加熱流量制御弁２１を駆動
し、バイパス管路１７の流量を増大さすようにバイパス
流量制御弁２１を制御器２６が駆動することによって、
熱交換器１４の温度が結露しない温度以上に保つことで
きる。これは、加熱流量制御弁２１およびバイパス流量
制御弁２５が、モータやソレノイド等のアクチュエータ
を備え電気信号により連続的にそれぞれの弁体開度を任
意に可変できるため、熱交換器１４の出口温度が高くて
もバイパス管路１７の水流量の割合を任意に増大できる
ためである。

【００２６】また、この実施例の給湯装置は熱交換器１
４の結露を防止でき低温腐食の発生が抑えられるという
だけではなく、図３のような従来の構成の給湯装置と比
較して、単位時間当りの出湯流量をより多く得ることが
できる。なぜなら図２の本実施例の場合、熱交換器１４
を通った湯とバイパス管路１７の水とが合流部２２で混
合された後、図３の従来例のように余分な圧損になる過
流出防止弁８を必要としないためである。しかも本実施
例の加熱流量制御弁２１は、熱交換器１４の下流側でか
つバイパス管路１７との合流部２２より上流側に設けた
構成なので、熱交換器１４の加熱流量を減少させて熱交
換器１４の温度を例えば８０℃程度の高温に保つ場合に
おいて、熱交換器１４の内圧を高く維持できる。したが
って、熱交換器１４の部分沸騰を抑制でき、いわゆる釜
なり音を防止できるといった効果もある。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明の給湯装置によれ
ば、次の効果が得られる。

【００２８】（１）バイパス管路に設けたバイパス流量
制御弁と、入水管路の前記バイパス管路への分岐部より
下流側の熱交換器との間に設けた加熱流量制御弁とによ
り、それぞれの流量を任意に可変制御できる構成なの
で、低い温度の湯を出湯する場合においても、熱交換器
の結露を防止できる給湯装置が得られる。かつ単位時間
当りの出湯流量をより多く得ることのできる低圧損の給
湯装置が得られる。しかも加熱流量制御弁およびバイパ
ス流量制御弁は、いずれも水しか通らない場所に設けた
構成であり、制御弁の構成材料として金属でなく樹脂材
料が使用可能となり、製造しやすくコストも安価にでき
る効果がある。

【００２９】（２）制御器が、設定器、水温検出器、湯
温検出器、混合湯温検出器の各信号に基づいて加熱量可
変手段、出湯管路の加熱流量制御弁およびバイパス管路
のバイパス流量制御弁を操作する構成なので、上記した
熱交換器の結露防止や低圧損大流量および沸騰音防止な
どの効果に加えて、いわゆる後沸きやサンドイッチ現象
等による出湯温度の変動を抑制し、安定した出湯湯温特
性の給湯装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における給湯装置の概略
構成図

【図２】同第２の実施例における給湯装置の概略構成図

【図３】従来の給湯装置の概略構成図

【符号の説明】

１２ 加熱量可変手段 １３ 燃焼器 １４ 熱交換器 １５ 入水管路 １６ 出湯管路 １７ バイパス管路 １９ 水温検出器 ２０ 水量検出器 ２１ 加熱流量制御弁 ２３ 湯温検出器 ２４ 混合湯温検出器 ２５ バイパス流量制御弁 ２６ 制御器 ２７ 設定器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器の１次側に接続された入水管路
   と、前記熱交換器の２次側に接続された出湯管路と、前
   記熱交換器をバイパスし前記入水管路と前記出湯管路を
   接続するバイパス管路と、前記バイパス管路に設けられ
   電気信号により流量を任意可変できるバイパス流量制御
   弁と、前記入水管路の前記バイパス管路との分岐部より
   下流側かつ前記熱交換器より上流側に設けられ電気信号
   により流量を任意可変できる加熱流量制御弁と、前記出
   湯管路に設けられた湯温検出器と、前記加熱流量制御弁
   および前記バイパス流量制御弁を作動させる制御器とを
   備えた給湯装置。
2. 【請求項２】 熱交換器の１次側に接続された入水管路
   と、前記熱交換器の２次側に接続された出湯管路と、前
   記熱交換器をバイパスし前記入水管路と前記出湯管路を
   接続するバイパス管路と、前記バイパス管路に設けられ
   電気信号により流量を任意可変できるバイパス流量制御
   弁と、前記入水管路の前記バイパス管路との分岐部より
   下流側かつ前記熱交換器より上流側に設けられ電気信号
   により流量を任意可変できる加熱流量制御弁と、前記熱
   交換器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器の燃焼加熱量を
   加減する加熱量可変手段と、前記入水管路に設けられた
   水温検出器および水量検出器と、出湯管路に設けられた
   湯温検出器および混合湯温検出器と、所望の設定湯温を
   指示設定する設定器と、前記設定器、水温検出器、湯温
   検出器、混合湯温検出器の各信号に基づいて加熱量可変
   手段、前記加熱流量制御弁および前記バイパス流量制御
   弁を操作する制御器とを備えた給湯装置。