JP3140958B2 - ガス給湯器 - Google Patents

ガス給湯器

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JP3140958B2
JP3140958B2 JP08052031A JP5203196A JP3140958B2 JP 3140958 B2 JP3140958 B2 JP 3140958B2 JP 08052031 A JP08052031 A JP 08052031A JP 5203196 A JP5203196 A JP 5203196A JP 3140958 B2 JP3140958 B2 JP 3140958B2
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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
れている。貯湯式のガス給湯器は所定温度の湯をタンク
に蓄えているものであるから、加熱された湯を遅滞なく
使用することができるという利点を有する反面、装置が
大型であり設置条件に制約が多いという問題がある。こ
れに対して瞬間式のガス給湯器は湯を蓄える必要がなく
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】
【発明が解決しようとする課題】一方、瞬間式のガス給
湯器では、給湯を停止すると給湯器内に滞留している水
(以下、保有水という)の温度がしだいに低下し、保有
水の温度がある程度下がってしまうと、保有水を所望温
度まで加熱するまでの時間が長くなる。つまり、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、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
い時間を要するようになる。
【0004】とくに、湯の吐出を停止してから再び吐出
させるまでの時間が比較的短い場合には、保有水の温度
低下も比較的少ないのであるが、給湯の停止から給湯の
再開までの時間が長いと保有水の温度が大幅に低下し、
結果的に給湯器から送出される湯の温度が立ち上がるま
での時間遅れが大幅に大きくなる。この種の問題を解決
するものとして、たとえば図8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8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】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、給湯の停止後も保有水を保温するこ
とによって給湯を開始してから湯が所望温度に達するま
での立ち上がり時間を短くしたガス給湯器を提供するこ
とにある。
【0007】
【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
の出口側で水の温度を検出する加熱温度検出器と、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るとともにガスバ
ーナを点火させる制御手段と、ガスバーナへの燃料ガス
の流路上に配置され燃料ガスの流量を調節するガス可変
流量弁とを備え、熱交換器の各部位に対応付けて複数個
のガスバーナが設けられ、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になった時点で加熱温度検
出器による検出温度に対して既定の温度差である再加熱
温度を求め、加熱温度検出器による検出温度が再加熱温
度まで低下すると、上記温度差分の温度上昇に必要な加
熱量とガスバーナの加熱能力とに基づいて求めた加熱時
間だけガスバーナを点火する保温処理を行なうととも
に、保温処理においてすべてのガスバーナを同時に点火
させ、かつ燃料ガスの流量が許容された最小流量となる
ようにガス可変流量弁を調節することを特徴とする。
【0008】この構成によれば、給湯を停止した後に給
湯器の内部に滞留している保有水の保温処理を行ない、
保温処理では熱交換器の出口側に設けた加熱温度検出器
での検出温度が給湯停止時点での加熱温度検出器に基づ
いて求めた再加熱温度まで低下すると、出湯停止時点の
温度まで上昇可能な時間分だけガスバーナを点火して保
有水を加熱するから、保有水の温度を所定範囲内に保つ
ことができる。その結果、長時間にわたって給湯を停止
した後に給湯を再開するような場合であっても、湯の温
度の立ち上がり時間が短く、使い勝手が向上する。ま
た、従来の給湯器に対して構成上に変更箇所がなく、制
御手段での制御手順に変更を加えるだけであるから、従
来製品に対して価格増なく提供することが可能である。
【0009】
【0010】さらに、点火させるガスバーナの個数を選
択することができるからガスバーナによる加熱量の可変
範囲が広く、導入される水の温度と送出する湯の温度と
の関係の制限が少なくなる。しかも、保温処理に際して
はすべてのガスバーナを点火させるから、熱交換器内の
水を均一に加熱することができて、熱交換器内で温度分
布にむらが生じないのであり、かつまたすべてのガスバ
ーナを点火させた状態での許容された最小流量となるよ
うに燃料ガスの流量を設定しているから、加熱時間に多
少の誤差があっても過熱状態になりにくいのである。
【0011】
【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に導入され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25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2
6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1
4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。
【0012】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。さらに、ガスバーナ21は給湯量
に応じてバーナ本数の制御ができるように2〜3個設け
られており、ガスバーナ21への燃料ガスの供給経路に
は開閉弁17が挿入されている。したがって、すべての
ガスバーナ21を点火すれば加熱量を大きくすることが
でき、たとえば開閉弁17を閉じて1個のガスバーナ2
1にのみ燃料ガスを供給すれば、加熱量を小さく絞るこ
とができる。つまり、ガス可変流量弁16と開閉弁17
とを組み合わせて用いることによって、加熱量を広い範
囲で調節することが可能になっている。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。
【0013】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と開
閉弁17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30が接続される。リモコン装置30は、給
湯器1の運転を指示する運転スイッチ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、開閉弁17、可変流量弁2
6、バイパス弁28を制御する。
【0014】次に、図3を用いて運転時の動作を説明す
る。運転を開始すると、まずリモコン装置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(S
2)。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16の開量を調節
し、必要に応じて開閉弁17を制御する(S5)。この
とき、ガスバーナ21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28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)。
【0015】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。
たとえば、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。
【0016】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
部の水温は時間経過に伴って低下するから、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。
【0017】熱交換器22の内部の保有水の温度が十分
に高い温度に保たれるのは5分間程度の比較的短い時間
であるから、上述のように制御したとしても、給湯の停
止から長時間が経過すれば5m先での湯の温度の立ち上
がりに時間がかかるようになる。そこで、本実施形態に
おいては、給湯を停止した後に保温処理(S10)を行
なうことによって、湯の温度の立ち上がり時間を短くし
ている。
【0018】保温処理では、図5に示すように、給湯を
停止しガスバーナ21を消火した時点での加熱温度検出
器25により検出される加熱温度を読み込むとともに
(S11)、既定の温度差だけ低い温度を再加熱温度と
して求める(S12)。さらに、熱交換器22の内部の
保有水を再加熱温度からガスバーナ21の消火時点での
検出温度まで加熱するのに必要な加熱時間が求められる
(S13)。つまり、給湯の停止時点での水の温度と再
加熱温度との差(上述した既定の温度差)だけ温度を上
昇させるのに要する加熱量を求め、求めた加熱量だけ加
熱するのに要する加熱時間をガスバーナ21の加熱能力
に基づいて求めるのである。ガスバーナ21が消火する
と、熱交換器22の保有水の温度(つまり、加熱温度検
出器25による検出温度)は次第に低下するから、加熱
温度を読み込んで(S14)、再加熱温度と比較し(S
15)、加熱温度検出器25で検出される加熱温度が再
加熱温度まで低下したことが検出されると、ガス開閉弁
15を開放してガスバーナ21を点火させる(S1
6)。ガスバーナ21は上述の加熱時間だけ点火された
後に(S19)消火されるから(S20)、熱交換器2
2の内部の保有水の温度は給湯の停止時点での温度と再
加熱温度との間の温度に保たれることになる。また、給
湯器1の運転中には熱交換器22の保有水の温度が再加
熱温度まで低下するたびにガスバーナ21を点火させる
から、給湯が長時間に亙って停止していればガスバーナ
21は間欠的に点火されることになる。ガスバーナ21
の点火中に給湯が再開されたときには、流量センサ24
で検出されている通過流量の変化を検出することによっ
て(S17,S18)図3のステップS1に戻る。
【0019】ところで、上述のようにして求めた加熱時
間だけガスバーナ21を点火させるときには、すべての
ガスバーナ21を同時に点火させ、かつ燃料ガスの流量
をガス可変流量弁16に許容された最小流量に設定す
る。したがって、加熱時間tは、加熱量Qと全ガスバー
ナ21を点火して最小流量としたときに熱交換器22の
内部の保有水に与えられるの単位時間当たりの熱量Qu
とに基づいて、t=Q/Quという形で求めることがで
きる。また、加熱量Qは、熱交換器22の容量Vと、既
定されている温度差ΔTとに基づいて、Q=V・ΔTと
いう形で求めることができる。
【0020】図6のように、時刻t0 で給湯を停止し、
この時点での加熱温度検出器25で検出される加熱温度
が70℃であった場合、季節や熱容量にもよるが一例を
示すと、時刻t0 から10分の経過後に60℃程度まで
低下する。ここにおいて、温度差ΔTを10℃と既定し
ているものとすれば、加熱温度検出器25で検出された
加熱温度が60℃になった時点で加熱量が求められてガ
スバーナ21が再点火されるのである。いま、熱交換器
22の容量が1.5リットルであるとすれば、加熱量Q
は1.5×10=15kcal になるから、ガスバーナ2
1から熱交換器22の保有水に単位時間当たりに与えら
れる熱量Quが3.5kcal であるとすれば、加熱温度
tは15÷3.5≒4秒ということになる。つまり、ガ
スバーナ21を4秒間点火すれば、熱交換器22の保有
水の温度はほぼ70℃になる。以上のようにして、熱交
換器22の内部の保有水の温度を60〜70℃の間に保
つことができ、給湯器1から5m先でも比較的高い温度
の湯を時間遅れなく吐出させることができるのである。
ここで、熱交換器22の出口側は入口側よりも高くなる
ように配置してあり、加熱温度検出器25では熱交換器
22の保有水の高いほうの温度を検出することになる。
【0021】ところで、ガスバーナ21の点火時の単位
時間当たりの熱量はガス流量弁16や開閉弁17によっ
て調節可能であるが、本実施形態では、すべてのガスバ
ーナ21を点火した状態において許容された最小の熱量
(燃料ガスの最小の供給量)に設定している。このよう
に、すべてのガスバーナ21を同時に点火させることに
よって、熱交換器22の内部の保有水を温度分布にむら
が生じないにように均一に加熱することができる。ま
た、ガスバーナ21の熱量は大きいほど短い時間で加熱
することができるが、上述のように加熱時間tを決めて
加熱するものであるから、単位時間当たりの熱量が大き
いとわずかな時間の誤差で過熱状態になる可能性があ
る。これに対して、単位時間当たりの熱量を熱交換器2
2の保有水を均一に加熱することができる最小値に設定
していることによって、過熱状態になる可能性を大幅に
低減することができる。
【0022】ちなみに、従来構成と本実施形態の構成と
をシャワーに用いた場合の湯の温度変化を図7に示す。
図7のA,Bは給湯器1の給湯口12での湯の温度を示
し、C,Dは給湯口12から5m先のシャワーの吐出口
から1分間当たり10リットルの湯を吐出させたときの
湯の温度を示す。また、破線は従来構成、実線は本実施
形態を示している。時刻t1 は給湯を停止してから5分
後の時点を示しており、時刻t2 はシャワーからの湯の
吐出を再開した時点を示す。図7より明らかなように、
給湯を停止してからも本実施形態のほうが従来構成より
も熱交換器の内部の保有水の温度が高く保たれている。
またこのことによって、時刻t2 に給湯を再開したとき
に、シャワーから吐出される湯の温度の変動幅が小さく
なっている。これは、従来構成では、シャワーからの湯
の吐出を再開した時点で熱交換器22の内部の保有水の
温度が低下していることによって最初に温度の低い湯が
吐出されることと、熱交換器22の内部の保有水の温度
と目標温度との差が大きいことによってガスバーナ21
の熱量を大きくして保有水を急速に加熱するためにオー
バーシュートが生じることとによるものである。これに
対して、本実施形態では、熱交換器22の内部の保有水
の温度が比較的高く保たれているから、シャワーからの
湯の吐出を再開したときに温度の低い湯が吐出されるこ
とがなく、また、ガスバーナ21の熱量が比較的小さ
く、オーバーシュートが生じにくいのである。ちなみ
に、シャワーからの湯の吐出を再開したときに、湯の温
度が整定されるまでの時間は本実施形態のほうが従来構
成よりも10秒程度短く、また、整定までの温度の変動
は本実施形態の場合に3.5℃程度であったのに対して
従来構成では10℃程度であった。
【0023】なお上記実施形態において、運転時におけ
る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。
【0024】
【発明の効果】請求項1の発明は、給湯を停止した後に
給湯器の内部に滞留している保有水の保温処理を行な
い、保温処理では熱交換器の出口側に設けた加熱温度検
出器での検出温度が給湯停止時点での加熱温度検出器に
基づいて求めた再加熱温度まで低下すると、出湯停止時
点の温度まで上昇可能な時間分だけガスバーナを点火し
て保有水を加熱するから、保有水の温度を所定範囲内に
保つことができるという利点がある。その結果、長時間
にわたって給湯を停止した後に給湯を再開するような場
合であっても、湯の温度の立ち上がり時間が短く、使い
勝手が向上するという効果を奏する。また、従来の給湯
器に対して構成上に変更箇所がなく、制御手段での制御
手順に変更を加えるだけであるから、従来製品に対して
価格増なく提供することが可能であるという利点があ
る。
【0025】さらに、熱交換器の各部位に対応付けて複
数個のガスバーナが設けられるとともに、ガスバーナへ
の燃料ガスの流路上に燃料ガスの流量を調節するガス可
変流量弁が配置され、制御手段が保温処理においてすべ
てのガスバーナを同時に点火させ、かつ燃料ガスの流量
が許容された最小流量となるようにガス可変流量弁を調
節するのであって、保温処理時にはすべてのガスバーナ
を同時に点火するとともに燃料ガスの流量が許容された
最小流量となるようにガス可変流量弁を調節するのであ
り、点火させるガスバーナの個数を選択することができ
るからガスバーナによる加熱量の可変範囲が広く、導入
される水の温度と送出する湯の温度との関係の制限が少
なくなるという利点を有する。しかも、保温処理に際し
てはすべてのガスバーナを点火させるから、熱交換器内
の水を均一に加熱することができて、熱交換器内で温度
分布にむらが生じないのであり、かつまたすべてのガス
バーナを点火させた状態での許容された最小流量となる
ように燃料ガスの流量を設定しているから、加熱時間に
多少の誤差があっても過熱状態になりにくいという効果
がある。
【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】同上の保温処理を示す動作説明図である。
【図6】同上の動作説明図である。
【図7】同上の動作例を示す図である。
【図8】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 17 開閉弁 20 マイクロコンピュータ 21 ガスバーナ 22 熱交換器 23 給水温度検出器 24 流量センサ 25 加熱温度検出器
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24H 1/10 302 F23N 5/00

Claims (1)

    (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、熱交換器の出口側で水の温度を検出する加熱
    温度検出器と、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
    せるとともにガスバーナを点火させる制御手段と、ガス
    バーナへの燃料ガスの流路上に配置され燃料ガスの流量
    を調節するガス可変流量弁とを備え、熱交換器の各部位
    に対応付けて複数個のガスバーナが設けられ、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になっ
    た時点での加熱温度検出器による検出温度に対して既定
    の温度差である再加熱温度を求め、加熱温度検出器によ
    る検出温度が再加熱温度まで低下すると、上記温度差分
    の温度上昇に必要な加熱量とガスバーナの加熱能力とに
    基づいて求めた加熱時間だけガスバーナを点火する保温
    処理を行なうとともに、保温処理においてすべてのガス
    バーナを同時に点火させ、かつ燃料ガスの流量が許容さ
    れた最小流量となるようにガス可変流量弁を調節する
    とを特徴とするガス給湯器
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