JPH06257853A - 給湯器の水量制御弁動作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入水温の高低にかかわらず再出湯時の湯温が
安定し、長い時間を待つことなく大量の湯が使用できる
ように給湯器の水量制御弁の絞り状態を制御する。 【構成】 再出湯時の入水温と入水量を入水検出部25で
検出する。一方、給湯燃焼停止後の熱交換器２に残留す
る設定温度以上の湯量Ａと入水温度との関係を示す関係
データをデータ格納部27に記憶しておく。基準排出時点
設定部26では前記検出入水温と前記関係データにより入
水温に対する設定温度以上の残留湯量Ａを求め、この湯
量Ａと検出入水量とより湯量Ａが熱交換器２から出終わ
る基準排出時点を求める。水量制御弁駆動部29では、開
栓後基準排出時点を経過したときに水量制御弁16を固定
絞り状態から可変絞り制御へ移行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、再出湯時の湯温の安定
化を行う給湯器の水量制御弁動作方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図７には、給湯器の一般的なシステム構
成が示されている。同図において、熱交換器２の入口側
には給水管３が接続されており、この給水管３には給水
温度を検出する入水サーミスタ10と、給水流量を検出す
る流量センサ９とが設けられている。熱交換器２の出口
側には給湯管４が接続され、この給湯管４の出口側には
給湯栓１が設けられている。さらに、給湯管４には水量
制御弁16と、出湯温度を検出する出湯サーミスタ11とが
設けられている。水量制御弁16は、同図に示す回転型の
バルブ方式のものや、上下移動型のシャフト方式のもの
があるが、何れも弁の開弁量を可変することにより熱交
換器２を通る水量を調節するものである。

【０００３】熱交換器２の下方にはバーナ７、バーナ７
の点火を行うイグナイタ電極18、着火を検知するフレー
ムロッド電極19、および給排気を行う燃焼ファン５が配
設されており、バーナ７のガス導入口にはガスノズル６
が対向配置され、このガスノズル６に通じるガス管８に
はガス供給量を開弁量によって制御するガス比例弁13
と、管路の開閉を行うガス電磁弁12とが介設されてい
る。

【０００４】この種の給湯器には制御装置14が備えられ
ており、この制御装置14にはリモコン15が接続され、こ
のリモコン15には給湯温度を設定するボタンや設定温度
の表示部が設けられている。制御装置14は給湯器の給湯
動作を制御しており、図６の（ａ），（ｂ）に示すよう
に、給湯栓１が開けられると流量センサ９が給水量を検
出して、その給水量がある一定以上（最低作動流量）に
なったときに流量センサ９からの信号を受けて制御装置
14は燃焼ファン５を回転させる。そして、燃焼ファン５
の回転が所定の回転領域に入ったときにガス比例弁13を
開けてバーナ７へガスの供給を行い、イグナイタ電極18
による点火動作を行う。フレームロッド電極19がガスの
着火を検出すると、制御装置14はＰＩＤ演算等により出
湯温度を設定温度にするようフィードバック制御を行
い、ガス比例弁13の開弁量を可変し、熱交換器２から出
る湯温の安定化制御を行う。

【０００５】そして、給湯栓１が閉められて流量センサ
９から制御装置14にオフ信号が加えられると、制御装置
14は燃焼加熱を停止して水量制御弁16を全開状態にし、
次の再出湯に備える。

【０００６】しかし、断続的に湯を使用した場合、一旦
給湯栓１を閉めて、次に給湯栓１を開いて再出湯させる
と、最初は前回使用時の熱交換器２や給湯管４に残って
いた湯が出るので設定温度に近い温度の湯が出るが、次
に給湯栓１が開けられてから通常のフィードバック制御
が行われるまで時間を要し、しかも、水量制御弁16が全
開状態であるため、熱交換器２にはフィードバック制御
が行われるまでの間に多量の冷たい水が入り込むことと
なり、この多量の水を設定温度まで加熱するにはバーナ
７の火力が追いつかず、設定温度よりかなり低いぬるい
アンダーシュートの湯が出るという現象が起こる。した
がって、再出湯時には、最初は設定温度の湯が出て、次
にぬるい湯が出て、次に正常な設定温度の湯が出るとい
う冷水サンドイッチ現象が生じ、湯の使用者に不快感を
与えるという問題があった。

【０００７】このような問題を解決するために、最近で
は、給湯栓１を閉めたときに水量制御弁16を全開状態に
してから一定量に絞った状態で次の出湯に備えて待機さ
せる方式のものが考えられている。この場合には、再出
湯させると、初めは前記のように前回使用時の給湯管４
や熱交換器２に残っていた湯が出るので設定温度に近い
湯が出て、次に、熱交換器２には水量制御弁16が絞った
状態であるので少量の水が入り込むため、この少量の水
は給湯栓１が開けられてから熱交換器２を出るまでの間
にフィードバック制御によって十分に設定温度まで加熱
されることとなる。したがって、再出湯時には前記の冷
水サンドイッチ現象のような湯温の変動がなくなり、湯
の使用者は不快感を感ずることなく、気持ちよく湯の使
用ができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、給湯栓１
を閉めたときに、水量制御弁16を全開位置から一定量に
絞った状態（固定絞り状態）で次の出湯に備えて待機さ
せる方式における水量制御弁16の再出湯時の動作が図５
に示されている。同図において、給湯栓１の開栓後、水
量制御弁16は常に一定時間（初期絞り時間）は固定絞り
状態を維持し、フィードバック制御が行われるようにな
っても暫時、水量制御弁16は固定絞り状態を維持してお
り、出湯温度が十分安定した後、水量制御弁16は燃焼能
力を最大に発揮するよう可変絞り制御に移行するように
している。

【０００９】しかしながら、同図に示すように、水量制
御弁16は給湯栓１が開けられてから一定の長い時間固定
絞り状態を維持しているので、湯の使用者にとって、こ
の一定時間内は大量の湯が使用したくとも使用できず不
便であった。このような不便を解消するために、フィー
ドバック制御が行われた直後に水量制御弁16を固定絞り
状態から可変絞り状態に移行する水量制御弁の動作方式
を採用することも考えられる。そうすれば、開栓後短い
時間で大量の湯が使用できるようになる。しかし、この
ようにすると、次に示すように入水温度の高低によって
出湯温度が変動するという新たな問題が生じる。

【００１０】すなわち、給湯燃焼停止後に熱交換器２内
に残留する設定温度以上の湯量は、図３の（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示すように、入水温度によって変化す
る。例えば、同図の（ａ）に示すように入水温度が高い
場合は、設定温度以上の熱交換器残留湯量Ａが多く、設
定温度より低い湯量Ｃが少い。また、同図の（ｃ）に示
すように、入水温度がかなり低い場合は、設定温度以上
の熱交換器残留湯量Ａが少くなり、設定温度より低い湯
量Ｃが多くなる。

【００１１】同図の（ｂ）の場合は、入水温度が同図の
（ａ）に示したものよりも低く、同図の（ｃ）に示した
ものよりも高くなっており、設定温度以上の熱交換器残
留湯量Ａは熱交換器２のＢ位置まで満たされていて、そ
の湯量は同図の（ａ）に示すものよりも少く、同図の
（ｃ）に示すものよりも多くなっている。再出湯時に、
この熱交換器２内のＢ位置まで満たされている設定温度
以上の湯Ａが熱交換器２から出終わる時点（排出時点）
で、丁度水量制御弁16が固定絞り状態から可変絞り制御
に移行するよう初期絞り時間が設定されていたとする。
この場合には、開栓後、排出時点までは水量制御弁16は
固定絞り状態であるため熱交換器２での火力は弱いので
設定温度以上の熱交換器残留湯量Ａはあまり加熱され
ず、出湯するので、湯温に大きなオーバーシュートは生
じない。湯Ａの排出時点を過ぎると、水量制御弁16は可
変絞り制御に移行するので、燃焼能力は最大に発揮され
熱交換器２に残留していた設定温度より低い湯量Ｃと、
開栓から排出時点までの間に熱交換器２に入り込んだ水
は素早く設定温度まで加熱されるため、出湯温度の変動
がない。したがって、図３の（ｂ）の場合の入水温のと
きは、湯Ａの排出時点と水量制御弁16の初期絞り時間経
過時点が一致しているため、出湯温度はアンダーシュー
トやオーバーシュートのほとんど生じない安定したもの
となる。

【００１２】しかしながら、同図の（ａ）のように入水
温度が高く、熱交換器２内に残留する設定温度以上の湯
量ＡがＡ１だけ多く満たされているときには、開栓後、
水量制御御弁16が固定絞り状態にある初期絞り時間まで
の間に熱交換器２に残留する設定温度以上の湯量Ａは熱
交換器２の出口からＢ位置までの部分が出湯するが、そ
の後、水量制御弁16は可変制御に移行し、Ｂ位置を越え
るＡ１部分の湯は強い火力で加熱されることになる。し
たがって、この場合にはＡ１部分の湯がオーバーシュー
トとなり、湯の使用者に不快感をあたえることになる。

【００１３】また、同図の（ｃ）のように、入水温度が
低い場合には、熱交換器２内に残留する設定温度以上の
湯量Ａは非常に少くなっており、この状態で再出湯の開
栓を行うと、水量制御弁16が固定絞り状態にある初期絞
り時間までの間に、熱交換器２に残留する設定温度より
低いＣ２部分が設定温度まで加熱されずに熱交換器２か
ら出ることになる。したがって、この場合にはＣ２部分
の冷たい湯がアンダーシュートとなり、前記同様に湯の
使用者に不快感を与えることになる。

【００１４】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、再出湯時に短い時間
で大量の湯が使用可能となり、さらに、入水温の高低に
かかわらず湯温が変動が小さく、オーバーシュートやア
ンダーシュートを小さく抑えることができる給湯器の水
量制御弁動作方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、給湯器の給湯燃焼停止以後次の再出湯までの間
に、出湯水量を制御する水量制御弁を固定的に絞った状
態で待機させ、次の再出湯時に水量制御弁をこの固定の
絞り状態で所定時間出湯し、この所定の絞り時間が経過
したときに、水量制御弁を固定の絞り状態から可変絞り
制御に移行する給湯器の水量制御弁動作方法において、
給湯器を給湯燃焼停止させたときに熱交換器内に残留す
るほぼ設定温度以上となる湯量を入水温度に対する関係
データとして与えておき、給湯燃焼停止後次の再出湯時
に入水温と入水量を検出し、前記関係データに基づき検
出入水温に対応する設定温度以上の熱交換器残留湯量を
求め、さらに、入水量の検出に基づき前記設定温度の熱
交換器残留湯量が熱交換器から出きる基準排出時点を求
め、この基準排出時点又はこの基準排出時点の前後近傍
時点で水量制御弁を固定の絞り状態から可変絞り制御に
移行することを特徴としている。

【００１６】

【作用】再出湯時に入水温と入水量が検出され、この検
出入水温と関係データ（給湯燃焼停止したとき熱交換器
内に残留する設定温度以上の湯量と入水温度の関係を示
したデータ）とから給湯燃焼停止時に熱交換器内に残留
する設定温度以上となる湯量を求める。さらに、検出入
水量に基づき、前記設定温度の熱交換器残留湯量が熱交
換器から出終わる時を基準排出時点として求める。この
基準排出時点又はこの基準排出時点の前後近傍時点で水
量制御弁は固定絞り状態から可変絞り制御に移行する。

【００１７】したがって、開栓後、基準排出時点までの
間に設定温度以上の熱交換器残留湯量があまり加熱され
ないまま出湯するので出湯温度は設定温度付近を保ち、
大きなオーバーシュートを生じることがない。また、基
準排出時点を過ぎると水量制御弁は可変絞り制御に移行
するので、熱交換器での燃焼能力は最大に発揮され熱交
換器に残留していた設定温度より低い湯量と開栓後基準
排出時点までの間に入り込んだ水は設定温度まで加熱さ
れるため、出湯温度にほとんどアンダーシュートを生じ
ることがなく、再出湯時の湯温変動が制御される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例における給湯器システムは図７に
示すものと同様であり、従来例と同一の名称部分には同
一符号を付し、その重複説明は省略する。

【００１９】図１には、本発明に係る給湯器の水量制御
弁動作方法を行う初期絞り時間制御部30のブロック構成
図が示されている。初期絞り時間制御部30は制御装置14
内に形成されており、入水検出部25と、基準排出時点設
定部26と、データ格納部27と、水量制御弁駆動部29と、
複数のタイマ28とを有して構成されている。

【００２０】入水検出部25は、給湯栓１が開けられて、
流量センサ９から流量検出信号が加えられたとき、所定
時間タイマ28を動作させ、そのタイマ時間内において流
量センサ９からの検出流量を積算し、その積算値を検出
入水量として検出する。その一方で、入水サーミスタ10
により入水温を検出し、これら、検出入水量と検出入水
温を基準排出時点設定部26に加える。

【００２１】一方、データ格納部27には、図２に示すよ
うな給湯燃焼停止後に熱交換器２内に残留するほぼ設定
温度（本明細書中でほぼ設定温度という言葉は設定温度
に対して±３℃の範囲も含む概念で用いる）以上の湯量
Ａと入水温度との関係を示した関係データが実験等によ
り求められ、グラフデータの形で記憶されている。

【００２２】基準排出時点設定部26には、演算回路が形
成されており、基準排出時点設定部26では、まず、デー
タ格納部27に格納されている関係データを用いて、入水
検出部25から受けた検出入水温に基づき熱交換器２内に
残留する設定温度以上の湯量を求める。例えば、検出入
水温がＴ_N （℃）のとき、設定温度以上の熱交換器残留
湯量はＡ_N （cc）となる。設定温度以上の熱交換器残留
湯温Ａ（Ａ＝Ａ_N ）が熱交換器２から出終わる時点を基
準排出時点ｔ_K として検出入水量Ｒに基づき、例えば、
Ｔ_K ＝Ｒ／Ａ_N のように演算によって求める。そして、
この基準排出時点ｔ_K をデータ格納部27に記憶する。

【００２３】水量制御弁駆動部29では、給湯栓１が開栓
されて、流量センサ９からオン信号を受けたときを起点
としてデータ格納部27に記憶されている基準排出時点ま
でタイマ28を動作させ、このタイマ動作期間内では水量
制御弁16の開弁量を一定量に絞った固定絞り状態を維持
し、タイマ28からタイムアップ信号が出たときに水量制
御弁16は固定絞り状態から、燃焼能力を最大に発揮する
よう可変絞り制御に移行する。

【００２４】本実施例によれば、再出湯時の入水温度か
ら関係データを用いて熱交換器２内の設定温度以上の湯
量が求められ、この設定温度以上の湯量と検出入水量と
により、この設定温度以上の湯量が熱交換器２より出終
わる時点が基準排出時点として求められ、この基準排出
時点を境に水量制御弁16は固定絞り状態から可変絞り制
御へと移行する。つまり、給湯栓１が開栓されて流量セ
ンサ９がオン信号を発してから前記基準排出時点までに
熱交換器２内に残留していた設定温度以上の湯量Ａは強
く加熱されないまま熱交換器２から出終わることになる
ので、出湯温度は設定温度付近を保ち大きなオーバーシ
ュートを生じることがない。次に、基準排出時点を過ぎ
ると水量制御弁16は燃焼能力を最大に発揮するよう可変
制御に移行するため、熱交換器２内に残留していた設定
温度より低い湯と開栓後基準排出時点までの間に熱交換
器に入り込んだ水は、設定温度まで素早く加熱されるの
で、出湯温度にほとんどアンダーシュートを生じること
がない。したがって、本実施例によれば、再出湯時の出
湯温度は常に設定温度を保ちアンダーシュートやオーバ
ーシュートのほとんどない安定した湯温の湯を出湯する
ことができる。

【００２５】また、従来では、再出湯時には水量制御弁
16が常に一定の長い時間は固定絞り状態であったため、
この一定時間は大量の湯が使用できず不便であったが、
本実施例では熱交換器２に残留する設定温度以上の湯量
が熱交換器２を出終わる基準排出時点を過ぎれば、水量
制御弁16が可変絞り制御へと移行し、開栓後短い時間で
大量の湯の使用が可能となるので、湯の使用者にとって
便利なものとなる。

【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
となく様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施
例では基準排出時点を境に水量制御弁16の固定絞り状態
から可変絞り制御への移行を行ったが、基準排出時点の
前後近傍時点で固定絞り状態から可変絞り制御へ移行す
るようにしてもよい。

【００２７】さらに、給湯器のシステム構成は図７に示
すものに限定されない。

【００２８】さらに、水量制御弁16は、バルブ方式やシ
ャフト方式のギアモータを用いたものに限定されるもの
ではなく、その他の種類のものでもよい。

【００２９】さらに、上記実施例では、給湯燃焼停止後
に熱交換器２に残留する設定温度以上の湯量Ａと入水温
度との関係を図２に示すようなグラフデータで与えたが
表データ、演算データ（演算式）等で与えてもよい。例
えば、演算式で与える場合には、入水温度Ｔが０℃のと
きに熱交換器２に残留する設定温度以上の湯量をＡ₀と
したとき、Ａ＝ａＴ＋Ａ₀ （ａは定数）として与えられ
る。また、給湯燃焼停止後に給湯器に残留する設定温度
より低い湯量Ｃは、入水温度Ｔの関数Ｗ（Ｔ）として表
すこともでき、熱交換器２の入口から出口までの全容量
をＱとしたとき、設定温度以上の残留湯量を、Ａ＝Ｑ−
Ｗ（Ｔ）として与えることもできる。

【００３０】さらに、上記実施例では、給湯燃焼停止後
に熱交換器２に残留する設定温度以上の湯量Ａを入水温
度と残留湯量Ａとの関係を示す関係データを用いて求め
たが、以下に示す点を考慮に入れると、より正確な残留
湯量Ａを求めることができる。

【００３１】第１は、燃焼停止後、再出湯時までの待機
時間を考慮するものである。すなわち、給湯燃焼停止時
に設定温度以上であった熱交換器２内の残留湯量Ａの湯
温は、給湯燃焼停止後に図４に示すように変化する。同
図に示すように、燃焼停止後の後沸き（燃焼停止後、熱
交換器２に保有されている熱量が熱交換器２に残留して
いる湯に伝わって湯温が設定温度以上に上昇する現象）
によって、熱交換器２内の湯量Ａは設定温度以上に上昇
し、ｔ₁ 時点でピークとなり、その後、自然放熱により
湯温は低下していき、ｔ₂ 時点を過ぎると湯温は設定温
度以下に下がる。つまり、燃焼停止後、ｔ₁ 時点を含む
Ｅ期間で熱交換器２内の残留湯量Ａは最も多くなり、ｔ
₂ 時点を過ぎるＧ期間では、残留湯量Ａは時間の経過と
ともに減っていく。したがって、燃焼停止後の経過時間
を例えば四区分したＤ，Ｅ，Ｆ，Ｇ期間毎に、これらの
期間における残留湯量Ａとの相関係数を実験や演算等か
ら待機時間相関データとして求めることにより、残留湯
量Ａをより正確に求められる。

【００３２】第２は、燃焼ファン５のポストパージ期間
（給湯燃焼停止後も引き続き燃焼ファン５を回転してい
る期間）における回転速度を考慮するものである。つま
り、燃焼ファン５の回転速度が速いほど湯は冷やされて
設定温度上の残留湯量Ａは減るので、この回転速度と残
留湯量Ａとの関係を前記同様実験や演算等により求めて
おくと、より正確に残留湯量Ａは求められる。

【００３３】第３は、給湯器の外周囲温度（環境温度）
を考慮するものである。環境温度が低ければ当然湯量の
低下率も大きいので、前記同様、実験や演算により環境
温度と残留湯量Ａの相関係数を求めておけば、より正確
に残留湯量Ａが求められる。環境温度は外気温を検出す
る外気サーミスタを給湯器に配設することによって検出
することができる。

【００３４】このように、入水温度の他に、再出湯待機
時間と周囲温度およびポストパージ期間における燃焼フ
ァン５の回転速度等を、残留湯量Ａを求める条件に加え
ることにより、より正確な残留湯量Ａを求めることがで
きる。したがって、このように得られた残留湯量Ａと検
出入水量より求められる基準排出時点は一層正確なもの
となり、出湯温度にアンダーシュートが生じないよう水
量制御弁16のより精巧な制御が行われることとなる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、再出湯時に入水温と入水量を
検出して、この入水温のときに熱交換器に残留する設定
温度以上の湯量が熱交換器から出終わる時点としての基
準排出時点を求め、開栓から基準排出時点に至るまでは
水量制御弁は固定絞り状態となっているので、熱交換器
内の設定温度以上の湯量は強く加熱されないまま出湯さ
れるため、出湯温度に大きなオーバーシュートが起こら
ない。また、基準排出時点を過ぎれば水量制御弁は燃焼
能力を最大に発揮するよう可変制御に移行するので、熱
交換器内の設定温度より低い湯や水は設定温度まで素早
く加熱されるため、出湯温度にほとんどアンダーシュー
トは生じない。したがって、本発明によれば、入水温に
かかわらず再出湯時の湯温は安定しており、湯の使用者
は不快な思いをすることなく気持ちよく使用できる。

【００３６】さらに、従来では、開栓後、一定の長い時
間にわたって水量制御弁は固定絞り状態であったため大
量の湯が使用できなかったが、本発明では、熱交換器か
ら設定温度以上の残留湯量が出終わる基準排出時点を過
ぎれば水量制御弁は可変絞り制御に移行するので、開栓
後短い時間で大量の湯が使用できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る給湯器の水量制御弁動作方法を行
う一実施例のブロック構成図である。

【図２】同実施例に用いられる基本データを示すグラフ
である。

【図３】給湯燃焼停止時の入水温度に対する熱交換器内
の設定温度以上の湯量の関係を示す説明図である。

【図４】給湯燃焼停止後の熱交換器内の湯温の経時変化
を示すグラフである。

【図５】ガス量の経時変化と水量制御弁の動作を示す説
明図である。

【図６】流水量と出湯温度との経時変化を示すグラフで
ある。

【図７】給湯器のシステムを示す構成図である。

【符号の説明】

２ 熱交換器 16 水量制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 均 神奈川県大和市深見台３丁目４番地 株式 会社ガスター内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給湯器の給湯燃焼停止以後次の再出湯ま
   での間に、出湯水量を制御する水量制御弁を固定的に絞
   った状態で待機させ、次の再出湯時に水量制御弁をこの
   固定の絞り状態で所定時間出湯し、この所定の絞り時間
   が経過したときに、水量制御弁を固定の絞り状態から可
   変絞り制御に移行する給湯器の水量制御弁動作方法にお
   いて、給湯器を給湯燃焼停止させたときに熱交換器内に
   残留するほぼ設定温度以上となる湯量を入水温度に対す
   る関係データとして与えておき、給湯燃焼停止後次の再
   出湯時に入水温と入水量を検出し、前記関係データに基
   づき検出入水温に対応する設定温度以上の熱交換器残留
   湯量を求め、さらに、入水量の検出に基づき前記設定温
   度の熱交換器残留湯量が熱交換器から出きる基準排出時
   点を求め、この基準排出時点又はこの基準排出時点の前
   後近傍時点で水量制御弁を固定の絞り状態から可変絞り
   制御に移行する給湯器の水量制御弁動作方法。