JP2012241946A - 給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】給湯器１を使用開始するときに給湯栓２から排出される無駄水を少なくすることで給湯器の節水を図る。
【解決手段】制御手段６０は、給湯器１の使用開始時に、給湯栓２の開度が全開とされている場合であっても、熱交換器１０への給水路３に備えられた給水量調節手段（流量制御弁５）の開度を全開状態からバーナＢ１の最低作動水量または最低作動水量をわずかに超えた水量までに絞る制御を行う。バーナの火炎検知器が、バーナ火炎が安定したことを検知した時点で、制御手段６０は流量制御弁５を全開に復帰させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯栓を備えた給湯器に関する。

給湯栓を開くことによって生じる水の流れを検知してバーナを点火し、熱交換器においてバーナの燃焼ガスが持つ熱と給水との間で熱交換を行って温水とし、その温水を給湯栓から出湯して、台所やシャワー室で使用できるようにした給湯器は知られている。また、作られた温水を浴槽に貯湯し、あるいは暖房機器の熱源として使用できるようにした給湯器も知られている。そのような給湯器の例が、特許文献１や特許文献２等に記載されている。

上記した従来知られた給湯器では、使用者が例えば給湯栓を開くことで熱交換器への給水路に水流が生じると、その水流が水量センサによって検出され、水量センサからの信号が制御手段に送られる。制御手段は、給水量が予め設定した最低作動水量以上であることを検知したときに、バーナ点火装置を作動してバーナを点火し、バーナに安定した火炎が形成されたことをフレームロッドによって確認した後に、バーナ点火装置の作動を停止する制御が行われる。通常の給湯器において、水量センサが水の流れを検出してからバーナに安定した火炎が形成されるまでに５秒程度の時間を要している。

また、従来知られた給湯器には、前記した熱交換器への給水路に流量制御弁が取り付けてあり、通常は全開に保持されているが、熱交換器に給水される水の温度や環境温度が低くなりバーナが最大出力で燃焼しても、熱交換器によって使用者が設定した温度まで水温を上昇させることができない環境となったときに、温水出側の温度センサからの信号を受けて、前記流量制御弁の開度を絞り、熱交換器への給水量を小さくすることで、温水温度を設定温度にまで昇温させるようになっている。

特開２００９−３６４７５号公報 特開２００５−６１６７７号公報

給湯器において、使用者が給湯栓を開き、停止状態にある給湯器から適温の温水を得ようとする場合、開栓当初は給湯栓から冷水が出るのは避けられない。前記したように、給湯栓の開栓で生じた水の流れを水量センサが検知してから、安全な火炎が形成されてバーナ点火装置が作動を停止するまでに約５秒程度の時間を要しているが、この間に流出する冷水はほとんどの場合そのまま捨てられており、無駄水となっている。

一方、近年、給湯栓の開閉手段は、ねじ式のものからレバーの上げ下げ式に変化してきており、給湯器の使用を開始するときに、使用者はレバーを最大限度位置まで移動させるようになりがちであり、結果として、給湯器の使用開始当初から、給湯栓からは最大流量の水が流出することとなる。その最大流量の水が、前記のように、水の流れを水量センサが検知してからバーナ点火装置がＯＦＦとなるまでの約５秒程度の間に流出し続けることとなり、無駄水の量が多くなる傾向にある。

本発明は、上記したような従来公知の給湯器において普通に生じている水の無駄な消費を抑制し、それにより水の節約を可能とした給湯器を提供することを課題とする。

本発明による給湯器は、熱交換器と、熱交換器を加熱するバーナと、前記熱交換器へ給水するための給水量調節手段を備えた給水路と、前記熱交換器で加熱された温水を出湯する給湯栓と、前記バーナの点火装置と、制御手段とを少なくとも備えた給湯器であって、前記点火装置は前記熱交換器への給水量が最低作動水量以上であることを検知したときにガスへの点火動作を行うものであり、前記制御手段は、前記点火装置によって点火されたバーナ火炎が安定したことを検知するまでは、前記給湯栓の開度が前記最低作動水量以上の水量が流出する開度とされている場合であっても、前記給水量調節手段を前記最低作動水量または最低作動水量をわずかに超えた水量の水を熱交換器に供給する節水モードに制御することを特徴とする。

上記の給湯器では、使用者が、給湯開始時に給湯栓の開度を最大にして熱交換器への給水を行う場合でも、制御手段は、熱交換器へ給水するため給水路に備えた給水量調節手段を制御して、熱交換器への給水量を、空焚きを防止するために当該給湯器に予め設定されている前記点火装置が作動しうる最低作動水量または最低作動水量をわずかに超えた水量に調整し、節水モードとする。そして、点火装置によって点火されたバーナ火炎が安定した状態となったときに、制御手段は、給水量調節手段による流量制限を解除、すなわち前記節水モードを解除する。そのために、使用開始時から点火されたバーナ火炎が安定した状態となるまでに給湯栓から放出される水量を、バーナが燃焼を開始するのに必要な量に抑制することが可能となり、節水効果が得られる。節水モードが解除されると、それ以降は使用者が給湯栓の開度に応じて設定した量の温水が給湯栓から放出されるようになるので、使用者に格別の不快感を与えることもない。

本発明による給湯器の一態様では、給湯器はさらにエネルギー節約モード選択手段を備えており、エネルギー節約モードが選択されていないときは、前記制御手段は前記給水量調節手段を前記節水モードにする制御を行わないことを特徴とする。

本発明による給湯器では、使用開始時から点火されたバーナ火炎が安定した状態となるまでに給湯栓から放出される水量は、使用者が設定した給湯栓側の開度でなく、熱交換器への給水路に備えた給水量調節手段で設定される流量に依存する。そして、その流量はバーナが燃焼を開始するのに必要な最低作動水量あるいはそれをわずかに超えた水量であり、結果として、使用者に温水が届くまでの時間（湯待ち時間）が長くなって、使用者に不快感を与えることが起こり得る。これを回避するために、上記態様の給湯器は、別途、エネルギー節約モード選択手段を備える。そして、使用者がエネルギー節約モード選択手段の使用を選択したときにのみ、制御手段は前記した節水モードによる運転を行い、選択しないときには、節水モードによる運転を行わないようにする。それによって、短時間で温水が供給されることを希望する使用者に対しても、格別の不快感を与えることなく、給湯器の使用が可能となる。

本発明による給湯器を用いることにより、給湯器の使用開始時に起こっている無駄水の排出量を抑制することが可能となり、節水に対する社会的要請に応えることができる。ちなみに、給湯栓を最大限に開けたときの流量を１０Ｌ／ｍｉｎ、バーナが安定燃焼するのに必要な最低作動水量を３Ｌ／ｍｉｎ（この値は、現在使用されている給湯器での平均的な値である）とすると、本発明よる給湯器では、５秒間で約０．６Ｌの節水が可能となる。一日の給湯使用回数を５１回と仮定すると、約３０Ｌ／日、年間で１１ｍ^３／年、つまり５００ｍｌのペットボトル約２万２千本分の節水が可能となる。

本発明による給湯器の循環回路の一例を示す図。 リモートコントローラを説明する図。 本発明による給湯器の運転フローを示す図。

図１は、本発明による給湯器の一実施の形態を温水の循環回路とともに示している。
この実施の形態において、給湯器１は、給湯栓２へ温水を供給するための第１の熱交換器１０と、第１の熱交換器１０への給水路３と、熱交換器１０で加熱された温水を給湯栓２に導く給湯路４とを備える。給水路３には給水量調節手段としての流量制御弁５が取り付けてあり、給湯路４には水量センサ６が取り付けてある。必須ではないが、この例において、前記第１の熱交換器１０は、潜熱をも回収できるタイプのものであり、点火装置を備えたバーナＢ１の上方に位置し主に燃焼排気の顕熱を吸熱して熱交換する主熱交換部１１と、この主熱交換部１１の上方に位置し主に潜熱を吸熱して熱交換する副熱交換部１２とを備えている。また、給水路３と給湯路４は、流量調整用のサーボ弁７を備えたバイパス通路８で接続されている。

給水路３からの水道水は、副熱交換部１２を通過することで潜熱による加熱を受け、次いで主熱交換部１１を通過することで燃焼排気の顕熱を吸熱して昇温し、温水となる。温水は、給湯路４を通って前記した給湯栓２から排出される。なお、この例において、給湯栓２は操作レバー２ａを備えており、該操作レバー２ａを上下することで、給湯栓２の弁は全開から全閉まで調節される。

本発明による給湯器１においては、必須のものではなく省略することも可能であるが、給湯器１は、さらに、浴槽２０への給湯路２１と、浴槽２０内の温水を追い焚きするための追い焚き用循環路２２と、追い焚き用熱交換器２３を備える。前記浴槽用給湯路２１は、水量センサ６よりも上流位置で前記給湯路４から分岐しており、水量センサ２４が取り付けられている。追い焚き用循環路２２は、水量センサ２４より下流位置で給湯路２１から分岐しており、追い焚き用ポンプＰ１を有している。追い焚き用ポンプＰ１の作動により浴槽２０内の温水を吸引し、追い焚き用熱交換器２３で昇温させた後、温水は浴槽２０内に戻される。

さらに、本発明による給湯器１において、必須のものではなく省略することも可能であるが、暖房用端末機器３０に温水を供給するための暖房用循環ポンプＰ２を備えた端末機器用循環路４０と、第２の熱交換器５０も備えている。この例において、第２の熱交換器５０も第１の熱交換器１０と同様に、潜熱をも回収できるタイプのものであり、点火装置を備えたバーナＢ２の上方に位置し主に燃焼排気の顕熱を吸熱して熱交換する主熱交換部５１と、この主熱交換部５１の上方に位置し主に潜熱を吸熱して熱交換する副熱交換部５２とを備えている。

端末機器用循環路４０は、暖房用循環ポンプＰ２が作動することより、シスターン４１内の温水が、管路４２を通って前記第２の熱交換器５０における主熱交換部５１に送られ、そこを通過することで燃焼排気の顕熱を吸熱して昇温して高温の温水となる。高温の温水は、高温暖房用出湯管路４３を通って高温暖房用端末機器３０Ａに送られ、そこで所要の熱交換をした後に、暖房用戻り管路４４を通って第２の熱交換器５０における副熱交換部５２側に送られ、そこを通過することで潜熱による加熱を受けた後、シスターン４１に戻される。

また、シスターン４１内の温水は、暖房用循環ポンプＰ２が作動することにより、低温暖房用出湯管路４５を通って低温暖房用端末機器３０Ｂに送られ、そこで所要の熱交換をした後に、暖房用戻り管路４４に合流し、第２の熱交換器５０における副熱交換部５２側に送られて、そこを通過することで潜熱による加熱を受けた後、シスターン４１に戻される。

端末機器用循環路４０は、高温暖房用出湯管路４３と暖房用戻り管路４４とを短絡する第１のバイパス管路４６と第２のバイパス管路４７とをさらに備えており、第２のバイパス管路４７は前記した追い焚き用熱交換器２３内を放熱源側として通過する。それにより、追い焚き用熱交換器２３において、前記追い焚き用循環路２２と前記端末機器用循環路４０との間での液・液熱交換が行われ、その熱交換により浴槽２０内の温水が追い焚きされる。

給湯器１は制御手段６０を備える。制御手段６０は、前記した水量センサ６、２４からの信号を受けてのバーナＢ１、Ｂ２の燃焼制御や、追い焚き用ポンプＰ１と暖房用循環ポンプＰ２の運転制御や、前記した流量制御弁５の開度制御などを行う。制御手段６０には、図２に示すようなリモートコントローラ９０が接続している。このリモートコントローラ９０は、通常のものと同様、温度設定部９１、表示部９２、運転開始スイッチ９３、自動保温運転モード選択スイッチ９４、追い焚き運転モード選択スイッチ（追い焚きスイッチ）９５を備えるとともに、さらに、後に説明するエネルギー節約モード選択スイッチ９６を備えている。

この給湯器１において、使用者がリモートコントローラ９０の運転開始スイッチ９３をＯＮにすると、給湯器１は立ち上がった状態とされる。そして、浴槽２０への給湯および暖房用端末機器３０への給湯が行われていない状態、換言すれば、前記水量センサ２４は水の流れを検知してなく、バーナＢ１が消火している状態で、使用者が給湯栓２を開いたときに、本発明による給湯器の技術的特徴が発揮される。以下、その技術的特徴を説明する。

バーナＢ１が消火している状態で給湯栓２が開かれると、給湯路４に水の流れが生じ、その流れが水量センサ６によって検出される。その時点では、第１の熱交換器１０への給水路３に取り付けた流量制御弁５は従来の給湯器と同様に全開の状態に保持されている。水量センサ６が、第１の熱交換器１０の空焚きを防止するために予め設定した最低作動水量（例えば３Ｌ／ｍｉｎ未満）を超える流れを検出したときに、制御手段６０は、バーナＢ１の点火装置に作動信号を送る。

一方において、制御手段６０は、第１の熱交換器１０への給水路３を流れる水量が前記最低作動水量を超えるいかなる大きさの流量であっても、第１の熱交換器１０への給水路３に取り付けた流量制御弁５の開度を、これまでの全開状態から、前記最低作動水量または最低作動水量をわずかに超えた水量となるように絞る制御を行う。この制御によって、節水された水量ではあるがバーナＢ１の燃焼が安定して継続する量の水が、第１の熱交換器１０に送られることとなり、節水モードでの運転が可能となる。なお、最低作動水量をわずかに超えた水量とは、燃焼時に生じるハンチングなどによる影響を回避できるだけの量が増量した水量をいっており、一例として、最低作動水量が３Ｌ／ｍｉｎである場合、上限値が３．５〜４．０Ｌ／ｍｉｎ程度の量である。

そして、バーナＢ１に取り付けられている火炎センサが、火炎が安定したことを検知した時点で、制御手段６０は点火装置の作動を停止する。通常、火炎センサにはフレームロッドのように検知部が受ける熱量を電流値に換算するセンサが用いられ、例えば１μＡ以上の電流値を検出したときに、火炎が安定したとの判断を下すようにされている。点火装置の作動停止と同時にあるいはそれと前後して、制御手段６０は前記節水モードを解消する信号を流量制御弁５に送る。それにより流量制御弁５は従前の全開状態に復帰する。それ以降は、従来の給湯器と同様に給湯栓２の操作レバー２ａで設定される流量の水が第１の熱交換器１０に供給され、前記コントローラ９０で使用者が設定した温度の温水となるように前記バイパス通路８から適量の水が混合された状態で、適温の温水が継続して給湯栓２から出てくることとなる。

前記したように、給湯栓２を最大限に開けたときの流量を１０Ｌ／ｍｉｎ、バーナＢ１が安定燃焼するのに必要な最低作動水量を３Ｌ／ｍｉｎと仮定すると、本発明よる給湯器では、５秒間で約０．６Ｌの節水が可能となり、一日の給湯使用回数を５１回と仮定すると、約３０Ｌ／日、年間で１１ｍ^３／年、つまり５００ｍｌのペットボトル約２万２千本分の節水が可能となる。

図２に示すリモートコントローラ９０にはエネルギー節約モード選択スイッチ９６が備えられており、使用者は、該選択スイッチ９６を押すことでエネルギー節約モードを選択することができる。そして、制御手段６０は、エネルギー節約モードが選択されているときにのみ、前記した第１の熱交換器１０への給水路３に取り付けた流量制御弁５を絞り込む制御（すなわち、節水運転実行モード）を実行し、エネルギー節約モードが選択されてないときは、流量制御弁５を絞り込む制御を実行しない。この選択スイッチ９６を設けることで、短時間で給湯栓２から温水が供給されることを希望する使用者に対して格別の不快感を与えることなく、給湯器１の使用が可能となる。

図１に示す給湯器１において、給湯栓２が閉じている状態で、使用者が暖房用端末機器３０の操作部を操作すると、制御手段６０には暖房用端末機器３０の運転開始が指示される。制御手段６０は暖房用循環ポンプＰ２に駆動指令を出し、暖房用循環ポンプＰ２が駆動する。制御手段６０はシスターン４１内の水位を検知し、バーナＢ２の点火装置を作動してバーナＢ２を点火する。なお、制御手段６０は、シスターン４１内の水位を継続して検知することで、前記第２の熱交換器５０が空焚き状態となるのを防止している。なお、この運転態様は、従来のものと同じである。

使用者が、風呂を立てるときの運転態様も、従来のものと同じであってよい。例えば、自動保温運転モード選択スイッチ９４がＯＮされると、制御手段６０は、浴槽２０への給湯路２１に取り付けた水量センサ２４の信号を受けてバーナＢ１の点火装置を作動し、バーナＢ１を点火する。そのときに、第１の熱交換器１０への給水路３に取り付けた流量制御弁５が全開の状態に維持されることも、従来知られた給湯器の場合と同様である。それにより、給湯路２１を通して、温度設定部９１で設定された温度の温水が浴槽２０に供給される。設定量の温水が浴槽２０に供給されると、バーナＢ１は消火し温水の供給も停止する。制御手段６０は、浴槽２０内の温水温度を検知しており、湯温が一定温度（例えば２℃程度）低下したことを検知すると、追い焚き用ポンプＰ１（および作動していない場合には暖房用循環ポンプＰ２の双方）を駆動して、追い焚きを行う。

浴槽２０内の温水は、追い焚き用循環路２２を循環し、循環の過程で追い焚き用熱交換器２３を通過する。一方、暖房用循環ポンプＰ２が駆動することで、端末機器用循環路４０内の温水は第２の熱交換器５０によって高温に加熱された後、高温暖房用出湯管路４３と第２のバイパス管路４７を通って循環する。前記したように、第２のバイパス管路４７には追い焚き用熱交換器２３が配置されており、そこにおいて、第２の熱交換器５０によって高温に加熱された温水と浴槽２０内の温度低下した温水との間で熱交換が行われ、浴槽２０内の温水は所定の温度にまで昇温する。自動保温運転モードが解除されている状態で、使用者が追い焚き運転モード選択スイッチ９５をＯＮしたときも、同様にして浴槽２０内の温水に対する追い焚きが行われる。上記した風呂の自動保温での運転態様および追い焚きでの運転態様も従来のものと同じであり、詳細な説明は省略する。

浴槽２０の湯張り中のようにバーナＢ１が燃焼している状態のときに、使用者が給湯栓２の操作レバー２ａを動かして、給湯栓２からの給湯を求めたとする。そのときも、給湯栓２を開くことで新たな水の流れが生じ、その流れは給湯路４に設けた水量センサ６によって検出される。しかし、この場合には、バーナＢ１はすでに安定燃焼を継続しており、水量センサ６からの信号がバーナＢ１の燃焼に反映されることはない。また、第１の熱交換器１０への給水路３に取り付けた流量制御弁５は、そのまま全開の状態に維持される。この状態も、従来の給湯器の場合と同様である。

次に、給湯栓２からのみ温水を使用する状態のときでの、本発明による給湯器１の制御の一例を、図３の制御フローを参照してより詳細に説明する。なお、本発明は、バーナＢ１を点火する、すなわち給湯栓２に温水を供給するときに作動するバーナＢ１を点火するときに生じていた無駄水を少なくすることを課題とするものであり、図１に基づき説明した給湯器１のように、給湯栓２からの出湯でなく、浴槽２０への給湯開始時に生じるバーナＢ１の点火時は、系外に捨てられる水は発生しないことから、本発明での操作の対象としていない。したがって、図３の制御フローは、Ｓ１０で給湯栓２が開とされるときを出発点としている。

Ｓ１１で制御手段６０は水量センサ６をＯＮとする。次に、制御手段６０は前記したエネルギー節約モード選択スイッチ９６が押されているかどうかを判断する（Ｓ１２）。押されている場合には、制御手段６０は水量センサ６が検出する流量が予め規定した水量値、すなわち空焚きをすることなくバーナＢ１を燃焼させることのできる最低作動水量（例えば３Ｌ／ｍｉｎ）以上であるかどうかを判断する（Ｓ１３）。

Ｓ１３で水量センサ６が検出する水量が規定値以上の場合に、制御手段６０は、Ｓ１４において、第１の熱交換器１０への給水路３に設けた全開の状態にある流量制御弁５を絞る制御、すなわち水量制御を実行する。この水量制御によって、給湯栓２の開度如何に関わらず、流量制御弁５の開度は前記最低作動水量まであるいはそれをわずかに超えた水量まで絞り込まれる。

それ以降の制御は、従来の給湯器におけると同様であり、Ｓ１５で初期チェックを行い異常が検出された場合にはエラー発報（Ｓ１６）を行い、装置を停止する。正常の場合には、Ｓ１７でバーナＢ１に付設の燃焼ファンをＯＮとし、Ｓ１８でバーナＢ１に設けられた点火装置を作動させる。次いで、Ｓ１９でガス電磁弁をＯＮとしてバーナＢ１に点火する。

バーナ点火後、Ｓ２０で、制御手段６０はバーナＢ１に設けたフレームロッドからの情報で火炎が安定した状態となったかどうかを検知し、安定火炎が形成されたことを検知したときに、燃焼表示点灯を行い（Ｓ２１）、点火装置の作動を停止する（Ｓ２２）。最後に、水量制御を停止する（Ｓ２３）。その結果として、第１の熱交換器１０への給水路３に設けた流量制御弁５は全開の状態に復帰する。以下、従来の給湯器と同様にして、給湯栓２の開度に応じた温水が、給湯栓２から供給されるようになる。

Ｓ１２で、制御手段６０がエネルギー節約モード選択スイッチ９６が押されていないと判断した場合には、そのままＳ１５に進む。すなわち、本発明による水量制御を行わない。また、Ｓ１３において、水量規定値以上でない場合には、無駄水はほぼ発生していないので、そのままＳ１５に進む。すなわち、本発明による水量制御を行わない。

１…給湯器、
２…給湯栓、
３…第１の熱交換器への給水路、
４…熱交換器で加熱された温水を給湯栓に導く給湯路、
５…給水量調節手段としての流量制御弁、
６…水量センサ、
１０…給湯栓へ温水を供給するための第１の熱交換器、
２０…浴槽、
３０…暖房用端末機器、
６０…制御手段、
９０…リモートコントローラ、
Ｂ１、Ｂ２…バーナ。

Claims (2)

1. 熱交換器と、熱交換器を加熱するバーナと、前記熱交換器へ給水するための給水量調節手段を備えた給水路と、前記熱交換器で加熱された温水を出湯する給湯栓と、前記バーナの点火装置と、制御手段とを少なくとも備えた給湯器であって、
   前記点火装置は前記熱交換器への給水量が最低作動水量以上であることを検知したときにガスへの点火動作を行うものであり、前記制御手段は、前記点火装置によって点火されたバーナ火炎が安定したことを検知するまでは、前記給湯栓の開度が前記最低作動水量以上の水量が流出する開度とされている場合であっても、前記給水量調節手段を前記最低作動水量または最低作動水量をわずかに超えた水量の水を熱交換器に供給する節水モードに制御することを特徴とする給湯器。
2. 請求項１に記載の給湯器であって、給湯器はさらにエネルギー節約モード選択手段を備えており、エネルギー節約モードが選択されていないときは、前記制御手段は前記給水量調節手段を前記節水モードにする制御を行わないことを特徴とする給湯器。

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