JP2024090834A - Water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、給湯器に関する。 This disclosure relates to a water heater.
特許文献1の給湯装置は、熱交換器と、熱交換器に接続されて水道水を供給する入水管と、熱交換器に接続されて加熱された湯を出湯する出湯管と、入水管と出湯管との間に接続されて熱交換器をバイパスするバイパス管と、を備える。更に給湯装置は、バイパス管流れる流量を制御可能なミキシングモータと、内胴温度を検出する内胴サーミスタと、内胴サーミスタによって得られる内胴温度に応じてミキシングモータの動作を制御するコントローラと、を備える。この給湯装置では、コントローラは、内胴サーミスタによって得られる内胴温度の低下勾配に応じて、ミキシングモータによってバイパス管を流れる流量を減少させる。 The hot water supply device of Patent Document 1 includes a heat exchanger, a water inlet pipe connected to the heat exchanger to supply tap water, a hot water outlet pipe connected to the heat exchanger to supply heated hot water, and a bypass pipe connected between the water inlet pipe and the hot water outlet pipe to bypass the heat exchanger. The hot water supply device further includes a mixing motor capable of controlling the flow rate through the bypass pipe, an inner body thermistor that detects the inner body temperature, and a controller that controls the operation of the mixing motor according to the inner body temperature obtained by the inner body thermistor. In this hot water supply device, the controller reduces the flow rate through the bypass pipe by the mixing motor according to the gradient of the decrease in the inner body temperature obtained by the inner body thermistor.
バイパス管を備えた給湯器は、ガスバーナでガスが燃焼することによって生じる燃焼排気によって加熱される熱交換器に対して入水管によって水を供給可能とする一方で、入水管と出湯管との間に接続されるバイパス管により、水をバイパス可能とする。この構成により、熱交換器から出湯管に供給される湯に対してバイパス管からの水を混合可能とし、この混合度合いを調整することにより、出湯管から供給される湯の温度を調節する。 A water heater equipped with a bypass pipe can supply water through a water inlet pipe to a heat exchanger that is heated by exhaust gas generated by burning gas in a gas burner, while the bypass pipe connected between the water inlet pipe and the hot water outlet pipe allows water to be bypassed. With this configuration, water from the bypass pipe can be mixed with the hot water supplied from the heat exchanger to the hot water outlet pipe, and the temperature of the hot water supplied from the hot water outlet pipe can be adjusted by adjusting the degree of mixing.
この種の給湯器では、熱交換器全体が十分に温まっていない状態で点火がなされた場合、点火直後は、熱交換器に供給される燃焼熱のうち、「湯水への伝熱に寄与しにくい部分」に伝達される割合が大きくなるため、熱交換器全体が十分に温まっている状態と比較して、熱交換器を通る湯水の温度を効率的に上昇させにくい。 In this type of water heater, if the heat exchanger is not fully warmed up when it is ignited, immediately after ignition, a large proportion of the combustion heat supplied to the heat exchanger is transferred to "parts that are less likely to contribute to heat transfer to the hot water," making it more difficult to efficiently raise the temperature of the hot water passing through the heat exchanger compared to when the entire heat exchanger is fully warmed up.
本開示の目的の一つは、バイパス管を備えた給湯器において熱交換器を通る湯水の温度を効率的に上昇させ得る技術を提供することである。 One of the objectives of this disclosure is to provide a technology that can efficiently increase the temperature of hot water passing through a heat exchanger in a water heater equipped with a bypass pipe.
本開示の一つである給湯器は、
ガスを燃焼させ、前記ガスの燃焼によって生じた排気を供給するガスバーナと、
前記ガスバーナから供給される前記排気によって加熱される伝熱管を備える熱交換器と、
水を導入する入水口と前記伝熱管との間に設けられ、前記伝熱管に水を供給する入水管と、
前記伝熱管の下流側に接続され、前記伝熱管から供給される湯を流す出湯管と、
前記入水管から分岐する水のバイパス経路を構成するとともに前記出湯管に接続され、前記バイパス経路を介して前記出湯管に水を流し得るバイパス管と、
前記入水管から前記バイパス管を介して前記出湯管に流れる水の通水量を調整するバイパス弁と、
前記バイパス弁を制御する制御装置と、
を有し、
前記通水量と、前記入水管において前記バイパス管よりも前記熱交換器側へ供給される供給水量と、の和を総水量とし、前記総水量に対する前記通水量の比率をバイパス率とした場合に、前記バイパス弁によって前記通水量が調整されることにより前記バイパス率が調整され、
前記制御装置は、前記ガスバーナの燃焼が開始した後の所定の初期期間において前記バイパス率を所定値以上に高く設定するバイパス増大制御を行い、前記初期期間が経過した後に目標温度に基づいて前記バイパス率を調整する通常制御を行う。
The water heater according to the present disclosure is
a gas burner for burning a gas and supplying exhaust gas generated by the burning of the gas;
a heat exchanger including a heat transfer tube heated by the exhaust gas supplied from the gas burner;
a water inlet pipe provided between a water inlet for introducing water and the heat transfer tube and supplying water to the heat transfer tube;
A hot water outlet pipe connected to the downstream side of the heat transfer tube and through which hot water supplied from the heat transfer tube flows;
a bypass pipe which constitutes a bypass path for water branching off from the water inlet pipe and is connected to the hot water outlet pipe, and which allows water to flow to the hot water outlet pipe via the bypass path;
a bypass valve for adjusting the amount of water flowing from the water inlet pipe through the bypass pipe to the hot water outlet pipe;
A control device for controlling the bypass valve;
having
The bypass valve adjusts the water flow rate and the bypass ratio when the sum of the water flow rate and the water supply rate supplied to the heat exchanger side from the bypass pipe in the water inlet pipe is defined as a total water amount, and the ratio of the water flow rate to the total water amount is defined as a bypass ratio.
The control device performs bypass increase control to set the bypass ratio higher than a predetermined value during a predetermined initial period after combustion of the gas burner begins, and performs normal control to adjust the bypass ratio based on a target temperature after the initial period has elapsed.
本開示に係る技術は、バイパス管を備えた給湯器において熱交換器を通る湯水の温度を効率的に上昇させ得る。 The technology disclosed herein can efficiently increase the temperature of hot water passing through a heat exchanger in a water heater equipped with a bypass pipe.
以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。なお、以下で例示される特徴は、矛盾しない組み合わせでどのように組み合わされてもよい。 Below, embodiments of the present disclosure are listed and exemplified. Note that the features exemplified below may be combined in any compatible combination.
〔1〕ガスを燃焼させ、前記ガスの燃焼によって生じた排気を供給するガスバーナと、
前記ガスバーナから供給される前記排気によって加熱される伝熱管を備える熱交換器と、
水を導入する入水口と前記伝熱管との間に設けられ、前記伝熱管に水を供給する入水管と、
前記伝熱管の下流側に接続され、前記伝熱管から供給される湯を流す出湯管と、
前記入水管から分岐する水のバイパス経路を構成するとともに前記出湯管に接続され、前記バイパス経路を介して前記出湯管に水を流し得るバイパス管と、
前記入水管から前記バイパス管を介して前記出湯管に流れる水の通水量を調整するバイパス弁と、
前記バイパス弁を制御する制御装置と、
を有し、
前記通水量と、前記入水管において前記バイパス管よりも前記熱交換器側へ供給される供給水量と、の和を総水量とし、前記総水量に対する前記通水量の比率をバイパス率とした場合に、前記バイパス弁によって前記通水量が調整されることにより前記バイパス率が調整され、
前記制御装置は、前記ガスバーナの燃焼が開始した後の所定の初期期間において前記バイパス率を所定値以上に高く設定するバイパス増大制御を行い、前記初期期間が経過した後に目標温度に基づいて前記バイパス率を調整する通常制御を行う
前記バイパス弁を制御する
給湯器。
[1] A gas burner that burns gas and supplies exhaust gas generated by the combustion of the gas;
a heat exchanger including a heat transfer tube heated by the exhaust gas supplied from the gas burner;
a water inlet pipe provided between a water inlet for introducing water and the heat transfer tube and supplying water to the heat transfer tube;
A hot water outlet pipe connected to the downstream side of the heat transfer tube and through which hot water supplied from the heat transfer tube flows;
a bypass pipe which constitutes a bypass path for water branching off from the water inlet pipe and is connected to the hot water outlet pipe, and which allows water to flow to the hot water outlet pipe via the bypass path;
a bypass valve for adjusting the amount of water flowing from the water inlet pipe through the bypass pipe to the hot water outlet pipe;
A control device for controlling the bypass valve;
having
The bypass valve adjusts the water flow rate and the bypass ratio when the sum of the water flow rate and the water supply rate supplied to the heat exchanger side from the bypass pipe in the water inlet pipe is defined as a total water amount, and the ratio of the water flow rate to the total water amount is defined as a bypass ratio.
The control device controls the bypass valve to perform bypass increase control, which sets the bypass ratio higher than a predetermined value during a predetermined initial period after combustion of the gas burner begins, and to perform normal control, which adjusts the bypass ratio based on a target temperature after the initial period has elapsed.
上記〔1〕の給湯器は、ガスバーナの燃焼が開始した後の相対的に早い時期(所定の初期期間)のバイパス率を、初期期間が経過した後のバイパス率よりも高くするようにバイパス弁を制御する。よって、この給湯器では、上記初期期間において熱交換器に供給される水の量が相対的に抑えられ、熱交換器の加熱が促進されるため、熱交換器が迅速に温まりやすい。よって、この給湯器は、「熱交換器を通る湯水の温度を効率的に上昇させにくい期間」をより短くすることができ、バイパス管を備えた給湯器において熱交換器を通る湯水の温度を効率的に上昇させ得る。 The water heater of [1] above controls the bypass valve so that the bypass ratio in a relatively early period (a specified initial period) after the gas burner starts to burn is higher than the bypass ratio after the initial period has elapsed. Thus, in this water heater, the amount of water supplied to the heat exchanger in the initial period is relatively reduced, promoting heating of the heat exchanger, and the heat exchanger tends to warm up quickly. Thus, this water heater can shorten the "period during which it is difficult to efficiently increase the temperature of hot and cold water passing through the heat exchanger," and can efficiently increase the temperature of hot and cold water passing through the heat exchanger in a water heater equipped with a bypass pipe.
〔2〕前記制御装置は、前記ガスバーナの燃焼が開始してから前記初期期間の開始時点までの少なくとも一部期間において、前記バイパス率を前記初期期間の前記バイパス率よりも低くするバイパス抑制制御を行う
〔1〕に記載の給湯器。
[2] The water heater described in [1], wherein the control device performs bypass suppression control to make the bypass ratio lower than the bypass ratio in the initial period during at least a portion of the period from when combustion of the gas burner begins to when the initial period begins.
上記〔2〕の給湯器は、ガスバーナの燃焼が開始してから上記初期期間(バイパス率を相対的に高める期間)の前にバイパス率を相対的に低くし、熱交換器を通る湯水の量を多くすることができる。従って、上記給湯器では、燃焼開始直後に熱交換器の伝熱管に異物が存在していても、相対的に多く供給される湯水によって異物が流れやすい。ゆえに、この給湯器では、熱交換器に異物の詰まりが生じていない状態で熱交換器への供給水量を抑える制御(バイパス率を相対的に高める制御)が行われやすい。 The water heater of [2] above can increase the amount of hot and cold water passing through the heat exchanger by relatively lowering the bypass rate before the initial period (the period during which the bypass rate is relatively increased) after the gas burner starts to burn. Therefore, in the water heater described above, even if foreign matter is present in the heat transfer tube of the heat exchanger immediately after combustion starts, the foreign matter is likely to be washed away by the relatively large amount of hot and cold water supplied. Therefore, in this water heater, it is easy to perform control to reduce the amount of water supplied to the heat exchanger (control to relatively increase the bypass rate) when the heat exchanger is not clogged with foreign matter.
〔3〕前記初期期間の終了時点は、前記ガスバーナの点火から予め定められた一定時間が経過した時点である
〔1〕又は〔2〕に記載の給湯器。
[3] The water heater according to [1] or [2], wherein the end point of the initial period is a point when a predetermined fixed time has elapsed since the ignition of the gas burner.
上記〔3〕の給湯器は、熱交換器への供給水量を抑える制御(バイパス率を相対的に高める制御)の終了タイミングを、複雑な演算を行うことなく簡易に設定することができ、日々の使用で繰り返される各給湯動作において上記終了タイミングがばらつきにくい。 The water heater described in [3] above can easily set the end timing of the control that reduces the amount of water supplied to the heat exchanger (control that relatively increases the bypass rate) without performing complex calculations, and the end timing is less likely to vary during each hot water supply operation that is repeated during daily use.
〔4〕前記制御装置は、前記初期期間において前記バイパス率を予め定められた固定比率で維持するように前記バイパス増大制御を行い、前記初期期間が経過した後、前記入水管を流れる水の温度と、当該給湯器の外部から前記入水管に流れ込む水量と、目標温度と、に基づいて前記バイパス率を調整するように前記通常制御を行う
〔1〕から〔3〕のいずれか一つに記載の給湯器。
[4] A water heater described in any one of [1] to [3], wherein the control device performs the bypass increase control so as to maintain the bypass ratio at a predetermined fixed ratio during the initial period, and after the initial period has elapsed, performs the normal control so as to adjust the bypass ratio based on the temperature of the water flowing through the water inlet pipe, the amount of water flowing into the water inlet pipe from outside the water heater, and a target temperature.
上記〔4〕の給湯器は、初期期間にはバイパス率を固定比率で維持することで熱交換器の加熱を安定的に且つ簡易に促進することができ、初期期間経過後には入水管を流れる水の温度と外部から入水管に流れ込む水量と目標温度とを反映してバイパス率を設定し、状況に合わせた出湯温度制御が可能である。 The water heater described above in [4] maintains the bypass ratio at a fixed ratio during the initial period, thereby stably and easily promoting heating of the heat exchanger, and after the initial period has elapsed, the bypass ratio is set to reflect the temperature of the water flowing through the water inlet pipe, the amount of water flowing into the water inlet pipe from the outside, and the target temperature, making it possible to control the outlet water temperature according to the situation.
〔5〕1以上の前記ガスバーナを備えたバーナユニットを複数備え、
前記制御装置は、燃焼させる前記バーナユニットを選択する制御を行い、前記初期期間において複数の前記バーナユニットのうちの前記ガスバーナの個数が最も多い前記バーナユニットを燃焼させる
〔1〕から〔4〕のいずれか一つに記載の給湯器。
[5] A plurality of burner units each having one or more of the gas burners are provided,
The water heater described in any one of [1] to [4], wherein the control device performs control to select the burner unit to be burned, and burns the burner unit having the largest number of gas burners among the multiple burner units during the initial period.
上記〔5〕の給湯器は、上記初期期間において熱交換器全体をより早期に温めることができ、「熱交換器を通る湯水の温度を効率的に上昇させにくい期間」をより一層短くすることができる。 The water heater described above in [5] can heat up the entire heat exchanger more quickly during the initial period, further shortening the "period during which it is difficult to efficiently raise the temperature of hot water passing through the heat exchanger."
<第1実施形態>
図1には、第1実施形態に係る給湯器1が例示される。図1に示される給湯器1は、バイパスミキシング式の給湯装置として構成される。給湯器1において、器具本体内には、給気ファン3を備えた燃焼室2が設けられている。燃焼室2は、内部にガスを燃焼させる空間が構成された器具である。燃焼室2には、給気ファン3によって空気が供給され、ガス管8を介して燃料ガスが供給される。
First Embodiment
Fig. 1 illustrates a water heater 1 according to a first embodiment. The water heater 1 illustrated in Fig. 1 is configured as a bypass mixing type water heater. In the water heater 1, a
燃焼室2の内部には、ガスバーナ4Aを備えたバーナユニット4が複数設けられる。複数のバーナユニット4は、互いに燃焼能力が異なっている。具体的には、バーナユニット4毎に、ガスバーナ4Aの個数が異なっている。各々のガスバーナ4Aは、混合ガスを燃焼させ、混合ガスの燃焼によって生じた排気を供給するように動作する。ガスバーナ4Aによって燃焼される混合ガスは、ガス管8を介して供給される燃料ガスと、給気ファン3からの一次空気とが混合されるガスである。
A plurality of
ガスバーナ4Aに通じるガス管8は、共通の経路をなす共通管8Aと、共通管8Aから各々のバーナユニット4へと分岐する複数の分岐管8Bとを備える。共通管8Aには、元電磁弁9及びガス比例弁10が設けられている。各々の分岐管8Bには、切替電磁弁11,11・・がそれぞれ設けられている。元電磁弁9、ガス比例弁10、切替電磁弁11,11・・の各々は、制御装置としてのコントローラ12によって開度又は開閉が制御される。符号13はイグナイタであり、符号14は点火電極であり、符号15はフレームロッドである。コントローラ12は、イグナイタ13及び点火電極14を動作させて点火させ得る。
The
熱交換器5は、ガスバーナ4Aの燃焼によって加熱され、熱交換を行う器具である。熱交換器5は、ガスバーナ4Aから供給される排気(燃焼排気)によって加熱される伝熱管5Aを備える。伝熱管5Aの一端側には入水管6が接続され、他端側には出湯管7が接続される。入水管6から伝熱管5Aに水が流れ込むと、流れ込んだ水は伝熱管5Aを通って出湯管7に流れ出る。
The
入水管6は、給湯器1の外部に設けられた水道管から水を導入する入水口と熱交換器5の伝熱管5Aとの間に設けられ、入水口から導入された水を伝熱管5Aに供給する配管である。入水管6の下流側の端部は、伝熱管5Aの上流側の端部に接続される。
The
出湯管7は、伝熱管5Aの下流側端部に接続され、伝熱管5Aから供給される湯を流すように配策される配管である。出湯管7の一端は伝熱管5Aに接続され、他端は給湯栓20に接続される。出湯管7は、例えば、給湯栓20が開放している状態(湯を排出し得る開放状態)のときに伝熱管5Aから給湯栓20に湯を流す。
The hot
バイパス管16は、入水管6と出湯管7との間に設けられる配管であり、熱交換器5をバイパスするように水を流し得る配管である。バイパス管16は、入水管6から分岐する水のバイパス経路を構成するように一端が入水管6に接続され、他端が出湯管7に接続される。バイパス管16は、例えば、給湯栓20が開放している状態でバイパス弁19が開放しているときに入水管6から導入される水を出湯管7に向かって流すように構成される。
The
入水管6におけるバイパス管16との接続位置よりも上流側には、器具全体に流れる水量を検出する水量センサ17と通水量調節装置18とが設けられる。図1の例では、水量センサ17は、入水管6において水入口と上記接続位置との間の部位に設けられ、この部位を流れる水の水量(即ち、外部から入水管6に導入される水の水量)を検出する。コントローラ12は水量センサ17から与えられる情報に基づいて水量センサ17が設けられた位置の水量(即ち、外部から入水管6に導入される水量)を把握する。通水量調節装置18は、入水管6において水入口と上記接続位置との間の部位に設けられ、この部位を流れる水の水量を調整する。具体的には、通水量調節装置18は、入水管6に介在する弁体を有し、当該弁体の開度が調節可能とされている。コントローラ12は、通水量調節装置18の位置の水量を調節するように通水量調節装置18を制御し、具体的には、通水量調節装置18の弁体の開度を調節するように制御することで、入水管6を流れる水の量を調整する。
A
バイパス弁19は、入水管6からバイパス管16を介して出湯管7に流れる水の量(通水量)を調整する弁であり、例えば、弁体と駆動装置とを有してなる。図1の例では、バイパス弁19は、バイパス管16における入水管6との接続位置付近に設けられ、バイパス管16を流れる水の量を調節するバイパス水量調節装置として動作する。コントローラ12は、制御装置の一例に相当し、バイパス弁19の位置の水量を調節するようにバイパス弁19を制御し、具体的には、バイパス弁19の弁体の開度を調節するように制御することで、入水管6からバイパス管16へ流れ込む水の量を調整する。
The
出湯管7においてバイパス管16と接続部分より下流側(給湯栓20側)には、第1サーミスタ21が設けられる。第1サーミスタ21は、出湯管7において第1サーミスタ21が設けられた位置(バイパス管16との接続部分と、給湯栓20との間の位置)の湯水の温度を検出する。第1サーミスタ21が検出する温度は、給湯栓20から放出される直前の湯水の温度である。第1サーミスタ21が検出する温度が出湯温度の一例に相当する。
A
出湯管7においてバイパス管16と接続部分より上流側(熱交換器5側)には、第2サーミスタ22が設けられる。第2サーミスタ22は、出湯管7において第2サーミスタ22が設けられた位置(伝熱管5Aと、バイパス管16との接続部分との間の位置)の湯水の温度を検出する。第2サーミスタ22が検出する温度は、出湯管7において伝熱管5Aから流れ出た直後の湯水の温度である。
A
入水管6において、バイパス管16と接続部分より上流側には、第3サーミスタ23が設けられる。第3サーミスタ23は、入水管6において第3サーミスタ23が設けられた位置(水入口と、バイパス管16との接続部分との間の位置)の水の温度を検出する。第3サーミスタ23が検出する温度は、入水管6内において水入口から導入された直後の水の温度である。第3サーミスタ23が検出する温度が入水温度の一例に相当する。第1サーミスタ21、第2サーミスタ22、第3サーミスタ23が検出した各温度は、コントローラ12に与えられる。
A
コントローラ12は、各種制御を行い得る制御装置であり、例えば、情報処理機能や各種演算機能などを有するマイクロコンピュータなどの情報処理装置、各種情報を記憶し得る半導体メモリなどの記憶装置、各機器と通信を行うための通信装置、その他のインタフェースなどを備える。コントローラ12は、例えば、リモートコントローラ24と通信可能とされている。リモートコントローラ24は、ユーザが外部から操作を行い得る装置であり、例えば、設定温度等を設定操作可能な操作装置である。リモートコントローラ24は、コントローラ12に対して各種情報を与え、コントローラ12から各種情報を取得し得る。
The
次に、通水制御について説明する。
コントローラ12は、図2に示されるような流れで出湯制御を行い得る。
コントローラ12は、開始条件が成立した場合に、図2の制御を開始する。上記開始条件は、例えばコントローラ12に対して図示されていない電源装置から電力の供給が開始されたことや、図2の制御の終了後、電源投入状態が維持されていることなどである。その他の開始条件であってもよい。
Next, the water flow control will be described.
The
The
コントローラ12は、図2の出湯制御を開始した場合、まず、ステップS1において通水が検知されたか否かを判定する。例えば、コントローラ12は、ステップS1において水量センサ17が検知する水量が閾値を超えたと判定した場合に、肯定の判定(Yesの判定)を行い、処理をステップS2に進める。一方、ステップS1において水量センサ17が検知する水量が閾値を超えていないと判定した場合に、否定の判定(Noの判定)を行い、図2の出湯制御を終了する。コントローラ12は、ステップS1で否定の判定(Noの判定)を行って図2の出湯制御を終了した場合には、所定の短時間後に再び図2の出湯制御を開始してステップS1の判定を行う。
When the
コントローラ12は、処理をステップS2に進めた場合、点火制御を行う。コントローラ12は、ステップS2で点火制御を行う場合、給気ファン3を回転させてプリパージを行い、元電磁弁9、切替電磁弁11及びガス比例弁10をそれぞれ開いてガスバーナ4Aにガスを供給すると共に、イグナイタ13を作動させてガスバーナ4Aを点火させる。ガスバーナ4Aの点火はフレームロッド15で確認される。コントローラ12は、ステップS2で点火制御を行う場合、例えば、複数のバーナユニット4のいずれかに対してのみ点火を行い、ステップS2では、点火するバーナユニット4にガスを供給する分岐管8Bに設けられた切替電磁弁11を開く。
When the process proceeds to step S2, the
コントローラ12は、ステップS2の点火制御によって点火がなされた後、処理をステップS3に進め、バイパス管16を流れる水の量を抑えるバイパス抑制制御を行う。バイパス抑制制御は、後述するバイパス増大制御のときよりもバイパス率を抑制する制御である。バイパス率は、入水管6においてバイパス管16よりも熱交換器5側へ供給される水の量である「供給水量」と、バイパス管16を流れる水の量である「通水量」と、の和を総水量Wtとした場合の、上記総水量Wtに対する上記通水量の比率である。以下の説明では、供給水量がW1とされ、通水量がW2とされ、水入口から入り込む水の水量である入水量が総水量Wtである。供給水量W1は、入水管6においてバイパス管16が接続される位置(具体的には、バイパス管16における入水管6側の端部位置)よりも熱交換器5側へ供給される水の水量である。通水量W2は、バイパス管16において、バイパス弁19から出湯管7へと流れる水の水量である。通水量W2は、W2=Wt-W1の式で特定される。Wtは、供給水量W1と通水量W2の和であり、Wt=W1+W2である。バイパス率Bは、B=W2/Wtの式で特定される。
After ignition is performed by the ignition control in step S2, the
コントローラ12は、ステップS3においてバイパス抑制制御を行う場合、例えば、バイパス弁19によって経路を遮断することで、バイパス管16の通水量を0とし、バイパス率を0とする。この例では、バイパス抑制制御中は、供給水量W1と総水量Wt(入水量)とが同一となり、外部から入水管6に流れ込んだ水の全部が伝熱管5Aへと流れる。コントローラ12は、ステップS3にてバイパス抑制制御を開始した後、ステップS4において点火後の経過時間が閾値T1に達したか否かを判定し、点火後の経過時間が閾値T1に達していないと判定した場合には、処理をステップS3に戻してバイパス抑制制御を継続する。一方、コントローラ12は、ステップS4において点火後の経過時間が閾値T1に達したと判定した場合には、処理をステップS5に進め、バイパス増大制御を行う。つまり、コントローラ12は、少なくとも点火時点から時間T1までの間にわたってバイパス抑制制御を継続し、点火時点から時間T1が経過した場合には、バイパス抑制制御を終了してバイパス増大制御を開始する。
When the
上述のように、コントローラ12は、ステップS2においてガスバーナ4Aの燃焼が開始してから初期期間の開始時点(点火時点から時間T1が経過した時点)までの少なくとも一部期間(望ましくは全部期間)において、バイパス率Bを上記初期期間のバイパス率Bよりも低くするようにバイパス弁19を制御する。ステップS2でのガスバーナ4Aの点火から時間T1が経過するまでの期間(バイパス抑制制御が行われる期間)は、「プレ制御期間」とも称される。上記初期期間は、上記プレ制御期間の後の期間であり、後述のバイパス増大制御が行われる期間である。
As described above, the
なお、ステップS2にて点火制御が行われる前もバイパス抑制制御がなされていてもよく、例えば、ステップS2にて点火制御が行われる前から(例えば、ステップS1にて通水が検知される前から)バイパス管16のバイパス率を0としておき、ステップS2にて点火制御が行われた前後でバイパス率を0で維持し続け、更に、ステップS4でYesと判定されるまで、バイパス率を0で維持し続けてもよい。
Note that bypass suppression control may also be performed before ignition control is performed in step S2. For example, the bypass rate of the
コントローラ12は、ステップS5においてバイパス増大制御を行う場合、例えば、バイパス弁19によって経路を開放し、バイパス率Bを予め定められた固定比率とするようにバイパス弁19の開度を調節する。バイパス増大制御は、後述する通常制御の一部期間又は全部期間よりもバイパス率を増大させる制御である。コントローラ12は、ステップS5にてバイパス増大制御を開始した後、ステップS6において点火後の経過時間が閾値T2に達したか否かを判定し、点火後の経過時間が閾値T2に達していないと判定した場合には、処理をステップS5に戻してバイパス増大制御を継続する。一方、コントローラ12は、ステップS6において点火後の経過時間が閾値T2に達したと判定した場合には、処理をステップS7に進め、通常制御を行う。なお、この例では、T1<T2である。つまり、コントローラ12は、点火時点から時間T1が経過した時点から時間T2が経過するまでの間にわたってバイパス増大制御を継続し、点火時点から時間T2が経過した場合には、バイパス増大制御を終了して通常制御を開始する。固定比率の値は特に限定されず、例えば、0.3であってもよく、この値よりも若干大きかったり、小さかったりしてもよい。
When the
このように、コントローラ12は、ガスバーナ4Aの燃焼が開始した後の上記初期期間のバイパス率Bを、上記初期期間が経過した後の通常期間のバイパス率Bよりも高くするようにバイパス弁19を制御する。上記初期期間は、上述のバイパス増大制御が行われる期間であり、具体的には、点火から時間T1が経過した時点から時間T2が経過するまでの期間である。つまり、上記初期期間の終了時点は、ステップS2でのガスバーナ4Aの点火から、予め定められた一定時間T2が経過した時点である。上記通常期間は、後述の通常制御が行われる期間であり、点火から時間T2が経過した時点からステップS8において通水が非検知となるまでの期間である。
In this way, the
なお、本実施形態では、複数のバーナユニット4の各々に、1以上のガスバーナが設けられ、複数のバーナユニット4はガスバーナ4Aの個数が互いに異なっている。コントローラ12は、ステップS3においてバイパス抑制制御を行い、ステップS5においてバイパス増大制御を行う場合、複数のバーナユニット4のうちの、ガスバーナ4Aの個数が最も多いバーナユニット4のみを燃焼させるように、燃焼させるバーナユニット4を選択する制御を行い、それ以外のバーナユニット4を燃焼させないようにバイパス抑制制御及びバイパス増大制御を行うことが望ましい。このように、上記プレ制御期間及び上記初期期間において、複数のバーナユニット4のうちのガスバーナ4Aの個数が最も多いバーナユニット4を燃焼させることにより、熱交換器5全体をより早期に温めることができる。
In this embodiment, each of the
コントローラ12は、ステップS7において通常制御を行う場合、第3サーミスタ23が検出する温度である入水温度T3と、水量センサ17が検出する水量である入水量(総水量Wt)と、に基づいて、以下の数1の式により、バイパス率Bを設定する。数1において、Bはバイパス率であり、Q(Kcal/h)は、バーナユニット4による加熱量であり、T3(℃)は、入水温度であり、Tt(℃)は、目標温度であり、Wt(L/h)は、総水量(入水量)であり、ηは、熱効率である。総水量Wtは、具体的には水量センサ17によって検知される値であり、入水温度T3は、サーミスタ23によって検知される値である。目標温度Ttは、リモートコントローラ24が操作されることによって設定された温度であってもよく、予め定められた固定温度であってもよく、制御において設定された温度であってもよい。いずれにしても、目標温度Ttは、通常制御が行われるときに出湯管7を流れる水の目標温度として定められる値である。熱効率ηは、効率が100%である場合を1とし、効率が0%である場合を0とする指標である。熱効率ηは、予め定められた固定値が設けられていてもよく、複数のバーナユニット4のうちの燃焼するユニットの組み合わせごとに熱効率が用意され、通常制御での燃焼の組み合わせに対応する熱効率を用いるように演算を行ってもよい。加熱量Qは、複数のバーナユニット4の各々に対する各ガス供給量と複数のバーナユニット4における燃焼中のユニットとに基づき、どの程度の加熱量で加熱されているかを公知の方法で算出して用いてもよい。複数のバーナユニット4の各々に対する各ガス供給量は、元電磁弁9、ガス比例弁10、切替電磁弁11,11・・の開度によって求められる。
When the
B=1-(Q×η/(Wt×(Tt-T3)))・・・(数1) B = 1 - (Q x η / (Wt x (Tt - T3))) ... (Equation 1)
このように、コントローラ12は、上述の初期期間が経過した後、入水管6を流れる水の温度(入水温度T3)と外部から入水管6に流れ込む水量である総水量Wt(入水量)と目標温度Ttとに基づいてバイパス率Bを決定し、決定したバイパス率Bとなるようにバイパス弁19を制御する。コントローラ12は、初期期間が経過した後に、「演算によってバイパス率Bを算出してそのバイパス率Bに制御する動作」を、ステップS8にて通水状態が非検知となるまで(具体的には、例えば、水量センサ17が検知する水量が閾値以下となるまで)所定の短時間毎に行う。
In this way, after the above-mentioned initial period has elapsed, the
3.効果の例
給湯器1は、ガスバーナ4Aの燃焼が開始した後の相対的に早い時期(所定の初期期間)のバイパス率を、上記初期期間が経過した後のバイパス率よりも高くするようにバイパス弁19を制御する。よって、この給湯器1では、上記初期期間において熱交換器5に供給される水の量が相対的に抑えられ、熱交換器5の加熱が促進される。よって、この給湯器1は、「熱交換器5を通る湯水の温度を効率的に上昇させにくい期間」をより短くすることができ、バイパス管16を備えた給湯器1において熱交換器5を通る湯水の温度を効率的に上昇させ得る。
3. Example of effect The water heater 1 controls the
給湯器1は、図2のステップS3の制御を行うことにより、ガスバーナ4Aの燃焼が開始してから上記初期期間(バイパス率を相対的に高める期間)の前にバイパス率を相対的に低くし、熱交換器5を通る湯水の量を多くすることができる。従って、給湯器1では、燃焼開始直後において熱交換器5の伝熱管5A内に異物が存在していても、相対的に多く供給される湯水によって異物が流れやすい。ゆえに、この給湯器1では、熱交換器5に異物の詰まりが生じていない状態で熱交換器5への供給水量を抑える制御(バイパス率を相対的に高める制御)が行われやすい。
By performing the control of step S3 in FIG. 2, the water heater 1 can relatively lower the bypass rate before the initial period (the period during which the bypass rate is relatively increased) after the
給湯器1は、熱交換器5への供給水量を抑える制御(バイパス率を相対的に高める制御)の終了タイミングを、複雑な演算を行うことなく時間によって簡易に設定することができ、日々の使用で繰り返される各給湯動作において上記終了タイミングがばらつきにくい。 The water heater 1 can easily set the end timing of the control that reduces the amount of water supplied to the heat exchanger 5 (control that relatively increases the bypass rate) by time without performing complex calculations, and the end timing is less likely to vary during each hot water supply operation that is repeated during daily use.
給湯器1は、上記初期期間にはバイパス率Bを固定比率で維持することで熱交換器5の加熱を安定的に且つ簡易に促進することができ、初期期間経過後には入水管6を流れる水の温度(入水温度T3)と外部から入水管6に流れ込む総水量Wtと目標温度Ttとを反映してバイパス率Bを設定し、状況に合わせた出湯温度制御が可能である。
During the initial period, the water heater 1 maintains the bypass rate B at a fixed ratio, thereby stably and easily promoting the heating of the
給湯器1は、上記初期期間において熱交換器5全体をより早期に温めることができ、「熱交換器5を通る湯水の温度を効率的に上昇させにくい期間」をより一層短くすることができる。
The water heater 1 can heat the
<他の実施形態>
本発明は、上記記述及び図面によって説明された実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。さらに、上述された実施形態は、次のように変更されてもよい。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described above and in the drawings. For example, the features of the above or later described embodiments can be combined in any combination within a range that does not contradict. Furthermore, any feature of the above or later described embodiments can be omitted unless it is clearly stated as essential. Furthermore, the above described embodiments may be modified as follows.
上述された実施形態はあくまで一例であり、適宜設計変更可能である。例えば、給湯器1は、出湯管から分岐する経路を介して浴槽に湯を供給し得るように構成されていてもよい。 The above-described embodiment is merely an example, and the design can be modified as appropriate. For example, the water heater 1 may be configured to supply hot water to the bathtub through a path branching off from the hot water outlet pipe.
上述された実施形態では、バイパス率を0とするようにバイパス抑制制御を行ったが、バイパス抑制制御は、バイパス増大制御のときよりもバイパス率が小さければよく、例えば、0よりも少し大きい値であってもよい。 In the embodiment described above, bypass suppression control was performed to set the bypass ratio to 0, but the bypass suppression control only needs to set the bypass ratio to a smaller value than that of bypass increase control, and may be, for example, a value slightly larger than 0.
上述された実施形態では、バイパス増大制御においてバイパス率を固定比率としたが、バイパス率を若干変化させてもよい。例えば、バイパス増大制御では、高いバイパス率の範囲でバイパス率を少しずつ増大させたり、少しずつ減少させてもよい。或いは、点火時点からの経過時間が時間T1から時間Taまでは第1のバイパス率とし、時間Taから時間T2までは第2のバイパス率としてもよい。この場合、T1<Ta<T2である。勿論、これ以外の変更方法であってもよい。 In the embodiment described above, the bypass ratio is a fixed ratio in the bypass increase control, but the bypass ratio may be changed slightly. For example, in the bypass increase control, the bypass ratio may be increased or decreased gradually within a high bypass ratio range. Alternatively, the bypass ratio may be set to a first bypass ratio from time T1 to time Ta after the ignition point in time, and to a second bypass ratio from time Ta to time T2. In this case, T1<Ta<T2. Of course, other methods of change may be used.
上述された実施形態の通常制御はあくまで一例であり、例えば、総水量Wt、目標温度Tt、入水温度T3に基づいてバイパス率を設定する他の演算式を用いてバイパス率を算出してもよい。通常制御としては、例えば、特開2013-245895号公報に開示された方法でバイパス率を決定するように通常制御を行ってもよい。或いは、通常制御時に、特開2016-173212号公報、特開2018-200123号公報、特開2018-200123号公報に開示されるような燃焼段切替制御を行ってもよい。いずれにしても、通常制御時の一部期間のバイパス率よりもバイパス増大制御時のバイパス率のほうが大きくなっていればよく、望ましくは、通常制御時の全期間のバイパス率よりもバイパス増大制御時のバイパス率のほうが大きくなっているとよい。 The normal control in the above-described embodiment is merely an example, and the bypass ratio may be calculated using another calculation formula that sets the bypass ratio based on the total water volume Wt, the target temperature Tt, and the inlet water temperature T3. As the normal control, for example, normal control may be performed so as to determine the bypass ratio by the method disclosed in JP 2013-245895 A. Alternatively, during normal control, combustion stage switching control such as that disclosed in JP 2016-173212 A, JP 2018-200123 A, and JP 2018-200123 A may be performed. In any case, it is sufficient that the bypass ratio during bypass increase control is greater than the bypass ratio during a portion of the normal control period, and preferably, the bypass ratio during bypass increase control is greater than the bypass ratio during the entire normal control period.
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, but is intended to include all modifications within the scope of the claims or within the scope equivalent to the claims.
1 :給湯器
4A :ガスバーナ
5 :熱交換器
5A :伝熱管
6 :入水管
7 :出湯管
12 :コントローラ(制御装置)
16 :バイパス管
19 :バイパス弁
1:
16: Bypass pipe 19: Bypass valve
Claims (5)
前記ガスバーナから供給される前記排気によって加熱される伝熱管を備える熱交換器と、
水を導入する入水口と前記伝熱管との間に設けられ、前記伝熱管に水を供給する入水管と、
前記伝熱管の下流側に接続され、前記伝熱管から供給される湯を流す出湯管と、
前記入水管から分岐する水のバイパス経路を構成するとともに前記出湯管に接続され、前記バイパス経路を介して前記出湯管に水を流し得るバイパス管と、
前記入水管から前記バイパス管を介して前記出湯管に流れる水の通水量を調整するバイパス弁と、
前記バイパス弁を制御する制御装置と、
を有し、
前記通水量と、前記入水管において前記バイパス管よりも前記熱交換器側へ供給される供給水量と、の和を総水量とし、前記総水量に対する前記通水量の比率をバイパス率とした場合に、前記バイパス弁によって前記通水量が調整されることにより前記バイパス率が調整され、
前記制御装置は、前記ガスバーナの燃焼が開始した後の所定の初期期間において前記バイパス率を所定値以上に高く設定するバイパス増大制御を行い、前記初期期間が経過した後に目標温度に基づいて前記バイパス率を調整する通常制御を行う
給湯器。 a gas burner for burning a gas and supplying exhaust gas generated by the burning of the gas;
a heat exchanger including a heat transfer tube heated by the exhaust gas supplied from the gas burner;
a water inlet pipe provided between a water inlet for introducing water and the heat transfer tube and supplying water to the heat transfer tube;
A hot water outlet pipe connected to the downstream side of the heat transfer tube and through which hot water supplied from the heat transfer tube flows;
a bypass pipe which constitutes a bypass path for water branching off from the water inlet pipe and is connected to the hot water outlet pipe, and which allows water to flow to the hot water outlet pipe via the bypass path;
a bypass valve for adjusting the amount of water flowing from the water inlet pipe through the bypass pipe to the hot water outlet pipe;
A control device for controlling the bypass valve;
having
The bypass valve adjusts the water flow rate and the bypass ratio when the sum of the water flow rate and the water supply rate supplied to the heat exchanger side from the bypass pipe in the water inlet pipe is defined as a total water amount, and the ratio of the water flow rate to the total water amount is defined as a bypass ratio.
The control device performs bypass increase control to set the bypass ratio higher than a predetermined value during a predetermined initial period after combustion of the gas burner begins, and performs normal control to adjust the bypass ratio based on a target temperature after the initial period has elapsed.
請求項1に記載の給湯器。 The water heater according to claim 1 , wherein the control device performs bypass suppression control to make the bypass ratio lower than the bypass ratio in the initial period during at least a portion of a period from when the gas burner starts combustion to a start point of the initial period.
請求項1又は請求項2に記載の給湯器。 The water heater according to claim 1 or 2, wherein the end point of the initial period is a point when a predetermined fixed time has elapsed since the ignition of the gas burner.
請求項1又は請求項2に記載の給湯器。 The water heater described in claim 1 or claim 2, wherein the control device performs the bypass increase control so as to maintain the bypass ratio at a predetermined fixed ratio during the initial period, and performs the normal control so as to adjust the bypass ratio after the initial period has elapsed based on the temperature of the water flowing through the water inlet pipe, the amount of water flowing into the water inlet pipe from outside the water heater, and a target temperature.
前記制御装置は、燃焼させる前記バーナユニットを選択する制御を行い、前記初期期間において複数の前記バーナユニットのうちの前記ガスバーナの個数が最も多い前記バーナユニットを燃焼させる
請求項1又は請求項2に記載の給湯器。 A burner unit including one or more of the gas burners is provided,
3. The water heater according to claim 1, wherein the control device performs control to select the burner unit to be combusted, and combusts the burner unit having the largest number of gas burners among the plurality of burner units during the initial period.
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