JP5731958B2 - 湯沸器 - Google Patents

Description

本発明は、ガス開閉弁の故障検知機能を備えた湯沸器に関する。

従来より、湯沸器には、給水管から供給される水をバーナにより加熱する熱交換器と、給水管に設けられた止水弁と、バーナに燃料ガスを供給するガス供給管と、ガス供給管に設けられたガス開閉弁と、ガス供給管に設けられて給水管を流通する水の水圧により開弁する水圧応動弁と、ガスバーナに点火するための点火プラグと、バーナの燃焼炎を検出するフレームロッドと、湯沸器の作動を制御する制御回路とが備えられている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された湯沸器においては、給湯開始時に、ガス開閉弁の故障の有無を検知する処理を行っている。すなわち、制御回路は、使用者の操作による給湯開始操作がなされたときに、止水弁を開弁し、給水管内の流水により水圧応動弁が開弁するタイミングで、ガス開閉弁への通電を遮断した状態（閉弁制御状態）で点火プラグに火花放電を生じさせる。

そして、制御回路は、所定時間以内にフレームロッドによりバーナの燃焼炎が検出されたときに、ガス開閉弁が開弁故障状態（ガス開閉弁が開弁状態に維持されて、閉弁不能になった状態）であると判定して故障報知を行なう。一方、所定時間以内にフレームロッドによりバーナの燃焼炎が検出されなかったとき（ガス開閉弁が開弁故障していないとき）には、制御回路は、ガス開閉弁を開弁してバーナに点火して給湯運転を開始する。

特開２０１０−６０１９７号公報

特許文献１に記載された湯沸器においては、給湯開始時にガス開閉弁の故障の有無を検知する処理を行っているため、ガス開閉弁の故障が生じていない場合にも、使用者が給湯開始操作を行ってから所定時間（例えば２秒間）が経過するまでの間はバーナに点火されず、湯沸器から水が無駄に吐出される状態となる。

そして、使用者が給湯の開始と停止を頻繁に行って湯を使用するときには、給湯開始の操作をする毎にガス系閉弁の故障の有無が検知されるため、湯沸器から無駄に吐出される水の量が特に多くなる。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、給湯開始の操作時にガス開閉弁の故障検知を行うときに、給湯が開始されるまでの間に湯沸器から吐出される水の量を減少させることができる湯沸器を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の湯沸器は、
給水管及び出湯管と連通した熱交換器と、
前記熱交換器を加熱するバーナと、
前記給水管に設けられた水圧受動部と、
前記給水管に設けられた止水弁と、
前記バーナに燃料ガスを供給するガス供給管と、
前記ガス供給管に設けられ、前記水圧受動部により開閉される水圧応動弁と、
前記ガス供給管に設けられたガス開閉弁と、
前記バーナに点火するための点火部と、
前記バーナの燃焼炎を検出する炎検出部と、
給湯の開始と停止を指示するための給湯スイッチと、
前記給湯スイッチにより給湯開始が指示されたときに前記止水弁を開弁制御し、前記水圧受動部により前記水圧応動弁が開弁された時に、前記ガス開閉弁を閉弁制御状態として、前記点火部により前記バーナの点火処理を所定の故障検知時間行い、該故障検知時間内に前記炎検出部により燃焼炎が検知されたときは故障報知を行い、該故障検知時間内に前記炎検出部により燃焼炎が検出されなかったときには、前記ガス開閉弁を開弁制御して前記バーナに点火して給湯を開始し、その後前記給湯スイッチにより給湯停止が指示されたときに、前記止水弁及び前記ガス開閉弁を閉弁制御して前記バーナを消火して給湯を終了する制御部と、
前記バーナの前回の消火時から前記制御部による前記点火処理の開始時までの経過時間に応じて、該経過時間が短いほど前記故障検知時間を短く設定する故障検知時間設定部と
を備えたことを特徴とする（第１発明）。

第１発明によれば、前記制御部により前記止水弁が閉弁されると、これに応じて前記水圧応動弁が閉弁して前記バーナが消火される。そして、前記水圧応動弁が閉弁したときに、前記ガス開閉弁が開弁故障状態（閉弁制御を行っても前記ガス開閉弁が開弁状態に維持される故障状態）となっていたときには、前記水圧応動弁から前記バーナまでの間の燃料ガスの供給経路に燃料ガスが残留した状態になる。

このように、前記水圧応動弁から前記バーナまでの間の燃料ガスの供給経路に残留した燃料ガスは、時間の経過と共に前記バーナの炎口から徐々に抜けていく。そのため、前記制御部が、次に前記止水弁を開弁して前記バーナの点火処理を行うときには、前回の前記バーナの消火時からの経過時間が短いほど、供給経路に残留した燃料ガスの濃度が高い状態で前記バーナへの燃料ガスの供給が開始されることになって、前記バーナが点火されるまでの時間が短くなる。したがって、前記制御部は、前記点火処理を行うときに、前回の前記バーナの消火時からの経過時間が短いほど、前記バーナの燃焼炎の検知による前記ガス開閉弁の開弁故障の有無の判断を、短時間で行うことができる。

そこで、前記故障検知時間設定部は、前記バーナの前回の消火時から前記点火処理の開始時までの経過時間を短いほど、前記故障検知時間を短く設定することができる。そして、これにより、給湯開始の操作時にガス開閉弁の故障検知を行うときに、給湯が開始されるまでの間に湯沸器から吐出される水の量を減少させることができる。

また、第１発明において、前記バーナに供給される燃料ガスの種別を指定するガス種別指定部を備え、前記故障検知時間設定部は、前記ガス種別指定部により指定された燃料ガスの種別に応じて、前記故障検知時間を設定することを特徴とする（第２発明）。

第２発明において、空気に対する燃料ガスの比重等は、燃料ガスの種別によって異なる。そのため、前記ガス開閉弁が開弁故障した状態で前記水圧応動弁が閉弁された時に、前記水圧応動弁から前記バーナまでの燃料ガスの供給経路内に残留した燃料ガスが、前記バーナの炎口から抜ける際の抜け易さは、燃料ガスの種別によって相違する。

そこで、前記故障検知時間設定部により、燃料ガスの種別に応じて前記故障検知時間を設定することによって、使用者が前記給湯スイッチにより給湯開始操作を行ってから給湯が開始されるまでの待ち時間を、燃料ガスの特性に応じた最小のものとすることができる。

湯沸器の構成図。 湯沸器の制御ブロック図。 制御部の作動フローチャート。

本発明の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態の湯沸器１は、上水道と連通した給水管２、終端から湯又は水が吐出される出湯管３、給水管２及び出湯管３と接続された熱交換器４、熱交換器４を加熱するバーナ５、バーナ５に燃料ガスを供給するガス供給管６、バーナ５に燃料ガスを供給するガス供給管６、バーナ５に点火するための点火プラグ７、バーナ５の燃焼炎を検出するフレームロッド８、及び湯沸器１の作動を制御するコントローラ９とを備えている。

給水管２には、上流側から順に、止水弁１０、水ガバナ弁１１（本発明の水圧受動部に相当する）、及び水量調節弁１２が設けられている。水栓モータ１３には、水栓モータ１３の駆動に伴って回動するカム１４が接続されており、カム１４に連結された止水弁開閉レバー（図示しない）の作動によって、止水弁１０が進退動して給水管２を開閉する。水ガバナ弁１１は給水圧を一定にする。水量調節弁１２は、温調つまみ１５の操作に応じて、給水管２の開度を変更して給水流量を調節する。

ガス供給管６には、上流側から順に、ガス開閉弁１６、水圧応動弁１７、ガスガバナ弁１８、及びガス量調節弁１９が設けられている。ガス開閉弁１６は、水栓モータ１３の駆動により進退動してガス供給管６を開閉する。水栓モータ１３には、水栓モータ１３の駆動に伴って回動するカム１４が接続されており、カム１４に連結されたガス開閉弁開閉レバー（図示しない）の作動によって、ガス開閉弁１６が進退動してガス供給管６を開閉する。

また、ガス開閉弁１６を開弁状態に保持するマグネットコイル２０が設けられている。マグネットコイル２０は、通電されているときに、開弁したガス開閉弁１６を電磁力で吸着して開弁状態に保持する。マグネットコイル２０への通電が遮断されると、ガス開閉弁１６の吸着が停止して、ガス開閉弁１６は閉弁状態となる。

水圧応動弁１７は、水ガバナ弁１１と機械的に連結されており、水ガバナ弁１１に通水による圧力が加わると、ダイヤフラム機構により開弁する。水圧応動弁１７には水流スイッチ２１が接続されている。水流スイッチ２１は、水圧応動弁１７が開弁したときに連動してＯＮし、水圧応動弁１７が閉弁したときに連動してＯＦＦする。

ガスガバナ弁１８は、燃料ガスの供給圧を一定にする。ガス量調節弁１９は、温調つまみ１５に連結され、温調つまみ１５の操作に応じて、ガス供給管６の開度を変更して燃料ガスの供給流量を調節する。なお、温調つまみ１５を高温側に操作する程、給水流量が減少して燃料ガスの供給流量が増加する。

さらに、湯沸器１は、給湯開始時及び給湯停止時に使用者により押圧操作される給湯スイッチ２２、バーナ５の燃焼時に点灯する燃焼ランプ２３、及び湯沸器１の故障時に点灯する故障ランプ２４を備えている。

次に、図２を参照して、コントローラ９は、マイクロコンピュータ２５、水栓モータ１３を駆動するモータ駆動回路２６、点火プラグ７に高電圧を印加して火花放電を生じさせるイグナイタ回路２７、マグネットコイル２０に通電してガス開閉弁１６を開弁状態に保持するガス開閉弁開弁保持回路２８、フレームロッド８を作動させるフレームロッド回路２９、燃焼ランプ２３と故障ランプ２４を点灯させるランプ点灯回路３０等を備えている。コントローラ９、水栓モータ１３、マグネットコイル２０等の電源として、電源電池３１が用いられている。なお、点火プラグ７とイグナイタ回路２７とにより、本発明の点火部が構成される。

マイクロコンピュータ２５は、メモリ（図示しない）に保持された湯沸器１の制御用プログラムを実行することによって、制御部３２、炎検出部３３、及び故障検知時間設定部３４として機能する。炎検出部３３は、フレームロッド８とフレームロッド回路２９からの信号に基づいてバーナ５の燃焼炎を検出する。

制御部３２は、給湯スイッチ２２のＯＮ／ＯＦＦを判別して、各回路２６〜３０の作動を制御する。制御部３２は、給湯スイッチ２２がＯＮしたときに、モータ駆動回路２６に通電して水栓モータ１３の駆動を開始する。水栓モータ１３の駆動に伴ってカム１４が回動することにより、止水弁１０、水圧応動弁１７、及びガス開閉弁１６が順次開弁する。

そして、制御部３２は、これらの弁の開弁のタイミングに応じて、イグナイタ回路２７、ガス開閉弁開弁保持回路２８、及びフレームロッド回路２９を介して、点火プラグ７、マグネットコイル２０、及びフレームロッド８を、順次所定のタイミングで作動させることによってバーナ５に点火し、給湯運転を開始する。なお、制御部３２は、水圧応動弁１７の開弁を水流スイッチ２１がＯＮになったことにより判断する。

その後、給湯スイッチ２２がＯＦＦしたときに、制御部３２は、マグネットコイル２０への通電を遮断すると共に、水栓モータ１３を駆動して、カム１４を止水弁１０とガス開閉弁１６とが共に閉弁状態となる停止位置に戻るまで回動して水栓モータ１３の駆動を停止する。

次に、図３に示したフローチャートに従って、使用者が給湯スイッチ２２により給湯開始操作を行ったときの制御部３２、炎検出部３３、及び故障検知時間設定部３４による処理について説明する。

制御部３２は、ＳＴＥＰ１で、給湯スイッチ２２のＯＮを検出したときにＳＴＥＰ２に進む。ＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ３及びＳＴＥＰ２０は、故障検知時間設定部３４による処理である。故障検知時間設定部３４は、ＳＴＥＰ２で、前回のバーナ５の消火時点から現在（後述するＳＴＥＰ４でバーナ５の点火処理が行われる時点）までの経過時間が、５分未満であるか否かを判断する。

そして、故障検知時間設定部３４は、前回のバーナ５の消火時点から現在までの経過時間が５分未満であるときは、ＳＴＥＰ３に進んで、故障検知タイマのタイマ時間を１秒に設定する。一方、前回のバーナ５の消火時点から現在までの経過時間が５分以上であるときには、ＳＴＥＰ２０に分岐し、故障検知時間設定部３４は、故障検知タイマのタイマ時間を２秒に設定する。

ここで、バーナ５を消火するときには、制御部３２は、水栓モータ１３の駆動によりカム１４を回動させて止水弁１０とガス開閉弁１６を閉弁する（閉弁制御）。そして、水圧応動弁１７とガス開閉弁１６の閉弁により、バーナ５への燃料ガスの供給を遮断するが、水圧応動弁１７が閉弁した時点においては、ガス供給管６の水圧応動弁１７からバーナ５までの経路とバーナ５内には、燃料ガスが残留した状態になっている。

このように残留した燃料ガスは、時間の経過と共にバーナ５の炎口から徐々に抜けていき、ガス供給管６の水圧応動弁１７からバーナ５までの経路とバーナ５内に残留した燃料ガスの濃度が次第に低下する。

そのため、ガス開閉弁１６の開弁故障が生じた状態で、次のＳＴＥＰ４で、止水弁１０を開弁して点火プラグ７に火花放電を生じさせたときに、バーナ５に点火されて、ＳＴＥＰ５でフレームロッド８によりバーナ５の燃焼炎が開始されるまでの時間は、前回のバーナ５の消火時からの経過時間が短いほど、短くなると想定される。

そこで、故障検知時間設定部３４によるＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ３及びＳＴＥＰ２０の処理によって、前回のバーナ５の消火時からの経過時間が５分未満であるときの故障検知タイマの設定時間を、この経過時間が５分以上であるときよりも短い１秒に設定する。そして、これにより、後述するＳＴＥＰ７でバーナ５に点火されてＳＴＥＰ８で給湯運転が開始されるまでの待ち時間を短縮して、湯沸器１から吐出される無駄な水の量を減少させることができる。

続くＳＴＥＰ４で、制御部３２は、点火プラグ７に火花放電を生じさせた状態で、カム１４により止水弁１０が開弁する位置（ガス開閉弁１６はまだ閉弁した位置にある閉弁制御状態）まで水栓モータ１３を駆動する（開弁制御）。そして、続くＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ６のループにより、制御部３２は、ＳＴＥＰ６で故障検知タイマがタイムアップするまで、ＳＴＥＰ５でフレームロッド８によりバーナ５の燃焼炎が検出されるか否かを判断する。

ここで、ガス開閉弁１６の開弁故障（カム１４の回動位置及びマグネットコイル２０への通電の有無に拘わらず、ガス開閉弁１６が開弁状態に維持される故障状態）が生じていなければ、バーナ５への燃料ガスの供給が遮断されているので、バーナ５に点火されることはない。

そのため、ＳＴＥＰ５で、フレームロッド８によりバーナ５の燃焼炎が検出されたときには、ガス開閉弁１６が開弁故障状態にあると判断することができる。そこで、この場合には、ＳＴＥＰ３０に分岐し、制御部３２は、点火プラグ７をＯＦＦすると共に、水栓モータ１３を、カム１４により止水弁１０とガス開閉弁１６が共に閉弁状態となる停止位置まで駆動する。そして、次のＳＴＥＰ３１で、制御部３２は、故障ランプ２４を点灯して故障報知を行なうことによって、湯沸器１に故障が生じていることを使用者に認識させる。

一方、ＳＴＥＰ５でフレームロッド８によりバーナ５の燃焼炎が検出されることなく、ＳＴＥＰ６で故障検知タイマがタイムアップしたときには、ガス開閉弁１６の開弁故障は生じていないと判断することができる。

そこで、この場合はＳＴＥＰ７に進み、制御部３２は、カム１４によりガス開閉弁１６が開弁する位置まで水栓モータ１３を駆動し、マグネットコイル２０に通電して、ガス開閉弁１６を開弁状態に保持する。そして、続くＳＴＥＰ８〜ＳＴＥＰ９のループにより、制御部３２は、ＳＴＥＰ９で給湯スイッチ２２がＯＦＦされるまで、ＳＴＥＰ８で給湯運転を継続する。

ＳＴＥＰ９で給湯スイッチ２２がＯＦＦされたときには、ＳＴＥＰ１０に進み、制御部３２は、マグネットコイル２０をＯＦＦ（通電を遮断）すると共に、カム１４によりガス開閉弁１６と止水弁１０が閉弁される位置（停止位置）まで水栓モータ１３を駆動して、バーナ５を消火する。そして、ＳＴＥＰ１１に進み、制御部３２は処理を終了する。

なお、図２に示したように、バーナ５に供給される燃料ガスの種別を指定するガス種別指定スイッチ４０（本発明のガス種別指定部に相当する）を備え、ガス種別指定スイッチ４０により指定された燃料ガスの種別に応じて、故障検知時間設定部３４により設定される故障検知時間を変更するようにしてもよい。

また、本実施形態では、図３のＳＴＥＰ２で、前回のバーナ消火時から今回のバーナ点火時までの経過時間が５分未満であるか否かに応じて、故障検知時間を２段階（１秒／２秒）に切替えたが、この経過時間が短いほど、故障検知時間が短くなるように、故障検知時間を３段階以上に切替えてもよく、或いは、この経過時間に比例して故障検知時間を短く設定してもよい。

また、本実施形態では、本発明のガス開閉弁として、水栓モータ１３の駆動により回動するカム１４により開閉し、マグネットコイル２０への通電により開弁状態に保持されるガス開閉弁１６を示したが、電磁弁等の他の構成によるガス開閉弁を用いてもよい。

１…湯沸器、２…給水管、３…出湯管、４…熱交換器、５…バーナ、７…点火プラグ、８…フレームロッド、９…コントローラ、１０…止水弁、１６…ガス開閉弁、１７…水圧応動弁、２２…給湯スイッチ、２５…マイクロコンピュータ、３２…制御部、３３…炎検出部、３４…故障検知時間設定部。

Claims (2)

1. 給水管及び出湯管と連通した熱交換器と、
   前記熱交換器を加熱するバーナと、
   前記給水管に設けられた水圧受動部と、
   前記給水管に設けられた止水弁と、
   前記バーナに燃料ガスを供給するガス供給管と、
   前記ガス供給管に設けられ、前記水圧受動部により開閉される水圧応動弁と、
   前記ガス供給管に設けられたガス開閉弁と、
   前記バーナに点火するための点火部と、
   前記バーナの燃焼炎を検出する炎検出部と、
   給湯の開始と停止を指示するための給湯スイッチと、
   前記給湯スイッチにより給湯開始が指示されたときに前記止水弁を開弁制御し、前記水圧受動部により前記水圧応動弁が開弁された時に、前記ガス開閉弁を閉弁制御状態として、前記点火部により前記バーナの点火処理を所定の故障検知時間行い、該故障検知時間内に前記炎検出部により燃焼炎が検知されたときは故障報知を行い、該故障検知時間内に前記炎検出部により燃焼炎が検知されなかったときには、前記ガス開閉弁を開弁制御して前記バーナに点火して給湯を開始し、その後前記給湯スイッチにより給湯停止が指示されたときに、前記止水弁及び前記ガス開閉弁を閉弁制御して前記バーナを消火して給湯を終了する制御部と、
   前記バーナの前回の消火時から前記制御部による前記点火処理の開始時までの経過時間に応じて、該経過時間が短いほど前記故障検知時間を短く設定する故障検知時間設定部と
   を備えたことを特徴とする湯沸器。
2. 請求項１に記載の湯沸器において、
   前記バーナに供給される燃料ガスの種別を指定するガス種別指定部を備え、
   前記故障検知時間設定部は、前記ガス種別指定部により指定された燃料ガスの種別に応じて、前記故障検知時間を設定することを特徴とする湯沸器。

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