(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水弁(10)の開弁によって通水状態となる水回路(1) と、
前記水回路(1) 内を流れる水を加熱する水加熱部(3) とを具備する湯沸器であって、
前記水回路(1) 内が凍結危険状態になったときに凍結危険信号を出力する凍結危険状態検知手段(27)と、
前記凍結危険信号に基づいて水弁(10)を開弁させる弁制御手段(28)を具備させた湯沸器。
【請求項２】
前記弁制御手段(28)は、前記水弁(10)を設定時間だけ開弁状態に維持するものであり、
前記水弁(10)が開弁している時に前記水加熱部(3) を作動させる水加熱部制御手段(29)が更に設けられている請求項１の湯沸器。
【請求項３】
前記凍結危険状態検知手段(27)は、前記水回路(1) の構成壁の一部となるように張設されたダイヤフラム(210) と、前記水回路(1) 内の滞留水が凍結し始めた際に於ける該水回路(1) 内の圧力上昇によって前記ダイヤフラム(210) が変形した場合にこれに連動して前記凍結危険信号を出力すべくＯＮ動作するスイッチ部とを具備する請求項１又は請求項２の湯沸器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は湯沸器、特に、水回路の凍結を防止する機能を備えたる湯沸器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、湯沸器の水回路及びガス回路等の概略構成を例示したものである。
水回路(1) の上流部には水弁(10)が設けられていると共に、その下流側には水圧応動ガス弁(2) の水圧応動部(21)と熱交換器(31)がこの順序で配設されている。
【０００３】
上記熱交換器(31)と共に水加熱部(3) を構成するガスバーナ(32)へのガス回路(33)には、元弁(34)とその下流側に位置し且つ前記水圧応動ガス弁(2) の構成部品たる出力弁(22)が配設されており、該出力弁(22)は上記水圧応動部(21)と連動して開閉動作するようになっている。又、水圧応動部(21)の状態はリミットスイッチ(24)で監視されており、これらリミットスイッチ(24)と水圧応動部(21)によって水流スイッチ(25)が構成されている。
【０００４】
図６は水圧応動ガス弁(2) 及び水流スイッチ(25)の具体的な構成を示している。
水回路(1) 内の水圧変化によって変形する水圧応動部(21)のダイヤフラム(210) には出力軸(211) が連設されており、該出力軸(211) の進退移動に連動してガス回路(33)内の出力弁(22)が開閉される一方、前記出力軸(211) に設けられた突出体(212) によってリミットスイッチ(24)が押されてこれがＯＮ・ＯＦＦされる構成になっている。
【０００５】
上記リミットスイッチ(24)の出力は制御装置(5) に印加されており、更に、該制御装置(5) には、ガスバーナ(32)用の点火装置(35)や操作スイッチ(51)等が電気接続されている。
このものでは、操作スイッチ(51)がＯＮ操作されると水回路(1) の水弁(10)が開弁せしめられる。水弁(10)の開弁によって水回路(1) 内が通水状態になると、この時の水圧変動によって水圧応動ガス弁(2) の水圧応動部(21)が作動して出力軸(211) が進出し、これによって出力弁(22)が開弁せしめられる。一方、水圧応動部(21)の作動によってその出力軸(211) が前記のように進出移動すると、該出力軸(211) の側部に突出する突出体(212) によってリミットスイッチ(24)が押されて該スイッチから水流検知信号が出力される。すると、該水流検知信号に基づいて点火装置(35)が作動せしめられると共にガスバーナ(32)に接続された元弁が開弁せしめられてガスバーナ(32)が着火して燃焼状態に維持され、これにより、給湯動作が進行する。
【０００６】
【発明が解決しようとうする課題】
しかしながら、この種湯沸器では、冬の寒い夜等に水回路(1) 内が凍結すると、該水回路(1) を構成する通水パイプ内の滞留水が体積膨張して該通水パイプが破損する心配が生じる。又、前記凍結によって水圧応動ガス弁(2) の水圧応動部(21)の一次側水室(219) 内の滞留水が体積膨張すると、出力軸(211) を進出させる方向にダイヤフラム(210) が変形してリミットスイッチ(24)が投入状態（水流の疑似検知状態）に維持されるから、この状態で操作スイッチ(51)がＯＮ操作された場合には水回路(1) 内に水が流れていないにも関わらずガスバーナ(32)が燃焼し始める不都合がある。
【０００７】
本願はかかる点に鑑みてなされたもので、
『水弁(10)の開弁によって通水状態となる水回路(1) と、
前記水回路(1) 内を流れる水を加熱する水加熱部(3) とを具備する湯沸器』であって、水回路(1) を構成する通水パイプの破損や水加熱部(3) の異常動作を防止する為冬の寒い夜等に於ける水回路(1) 内の凍結を防止することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に請求項１の発明は、
『前記水回路(1) 内が凍結危険状態になったときに凍結危険信号を出力する凍結危険状態検知手段(27)と、
前記凍結危険信号に基づいて水弁(10)を開弁させる弁制御手段(28)を具備させた』ことである。
【０００９】
上記手段によれば、水回路(1) 内が凍結しそうになると凍結危険状態検知手段(27)から凍結危険信号が出力され、該凍結危険信号によって水弁(10)を開弁させて該通水回路(1) 内を通水状態に維持し、これにより、該水回路(1) 内の凍結を防止することができる。
請求項２の発明は、
『前記弁制御手段(28)は、前記水弁(10)を設定時間だけ開弁状態に維持するものであり、
前記水弁(10)が開弁している時に前記水加熱部(3) を作動させる水加熱部制御手段(29)が更に設けられている』もので、このものでは、水加熱部(3) の発生熱によって該水加熱部(3) の近傍及びその下流側の水回路(1) 内の温度を高温状態にすることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、
『前記凍結危険状態検知手段(27)は、前記水回路(1) の構成壁の一部となるように張設されたダイヤフラム(210) と、前記水回路(1) 内の滞留水が凍結し始めた際に於ける該水回路(1) 内の圧力上昇によって前記ダイヤフラム(210) が変形した場合にこれに連動して前記凍結危険信号を出力すべくＯＮ動作するスイッチ部とを具備する』もので、このものでは、水回路(1) 内の滞留水が凍結し始めてこれが体積膨張すると、該体積膨張に伴う水回路(1) 内の圧力増加によってダイヤフラム(210) が変形し、該変形に連動してスイッチ部がＯＮ動作して凍結危険信号が出力される。このように、請求項３の発明によれば、水回路(1) 内の滞留水が凍結し始めたときに生じる該滞留水の体積膨張を検出するから、水回路(1) 内の水温に基づいて凍結危険状態を判断する場合と相違して凍結危険状態を直接的に検出することができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、冬の寒い夜等に於ける水回路(1) 内の凍結が防止できるから、該水回路(1) を構成する通水パイプの破損が防止できる。又、水回路(1) 内が凍結しないから、該水回路(1) 内が凍結して水が流れなくなっている状態で水加熱部(3) が発熱する異常状態が回避できる。
【００１２】
請求項２の発明では、前記凍結防止動作時に水回路(1) 内に流れる水を加熱昇温させるから、一層確実に凍結を防止することができる。
請求項３の発明では、凍結開始初期に於ける水回路(1) 内の滞留水の体積膨張を検出して凍結危険状態を判別するから、前記滞留水の水温に基づいて凍結危険状態を判断する場合に比べて該危険状態を直接的且つ確実に検出することができ、これにより、精度の高い制御動作が行える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本願発明の実施の形態に係る湯沸器の水回路及びガス回路並びに制御回路の概略図である。
水回路(1) の上流端にはモータ駆動式の水弁(10)が配設されていると共に、その下流側には、水圧応動ガス弁(2) の水圧応動部(21)が配設されており、該水圧応動ガス弁(2) を構成する出力弁(22)はガス回路(33)に於ける元弁(34)の下流側に配設されている。そして、これら水圧応動部(21)と出力弁(22)の連動機構は既述した図６のものと同様に構成されているが、本実施の形態の湯沸器では、図２に示すように、２個の第１，第２リミットスイッチ(240) (241) がダイヤフラム(210) に連設された出力軸(211) の突出体(212) でＯＮ・ＯＦＦされる構成となっている。このものでは、水圧応動部(21)の一次側水室(219) 内の滞留水が凍結による体積膨張を開始するとダイヤフラム(210) が若干変形して出力軸(211) が同図の左方に若干押し出される。具体的には、一次側水室(219) 近傍が凍結し始めると、該出力軸(211) の端面(211a)に該出力軸(211) を外部へ押し出す力が図示しないバネに抗して作用し、前記外部へ押し出す力が前記バネの力を上回ると前記出力軸(211) が前記の方向へ押し出される。すると、第１リミットスイッチ(240) がＯＮ動作して凍結危険信号を出力する。一方、水回路(1) 内が通水状態になって水流が生じて前記ダイヤフラム(210) が大きく変形した場合は第２リミットスイッチ(241) がＯＮ動作して水流検知信号を出力する。従って、この実施の形態では、上記第１リミットスイッチ(240) と水圧応動部(21)の集合体が既述発明特定事項として記載した凍結危険状態検知手段(27)に対応しており、又、第１リミットスイッチ(240) が請求項３の発明の発明特定事項として記載したスイッチ部に対応している。又、第２リミットスイッチ(241) と水圧応動部(21)によって水流スイッチ(25)が構成されている。
【００１４】
水回路(1) に於ける前記水圧応動ガス弁(2) の下流側には、ガスバーナ(32)の発熱能力を調節する為の能力調整コック(26)を構成する水量調節部(261) が設けれらていると共に、該水量調節部(261) と連動するガス量調節部(262) がガス回路(33)に於けるガスバーナ(32)の近傍に挿入されている。そして、能力調整コック(26)の操作ハンドル(263) を回動させると、水量調節部(261) が全開状態に維持されたままで、ガス量調節部(262) が最小開度から最大開度に変化し、更に操作ハンドル(263) を回動させると、ガス量調節部(262) が前記最大開度に維持された状態で水量調節部(261) が最大開度から最小開度に変化し、これにより、給湯能力が調整できるように成っている。
【００１５】
水回路(1) に於ける上記能力調整コック(26)の下流側には水加熱部(3) を構成する熱交換器(31)及びその下流側のシャワーヘッド(37)が設けられている。
上記元弁(34)等の電気部品は、マイクロコンピュータが組み込まれた制御装置(5) に電気接続されていると共に、該制御装置(5) にはガスバーナ(32)の近傍に配設された点火装置(35)や炎検知器(39)が電気接続されている。
【００１６】
上記制御装置(5) は、電池(61)で駆動されるようになっており、該電池(61)から制御装置(5) の電源端子(52)に繋がる回路にはスイッチングトランジスタ(62)が挿入されている。
自動復帰型押しボタン式の操作スイッチ(51)の出力は、コンデンサ(55)と反転回路(58)を介して前記スイッチングトランジスタ(62)のベースに印加されていると共に、前記操作スイッチ(51)の出力部の信号は直接に制御装置(5) に印加されている。又、上記コンデンサ(55)と反転回路の間の回路部とアース部の間には放電用ダイオード(57)が挿入されている。又、制御装置(5) に於ける自己保持用出力端子(53)の出力は前記スイッチングトランジスタ(62)に印加されている。
【００１７】
上記水圧応動ガス弁(2) の水圧応動部(21)と連動してＯＮ・ＯＦＦ動作する第１リミットスイッチ(240) の出力接点(240a)の出力は反転回路(59)を介してスイッチングトランジスタ(62)のベースに印加されている。又、前記出力接点(240a)の出力は制御装置(5) に直接に印加されていると共に、前記水圧応動ガス弁(2) の水圧応動部(21)と連動してＯＮ・ＯＦＦ動作する他方の第２リミットスイッチ(241) の出力接点(241a)の出力も制御装置(5) に印加されている。
【００１８】
制御装置(5) に組み込まれたマイクロコンピュータ内には、図３のフローチャートに示す内容の制御プログラムが格納されている。以下、上記湯沸器の動作の実際を図１及び図２に従って説明する。
操作スイッチ(51)をオン操作する（操作スイッチ(51)に接続された回路を電池(61)側の回路に繋げる）と、コンデンサ(55)が充電されると共にその反転信号が反転回路(58)から出力され、これにより、スイッチングトランジスタ(62)が一定時間（コンデンサ(55)の容量と反転回路(58)内の抵抗の抵抗値で決まる時定数に対応する時間）ＯＮ動作する。これにより、制御装置(5) 内のマイクロコンピュータが図３に示すフローチャートに従った制御動作を開始する。又、一方、操作スイッチ(51)がＯＮ操作されていない場合に於いても、水回路(1) に配設された水圧応動ガス弁(2) の水圧応動部(21)部分が凍結し始めると制御装置(5) 内のマイクロコンピュータは始動する。即ち、前記水圧応動部(21)の一次側水室(219) 内の滞留水が凍結し始めて体積膨張すると、これに伴うダイヤフラム(210) の変形によって出力軸(211) が進出移動して突出体(212) が第１リミットスイッチ(240) をＯＮ状態にする。すると、該第１リミットスイッチ(240) の出力接点(240a)が電源側に繋がってその反転信号が反転回路(59)からスイッチングトランジスタ(62)に印加され、これにより、制御装置(5) のマイクロコンピュータが始動する。
【００１９】
さて、上記のようにして制御装置(5) 内のマイクロコンピュータが始動して図３のフローチャートに従った制御動作を開始すると、先ずステップ(ST1) (ST2) に於いて操作スイッチ(51)と第１リミットスイッチ(240) の出力が調べられる。即ち、操作スイッチ(51)と第１リミットスイッチ(240) の出力接点(240a)部分の出力が印加される操作スイッチ監視端子(65)及び凍結監視端子(66)の状態を調べ、凍結監視端子(66)にのみ凍結危険信号たるＨ信号が印加されている場合（水圧応動ガス弁(2) の水圧応動部(21)内が凍結し始めて第１リミットスイッチ(240) がＯＮ状態になった場合）は、ステップ(ST3) 〜ステップ(ST10)の凍結防止工程が実行される。
【００２０】
ステップ(ST3) では自己保持用出力端子(53)からＬ信号が出力されてスイッチングトランジスタ(62)がＯＮ状態に維持され、これにより、制御装置(5) のマイクコンピュータに電源が供給された状態に維持される。
次に、ステップ(ST4) で水弁(10)を開弁させる。尚、この水弁(10)を開弁させる制御を実行するマイクロコンピュータ内の機能部が既述請求項１の発明の発明特定事項に対応している。次に、ステップ(ST5) を実行し、水回路(1) が通水状態にあるか否かを確認する為に第２リミットスイッチ(241) の出力を調べる。即ち、水回路(1) 内に水が流れて水圧応動ガス弁(2) の水圧応動部(21)に連設された出力軸(211) が大きく進出移動して第２リミットスイッチ(241) が突出体(212) で押されてＯＮ状態になったか否かを判断するのである。尚、前記出力軸(211) が大きく進出移動すると、これに連動してその出力弁(22)が開弁状態となる。そして、前記第２リミットスイッチ(241) がＯＮ状態になるとその出力接点(241a)が電源側に繋がって水流監視端子(67)にＨ信号が印加された状態になり、係る場合は、ステップ(ST6) で水加熱部(3) のガスバーナ(32)を燃焼させる。即ち、元弁(34)を開弁させると共に点火装置(35)を作動させ、これにより、ガスバーナ(32)を着火して燃焼状態に維持し、シャワーヘッド(37)から温水を流出させる。尚、この実施の形態では、ガスバーナ(32)を燃焼させる為にステップ(ST6) を実行するマイクロコンピュータの機能部が請求項２の発明の発明特定事項として記載した水加熱部制御手段(29)に対応している。そして、この出湯動作を１０分間継続させる（ステップ(ST7) 参照）。すると、熱交換器(31)の下流側の水回路(1) の温度が高くなると共に、熱交換器(31)からの伝達熱によって該熱交換器(31)の上流側近傍の水圧応動部(21)内も温度上昇し、これにより、水回路(1) 全体の凍結を回避することができる。尚、本実施の形態ではガスバーナ(32)を燃焼させるようにしているが、ガスバーナ(32)を消火させたままで水弁(10)を開弁状態に維持しても良い。かかる場合でも水回路(1) 内に水の流れが生じてその凍結が回避できるからである。又本実施の形態では、凍結を回避する為に水弁(10)を通常の使用時と同様に全開となるようにしているが、凍結しない程度の最小限の水量が水回路(1) に流れるように前記水弁(10)の開度を制御するようにしてもよい。この時、ガスバーナ(32)を消火させたまでも良いが、前記水量に応じた燃焼量となるようにガスバーナ(32)へのガスの供給量を制御するようにするのが望ましい。
【００２１】
次に、元弁(34)を閉弁させることによってガスバーナ(32)を消火させ（ステップ(ST8) 参照）、その後、ステップ(ST9) で水弁(10)を閉弁させると共にステップ(ST10)で、自己保持用出力端子(53)をＨ状態にしてスイッチングトランジスタ(62)を消勢させる。すると、制御装置(5) のマイクロコンピュータへの電源供給が停止し、凍結防止動作が完了する。
【００２２】
次に、操作スイッチ(51)によって出湯操作がされた場合について説明する。
操作スイッチ(51)の操作直後であってコンデンサ(55)が充電状態にある場合には操作スイッチ監視端子(65)には暫くの間はＨ信号が印加されている。従って、ステップ(ST1) を実行した時に前記操作スイッチ監視端子(65)がＨ状態にある場合には、操作スイッチ(51)がＯＮ操作されたと判断し、ステップ(ST11)〜ステップ(ST16)の給湯制御が行われる。
【００２３】
即ち、ステップ(ST11)(ST12)において自己保持用出力端子(53)をＬ状態にした後に水弁(10)を開弁させ、ステップ(13)に於いて水回路(1) 内に水が流れたことが確認できると、ステップ(ST14)でガスバーナ(32)を燃焼させる。そして、ステップ(ST15)が実行され、操作スイッチ(51)の再投入によって出湯停止操作がされると、ステップ(ST16)でガスバーナ(32)を消火させると共に水弁(10)を閉弁させ、更に、自己保持用出力端子(53)にＨ信号を出力してスイッチングトランジスタ(62)をＯＦＦ状態に復帰させる。
【００２４】
尚、ステップ(ST1) (ST2) を実行した時に、操作スイッチ(51)及び第１リミットスイッチ(240) の何れもＯＮ状態になっていないと判断された場合は、直ちに制御動作を終了させて初期状態に復帰させる。そして、この状態で再び上記操作スイッチ(51)や第１リミットスイッチ(240) がＯＮ状態になると、既述したように制御装置(5) のマイクロコンピュータに再通電されて再び図３の制御が再開される。
【００２５】
尚、上記実施の形態では、第１リミットスイッチ(240) と第２リミットスイッチ(241) を用いてダイヤフラム(210) に連設された出力軸(211) の進出移動量を判別できるようにしているが、図４に示すように、水圧応動ガス弁(2) の水圧応動部(21)に連設された出力軸(211) の移動量を検出するポテンショメータ(7) を使用してもよい。
【００２６】
又、上記実施の形態では、水圧応動ガス弁(2) の水圧応動部(21)内の滞留水が凍結し始める際の体積膨張を検出する第１リミットスイッチ(240) を設けたが、前記水圧応動部(21)近傍の滞留水の温度または外気温を検知するサーミスタを設け、該サーミスタが凍結危険温度（例えば１℃以下）を検出したときの出力を凍結危険信号として採用し、該凍結危険信号が発生したときには既述した凍結防止動作を実行させてもよい。更に、水回路(1) を構成する配管内にストレーンゲージを配設し、凍結初期に生じる水回路(1) 内のが圧力増加に伴って生じる前記ストレーンゲージの出力変化を利用して前記凍結初期の状態を検出しても良い。
【００２７】
又、上記実施の形態では、ガスバーナ(32)やこれで加熱される熱交換器(31)等の組み合わせを水加熱部(3) として採用したが、水回路(1) の通水を加熱する電気ヒータを用いて水加熱部を構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の発明の実施の形態にかかる湯沸器の概略構造図
【図２】図１に示される水圧応動ガス弁(2) の近傍の詳細図
【図３】図１の湯沸器の制御装置(5) に組み込まれたマイクロコンピュータに格納された制御プログラムを説明するフローチャート
【図４】第１リミットスイッチ(240) 第２リミットスイッチ(241) の変形例の説明図
【図５】従来の湯沸器の概略構造図
【図６】図５の湯沸器に用いられている水圧応動ガス弁(2) 部分の詳細図
【符号の説明】
(1) ・・・水回路
(3) ・・・水加熱部
(10)・・・水弁
(27)・・・凍結危険状態検知手段
(28)・・・弁制御手段
(29)・・・水加熱部制御手段
(210) ・・・ダイヤフラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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