(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
止水状態でバーナの燃焼を行い、器具内の水温を所定温度範囲に維持する保温制御が可能で、前記器具内の水管に、所定の通電量により自己発熱し、周囲の環境によって発熱状態を変化させる感温素子を備える一方、前記感温素子へ通電させてその発熱状態の変化を検知可能な通電制御回路を設け、更に、前記感温素子の周囲の環境が水の場合における前記感温素子の発熱状態の変化の閾値を記憶し、前記保温制御における前記バーナの燃焼前に、前記通電制御回路により前記感温素子を自己発熱させ、検知される発熱状態を前記閾値と比較して、前記器具内の水の有無を判断可能とした保温機能付給湯器であって、
前記通電制御回路に回路故障が生じた場合における前記感温素子の発熱状態の第二の閾値を更に設定し、前記感温素子の自己発熱の際に検知される発熱状態を前記第二の閾値と比較して、前記通電制御回路の回路故障を判断可能としたことを特徴とする保温機能付給湯器。
【請求項２】
器具内の水無し状態又は通電制御回路の回路故障を判断した場合は保温制御を禁止する請求項１に記載の保温機能付給湯器。
【請求項３】
通電制御回路による感温素子への通電量を、前記感温素子を水管の温度検出に利用できる通電量に切換可能とする一方、前記通電制御回路の回路故障が、前記感温素子を前記水管の温度検出に利用できないものである場合は、通常の燃焼制御を禁止する請求項１又は２に記載の保温機能付給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、止水状態でバーナの燃焼を行い、器具内の水温を所定温度範囲に維持する保温制御が可能な保温機能付給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器の使用開始時には、まず器具内に貯留していた水が送出され、出湯温度の立上りに時間がかかることから、給湯器を使わない止水状態でバーナを所定の加熱量で燃焼させて、器具内の水温を所定温度範囲に維持しておき、給湯器を使用する際には迅速な立上りで設定温度での出湯を得て使い勝手を向上させる保温機能を付与したものが知られている。
しかし、上記保温機能は、例えば凍結防止の水抜き等によって器具の内部に水がない場合でも働くため、この状態で加熱されると空焚きによって器具の内部が異常高温となり、内胴劣化等の器具の損傷を招くおそれがある。そこで、本件出願人は、保温制御を行う前に器具内の水の有無を判断し、水がない場合は保温制御を行わない有水検知を行う発明を先に提供している。これは、器具内の水管にサーミスタ等の感温素子を設けると共に、サーミスタへ通電させて自己発熱させ、その発熱状態の変化を検知する通電制御回路をトランジスタやマイコン等によって構成する一方、マイコンには、サーミスタの周囲の環境が水の場合における発熱状態の変化の閾値を予め記憶させておき、保温制御におけるバーナの燃焼前にサーミスタを自己発熱させて、検知される発熱状態の変化を閾値と比較することで、閾値より大きい場合は、器具内に水無しと、温度上昇が閾値より小さい場合は、器具内に水有りと夫々判断するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記発明においては、通電制御回路の故障による誤検知の可能性がある。例えば、サーミスタへ通電させるトランジスタがＯＦＦ故障したりすることでサーミスタが自己発熱できない場合でも、温度上昇が生じず閾値を下回ることで、水有りと判断され、この場合に保温制御が実行されると空焚きとなってしまう。又、サーミスタの入力側に配置した抵抗のショート故障等によりサーミスタが自己発熱し過ぎる場合は、温度上昇が生じて閾値を上回ることで水無しと判断され、実際には器具内に水があるにも拘わらず、保温制御が実行されないことになる。更に、上記トランジスタが逆にＯＮ故障したりすることでサーミスタが常時自己発熱している場合も、温度上昇は閾値を上回る値で固定されるため、ここでも水無しと判断され、保温制御が実行されなくなってしまう。
【０００４】
そこで、請求項１に記載の発明は、このような回路故障が生じた場合以外は正常な有水検知が確実に行える信頼性の高い保温機能付給湯器を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、前記通電制御回路に回路故障が生じた場合における前記感温素子の発熱状態の第二の閾値を更に設定し、前記感温素子の自己発熱の際に検知される発熱状態を前記第二の閾値と比較して、前記通電制御回路の回路故障を判断可能としたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、器具内の水無しや通電制御回路の回路故障の判断に適切に対処するために、器具内の水無し状態又は通電制御回路の回路故障を判断した場合は保温制御を禁止するものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、感温素子を入水温センサとしても利用する場合の回路故障に適切に対処するために、通電制御回路による感温素子への通電量を、前記感温素子を水管の温度検出に利用できる通電量に切換可能とする一方、前記通電制御回路の回路故障が、前記感温素子を前記水管の温度検出に利用できないものである場合は、通常の燃焼制御を禁止するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、保温機能付給湯器（以下「給湯器」と略称する）の概略図で、給湯器１は、燃焼室２内に、接続された給水管３からの水をバーナ４の燃焼熱で加熱する熱交換器５を備え、熱交換器５には、加熱された湯を送り出す出湯管６が接続される。給水管３には、給水管３を通る水の温度を検出する入水温センサ７、水の流量を検出する水量センサ８とが設けられる一方、出湯管６には、出湯管６を通る水の温度を検出する出湯温センサ９が設けられ、各センサの検出信号はコントローラ１０に入力される。又、バーナ４へのガス流路には、上流側から、元電磁弁１１、比例制御弁１２、メイン電磁弁１３が夫々設けられ、これらの弁もコントローラ１０によって開閉制御される。更に、コントローラ１０には、運転スイッチや設定温度の調整ボタン、保温制御用の保温スイッチ１５等を備えたリモコン１４の他、バーナ４点火用の点火電極１６、炎検知用のフレームロッド１７が夫々接続されている。
【０００７】
よって、この給湯器１においては、出湯管６に接続された図示しない蛇口の開栓により、器具内に通水して水量センサ８がこれを検知すると、コントローラ１０は、元電磁弁１１とメイン電磁弁１３とを夫々開弁させると共に、比例制御弁１２を所定の開度で開弁させて点火電極１６を連続スパークさせ、バーナ４へ点火する。その後、コントローラ１０は、リモコン１４の調整ボタンで設定された設定温度で出湯されるように、入水温センサ７から得られる初期水温から必要な加熱量を演算して、比例制御弁１２の開度を調整すると共に、出湯温センサ９から得られる検出温度を基に、出湯温度が設定温度と一致するように比例制御弁１２の開度を補正制御する。
【０００８】
そして、給水管３に設けられる入水温センサ７は、ＮＴＣサーミスタが用いられるが、これは、給水管３内の水の有無を検知するための感温素子としても利用される。この入水温センサ（尚、このように複数の機能を有するため、以下単に「サーミスタ」という）７は、図２に示すように、コントローラ１０内の通電制御回路２０において、マイコン２１にマイコンポート保護用のトランジスタ２２を介してベースを接続したＰＮＰ形のトランジスタ２３のエミッタ側に、コントローラ１０内で作られる電源Ｖ1 と、トランジスタ２３の出力側にある抵抗２４とが直列接続され、サーミスタ７の端子電圧がマイコン２１のＡ／Ｄ変換ポートに入力される。即ち、マイコン２１によりサーミスタ７への通電制御とその通電に伴う端子電圧（温度検知信号）の検出とが可能となっている。
一方、サーミスタ７には、コントローラ１０内で作られるＶ1 よりも低い電源Ｖ2 が抵抗２５を経て供給可能となっており、トランジスタ２３のＯＦＦ時には、抵抗２５とサーミスタ７のＶ2 を基準とする分圧比で決められた電圧がマイコン２１のＡ／Ｄ変換ポートに入力される。尚、Ａ／Ｄ変換ポートの入力側には、Ａ／Ｄ変換ポートの保護用にツェナダイオード２６が配置されている。
【０００９】
又、マイコン２１は、リモコン１４に設けた保温スイッチ１５がＯＮされると、止水状態でバーナ４を点火させ、器具内に水を貯留させたまま加熱を行い、出湯温センサ９から得られる検出温度を監視して、器具内の水を一定の温度に保持させる保温制御と、その保温制御を行う前に器具内の水の有無を検知して、器具内に水がない場合は保温制御を行わない有水検知制御とを実行している。以下、この有水検知制御を図３のフローチャートに従って説明する。
まず、保温スイッチ１５をＯＮしない状態では、Ｓ１でトランジスタ２２，２３は夫々ＯＦＦとなるため、電源Ｖ2 の供給により、サーミスタ７は給水管３内の水温を検知する入水温センサとして働く。即ち、自己発熱量を極端に小さくしたものである。よって、マイコン２１はサーミスタ７により得られる温度検出信号に基づいて通常の出湯制御を行う。
そして、Ｓ２で保温スイッチ１５のＯＮが得られると、まずＳ３でサーミスタ７の温度Ｔ1 を検知した後、Ｓ４でトランジスタ２２，２３をＯＮさせ、サーミスタ７へ通電させると共に、有水検知用のタイマー（ここでは５秒）をスタートさせる。Ｓ５でタイマーがタイムアップすると、Ｓ６でサーミスタ７の温度Ｔ2 を検知し、Ｓ７では、温度Ｔ1 からＴ2 までの温度上昇が、第二の閾値としての５°deg 以上１５°deg 以下の範囲内にあるか否かを判別し、ここで当該範囲外であれば、Ｓ８で回路故障が生じたとの異常判定を行う。
【００１０】
これは、図４のグラフに示す如く、通電制御回路２０において、トランジスタ２２，２３が共にＯＦＦ故障又は抵抗２４がオープン故障の場合は、サーミスタ７が自己発熱できず、グラフａのように温度上昇５°deg 以下として現れることで、後述する閾値Ａ（１０°deg ）を下回り、水有りと誤検知される虞れがあるためで、同様に、抵抗２４がショート故障の場合は、サーミスタ７が自己発熱し過ぎて、グラフｂのように温度上昇１５°deg 以上として現れることで、閾値Ａを上回り、水無しと誤検知される虞れがあるためで、更に、トランジスタ２２，２３が共にＯＮ故障の場合は、サーミスタ７が常時自己発熱して、グラフｃのように１５°deg 以上の高い温度上昇で固定されることで、閾値Ａを上回り、水無しと誤検知される虞れがあるためで、即ち同図の斜線部分が第二の閾値により排除される範囲となる。
【００１１】
但しここでは、Ｓ９で、第二の閾値により排除される範囲でもそれがグラフｃの常時自己発熱による異常か否かを更に判別し、常時自己発熱によるものでなければ、Ｓ１０で保温燃焼のみを禁止すると共に、ブザーやランプ等で報知を行う。一方、Ｓ９の判別で異常が常時自己発熱によるものであれば、Ｓ１１において、保温燃焼は勿論、通常の燃焼制御も禁止して報知を行う。これは、グラフｃのトランジスタ２２，２３のＯＮ故障による常時自己発熱状態では、サーミスタ７による給水管３の温度検出ができず、通常の出湯温制御に支障を与えるからである。尚、Ｓ１０の報知とＳ１１の報知とは、ブザーの鳴り方やランプの色、点滅等で区別するのが望ましい。
【００１２】
一方、Ｓ７の判別において温度上昇が、５°deg 以上１５°deg 以下の範囲内にあれば、Ｓ１２でトランジスタ２２，２３をＯＦＦし、続くＳ１３ではその温度上昇が閾値Ａ（ここでは１０°deg ）以上であるか否かを判別する。
これは、サーミスタ７に電流を流して自己発熱させると、５秒程度で熱平衡に達し、電流と抵抗値も一定化するが、周りの環境が空気か水かによって、図４の如く熱平衡に達した際の温度上昇に相違が生じることを利用したもので、この温度上昇は、サーミスタの熱放散定数δ（ｍｗ／℃）によって決まり、以下の数１の関係が成り立っている。
【００１３】
【数１】
0003871810.tif 000002
Ｔ：熱平衡に達した際の温度、Ｔa ：外界雰囲気温度、Ｉ：温度Ｔの時のサーミスタに流れる電流（ｍＡ）、Ｒ：温度Ｔの時のサーミスタの抵抗値（ｋΩ）
【００１４】
δは、水中と空気中とで異なり、通常、水中で４ｍｗ／℃、空気中で２ｍｗ／℃となる。よって、サーミスタ７の消費電力が２０ｍＷであれば、水中で５°deg 、空気中で１０°deg となり、図４に示す温度上昇の差が現れる。
従って、ここでは、予めマイコン２１に水中での温度上昇と空気中での温度上昇とを区別する閾値Ａとして１０°deg を設定しておき、サーミスタ７への通電開始時から熱平衡までの温度上昇をこの閾値Ａと比較することで、サーミスタ７の周囲の環境が水か空気か、即ち給水管３内に水があるか否かを判断可能としたのである。
【００１５】
従って、Ｓ１３の判別で、温度上昇が１０°deg 以上であれば、Ｓ１４でサーミスタ７の周囲の環境は空気中、即ち器具内に水無しと判定して、Ｓ１０で保温燃焼を禁止してランプやブザー等による報知を行う。一方、温度上昇が１０°deg より小さければ、Ｓ１５でサーミスタ７の周囲の環境は水中、即ち器具内に水有りと判定して、Ｓ１６で保温制御を実行する。この保温制御は、例えば、比例制御弁１２の最小インプットによるバーナ４の７秒間の燃焼を１０分間隔で行う断続燃焼を、保温スイッチ１５のＯＮによりスタートした所定の保温タイマーの時間中に行う等の制御であり、Ｓ１７で保温タイマーがタイムアップすると、再びＳ１で保温スイッチ１５がＯＮされるまで保温制御は停止され、サーミスタ７は入水温センサとして使用されることになる。
【００１６】
このように上記形態によれば、保温制御を行う前に、サーミスタ７への通電による温度上昇の監視によって器具内の水の有無を判別でき、水無し状態で加熱されることによる内胴等への損傷の発生や耐久性の低下等を効果的に防止することができる。又、ここでは、サーミスタ７の自己発熱を利用して有水検知を行う構成であるから、熱交換器５等には何ら影響を与えず、バーナ４を用いた場合の空焚きによる内胴劣化等の影響は生じないため、安心して使用できる。更に、入水温センサを有水検知用のサーミスタに兼用しているため、部品や回路構成が共用でき、よりコストの少ない合理的な構成とすることができる。
そして、有水検知の最初の段階で、有水検知を行う温度上昇を第二の閾値との比較を経た一定範囲に限定し、当該範囲外の場合は保温制御を行わないようにしたことで、回路故障に起因した温度上昇による誤検知を排除して、確実な有水検知を行うことができる。特に、範囲外の温度上昇が常時自己発熱による場合は保温燃焼に加えて通常燃焼も禁止しているため、トランジスタ２２，２３のＯＮ故障でサーミスタ７を入水温センサとして使用できない状態での通常燃焼を防止可能となり、器具の信頼性がより高まる。
【００１７】
尚、通電制御回路の構成は上記形態に限定するものでなく、サーミスタ７の自己発熱と閾値との比較が可能であれば、適宜変更可能で、又、回路故障を判定する第二の閾値や有水検知用の閾値Ａの設定も、採用するサーミスタや通電制御回路等に合わせて変更や増減を行って差し支えないが、特に、自己発熱させる前のサーミスタ７の抵抗値によって閾値を増減させるのが好ましい。これは、例えば水温の低いときはサーミスタの抵抗値は大きく、サーミスタの通電量は小さくなるため、自己発熱量が小さくなり、水が無い場合に閾値を越えない可能性があるからである。又、逆の場合（水温が高く、サーミスタの抵抗値が小さい場合）は、自己発熱量が大きくなり、水が有っても無いと判断する可能性が有るからである。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、有水検知により器具内に水がない場合には報知や保温制御を行わない等の事前の対処が可能となり、水無し状態で加熱されることによる内胴劣化等の損傷の発生や耐久性の低下等を効果的に防止することができる。又、第二の閾値の設定により、有水検知に加えて、通電制御回路の回路故障も判断可能となるため、器具内の水の有無を誤検知なく確実に知ることができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、通電制御回路の回路故障又は器具内の水無しを判断した場合は保温制御を禁止することで、回路故障や器具内の水無しに適切に対処することができる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、通電制御回路による感温素子への通電量を、前記感温素子を水管の温度検出に利用できる通電量に切換可能とする一方、前記通電制御回路の回路故障が、前記感温素子を前記水管の温度検出に利用できないものである場合は、通常の燃焼制御を禁止する構成としたことで、通常の燃焼制御に支障を及ぼす回路故障に適切に対処して器具の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】保温機能付給湯器の概略図である。
【図２】通電制御回路の回路図である。
【図３】有水検知制御のフローチャートである。
【図４】サーミスタの温度上昇の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・保温機能付給湯器、２・・燃焼室、３・・給水管、４・・バーナ、７・・入水温センサ、１０・・コントローラ、１４・・リモコン、１５・・保温スイッチ、２０・・通電制御回路、２１・・マイコン、２２，２３・・トランジスタ、２４，２５・・抵抗。
【図１】
0003871810.tif 000003
【図２】
0003871810.tif 000004
【図３】
0003871810.tif 000005
【図４】
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