(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管と給湯管が接続された熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器の近傍の温度を検出する温度検出手段と、水の流動を検出する流動検出手段と、前記熱交換器の出口近傍に設けたサーミスタと凍結防止ヒータを用い前記熱交換器内の空気噛みを検出する空気検出手段と、前記流動検出手段で水の流動を検出していない場合に前記温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったとき前記加熱調節手段を制御して前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を開始し、予め設定した時間あるいは温度に達したとき加熱を停止するとともに、前記空気検出手段で空気噛みを検出した場合は、前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を行わない停止時制御部とを具備し、前記空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへの通電、サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返し、サーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量を積分値∫t0ｄＴs・ｄｔとして求めて予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量eと比較し、∫t0ｄＴs・ｄｔ＞eの場合は空気噛み状態と判定し、∫t0ｄＴs・ｄｔ≦eの場合は水があると判定するようにした給湯装置。
【請求項２】
給水管と給湯管が接続された熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器の近傍の温度を検出する温度検出手段と、水の流動を検出する流動検出手段と、前記熱交換器の出口近傍に設けたサーミスタと凍結防止ヒータを用い前記熱交換器内の空気噛みを検出する空気検出手段と、前記流動検出手段で水の流動を検出していない場合に前記温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったとき前記加熱調節手段を制御して前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を開始し、予め設定した時間あるいは温度に達したとき加熱を停止するとともに、前記空気検出手段で空気噛みを検出した場合は、前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を行わない停止時制御部とを具備し、前記空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへ所定時間通電を行なってその発熱停止の後に、サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返し、サーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量を積分値∫t0ｄＴs・ｄｔとして求め、予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量fと比較して∫t0ｄＴs・ｄｔ＞fの場合は空気噛み状態と判定し、∫t0ｄＴs・ｄｔ≦fの場合は水があると判定するようにした給湯装置。
【請求項３】
給水管と給湯管が接続された熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器の近傍の温度を検出する温度検出手段と、水の流動を検出する流動検出手段と、前記熱交換器の出口近傍に設けたサーミスタと凍結防止ヒータを用い前記熱交換器内の空気噛みを検出する空気検出手段と、前記流動検出手段で水の流動を検出していない場合に前記温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったとき前記加熱調節手段を制御して前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を開始し、予め設定した時間あるいは温度に達したとき加熱を停止するとともに、前記空気検出手段で空気噛みを検出した場合は、前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を行わない停止時制御部とを具備し、前記空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへ所定時間通電を行って発熱させ、その発熱終了前後の一定時間ΔＦの間サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返し、サーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量を積分値∫ΔF0ｄＴs・ｄｔとして求め、予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量gと比較し、∫ΔF0ｄＴs・ｄｔ＞gの場合は空気噛み状態と判定し、∫ΔＦ0ｄＴs・ｄｔ≦gの場合は水があると判定するようにした給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯の開始時に早く湯を供給することのできる給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の給湯装置には、図２１に示すようなものがあった（例えば特公平４−９９７２号公報）。同図において１は瞬間給湯機であり、給湯口２と瞬間給湯機１は給湯管３で結ばれている。給湯口２の手前には給湯弁４が設けられており、給湯管３の給湯弁４の上流側から排水管５が分岐しており、この排水管５には排水弁６が設けられている。また、排水管５の給湯管３からの分岐部には温度検出部７が設けられていて、温度設定器８の設定温度とこの温度検出部７の温度を比較して給湯制御部９が給湯弁４と排水弁６を制御している。
【０００３】
そして、給湯要求時に温度検出部７により検出された湯水の温度が温度設定器８の設定温度の許容範囲内の場合、給湯弁４を開き給湯口２に給湯管３内の湯水を供給するとともに、許容範囲外の場合、排水弁６を開き給湯管３内の湯水を排水管５を経て排水口から捨て、常に許容範囲内の温度の湯水を給湯口２から供給するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記したような従来の給湯装置では、出湯要求時に湯水の温度が許容範囲外、例えば低い場合、排水弁６を開き給湯管３内の湯水を排水口から捨てる動作をするため、給湯口２から湯が供給される迄の時間は大幅に改善することができないという課題を有していた。また給湯弁４、排水管５、排水弁６、温度検出部７などを現場で配管工事や配線工事を行って取り付ける必要があり、設置が大変であるとともに、通常の給湯装置では必要ない給湯弁４、排水管５、排水弁６、温度検出部７等の部材を必要とするという課題もあった。
【０００５】
本発明は上記した課題を解決するものであり、給湯装置自身の改善により、給湯の開始時に早く、かつ安全に湯を供給できる給湯装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、給水管と給湯管が接続された熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器の近傍の温度を検出する温度検出手段と、水の流動を検出する流動検出手段と、前記熱交換器の出口近傍に設けたサーミスタと凍結防止ヒータを用い前記熱交換器内の空気噛みを検出する空気検出手段と、前記流動検出手段で水の流動を検出していない場合に前記温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったとき前記加熱調節手段を制御して前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を開始し、予め設定した時間あるいは温度に達したとき加熱を停止するとともに、前記空気検出手段で空気噛みを検出した場合は、前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を行わない停止時制御部とを具備し、前記空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへの通電、サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返し、サーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量を積分値∫t0ｄＴs・ｄｔとして求めて予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量eと比較し、∫t0ｄＴs・ｄｔ＞eの場合は空気噛み状態と判定し、∫t0ｄＴs・ｄｔ≦eの場合は水があると判定するようにしたもので、給湯の停止時に熱交換器が冷却されることを防止し、再給湯時に端末への湯の供給を早く行えるようにするとともに、空気検出器で空気噛みを検出している時は、熱交換器の加熱を行わないことにより、から焚きを防止し熱交換器内に蒸気が満たされ、給湯開始時に万一の異常温度上昇による危険等を防止しているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の一つは、給水管と給湯管が接続された熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器の近傍の温度を検出する温度検出手段と、水の流動を検出する流動検出手段と、前記熱交換器の出口近傍に設けたサーミスタと凍結防止ヒータを用い前記熱交換器内の空気噛みを検出する空気検出手段と、前記流動検出手段で水の流動を検出していない場合に前記温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったとき前記加熱調節手段を制御して前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を開始し、予め設定した時間あるいは温度に達したとき加熱を停止するとともに、前記空気検出手段で空気噛みを検出した場合は、前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を行わない停止時制御部とを具備し、前記空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへの通電、サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返し、サーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量を積分値∫t0ｄＴs・ｄｔとして求めて予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量eと比較し、∫t0ｄＴs・ｄｔ＞eの場合は空気噛み状態と判定し、∫t0ｄＴs・ｄｔ≦eの場合は水があると判定するようにしたものである。
【０００８】
したがって、給湯の停止時に熱交換器への水の流動が停止していることを流動検出手段で検出して、温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったら加熱手段による熱交換器の加熱を開始し、予め定めた時間あるいは温度に達したら加熱を停止することにより、給湯の停止時に熱交換器が冷却されることを防止し、再給湯時に給湯時の端末への湯の供給を早く行えるようにするとともに、空気検出器で空気噛みを検出している時は、加熱手段による熱交換器の加熱を開始する動作を行わないことにより、設置初期時や凍結防止のための水抜きの後など熱交換器内に空気が噛んでいる時に加熱を行い、熱交換器が空焚きされることを防止している。
【０００９】
特に、空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへの通電、サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返しサーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量を積分値∫t0ｄＴs・ｄｔとして求め予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量eと比較し、∫t0ｄＴs・ｄｔ＞eの場合は空気噛み状態と判定し、∫t0ｄＴs・ｄｔ≦eの場合は水があると判定する。そして、熱交換器内の水の有無を確実に判定できるので空焚きを防止することができる。
【００１０】
本発明の実施形態の他の一つは、給水管と給湯管が接続された熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器の近傍の温度を検出する温度検出手段と、水の流動を検出する流動検出手段と、前記熱交換器の出口近傍に設けたサーミスタと凍結防止ヒータを用い前記熱交換器内の空気噛みを検出する空気検出手段と、前記流動検出手段で水の流動を検出していない場合に前記温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったとき前記加熱調節手段を制御して前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を開始し、予め設定した時間あるいは温度に達したとき加熱を停止するとともに、前記空気検出手段で空気噛みを検出した場合は、前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を行わない停止時制御部とを具備し、前記空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへ所定時間通電を行なってその発熱停止の後に、サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返し、サーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量を積分値∫t0ｄＴs・ｄｔとして求め、予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量fと比較して∫t0ｄＴs・ｄｔ＞fの場合は空気噛み状態と判定し、∫t0ｄＴs・ｄｔ≦fの場合は水があると判定するようにした。
【００１１】
したがって、空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへの所定時間の通電を行い発熱停止後、サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返しサーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量を積分値∫t0ｄＴs・ｄｔとして求め予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量fと比較し、∫t0ｄＴs・ｄｔ＞fの場合は空気噛み状態と判定し、∫t0ｄＴs・ｄｔ≦fの場合は水があると判定する。そして、熱交換器内の水の有無を確実に判定できるので空焚きを防止することができる。
【００１２】
本発明の実施形態のさらに他の一つは、給水管と給湯管が接続された熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器の近傍の温度を検出する温度検出手段と、水の流動を検出する流動検出手段と、前記熱交換器の出口近傍に設けたサーミスタと凍結防止ヒータを用い前記熱交換器内の空気噛みを検出する空気検出手段と、前記流動検出手段で水の流動を検出していない場合に前記温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったとき前記加熱調節手段を制御して前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を開始し、予め設定した時間あるいは温度に達したとき加熱を停止するとともに、前記空気検出手段で空気噛みを検出した場合は、前記加熱手段による前記熱交換器の加熱を行わない停止時制御部とを具備し、前記空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへ所定時間通電を行って発熱させ、その発熱終了前後の一定時間ΔＦの間サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返し、サーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量を積分値∫ΔF0ｄＴs・ｄｔとして求め、予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量gと比較し、∫ΔF0ｄＴs・ｄｔ＞gの場合は空気噛み状態と判定し、∫ΔＦ0ｄＴs・ｄｔ≦gの場合は水があると判定するようにした。
【００１３】
したがって、空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへの所定時間の通電を行い発熱させ発熱終了前後の一定時間ΔＦの間サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返しサーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量を積分値∫ΔF0ｄＴs・ｄｔとして求め、予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量gと比較し、∫ΔF0ｄＴs・ｄｔ＞gの場合は空気噛み状態と判定し、∫ΔF0ｄＴs・ｄｔ≦gの場合は水があると判定する。そして、熱交換器内の水の有無を確実に判定できるので空焚きを防止することができる。
【００１４】
以下参考実施例を図面に基づいて説明する。
【００１５】
（参考実施例１）
図１において、熱交換器１０には、給水管１１と給湯管１２が接続されている。給水管１１には、熱交換器１０への水の流入を検出する流動検出手段である水量検出器１３、水温を検出する水温検出器１４が設けられている。熱交換器１０の出口のパイプには、空気噛みを検出するサーミスタ３１と凍結防止ヒータ３７を利用した空気検出器１５が設けられている。
【００１６】
また、熱交換器１０を迂回し給水管１１と給湯管１２を連絡するバイパス管１６が設けられ、このバイパス管１６には、熱交換器１０からの湯とバイパス管１６からの水の混合比を調節する水比例弁１７が設けられている。この水比例弁１７は、ソレノイドへの電流の調節によって水圧に対してバランスを取った弁が、バイパス管１６の開度を調節し通過する水量を調節するもので、電流の停止により全開状態で保持されるノーマルオープン型となっている。
【００１７】
熱交換器１０の近傍の給湯管１２には温度検出手段である湯温検出器１８が設けられ、また、バイパス管１６の合流点以降に水量制御弁１９、混合水温検出器２０が設けられている。給湯管１２は更に給湯装置本体２１外の給湯管２２に接続され、端末に設けた湯水混合栓２３に連通している。
【００１８】
制御器２４にはタイマー２５をしており、各種センサーの信号が取り込まれ、また各種アクチュエータへの信号や操作出力が出力されている。そして、制御器２４にはボリュームで構成された湯温設定器２５や停止時制御部２６が設けられている。熱交換器１０は、加熱手段であるガスバーナ２７で加熱され、このガスバーナ２７へのガス量を調節する加熱調節手段の一部としてガス比例弁２８が設けられている。
【００１９】
また、ガスのオン、オフは加熱調節手段の別の一部を構成する元電磁弁２９により行われる。なお、本参考実施例では燃料をガスで説明しているが石油等の他の燃料でも良い。
【００２０】
空気検出器１５の実装部は図２に示すように構成されている。空気検出器１５は保護管３０で保護されたサーミスタ３１が充填剤３２で充填され、リード線３３を外に臨ませて構成されており、固定具３４によりシール材３５でシールされて熱交換器１０の出口の水管３６に取りつけられている。凍結防止ヒータ３７はサーミスタ３１と対向するように水管３１に取り付けられている。
【００２１】
そして、凍結防止ヒータ３７を発熱させサーミスタ３１の抵抗値より温度を測定し、凍結防止ヒータ３７からサーミスタ３１への伝熱状態の変化から周囲に介在するものが水か空気か判断をしている。
【００２２】
次にこの参考実施例の動作を説明する。動作については、図３のフローチャートにその要部を示している。電源スイッチがオン操作され〈Ｓ１〉、かつ加熱スイッチがオン操作されていると〈Ｓ２〉、給湯の停止時において熱交換器１０を加熱できるモードに入る。この状態で水量検出器１３で検出される水の流量が所定値（例えば２l／min）を越えると、端末の湯水混合栓２３が開けられたと判断して通常の給湯モードに入り〈Ｓ３〉、設定された温度の湯を供給する。
【００２３】
また、湯温検出器１８で検出される出湯温度と設定の温度が比較され、水温検出器１４の水温と水量検出器１３の値が取り込まれ、水比例弁１７と水量制御弁１７、ガス比例弁２８が調節されて、所望の温度の湯が給湯管２２から供給される〈Ｓ４〉。水量検出器１３で検出される水の流量が所定値（例えば１．５l／min）以下の場合、あるいは給湯の停止時においては〈Ｓ３〉、給湯停止時の熱交換器１０への加熱モードが可能となる。
【００２４】
ここで、空気検出器１５が空気噛みを検出している時は、制御を止める加熱停止モードに移行し、バーナ２７による熱交換器１０への加熱を行わない〈Ｓ５〉。通電加熱後、十分時間が経過した後は、周囲温度の検出もでき、熱交換器１０の温度が異常に上昇した場合に補完的に温度検出を行っている。
【００２５】
空気検出器１５が空気噛みを検出していない時は、湯温検出器１８で検出される温度が所定温度として定めた下限値を下回ると〈Ｓ６〉、給湯装置全体が冷えていると停止時制御部２６が判断して流動停止時に於ける加熱モードを進める。湯温検出器１８と比較される下限値は、５０℃前後とし、湯温検出器１８で検出される温度がこの下限値以下であると、流動停止時に於ける加熱モードの次のステップに進む〈Ｓ６〉。
【００２６】
湯温検出器１８で検出される温度が下限値を下回ったら、まず、タイマー２５の設定された加熱時間を読み込む〈Ｓ７〉。次に、前回給湯を行った時のメモリーされた水温検出器１４で検出された水温と現在の水温を読み込む〈Ｓ８〉。これは、給水温度が何度であるかを判断し加熱時間や加熱開始温度を補正するためであり、水温が高い場合は時間は短目に温度は低目に、水温が低い場合は時間は長目に温度は高目になるように熱交換器１０を加熱する時間を補正する〈Ｓ９〉。
【００２７】
そして、再出湯時に給湯管１２を経て極力、設定温度に近い温度の湯を供給することに役立てている。次に、元電磁弁２９を開け〈Ｓ１１〉、同時にタイマー２５が計時を開始し〈Ｓ１２〉、ガス比例弁２８の開度を点火し易い開度１の状態にまで開けて点火を行う〈Ｓ１３〉。
【００２８】
次に、着火を確認しガス比例弁２８の開度を開度２の状態にまで絞る〈Ｓ１４〉。この開度は、通常の給湯が行われている状態での最小の開度に相当しており、この最小開度で加熱しても負荷が小さいため、熱交換器１０の温度は、次第に上昇して行く。
【００２９】
なお、給湯装置として最少加熱量が極めて低く取れる場合は、湯温検出器１８で検出される温度を一定に保つ方法も可能である。
【００３０】
熱交換器１０の加熱中に湯温検出器１８で検出される温度が異常な変化勾配を示す時は、熱交換器１０への空気噛み、あるいは加熱異常と判断して加熱を停止する〈Ｓ１５〉。加熱の開始を判断する所定値である下限値は、Ｔ1＝５０℃である。そして上限値Ｔ2を人が万一触れても火傷をしない程度の６０℃に定めている。
【００３１】
加熱時間は標準状態（水温１５℃、混合水温４０℃）で５秒間となっており、前述のように、水温に応じて補正がされている。
【００３２】
なお、タイマー２５が所定時間（５秒または５秒の補正値）を越えたら、タイムアップと見なし、停止動作に入る〈Ｓ１６〉。万が一、タイマー２５が故障したり、ガスバーナ２７の能力制御が故障して、湯温検出器１８で検出される温度が上限値（７０℃）を越えた場合は、直ちに温度優先で元電磁弁２９を閉成する停止動作に入る〈Ｓ１７〉。
【００３３】
また、補完的に空気検出器１５で検出される温度が上限値（７０℃）を越えた場合も、直ちに温度優先で元電磁弁２９を閉成する停止動作に入る〈Ｓ１８〉。加熱の停止に当たっては、元電磁弁２９が閉じられ〈Ｓ１９〉、以後、加熱の停止した後は、湯温検出器１８で検出される温度が所定温度である下限値以下になる迄は燃焼は停止している。
【００３４】
以上のような動作により、給湯停止時の湯の温度を一定値に保持し即出湯体制にしている。したがって一般の家庭用の給湯装置を想定すると、従来の給湯装置では配管長が５m程度のシステムで、端末の蛇口をひねってから約１５秒位かかって湯が供給されることが普通であったものが、本参考実施例品によれば５秒程度に短縮可能である。
【００３５】
従来の給湯装置は、保有水量等に起因する給湯装置自身の立ち上がりの時間が１０秒程度、また配管の保有水量を押し出す時間が５秒程度かかっていたが、本参考実施例品では給湯装置自身の立ち上がりの時間が短縮できるため、配管の滞留水の押し出し時間だけで済む結果となる。
【００３６】
（参考実施例２）
図４において、湯温検出器１５のサーミスタ３１は熱交換器１０近傍の温度を検出する湯温検出器１８のサーミスタ３８と共用している。空気検出動作は給湯動作を停止している場合にのみ作動するので給湯動作時における熱交換器１０の出口温度を計測する湯温検出器１８の動作を妨げることは無く湯温検出器１８の機能はサーミスタ３１とサーミスタ３８が別個の場合と何ら変わることはない。
【００３７】
また空気検出はサーミスタ３１と凍結防止ヒータ３７で行うので従来の給湯器と比較し部品点数を増やすことなく制御器２４のソフト内容を変更するだけで良い。よって給湯時に湯温制御を行うため必要とされる温度検出手段と空気検出手段のサーミスタとを共用することでサーミスタを２つから１つに削減し性能を低下させることなく低コスト化を図れる効果がある。
【００３８】
（参考実施例３）
図５は参考実施例３における空気検出手段１５を示す。熱交換器出口近傍の水管の同位置にサーミスタ３１と凍結防止ヒータ３７とを対向して水管３６に取り付けた構成としている。
【００３９】
よって、サーミスタ３１と凍結防止ヒータ３７を最短距離に配置でき、凍結防止ヒ―タ３７の加熱による水管３６・水管３６内の温度上昇をサーミスタ３１によって高速かつ顕著に検出することができる。加えて、短時間かつ精度良く水管内の水の有無が判定できる効果がある。また、サーミスタ３１と凍結防止ヒータ３７を近接する構成とし、サーミスタ３１による水管３６内の温度上昇の検出感度を落とし、凍結防止ヒータ３７の取付に便宜を図るようにしてもよい。なお近接とは水管３６の円筒方向及び円周方向に近い位置とする。
【００４０】
（参考実施例４）
図６、図７に参考実施例４を示す。
【００４１】
まず、基準温度Ｔ0を検出した（１）後、凍結防止ヒータへの一定時間の通電を行い発熱させ発熱停止直後、サーミスタの抵抗値を測定し発熱停止後温度Ｔ1を求め（２）、空気噛み判別値ΔＴ=Ｔ1−Ｔ0を算出し、予め器具の特性によって決めておいた水空気判別値ΔＴaより大きい場合は空気、小さい場合は水と判定する。
【００４２】
原理的には水がある場合は水がある分サーミスタ周辺の熱容量が大きくなり凍結防止ヒータからの伝達熱量が水管、水に吸収されてサーミスタの昇温が小さくなる。空気がある場合は空気の比熱が水に比べ著しく小さいのでサーミスタ周辺の熱容量が小さくなり凍結防止ヒータからの伝達熱量が水管と空気に吸収される結果サーミスタの昇温が大きくなることを利用している。
【００４３】
図８に発明者らの実験したデータを示す。凍結防止ヒータを１２０秒通電した後、自然放熱させた場合の経過時間と空気噛み判別値ΔＴ（ｄｅｇ）を水管に水が有る場合と空気が有る場合についてプロットしたものである。水が有る場合に比べ、空気が有る場合は空気噛み判別値ΔＴが大きくなるのがわかる。
【００４４】
また、凍結防止ヒータ通電後一定時間は水、空気がある場合とも凍結防止ヒータの余熱でサーミスタ温度が上昇を続け最大値を付けた後サーミスタ温度が下降に向かう。凍結防止ヒータ通電後サーミスタ温度が最大値を付けるまでの時間は空気の方が水に比べ速い。よって、水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００４５】
なお、凍結防止ヒータ通電加熱時間はサーミスタ周囲の温度が高くなるに従って凍結防止ヒータ通電加熱時間を長くし、加熱温度を上げることでサーミスタ周囲温度の影響を少なくしている。よってサーミスタ周囲の温度により凍結防止ヒータ通電加熱時間を変化させる方が空気噛み判別値ΔＴを精度良く算出できる。我々の実験では次の表のごとく最適な凍結防止ヒータ通電加熱時間を設定している。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
（参考実施例５）
図９、図１０に参考実施例５を示す。図９は空気噛みの検出動作原理図、図１０は空気噛み検出のフローチャートである。まず、基準温度Ｔ0を検出した（１）後、凍結防止ヒータへの一定時間の通電を行い発熱させる。
【００４８】
通電を断った後、ΔＬ経過した時点のサーミスタの抵抗値を測定しサーミスタ温度Ｔ1を求め（２）、空気噛み判別値ΔＴ=Ｔ1−Ｔ0を算出し、予め器具の特性によって決めておいた水空気判別値ΔＴaより大きい場合は空気、小さい場合は水と判定する。
【００４９】
原理的には凍結防止ヒータ通電後一定時間は水、空気がある場合とも凍結防止ヒータの余熱でサーミスタ温度が上昇を続け空気有りの最大値を付けた時点が水・空気の判定となる空気噛み判別値ΔＴの差が最も顕著となる。
【００５０】
この余熱で空気が有る場合にサーミスタの温度が最大値を付けるまでの時間をΔＬとすることで水空気の判別をより精度の高いものとすることができる。
【００５１】
図８の例では凍結防止ヒータの通電時間を１２０秒とした場合ΔＬ=６０秒が最適な設定値となる。そして水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００５２】
なお、凍結防止ヒータ通電加熱時間は実施例４と同様にサーミスタ周囲の温度が高くなるに従って凍結防止ヒータ通電加熱時間を長くし、加熱温度を上げることでサーミスタ周囲温度の影響を少なくし空気噛み判別値ΔＴを精度良く算出できるようにしている。
【００５３】
（参考実施例６）
図１１、図１２に参考実施例６を示す。図１１は空気噛みの検出動作原理図、図１２は空気噛み検出のフローチャートである。
【００５４】
空気噛み検出スタート（経過時間ｔ=０）よりサーミスタ温度Ｔsを測定、凍結防止ヒー
タ通電加熱を予め設定しておいた設定時間ｔｐを越えるまでｎ回繰り返し行い、その後計測したＴsとｔの関係よりサーミスタの加熱時温度勾配、すなわちサーミスタ温度時間的変化率ｄＴs／ｄｔを算出し、予め器具の特性によって決めておいた水空気判別サーミスタ
温度時間的変化率ｂより大きい場合は空気、小さい場合は水と判定する。
【００５５】
原理的には水がある場合は水がある分サーミスタ周辺の熱容量が大きくなり凍結防止ヒータからの伝達熱量が水管、水に吸収されてサーミスタの昇温が小さくなり温度勾配は小さくなる。空気がある場合は空気の比熱が水に比べ著しく小さいのでサーミスタ周辺の熱容量が小さくなり凍結防止ヒータからの伝達熱量が水管と空気に吸収される結果サーミスタの昇温が大きくなり温度勾配が大きいなることを利用している。
【００５６】
水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００５７】
なお、凍結防止ヒータ通電加熱時間は参考実施例４と同様にサーミスタ周囲の温度が高くなるに従って凍結防止ヒータ通電加熱時間を長くし、加熱温度を上げることでサーミスタ周囲温度の影響を少なくしサーミスタ温度時間的変化率ｄＴs／ｄｔを精度良く算出できるようにしている。
【００５８】
（参考実施例７）
図１３、図１４に実施例７を示す。図１３は空気噛みの検出動作原理図、図１４は空気噛み検出のフローチャートである。
【００５９】
まず、凍結防止ヒータへの一定時間の通電を行い発熱させる。通電を断った後、ΔＬ経過した時点よりサーミスタ温度Ｔsの計測を開始し（経過時間ｔ=０）、予め設定しておいた設定時間ｔｑを越えるまでｎ回繰り返し行い、その後計測したＴsとｔの関係よりサーミスタの放熱時温度勾配、すなわちサーミスタ温度時間的変化率ｄＴs／ｄｔを算出し、予
め器具の特性によって決めておいた水空気判別サーミスタ温度時間的変化率ｃより大きい場合は水、小さい場合は空気と判定する。
【００６０】
原理的には、凍結防止ヒータ通電後は水、空気がある場合とも凍結防止ヒータの余熱でサーミスタ温度が上昇を続け空気有りの場合が最大値を付け下降に転じた後も水有りの場合は一定時間温度上昇を続け最大値に達することを利用する。
【００６１】
つまり、ΔＬを余熱で空気が有る場合にサーミスタの温度が最大値を付けるまでの時間に設定することでΔＬ経過後の温度勾配は水が有る場合は正の傾き、空気が有る場合は負の傾きとなるので水空気の判別をより精度の高いものとすることができる。
【００６２】
水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００６３】
なお、凍結防止ヒータ通電加熱時間は参考実施例４と同様にサーミスタ周囲の温度が高くなるに従って凍結防止ヒータ通電加熱時間を長くし、加熱温度を上げることでサーミスタ周囲温度の影響を少なくしサーミスタ温度時間的変化率ｄＴs／ｄｔを精度良く算出できるようにしている。
【００６４】
以上各参考実施例を踏まえ以下その実施例を説明する。
【００６５】
（実施例１）
図１５、図１６において、空気噛み検出スタート（経過時間ｔ=０）よりサーミスタ温度Ｔsを測定、凍結防止ヒータ通電加熱を予め設定しておいた設定時間ｔｒを越えるまでｎ回繰り返し行い、その後計測したＴsとｔの関係よりサーミスタの加熱時の蓄熱熱量を積分値∫tr0ｄＴs・ｄｔとして求め、予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量eより大きい場合は空気、小さい場合は水と判定する。
【００６６】
原理的には水がある場合は水がある分サーミスタ周辺の熱容量が大きくなり凍結防止ヒータからの伝達熱量が水管、水に吸収されてサーミスタの昇温が小さくなり蓄熱熱量∫tr0ｄＴs・ｄｔは小さくなる。
【００６７】
空気がある場合は空気の比熱が水に比べ著しく小さいのでサーミスタ周辺の熱容量が小さくなり凍結防止ヒータからの伝達熱量が水管と空気に吸収される結果サーミスタの昇温が大きくなり蓄熱熱量∫tr0ｄＴs・ｄｔが大きくなることを利用している。
【００６８】
水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００６９】
なお、凍結防止ヒータ通電加熱時間は参考実施例４と同様にサーミスタ周囲の温度が高くなるに従って凍結防止ヒータ通電加熱時間を長くし、加熱温度を上げることでサーミスタ周囲温度の影響を少なくしサーミスタの蓄熱熱量∫tr0ｄＴs・ｄｔを精度良く算出できるようにしている。
【００７０】
（実施例２）
図１７、図１８において、まず、凍結防止ヒータへの一定時間の通電を行い発熱させる。通電を断った後、サーミスタ温度Ｔsの計測を開始し（経過時間ｔ=０）、予め設定しておいた設定時間ｔｓを越えるまでｎ回繰り返し行い、その後計測したＴsとｔの関係よりサーミスタの放熱時の蓄熱熱量と積分値∫ts0ｄＴs・ｄｔとして求め、予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量ｆより大きい場合は空気、小さい場合は水と判定する。
【００７１】
水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００７２】
なお、凍結防止ヒータ通電加熱時間は実施例４と同様にサーミスタ周囲の温度が高くなるに従って凍結防止ヒータ通電加熱時間を長くし、加熱温度を上げることでサーミスタ周囲温度の影響を少なくしサーミスタの蓄熱熱量∫ts0ｄＴs・ｄｔを精度良く算出できるようにしている。
【００７３】
（実施例３）
図１９、図２０において、まず、凍結防止ヒータへの通電を行い発熱させ発熱終了前後の一定時間ΔＦの間サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返す。図１９の例では凍結防止ヒータ通電終了時間より１／２・ΔＦ前をサーミスタ温度計測の開始時（ｔ=０）とし残りのサーミスタ計測時間１／２・ΔＦはサーミスタ通電終了時間後となる。
【００７４】
一定時間ΔＦ経過後、サーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量を積分値∫ΔF0ｄＴs・ｄｔとして求め予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量gと比較しｇより大きい場合は空気噛み状態と判定し、小さい場合は水があると判定する。
【００７５】
原理的には実施例１と実施例２を融合した形となり温度変化が最も激しいサーミスタ加熱終了前後のみのサーミスタへの蓄熱熱量により水の有無を判定するため、より精度の高い判定ができる。
【００７６】
水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００７７】
なお、凍結防止ヒータ通電加熱時間は参考実施例４と同様にサーミスタ周囲の温度が高くなるに従って凍結防止ヒータ通電加熱時間を長くし、加熱温度を上げることでサーミスタ周囲温度の影響を少なくしサーミスタの蓄熱熱量∫ΔF0ｄＴs・ｄｔを精度良く算出できるようにしている。
【００７８】
以上のように参考実施例および実施例の給湯装置の意義は以下の通りである。
【００７９】
（１）給湯の停止時に熱交換器への水の流動が停止していることを流動検出手段で検出して、温度検出手段で検出される温度が所定温度以下になったら加熱調節手段で加熱手段による熱交換器の加熱を開始し、予め定めた時間あるいは温度に達したら加熱を停止することにより、給湯の停止時に熱交換器が冷却されることを防止し、再給湯時に熱交換器内の保有水を加熱する時間を節約して、給湯装置本体だけで給湯時の端末における湯の供給を早く行える。また、凍結防止ヒータを利用した空気検出器で空気噛みを検出している時は、加熱手段による熱交換器の加熱を行わないので、設置初期時や凍結防止のための水抜きの後などに熱交換器内に空気が噛んでいる時に加熱を行い、熱交換器が空焚きされることを防止して安全性の向上と耐久性維持を図ることができる。
【００８０】
（２）熱交換器近傍の温度を検出する温度検出手段と空気検出手段のサーミスタとを共用することでサーミスタを２つから１つに削減し低コスト化を図れる効果がある。また、空気検出動作は給湯動作を停止している場合にのみ作動するので給湯動作時における熱交換器の出口温度を計測する温度検出手段の動作を妨げることは無く温度検出手段の機能と空気検出手段の機能を両立することができる。
【００８１】
（３）熱交換器出口近傍の水管の同位置にサーミスタと凍結防止ヒータとを対向して取り付けた構成としたことでサーミスタと凍結防止ヒータを最短距離に配置でき、凍結防止ヒ―タの加熱による水管・水管内の温度上昇をサーミスタによって高速かつ顕著に検出することができる。よって短時間かつ精度良く水管内の水の有無が判定でき、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００８２】
（４）空気検出手段は、空気検出開始後、サーミスタにより基準温度Ｔ0を測定した後凍結防止ヒータへの一定時間の通電を行い発熱させ発熱停止直後、再度発熱後温度Ｔ1を測定し発熱後温度Ｔ1と基準温度Ｔ0との差ΔＴを予め設定された水空気判定温度差ΔＴaと比較しΔＴ＞ΔＴaの場合は空気噛み状態と判定しΔＴ≦ΔＴaの場合は水があると判定するので熱交換器内の水の有無を確実に判断し水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００８３】
（５）空気検出手段は、空気検出開始後、サーミスタにより基準温度Ｔ0を測定した後凍結防止ヒータへの一定時間の通電を行い発熱させ発熱停止後、一定時間ΔＬ経過した後、再度発熱後温度Ｔ1を測定し発熱後温度Ｔ1と基準温度Ｔ0との差ΔＴを予め設定された水空気判定温度差ΔＴaと比較しΔＴ＞ΔＴaの場合は空気噛み状態と判定しΔＴ≦ΔＴaの場合は水があると判定するので熱交換器内の水の有無を確実に判断し水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００８４】
（６）空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへの通電、サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返しサーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタ温度時間的変化率ｄＴs／ｄｔを求め予め設定された水空気判別サーミスタ温度時間的変化率ｂと比較しｄＴs／ｄｔ＞ｂの場合は空気噛み状態と判定しｄＴs／ｄｔ≦ｂの場合は水があると判定するので熱交換器内の水の有無を確実に判断し水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００８５】
（７）空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへの一定時間の通電を行い発熱停止後、一定時間ΔＬ経過した後、サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返しサーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタ温度時間的変化率ｄＴs／ｄｔを求め予め設定された水空気判別サーミスタ温度時間的変化率cと比較しｄＴs／ｄｔ≦cの場合は空気噛み状態と判定しｄＴs／ｄｔ＞cの場合は水があると判定するので熱交換器内の水の有無を確実に判断し水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００８６】
（８）空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへの通電、サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返しサーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量∫t0ｄＴs・ｄｔを求め予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量eと比較し∫t0ｄＴs・ｄｔ＞eの場合は空気噛み状態と判定し∫t0ｄＴs・ｄｔ≦eの場合は水があると判定するので熱交換器内の水の有無を確実に判断し水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００８７】
（９）空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへの一定時間の通電を行い発熱停止後、サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返しサーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量∫t0ｄＴs・ｄｔを求め予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量fと比較し∫t0ｄＴs・ｄｔ＞fの場合は空気噛み状態と判定し∫t0ｄＴs・ｄｔ≦fの場合は水があると判定するので熱交換器内の水の有無を確実に判断し水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００８８】
（１０）空気検出手段は、空気検出開始後、凍結防止ヒータへの一定時間の通電を行い発熱させ発熱終了前後の一定時間ΔＦの間サーミスタ温度Ｔsの検出を繰り返しサーミスタ温度Ｔsと経過時間ｔの測定結果よりサーミスタの蓄熱熱量∫ΔF0ｄＴs・ｄｔを求め予め設定された水空気判別サーミスタ蓄熱熱量gと比較し∫ΔF0ｄＴs・ｄｔ＞gの場合は空気噛み状態と判定し∫ΔF0ｄＴs・ｄｔ≦gの場合は水があると判定するので熱交換器内の水の有無を確実に判断し水が有ると判定された場合は加熱モードへ進みバーナによる加熱が開始され、即出湯体制にはいる。空気噛みと判定された場合は加熱停止モードに進みバーナによる加熱は中止され、熱交換器の空焚きを防止することができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の給湯装置は、給湯の停止時に熱交換器が冷却されることを防止し、再給湯時に給湯時の端末への湯の供給を早く行えるようにするとともに、空気検出器で空気噛みを検出している時は、加熱手段による熱交換器の加熱を開始する動作を行わないことにより、熱交換器の空焚きを確実に防止できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考実施例１における給湯装置の構成図
【図２】  同給湯装置のサーミスタの取付状態を示す部分断面図
【図３】  同給湯装置の要部動作のフローチャート
【図４】  本発明の参考実施例２における給湯装置の構成図
【図５】  本発明の参考実施例３における給湯装置に用いた空気検出器の切り欠き断面図
【図６】  本発明の参考実施例４における給湯装置の要部動作を説明する図
【図７】  同給湯装置の要部動作のフローチャート
【図８】  同給湯装置の原理を実験データに基づいて説明する図
【図９】  本発明の参考実施例５における給湯装置の要部動作を説明する図
【図１０】  同給湯装置の要部動作のフローチャート
【図１１】  本発明の参考実施例６における給湯装置の要部動作を説明する図
【図１２】  同給湯装置の要部動作のフローチャート
【図１３】  本発明の参考実施例７における給湯装置の要部動作を説明する図
【図１４】  同給湯装置の要部動作のフローチャート
【図１５】  本発明の実施例１における給湯装置の要部動作を説明する図
【図１６】  同給湯装置の要部動作のフローチャート
【図１７】  本発明の実施例２における給湯装置の要部動作を説明する図
【図１８】  同給湯装置の要部動作のフローチャート
【図１９】  本発明の実施例３における給湯装置の要部動作を説明する図
【図２０】  同給湯装置の要部動作のフローチャート
【図２１】  従来の給湯装置の構成図
【符号の説明】
１０  熱交換器
１１  給水管
１２  給湯管
１３  水量検出器
１５  空気検出器
１８  湯温検出器（温度検出手段）
２４  制御器
２６  停止時制御部
２７  ガスバーナ
２８  ガス比例弁（加熱調節手段）
２９  元電磁弁
３１  サーミスタ（空気検出手段）
３７  凍結防止ヒータ
３８  サーミスタ（温度検出手段）
【図１】
0003787963.tif 000003
【図２】
0003787963.tif 000004
【図３】
0003787963.tif 000005
【図４】
0003787963.tif 000006
【図５】
0003787963.tif 000007
【図６】
0003787963.tif 000008
【図７】
0003787963.tif 000009
【図８】
0003787963.tif 000010
【図９】
0003787963.tif 000011
【図１０】
0003787963.tif 000012
【図１１】
0003787963.tif 000013
【図１２】
0003787963.tif 000014
【図１３】
0003787963.tif 000015
【図１４】
0003787963.tif 000016
【図１５】
0003787963.tif 000017
【図１６】
0003787963.tif 000018
【図１７】
0003787963.tif 000019
【図１８】
0003787963.tif 000020
【図１９】
0003787963.tif 000021
【図２０】
0003787963.tif 000022
【図２１】
0003787963.tif 000023