(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、前記熱交換器を迂回するごとく前記給水管と給湯管を短絡するとともに、給水管から給湯管への水のバイパス量を制御する水比例弁を途中に接続したバイパス管と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段による加熱を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器近傍の温度を検出する温度検出手段と、前記熱交換器に対する水の流動を検出する流動検出手段と、前記熱交換器内の空気噛みをサーミスタを用い一時的な通電による自己発熱前後の温度変化に基づいて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時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ら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ら加熱を停止するとともに、前記空気検出器で空気噛みを検出した時は、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を有する制御器とを具備し、前記空気検出手段は熱交換器の最も空気が溜まりやすい部位に配置した給湯装置。
【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９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、前記熱交換器を迂回するごとく前記給水管と給湯管を短絡するとともに、給水管から給湯管への水のバイパス量を制御する水比例弁を途中に接続したバイパス管と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段による加熱を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器近傍の温度を検出する温度検出手段と、前記熱交換器に対する水の流動を検出する流動検出手段と、前記熱交換器内の空気噛みをサーミスタを用い一時的な通電による自己発熱前後の温度変化に基づいて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時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ら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ら加熱を停止するとともに、前記空気検出器で空気噛みを検出した時は、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を有する制御器とを具備し、前記空気検出手段は熱交換器の最も空気が溜まりやすい部位に配置して、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】
本発明の給湯装置は、給水管と給湯管が接続された熱交換器と、前記熱交換器を迂回するごとく前記給水管と給湯管を短絡するとともに、給水管から給湯管への水のバイパス量を制御する水比例弁を途中に接続したバイパス管と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段による加熱を調節する加熱調節手段と、前記熱交換器近傍の温度を検出する温度検出手段と、前記熱交換器に対する水の流動を検出する流動検出手段と、前記熱交換器内の空気噛みをサーミスタを用い一時的な通電による自己発熱前後の温度変化に基づいて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時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ら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ら加熱を停止するとともに、前記空気検出器で空気噛みを検出した時は、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を有する制御器とを具備し、前記空気検出手段は熱交換器の最も空気が溜まりやすい部位に配置したものである。
【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ものである。
【０００９】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における給湯装置の概略構成図である。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の途中のパイプには、空気噛みを検出するサーミスタを利用した空気検出器１５が設けられている。
【００１０】
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。
【００１１】
熱交換器１０の近傍の給湯管１２には湯温検出器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。制御器２４にはタイマー２５を有しており、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。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。
【００１２】
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に取りつけられている。そして、サーミスタ３１に一時的に温度検出時とは異なる高い電圧を加えて加熱し、温度的に安定した後にサーミスタ３１の抵抗を測定し、加熱前後の抵抗値の変化から周囲に介在するものが水か空気かを判断している。
【００１３】
次にこの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。
【００１４】
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。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〉。
【００１５】
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。
【００１６】
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〉。この空気噛みの検出動作は、図４に示すようになっている。まず、基準温度Ｔ０を検出した後、空気検出器１５に電圧を通常より上げて通電を数秒間行いサーミスタ３１で自己発熱を行う。
【００１７】
通電を断った後、１秒間経過した後に、サーミスタ３１の抵抗値を測定し、加熱前の基準温度Ｔ０と加熱後１秒経過時の温度Ｔ１の状態を見て周囲に存在するものが空気か、水かを判別する。
【００１８】
原理的には水がある場合はサーミスタ３１が発熱しても水によって即座に冷却され、空気がある場合はサーミスタ３１が発熱したあと空気で断熱されるためサーミスタ３１からの放熱が少なく温度降下が水に比べ小さいことを利用する。具体的には空気噛み判定値ΔＴ=Ｔ１−Ｔ０が予め器具の特性によって決めておいた空気水判別値ΔＴ０より大きい場合は空気、小さい場合は水と判定する。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。
【００１９】
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〉。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〉。
【００２０】
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〉。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〉。
【００２１】
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〉。
【００２２】
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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。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〉。
【００２５】
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〉。
【００２６】
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。
【００２７】
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、本発明実施例品によれば５秒程度に短縮可能である。
【００２８】
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。
【００２９】
（実施例２）
図５に実施例２を示す。図５（ａ）は熱交換器の左側面図、図５（ｂ）は熱交換器の正面図、図５（ｃ）は熱交換器の右側面図である。
【００３０】
熱交換器３７はフィンチューブ式でフィンパイプ上段３８とフィンパイプ下段３９を持ちフィンパイプ上段３８とフィンパイプ下段３９を接続するＵベンド４０からなる。４１は給水管、４２は給湯管である。
【００３１】
Ｕベンド４０はフィンパイプ上段３８とフィンパイプ下段３９が千鳥配列としているため傾斜している。この傾斜部４３に空気噛み検出用のサーミスタ４４が取り付けられている。通常、フィンパイプ３８・３９は水平に設置されてる場合が多く、凍結防止等のために器具の水抜きを行なってもフィンパイプ３８・３９中の水が完全に空気と置換することはなく、フィンパイプ３８・３９内に水が滞留している。
【００３２】
よってフィンパイプ３８・３９と同じ高さにあるＵベンド４５・４６・４７では水と空気が混ざっており、その位置でのサーミスタによる空気水の判定は難しく空気検出手段の誤動作を招き熱交換器３７の空炊きになる危険性がある。
【００３３】
傾斜部４３は傾斜があるため水はフィンパイプ下段３９に自然流吐し水と空気は完全に置換する。よってサーミスタ４４が水を検知する場合は最低限フィンパイプ下段３９には水が充満していることになる。
【００３４】
傾斜部４３にサーミスタ４４を取り付けることでフィンパイプ下段３９内の水の有無を確実に判定できるので加熱モードに入り熱交換器３７が加熱されても最も温度上昇が激しい下段側のフィン４８及びパイプ下段３９の破損を防止し速やかに即出湯体制に待機することができる。
【００３５】
（実施例３）
図６に本発明の実施例３を示す。図６（ａ）は熱交換器の正面図、図６（ｂ）は熱交換器の右側面図である。熱交換器４９は給水管５０と給湯管５１に連通している。
【００３６】
熱交換器出口５２に接続した給湯管５１はＵベンド５３を迂回するため水平後ろ方向に曲がった後垂直に立ち下げられている。この垂直部５４の最上部５５に空気噛み検出用のサーミスタ５６が取り付けられている。
【００３７】
設置初期時や凍結防止のために器具の水抜きをした後再給水した場合に熱交換器４９内に水が充満した後給湯管５１に流れ給湯管５１の下部より水が充満するので給湯管５１の垂直部５４の最上部５５が最後に空気と水の置換する位置となる。
【００３８】
この位置でサーミスタ５６による空気噛み検出を行うので熱交換器４９内はもちろん給湯管５１内の水検知をも確実に検出でき、空焚きを防止しできる。そして速やかに即出湯体制に待機することができる。
【００３９】
（実施例４）
図７に本発明の実施例４を示す。図７（ａ）は熱交換器の正面図、図７（ｂ）は熱交換器の右側面図である。
【００４０】
熱交換器５７は給水管５８と給湯管５９に連通している。熱交換器出口６０に接続した給湯管５９は上部に傾斜させた傾斜部６１を経由した後垂直に立ち下げた構成としている。この傾斜部６１に空気噛み検出用のサーミスタ６２が取り付けられている。設置初期時や凍結防止のために器具の水抜きをした後再給水した場合に熱交換器内の水が充満した後傾斜部６１にも水が充満するのでこの傾斜部６１に取り付けたサーミスタ６２で水の有無を検定することにより熱交換器内の水検知を確実に検出でき精度の高い空気噛み検出を行うことになり、空焚きを防止できる。そして速やかに即出湯体制に待機することができる。
【００４１】
（実施例５）
図８に本発明の実施例５を示す。図８（ａ）は熱交換器の正面図、図８（ｂ）は熱交換器の右側面図である。
【００４２】
熱交換器６３は給水管６４と給湯管６５に連通している。熱交換器出口６６に接続した給湯管６５は上部に傾斜させた傾斜部６７を経由した後垂直に立ち下げた構成としている。この垂直部６８の最上部６９に空気噛み検出用のサーミスタ７０が取り付けられている。設置初期時や凍結防止のために器具の水抜きをした後再給水した場合に熱交換器６６内に水が充満した後給湯管６５に流れ給湯管６５の下部より水が充満するので給湯管６５の垂直部６８の最上部６９が最後に空気と水の置換する位置となる。
【００４３】
この位置でサーミスタ７０による空気噛み検出を行うので熱交換器６３内はもちろん給湯管６５内の水検知をも確実に検出でき、空焚きを防止しできる。そして速やかに即出湯体制に待機することができる。
【００４４】
以上説明した各実施例の技術的意義をまとめれば以下の通りとなる。
【００４５】
（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、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。
【００４６】
（２）熱交換器はフィンチューブ式で多段のフィンパイプを持ち給水管より下段、上段、給湯管へと連通し上段と下段を連通するＵベンドパイプの傾斜部に空気噛み検出用のサーミスタを取り付けることにより下段のフィンチューブ内の水の有無を確実に判定できるので空焚きを防止し最も温度上昇が激しい下段側のフィン及びフィンチューブの破損を防止することができ熱交換器部分の空気噛み状態が把握でき、迅速に的確な対応がとれる。
【００４７】
（３）給湯管を熱交換器出口より垂直に立ち下げた配管構成としその垂直部の最上部にサーミスタを取り付けたことにより熱交換器内の水が充満した後給湯管に流れ給湯管の下部より水が充満するので上記給湯管の垂直部の最上部が最後に空気と水の置換する位置となり、この位置でサーミスタによる空気噛み検出を行うので熱交換器内の水検知を確実に検出でき、空焚きを防止できる。
【００４８】
（４）給湯管を熱交換器出口より上部に傾斜させた後垂直に立ち下げた配管構成としその傾斜部にサーミスタを取り付けたことにより熱交換器内の水が充満した後傾斜部にも水が充満するのでこの傾斜部で水の有無を検定することは精度の高い空気噛み検出を行うことになり熱交換器内の水検知を確実に検出でき、空焚きを防止できる。
【００４９】
（５）給湯管を熱交換器出口より上部に傾斜させた後垂直に立ち下げた配管構成としこの垂直部の最上部にサーミスタを取り付けたことにより熱交換器内の水が充満した後傾斜部にも水が充満し給湯管に流れ給湯管の下部より水が充満するので上記給湯管の垂直部の最上部が最後に空気と水の置換する位置となるので熱交換器内の水検知を確実に検出でき、空焚きを防止できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明の給湯装置によれば、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、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１における給湯装置の構成図
【図２】  同給湯装置に用いた空気検出器の切り欠き断面図
【図３】  同給湯装置の要部動作のフローチャート
【図４】  同給湯装置の要部動作の特性図
【図５】  （ａ）本発明の実施例２における給湯装置の熱交換器の左側面図
（ｂ）同熱交換器の正面図
（ｃ）同熱交換器の右側面図
【図６】  （ａ）本発明の実施例３における給湯装置の熱交換器の正面図
（ｂ）同熱交換器の右側面図
【図７】  （ａ）本発明の実施例４における給湯装置の熱交換器の正面図
（ｂ）同熱交換器の右側面図
【図８】  （ａ）本発明の実施例５における給湯装置の熱交換器の正面図
（ｂ）同熱交換器の右側面図
【図９】  従来の給湯装置の概略構成図
【符号の説明】
１０、３７、４９、５７、６３  熱交換器
１１、４１、５０、５８、６４  給水管
１２、４２、５１、５９、６５  給湯管
１３  水量検出器（流動検出手段）
１５  空気検出器（空気検出手段）
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（加熱調節手段）
３１、４４、５６、６２、７０  サーミスタ
３８  上段フィンパイプ
３９  下段フィンパイプ
４０  Ｕベンドパイプ
４３  傾斜部（Ｕベンドパイプ）
５４、６８  垂直部
５５、６９  最上部
６１、６７  傾斜部
【図１】
0003787940.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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