(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水路から供給された水をバーナの燃焼熱により加熱して出湯路に送り出す熱交換器と、
上記熱交換器をバイパスして上記給水路と上記出湯路とを連通するバイパス路と、
設定温度を設定する温度設定手段と、
出湯温度を上記設定温度に近づけるように上記バーナの燃焼量を調節する出湯温制御手段と
を備えた給湯器において、
入水温度の変化に応じて付勢力が変化する形状記憶合金製のばね部材を有し、このばね部材によって開度が調整されるバイパス率変更手段を設けて、入水温度が高くなるにつれてバイパス率を上昇させる一方、入水温度が低くなるにつれて上記バイパス率を低下させるとともに、
上記バーナの燃焼量を補正制御する補正制御手段を設けて、上記熱交換器での湯温が、所定のドレン限界温度以上であって所定沸騰限界温度以下である温度範囲から逸脱した場合には、その範囲内に戻すように上記バーナの燃焼量を補正制御することを特徴とする給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は給湯器に関し、詳しくはバイパスミキシング方式の給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、熱交換器をバイパスするバイパス路を備えた給湯器が知られている。このような給湯器では、バイパス路に電磁弁や水モータ等バイパス流量を変化させるためのアクチュエータを備え、コントローラにより設定温度に応じてアクチュエータを駆動制御してバイパス率を変化させることで、熱交換器での湯の温度をドレンの発生や沸騰を起こさせない範囲に調整していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにコントローラによりアクチュエータを駆動制御しようとすると構造が複雑となり、またこれらの開閉制御や駆動制御を行なう制御回路を別途設ける必要が生じるため、器具全体のコストアップに繋がってしまうといった問題があった。そこで、出湯路に湯温の変化に応じて動作する熱応動部材を設け、その動作により直接バイパス率を変化させる構成が考えられるが、設定温度の変更時や間欠使用時（出湯停止して間もなく再出湯した状態）等には過剰に動作してしまい、出湯温度がハンチングして不安定となってしまう。
本発明の給湯器は上記課題を解決し、安定した出湯性能を損なうことなくドレン及び沸騰を防止する給湯器を低コストで実現することを目的とする。
【０００４】
【発明の解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の給湯器は、
給水路から供給された水をバーナの燃焼熱により加熱して出湯路に送り出す熱交換器と、
上記熱交換器をバイパスして上記給水路と上記出湯路とを連通するバイパス路と、
設定温度を設定する温度設定手段と、
出湯温度を上記設定温度に近づけるように上記バーナの燃焼量を調節する出湯温制御手段と
を備えた給湯器において、
入水温度の変化に応じて付勢力が変化する形状記憶合金製のばね部材を有し、このばね部材によって開度が調整されるバイパス率変更手段を設けて、入水温度が高くなるにつれてバイパス率を上昇させる一方、入水温度が低くなるにつれて上記バイパス率を低下させるとともに、
上記バーナの燃焼量を補正制御する補正制御手段を設けて、上記熱交換器での湯温が、所定のドレン限界温度以上であって所定沸騰限界温度以下である温度範囲から逸脱した場合には、その範囲内に戻すように上記バーナの燃焼量を補正制御することを要旨とする。
【０００５】
上記構成を有する本発明の給湯器は、給水路から供給された水の一部をバイパス路に分岐し、熱交換器で加熱した湯と再び合流させて出湯する。そして、その出湯温度を設定温度に近づけるようにバーナの燃焼量を調節する。また、形状記憶合金製のばね部材を有し、このばね部材によって開度が調整されるバイパス率変更手段によりバイパス率を変化させる。そして、入水温度が高くなるほどバイパス率を上昇させ、入水温度が低くなるほどバイパス率を下降させることにより、熱交換器での湯温をドレン及び沸騰が発生しにくい温度に保つのである。このようにバイパス率を変化させるにもかかわらず、熱交換器の出口温度が所定のドレン限界温度以上であって所定の沸騰限界温度以下である温度範囲を逸脱した場合には、その範囲内に戻すようにバーナの燃焼量を補正制御することで、ドレン及び沸騰の発生を確実に防止する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の給湯器の好適な実施例について説明する。
図１は、本発明の一実施例としての給湯器の概略構成図である。この給湯器は、給水路１０と出湯路２０とが接続される熱交換器３０と、熱交換器３０を流れる水を加熱するためのバーナ４０と、熱交換器３０をバイパスするバイパス路５０と、燃焼制御を司るコントローラ６０とを備える。そして、給水路１０のバイパス路５０との分岐部Ａより上流側には、入水温度を検出する入水温センサ１１と、入水流量の最大値を制限する水ガバナ１２と、入水流量を検出する流量センサ１３とが設けられる。また、出湯路２０のバイパス路５０との合流部Ｂより上流側には、熱交換器３０出口での湯温を検出する出口温センサ２１が設けられ、バイパス路５０との合流部Ｂより下流側には、混合後の出湯温度を検出する出湯温センサ２２が設けられる。更に、バイパス路５０には流路の開度を調節するバイパス弁７０が設けられる。また、バーナ４０にガスを供給するガス供給路８０には、流路を開閉するメイン電磁弁８１，元電磁弁８２と、ガス供給量を調節する比例弁８３とが設けられる。
【０００７】
コントローラ６０は、図示しない周知の算術論理演算回路を構成するＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭと、各種センサからの信号を入力する入力インタフェースと、各種アクチュエータに駆動信号を出力する出力インタフェース等から構成される。またコントローラ６０には、設定温度の設定といった外部操作を行なうための操作スイッチ類と設定温度等を表示するための表示器とを備えたリモコン９０が接続される。
【０００８】
リモコン９０では、３８〜４６，４８，５０，５５，６０℃の温度範囲で設定温度を設定することができる。そしてコントローラ６０は、リモコン９０で設定された設定温度と入水温センサ１１の検出温度と流量センサ１３の検出流量とに基づいて出湯温度を設定温度にするために必要な熱量を演算・制御するフィードフォワード制御と、出湯温センサ２２の検出温度と設定温度との偏差に基づいてフィードフォワード制御量を補正するフィードバック制御とにより、比例弁８３の開度を調節してバーナ４０の燃焼量をコントロールするといった出湯温制御を行なう。
【０００９】
バイパス弁７０は、バイパス路５０と直列に連結される弁室７１内に設けられる弁体７２と、入水温度に応じてばね荷重が変化し弁体７２を開方向に付勢する形状記憶合金製のコイルばね（以下、ＳＭＡばねと呼ぶ）７３と、一定のばね荷重でＳＭＡばね７３の付勢力に反して弁体７２を閉方向に付勢するバイアスばね７４とからなる。このような構成により、ＳＭＡばね７３とバイアスばね７４との付勢力がつりあう位置に弁体７２が移動して開度を調節する。ＳＭＡばね７３は入水温度が高くなるとそのばね荷重が上がり、入水温度が低くなるとそのばね荷重が下がる性質をもつため、入水温度が高くなるほど開度が大きくなりバイパス率（器具への供給流量に対するバイパス流量の割合）が高くなる。
【００１０】
次に、入水温度とバイパス率との関係について、図２のグラフを用いて説明する。
尚、本実施例では、熱交換器３０でのドレン発生を防止するための限界温度であるドレン限界温度を４６℃、熱交換器３０での沸騰を防止するための限界温度である沸騰限界温度を８５℃として説明する。
【００１１】
このグラフにおいて、曲線ａは設定温度が最低温度（３８℃）での出湯時に熱交換器３０での湯温をドレン限界温度（４６℃）以上に保つことが可能なバイパス率の最低値を表わすドレン限界ラインである。また、曲線ｂは設定温度が最高温度（６０℃）での出湯時に熱交換器３０での湯温を沸騰限界温度（８５℃）以下に抑えることが可能なバイパス率の最高値を表わす沸騰限界ラインである。また、曲線ｃはバイパス弁７０が入水温度に対して変化させるバイパス率を表わす制御ラインである。本実施例では、この制御ライン（曲線ｃ）をドレン限界ライン（曲線ａ）より高くすることで設定温度に関係なく熱交換器３０での湯温をドレン限界温度（４６℃）以上に保ち、同様に沸騰限界ライン（曲線ｂ）より低くすることで設定温度に関係なく熱交換器３０での湯温を沸騰限界温度（８５℃）以下に抑える。即ち、ドレン限界ライン（曲線ａ）より高く、沸騰限界ライン（曲線ｂ）より低い範囲（以下、良好域と呼ぶ）のバイパス率に保つことで、設定温度に関係なくドレンと沸騰との両方を防止することができるのである。
【００１２】
また、本実施例では設定温度の最低温度を３８℃，最高温度を６０℃としているが、設定温度の最高温度を例えば７０℃とした場合、曲線ｄに示すようにその沸騰限界ラインは最高温度が６０℃での沸騰限界ライン（曲線ｂ）に比べ低い位置となり、ドレンと沸騰との両方を防止することができる入水温度が存在しなくなってしまう。つまり本実施例では、良好域の存在する入水温度の範囲を広くとることができるように設定温度の最高温度及び最低温度を制限しているのである。
【００１３】
このように設定温度を３８〜６０℃に制限することで良好域を存在させているが、入水温度が約２７．６℃のあたりでドレン限界ライン（曲線ａ）と沸騰限界ライン（曲線ｂ）とが交差するため、入水温度がこの交点より高い範囲では良好域が存在せず、設定温度に関係なくドレンと沸騰との両方を防止することができるバイパス率が存在しない。実際には、ＳＭＡばね７３やバイアスばね７４のばね荷重や弁体７２等のばらつきによりバイパス率の制御量に誤差が存在するため、バイパス率の制御量に前後約５％のばらつきを考慮すると、良好域が存在する入水温度範囲は２５℃以下となる。良好域が存在する入水温度範囲をより広くするためには最高温度を下げるか或いは最低温度を上げればよいが、設定温度の範囲を狭くする程使い勝手が損なわれるため、設定温度範囲はできるだけ広くすることが望ましい。そこで、出口温センサ２１の検出温度がドレン限界温度（４６℃）を下回った場合或いは沸騰限界温度（８５℃）を上回った場合には、ドレン限界温度（４６℃）以上沸騰限界温度（８５℃）以下の範囲内に保つようにバーナ４０の燃焼量を補正制御する。この補正制御を出湯温制御より優先して行なうことで、熱交換器３０での湯温をドレン及び沸騰を防止できる範囲に保つのである。
【００１４】
このような補正制御によりドレン及び沸騰を防止することができるが、燃焼量を補正した分設定温度と出湯温度との間に温度差が生じる。ここで、入水温度が３０℃の時に生じる温度差について説明する。
バイパス弁７０のばらつきによりバイパス率が４５．５％となっている時にはドレン限界ライン（曲線ａ）より低くなるため、設定温度が最低温度（３８℃）に設定された状態で出湯温度を設定温度に制御しようとすると、熱交換器３０での湯温がドレン限界温度（４６℃）を下回ってしまう。そこで、出口温センサ２１の検出温度がドレン限界温度（４６℃）を下回らないように燃焼量を補正制御するが、その際の出湯温度は、
（１−０．４５５）×４６＋０．４５５×３０＝３８．７２［℃］
となり、設定温度に比べ僅かに０．７２℃高くなるだけである。即ち、水温が３０℃以下の範囲では、設定温度を最低温度（３８℃）としても出湯温度を３８〜３８．７２℃の間に制御できるため、使い勝手を損なわない。
【００１５】
また、バイパス弁７０のばらつきによりバイパス率が５０％となっている時には沸騰限界（曲線ｂ）より高くなるため、設定温度が最高温度（６０℃）に設定された状態で出湯温度を設定温度に制御しようとすると、熱交換器３０での湯温が沸騰限界温度（８５℃）を上回ってしまう。そこで、出口温センサ２１の検出温度を沸騰限界温度（８５℃）を上回らないように燃焼量を補正制御するが、その際の出湯温度は、
（１−０．５）×８５＋０．５×３０＝５７．５［℃］
となり、設定温度に比べ２．５℃低くなる。即ち、水温が３０℃以下の範囲では、設定温度を最高温度（６０℃）としても出湯温度を５７．５〜６０℃の間に制御でき、使用者が直接湯に触れる温度ではないことから考えてこの程度の温度差はほとんど支障ない。
【００１６】
以上説明したように、本実施例の給湯器によれば、入水温度に応じてバイパス率を変化させることにより、熱交換器３０での湯温をドレン及び沸騰が発生しにくい温度に保つことができる。しかも、出口温センサ２１の検出温度がドレン限界温度（４６℃）を下回った場合或いは沸騰限界温度（８５℃）を上回った場合には、ドレン限界温度（４６℃）以上沸騰限界温度（８５℃）以下の範囲内に保つようにバーナ４０の燃焼量を補正制御するため、設定温度や入水温度に関係なくドレン及び沸騰を防止することができる。また、設定温度の最高温度を６０℃に抑えることで良好域の存在する入水温度範囲を広くし、バイパス弁７０により入水温度に対するバイパス率をその良好域に保つことで、入水温度が２５℃以下では設定温度の湯を出湯しつつドレン及び沸騰を防止することができ、また入水温度が２５℃より高いといったまれなケースにおいても、設定温度が最低温度付近或いは最高温度付近に設定されている状態で出湯温度が僅かに高くなる或いは低くなるのみであり、使い勝手が損なわれない。このように本実施例では良好域の存在する入水温度範囲を広くするため最高温度を６０℃に抑えているが、実際により高温の湯が必要となるのは高温差し湯する時くらいのものであり、安全性の面からは最高温度をある程度低くすることが望まれている。特に、最近では浴槽内の湯を循環して追い焚きする追い焚き回路を備えた給湯器が使用されていることからも、それほど高温に設定しなくても差し支えない。また、外国等では安全性の面から最高温度が５５℃に制限されている例もある。このような背景から、３８〜６０℃といった設定温度範囲は十分なものであるといえる。
【００１７】
また入水温度に応じてバイパス率を変化させる構成により、出湯温度によりバイパス率を変化させる構成に比べて出湯温度を安定させることができる。しかも、ＳＭＡばね７３を入水温度により直接動作させる構成により低コストで実現できる。
【００１８】
尚、本実施例ではバイパス弁の熱応動部材としてＳＭＡばね７３を用いたが、これに限ったものではなく、温度変化に応じて動作するものであれば適用できる。
また、本実施例では入水温度が２５℃以下の範囲では設定温度での出湯を行なってもドレン及び沸騰を防止できるようにしたが、これに限ったものではなく、例えば設定温度幅をより広く設定してもよい。
【００１９】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の給湯器によれば、入水温度の変化に応じて動作する熱応動部材によりバイパス率を変化させることで、熱交換器での湯温をドレン及び沸騰が発生しにくい温度に保つことができる。また、入水温度の変化に応じてバイパス率を変化させるため、出湯温度の変化に応じてバイパス率を変化させる構成に比べ出湯温度を安定させることができる。更に、熱応動部材を入水温度の変化により直接動作させることで別途制御する必要がなく、構造を簡単にして低コストで実現できる。しかも、熱交換器での湯温がドレン限界温度以上，沸騰限界温度以下の範囲を越えた場合には、その範囲内に戻すようにバーナの燃焼量を補正制御することで、ドレン及び沸騰の発生を確実に防止することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例としての給湯器の概略構成図である。
【図２】入水温度とバイパス率との関係を表わすグラフである。
【符号の説明】
１０…給水路、  ２０…出湯路、  ３０…熱交換器、  ４０…バーナ、
５０…バイパス路、  ６０…コントローラ、  ７０…バイパス弁、
７１…弁室、  ７２…弁体、  ７３…ＳＭＡばね、  ７４…バイアスばね、
９０…リモコン。
【図１】
0003862822.tif 000002
【図２】
0003862822.tif 000003