(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナーによって加熱される熱交換器に水を通過させることによって、水を加熱して給湯を行う給湯器において、
前記バーナーにガスを供給するガス供給路を開閉する弁と、
前記弁を駆動するトランジスタ回路と、
前記熱交換器内の水温を検知する温度検知手段と、
前記バーナーの燃焼を制御する制御手段と、
該制御手段が、前記熱交換器に水が流れていないときに前記弁を開けて、前記バーナーを燃焼させるとき、前記温度検知手段が検知する温度が所定温度を超えると、前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御する第一の遮断回路と、
前記熱交換器内に所定流量以上の水が流れると流水を検知する流水検知手段と、
該流水検知手段が流水を検知しないとき、前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御し、前記流水検知手段が流水を検知すると前記弁を開けるように前記トランジスタ回路を制御する第二の遮断回路とを備え、
前記制御手段は、前記流水検知手段によって流水が検知されないときに前記弁を開けて、前記バーナーを燃焼させるとき、同時に前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御する前記第二の遮断回路の動作を禁止する制御を行い、
前記第一の遮断回路は、前記温度検知手段が検知する温度が所定温度を超えている間、前記弁を開けるように前記トランジスタ回路を制御する前記第二の遮断回路の動作を禁止することを特徴とする給湯器。
【請求項２】
請求項１において、
前記第一の遮断回路は、前記温度検知手段が検知する温度が所定温度を超えると、前記弁を強制的に遮断させる信号を出力し、
前記トランジスタ回路は当該信号に基づいて前記弁を遮断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、燃焼安全機能を有する給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、給湯栓が開けられて給湯要求が出されると、バーナーの燃焼が開始し、熱交換器が加熱される。このとき、例えば熱交換器が給水温度付近まで冷えている場合、設定温度の給湯が行われるのにしばらく時間を要し、給湯使用者に不便を与える。
【０００３】
そこで、例えば特開平７−１６７４９３号公報に開示される給湯器のように、給湯が行われていないときに、最低限の燃焼を間欠的に行い、熱交換器内の水を所定の高温に保つ燃焼制御（以下、ちょい点火制御という）が行われ、給湯要求が出されたときは、短時間で設定温度の給湯を可能にする給湯器が提案されている。
【０００４】
ところで、給湯要求に基づいてガスがバーナーに供給されるとき、ガスは、バーナーに接続されたガス供給管を通り、そして、そこに設けられたガス電磁弁及びガス比例弁を介してバーナーに供給される。その場合において、熱交換器内に水が流れていないときに熱交換器の空だき及び過度の加熱を防止するため、給湯器は、熱交換器内の流水の有無を検知して、十分な流水が検知されない場合にガス電磁弁を強制的に遮断する安全回路を備えている。この安全回路は、流量センサによって検知される熱交換器に流れ込む流量が所定流量以下になると作動する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ちょい点火制御は、給湯が行われていないとき、即ち熱交換器内に水が流れていないときに行われる制御であるので、ちょい点火制御時は、上記流水の有無に基づいた安全回路の動作を禁止する必要がある。
【０００６】
従って、ちょい点火制御が行われる場合において、上記熱交換器の空だき及び過度の加熱を防止するための安全動作が作動する別の安全回路を設ける必要がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ちょい点火制御が行われるときに、ガス電磁弁を遮断することができる安全回路を備えた給湯器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第一の構成は、バーナーによって加熱される熱交換器に水を通過させることによって、水を加熱して給湯を行う給湯器において、前記バーナーにガスを供給するガス供給路を開閉する弁と、前記弁を駆動するトランジスタ回路と、前記熱交換器内の水温を検知する温度検知手段と、
前記バーナーの燃焼を制御する制御手段と、該制御手段が、前記熱交換器に水が流れていないときに前記弁を開けて、前記バーナーを燃焼させるとき、前記温度検知手段が検知する温度が所定温度を超えると、前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御する第一の遮断回路と、前記熱交換器内に所定流量以上の水が流れると流水を検知する流水検知手段と、該流水検知手段が流水を検知しないとき、前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御し、前記流水検知手段が流水を検知すると前記弁を開けるように前記トランジスタ回路を制御する第二の遮断回路とを備え、前記制御手段は、前記流水検知手段によって流水が検知されないときに前記弁を開けて、前記バーナーを燃焼させるとき、同時に前記弁を強制的に遮断するように前記トランジスタ回路を制御する前記第二の遮断回路の動作を禁止する制御を行い、前記第一の遮断回路は、前記温度検知手段が検知する温度が所定温度を超えている間、前記弁を開けるように前記トランジスタ回路を制御する前記第二の遮断回路の動作を禁止することを特徴とする給湯器である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がこの実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態における給湯器１の構成図である。図１によれば、給湯器１には、水を熱交換器２に供給する給水管３が、熱交換器２の入口側に接続されている。熱交換器２に供給された水はその中で熱交換を行い、熱交換器２の出口側に接続された給湯管５を通って出湯する。また、熱交換器２は、バーナー４によって加熱され、バーナー４には、ガス供給管６から燃料ガスが供給される。ガス供給管６には、このガス供給管６の開閉を行うガス電磁弁７とガス供給量を調節するガス比例弁８が設けられている。また、ガス供給管６には、主弁としてのガス電磁弁７に加えて、別のガス電磁弁（図示せず）が副弁として設けられてもよい。従って、以下、本実施の形態においては、ガス電磁弁７を主弁７と称する。
【００１３】
また、給水管３には、給水量を検出する流量センサ９と給水温度Ｔinを検出する給水温度センサ１０が設けられ、給湯管５には、給湯温度Ｔout を検出する給湯温度センサ１１が設けられている。さらに、熱交換器２には、その中の水温（以下、熱交内水温という）Ｔz1を測定する熱交換器温度センサ１２が設けられている。
【００１４】
そして、これら各種センサからの検知信号は制御部１３に入力される。制御部１３は、例えばマイクロコンピュータで構成される。図２は、制御部１３に設けられたマイクロコンピュータ５０のブロック構成図である。マイクロコンピュータ５０内では、ＣＰＵ５２、ＲＡＭ５３及びＲＯＭ５４がバス５５を介して接続されている。ＲＯＭ５４には、燃焼制御プログラムデータが格納され、その中から必要なデータがＲＡＭ５３に読み出される。そして、流量センサ９、給水温度センサ１０、給湯温度センサ１１、熱交換器温度センサ１２などの各種センサからの検知信号がインターフェース５１を介して入力されると、ＣＰＵ５２は燃焼制御プログラムに基づいた駆動信号を出力し、主弁７及びガス比例弁８などの各種アクチュエータを制御する。
【００１５】
図３は、このような給湯器１において、ちょい点火制御が行われたときの、主弁７及び熱交内水温Ｔz1のタイミングチャートである。図３に示すように、ちょい点火制御においては、主弁７の開閉即ち燃焼が間欠的に行われ、熱交内水温Ｔz1が、最低温度Ｔmin と最高温度Ｔmax の温度範囲Ｌ内に維持される。具体的には、熱交内水温Ｔz1が、最高温度Ｔmax より低い主弁閉温度ＴOFF に達すると、マイクロコンピュータ５０の制御によって、主弁７が閉じられ、燃焼が停止する。従って、熱交内水温Ｔz1は徐々に低下する。そして、熱交内水温Ｔz1が最低温度Ｔmin より高い主弁開温度ＴONに達すると、マイクロコンピュータ５０の制御によって再度主弁７が開けられ、燃焼が開始される。このように、マイクロコンピュータ５０によるちょい点火制御時は、主弁７の開閉が繰り返され、熱交内水温Ｔz1は温度範囲Ｌ内の高温に保たれる。
【００１６】
そして、このちょい点火制御は、上述のように熱交換器２内に水が流れていないときに行われるので、後に詳述する流量センサ９が検知する流水の有無に基づいた主弁遮断回路である安全回路が動作しない。従って、ちょい点火制御において主弁７が開けられているとき、何らかの原因によりマイクロコンピュータ５０が故障し、制御不能状態になると、マイクロコンピュータ５０の制御によって、主弁７を閉じることができない。そうすると、熱交内水温Ｔz1は、図３に示すように、上昇し続け、熱交換器２は過度に加熱され、危険である。
【００１７】
そこで、本発明の実施の形態においては、以下に説明するように、ちょい点火制御時にマイクロコンピュータ５０の制御とは独立に動作する安全回路である主弁遮断回路が提供される。
【００１８】
図４は、本発明の第一の実施の形態における主弁遮断回路の例である。図４において、点線部Ａは、上記流量センサ９が検知する流水の有無に基づいた第一の主弁遮断回路６１である。そして、点線部Ｂは、熱交換器温度センサ１２が検知する熱交内水温Ｔz1の温度に基づいた第二の主弁遮断回路６２である。
【００１９】
まず、第一の主弁遮断回路６１の動作について、図５のタイミングチャート参照しながら説明する。第一の主弁遮断回路６１は、差動アンプであるコンパレータ６１１を有し、そのプラス端子には、電源電圧Ｖccを抵抗分割して所定の基準電圧Ｖref1が供給されている。また、流量センサ９によって流水パルスとして入力される検知信号は、パルスレベル変換器６１２によって、そのパルス周期が所定の電圧に変換され、コンパレータ６１１のマイナス端子に入力電圧Ｖinとして入力される。そして、通常の給湯燃焼制御において、図５の時刻ｔ１で流量センサ９が所定流量以上の流水を検知しＯＮ状態になると（図５（ａ）参照）、入力電圧Ｖinは基準電圧Ｖref1より大きくなり、コンパレータ６１１からの出力電圧Ｖout はＬレベルの電圧となる。即ち、ノードｎ１のレベルはＬレベルになり（図５（ｂ）参照）、トランジスタＴｒ２は非導通にされる（図５（ｃ）参照）。従って、時刻ｔ１にマイクロコンピュータ５０から出力されるＨレベルの主弁駆動信号Ｓ１は、ノードｎ２でＨレベルのままトランジスタＴｒ１のベース端子に入力される（図５（ｄ）参照）。それによって、トランジスタＴｒ１は導通され（図５（ｅ）参照）、主弁７に駆動電流が供給されて開けられる（図５（ｆ）参照）。
【００２０】
反対に、流量センサ９が所定流量以上の流水を検知しないと、入力電圧Ｖinは基準電圧Ｖref1より小さい。従って、図５の時刻ｔ２において、流量センサ９の検知する流量が所定流量未満となり、流量センサ９がＯＦＦ状態になると（図５（ａ）参照）、コンパレータ６１１からの出力電圧Ｖout はＨレベルの電圧となる。即ち、ノードｎ１のレベルはＨレベルとなり（図５（ｂ）参照）、トランジスタＴｒ２は導通される（図５（ｃ）参照）。そうすると、マイクロコンピュータ５０からの主弁駆動信号Ｓ１が時刻ｔ２においてＨレベルのままであっても、主弁駆動信号Ｓ１はノードｎ２で強制的にＬレベルにされる（図５（ｄ）参照）。従って、トランジスタＴｒ１は非導通となり（図５（ｅ）参照）、主弁７は閉じられる（図５（ｆ）参照）。
【００２１】
一方、ちょい点火制御においては、流量センサ９が所定流量以上の流水を検知しない場合に、主弁７を開ける必要があるので、この第一の主弁遮断回路６１の動作を禁止する必要がある。
【００２２】
そこで、第一の主弁遮断回路６１のノードｎ１には、この第一の主弁遮断回路６１の動作をオン／オフするためのトランジスタＴｒ３が接続されている。トランジスタＴｒ３の動作を説明する。トランジスタＴｒ３のベース端子には、マイクロコンピュータ５０から出力されるちょい点火信号Ｓ２が与えられる。
【００２３】
そして、ちょい点火制御時には、Ｈレベルのちょい点火信号Ｓ２がトランジスタＴｒ３に供給され、トランジスタＴｒ３は導通される。そうすると、ノードｎ１は入力電圧Ｖinの値にかかわらず、Ｌレベルとなる。従って、トランジスタＴｒ２も常に非導通となり、Ｈレベルの主弁駆動信号Ｓ１がトランジスタＴｒ１に供給されると、流水がないときでもトランジスタＴｒ１が導通し、主弁７は開けられる。
【００２４】
従って、ちょい点火制御が行われるとき、マイクロコンピュータ５０からは、主弁７の駆動トランジスタＴｒ１にＨレベルの主弁駆動信号Ｓ１が出力されるとと同時に、Ｈレベルのちょい点火信号Ｓ２がトランジスタＴｒ３のベース端子に供給される。これによって、流量センサ９が流水を検知しない場合であっても、主弁７が開けられ、ちょい点火制御が可能となる。
【００２５】
しかしながら、第一の主弁遮断回路６１の動作を非活性にしてしまうと、ちょい点火制御中に、マイクロコンピュータ５０が制御不能状態になったとき主弁７を遮断することができない。そこで、本発明の実施の形態の主弁遮断回路は、上記第一の主弁遮断回路６１に加えて、以下に説明する第二の主弁遮断回路６２を備えている。
【００２６】
第二の主弁遮断回路６２は、差動アンプであるコンパレータ６２１を有し、そのプラス端子には、基準電圧Ｖref2が供給されている。また、熱交換器温度センサ１２は抵抗などによって構成され、抵抗の温度が高くなるとその抵抗値が低くなる特性を有している。従って、熱交内水温Ｔz1が高くなると、コンパレータ６２１のマイナス端子に入力される入力電圧Ｖinは、基準電圧Ｖref2に対して低くなり、熱交内水温Ｔz1が低くなると入力電圧Ｖinは、基準電圧Ｖref2に対して高くなる。
【００２７】
図６は、第二の主弁遮断回路６２の動作を説明するためのタイミングチャートである。図６（ａ）は、図３の点線部Ｃの拡大図であって、マイクロコンピュータ５０は制御不能状態である。従って、熱交内水温Ｔz1が主弁閉温度ＴOFF に達する時刻ｔ１においても主弁７は閉じられない。
【００２８】
そして、熱交内水温Ｔz1がさらに上昇し、温度範囲Ｌにおける最高温度Ｔmaxより高い所定温度Ｔk に達する時刻ｔ２まで、主弁７は開状態である（図６（ｅ）参照）。そこで、時刻ｔ１から時刻ｔ２における第二の主弁遮断回路６２の動作について説明する。熱交内水温Ｔz1が所定温度Ｔk 以下であるときは、入力電圧Ｖinは基準電圧Ｖref2より高く、コンパレータ６２１からの出力電圧Ｖout はＬレベルの電圧となる。即ち、ノードｎ３のレベルはＬレベルであり（図６（ｂ）参照）、トランジスタＴｒ２は非導通状態である（図６（ｃ）参照）。従って、マイクロコンピュータ５０から主弁７の駆動トランジスタＴｒ１へのＨレベルの主弁駆動信号Ｓ１は、ノードｎ２でＨレベルのままトランジスタＴｒ１のベース端子に入力される（図６（ｄ）参照）。従って、トランジスタＴｒ１は導通状態のままであり（図６（ｅ）参照）、主弁７は開状態である（図６（ｆ））参照）。
【００２９】
そして、図６（ａ）の時刻ｔ２において、熱交内水温Ｔz1が所定温度Ｔk を超えると、入力電圧Ｖinは基準電圧Ｖref2より小さくなり、コンパレータ６２１からの出力電圧Ｖout はＨレベルの電圧となる。即ち、ノードｎ３のレベルはＨレベルとなり（図６（ｂ）参照）、トランジスタＴｒ２はＯＮされる（図６（ｃ）参照）。そうすると、マイクロコンピュータ５０からの主弁駆動信号Ｓ１が時刻ｔ１においてＨレベルのままであっても、ノードｎ２で強制的にＬレベルにされる（図６R>６（ｄ）参照）。従って、主弁７の駆動トランジスタＴｒ１は非導通となり（図６（ｅ）参照）、主弁７は遮断される（図６（ｆ）参照）。
【００３０】
従って、マイクロコンピュータ５０の故障によって、主弁駆動信号Ｓ１がＨレベルのまま、即ち主弁７が開いたままの状態になり、熱交換器２が加熱され続けた場合であっても、熱交内水温Ｔz1が上記所定の温度範囲Ｌの最高温度Ｔmax より高い所定温度Ｔk に達すると、主弁７は強制的に遮断される。また、所定温度Ｔk は温度範囲Ｌにおける最高温度Ｔmax と同じ温度であってもよい。
【００３１】
このように、本実施の形態の給湯器１に備えられた主弁遮断回路は、流水がないときに主弁７が開けられ、燃焼が行われた場合であっても、熱交換器温度センサ１２が検知する熱交内水温Ｔz1に基づいて上記第二の主弁遮断回路６２が動作する。従って、上記第一の主弁遮断回路６１が動作しない場合であっても、給湯器１の安全性が担保される。
【００３２】
図７は、本発明の第二の実施の形態における主弁遮断回路の例である。図７における点線部は、上記第一の実施の実施の形態における第一の主弁遮断回路６１と同様であり、その説明は省略する。そして、本第二の実施の形態においては、第一の主弁遮断回路６１のトランジスタＴｒ３に加えられるちょい点火信号Ｓ２のレベルをタイマー６３で監視する。
【００３３】
タイマー６３では、所定時間ｔが設定される。そして、タイマー６３は、Ｈレベルのちょい点火信号Ｓ２が入力されてから所定時間ｔが経過すると、そのちょい点火信号Ｓ２を強制的にＬレベルにする。ちょい点火信号Ｓ２がＬレベルになると、トランジスタＴｒ３がＯＦＦ状態になり、第一の主弁遮断回路６１が動作する。従って、ちょい点火制御時は流水がないので、上述の第一の主弁遮断回路６１による動作に基づいて主弁７は遮断される。
【００３４】
図８は、タイマー６３によって監視されるちょい点火信号Ｓ２のタイミングチャートである。図８（ａ）及び（ｂ）は、マイクロコンピュータ５０によって正常なちょい点火制御が行われているときの、それぞれタイマー６３に入力するちょい点火信号Ｓ２、及びタイマー６３から出力するちょい点火信号Ｓ２のタイミングチャートである。
【００３５】
図８（ａ）において、主弁７を開けるため、時刻ｔ１にマイクロコンピュータ５０からＨレベルのちょい点火信号Ｓ２がタイマー６３に入力される。そして、図８（ｂ）に示すように、ちょい点火信号Ｓ２は、Ｈレベルのままタイマー６３から出力されるとともに、タイマー６３は、所定時間ｔの計測を開始する。その後、正常状態の制御に従って、図８（ａ）において、主弁７を閉じるために、時刻ｔ２でタイマー６３に入力されるちょい点火信号Ｓ２がＬレベルに落とされる。このとき、所定時間ｔは、マイクロコンピュータ５０によって正常にちょい点火制御が行われているときの時刻ｔ１と時刻ｔ２間の時間（ｔ２−ｔ１）より長く設定されている。従って、タイマー６３が計測している所定時間ｔ経過前に時刻ｔ２に達し、タイマー６３から出力されるちょい点火信号Ｓ２も時刻ｔ２でＬレベルになる。従って、主弁７が閉じられる。このように、マイクロコンピュータ５０が正常にちょい点火制御を行う場合は、マイクロコンピュータ５０の制御通りにちょい点火信号Ｓ２がタイマー６３から出力される。
【００３６】
一方、図８（ｃ）及び（ｄ）は、マイクロコンピュータ５０が制御不能状態になったときの、それぞれタイマー６３に入力するちょい点火信号Ｓ２、及びタイマー６３から出力するちょい点火信号Ｓ２のタイミングチャートである。図８（ｃ）に示すように、時刻ｔ１でちょい点火信号Ｓ２がＨレベルにされた後、マイクロコンピュータ５０が故障し制御不能状態になると、タイマー６３に入力されるちょい点火信号Ｓ２はＨレベルのままの状態になる。しかし、図８（ｄ）に示すように、タイマー６３から出力されるちょい点火信号Ｓ２は、時刻ｔ１から所定時間ｔ経過した時刻ｔ３において、強制的にＬレベルに落ちる。従って、主弁７が閉じられる。
【００３７】
このように、主弁７が開けられてから所定時間ｔが経過すると、マイクロコンピュータ５０が故障した場合であっても、タイマー６３の動作によって、強制的に主弁７が遮断される。従って、熱交換器２の過度の加熱が防止され、給湯器１の安全性が担保される。
【００３８】
上述の本発明の実施の形態が適用される給湯器は、図１に示された給湯単能器に限られず、浴槽へ湯を加熱する追い焚き機能付き給湯器、さらに、給湯路と風呂追い焚き路が共通の熱交換器を通過する一缶二水路式燃焼装置であってもよい。
【００３９】
また、上述の実施の形態においては、ちょい点火制御によって、熱交換器内の水温Ｔz1は設定温度付近に保温されるが、設定温度付近より高い温度に保温されてもよい。その場合、給湯器１は、水量調節弁が設けられたバイパス路（図１に図示せず）を備え、バイパス路からの水とのミキシング制御によって設定温度の給湯が行われる。
【００４０】
また、図４の主弁遮断回路６２において、コンパレータ６２１の出力端子とプラス端子に適当な抵抗を入れ（図４の点線Ｒ）、ヒステリシスを作ることによって、主弁遮断回路６２の遮断動作温度と遮断からの復帰温度に差が生じる。従って、熱交内水温Ｔz1が遮断動作温度（上記所定温度Ｔk ）付近で揺れた場合に、主弁遮断回路６２のチャタリングを防止することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、制御手段であるマイクロコンピュータによる制御とは独立に、熱交換器内の水温に基づいてガス電磁弁を強制的に遮断することができる主弁遮断回路を備えた給湯器が提供される。この主弁遮断回路によって、熱交換器内に水が流れていない状態でガス電磁弁が開けられ、燃焼が行われるときに、マイクロコンピュータの制御によってガス電磁弁を閉じることができない場合であっても、熱交換器内水温が所定温度以上の高温になると、ガス電磁弁が強制的に遮断される。従って、熱交換器の過度の加熱が防止され、給湯器の安全性が担保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における給湯器の構成図である。
【図２】制御部１３内に設けられたマイクロコンピュータ５０のブロック構成図である。
【図３】ちょい点火制御が行われたときの、主弁７及び熱交内水温Ｔz1のタイミングチャートである。
【図４】本発明の第一の実施の形態における主弁遮断回路の例である。
【図５】第一の主弁遮断回路の動作のタイミングチャートである。
【図６】第二の主弁遮断回路の動作のタイミングチャートである。
【図７】本発明の第二の実施の形態における主弁遮断回路の例である。
【図８】タイマー６３によって監視されるちょい点火信号Ｓ２のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  給湯器
２  熱交換器
４  バーナー
６  ガス供給路
７  ガス電磁弁
９  流量センサ
１２  熱交換器温度センサ
５０  マイクロコンピュータ
６１  第一の主弁遮断回路
６２  第二の主弁遮断回路
６３  タイマー
【図１】
0003859834.tif 000002
【図２】
0003859834.tif 000003
【図３】
0003859834.tif 000004
【図４】
0003859834.tif 000005
【図５】
0003859834.tif 000006
【図６】
0003859834.tif 000007
【図７】
0003859834.tif 000008
【図８】
0003859834.tif 000009