JP2005321153A

JP2005321153A - １ファン式複合熱源機

Info

Publication number: JP2005321153A
Application number: JP2004139724A
Authority: JP
Inventors: Hideo Okamoto; 英男岡本
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2024-05-10
Also published as: CN100516703C; KR100598548B1; KR20060046007A; CN1696582A; JP4050722B2

Abstract

【課題】給湯用の第１熱交換器と給湯以外の用途(例えば暖房用)の第２熱交換器とを備え、第１熱交換器用の第１バーナを収納した第１燃焼室と第２熱交換器用の第２バーナを収納した第２燃焼室とに単一のファンから燃焼用空気を供給する１ファン式複合熱源機において、第２熱交換器側の単独運転時(暖房単独運転時)に第１熱交換器がファンからの空気で過度に冷却されることを防止する。
【解決手段】暖房単独運転時は、給湯運転を停止してからの経過時間ＴＭが所定時間ＴＭ１以上になり、且つ、第１熱交換器の湯温センサの検出温度ＴＨが所定温度ＴＨ１以下になったときに、第１バーナを燃焼させる。また、ＴＭが第２の所定時間ＴＭ２(＞ＴＭ１)以上になったときは、ＴＨが第２の所定温度ＴＨ２(＜ＴＨ１)以下になったときに第１バーナを燃焼させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、第１と第２の２つの燃焼室と、第１燃焼室に収納した第１バーナで加熱される給湯用の第１熱交換器と、第２燃焼室に収納した第２バーナで加熱される暖房用や風呂追い焚き用といった給湯以外の用途の第２熱交換器とを備え、第１と第２の両燃焼室に単一の燃焼ファンから燃焼用空気を供給するようにした１ファン式複合熱源機に関する。

この種の１ファン式複合熱源機では、燃焼ファンの作動で第１と第２の両燃焼室に燃焼用空気が供給される。第１熱交換器側の運転で給湯を行うと、給湯の停止で第１熱交換器側の運転が停止された後も第１熱交換器内は湯で満たされた状態になるが、この状態で第２熱交換器側の運転を行うと、第１熱交換器には第１燃焼室に供給される空気のみが流れ、第１熱交換器内の湯が冷されてしまう。その結果、再給湯時に、第１熱交換器内で冷された冷水が出湯栓から流れ出て出湯温度が一時的に低下するという、所謂冷水サンドイッチ現象が発生する。また、気温が低いと、第２熱交換器側の単独運転中に第１熱交換器内の水が凍結することもある。

従来、かかる不具合を解消するため、燃焼ファンに吸い込まれる空気を第２熱交換器側の排熱により加熱する給気加熱手段を設けた１ファン式複合熱源機が知られている(例えば、特許文献１参照)。これによれば、第２熱交換器側の単独運転時に、給気加熱手段で加熱された空気が燃焼ファンから供給されるため、第１熱交換器の冷却が抑制される。

然し、このものでは、給気加熱手段を設ける関係で構造が複雑になって高価になる。また、第１熱交換器側及び第２熱交換器側の同時運転時(給気加熱手段による空気の加熱が行われる)と第１熱交換器側の単独運転時(給気加熱手段による空気の加熱が行われない)とでは、第１燃焼室に供給される空気温度に差を生じ、この温度差による空気の密度差に起因して燃焼空気の実供給量に差を生ずるため、燃焼性に悪影響が及び、更に、第１熱交換器側及び第２熱交換器側の同時運転時は、第２バーナの燃焼量の変化により空気温度が変化して、給湯温度が不安定になる、といった不具合を生ずる。
特開平６−２０１１９０号公報(段落００１４、図１)

本発明は、以上の点に鑑み、第２熱交換器側の単独運転時における第１熱交換器の冷却による冷水サンドイッチ現象や第１熱交換器内の水の凍結を上記の不具合を生ずることなく防止できるようにした構造簡単で安価な１ファン式複合熱源機を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、第１と第２の２つの燃焼室と、第１燃焼室に収納した第１バーナで加熱される給湯用の第１熱交換器と、第２燃焼室に収納した第２バーナで加熱される給湯以外の用途の第２熱交換器とを備え、第１と第２の両燃焼室に単一の燃焼ファンから燃焼用空気を供給するようにした１ファン式複合熱源機において、第２熱交換器側の単独運転時における第１バーナの作動を制御する制御手段を備え、この制御手段は、第１熱交換器側の運転停止後の所定時期に第１バーナを燃焼させるように構成され、所定時期を決定するパラメータとして第１熱交換器の湯温を検出する湯温センサの検出温度が含まれていることを特徴とする。

本発明によれば、上記所定時期を、例えば、湯温センサの検出温度が所定温度以下になったときにしておくことにより、第２熱交換器側の単独運転時に、第１熱交換器の湯温が所定温度に保たれるよう第１バーナを燃焼させることができる。そのため、第２熱交換器側の単独運転時における第１熱交換器の冷却による冷水サンドイッチ現象の発生や第１熱交換器内の水の凍結を防止できる。そして、本発明では、従来例の給気加熱手段のようなハード手段が不要であり、構造が簡単になって、コストダウンを図れる。また、第２熱交換器側の排熱で空気を加熱するものではないため、第１熱交換器側及び第２熱交換器側の同時運転時と第１熱交換器側の単独運転時とで燃焼空気の実供給量に差を生じて、燃焼性に悪影響が及ぶといった不具合や、同時運転時に第２バーナの燃焼量の変化で給湯温度が変動するといった不具合も生じない。

ところで、湯温センサが狂っていた場合、第１熱交換器の湯温が実際には高いのに低いと誤検知する可能性があり、この状態で第１バーナが燃焼されると、第１熱交換器の過熱(沸騰)を生ずるおそれがある。ここで、上記所定時期を、第１熱交換器側の運転停止からからの経過時間が所定時間以上になったという時間条件と、湯温センサの検出温度が所定温度以下になったという温度条件とが共に満足されたときにしておけば、第１熱交換器側の運転停止からある程度時間が経って第１熱交換器の湯温が低下するまでは、湯温センサの狂いで湯温が所定温度以下であると誤検知しても、第１バーナは燃焼されず、第１熱交換器の過熱が防止される。

また、第１熱交換器側の運転を停止すると、第１熱交換器の下流側の出湯管に残留する湯が自然放熱で次第に冷え、第１熱交換器側の運転停止からの経過時間が長くなると、出湯管に残留する湯は冷え切って冷水になる。この状態では、再給湯時に出湯管の冷水により冷水サンドイッチ現象が発生してしまうため、第１熱交換器内の湯を適温に保温しても無駄になる。

この場合、上記所定時間よりも長い第２の所定時間と、上記所定温度よりも低い第２の所定温度とを定め、第１熱交換器側の運転停止からの経過時間が第２の所定時間以上になったときは、湯温センサの検出温度が第２の所定温度以下になったときにのみ第１バーナを燃焼させるようにすれば、出湯管に残留する湯が冷え切った後は、第１熱交換器内の湯を適温(所定温度)に保温するのではなく、第１熱交換器内の水温が凍結防止に必要な温度(第２の所定温度)以下にならないように、第１バーナを燃焼させることができる。これにより、エネルギー消費を必要最小限に抑えることができる。

また、第１バーナの燃焼は第１熱交換器の湯温が燃焼停止のために設定した燃焼停止温度(例えば、上記所定温度より所定のヒステリシス分だけ高い温度)に上昇したところで停止すれば良いが、第１熱交換器の湯温が燃焼停止温度に上昇しても、湯温センサの狂いで湯温が低いままと誤検知し、第１バーナの燃焼が継続されて第１熱交換器の過熱を生ずる可能性がある。この場合、湯温センサの検出温度が燃焼停止温度以上になったときに第１バーナの燃焼を停止すると共に、湯温センサの検出温度が燃焼停止温度以上にならなくても、第１バーナの燃焼開始から所定の一定時間経過したときに第１バーナの燃焼を停止するように構成されていれば、誤検知による第１熱交換器の過熱を防止できる。

尚、後記する実施形態において、上記制御手段に相当するのは図２に示す制御プログラムであり、上記所定温度はＴＨ１、上記第２の所定温度はＴＨ２、上記所定時間はＴＭ１、上記第２の所定時間はＴＭ２、上記燃焼停止温度はＴＨｅ１，ＴＨｅ２、上記所定の一定時間はＴＭｅ１，ＴＭｅ２である。

図１は給湯と暖房とを行う複合熱源機を示している。この熱源機は、第１燃焼室１と第２燃焼室２とを備えており、第１燃焼室１に収納した第１バーナ３によりその上方に配置した給湯用の第１熱交換器４を加熱し、第２燃焼室２に収納した第２バーナ５によりその上方に配置した暖房用の第２熱交換器６を加熱するように構成されている。第１と第２の両燃焼室１，２には、単一の燃焼ファン７から燃焼用空気が供給される。かくして、１ファン式の複合熱源機が構成される。

第１熱交換器４には、上流側の給水管４ａと下流側の出湯管４ｂとが接続され、出湯管４ｂの下流端の出湯栓(図示せず)を開いて第１熱交換器４に通水したとき、第１バーナ３に点火されて、リモコン等で設定される設定温度の湯が出湯栓から出湯される。尚、本実施形態では、給水管４ａと出湯管４ｂとを接続するバイパス管４ｃを設け、バイパスミキシング方式で出湯温度を調節するようにしている。第２熱交換器６は、往き管６ａと戻り管６ｂとを介して床暖房等の暖房回路（図示せず）に接続されており、暖房回路に第２熱交換器６を介して湯水を循環させて、暖房を行う。

第１と第２の各バーナ３，５には、夫々、電磁開閉弁３１，５１と電磁比例弁３２，５２とを介してガスが供給され、電磁開閉弁３１，５１によりバーナ３，５の燃焼開始とその停止とが行われ、電磁比例弁３２，５２によりバーナ３，５の燃焼量が調節される。これら電磁開閉弁３１，５１、電磁比例弁３２，５２および燃焼ファン７は制御手段たるコントローラ８により制御される。そして、第１熱交換器４側の運転時(給湯運転時)や第２熱交換器６側の運転時(暖房運転時)には、給湯負荷や暖房負荷に応じたバーナ３，５の燃焼量を演算し、この燃焼量に合わせて電磁比例弁３２，５２の開度を制御すると共に、この燃焼量に対応する量の燃焼用空気が供給されるように燃焼ファン７の回転数を制御する。また、コントローラ８には、第１熱交換器４の湯温を検出する湯温センサ９からの信号が入力されており、給湯運転時に、湯温センサ９の検出温度に基づく第１バーナ３の燃焼量のフィードバック制御を行う。

ところで、第２熱交換器６側のみを運転する暖房単独運転時には、燃焼ファン７からの空気が第１燃焼室１にも供給されて第１熱交換器４に流れるため、第１熱交換器４が空冷されて、第１熱交換器４内の湯が冷される。その結果、再給湯時に、第１熱交換器４内で冷された冷水が出湯栓から流れ出て出湯温度が一時的に低下するという、所謂冷水サンドイッチ現象が発生する。また、気温が低いと、暖房単独運転中に第１熱交換器４内の水が凍結することもある。

そこで、本実施形態では、暖房単独運転時における第１熱交換器４の保温を目的とした第１バーナ３の制御を行うようにしている。この制御は暖房単独運転時に実行されるもので、その詳細を図２を参照して説明する。先ず、図２に示されている各種判定基準値について説明する。ＴＭ１，ＴＭ２は、第１熱交換器４側の運転、即ち、給湯運転を停止してからの経過時間ＴＭに関する判定基準時間であり、ＴＭ１は、第１熱交換器４の湯温が給湯運転の停止後もある程度以上の温度に保たれる時間に合わせて、例えば、５分間程度に設定され、ＴＭ２は、出湯管４ｂ内の残留水の温度が給湯運転の停止後の自然放熱で人が冷たいと感じる温度まで低下するのにかかる時間に合わせて、例えば、１０分間程度に設定される。ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨｅ１，ＴＨｅ２は、湯温センサ９の検出温度ＴＨに関する判定基準温度であり、ＴＨ１は、人が温かいと感じる温度に合わせて、例えば、４０℃程度に設定され、ＴＨ２は、第１熱交換器４内の残留水の凍結を防止するのに必要な温度に合わせて、例えば、１℃程度に設定される。ＴＨｅ１，ＴＨｅ２は、燃焼停止のための判定基準温度であり、夫々、ＴＨ１，ＴＨ２より所定のヒステリシス分(例えば、３℃程度)高く設定される。ＴＭｅ１，ＴＭｅ２は、第１バーナ３の燃焼開始からの経過時間ＴＭｅに基づく燃焼停止のための判定基準時間であり、第１熱交換器４の過熱(沸騰)を生じないような時間に合わせて、例えば、５秒程度に設定される。

暖房単独運転時には、先ず、Ｓ１のステップで給湯運転を停止してからの経過時間ＴＭがＴＭ２以上になったか否かを判別し、ＴＭ＜ＴＭ２であれば、Ｓ２のステップで給湯運転を停止してからの経過時間ＴＭがＴＭ１以上になったか否かを判別する。ＴＭ≧ＴＭ１になると、Ｓ３のステップに進み、湯温センサ９の検出温度ＴＨがＴＨ１以下になったか否かを判別する。そして、Ｔ≦ＴＨ１であれば、Ｓ４のステップで第１バーナ３を燃焼させる。尚、湯温センサ９が狂っていた場合、給湯運転の停止直後で第１熱交換器４の湯温が実際には高いのに低いと誤検知する可能性があり、この状態で第１バーナ３が燃焼されると、第１熱交換器４の過熱を生ずるおそれがある。然し、本実施形態では、給湯運転の停止からＴＭ１が経過するまでは、湯温センサ９の検出温度ＴＨがＴＨ１以下になっても第１バーナ３は燃焼されず、第１熱交換器４の過熱が有効に防止される。

第１バーナ３が燃焼されると、次に、Ｓ５のステップに進み、湯温センサ９の検出温度ＴＨがＴＨｅ１以上になったか否かを判別する。そして、ＴＨ≧ＴＨｅ１になったとき、Ｓ７のステップで第１バーナ３の燃焼を停止する。また、ＴＨ＜ＴＨｅ１であれば、Ｓ６のステップで第１バーナ３の燃焼開始からの経過時間ＴＭｅがＴＭｅ１以上になったか否かを判別し、ＴＭｅ≧ＴＭｅ１になったときも、Ｓ７のステップで第１バーナ３の燃焼を停止する。従って、湯温センサ９の検出温度ＴＨがＴＨｅ１以上にならなくても、第１バーナ３の燃焼開始からの経過時間ＴＭｅがＴＭｅ１以上になれば、第１バーナ３の燃焼は停止されることになる。そのため、湯温センサ９の狂いで湯温が低いままと誤検知し、第１バーナ３の燃焼が継続されて第１熱交換器４の過熱を生ずることを確実に防止できる。

給湯運転を停止してからの経過時間ＴＭがＴＭ２以上になるまでは、以上の処理が繰り返され、第１熱交換器４の湯温はＴＨ１に近い温度に維持される。従って、再給湯時に、第１熱交換器４内で冷された冷水が出湯される冷水サンドイッチ現象の発生が防止される。

給湯運転を停止してからの経過時間ＴＭがＴＭ２以上になると、出湯管４ｂ内の残留水がかなり低温になり、この残留水による冷水サンドイッチ現象を生ずるため、第１熱交換器４の湯温をＴＨ１に維持しても無駄になる。そこで、本実施形態では、給湯運転を停止してからの経過時間ＴＭがＴＭ２以上になったときは、Ｓ８のステップで湯温センサ９の検出温度ＴＨがＴＨ２以下になったか否かを判別し、ＴＨ≦ＴＨ２になったきに、Ｓ９のステップで第１バーナ３を燃焼させるようにしている。ＴＭ２は凍結防止のために設定した温度であるため、第１バーナ３は第１熱交換器４の凍結を防止するのに必要な最小限度で燃焼されることになり、エネルギー消費を削減する上で有利である。

Ｓ９のステップで第１バーナ３が燃焼されると、次に、Ｓ１０のステップに進み、湯温センサ９の検出温度ＴＨがＴＨｅ２以上になったか否かを判別する。そして、ＴＨ≧ＴＨｅ２になったとき、Ｓ７のステップで第１バーナ３の燃焼を停止する。また、ＴＨ＜ＴＨｅ２であれば、Ｓ１１のステップで第１バーナ３の燃焼開始からの経過時間ＴＭｅがＴＭｅ２以上になったか否かを判別し、ＴＭｅ≧ＴＭｅ２になったときも、Ｓ７のステップで第１バーナ３の燃焼を停止する。従って、湯温センサ９の検出温度ＴＨがＴＨｅ２以上にならなくても、第１バーナ３の燃焼開始からの経過時間ＴＭｅがＴＭｅ２以上になれば、第１バーナ３の燃焼は停止されることになる。従って、この場合にも、湯温センサ９の狂いで湯温が低いままと誤検知し、第１バーナ３の燃焼が継続されて第１熱交換器４の過熱を生ずることを確実に防止できる。

以上、給湯用の第１熱交換器４と暖房用の第２熱交換器６とを有する１ファン式複合熱源機に本発明を適用した実施形態について説明したが、第２熱交換器６が風呂追い焚き用の熱交換器である場合や暖房兼風呂追い焚き用の熱交換器である場合にも同様に本発明を適用できる。

本発明熱源機の実施形態の構成を示す図。第２熱交換器側の単独運転時(暖房単独運転時)における第１バーナの制御を示すフロー図。

符号の説明

１…第１燃焼室、２…第２燃焼室、３…第１バーナ、４…第１熱交換器、５…第２バーナ、６…第２熱交換器、７…燃焼ファン、８…コントローラ、９…湯温センサ、ＴＨ１…所定温度、ＴＨ２…第２の所定温度、ＴＨｅ１，ＴＨｅ２…燃焼停止温度、ＴＭ１…所定時間、ＴＭ２…第２の所定時間、ＴＭｅ１，ＴＭｅ２…所定の一定時間。

Claims

第１と第２の２つの燃焼室と、第１燃焼室に収納した第１バーナで加熱される給湯用の第１熱交換器と、第２燃焼室に収納した第２バーナで加熱される給湯以外の用途の第２熱交換器とを備え、第１と第２の両燃焼室に単一の燃焼ファンから燃焼用空気を供給するようにした１ファン式複合熱源機において、
第２熱交換器側の単独運転時における第１バーナの作動を制御する制御手段を備え、この制御手段は、第１熱交換器側の運転停止後の所定時期に第１バーナを燃焼させるように構成され、所定時期を決定するパラメータとして第１熱交換器の湯温を検出する湯温センサの検出温度が含まれていることを特徴とする１ファン式複合熱源機。
前記所定時期は、前記第１熱交換器側の運転停止からからの経過時間が所定時間以上になったという時間条件と、前記湯温センサの検出温度が所定温度以下になったという温度条件とが共に満足されたときであることを特徴とする請求項１記載の１ファン式複合熱源機。
前記所定時間よりも長い第２の所定時間と、前記所定温度よりも低い第２の所定温度とが定められ、前記制御手段は、前記第１熱交換器側の運転停止からの経過時間が第２の所定時間以上になったときは、前記湯温センサの検出温度が第２の所定温度以下になったときにのみ前記第１バーナを燃焼させるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の１ファン式複合熱源機。
前記制御手段は、前記湯温センサの検出温度が燃焼停止のために設定された燃焼停止温度以上になったときに前記第１バーナの燃焼を停止すると共に、湯温センサの検出温度が燃焼停止温度以上にならなくても、第１バーナの燃焼開始から所定の一定時間経過したときに第１バーナの燃焼を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の１ファン式複合熱源機。