JP2019124366A - 高効率給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱管の材料に関わりなくスケールによる一次熱交換器の伝熱管の閉塞をより確実に検出する。
【解決手段】高効率給湯器１は、給水管８に設けられて入水温度を検出する入水温サーミスタ２３と、接続管１０に設けられて一次熱交換器５Ａと二次熱交換器５Ｂとの間の温度を検出する接続管サーミスタ２８と、出湯管９に設けられて燃焼室２からの出口温度を検出する出口温サーミスタ２５と、バーナ４の燃焼を制御するコントローラ１７と、を含み、コントローラ１７は、入水温度と熱交換器間温度と出口温度とを用いて一次熱交換器５Ａと二次熱交換器５Ｂとにおける吸熱率をそれぞれ算出し、各吸熱率の関係に基づいて、一次熱交換器５Ａの伝熱管７ａの閉塞を検出する伝熱管閉塞検出制御を実行可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に顕熱を回収する一次熱交換器と、主に潜熱を回収する二次熱交換器とを備えた高効率給湯器に関する。

給湯器には、器具内の燃焼室に、伝熱管を通過する湯水とバーナの燃焼排気とを熱交換するための一次熱交換器及び二次熱交換器とを設けて、一次熱交換器によって主に顕熱を、二次熱交換器によって主に潜熱を回収するようにした高効率型のもの（高効率給湯器）が存在している。
一方、給湯器に用いられる熱交換器では、経年使用により、伝熱管を流れる水に含まれるスケール（カルシウム等の不純物）が伝熱管内に付着して堆積すると、伝熱管が閉塞して伝熱効率が低下する。この結果、熱交換器のフィンが高温となり、伝熱管の破損に繋がるおそれが生じる。そこで、このようなスケールの付着による異常を検出するために、特許文献１には、伝熱管内又はその近傍の水温を検出する温度センサを設けて、運転停止後の後沸きによる温度上昇の大きさにより、熱交換器の異常（伝熱管の閉塞）を判定する発明が記載されている。

特開２００８−１３８９５２号公報

しかし、伝熱管にステンレス等の熱伝導率の高い材料が使用されると、高効率給湯器の一次熱交換器では後沸き温度が高くなりすぎ、後沸きによる異常判定が困難となってしまう。

そこで、本発明は、伝熱管の材料に関わりなくスケールによる一次熱交換器の伝熱管の閉塞をより確実に検出することができる高効率給湯器を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、バーナと、バーナの燃焼排気により加熱され、燃焼排気の上流側に位置する一次熱交換器及び下流側に位置する二次熱交換器と、一次熱交換器の伝熱管と二次熱交換器の伝熱管とを接続する接続管と、バーナ及び一次熱交換器、二次熱交換器を収容する燃焼室と、二次熱交換器の伝熱管の上流側端部に接続される給水管と、一次熱交換器の伝熱管の下流側端部に接続される出湯管と、給水管に設けられて入水温度を検出する入水温度検出手段と、出湯管に設けられて燃焼室からの出口温度を検出する出口温度検出手段と、バーナの燃焼を制御するコントローラと、を含んでなる高効率給湯器であって、
接続管に、一次熱交換器と二次熱交換器との間の温度を検出する熱交換器間温度検出手段が設けられて、コントローラは、入水温度検出手段から得られる入水温度と、熱交換器間温度検出手段から得られる熱交換器間温度と、出口温度検出手段から得られる出口温度とを用いて、一次熱交換器と二次熱交換器とにおける吸熱率をそれぞれ算出し、各吸熱率の関係に基づいて、一次熱交換器の伝熱管の閉塞を検出する伝熱管閉塞検出制御を実行可能であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、熱交換器ごとに算出した吸熱率の関係に基づいて一次熱交換器の伝熱管の閉塞を検出するので、後沸きが大きいステンレス製等の材料に関わりなく、スケールによる一次熱交換器の伝熱管の閉塞をより確実に検出することができる。

高効率給湯器の概略図である。 伝熱管の閉塞検出制御のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、高効率給湯器の一例を示す概略図で、高効率給湯器１は、器具本体内に、給気ファン３を備えた燃焼室２を形成して、燃焼室２の内部に、燃料ガスと給気ファン３からの一次空気との混合ガスを燃焼させる複数（ここでは３段）のバーナ４，４・・を備えている。また、燃焼室２内でバーナ４，４・・の上方には、バーナ４，４・・の燃焼排気によって加熱され、燃焼排気の流れの上流側（燃焼室２の下側）に配置されて燃焼排気から主に顕熱を回収する一次熱交換器５Ａと、燃焼排気の流れの下流側（燃焼室２の上側）に配置されて燃焼排気から主に潜熱を回収する二次熱交換器５Ｂとからなる熱交換器５が設けられている。一次熱交換器５Ａは、それぞれ所定間隔をおいて配置される複数のフィン６ａ，６ａ・・と、フィン６ａ，６ａ・・を蛇行状に貫通する伝熱管７ａとを有するフィンチューブ式となっている。二次熱交換器５Ｂも、それぞれ所定間隔をおいて配置される複数のフィン６ｂ，６ｂ・・と、フィン６ｂ，６ｂ・・を蛇行状に貫通する伝熱管７ｂとを有するフィンチューブ式となっているが、二次熱交換器５Ｂはフィンチューブ式でなく，細径の伝熱管を多重に巻回させる構造も採用できる。

ここでは二次熱交換器５Ｂの伝熱管７ｂの上流端に給水管８が接続され、一次熱交換器５Ａの伝熱管７ａの下流端に出湯管９が接続されて、伝熱管７ａと伝熱管７ｂとが接続管１０によって接続されている。二次熱交換器５Ｂで生じたドレンは、中和器１１で中和されて器具外部に排出される。
一方、各バーナ４は、互いに本数が異なる複数の扁平バーナを厚み方向に重ねてなるバーナ群で、各バーナ４へ燃料ガスを供給するガス管１２には、元電磁弁１３及びガス比例弁１４が設けられ、ガス管１２から分岐した分岐管１５，１５・・が各バーナ４へ接続されている。さらに、各分岐管１５には、切替電磁弁１６がそれぞれ設けられて、各弁がコントローラ１７によって制御可能となっている。バーナ４には、図示しないイグナイタに接続された点火電極１８と、炎検知用のフレームロッド１９とが設けられている。

さらに、給水管８と出湯管９との間には、熱交換器５をバイパスするバイパス管２０が接続されて、給水管８におけるバイパス管２０との接続位置よりも上流側には、給水管８を流れる水量を検出する水量センサ２１と、給水管８の水量を制御する水量サーボ２２と、入水温度を検出する入水温度検出手段としての入水温サーミスタ２３とが設けられている。バイパス管２０には、バイパス管２０への水量を制御するバイパスサーボ２４が設けられて、それぞれコントローラ１７へ電気的に接続されている。
一方、出湯管９には、燃焼室２からの出口温度を検出する出口温度検出手段としての出口温サーミスタ２５と、バイパス管２０との接続位置よりも下流側で水との混合後の温度を検出する出湯温サーミスタ２６とが設けられて、それぞれコントローラ１７へ電気的に接続されている。コントローラ１７には、リモコン２７が接続されている。

そして、接続管１０には、熱交換器間温度検出手段としての接続管サーミスタ２８が設けられている。この接続管サーミスタ２８は、接続管１０に感熱部を差し込んだ状態で固定したり、接続管１０の表面に感熱部を接触させた状態で固定したりすることで、一次熱交換器５Ａと二次熱交換器５Ｂとの間を流れる湯水の温度を検出するもので、コントローラ１７へ電気的に接続されている。

以上の如く構成された高効率給湯器１においては、器具の外部で出湯管９の下流端に設けた図示しない給湯栓を開いて器具内に通水させると、コントローラ１７は、水量センサ２１から得られる信号によって通水量が点火水量に達しているか否かを判別する。ここで点火水量を確認したら、コントローラ１７は、給気ファン３を回転させてプリパージを行うと共に、元電磁弁１３と切替電磁弁１６及びガス比例弁１４をそれぞれ開いてバーナ４にガスを供給し、イグナイタを作動させて点火電極１８によってバーナ４の点火制御を行う。
次に、バーナ４の炎をフレームロッド１９で検知すると、コントローラ１７は、出湯温サーミスタ２６で検出された出湯温度と、リモコン２７で設定された設定温度との差に応じて、ガス比例弁１４の開度を制御してガス量を連続的に変化させ、出湯温度を設定温度に一致させる出湯温制御を行う。このとき切替電磁弁１６を開閉制御してバーナ４の燃焼段数の制御も行う。また、コントローラ１７は、ガス比例弁１４の制御によるガス量の変化に応じて給気ファン３の回転数を変化させて、ガス量と空気量との比率を制御する。

そして、コントローラ１７は、バーナ４の燃焼中、入水温サーミスタ２３から得られる入水温度と、接続管サーミスタ２８から得られる熱交換器間温度と、出口温サーミスタ２５から得られる出口温度とに基づいて、一次熱交換器５Ａにおける吸熱率と、二次熱交換器５Ｂにおける吸熱率とをそれぞれ算出し、各吸熱率の関係から、一次熱交換器５Ａの伝熱管７ａ内のスケール堆積に起因する閉塞の有無を検出可能としている。以下、この伝熱管７ａの閉塞検出制御を、図２のフローチャートに基づいて説明する。
Ｓ１でバーナ４の燃焼が確認されると、コントローラ１７は、Ｓ２で、各サーミスタから入水温度、熱交換器間温度、出口温度をそれぞれ検出し、Ｓ３で、一次熱交換器５Ａにおける吸熱率と二次熱交換器５Ｂにおける吸熱率とをそれぞれ算出する。なお、吸熱率は、水量センサ２１から得られる通水量やバーナ４から与えられる熱量等の値も用いて算出してもよいし、単位時間あたりの各センサ間温度の上昇率を算出してもよい。

次に、コントローラ１７は、Ｓ４で、一次熱交換器５Ａにおける吸熱率と二次熱交換器５Ｂにおける吸熱率との比が、予め設定された第１の閾値を超えているか否かを判別する。ここで第１の閾値を超えていなければＳ１へ戻り、出湯温制御が継続される。一方、Ｓ４の判別で吸熱率の比が第１の閾値を超えていれば、コントローラ１７は、Ｓ５で、吸熱率の比が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えているか否かを判別する。ここで吸熱率の比が第２の閾値を超えていなければ、一次熱交換器５Ａの伝熱管７ａ内にスケールによる軽度の閉塞が生じているとして、Ｓ６で、リモコン２７の図示しない表示部に表示したりブザーやアラームを鳴動させたりして警告報知を行う。但し、この場合もＳ１へ戻って出湯温度制御は継続される。

一方、Ｓ５の判別で吸熱率の比が第２の閾値を超えていれば、コントローラ１７は、Ｓ７で、一次熱交換器５Ａの伝熱管７ａ内にスケールによる重度の閉塞が生じているとして、リモコン２７に緊急報知を行うと共に、バーナ４の燃焼を停止する。以降は器具内の通水にかかわらずバーナ４の燃焼を禁止してもよいし、使い勝手を考慮して一定時間の燃焼のみ許容するようにしてもよい。

このように、上記形態の高効率給湯器１によれば、接続管１０に接続管サーミスタ２８を設けて、コントローラ１７は、入水温サーミスタ２３から得られる入水温度と、接続管サーミスタ２８から得られる熱交換器間温度と、出口温サーミスタ２５から得られる出口温度とを用いて、一次熱交換器５Ａと二次熱交換器５Ｂとにおける吸熱率をそれぞれ算出し、各吸熱率の関係に基づいて、一次熱交換器５Ａの伝熱管７ａの閉塞を検出する伝熱管閉塞検出制御を実行可能としているので、後沸きが大きいステンレス製等の材料に関わりなく、スケールによる一次熱交換器５Ａの伝熱管７ａの閉塞をより確実に検出することができる。

なお、上記形態では、閾値を２つ設定して軽度の閉塞と重度の閉塞とを検出するようにしているが、閾値を３つ以上設定してさらに閉塞の度合いを細かく検出するようにしてもよいし、逆に閾値を１つのみ設定して閉塞を検出するようにしてもよい。

また、上記形態では、給湯回路のみを備えた高効率給湯器で説明しているが、出湯管が分岐して風呂側熱交換器と浴槽との間に形成される風呂回路が併設されたり、暖房側熱交換器と暖房機との間に形成される暖房回路が併設されたりする給湯器であっても差し支えない。すなわち、風呂側熱交換器や暖房側熱交換器が一次熱交換器と二次熱交換器とを備えた高効率タイプであれば、各回路においても同様に本発明を適用することで、一次熱交換器の伝熱管の閉塞検出は可能である。
その他、バイパス管の有無やバーナの数等も上記形態に限らず、適宜設計変更可能である。

１・・高効率給湯器、２・・燃焼室、３・・給気ファン、４・・バーナ、５・・熱交換器、５Ａ・・一次熱交換器、５Ｂ・・二次熱交換器、６ａ，６ｂ・・フィン、７ａ，７ｂ・・伝熱管、８・・給水管、９・・出湯管、１０・・接続管、１２・・ガス管、１３・・元電磁弁、１４・・ガス比例弁、１６・・切替電磁弁、１７・・コントローラ、２０・・バイパス管、２３・・入水温サーミスタ、２５・・出口温サーミスタ、２６・・出湯温サーミスタ、２７・・リモコン、２８・・接続管サーミスタ。

Claims (1)

1. バーナと、
   前記バーナの燃焼排気により加熱され、前記燃焼排気の上流側に位置する一次熱交換器及び下流側に位置する二次熱交換器と、
   前記一次熱交換器の伝熱管と前記二次熱交換器の伝熱管とを接続する接続管と、
   前記バーナ及び前記一次熱交換器、前記二次熱交換器を収容する燃焼室と、
   前記二次熱交換器の前記伝熱管の上流側端部に接続される給水管と、
   前記一次熱交換器の前記伝熱管の下流側端部に接続される出湯管と、
   前記給水管に設けられて入水温度を検出する入水温度検出手段と、
   前記出湯管に設けられて前記燃焼室からの出口温度を検出する出口温度検出手段と、
   前記バーナの燃焼を制御するコントローラと、を含んでなる高効率給湯器であって、
   前記接続管に、前記一次熱交換器と前記二次熱交換器との間の温度を検出する熱交換器間温度検出手段が設けられて、
   前記コントローラは、前記入水温度検出手段から得られる入水温度と、前記熱交換器間温度検出手段から得られる熱交換器間温度と、前記出口温度検出手段から得られる出口温度とを用いて、前記一次熱交換器と前記二次熱交換器とにおける吸熱率をそれぞれ算出し、各前記吸熱率の関係に基づいて、前記一次熱交換器の前記伝熱管の閉塞を検出する伝熱管閉塞検出制御を実行可能であることを特徴とする高効率給湯器。

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