JP3087203B2 - 循環式浴槽制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浴槽内の水を強制的に
循環させて、循環させた水を加熱する強制循環式浴槽に
関し、さらに詳細には、その循環式浴槽を制御する制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、浴槽に入れた水をポンプによ
り強制的に循環させ、循環管路をガス燃焼室内に導入し
て管路内の水を加熱することにより、浴槽内の水を所定
の温度まで上昇させる強制循環式浴槽が使用されてい
る。ガス燃焼により、管路内の水を加熱する熱交換装置
の構成を図３に断面図で示す。ポンプにより循環される
水Ｆは、ガス燃焼室３１の上部でガス燃焼室３１の端部
から端部までを４回往復している。すなわち、水Ｆは、
ガス燃焼室３１の右端部から下部パイプ４１ａに入り、
ガス燃焼室３１の左端部まで行って下部パイプ４１ｂに
より右端部に戻る。そして、下部パイプ４１ｃにより、
左端部に行き中部パイプ４２ａにより右端部に戻る。順
次繰り返して、水Ｆは、上部パイプ４３ｃよりガス燃焼
室３１の外部に出て浴槽に戻される。

【０００３】通常の強制循環式浴槽において、水Ｆの循
環流量は５〜８リットル／ｍｉｎ、浴槽の水量は１８０
〜２００リットル、ガスの燃焼量は約１２０００ｋｃａ
ｌ／ｈｏｕｒである。水の循環流量が８リットル／ｍｉ
ｎの場合、ガス燃焼室３１に入る時と出る時とで水温が
摂氏で約１９度上昇する（以下摂氏を省略する）。浴槽
に戻った水Ｆは、浴槽内で自然対流を起こして浴槽内の
水Ｆの温度を平均的に上昇させる。浴槽内の水温は、循
環管路の入口からガス燃焼室３１までの間に設けられた
サーミスタにより検出される。そして、サーミスタが所
定の温度を検出すると自動的に強制循環及びガス燃焼を
停止することが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
循環式浴槽及びその制御装置には、以下の問題があっ
た。すなわち、熱交換用の銅パイプ及びフィンの周囲に
発生する水滴により、それらが腐食される問題があっ
た。例えば、冬場等に浴槽内の水Ｆの温度が１０度程度
の時に循環式浴槽を始動させる場合を考える。循環水量
が８リットル／ｍｉｎの場合、下部パイプ内の水温は１
０度であるが、燃焼排ガスの温度が燃焼直後は約１３０
０度と高温であるため、下部銅パイプの外壁等は１５０
〜１８０度となり、燃焼排ガスの露点温度（例えば５５
度）以下になることはない。しかし、ガス燃焼室３１の
出口付近での上部パイプ４３ｃ内の水温は約２９度とな
り、銅パイプや銅製フィンの外壁温度が燃焼排ガスの露
点温度以下になってしまう。それは、燃焼排ガスの温度
が、順次熱交換を行うことにより低下し上部パイプ４３
と接触する時は約２００度となっているからである。

【０００５】一方、燃焼ガスとして使用されるプロパン
ガスの場合、燃焼により多量の水を発生し、銅パイプ等
と接触する燃焼排ガスには多量の水分が含まれる。多量
の水分が含まれた燃焼排ガスが上部銅パイプ等により冷
却されることにより、燃焼排ガスの温度が露点以下とな
り、銅パイプ及びフィンの外壁に水滴が付着する。ここ
で、燃焼排ガス中には酸化窒素や酸化硫黄が含まれてい
る場合が多く、それらが銅パイプに付着した水滴に溶解
することにより、硫酸や硝酸が発生する。これらの硫酸
等は薄いため、はじめはあまり問題がない。しかし、浴
槽内の水温が上昇し２０度を越えるようになると、上部
パイプ４３ｃ内の水温が４０度を越え、銅パイプや銅製
フィンの外壁温度が燃焼排ガスの露点温度（例えば５５
度）以上になる。そうすると、銅パイプ等の表面に付着
していた水分が蒸発し、水滴が濃硫酸等となり銅パイプ
等を激しく腐食する。これが毎日繰り返されることによ
り、銅パイプの熱効率が悪化したり、最悪の場合には銅
パイプに穴が開く等の問題となっていた。

【０００６】本発明は、冬場においても燃焼器内の銅パ
イプ等の外壁に水滴が発生することのなく、銅パイプ等
が腐食されることのない循環式浴槽制御装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の循環式浴槽制御装置は、浴槽内の水を強制的に
循環させる強制循環装置と、強制循環装置の管路上にあ
ってガスを燃焼させることにより管路内を循環する水を
加熱するガス燃焼器とを有する循環式浴槽を制御するも
のであって、加熱されて浴槽に戻る水温を計測する出口
水温検出器と、強制循環装置により循環される水量を可
変する流量可変手段と、出口水温検出器が計測する水温
を所定の温度以上に維持するように流量可変手段を制御
する水温制御手段とを有している。

【０００８】

【作用】このような構成を有する本発明の循環式浴槽制
御装置の強制循環装置は、浴槽内の水を、ガス燃焼器内
に強制的に循環させる。また、出口水温検出器は、加熱
されて浴槽に戻る水温を計測する。また、流量可変手段
は、強制循環装置により循環される水量を可変する。こ
こで、水温制御手段は、出口水温検出器が計測する水温
を燃焼ガスの露点温度以上に維持するように流量可変手
段を制御する。これにより、冬場に水温が低い場合でも
迅速に水の出口温度を所定温度以上に維持することがで
きるため、銅パイプ等の外壁温度を燃焼ガスの露点以上
に維持でき、銅パイプ等の外壁に水滴が付くことがな
い。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例である循
環式浴槽制御装置を図面を参照して説明する。図１に循
環式浴槽の全体構成を示す。浴槽２４には、水Ｆが一定
量蓄えられている。屋外には、ガス燃焼室３１が設置さ
れている。浴槽２４の内壁の下側に水Ｆを流入、流出さ
せるための出入り口４５が形成されている。出入り口４
５の中央部には、戻り管２７が接続している。戻り管２
７は、水を循環させるためのポンプ１５に接続してい
る。ポンプ１５には、循環水の水量を制御するためのポ
ンプ駆動回路３２が接続している。戻り管２７のポンプ
上流位置にあって浴槽内の水温を検出するための浴槽水
温サーミスタ２６が取り付けられている。

【００１０】戻り管２７は、ガス燃焼室３１の内部に導
入されている。ポンプ１５とガス燃焼室３１の途中の管
路上に循環水の水流の有無を検出するための流水センサ
３３が取り付けられている。ガス燃焼室３１に導入され
た燃焼室内銅パイプ２８は、図３に示すように従来と同
じく、ガス燃焼室３１の上部でガス燃焼室３１の端部か
ら端部までを４回往復して構成されている。すなわち、
銅パイプ２８は、下部パイプ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、
中部パイプ４２ａ、４２ｂ、上部パイプ４３ａ、４３
ｂ、４３ｃによりガス燃焼室３１内を４回往復してい
る。銅パイプ２８の外壁には、集熱用の銅製フィン２１
が形成されている。

【００１１】本実施例の循環式浴槽においては、水Ｆの
流量は８リットル／ｍｉｎ、浴槽の水量は１８０〜２０
０リットル、ガスの燃焼量は約１２０００ｋｃａｌ／ｈ
ｏｕｒである。従って、ガス燃焼室３１に入る時と出る
時とで水温が摂氏で約１９度上昇する。ガス燃焼室３１
を出た銅パイプ２８は、浴槽に循環水を戻すための往き
管２５に接続している。往き管２５のガス燃焼室３１を
出た付近に、ガス燃焼室３１で熱交換されることにより
温度上昇した水温を計測するための、出湯温サーミスタ
１４が取り付けられている。往き管２５は、出入り口４
５の戻り管２７の外周部に接続している。

【００１２】次に、燃焼ガスであるプロパンガスＧの流
路を説明する。ガスパイプ２９は図示しないプロパンガ
スタンクに接続している。ガスパイプ２９は、ガスの元
栓である元電磁弁１３に接続している。ガスパイプ２９
は、ガス燃焼室３１内に導入されている。ガス燃焼室３
１の下側位置においてガスパイプ２９の先端部には、ガ
スＧを噴き出すノズル１８が形成されている。ノズル１
８の噴き出し方向にバーナ１７が固設されている。バー
ナ１７の上部近傍には、ガスＧに着火する火花を発生さ
せるための電極１６が付設されている。ガス燃焼室３１
の右下側に送風ダクト３０が付設されている。送風ダク
ト３０には、燃焼空気を供給するためのファン１２が付
設されている。ファン１２には、ファンモータ駆動回路
１１が接続している。また、ガス燃焼室３１の右上側に
は、燃焼排ガスを排出するための排気トップ２３が形成
されている。

【００１３】次に、図２に本実施例の循環式浴槽制御装
置の構成をブロック図で示す。制御装置の主要部である
コントローラ３５は、演算処理を行うＣＰＵ３６、制御
プログラムを記憶するＲＯＭ３７、データ等を一時的に
記憶するＲＡＭ３８より構成されている。ＲＯＭ３７に
は、水Ｆの流量を制御するための水量可変プログラム４
８が記憶されている。コントローラ３５には、入力とし
て流水センサ３３、出湯温サーミスタ１４及び浴槽水温
サーミスタ２６が接続している。また、出力として、ポ
ンプ１５を制御するためのポンプ駆動回路３２、ファン
１２を制御するためのファンモータ駆動回路１１、及び
元電磁弁１３が接続している。

【００１４】次に、上記構成を有する循環式浴槽制御装
置の作用を説明する。浴槽に水Ｆを適当な深さまで入れ
る。次に、コントローラ３５のスイッチをオンして、ガ
ス燃焼を開始する。すなわち、コントローラ３５が元電
磁弁１３を開いて、一定量のプロパンガスＧをノズル１
８からバーナ１７に噴出する。同時に電極１６に電圧が
かけられ、火花が発生することによりプロパンガスＧが
着火される。また、ファンモータ駆動回路１１がファン
１２を駆動して燃焼空気をガス燃焼室に送風する。ま
た、コントローラ３５の指令を受けてポンプ駆動回路３
２が、ポンプ１５を一定の回転数ｍで駆動し、一定の流
量の水Ｆをガス燃焼室３１内の銅パイプ２８に循環させ
る。

【００１５】冬場の場合、浴槽２４に蓄えられた水Ｆの
温度は０〜１０度であり、始めに戻り管２７に流れる水
Ｆの温度も同じである。例えば、水温が５度の場合を説
明すると、銅パイプ２８の下部パイプ４１ａに流入する
水Ｆの温度は５度である。プロパンガスＧの燃焼直後の
燃焼排ガス温度は、約１３００度であり、これが下部パ
イプ４１ａの外壁と接触する。これにより、燃焼排ガス
から水Ｆへの熱交換の約９０％が下部パイプにおいて行
われている。従って、下部パイプの外壁温度は１５０〜
１８０度となり、燃焼排ガスの露点温度（例えば５５
度）よりはるかに高い。そのため、プロパンガスの燃焼
排ガスは多量の水分を含んでいるが、下部パイプの外壁
に水滴が発生することはない。本発明の主要部であるコ
ントローラ３５は、フィードバックされる出湯温サーミ
スタの検出値により、ガス燃焼室３１から外部に出る上
流の上部パイプ４３ｃ内を流れる水Ｆの温度が４０度以
下にならないように、水Ｆの流量を制御している。

【００１６】その制御方法について、図４に示すフロー
チャートを用いて説明する。コントローラ３５のＲＡＭ
３８にガス燃焼室から出た水Ｆの出口温度Ｔｃを設定す
る（Ｓ１）。この出口温度設定値Ｔｃは、銅パイプ２８
がガス燃焼室３１から外部に出る直前のパイプの外壁温
度が露点である５５度以上になるように決定される。本
実施例の循環式浴槽においては、この出口温度設定値Ｔ
ｃを４０度とすることによりパイプ外壁温度を燃焼排ガ
スの露点温度以上に維持でき、この温度では結露しない
ことが実験により確認されている。そして、出口設定温
度Ｔｃ＝４０度はＲＯＭ３７に記憶されている。

【００１７】循環式浴槽が始動されると、コントローラ
３５は、出湯温サーミスタ１４により出口温度Ｔｏを検
出する（Ｓ２）。ここで例として、水温が５度の状態か
ら循環式浴槽により風呂を沸かす場合を考える。始めポ
ンプ１５の流量は標準流量Ｎであるので、出口温度Ｔｏ
は入口温度より１９度上昇して２４度となる。ここで、
出口温度Ｔｏ＝２４度であり、設定温度Ｔｃ＝４０度よ
り大きくないので（Ｓ３，Ｎｏ）、コントローラ３５は
水量可変プログラム４８により、ポンプ駆動回路３２を
介してポンプ１５の回転数を下げて水Ｆの流量を減らす
（Ｓ５）。このとき、ポンプ１５の回転数は、出口温度
Ｔｏに対応した回転数がテーブルとして水量可変プログ
ラム４８に記憶されており、そのテーブルに従って下げ
られる。循環水量が減らされることにより、ガス燃焼室
３１の出口付近の銅パイプ２８内を流れる水Ｆの温度は
上昇する。そして、出口温度Ｔｏが設定温度Ｔｃ＝４０
度より大きくなるまで、ポンプ１５の回転数を下げる。

【００１８】循環加熱を続けることにより、出口温度Ｔ
ｏが設定温度Ｔｃより高くなった時は（Ｓ３，Ｙｅ
ｓ）、ポンプ１５の回転数を上げる（Ｓ４）。これによ
り、冬場に水温が低い場合でも迅速に出口温度Ｔｏを４
０度以上に維持することができるため、銅パイプ２８及
びフィン２１の外壁温度を燃焼排ガスの露点温度以上に
維持でき、銅パイプ２８やフィン２１の外壁に水滴が付
くことがない。そして、水滴に酸化硫黄等が溶解して硫
酸等ができることもないため、銅パイプ２８が侵食され
ることがない。

【００１９】本実施例では、出口温度Ｔｏが設定温度Ｔ
ｃに維持されるように流量制御しているが、ステップ４
の処理を省いて、出口温度Ｔｏが設定温度Ｔｃ以上にな
るように制御しても良い。また、出口温度Ｔｏが所定の
範囲（例えば４０度以上５０度以下）になるように上下
限値を設定しても良い。この場合、最低温度は銅パイプ
２８の外壁温度が燃焼排ガスの露点以下にならないよう
に設定することは当然である。また、最高温度は、高い
温度の水Ｆが出入り口４５から流出しないように設定さ
れる。設定温度に上限値を設けることにより、浴槽２４
内に人が入った状態で熱い湯が流出するのを防止できる
という利点がある。

【００２０】次に、第二の実施例の循環式浴槽制御装置
を説明する。基本的な構成及び作用は、第一の実施例の
循環式浴槽制御装置と同様であるので、異なる点のみを
説明し、同一部分の説明は省略する。第二の実施例の特
徴は、図６に示すように、銅パイプ２８内を流れる水Ｆ
の流量を増減する方法として、ポンプ１５と流水センサ
３３との間に流量を制御するための流量制御弁である水
制御弁４６を設けている点である。水制御弁４６は、例
えば弁体をモータにより移動させることにより、弁座と
弁体との隙間を変化させて任意の流量の水Ｆを流す流量
制御弁である。この場合、ポンプ１５の出力は一定と
し、銅パイプ２８内を流れる水Ｆの流量は、コントロー
ラ３５が水量可変プログラムにより流量制御回路４７を
介して水制御弁４６の流量を制御する。

【００２１】すなわち、図５に示すように、循環式浴槽
が始動されると、コントローラ３５は、出湯温サーミス
タ１４により出口温度Ｔｏを検出する（Ｓ１２）。ここ
で例として、水温が５度の状態から循環式浴槽により風
呂を沸かす場合を考える。始め水制御弁４６の開度は標
準流量Ｎであるので、出口温度Ｔｏは入口温度より１９
度上昇して２４度となる。ここで、出口温度Ｔｏ＝２４
度であり、設定温度Ｔｃ＝４０度より大きくないので
（Ｓ１３，Ｎｏ）、コントローラ３５は水量可変プログ
ラム４８により、流量制御回路４７を介して水制御弁４
６の開度を絞って水Ｆの流量を減らす（Ｓ１５）。この
とき、水制御弁４６の開度は、出口温度Ｔｏに対応した
開度がテーブルとして水量可変プログラム４８に記憶さ
れており、そのテーブルに従って絞られる。循環水量が
減らされることにより、ガス燃焼室３１の出口付近の銅
パイプ２８内を流れる水Ｆの温度は上昇する。

【００２２】次に、循環加熱を続けることにより、出口
温度Ｔｏが設定温度Ｔｃより高くなった時は（Ｓ１３，
Ｙｅｓ）、水制御弁４６の開度を開いく（Ｓ１４）。こ
れにより、冬場に水温が低い場合でも迅速に出口温度Ｔ
ｏを４０度以上に維持することができるため、銅パイプ
２８及びフィン２１の外壁温度を燃焼排ガスの露点温度
以上に維持でき、銅パイプ２８やフィン２１の外壁に水
滴が付くことがない。そして、水滴に酸化硫黄等が溶解
して硫酸等ができることもないため、銅パイプ２８が侵
食されることがない。本実施例によれば、第一の実施例
と比較してポンプを一定に稼働できるので、制御が容易
になる利点がある。

【００２３】以上、いくつかの実施例について本発明を
説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形
改良が可能であることは容易に推察できるものである。
例えば、本実施例では流量制御方法としてポンプの回転
数を変化させる方法、及びモータ流量制御弁により制御
する方法を説明したが、コイルにかける電圧を変えるこ
とにより弁体と弁座との隙間を変化させる電圧比例弁等
を用いる方法を使用しても良い。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の循環式浴槽制御装置は、加熱されて浴槽に戻る水
温を計測する出口水温検出器と、強制循環装置により循
環される水量を可変する流量可変手段と、出口水温検出
器が計測する水温を所定の温度以上に維持するように流
量可変手段を制御する水温制御手段とを有しているの
で、冬場に水温が低い場合でも迅速に出口温度を所定温
度以上に維持することができるため、銅パイプ等の外壁
温度を燃焼排ガスの露点以上に維持でき、銅パイプ等の
外壁に水滴が付くことがないため、水滴に酸化硫黄等が
溶解して硫酸等ができることもなく、銅パイプ等が侵食
されることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例である循環式浴槽制御装
置の構成を示す図面である。

【図２】循環式浴槽制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】燃焼器の構成を示す断面図である。

【図４】第一の実施例の循環式浴槽制御装置の作用を示
すフローチャートである。

【図５】第二の実施例の循環式浴槽制御装置の作用を示
すフローチャートである。

【図６】第二の実施例である循環式浴槽制御装置の構成
を示す図面である。

【符号の説明】 １４ 出湯温サーミスタ １５ ポンプ ２４ 浴槽 ２６ 浴槽水温サーミスタ ２８ 銅パイプ ３１ ガス燃焼室 ３２ ポンプ駆動回路 ３５ コントローラ ４６ 水制御弁 ４７ 流量制御回路 ４８ 水量可変プログラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−288641（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−79702（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/00 602 F24H 1/10 302

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浴槽内の水を強制的に循環させる強制循
   環装置と、強制循環装置の管路上にあってガスを燃焼さ
   せることにより管路内を循環する水を加熱するガス燃焼
   器とを有する循環式浴槽を制御する循環式浴槽制御装置
   において、 加熱されて浴槽に戻る水温を計測する出口水温検出器
   と、 前記強制循環装置により循環される水量を可変する流量
   可変手段と、 前記出口水温検出器が計測する水温を所定の温度以上に
   維持するように前記流量可変手段を制御する水温制御手
   段とを有することを特徴とする循環式浴槽制御装置。