JP3487887B2 - 凍結予防ヒータ付燃焼装置およびそのヒータ制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、給湯器や風呂釜等に用
いられる凍結予防ヒータ付燃焼装置およびそのヒータ制
御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７には、従来の燃焼装置としての一般
的な給湯器の模式図が示されており、図７の（ａ）には
室内設置型給湯器が、図７の（ｂ）には屋外設置型給湯
器が示されている。室内設置型給湯器には排気ガスを室
外に排出するためのダクト14が設けられており、屋外設
置型給湯器には雨水が器具ケース１内に入り込まないよ
うに雨水よけ15が設けられている。これら給湯器は、器
具ケース１内にバーナ２と水管式熱交換器３とが収容さ
れている。この熱交換器３の入口側４には給水導入管５
が接続され、この給水導入管５は器具ケース１内を通っ
て、その給水導入端７が器具ケース１外に突出され水道
管19に接続されている。また、前記熱交換器３の出口側
６には給湯接続管８が接続され、この給湯接続管８は器
具ケース１内を通って、その吐出端９が器具ケース１外
に突出され給湯管18に接続されている。この給湯器は、
吸気口から外部空気を取り入れてバーナ燃焼を行い、燃
焼排気ガスを排気口11から排出し、熱交換器３によって
流水を湯とし、台所や浴室等に給湯するものである。

【０００３】ところで、寒冷地では、給水導入管５や給
湯接続管８や熱交換器の水管内の水が冬期に凍結し易
く、特に給水導入端７や給湯吐出端９は外気と接触して
いる部分のため最初に凍結し易いので、この一番冷え易
い給水導入端７および給湯吐出端９近傍の器具ケース１
内にヒータ設置領域Ａ，Ｂを設け、このヒータ設置領域
Ａ，Ｂの給水導入端７側には、給水導入管５の表面温度
や周囲温度又は水温を測定する温度センサ10Ａと凍結予
防ヒータ16を、給湯接続管８の吐出端９側には、給湯接
続管８の表面温度や周囲温度又は水温を測定する温度セ
ンサ10Ｂと凍結予防ヒータ16とがそれぞれ設けられ、こ
れら温度センサ10Ａ，10Ｂの検出温度が凍結温度に近い
予め与えた下限温度以下になったときには、凍結予防ヒ
ータ16をオン駆動して給湯器の凍結防止を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、給水導
入管５や給湯接続管８に接続する水道管19や給湯管18の
凍結予防のため、給水導入端７や給湯接続管の吐出端９
の近傍位置のこれらの管に保温材を巻くだけでなく、保
温材と水管との間にヒータおよび温度センサを取り付け
ることが度々行われる。ところが、このヒータが加熱さ
れると、ヒータ部分の水は加熱されて対流し、器具ケー
ス１内のヒータ設置領域Ａ，Ｂの水も加熱され、外気が
冷えて来ると、本来ならば一番最初に冷えるはずのヒー
タ設置領域Ａ，Ｂが冷えず、凍結予防ヒータ16の作動温
度まで低下しないので、凍結予防ヒータ16は作動しな
い。そのため、ヒータ設置領域Ａ，Ｂの温度がヒータ16
の作動温度まで下がる前に、ヒータ設置領域Ａ，Ｂ以外
の冷却し易い部分が凍結するという問題があった。

【０００５】また、特に有風状況の場合、図７の（ａ）
および図６の（ａ）に示す室内設置型給湯器では、図示
しない逆風止めの隙間を縫って、冷風吹き込み部13とし
ての排気口11から、矢印Ｅの方向の冷風が熱交換器３上
面の中央部Ｃ領域に当たり、給水導入管５の給水導入端
７側の温度センサ10Ａおよび給湯接続管の吐出端側の温
度センサ10Ｂの検出温度が、ヒータ動作温度まで下がる
以前にＣ領域は冷風によって冷却され、このＣ領域の水
管20Ｃが凍結するという問題があり、図６の（ｂ）およ
び図７の（ｂ）に示す屋外設置型給湯器では、冷風吹き
込み部13としての排気口11から、矢印Ｆの方向の冷風が
熱交換器３上面のＤ領域に当たり、このＤ領域の水管20
Ｄが冷却されて凍結するという問題があった。

【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、冷風が当たる領域において
も、凍結することのない凍結予防ヒータ付燃焼装置およ
びそのヒータ制御方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明の凍結予防ヒータ付燃焼装置は、器具ケース内にバ
ーナと、このバーナによって加熱される水管式の熱交換
器とが収容され、また、器具ケース内に凍結予防ヒータ
が設けられ、この熱交換器の入口側には給水導入管が接
続され該給水導入管は器具ケース内を通ってその給水導
入端が器具ケース外に突出され、また、前記熱交換器の
出口側には給湯接続管が接続され該給湯接続管は器具ケ
ース内を通ってその吐出端が器具ケース外に突出され、
吸気口から外部空気を取り入れてバーナ燃焼を行い、燃
焼排気ガスを排気口から排出する燃焼装置において、凍
結予防ヒータおよび温度センサが器具ケース内における
給水導入管の給水導入端側位置と給湯接続管の吐出端側
位置に設けられ、また、前記吸気口と排気口の一方又は
両方を含む冷風吹き込み部からの冷風が当たる領域を通
る熱交換器内水管が該熱交換器から直ぐ突き出た部分の
位置に温度センサが設けられるとともに、前記複数の温
度センサのうちの何れか１つの検出温度が下限設定温度
以下になったときに前記全ての凍結予防ヒータの動作制
御を行うヒータ制御部が設けられていることを特徴とし
て構成されている。

【０００８】

【０００９】さらに、本発明の凍結予防ヒータ付燃焼装
置のヒータ制御方法は、凍結予防ヒータ付燃焼装置の、
給水導入管の温度センサと、給湯接続管の温度センサ
と、冷風が当たる領域に設けられた少くとも１個の温度
センサの検出温度をモニタし、モニタ温度センサの少く
とも１個の検出温度が予め与えた下限設定温度以下にな
ったときに全凍結予防ヒータをオン駆動し、前記モニタ
温度センサの１個以上の予め設定した個数のセンサの検
出温度が予め設定したヒータ停止温度以上になったとき
に前記凍結予防ヒータの加熱駆動をオフすることを特徴
としている。

【００１０】

【作用】給水導入管の温度センサと、給湯接続管の温度
センサと、冷風が当たる領域の少くとも１個の温度セン
サの検出温度をモニタし、モニタ温度センサの少くとも
１個の検出温度が予め与えた下限設定温度以下になった
ときに、全凍結予防ヒータをオン駆動し、前記モニタ温
度センサの１個以上のセンサの検出温度が予め設定した
ヒータ停止温度以上になったときに、凍結予防ヒータの
加熱駆動をオフする。これにより凍結予防ヒータ付燃焼
装置の凍結防止を図る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
名称部分には同一の符号を付し、その詳細な重複説明は
省略する。図１には、第１の実施例の屋外設置型給湯器
の主要部構成の模式図が示されている。本実施例の給湯
器は、従来例と同様に、台所や浴室等に給湯を行う凍結
予防ヒータ付給湯器である。

【００１２】図２には、第１の実施例の給湯器に用いら
れる水管式熱交換器の斜視図が示されている。この水管
式熱交換器３は、多数のフィンプレート17を設けた複数
の水管20を有し、図２および図６の（ｂ）に示されるよ
うに、この複数の水管20が熱交換器内で平行に配設さ
れ、熱交換器３を出た位置でＵ字形接続管12により折り
返し接続され、この平行の水管20が複数層に積層されて
いる。この熱交換器３の水管20の入口側には給水導入管
５が接続され、出口側には給湯接続管８が接続されてい
る。本実施例の特徴的なことは、冷風吹き込み部として
の排気口からの冷風が当たる領域Ｄを通る熱交換器の水
管の近傍領域Ｇに温度センサ10Ｃを設けて、この温度セ
ンサ10Ｃおよびヒータ設置領域Ａ，Ｂに設けた温度セン
サ10Ａ，10Ｂの検出温度に基づいて、凍結予防ヒータ16
の動作制御を行うものである。なお、温度センサ10Ａ，
10Ｂ，10Ｃとしてはサーミスタが用いられ、その他の構
成は従来例と同様である。

【００１３】本実施例の屋外設置型の給湯器には、図１
や図２および図６の（ｂ）に示すように、熱交換器３の
Ｄ領域の水管20に直接冷風が当たるので、この冷風が当
たる熱交換器３のＤ領域を通る水管20の位置に、温度セ
ンサ10が設置される。ところで、本来ならば、直接冷風
が当たるＤ領域の真下部分の水管20に、温度センサを設
ける方が有効に凍結予防できるが、このＤ領域は給湯器
の燃料ガスを燃焼したときに、高熱排気ガスの雰囲気に
曝されるため、このＤ領域に温度センサ10を直接設置す
ることは殆ど不可能である。そのため、Ｄ領域の熱交換
器の外側に露出した水管の位置、すなわち、熱交換器３
を通る水管20と給湯接続管８との接続近傍領域Ｇに、水
管の表面温度や周囲温度又は水温を検出する温度センサ
10Ｃを設けたものである。

【００１４】また、本実施例の給湯器には、従来例と同
様に、給水導入端７側および給湯接続管の吐出端９側近
傍のヒータ設置領域Ａ，Ｂには、ヒータ16と温度センサ
10Ａ，10Ｂがそれぞれ設けられている。

【００１５】図３には、本実施例の給湯器のヒータ駆動
制御装置のブロック図が示されている。このヒータ駆動
制御装置21は、検出温度比較判断部22と、ヒータ駆動を
指令制御するヒータ駆動制御部23と、予め下限設定温度
およびヒータ停止温度を記憶させたメモリ24とを有して
いる。検出温度比較判断部22は、温度センサ10Ａ，10
Ｂ，10Ｃからの検出信号を受けて、その各検出温度と予
めメモリされている下限設定温度とを比較し、温度セン
サ10Ａ，10Ｂ，10Ｃのうち、１個でも温度センサの検出
温度が予めメモリされている下限設定温度以下になった
と判断したら、ヒータ駆動の信号をヒータ駆動制御部23
に加える。ヒータ駆動制御部23はその信号を受けて、全
ヒータ16をオン駆動する。

【００１６】また、検出温度比較判断部22はヒータオン
駆動により水温等が上昇後、温度センサ10Ａ，10Ｂ，10
Ｃからの検出信号を受けて、その各検出温度と予めメモ
リされているヒータ停止温度とを比較し、全部の温度セ
ンサ10Ａ，10Ｂ，10Ｃの検出温度が予めメモリされてい
るヒータ停止温度以上になったと判断したら、ヒータ停
止信号をヒータ駆動制御部23に加える。ヒータ駆動制御
部23はその信号を受けて、全ヒータ16の加熱駆動をオフ
する。なお、本実施例では、下限設定温度を２℃とし、
ヒータ停止温度を７℃と設定した。

【００１７】図４には、本実施例の給湯器のヒータ駆動
制御のフローチャートが示されている。まず、ステップ
101 で、温度センサ10Ａ〜10Ｃの検出温度をヒータ駆動
制御装置21が取り込み、温度センサ10Ａ〜10Ｃのうち、
１個でも温度センサの検出温度が予めメモリされた下限
設定温度（２℃）以下になったと判断したら、ステップ
102 で、全ての凍結予防ヒータ16をオン駆動する。温度
センサ10Ａ〜10Ｃの検出温度が１つも下限設定温度（２
℃）に達しないときは、温度センサからの信号の受信を
続ける。次いで、ステップ102 によるヒータオン駆動に
より水温等が上昇し、ステップ103 で、温度センサ10Ａ
〜10Ｃの検出温度が全て予めメモリされたヒータ停止温
度（７℃）以上を検出したと判断したら、ステップ104
で、全ての凍結予防ヒータの加熱駆動をオフする。ステ
ップ103 で全てのセンサ10Ａ〜10Ｃの検出温度がヒータ
停止温度（７℃）に達しないときには、ヒータ16のオン
駆動を続ける。以上のヒータ駆動制御により、給湯器の
凍結を防止する。

【００１８】本実施例では、給水導入管の給水導入端７
側位置に設けた温度センサ10Ａと、給湯接続管の吐出端
９側位置に設けた温度センサ10Ｂおよび冷風が当たる領
域の熱交換器を通る水管の外側露出部分の位置に設けた
温度センサ10Ｃのうち、１個でも温度センサの検出温度
が下限設定温度（２℃）以下となったときには、全ての
凍結予防ヒータ16をオン駆動し、全ての温度センサ10Ａ
〜10Ｃの検出温度がヒータ停止温度（７℃）以上となっ
たときには、全ての凍結予防ヒータ16の加熱駆動をオフ
する構成としたので、例えば、配管業者が、水道管19や
給湯管18の凍結予防のため、給水導入端７や給湯吐出端
９の近傍位置にヒータを取り付けた場合に、このヒータ
をオン駆動すると外気が冷えて、その外気が凍結温度以
下になってもヒータ設置領域Ａ，Ｂのヒータ16はオン駆
動せず、従来ではヒータ設置領域Ａ，Ｂ以外の部分が凍
結するという問題があったが、本実施例では、冷風が当
たる領域Ｄを通る水管20Ｄの位置に設けた温度センサ10
Ｃの検出温度が下限設定温度（２℃）以下となったとき
には、全ての凍結予防ヒータ16をオン駆動するため、給
湯器の凍結防止が確実にできる。

【００１９】また、有風状況の場合には、従来では、温
度センサ10Ａ，10Ｂの検出温度がヒータ作動温度（下限
設定温度）まで下がる前に、冷風が当たる領域Ｄを通る
水管20Ｄが凍結するという問題があったが、本実施例で
は、冷風が当たる領域Ｄを通る水管の位置に設けた温度
センサ10Ｃの検出温度が下限設定温度以下となったとき
には、全ての凍結予防ヒータ16をオン駆動するため、給
湯器の凍結を予防することができる。

【００２０】図５には、第２の実施例の給湯器に用いる
水管式熱交換器の斜視図が示されている。この第２の実
施例の給湯器は室内設置型給湯器であり、この給湯器に
用いる水管式熱交換器は屋外設置型給湯器と同一仕様の
ものである。すなわち、図５に示すように、フィンプレ
ート17を有する複数の水管20が熱交換器内で平行に配設
され、熱交換器を出た位置でＵ字形接続され、水管20が
複数層に積層されている。

【００２１】この室内設置型給湯器は、図７の（ａ）に
示されるように、排気ガスを屋外に排出するためのダク
ト14が設けられており、屋外の冷風が逆風止めの隙間を
縫って、排気口11から熱交換器３に矢印Ｅの方向に吹き
込み、図５、図６の（ａ）および図７の（ａ）に示すよ
うに、熱交換器３の水管の上側中央部のＣ領域に冷風が
当たるようになる。そのため、温度センサ10Ｃの取り付
け位置は、冷風が当たるＣ領域を通る熱交換器の水管の
位置、すなわち、熱交換器より外側露出したＵ字形接続
管のＨ領域に設置されている。

【００２２】この第２の実施例の給湯器には、第１の実
施例と同様に、前記温度センサ10Ｃとヒータ設置領域
Ａ，Ｂに設けた温度センサ10Ａ，10Ｂの検出温度に基づ
いて、凍結予防ヒータ16のヒータ駆動制御を行うヒータ
駆動制御装置（図示せず）が設けられている。

【００２３】第２の実施例によれば、冷風が当たるＣ領
域を通る熱交換器の水管の位置のＨ領域に、温度センサ
10Ｃを設けたので、第１の実施例と同様に、温度センサ
10Ａ，10Ｂ，10Ｃの検出温度のうち、１個でも温度セン
サの検出温度が下限設定温度以下となったときには、全
ての凍結予防ヒータをオン駆動することにより、この第
２の実施例の給湯器の凍結予防ができる。

【００２４】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。すなわち、上
記実施例では、温度センサとしてサーミスタを用いた
が、電気抵抗が変化するものでもよく、バイメタル等の
スイッチ類でもよい。

【００２５】また、上記実施例では、排気口側からの冷
風が当たる熱交換器側の凍結領域に、温度センサ10Ｃを
設けたが、例えば、図示しないファンの吸気孔や他の冷
風が当たる領域に、温度センサを設けてもよい。

【００２６】さらに、上記実施例では、凍結予防のた
め、下限設定温度を２℃としたが、例えば、３℃として
もよく、また、ヒータ停止温度を７℃としたが、６℃あ
るいは８℃としてもよく、実状に合った温度に設定すれ
ばよい。

【００２７】さらにまた、上記実施例では、全ての温度
センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃがヒータ停止温度７℃以
上を検出したとき、ヒータ１６の加熱駆動をオフする制
御方式としたが、例えば、１個以上の温度センサがヒー
タ停止温度７℃以上の温度を検出したら、その温度を検
出した温度センサの領域のみのヒータの加熱駆動をオフ
し、ヒータ停止温度７℃未満の温度を検出している他の
温度センサの領域のヒータは、その温度センサがヒータ
停止温度７℃を検出するまでオン駆動を続行する方式と
してもよい。

【００２８】さらにまた、上記実施例では、燃焼装置と
して給湯器について説明したが、本発明の凍結予防のヒ
ータ制御方法は、風呂釜や暖房器等にも適用することが
できる。

【００２９】さらにまた、上記実施例では、温度センサ
や凍結予防ヒータを、給水導入端側や給湯接続管吐出端
側および熱交換器を通る水管の外側露出部分の位置に設
けたが、例えば、水が滞留し易い位置や冷却し易い位置
に、適宜に凍結予防ヒータおよび温度センサを追加して
設けてもよい。また、器具ケース内部が凍結温度以下に
ならなければ水道水は凍結しないので、給水導入管や給
湯接続管および熱交換器の水管等以外の器具ケース内に
も、温度センサや凍結予防ヒータを設置して、器具ケー
ス内の空気の検出温度が１個所でも下限設定温度以下に
なったときに、凍結予防ヒータをオン駆動して、空気の
温度を高め、水の凍結予防を図るようにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】この発明は、例えば、有風状況の場合
に、従来では、給水導入端側および給湯接続管吐出端側
に設けた温度センサの検出温度が、下限設定温度まで下
がる前に冷風が当たる領域を通る水管が凍結するという
問題があったが、本発明では、冷風が当たる領域を通る
器具ケース内水管に設けた温度センサの検出温度が、下
限設定温度以下となったときには、前記凍結予防ヒータ
の動作制御を行うため、燃焼装置の凍結を確実に防止す
ることができる。

【００３１】また、この発明は、凍結予防ヒータおよび
温度センサを、器具ケース内における給水導入管の給水
導入端側位置と給湯接続管の吐出端側位置に設け、これ
らの温度センサと、前記冷風が当たる領域を通る器具ケ
ース内水管の位置に設けた温度センサとの検出温度に基
づいて、前記凍結予防ヒータの動作制御を行うので、燃
焼装置の凍結予防をさらに効果的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の給湯器の模式図である。

【図２】第１の実施例の給湯器に用いられる水管式熱交
換器の斜視図である。

【図３】第１の実施例のヒータ制御装置のブロック図で
ある。

【図４】第１の実施例のフローチャートである。

【図５】第２の実施例の給湯器に用いられる水管式熱交
換器の斜視図である。

【図６】給湯器の冷風が当たる領域の説明図である。

【図７】一般的な給湯器の模式図である。

【符号の説明】

１ 器具ケース ３ 水管式熱交換器 ５ 給水導入管 ８ 給湯接続管 10Ａ〜10Ｃ 温度センサ 13 冷風吹き込み部 16 凍結予防ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 器具ケース内にバーナと、このバーナに
   よって加熱される水管式の熱交換器とが収容され、ま
   た、器具ケース内に凍結予防ヒータが設けられ、この熱
   交換器の入口側には給水導入管が接続され該給水導入管
   は器具ケース内を通ってその給水導入端が器具ケース外
   に突出され、また、前記熱交換器の出口側には給湯接続
   管が接続され該給湯接続管は器具ケース内を通ってその
   吐出端が器具ケース外に突出され、吸気口から外部空気
   を取り入れてバーナ燃焼を行い、燃焼排気ガスを排気口
   から排出する燃焼装置において、凍結予防ヒータおよび
   温度センサが器具ケース内における給水導入管の給水導
   入端側位置と給湯接続管の吐出端側位置に設けられ、ま
   た、前記吸気口と排気口の一方又は両方を含む冷風吹き
   込み部からの冷風が当たる領域を通る熱交換器内水管が
   該熱交換器から直ぐ突き出た部分の位置に温度センサが
   設けられるとともに、前記複数の温度センサのうちの何
   れか１つの検出温度が下限設定温度以下になったときに
   前記全ての凍結予防ヒータの動作制御を行うヒータ制御
   部が設けられている凍結予防ヒータ付燃焼装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の凍結予防ヒータ付燃焼装
   置の、給水導入管の温度センサと、給湯接続管の温度セ
   ンサと、冷風が当たる領域に設けられた少くとも１個の
   温度センサの検出温度をモニタし、モニタ温度センサの
   少くとも１個の検出温度が予め与えた下限設定温度以下
   になったときに全凍結予防ヒータをオン駆動し、前記モ
   ニタ温度センサの１個以上の予め設定した個数のセンサ
   の検出温度が予め設定したヒータ停止温度以上になった
   ときに前記凍結予防ヒータの加熱駆動をオフする凍結予
   防ヒータ付燃焼装置のヒータ制御方法。