JP3952485B2 - 風呂給湯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は風呂給湯装置に関する。特に、浴槽内の湯の追焚き用の伝熱管を給湯用の熱交換器の水壁内に納めた１缶２水路貯湯方式の風呂給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風呂給湯装置で貯湯部を有する、いわゆる貯湯式風呂給湯装置では、１缶２水路（１バーナ）方式のものが主流である。この方式では、浴槽の追焚き回路の熱交換部、即ち伝熱管を給湯用の熱交換器の水壁内に収め、当該水壁内温水温度を検知しながら１箇所のバーナで給湯用熱交換器を加熱することで当該給湯用熱交換器の水壁内の水を加熱して設定温度の温水とするとともに、水壁内の追焚き回路の伝熱管内を流れる浴槽循環水を間接的に加熱するようにしたものである。又、このような貯湯式のものではバーナに燃焼能力（燃焼熱量）固定で断続燃焼制御のものを用いるのが一般的である。
【０００３】
また一方、浴槽内の湯の残量を検出する方法としては、熱量演算方式と呼ばれるものがある。この方法は、2缶2水路（2バーナ）方式のものに多く採用されるものであり、浴槽内にバスアダプタレベル以上の残水が存在する場合の残水量検出方法であって、浴槽内の湯を追焚き回路内に循環させることにより浴槽内の湯の加熱前温度を検出しておき、次いで一定時間追焚き回路で浴槽内の湯を加熱し、追焚き終了後に再び浴槽内の湯の焚き上がり温度を検出する。追焚き回路の燃焼能力（燃焼熱量）は予め分かっているので、焚き上がり温度と加熱前温度の温度差と燃焼時間とから浴槽内の残水量を熱力学的に計算することができる。
【０００４】
しかしながら、１缶２水路方式の貯湯式風呂給湯装置では、１箇所のバーナによって給湯用熱交換器の水壁内の水を加熱し、間接的に当該水壁内の追焚き用伝熱管内を流れる浴槽循環湯を加熱しているので、熱量演算の為の追焚き中に給湯用熱交換器の水壁内の湯を、給湯栓を開いて出湯すると、バーナからの供給熱量の一部がそちらに奪われ、浴槽循環湯への供給熱量、即ち風呂能力（以下、風呂能力と記す。）が減り、バーナの燃焼能力（燃焼熱量）が固定されていても、焚き上がり温度と加熱前温度の温度差と燃焼時間とから浴槽内の残水量を熱力学的に計算することができない。
この給湯側に奪われた熱量、即ち給湯能力（以下、給湯能力と記す。）が算出できれば、風呂能力が算出できるが、貯湯式の場合、一般的に給湯回路に水量センサは設けられておらず、この計算もできない。
【０００５】
また、１缶２水路方式の貯湯式風呂給湯装置では、給湯使用しなくても、浴槽内の湯の温度、つまり追焚き用の伝熱管に流入する湯の温度が変化すると、それに伴い、給湯用熱交換器の水壁内の温水を一定温度に保持するのに必要な熱量も変化し、又、熱交換効率も変化する為、バーナの燃焼能力（燃焼熱量）も大きく変化する。（例えば、湯温４０℃では、１０℃の場合と比較して５０％以上燃焼能力が低下する。）
ここでは給湯使用しない場合としたので、バーナの燃焼能力（燃焼熱量）は、即ち風呂能力を指す。
【０００６】
また、燃焼能力（燃焼熱量）可変のバーナを連続燃焼させる場合には、一定時間の燃料の消費量を知ることにより与えた熱量を容易に算出できるが、バーナに燃焼能力（燃焼熱量）固定で断続燃焼制御のものを用いる場合には、一定時間に与えた熱量を精度良く検知しようとすると、当該一定時間を長くとる必要があり、現実的ではない。
故に、このことによっても焚き上がり温度と加熱前温度の温度差と燃焼時間とから浴槽内の残水量を熱力学的に計算することができない。
よって浴槽内の残水量を測定する為に風呂アダプタに圧力センサを配し、風呂アダプタより上の水位について当該圧力センサの出力により、浴槽内の残水量を測定する方法が採られている。
【０００７】
しかしながら風呂アダプタに圧力センサを配する方式では、施工現場で風呂アダプタから圧力センサの信号線を取り出し、壁内配線する必要があり、初期施工時、及び、圧力センサ故障に伴う、交換又は修理工事の際に多大な工数を必要としていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の技術的問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは熱量演算方式によって残水量を演算する機能を備えた１缶２水路貯湯方式の風呂給湯装置において、熱量演算により正確に残水量を演算できるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の風呂給湯装置は、１箇所のバーナによって給湯用の熱交換器を直接加熱し、又、当該熱交換器の水壁内に配された追焚き用の伝熱管を当該水壁内の温水で間接的に加熱する風呂給湯装置において、浴槽内の湯温と当該水壁内温水温度を検出するための温度検知手段を備え、当該温度検知手段によって検知された浴槽内の湯温と当該水壁内温水温度に基づき、熱量演算方式による残水量演算に用いる風呂能力を求めるようにしたことを特徴としている。
【００１０】
ここで、熱量演算方式の残水量演算とは、浴槽内に残っている湯を所定時間加熱し、加熱開始前の湯温と加熱終了後の湯温の温度差及びその間に浴槽内の湯に与えられた熱量から残水量を求める方法である。また、浴槽内の湯温によって熱量演算方式による残水量演算に用いる燃焼能力、すなわち風呂能力を決めるためには、予め浴槽内湯温と給湯熱交換器の水壁内温水温度と風呂能力との関係を記憶装置などに記憶させておく。
ここで浴槽内湯温は循環回路の戻り湯温を循環回路途中に配した温度センサで検知しても良いし、浴槽の風呂アダプタに温度センサを配して直接検知しても良く、又、その他の方法でも直接、或いは間接的に浴槽内湯温を検知できる方法で有れば構わない。以下の説明ではこの浴槽内湯温を風呂温度と記す。
又、給湯熱交換器の水壁内温水温度も、その検知位置により検知値は異なるが、当該水壁内温水温度を直接、或いは間接的に検知できる位置であれば良い。以下の説明ではこの水壁内温水温度を缶体温度と記す。
【００１１】
本発明の風呂給湯装置にあっては、風呂温度、及び、缶体温度に応じて残水量演算に用いる風呂能力を求めるようにしているので、風呂温度、及び、缶体温度に応じて補正された風呂能力の値を用いることができ、いわゆる１缶２水路貯湯方式の風呂給湯装置で、バーナに燃焼能力（燃焼熱量）固定で断続燃焼制御のものを用いる場合においても熱量演算によって浴槽内の残水量を正確に求めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態による１缶２水路貯湯方式の風呂給湯装置１を示す概略構成図である。この風呂給湯装置１はオイルを燃料とするオイル式であって、給湯用熱交換器２の下部にオイルを燃焼させるためのバーナ３が設けられており、オイルポンプ５によりオイル供給管４からオイルが供給され、缶体サーミスタ９で検知された缶体温度を設定温度に保持すべく燃焼能力（燃焼熱量）固定で断続燃焼制御される。
また、バーナ３の上部には燃焼用の空気を強制的に送り込むための送風機６が設けられており、送風機６から強制送風された空気や排気ガス等は排気筒７から外部へ排出される。また、給湯用熱交換器２の水壁内には浴槽２８のバスアダプタ２９に接続された追焚き回路４０の追焚き用熱交換部である伝熱管８が配設されている。
【００１３】
給湯路３０は、給湯用熱交換器２の入水側に接続された入水路１０と出湯側に接続された出湯路１１とからなり、入水路１０には逆止弁１２、減安弁１３が設けられている。しかして、出湯路１１の管端に設けられた給湯栓１６が開かれると、給湯路３０を流れる水はバーナ３で熱せられている給湯用熱交換器２によって加熱され、設定温度の湯として給湯栓１６から出湯される。
【００１４】
追焚き回路４０は追焚き用熱交換部である伝熱管８、伝熱管８に接続された戻り管１９及び往き管２３からなり、戻り管１９には循環ポンプ２０、浴槽湯温検知センサ２１、水流スイッチ２２が設けられている。しかして、浴槽２８内の湯を追焚きする場合には、循環ポンプ２０を運転して循環判定によりバスアダプタレベル以上の湯があることを確認した後、バーナ３で熱せられている給湯用熱交換器２の水壁内に配された伝熱管８で追焚き回路４０を循環する湯を加熱し、浴槽湯温検知センサ２１で検出している浴槽２８内の湯の温度が設定温度に達すると循環ポンプ２０の運転を停止する。
【００１５】
また、出湯路１１の管端部分から分岐した湯落とし込み路４１は、入水路１０とバイパス流量調整弁１８を備えたバイパス路１７とオリフィス４６を介して接続されるとともに、落とし込み開閉弁２４及び、注湯水量センサ２５、逆止弁４２、４３を介して追焚き回路４０の往き管２３途中に接続されており、往き管２３と戻り管１９との間には逆止弁４４を備えたバイパス流路２６が設けられている。しかして、浴槽２８内に湯を落とし込んで浴槽２８内に湯張りする場合には、落とし込み開閉弁２４を開き、給湯路３０の給湯用熱交換器２で加熱され、出湯路１１から流出した湯をオリフィス４６で流量を規制し、追焚き回路４０の往き管２３に配した注水サーミスタ２７で温度を検知しながら、バイパス路１７に設けたバイパス流量調整弁１８の開度を制御することで、設定温度の湯として、追焚き回路４０に流し込み、往き管２３と逆止弁４４を有するバイパス流路２６を通じて戻り管１９から両搬送でバスアダプタ２９から浴槽２８内に湯を落とし込む。
【００１６】
次に、このような１缶２水路貯湯方式の風呂給湯装置１における熱量演算方式による残水量判定について説明する。この風呂給湯装置１においては、追焚き回路４０に設けられた浴槽湯温検知センサ２１により浴槽２８から伝熱管８に戻る湯の温度、すなわち浴槽２８内の湯温を検知している。給湯栓１６が閉止状態で風呂単独使用時には、この浴槽湯温検知センサ２１により検知されている浴槽２８内の湯温、即ち風呂温度と、バーナ３から給湯用熱交換器２の水壁内に配された伝熱管８に与えられる熱量、即ち風呂能力との間には例えば図２の（ａ１）に示すような相関関係が存在する。この相関関係は実験的に得ることができる。そこで、浴槽湯温検知センサ２１により測定される風呂温度が、例えば０.５℃変化する毎に風呂能力を測定し、風呂温度と風呂能力との関係をテーブル形式で（あるいは、関数として）コントローラの記憶装置内に記憶させておく。本実験例では関数として次の▲１▼式が得られた。
Ｗ＝−２３０Ｔ＋１５６００ …▲１▼式
ここで、Ｗは標準風呂能力（Ｋｃａｌ／ｈ）、Ｔは風呂温度（℃）を示す。尚、標準風呂能力とは給湯栓１６が閉止状態の風呂単独使用時で、缶体温度が標準温度（ここでは７０℃とする。）のときの風呂能力を指す。
【００１７】
又、給湯栓１６を開放し、給湯栓から出湯すると缶体サーミスタ９で検知される缶体温度が下がる。給湯栓からの出湯量を変化させて（例えば６ｌ／ｍｉｎ、９ｌ／ｍｉｎ）、それぞれの出湯量で風呂温度と風呂能力の関係、及び、風呂温度と缶体温度の関係を測定し、これらをグラフに示すと風呂温度と風呂能力の関係として図２の（ｂ１）、（Ｃ１）の関係が得られ、風呂温度と缶体温度の関係として図２の（ｂ２）、（Ｃ２）の関係が得られた。同様に、（ａ２）は給湯栓１６が閉止状態での風呂温度と缶体温度の関係である。このことは即ち、風呂温度と缶体温度を測定すれば、給湯栓からの出湯量を測定せずとも、又、燃料の消費量を知らずともそのときの風呂能力が分かるということを示している。
【００１８】
これらの測定結果より図３のグラフが導かれ、これを関数に置き換えると▲２▼式が得られた。即ち、
Ｃ＝１−０．０２５（Ｓ−Ｕ） …▲２▼式
ここでＳは標準缶体温度（℃）（例えば７０℃とする。）、Ｕは実測缶体温度（℃）、Ｃは缶体温度が標準温度のときの風呂能力に対する風呂能力の比率、である。
【００１９】
故に、缶体温度に依る補正後の実風呂能力は▲３▼式のように表せる。
Ｐ＝Ｗ×Ｃ …▲３▼式
ここでＰは補正後の実風呂能力（Ｋｃａｌ／ｈ）である。
又、ここでは標準温度を７０℃としたが、７０℃に限定されるものではなく、他の温度（例えば８０℃）であっても構わない。
【００２０】
そして、熱量演算により残水量を求めるための運転を開始するときに浴槽湯温検知センサ２１によって浴槽２８内の湯温、即ち風呂温度Ｔａを計測し、風呂温度Ｔａに対応する標準風呂能力の値Ｗａを▲１▼式により算出し、▲２▼式によりその缶体温度Ｕａでの標準缶体温度時の風呂能力に対する比率Ｃａを算出する。また、▲３▼式により補正後の実風呂能力Ｐａを算出する。同様に熱量演算の運転を終了するときにも浴槽湯温検知センサ２１によって浴槽２８内の湯温、即ち風呂温度Ｔｂを計測し、風呂温度Ｔｂに対応する標準風呂能力の値Ｗｂを▲１▼式により算出し、▲２▼式によりその缶体温度Ｕｂでの標準缶体温度時の風呂能力に対する比率Ｃｂを算出する。また、▲３▼式により補正後の実風呂能力Ｐｂを算出する。ついで、運転開始時の実風呂能力Ｐａ［kcal／hour］と運転終了時の実風呂能力Ｐｂ［kcal／hour］との平均値Ｐmean＝（Ｐａ＋Ｐｂ）／２を用いて熱量演算により残水量を求める。すなわち、熱量演算のための追焚き運転時間がＳ［hour］であるとすると、浴槽２８内の残水量Ｋ［ｌ］は、次の▲４▼式により演算することができる。
Ｋ＝（Ｐmean×Ｓ）／（Ｔｂ−Ｔａ）
＝｛（Ｐｂ＋Ｐａ）×Ｓ｝／２（Ｔｂ−Ｔａ） …▲４▼式
【００２１】
図４は上記のようにして熱量演算で浴槽２８内の残水量を演算し、ついで浴槽２８内の湯を追焚きする手順を具体的に示すフロー図である。この手順に従えば、台所リモートコントローラや浴室リモートコントローラ等に設けられた自動スイッチをオンにすると（Ｓ１）、一定量Ｑ１（例えば、１０リットル）の湯又は水を出湯路１１から湯落とし込み路４１及び追焚き回路４０の往き管２３、戻り管１９を通じて両搬送で浴槽２８内に落とし込む（Ｓ２）。ついで、循環ポンプ２０を運転し、水流スイッチ２２がオンになるか否かによって循環判定を行なう（Ｓ３）。循環判定は、浴槽２８内にバスアダプタレベル以上の残水が存在し、水流スイッチ２２がオンになった場合にはＯＫ（ＹＥＳ）と判定され、浴槽２８内にバスアダプタレベル以下の残水しかなく、水流スイッチ２２がオフの場合にはＯＫでない（ＮＯ）と判定される。
【００２２】
循環判定がＯＫでない場合には、バスアダプタレベル以下の残水しかなく、充分な水量を落とし込んでも浴槽２８から湯が溢れる恐れがないので、一定量の湯Ｑ２（例えば、設定水量−１０リットル）を出湯路１１から湯落とし込み路４１及び追焚き回路４０の往き管２３、戻り管１９を通じて両搬送で浴槽２８内に落とし込む（Ｓ４）。ついで、通常の追焚き運転を行なって浴槽２８内の湯を設定温度まで焚き上げ（Ｓ１２）、例えば４時間の保温運転動作に入る（Ｓ１３）。
【００２３】
これに対し、循環判定がＯＫ（ＹＥＳ）となった場合には、バスアダプタレベル以上の残水が存在し、浴槽２８から溢れないように設定水位くらいまで湯を落とし込みたいので、熱量演算により残水量を求める。熱量演算が開始すると、循環ポンプ２０で浴槽２８内の湯を追焚き回路４０に循環させながらバーナ３で給湯用熱交換器２を加熱することで当該給湯用熱交換器の水壁内の水を加熱して設定温度の、温水とするとともに、水壁内の追焚き回路４０の伝熱管８内を流れる浴槽循環水を間接的に加熱する（Ｓ５）。同時に、熱量演算開始時には、浴槽湯温検知センサ２１により風呂温度Ｔａを、缶体サーミスタ９により缶体温度Ｕａを検知し、コントローラの記憶装置に記憶する（Ｓ６）。一定時間Ｓの追焚き運転が終了すると（Ｓ７）、浴槽湯温検知センサ２１により終了時の風呂温度Ｔｂを、缶体サーミスタ９により終了時の缶体温度Ｕｂを検知し、コントローラの記憶装置に記憶する（Ｓ８）。
【００２４】
こうして熱量演算のための一定時間Ｓの追焚き運転が終了すると、開始時及び終了時の風呂温度Ｔａ、Ｔｂ及び、缶体温度Ｕａ、Ｕｂが記憶装置から読み出され、コントローラにより開始時の風呂温度Ｔａ、缶体温度Ｕａに対応した実風呂能力Ｐａと終了時の風呂温度Ｔｂ、缶体温度Ｕｂに対応した実風呂能力Ｐｂとがテーブルから読み取られ、ついで上記▲４▼式によって残水量Ｋが演算される（Ｓ９）。
【００２５】
残水量Ｋが求まると、コントローラは浴槽２８への注湯が必要かどうか判断し（Ｓ１０）、必要であると判断すれば、設定水量（設定水位までの水量）から残水量Ｋを引いた湯量を浴槽２８に落とし込んだ後（Ｓ１１）、また残水量Ｋが設定水量に近くて注湯が必要ないと判断すれば直ちに、通常の追焚き運転を行なって浴槽２８内の湯を設定温度まで焚き上げ（Ｓ１２）、例えば４時間の保温運転動作に入る（Ｓ１３）。
【００２６】
この実施形態においては、熱量演算のための追焚き運転開始時と終了時に風呂温度と缶体温度を検出し、風呂温度と缶体温度に応じた実風呂能力を用いているので、精度よく残水量を求めることができる。また、この追焚き開始時の実風呂能力と終了時の実風呂能力の平均値を用いているので、簡単な演算により一層残水量の演算精度を高めることができる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、開始時と終了時のみに風呂温度と缶体温度を検出したが、一定時間毎に風呂温度と缶体温度を検知し、一定時間毎に変化する実風呂能力を求め、その値を積算して実風呂能力の平均値を求めるようにしてもよい。あるいは、テーブル内に風呂温度と缶体温度の一定温度（例えば、０.５℃）毎の実風呂能力値を有している場合には、一定温度毎の時間間隔を計測し、時間間隔とその時の風呂能力値との積を積算して実風呂能力の平均値を求めるようにしてもよい。
【００２８】
又、上記実施形態では、循環ポンプ２０の循環流量は検知していないが、前もって循環ポンプ２０による循環流量を変化させて、循環流量毎に図２、図３に示されるデータを実験的に求め、テーブル形式で、あるいは関数として何種類か（例えば循環流量８ｌ／ｍｉｎから１ｌ毎に１７ｌ／ｍｉｎまで１０種類）持っておき、追焚き回路４０の往き管２３、又は戻り管１９に循環流量センサを配して循環流量を検知し、その循環流量での実風呂能力を求めるようにしてもよく、この場合、コストの増加を伴うが、残水量を更に精度良く求めることが可能となる。
【００２９】
又、循環流量の検知方法は流量センサによる方法に限らず、簡易的に浴槽湯温検知センサ２１と注水サーミスタ２７との検知温度差から求めても良い。この場合、前もって給湯栓１６閉止で、缶体サーミスタ検知温度安定状態（例えば７０℃）での浴槽湯温検知センサ２１と注水サーミスタ２７との検知温度差と循環流量との関係を実験的に求めておき、テーブル形式で、あるいは関数として持っておく。この方法では流量の検知精度は流量センサによる方法より劣るが、コストの増加を伴うことが無く経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による貯湯式１缶２水路方式の風呂給湯装置の構成を示す図である。
【図２】風呂温度と風呂能力、缶体温度との関係を示すグラフである。
【図３】缶体温度差と風呂能力変化率の関係を示すグラフである。
【図４】図１の風呂給湯装置において浴槽内の湯を追焚き処理する手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ 風呂給湯装置
２ 給湯用熱交換器
３ バーナ
９ 缶体サーミスタ
１１ 出湯路
２０ 循環ポンプ
２１ 浴槽湯温検知センサ
２２ 水流スイッチ
２７ 注水サーミスタ
２８ 浴槽
３０ 給湯路
３１ コントローラ
４０ 追焚き回路
４１ 湯落とし込み路
５０ 安全弁
５１ 空焚き安全装置
５２ ストレーナ

Claims (1)

1. １箇所のバーナによって給湯用の熱交換器を直接加熱し、又、当該熱交換器の水壁内に配された追焚き用の伝熱管を当該水壁内の温水で間接的に加熱する風呂給湯装置において、浴槽内の湯温と当該水壁内温水温度を検出するための温度検知手段を備え、当該温度検知手段によって検知された浴槽内の湯温と当該水壁内温水温度に基づき、熱量演算方式による残水量演算に用いる風呂能力を求めるようにしたことを特徴とする風呂給湯装置。

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