JP5143793B2

JP5143793B2 - 給湯器

Info

Publication number: JP5143793B2
Application number: JP2009164970A
Authority: JP
Inventors: 広久成田
Original assignee: 株式会社パロマ
Priority date: 2009-07-13
Filing date: 2009-07-13
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2029-07-13
Also published as: JP2011021770A

Description

本発明は、凍結防止機能を有する給湯器に関するものである。

従来、凍結防止機能を有する給湯器としては、たとえば特許文献１に開示されているようなものが考案されている。
ここで、特許文献１に記載の給湯器について、図６をもとに説明する。３１は、屋内（特に地下室等）に設置される給湯器であって、器具本体３２内に、下方に給気ファン３４を、上方に排気口３５を夫々備えた燃焼室３３を形成している。また、燃焼室３３の内部に、バーナ３６及び熱交換器３７を内設し、熱交換器３７の入水側に入水管３８を、出水側に出湯管３９を夫々接続している。さらに、燃焼室３３の外周には、給気ファン３４へ燃焼用空気を供給するための給気通路４０が形成されており、当該給気通路４０内に温度センサ４１が設置され、給気通路４０内の気温を測定するようになっている。加えて、入水管３８及び出湯管３９には、凍結防止手段としてのヒータ４２が夫々設けられている。
そして、給湯器３１では、図示しない制御装置による制御のもと、燃焼運転停止中に室外から冷気が給気通路を介して器具本体３２内へ侵入する等によって、器具本体３２内の温度（すなわち、温度センサ４１により検出される温度）が所定温度以下になると、入水管３８及び出湯管３９内の水が凍結するおそれがあるとして、ヒータ４２、４２を作動させるようになっている。

実開平３−１３０６２号公報

しかしながら、給湯器３１では、温度センサ４１が燃焼室３３の外部に設けてられているため、給湯器３１が設置されている環境の温度に影響を受けやすい。したがって、冷気が排気口３５を介して燃焼室３３内へ侵入すると、給気通路４９内よりも燃焼室３３内の温度が急激に低下し、給気通路４０内の気温はヒータ４２の作動温度に達していないにも拘わらず、燃焼室３３内から徐々に水が凍結してしまう事態が起こり得る。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、水の凍結をより確実に防止することができる給湯器を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、出湯温度検出手段が、出湯管の上流側で燃焼室出口の近傍位置に設けられた第１出湯温度センサと、第１出湯温度センサの設置位置よりも下流側に設けられた第２出湯温度センサとからなり、制御手段は、第１出湯温度センサにより検出される第１水温の経時変化と、入水温度検出手段又は第２出湯温度センサにより検出される第２水温の経時変化とを比較し、所定時間での第１水温の低下量が第２水温の低下量を所定量以上上回った場合、作動温度を上昇させることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項２に記載の発明は、出湯温度検出手段が、出湯管の上流側で燃焼室出口の近傍位置に設けられた第１出湯温度センサと、第１出湯温度センサの設置位置よりも下流側に設けられた第２出湯温度センサとからなり、制御手段は、第１出湯温度センサにより検出される第１水温と、入水温度検出手段又は第２出湯温度センサにより検出される第２水温とを比較し、第１水温と第２水温との差が所定値を上回った場合、作動温度を上昇させることを特徴とする。
さらに、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項３に記載の発明は、出湯温度検出手段が、出湯管の上流側で燃焼室出口の近傍位置に設けられており、制御手段は、出湯温度検出手段により検出される水温の経時変化を監視し、所定時間での水温の低下量が所定の低下量を上回った場合、作動温度を上昇させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、制御手段は、作動温度を上昇させた後、第１水温と第２水温とを比較し、第１水温と第２水温との差が所定のリセット値以下になると、作動温度を上昇前の値に戻すことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、制御手段が、凍結防止手段を作動させた後、入水温度検出手段又は出湯温度検出手段によって検出された水温が所定のＯＦＦ温度を上回ると、凍結防止棒手段の作動を停止させる給湯器であって、制御手段は、作動温度とともにＯＦＦ温度を上昇させることを特徴とする。

本発明によれば、排気口を介して冷気が燃焼室内に侵入して燃焼室内の温度が急激に低下し、入水温度や出湯管の下流側での水温はヒータ作動温度に達していないにも拘わらず、燃焼室内で水が凍結してしまうといった事態を効果的に防止することができる。
また、請求項４に記載の発明によれば、制御手段が、作動温度を上昇させた後、第１水温と第２水温とを比較し、第１水温と第２水温との差が所定のリセット値以下になると、作動温度を上昇前の値に戻すため、冷気の吹き込み等が止んでいるにも拘わらず、高い温度でヒータを作動させ、エネルギーを無駄に消費するといった事態を防止することができる。
さらに、請求項５に記載の発明によれば、制御手段が作動温度とともにＯＦＦ温度をも上昇させるため、入水管等の水をより高い温度まで熱することができ、より確実に凍結防止を図ることができる。

本実施形態の給湯器を示した説明図である。給湯器における凍結防止制御を示したフローチャート図である。給湯器における凍結防止制御を示したフローチャート図である。凍結防止制御の第１変更例を示したフローチャート図である。凍結防止制御の第２変更例を示したフローチャート図である。従来の給湯器を示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態となる給湯器について、図面にもとづき詳細に説明する。

給湯器１は、従来同様、器具本体２内に、下方に給気ファン４を、上方に排気口５を夫々備えた燃焼室３を形成してなるもので、燃焼室３内部には、燃料ガスと給気ファン４からの一次空気との混合ガスを燃焼させるバーナ６が備えられているとともに、バーナ６からの燃焼排気中の熱を主に回収して伝熱管内の通水を加熱するフィンチューブ式の熱交換器７が設けられている。また、燃焼室３外部には、熱交換器７の入水側に接続された入水管８、及び出水側に接続された出湯管９が設けられている。尚、給湯器１は室内に設置されており、排気口５は室外へ開口している。

また、バーナ６へのガス管には主電磁弁１０及びガス比例弁１１が設けられており、給湯器１の各種動作を制御するコントローラ２０に電気的接続されている。さらに、入水管８には入水温度（水温Ｔ３）を監視する入水温度センサ１３が設けられているとともに、出湯管９の上流側で燃焼室３出口の近傍位置には熱交換器７からの出湯温度（水温Ｔ１）を監視する第１出湯温度センサ１４が、出湯管９の下流側には使用者への出湯温度（水温Ｔ２）を監視する第２出湯温度センサ１５が夫々設けられており、全てコントローラ２０に電気的接続されている。加えて、入水管８及び出湯管９には、水量を監視する水量センサ１２、及び入水管８や出湯管９内での水の凍結を防止するためのヒータ１６が設けられており、夫々コントローラ２０に電気的接続されている。尚、２１は、熱交換器７をバイパスするバイパス管であって、そのバイパス管２１の通水量を調整することにより、熱交換器７から出湯される湯の温度を一定温度範囲内に調整可能となっている。また、コントローラ２０には、給気ファン４を駆動させるモータ等も電気的接続されている。

以上のような給湯器１においては、出湯管９の下流側で接続され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２０は、水量センサ１２からの検出信号を得て主電磁弁１０及びガス比例弁１１を開き、バーナ６へガスを供給する。また、図示しないイグナイタを作動させてバーナ６を点火させる。そして、バーナ６の点火後、コントローラ２０は、第２出湯温度センサ１５で検出された出湯温度と、コントローラ２０に接続された図示しないリモコンで設定された設定温度との差に応じて、ガス比例弁１１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。また、このガス量の変化に応じて給気ファン４の回転数も変化させ、ガス量と空気量との比率を制御する。尚、給湯栓を閉じると、コントローラ２０は、水量センサ１２からの検出信号により給湯栓が閉じられた状態を検出し、主電磁弁１０及びガス比例弁１１を閉じ、バーナ６を消火する。

ここで、本発明の要部となる給湯器１における凍結防止機能について、図２及び図３のフローチャートに基づき説明する。
給湯器１では、入水管８及び出湯管９内での水の凍結を防止するために、コントローラ２０が、上述したような給湯動作時以外においても、入水温度センサ１３、第１出湯温度センサ１４、及び第２出湯温度センサ１５により入水管８及び出湯管９内における水温Ｔ３、Ｔ１、Ｔ２を監視している（Ｓ１）。尚、給湯動作中にバイパス管２１を使用した等の理由によって、給湯動作直後には、第１出湯温度センサ１４により検出される水温Ｔ１が第２出湯温度センサ１５により検出される水温Ｔ２よりも大きく下がることも考えられるため、水温Ｔ１、Ｔ２が２０℃以下になるまで後述するような凍結防止制御は実行しないようになっている（Ｓ２）。

そして、水温Ｔ１、Ｔ２が２０℃以下である（Ｓ２でＹＥＳと判断する）と、コントローラ２０は、水温Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のうち、いずれか１つでも所定のヒータ作動温度（たとえば、４℃）に達するか否かを監視し（Ｓ４）、ヒータ作動温度に達すると、ヒータ１６、１６を作動させ（Ｓ５）、入水管８及び出湯管９内の水温を上昇させて凍結を防止するといった凍結防止制御を実行する。なお、コントローラ２０は、水温Ｔ１がヒータＯＦＦ温度（たとえば、１２℃）に到達すると、ヒータ１６、１６の作動を停止する（Ｓ９）。

ここで、排気口５を介して冷気が吹き込む等すると、水温Ｔ１〜Ｔ３がヒータ作動温度に達していないにも拘わらず、燃焼室３内で水が凍結を始めるおそれがあることから、コントローラ２０は、Ｓ４に加え、水温Ｔ１の経時変化、及び水温Ｔ３の経時変化をも監視する（Ｓ３）。そして、水温Ｔ３の低下に比べて水温Ｔ１が大きく低下している事態（たとえば、２０分間で水温Ｔ３は０．５℃しか下がっていないにも拘わらず水温Ｔ１は２℃も下がっている等）を検出する（Ｓ３でＹＥＳと判断する）と、Ｓ６でヒータフラグを確認（当初は当然ＯＦＦ）した後、Ｓ７でヒータ作動温度及びＯＦＦ温度を上昇させる（たとえば、ヒータ作動温度を１０℃に、ヒータＯＦＦ温度を１８℃に夫々上昇させる）とともに、Ｓ８でヒータフラグをＯＮとする。このようにヒータ作動温度及びＯＦＦ温度が変更されると、コントローラ２０は、Ｓ４での判断を変更後のヒータ作動温度により行い、水温Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のうちいずれか１つでも変更後のヒータ作動温度に達するとヒータ１６、１６を作動させるようになる。また、Ｓ９でのヒータ１６、１６の停止判断も、変更後のヒータＯＦＦ温度により行う。

一方、冷気の吹き込み等が止むと、ヒータ作動温度及びＯＦＦ温度を上昇させたままではエネルギーの無駄遣いになってしまうため、ヒータ作動温度及びＯＦＦ温度を変更前の値に戻す（すなわちリセットする）方がよい。そこで、コントローラ２０では、Ｓ４でＮＯと判断した後及びＳ１０でヒータ１６、１６を停止した後、まずヒータフラグのＯＮ／ＯＦＦ、すなわちヒータ作動温度等が変更されているか否かを確認し（Ｓ２１）、ヒータ作動温度及びＯＦＦ温度が変更されていると、水温Ｔ１と水温Ｔ３との温度差を確認する（Ｓ２２）。そして、温度差が所定のリセット値以下（たとえば、１℃以下）になっていると、冷気の吹き込み等が止んでいるとして、ヒータ作動温度及びＯＦＦ温度を変更前の設定温度（ここでは、ヒータ作動温度が４℃で、ヒータＯＦＦ温度が１０℃となる）に戻すとともに、ヒータフラグをＯＦＦとする（Ｓ２３）。
給湯器１では、給湯動作の合間（Ｓ１３でＮＯとなる間）に、以上のような凍結防止制御を実行し、入水管８及び出湯管９内での水の凍結防止を図っている。

上述したように給湯器１によれば、第１出湯温度センサ１４を出湯管９の上流側で燃焼室３出口の近傍位置に設けるとともに、コントローラ２０によって水温Ｔ１、Ｔ３の経時変化を監視しており、所定時間での水温Ｔ３の低下量に比べて水温Ｔ１の低下量が所定量以上に大きい事態を検出すると、ヒータ作動温度及びＯＦＦ温度を上昇させ、通常よりも高い水温でヒータ１６、１６のＯＮ／ＯＦＦを制御するようになっている。したがって、排気口５を介して冷気が燃焼室３内に侵入して燃焼室３内部の温度が急激に低下し、水温Ｔ３はヒータ作動温度に達していないにも拘わらず燃焼室３内で凍結が生じてしまうといった事態を効果的に防止することができる。
また、水温Ｔ１と水温Ｔ３との温度差を監視し、その差がリセット値以下になるとヒータ作動温度及びＯＦＦ温度を変更前の温度に戻すため、冷気の吹き込みが止んでいるにも拘わらず、高い水温でヒータ１６、１６をＯＮ／ＯＦＦ制御し、エネルギーを無駄に消費するといった事態を防止することができる。

なお、本発明の給湯器に係る構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、温度センサ、ヒータの数や設置位置、及び凍結防止機能に係る構成等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記実施形態では、ヒータ作動温度の変更を水温Ｔ１及び水温Ｔ３の経時変化にもとづいて制御するようにしているが、図４や図５に示すような制御に変更することも可能である。図４に記載のタイプでは、水温Ｔ１及び水温Ｔ３の経時変化を監視する代わりに、水温Ｔ１と水温Ｔ３との温度差を監視し（Ｓ３）、該温度差が所定値以上（たとえば、２℃）になると、ヒータ作動温度及びＯＦＦ温度を上げるように構成している。また、図５に記載のタイプでは、水温Ｔ１の経時変化のみを監視対象とし、Ｓ３での判断の結果、水温Ｔ１の経時変化が所定変化率を超える（たとえば、２０分間で２℃以上低下する）とヒータ作動温度及びＯＦＦ温度を上げるように構成している。尚、両タイプとも、実施形態の給湯器同様、図３に示すようなヒータ作動温度及びＯＦＦ温度の変更を元に戻す制御を実行している。
以上、図３や図４に記載するような制御としても、上記実施形態同様、燃焼室３内での温度の急激な低下に対応することができ、凍結防止の信頼性を向上することができる。

また、上記実施形態では、凍結防止手段としてヒータ１６を設け、入水管８及び給水管９内の水を温めることによって凍結防止を図っているが、たとえば入水管８や給水管９にポンプを接続し、当該ポンプによって給湯器１内で強制的に水を循環させて凍結防止を図るように構成してもよい。さらに別の変更例として、給湯動作の停止に伴い水の流れを止める水絞り弁（図示せず）を強制的に開き、水道圧等によって入水管８から出湯管９にかけて水を流して凍結防止を図るように構成することも考えられる。尚、凍結防止制御に係るポンプの作動や水絞り弁の開放は、上記実施形態同様、入水温度検出手段や出湯温度検出手段による検出水温にもとづいて行うものとする。
さらにまた、上記実施形態や変更例では、水温Ｔ３が最も室温（給湯器が設置される室温）に近くなるという理由により、水温Ｔ１と水温Ｔ３とを比較しているが、水温Ｔ３に代えて水温Ｔ２を採用し、水温Ｔ２の経時変化等を水温Ｔ１と比較するように構成することも可能である。
さらに、図３のＳ２２では、水温Ｔ１と水温Ｔ３との温度差にもとづいて変更したヒータ作動温度及びＯＦＦ温度をリセットするように構成しているが、温度差の代わりに水温Ｔ１と水温Ｔ３との経時変化を監視し、その低下度合いにもとづいて（たとえば所定時間での水温の低下量が水温Ｔ１と水温Ｔ３とで略同じになる等）ヒータ作動温度等をリセットするような制御としてもよい。尚、上述したように、該制御においても水温Ｔ３に代えて水温Ｔ２を採用することは当然可能である。

また、上記実施形態の給湯器はＦＥ型であるが、このようなＦＥ型に限らず、ＦＦ型の給湯器（従来技術として図５に示した給湯器）に対しても適用可能であるし、バイパス管２１のない給湯器に対しても、第１出温度センサ１４を設けることで適用することができる。
加えて、そもそもの作動温度を何℃に設定するのかといった事項や作動温度を何℃変更するのかといった事項等は、言うまでもなく適宜変更設定可能であるし、バイパス管２１に温度センサを設けて、当該温度センサを入水温度検出手段として採用してもよい。

１・・給湯器、２・・器具本体、３・・燃焼室、４・・給気ファン、５・・排気口、６・・バーナ、７・・熱交換器、８・・入水管、９・・出湯管、１３・・入水温度センサ（入水温度検出手段）、１４・・第１出湯温度センサ（出湯温度検出手段）、１５・・第２出湯温度センサ（出湯温度検出手段）、１６・・ヒータ（凍結防止手段）、２０・・コントローラ（制御手段）。

Claims

下方に給気ファンを、上方に排気口を夫々備えた燃焼室が形成されており、前記燃焼室の内部に、バーナ、及びバーナの燃焼排気の熱を回収して伝熱管の通水を加熱する熱交換器が設けられているとともに、前記燃焼室の外部に、前記熱交換器の上流側に接続される入水管と、前記熱交換器の下流側に接続される出湯管と、入水温度を検出する入水温度検出手段と、出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、前記入水管、前記出湯管、及び前記伝熱管内の水の凍結を防止する凍結防止手段と、前記バーナの燃焼動作を制御して出湯温度を制御するとともに、前記入水温度検出手段又は前記出湯温度検出手段によって検出された水温が所定の作動温度以下になると前記凍結防止手段を作動させる制御手段とを備えた給湯器であって、
前記出湯温度検出手段が、前記出湯管の上流側で前記燃焼室出口の近傍位置に設けられた第１出湯温度センサと、前記第１出湯温度センサの設置位置よりも下流側に設けられた第２出湯温度センサとからなり、
前記制御手段は、前記第１出湯温度センサにより検出される第１水温の経時変化と、前記入水温度検出手段又は前記第２出湯温度センサにより検出される第２水温の経時変化とを比較し、所定時間での前記第１水温の低下量が前記第２水温の低下量を所定量以上上回った場合、前記作動温度を上昇させることを特徴とする給湯器。
下方に給気ファンを、上方に排気口を夫々備えた燃焼室が形成されており、前記燃焼室の内部に、バーナ、及びバーナの燃焼排気の熱を回収して伝熱管の通水を加熱する熱交換器が設けられているとともに、前記燃焼室の外部に、前記熱交換器の上流側に接続される入水管と、前記熱交換器の下流側に接続される出湯管と、入水温度を検出する入水温度検出手段と、出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、前記入水管、前記出湯管、及び前記伝熱管内の水の凍結を防止する凍結防止手段と、前記バーナの燃焼動作を制御して出湯温度を制御するとともに、前記入水温度検出手段又は前記出湯温度検出手段によって検出された水温が所定の作動温度以下になると前記凍結防止手段を作動させる制御手段とを備えた給湯器であって、
前記出湯温度検出手段が、前記出湯管の上流側で前記燃焼室出口の近傍位置に設けられた第１出湯温度センサと、前記第１出湯温度センサの設置位置よりも下流側に設けられた第２出湯温度センサとからなり、
前記制御手段は、前記第１出湯温度センサにより検出される第１水温と、前記入水温度検出手段又は前記第２出湯温度センサにより検出される第２水温とを比較し、前記第１水温と前記第２水温との差が所定値を上回った場合、前記作動温度を上昇させることを特徴とする給湯器。
下方に給気ファンを、上方に排気口を夫々備えた燃焼室が形成されており、前記燃焼室の内部に、バーナ、及びバーナの燃焼排気の熱を回収して伝熱管の通水を加熱する熱交換器が設けられているとともに、前記燃焼室の外部に、前記熱交換器の上流側に接続される入水管と、前記熱交換器の下流側に接続される出湯管と、入水温度を検出する入水温度検出手段と、出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、前記入水管、前記出湯管、及び前記伝熱管内の水の凍結を防止する凍結防止手段と、前記バーナの燃焼動作を制御して出湯温度を制御するとともに、前記入水温度検出手段又は前記出湯温度検出手段によって検出された水温が所定の作動温度以下になると前記凍結防止手段を作動させる制御手段とを備えた給湯器であって、
前記出湯温度検出手段が、前記出湯管の上流側で前記燃焼室出口の近傍位置に設けられており、
前記制御手段は、前記出湯温度検出手段により検出される水温の経時変化を監視し、所定時間での水温の低下量が所定の低下量を上回った場合、前記作動温度を上昇させることを特徴とする給湯器。
前記制御手段は、前記作動温度を上昇させた後、前記第１水温と前記第２水温とを比較し、前記第１水温と前記第２水温との差が所定のリセット値以下になると、前記作動温度を上昇前の値に戻すことを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯器。
前記制御手段が、前記凍結防止手段を作動させた後、前記入水温度検出手段又は前記出湯温度検出手段によって検出された水温が所定のＯＦＦ温度を上回ると、前記凍結防止手段の作動を停止させる給湯器であって、
前記制御手段は、前記作動温度とともに前記ＯＦＦ温度を上昇させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の給湯器。