JP6034264B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、筐体の内部に回路基板を備えた給湯装置に係り、特に、回路基板に配設された電気部品を温度変動から保護する技術に関する。

回路基板に配設された電気部品を温度変動による劣化から保護する技術が各種提案されている。

たとえば、電子機器の温度変動を監視し、必要に応じて報知する技術（特許文献１参照）や、温度制御装置を設けて温度変動を抑える技術（特許文献２参照）などがある。

特開２００９−２５７７８１号公報 特開２０１２−９３８５１号公報

冬季に冷気が筐体内に入り込むと、筐体内に設けられた回路基板が極端に冷えた状態になり、その状態から装置を稼動させて発熱が始まると、回路基板に大きな温度変動が加わってしまう。たとえば、貯湯タンクを備えるなどして大型化した給湯装置においては、筐体を一枚板で構成することは難しく、複数の部材を繋いで筐体を構成することがよく行われるが、繋ぎ目の隙間から筐体内部に外気が入り込み易くなる。

回路基板の温度変動を抑制するために、先行技術のように、専用の温度制御装置を設けて、回路基板の温度制御を行うと、装置構成が複雑になって価格の上昇に繋がる。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、専用の温度制御装置を設けて温度を制御することなく、冬場の冷気による冷え過ぎをなくして回路基板の温度変動を抑制することのできる給湯装置を提供することを目的としている。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。

［１］筐体と、
前記筐体内に配設された、凍結防止を要する配管と、
前記筐体内に設けられた、前記配管内の凍結を防止するように制御されたヒータと、
前記筐体内であって前記ヒータからの熱を受ける場所に配置された回路基板と、
を有する
ことを特徴とする給湯装置。

上記発明では、凍結防止を要する配管と、この配管内の凍結を防止するために温度制御されたヒータとが配置された筐体内の中でヒータからの熱を受ける場所に回路基板を配置した。これにより、凍結防止用のヒータからの熱やヒータで暖められた空気からの熱を受けて回路基板が保温される。すなわち、凍結防止用のヒータは凍結しないように常に温度制御されるので、配管内の凍結防止用のヒータからの熱を利用することで、回路基板の温度変動を抑えるための専用の温度制御を行うことなく、回路基板が冷えすぎた状態になることを防いで、回路基板の温度変動を抑えることができる。凍結防止用のヒータからの熱を受ける場所は、ヒータの上方が好ましい。

［２］前記筐体は、上部と下部の間に隙間を有し、
前記上部の筐体内に、前記配管と、前記ヒータと、前記回路基板を配置した
ことを特徴とする［１］または［２］に記載の給湯装置。

上記発明では、隙間から入ってくる冷気があっても、凍結防止を要する配管と、凍結防止用のヒータのある上部の筐体内に回路基板を配置したので、凍結防止用のヒータで暖められた空気やヒータからの熱を受けて回路基板が暖められ、冷え過ぎた状態になることが防止される。

［３］前記回路基板を上方から覆う熱逃げ防止カバーを有する
ことを特徴とする［２］に記載の給湯装置。

上記発明では、ヒータによって暖められた空気が熱逃げ防止カバーの下方に溜まり、回路基板がより効率的に暖められる。

［４］前記熱逃げ防止カバーは、下向き凹状の空間を形成する形状を備え、
前記回路基板は、前記下向き凹状の空間に配置される
ことを特徴とする［３］に記載の給湯装置。

上記発明では、熱逃げ防止カバーは下向き凹状の空間の中に暖かい空気を溜め込み、回路基板はその暖かい空気の溜まった空間内に配置される。これにより、より効率的に回路基板を暖めることができる。

［５］ 前記熱逃げ防止カバーは、下方へ延びた垂下部を周縁に有して前記下向き凹状の空間を形成し、
前記筐体の内面に接するもしくは前記内面に近い側の前記垂下部より前記筐体の内面から離れた側の垂下部が下方へ長い
ことを特徴とする［４］に記載の給湯装置。

上記発明では、筐体の内面に接するもしくは内面に近い側の垂下部より筐体の内面から離れた垂下部を下方へ長くしたので、筐体の内面から離れた側の垂下部において、筐体の内面の助けがなくても、暖かい空気を溜め込むことができる。

［６］所定の熱源機で加熱された湯を貯める縦長の貯湯タンクを有し、
前記貯湯タンクは、前記下部の筐体と上部の筐体に跨って収納される
ことを特徴とする［１］乃至［５］のいずれか１つに記載の給湯装置。

本発明に係る給湯装置によれば、専用の温度制御装置を設けて温度を制御することなく、冬場の冷気による冷え過ぎをなくして回路基板の温度変動を抑制することができる。

本発明の給湯装置を含む貯湯システムの概略構成を示す図である。 給湯装置の筐体を示す分解斜視図である。 給湯装置の内部の配置を示す図である。 回路基板を下向き凹形状の部分に収めた状態の熱逃げ防止カバーの一例を示す斜視図である。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る給湯装置１０を利用した貯湯システム３の構成を示している。貯湯システム３は、給湯装置１０と、燃料電池の排熱を回収する熱源機４と、バックアップ熱源機５とから構成される。

給湯装置１０は、給水元から給水管６を通じて供給される給水を貯湯タンク１１に蓄え、該貯湯タンク１１内の水を、燃料電池の排熱を利用して昇温して、所定の出湯先へお湯を供給する機能を果たす。バックアップ熱源機５は、貯湯タンク１１から送り出される湯水の水温が出湯の設定温度に不足する場合に、貯湯タンク１１から出湯先へ向かう途中で湯水を設定温度まで昇温する等の機能を果たす。

ここでは、バックアップ熱源機５として、ガスを燃焼させる風呂給湯器を使用する。給湯装置１０からの湯水は風呂給湯器５の給水口に供給される。

給湯装置１０は、貯湯タンク１１から送り出される湯の温度が出湯の設定温度を越える場合は、貯湯タンク１１からの湯に給水を混合して設定温度に温度調整した湯を風呂給湯器５の給水口へ供給し、風呂給湯器５は供給された湯をそのまま出湯先へ出湯する。一方、貯湯タンク１１から送り出される湯の温度が出湯の設定温度に足りない場合は、風呂給湯器５は、バーナを燃焼させ、給湯装置１０から供給された湯を設定温度に昇温して、出湯先へ出湯する。

給湯装置１０が備える貯湯タンク１１は中空略円柱状の縦長のタンクであり、下部から給水が補充され、上部から湯を送り出すようにされている。貯湯タンク１１は、たとえば、容量１００リットル程度を有し、底から２０リットル毎の水位の箇所に、その箇所の水温を検出する温度センサを備えている。

給湯装置１０の給水管接続口１２には、給水元に通じた給水管６が接続される。給湯装置１０の内部には、給水管接続口１２から流入する給水を貯湯タンク１１へ送り込んだり、貯湯タンク１１の底部から取り出した水を熱源機４を経由して昇温して貯湯タンク１１の上部に戻したり、貯湯タンク１１の上部からの湯あるいは該湯と給水とを混合してバックアップ熱源機５へ送り出したり、排水したりするための各種の配管１３が配設されている。

配管１３の途中には、混合器、電磁弁、逆止弁、減圧弁、ポンプ、水量センサなどが設けられている。また、配管１３の各所には、配管１３内の水の凍結を防止するためのヒータ１４や、配管１３内の水温を検出する温度センサ１５が取り付けられている。ヒータ１４は配管内の水が凍結しないように制御される。また、給湯装置１０は、雰囲気温度（外気温度）を計測する雰囲気温度センサ１６を備えている。

給水管接続口１２の近傍の配管１３には給水口開閉弁１８が設けてある。給水口開閉弁１８は、給水管接続口１２を実質的に開閉する機能を果たす。給水口開閉弁１８を閉状態にすると、給水管接続口１２からの給水の流入は阻止され、給水口開閉弁１８を開状態にすると、給水管接続口１２から給湯装置１０内部へ、水の流入が可能になる。

一般に、給湯器などでは、設置時の初期状態や装置の電源がオフ状態のときに通水可能にされている。しかしながら、本実施の形態の給湯装置１０の給水口開閉弁１８は、給湯装置１０の設置時の初期状態（通電前）で閉じている。たとえば、給水口開閉弁１８が電磁弁の場合は、電源オフの状態で弁が閉じる構成のものが使用される。また給水口開閉弁１８がギアモータで弁を開閉させるものであれば、弁が閉じた状態に設定されて工場から出荷される。これにより設置時の初期状態では給水口開閉弁１８は閉じた状態になる。

給湯装置１０は、当該給湯装置１０の動作を制御する制御部としての機能を果たす回路基板２０を備えている。回路基板２０は、基板上にＣＰＵ（Central Processing Unit）、該ＣＰＵが実行するプログラムや固定データなどが記憶されたフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵがプログラムを実行する際に各種情報を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、各種の信号を入出力するＩ／Ｆ（Interface）部、抵抗器、コンデンサなどの部品を配設して構成される。

回路基板２０には、給湯装置１０が有する各種センサからの検出信号が入力される。また、回路基板２０からは各弁やその他の制御対象に対して制御信号が出力される。回路基板２０はさらに熱源機４やバックアップ熱源機５と各種の情報や指令を授受するようになっている。

回路基板２０は、防湿性等を確保するために、各部品を樹脂で覆ってポッティングしてある。このようなポッティングされた回路基板２０では、部品を基板に半田付けするための半田、各部品、基板、ポッティングの樹脂の熱膨張率がそれぞれ相違するために、ポッティングの樹脂で固定された部品に温度変動による歪みが加わり易い。そのため温度変動を小さく抑えることが好ましい。

本実施の形態に係る給湯装置１０は、筐体３０内に、凍結防止を要する配管１３と、配管１３の凍結を防止するように制御されたヒータ１４とを配置し、かつ、筐体３０内であってヒータ１４からの熱を受ける場所に回路基板２０を配置してある。より詳細には、筐体３０は、上部と下部の間に隙間を有し、上部の筐体３１内に、凍結防止を要する配管１３と、凍結防止用のヒータ１４と、回路基板２０を配置してある。

この例では、配管１３の各部にヒータ１４を取り付けてあり、これら配管１３およびヒータ１４の上方に回路基板２０を配置してある。さらに、回路基板２０を上方から覆う熱逃げ防止カバー４０を設けてある。なお、回路基板２０は、すべてのヒータ１４の上方に配置されることが好ましいが、一部のヒータ１４のみの上方となる位置に配置されてもよい。

熱逃げ防止カバー４０は、略水平な平面を成した天井部４１の周縁から下方へ延びた垂下部４２を有して下向き凹状の空間を形成する。筐体３０の内壁面に接する（あるいは内面に接するほど近い）側の垂下部４２ａに比べて、筐体３０の内面から離れた側の垂下部４２ｂは下方へ長く延設されている。回路基板２０は、熱逃げ防止カバー４０の下向き凹状の空間の中に収容されている。

図２は、給湯装置１０の筐体３０の分解斜視図である。下部の筐体３２の上に上部の筐体３１を積み重ねるようにして縦長の直方体の筐体３０が形成される。より詳細には、上部の筐体３１と下部の筐体３２に共通の縦に長い側壁面をなす共通側壁板３３と、下部の筐体３２の残り三方の側面を成す下部側壁板３２ａと、上部の筐体３１の残り三方の側面をなす上部側壁板３１ａと、上部の筐体３１の上面を覆う天井板３４とを有する。また下部の筐体３２の内部を仕切る、下向きＬ字型に曲げられた仕切り板３２ｂを備えている。

図３は、筐体３０の内部配置を示してある。図３では、共通側壁板３３、天井板３４は省略してある。図３では、上部の筐体３１と下部の筐体３２との間の隙間を誇張して大きく示してある。

貯湯タンク１１は、上部の筐体３１と下部の筐体３２に跨る縦長の形状を有し、下部の筐体３２の下端近傍から上部の筐体３１の上端近傍に至っている。

下部の筐体３２の仕切り板３２ｂの水平面は、実質的に上部の筐体３１の貯湯タンク１１がない部分における底板を成している。凍結防止を要する配管１３は、上部の筐体３１のうちの、仕切り板３２ｂの水平面より上方の空間に配設されている。配管１３が配設されたエリアの上方に回路基板２０が配置され、この回路基板２０を上方から覆うようにして熱逃げ防止カバー４０が配置されている。なお、仕切り板３２ｂは、ヒータ１４によって保温される領域と、外気によって冷えてもよい領域とを仕切る役割を果たしている。

図４は、回路基板２０を熱逃げ防止カバー４０の下向き凹状の空間に収めた状態の一例を示す斜視図である。ここでは、垂下部４２は天井部４１の周縁の対向する２辺のみに設けてあるが、天井部４１の周縁全体（４辺）から垂下するように設けられてもよい。

次に、回路基板２０の温度変動防止に係る作用を説明する。

ヒータ１４は、常時、配管１３内の水が凍結しないように温度制御されている。凍結防止を要する配管１３および凍結防止用のヒータ１４を上部の筐体３１内に設け、凍結防止用のヒータ１４で暖められた上部の筐体３１の中であってヒータ１４からの熱を受ける場所に回路基板２０を設けたので、回路基板２０の温度変動を防止するための専用の温度制御装置を設けることなく、冬季の冷気による回路基板２０の冷えすぎをなくして、回路基板２０の温度変動を少なく抑えることができる。

ヒータ１４の発した熱で暖められた空気は上昇する。回路基板２０を配管１３やヒータ１４の上方に配置しているので、上昇してきた暖かい空気によって回路基板２０を効率的に暖めることができる。また、熱逃げ防止カバー４０は、上昇してきた暖かい空気を、下向き凹状の空間の中に溜める役割を果たす。回路基板２０は下向き凹状の空間の中に配置されているので、回路基板２０の周囲に暖かい空気が溜まるようになり、回路基板２０をさらに効率的に暖めることができる。

したがって、冬季に、上部の筐体３１と下部の筐体３２との隙間から筐体３０内に冷気が入ってきても、凍結防止用のヒータ１４の熱を利用して回路基板２０が暖められるので、回路基板２０が極端に冷えた状態になることはなく、温度変動が抑制される。

ところで、給湯装置１０を設置して最初に通電するときは、当然ながら、回路基板２０は、凍結防止用のヒータ１４からの熱で暖められた状態にはなっていない。したがって、冬季の寒冷地で、寒い倉庫に長時間保管等されていた給湯装置１０を設置して最初に通電するときは、回路基板２０が冷え切った状態になっている。

回路基板２０は、器具の負荷（たとえば、電磁弁等）を制御すると発熱する。そのため、冷え切った状態の給湯装置１０を設置して最初に通電した直後から器具の負荷を動かすと、冷え切った状態の回路基板２０が発熱し、ヒートショックによって基板に「力」が加わってしまう。

一方、冷え切った給湯装置１０を現場に設置して通水すると、配管内を流れている間に水の温度が下がり、途中で凍結してしまう。

そこで、本実施の形態の給湯装置１０の回路基板２０は、設置後に最初に給電されたときは、通電開始から所定時間（たとえば、１時間）が経過するまで、給水口開閉弁１８を閉じた状態に維持したまま、ヒータ１４をオンにして、配管１３や給水口開閉弁１８と共に回路基板２０を暖める予熱動作を行う。そして、予熱動作が完了して、回路基板２０があたたまってから、電磁弁等の負荷を動かし始めるようになっている。これにより、前述の凍結およびヒートショックが回避される。

なお、垂下部４２のうち、筐体３０の内壁面から離れている側の垂下部４２ｂを、内壁面に接する（あるいは内面に近い）側の垂下部４２ａより下方へ長く延設しているので、垂下部４２ｂ側において、筐体３０の内壁面の助けがなくても、暖かい空気を効率よく、かつ多く、溜めることができる。筐体３０の内壁面に接する（あるいは内面に近い）側では、筐体３０の内面が暖かい空気を案内して溜め込む作用、すなわち、垂下部４２ａを延長させたような作用を果たしている。熱逃げ防止カバー４０は、熱伝導が金属に比べて少ない樹脂などで構成されることが好ましい。

なお、熱逃げ防止カバー４０を設けたことで、暖かい空気が上部の筐体３１から逃げ難くなり、結果として、凍結防止用のヒータ１４のオン時間も少なくなっている。

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

実施の形態では回路基板２０を水平に配置したが、縦に配置してもよい。縦に回路基板２０を配置した場合、熱逃げ防止カバー４０の垂下部４２（特に筐体３０の内壁面から離れている垂下部４２ｂを回路基板２０の下端近傍まで、もしくは下端よりさらに下方へ長く延設することが好ましい。しかし、下向き凹状の空間に暖かい空気が溜まっていればその下方にも暖かい空気が停留し易くなるので、回路基板２０の上部が熱逃げ防止カバー４０の下向き凹状の空間内に入り、下部が下向き凹状の空間から出てしまうようにされてもかまわない。

実施の形態では貯湯タンク１１を有する貯湯システム３の給湯装置１０を例に説明したが、給湯装置１０は、給湯器や風呂給湯器など他の種類の給湯装置１０にも適用することができる。

実施の形態では、上部の筐体３１と下部の筐体３２の間に隙間のある筐体３０を例示したが、筐体３０の構成はこれに限定されるものではない。

３…貯湯システム
４…熱源機
５…バックアップ熱源機（風呂給湯器）
６…給水管
１０…給湯装置
１１…貯湯タンク
１２…給水管接続口
１３…配管
１４…ヒータ
１５…温度センサ
１６…雰囲気温度センサ
２０…回路基板
３０…筐体
３１…上部の筐体
３１ａ…上部側壁板
３２…下部の筐体
３２ａ…下部側壁板
３２ｂ…仕切り板
３３…共通側壁板
３４…天井板
４０…熱逃げ防止カバー
４１…天井部
４２、４２ａ、４２ｂ…垂下部

Claims (6)

1. 筐体と、
   前記筐体内に配設された、凍結防止を要する配管と、
   前記筐体内に設けられた、前記配管内の凍結を防止するように制御されたヒータと、
   前記筐体内であって前記ヒータからの熱を受ける場所に配置された回路基板と、
   を有する
   ことを特徴とする給湯装置。
2. 前記筐体は、上部と下部の間に隙間を有し、
   前記上部の筐体内に、前記配管と、前記ヒータと、前記回路基板を配置した
   ことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記回路基板を上方から覆う熱逃げ防止カバーを有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。
4. 前記熱逃げ防止カバーは、下向き凹状の空間を形成する形状を備え、
   前記回路基板は、前記下向き凹状の空間に配置される
   ことを特徴とする請求項３に記載の給湯装置。
5. 前記熱逃げ防止カバーは、下方へ延びた垂下部を周縁に有して前記下向き凹状の空間を形成し、
   前記筐体の内面に接するもしくは前記内面に近い側の前記垂下部より前記筐体の内面から離れた側の垂下部が下方へ長い
   ことを特徴とする請求項４に記載の給湯装置。
6. 所定の熱源機で加熱された湯を貯める縦長の貯湯タンクを有し、
   前記貯湯タンクは、前記下部の筐体と上部の筐体に跨って収納される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の給湯装置。