JP6836453B2

JP6836453B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP6836453B2
Application number: JP2017089455A
Authority: JP
Inventors: 裕明永井; 行隆中村
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2037-04-28
Also published as: JP2018189247A

Description

本発明は、ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御と比例燃焼制御とを行う給湯装置に関するものである。

従来よりこの種のものにおいては、給水管と、給水管の下流に設けた熱交換器と、熱交換器の下流に設けられ給湯栓を終端に有した給湯管と、熱交換器を流通する水を加熱するバーナと、給水管と給湯管とを接続し熱交換器をバイパスするバイパス管と、給湯管とバイパス管との接続部に設けられ熱交換器から流出された湯と前記バイパス管からの水とを混合する混合弁とを備え、熱交換器から流出する湯の熱交出口目標温度が、リモコンで設定された出湯設定温度よりも高温の規定温度となるようにバーナによって熱交換器を加熱し、この熱交換器からの高温の湯とバイパス管からの水とをリモコンで設定された出湯設定温度になるように混合弁で混合して出湯するものがあった。（例えば、特許文献１参照。）

特公平４−６５３０５号公報

ところで、従来の給湯装置では、要求熱量に応じて、バーナをＯＮ／ＯＦＦ燃焼させるＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御とバーナを比例燃焼させる比例燃焼制御とを行っており、前記比例燃焼制御においては燃焼が連続的で熱交換器から流出される湯の温度は安定しているが、前記ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時においては燃焼が断続的で熱交換器から流出される湯の温度が不安定となる。そのため、前記規定温度が一律に低めに設定されている場合、ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時には、熱交換器から流出する湯に水を混ぜたときに出湯設定温度より低い湯が供給されるおそれがあり、安定した出湯を行うことができなくなってしまう。

逆に、前記規定温度が一律に高めに設定されている場合、熱交換器から流出される湯の温度が高温になることから、ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時であっても、上述のような出湯設定温度より低い湯が供給されるという不具合は抑制されるものの、規定温度が高くなると、一旦、規定温度まで加熱した湯に混合弁で水を混ぜて出湯設定温度に低下させて給湯する関係上、出湯設定温度よりも余計に高温に加熱している分、バーナで消費される熱量が多く、熱効率が悪くなるものであった。

そこで、本発明は、熱効率がよく安定した出湯を行える給湯装置を提供することを目的とするものである。

本発明は上記課題を解決するために、請求項１では、給水管と、該給水管の下流に設けた熱交換器と、該熱交換器の下流に設けられ給湯栓を終端に有した給湯管と、前記熱交換器を流通する水を加熱する燃焼手段と、前記給水管と前記給湯管とを接続し前記熱交換器をバイパスするバイパス管と、前記給湯管とバイパス管との接続部に設けられ前記熱交換器から流出された湯と前記バイパス管からの水とを混合する混合弁と、該混合弁から出湯させる湯の温度を設定する出湯温度設定手段と、前記熱交換器から流出させる湯の熱交出口目標温度を前記出湯温度設定手段によって設定された出湯設定温度よりも高温の規定温度に設定する目標温度設定手段と、前記燃焼手段に要求される要求熱量が所定の基準熱量未満のときは前記燃焼手段をＯＮ／ＯＦＦ燃焼させるＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御を行わせる一方、前記要求熱量が前記基準熱量以上のときには前記燃焼手段を比例燃焼させる比例燃焼制御を行わせ、前記熱交換器から流出される湯が前記規定温度になるように、かつ、前記混合弁から出湯させる湯の温度が前記出湯温度設定手段によって設定された出湯設定温度になるように、前記燃焼手段と前記混合弁とを制御する制御手段とを備えた給湯装置において、前記目標温度設定手段によって設定される前記規定温度は、前記ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時は前記出湯設定温度より第１の温度高い温度であり、前記比例燃焼制御時は前記出湯設定温度より第２の温度高い温度であり、前記第２の温度は前記第１の温度より小さい値であるとした。

この発明の請求項１によれば、目標温度設定手段によって設定される規定温度は、ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時よりも比例燃焼制御時の方が低くなるようにしたことで、比例燃焼制御時は、連続燃焼で熱交換器から流出する湯の温度が安定しているので、熱交出口目標温度としての規定温度をＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時よりも下げてバーナで消費される熱量を低減させて熱効率を向上させつつ、安定した出湯を行わせることができ、ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時は、出湯温度の安定を優先させるべく、比例燃焼制御時よりも熱交出口目標温度としての規定温度を高くしたので、熱交換器から流出させる湯の温度が比例燃焼制御時よりも高温になり、水を混ぜても出湯設定温度より低い湯が供給されることが抑制され、断続燃焼であっても安定した出湯を行わせることができるものである。

本発明の一実施形態の給湯装置の概略構成図。同一実施形態の給湯装置の要部ブロック図。同一実施形態の給湯装置の動作を示すフローチャート。

次に、本発明の一実施形態の給湯装置について図１〜２に基づいて説明する。

１は本実施形態の給湯装置、２は灯油等を燃料とし燃料を燃焼させて火炎を発生させる燃焼手段としてのバーナ、３は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、４は給湯装置１を遠隔操作する操作手段としてのリモコンである。

５は燃料としての燃油を気化する気化器、６は気化器５に備えられ燃油を気化可能な温度まで加熱する気化ヒータ、７は気化器５の温度を検出する気化温度センサ、８は気化器５と連通し気化器５で気化された気化ガスと一次空気とを予混合する混合室、９は混合室８底部に設けられ混合室８を加熱する混合室ヒータ、１０は混合室８の温度を検出する混合室温度センサ、１１は混合室８と連通し混合室８で予混合された予混合ガスを燃焼させる燃焼部、１２は気化器５の背面で燃焼部１１上に突出された複数個の吸熱フィンで、燃焼熱を気化器５にフィードバックして、気化ヒータ６および混合室ヒータ９の通電量を極力抑えるものである。

１３は気化器５に燃油を噴霧するノズル、１４はノズル１３に送油管１５を介して燃油を圧送する電磁ポンプ、１６は燃焼ファンで送風路１７を介して気化器５の入口及び燃焼部１１とカバー枠１８との間の空気室１９とに連通し、吸込口２０より吸引した燃焼空気を気化器５には予混合用の一次空気として供給し、空気室１９には気化器５側方を通り混合室８の下方から燃焼部１１で燃焼される二次空気として供給するものである。

２１は燃焼室２２内に収容されたフィンアンドチューブ式の熱交換器で、この熱交換器２１において、バーナ２の燃焼により発生した燃焼ガスによって受熱管２３を流通する水が加熱されるものである。なお、熱交換器２１を通過した燃焼ガスは排気口２４より給湯装置１外に排気されるものである。

２５は給水源から供給される水を熱交換器２１に流通させる給水管、２６は熱交換器２１で加熱された湯を流通させ、給湯栓３に湯を供給する給湯管、２７は給水管２５から分岐したバイパス管としての給水バイパス管であり、給水管２５および給湯管２６は熱交換器２１の受熱管２３と接続され、受熱管２３と給水管２５と給湯管２６と給水バイパス管２７とで水が流通する給湯回路を構成するものである。

２８は給湯管２６と給水バイパス管２７との接続部に設けられ、給湯管２６からの湯と給水バイパス管２７からの水とを混合し、その混合比を可変できる混合弁、２９は給水管２５に設けられ給水温度を検出する給水温度検出手段としての給水温度センサ、３０は給水管２５に設けられ熱交換器２１に流入する流量を検出する流量検出手段としての流量センサ、３１は給湯管２６と給水バイパス管２７の接続部よりも上流側の給湯管２６に設けられ熱交換器２１から流出する湯の温度を検出する熱交出口温度検出手段としての熱交出口温度センサ、３２は混合弁２８で混合された湯の温度を検出する出湯温度検出手段としての出湯温度センサである。なお、前記流量センサ３０は給水管２５と給水バイパス管２７との接続部よりも下流側の給水管２５に設けられ熱交換器２１に流入する給水の流量を検出しているが、流量センサ３０は給水管２５と給水バイパス管２７との接続部よりも上流側の給水管２５に設けられ熱交換器２１および給水バイパス管２７に流入する給水の総流量を検出するものであってもよい。

また、前記リモコン４には、給湯装置１の運転のオンオフを指示する運転スイッチ３３や、混合弁２８から出湯させ給湯栓３へ供給させる出湯設定温度を設定する出湯温度設定手段としての給湯温度設定スイッチ３４とを備えているものである。

３５は前記リモコン４と無線または有線により接続され相互に通信すると共に、給湯装置１の各センサからの信号やリモコン４からの信号を受け、各アクチュエータの駆動を制御する制御手段で、この制御手段３５は、バーナ２に要求される要求熱量を算出する要求熱量算出手段３６と、要求熱量に応じて比例燃焼制御またはＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御のどちらを行わせるか判定する燃焼判定手段３７と、熱交換器２１から流出させる湯の熱交出口目標温度を設定する目標温度設定手段３８とを有しているものである。

前記要求熱量算出手段３６は、給水温度センサ２９で検出される給水温度、流量センサ３０で検出される熱交換器２１に流入する給水の流量、後述する目標温度設定手段３８で設定される熱交出口目標温度の各出力信号を受けて、バーナ２に要求される要求熱量を算出するものである。

前記燃焼判定手段３７は、要求熱量算出手段３６で算出された要求熱量と所定の基準熱量とを比較し、バーナ２に要求される要求熱量が小熱量であり前記基準熱量未満の場合は、ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御を行わせる。当該ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御は、電磁ポンプ１４および燃焼ファン１６の駆動を制御し、要求熱量に対応する燃焼量となるように、バーナ２の燃焼量を固定の燃焼量に保持した状態で、燃焼ＯＮ時間と燃焼ＯＦＦ時間とを変化、具体的には、燃焼ＯＮ時間と燃焼ＯＦＦ時間との合計時間での燃焼量が要求熱量になるように断続燃焼させるものである。一方、バーナ２に要求される要求熱量が大熱量であり基準熱量以上の場合は、要求熱量に応じて電磁ポンプ１４の送油量を比例的に調整制御すると共に燃焼ファン１６の駆動を制御して連続燃焼によって燃焼量を可変制御する比例燃焼制御を行わせるものである。

前記目標温度設定手段３８は、熱交換器２１から流出させる湯の熱交出口目標温度を、前記給湯温度設定スイッチ３４によって設定された出湯設定温度よりも高温の規定温度に設定するもので、前記燃焼判定手段３７の判定によりＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御が行われる場合は、熱交換器２１から流出させる湯の熱交出口目標温度を第１規定温度に設定する一方、前記燃焼判定手段３７の判定により比例燃焼制御が行われる場合は、熱交換器２１から流出させる湯の熱交出口目標温度を第２規定温度に設定するものであり、ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時に設定される第１規定温度よりも比例燃焼制御時に設定される第２規定温度の方を低く設定するものである。

次に、この一実施形態の給湯装置１の給湯動作について図３のフローチャートを用いて説明する。
前記リモコン４の運転スイッチ３３がオンされると、制御手段３５は、気化温度センサ７の検出する温度に基づき気化ヒータ６を制御すると共に、混合室温度センサ１０の検出する温度に基づき混合室ヒータ９を制御し、気化器５および混合室８の予熱を行い、気化器５が燃油を気化可能な温度、例えば気化器５の温度が２２０℃〜２５０℃に維持され、混合室８の温度が１２５℃〜１３０℃に維持されるスタンバイ状態となる。このスタンバイ状態では、燃焼要求が発生した場合には素早くバーナ２を着火でき、必要最低限の温度を維持することでスタンバイ時の消費電力を低減することができるものである。

前記スタンバイ状態において、給湯栓３が開栓され、流量センサ３０が最低作動流量以上の流量を検出して熱要求が発生したと制御手段３５が判断すると（ステップＳ１）、気化ヒータ６および混合室ヒータ９を強制的にオンして着火性を良くし、電磁ポンプ１４および燃焼ファン１６を駆動させて、気化器５で気化された気化ガスと一次空気とを混合室８で予混合し、予混合ガスを燃焼部１１より噴出して燃焼を開始させ、要求熱量算出手段３６によって、給水温度センサ２９で検出される給水温度、流量センサ３０で検出される熱交換器２１に流入する給水の流量、熱交出口目標温度に基づいて要求熱量が算出される（ステップＳ２）。なお、本実施形態では、前記ステップＳ２において、要求熱量算出手段３６は、給水温度、熱交換器２１に流入する給水の流量、熱交出口目標温度に基づいて要求熱量を算出したが、要求熱量算出手段３６は、給水温度センサ２９で検出される給水温度、流量センサ３０で検出される熱交換器２１に流入する給水の流量と混合弁２８の弁開度とから求められる総流量（＝給水バイパス管２７との接続部より上流側の給水管２５を流れる給水の流量に相当する流量）、給湯温度設定スイッチ３４で設定される出湯設定温度に基づいて要求熱量を算出してもよいものである。

そして、燃焼判定手段３７は、要求熱量算出手段３６によって算出された要求熱量と予め設定された所定の基準熱量とを比較し、要求熱量が基準熱量未満か否か判断し（ステップＳ３）、要求熱量が基準熱量未満である場合、電磁ポンプ１４および燃焼ファン１６の駆動を制御して、バーナ２の燃焼量を固定の燃焼量に保持した状態で、燃焼ＯＮ時間と燃焼ＯＦＦ時間との合計時間での燃焼量が要求熱量になるように断続燃焼させるＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御を行わせ（ステップＳ４）、目標温度設定手段３８は、ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時に熱交換器２１から流出させる湯の熱交出口目標温度を、給湯温度設定スイッチ３４によって設定された出湯設定温度よりも高温の第１規定温度に設定（ステップＳ５）し、ステップＳ１の処理に戻る。

一方、ステップＳ３の処理において、燃焼判定手段３７は、要求熱量算出手段３６によって算出された要求熱量と予め設定された所定の基準熱量とを比較し、要求熱量が基準熱量以上である場合、要求熱量に応じて電磁ポンプ１４の送油量を比例的に調整制御すると共に燃焼ファン１６の駆動を制御して連続燃焼によって燃焼量を可変制御する比例燃焼制御を行わせ（ステップＳ６）、目標温度設定手段３８は、比例燃焼制御時に熱交換器２１から流出させる湯の熱交出口目標温度を、給湯温度設定スイッチ３４によって設定された出湯設定温度よりも高温で第１規定温度よりも低い第２規定温度に設定し（ステップＳ７）、ステップＳ１の処理に戻る。熱要求がある間は要求熱量に応じて、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５の処理が行われるか、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ６→Ｓ７の処理が行われるものである。

また、前記第１規定温度は、通常の給湯で使用される出湯設定温度としての４０℃前後よりも１５℃〜２０℃程度高い温度とし、前記第２規定温度は通常の給湯で使用される出湯設定温度としての４０℃前後よりも１０℃程度高い温度として、制御手段３５に予め記憶されているものであり、第１規定温度＞第２規定温度の関係性を保っていれば、出湯設定温度に応じて第１規定温度および第２規定温度を可変してもよいものである。

なお、上記の給湯動作が行われている場合、バーナ２の燃焼により発生した燃焼ガスは、熱交換器２１を流通した後、排気口２４から給湯装置１外へ排出されるものである。また、給水源から供給された水は、給水管２５から熱交換器２１（受熱管２３）に導かれて燃焼ガスとの熱交換により加熱されるものである。ここで、制御手段３５は、要求熱量が基準熱量未満のときはバーナ２をＯＮ／ＯＦＦ燃焼させて熱交出口温度センサ３１で検出される熱交換器２１から流出する湯の温度が第１規定温度になるようにバーナ２を制御し、要求熱量が基準熱量以上のときはバーナ２を比例燃焼させて熱交出口温度センサ３１で検出される熱交換器２１から流出する湯の温度が第２規定温度になるようにバーナ２を制御すると同時に、出湯温度センサ３２で検出される湯温が給湯温度設定スイッチ３４で設定された出湯設定温度になるように、混合弁２８の開度を制御するものであり、給湯管２６を流通する熱交換器２１から流出した規定温度の湯（ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時は第１規定温度、比例燃焼制御時は第２規定温度）は、混合弁２８によって給水バイパス管２７からの水と混合され、出湯温度センサ３２で検出される湯温が出湯設定温度より高い場合は、湯側を絞り、水側を開くように混合弁２８内部の弁体の弁開度を調整して、出湯設定温度の湯を給湯栓３へ供給し出湯するものであり、出湯温度センサ３２で検出される湯温が出湯設定温度より低い場合は、水側を絞り、湯側を開くように混合弁２８内部の弁体の弁開度を調整して、出湯設定温度の湯を給湯栓３へ供給し出湯するものである。

上記のように、給湯が行われる際に、ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時の熱交出口目標温度である第１規定温度よりも、比例燃焼制御時の熱交出口目標温度である第２規定温度を低い温度としたことで、比例燃焼制御時は、連続燃焼で熱交換器２１から流出する湯の温度が安定しているので、熱交出口目標温度をＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時よりも下げてバーナ２で消費される熱量を低減させて熱効率を向上させつつ、安定した出湯を行わせることができ、ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時は、出湯温度の安定を優先させるべく、比例燃焼制御時よりも熱交出口目標温度を高くしたので、熱交換器２１から流出させる湯の温度が比例燃焼制御時よりも高温になり、水を混ぜても出湯設定温度より低い湯が供給されることが抑制され、断続燃焼であっても安定した出湯を行わせることができるものである。

なお、本発明は先に説明した一実施形態に限定されるものではなく、本実施形態では、制御手段３５は、熱交換器２１から流出される湯が規定温度になるようにバーナ２を制御（要求熱量が基準熱量未満の場合はバーナ２をＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御、要求熱量が基準熱量以上の場合はバーナ２を比例燃焼制御）すると同時に、出湯温度センサ３２で検出される湯温が給湯温度設定スイッチ３４で設定された出湯設定温度になるように混合弁２８の開度を制御するようにしたが、制御手段３５は、出湯温度センサ３２で検出される湯温が給湯温度設定スイッチ３４で設定された出湯設定温度になるようにバーナ２を制御（要求熱量が基準熱量未満の場合はバーナ２をＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御、要求熱量が基準熱量以上の場合はバーナ２を比例燃焼制御）すると同時に、熱交換器２１から流出される湯が規定温度（バーナ２をＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御している場合は第１規定温度、バーナ２を比例燃焼制御している場合は第２規定温度）になるように混合弁２８の開度を制御するようにしてもよいものである。

また、本実施形態では、バーナ２を燃焼量を調整できる気化式バーナとしたが、構造が周知のリターンノズル式噴霧ノズルを有し燃焼量を調整できるガンタイプバーナであってもよいものである。

また、本実施形態では、顕熱を回収するフィンアンドチューブ式の熱交換器２１を備えた給湯装置１において本発明を適用したが、これに限らず、顕熱を回収する熱交換器２１に加え潜熱を回収する熱交換器も備えた潜熱回収型の給湯装置１において本発明を適用してもよいものである。

１給湯装置
２バーナ
３給湯栓
２１熱交換器
２５給水管
２６給湯管
２７給水バイパス管
２８混合弁
３４給湯温度設定スイッチ
３５制御手段
３８目標温度設定手段

Claims

給水管と、該給水管の下流に設けた熱交換器と、該熱交換器の下流に設けられ給湯栓を終端に有した給湯管と、前記熱交換器を流通する水を加熱する燃焼手段と、前記給水管と前記給湯管とを接続し前記熱交換器をバイパスするバイパス管と、前記給湯管とバイパス管との接続部に設けられ前記熱交換器から流出された湯と前記バイパス管からの水とを混合する混合弁と、該混合弁から出湯させる湯の温度を設定する出湯温度設定手段と、前記熱交換器から流出させる湯の熱交出口目標温度を前記出湯温度設定手段によって設定された出湯設定温度よりも高温の規定温度に設定する目標温度設定手段と、前記燃焼手段に要求される要求熱量が所定の基準熱量未満のときは前記燃焼手段をＯＮ／ＯＦＦ燃焼させるＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御を行わせる一方、前記要求熱量が前記基準熱量以上のときには前記燃焼手段を比例燃焼させる比例燃焼制御を行わせ、前記熱交換器から流出される湯が前記規定温度になるように、かつ、前記混合弁から出湯させる湯の温度が前記出湯温度設定手段によって設定された出湯設定温度になるように、前記燃焼手段と前記混合弁とを制御する制御手段とを備えた給湯装置において、前記目標温度設定手段によって設定される前記規定温度は、前記ＯＮ／ＯＦＦ燃焼制御時は前記出湯設定温度より第１の温度高い温度であり、前記比例燃焼制御時は前記出湯設定温度より第２の温度高い温度であり、前記第２の温度は前記第１の温度より小さい値であることを特徴とする給湯装置。