JP7283029B2 - 暖房給湯装置 - Google Patents

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Description

本発明は、暖房運転機能を備え、暖房用の熱媒を利用して給湯運転を行う暖房給湯装置に関する。
従来から、給湯設定温度の給湯を行うために、上水が加熱された湯水に上水を混合して温度を調整した湯水を給湯する給湯装置が広く利用されている。例えば特許文献１の給湯装置は、給湯設定温度の給湯のために、バーナの加熱能力の調整によって熱交換器で加熱される湯水の温度を調整すると共に、この湯水に混合する上水の量を調整して給湯温度を調整する。
上水には、カルシウム等のミネラル成分が含まれているが、ミネラル成分が多い程、また加熱されて温度が高くなる程、ミネラル成分が析出し易い傾向がある。それ故、熱交換器内で加熱された湯水からミネラル成分が缶石として析出し、固着して湯水の通路を狭め、閉塞させてしまうこともある。
また、缶石が固着した部分は、熱交換が妨げられるため熱交換効率が低下して高温になり、場合によっては破損を引き起こす。それ故、缶石が析出し易い上水を使用する地域では、給湯装置の缶石を除去するメンテナンスを定期的に、又は累積給湯量等に応じて実施する。
特許第５２００７４８号公報
一方、暖房用の熱媒を加熱して外部の暖房端末に供給する暖房運転と、その加熱した熱媒を利用して給湯用の熱交換器で上水を加熱して給湯する給湯運転を行う暖房給湯装置も広く利用されている。このような暖房給湯装置においても、ミネラル成分が多い上水を加熱すると、給湯用の熱交換器内に缶石が析出して熱交換効率が低下するので好ましくなく、湯水の通路を閉塞してしまう虞もある。
特に、暖房給湯装置が、給湯用の給湯熱交換器で加熱した湯水に上水を混合して給湯するように構成されている場合には、上水が給湯熱交換器で高温に加熱されるので、缶石の析出が促進されてしまう課題がある。
本発明の目的は、缶石の析出を抑制できる暖房給湯装置を提供することである。
請求項１の発明の暖房給湯装置は、燃焼手段と、前記燃焼手段の燃焼熱で熱媒を加熱する熱交換器と、前記熱交換器と外部の暖房端末とを接続する熱媒の循環通路と、前記循環通路に配設された循環ポンプと、前記循環通路から分岐されて前記暖房端末をバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に配設された給湯熱交換器と、前記給湯熱交換器に上水を供給する給水通路と、前記給湯熱交換器で加熱された湯水を給湯するための給湯通路を備えた暖房給湯装置において、前記バイパス通路の分岐部に設けられた分配手段と、前記給水通路から分岐されて前記給湯通路に接続された給湯バイパス通路と、前記給湯バイパス通路のバイパス流量を調整する流量調整手段を有し、前記分配手段は、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転の各運転に対応するように分配比を調整可能であり、給湯運転の開始時には、前記流量調整手段を調整して前記給湯熱交換器で加熱された湯水に上水を混合することによって給湯設定温度に調整する第１給湯制御を行い、前記第１給湯制御によって給湯設定温度の給湯が予め設定された基準時間以上維持された場合には、前記給湯熱交換器で加熱された湯水の出湯温度を給湯設定温度に近づけて上水の混合量を少なくする第２給湯制御に移行することを特徴としている。
上記構成によれば、第１給湯制御では、給湯設定温度よりも高温になるように加熱された湯水に上水が混合されて、温度調整された湯水により給湯が行われる。また、第２給湯制御では、給湯熱交換器で加熱された湯水の出湯温度が第１給湯制御よりも給湯設定温度に近い温度になるように加熱され、第１給湯制御よりも上水の混合量を少なくして給湯が行われる。そして、給湯開始時は第１給湯制御で給湯が行われ、この給湯の温度が安定した後は、第２給湯制御での給湯に移行する。従って、給湯熱交換器で加熱された湯水の温度が給湯設定温度に近い温度まで低くなるので、加熱された湯水からの缶石の析出を抑制することができる。
請求項２の発明の暖房給湯装置は、請求項１の発明において、前記第２給湯制御を行っているときに給湯流量が変動した場合には、前記第１給湯制御に移行することを特徴としている。
上記構成によれば、第２給湯制御の給湯中に給湯流量が変動すると給湯温度が変動するが、この給湯温度の変動を第１給湯制御の給湯に移行することによって軽減することができる。それ故、給湯温度の変動による給湯使用者の不快感を軽減することができる。
本発明の暖房給湯装置によれば、缶石の析出を抑制することができる。
本発明の実施例に係る暖房給湯装置の構成を示す図である。 本発明の実施例に係る給湯運転のフローチャートである。
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
図１に示す暖房給湯装置１は、燃焼部７（燃焼手段）で発生させた燃焼ガスの熱（燃焼熱）を利用して加熱した暖房用の熱媒を、外部の暖房端末２との間で循環させる暖房運転を行う。また、暖房給湯装置１は、熱媒の熱を利用して加熱した上水を給湯設定温度に調整して給湯する給湯運転を行う。暖房給湯装置１は、暖房運転と給湯運転を併せて行う暖房給湯同時運転を行うこともできる。
暖房給湯装置１は、燃焼部７と、熱交換器８と、この熱交換器８と外部の暖房端末２を接続する循環通路９と、循環通路９の熱交換器８より上流側に設けられた循環ポンプ１０と、暖房運転等の制御を行う制御手段として制御部１６等を備えている。循環ポンプ１０は、燃焼部７の燃焼時に熱媒を熱交換器８に供給するように流動させる。
燃焼部７には、燃焼用ファン７ａの駆動により、矢印ＡＳで示す給気と矢印Ｆで示す燃料ガスが混合されて供給される。燃焼部７で燃料ガスの燃焼によって発生させる燃焼熱は、燃焼用ファン７ａの回転数により調整される。熱交換器８は、燃焼部７で発生させた燃焼ガスと循環通路９を流れる熱媒との間で熱交換させる。熱媒は、熱交換器８において、予め設定されている目標熱媒温度（例えば８５℃）に加熱される。熱交換により温度が下がった燃焼ガスは、矢印Ｅで示すように外部に排気される。
また、暖房給湯装置１は、バイパス通路１１と、このバイパス通路１１に設けられた給湯熱交換器２０と、給湯熱交換器２０に接続された給水通路１９と給湯通路２１等を備えている。バイパス通路１１は、循環通路９に接続された暖房端末２をバイパスするように、熱交換器８の下流側で循環通路９から分岐され、循環ポンプ１０の上流側の合流部Ｃ１で循環通路９に接続されている。矢印ＣＷで示す上水は、給水通路１９から給湯熱交換器２０に供給される。給湯熱交換器２０で加熱された湯水は、矢印ＨＷで示すように給湯通路２１から給湯栓等に給湯される。
次に、循環通路９について説明する。
循環通路９には、バイパス通路１１との合流部Ｃ１よりも上流側（暖房端末２側）に第１温度センサ１２が配設され、循環ポンプ１０と熱交換器８の間に第２温度センサ１３が配設され、熱交換器８の下流側に第３温度センサ１４が配設されている。
第１温度センサ１２は、暖房端末２から熱交換器８に戻ってくる暖房に利用された熱媒の温度を検知する。第２温度センサ１３は、熱交換器８に供給される熱媒の温度を検知する。第３温度センサ１４は、熱交換器８で加熱された熱媒の温度を検知する。これらの温度センサの検知温度に基づいて、加熱された熱媒の温度が目標熱媒温度になるように、燃焼用ファン７ａや循環ポンプ１０が制御部１６により制御される。
循環通路９とバイパス通路１１の分岐部には、第１分配弁１５（分配手段）が設けられている。第１分配弁１５は、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転に対応するように分配比を調整可能である。第１分配弁１５の分配比は、制御部１６によって調整される。
第１分配弁１５の分配比は、暖房運転時には循環通路９にのみ熱媒が供給されるように調整され、給湯運転時にはバイパス通路１１にのみ熱媒が供給されるように調整される。また、暖房給湯同時運転時には、給湯を優先するように分配比が調整され、熱媒が分配比に応じて循環通路９とバイパス通路１１に供給される。
循環通路９に供給された熱媒は、矢印ＨＳで示すように外部の暖房端末２に供給される。バイパス通路１１に供給された暖房熱媒は、合流部Ｃ１において循環通路９に合流する。循環ポンプ１０と第１温度センサ１２の間には、矢印ＡＦで示す熱媒補給用の補給通路１８が接続されている。
次に、給湯熱交換器２０、給水通路１９、給湯通路２１について説明する。
給湯熱交換器２０では、バイパス通路１１の熱媒と給水通路１９から供給される上水との熱交換により上水が加熱され、加熱された湯水が給湯通路２１に供給される。給水通路１９から給湯バイパス通路２２が分岐され、この分岐部に分配比を調整可能な第２分配弁２３が配設されている。給水通路１９から供給される上水は、第２分配弁２３によって給湯熱交換器２０と給湯バイパス通路２２に分配される。従って、第２分配弁２３は、給湯バイパス通路２２のバイパス流量を調整する流量調整手段になっている。
給水通路１９には、第２分配弁２３より上流側に、流量調整弁２４と、流量センサ２５と、給水温度センサ２６が配設されている。第２分配弁２３に供給される上水の流量は、流量調整弁２４によって調整可能である。流量センサ２５は、第２分配弁２３に供給される上水の流量、即ち給湯流量を検知する。給水温度センサ２６は、上水の温度（給水温度）を検知する。
給湯バイパス通路２２は、給湯熱交換器２０をバイパスするように給水通路１９から分岐され、合流部Ｃ２において給湯通路２１に接続されている。給湯熱交換器２０と給湯通路２１の合流部Ｃ２の間には、出湯温度センサ２７が配設されている。出湯温度センサ２７は、給湯熱交換器２０で加熱された湯水の温度（出湯温度）を検知する。
給湯通路２１の合流部Ｃ２より下流側には、給湯温度センサ２８が配設されている。給湯温度センサ２８は、給湯熱交換器２０で加熱された湯水に給湯バイパス通路２２の上水が混合されて温度が調整された湯水の温度（給湯温度）を検知する。制御部１６は、この給湯温度が予め設定された給湯設定温度になるように給湯運転を制御する。
次に、制御部１６について説明する。
制御部１６は、通信接続された第１温度センサ１２等の各種センサの検知信号等を受信する。そして、受信した検知信号に基づいて、燃焼用ファン７ａ、循環ポンプ１０、第１分配弁１５、第２分配弁２３等を制御することによって、暖房運転、給湯運転、暖房給湯同時運転の各運転を制御する。
制御部１６には、操作端末１７が接続されている。操作端末１７は、各種温度や運転状態等の情報を表示可能な表示部１７ａと、設定操作等を行うためのスイッチ部１７ｂを備えている。この操作端末１７の操作によって、給湯設定温度、目標熱媒温度等の設定や暖房運転の開始／停止等が行われる。
次に、暖房給湯装置１の暖房運転について説明する。
暖房運転が開始されると、制御部１６は、燃焼部７で燃焼させて燃焼ガスを発生させ、循環ポンプ１０を駆動し、循環通路９にのみ熱媒を供給するように第１分配弁１５の分配比を調整する。熱媒は、熱交換器８で燃焼部７の燃焼熱によって目標熱媒温度に加熱される。この熱媒は、暖房端末２に供給されて暖房に利用された後、熱交換器８に戻って再加熱される。暖房運転が停止されると、制御部１６は、燃焼部７の燃焼停止、循環ポンプ１０の停止等の暖房運転停止動作を行う。
次に、暖房給湯装置１の給湯運転について、図２のフローチャートを参照して説明する。図中のＳｉ（ｉ＝１，２，・・・）はステップを表す。
給湯栓等の開栓により給湯が開始され、流量センサ２５が予め設定された最低作動流量以上の流量を検知すると、Ｓ１において給湯運転が開始され、Ｓ２に進む。具体的には、燃焼部７で燃焼させ、循環ポンプ１０を駆動し、バイパス通路１１にのみ熱媒を供給して給湯熱交換器２０に熱媒を供給するように、第１分配弁１５の分配比を調整する。
次にＳ２において、第１給湯制御による給湯運転を行ってＳ３に進む。制御部１６は、出湯温度センサ２７で検知された出湯温度と給水温度センサ２６で検知された給水温度を受信する。そして、給湯温度センサ２８で検知される給湯温度を給湯設定温度に近づけるために、受信した出湯温度と給水温度に基づいて第２分配弁２３の分配比を調整して合流部Ｃ２における上水の混合量を調整する。このように、第１給湯制御では、上水の混合量の調整によって給湯温度を給湯設定温度に調整して給湯するので、給湯温度の制御性に優れる。
第１給湯制御において、熱媒は熱交換器８で燃焼熱によって目標熱媒温度に加熱される。加熱された熱媒は給湯熱交換器２０に供給され、給水通路１９から給湯熱交換器２０に供給された上水が加熱される。給湯熱交換器２０で加熱された湯水は、給湯通路２１に出湯される。
出湯温度センサ２７で検知される出湯温度は、給湯設定温度よりも高温になる。例えば、給水温度が２０℃、目標熱媒温度が８５℃のときに、出湯温度は５０℃以上になり、通常設定されることが多い４０℃前後の給湯設置温度よりも高温である。給湯設定温度が高い場合には、給湯熱交換器２０に供給する目標熱媒温度の熱媒の供給量を増加させて、出湯温度を一層高温にする。
次にＳ３において、給湯温度は給湯設定温度を基準時間（例えば１０秒）以上維持したか否か判定する。第１給湯制御の給湯温度が安定しているか否か判定するものであり、例えば給湯温度と給湯設定温度の差が＋／－０．５℃以内の状態が基準時間以上維持された場合に判定がＹｅｓになる。判定がＹｅｓの場合はＳ４に進み、判定がＮｏの場合はＳ６に進む。
次にＳ４において、第２給湯制御による給湯運転に移行してＳ５に進む。第２給湯制御では、給湯熱交換器２０の出湯温度を給湯設定温度に近づけるために、燃焼部７で発生させる燃焼熱を調整して熱媒の温度を目標熱媒温度よりも低下させる。給湯熱交換器２０に供給される熱媒の温度低下によって、出湯温度が給湯設定温度に近づけられる。また、循環ポンプ１０の駆動制御によって給湯熱交換器２０に供給される熱媒の流量を減少させて、出湯温度を給湯設定温度に近づけることもできる。出湯温度、即ち給湯熱交換器２０で加熱された湯水の温度が第１給湯制御時よりも低くなるので、給湯熱交換器２０での缶石の析出が抑制される。
熱媒の温度又は流量の調整と共に、出湯温度に応じた上水の混合量にするために、第２分配弁２３の分配比を調整して上水の混合量を少なくする。尚、第２給湯制御時の上水の混合量はゼロになってもよいが、給湯温度の制御のために第１給湯制御時より少量ではあっても上水を混合することが好ましい。
次にＳ５において、給湯流量が変動したか否か判定する。第２給湯制御時に流量センサ２５が検知している給湯流量が変動して判定がＹｅｓの場合にはＳ７に進み、判定がＮｏの場合にはＳ４に戻って第２給湯制御を継続する。
一方、Ｓ３の判定がＮｏの場合にＳ６において、給湯流量が変動したか否か判定する。第１給湯制御時に流量センサ２５が検知している給湯流量が変動して判定がＹｅｓの場合にはＳ７に進み、判定がＮｏの場合にはＳ２に戻って第１給湯制御を継続する。
次にＳ７において、給湯流量の変動が給湯終了によるものか否か判定する。例えば給湯栓等が閉止され、流量センサ２５が最低作動流量以上の流量を検知しなくなると給湯終了になる。給湯終了により判定がＹｅｓの場合はＳ８に進み、給湯が継続されており判定がＮｏの場合にはＳ２に戻って第１給湯制御による給湯運転を行う。
第２給湯制御中に給湯流量の変動があった場合には、給湯終了でなければ第１給湯制御に移行して、給湯運転を継続する。第１給湯制御中に給湯流量の変動があった場合には、給湯終了でなければ第１給湯制御による給湯運転を継続する。給湯温度の制御性に優れる第１給湯制御によって、給湯流量の変動に起因する給湯温度の変動を軽減する。
次にＳ８において、給湯運転停止動作を行って給湯運転を終了する。給湯運転停止動作では、燃焼部７の燃焼停止、循環ポンプ１０の駆動停止等が行われ、次の運転まで待機状態になる。
次に、暖房給湯装置１の暖房給湯同時運転について説明する。
暖房給湯同時運転は、暖房運転と給湯運転を同時に行うために、目標熱媒温度に加熱した熱媒を、第１分配弁１５の分配比を調整して循環通路９とバイパス通路１１に分配する。この第１分配弁１５の分配比は、給湯運転が優先されるように調整される。
例えば、給湯運転中に暖房運転が開始された場合は、第１給湯制御の給湯運転を実行して熱媒を目標熱媒温度に加熱する。燃焼部７が発生可能な燃焼熱に余裕があれば、暖房端末２にも熱媒を供給するように第１分配弁１５の分配比を調整して暖房給湯同時運転を行う。
一方、暖房運転中に給湯運転が開始された場合には、第１分配弁１５の分配比を調整してバイパス通路１１にも目標熱媒温度に加熱された熱媒を供給して暖房給湯同時運転に移行する。このとき、第１給湯制御によって給湯設定温度の給湯を行うことを優先させる。また、暖房と給湯に利用され混合された熱媒を目標熱媒温度に加熱できるように、燃焼部７で発生させる燃焼熱を増加させる。
上記実施例の暖房給湯装置１の作用、効果について説明する。
第１給湯制御では、給湯設定温度よりも高温になるように加熱された湯水に上水が混合され、温度調整された湯水により給湯が行われる。また、第２給湯制御では、給湯熱交換器２０の出湯温度が第１給湯制御よりも給湯設定温度に近い温度になるように加熱され、温度調整のための上水の混合量を少なくして給湯が行われる。そして、給湯開始時は第１給湯制御の給湯が行われ、この給湯温度が安定した後は、第２給湯制御での給湯に移行する。従って、給湯熱交換器２０で加熱された湯水の温度が給湯設定温度に近い温度まで低くなるので、湯水からの缶石の析出を抑制することができる。
第２給湯制御の給湯中に給湯流量が変動すると給湯温度が変動するが、この給湯温度の変動を第１給湯制御の給湯に移行することによって軽減することができる。それ故、給湯温度の変動による給湯使用者の不快感を軽減することができる。
給湯運転中に暖房運転の開始操作がされた場合、給湯を優先するため給湯が終わるまで暖房運転を開始させないようにしてもよい。その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、上記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
１ ：暖房給湯装置
２ ：暖房端末
７ ：燃焼部（燃焼手段）
８ ：熱交換器
９ ：循環通路
１０ ：循環ポンプ
１１ ：バイパス通路
１５ ：第１分配弁（分配手段）
１６ ：制御部
１９ ：給水通路
２０ ：給湯熱交換器
２１ ：給湯通路
２２ ：給湯バイパス通路
２３ ：第２分配弁（流量調整手段）
２５ ：流量センサ
２６ ：給水温度センサ
２７ ：出湯温度センサ
２８ ：給湯温度センサ

Claims (2)

  1. 燃焼手段と、前記燃焼手段の燃焼熱で熱媒を加熱する熱交換器と、前記熱交換器と外部の暖房端末とを接続する熱媒の循環通路と、前記循環通路に配設された循環ポンプと、前記循環通路から分岐されて前記暖房端末をバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に配設された給湯熱交換器と、前記給湯熱交換器に上水を供給する給水通路と、前記給湯熱交換器で加熱された湯水を給湯するための給湯通路を備えた暖房給湯装置において、
    前記バイパス通路の分岐部に設けられた分配手段と、前記給水通路から分岐されて前記給湯通路に接続された給湯バイパス通路と、前記給湯バイパス通路のバイパス流量を調整する流量調整手段を有し、
    前記分配手段は、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転の各運転に対応するように分配比を調整可能であり、
    給湯運転の開始時には、前記流量調整手段を調整して前記給湯熱交換器で加熱された湯水に上水を混合することによって給湯設定温度に調整する第１給湯制御を行い、前記第１給湯制御によって給湯設定温度の給湯が予め設定された基準時間以上維持された場合には、前記給湯熱交換器で加熱された湯水の出湯温度を給湯設定温度に近づけて上水の混合量を少なくする第２給湯制御に移行することを特徴とする暖房給湯装置。
  2. 前記第２給湯制御を行っているときに給湯流量が変動した場合には、前記第１給湯制御に移行することを特徴とする請求項１に記載の暖房給湯装置。
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