JPH01167554A - 給湯器の熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （利用分野及び発明の概要） 本発明は給湯器等の熱交換器に関するものであり、熱交
換器内の被加熱管の温度を一定温度以上に維持すること
により熱交換器内でのドレンの発生を抑制しようとする
ものである。

（従来技術及びその問題点） 従来の給湯器の熱交換器では、第６図のような構成が採
用されており、熱交換器の缶体（１０）を介する被加熱
回路（１）と、缶体（１０）を迂回するバイパス回路（
２）の組み合わせを採用し、これら両回路の合流点以下
の下流側に設けられる蛇口から所望の温度の渇が採り出
せる。

この従来のものでは、入口からの水の全量を熱交換器に
よって加熱する場合に比べて、被加熱回路（１）の被加
熱管（１１）を通る水の量が少なくなるから、その分、
この被加熱管（１１）の温度が高くなり、ドレンが発生
しにくくなる。

ところが、出湯量の調節範囲が大きく、しかも、出湯温
度の調節範囲が大きい形式のものでは、上記従来のもの
をそのまま採用しただけでは被加熱管にドレンが発生す
ることがある。

これは、給湯能力の大きな形式の熱交換器では、被加熱
管（１１）の総長さが長くなって、燃焼排気流の下流側
に位置する部分の被加熱管温度が低くなるからである。

特に、低温度の湯を大量に得ようとする場合、この傾向
が著しくなり、被加熱管（１１）の雰囲気ガスが結露し
、熱交換器内に滴下するのである。

かかる不都合を解消するものとして、第７図の如く、バ
イパス回路（２）と被加熱回路（１）との合流点から分
岐点までの間のいずれか又は両方の回路に、流量比率調
整弁（３）を挿入するとともに、被加熱回路（１）の特
定箇所にこの部分の温度を検知する検知手段（４）を設
け、この検知手段からの出力によって前記流量比率調整
弁（３）を作動させるようにしたものを、実願昭６１−
９５９８５号として提案した。

この先行技術のものでは、検知手段（４）からの制御信
号によって被加熱管（１１）の温度を一定温度以上に設
定できるから、ドレンの発生が防止できる。

ところが、この先行技術のものでは、流量比率調整弁の
動作が被加熱回路（１）の現実の加熱状態に起因する出
力状態によって制御される、いわゆるフィードバック制
御であるから、所定の制御状態になるまでに一定の時間
を要するものとなる。従って、この間はドレンの発生を
防止できないこととなる。

（技術的課題） 本発明は、ｒ被加熱管（１１）を具備する被加熱回路＋
１）と、被加熱管（１１）を介さないバイパス回路（２
）とを具備させ、バイパス回路（２）と被加熱回路（１
）との合流点から分岐点までの間のいずれか又は両方の
回路に、流量比率調整弁（３）を挿入するとともに、こ
の流量比率調整弁はこれの駆動回路からの出力に応じて
、被加熱管（１１）をドレンが発生しない程度の温度に
維持すべく、被加熱回路（１）とバイパス回路（２）の
流量比率を制御するようにした給湯器用熱交換器１にお
いて、被加熱管（１１）におけるドレンの発生を確実に
防止できるようにするため、被加熱管（１１）の温度を
フィードフォワード制御により一定温度以上に維持でき
るようにすることをその技術的課題とする。

（手段） 上記°技術的課題を解決するために講じた本発明の技術
的手段は、「給湯器を、熱交換器からの出湯温度を検知
して、この検知出力によってろ水量−熱量比例制御装置
を具備させた形式とし、バイパス回路（２）と被加熱回
路（１）との分（６４）からの出力と前記入水温検知装
置（４０）からの出力を入力させ且つ流量比率調整弁（
３）への信号出力を演算する演算駆動回路（３０）を設
け、この演算駆動回路（３０）を流量比率調整弁（３）
を駆動するための駆動回路としたＪことである。

（第１図参照） （作用） 本発明の上記技術的手段は次のように作用する。

熱交換作用が行なわれているとき、熱交換器の上流側か
ら弁供給される流体は、バイパス回路（２）と被加熱回
路（１）とを介して下流側に流れる。被加熱回路（１）
を介する流体は熱交換器内で熱交換され、合流点の下流
側では加熱流体と非加熱流体とが混合されて所望の温度
の流体制御弁（６２）の出力によって所定熱量に設定さ
れる。同時に、演算駆動回路（３０）が出湯温度設定器
（６４）からの信号入力と入水温検知装置（４０）から
の信号入力とによって流量比率調整弁（３）の動作量を
演算し、演算駆動回路（３０）からの出力によって前記
流量比率調整弁（３）が動作し、バイパス回路（２）と
被加熱回路（１）との流量比率が所定の割合に設定され
、被加熱管（１１）側の温度が、ドレンが発生しない程
度に維持される。

すなわち、出湯温度設定器（６４）の設定値と入水温に
よって、被加熱管（１１）側が低温度側に移行する傾向
の条件にあるときには、前もってこの被加熱管側の流量
が絞られ、逆にバイパス回路（２）側の流量が増す。こ
れにより、被加熱管（１１）側の温度が上昇して、ドレ
ンが発生しない程度に維持されることとなる。又、上記
とは逆に、被加熱回路（１）の温度が高温側に移行する
傾向の条件にあるとぎには、前もって前記とは逆の動作
をし被加熱回路（１）側の温度を一定に保つ。

（効果） 本発明は上記構成であるから次の特有の効果を有する。

被加熱回路（１）側が常にドレンの発生しない程度の温
度に設定されるとともに、この温度維持のための条件設
定が入水温変化及び出湯温度設定の変化に従って予め先
行して行なわれるから、被加熱管（１１）にドレンが発
生してこれが熱交換器内に滴下するような不都合が確実
に防止できる。　又、被加熱管（１１）内が異常に高温
に加熱されることもなく、熱交換器内での沸騰現象が防
止できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図〜第５図に基いて説明す
る。

第２図〜第３図に示す第１実施例では、大容量の熱交換
を可能にするため、第３図の如く、フィン（１２）　、
　（１２）を具備させた複数の被加熱管（ｌｔ）、（１
１）からなる被加熱管群（１３）　、　（１４）を２段
にし、加熱源として、ガスバーナ（１５）を採用する。

従って、被加熱管群（１３）　、　（１４）は缶体（ｌ
Ｏ）内に上下二段に配列されて相互に連通接続され、下
方の被加熱管群（１４）の下方を燃焼室（１６）とする
とともに、この燃焼室における燃焼容量を大きくするた
め、ファン（１７）によって燃焼用空気を送り込む構成
としである。

又、缶体（ｌＯ）の外部には、バイパス回路（２）が設
けられ、被加熱管群（１３）、　、（１４）両端相互を
連通させである。従って、水回路を流れる水の一部は、
熱交換器を介することなく、分岐点（２１）から合流点
（２２）に流れる。

次に、既述の入水温検知装置（４０）としては水温又は
管壁温度を検知する第１サーミスタ（４１）が採用され
、分岐点（２１）の上流側にこの第１サーミスタ（４１
）が設けられるとともに、流量比率調整弁（３）として
の第１比例制御弁（３１）が合流点（２２）の近傍のバ
イパス回路（２）に挿入されている。

前記第１比例制御弁（３１）は公知の構成で、第１サー
ミスタ（４１）に印加される電圧と、出湯温度設定器（
６４）の設定電圧とを比較演算して、この差に応じた出
力を出すようにした演算駆動回路（３０）によって、弁
の開度が変化するものである。

尚、合流点（２２）の下流側に別個の出湯温度検知用の
第２サーミスタ（６１）を設け、さらに、ガスバーナ（
１５）へのガス回路（７）中に第２比例制御弁（６２）
を挿入している。この第２比例制御弁（６２）は、第２
駆動回路（６３）からの出力によって弁開度が変化して
ガスバーナの燃焼量を変化させるもので、前記第２駆動
回路（６３）は、出湯温度設定器（６４）からの出力信
号と第２サーミスタ（６１）からの出力信号を前記第２
駆動回路（６３）によって比較するとともに、その差に
対応する出力を第２比例制御弁（６２）に印加させる。

従って、被加熱回路（１）とバイパス回路（２）との流
量比率の如何にかかわらず、又、湯量変化にかかわらず
、この第２比例制御弁（６２）の出力により、出湯温度
が設定温度に維持される。

そこで、出湯温度設定器（６４）によって出湯温度が設
定されると、このとぎの被加熱回路−バイパス回路分配
比率に見合った出力状態で第２比例制御弁（６２）が動
作し出湯温度は所定の温度に設定される。同時に、入水
温度と前記出湯温度の設定値、及び、被加熱回路の被加
熱管（１１）、（１１）にドレンが発生しない温度（例
えば５５℃）に加熱するに要するガス量、との関係から
、演算駆動回路（３０）が流量比率調整弁（３）の動作
量を演算するとともにこの演算結果に応じた出力動作を
行い、被加熱回路（１）とバイパス回路（２）　との流
量比率が所定に設定されることとなる。以後は、出湯量
が変化しても、この設定流量比率が維持されたままで第
２比例制御弁（６２）が制御動作を行って、出湯温度が
設定温度に維持される。

このことを数式を使って更に詳述する。

まずここで、出湯設定温度：　（Ｔ）　、入水温度：（
Ｔｏ）、被加熱管加熱温度：（ＴＩ）、総流量（ｑ）。

被加熱回路流量（Ｑｌ）、バイパス回路流量（Ｑ２）と
し、バイパス回路の流量と被加熱回路の流量との比率を
（ｋ）とすると、次式が成立する。

Ｑ２／Ｑｌそｋ・・・・■ Ｑ　”Ｑｌ＋０２・・・・■ 熱交換総熱量は被加熱回路（１）の加熱量に相当するこ
とから、 Ｑｌ（ＴＩ　−Ｔｏ）　＝Ｑ（Ｔ　−Ｔｏ）　　・・・
・■■、■式よりＱ　＝　（１＋ｋ）Ｑｌ これを■式に代入しすると、 Ｑ、（ＴＩ−Ｔｏ）３１１（Ｔ−Ｔｏ）・（１＋ｋ）Ｑ
、・・・■よって、次式が成立する。

ｋ冨［（ＴＩ−Ｔｏ）　／　（Ｔ−Ｔｏ）　］　−１こ
のように、入水温度と出湯設定温度とから上記比率（ｋ
）を設定すると、出湯量の如何にかかわらず被加熱管（
１１）　、　（１１）の必要加熱量が決定されることと
なる。

従って、演算駆動回路（３０）では、被加熱管（１１）
、（１１）の必要加熱温度の最小値（例えば３５℃）と
、入水温度及び出湯設定温度とから分配比率を演算する
こととなる。この演算結果に基づいて流量比率調整弁（
３）としての第１比例制御弁（３１）が動作するととも
に、その後においては、第２比例制御弁（６２）の出力
により、出湯温度が、湯量の変化にかかわらず、設定温
度に維持される。

上記したように、二つの比例制御弁を組み合わせたもの
では、出湯温度及び、出湯量が広い範囲で変化させ得ら
れるとともに、この調節範囲での被加熱管におけるドレ
ンの発生滴下が防止できる。

以上の第１実施例のものでは、流量比率調整弁（３）と
して第１比例制御弁（３１）を用い、これを、バイパス
回路（２）の下流端に設けたが、この比例制御弁（３１
）の挿入位置は、バイパス回路（２）のいずれの位置に
設定してもよい。

第１実施例の場合には、バイパス回路（２）の流量を調
節することにより、両回路の流量比率を変化させている
が、直接流量比率を変化させることも可能である。

この方法として、例えば、第４図に示すような流量比率
調整弁（３）を合流点（２２）又は分岐点（２１）に挿
入する構成が採用できる。

この場合には、弁体（３２）が、出力機構（３３）によ
って移動せしめられ、バイパス回路（２）側の流量と被
加熱回路（１）側の流量との比率が直接的に変化する。

尚、この場合においても、既述した比、例制御弁と同様
に、入水温度と設定温度との関係から分配比率を演算し
、この演算結果に応じた出力が演算駆動回路（３０）か
ら出力機構に入力される。

又、第５図の如く、流量比率調整弁（３）を熱交ｔＴｈ
器への入口側に設けるようにしても、本発明の既述の作
用効果に変りはない。

尚、第２図の二点鎖線で示すように、入水側に全水量制
限弁（４２）を設け、ガスバーナ（１５）の能力を越え
る設定条件下ではこの全水量制限弁（４２）を演算駆動
回路（３０）からの出力によりて流量制限状態にセット
するようにすれば、入水温が極端に低い場合において、
設定温度の湯が出ないと言うような不都合が防止できる
。この場合、演算駆動回路（３０）は入水温と設定温と
の比較により、全水量制限弁（４２）を駆動させるため
の演算機能が付加されることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は第１実施例の説
明図、第３図は被加熱管群の平面図、第４図は第２実施
例の要部説明図、第５図は第３実施例の説明図、第６図
は従来例の説明図、第７図は先行例の説明図であり、図
中、（１）・・・被加熱回路　（１０）・・・缶体（１
１）・・・被加熱管 （２）・・・バイパス回路 （３）・・・流量比率調整弁 （３０）・・・演算Ｉａ回路 （４０）・・・入水温検知手段 （６２）・・・第２比例制御弁 （６４）・・・出湯温度設定器 代理人　弁理士　坂　上　好　博 第３図 第　４　図 永 ；ｒＳ２図 第６図 第７図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被加熱管（１１）を具備する被加熱回路（１）と、被加
   熱管（１１）を介さないバイパス回路（２）とを具備さ
   せ、バイパス回路（２）と被加熱回路（１）との合流点
   から分岐点までの間のいずれか又は両方の回路に、流量
   比率調整弁（３）を挿入するとともに、この流量比率調
   整弁はこれの駆動回路からの出力に応じて、被加熱管（
   １１）をドレンが発生しない程度の温度に維持すべく、
   被加熱回路（１）とバイパス回路（２）の流量比率を制
   御するようにした給湯器用熱交換器において、給湯器を
   、熱交換器からの出湯温度を検知して、この検知出力に
   よってガス回路に挿入した第２比例制御弁（６２）を動
   作させる水量−熱量比例制御装置を具備させた形式とし
   、バイパス回路（２）と被加熱回路（１）との分岐点の
   上流側の水温を検知する入水温検知手段（４０）を設け
   、第２比例制御弁（６２）の出湯温度設定器（６４）か
   らの出力と前記入水温検知装置（４０）からの出力を入
   力させ且つ流量比率調整弁（３）への信号出力を演算す
   る演算駆動回路（３０）を設け、この演算駆動回路（３
   ０）を流量比率調整弁（３）を駆動するための駆動回路
   とした給湯器の熱交換器。