(57)【要約】【課題】熱交換器をバイパスするバイパス管を備えた給湯装置において、給湯装置の円滑な加熱運転を確保しつつ、熱交換器内の水のみの凍結が生じた場合であっても、熱交換器の凍結を確実に判断して、凍結時の加熱運転を防止し、熱交換器の劣化や損傷を防止できる給湯装置を提供する。【解決手段】給水管５から供給される水の一部を熱交換器２５を経ずに出湯管６に混入させるバイパス管７を有する給湯装置１において、出湯温度センサ１２で検出される出湯温度ＴＨａをモニタし、所定時間内、出湯温度ＴＨａが凍結危険温度ＴＨｆ未満を継続して示し、且つ所定時間内の出湯温度ＴＨａの温度上昇幅が凍結評価温度ＴＨｓ未満である場合、流水センサ８で検出される水量が最低作動流量以上であっても、加熱運転を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管と、
前記給水管により供給された水を加熱する熱交換器、前記熱交換器を加熱するガスバーナ、前記ガスバーナに燃焼用空気を供給する燃焼ファン、及び前記熱交換器に連通しており、前記ガスバーナで燃焼された燃焼排ガスを外部に排出する排気筒を有する加熱ユニットと、
前記熱交換器で加熱された湯が出湯される出湯管と、
前記給水管から供給される水の一部を前記熱交換器を経ずに前記出湯管に混入させるバイパス管と、
前記給水管に設けられ、前記給水管と前記バイパス管との接合部よりも上流側に配置された水量を検出する流水センサと、
前記出湯管に設けられ、前記出湯管と前記バイパス管との接合部よりも下流側に配置された出湯温度を検出する出湯温度センサと、
前記流水センサで検出される水量が最低作動水量以上であるかどうかを判断する水量判断部、前記出湯温度センサで検出される出湯温度ＴＨａをモニタする出湯温度モニタ部、前記流水センサで検出される水量が最低作動水量以上である場合に、前記加熱ユニットの加熱運転を開始し、前記出湯温度モニタ部でモニタされる出湯温度ＴＨａが所定の給湯設定温度と一致するように給湯制御を行う燃焼制御部、及び前記流水センサで検出される給水管を流れる水量が最低作動流量以上であっても、所定時間内、前記出湯温度モニタ部から出力される出湯温度ＴＨａが凍結危険温度ＴＨｆ未満を継続して示し、且つ前記所定時間内の出湯温度ＴＨａの温度上昇幅が凍結評価温度ＴＨｓ未満である場合、前記加熱ユニットの加熱運転を停止する凍結判断部を有する給湯制御手段と、を備える給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器で加熱された湯に熱交換器をバイパスするバイパス管から水を混合して給湯設定温度の湯を取り出す、いわゆるバイパスミキシング式の給湯装置に関し、特に凍結を検知する機能を備えた給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱交換器を経ずに給水管と出湯管とを連通するバイパス管を備えたバイパスミキシング式の給湯装置が知られている。
【０００３】
この種の給湯装置においては、出湯管の先端に接続されたカランを使用者が開けることで熱交換器への給水が開始され、流水センサにより給水管を流通する水量が最低作動水量以上であることが検出されると、この流水の検出に応じてガスバーナを作動させ、熱交換器内を通過する水を加熱する加熱運転が開始される。そして、出湯温度センサで検出される出湯温度が所定の給湯設定温度と一致するように、ガスバーナの燃焼量及びバイパス管を介して混合する水量を調節する給湯制御が行われる。また、使用者がカランを閉じ、流水センサにより流水が検出されなくなると、ガスバーナの作動が停止される。
【０００４】
ところで、上記のような給湯装置においては、冬季における凍結を防止するために凍結防止ヒータを給湯装置内に設け、外部温度センサや内部温度センサで検出される温度が所定温度以下である場合、該凍結防止ヒータを作動させる保温制御が行われている。
【０００５】
しかしながら、例えば、排気筒が外部に連通している強制排気式給湯装置おいては、住宅が高気密・高断熱化されてきていることから、換気によって屋内が負圧となり、排気筒を通して屋内に外気が入り込む場合がある。そのため、該排気筒と連通して配設されている熱交換器が侵入する冷気によって最も冷却されることとなる。従って、上記のような外部温度センサや内部温度センサで検出される温度よりも熱交換器近辺の温度が低温となって熱交換器内の水が凍結しても、熱交換器よりも下部に配設された給水管内の水は凍結していない場合が多い。その結果、冬季に熱交換器内の水が凍結して凝固した場合であっても、バイパス管を介して水が流れるため、給水管とバイパス管との接合部よりも上流に設けられた流水センサがこの流水を検知し、その水量が加熱運転に必要な最低作動水量以上であれば、ガスバーナが点火されることとなる。このような熱交換器内の水のみの凍結が生じた場合、加熱運転により熱交換器内で凍結していた水の一部が解凍され、解凍された水の温度が上昇するにつれて水の圧力が高くなり、熱交換器に過剰な圧力が加わって熱交換器の劣化や破損が生じるおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、熱交換器をバイパスするバイパス管を備えた給湯装置において、給湯装置の円滑な加熱運転を確保しつつ、熱交換器内の水のみの凍結が生じた場合であっても、熱交換器の凍結を確実に判断して、凍結時の加熱運転を防止し、熱交換器の劣化や損傷を防止できる給湯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、給水管と、
前記給水管により供給された水を加熱する熱交換器、前記熱交換器を加熱するガスバーナ、前記ガスバーナに燃焼用空気を供給する燃焼ファン、及び前記熱交換器に連通しており、前記ガスバーナで燃焼された燃焼排ガスを外部に排出する排気筒を有する加熱ユニットと、
前記熱交換器で加熱された湯が出湯される出湯管と、
前記給水管から供給される水の一部を前記熱交換器を経ずに前記出湯管に混入させるバイパス管と、
前記給水管に設けられ、前記給水管と前記バイパス管との接合部よりも上流側に配置された水量を検出する流水センサと、
前記出湯管に設けられ、前記出湯管と前記バイパス管との接合部よりも下流側に配置された出湯温度を検出する出湯温度センサと、
前記流水センサで検出される水量が最低作動水量以上であるかどうかを判断する水量判断部、前記出湯温度センサで検出される出湯温度ＴＨａをモニタする出湯温度モニタ部、前記流水センサで検出される水量が最低作動水量以上である場合に、前記加熱ユニットの加熱運転を開始し、前記出湯温度モニタ部でモニタされる出湯温度ＴＨａが所定の給湯設定温度と一致するように給湯制御を行う燃焼制御部、及び前記流水センサで検出される給水管を流れる水量が最低作動流量以上であっても、所定時間内、前記出湯温度モニタ部から出力される出湯温度ＴＨａが凍結危険温度ＴＨｆ未満を継続して示し、且つ前記所定時間内の出湯温度ＴＨａの温度上昇幅が凍結評価温度ＴＨｓ未満である場合、前記加熱ユニットの加熱運転を停止する凍結判断部を有する給湯制御手段と、を備える給湯装置である。
【０００８】
上記給湯装置によれば、流水センサで検出される水量が最低作動流量以上であっても、出湯温度センサで検出される出湯温度ＴＨａが凍結危険温度ＴＨｆ未満であり、前記出湯温度ＴＨａの温度上昇幅が凍結評価温度ＴＨｓ未満である場合に、加熱運転が停止されるから、給水管やバイパス管の水が凍結しておらず、屋内換気等によって熱交換器内の水のみが凍結して、バイパス管を介して給水管を水が流れる場合でも、凍結による熱交換器の閉塞を確実に検知することができる。また、上記給湯装置によれば、出湯温度ＴＨａ及びその温度上昇幅のいずれかが上記凍結判断の条件を満たさない場合には加熱運転が停止されないため、不要な加熱運転の停止を防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、熱交換器をバイパスするバイパス管を備えた給湯装置において、給湯装置の円滑な加熱運転を確保しつつ、熱交換器の凍結を確実に検知することができる。このため、熱交換器内の水のみが凍結している場合に加熱運転されることを防止でき、熱交換器の劣化や損傷を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本実施の形態の給湯装置について、燃焼ファンの作動により屋内の空気を給気して、ガスバーナで燃焼された燃焼排ガスを排気筒から外部に排出する構成を有する強制排気式給湯装置を例に挙げて説明する。このような給排気式の給湯装置の場合、屋内換気によって屋内が負圧となり、排気筒を通して屋内に外気が入り込み、熱交換器が冷却されて、熱交換器内の水のみが凍結しやすいことから、本実施の形態の給湯装置が特に有用である。
【００１１】
図１は、本実施の形態に係る給湯装置の一例を示す概略構成図である。この給湯装置１は加熱ユニット２として、ガス配管Ｇから送り込まれたガスを燃焼させるガスバーナ２１と、イグナイタ２２を介して高電圧が印加されガスバーナ２１を点火する点火プラグ２３と、ガスバーナ２１の燃焼状態を検出するフレームロッド２４と、ガスの燃焼熱を回収して供給される水を加熱する熱交換器２５と、ガスバーナ２１に燃焼用空気を送風し、ガスバーナ２１の燃焼排気を熱交換器２５に送る燃焼ファン２６と、燃焼排ガスを外部に排出する排気筒２７とを備えている。上記ガスバーナ２１は、ガス供給管路２８を介してガス配管Ｇへ繋がっており、このガス供給管路２８には、上流から下流に向かって順に、元ガス電磁弁２９、及び比例電磁弁３０が配設されている。比例電磁弁３０は給湯制御手段４により通電制御され、通電量に応じた開度を呈し、ガス供給管路２８を流れるガス量を連続的に調節するための弁である。そして、ガス供給管路２８は、比例電磁弁３０の下流で、二連式バーナのバーナ群２１１，２１２にガスを供給するために一方側ガス管３１と他方側ガス管３２とに分岐しており、各分岐管には各バーナ群の燃焼状態（オン又はオフ）を切り替えるための切替電磁弁３３が配設されている。
【００１２】
また、この給湯装置１は、図示しない水道管と接続されて熱交換器２５に給水する給水管５と、熱交換器２５で加熱された湯が出湯される出湯管６と、給水管５に給水される水の一部を出湯管６に混合させるバイパス管７とを備えている。そして、給水管５のバイパス管７との接合部よりも上流側には、熱交換器２５を通過する流水の有無を検出して給湯制御手段４に出力する流水センサ８と、給湯制御手段４からの制御信号により給水管５の開度を制限する水量サーボ９とが設けられている。また、出湯管６のバイパス管７との接合部よりも上流側には、熱交換器２５の出口付近の湯の温度を検出して給湯制御手段４に出力する熱交温度センサ１１と、出湯管６とバイパス管７との接合部よりも下流側に熱交換器２５から出湯される湯とバイパス管７から供給される水とが混合された湯の温度を検出して給湯制御手段４に出力する出湯温度センサ１２とが設けられている。
【００１３】
給湯制御手段４は、流水センサ８、水量サーボ９、熱交温度センサ１１、出湯温度センサ１２、イグナイタ２２、燃焼ファン２６、元ガス電磁弁２９、比例電磁弁３０、及び切替電磁弁３３と電気的に接続されているとともに、リモコン装置Ｒと通信ケーブルを介して接続されている。
【００１４】
また、給湯制御手段４は、燃焼制御部４１、出湯温度センサ１２で検出される出湯温度をモニタする出湯温度モニタ部４２、流水センサ８で検出される水量が最低作動水量以上であるかどうかを判断する水量判断部４３、出湯温度モニタ部４２から出力される出湯温度に基づき加熱運転を停止するかどうかを判断する凍結判断部４４、凍結の危険性をリモコン装置Ｒから報知させるための報知部４５、及びタイマ４６を含んで、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００１５】
リモコン装置Ｒは、給湯装置１全体の運転開始と運転停止とを指示する運転スイッチ５０、給湯温度を設定する給湯温度スイッチ５１、給湯温度や時刻等を表示する表示部５２、及び音声報知を行うスピーカ５３などを備えている。
【００１６】
次に、本実施の形態の給湯装置において凍結検知を行う制御構成を図２のフローチャート従って説明する。
【００１７】
まず、使用者が、リモコン装置Ｒの運転スイッチ５０を操作すると、給湯装置１全体が運転待機状態となり、運転スイッチ５０に内蔵された運転ランプ５４が点灯する。運転スイッチ５０が起動され、使用者が出湯管６の先端に接続されたカラン（図示せず）を開けると、給水管５への給水が開始され、流水センサ８で流水が検出され、水量判断部４３は流水センサ８で検出される水量が所定の最低作動水量以上であるかどうかを確認する（ステップＳ１）。すなわち、流水センサ８で検出される水量が所定の最低作動水量未満である場合、給湯装置１下部の給水管５やバイパス管７に水が流通していないことが考えられるため、これらの配管内の水が凍結している可能性がある。このため、該流水センサ８により検出される水量が最低作動水量以上となるまで、ガスバーナ２１を点火させなければ、熱交換器２５の劣化や破損を防止することができる。
【００１８】
一方、流水センサ８からの出力により、流水センサ８で検出される水量が最低作動水量以上であると判断された場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、水量判断部４３は燃焼制御部４１に運転開始信号を出力し、燃焼制御部４１は、燃焼ファン２６を作動させ、元ガス電磁弁２９、比例電磁弁３０、及び切替電磁弁３３を開弁し、イグナイタ２２に高電圧を印加して点火プラグ２３に火花放電を生じさせてガスバーナ２１の点火処理を行う（ステップＳ２）。また、ガスバーナ２１の点火がフレームロッド２４で検出されると、熱交換器２５の凍結の有無を判断する所定時間を計測するためタイマ４６を起動するとともに、出湯温度センサ１２で検出される初期検出温度ＴＨｏを出湯温度モニタ部４２に出力し、出湯温度モニタ部４２は出湯温度センサ１２で検出される出湯温度ＴＨａのモニタを開始する（ステップＳ３）。
【００１９】
加熱運転が開始されると、出湯温度モニタ部４２はモニタされた出湯温度ＴＨａを凍結判断部４４に出力し、該凍結判断部４４は出湯温度ＴＨａが凍結危険温度ＴＨｆ（例えば、１０℃）未満を所定時間継続して示すかどうかを判断するとともに、モニタ開始時の初期検出温度ＴＨｏからの出湯温度ＴＨａの温度上昇幅（ＴＨａ−ＴＨｏ）が凍結評価温度ＴＨｓ（例えば、５℃）未満を継続して示すかどうかを判断する（ステップＳ４）。上記凍結判断を行う所定時間は、例えば、熱交換器２５内の水が凍結した状態でガスバーナ２１を最大燃焼させたときでも、熱交換器２５が損傷しない時間（例えば、５〜１０秒）を考慮して決定することができる。
【００２０】
そして、出湯温度ＴＨａが所定時間継続して凍結危険温度ＴＨｆ未満であり、且つ出湯温度ＴＨａの温度上昇幅（ＴＨａ−ＴＨｏ）が凍結評価温度ＴＨｓ未満であれば（ステップＳ４でＹＥＳ）、凍結判断部４４は凍結信号を燃焼制御部４１に出力し、燃焼制御部４１は加熱運転を停止する（ステップＳ５）。すなわち、加熱運転によって本来温度上昇するはずの出湯温度センサ１２で検出される出湯温度ＴＨａが所定時間継続して凍結危険温度ＴＨｆ未満を示し、加熱運転を開始してから所定時間経過しても出湯温度ＴＨａが初期検出温度ＴＨｏから一定温度以上上昇しない場合、給水管５から供給された水が熱交換器２５を経由せず、バイパス管７を介して出湯管６に水が流通し、熱交換器２５で水の加熱が行われていないと判断できる。従って、所定時間内の出湯温度ＴＨａが凍結危険温度ＴＨｆ未満で、且つその温度上昇幅（ＴＨａ−ＴＨｏ）が凍結評価温度ＴＨｓ未満であれば、流水センサ８で最低作動水量以上の水量が検出される場合でも、凍結により熱交換器２５が閉塞していると判断して、燃焼制御部４１は加熱運転を停止する。そして、報知部４５からリモコン装置Ｒに信号を出力してリモコン装置Ｒの表示部５２やスピーカ５３から凍結の可能性を報知させる（ステップＳ６）。上記凍結検知機能を備える給湯装置によれば、出湯管６の下流に設けられ、屋内換気等によっても水が凍結し難く、ガスバーナ２１を燃焼させたときの燃焼排ガスの熱による影響を受け難い出湯温度センサ１２で検出される出湯温度に基づき凍結検知が行われるため、給水管５及びバイパス管７で水が凍結しておらず、屋内換気等によって熱交換器２５内の水のみが凍結して、バイパス管７を介して最低作動水量以上の水が給水管を流れる場合でも、熱交換器２５の凍結を確実に検知することができる。これにより、熱交換器２５内の水が凍結した状態でガスバーナ２１が燃焼されないため、熱交換器２５の劣化や破損を防止できる。
【００２１】
一方、出湯温度モニタ部４２から出力される出湯温度ＴＨａが所定時間継続して凍結危険温度ＴＨｆ以上であり、所定時間内の出湯温度ＴＨａの温度上昇幅（ＴＨａ−ＴＨｏ）が凍結評価温度ＴＨｓ以上である場合（ステップＳ４でＮＯ）、熱交換器２５で水の加熱が行われていると判断できるから、凍結判断部４４は非凍結信号を燃焼制御部４１に出力し、燃焼制御部４１は、出湯温度モニタ部４２でモニタされる出湯温度ＴＨａに基づき、比例電磁弁３０の開度調整及び切替電磁弁３３の開閉によりガス量を調節するとともに、水量サーボ９により水量を調節して、出湯温度ＴＨａが所定の給湯設定温度となるように給湯制御を行う（ステップＳ７）。また、出湯温度ＴＨａが凍結危険温度ＴＨｆ未満であるが、出湯温度ＴＨａの温度上昇幅（ＴＨａ−ＴＨｏ）が凍結評価温度ＴＨｓ以上である場合、あるいは出湯温度ＴＨａが凍結危険温度ＴＨｆ以上であるが、出湯温度ＴＨａの温度上昇幅（ＴＨａ−ＴＨｏ）が凍結評価温度ＴＨｓ未満である場合でも（ステップ４でＮＯ）、凍結判断部４４は熱交換器２５が凍結していないと判断して、同様に非凍結信号を燃焼制御部４１に出力し、燃焼制御部４１は加熱運転を継続して給湯制御を行なう（ステップＳ６）。すなわち、冬季において、冷水が給水管５に供給され、給湯設定温度が低く、ガスバーナ２１の燃焼量が少ない場合、出湯温度センサ１２で検出される出湯温度ＴＨａが凍結危険温度ＴＨｆ未満となることも考えられるが、上記のように出湯温度ＴＨａの温度上昇幅（ＴＨａ−ＴＨｏ）が凍結評価温度ＴＨｓ以上であれば、熱交換器２５内を水が流通し、熱交換器２５で水が加熱されていると判断できる。また、給湯設定温度が低く、ガスバーナ２１の燃焼量が少ない場合、出湯温度ＴＨａの温度上昇幅（ＴＨａ−ＴＨｏ）が凍結評価温度ＴＨｓ未満の場合も考えられるが、出湯温度ＴＨａが凍結危険温度ＴＨｆ以上であれば、熱交換器２５の水が凍結している可能性は低いと判断できる。これにより、不要な加熱運転の停止を防止することができるため、給湯装置の円滑な加熱運転が妨げられることもない。
【００２２】
（その他の実施の形態）
上記実施の形態では、強制排気式給湯装置について説明したが、強制給排気式給湯装置にも本発明を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る給湯装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る給湯装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
１    給湯装置
２    加熱ユニット
４    給湯制御手段
５    給水管
６    出湯管
７    バイパス管
８    流水センサ
１２  出湯温度センサ
２１  ガスバーナ
２５  熱交換器
２６  燃焼ファン
２７  排気筒
４１  燃焼制御部
４２  出湯温度モニタ部
４３  水量判断部
４４  凍結判断部
【図１】
2010133620.tif 000003
【図２】
2010133620.tif 000004