(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管と、燃料を燃焼させるバーナの燃焼により発生した燃焼ガスから顕熱を回収し一次受熱管を流通する水を加熱する一次熱交換器と、該一次熱交換器を通過した後の前記燃焼ガスから潜熱を回収し二次受熱管を流通する水を加熱する二次熱交換器と、給湯管と、前記給水管と前記一次受熱管と前記二次受熱管と前記給湯管とで構成される給湯回路と、該給湯回路での水の加熱に伴い前記二次熱交換器で発生したドレンを排水するドレン排水経路と、該ドレン排水経路途中に設けられ前記ドレンを中和する中和器とを備えた潜熱回収型給湯機において、前記中和器または前記中和器よりも上流側の前記ドレン排水経路と前記給湯回路とを接続する連通路と、該連通路を開閉する開閉手段と、凍結防止温度を検出する温度検出手段を設け、前記給湯回路での水の加熱が停止されている状態で、前記温度検出手段が前記凍結防止温度を検出した場合は、前記開閉手段を開いて通水させるようにしたことを特徴とする潜熱回収型給湯機。
【請求項２】
給水管と、燃料を燃焼させるバーナの燃焼により発生した燃焼ガスから顕熱を回収し一次受熱管を流通する水を加熱する一次熱交換器と、該一次熱交換器を通過した後の前記燃焼ガスから潜熱を回収し二次受熱管を流通する水を加熱する二次熱交換器と、給湯管と、前記給水管と前記一次受熱管と前記二次受熱管と前記給湯管とで構成される給湯回路と、該給湯回路での水の加熱に伴い前記二次熱交換器で発生したドレンを排水するドレン排水経路と、該ドレン排水経路途中に設けられ前記ドレンを中和する中和器とを備えた潜熱回収型給湯機において、前記中和器または前記中和器よりも上流側の前記ドレン排水経路と前記給湯管とを接続する連通路と、該連通路を開閉する開閉手段と、凍結防止温度を検出する温度検出手段を設け、前記給湯回路での水の加熱が停止されている状態で、前記温度検出手段が前記凍結防止温度を検出した場合は、前記開閉手段を開いて通水させるようにしたことを特徴とする潜熱回収型給湯機。
【請求項３】
前記連通路の通水量を、前記バーナの燃焼が開始される最低作動流量より小さく設定したことを特徴とする請求項２記載の潜熱回収型給湯機。
【請求項４】
前記開閉手段を開いている時に、前記給湯回路による水の加熱が開始された場合は、前記開閉手段を閉じるようにしたことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の潜熱回収型給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、潜熱回収型給湯機の凍結防止に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の給湯機では、熱交換効率を向上させるために、バーナの燃焼により発生する燃焼ガスから顕熱を回収する一次熱交換器と、一次熱交換器通過後の燃焼ガスから潜熱を回収する二次熱交換器と、この二次熱交換器で発生するドレンを中和する中和器とを有する潜熱回収型給湯機が普及してきており、このような給湯機において、中和器内のドレンの凍結を防止するために中和器に凍結防止用ヒータを添設して（例えば、特許文献１参照。）、低温環境の使用下において凍結防止ヒータを用いて凍結防止を図るものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２６２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この潜熱回収型給湯機では、外気温度が低い時に中和器内の凍結防止は図れるが、凍結防止用ヒータを添設した分、電力消費が大きくなると共に、コストが高くなるという問題点を有するものであった。
【０００５】
そこで、本発明は、外気温度が低い時に、中和器内のドレンの凍結を防止しつつ、凍結防止用ヒータを不要として電力消費やコストを削減できる潜熱回収型給湯機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記課題を解決するために、特に請求項１ではその構成を、給水管と、燃料を燃焼させるバーナの燃焼により発生した燃焼ガスから顕熱を回収し一次受熱管を流通する水を加熱する一次熱交換器と、該一次熱交換器を通過した後の前記燃焼ガスから潜熱を回収し二次受熱管を流通する水を加熱する二次熱交換器と、給湯管と、前記給水管と前記一次受熱管と前記二次受熱管と前記給湯管とで構成される給湯回路と、該給湯回路での水の加熱に伴い前記二次熱交換器で発生したドレンを排水するドレン排水経路と、該ドレン排水経路途中に設けられ前記ドレンを中和する中和器とを備えた潜熱回収型給湯機において、前記中和器または前記中和器よりも上流側の前記ドレン排水経路と前記給湯回路とを接続する連通路と、該連通路を開閉する開閉手段と、凍結防止温度を検出する温度検出手段を設け、前記給湯回路での水の加熱が停止されている状態で、前記温度検出手段が前記凍結防止温度を検出した場合は、前記開閉手段を開いて通水させるものとした。
【０００７】
また、請求項２では、給水管と、燃料を燃焼させるバーナの燃焼により発生した燃焼ガスから顕熱を回収し一次受熱管を流通する水を加熱する一次熱交換器と、該一次熱交換器を通過した後の前記燃焼ガスから潜熱を回収し二次受熱管を流通する水を加熱する二次熱交換器と、給湯管と、前記給水管と前記一次受熱管と前記二次受熱管と前記給湯管とで構成される給湯回路と、該給湯回路での水の加熱に伴い前記二次熱交換器で発生したドレンを排水するドレン排水経路と、該ドレン排水経路途中に設けられ前記ドレンを中和する中和器とを備えた潜熱回収型給湯機において、前記中和器または前記中和器よりも上流側の前記ドレン排水経路と前記給湯管とを接続する連通路と、該連通路を開閉する開閉手段と、凍結防止温度を検出する温度検出手段を設け、前記給湯回路での水の加熱が停止されている状態で、前記温度検出手段が前記凍結防止温度を検出した場合は、前記開閉手段を開いて通水させるものとした。
【０００８】
また、請求項３では、前記連通路の通水量を、前記バーナの燃焼が開始される最低作動流量より小さく設定するものとした。
【０００９】
また、請求項４では、前記開閉手段を開いている時に、前記給湯回路による水の加熱が開始された場合は、前記開閉手段を閉じるものとした。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の請求項１によれば、給湯回路での水の加熱が停止されている状態で、温度検出手段が凍結防止温度を検出した場合は、中和器または中和器よりも上流側のドレン排水経路と給湯回路を接続した連通路を開閉する開閉手段を開いて通水させるようにしたことで、少なくとも中和器に通水させて中和器内の凍結を防止することができ、中和器の凍結防止用ヒータが不要となり、部品の簡素化が図れ、電力消費およびコストを削減することができるものである。
【００１１】
また、請求項２によれば、給湯回路での水の加熱が停止されている状態で、温度検出手段が凍結防止温度を検出した場合は、中和器または中和器よりも上流側のドレン排水経路と給湯管を接続した連通路を開閉する開閉手段を開いて、通水させるようにしたことで、給湯回路を構成する給水管、一次受熱管、二次受熱管、給湯管に通水させると共に中和器に通水させて水が滞留する箇所の凍結を防止することができ、給湯回路全体と中和器の凍結防止用ヒータが不要となり、部品の簡素化が図れ、電力消費およびコストを削減することができるものである。
【００１２】
また、請求項３によれば、連通路の通水量を、バーナの燃焼が開始される最低作動流量より小さく設定したことで、開閉手段が開いて通水している状態であってもバーナを燃焼させることなく、凍結防止のために必要な量を通水させて、給湯回路や中和器の凍結を防止することができ、無駄なエネルギーを消費することがないものである。
【００１３】
また、請求項４によれば、開閉手段を開いている時に、給湯回路による水の加熱が開始された場合は、給湯回路に水が流通すると共に、二次熱交換器ではドレンが発生して温かいドレンが中和器に流入し、凍結防止の必要がなくなるので、開閉手段を閉じるようにしたことで、凍結防止に係る通水を停止させて、水の無駄な排出を防止することができるものである。  
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の一実施形態の潜熱回収型給湯機を示す概略構成図。
【図２】同一実施形態の潜熱回収型給湯機の凍結防止動作を示したフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、この発明の一実施形態の給湯機を図１に基づき説明する。
１は本実施形態の潜熱回収型の給湯機、２は灯油等を燃料とし、燃料を燃焼させて下向きに火炎を発生させるバーナ、３はバーナ２に燃焼用の空気を供給する送風機、４はバーナ２の下方に備えられた燃焼室である。
【００１６】
５は燃焼室４内に収容された熱交換器で、この熱交換器５は、バーナ２の燃焼により発生した燃焼ガスから顕熱を回収し一次受熱管６を流通する水を加熱するフィンチューブ式の一次熱交換器７と、一次熱交換器７を通過した後の燃焼ガスから潜熱を回収し二次受熱管８を流通する水を加熱する二次熱交換器９から構成されているものである。また、１０は燃焼室４と連通する排気部で、排気部１０は内部に吸音材（図示せず）を有し、燃焼ガスの騒音を低減させ、燃焼室４を通過してきた燃焼ガスを給湯機１外に排気する部分である。
【００１７】
１１は二次熱交換器９で発生したドレンを排水するためのドレン排水経路で、このドレン排水経路１１は、二次熱交換器９で発生したドレンが流入するドレン流入管１２と、内部に炭酸カルシウムからなる中和剤を充填し、ドレン流入管１２から流入される強酸性のドレンを貯留して中和する中和器１３と、中和器１３内で中和されたドレンを給湯機１外に排水するドレン流出管１４とから構成されているものであり、給湯機１外に排水されたドレンは下水道といった一般排水通路へ排出されるものである。
【００１８】
１５は給水源から供給される水を熱交換器５に流通させる給水管、１６は熱交換器５で加熱された湯を流通させる給湯管、１７は給水管１５から分岐した給水バイパス管であり、一次受熱管６と二次受熱管８と給水管１５と給湯管１６と給水バイパス管１７とで水が流通する給湯回路１８を構成するものである。
【００１９】
１９は給湯管１６と給水バイパス管１７との接続部に設けられ、給湯管１６からの湯と給水バイパス管１７からの水とを混合し、その混合比を可変できる混合弁、２０は給水管１５に設けられ給水温度を検出する温度検出手段としての給水温度センサ、２１は給水管１５に設けられ流量を検出する流量検出手段としての流量センサ、２２は給湯管１６に設けられ熱交換器５で加熱された湯の温度を検出する温度検出手段としての熱交出口温度センサ、２３は給湯管１６に設けられ混合弁１９で混合された湯の温度を検出する温度検出手段としての給湯温度センサである。
【００２０】
２４は給湯管１６から分岐してドレン流入管１２と接続し、給湯管１６と中和器１３より上流側のドレン排水経路１１としてのドレン流入管１２とを連通する連通路で、連通路２４には、連通路２４を開閉し通常閉状態である開閉手段としての開閉弁２５が設けられているものである。なお、連通路２４の通水量は、連通路２４の配管径の調整等によりバーナ２の燃焼が開始される最低作動流量より小さくなるように設定されているものである。
【００２１】
２６は給湯機１内に内蔵され、マイクロコンピュータを主体としてこの給湯機１の給水温度センサ２０や流量センサ２１等の各センサの信号を受け、バーナ２や送風機３等の各アクチュエータの駆動を制御する制御手段である。
【００２２】
次に、この一実施形態の給湯機１の動作について説明する。
今、適宜箇所に設置された給湯栓（図示せず）が開栓されて給湯が開始されると、この水の流れを流量センサ２１が検出し、流量センサ２１がバーナ２の燃焼を開始させる最低作動流量以上の流量を検出すると、制御手段２６は燃焼要求ありと判断し、バーナ２の燃焼を開始させる。
【００２３】
この燃焼により発生した燃焼ガスは、一次熱交換器７を流通し、一次熱交換器７を通過した後、二次熱交換器９を流通し、二次熱交換器９を通過した後、排気部１０から給湯機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１５から二次受熱管８に導入され、二次受熱管８から一次受熱管６へ順に流通して、ここで燃焼ガスとの熱交換により加熱され、そして、一次受熱管６から給湯管１６へ導かれ、混合弁１９の開度調整によって給湯設定温度に温調された湯が最終的に前記給湯栓から給湯されるものである。
【００２４】
この時、二次熱交換器９において、二次受熱管８を流通する水と燃焼ガスが熱交換され、燃焼ガスが露点以下に冷やされることで発生したドレンは、ドレン流入管１２を介して中和器１３に貯留され、中和器１３内に充填された中和剤により中和された後、ドレン流出管１４を介して給湯機１外へ排出されるものである。
【００２５】
次に、低温環境下での給湯機１の状況について説明すると、冬季等で外気温度が氷点下以下と低く、バーナ２の燃焼による給湯回路１８での水の加熱が長時間停止されていた場合、給湯機１内の温度は給湯機１外の外気温度に近似し、前記給湯回路１８での水の加熱が停止されている状態であると、給湯回路１８では水の流通がなく、給水管１５、二次受熱管８、一次受熱管６、給湯管１６内に滞留している水、および中和器１３内に滞留しているドレンは凍結する可能性がある。
【００２６】
ここで、上記のような場合に実行される凍結防止動作について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。
前記制御手段２６は、流量センサ２１の検出する流量に基づき、流量センサ２１の検出流量が最低作動流量未満か否か、すなわち給湯回路１８での水の加熱が停止している状態か否かを判断し（ステップＳ１）、給湯回路１８での水の加熱が停止している状態であると判断すると、熱交出口温度センサ２２の検出する温度が、凍結の恐れがある予め設定された凍結防止温度以下、例えば１℃以下か否かを判断し（ステップＳ２）、熱交出口温度センサ２２の検出する温度が凍結防止温度より高いと判断すると、前記ステップＳ１の処理に戻り、前記ステップＳ２で熱交出口温度センサ２２の検出する温度が凍結防止温度以下であると判断すると、常閉の開閉弁２５を開いて凍結防止運転を開始するものである（ステップＳ３）。この時、混合弁１９の開度が水側全開であった場合は、熱交換器５側に水が流れるように混合弁１９の開度を水側全開以外の開度、例えば水側半開、且つ湯側半開の状態に制御するものとする。
【００２７】
前記ステップＳ３で開閉弁２５が開かれ、凍結防止運転が開始されると、給水圧によって水は給水管１５、二次受熱管８、一次受熱管６、給湯管１６を通水し、給湯管１６から連通路２４を介してドレン排水経路１１であるドレン流入管１２、中和器１３、ドレン流出管１４を通水し、給湯機１外に排出されるものである。なお、連通路２４の通水量は最低作動流量より小さく、凍結防止のために最低限必要な通水量に設定されているので、開閉弁２５が開かれても給湯回路１８に最低作動流量以上の通水は行われず、バーナ２による燃焼が開始されることがないものである。
【００２８】
前記ステップＳ３で前記開閉弁２５が開かれた後、制御手段２６は、流量センサ２１の検出する流量に基づき、流量センサ２１の検出流量が最低作動流量以上か否か、すなわちバーナ２の燃焼による給湯回路１８での水の加熱が開始されたか否かを判断し（ステップＳ４）、給湯回路１８での水の加熱が開始されたと判断すると、開閉弁２５を閉じて（ステップＳ５）、凍結防止運転に係る通水を停止させ、前記ステップＳ１の処理に戻るものである。
【００２９】
一方、前記制御手段２６が前記ステップＳ４で、給湯回路１８での水の加熱が開始されていないと判断すると、熱交出口温度センサ２２の検出する温度が、凍結の恐れがない予め設定された解除温度以上、例えば４℃以上か否かを判断し（ステップＳ６）、熱交出口温度センサ２２の検出する温度が解除温度以上であると判断すると、開閉弁２５を閉じて（ステップＳ５）、凍結防止運転に係る通水を停止させ、前記ステップＳ１の処理に戻り、前記ステップＳ６で熱交出口温度センサ２２の検出する温度が解除温度未満であると判断するとステップＳ４の処理に戻るものである。
【００３０】
以上説明した凍結防止動作において、制御手段２６は、給湯回路１８での水の加熱が停止されている状態で、熱交出口温度センサ２２の検出する温度が予め設定された凍結防止温度以下を検出したと判断した場合は、開閉弁２５を開いて通水させることで、給水管１５、二次受熱管８、一次受熱管６、給湯管１６で構成される給湯回路１８および中和器１３といった給湯回路１８での水の加熱が停止されている時に水が滞留する箇所の凍結を通水により防止することができ、さらに、中和器１３内のドレンは供給された水によって希釈され酸性度が低下して排水されるので、給湯機１外へ排水されても水質汚染の心配がないものである。また、給湯回路１８全体と中和器１３に添設する凍結防止用ヒータが不要となり、部品の簡素化が図れ、電力消費およびコストを削減することができるものである。
【００３１】
また、連通路２４の通水量を最低作動流量より小さく設定したことで、開閉弁２５が開いて通水している状態であってもバーナ２を燃焼させることなく、凍結防止のために最低限必要な量を通水させて、給湯回路１８や中和器１３の凍結を防止することができ、無駄なエネルギーを消費することがないものである。
【００３２】
さらに、開閉弁２５が開いている時に、給湯栓が開栓され給湯回路１８での水の加熱が開始されると、給湯回路１８に水が流通すると共に、二次熱交換器９ではドレンが発生して温かいドレンが中和器１３に流入するため、凍結防止の必要がなくなるので、制御手段２６は、開閉弁２５が開いている時に、給湯回路１８での水の加熱が開始されたと判断すると、開閉弁２５を閉じることで、凍結防止に係る通水を停止させて、水の無駄な排出を防止することができるものである。
【００３３】
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、連通路２４は給湯回路１８を構成する給湯管１６と中和器１３より上流側のドレン排水経路１１としてのドレン流入管１２と接続しているが、連通路２４は給湯回路１８のうち、給水管１５とドレン流入管１２とを接続するものであってもよく、または一次受熱管６とドレン流入管１２とを接続するものであってもよく、または二次受熱管８とドレン流入管１２とを接続するものであってもよいものであり、連通路２４は給湯回路１８とドレン流入管１２とを接続することで、前記凍結防止運転時に少なくとも中和器１３に通水させて中和器１３内のドレンの凍結を防止することができ、中和器１３の凍結防止用ヒータが不要となり、電力消費およびコストを削減することができるものである。
【００３４】
また、本実施形態では、凍結防止温度を検出する温度検出手段を熱交出口センサ２２としたが、温度検出手段は、冬季等で外気温度が低く、且つ給湯回路１８での水の加熱が停止されている状態の時に、給湯機１内の水（給湯回路１８内の水および中和器１３内のドレン）が凍結する恐れがあるか否かを判断するための温度を検出できるものであればよく、熱交出口温度センサ２２の代わりに、給湯機１内の給湯温度センサ２３や給水温度センサ２０を凍結防止温度を検出する温度検出手段としてもよく、また、給湯機１内の雰囲気温度を検出する専用の温度センサを設けて、それを凍結防止温度を検出する温度検出手段としてもよく、さらに、給湯機１外の外気温度を検出する外気温度センサを設けて、それを凍結防止温度を検出する温度検出手段としてもよいものである。
【００３５】
また、本実施形態では、前記ステップＳ２において、制御手段２６は、熱交出口温度センサ２２の検出温度に基づいて、凍結防止運転の開始を判断しているが、熱交出口温度センサ２２の検出温度のみではなく、複数の温度センサの検出温度に基づいて凍結防止運転の開始を判断するようにしてもよいものであり、同様に、前記ステップＳ６における凍結防止運転の停止を複数の温度センサの検出温度に基づいて判断してもよいものである。
【００３６】
また、本実施形態では、連通路２４は給湯管１６から分岐して中和器１３より上流側のドレン排水経路１１としてのドレン流入管１２と接続しているが、連通路２４は給湯管１６から分岐して中和器１３に直接接続し、給湯管１６と中和器１３とを連通するものであってもよいものであり、連通路２４をドレン流入管１２に接続した場合と同様の凍結防止効果が得られるものである。
【００３７】
また、本実施形態では、連通路２４の通水量を、連通路２４の配管径の調整等により最低作動流量より小さくなるように設定するようにしたが、開閉弁２５の代わりに開閉手段として流量調整弁を設け、連通路２４の配管径の調整する代わりに、凍結防止運転時に流量調整弁の開度を調整して流量を変更することで、連通路２４の通水量を最低作動流量より小さくなるように設定するようにしてもよいものである。
【００３８】
また、本実施形態では、流量センサ２１は給水バイパス管１７の上流側の給水管１５に設けられているが、給水バイパス管１７の下流側の給水管１５に設けられていてもよく、また、混合弁１９より下流側の給湯管１６に設けられていてもよく、給湯回路１８を流れる水の流量の検出できる給湯回路１８の何れかの箇所に設けられていればよいものである。
【符号の説明】
【００３９】
２  バーナ
５  熱交換器
６  一次受熱管
７  一次熱交換器
８  二次受熱管
９  二次熱交換器
１１  ドレン排水経路
１３  中和器
１５  給水管
１６  給湯管
１８  給湯回路
２２  熱交出口温度センサ
２４  連通路
２５  開閉弁
【図１】
0005571611.tif 000002
【図２】
0005571611.tif 000003