(57)【要約】【課題】熱交換器内におけるスケールの析出を抑制し得る給湯装置を提供する。【解決手段】燃焼バーナ(5)と、送風ファン(51)と、燃焼バーナ(5)の燃焼により生じる燃焼排気により加熱される熱交換器(31)と、熱交換器(31)の管路(3)に水を給水する給水管(1)と、熱交換器(31)で管路(3)内の水を熱交換して加熱した後に出湯させる出湯管(2)と、出湯管(2)から分岐させた排水管(42)と、排水管(42)に設けられた開閉弁(43)と、出湯運転を停止して、燃焼バーナ(5)の燃焼を停止させると、開閉弁(43)を開弁して、給水管(1)から管路(3)を通って排水管(42)に水を通水する熱交換器冷却動作を実行する制御部(14)とを有する構成としたこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼バーナと、
送風ファンと、
前記燃焼バーナの燃焼により生じる燃焼排気により加熱される熱交換器と、
前記熱交換器の管路に水を給水する給水管と、
前記熱交換器で前記管路内の水を熱交換して加熱した湯水を出湯する出湯管と、
前記出湯管から分岐させた排水管と、
前記排水管に設けられた開閉弁と、
出湯運転を停止して、燃焼バーナの燃焼を停止させると、前記開閉弁を開弁して、給水管から管路を通って排水管に水を通水する熱交換器冷却動作を実行する制御部とを有する給湯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の給湯装置は、さらに
前記熱交換器によって熱交換して加熱した管路内の湯水の温度を検知する熱交温度センサを有しており、
前記制御部は、出湯運転を停止して、前記燃焼バーナの燃焼を停止させた後に、前記熱交温度センサが所定の閾値温度より高温を検知すると、前記熱交換器冷却動作を実行する給湯装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の給湯装置は、さらに、
前記給水管に、給水管に通水する水量を検知する水量センサを有し、
前記出湯管に、出湯管を通水する水量を検知する湯量センサを有し、
前記制御部は、
前記出湯運転では、前記水量センサが検知する前記給水管の通水量に基づいて、前記燃焼バーナを点火する点火動作を実行し、
前記出湯運転後の熱交換器冷却動作中は、前記水量センサで検知される水量信号の出力を無効にし、
前記出湯運転後の熱交換器冷却動作中に、前記湯量センサが前記出湯管の所定作動水量以上の通水を検知すると、前記開閉弁を閉弁して熱交換器冷却動作を終了し、前記燃焼バーナを点火する点火動作を実行する給湯装置。
【請求項４】
請求項３に記載の給湯装置は、さらに、
前記給水管から分岐させて前記出湯管の前記排水管との分岐部よりも下流側に合流させるバイパス路を有し、
前記給水管における前記バイパス路との分岐部よりも上流側に、前記水量センサを有し、
前記出湯管における前記バイパス路との合流部よりも下流側に、前記湯量センサを有する給湯装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯装置において、
前記制御部は、前記熱交換器冷却動作中、前記送風ファンを回転させる給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器を介して水を加熱させ、所定温度の湯水を出湯する給湯装置に関する。特に、本発明は、出湯運転後に熱交換器の管路で発生するスケールの低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器を備えた給湯装置として、図３に示すように、給水管(10)に供給される水道水を、管路(30)を有する熱交換器(310)で燃焼排気によって熱交換することにより高温の湯水として出湯管(20)へ通水させ、出湯管(20)にて、給水管(10)からバイパス路(40)を介して供給される水道水を混入させることにより、所定の設定温度の湯水に温調した後、出湯管(20)の下流端であるカラン等の給湯栓から出湯させるものが知られている。
【０００３】
上記給湯装置では、所定温度の湯水を出湯させるために、燃焼室(320)の出口付近に、熱交換器(310)によって加熱された直後の管路(30)内の湯水の温度を検知する熱交温度センサ(210)が設けられ、給水管(10)のバイパス路(40)との分岐部よりも上流側に、給水管(10)へ入水させる水道水の温度を検知する入水温度センサ(120)が設けられ、さらに、出湯管(20)のバイパス路(40)との合流部よりも下流側に、温調後の湯水の温度を検知する出湯温度センサ(220)が設けられている。
【０００４】
ところで、アメリカやヨーロッパ等のように、給水管(10)に供給される水道水がカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどを多量に含む硬水である国や地域においては、これらイオンが原因で析出するスケールによる管路(30)の詰まりが多く発生している。上記スケールとは、硬水中の上記イオン成分が温度変化を受け結晶化することによって析出するものであり、これが熱交換器(310)内の管路(30)の内壁に付着・堆積すると、管路(30)が狭められ詰まってしまう。
【０００５】
一般に、出湯運転中は、管路(30)内を連続して湯水が流れるため、スケールの発生は少ないが、出湯運転停止後は、通水が停止されるため、熱交換器(310)の管路(30)には高温の湯水が溜まるだけでなく、熱交換器(310)の保有熱量が管路(30)に伝播して所謂後沸き現象が生じる。そのため、管路(30)内に溜まった湯水がイオン成分の結晶化の温度以上に加熱されてしまい、スケールを発生させやすい。
【０００６】
このようなスケール詰まりに対する対策として、例えば、出湯管(20)の所定位置に、管路(30)から出湯管(20)に流出してくるスケールを捕集する捕集手段(200)を設けた給湯装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２６１６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来例では、すでに析出したスケールによるスケール詰まりを検知したり、捕集手段に捕集されたスケールを除去したりすることは可能であるが、スケールの析出自体は抑制されないという問題がある。そのため、特許文献１では、スケール詰まりの検知の度に、熱交換器の管路の洗浄と、捕集手段に捕集されたスケールの廃棄を行わなわなければならず、スケール発生の根本的な解決が図られていない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱交換器内におけるスケールの析出を効果的に抑制し得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】
【００１０】
本発明は、
燃焼バーナと、
送風ファンと、
前記燃焼バーナの燃焼により生じる燃焼排気により加熱される熱交換器と、
前記熱交換器の管路に水を給水する給水管と、
前記熱交換器で前記管路内の水を熱交換して加熱した湯水を出湯する出湯管と、
前記出湯管から分岐させた排水管と、
前記排水管に設けられた開閉弁と、
出湯運転を停止して、燃焼バーナの燃焼を停止させると、前記開閉弁を開弁して、給水管から管路を通って排水管に水を通水する熱交換器冷却動作を実行する制御部とを有する給湯装置である。
【００１１】
上記手段は次のように作用する。
出湯運転中に、出湯管の下流端の出湯端末（例えば、カラン等の給湯栓）が閉じられることによって通水が止まり、出湯運転が停止すると、燃焼バーナの燃焼が停止される。熱交換器の管路内に残留する高温水を早期に排出するために、上記給湯装置は、出湯管から分岐させた排水管の開閉弁を開弁し、給水管から管路を通って排水管に水を通水させる熱交換器冷却動作を実行する。これにより、出湯運転停止後に、管路内に高温水が残留したり、後沸き現象が生じることなく、早期に熱交換器を冷却することができ、スケールの析出を効果的に抑制することができる。
【００１２】
上記給湯装置は、さらに
前記熱交換器によって熱交換して加熱した管路内の湯水の温度を検知する熱交温度センサを有しており、
前記制御部は、出湯運転を停止して、前記燃焼バーナの燃焼を停止させた後に、前記熱交温度センサが所定の閾値温度より高温を検知すると、前記熱交換器冷却動作を実行する。
【００１３】
熱交温度センサの閾値温度を、例えば、管路内にスケールが析出する温度（７０℃程度）に設定しておき、出湯運転停止後に、熱交温度センサによる湯水の検知温度が閾値温度以上になると、上記熱交換器冷却動作を実行する。これにより、出湯運転停止後におけるスケールが発生しやすい環境においてのみ、熱交換器冷却動作を実行させることができる。
【００１４】
上記給湯装置は、さらに、前記給水管に、給水管に通水する水量を検知する水量センサを有し、
前記出湯管に、出湯管を通水する水量を検知する湯量センサを有し、
前記制御部は、
前記出湯運転では、前記水量センサが検知する前記給水管の通水量に基づいて、前記燃焼バーナを点火する点火動作を実行し、
前記出湯運転後の熱交換器冷却動作中は、前記水量センサで検知される水量信号の出力を無効にし、
前記出湯運転後の熱交換器冷却動作中に、前記湯量センサが前記出湯管の所定作動水量以上の通水を検知すると、前記開閉弁を閉弁して熱交換器冷却動作を終了し、前記燃焼バーナを点火する点火動作を実行する。
【００１５】
給水管に水量センサを配設することにより、出湯端末の開栓に応じて水量センサで給水管の通水が検知されるから、その通水量に基づいて燃焼バーナを燃焼させて出湯運転を開始することができるが、このままでは、出湯運転後の熱交換器冷却動作中でも給水管への通水が検知されると燃焼バーナが点火されてしまう。このため、出湯運転後に行われる熱交換器冷却動作中は、水量センサで検知される水量信号の出力を無効にし、給水管に通水されても、燃焼バーナを点火する点火動作を実行させないようにする。
また、出湯運転後、熱交換器冷却動作の終了前に、再度、出湯運転が要求される場合もあり、このとき、水量センサが無効のままでは、給水管に所定作動水量以上の通水が検知されても、燃焼バーナが点火されず、出湯運転が再開されない不都合が生じる。
そこで、上記給湯装置では、出湯管に湯量センサを配設し、熱交換器冷却動作中に出湯端末が開栓されると、湯量センサで出湯管内の通水を検知することができるようにした。  従って、熱交換器冷却動作中に湯量センサが所定作動水量以上の通水を検知すると、開閉弁を閉弁して熱交換器冷却動作を終了し、点火動作に移行することにより、出湯運転を優先して円滑に再開することができる。
【００１６】
上記給湯装置は、さらに、
前記給水管から分岐させて前記出湯管の前記排水管との分岐部よりも下流側に合流させるバイパス路を有し、
前記給水管における前記バイパス路との分岐部よりも上流側に、前記水量センサを有し、
前記出湯管における前記バイパス路との合流部よりも下流側に、前記湯量センサを有する。
湯量センサは、バイパス路との合流部よりも下流側に配設されているから、熱交換器冷却動作中に給水管から通水が行われた際に、バイパス路を介して出湯管を逆流する流路に通水されても、出湯端末が開栓されていなければ、湯量センサで通水が検知されることはない。これにより、熱交換器冷却動作中に誤って燃焼バーナの点火動作が実行されることが防止できる。
【００１７】
上記給湯装置において、好ましくは、制御部は、熱交換器冷却動作中、前記送風ファンを回転させる。
熱交換器冷却動作中でも、送風ファンを回転させることにより、熱交換器の管路が水で冷却されるのと同時に、熱交換器が送風により冷却される。これにより、より早期に熱交換器を冷却することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、出湯運転後に、熱交換器の管路内に給水管から水を通水させる熱交換器冷却動作を実行することにより、熱交換器の温度を早期に低下させることができるから、管路内に高温の湯水が貯留されたままとなったり、後沸き現象が生じたりする不都合を防止することができる。これにより、熱交換器の管路におけるスケールの析出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態における給湯装置の構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における給湯装置の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】従来の給湯装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る給湯装置の模式図を示す。
この給湯装置は、ケース本体(33)内に、熱交換器(31)と燃焼バーナ(5)が備えられた燃焼室(32)が配設されてあり、熱交換器(31)の管路(3)の上流側には水道管に接続された給水管(1)が、下流側には台所や浴室等の給湯栓(29)等の所定の出湯端末に湯水を給湯する出湯管(2)がそれぞれ接続されている。また、給水管(1)と出湯管(2)は、分岐部(1a)及び合流部(2a)間でバイパス路(4)により接続されている。このバイパス路(4)には、バイパス路(4)を通水する水の水量を調整するバイパス流量調整弁(41)が配設されており、後述する制御部(14)からの開閉信号によりその開度が調整される。
【００２１】
給水管(1)のバイパス路(4)への分岐部(1a)よりも上流側には、給湯管(1)に通水される水の通水量を検知する水量センサ(11)が設けられており、水量センサ(11)で検知された水量信号は、制御部(14)に出力される。
【００２２】
また、出湯管(2)におけるバイパス路(4)との合流部(2a)よりも下流側には、出湯管(2)を通水する湯水の通水量を検知する湯量センサ(23)が設けられており、湯量センサ(23)で検知された水量信号も、同様に、制御部(14)に出力される。
【００２３】
さらに、水量センサ(11)よりも上流側の給水管(1)、燃焼室(32)の出口付近の管路(3)、及び湯量センサ(22)よりも下流側の出湯管(2)の各々の所定位置には、入水温度センサ(12)、熱交温度センサ(21)、出湯温度センサ(22)が設けられており、これらの温度センサ(12)(21)(22)で検知された温度信号は制御部(14)に出力される。
【００２４】
出湯管(2)における管路(3)とバイパス路(4)の合流部(2a)との間には、排水管(42)が分岐接続されている。この排水管(42)は、出湯管(2)よりも通水抵抗が高くなるように、排水管(42)の内径は、出湯管(2)の内径よりも小径に形成されている。また、排水管(42)には、制御部(14)からの開閉信号により流路を開閉する開閉弁(43)が設けられている。
【００２５】
燃焼バーナ(5)には、図示しないが、燃料ガスが供給されるガス管が接続されており、ガス管には、元ガス弁やガス比例弁が配設されている。
【００２６】
燃焼室(32)の底壁の一部には、燃焼用空気を燃焼室(32)内に供給するための送風ファン(51)が連設されている。また、燃焼室(32)の上端には、燃焼排気を外部に排出するための排気口(34)が形成されている。
【００２７】
給湯装置は、浴室や台所等に配設されたリモコン(13)からの入力設定信号や操作信号の出力、各温度センサ(12)(21)(22)からの温度信号、水量センサ(11)及び湯量センサ(23)からの水量信号などを受けて制御部(14)により作動制御される。制御部(14)は、ＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭを具備するとともに、機能的構成手段として、出湯運転を制御する出湯運転制御部や出湯運転後に熱交換器冷却動作を行う冷却運転制御部を有しており、元ガス弁、ガス比例弁、バイパス流量調整弁(41)、開閉弁(43)、送風ファン(51)を回転駆動するモータ、温度センサ(12)(21)(22)、水量センサ(11)、湯量センサ(23)、リモコン(13)などと電気配線を介して接続されている。
【００２８】
本実施の形態の給湯装置で出湯運転が行われる場合、使用者が、例えば、出湯端末である給湯栓(29)を開栓し、給水管(1)から水が給水されて、水量センサ(11)で所定の作動水量が検知されると、燃焼バーナ(5)の点火動作に移行する。この点火動作では、送風ファン(51)が回転駆動することにより燃焼用空気が供給され、図示しない点火電極から火花放電が開始されると、元ガス弁、ガス比例弁が開弁されて、燃焼バーナ(5)に燃料ガスが供給される。これにより燃焼バーナ(5)の燃焼が開始される。そして、燃焼バーナ(5)の燃焼により排出される燃焼排気によって、熱交換器(31)の管路(3)内の水が熱交換されて加熱され、高温の湯水となって出湯管(2)へ流れ込む。このとき、水量センサ(11)から出力される水量信号、各温度センサ(12)(21)(22)から出力される温度信号と、バイパス路(4)に設けられているバイパス流量調整弁(41)の弁体の開度の調整とによって、熱交換器(31)から出湯管(2)へ出湯される高温の湯水に対する給水管(1)からバイパス路(4)を介して給水される水量が調整されて、設定温度の湯水を給湯栓(29)から出湯させることができる。
【００２９】
次に、本実施の形態の給湯装置において、スケールの発生を抑制するために、出湯運転が停止された後に実行される熱交換器冷却動作について図２のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
【００３０】
使用者が、例えば、給湯栓(29)を閉じるなどすると、水量センサ(11)が検知する作動水量が所定量以下となって、燃焼バーナ(5)が消火される（ステップＳ１）。このとき、出湯運転が停止（終了）したと判断し（ステップＳ１でＹｅｓ）、ステップＳ２に進む。
【００３１】
ステップＳ２では、熱交温度センサ(21)で、燃焼バーナ(5)を消火した直後の管路(3)内の湯水の温度が検知される。そして、検知された温度が、スケールが析出される閾値温度（例えば、７０℃）より高温を検知した場合には（ステップＳ２で、Ｙｅｓ）、熱交換器(31)の管路(3)内で、後沸きによる加熱でスケールが発生しやすいことから、熱交換器冷却動作が開始される。
【００３２】
この熱交換器冷却動作では、まず、制御部(14)は、排水管(42)の開閉弁(43)を開弁すると共に、水量センサ(11)で検知される水量信号の出力を無効とし、湯量センサ(22)で検知される水量信号の出力を有効とする（ステップＳ３）。
開閉弁(43)を開弁することにより、給水管(1)に給水される水は、管路(3)を通って、排水管(42)へ通水され、排水管(42)の排出口から外部に排出される。これにより、管路(3)は水で冷却され、管路(3)内のスケールの発生は抑制される。
さらに、制御部(14)は、送風ファン(51)を、出湯運転中、燃焼バーナ(5)に燃焼用空気を供給していたときの回転数よりも高い回転数で回転駆動させる。これを通水と併せて行うことにより、より早期に熱交換器(31)を冷却することができる。
【００３３】
水量センサ(11)からの水量出力を無効としたので、熱交換器冷却動作中に給水管(1)に作動水量以上の通水があっても、燃焼バーナ(5)の点火動作の実行を防止できる。
また、給水管(1)からの水は、バイパス路(4)を介して出湯管(2)にも流れようとするが、給湯栓(29)などの出湯端末が閉栓されていれば、バイパス路(4)を介する出湯管(2)への通水が阻止されるため、専ら管路(3)及び排水管(42)の流路のみに水を流すことができる。また、熱交換器冷却動作中、制御部(14)は湯量センサ(23)からの水量信号を有効にするが、湯量センサ(23)は出湯管(2)とバイパス路(4)との合流部(2a)よりも下流側に配設されているから、水圧等の変化によりバイパス路(4)を介して出湯管(2)を逆流する流路で水が通水しても、給湯栓(29)などの出湯端末が閉栓していれば、湯量センサ(23)での通水の検知を防止できる。なお、排水管(42)の排出先に、例えば、タンク(44)のような貯水槽を設けておき、タンク(44)に溜まった水を水洗トイレの洗浄や洗濯等に使用できるようにしてもよい。
【００３４】
上記の熱交換器冷却動作中に、使用者が給湯栓(29)を開いたり、リモコン(13)によって風呂への湯張りが開始されたりするなどして再出湯運転が要求される場合がある。しかしながら、上記のように、熱交換器冷却動作中は水量センサ(11)からの水量信号が無効とされているから、給水管(1)を通水する水量が増大しても、燃焼バーナ(5)の点火動作が実行されないという不都合がある。
【００３５】
このため、ステップＳ４にて、出湯管(2)に設けた湯量センサ(23)で検知される水量が所定の作動水量以上であるかどうかが判定される。すなわち、出湯端末を開栓すれば、バイパス路(4)との合流部(2a)よりも下流側の出湯管(2)にも通水されるから、湯量センサ(23)で所定の作動水量以上が検知されれば、使用者が出湯を開始したと判断することができる。従って、この場合、点火動作に移行するために、制御部(14)は、開閉弁(43)を閉弁すると共に、出湯運転を行うために、水量センサ(11)で検知される水量信号の出力を有効とし、湯量センサ(23)で検知される水量信号の出力を無効とする（ステップＳ６）。これにより、熱交換器冷却動作中であっても、出湯運転を優先して円滑に再開することができる。
なお、図示しないが、熱交換器冷却動作の終了が再出湯による場合には、図２のルーチンを抜け出し、送風ファン(51)の回転数を所定の回転数に戻すと共に燃焼バーナ(5)を点火して、出湯運転が再開される。
【００３６】
一方、熱交換器冷却動作中に、湯量センサ(23)で所定作動水量以上が検知されなかった場合（ステップＳ４で、Ｎｏ）、制御部(14)は、熱交温度センサ(21)で検知される温度が所定の温度（例えば、６０℃）よりも低温となるかどうかを判断する（ステップＳ５）。そして、上記検知温度が所定温度より低ければ、管路(3)内のスケールの発生の可能性がなくなったとして、熱交換器冷却動作を終了し（ステップＳ６）、上記と同様にルーチンを抜け出した後、送風ファン(51)の回転駆動を停止して、給湯装置の運転を終了させる。
【００３７】
なお、熱交換器冷却動作中に、再出湯運転が要求される場合、開閉弁(43)が閉弁されるまで、管路(3)から出湯管(2)へ流れる水の一部は排水管(42)へ流れるが、上記したように、排水管(42)の内径を出湯管(2)の内径よりも小径に設けることにより、排水管(42)への通水抵抗を大きくすることができる。これにより、給水管(1)から管路(3)を経て流れてくる水は排水管(42)よりも出湯管(2)へ流れ易くすることができるから、確実に湯量センサ(23)で水量を検知することができる。
【符号の説明】
【００３８】
(1) ・・・・・・給水管
(14)・・・・・・制御部
(2) ・・・・・・出湯管
(2a)・・・・・・合流部
(3) ・・・・・・管路
(31)・・・・・・熱交換器
(4) ・・・・・・バイパス路
(42)・・・・・・排水管
(43)・・・・・・開閉弁
(5) ・・・・・・燃焼バーナ
(51)・・・・・・送風ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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