(57)【要約】【課題】加熱手段で発生する燃焼熱量が最小となる時に集熱フィンの上部と下流側の伝熱管の温度を上げてドレン発生量を少なくしてバーナで発生する燃焼熱量が最大となる時の熱効率を高めた給湯装置を供給すること。【解決手段】熱交換器３の最下段の最下流側に位置する伝熱管２ｃと出湯管５に連結して他の伝熱管２ｄをバイパスするバイパス管６と、バイパス管６を開閉するバイパス開閉手段７と、燃料制御手段１０と、燃料の量に応じてバイパス開閉手段７を開閉する制御手段１２を備え、燃料制御手段１０から出力される燃料の量が閾値以下になった時にバイパス開閉手段７を開成するようにしたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚併設された集熱フィンと前記集熱フィンを水平方向に貫通し上下方向に複数段設置された複数の伝熱管とで形成した熱交換器と、前記熱交換器の最下段の最上流側に位置する伝熱管に連結して熱交換器へ水を供給する給水管と、前記熱交換器の最上段の最下流側に位置する伝熱管に連結して前記熱交換器で加熱された湯を送出する出湯管と、前記熱交換器の最下段の最下流側に位置する伝熱管と前記出湯管に連結して他の伝熱管をバイパスするバイパス管と、前記バイパス管を開閉するバイパス開閉手段と、前記熱交換器を加熱する加熱手段と、出湯温度を設定できるリモコン装置と、前記リモコン装置で設定された温度と前記出湯管内の湯の温度に応じて前記加熱手段に供給する燃料を制御する燃料制御手段とを備え、前記燃料制御手段から出力される燃料の量に応じて前記バイパス開閉手段を開閉する制御手段を有することを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
バイパス管にはバイパス開閉手段を開成した時にバイパス管とバイパスされた伝熱管に一定の比率の水量が流れるように水量制御機能を有するオリフィスを備えたことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
【請求項３】
出湯管に温度検出手段を備え、バイパス開閉手段を開成した時に出湯管内を流れる湯の温度が所定の閾値以上になった場合に、バイパス開閉手段を閉成する機能を備えたことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
【請求項４】
制御手段は、リモコン装置で設定された温度が所定の温度以上の場合、燃料制御手段から出力される燃料の量にかかわらずバイパス開閉手段を閉成する機能を備えたことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
【請求項５】
制御手段は、燃料制御手段から出力される燃料の量が所定の閾値以下になった場合には、所定時間経過後にバイパス開閉手段を開成する機能を備えたことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
【請求項６】
制御手段は、燃料制御手段から出力される燃料の量が所定の閾値以上になった場合には、瞬時にバイパス開閉手段を閉成する機能を備えたことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
【請求項７】
制御手段は、バイパス開閉手段を閉成する所定の閾値をバイパス開閉手段を開成する所定の閾値より大きくしたことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス及び石油等の燃料を燃焼させてお湯を供給する給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、給湯器及び風呂釜等の給湯装置の形態は、例えば図４に示すように、バーナ１５と燃焼室１６の上部に集熱フィン１７とよばれる熱交換用の薄板を鉛直方向に平行に多数枚並べて、その薄板に数本の伝熱管１８を貫通させ、さらにその上部に排気フード１９で覆った構造となっており、燃焼室１６で燃焼した燃焼排気が集熱フィン１７の間を通り抜けて行く間に、燃焼排気から集熱フィン１７へ熱交換が行われ、さらに給水管２０を介して伝熱管１８に給水された水に熱交換が行われ熱交換された水は湯となって伝熱管１８を通り出湯管２１に接続された台所や洗面所等のカラン２２にお湯を供給している。
【０００３】
上記構成を含め、さらに熱効率を高めるために集熱フィンの切り欠き上部に整流板を設けた技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１８９４９１号公報（図１、図５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように集熱フィンの切り欠き上部に整流板を設けた構成では、バーナで発生する燃焼熱量が最大となる時の熱効率をさらに向上するために、集熱フィンの枚数を増加したり、集熱フィンの形状を大きくして集熱面積を大きくした場合に、バーナで発生する燃焼熱量が最小となる時に集熱フィンの上部や下流側の伝熱管の温度が露点以下になり、燃焼排気中に含まれる多量の水蒸気が水滴となって付着し、この生成水は燃焼排ガス中の窒素酸化物と反応して酸性水となり集熱フィンや伝熱管に腐食を及ぼすという問題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するもので、バーナで発生する燃焼熱量が最小となる時に集熱フィンの上部や下流側の伝熱管の温度を上げてドレン発生量を少なくしてバーナで発生する燃焼熱量が最大となる時の熱効率を高めた給湯装置を提供すること目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するため本発明の給湯装置は、複数枚併設された集熱フィンと集熱フィンを水平方向に貫通し上下方向に複数段設置された複数の伝熱管とで形成した熱交換器と、熱交換器の最下段の最上流側に位置する伝熱管に連結して熱交換器へ水を供給する給水管と、熱交換器の最上段の最下流側に位置する伝熱管に連結して熱交換器で加熱された湯を送出する出湯管と、熱交換器の最下段の最下流側に位置する伝熱管と出湯管に連結して他の伝熱管をバイパスするバイパス管と、バイパス管を開閉するバイパス開閉手段と、熱交換器を加熱する加熱手段と、出湯温度を設定できるリモコン装置と、リモコン装置で設定された温度と出湯管内の湯の温度に応じて加熱手段に供給する燃料を制御する燃料制御手段と、燃料制御手段から出力される燃料の量に応じてバイパス開閉手段を開閉する制御手段を有し、燃料制御手段から出力される燃料の量に応じて熱交換器の下流側の伝熱管に流れる水量を可変するようにしたものである。
【０００８】
上記発明によれば、集熱フィンの形状を大きくして集熱面積を大きくした場合でも、加熱手段で発生する燃焼熱量が最小となる時に集熱フィンの上部や下流側の伝熱管の温度を上げてドレン発生量を少なくすることができるので、燃焼熱量が最大となる時の熱効率を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、複数枚併設された集熱フィンと集熱フィンを水平方向に貫通し上下方向に複数段設置された複数の伝熱管とで形成した熱交換器と、熱交換器の最下段の最上流側に位置する伝熱管に連結して熱交換器へ水を供給する給水管と、熱交換器の最上段の最下流側に位置する伝熱管に連結して熱交換器で加熱された湯を送出する出湯管と、熱交換器の最下段の最下流側に位置する伝熱管と出湯管に連結して他の伝熱管をバイパスするバイパス管と、バイパス管を開閉するバイパス開閉手段と、熱交換器を加熱する加熱手段と、出湯温度を設定できるリモコン装置と、リモコン装置で設定された温度と出湯管内の湯の温度に応じて加熱手段に供給する燃料を制御する燃料制御手段と、燃料制御手段から出力される燃料の量に応じてバイパス開閉手段を開閉する制御手段を有し、燃料制御手段から出力される燃料の量に応じて熱交換器の下流側の伝熱管に流れる水量を可変できるようにしたものである。
【００１０】
これによって、集熱フィンの形状を大きくして集熱面積を大きくした場合でも、加熱手段で発生する燃焼熱量が最小となる時に、集熱フィンの上部や下流側の伝熱管の温度を上げてドレン発生量を少なくすることができるので、燃焼熱量が最大となる時の熱効率を高めることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の給湯装置のバイパス管にバイパス開閉手段を開成した時に、バイパス管とバイパスされた伝熱管に一定の比率の水量が流れるように水量制御機能を有するオリフィスを備えたものである。
【００１２】
これによって、給湯装置に流れる水量が変化した場合でもバイパス管の前後の伝熱管で熱交換される熱量の割合が一定になり、伝熱管を流れる湯が局部沸騰することを防止することができるので、熱交換器の耐久性を向上することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の給湯装置の出湯管に温度検出手段を備え、バイパス開閉手段を開成した時に、出湯管内を流れる湯の温度が所定の閾値以上になった場合にバイパス開閉手段を閉成する機能を備えたものである。
【００１４】
これによって、伝熱管で湯が沸騰状態になり熱交換器の異常過熱状態になった時に、バイパス開閉手段を閉成して伝熱管に流れる水量を増加して熱交換器の温度を下げることができるので、熱交換器の耐久性と燃焼装置の安全性を向上することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の給湯装置の制御手段にリモコン装置で設定された温度が所定の温度以上の場合は、燃料制御手段から出力される燃料の量にかかわらずバイパス開閉手段を閉成する機能を備えたものである。
【００１６】
これによって、リモコン装置で設定された出湯温度が６０℃以上の場合には、燃料制御手段から出力される燃料の量にかかわらず、集熱フィン及び伝熱管の温度が露点以下になりにくく、また、結露水が集熱フィンの下部で再蒸発して腐食水の生成がないので、バイパス開閉手段を閉じる必要がなく、常時バイパス開閉手段７を閉成することで、バイパス開閉手段の作動回数が少なくなり、バイパス開閉手段の耐久性能を向上することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の給湯装置の制御手段に燃料制御手段から出力される燃料の量が所定の閾値以下になった場合には、所定時間経過後にバイパス開閉手段を開成する機能を備えたものである。
【００１８】
これによって、燃料制御手段から出力される燃料の量が所定の閾値付近で使用された場合でも、実使用上は集熱フィン１の上部や下流側の伝熱管の温度が露点以下になってからバイパス開閉手段を開成するまでにタイムラグを設けることで、瞬間的な燃料の量の変化でバイパス開閉手段が作動しないので、バイパス開閉手段の作動回数が少なくなり、バイパス開閉手段の耐久性能を向上することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１記載の給湯装置の制御手段に燃料制御手段から出力される燃料の量が所定の閾値以上になった場合には、瞬時にバイパス開閉手段を閉成する機能を備えたものである。
【００２０】
これによって、制御手段は燃料制御手段から出力される燃料の量が所定の閾値以上になった場合に、瞬時にバイパス開閉手段を閉成して伝熱管に流れる水量を増加して熱交換器の温度を下げることができるので、熱交換器の耐久性と燃焼装置の安全性を向上することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１記載の給湯装置の制御手段にバイパス開閉手段を閉成する所定の閾値をバイパス開閉手段を開成する所定の閾値より大きくしたものである。
【００２２】
これによって、バイパス開閉手段を開成した時に熱効率が低下することに起因する出湯温度変化を補正するため、燃料制御手段が燃料の量を多くした場合に一定量以上多くなるまでバイパス開閉手段を閉止しないので、バイパス開閉手段の作動回数が少なくなり、バイパス開閉手段の耐久性能を向上することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における給湯装置の全体的システム構成図である。
【００２５】
１は複数枚併設された集熱フィン、２は集熱フィン１を水平方向に貫通し上下方向に複数段設置された伝熱管、３はこれら集熱フィン１と伝熱管２とで形成された熱交換器、４は熱交換器３の最下段で最上流側に位置する伝熱管２ａに連結して熱交換器３へ水を供給する給水管、５は熱交換器３の最上段で最下流側に位置する伝熱管２ｂに連結して熱交換器３で加熱された湯を送出する出湯管、６は熱交換器３の最下段で最下流側に位置する伝熱管２ｃと出湯管５に連結して他の伝熱管２ｄおよび２ｂをバイパスするバイパス管、７はバイパス管６を開閉するバイパス開閉手段、８は熱交換器３を加熱する加熱手段であるバーナ、９は燃焼装置を作動させるリモコン装置であって運転スイッチ、出湯温度変更スイッチ、温度表示器を備えている。
【００２６】
１０はリモコン装置で設定された出湯温度と出湯管内の湯の温度に応じて動作しバーナ８に供給する燃料を制御する燃料制御手段、１１は給湯機全体の制御を行うコントローラで、図示しない論理演算回路を構成するＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭと各種センサや制御装置からの入力信号を受け付ける入力部と入力部からの入力を計算する演算部と各種のアクチュエータに駆動信号を出力する出力部で構成されている。
【００２７】
１２はコントローラ１１内に内蔵された制御手段で燃料制御手段１０から出力される燃料の量に応じてバイパス開閉手段７を開閉制御する。
【００２８】
上記構成によれば、加熱手段８で発生する燃焼熱量が最小となると、燃焼量に対する集熱フィン１の集熱面積の割合が最大になるので、熱交換器３の熱効率が高くなるとともに、ドレン水が最も発生しやすくなるが、燃料制御手段１０から出力される燃料の量が閾値以下になると、制御手段１１が作動してバイパス開閉手段７を開成するので、伝熱管２を流れる水の一部がバイパス管６に流れ、伝熱管２ｂおよび２ｄを流れる水量が少なくなり、伝熱管２ｂおよび２ｄを流れる湯の温度が高くなる結果、伝熱管２ｂおよび２ｄの表面温度と集熱フィン１の上部の表面温度がバイパス管６に水を流さない時より高くなるので、集熱フィン１の間を通り抜けた燃焼排気中に含まれる水蒸気が水滴となってドレン水として付着することを防止することができる。
【００２９】
そのため、ドレン水の発生と最小燃焼時の熱効率で規制されていた集熱フィンの形集熱面積を大きくすることが可能となり、燃焼熱量が最大となる時の熱効率を高めることができる。
【００３０】
（実施例２）
図２は、本発明の第２の実施例における給湯装置の全体システム構成図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を付与し、説明を省略する。
【００３１】
図２において、１３はバイパス管６上に設けられ、バイパス開閉手段７を開成した時に、バイパス管６とバイパスされた伝熱管２に一定の比率の水量が流れるように水量制御機能を有するオリフィスである。
【００３２】
上記構成によれば、給湯装置に流れる水量が変化した場合でも、バイパス管６の前後の伝熱管２で熱交換される熱量の割合が一定になり、伝熱管２ｂおよび２ｄを流れる湯が局部沸騰することを防止することができるので、熱交換器３の耐久性を向上することができる。
【００３３】
（実施例３）
図３は、本発明の第３の実施例における給湯装置の全体システム構成図である。図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３４】
図３において、１４は出湯管５に設けられた温度検出手段で、バイパス開閉手段７を開成した時に、出湯管５内を流れる湯の温度が所定の閾値以上になった場合にバイパス開閉手段７を閉成する。
【００３５】
上記構成によれば、伝熱管２ｄおよび２ｂで湯が沸騰状態になり、熱交換器３の異常過熱状態になった時に、バイパス開閉手段７を閉成して伝熱管２に流れる水量を増加して熱交換器３の温度を下げることができるので、熱交換器３の耐久性と燃焼装置の安全性を向上することができる。
【００３６】
（実施例４）
本発明の第４の実施例における給湯装置においては、制御手段１２はリモコン装置９で設定された温度が所定の温度以上の場合は、燃料制御手段１０から出力される燃料の量にかかわらずバイパス開閉手段７を閉成する機能を備えたもので、本制御は給湯装置全体の制御を行うコントローラ１１で実行される。
【００３７】
上記構成によれば、リモコン装置９で設定された出湯温度が、例えば６０℃以上の場合には燃料制御手段１０から出力される燃料の量にかかわらず集熱フィン１及び伝熱管２の温度が露点以下になりにくく、また、結露水が集熱フィン１の下部で再蒸発して腐食水の生成がないので、バイパス開閉手段７を閉じる必要がなく、常時バイパス開閉手段７を閉成することでバイパス開閉手段７の作動回数を少なくでき、バイパス開閉手段７の耐久性能を向上することができる。
【００３８】
（実施例５）
本発明の第５の実施例における給湯装置においては、制御手段１２は燃料制御手段１０から出力される燃料の量が所定の閾値以下になった場合には、所定時間経過後にバイパス開閉手段７を開成する機能を備えたもので、本制御は給湯装置全体の制御を行うコントローラ１１で実行される。
【００３９】
上記構成によれば、燃料制御手段１０から出力される燃料の量が所定の閾値付近で使用された場合でも実使用上は、集熱フィン１の上部や下流側の伝熱管２ｂの温度が露点以下になっても、燃焼排気中に含まれる多量の水蒸気が水滴となって付着するまでに数分かかるので、バイパス開閉手段７を開成するまでに、例えば３分間程度のタイムラグを設けることで、瞬間的な燃料の量の変化でバイパス開閉手段７が作動せず、バイパス開閉手段７の作動回数が少なくなり、バイパス開閉手段７の耐久性能を向上することができる。
【００４０】
（実施例６）
本発明の第６の実施例における給湯装置においては、制御手段１２は燃料制御手段１０から出力される燃料の量が所定の閾値以上になった場合には、瞬時にバイパス開閉手段７を閉成する機能を備えたもので、本制御は給湯装置全体の制御を行うコントローラ１１で実行される。
【００４１】
上記構成によれば、制御手段１２は燃料制御手段１０から出力される燃料の量が所定の閾値以上になった場合に、瞬時にバイパス開閉手段７を閉成して伝熱管２に流れる水量を増加して、熱交換器３の温度を下げることができるので、熱交換器の耐久性と燃焼装置の安全性を向上することができる。
【００４２】
（実施例７）
本発明の第７の実施例における給湯装置においては、制御手段１２はバイパス開閉手段７を閉成する所定の閾値は、バイパス開閉手段７を開成する所定の閾値より大きくしたもので、本制御は給湯装置全体の制御を行うコントローラ１１で実行される。
【００４３】
上記構成によれば、バイパス開閉手段７を開成した時に、熱効率が低下することに起因する出湯温度変化を補正するために、燃料制御手段１０が燃料の量を多くした場合に、一定量以上多くなるまでバイパス開閉手段７を閉止しないので、バイパス開閉手段７の作動回数を少なくすることができ、バイパス開閉手段７の耐久性能を向上することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明の給湯装置によれば、集熱フィンの形状を大きくして集熱面積を大きくした場合でも、加熱手段で発生する燃焼熱量が最小となる時に、集熱フィンの上部や下流側の伝熱管の温度を上げてドレン発生量を少なくすることができるので、燃焼熱量が最大となる時の熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における給湯装置の全体システム構成図
【図２】本発明の第２の実施例における給湯装置の全体システム構成図
【図３】本発明の第３の実施例における給湯装置の全体システム構成図
【図４】従来の給湯装置の全体システム構成図
【符号の説明】
１  集熱フィン
２  伝熱管
２ａ  熱交換器の最下段で最上流側に位置する伝熱管
２ｂ  熱交換器の最上段で最下流側に位置する伝熱管
２ｃ  熱交換器３の最下段で最下流側に位置する伝熱管
２ｄ  他の伝熱管
３  熱交換器
４  給水管
５  出湯管
６  バイパス管、
７  バイパス開閉手段
８  加熱手段
９  リモコン装置
１０  燃料制御手段
１１  コントローラ
１２  制御手段
１３    オリフィス
１４  温度検出手段
【図１】
2004190971.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004190971.tif 000006