(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼により通水を加熱するバーナを備えた給湯器または風呂釜に用いられ、ヒータの通電により通水路内の水の凍結を防止する凍結防止装置において、
外気温度を検出する外気温検出手段と、
上記通水路内の水温を検出する水温検出手段とを設け、
上記水温検出手段により検出された水温または上記外気温検出手段により検出された外気温がヒータ作動温度未満になると上記ヒータの通電を開始し、
上記外気温が上記ヒータ作動温度より低い所定温度未満である間は上記ヒータの通電をそのまま継続し、
上記外気温が上記所定温度以上である間は、上記ヒータを所定期間の通電と停止とを交互に繰り返す断続通電制御を行い、当該断続通電制御中における通電停止期間中であっても水温が所定温度未満になると上記ヒータの通電を強制的に開始することを特徴とする凍結防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、給湯器または風呂釜の凍結防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器は、サーモスイッチによりヒータ回路の開閉を行う凍結防止装置を備えたものが一般的であり、図３に示すように、外気温を検知し４℃以下になるとヒータがオンになり外気温が１２℃以上になるまで通水路を加熱して水の凍結を防止する。
しかしながら、こうした凍結防止装置では、ヒータの仕様が寒冷地でも耐えれるような出力（消費電力）となっているために、あまり寒くならない地域ではそれほど大きな出力が必要ないのにも関わらず同出力で作動することからヒータの電力を無駄に消費していた。
最近では、こうした不具合を解決するために、ヒータの通電を断続制御する手法が採られている。例えば、図４に示すように、外気サーミスタによる検出外気温が３℃以下になるとヒータを通電させる。次に、外気温が−３℃以下か否かによりヒータの通電時間を選択する。つまり、外気温が−３℃以下であれば４０分間の通電と１０分間の通電停止とを交互に繰り返し、外気温が−３℃より高ければ２０分間の通電と３０分間の通電停止とを交互に繰り返して外気温に応じて通電比率を切り替える。この繰り返しの途中、外気温が５℃以上になれば凍結防止制御を終了する。このように外気温に応じた通電比率の切り替えにより省エネを図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この省エネタイプの給湯器では、ヒータの断続制御中における通電停止状態での待機中に、冷たい風が器体内に吹き込んで通水路が急激に冷やされても、その決められた待機時間が経過するまでヒータの通電を開始できないため、この間に水が凍結する可能性があった。
また、給湯器付風呂装置では、風呂釜のみを燃焼運転させるケースがあるが、こうしたケースではファンの動作により風呂釜だけでなく、給湯器側へも空気が供給されるため、急に給湯器内に冷たい外気が送り込まれて冷却されることがある。従って、ヒータの断続制御での待機中に給湯器内の水が凍結する可能性があった。勿論、給湯器のみを燃焼運転させるケースでも同様である。
そこで、本発明の凍結防止装置は上記課題を解決し、通水路の温度が急激に低下しても水の凍結を防止すると共に、省エネを図ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の凍結防止装置は、
燃焼により通水を加熱するバーナを備えた給湯器または風呂釜に用いられ、ヒータの通電により通水路内の水の凍結を防止する凍結防止装置において、
外気温度を検出する外気温検出手段と、
上記通水路内の水温を検出する水温検出手段とを設け、
上記水温検出手段により検出された水温または上記外気温検出手段により検出された外気温がヒータ作動温度未満になると上記ヒータの通電を開始し、
上記外気温が上記ヒータ作動温度より低い所定温度未満である間は上記ヒータの通電をそのまま継続し、
上記外気温が上記所定温度以上である間は、上記ヒータを所定期間の通電と停止とを交互に繰り返す断続通電制御を行い、当該断続通電制御中における通電停止期間中であっても水温が所定温度未満になると上記ヒータの通電を強制的に開始することを要旨とする。
【０００５】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の凍結防止装置は、水温検出手段の水温または外気温検出手段の外気温が各々のヒータ作動温度未満になるとヒータの通電を開始し、この時、外気温が所定温度未満である間ではヒータの通電をそのまま継続して連続通電状態にし、一方、外気温が所定温度以上である間、つまりそれほど外気温が低くなっていない状況ではヒータを所定時間の通電と停止とを交互に繰り返す断続通電制御を行う。
このように外気温に合わせて常時ヒータの通電比率を制御し省エネを図ると共に、通水路内の水の凍結を防止する。
また、断続通電制御中における通電停止状態での待機中に、例えば冷たい風が器体内に吹き込む等により通水路が急激に冷やされても、水温が所定温度未満になるとヒータの通電を強制的に開始するため、通水路内の水の凍結を確実に防止することができる。
【０００６】
【発明の実施形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の凍結防止装置の好適な実施形態について説明する。
図１は、一実施形態としての給湯器付風呂装置（以下、風呂装置と呼ぶ）を表すもので、この風呂装置は、大別すると風呂回路４０と給湯回路５０とから構成される。
風呂回路４０は、浴槽２０水を加熱する風呂熱交換器４２と、浴槽水を風呂熱交換器４２へ送る戻り管４６と、風呂熱交換器４２で加熱された浴槽水を浴槽２０へ送る往き管４７とで循環加熱回路を形成すると共に、戻り管４６と往き管４７とを繋ぎ風呂熱交換器４２を迂回するバイパス管３４を備える。
この戻り管４６には、上流側から順に、浴槽２０内の湯温を検知する風呂入水サーミスタ２４、浴槽水を循環させる循環ポンプ２２、この循環水の流れを確認する流水スイッチ２３が設けられる。
一方、往き管４７には、風呂熱交換器４２の近傍に熱交換された後の湯温を検知する風呂出湯サーミスタ２５が設けられる。
風呂熱交換器４２は、燃焼室４９上部に設けられ、風呂バーナ４１により加熱される。
【０００７】
一方、給湯回路５０には、上流側から順に、入水量を検知する流量センサ２６、入水温を検知する給湯入水サーミスタ２７、設定湯温が得られるように通水量を調整する水量制御モータ２８、通水を加熱する給湯熱交換器５２、熱交換後の湯温を検知する給湯熱交換器出口サーミスタ１２が設けられる。給湯熱交換器５２は、燃焼室５９上部に設けられ、給湯バーナ５１により加熱される。給湯バーナ５１は、燃焼能力の異なる３組のバーナからなり、燃焼量に応じて燃焼するバーナが切り替えられる。
【０００８】
更に、給湯回路５０には、給湯熱交換器５２の上流と下流とを繋ぐバイパス路３６が設けられ、そのバイパス路３６を通る水量を制御するバイパス弁１４が設けられる。
このバイパス路３６の下流には、バイパス路３６を通過する水と熱交換後の湯との混合湯の温度を検知する給湯出湯サーミスタ１５が設けられる。この下流流路は、台所の給湯カラン２１に連通する一般給湯管３７と、浴槽２０へ給湯するための落とし込み管３０とに分岐する。
落とし込み管３０は、給湯回路５０と風呂回路４０とを接続するもので、上流側から順に、落とし込み管３０を開閉する落とし込み電磁弁３１、給湯回路５０から風呂回路４０への流量を検知する落とし込み流量センサ３２、逆流を防止する２個の逆止弁３３が設けられる。
【０００９】
風呂回路４０と給湯回路５０との通水路に設けられた給湯入水サーミスタ２７，給湯熱交換器出口サーミスタ１２，給湯出湯サーミスタ１５，風呂入水サーミスタ２４，風呂出湯サーミスタ２５を総称して通水路サーミスタ１７と呼ぶ。
風呂装置の下部には、各燃焼室４９、５９から離れた位置に外気の温度を検出する外気温サーミスタ１６が設けられる。
また、通水路には凍結防止用のヒータ２９が複数設けられ直列のヒータ回路を形成する。詳しくは、ヒータ２９は、給湯回路５０では給湯器の水入口，給湯熱交換器５２の上流，給湯熱交換器出口サーミスタ１２の下流近傍，バイパス路３６上流，給湯出湯サーミスタ１５近傍，一般給湯管３７に繋がれる接手に設けられ、また風呂回路４０では落とし込み管３０と戻り管４６との合流点下流近傍，循環ポンプ２９近傍，バイパス管３４下流側の往き管４７にそれぞれ設けられる。
【００１０】
給湯回路５０と風呂回路４０とには、それぞれ燃焼用空気の供給路となる共通の給気ダクト３５が設けられ、ファンモータ１９により駆動する１つのファン１８により空気が風呂側の燃焼室４９と給湯側の燃焼室５９に同時に供給される。
また、ガス流路は、その上流側から順に、ガス流路を開閉する元電磁弁１０、通電量に応じたガス量を制御する比例弁１１が設けられ、その下流側で給湯側ガス流路と風呂側ガス流路とに分岐する。給湯側には、３組のバーナへのガス流路を独立して開閉する給湯電磁弁５５、５６、５７がそれぞれ設けられ、各々独立した燃焼制御が行われる。一方、風呂側には、風呂側ガス流路を開閉する風呂電磁弁４５が設けられる。
風呂バーナ４１、給湯バーナ５１には、イグナイタ１３の動作によりガスへ着火する電極４３、５３、燃焼炎を検知するフレームロッド４４、５４が設けられ、前記のセンサ類・アクチュエータ類と共にコントローラ９と電気的に接続され出湯・追い焚き・停止等所定の制御が行われる。尚、このコントローラ９は、マイコンを主要部として構成される。
【００１１】
風呂リモコン４８は、給湯器の運転を開始する給湯スイッチ、目標湯温を増減する増減スイッチ、設定される湯温および設定時間・時刻等を表示する表示器、所定量の湯張りを行って浴槽２０の湯温を一定に保つ風呂自動スイッチ、設定温度よりも１から３℃高い温度になるように循環水を追い焚きするあつめスイッチ、設定温度の湯を浴槽に２０リットル追加する足し湯スイッチ等の操作ボタンが設けられ、浴室壁面に設置される。
一方、給湯リモコン５８にも風呂自動スイッチ等が設けられ、台所壁面に設置される。
【００１２】
次に、一般給湯動作について説明する。
給湯カラン２１を開くと、水入口から流入した水は、給湯熱交換器５２へ向かって流れる。流量センサ２６により通水流量が所定量に達すると、ファン１８の回転によりプリパージし、その後、給湯バーナ５１に点火して比例制御を開始する。
各給湯電磁弁５５、５６、５７の開閉および比例弁１１によって、ガス量を連続的に変化させて出湯温度を一定に保つ。また、水量制御モータ２８により適切な水量に調整を行うため、常に最大能力の出湯量を確保する。
給湯カラン２１を閉じると、流量センサ２６により止水されたことを検知しガス供給を停止して消火し、ポストパージ動作後、ファン１８を停止させる。
【００１３】
次に、浴槽２０への自動給湯動作について説明する。
風呂リモコン４８または給湯リモコン５８の風呂自動スイッチを押すと、落とし込み電磁弁３１がＯＮし、水流検知後、給湯バーナ５１が比例制御により給湯燃焼動作をし、設定温度の湯または設定温度より所定温度高い湯が、落とし込み流量センサ３２、逆止弁３３を通って、浴槽２０に給湯される。
落とし込み流量センサ３２で検出した水量が設定水量になると、落とし込み電磁弁３１がＯＦＦし、給湯燃焼を停止し、風呂回路４０の循環ポンプ２２を駆動して湯温をチェックし、設定温度になるまで循環加熱し、図示しないお知らせブザーを鳴動して湯張りの完了を知らせる。
【００１４】
湯張り後、保温制御に移り、待機時間（例えば１０分）が経過する度に、循環ポンプ２２を作動して撹拌し、風呂入水サーミスタ２４により浴槽水温をチェックして検出温度が設定温度以下であればファン１８を回転させ、風呂バーナ４１にガスを供給すると同時に、風呂バーナ４１を点火し、風呂熱交換器４２を加熱して浴槽循環水の加熱を開始する。
風呂入水サーミスタ２４の検出温度が設定温度に達したと判断すると、風呂バーナ４１を消火し、循環ポンプ２２を停止する。
【００１５】
一方、浴槽水温が設定温度から低下していない場合には、循環ポンプ２２の作動を停止させ、再び待機時間の経過後に循環ポンプ２２を作動させ浴槽温度を検出する。
つまり、待機時間が経過する度に浴槽水温をチェックし、湯温の低下を検出した場合のみ追焚することで浴槽水温を設定温度に維持するように制御する。
風呂自動スイッチを押すと、全ての作動が停止する。
【００１６】
次に、コントローラ９が実行する凍結防止加熱制御ルーチンについて、図２に示すフローチャートを用いて説明する。
本ルーチンは、風呂釜あるいは給湯器の電源投入により起動する。
まず、外気温サーミスタ１６の検出により外気温が４℃未満か否か、あるいは各通水路サーミスタ１７の検出により水温が３℃未満か否かを判断する（Ｓ１）。つまり、外気温サーミスタ１６或いは各通水路サーミスタ１７の少なくとも１つがヒータ作動温度未満になったか否かを判断する。
ヒータ作動温度未満と判断するまで待機し、そのように判断した場合には、凍結しやすい状態にあるということなので、ヒータ回路を閉じて各ヒータ２９をオンさせて通水路内の水を加熱する（Ｓ２）。
【００１７】
尚、通水路の加熱開始判断に通水路サーミスタ１７だけでなく外気温サーミスタ１６も用いているのは、通水路サーミスタ１７が設けられていない箇所における水温低下も外気温によって判断するためである。
また、ここで水側ヒータ作動温度（３℃）を外気側ヒータ作動温度（４℃）より低くするのは、外気温サーミスタ１６では器体内に取り付けられるため放熱が少なく温度が低下しにくいと共にヒータ２９の影響を受ける場合もあり、実際の外気温よりも高い温度を検出してしまうが、通水路サーミスタ１７ならば水の温度を直接検出できて正確であるためヒータ作動温度が若干低くても支障はなく、しかもヒータ２９による加熱を無用に早く開始しなくて済み省エネとなるからである。
【００１８】
次に、外気温が−５℃以上と判断するまでヒータ２９のオン状態を継続し（Ｓ３）、−５℃以上と判断した場合にはステップ４に進み、ヒータ２９のオン動作から６０分経過したか否かをを判断する（Ｓ４）。
６０分経過するまでヒータ２９のオン状態を継続し、６０分経過した或いは既に６０分経過していると判断した場合には、省エネのためにヒータ２９をオフする（Ｓ５）。ヒータ２９のオフ動作から２０分経過するまでヒータ２９をオフ状態で待機させ（Ｓ７）、２０分経過後、外気温が６℃未満である間は、Ｓ２〜Ｓ８を繰り返し、６℃以上と判断した場合にはステップ１に戻る。つまり、外気温に応じてヒータ２９を加熱に必要な時間だけ連続オン或いは６０分間オンした後、２０分間オフするように通電時間を調整している。
【００１９】
こうした制御の途中で、ヒータ２９のオフ待機時間中に、冷気が器体内に流入して通水路の急激な温度低下が起こる場合においても凍結を防止するために、ステップ６で常に水温を検出しており、この水温が３℃を下回ったときはステップ２に移行してヒータ２９の通電を強制的に開始する。
【００２０】
尚、ステップ８では外気温検出によるヒータ作動温度を６℃未満として、ステップ１に用いられる４℃未満よりも高くするのは、一旦ステップ１で凍結しやすい環境であると判断したら、ヒータ２９のオンオフ制御ルーチンから簡単には抜けないようにして確実に凍結を防止する意図があるからである。
【００２１】
ステップ６〜７では、ヒータ２９のオフ待機時間中に常時、水温を検出し、オフ待機時間中であっても水温が３℃未満になった時にはすぐにヒータ２９をオンさせることにより、水の急激な温度低下に対応している。
このステップ６で、ヒータ通電の必要性を外気温ではなく水温で判断するのは、器体外での強風やファン１８により冷気が器体内に流入して通水路の急激な温度低下が起こる場合に外気温よりも水温の方が正確に検出できるからである。
【００２２】
このようにして、外気温が−５℃未満の時はヒータ２９を連続オンにし通水路を十分に加熱し、外気温が−５℃〜６℃の間の時はヒータ２９を６０分間オンし２０分間オフして省エネを図りながら凍結しないように通水路の加熱制御をする。
但し、オフ待機時間中でも水が３℃未満になった時には、すぐにヒータ２９をオンさせて水の急激な温度低下に対応し凍結を防止する。
尚、凍結防止制御中に循環させる浴槽水がある場合には、ヒータ２９をオンさせる際に循環ポンプ２２を作動する処理を割り込ませて浴槽水を循環させ、風呂回路４０内の水が凍結することを一層防ぐ。
【００２３】
以上、説明したように、本実施形態の給湯器付風呂装置は、外気温に応じて通水路の加熱時間を常に調整して凍結を防止すると共に省エネを図ることができる。
また、断続通電制御中における通電停止状態での待機中に水温を直接検出しているため、水温が急激に低下しても迅速に対応して凍結を防止することができる。
しかも、外気側ヒータ作動温度に比べて水側ヒータ作動温度を低く設定するため、ヒータ２９による加熱を無用に早く開始しなくて済み省エネとなる。
また、通水路内の水温を検出する水温検出手段として、既に器体内に取り付けられている各通水路サーミスタ１７をそのまま利用するのでコストアップに繋がらない。
【００２４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、本実施形態では給湯器付風呂装置を用いたが、風呂釜を持たない給湯器に用いてもよいし、また給湯器を持たない風呂釜に用いてもよい。
また、ステップ１におけるヒータ作動温度を、外気温サーミスタ１６と通水路サーミスタ１７とで等しくてもよく、０℃以上に設定すればよい。
また、ステップ１で外気温サーミスタ１６の検出により外気温が４℃未満か否かを判断して、水温を判断基準から外してもよい。
逆に、ステップ１で通水路サーミスタ１７の検出により水温が３℃未満か否かを判断して、外気温を判断基準から外してもよい。
また、ステップ１における水温側ヒータ作動温度と、ステップ６における通電停止期間中でのヒータの通電を強制的に開始する温度とは異なって設定してもよい。
また、ステップ８において外気温ではなく水温でヒータの作動が必要か否かを判断してもよい。
また、ステップ８を無くし、ステップ７でヒータ２９のオフ動作から２０分経過したと判断した場合にはステップ１に戻るルーチンにしてもよい。
また、ステップ４、７においてヒータ２９のオン待機時間とオフ待機時間とを異なるように設定しても差し支えない。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の凍結防止装置によれば、ヒータを通電している間は、常に外気温に応じてヒータを連続通電するか断続的に通電するかを判断しヒータの通電時間を制御して省エネを図ると共に、水の凍結を防止することができる。
更に、ヒータの通電停止の待機時間中は、水温によってもヒータの通電制御を行うため、通水路内の水が実際に凍結しやすいような状態であるかを外気温検出よりも正確に把握でき、例えば冷気がファンによって器体内に流入して水温が急激に低下する場合にも対処でき、確実に凍結を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の給湯器付風呂装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の凍結防止制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図３】従来例の凍結防止制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図４】従来例の凍結防止制御ルーチンを表すフローチャートである。
【符号の説明】
９…コントローラ、  １２…給湯熱交換器出口サーミスタ
１５…給湯出湯サーミスタ、  １６…外気温サーミスタ、  ２０…浴槽、
２２…循環ポンプ、２４…風呂入水サーミスタ、  ２５…風呂出湯サーミスタ、
２７…給湯入水サーミスタ、  ２９…ヒータ、  ３０…落とし込み管、
４０…風呂回路、  ５０…給湯回路。
【図１】
0004050426.tif 000002
【図２】
0004050426.tif 000003
【図３】
0004050426.tif 000004
【図４】
0004050426.tif 000005