JP5806143B2 - 給湯器 - Google Patents

Description

本発明は、給水管からの水をバーナを備えた熱交換器で加熱して出湯管から出湯させる給湯器に関する。

給湯器は、バーナを備えた熱交換器の入口側に、水道からの水が供給される給水管が、出口側に出湯管がそれぞれ接続されて、器具内に通水されることで、熱交換器においてバーナの燃焼ガスと水との熱交換を行って水を加熱し、出湯管から所定温度の湯を浴室等に出湯可能としている。
ところで、熱交換器においては、水の硬度の高い地区では経年使用によって内部にスケールが析出することがよく知られている。このスケールの析出により、熱交換器の伝熱効率が低下し、フィン温度が上昇して熱効率の低下に繋がる。さらにそのまま使用を続けると、スケールの析出付着が多くなり、最終的には伝熱管が割れて水漏れし、給湯器が使用できなくなる。そこで、特許文献１に開示のように、熱交換器に異常温度検出器を設けて、出湯停止後の後沸きにより、異常温度検出器が予め設定した規定温度以上を検出すると、スケールの析出により熱効率が低下して熱交換器の異常加熱が生じたと判断する発明が知られている。ここでは使用者に報知すると共に、再出湯時のバーナの最高燃焼量値を下げて修理まで使用可能としている。

特開２００３−２５４６１５号公報

しかし、特許文献１の発明は、スケールの析出とその後の一時的な使用を可能にするのみで、給湯器自身でスケールの除去自体を行わないものであるため、スケールの除去は結局メンテナンスによる必要があった。

そこで、本発明は、スケールの除去が自動的に可能となり、スケール除去に係るメンテナンスが不要となる給湯器を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、バーナと、バーナに加熱される熱交換器と、熱交換器に接続される給水管及び出湯管と、バーナの燃焼を制御する制御手段と、を含み、器具内の通水により、制御手段がバーナを燃焼させて熱交換器を通過する水を加熱して出湯させる一方、制御手段は、出湯管に設けた温度検出手段が出湯停止後に所定の後沸き温度に達したら、配管内にスケールが析出したと判断する給湯器であって、給水管側に、本水路から分岐して本水路の一部をバイパスするバイパス路を形成すると共に、本水路とバイパス路との分岐部に、制御手段により制御され、流路を本水路とバイパス路との何れか一方へ選択的に切替可能な流路切替手段を設ける一方、バイパス路に、水の流入によって旋回する旋回車を収容した撹拌部と、撹拌部と連通し、下流側へ行くに従って縮径するテーパ状流路の加圧部と、加圧部と連通し、下流側へ行くに従って拡径するテーパ状流路の減圧部とを備えて微細気泡を発生させるマイクロバブル発生器を設けて、制御手段は、スケールが析出したと判断したら、流路切替手段によって流路をバイパス路へ切り替えて、微細気泡を発生させた水を器具内に通水させることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、マイクロバブルを利用してスケールの除去が自動的に可能となる。よって、スケール除去に係るメンテナンスが不要となる。
また、マイクロバブル発生器をバイパス路へ簡単に組み込めるコンパクトな構成とすることができる。

給湯器の概略図である。 切替部の説明図である。 給湯器の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、給湯器の一例を示す概略図である。ここに示す給湯器１は、器具本体内に、給気ファン３を備えた燃焼室２を形成して、燃焼室２の内部に、燃料ガスと給気ファン３からの一次空気との混合ガスを燃焼させるバーナ４，４を備えると共に、バーナ４の燃焼によって加熱され、給水管６と出湯管７とを接続した熱交換器５を備えている。バーナ４へのガス管８には、上流側から、元電磁弁９及びガス比例弁１０、切替電磁弁１１，１１がそれぞれ設けられて、各弁が制御手段としてのコントローラ１２によって制御可能となっている。１３はイグナイタ、１４は点火電極、１５はフレームロッドである。

また、給水管６と出湯管７との間には、熱交換器５をバイパスするバイパス管１６が接続されている。給水管６におけるバイパス管１６との接続位置よりも上流側には、給水管６を流れる水量を検出する水量センサ１７と、給水管６の水量を制御する水量サーボ１８とが設けられ、バイパス管１６には、バイパス管１６の水量を制御するバイパスサーボ１９が設けられて、それぞれコントローラ１２に電気的接続されている。一方、出湯管７には、給湯栓２０と、出湯管７の上流側で燃焼室２からの出口温度を検出する温度検出手段としての第１サーミスタ２１と、バイパス管１６よりも下流側で出湯温度を検出する第２サーミスタ２２とが設けられて、第１、第２サーミスタ２１，２２もコントローラ１２に電気的接続されている。２３は、コントローラ１２に電気的接続されるリモコンで、運転スイッチや設定温度の変更ボタン、表示部等が設けられている。

そして、給水管６において、バイパス管１６との接続部よりも上流側には、マイクロバブルの切替部３０が設けられている。この切替部３０は、図２に示すように、まずケーシング３１の下部に、分割された上流側の給水管６が接続される水入口３２が、ケーシング３１の上部に、分割された下流側の給水管６が接続される水出口３３がそれぞれ形成されている。また、水入口３２と水出口３３との間には、給水管６と繋がる本水路３４が形成されていると共に、水入口３２の下流側で本水路３４から分岐して水出口３３の上流側で再び合流して、本水路３４の一部をバイパスするバイパス路３５が形成されている。

３６はバルブで、ケーシング３１に組み付けられてバイパス路３５内に突出する左右方向の保持筒３７と、その保持筒３７に螺合して本水路３４とバイパス路３５との分岐位置に突出する弁軸３８と、その弁軸３８の先端に取り付けられる弁体３９とを備えてなる。分岐位置におけるバイパス路３５側には、第１の弁座４０が形成される一方、本水路３４側には、第２の弁座４１が形成されて、弁体３９が第１の弁座４０に当接する弁軸３８の第１の位置では、図２に示すようにバイパス路３５を閉塞して本水路３４を開放し、弁体３９が第２の弁座４１に当接する弁軸３８の第２の位置では、二点鎖線で示すように本水路３４を閉塞してバイパス路３５を開放するようになっている。弁軸３８は、コントローラ１２に電気的接続されたステッピングモータ４２（図２では図示略）の駆動により回転し、第１の位置と第２の位置とに選択的に前後動可能となっている。このバルブ３６とステッピングモータ４２とが流路切替手段となる。

そして、バイパス路３５におけるバルブ３６の下流側には、マイクロバブル発生器４３が設けられている。このマイクロバブル発生器４３は、筒状の本体４４に、水が流入する撹拌部４５と、撹拌部４５の下流側に連通し、下流側へ行くに従って縮径するテーパ状流路となる加圧部４６と、その加圧部４６の下流側に同軸で連通し、下流側へ行くに従って拡径するテーパ状流路となる減圧部４７とを形成し、撹拌部４５に旋回車４８を収容してなる。旋回車４８は、撹拌部４５内で回転可能に収容されて加圧部４６の上流端を閉塞する円盤状で、軸線に対して螺旋状に傾斜する複数の流入孔４９，４９・・が穿設されている。５０は、旋回車４８の軸心で加圧部４６側へ突設された突起である。

よって、このマイクロバブル発生器４３においては、撹拌部４５に水が流入すると、旋回車４８の流入孔４９，４９・・を通ることで、旋回車４８が回転する。この旋回車４８の回転により、旋回流が発生して撹拌部４５で水が撹拌されて加圧部４６へ流れ込み、加圧部４６で縮径するテーパ状流路によって加圧される。その後、加圧された水が減圧部４７へ流入して圧力が開放されることで、水内の溶存空気がμｍ単位の微細気泡（マイクロバブル）として現出することになる。

以上の如く構成された給湯器１の動作を、図３のフローチャートに基づいて説明する。
まず、Ｓ１で給湯栓２０を開いて器具内の水量が点火水量を超えると、水量センサ１７でこれを検知したコントローラ１２は、Ｓ２で点火制御を行う。これは、給気ファン３を回転させてプリパージを行い、元電磁弁９と切替電磁弁１１及びガス比例弁１０をそれぞれ開いてバーナ４にガスを供給すると共に、イグナイタ１３を作動させるものである。次に、コントローラ１２は、Ｓ３において、バーナ４の点火をフレームロッド１５で確認した後、第２サーミスタ２２で検出された出湯温度と、リモコン２３で設定された設定温度との差に応じて、ガス比例弁１０の開度を制御してガス量を連続的に変化させ、出湯温度を設定温度に一致させる出湯温制御を行う。
このとき、切替部３０では、バルブ３６の弁軸３８は第１の位置にあってバイパス路３５を閉塞しているため、水は本水路３４を通り、マイクロバブルは発生しない。

そして、Ｓ４で給湯栓２０が閉じられて出湯が停止すると、コントローラ１２は、Ｓ５で、第１サーミスタ２１から得られる出湯温度を監視し、当該出湯温度が所定時間内で予め設定された後沸き温度に達したか否かを判別する。ここで後沸き温度に達すると、コントローラ１２は、Ｓ６でステッピングモータ４２を駆動させて弁軸３８を第２の位置に移動させ、図２に二点鎖線で示すように本水路３４を閉塞してバイパス路３５を開放する。

すると、Ｓ１〜３の再出湯時には、水はバイパス路３５を通って給水管６を流れるため、マイクロバブル発生器４３を通過する際に、前述のようにマイクロバブルが発生する。よって、マイクロバブルを含んだ水が熱交換器５を通過することになる。マイクロバブルが熱交換器５の配管内を通過することで、析出したスケールを除去する作用を生じさせる。一方、Ｓ５の判別で出湯温度が後沸き温度に達しなければ、Ｓ７でそのまま本水路３４を開放させる制御が維持される。

再出湯後、Ｓ４で、マイクロバブルを発生させた水を給水した出湯が停止すると、コントローラ１２は、Ｓ５で再び第１サーミスタ２１からの出湯温度を監視する。ここで出湯温度が依然として所定時間内で後沸き温度に達すれば、Ｓ６でそのままバイパス路３５を開放させる制御を維持するが、出湯温度が後沸き温度に達しなければ、コントローラ１２は、Ｓ７でステッピングモータ４２を駆動させて弁軸３８を第１の位置に移動させ、バイパス路３５を閉塞して本水路３４を開放する。すると、再出湯時には、水は本水路３４を通って給水管６を流れるため、マイクロバブルは発生しない。

このように、上記形態の給湯器１によれば、給水管６側に、本水路３４から分岐して本水路３４の一部をバイパスするバイパス路３５を形成すると共に、本水路３４とバイパス路３５との分岐部に、コントローラ１２により制御され、流路を本水路３４とバイパス路３５との何れか一方へ選択的に切替可能な流路切替手段（バルブ３６及びステッピングモータ４２）を設ける一方、バイパス路３５に、水の撹拌部４５と、加圧部４６と、減圧部４７とを備えて微細気泡を発生させるマイクロバブル発生器４３を設けて、コントローラ１２は、スケールが析出したと判断したら、流路切替手段によって流路をバイパス路３５へ切り替えて、微細気泡を発生させた水を器具内に通水させることで、マイクロバブルを利用してスケールの除去が自動的に可能となる。よって、スケール除去に係るメンテナンスが不要となる。
なお、マイクロバブルによるスケール除去作用は、公知文献である「材料と環境」（社団法人腐食防食協会発行）vol.58(2009),No.3 pp.99-104の「給湯用銅管の潰食現象に及ぼす気泡挙動の影響」において確認されている。

特にここでは、撹拌部４５を、水の流入によって旋回する旋回車４８を収容したものとして、加圧部４６を、撹拌部４５と連通し、下流側へ行くに従って縮径するテーパ状流路とし、減圧部４７を、加圧部４６と連通し、下流側へ行くに従って拡径するテーパ状流路としたことで、マイクロバブル発生器４３をバイパス路３５へ簡単に組み込めるコンパクトな構成とすることができる。

なお、流路切替手段としては電磁弁を用いたりすることができる。マイクロバブルの切替部も、ケーシング内に本水路とバイパス路とを分岐形成する形態に限らず、給水管にバイパス管を分岐接続するようにしてもよい。
その他、上記形態では、給水管と出湯管との間にバイパス管を接続した給湯器で説明しているが、バイパス管のない給湯器であっても本発明は適用可能である。

１・・給湯器、２・・燃焼室、４・・バーナ、５・・熱交換器、６・・給水管、７・・出湯管、１２・・コントローラ、１６・・バイパス管、２０・・給湯栓、２１・・第１サーミスタ、２２・・第２サーミスタ、３０・・切替部、３１・・ケーシング、３２・・水入口、３３・・水出口、３４・・本水路、３５・・バイパス路、３６・・バルブ、３８・・弁軸、４３・・マイクロバブル発生器、４４・・本体、４５・・撹拌部、４６・・加圧部、４７・・減圧部、４８・・旋回車。

Claims (1)

1. バーナと、前記バーナに加熱される熱交換器と、前記熱交換器に接続される給水管及び出湯管と、前記バーナの燃焼を制御する制御手段と、を含み、器具内の通水により、前記制御手段が前記バーナを燃焼させて前記熱交換器を通過する水を加熱して出湯させる一方、前記制御手段は、前記出湯管に設けた温度検出手段が出湯停止後に所定の後沸き温度に達したら、配管内にスケールが析出したと判断する給湯器であって、
   前記給水管側に、本水路から分岐して前記本水路の一部をバイパスするバイパス路を形成すると共に、前記本水路と前記バイパス路との分岐部に、前記制御手段により制御され、流路を前記本水路と前記バイパス路との何れか一方へ選択的に切替可能な流路切替手段を設ける一方、
   前記バイパス路に、水の流入によって旋回する旋回車を収容した撹拌部と、前記撹拌部と連通し、下流側へ行くに従って縮径するテーパ状流路の加圧部と、前記加圧部と連通し、下流側へ行くに従って拡径するテーパ状流路の減圧部とを備えて微細気泡を発生させるマイクロバブル発生器を設けて、
   前記制御手段は、前記スケールが析出したと判断したら、前記流路切替手段によって前記流路を前記バイパス路へ切り替えて、微細気泡を発生させた水を前記器具内に通水させることを特徴とする給湯器。

Images