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発明の名称 潜熱回収型給湯機
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−141302(P2001−141302A)
公開日 平成13年5月25日(2001.5.25)
出願番号 特願平11−322852
出願日 平成11年11月12日(1999.11.12)
代理人 【識別番号】100076912
【弁理士】
【氏名又は名称】坂上 好博 (外1名)
発明者 竹内 誉樹 / 森 錦司 / 岡田 貞雄 / 田島 直樹
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 通水路(11)に挿入された熱交換器(12)部分で発生するドレンを排出する為の排出路(18)と、前記通水路(11)に於ける前記熱交換器(12)の上流側から分岐して前記排出路(18)に繋がり且つ開閉弁(16)を備えた分岐路(15)と、前記熱交換器(12)を加熱するガスバーナ(21)が燃焼したときに前記開閉弁(16)を開弁させる弁制御装置と、を具備する潜熱回収型給湯機に於いて、前記分岐路(15)に、水圧変化に関わらず流量を一定に保つ定流量弁(31)を挿入した、潜熱回収型給湯機。
【請求項2】 請求項1に記載の潜熱回収型給湯機に於いて、前記弁制御装置は、単位時間当たりに於ける前記ガスバーナ(21)の燃焼量を判定する判定手段と、前記燃焼量の増加に伴って前記開閉弁(16)の開弁時間を長くする開弁時間制御手段を備えている、潜熱回収型給湯機。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスバーナからの燃焼排気が露点以下になるまで熱交換器に吸熱させる形式の潜熱回収型給湯機、特に、上記熱交換器で生じる酸性のドレンを水道水で稀釈する機能を備えた潜熱回収型給湯機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】熱交換器で生じるドレンを水道水で稀釈する機能を備えた潜熱回収型給湯機として、実公平5−19703号公報に開示された図5の如き構成を有するものが知られている。
【0003】通水路(11)には熱交換器(12)と水流スイッチ(13)と出湯蛇口(10)(10)がこの順序で上流側から配設されていると共に、熱交換器(12)で発生するドレンは受け皿(14)から引き出された排液路(18)を介して排出されるようになっている。
【0004】上記通水路(11)に於ける熱交換器(12)の上流側からはドレンを稀釈する為の分岐路(15)が分岐していると共に、該分岐路(15)に設けられた開閉弁(16)の下流側のタンク(17)は注水路(19)を介して上記排液路(18)に接続されている。
【0005】このものでは、出湯時にガスバーナ(21)からの燃焼排気が熱交換器(12)に接触することによって熱交換されて露点以下に温度低下すると、燃焼排気中の窒素酸化物や硫化物等が含まれた酸性のドレンが発生してこれが受け皿(14)から排液路(18)に流れる。
【0006】一方、上記出湯時には通水路(11)の水流を検知する水流スイッチ(13)の信号で開閉弁(16)が開弁され、分岐路(15)からの水道水がタンク(17)及び注水路(19)を介して上記排液路(18)を流れるドレンに混合され、これにより、該ドレンが所定のPH値まで稀釈されて排出される。従って、熱交換器(12)で発生する酸性度の高いドレンがそのまま下水道に排出されず、環境汚染の防止に貢献できる。
【0007】この種潜熱回収型給湯機では出湯蛇口(10)の開度変化によって出湯量が変化すると、これに応じてガスバーナ(21)の燃焼量が制御され、これにより、常に設定温度の温水が得られるようになっているのが一般的である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図5のものにおいて出湯量に応じてガスバーナ(21)の燃焼量が制御される場合であっても、上記通水路(11)に供給される水道水の給水圧が高くなった場合には上記開閉弁(16)から必要以上に稀釈用の水が吐出されて水道水が浪費されるという問題があった。
【0009】上記問題点について更に詳述する。出湯設定温度と通水路(11)に流入する水道水の入水温を一定とした場合、出湯量が同一である限りガスバーナ(21)の燃焼量も同一に保たれるから、燃焼排気の量によって決まるドレンの発生量も同一になる。
【0010】ところが、通水路(11)内の通過流量は出湯蛇口(10)の開度等によって決まる通水路(11)の通過面積と給水圧によって決まるから、同一の出湯量であっても、給水圧が高く通水路(11)の上記通過面積が小さい場合(蛇口(10)の開度等が小さい場合)と、これとは逆に、上記給水圧が低く前記通過面積が大きい場合(蛇口(10)の開度等が大きい場合)があり得る。これらいずれの場合も、出湯量が同一であるから、ガスバーナ(21)の燃焼量も同一に保たれ、従って、ドレンの発生量も同一になる。しかし、前者の給水圧が高い場合には分岐路(15)内の流量が増加するから、開閉弁(16)から必要以上の水道水が吐出されて水道水の浪費が生じるのである。
【0011】本発明は係る点に鑑みてなされたもので、『通水路(11)に挿入された熱交換器(12)部分で発生するドレンを排出する為の排出路(18)と、前記通水路(11)に於ける前記熱交換器(12)の上流側から分岐して前記排出路(18)に繋がり且つ開閉弁(16)を備えた分岐路(15)と、前記熱交換器(12)を加熱するガスバーナ(21)が燃焼したときに前記開閉弁(16)を開弁させる弁制御装置と、を具備する潜熱回収型給湯機』に於いて、上記通水路(11)に供給される水道水の給水圧変動に関わらずドレンに混合する水道水の量が適正量に保たれるようにし、これにより、上記水道水の浪費が防止できるようにすることをその課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】[1項]上記課題を解決する為の本発明の技術的手段は、『前記分岐路(15)に、水圧変化に関わらず流量を一定に保つ定流量弁(31)を挿入した』ことである。上記技術的手段によれば、通水路(11)に供給される水道水の給水圧が変化しても、定流量弁(31)の機能によって分岐路(15)の内の流量が一定に保たれ、これにより、排液路(18)を流れるドレンに混合される水道水が必要以上に多くなる不都合がない。
【0013】[2項]前記1項に於いて、『前記弁制御装置は、単位時間当たりに於ける前記ガスバーナ(21)の燃焼量を判定する判定手段と、前記燃焼量の増加に伴って前記開閉弁(16)の開弁時間を長くする開弁時間制御手段を備えている』ものでは、判定手段が判定するガスバーナ(21)の燃焼量に応じて、開弁時間制御手段が開閉弁(16)の開弁時間を長くする。従って、出湯設定温度が変更されてガスバーナ(21)の燃焼量が変化すると、それに伴ってドレン発生量が変化して稀釈後のPH値をほぼ一定に保つことができる。
【0014】
【発明の効果】上記1項〜2項の発明は次の特有の効果を有する。給水圧が変化しても定流量弁(31)の機能によって分岐路(15)の内の流量が一定に保たれるから、排液路(18)を流れるドレンに混合する為の水道水が必要以上に使用される不都合がない。
【0015】又、2項のものでは、上記したように出湯設定温度が変更されてガスバーナ(21)の燃焼量が変化し、これに伴ってドレン発生量が変化しても、稀釈後のPH値をほぼ一定に保つことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の実施の形態に係る潜熱回収型給湯機の概略構成図である。缶体(41)内は、その上端に位置する給気ファン(45)の接続部から下端近傍側壁の排気口(47)に繋がる燃焼用通気路(A) となっており、給気ファン(45)の接続部の近傍にはガスバーナ(21)が配設されている。又、ガスバーナ(21)へのガス回路(40)にはガス比例弁(43)とその上流側のガス元弁(44)が配設されている。
【0017】缶体(41)内にはガスバーナ(21)の下方に位置する熱交換器(12)が設けられていると共に、該熱交換器(12)は、吸熱フィン(49)(49)群とこれらを貫通する通水路(11)とから構成されている。熱交換器(12)の上部域はガスバーナ(21)から生じる燃焼排気の顕熱を吸収する顕熱吸収部(121) となっている。一方、熱交換器(12)の下部域は燃焼排気の潜熱を吸収する潜熱吸収部(122) となっている。
【0018】一方、通水路(11)に於ける熱交換器(12)の上流部と下流部はバイパス路(23)で連結されていると共に、該バイパス路(23)にはバイパス流量調節弁(25)が配設されており、該バイパス流量調節弁(25)を制御することにより、熱交換器(12)を通過した高温水にバイパス路(23)からの低温水を混合して調整した適温水が出湯蛇口(10)に供給できるようにしている。このようにすると、出湯蛇口(10)を閉じた給湯停止時に於いて熱交換器(12)部分に高温水が滞留する後沸き現象が生じても、再度出湯蛇口(10)を開放した時には上記高温水にバイパス路(23)からの低温水が混合されて適温水が出湯蛇口(10)側に供給できる。又、通水路(11)に於けるバイパス路(23)の分岐部の上流にはメイン流量調節弁(27)とその上流側の流量計(28)と入水温センサ(29)が配設されている。
【0019】又、通水路(11)に於ける流量計(28)の上流から分岐した分岐路(15)には電磁式の開閉弁(16)が配設されていると共に、分岐路(15)に於ける前記開閉弁(16)の下流側には水圧変化に関わらず流量を一定に保つ定流量弁(31)が配設されており、分岐路(15)の下流端はドレン中和タンク(20)内に開放している。
【0020】上記定流量弁(31)は図2に示す構造を有しており、弁箱(32)を構成する大径筒(33)内にはバネ(34)で上流側に付勢され且つ通水路となる貫通孔(30)が貫通形成された略円盤状のダイヤフラムホルダ(35)が配設されている。このダイヤフラムホルダ(35)と押え円板(37)の間にはゴム製のダイヤフラム(36)が挟持状態で保持されていると共に、該ダイヤフラム(36)の外周は弁箱(32)の大径筒(33)と嵌入ブロック(38)の先端フランジ(39)部分との間に固定されている。上記嵌入ブロック(38)の中心部には通水孔(50)が貫通していると共に、該通水孔(50)にはバネ(51)で下流側に付勢された弁部材(52)の弁軸(53)がクリアランスを存して挿通されており、これにより、弁軸(53)の外周と通水孔(50)の内周との間に通水用の微小間隙が形成されるようになっている。又、上記弁軸(53)の先端部はダイヤフラムホルダ(35)の挿通孔(55)に挿入されている。
【0021】この定流量弁(31)では、上流端の入口部(56)から水道水が流入すると、該水道水は嵌入ブロック(38)の中心部の通水孔(50)と弁軸(53)との間隙からダイヤフラムホルダ(35)の貫通孔(30)を通過して出口部(57)側に流れる。入口部(56)から流入する水道水の水圧が高くなると、該水圧が上記通水孔(50)を介してダイヤフラム(36)の配設部に伝達され、これにより、該ダイヤフラム(36)が下流側に変形してダイヤフラムホルダ(35)が該下流側に移動する。すると、弁部材(52)がバネ(51)の付勢力で嵌入ブロック(38)の通水孔(50)の上流端たる弁座部(54)に接近し、これにより、通水孔(50)内周と弁軸(53)外周の間隙内の流量が絞られ、水圧上昇に伴う流量増加を防止する。一方、入口部(56)から流入する水道水の水圧が低下すると、上記水圧上昇時とは逆にバネ(34)の付勢力でダイヤフラム(36)が上流側に変形して弁部材(52)と弁座部(54)の間隔が増加し、これにより、通水孔(50)内周と弁軸(53)外周の間隙内の流量が増加し、水圧低下に伴う流量減少を防止する。このように、上記定流量弁(31)によれば、該定流量弁(31)の配設部の上流側の水圧変化に関わらず、該定流量弁(31)を流れる水道水の流量を一定に保つことができる。尚、本実施の形態では、定流量弁(31)を上記のように構成することで、約200cc/分の流量の水が流れ得るようにしている。尚、上記約200cc/分の値は、ドレンの最大発生時でもこれを基準PH値まで調整できる流量に設定したものである。
【0022】上記定流量弁(31)等を具備する分岐路(15)の下流端は、ドレン中和タンク(20)に開放していると共に、該ドレン中和タンク(20)内には、ドレンを一時的に貯留する水封室(22)が形成されており、該水封室(22)内には缶体(41)の底壁(46)から引き出された一次側排液パイプ(61)の下端が挿入されている。又、ドレン中和タンク(20)の底壁からは二次側排液パイプ(62)が引き出されており、該二次側排液パイプ(62)とドレン中和タンク(20)と上記一次側排液パイプ(61)の組み合わせが排液路(18)となっている。
【0023】図4は、上記潜熱回収型給湯機の制御装置に組み込まれたマイクロコンピュータに格納されている制御プログラムの内容を示すフローチャートである。以下、図4のフローチャートに従って上記潜熱回収型給湯機の動作を説明する。
【0024】ステップ(ST1) で出湯蛇口(10)が開放されたか否かを流量計(28)の出力に基づいて判断する。即ち、出湯蛇口(10)の開放によって通水路(11)内に所定量の水道水が流れて流量計(28)から所定値の流量信号が出力されるか否かをステップ(ST1) で監視する。そして、流量計(28)から上記流量信号が出力された場合(出湯蛇口(10)が開放されたと判断された場合)は、ステップ(ST2) で給気ファン(45)を作動させると共にガス元弁(44)を開弁し、更に図示しない点火装置を作動させてガスバーナ(21)を燃焼させる。又、後述のドレン中和動作中か否かを判断する為の中和動作フラグFを「0」にセットする。
【0025】次に、ステップ(ST3) で、図示しない湯温設定器で設定されている設定温度の温水を沸かす為に燃焼させなければならないガスバーナ(21)の燃焼量P1 を演算する。即ち、上記湯温設定器で設定された設定温度と入水温センサ(29)が検知する入水温の差としての昇温量と、流量計(28)が計測する水の流量(1分当たりの出湯量)とを求め、これら昇温量と流量の積から加熱必要熱量たるガスバーナ(21)の1分当たりの燃焼量P1 を演算するのである。そして、本実施の形態では、ガスバーナ(21)の燃焼量P1 を求めるステップ(ST3) の演算を行うマイクロコンピュータ内の機能部が既述した発明特定事項たる「発生量に対応する値を判定する判定手段」に対応する。
【0026】次に、ステップ(ST4) で上記演算した燃焼量P1 に基づいてガス比例弁(43)の開度調節を行い、これにより、燃焼量P1 でガスバーナ(21)が燃焼出来るようにする。又、バイパス流量調節弁(25)を所定の開度に設定する。
【0027】次に、通水路(11)とバイパス路(23)の合流部(G) より下流に配設された出湯温センサ(S) の出力を監視し、該出湯温センサ(S) が検知する出湯温度と図示しない湯温設定器で設定された設定温度を比較して両温度の差が無くなるようにガスバーナ(21)の燃焼量P1 を補正する(ガス比例弁(43)の開度を微調整する)フィードバック制御を行う(ステップ(ST5) 参照)。
【0028】ガスバーナ(21)が燃焼すると熱交換器(12)の潜熱吸収部(122) でドレンが発生すると共に、このドレンは缶体(41)の底壁(46)から一次側排液パイプ(61)を経て水封室(22)に流入し、該水封室(22)内のドレンがオーバーフローし始める。
【0029】次にステップ(ST6) で中和動作フラグFの内容を判断し該中和動作フラグFの内容が0の場合(ドレン中和動作中でない場合)は、ステップ(ST7) が実行される。即ち、上記燃焼量P1 の燃焼に伴って発生する量のドレンの酸性度を基準PH値まで調整するのに必要な量の水道水をドレン中和タンク(20)に供給する為の開閉弁(16)の開弁時間が図3のグラフに基づいて求められる。
【0030】図3の縦軸はガスバーナ(21)の燃焼量Pを示し、二本の横軸は1分当りのドレン発生量Qと、該ドレン発生量Qのドレンを上記基準PH値まで調整するのに必要な量の水道水を分岐路(15)から流出させるのに必要な1分当りの開閉弁(16)の開弁時間を示している。
【0031】そして、ガスバーナ(21)の燃焼量Pと1分当りのドレン発生量Q等の関係を示す図3のグラフLを利用し、既述ステップ(ST3) で求めた1分当たりの燃焼量P1 に対応する1分当たりのドレン発生量Q1 及び、該ドレン発生量Q1 のドレンを基準PH値(PH5〜9)まで調整するのに必要な水量を流出させる為に、1分当たりの開閉弁(16)の開弁時間t1 を求める。
【0032】次に、ステップ(ST8) で制御装置の内蔵タイマーTを0にセットすると共に、ドレン中和動作が開始されたことを記憶する為に中和動作フラグFの内容を1に変更する。その後、ステップ(ST9) で開閉弁(16)を開弁し、上記ステップ(ST8)で0にセットしたタイマーTの計測時間が既述の開弁時間t1 になるのを監視する(ステップ(ST10))。そして、開閉弁(16)を開弁状態に保持しているドレン中和動作中において、通水路(11)の上流端の水入口(110) に作用する水道圧が変動した場合には既述した定流量弁(31)の機能によって分岐路(15)を流れる水道水の流量が一定に保たれ、これにより、開弁時間t1 の時間に分岐路(15)からドレン中和タンク(20)に供給される水道水の量が上記水道圧に応じて変動することが防止される。
【0033】尚、開閉弁(16)を開弁させたドレン中和動作中は、ステップ(ST3) 〜(ST6) 及び(ST10)の制御を繰り返し、これにより、図示しない湯温設定器で設定温度が変更された場合でも、これに応じてガスバーナ(21)の燃焼量P1 を速やかに変更できるようにしている。
【0034】ステップ(ST10)でタイマーTの計測時間が開弁時間t1 に達すると、ステップ(ST11)で開閉弁(16)を閉弁させてドレン中和動作を終了させる。そして、本実施の形態では、燃焼量P1 に対応する開弁時間t1 を求めるステップ(ST7) と該開弁時間t1 だけ開閉弁(16)を開弁させるステップ(ST9) (ST10)(ST11)等の制御を行うマイクロコンピュータ内の機能部が既述発明特定事項たる開弁時間制御手段に対応している。
【0035】次に、ステップ(ST12)で既述タイマーTの計測時間が1分以上になっているか否かをステップで判断し、1分未満の場合は、ステップ(ST3) 〜(ST6) 及びステップ(ST10)〜(ST12)を繰り返し、この間はドレン中和動作を行うことなくタイマーTの計測時間が1分以上になるまで給湯制御を行う。従って、本実施の形態の潜熱回収型給湯機では、1分周期で開閉弁(16)が開弁されてドレン中和動作が実行される。
【0036】以後、ステップ(ST13)で中和動作フラグFの内容を0にセットし、再び制御動作をステップ(ST3) の工程に移行させる。




 

 


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