JP3087205B2 - 循環式風呂釜制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浴槽内の水を強制的に
循環させて、循環させた水を加熱する強制循環式風呂釜
に関し、さらに詳細には、その循環式風呂釜を制御する
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、浴槽に入れた水をポンプによ
り強制的に循環させ、循環管路途中に設けた熱交換器を
燃焼加熱することにより、浴槽内の水を所定の温度まで
上昇させる強制循環式風呂釜が使用されている。ガス燃
焼により、管路内の水を加熱する熱交換器の一例を図３
に断面図で示す。ポンプにより循環される水Ｆは、ガス
燃焼室３１の上部に設けられた熱交換器５０に送られ、
そこで加熱されて浴槽に戻される。すなわち、水Ｆは、
熱交換器５０の右端部から下部パイプ４１ａに入り、熱
交換器５０の左端部まで行って下部パイプ４１ｂにより
右端部に戻る。そして、下部パイプ４１ｃにより、左端
部に行き中部パイプ４２ａにより右端部に戻る。順次繰
り返して、水Ｆは、上部パイプ４３ｃより外部に出て浴
槽に戻される。

【０００３】通常の強制循環式風呂釜において、水Ｆの
循環流量は５〜８リットル／ｍｉｎ、浴槽の水量は１８
０〜２００リットル、ガスの燃焼量は約１２０００ｋｃ
ａｌ／ｈｏｕｒとすれば、水の循環流量が５リットル／
ｍｉｎの場合、熱交換器５０に入る時と出る時とで水温
が摂氏で約３０度上昇する（以下摂氏を省略する）。こ
うして強制循環加熱により浴槽水温は次第に上昇してい
く。浴槽内の水温は、熱交換器５０の入口側に設けられ
たサーミスタにより検出される。そして、サーミスタが
所定の温度を検出すると自動的に強制循環及びガス燃焼
を停止することが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
循環式風呂釜及びその制御装置には、以下の問題があっ
た。すなわち、熱交換器において管路内での水Ｆの部分
沸騰が発生する場合があったのである。例えば、浴槽内
の水Ｆの温度が１０度程度の時に循環式風呂釜を始動さ
せる場合を考える。熱交換器に流入する水Ｆの水温は約
１０度であるが、循環水量が５リットル／ｍｉｎの場
合、熱交換器から流出する水Ｆの水温は約３０度上昇し
て約４０度となる。そして浴槽内の水Ｆの温度が４０度
程度まで上昇すると、熱交換器に流入する水Ｆの水温が
約４０度となり、熱交換器から流出する水Ｆの水温は約
７０度とかなりの高温になる。

【０００５】ところがこのとき、熱交換器の銅パイプ内
における水Ｆの水温は均一ではない。ポンプにより循環
される水Ｆは管路内で銅パイプ内壁に接する外周側から
加熱を受けるためである。このため銅パイプ内における
水Ｆの水温には相当の不均一があり、前記した流出水温
は一種の平均水温である。そして、平均水温が７０度近
くある場合、銅パイプの熱交換器出口付近におけるパイ
プ内壁近傍での水温は１００度に達することがある。こ
のとき部分沸騰が発生する。部分沸騰が発生すると、熱
交換器の銅パイプ内での圧力上昇を生じ、銅パイプの耐
久性が低下する問題がある。また、熱交換器から不快な
異音（いわゆる「かま鳴り」である）が発生し、この異
音は浴室からも聞こえるので入浴者等に熱交換器の故障
ではないかとの不安を与え、好ましくない。また、この
ような水温不均一が解消されないまま高温の湯が浴槽に
まで流入することがあり、浴槽には人が入るものである
から好ましくない。

【０００６】本発明は、浴槽内の水温が上昇しても熱交
換器において部分沸騰が発生することがなく、耐久性低
下や異音の発生あるいは浴槽への高温の湯の流入を防い
だ循環式風呂釜制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の循環式風呂釜制御装置は、浴槽内の水を強制的
に循環させる強制循環装置と、強制循環装置の管路途中
に設けられる熱交換器と、熱交換器を加熱するガス燃焼
器とを有する循環式風呂釜を制御する循環式風呂釜制御
装置であって、加熱されて浴槽に戻る水温を計測する出
口水温検出器と、前記強制循環装置により循環される水
量を可変する流量可変手段と、前記出口水温検出器が計
測する水温が管路内で水の部分沸騰が発生しうる温度で
あるか否かを判別する部分沸騰判別手段と、前記部分沸
騰判別手段により前記出口水温検出器の計測水温が部分
沸騰の発生しうる温度であると判別された場合に前記流
量可変手段を介して水の流量を増加させることにより出
口水温を所定の温度以下に維持する流量制御手段とを有
するものである。

【０００８】

【作用】このような構成を有する本発明の循環式風呂釜
制御装置の強制循環装置は、浴槽内の水を、熱交換器に
通過させて循環加熱する。また、出口水温検出器は、加
熱されて浴槽に戻る水温を計測する。また、流量可変手
段は、強制循環装置により循環される水量を可変する。

【０００９】ここで、部分沸騰判別手段は、出口水温検
出器が計測する水温が水の部分沸騰が発生しうる温度で
あるか否かを判別する。そして、部分沸騰が発生しうる
温度であると判別された場合には、流量制御手段が流量
可変手段を介して強制循環装置により循環される流量を
増加させる。かくして熱交換器での水温の上昇幅を縮小
するとともに、管路内における水温の不均一を軽減す
る。これにより、浴槽の水温が上昇している場合でも出
口水温が過度に上昇するのを防止し所定温度以下に維持
することができるため、銅パイプ内における部分沸騰の
発生がなく、耐久性の低下や異音の発生あるいは浴槽へ
の高温の湯の流入がない。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例である循
環式風呂釜制御装置を図面を参照して説明する。図１に
循環式風呂釜の全体構成を示す。浴槽２４には、水Ｆが
一定量蓄えられている。浴槽２４の内壁の下側に水Ｆを
流入、流出させるためのバスアダプタ４５が形成されて
いる。バスアダプタ４５の中央部には、戻り管２７が接
続している。戻り管２７は、水を循環させるためのポン
プ１５に接続している。ポンプ１５には、循環水の水量
を制御するためのポンプ駆動回路３２が接続している。
戻り管２７のポンプ上流位置にあって浴槽内の水温を検
出するための浴槽水温サーミスタ２６が取り付けられて
いる。

【００１１】戻り管２７は、ガス燃焼室３１の上部に設
けられた熱交換器５０に導入されている。熱交換器５０
に設けられた燃焼室内銅パイプ２８は、図３に示すよう
に従来と同じく、熱交換器５０の端部から端部までを４
回往復して構成されている。すなわち、銅パイプ２８
は、下部パイプ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、中部パイプ４
２ａ、４２ｂ、上部パイプ４３ａ、４３ｂ、４３ｃによ
り熱交換器５０内を４回往復している。銅パイプ２８の
外壁には、集熱用の銅製フィン２１が形成されている。

【００１２】この実施例の循環式風呂釜においては、水
Ｆの標準流量は５リットル／ｍｉｎ、浴槽の水量は１８
０〜２００リットル、ガスの燃焼量は約１２０００ｋｃ
ａｌ／ｈｏｕｒである。このとき、熱交換器５０に入る
時と出る時とで水温が約３０度上昇する。熱交換器５０
を出た銅パイプ２８は、浴槽に循環水を戻すための往き
管２５に接続している。往き管２５のガス燃焼室３１を
出た付近に、熱交換器５０で熱交換されることにより温
度上昇した水温を計測するための、出湯温サーミスタ１
４が取り付けられている。往き管２５は、バスアダプタ
４５の戻り管２７の外周部に接続している。

【００１３】次に、燃焼ガスであるプロパンガスＧの流
路を説明する。ガスパイプ２９は図示しないプロパンガ
スタンクに接続している。ガスパイプ２９は、ガスの元
栓である元電磁弁１３に接続している。ガスパイプ２９
は、ガス燃焼室３１内に導入されている。ガス燃焼室３
１の下側位置においてガスパイプ２９の先端部には、ガ
スＧを噴き出すノズル１８が形成されている。ノズル１
８の噴き出し方向にバーナ１７が固設されている。バー
ナ１７の上部近傍には、ガスＧに着火する火花を発生さ
せるための電極１６が付設されている。ガス燃焼室３１
の右下側に送風ダクト３０が付設されている。送風ダク
ト３０には、燃焼空気を供給するためのファン１２が付
設されている。ファン１２には、ファンモータ駆動回路
１１が接続している。また、ガス燃焼室３１の右上側に
は、燃焼排ガスを排出するための排気トップ２３が形成
されている。

【００１４】次に、図２にこの実施例の循環式風呂釜制
御装置の構成をブロック図で示す。制御装置の主要部で
あるコントローラ３５は、演算処理を行うＣＰＵ３６、
制御プログラムを記憶するＲＯＭ３７、データ等を一時
的に記憶するＲＡＭ３８より構成されている。ＲＯＭ３
７には、水Ｆの流量を制御するための水量可変プログラ
ム４８が記憶されている。コントローラ３５には、入力
として出湯温サーミスタ１４及び浴槽水温サーミスタ２
６が接続している。また、出力として、ポンプ１５を制
御するためのポンプ駆動回路３２、ファン１２を制御す
るためのファンモータ駆動回路１１、及び元電磁弁１３
が接続している。

【００１５】次に、上記構成を有する循環式風呂釜制御
装置の作用を説明する。浴槽に水Ｆを適当な深さまで入
れる。次に、コントローラ３５のスイッチをオンして、
ガス燃焼を開始する。すなわち、コントローラ３５が元
電磁弁１３を開いて、一定量のプロパンガスＧをノズル
１８からバーナ１７に噴出する。同時に電極１６に電圧
がかけられ、火花が発生することによりプロパンガスＧ
が着火される。また、ファンモータ駆動回路１１がファ
ン１２を駆動して燃焼空気をガス燃焼室に送風する。ま
た、コントローラ３５の指令を受けてポンプ駆動回路３
２が、ポンプ１５を一定の回転数ｍで駆動し、一定の流
量の水Ｆを熱交換器５０内の銅パイプ２８に循環させ
る。プロパンガスＧの燃焼直後の燃焼排ガス温度は、約
１３００度であり、これが熱交換器５０内の銅パイプ２
８の外壁と接触する。これにより、燃焼排ガスから水Ｆ
への熱交換が銅パイプ２８を介して行われる。

【００１６】このときの水Ｆの温度上昇幅（以下、「出
入温度差」という）は、ポンプ１５の駆動による流量に
より異なり、流量が大きいとき出入温度差は小さく、流
量が小さいとき出入温度差は大きい。標準流量Ｎのとき
の出入温度差は約３０度である。燃焼の初期の場合、浴
槽２４に蓄えられた水Ｆの温度は１０度程度であり、始
めに戻り管２７に流れる水Ｆの温度も同じである。従っ
てこのとき、銅パイプ２８の下部パイプ４１ａに流入す
る水Ｆの温度（以下、「入口温度Ｔｉ」という）は１０
度である。かくして、往き管２５に流入する水Ｆの温度
（以下、「出口温度Ｔｏ」という）は１０度から約３０
度上昇して約４０度となる。

【００１７】本発明の主要部であるコントローラ３５
は、フィードバックされる出湯温サーミスタの検出値に
より、出口温度Ｔｏが６５度以上にならないように、水
Ｆの流量を制御している。この温度が６５度を超える
と、銅パイプ２８内の一部において水温が１００度に達
し、部分沸騰が起こるからである。その制御方法につい
て、図４に示すフローチャートを用いて説明する。コン
トローラ３５のＲＡＭ３８にガス燃焼室から出た水Ｆの
出口温度を設定する（Ｓ１）。この出口温度設定値Ｔｃ
は、銅パイプ２８内の最高水温が１００度を超えないよ
うに決定される。この実施例の循環式風呂釜において
は、この出口温度設定値Ｔｃを６５度とすることにより
銅パイプ２８内の最高水温が１００度に達しないように
維持でき、部分沸騰の発生を抑えられることが実験によ
り確認されている。そして、出口設定温度Ｔｃ＝６５度
はＲＯＭ３７に記憶されている。

【００１８】循環式風呂釜が始動されると、コントロー
ラ３５は、出湯温サーミスタ１４により出口温度Ｔｏを
検出する（Ｓ２）。ここで例として、水温が１０度の状
態から循環式風呂釜により風呂を沸かす場合を考える。
始めポンプ１５の流量は標準流量Ｎであるので、出口温
度Ｔｏは入口温度Ｔｉより３０度上昇して４０度とな
る。ここで、出口温度Ｔｏ＝４０度であり、設定温度Ｔ
ｃ＝６５度より低いので（Ｓ３、Ｎｏ）、コントローラ
３５は水量可変プログラム４８により、ポンプ駆動回路
３２を介してポンプ１５の回転数を下げて水Ｆの流量を
減らす（Ｓ５）。ポンプ１５の回転数が下げられると、
循環水量が減らされることにより出入温度差が増加し、
出口温度Ｔｏは上昇する。そして、循環加熱により浴槽
２４内の水温が上昇することによって入口温度Ｔｉがさ
らに上昇するので、このことも出口温度Ｔｏを上昇させ
る。

【００１９】出口温度Ｔｏが設定温度Ｔｃ（６５度）に
近づくと、ポンプ１５の回転数はそれ以上下げられるこ
とはない。出口温度Ｔｏが設定温度Ｔｃ以上になると
（Ｓ３、Ｙｅｓ）、ポンプ１５の回転数を上げる（Ｓ
４）。これにより流量が増加して出入温度差が減少し出
口温度Ｔｏは下げられる。かくして、出口温度Ｔｏが設
定温度Ｔｃ（６５度）を超えることが防がれる。これに
より、浴槽２４内の水温が上昇してきても出口温度Ｔｏ
が６５度を超えることが防がれ、かつ流量増加による乱
流の効果によりガス燃焼室３１の銅パイプ２８内の最高
水温が１００度に達しないように維持され、部分沸騰の
発生を防ぐことができる。こうして、熱交換器５０から
の異音発生や、浴槽２４への高温の湯の流入を防止する
ことができる。

【００２０】この実施例では、出口温度Ｔｏが設定温度
Ｔｃに維持されるように流量制御しているが、ステップ
５の処理を省いて、出口温度Ｔｏが設定温度Ｔｃ以下に
なるように制御しても良い。また、出口温度Ｔｏが所定
の範囲（例えば４０度以上６５度以下）になるように上
下限値を設定しても良い。この場合、最高温度は銅パイ
プ２８内の最高水温が１００度に達することのないよう
に設定することは当然である。また、最低温度を定める
場合は銅パイプ２８の外壁温度が、熱交換器５０内の露
点温度を下回らないように設定するのがよい。設定温度
にかかる下限値を設けることにより、熱交換器５０内に
おける結露による銅パイプ２８の腐食を防止できるとい
う利点がある。

【００２１】次に、第二の実施例の循環式風呂釜制御装
置を説明する。基本的な構成及び作用は、第一の実施例
の循環式風呂釜制御装置と同様であるので、異なる点の
みを説明し、同一部分の説明は省略する。第二の実施例
の特徴は図６に示すように、銅パイプ２８内を流れる水
Ｆの流量を増減する方法として、ポンプ１５と熱交換器
５０との間に流量を調整するための流量制御弁である水
制御弁４６を設けている点である。水制御弁４６は、例
えば弁体をモータにより移動させることにより、弁座と
弁体との隙間を変化させて任意の流量の水Ｆを流す流量
制御弁である。この場合、ポンプ１５の出力は一定と
し、銅パイプ２８内を流れる水Ｆの流量は、コントロー
ラ３５が水量可変プログラムにより流量制御回路４７を
介して水制御弁４６の流量を制御する。

【００２２】すなわち、図５のフローチャートに示すよ
うに、循環式風呂釜が始動されると、コントローラ３５
は、出口温度設定値Ｔｃを決定した（Ｓ１１）後、出湯
温サーミスタ１４により出口温度Ｔｏを検出する（Ｓ１
２）。ここで例として、水温が１０度の状態から循環式
風呂釜により風呂を沸かす場合を考える。始め水制御弁
４６の開度は標準流量Ｎであるので、出口温度Ｔｏは入
口温度Ｔｉ（１０度）より３０度上昇して４０度とな
る。ここで、出口温度Ｔｏ＝４０度であり、設定温度Ｔ
ｃ＝６５度より高くないので（Ｓ１３、Ｎｏ）、コント
ローラ３５は水量可変プログラム４８により、流量制御
回路４７を介して水制御弁４６の開度を絞って水Ｆの流
量を減らす（Ｓ１５）。循環水量が減らされることによ
り出入温度差が増加し、出口温度Ｔｏは上昇する。

【００２３】次に、循環加熱を続けることにより、出口
温度Ｔｏが設定温度Ｔｃ以上となった時は（Ｓ１３、Ｙ
ｅｓ）、水制御弁４６の開度を開く（Ｓ１４）。これに
より、浴槽２４内の水温が上昇してきても出口温度Ｔｏ
が６５度を超えることが防がれ、また銅パイプ２８内に
流量増加による乱流が起こされるため、ガス燃焼室３１
の銅パイプ２８内で水Ｆが部分沸騰するのを防ぐことが
できる。こうして、熱交換器５０からの異音発生や、浴
槽２４への高温の湯の流入を防止することができる。

【００２４】本実施例の場合も第一の実施例と同様、ス
テップ１５の処理を省いて出口温度Ｔｏが設定温度Ｔｃ
以下になるように制御しても良い。また、出口温度Ｔｏ
が所定の範囲（例えば４０度以上６５度以下）になるよ
うに上下限値を設定しても良い。本実施例によれば、第
一の実施例と比較してポンプを一定に稼働できるので、
制御が容易になる利点がある。以上、いくつかの実施例
について本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何
ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲で種々の変形改良が可能であることは容易に推察で
きるものである。例えば、本実施例では流量制御方法と
してポンプの回転数を変化させる方法、及びモータ流量
制御弁により制御する方法を説明したが、コイルにかけ
る電圧を変えることにより弁体と弁座との隙間を変化さ
せる電圧比例弁等を用いる方法を使用しても良い。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の循環式風呂釜制御装置は、強制循環装置により循
環される水量を可変する流量可変手段と、出口水温が管
路内で水の部分沸騰が発生しうる温度であるか否かを判
別する部分沸騰判別手段と、部分沸騰判別手段により出
口水温が部分沸騰の発生しうる温度であると判別された
場合に流量可変手段を介して水の流量を増加させること
により出口水温を所定の温度以下に維持する流量制御手
段とを有しているので、浴槽の水温が上昇してきた場合
でも出口温度を所定温度以下に維持し、管路内の流量を
増加させて水温の不均一を軽減するため、熱交換器にお
いて部分沸騰が発生することがなく、耐久性の低下や異
音の発生あるいは浴槽への高温の湯の流入を防ぐことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例である循環式風呂釜制御
装置の構成を示す図面である。

【図２】循環式風呂釜制御装置の構成を示すブロック図
である。

【図３】燃焼器の構成を示す断面図である。

【図４】第一の実施例の循環式風呂釜制御装置の作用を
示すフローチャートである。

【図５】第二の実施例の循環式風呂釜制御装置の作用を
示すフローチャートである。

【図６】第二の実施例である循環式風呂釜制御装置の構
成を示す図面である。

【符号の説明】

１４ 出湯温サーミスタ １５ ポンプ ２４ 浴槽 ２６ 浴槽水温サーミスタ ２８ 銅パイプ ３１ ガス燃焼室 ３２ ポンプ駆動回路 ３５ コントローラ ４６ 水制御弁 ４７ 流量制御回路 ４８ 水量可変プログラム ５０ 熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−204062（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−22272（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−147633（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/00 602

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浴槽内の水を強制的に循環させる強制循
   環装置と、強制循環装置の管路途中に設けられる熱交換
   器と、熱交換器を加熱するガス燃焼器とを有する循環式
   風呂釜を制御する循環式風呂釜制御装置において、 加熱されて浴槽に戻る水温を計測する出口水温検出器
   と、 前記強制循環装置により循環される水量を可変する流量
   可変手段と、 前記出口水温検出器が計測する水温が管路内で水の部分
   沸騰が発生しうる温度であるか否かを判別する部分沸騰
   判別手段と、 前記部分沸騰判別手段により前記出口水温検出器の計測
   水温が部分沸騰の発生しうる温度であると判別された場
   合に前記流量可変手段を介して水の流量を増加させるこ
   とにより出口水温を所定の温度以下に維持する流量制御
   手段とを有することを特徴とする循環式風呂釜制御装
   置。