JP3087207B2

JP3087207B2 - 循環式風呂釜制御装置

Info

Publication number: JP3087207B2
Application number: JP14137393A
Authority: JP
Inventors: 敏宏小林; 昭仁鬼頭; 佳克辻
Original assignee: パロマ工業株式会社
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 2000-09-11
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JPH06331213A

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
こで複数回往復して浴槽に戻される。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である。水の循環流量が５リットル／ｍ
ｉｎ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、循環管路の入口からガス燃焼室３
１までの間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。（１）管路内の流速が遅い場合は、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問題があった。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／ｍ
ｉｎ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】一方、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。このときパイプ
内壁近傍の水が部分的に沸騰するいわゆる部分沸騰が発
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、浴槽に人が入っている場合問題がある。

【０００６】（２）逆に管路内の流速が速すぎる場合
は、熱交換用の銅パイプ及びフィンの周囲に発生する水
滴により、それらが腐食される問題があった。例えば、
冬場等に浴槽内の水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。循環水量が８リット
ル／ｍｉｎの場合、下部パイプ内の水温は１０度である
が、燃焼排ガスの温度が燃焼直後は約１３００度と高温
であるため、下部銅パイプの熱交換フィンの表面等は１
５０〜１８０度となり、燃焼排ガスの露点温度（例えば
５５度）以下になることはない。

【０００７】しかし、ガス燃焼室３１の出口付近での上
部パイプ４３ｃ内の水温は約２９度となり、銅製フィン
の外壁温度が燃焼排ガスの露点温度以下になってしま
う。それは、燃焼排ガスの温度が、順次熱交換を行うこ
とにより低下し上部パイプ４３と接触する時は約２００
度となっているからである。一方、燃焼ガスとして使用
されるプロパンガスの場合、燃焼により多量の水を発生
し、銅パイプ等と接触する燃焼排ガスには多量の水分が
含まれる。従って、燃焼排ガス中に含まれやすい酸化窒
素や酸化硫黄が水滴に溶解し、銅パイプやフィンを腐食
してしまう問題があった。

【０００８】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。
また、本発明は、冬場においても燃焼器内の銅パイプ等
の外壁に水滴が発生することのなく、銅パイプ等が腐食
されることのない循環式風呂釜制御装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【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、強制循環装置に入る水温を計測する循環
入水温度計測手段と、循環入水温度計測手段による計測
値から最大許容流量を算出する最大許容流量算出手段
と、循環管路を流れる水の流量を計測する流量計測手段
と、強制循環装置により循環される水の流量を変化させ
る流量可変手段と、流量計測手段が計測した流量が管路
内で水の部分沸騰が発生しうる最小許容流量であるか否
かを判別する部分沸騰判別手段と、部分沸騰判別手段に
より流量計測手段が計測した流量が最小許容流量以下で
あると判別した場合に水の流量を増加させ、流量計測手
段が計測した流量が最大許容流量以上であると判別した
場合に水の流量を減少させるように、流量可変手段を制
御する流量制御手段とを有している。

【００１０】また、上記循環式風呂釜制御装置におい
て、流量計測手段が、浴槽から熱交換器に流入する水温
を検出する入口水温検出器と、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より流量を演算するもの
である。また、上記循環式風呂釜制御装置において、流
量計測手段が、強制循環装置の回転数より流量を算出す
るものである。

【００１１】

【作用】このような構成を有する本発明の循環式風呂釜
制御装置の循環式風呂釜は、浴槽内の水を、熱交換器に
通過させて循環加熱する。また、流量計測手段は、循環
する水の流量を計測する。また、流量可変手段は、強制
循環装置により循環される水の流量を変化させる。ま
た、最大許容流量算出手段は、循環入水温度計測手段に
よる計測値から最大許容流量を算出する。また、部分沸
騰判別手段は、流量検知手段が検知する流量が水の部分
沸騰が発生しうる流量であるか否かを判別する。そし
て、部分沸騰が発生しうる最小許容流量以下であると判
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。

【００１２】また、流量制御手段は、計測した流量が最
大許容流量以上である場合に水の流量を減少させるよう
に流量可変手段を制御する。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をなくなり、耐久性の低下
や異音の発生を防止できる。また、冬場に水温が低い場
合でも迅速に水の出口温度を所定温度以上に維持するこ
とができるため、銅パイプ等の外壁温度を燃焼ガスの露
点以上に維持でき、銅パイプ等の外壁に水滴が付くこと
がない。

【００１３】

【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ー４５が形成され
ている。バスアダプター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は、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。ポンプ１５の下流には、循環水の流量を計測す
るための流量センサ３３が取り付けられている。戻り管
２７は、ガス燃焼室３１の上部に設けられた熱交換器５
０に導入されている。

【００１４】熱交換器５０に設けられた銅パイプ２８
は、図３に示すように従来と同じく、熱交換器５０の端
部から端部までを複数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、４
１ｃ、中部パイプ４２ａ、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。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６．５リットル／ｍｉｎ、浴槽の
水量は１８０〜２００リットル、ガスの燃焼発熱量は約
１２０００ｋｃａｌ／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２５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
は、バスアダプター４５の戻り管２７の外周部に接続し
ている。

【００１５】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、器具の元
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。

【００１６】次に、図２に本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。ＲＯＭ３７
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、浴槽水温サーミスタ２６の出力から最大許容流量
を算出する最大許容流量算出プログラム５１、浴槽水温
サーミスタ２６の出力から部分沸騰が発生する最小流量
を算出する部分沸騰判別プログラム５２が記憶されてい
る。コントローラ３５には、入力として流量センサ３３
及び浴槽水温サーミスタ２６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。

【００１７】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バーナーに着火
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３２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。

【００１８】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流量センサ３３の検出値によ
り、ガス燃焼室３１から外部に出る上流の上部パイプ４
３ｃ内を流れる水Ｆの温度が４０度以下にならないよう
に、水Ｆの流量を制御している。また、本発明の主要部
であるコントローラ３５は、パイプ内を流れる水ｆの温
度が部分沸騰を発生する温度より低くなるように、循環
水の流量を制御している。すなわち、本実施例の循環式
風呂釜においてはこの温度が６５度を超えると、銅パイ
プ２８内の最高水温が１００度に達し、部分沸騰が起こ
るからである。

【００１９】次に、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。循環式風呂釜が焚き
始められると、コントローラ３５は、循環入水温度サー
ミスタ２６により循環入水温度Ｔｉを計測する（Ｓ
１）。次に、コントローラ３５のＲＡＭ３８に、最大流
量算出プログラム５１によって算出された最大流量を算
出する（Ｓ２）。ここで、最大流量算出プログラム５１
は、図６に示す循環流量−循環入水温度の関係グラフに
基づいている。図６は、縦軸に循環流量（リットル／ｍ
ｉｎ）を取り、横軸に循環入水温度（度）を取ったグラ
フであり、グラフ中に表される曲線は循環出水温度曲線
である。従って、循環入水温度が既知であれば、循環入
水温度と循環出水温度曲線との交点がその循環出水温度
における許容最大循環流量となる。実際には、銅パイプ
２８が熱交換器５０から外部に出る直前のパイプの外壁
温度が露点である５５度以上に維持されるよう循環出水
温度４０度の循環出水温度曲線の右下方部分において流
量が決定される。

【００２０】ここで例として、水温が５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＝６．５リットル／ｍｉｎで
あるが、図６のグラフから出水温度を４０度で、入口水
温が５度のときの最大流量は約４リットル／ｍｉｎなの
で、流量センサ３３により計測される現在流量（Ｓ３）
は最大流量より大きい（Ｓ４，Ｙｅｓ）ので、ポンプの
回転数を下げる（Ｓ５）。循環加熱を続けることによ
り、現在流量が最大流量より少なくなった時は（Ｓ４，
Ｎｏ）、ポンプ１５の回転数を変えずに次に進む。これ
により、冬場に水温が低い場合でも迅速に循環出水温度
Ｔｏを４０度以上に維持することができるため、銅パイ
プ２８及びフィン２１の外壁温度を燃焼排ガスの露点温
度以上に維持でき、銅パイプ２８やフィン２１の外壁に
水滴が付くことがない。そして、水滴に酸化硫黄等が溶
解して銅パイプ２８やフィンが腐食されることがない。
次に、部分沸騰判別プログラム５２により、現在の入口
水温において部分沸騰が発生しない最小流量を算出する
（Ｓ６）。そして、流量が減少して、最小流量以下にな
った場合に（Ｓ７，Ｙｅｓ）、ポンプの回転数を上げて
部分沸騰が発生することを防止する（Ｓ８）。流量が最
小流量より多い場合は（Ｓ７，Ｎｏ）は、ポンプ１５の
回転数を変えずに次に進む。

【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５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との間に流量を制御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４８により流量制御回路４
７を介して水制御弁４６の流量を制御する。この実施例
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。

【００２２】次に、第三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。第三の実施例
の特徴は、図７に示すように、往き管２５に出湯温サー
ミスタ１４を取り付けたことである。燃焼室５０に入る
水温と出る水温とより、図６を用いて流量を演算するこ
とができるため、流量センサを省くことができる。この
実施例によれば、第一、第二の実施例と比較して流量セ
ンサ３３を省略できるのでコストを下げることができる
利点がある。

【００２３】次に、第四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。第四の実施例
の特徴は、ポンプ駆動回路３２がポンプ１５の回転数の
検知機能を兼ね備えていることにある。検知されたポン
プ１５の回転数はコントローラ３５に入力され、コント
ローラ３５はこれに比例定数を乗じて流量を算出する。
流量はポンプ回転数と比例関係にあるものを選んでい
る。同時に、コントローラ３５は水量可変プログラム４
８によりポンプ駆動回路３２を介してポンプ１５の出力
を調整し、これにより銅パイプ２８内を流れる水Ｆの流
量が制御される。従って、図８に示すように流量センサ
３３は不要である。この実施例によれば、第一の実施例
と比較してポンプ１５の回転数から直接流量を検出する
ので、流量センサ３３が不要となり、また出湯温サーミ
スタ１４も省略できるのでコストを下げることができ
る。また、ポンプ１５の回転数の信号を直接フィードバ
ックするので、制御が確実になる利点がある。

【００２４】以上、いくつかの実施例について本発明を
説明したが、本発明は上記各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、強制循環装置に入る水
温を計測する循環入水温度計測手段と、循環入水温度計
測手段による計測値から最大許容流量を算出する最大許
容流量算出手段と、循環管路を流れる水の流量を計測す
る流量計測手段と、強制循環装置により循環される水の
流量を変化させる流量可変手段と、流量計測手段が計測
した流量が管路内で水の部分沸騰が発生しうる最小許容
流量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流量計測手段が計測した流量が最小
許容流量以下であると判別した場合に水の流量を増加さ
せ、流量計測手段が計測した流量が最大許容流量以上で
あると判別した場合に水の流量を減少させるように、流
量可変手段を制御する流量制御手段とを有しているの
で、冬場に水温が低い場合でも迅速に出口温度を所定温
度以上に維持することができるため、銅パイプ等の外壁
温度を燃焼排ガスの露点以上に維持でき、銅パイプ等の
外壁に水滴が付くことがないため、水滴に酸化硫黄等が
溶解して硫酸等ができることもなく、銅パイプ等が侵食
されることがなく、かつ、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】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６】循環式風呂釜制御装置の燃焼器における入口温
度ごとの出口温度と流量との関係を示すグラフである。

【図７】第三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８】第四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３３流量センサ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５１最大流量算出プログラム５２部分沸騰判別プログラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−204062（ＪＰ，Ａ) 特開平６−147633（ＪＰ，Ａ) 特開平６−317349（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/00 602

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、前記強制循環装置に入る水温を計測する循環入水温度計
測手段と、前記循環入水温度計測手段による計測値から最大許容流
量を算出する最大許容流量算出手段と、循環管路を流れる水の流量を計測する流量計測手段と、前記強制循環装置により循環される水の流量を変化させ
る流量可変手段と、前記流量計測手段が計測した流量が管路内で水の部分沸
騰が発生しうる最小許容流量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流量計測手段が計測し
た流量が前記最小許容流量以下であると判別した場合に
水の流量を増加させ、前記流量計測手段が計測した流量が前記最大許容流量以
上であると判別した場合に水の流量を減少させるよう
に、前記流量可変手段を制御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。
【請求項２】請求項１に記載するものにおいて、前記流量計測手段が、浴槽から熱交換器に流入する水温
を検出する入口水温検出器と、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より流量を演算するもの
であることを特徴とする循環式風呂釜制御装置。
【請求項３】請求項１に記載するものにおいて、前記流量計測手段が、前記強制循環装置の回転数より流
量を算出するものであることを特徴とする循環式風呂釜
制御装置。