熱水裝置的製作方法
2023-05-19 23:28:26 2
專利名稱：熱水裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過從燃燒器產生的燃燒氣體進行熱回收而生成熱水的熱水裝置。
背景技術：
作為熱水裝置的一例子，本申請人提出了日本特開2004-44912號公報中記載的技術。該熱水裝置可利用具有水管的換熱器從燃燒器產生的燃燒氣體回收顯熱和潛熱。從上述燃燒氣體回收潛熱時，則該燃燒氣體中的水蒸氣凝結，在上述水管的表面上產生很多冷凝水(凝結水)。該冷凝水成為在上述換熱器內產生排氣堵塞的主要原因。若產生排氣堵塞，則對上述燃燒器的送風量減少，以規定的空燃比使燃料適當地燃燒變得困難。因此，在上述熱水裝置中，判斷是否有由冷凝水引起的排氣堵塞。在該判斷方法中，例如在燃燒器的驅動中，在風扇的送風量減少到規定量以下的狀態持續了規定時間時，或者在換熱器降低到規定溫度以下的狀態持續了規定時間時，判斷為發生了排氣堵塞。
在上述熱水裝置中，被控制成在判斷為發生了上述排氣堵塞時，增加上述風扇的送風量。於是，上述空燃比被維持在規定值。此外，冷凝水被送風壓力從上述水管的表面吹掉，還可以得到消除上述排氣堵塞的效果。
但是，在上述現有技術中，在謀求上述空燃比的恆定化時，存在著以下所述的問題。
即，在使上述燃燒器的燃燒驅動後，存在冷凝水在上述水管的表面上慢慢地積蓄起來的階段。在該階段中，未發生排氣堵塞。但是，上述換熱器內的燃燒氣體流路面積漸漸地減少。與此相反，在上述現有技術中，在像這樣尚未發生排氣堵塞的階段中，上述風扇的送風量不增大。因此，在上述水管的表面上冷凝水慢慢地積蓄起來的燃燒驅動初始階段中，送風量有些不足。儘管該不足送風量比較少，但是從儘可能以適當的條件燃燒使上述燃燒器驅動的方面考慮，最好是消除上述問題。
發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠適當消除或抑制上述問題的熱水裝置。
本發明所提供的熱水裝置，包括燃燒器、風扇、換熱器和控制器，上述風扇把燃燒用的空氣供給到上述燃燒器，上述換熱器具有罐體和水管，由上述燃燒器產生的燃燒氣體與上述空氣一起供給到該罐體的內部，該水管的至少一部分配置於該罐體內並能夠從上述燃燒氣體回收顯熱和潛熱，上述控制器具有數據表，且基於存儲於該數據表中的數據進行上述風扇的驅動控制，其特徵在於，具有多種風扇控制用數據，該多種風扇控制用數據存儲於上述數據表；上述多種風扇控制用數據，將在上述水管的表面上基本上未產生冷凝水的第1期間、及作為上述水管的表面上的冷凝水量增加的過渡期的第2期間設定為上述燃燒器驅動而生成熱水的期間，並將在上述第1期間中使上述風扇的旋轉速度為規定的初始旋轉速度、在上述第2期間中使上述風扇的旋轉速度隨時間的推移而上升作為控制內容，並且對應於上述燃燒器的燃燒程度和對上述換熱器的進水溫度中至少一方的條件變化而個別地確定上述控制內容。
最好是，上述多種風扇控制用數據的每一個，設定上述冷凝水量穩定化的第3期間，且還包括從上述第2期間成為上述第3期間時就停止上述風扇的旋轉速度的上升的控制內容的數據。
最好是，上述控制器被構成為在上述燃燒器的驅動結束後再次使上述燃燒器驅動時，基於與上述燃燒器的前次驅動結束時的冷凝水殘餘量有關的第1數據、與從上述驅動結束時到再驅動時所經過的時間有關的第2數據、及與該期間中的上述罐體的溫度有關的第3數據，判斷上述燃燒器的再驅動開始時的冷凝水殘存狀況，根據上述判斷的結果改變上述初始旋轉速度，以使得在判斷為冷凝水量較多時的上述風扇的初始旋轉速度比判斷為冷凝水量較少時的上述風扇的初始旋轉速度大。
最好是，上述控制器被構成為在再使上述燃燒器驅動時，當從上述驅動結束時到再驅動時所經過的時間超過規定時間時，與上述第1和第3數據的內容無關地使上述風扇的初始旋轉速度成為規定速度。
最好是，上述控制器被構成為進行如下的控制在上述燃燒器的驅動結束後再次使上述燃燒器驅動時，基於與上述燃燒器的前次驅動結束時的冷凝水殘餘量有關的第1數據、與從上述驅動結束時到再驅動時所經過的時間有關的第2數據、及與該期間中的上述罐體的溫度有關的第3數據，判斷上述燃燒器的再驅動開始時的冷凝水殘存狀況，在判斷為存在規定以上的冷凝水量時，使上述燃燒器的驅動開始時刻僅延遲規定時間，在該延遲期間中，以規定的旋轉速度驅動上述風扇以減少上述冷凝水殘餘量。
最好是，上述控制器被構成為進行如下的控制在結束了上述燃燒器的驅動時，判斷此時的冷凝水殘餘量，而且在判斷為存在冷凝水殘餘量時，在其後也繼續驅動上述風扇，以減少該冷凝水殘餘量。
最好是，上述換熱器的罐體包括在軸向兩端具有第1和第2開口部的周壁部，上述水管具有螺旋狀管體部，且以該螺旋狀管體部與上述周壁部之間形成燃燒氣體通路的方式配置在上述罐體內，該螺旋狀管體部具有在上述軸向上隔著間隙並列的多個環部，在上述螺旋狀管體部的內方的空間部中設有分隔構件，上述空間部在上述軸向上被該分隔構件劃分成第1和第2區域，上述螺旋狀管體部被劃分成分別包圍上述第1區域的一次熱交換部和包圍第2區域的二次熱交換部，從上述燃燒器供給到第1區域的燃燒氣體通過上述一次熱交換部的多個間隙行進到上述燃燒氣體通路後，通過上述二次熱交換部的多個間隙。
最好是，上述換熱器為上述軸向成為大致水平的橫倒姿勢，上述多個環部的在上述軸向上相鄰的環部彼此間隔著上述間隙地在大致水平方向上相對。
最好是，上述換熱器為上述軸向相對於鉛直方向傾斜的傾斜姿勢，上述多個環部的在上述軸向上相鄰的環部彼此間隔著上述間隙地在相對於大致水平方向傾斜的方向上相對。
最好是，本發明的熱水裝置，具有管體疊繞構造部，該管體疊繞構造部包括至少一個追加的、具有在上述軸向上隔著多個間隙並列的多個環部的螺旋狀管體部，且是該追加的螺旋狀管體部包圍上述螺旋狀管體部的外周而使它們成為疊繞狀而成的，該管體疊繞構造部被劃分成包圍上述第1區域的顯熱回收用的一次熱交換部和包圍第2區域的潛熱回收用的二次熱交換部，供給到上述第1區域的燃燒氣體通過上述一次熱交換部的間隙行進到上述燃燒氣體通路後，通過上述二次熱交換部的間隙，上述管體疊繞構造部中的、至少上述二次熱交換部，在與上述軸向交叉的方向上相鄰的多個環部以相對於上述軸向傾斜的直線狀並列排列，該二次熱交換部的間隙以隨著向上述燃燒氣體的行進方向前進而高度降低的方式傾斜延伸。
最好是，上述二次熱交換部的間隙在與該間隙延伸的方向正交的方向上的最小寬度小於在上述軸向上的最小寬度。
最好是，本發明的熱水裝置，具有局部地設在上述二次熱交換部的多個環部的外表面局部、即設定在該外表面中的隔著上述間隙相面對的部位上的憎水處理部。
最好是，本發明的熱水裝置，具有局部地設在上述二次熱交換部的多個環部的外表面局部、即設定在該外表面中的隔著上述間隙相面對的部位上的親水處理部。
本發明的其他特徵和優點，將會從參照附圖在以下進行的發明的實施方式的說明中得到更加清楚的了解。
圖1是表示應用了本發明的供熱水裝置的一例子的概略剖視圖。
圖2是圖1中所示的供熱水裝置的要部剖視圖。
圖3是圖2的III-III剖視圖。
圖4A是圖1中所示的供熱水裝置的螺旋狀管體部的說明圖，圖4B是圖4A的IV-IV剖視圖。
圖5是圖1中所示的供熱水裝置的螺旋狀管體部的要部剖視圖。
圖6是圖1中所示的供熱水裝置中所用的中和裝置的外觀立體圖。
圖7A～圖7C是表示存儲於圖1中所示的供熱水裝置的控制器的風扇控制用數據的例子的說明圖。
圖8是表示圖1中所示的供熱水裝置的控制器的動作處理順序的一例子的流程圖。
圖9是表示圖1中所示的供熱水裝置的控制器的動作處理順序的另一個例子的流程圖。
圖10是表示圖1中所示的供熱水裝置的控制器的動作處理順序的另一個例子的流程圖。
圖11是表示圖1中所示的供熱水裝置的控制器的動作處理順序的另一個例子的流程圖。
圖12是表示應用了本發明的供熱水裝置的另一個例子的要部概略剖視圖。
圖13A是表示應用了本發明的供熱水裝置的另一個例子的要部概略剖視圖，圖13B是圖13A的要部剖視圖。
圖14是表示應用了本發明的供熱水裝置的另一個例子的要部概略剖視圖。
圖15是圖14中所示的供熱水裝置的要部剖視圖。
圖16是圖15的XVI-XVI剖視圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖具體說明本發明的最佳實施方式。
圖1～圖6示出應用了本發明的供熱水裝置的一例子和與之關聯的構成。
如圖1清楚地表示的那樣，本實施方式的供熱水裝置A1具有燃燒器1、換熱器B1、排氣管道81、82、控制器9和中和裝置7。
燃燒器1是使煤油或輕油等燃油燃燒的部件。該燃燒器1由噴霧噴嘴(未圖示)噴霧從燃料箱(未圖示)供給到燃料供給控制部12的燃油，使空氣與該噴霧燃料混合併使之燃燒。由燃燒器1產生的燃燒氣體從噴嘴部11向換熱器B1內沿大致水平方向噴出。燃料供給控制部12具有用於控制向燃燒器1的燃料供給的斷續及供給量的電磁閥，其動作由控制器9來控制。由風扇13向覆蓋燃燒器1的殼體10內送入外部空氣。該風扇13的電動機M的驅動也由控制器9來控制。其中，其細節將在下文述及。
換熱器B1具有罐體2、多個水管4、一對集管5、和分隔構件6。該換熱器B1整體呈橫倒姿勢使得與罐體2的中心軸線C1大致水平。
罐體2具有大致圓筒狀的周壁部20、和安裝於該周壁部20的軸向兩端的一對蓋體21A、21B。如圖2清楚表示的那樣，在蓋體21A上形成有供燃燒器1的噴嘴部11進入的開口部22A。在蓋體21B上形成有用於將利用多個水管4進行熱回收完畢的燃燒氣體引導到排氣管道81內的開口部22B。因從燃燒氣體進行潛熱回收而產生的冷凝水為吸收了燃燒氣體中的硫氧化物、氮氧化物等的PH3左右的強酸性。為了使罐體2不因這種冷凝水而容易被腐蝕，使該罐體2例如由耐酸性優良的不鏽鋼製成。在這一方面，多個水管4也是同樣的。
多個水管4的根數例如為3根。多個水管4的每一個都具有配置於罐體2內的螺旋狀管體部40。多個螺旋狀管體部40全都是以中心軸線C1為中心的螺旋狀，具有將中空圓形的螺旋狀環部40a沿水平方向層疊多層而成的結構。但是，多個螺旋狀管體部40的卷徑相互不同，它們構成疊繞成大致同心狀的管體疊繞構造部D1。
在多個螺旋狀管體部40的兩端連接有貫穿蓋體21A、21B的多個短管41。一對集管5與這些短管41連接。在靠近排氣管道81、82的集管5上連接有例如供給自來水的供水管99a。從供水管99a供給到集管5的水，分支流入到多個螺旋狀管體部40內，在其流通過程中被加熱而生成熱水。另一方面，在靠近燃燒器1的集管5上連接有出熱水管99b。通過各螺旋狀管體部40內而生成的熱水通過該集管5及出熱水管99b被送出到所希望的供熱水目的地。
在最內周的螺旋狀管體部40的內方形成有空間部3。分隔構件6把空間部3分隔成第1區域30a和第2區域30b。由此，管體疊繞構造部D 1被劃分成分別圍著第1區域30a和第2區域30b的一次熱交換部HT1與二次熱交換部HT2。分隔構件6例如是在不鏽鋼製的基部60a的單面上層疊耐火性及耐熱性優良的絕熱件60b而成的。絕熱件60b例如是陶瓷。分隔構件6中的、面對著燃燒器1的表面為凹狀，從燃燒器1行進來的燃燒氣體被反射向燃燒器1附近。在最外周的螺旋狀管體部40與罐體2的周壁部20之間形成有燃燒氣體通路32。
在多個螺旋狀管體部40的沿水平方向相鄰的各環部40a之間形成有使第1區域30a和第2區域30b與燃燒氣體通路32連通的燃燒氣體通過用間隙31。由此，燃燒氣體從空間部3的第1區域30a通過一次熱交換部HT1的間隙31流到燃燒氣體通路32後，從該燃燒氣體通路32通過二次熱交換部HT2的間隙31流入到第2區域30b。蓋體21A、21B具有形成開口部22A、22B的環狀壁220、221，這些環狀壁與最內周的螺旋狀管體部40的內周面接觸。由此，很多燃燒氣體不會不當地通過螺旋狀管體部40的軸向兩端部的端面與蓋體21A、21B之間。
如圖3所示，各間隙31是通過在各環部40a上以大致等間隔設置例如三處扁平化的變形部42而形成的。更具體地說，如圖4清楚表示的那樣，在各螺旋狀管體部40的環部40a上形成扁平化的變形部42以使得軸向的寬度s1大於其他部分的管徑d1。通過該變形部42彼此抵接，則環部40之間的除變形部以外的部分成為間隙31。
如圖5所示，多個環部40a在水平方向上隔著間隙31並列。最好是，在各環部40a上局部地設有具有憎水性的憎水處理部43。該憎水處理部43例如由氟樹脂的塗層構成，具有比螺旋狀管體部40的表面的憎水性高的憎水性。該憎水處理部43僅局部地設在多個環部40a的外表面中的、隔著間隙31相互面對的部位。但是，也可以為在各環部40a的整個外表面上設置憎水處理部43的結構。
如圖1所示，排氣管道81、82是用於使通過了換熱器B1的開口部22B的燃燒氣體排出到外部的部件。排氣管道81安裝於罐體2的端部，使通過了開口部22B的燃燒氣體向上行進而流入到排氣管道82內。排氣管道82與排氣管道81連接，在換熱器B1的上方設置成沿大致水平方向延伸的姿勢。流入到該排氣管道82內的燃燒氣體被從排氣口82a排出到外部。排氣管道82在內部內裝有吸聲件82a，發揮作為抑制燃燒氣體的排氣聲的消聲器的作用。吸音件82a例如是玻璃棉。
在罐體2的周壁部20中的、二次熱交換部HT2的下方部分上設有冷凝水用的排出口26。在多個水管4的表面上產生的酸性的冷凝水流落到周壁部20的內表面上時，則該冷凝水從排出口26被排出到罐體2的外部。
中和裝置7是用於中和上述冷凝水的部件，包括具有耐酸性的合成樹脂制的容器70、收容於該容器70內部的中和劑71、和油傳感器72。中和劑71是例如顆粒狀的碳酸鈣。從排出口26排出的冷凝水從導入口70a流入到容器70內由中和劑71中和後，被從排出口70b排出到容器70的外部。
容器70為扁平狀，跨越燃料供給控制部12的正下區域與換熱器B1的下方區域的每個區域而設置。若採用這種構成，則即使萬一發生燃油從燃料供給控制部12流出的事故，該燃油也流落到容器70上而由容器70適當地接住。如圖6所示，在容器70的周緣部上形成有立起壁70c，使得流落到容器70上的燃油不會溢出落到其周邊外部。油傳感器72是用於檢測燃油的部件，在燃油流落到容器70上時，由該油傳感器72立即檢測到該情況。若進行這種檢測，則控制器9實行預先確定的控制。該控制是例如使燃燒器1的燃燒驅動緊急停止的控制、及通知該情況的控制。油傳感器72還具有在燃油混入到流入容器70內的冷凝水時檢測該油混入狀況的功能。在假定未燃燒的燃油流到換熱器B1的罐體2內的事故的情況下，該燃油與冷凝水一起流入到中和裝置7的容器70內。油傳感器72還能夠檢測這種事態，在這種場合也採取緊急停止燃燒器1的驅動這樣的強制停止等適當的對應措施。另一方面，有時因燃燒器1的著火不良而引起少量的未燃燒的燃油混入冷凝水。對此，在容器70內設有捕捉這種少量的燃油的油過濾器73，只是少量的燃油混入到冷凝水中時，不進行油傳感器72的燃油檢測。
控制器9例如用微計算機構成，實行供熱水裝置A1的各部件的動作控制、數據處理。該控制器9具有存儲有用於控制風扇13的風扇控制用數據的數據表90。該風扇控制用數據例如是圖7A～圖7C所示的數據，對其進行說明。
圖7A所示的風扇控制用數據是表示在對換熱器B1的進水溫度為規定的溫度範圍(例如20℃以上)的情況下，燃燒器1以規定的三階段的燃燒程度G1～G3進行燃燒時的各風扇13的旋轉速度的數據。其中，該圖的縱軸為風扇13的旋轉速度上升率。該旋轉速度上升率是相對於成為基準的規定初始旋轉速度N1的上升率。燃燒程度G1～G3為G1＞G2＞G3的關係。在該風扇控制用數據中，作為燃燒器1運行的時間，設定有第1至第3期間P1～P3。第1期間P1是從燃燒器1開始驅動到在水管4的表面上開始產生冷凝水為止的期間，即大致未產生冷凝水的期間。第2期間P2是作為在水管4的表面上冷凝水量增加的過渡期的期間。第3期間P 3是冷凝水量穩定化的期間。冷凝水量超過規定量時，則上述冷凝水量的一部分由來自風扇13的風壓從水管4的表面吹掉。通過該所吹掉的量與冷凝水的新產生量均衡，冷凝水量穩定化。
在上述風扇控制用數據中，在燃燒器1的燃燒程度為G1～G3中任一個時，第1期間P1中，風扇13的旋轉速度上升率為零，其旋轉速度為規定的初始旋轉速度N1不變。第2期間P2中，上述旋轉速度上升率線性上升，風扇13的旋轉速度增加。第3期間P3中，上述旋轉速度上升率的上升停止，風扇13的旋轉速度恆定化。在第2期間P2中使風扇13的旋轉速度上升的理由，如後所述，是因為在因冷凝水的產生量的增加而引起換熱器B1內的燃燒氣體流路面積減少時，使燃燒器1的燃燒的空燃比恆定化的緣故。因為燃燒器1的燃燒程度越大，則在水管4的表面上越容易產生冷凝水，故燃燒程度G1～G3的各階段的第2期間P2的旋轉速度上升率的斜率不同。
圖7B、圖7C所示的風扇控制用數據是向換熱器B1的進水溫度與上述不同的情況的數據。圖7B的數據可以用於例如進水溫度為10℃以上不到20℃的情況。圖7C所示的數據可以用於例如進水溫度不到10℃的情況。這些數據也基本上與圖7A所示的數據同樣的內容。但是，這些數據的在第2期間P2中的旋轉速度上升率的斜率、第1和第2期間P1、P2的長度與圖7A所示的數據不同。其理由是因為進水溫度越低，則水管4的表面上越容易產生冷凝水的緣故。圖7A～圖7C所示的風扇控制用數據可通過在各種的條件下實際運行供熱水裝置A1或與之同樣構造的供熱水裝置而求出。本實施方式中的風扇控制用數據，如上所述，是把進水溫度和燃燒器1的燃燒程度分別分成三階段的內容。但是，本發明不限定於此。也可以把進水溫度、燃燒程度進一步細分成多階段。此外相反，也可以是把它們取為單純化了的內容。
控制器9除了基於上述風扇控制用數據來進行風扇13的旋轉速度控制外，在燃燒器1的驅動開始時，推測當時殘存於換熱器B1內的冷凝水的量。然後，控制器9基於該推測來進行改變風扇13的初始旋轉速度的控制。有關其細節將下文述及。
接下來，說明供熱水裝置A1的作用。
首先，若使燃燒器1驅動，則燃燒氣體被供給到第1區域30a內。於是，該燃燒氣體被分隔構件6反射，通過一次熱交換部HT1的間隙31流出到燃燒氣體通路32。在該過程中，從上述燃燒氣體進行熱回收。接著，上述燃燒氣體從燃燒氣體通路32通過二次熱交換部HT2的間隙31流入到第2區域30b。在該過程中也是從上述燃燒氣體進行熱回收。由於一次熱交換部HT1和二次熱交換部HT2都是使多個螺旋狀管體部40成疊繞狀，因此通過它們的各間隙31時的熱回收量多。在該供熱水裝置A1中，能夠例如在一次熱交換部HT1中從上述燃燒氣體回收顯熱，在二次熱交換部HT2中回收潛熱。
若在二次熱交換部HT2中回收潛熱，則在該部分產生較多的冷凝水。由於在一次熱交換部HT1中的熱回收量也較多，所以有時在該部分也產生冷凝水。
接下來，參照圖8的流程圖說明控制器9的控制動作。
首先，控制器9在燃燒器1的燃燒驅動被開始之際，確認進水溫度和燃燒程度(S1是，S2)。進水溫度是利用設在例如水管4的進水口附近的溫度傳感器(未圖示)來被檢測。燃燒程度是控制器9基於例如進水溫度、目標出熱水溫度的數據而確定的值。接著，控制器9從存儲於數據表90的多種風扇控制用數據中，選擇適合於實際的進水溫度和燃燒程度的數據，以後，基於該數據實行風扇控制(S3)。因此，在該風扇控制中，燃燒器1的驅動剛剛開始後的第1期間P1中，以規定的初始旋轉速度使風扇13旋轉(S4是，S5)。
接著，第2期間P2中，使風扇13的旋轉速度上升，然後成為第3期間P3時，則停止風扇13的旋轉速度上升而使其恆定化(S6是，S7、S8是，S9)。如以上所述，由於第1期間P1～第3期間P3的各值被預先確定，所以與從燃燒器1的驅動開始時起時間的推移對應地改變風扇13的旋轉速度，風扇13與冷凝水的實際發生狀況無關地被控制。但是，上述風扇控制用數據是考慮進了進水溫度、燃燒程度的數據，而且可以通過例如進行試驗而取為符合實際情況的數據。因此，進行與冷凝水的實際發生狀況對應的適當控制。由於第2期間P2是冷凝水量增加的期間，在該期間中，換熱器B1內的燃燒氣體流路面積減少。對此，由於風扇13的旋轉速度上升，所以流過換熱器B1內的空氣的量被恆定化。結果，關於燃燒器1燃燒的空燃比也被恆定化，能以最佳空燃比使燃燒器1驅動燃燒。
在第3期間P3中，使風扇13的旋轉速度恆定化。但是，該旋轉速度的恆定化沒有必要其後也始終繼續。在供熱水裝置A1的實際運行時，可以設想因各種情況而使燃燒氣體流路面積減少，流路堵塞的情況。因此，也可以採用例如作為現有技術說明的日本特開2004-44912號公報中所記載的手段，在判斷為在換熱器B1內發生了流路堵塞時，在該時刻增加風扇13的送風量。
在供熱水裝置A1重複運行時，有時在先前運行時產生的冷凝水附著殘存於各螺旋狀管體部40上的狀態下燃燒器1再驅動。而且，也有與此不同的，有時在不殘存冷凝水的狀態下燃燒器1再驅動，冷凝水的殘存狀況是各種各樣的。控制器9被構成為與這種冷凝水的殘存狀況對應地修正風扇13的初始旋轉速度。關於這一點，參照圖9的流程圖進行說明。
首先，在開始燃燒器1的燃燒驅動之際，控制器9判斷該時刻的各螺旋狀管體部40的表面上的冷凝水殘存狀況(S10是，S11)。該判斷是基於與燃燒器1的前次的驅動燃燒結束時的冷凝水殘餘量相關的第1數據、與從上述結束時起的經過時間相關的第2數據、及與該期間中的罐體溫度相關的第3數據來進行判斷。更具體地說，作為上述第1數據使用例如燃燒器1的前次的燃燒結束時的風扇13的旋轉速度上升率的數據D1。從參照圖7A～圖7C所說明的事項可知，由於風扇13的旋轉速度上升率為與冷凝水量對應的關係，因此基於燃燒結束時的風扇13的旋轉速度上升率的數據D1，可以判斷燃燒結束時刻的冷凝水殘餘量。作為上述第2數據使用控制器9測量從前次的燃燒結束時到本次的燃燒開始時的時間的數據D2。作為上述第3數據使用從前次結束時到本次的燃燒驅動開始的平均罐體溫度的數據D3。罐體溫度用例如安裝於罐體20的溫度傳感器(未圖示)來檢測。
若使風扇13的初始旋轉速度上升率為N1′，則控制器9由下式計算出初始旋轉速度上升率N1′。
N1′＝D1-(D2×D3)若明確了初始旋轉速度上升率N1′，則可以根據原來的初始旋轉速度N1的值確定風扇13的初始旋轉速度(修正旋轉速度)，控制器9以該修正旋轉速度開始風扇3的驅動(S12)。然後，執行與上述同樣的風扇控制。
若考慮到換熱器B1中的實際冷凝水殘餘量，則首先前次的燃燒結束時刻的冷凝水殘餘量越多，則本次的燃燒開始時的冷凝水殘餘量越多。此外，從燃燒結束時起經過時間越長，則冷凝水由於蒸發等而使得其殘餘量越少。在罐體20的溫度高的情況也是同樣的。上述公式符合這種實際情況，其內容為燃燒器1的驅動開始時的冷凝水殘餘量越多，則N1′的值越大。因此，通過該控制器9的控制，則在冷凝水殘餘量多，換熱器B1內的燃燒氣體流路面積減少時，可提高風扇13的初始旋轉速度，以使得空氣的送入量不發生不足。
雖然圖9的流程圖中未記載，但是控制器9在從燃燒器1的燃燒結束時起經過了預先確定的時間(例如3天)時，判斷為螺旋狀管體部40的表面乾燥、冷凝水殘餘量為零。並且，在這種條件下使燃燒器1再驅動時，該控制器9不考慮前次的燃燒結束時的冷凝水量、罐體溫度的數據，將風扇13的初始旋轉速度設為原來的規定的初始旋轉速度N1。通過這種控制，則不需要每次使燃燒器1驅動時都進行上述運算處理。
圖10和圖11示出控制器9的動作控制的另一例子。在本發明中，也可以進行這些圖中所示的動作。以下，說明其內容。
在圖10中所示的動作控制中，首先控制器9在需要使燃燒器1驅動時，判斷該時刻的各螺旋狀管體部40的表面上的冷凝水殘存狀況(S20是，S21)。接著，控制器9在判斷為沒有冷凝水殘餘量時，立即使燃燒器1驅動，並以規定的初始旋轉速度驅動風扇13(S22否，S24、S25)。
另一方面，與上述不同，控制器9在判斷為有上述冷凝水殘餘量時，使燃燒器1的驅動開始時刻延遲規定時間，該延遲期間中，以規定的高旋轉速度驅動風扇13(S22是，S23)。最好是，此時的風扇13的旋轉速度為該風扇13可能達到的最高旋轉速度。由此，冷凝水被從各螺旋狀管體部40的表面吹掉。控制器9在結束這種風扇13的驅動後，使燃燒器1驅動(S24)。而且，關於其後風扇13的旋轉速度，取為與進水溫度、燃燒程度對應的規定的初始旋轉速度(S25)。
通過上述控制，則在各螺旋狀管體部40的表面上未殘存較多冷凝水的狀態下，開始燃燒器1的驅動。因此，可以正確地進行燃燒器1驅動後的風扇13的控制。
在圖11所示的動作控制中，燃燒器1的驅動結束時，控制器9判斷該時刻的各螺旋狀管體部40的表面上的冷凝水殘存狀況(S30是，S31)。然後，控制器9在判斷為沒有冷凝水殘餘量時，照原樣也停止風扇13的驅動(S32否，S34)。另一方面，與上述不同，控制器9在判斷為有冷凝水殘餘量時，其後繼續驅動風扇13規定時間後，停止風扇13(S32是，S33、S34)。由此，可以吹掉殘存於各螺旋狀管體部40的表面上的冷凝水。最好是，該情況下的風扇13的旋轉速度也是該風扇13可能達到的最高旋轉速度。
通過這種控制，在結束了燃燒器1的驅動後，可使各螺旋狀管體部40的表面上不殘存冷凝水。因此，還可以適當地避免換熱器B1其後因冷凝水而受到不良影響。此外，其後，也能以不殘存冷凝水的狀態驅動燃燒器1和風扇13。
在本實施方式的供熱水裝置A1中，如下所述，可以促進從螺旋狀管體部40的表面排除冷凝水。
即，換熱器B1是橫倒的姿勢，隔著間隙31而相鄰的環部40a彼此沿水平方向相面對。通過這種構成，可得到這樣的作用在間隙31內產生冷凝水時，該冷凝水因重力而向間隙31的下方排出。在冷凝水因其表面張力而在隔著間隙31的兩個環部40a間搭橋時，上述重力還起著消除該搭橋的力的作用。由於在各環部40a的面對間隙31的部位設有憎水處理部43，所以在該部分處冷凝水的溼潤角變大。因此，冷凝水難以靠表面張力在兩個環部40a間搭橋。即使形成了搭橋，也可得到容易消除該搭橋的效果。這樣一來，就容易從螺旋狀管體部40的外表面排除冷凝水。螺旋狀管體部40的表面被冷凝水覆蓋時，則燃燒氣體就不直接作用於其表面，熱回收量減少。對此，在本實施方式中，可抑制這種問題。此外，若在間隙31內存在較多冷凝水，則換熱器B1內的燃燒氣體流路面積減少，空燃比變動很大。這種情況在本實施方式中也被抑制。
在設置親水處理部來取代憎水處理部43的情況下也可以得到冷凝水難以搭橋的效果。該親水處理部由例如二氧化矽的塗層構成。在該親水處理部的表面上，由於冷凝水的隆起尺寸小，所以冷凝水難以在相鄰的環部40a之間搭橋。這種親水處理部也可以取代設置塗層的手段，而這樣設置在螺旋狀管體部40的表面施行噴砂處理或蝕刻處理，使該表面粗糙化。通過這種粗糙化處理，由於螺旋狀管體部40的表面沒有被塗層所覆蓋，所以可增加螺旋狀管體部40的熱傳遞量。在本實施方式中，憎水處理部43局部地設在螺旋狀管體部40的表面上。這有助於抑制螺旋狀管體部40的熱傳遞性能的降低。由於冷凝水多在二次熱交換部HT2中產生，所以在為將憎水處理部43或親水處理部僅設在二次熱交換部HT2中的結構時，也可以得到足夠的效果。
圖12～圖16示出本發明的另一實施方式。在這些圖中，對與上述實施方式相同或類似的要素，標註與上述實施方式相同的附圖標記。
在圖12中所示的供熱水裝置A2中，換熱器B1的罐體2和多個螺旋狀管體部40的中心軸線C1相對於水平方向線L1傾斜適當的角度θ。角度θ例如為5～15°左右。但是，並不限定於此，也可以做成比它大的角度。最好是，角度θ取為45°以下。
在該供熱水裝置A2中，沿中心軸線C1的軸向相鄰的環部40a彼此隔著間隙31在傾斜方向上相面對。通過這種構成，也可以得到對存在於間隙31內的冷凝水利用其重力將其排出到間隙31外部的效果。此外，還可以得到從多個螺旋狀管體部40流落到罐體2的周壁部20上的冷凝水沿著該周壁部20的傾斜被順利地導向到排出口26的效果。
在圖13A所示的供熱水裝置A3中，使用扁平狀的管子作為換熱器B3的螺旋狀管體部40。如圖13B所示，上述扁平狀的管子的與罐體2的中心軸線C1交叉的方向的寬度s3大於與罐體2的中心軸線C1同方向的寬度s2。通過這種構成，則由於環部40a彼此的間隙31的尺寸變大，因此不採用將多個螺旋狀管體部40設成疊繞狀的構成，就可增加燃燒氣體通過間隙31時的熱傳遞量。
在圖14～圖16所示的供熱水裝置A4中，換熱器B4成為大致鉛直狀地立起的姿勢，而且在該換熱器B4的上部上設有燃燒器1。燃燒器1向下噴霧燃油並使其燃燒，風扇13把空氣向下送入燃燒部殼體10內。排氣管道81與換熱器B4的下部連接並位於其下方，排氣管道82，其下端部與排氣管道81連接而在換熱器B4的一側方設成立起的姿勢。
換熱器B4具有例如4根水管4，這些水管4的各自的螺旋狀管體部40配置成大致同心的疊繞狀，構成管體疊繞構造部D4。在該管體疊繞構造部D4被劃分成一次熱交換部HT1和二次熱交換部HT2這一點上，與前面的供熱水裝置A1是同樣的。但是，多個螺旋狀管體部40，在與軸向交叉的方向上相鄰的多個環部40a並列排列成相對於上述軸向傾斜的直線狀。由此，在這些排列間所形成的間隙31傾斜地延伸。該間隙31的傾斜是隨著沿燃燒氣體行進方向前進使得間隙31的高度降低這樣的傾斜。具體地說，一次熱交換部HT1的間隙31越靠近管體疊繞構造部D4的外周越低，二次熱交換部HT2的間隙31越靠近管體疊繞構造部D4的內周越低。這種構成用間隔件65來實現。如圖15中虛線所示，間隔件65在沿鉛直方向延伸的窄幅的基板65a的單面上沿鉛直方向並列設置向傾斜方向突出的多個突出片65b。間隔件65以在相鄰的突出片65b之間並列插入四個環部40a的方式組裝在管體疊繞構造部D4上。如圖16所示，間隔件65大致等間隔地配置於例如管體疊繞構造部D4的三個部位。通過使間隔件65的背面部分與罐體2的周壁部20抵接，可以適當定位間隔件65。
如圖15清楚表示的那樣，各間隙31的在鉛直方向上的最小寬度s4大於與間隙31延伸方向正交的方向上的間隙31的最小寬度s5。最好是，最小寬度s4取為3mm以上。多個螺旋狀管體部40中的、最內周的螺旋狀管體部40的直徑大於其他的螺旋狀管體部40的直徑。因為最內周的螺旋狀管體部40最容易受到來自燃燒器1的熱量，所以若使該部分為大直徑，則有利於增加熱回收量。此外，還可以得到防止內部的熱水沸騰的效果。在該供熱水裝置A4中，在各螺旋狀管體部40中產生的冷凝水流落到罐體2的底部的蓋體21B上。在該蓋體21B上設有冷凝水用的排出口26，上述冷凝水從該排出口26經由配管26a引到到中和裝置(未圖示)。
在本實施方式的供熱水裝置A4中，由於管體疊繞構造部D4的各間隙31隨著向燃燒氣體的流動方向前進而傾斜延伸，所以促進冷凝水從各間隙31排出。結果，抑制較多冷凝水保持於各間隙31，螺旋狀管體部40的表面上較大範圍可不被冷凝水覆蓋。由於使各間隙31的鉛直方向的最小寬度s4大，所以還可以得到在鉛直方向上相鄰的環部40a之間冷凝水不容易搭橋的效果。特別是，在把最小寬度s4設定成3mm以上時，消除了冷凝水因其表面張力而搭橋的現象。因此，更徹底地防止了冷凝水被保持於間隙31內。另一方面，由於間隙31的與其延伸方向正交的方向的最小寬度s5小，所以可增多燃燒氣體通過該間隙31之際的傳熱量。
在該供熱水裝置A4中也與前面的供熱水裝置A1同樣，管體疊繞構造部D4被劃分成一次熱交換部HT1和二次熱交換部HT2，燃燒氣體依次通過這些一次熱交換部HT1和二次熱交換部HT2而被進行熱回收。因此，與前面所述的供熱水裝置同樣，可以提高熱交換效率。由於冷凝水主要在二次熱交換部HT2中產生，所以即使僅在二次熱交換部HT2中設置具有如上述那樣傾斜的間隙31的結構，也能充分促進冷凝水排出。但是，在供熱水裝置A4的某些運行條件下，有時在一次熱交換部HT1中也產生冷凝水，所以只要構成為在一次熱交換部HT1中也形成傾斜的間隙31的結構，就可以很好地應付這種情況。
本發明不限定於上述實施方式的內容。本發明的熱水裝置的各部分的具體構成可自由進行各種設計變更。
例如，在本發明中，也可以是把燃燒器配置於換熱器的下方、使燃燒氣體向上行進的構成。作為換熱器的水管，也可以用例如直管狀的帶翅片管子代替具有螺旋狀管體部的水管。
作為燃燒器，可以使用例如氣體燃燒器代替燃燒煤油或輕油的油燃燒器。分隔構件只要具有把空間部分隔成第1和第2區域的功能即可，也可以形成為簡單的平板狀。也可以進一步使用追加的分隔構件，把第2區域進一步分割成多個區域，使燃燒氣體在這些多個區域中依次流通。換熱器的罐體也可以用例如方筒狀的罐體來代替圓筒狀的罐體。同樣，也可以代替中空圓形把螺旋狀管體部的環部做成例如中空矩形。
本發明的熱水裝置，是指具有生成熱水的功能的裝置，是包括一般供熱水用、洗澡供熱水用、供暖用、或者化雪用等各種供熱水裝置，以及用於供熱水以外的生成熱水的裝置的概念。
權利要求
1.一種熱水裝置，包括燃燒器、風扇、換熱器和控制器，上述風扇把燃燒用的空氣供給到上述燃燒器，上述換熱器具有罐體和水管，由上述燃燒器產生的燃燒氣體與上述空氣一起供給到該罐體的內部，該水管的至少一部分配置於該罐體內並能夠從上述燃燒氣體回收顯熱和潛熱，上述控制器具有數據表，且基於存儲於該數據表中的數據進行上述風扇的驅動控制，其特徵在於，具有多種風扇控制用數據，該多種風扇控制用數據存儲於上述數據表；上述多種風扇控制用數據，將在上述水管的表面上基本上未產生冷凝水的第1期間、及作為上述水管的表面上的冷凝水量增加的過渡期的第2期間設定為上述燃燒器驅動而生成熱水的期間，並將在上述第1期間中使上述風扇的旋轉速度為規定的初始旋轉速度、在上述第2期間中使上述風扇的旋轉速度隨時間的推移而上升作為控制內容，並且對應於上述燃燒器的燃燒程度和對上述換熱器的進水溫度中至少一方的條件變化而個別地確定上述控制內容。
2.根據權利要求1中所述的熱水裝置，上述多種風扇控制用數據的每一個，設定上述冷凝水量穩定化的第3期間，且還包括從上述第2期間成為上述第3期間時就停止上述風扇的旋轉速度的上升的控制內容的數據。
3.根據權利要求1中所述的熱水裝置，上述控制器被構成為在上述燃燒器的驅動結束後再次使上述燃燒器驅動時，基於與上述燃燒器的前次驅動結束時的冷凝水殘餘量有關的第1數據、與從上述驅動結束時到再驅動時所經過的時間有關的第2數據、及與該期間中的上述罐體的溫度有關的第3數據，判斷上述燃燒器的再驅動開始時的冷凝水殘存狀況，根據上述判斷的結果改變上述初始旋轉速度，以使得在判斷為冷凝水量較多時的上述風扇的初始旋轉速度比判斷為冷凝水量較少時的上述風扇的初始旋轉速度大。
4.根據權利要求3中所述的熱水裝置，上述控制器被構成為在使上述燃燒器再驅動時，當從上述驅動結束時到再驅動時所經過的時間超過規定時間時，與上述第1和第3數據的內容無關地使上述風扇的初始旋轉速度成為規定速度。
5.根據權利要求1中所述的熱水裝置，上述控制器被構成為進行如下的控制在上述燃燒器的驅動結束後再次使上述燃燒器驅動時，基於與上述燃燒器的前次驅動結束時的冷凝水殘餘量有關的第1數據、與從上述驅動結束時到再驅動時所經過的時間有關的第2數據、及與該期間中的上述罐體的溫度有關的第3數據，判斷上述燃燒器的再驅動開始時的冷凝水殘存狀況，在判斷為存在規定以上的冷凝水量時，使上述燃燒器的驅動開始時刻僅延遲規定時間，在該延遲期間中，以規定的旋轉速度驅動上述風扇以減少上述冷凝水殘餘量。
6.根據權利要求1中所述的熱水裝置，上述控制器被構成為進行如下的控制在結束了上述燃燒器的驅動時，判斷此時的冷凝水殘餘量，而且在判斷為存在冷凝水殘餘量時，在其後也繼續驅動上述風扇，以減少該冷凝水殘餘量。
7.根據權利要求1中所述的熱水裝置，上述換熱器的罐體包括在軸向兩端具有第1和第2開口部的周壁部，上述水管具有螺旋狀管體部，且以該螺旋狀管體部與上述周壁部之間形成燃燒氣體通路的方式配置在上述罐體內，該螺旋狀管體部具有在上述軸向上隔著間隙並列的多個環部，在上述螺旋狀管體部的內方的空間部中設有分隔構件，上述空間部在上述軸向上被該分隔構件劃分成第1和第2區域，上述螺旋狀管體部被劃分成分別包圍上述第1區域的一次熱交換部和包圍第2區域的二次熱交換部，從上述燃燒器供給到第1區域的燃燒氣體通過上述一次熱交換部的多個間隙行進到上述燃燒氣體通路後，通過上述二次熱交換部的多個間隙。
8.根據權利要求7中所述的熱水裝置，上述換熱器為上述軸向成為大致水平的橫倒姿勢，上述多個環部的在上述軸向上相鄰的環部彼此間隔著上述間隙地在大致水平方向上相對。
9.根據權利要求7中所述的熱水裝置，上述換熱器為上述軸向相對於鉛直方向傾斜的傾斜姿勢，上述多個環部的在上述軸向上相鄰的環部彼此間隔著上述間隙地在相對於大致水平方向傾斜的方向上相對。
10.根據權利要求7中所述的熱水裝置，具有管體疊繞構造部，該管體疊繞構造部包括至少一個追加的、具有在上述軸向上隔著多個間隙並列的多個環部的螺旋狀管體部，且是該追加的螺旋狀管體部包圍上述螺旋狀管體部的外周而使它們成為疊繞狀而成的，該管體疊繞構造部被劃分成包圍上述第1區域的顯熱回收用的一次熱交換部和包圍第2區域的潛熱回收用的二次熱交換部，供給到上述第1區域的燃燒氣體通過上述一次熱交換部的間隙行進到上述燃燒氣體通路後，通過上述二次熱交換部的間隙，上述管體疊繞構造部中的、至少上述二次熱交換部，在與上述軸向交叉的方向上相鄰的多個環部以相對於上述軸向傾斜的直線狀並列排列，該二次熱交換部的間隙以隨著向上述燃燒氣體的行進方向前進而高度降低的方式傾斜延伸。
11.根據權利要求10中所述的熱水裝置，上述二次熱交換部的間隙在與該間隙延伸的方向正交的方向上的最小寬度小於在上述軸向上的最小寬度。
12.根據權利要求1中所述的熱水裝置，具有局部地設在上述二次熱交換部的多個環部的外表面局部、即設定在該外表面中的隔著上述間隙相面對的部位上的憎水處理部。
13.根據權利要求1中所述的熱水裝置，具有局部地設在上述二次熱交換部的多個環部的外表面局部、即設定在該外表面中的隔著上述間隙相面對的部位上的親水處理部。
全文摘要
一種熱水裝置，具有多種風扇控制用數據，該多種風扇控制用數據存儲於控制器(9)的數據表(90)；該多種風扇控制用數據，將在換熱器(B 1)的水管(4)的表面上基本上未產生冷凝水的第1期間、及作為水管(4)的表面上的冷凝水量增加的過渡期的第2期間設定為燃燒器(1)驅動而生成熱水的期間，並且對應於進水溫度或燃燒器(1)的燃燒程度的條件變化而個別地確定在上述第1期間及第2期間的風扇(13)的驅動控制內容。通過控制器(9)根據上述數據控制風扇(13)，而謀求燃燒器(1)的燃燒驅動初期的空燃比的恆定化。
文檔編號F24H9/20GK1959277SQ20061015049
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月2日 優先權日2005年11月2日
發明者濱田哲郎, 神田宜儀, 吉富英明 申請人:株式會社能率