(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022098718
(43)【公開日】2022-07-04
(54)【発明の名称】給湯装置
(51)【国際特許分類】
F23N 5/24 20060101AFI20220627BHJP
【FI】
F23N5/24 104
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020212283
(22)【出願日】2020-12-22
(71)【出願人】
【識別番号】000004709
【氏名又は名称】株式会社ノーリツ
(74)【代理人】
【識別番号】100089004
【弁理士】
【氏名又は名称】岡村 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】▲浜▼上 俊彦
(72)【発明者】
【氏名】岡田 英幸
(72)【発明者】
【氏名】山西 健太
(72)【発明者】
【氏名】早瀬 久貴
(72)【発明者】
【氏名】西村 和裕
【テーマコード(参考)】
3K003
【Fターム(参考)】
3K003RA04
(57)【要約】
【課題】燃焼ファンの故障予兆の誤検知を防ぐと共に、故障する前に故障予兆を検知して点検を促すことができる給湯装置を提供すること。
【解決手段】燃焼部と燃焼ファンと熱交換部と、給水部と出湯部と制御部とを備え、燃焼部の燃焼熱によって熱交換部で給水部から供給される湯水を加熱する加熱運転を行って出湯部に出湯するように構成され、制御部が燃焼ファンの目標回転数に対する回転応答性及び偏差に基づいて故障予兆の検知と報知を行う給湯装置において、加熱運転にはプリパージ工程と、プリパージ工程後に点火動作を行う点火工程が含まれ、制御部は、プリパージ工程で燃焼ファンの目標回転数である掃気回転数に対する回転応答性及び偏差に基づいて外部からの外乱要因の有無を判定し、外乱要因が無いと判定した場合に点火工程で燃焼ファンの目標回転数である点火回転数に対する回転応答性及び偏差に基づいて故障予兆の検知を行う。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃焼部と、前記燃焼部に燃焼用空気を供給するための燃焼ファンと、熱交換部と、給水部と、出湯部と、制御部とを備え、前記燃焼部で発生した燃焼熱によって前記熱交換部において前記給水部から供給される湯水を加熱する加熱運転を行って前記出湯部に出湯するように構成され、前記制御部が前記燃焼ファンの目標回転数に対する回転応答性及び偏差に基づいて前記燃焼ファンの故障予兆の検知及び報知を行う給湯装置において、
前記加熱運転には、前記目標回転数を所定の掃気回転数にして前記燃焼ファンを所定時間駆動するプリパージ工程と、前記プリパージ工程後に前記目標回転数を所定の点火回転数にして前記燃焼ファンを駆動すると共に点火動作を行う点火工程が含まれ、
前記制御部は、前記プリパージ工程で前記燃焼ファンの前記掃気回転数に対する回転応答性及び偏差に基づいて外部からの外乱要因の有無を判定し、前記外乱要因が無いと判定した場合に前記点火工程で前記燃焼ファンの前記点火回転数に対する回転応答性及び偏差に基づいて前記故障予兆の検知を行うことを特徴とする給湯装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記燃焼ファンの回転応答性及び偏差に関する設置当初の初期データを記憶しておき、前記燃焼ファンの現在の回転応答性及び偏差と前記初期データとを比較することによって前記故障予兆の検知を行うことを特徴とする請求項1に記載の給湯装置。
【請求項3】
前記制御部は、故障と判定される前記燃焼ファンの回転応答性及び偏差に関する故障基準データを予め記憶しておき、前記燃焼ファンの現在の回転応答性及び偏差と前記故障基準データとを比較することによって前記故障予兆の検知を行うことを特徴とする請求項1に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃焼式の給湯装置に関し、特に燃焼用の空気を供給する燃焼ファンが故障する前にその予兆を検知するように構成された給湯装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、例えば特許文献1の給湯装置のように、燃焼ファンの目標回転数に対する回転応答性、偏差に基づいて、この燃焼ファンの劣化による故障予兆を検知する技術が知られている。燃焼ファンの劣化の進行具合によって給湯装置の使用可能な期間(寿命)を予測するので、部品交換、給湯装置買い替えなどの対応策を検討するのに役立つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、燃焼ファンの目標回転数に対する回転応答性、偏差は、外部からの外乱要因として、例えば天気が強風のときに排気口に吹き込んで逆流する外気の影響を受けて変動し易いため、故障予兆を誤検知する虞がある。
【0005】
本発明の目的は、燃焼ファンの故障予兆の誤検知を防ぐと共に、故障する前に故障予兆を検知して点検を促すことができる給湯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1の発明の給湯装置は、燃焼部と、前記燃焼部に燃焼用空気を供給するための燃焼ファンと、熱交換部と、給水部と、出湯部と、制御部とを備え、前記燃焼部で発生した燃焼熱によって前記熱交換部において前記給水部から供給される湯水を加熱する加熱運転を行って前記出湯部に出湯するように構成され、前記制御部が前記燃焼ファンの目標回転数に対する回転応答性及び偏差に基づいて前記燃焼ファンの故障予兆の検知及び報知を行う給湯装置において、前記加熱運転には、前記目標回転数を所定の掃気回転数にして前記燃焼ファンを所定時間駆動するプリパージ工程と、前記プリパージ工程後に前記目標回転数を所定の点火回転数にして前記燃焼ファンを駆動すると共に点火動作を行う点火工程が含まれ、前記制御部は、前記プリパージ工程で前記燃焼ファンの前記掃気回転数に対する回転応答性及び偏差に基づいて外部からの外乱要因の有無を判定し、前記外乱要因が無いと判定した場合に前記点火工程で前記燃焼ファンの前記点火回転数に対する回転応答性及び偏差に基づいて前記故障予兆の検知を行うことを特徴としている。
【0007】
上記構成によれば、加熱運転時の燃焼ファンの目標回転数に対する回転応答性及び偏差に基づいて、プリパージ工程で外乱要因の有無を判定し、外乱要因が無い場合に点火工程で燃焼ファンの故障予兆の検知を行う。従って、加熱運転を行う度に燃焼ファンの故障予兆検知を行うので故障予兆を見逃し難く、外乱要因の有無を判定しているので外乱に起因する故障予兆の誤検知を防ぐことができる。
【0008】
請求項2の発明の給湯装置は、請求項1の発明において、前記制御部は、前記燃焼ファンの回転応答性及び偏差に関する設置当初の初期データを記憶しておき、前記燃焼ファンの現在の回転応答性及び偏差と前記初期データとを比較することによって前記故障予兆の検知を行うことを特徴としている。
上記構成によれば、給湯装置の設置当初の初期データとの比較によって燃焼ファンの故障予兆の検知を行うので、燃焼ファンの経年劣化による故障予兆を検知することができる。それ故、燃焼ファンの故障によって給湯装置を作動させることができなくなる前に、点検を促すことができる。
【0009】
請求項3の発明の給湯装置は、請求項1の発明において、前記制御部は、故障と判定される前記燃焼ファンの回転応答性及び偏差に関する故障基準データを予め記憶しておき、前記燃焼ファンの現在の回転応答性及び偏差と前記故障基準データとを比較することによって前記故障予兆の検知を行うことを特徴としている。
上記構成によれば、燃焼ファンが故障と判定される故障基準データとの比較に基づいて燃焼ファンの故障予兆の検知を行うので、故障と判定される前に故障予兆を検知することができる。それ故、燃焼ファンの故障によって給湯装置を作動させることができなくなる前に、点検を促すことができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明の給湯装置によれば、外乱に起因する燃焼ファンの故障予兆の誤検知を防ぎ、故障する前に故障予兆を検知して点検を促す報知をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】本発明に係る燃焼式の給湯装置の説明図である。
【
図2】給湯装置の制御部の構成と通信経路の説明図である。
【
図4】実施例1に係る燃焼ファン故障予兆検知制御のフローチャートである。
【
図5】実施例2に係る燃焼ファン故障予兆検知制御のフローチャートである。
【
図6】実施例3に係る燃焼ファン故障予兆検知制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例0013】
燃焼式の給湯装置1は、通常、屋外に設置される。給湯装置1は、
図1に示すように、燃焼部2と熱交換部3と給水部4と出湯部5を有し、燃焼部2で発生させた燃焼熱を利用して熱交換部3において給水部4から供給される上水を加熱して出湯部5に出湯する加熱運転を行うように構成されている。燃焼部2には、燃料ガス(天然ガス又はプロパンガス)を供給するための燃料供給部6が接続されている。
【0014】
燃焼部2の近傍には、この燃焼部2に燃焼用空気を供給すると共に、燃焼によって発生した燃焼熱の媒体である燃焼ガスを熱交換部3に送り込んで排気口7から外部に排気させるために、燃焼ファン8が装備されている。燃焼部2は、燃料供給部6から供給される燃料ガスと燃焼用空気を混合して燃焼させる複数の燃焼領域として、例えば第1~第4燃焼領域2a~2dに区分され、必要熱量を発生させるための必要燃焼量に応じて燃焼させる領域が変更される。
【0015】
燃料供給部6は、第1~第4燃焼領域2a~2dに対応する第1~第4ガス電磁弁6a~6dと、燃焼部2に供給する燃料流量を調整する燃料流量調整弁6eを有する。燃料供給部6は、燃料流量を調整すると共に、これら第1~第4燃焼領域2a~2dに対して燃料ガスの供給/停止を個別に切り替え可能に構成されている。
【0016】
熱交換部3は、フィンアンドチューブ型の第1熱交換器3aと、複数の湯水通路で構成された第2熱交換器3bを有する。第1熱交換器3aは、燃焼直後の高温の燃焼ガスの顕熱を回収して湯水を加熱する。第2熱交換器3bは、顕熱が回収されて温度が下がった燃焼ガスの潜熱を回収して上水を加熱する。
【0017】
この第2熱交換器3bでは、燃焼ガスに含まれる水分が凝縮して凝縮水が生じる。この凝縮水は、燃焼ガスの成分を含んで強い酸性になっている。それ故、そのまま排水することは不適切なので、中和剤として例えば炭酸カルシウム粒が収容された中和槽9aに導入され、中和されてから排水される。第2熱交換器3bで潜熱が回収されて温度が下がった燃焼ガスは、排気口7から外部に排気される。
【0018】
中和槽9aには、第2熱交換器3bの下側に配設されたドレンパン3cに落下した凝縮水を中和槽9aに導く導入通路9bと、中和した凝縮水を給湯装置1の外部に排水する排水通路9cが接続されて中和部9が形成されている。この中和槽9aの上端部には、凝縮水の水位(所定水位)を検知する水位検知手段として1対の電極棒9dが装備されている。1対の電極棒9dの間に電圧を印加しておき、所定水位になって凝縮水に触れた1対の電極棒9dの間に凝縮水を介して電流が流れることにより、所定水位が検知される。
【0019】
給水部4は、上水源から供給される上水を第2熱交換器3bに供給する給水通路4aと、給水通路4aから分岐され且つ流量調整弁10を備えた給水分岐通路4bを有する。第2熱交換器3bで加熱された湯水は、第1熱交換器3aに導入されてさらに高温に加熱される。第1熱交換器3aで加熱された湯水は出湯通路5aに供給される。この出湯通路5aに給水分岐通路4bが接続されて形成された出湯部5において、加熱された湯水と上水が混合されて温度調整され、給湯先の例えば給湯栓11に給湯される。
【0020】
燃焼部2の第1燃焼領域2aは、加熱運転を開始したときに点火して最初に燃焼させる点火領域である。この第1燃焼領域2aに対応する位置に、放電によって火花を発生させる点火装置14と、点火確認のために第1燃焼領域2aの火炎を検知するための第1フレームロッド15aが配設されている。
【0021】
第1燃焼領域2aに隣接させた第2燃焼領域2bは、燃焼量を増加させて燃焼熱の発生を増加させるために、第1燃焼領域2aから最初に燃焼領域を拡大させる火移り領域である。この第2燃焼領域2bに対応する位置に、第2燃焼領域2bの火炎を検知するための第2フレームロッド15bが配設されている。第3、第4燃焼領域2c,2dにも燃焼領域を拡大させることによって、燃焼量を増加させることができる。尚、第3、第4燃焼領域2c,2dの火炎を検知するために、第3、第4燃焼領域2c,2dに対応するフレームロッドが配設されていてもよい。
【0022】
給水通路4aには、熱交換部3に供給される上水の給水流量を検知する給水流量センサ4cと、給水温度を検知する給水温度センサ4dが配設されている。出湯通路5aには熱交換部3で加熱された湯水の出湯温度を検知する出湯温度センサ5bが配設されている。この出湯通路5aの給水分岐通路4bとの接続部よりも下流側には、上水と混合されて温度が調整された湯水の給湯温度を検知するための給湯温度センサ5cが配設されている。
【0023】
給湯装置1は、給水流量と給水温度と出湯温度に基づいて給湯設定温度の給湯を行うために、加熱運転を制御する制御部16を備えている。給湯設定温度は、制御部16に接続された操作端末17の操作によって設定される。加熱運転において、制御部16は、例えば給湯設定温度と給水流量と給水温度に基づいて必要な燃焼量(必要熱量)を算出する。そして制御部16は、必要熱量を発生させるために、燃焼部2の燃焼させる燃焼領域と、燃焼ファン8の目標回転数と、燃料供給部6の燃料流量を設定する。また、制御部16は、給湯温度が給湯設定温度に近づくように流量調整弁10の開度を調整して、上水と加熱された湯水の混合比率を調整する。
【0024】
図2に示すように、制御部16は、各種制御プログラムを実行する演算部16aと、各種制御プログラム、制御パラメータ等を記憶しておく記憶部16bと、通信部16cを有する。演算部16aは、給湯装置1の内蔵機器及び操作端末17と通信する通信部16cを介して流量調整弁10及び燃料供給部6の弁類と、燃焼ファン8を制御すると共に、給水温度センサ4d等のセンサ類の検知信号、操作端末17の操作内容を受信する。
【0025】
操作端末17は、例えばホームネットワーク構築機能を備えた通信ゲートウェイ18を介して外部の通信網19(インターネット)に接続されている。この通信網19には、給湯装置1を含めて現在設置されている給湯装置及び他の機器に関する情報を管理するために、給湯装置1の施工、保守を行うサービスショップ又は製造メーカが設置した管理サーバ20が接続されている。これにより、制御部16は管理サーバ20と通信が可能となっている。尚、通信部16c又は操作端末17が通信網19に直接接続されていてもよい。
【0026】
給湯使用開始によって、給水流量センサ4cにより検知される給水流量が所定の最低流量以上になると、加熱運転が開始される。
図3に示すように、加熱運転は、プリパージ工程と点火工程と燃焼工程とポストパージ工程に分けられている。プリパージ工程では、燃焼ファン8の目標回転数が掃気回転数(例えば3000rpm)に設定され、燃焼ファン8が掃気回転数で所定時間としてプリパージ時間(例えば5秒間)駆動される。これにより、燃焼部2と熱交換部3に滞留している空気が排気口7から排気されると共に、停止していた燃焼ファン8の回転数が掃気回転数程度に増加する。
【0027】
このような目標回転数変更時に、目標回転数に対して実回転数が大きくなる又は小さくなる回転数の差が、燃焼ファン8の目標回転数に対する偏差である。そして、偏差が大きい程、また、実回転数が安定しない場合も含めて偏差が大きい状態が長く続く程、燃焼ファン8の回転応答性の低下が大きい状態である。
【0028】
次に点火工程に移行して、第1燃焼領域2a(点火領域)に対応する第1ガス電磁弁12aが開かれ、目標回転数が点火回転数(例えば2500rpm)に設定され、燃焼ファン8が点火回転数で駆動される。そして、点火動作として第1燃焼領域2aに点火するために点火装置14が駆動される。第1燃焼領域2aの火炎が第1フレームロッド15aによって検知(点火確認)されると、燃焼工程に移行する。
【0029】
次に、燃焼工程において、算出した必要熱量を供給可能なように、燃焼部2の燃焼させる燃焼領域と、燃焼ファン8の目標回転数と、燃料供給部6の燃料流量が設定される。そして、燃焼ファン8が目標回転数で駆動されると共に、燃焼させる燃焼領域に対応する燃料ガス電磁弁が開かれて設定した燃料流量で燃料が供給され、必要熱量を発生させて給湯設定温度の給湯が行われる。
【0030】
給湯使用終了により給水流量が所定の最低流量未満になると、ポストパージ工程に移行する。ポストパージ工程は、開いているガス電磁弁が全て閉じられて燃焼部2の燃焼が停止され、目標回転数が掃気回転数に設定され、燃焼ファン8が掃気回転数でポストパージ時間(例えば10秒)駆動される。これにより、燃焼ガスが燃焼部2と熱交換部3に残留しないように排気される。最後に燃焼ファン8が停止されて、加熱運転が終了する。
【0031】
給湯装置1の設置時には、給湯装置1が正常に作動することを確認するために試運転を行う。制御部16は、この試運転時の加熱運転データを設置当初の初期データとして記憶部16b又は管理サーバ20の記憶領域に記憶しておく。
【0032】
加熱運転において、通常、給湯装置1の設置当初には燃焼ファン8を概ね目標回転数通りに制御することができるが、経年劣化によって目標回転数に調整することが徐々にできなくなっていく。そして、故障と判定される故障基準に達すると、制御部16が加熱運転を禁止すると共に、例えば操作端末17によって燃焼ファン8の故障発生をユーザに報知し、管理サーバ20を介して施工保守業者に燃焼ファン8の故障発生を報知する。この故障発生を知ったユーザ又は施工保守業者は、点検、修理を手配する。
【0033】
燃焼ファン8の故障発生を報知するだけでは、故障発生から点検、修理が終わるまで給湯装置1を使用できず不便なので、燃焼ファン8が故障に至る前に故障予兆を検知して管理サーバ20に故障の予兆があることを報知する。この故障予兆検知について、
図4の燃焼ファン故障予兆検知制御のフローチャートに基づいて説明する。図中のSi(i=1,2,・・・)はステップを表す。
【0034】
加熱運転開始と共に燃焼ファン故障予兆検知制御が開始されると、S1において、燃焼ファン8の目標回転数を掃気回転数に設定してS2に進む。S2において、目標回転数となるように燃焼ファン8をプリパージ時間(例えば5秒)駆動して、その間の実回転数を取得してS3に進む。
【0035】
S3において、目標回転数と実回転数の差(偏差の絶対値)が所定の基準値(例えば200rpm)以下か否か判定する。例えば天気が強風である場合には、排気口7に外部から風が吹き込んで逆流し、燃焼ファン8の回転が阻害されて実回転数が低下する外乱が発生する虞がある。このような外乱要因がある場合には、燃焼ファン8の故障予兆を誤検知する虞がある。S3は、この誤検知の虞を排除するためのステップである。
【0036】
S3の判定がYesの場合は、外乱要因が無いとしてS4に進む。S3の判定がNoの場合は外乱要因が有るとして、この燃焼ファン故障予兆検知制御を終了し、加熱運転を続ける。ここまでがプリパージ工程に相当し、次の点火工程に移行する。
【0037】
S4において、燃焼ファン8の目標回転数を点火回転数に設定してS5に進む。燃焼させる領域が第1燃焼領域2a(点火領域)に限られているため、また、送風量が大きいと点火し難くなるので、点火回転数は掃気回転数よりも低回転数に設定されている。そして、S5において、目標回転数の点火回転数となるように燃焼ファン8を所定時間(例えば7秒)駆動すると共に、その間の実回転数を取得してS6に進む。
【0038】
S6において、目標回転数と実回転数の差が200rpmを超えた状態がA秒(例えば5秒)以上続いているか否か判定する。S3で既に外乱要因は無いと判定しているので、目標回転数に対して偏差が大きい状態とその継続時間は、回転応答性が低下した燃焼ファン8の現在の劣化度合を表している。
【0039】
S6の判定がYesの場合はS7に進む。この場合、燃焼ファン8の劣化がある程度進んでいるので、S7において燃焼ファン8の故障予兆を検知したことを報知してこの燃焼ファン故障予兆検知制御を終了し、燃焼工程に移行して加熱運転を継続する。このとき管理サーバ20を介して例えばサービスショップに故障予兆を検知したことを報知して点検を促すが、例えば操作端末17のランプ点灯によってユーザに報知することもできる。
【0040】
一方、S6の判定がNoの場合は、燃焼ファン8の劣化がそれほど進んでいないので、燃焼ファン8の故障予兆を検知しなかったとしてこの燃焼ファン故障予兆検知制御を終了し、燃焼工程に移行して加熱運転を継続する。以上のように加熱運転を行う度に燃焼ファン8の故障予兆の検知が行われるので、燃焼ファン8の故障予兆を見逃し難い。また、外乱要因の有無を判定して、外乱要因が無い場合に故障予兆検知を行うので、外乱に起因する故障予兆の誤検知を防ぐことができ、管理サーバ20への故障予兆の誤検知情報の送信を防いで通信量を低減することができる。
S4において、燃焼ファン8の目標回転数を点火回転数に設定してS5に進む。そして、S5において、目標回転数の点火回転数となるように燃焼ファン8を所定時間(例えば7秒)駆動すると共に、その間の実回転数を取得してS16に進む。
S16において、初期データとの比較として、目標回転数と実回転数の差が200rpmを超えた状態の継続時間B秒が、給湯装置1の設置当初の初期データのX倍(例えば10倍)以上長く続いているか否か判定する。初期データは、給湯装置1の試運転時に収集されて制御部16(記憶部16b)又は管理サーバ20に記憶されたデータであり、初期データにおける目標回転数と実回転数の差が200rpmを超えた状態の継続時間は例えば0.3秒程度である。プリパージ工程で既に外乱要因は無いと判定しているので、この目標回転数に対する偏差が大きい状態とその継続時間は、回転応答性が低下した燃焼ファン8の現在の劣化度合を表している。
S16の判定がYesの場合はS7に進む。この場合、燃焼ファン8の劣化がある程度進んでいるので、S7において燃焼ファン8の故障予兆を検知したことを報知してこの燃焼ファン故障予兆検知制御を終了し、燃焼工程に移行して加熱運転を継続する。このとき管理サーバ20を介して例えばサービスショップに故障予兆を検知したことを報知して点検を促すが、例えば操作端末17のランプ点灯によってユーザに報知することもできる。
一方、S16の判定がNoの場合は、燃焼ファン8の劣化がそれほど進んでいないので、燃焼ファン8の故障予兆を検知しなかったとしてこの燃焼ファン故障予兆検知制御を終了し、燃焼工程に移行して加熱運転を継続する。以上のように加熱運転を行う度に燃焼ファン8の故障予兆検知を行うので、燃焼ファン8の故障予兆を見逃し難い。また、外乱要因の有無を判定して、外乱要因が無い場合に故障予兆検知を行うので、外乱に起因する故障予兆の誤検知を防ぐことができ、管理サーバ20との間で初期データ、故障予兆の誤検知情報の送受信を防いで通信量を低減することができる。