JP2001280694A - 流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １缶２水型等の主熱交換器において、燃焼ガ
スの燃焼量を増加させても使用していない受熱対象液の
急激な加熱を抑制することができ、充分な熱出力を得る
ことができる流体加熱装置を提供する。 【解決手段】 伝熱管１、２各々に対して、それらの受
熱対象液の上流側流路１１、２１と下流側流路１２、２
２を接続する接続流路３１、３２を主熱交換器外部に設
け、接続流路３１、３２が連通する連通状態と接続流路
が遮断される遮断状態との間で、切り替え自在に構成
し、特定の伝熱管の接続流路を遮断状態に維持する特定
伝熱管熱交換状態において、他の伝熱管の接続流路を連
通状態に維持し、他の伝熱管とその伝熱管の接続流路と
に亘って循環流路を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、給湯暖房兼用
熱源器や風呂給湯器等のような、一般給湯用と暖房用も
しくは風呂の追焚用というような２つ以上の異なる用途
の湯水を受熱対象液とする流体加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような流体加熱装置は、熱交換器と
してプレートフィンチューブ型熱交換器を使用して伝熱
管内部の受熱対象流体と伝熱管外部の給熱側ガス（例え
ばバーナ等の燃焼ガス）との熱交換を行う。２つ以上の
異なる用途の湯水を受熱対象液とする流体加熱装置で
は、同一液体加熱装置内に受熱対象液の数と同数の燃焼
機器及び熱交換器を備え、それぞれを単独に運転させる
ものがある。一方、１つの熱交換器において一般給湯用
と暖房用もしくは風呂の追焚用の水を加熱する１缶２水
熱交換器を用いた流体加熱装置がある。このような１缶
２水型の熱交換器では、図２に示すように、異なった受
熱対象液（Ｗ１、Ｗ２）を通過させる２種類の伝熱管を
密着させて配設して相互の熱交換を可能にし、一方の受
熱対象液が滞留した状態において、滞留した受熱対象液
の熱を他方の伝熱管に伝熱させるように構成されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】同一装置内に受熱対象
液の数と同数の燃焼機器及び熱交換器を備えた流体加熱
装置では、受熱対象液の種類数だけ燃焼機器や熱交換器
を備えることとなるから、コスト高となり、また装置の
容積や重量が大きくなってしまう。よって、発明者ら
は、以下に述べる１缶２水型の熱交換器の改良を試み
た。１缶２水型の熱交換器を用いた流体加熱装置では、
それぞれの用途の湯水を混合しないように流す伝熱管
を、複数、同一熱交換器内に備えているため、いずれか
一方の湯水を使用する時でも、他方の使用していない湯
水に用いる伝熱管も加熱される。従って、伝熱管内部で
滞留している使用していない湯水が過剰に高温になり、
流路中で沸騰し圧力過大、スケール発生、もしくは焼損
という弊害が起こる。これを防止するためには、燃焼ガ
スの燃焼量を滞留している受熱対象液の過剰加熱による
沸謄を回避できる程度に、燃焼量を低下させる必要があ
り、機器の燃焼能力を充分に利用して受熱対象液を加熱
することができない。例えば、図２に示すような、給湯
水と暖房水を流通させる伝熱管を互いに偏平にして接触
させたフィンチューブ型の１缶２水熱交換器を採用した
セントラルヒーティングボイラにおいては、燃焼ガスの
流通方向の最上流側にある伝熱管に流通する給湯水を滞
留させた場合、燃焼能力が３５ｋＷあるにも関わらず、
燃焼量を６ｋＷ程度に抑える必要がある。この場合、暖
房用の水の出力上限値は５ｋＷ程度しか得られ無い。

【０００４】これらの事情に鑑みて、本発明の目的は、
１缶２水型等の熱交換部に複数の伝熱管を備えた主熱交
換器を有する流体加熱装置において、燃焼ガスの燃焼量
を増加させても使用していない受熱対象液の急激な加熱
を抑制することができ、充分な熱出力を得ることができ
る流体加熱装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の第一の特徴構成は、講求項１もしくは請求項
２に記載されているように、伝熱管の少なくとも一つに
対して、それら単独で，同一の受熱対象液が流れる伝熱
管の上流側流路と下流側流路とを接続する接続流路を主
熱交換器外部に設け、この接続流路が連通する連通状態
と接続流路が遮断される遮断状態との間で、切り替え自
在に構成し、特定の伝熱管が内部を流れる特定の受熱対
象液の昇温に使用され、下流側へ昇温された受熱対象液
を送る特定伝熱管熱交換状態において、他の伝熱管の接
続流路を連通状態に維持し、他の伝熱管とその伝熱管の
接続流路とに亘って循環流路を形成可能に構成すること
にある。

【０００６】この場合、装置的には、制御器を設けて、
伝熱管の少なくとも一つに対して、それら単独でその伝
熱管に対応して、同一の受熱対象液が流れる伝熱管の上
流側流路と下流側流路とを接続する接続流路を主熱交換
器外部に設け、この接続流路が連通する連通状態と接続
流路が遮断される遮断状態との間で、切り替え自在に構
成し、接続流路それぞれに開閉弁を設けると共に、これ
らの開閉弁を制御する制御手段を備え、特定の伝熱管が
内部を流れる特定の受熱対象液の昇温に使用され、下流
側へ昇温された受熱対象液を送る特定伝熱管熱交換状態
において、制御手段が、他の伝熱管の接続流路に設けら
れる開閉弁を開状態に維持する構成とする。

【０００７】上記の構成の説明にあたって、特定の伝熱
管に対応した流路にも接続流量が設けられている場合を
例にとって、以下、説明する。このような構成にあって
は、一方の受熱対象液を昇温操作している時（この受熱
対象液が流れる伝熱管が特定の伝熱管であり、この状態
を特定伝熱管熱交換状態と呼ぶ）には、使用している受
熱対象液の接続流路を閉じておく（遮断状態に維持す
る）ことで、この伝熱管を通じて熱交換された液が得ら
れる。この際、他方の使用していない受熱対象液（この
受熱対象液が流れる伝熱管が他の伝熱管であり、同様
に、主熱交換器は特定伝熱管熱交換状態にある）の接続
流路は開いておく（連通状態に維持する）。このように
接続流路を連通状態にすると、他の伝熱管、この伝熱管
に接続される下流側流路、この伝熱管に対応する接続流
路、そして、この伝熱管に接続される上流側流路に亘っ
て、循環流路が形成される。この場合、接続流路は、主
熱交換器外部に設けられるため、形成された循環流路を
循環するように受熱対象液を流すことが可能となり、他
の伝熱管内に滞留した受熱対象液が加熱されて、伝熱管
と対応する接続流路とに亘って対流による自然循環をさ
せることで、滞留している受熱対象液の過剰加熱による
沸騰を回避することができる。結果、主熱交換器内に複
数の伝熱管を備えた構成の流体加熱装置において、従来
使用されてきた能力より高い能力で、機器を使用するこ
とが可能となる。

【０００８】上記のような構成を採用する場合にあっ
て、接続流路の構成に関しては、請求項３、４に記載さ
れているような構造を提案できる。即ち、請求項３に記
載されているように、接続流路の少なくとも一つを、こ
の接続流路内を流れる受熱対象液とは異なった受熱対象
液が流れる伝熱管の上流側流路と熱交換可能に構成す
る。この構造にあって、異なった受熱対象液が流れる伝
熱管の上流側流路に着目すると、この流路内を流れる受
熱対象液は、受熱前の比較的低温の受熱対象液であるた
め、この上流側流路と、接続流路が遮断状態にあり、特
定伝熱管熱交換状態において特定の伝熱管となっている
伝熱管の接続流路との間で、熱交換が可能である。即
ち、異なった受熱対象液は受熱し、接続流路内を流れる
受熱対象液は給熱（温度が低下する）する状態とするこ
とができる。このようにすることで、先に説明した循環
経路内における自然循環を促して、上述の作用・効果を
さらに良好に発揮させることができる。

【０００９】さて、同様な構造を採用する場合に、請求
項４に記載されているように、前記接続流路の一つが、
第一流路内を流れる第一流体と、第二流路内を流れる第
二流体との間で熱交換をおこなう副熱交換器における、
一方の流路として構成され、他方の流路が、異なった受
熱対象液が流れる伝熱管の上流側流路の一部とされるこ
とが好ましい。２流体が流れる流路を備えた副熱交換器
を備えることで、従来型の比較的簡易な構造の熱交換器
を使用して、接続流路における循環流路内を流れる受熱
対象液の冷却、および、特定の伝熱管を流れる受熱対象
液の予熱を良好に行うことができる。

【００１０】請求項３または４に記載の構造にあって
は、積極的に他の受熱対象液を利用して循環流路を流れ
る受熱対象液を冷却するものとしたが、主熱交換器外部
においては、この接続流路内を流れる受熱対象液と外気
との間で熱交換可能に構成することも可能である。この
場合も、外気による冷却効果を利用して、自然循環を確
保できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】。本発明に係る流体加熱装置につ
いて、実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本
発明に係る流体加熱装置１００について、１つの実施の
形態を示す図であり、図２は流体加熱装置１００に使用
する主熱交換器１０の構成を示したものである。主熱交
換器１０は、バーナ２０からの燃焼ガスＧの流通方向に
垂直に配設された複数の銅製の給湯用伝熱管１を、燃焼
ガスＧの流通方向に沿って下流側から上流側にかけて順
に直列に接続して設け、さらに、前記給湯用伝熱管１の
前記燃焼ガスＧの流通方向の下流側に、密接させた暖房
用伝熱管２を、同じく燃焼ガスＧの下流側から上流側に
かけて順に直列に接続して設けている。また、伝熱管
１，２の管軸方向に垂直且つ燃焼ガスＧの流通方向に平
行な面に広がっている複数のフイン３が設けられ、伝熱
管１，２の外表面とろう付け等により接合され、伝熱管
の面積を稼ぐ構成となっている。

【００１２】この主熱交換器１０は、給湯水Ｗ１と暖房
水Ｗ２の片方もしくは両方を加熱することができる。即
ち、給湯水Ｗ１は、燃焼ガスＧの流通方向の下流側に設
けられた給湯用伝熱管１に供給され、順に給湯伝熱管１
内を流通し、燃焼ガスＧの流通方向の上流側に設けられ
た給湯用伝熱管１から排出され、さらに、暖房水Ｗ２
は、燃焼ガスＧの流通方向の下流側に設けられた暖房用
伝熱管２に供給され、順に暖房用伝熱管２内を流通し、
燃焼ガスＧの流通方向の上流側に設けられた暖房用伝熱
管２から排出される構成となっている。

【００１３】この構成により、給湯用伝熱管１及び暖房
用伝熱管２が燃焼状態の燃焼ガスＧに曝され、それぞれ
の伝熱管１、２群に流れている給湯水Ｗ１又は暖房水Ｗ
２と燃焼ガスＧとの気液の熱交換が行われる。

【００１４】それぞれの伝熱管１，２の接触部４は、図
２に示すように、接触面積を稼ぐために偏平状態とされ
ており、互いの伝熱管同士の熱交換を可能としている。
この互いの熱交換により、給湯水Ｗ１又は暖房水Ｗ２が
局所的に加熱されることを抑制する構成となっている。

【００１５】しかし、このように伝熱管１，２を接触さ
せて局所的な加熱を抑制しても、例えば、給湯用伝熱管
１に流通する給湯水Ｗ１を滞留させ、暖房用伝熱管２内
にのみ暖房水Ｗ２を流通させる場合、給湯用伝熱管１内
の給湯水Ｗ１が過剰加熱され沸騰する恐れがある。そこ
で、本発明の流体加熱装置１００においては、上記のよ
うな場合において、後に示す接続流路３０を、それぞれ
の伝熱管１、２に対応して設けることにより、給湯用伝
熱管１内の給湯水Ｗ１の温度上昇を抑制することができ
る構造とされている。

【００１６】即ち、伝熱管各々１、２に対して、同一の
受熱対象液が流れる伝熱管の上流側流路１１、２１と下
流側流路１２、２２とを接続する接続流路３０（３１、
３２）を熱交換器外部に設け、これら接続流路３０（３
１、３２）それぞれに開閉弁５を設けると共に、開閉弁
５を制御する制御手段６を制御器７内に備え、接続流路
３０（３１、３２）が連通する連通状態と接続流路３０
（３１、３２）が遮断される遮断状態との間で、切り替
え自在に構成し、特定の伝熱管の接続流路３０（３１、
３２）に設けられる開閉弁５を閉状態に維持する特定伝
熱管熱交換状態において、制御手段６が、他の伝熱管の
接続流路３０（３２、３１）に設けられる開閉弁５を開
状態に維持するように構成されている。さらに、前記接
続流路３０（３１、３２）それぞれに関しては、この接
続流路が、第一流路８１内を流れる第一流体と、第二流
路８２内を流れる第二流体との間で熱交換をおこなう副
熱交換器８における、一方の流路として構成され、他方
の流路内を異なった受熱対象液が流れる構造とされてい
る。

【００１７】この構造の動作を、給湯用伝熱管１に流通
する給湯水Ｗ１を滞留させ、暖房用伝熱管２内にのみ暖
房水Ｗ２を流通させる場合に関して説明する。この場
合、給湯用伝熱管１に対する接続流路３１が連通状態に
維持され、暖房伝熱管２に対する接続流路３２が遮断状
態に維持される。接続流路に付けている付号３１，３２
は、機能説明上付しているものであり、図１にあっては
（３０）の付いた３１が連通状態にあり、（３０）の付
いた３２が遮断状態にあることを示す。連通遮断関係が
逆転する場合は、３１，３２の機能関係は逆転する。こ
の状態を（３０）を付けない３１，３２で示した。給湯
伝熱管１に滞留した給湯水Ｗ１は水温上昇とともに給湯
用伝熱管１内の鉛直方向上部に位置する給湯用伝熱管１
内へと対流して接続流路３１へと流入する。ここで、接
続流路３１内を流れる給湯水Ｗ１を、暖房水Ｗ２の主熱
交換器１０より上流側流路２２で、副熱交換器８を介し
て熱交換させることで、給湯水Ｗ１は冷却されて、対流
により伝熱管１内へと戻る。すなわち、対流による自然
循環によって給湯用伝熱管１内で暖められた給湯水Ｗ１
は接続流路３１へ排出され、接続流路３１で冷却された
給湯水Ｗ１は、給湯用伝熱管１内へ再び流入する循環を
繰り返して沸騰状態を回避することができる。

【００１８】このように滞留する給湯水Ｗ１の沸謄を抑
制することができるので、燃焼ガスＧの燃焼量を従来よ
りも大きく設定できる。また、給湯水Ｗ１に熱交換され
た熱を接続流路３１において暖房水Ｗ２へ熱交換するこ
とにより熱回収量を増加させ、暖房水Ｗ２を充分に加熱
することができる。例えば、燃焼ガスＧの燃焼量を１
８．５ｋＷに設定して、暖房水Ｗ２による熱出力を１５
ｋＷにすることができる。従来、暖房水の熱出力は５ｋ
Ｗまでであった。

【００１９】〔別実施の形態〕上記の実施の形態にあっ
ては、接続流路と、異なった受熱対象液が流れる上流側
流路との間に、副熱交換器を設ける構造としたが、基本
的に接続流路は循環流路の形成の用を果たし、内部を流
れる受熱対象液の冷却機能を有すればよいため、主熱交
換器外部に設けられる接続流路において、接続流路内を
流れる受熱対象液と外気との間で熱交換を積極的に可能
とするフェイン型の熱交換器を設けてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の流体加熱装置の概略構造を示す図

【図２】主熱交換器の詳細構造を示す図

【符号の説明】

１ 給湯用伝熱管 ２ 暖房用伝熱管 ５ 開閉弁 ６ 制御手段 ７ 制御器 ８ 副熱交換器 １０ 主熱交換器 １１ 上流側流路 １２ 下流側流路 ２０ バーナ ２１ 上流側流路 ２２ 下流側流路 ３０ 接続流路 ３１ 接続流路 ３２ 接続流路 ８１ 第１流路 ８２ 第２流路 １００ 流体加熱装置 Ｇ 燃焼ガス Ｗ１ 給湯水 Ｗ２ 暖房水

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる受熱対象液を内部に流通させる２
   種類以上の伝熱管を備え、前記伝熱管内部を流通する受
   熱対象液と、前記伝熱管外部を流通する給熱側ガスとの
   熱交換を行う主熱交換器を備えた流体加熱装置であっ
   て、 前記伝熱管の少なくとも一つに対して、同一の受熱対象
   液が流れる伝熱管の上流側流路と下流側流路とを接続す
   る接続流路を主熱交換器外部に設け、前記接続流路が連
   通する連通状態と前記接続流路が遮断される遮断状態と
   の間で、切り替え自在に構成し、 特定の伝熱管が内部を流れる特定の受熱対象液の昇温に
   使用され、下流側へ昇温された受熱対象液を送る特定伝
   熱管熱交換状態において、他の伝熱管の接続流路を前記
   連通状態に維持し、前記他の伝熱管とその伝熱管の接続
   流路とに亘って循環流路を形成可能に構成されている流
   体加熱装置。
2. 【請求項２】 異なる受熱対象液を内部に流通させる２
   種類以上の伝熱管を備え、前記伝熱管内部を流通する受
   熱対象液と、前記伝熱管外部を流通する給熱側ガスとの
   熱交換を行う主熱交換器を備えた流体加熱装置であっ
   て、 前記伝熱管の少なくとも一つに対して、同一の受熱対象
   液が流れる伝熱管の上流側流路と下流側流路とを接続す
   る接続流路を主熱交換器外部に設け、前記接続流路が連
   通する連通状態と前記接続流路が遮断される遮断状態と
   の間で、切り替え自在に構成し、 前記接続流路に開閉弁を設けると共に、前記開閉弁を制
   御する制御手段を備え、 特定の伝熱管が内部を流れる特定の受熱対象液の昇温に
   使用され、下流側へ昇温された受熱対象液を送る特定伝
   熱管熱交換状態において、前記制御手段が、他の伝熱管
   の接続流路に設けられる開閉弁を開状態に維持する流体
   加熱装置。
3. 【請求項３】 前記接続流路の少なくとも一つが、この
   接続流路内を流れる受熱対象液とは異なった受熱対象液
   が流れる伝熱管の上流側流路と熱交換可能に構成されて
   いる請求項１又は２記載の流体加熱装置。
4. 【請求項４】 前記接続流路の少なくとも一つが、第一
   流路内を流れる第一流体と、第二流路内を流れる第二流
   体との間で熱交換をおこなう副熱交換器における、一方
   の流路として構成され、他方の流路が前記異なった受熱
   対象液が流れる伝熱管の上流側流路の一部である請求項
   １または２記載の流体加熱装置。