JP4779571B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、バーナの燃焼熱により加熱する給湯用熱交換器と、燃焼排ガスの潜熱を回収する潜熱回収熱交換器を備えた給湯装置に関し、特に、前記給湯用熱交換器と潜熱回収熱交換器で加熱された湯水を循環する給湯循環回路に利用側熱交換器を設けた給湯装置に関するものである。

従来この種の燃焼装置としては、特許文献１のように、給水路を通して供給される水をバーナの燃焼により加熱して給湯路に給湯する給湯用熱交換器と、入路を通して供給される加熱対象流体を前記バーナの燃焼により加熱して出路に流出する流体用熱交換器とが設けられている給湯装置であって、前記給湯用熱交換器が前記バーナの燃焼排ガスの顕熱を回収する給湯用顕熱熱交換部と、その給湯用顕熱熱交換部よりも前記バーナの燃焼排ガスの流動方向の下流側に配置され、前記バーナの燃焼排ガスの潜熱を回収する給湯用潜熱熱交換部とを備えて構成され、前記流体用熱交換器が、前記バーナの燃焼排ガスの顕熱を回収する流体用顕熱熱交換部と、その流体用顕熱熱交換部よりも前記バーナの燃焼排ガスの流動方向の下流側に配置され、前記バーナの燃焼排ガスの潜熱を回収する流体用潜熱熱交換部とを備えて構成され、前記給湯用顕熱熱交換部と流体用顕熱熱交換部とが、互いに熱伝導する状態で一体的に形成され、かつ、前記給湯用潜熱熱交換部と流体用潜熱熱交換部とが、互いに熱伝導する状態で一体的に形成された給湯装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２６７２６２号公報

しかしながら、前記従来の給湯装置は、給湯と暖房バーナの燃焼ガスの流出経路中に給湯用熱交換器と流体用熱交換器をそれぞれ配置し、前記給湯用熱交換器に給湯用顕熱熱交換部と給湯用潜熱熱交換部を設け、前記流体用熱交換器に流体用顕熱熱交換部と流体用潜熱熱交換部を設けた構成としているため、顕熱熱交換部と潜熱熱交換部にそれぞれ給湯用熱交換器と流体用熱交換器を一体的に形成する必要があり、給湯用熱交換器及び流体用熱交換器として極めて複雑な構成を強いられるものであった。特に、潜熱熱交換部の構成として、耐食性を高めるためにステンレスパイプと銅管を用いた２重管構造とする場合などはその加工性に課題を有するものであった。

また、バーナで加熱される経路として、給湯用と流体用の２つの経路を形成しているため、配管構成が複雑になるとともに、単独運転時に運転停止側の熱交換器内の残水の沸騰が発生するという課題を有するものであった。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、給湯用熱交換器と潜熱回収用熱交換器で１つの加熱経路を形成し、前記加熱経路の循環水を利用して暖房回路や風呂追い焚き回路に熱量を供給する構成とすることで、前記給湯用熱交換器や潜熱回収用熱交換器に関連しない利用側熱交換器の構成を可能とし、配管構成を含む本体構成の簡素化により器具の小型化、軽量化を実現するとともに、前記加熱経路を給湯回路を主体とすることで給湯性能を優先した使い勝手のよい給湯装置を提供する。また、給湯回路を主体とする１つの加熱経路構成とすることで、単独運転時における熱交換器内の残水沸騰問題を解消するとともに、潜熱回収用熱交換器の耐食性向上のための構成を容易にし、高効率でランニングコストの低減を図った給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、給水路より供給される水をバーナの燃焼により加熱し出湯路に湯水を供給する給湯用熱交換器と、前記バーナの燃焼排ガス経路中に配置し燃焼排ガスの潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器と、前記給湯用熱交換器と潜熱回収用熱交換器を直列に接続して、給水路から潜熱回収用熱交換器を通り給湯用熱交換器を経て出湯路に至る給湯回路と、前記出湯路から分岐し循環ポンプを介して利用側熱交換器に供給した後、前記潜熱回収用熱交換器に戻し、潜熱回収用熱交換器から給湯用熱交換器を通り循環ポンプを介して利用側熱交換器に至る給湯循環回路と、前記給湯用熱交換器から前記給湯循環回路と前記出湯路を分岐する部分に設けた流路切替装置と、
前記給湯循環回路上の前記出湯路との交差点より下流側に設けた流路遮断装置とを備え、前記給湯回路と前記給湯循環回路の同時利用時は、前記給水路から前記潜熱回収用熱交換器を通り前記給湯用熱交換器、前記循環ポンプを介して前記利用側熱交換器に供給した後、前記出湯路に通水を行なうようにしたものである。

これによって、給湯用熱交換器と潜熱回収用熱交換器で１つの加熱経路を形成し、前記加熱経路の循環水を利用して暖房回路や風呂追い焚き回路に熱量を供給する構成としているため、前記給湯用熱交換器や潜熱回収用熱交換器に関連しない利用側熱交換器の構成を可能とし、配管構成を含む本体構成の簡素化により器具の小型化、軽量化を実現するとともに、前記加熱経路を給湯回路を主体とすることで給湯性能を優先した使い勝手のよい給湯装置を提供することができ、また、給湯回路を主体とする１つの加熱経路構成とすることで、単独運転時における熱交換器内の残水沸騰問題を解消するとともに、潜熱回収用熱交換器の耐食性向上のための構成を容易にし、高効率でランニングコストの低減を図った給湯装置を提供することができる。

本発明の給湯装置は、給湯用熱交換器と潜熱回収用熱交換器で１つの加熱経路を形成し、前記加熱経路の循環水を利用して暖房回路や風呂追い焚き回路に熱量を供給する構成とすることで、前記給湯用熱交換器や潜熱回収用熱交換器に関連しない利用側熱交換器の構成を可能とし、配管構成を含む本体構成の簡素化により器具の小型化、軽量化を実現するとともに、前記加熱経路を給湯回路を主体とすることで給湯性能を優先した使い勝手のよい給湯装置を提供することができる。

また、給湯回路を主体とする１つの加熱経路構成とすることで、単独運転時における熱交換器内の残水沸騰問題を解消するとともに、潜熱回収用熱交換器の耐食性向上のための構成を容易にし、高効率でランニングコストの低減を図った給湯装置を提供することができる。

第１の発明は、給水路より供給される水をバーナの燃焼により加熱し出湯路に湯水を供給する給湯用熱交換器と、前記バーナの燃焼排ガス経路中に配置し燃焼排ガスの潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器と、前記給湯用熱交換器と潜熱回収用熱交換器を直列に接続して、給水路から潜熱回収用熱交換器を通り給湯用熱交換器を経て出湯路に至る給湯回路と、前記出湯路から分岐し循環ポンプを介して利用側熱交換器に供給した後、前記潜熱回収用熱交換器に戻し、潜熱回収用熱交換器から給湯用熱交換器を通り循環ポンプを介して利用側熱交換器に至る給湯循環回路と、前記給湯用熱交換器から前記給湯循環回路と前記出湯路を分岐する部分に設けた流路切替装置と、前記給湯循環回路上の前記出湯路との交差点より下流側に設けた流路遮断装置とを備え、前記給湯回路と前記給湯循環回路の同時利用時は、前記給水路から前記潜熱回収用熱交換器を通り前記給湯用熱交換器、前記循環ポンプを介して前記利用側熱交換器に供給した後、前記出湯路に通水を行なうようにしたことを特徴としたものである。これにより給湯用熱交換器と潜熱回収用熱交換器で１つの加熱経路を形成し、前記加熱経路の循環水を利用して暖房回路や風呂追い焚き回路に熱量を供給する構成とすることで、前記給湯用熱交換器や潜熱回収用熱交換器に関連しない利用側熱交換器の構成を可能とし、配管構成を含む本体構成の簡素化により器具の小型化、軽量化を実現するとともに、前記加熱経路を給湯回路を主体とすることで給湯性能を優先した使い勝手のよい給湯装置を提供することができ、また、給湯回路を主体とする１つの加熱経路構成とすることで、単独運転時における熱交換器内の残水沸騰問題を解消するとともに、潜熱回収用熱交換器の耐食性向上のための構成を容易にし、高効率でランニングコストの低減を図った給湯装置を提供することができる。特に、同時運転の際にも暖房運転に必要な高温水を確保しつつ給湯回路に対して高温水から低温水まで幅広い範囲の湯水を
調節して供給することが可能な給湯優先動作を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１、図３は、本発明の第１の実施の形態における給湯装置を示す構造図である。

図において、まず給水路１より供給される水をバーナ２の燃焼により加熱し所定の温度に上昇した後、出湯路３に供給し、前記給水路１と出湯路３を連通して形成したバイパス通路４から給水路１より供給される水の一部をバイパス制御弁５を介して供給することで所望の湯水に調整し、給湯栓６より出湯する給湯回路を構成している。

ここで、バーナ２はガス元電磁弁７、ガス比例弁８、ガス切替弁９が配設されたガス供給路１０より燃料が供給され、燃焼用ファン１１より燃焼用空気が供給されて、予め定められたシーケンスに従い燃焼動作が行われる。そして、バーナ２の燃焼により発生する燃焼ガスは燃焼室１２を通って排気通路１３を経由し排気口１４から器具外に排出される。

この燃焼ガスの排気経路に燃焼ガスの顕熱を回収する給湯用熱交換器１５と燃焼排ガスの潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器１６を配設している。具体的には、バーナ２の下流側燃焼室１２に給湯用熱交換器１５を設け、その下流側排気通路１３に潜熱回収用熱交換器１６を設け、前記給水路１より供給される水を、まず潜熱回収用熱交換器１６に供給し燃焼排ガス中の潜熱を回収したのち、給湯用熱交換器１５に供給しバーナ２の燃焼により所定の高温水に上昇させて出湯路３に供給する。このように従来の給湯用熱交換器１５による熱回収に加え、燃焼排ガスの潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器１６を設けることで、総合的な熱効率を高め省エネを図るものである。

次に、出湯路３から分岐し循環ポンプ１７を介して利用側熱交換器である暖房用熱交換器１８に、潜熱回収用熱交換器１６および給湯用熱交換器１５で加熱された高温水を供給した後、前記潜熱回収用熱交換器１６の上流側給水路１に戻し、潜熱回収用熱交換器１６から給湯用熱交換器１５を通り循環ポンプ１７を介して暖房用熱交換器１８に至る給湯循環回路１９を構成している。循環ポンプ１７の上流側の給湯循環回路１９上に設けられた循環遮断弁２８を構成している。この給湯循環回路１９は、給湯用熱交換器１５の出口近傍の出湯路３から分岐するようにしているため、バーナ２で加熱された高温の湯水を利用して利用側負荷に熱量を供給することが可能であり、後述する暖房回路などに用いると最適である。

また、給湯循環回路１９は図示のごとく、流路切替手段２７を介して出湯路３とつながっている。

ここで、流路切替手段２７及び循環遮断弁２８の配設構成として、図１では給湯熱交換器１２の出口部で出湯路３と給湯循環回路１９を分岐し、この分岐部の下流側の給湯循環回路１９に循環遮断弁２８を設け、さらに、その下流側に設けた暖房用熱交換器１８を経由した給湯循環回路１９に出湯路３と流路切り替えを行う流路切替手段２７を配設した構成とし、給湯単独運転時における暖房用熱交換器１８側での放熱ロスを低減するようにしている。

また、図３では、給湯熱交換器１２の出口部で出湯路３と給湯循環回路１９を分岐し、この分岐部に流路切替手段２７を配設し、その下流側の暖房用熱交換器１８を経由した給湯循環回路１９に循環遮断弁２８を設け、給湯単独運転時における暖房用熱交換器１８側
での放熱ロスを低減するようにしている。

暖房回路２０は、暖房用熱交換器１８の２次側に放熱機２１等の負荷を接続して閉回路を形成し、暖房用ポンプ２２で循環させることにより、前記暖房用熱交換器１８で給湯循環回路１９より供給される高温水と熱交換して暖房熱量を確保するようにしている。

以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用を説明する。

機器の待機時には給湯優先の観点から、循環遮断弁２８は閉待機、流路切替手段２７は図示のように給湯循環回路路側を遮断し出湯路のみの通水となるようにして待機をし、給湯運転時には、給湯栓６を開くと給水路１に配設した給水側流量センサー２３が通水を検知し、この通水信号で燃焼用ファン１１が動作し同時にガス元電磁弁７、ガス比例弁８が開き、バーナ２に燃料と燃焼用空気が供給されて着火動作により燃焼が開始する。このバーナ２の燃焼開始により発生した燃焼ガスは燃焼室１２から排気通路１３を経由して排気口１４より排出される。この燃焼ガスの排気動作の過程において燃焼室１２に配設した給湯用熱交換器１５と排気通路１３に配設した潜熱回収用熱交換器１６で給水路１より供給される水が加熱される。

給湯用熱交換器１５で加熱された湯水は、前記給湯用熱交換器１５と潜熱回収用熱交換器１６を迂回するように給水路１と出湯路３を連通して設けたバイパス通路４に配設したバイパス制御弁５により入水側の水と混合される。混合された湯は遠隔操作用リモコン２４で設定した給湯設定温度になるよう出湯サーミスター２５の信号によりバイパス制御弁５の開度を調整し、給湯接続口２６を経て給湯栓６より給湯される。

このように、給湯単独運転を選択する場合は、遠隔操作用リモコン２４で所望の温度を設定し給湯栓６を開くことで自動的に設定された湯温の湯水を確保することができる。

以上のように本実施の形態においては、給湯の単独運転においては、常に流路切替手段２７は給湯循環回路側を遮断し出湯路のみの通路となるよう制御し、給湯回路のみに通水する事により、利用側熱交換器での不必要な放熱を抑制する事が出来る。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における給湯装置を示す構造図である。なお、第１の実施の形態と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。

暖房運転時には、放熱機２１等の暖房端末装置に内蔵した制御器（図示せず）の運転指令で、暖房回路２０に設けた暖房用ポンプ２２が駆動し、この運転指令に連動して給湯循環回路１９の湯水を循環させる循環ポンプ１７が駆動し、同時にバーナ２の着火動作により燃焼が開始する。このバーナ２の燃焼開始により発生した燃焼ガスは燃焼室１２から排気通路１３を経由して排気口１４より排出される。この燃焼ガスの排気動作の過程において燃焼室１２に配設した給湯用熱交換器１５と排気通路１３に配設した潜熱回収用熱交換器１６で給水路１より供給される水が加熱される。

給湯用熱交換器１５で加熱された湯水は循環ポンプ１７で暖房用熱交換器１８に供給され、水−水熱交換構成により熱交換され暖房回路２０へ伝熱される。暖房用熱交換器２０で受熱した暖房回路２０の熱は、放熱機２１で温風として放熱される。そして、暖房用熱交換器１８で熱交換された高温水は潜熱回収用熱交換器１６の上流側給水路１に戻し、給湯循環回路１９を形成し、放熱機２１からの暖房運転指令が発せられている間、所定の湯温に維持して循環を継続する。このとき、循環遮断弁２８は開待機、流路切替手段２７は図示のように給湯循環回路と出湯路を通水する位置とすることで、後述の同時運転に備え
る事が出来る。

同時運転時には、給湯用熱交換器１５で加熱された湯水は循環ポンプ１７で暖房用熱交換器１８に供給され、水−水熱交換構成により熱交換され暖房回路２０へ伝熱される。暖房用熱交換器１８で受熱した暖房回路２０の熱は、放熱機２１で温風として放熱される。そして、暖房用熱交換器１８で熱交換された高温水は、流路切替手段２７により図示の流路を通り、前記給湯用熱交換器１５と潜熱回収用熱交換器１６を迂回するように給水路１と出湯路３を連通して設けたバイパス通路４に配設したバイパス制御弁５により入水側の水と混合される。混合された湯は遠隔操作用リモコン２４で設定した給湯設定温度になるよう出湯サーミスター２５の信号によりバイパス制御弁５の開度を調整し、給湯接続口２６を経て給湯栓６より給湯される。

このように、暖房単独運転時には、暖房用熱交換器１８に供給する湯水を給湯回路を構成する出湯路３から分岐して取り出し給湯循環回路１９を形成することができる。このとき流路切替手段は給湯循環回路と出湯路を通水する位置とすることにより、同時運転の際にも暖房運転に必要な高温水を確保しつつ給湯回路に対して高温水から低温水まで幅広い範囲の湯水を調節して供給することが可能な給湯優先動作を確保することができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態における給湯装置を示す構造図である。なお、第１の実施の形態と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。

暖房運転時には、放熱機２１等の暖房端末装置に内蔵した制御器（図示せず）の運転指令で、暖房回路２０に設けた暖房用ポンプ２２が駆動し、この運転指令に連動して給湯循環回路１９の湯水を循環させる循環ポンプ１７が駆動し、同時にバーナ２の着火動作により燃焼が開始する。このバーナ２の燃焼開始により発生した燃焼ガスは燃焼室１２から排気通路１３を経由して排気口１４より排出される。この燃焼ガスの排気動作の過程において燃焼室１２に配設した給湯用熱交換器１５と排気通路１３に配設した潜熱回収用熱交換器１６で給水路１より供給される水が加熱される。

給湯用熱交換器１５で加熱された湯水は循環ポンプ１７で暖房用熱交換器１８に供給され、水−水熱交換構成により熱交換され暖房回路２０へ伝熱される。暖房用熱交換器２０で受熱した暖房回路２０の熱は、放熱機２１で温風として放熱される。そして、暖房用熱交換器１８で熱交換された高温水は潜熱回収用熱交換器１６の上流側給水路１に戻し、給湯循環回路１９を形成し、放熱機２１からの暖房運転指令が発せられている間、所定の湯温に維持して循環を継続する。このとき、循環遮断弁２８は開待機、流路切替手段２７は図示のように給湯循環回路を通水する位置とすることで、後述の同時運転に備える事が出来る。

同時運転時には、給湯用熱交換器１５で加熱された湯水は循環ポンプ１７で暖房用熱交換器１８に供給され、水−水熱交換構成により熱交換され暖房回路２０へ伝熱される。暖房用熱交換器１８で受熱した暖房回路２０の熱は、放熱機２１で温風として放熱される。そして、暖房用熱交換器１８で熱交換された高温水は、流路切替手段２７により図示の流路を通り、前記給湯用熱交換器１５と潜熱回収用熱交換器１６を迂回するように給水路１と出湯路３を連通して設けたバイパス通路４に配設したバイパス制御弁５により入水側の水と混合される。混合された湯は遠隔操作用リモコン２４で設定した給湯設定温度になるよう出湯サーミスター２５の信号によりバイパス制御弁５の開度を調整し、給湯接続口２６を経て給湯栓６より給湯される。

このように、暖房単独運転時には、暖房用熱交換器１８に供給する湯水を給湯回路を構
成する出湯路３から分岐して取り出し給湯循環回路１９を形成することができる。このとき循環遮断弁２８は開待機、流路切替手段２７は給湯循環回路を通水する位置とすることにより、同時運転の際にも暖房運転に必要な高温水を確保しつつ給湯回路に対して高温水から低温水まで幅広い範囲の湯水を調節して供給することが可能な給湯優先動作を確保することができる。

以上のように、本発明にかかる給湯装置は、給湯循環回路を主回路として給湯と暖房、または給湯と風呂、または給湯と暖房と風呂を単一の熱源とすることにより、器具の小型化・軽量化ができ、設置スペースの余裕確保、施工性の向上と、潜熱回収熱交換器を備えることにより、高効率化を実現しランニングコストの低減による省エネルギー化を図ることが可能となるため、ガス、石油の給湯風呂装置、給湯暖房機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における給湯装置の構造図 本発明の実施の形態２における給湯装置の構造図 本発明の実施の形態１における給湯装置の構造図 本発明の実施の形態３における給湯装置の構造図

１ 給水路
２ バーナ
３ 出湯路
１５ 給湯用熱交換器
１６ 潜熱回収用熱交換器
１７ 循環ポンプ
１８ 暖房用熱交換器（利用側熱交換器）
１９ 給湯循環回路
２７ 流路切替手段
２８ 循環遮断弁

Claims (1)

1. 給水路より供給される水をバーナの燃焼により加熱し出湯路に湯水を供給する給湯用熱交換器と、
   前記バーナの燃焼排ガス経路中に配置し燃焼排ガスの潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器と、
   前記給湯用熱交換器と潜熱回収用熱交換器を直列に接続して、
   給水路から潜熱回収用熱交換器を通り給湯用熱交換器を経て出湯路に至る給湯回路と、
   前記出湯路から分岐し循環ポンプを介して利用側熱交換器に供給した後、前記潜熱回収用熱交換器に戻し、潜熱回収用熱交換器から給湯用熱交換器を通り循環ポンプを介して利用側熱交換器に至る給湯循環回路と、
   前記給湯用熱交換器から前記給湯循環回路と前記出湯路を分岐する部分に設けた流路切替装置と、
   前記給湯循環回路上の前記出湯路との交差点より下流側に設けた流路遮断装置とを備え、前記給湯回路と前記給湯循環回路の同時利用時は、前記給水路から前記潜熱回収用熱交換器を通り前記給湯用熱交換器、前記循環ポンプを介して前記利用側熱交換器に供給した後、前記出湯路に通水を行なうようにした給湯装置。