JP2007032935A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換系統における液体の流れが停止した際に、熱交換系統に残存している液体が凍結しても熱交換手段に液体が行き渡り、燃焼バーナが正常に動作可能な加熱装置の提供を目的とする
【解決手段】 加熱装置１は、燃焼バーナ１０において発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路３の中途に一次熱交換器４と二次熱交換器５とを有し、これらが接続流路１８によって接続された構成となっている。接続流路１８は、中途に略「Ｕ」字形に屈曲したトラップ構造部３１があり、この上方にバイパス流路３５が設けられた構成となっている。バイパス流路３５は、バイパス流路３５を迂回し、一次熱交換器４に対して直接湯水を供給可能な構成とされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼バーナにおいて発生した燃焼ガスとの熱交換により液体を加熱する加熱装置に関するものであり、特に熱交換手段を複数備えたものに関する。

従来より、下記特許文献１に開示されているような加熱装置がある。下記特許文献１に開示されている加熱装置は、いわゆる潜熱回収型と称される加熱形態を採用したものであり、燃焼ガスが通る通路に複数の熱交換器を配した構成とされている。

また、従来より、下記特許文献２に開示されているように、熱交換器に配管を接続して構成される流路の途中に、配管を略「Ｕ」字形に折り曲げる等して形成されたトラップ構造部を有するものがある。かかる構成の加熱装置では、通液が停止した際に内部に残存している液体が凍結するのを防止すべく、トラップ構造部等に排液手段を設け、通液の停止時に排液可能な構成とされたものが多い。

特開平１１−１４８６４２号公報 特開２０００−１８７０９号公報

上記特許文献１に開示されている潜熱回収型と称される加熱形態を採用した加熱装置についても、特許文献２に開示されている加熱装置のように、液流の停止時に液体が凍結するのを防止すべく、排液手段を設けた構成とされたものがある。かかる構成とした場合、排液手段を作動させて一次熱交換器や二次熱交換器等に残存している液体を排出する排液動作を実施すれば、液体の凍結による不具合を解消可能であると想定される。

しかし、潜熱回収型の加熱装置は、一次熱交換器と二次熱交換器とを接続して構成される熱交換系統が長くなったり、複雑になったりする傾向にある。そのため、従来技術のように排液手段を設けて排液動作を実施しても、一次熱交換器や二次熱交換器に残存している液体は必ずしも排液動作の際に全てが抜けきる訳ではなく、一部の液体が排液動作を完了してから時間をかけて徐々に低所に集まる可能性が高い。従って、従来技術の潜熱回収型の加熱装置では、大部分の液体が抜けた時点で排液動作を完了すると、未だ熱交換系統に残留している湯水が滞留部に排出されずに集まってしまい、凍結してしまう場合がある。

ここで、従来技術の加熱装置の多くは、熱交換系統における液体の流れを検出する検知手段を設け、当該検知手段によって液体の流れが検知されることを条件として燃焼バーナが作動する構成とされている。そのため、上記したようにして滞留部に液体が滞留した状態で凍結を起こすと、給湯などのために熱交換系統を介して液体が供給されても、検知手段まで液体が到達できず、燃焼バーナが正常に動作しなくなるおそれがある。

また、特許文献２に開示されている加熱装置のような構成である場合は、トラップ構造部の上流側と下流側とを繋ぐバイパス流路があるため、凍結しているトラップ構造部を迂回して液体が流れる。そのため、バイパス流路を介して液体が流れる状態において、液体の流れ方向下流側に液体の流れを検知する検知手段を設けておけば、燃焼バーナは作動することとなる。しかし、この場合は、熱交換器に液体が行き渡らず、空である可能性があるため、燃焼バーナが作動すると、いわゆる空焚き状態になってしまうという問題がある。

そこで、本発明では、熱交換系統における液体の流れが停止した際に、熱交換系統に残存している液体が滞留部に滞留し、凍結しても熱交換手段に液体が行き渡り、燃焼バーナが正常に動作可能な加熱装置の提供を目的とする。

そこで、上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、燃焼バーナと、燃焼バーナにおいて発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路とを有し、当該燃焼ガス流路の中途には、燃焼ガスとの熱交換により液体を加熱可能な一次熱交換手段と、当該一次熱交換手段よりも燃焼ガスの流れ方向下流側に配され、一次熱交換手段を通過した燃焼ガスとの熱交換により液体を加熱する二次熱交換手段と、前記一次熱交換手段と二次熱交換手段とを配管接続して構成される熱交換系統を備えたものであり、前記熱交換系統には、当該熱交換系統内に残留している液体が液流の停止に伴って滞留すると想定される滞留部と、当該滞留部よりも高い位置において滞留部に対して液体の流れ方向上流側と下流側とをバイパスし、一次熱交換手段又は二次熱交換手段に液体を供給可能なバイパス流路とが設けられていることを特徴とする加熱装置である。

本発明の加熱装置では、熱交換系統において液体の流れが停止すると液体が滞留部に滞留するが、滞留した液体が凍結を起こして滞留部を液体が通過できない状態になっても、バイパス流路を通って熱交換系統に液体が流れる。そのため、本発明の加熱装置では、一旦熱交換系統における液流が停止した後、液体の凍結して滞留部を液体が通過できなくなっても、再度熱交換系統に液体が供給されるとバイパス流路を通って液流が発生し、燃焼バーナが燃焼作動する。従って、本発明の加熱装置では、滞留部において液体の凍結が発生しても、これに起因する燃焼バーナの動作不良が起こらない。

また、本発明の加熱装置では、バイパス流路を通って液体が流れると、この液体が一次熱交換手段又は二次熱交換手段に流れ込む構成とされている。そのため、本発明の加熱装置では、滞留部が液体の凍結によって通液不可能な状態になっても、一次熱交換手段や二次熱交換手段がいわゆる空焚き状態にならない。

また、同様の知見に基づいて提供される請求項２に記載の発明は、燃焼バーナと、燃焼バーナにおいて発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路とを有し、当該燃焼ガス流路の中途には、燃焼ガスとの熱交換により液体を加熱可能な一次熱交換手段と、当該一次熱交換手段よりも燃焼ガスの流れ方向下流側に配され、一次熱交換手段を通過した燃焼ガスとの熱交換により液体を加熱する二次熱交換手段とが設けられており、前記一次熱交換手段と二次熱交換手段とを配管接続して熱交換系統が構成されたものであり、当該熱交換系統は、一次熱交換手段と二次熱交換手段の中途に滞留部と、滞留部における通液が阻止された状態において滞留部を迂回して一次熱交換手段又は二次熱交換手段に液体を供給可能なバイパス流路とを有することを特徴とする加熱装置である。

本発明の加熱装置では、液体の凍結等によって滞留部を液体が通過できない状態になっても、液体はバイパス流路を介して滞留部を迂回して流れることができる。そのため、本発明の加熱装置では、熱交換系統における通液の停止中に液体が凍結するなどして滞留部を液体が通過できない状態になっても、熱交換系統に液体が再度供給された際に液体がバイパス流路を通って流れる。そのため、本発明の加熱装置では、万一、滞留部に滞留した液体が凍結した状態であっても、熱交換系統に再度液体を供給することによって燃焼バーナが燃焼作動できる。従って、本発明によれば、滞留部における液体の凍結の有無によらず燃焼バーナが燃焼作動可能な加熱装置を提供できる。

また、本発明の加熱装置は、滞留部において液体が凍結した状態であっても、一次熱交換手段や二次熱交換手段に液体が行き渡る構成とされている。そのため、本発明によれば、滞留部が通液不可能な状態であっても一次熱交換手段や二次熱交換手段がいわゆる空焚き状態になるのを防止できる。

ここで、上記請求項１又は２に記載の加熱装置において、上記したような効果を確実に発揮可能とするためには、熱交換系統における通液（給液）の停止時に、加熱通路に残存する液体が極力バイパス流路に流れ込まない構成とすることが望ましい。すなわち、熱交換系統に残存する液体がバイパス流路に侵入して滞留すると、バイパス流路における通液が確保できなくなり、上記したような燃焼バーナの動作不良を解消できない可能性がある。

そこで、かかる知見に基づき、上記請求項１又は２に記載の加熱装置は、バイパス流路が、液体の流れ方向下流側あるいは上流側に向けて傾斜した構成であることが望ましい（請求項３）。

本発明の加熱装置では、バイパス流路が液体の流れ方向下流側あるいは上流側に向けて傾斜しているため、万一バイパス流路に液体が侵入してきたとしても、この液体は傾斜に沿って熱交換系統に流れ込み、バイパス流路に残留しない。そのため、本発明の加熱装置は、熱交換系統に液体が残存し、この液体が凍結したとしても、熱交換系統に再度液体を供給することによって熱交換系統に液流が発生し、燃焼バーナが燃焼作動を開始できる。従って、本発明によれば、万一滞留部において液体が凍結したとしても、熱交換系統に液体を供給すれば燃焼バーナが直ちに作動開始可能な加熱装置を提供できる。

また、上記請求項３に記載の発明と同様の知見に基づいて提供される請求項４に記載の発明は、バイパス流路が、液体の流れ方向上流側から下流側に向けて上り勾配が付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置である。

かかる構成によれば、バイパス流路への液体の侵入や、バイパス流路における液体の凍結を最小限に抑制できる。従って、本発明によれば、熱交換系統に液体を供給すれば燃焼バーナが直ちに作動開始可能な加熱装置を提供できる。

また、上記請求項１〜４のいずれかに記載の加熱装置は、バイパス流路の流路抵抗が、滞留部の流路抵抗よりも大きいことが望ましい（請求項５）。

上記した構成とした場合、熱交換系統に残存した液体は、滞留部に優先的に流れ込み、バイパス流路には流れ込みにくい。そのため、本発明の加熱装置では、万一、熱交換系統に残存した液体が凍結を起こしても、バイパス流路で凍結が起こることは少ない。よって、本発明の加熱装置は、熱交換系統に残存した液体が凍結を起こしても、液体がバイパス流路を通じて流通し、燃焼バーナが燃焼作動を開始できる。従って、本発明によれば、熱交換系統に残留した液体が凍結したとしても、再度熱交換系統に液体を供給することによって燃焼バーナが直ちに作動開始可能な加熱装置を提供できる。

請求項６に記載の発明は、燃焼バーナが、熱交換系統に所定の作動流量以上の液体が流れることを条件として作動するものであり、バイパス流路が、前記作動流量以上の液体を通液可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の加熱装置である。

かかる構成によれば、滞留部が全く通液不可能な状態になっても、熱交換系統に液体を供給することによってバイパス流路を介して液体が流れ、燃焼バーナが燃焼作動を開始可能な加熱装置を提供できる。

ここで、上記請求項１〜６のいずれかに記載の加熱装置において、一次熱交換手段が液体が流れる受熱管を備えたものである場合、バイパス流路は、前記一次熱交換手段に対して液体の流れ方向上流側と、受熱管とをバイパスするものであってもよい（請求項７）。

かかる構成とした場合についても、上記請求項１〜７に記載の加熱装置と同様に、熱交換系統に残留している液体が滞留部に滞留して凍結しても、その後、熱交換系統に液体を供給することによって燃焼バーナが直ちに作動を開始可能な加熱装置を提供できる。

本発明によれば、熱交換系統における液体の流れが停止した際に、熱交換系統に残存している液体が凍結しても熱交換手段に液体が行き渡り、燃焼バーナが正常に動作可能な加熱装置を提供できる。

続いて、本発明の一実施形態である加熱装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１において、１は本実施形態の加熱装置である。加熱装置１は、いわゆる潜熱回収型燃焼装置であり、缶体６の内部に燃料を燃焼する燃焼部２と、燃焼により発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路３とを設けた構成とされている。燃焼ガス流路３の中途には、一次熱交換器４が配されており、一次熱交換器４よりも燃焼ガス流路３の下流側には二次熱交換器５が配されている。燃焼部２は、複数の燃焼管８を並べて構成される燃焼バーナ１０と、点火装置９と、燃焼バーナ１０に対して燃焼に要する空気を供給するための送風機１１とを備えた構成とされている。

一次熱交換器４は、燃焼ガス流路３において燃焼ガスの流れ方向上流側（燃焼バーナ１０側）に配されており、主として燃焼ガスが持つ顕熱を回収する顕熱回収手段として機能するものである。一次熱交換器４は、いわゆるフィン・アンド・チューブ型の熱交換器によって構成されている。一次熱交換器４は、略全体が銅製であり、図１や図２（ａ）に示すように、筒状のケース４ａの内部に並行に並べられた多数のフィン４ｂを横断するように受熱管４ｃを複数取り付けて構成されている。一次熱交換器４は、複数の受熱管４ｃをベンド管４ｄによって接続することによって形成される屈曲した流路を有する。

一次熱交換器４は、受熱管４ｃに連通した入水口１５と出水口１６とを備えている。入水口１５は、一次熱交換器４を加熱装置１に組み込んだ状態において、下方側に位置している。入水口１５は、接続流路１８を介して後述する二次熱交換器５の出水口２７に接続される。そのため、一次熱交換器４には、二次熱交換器５において熱交換された湯水が流入する。

一次熱交換器４の出水口１６には、給湯栓４８に湯水を供給するための給湯配管４１が接続されている。給湯配管４１の中途には、湯水の流量を検知するための流量センサ４５（流量検知手段）が設けられている。加熱装置１は、検知流量が所定の流量（最低作動流量Ｗ）を超えることを条件として燃焼バーナ１０が燃焼作動を開始する構成とされている。

給湯配管４１には、給湯・給水バイパス配管４３が接続されている。給湯・給水バイパス配管４３は、外部の給水源から湯水を供給するための給水配管４０から分岐された配管であり、中途にバイパス流量調整弁４７が設けられている。バイパス流量調整弁４７は、負荷端末等に送り込まれる湯水の温度に基づいて開度がフィードバック制御される。

二次熱交換器５は、中空で箱状のケース部材２２の両端部に平行に配置されたヘッダ２３，２５間に多数の受熱管２４をろう付けして接続した、いわゆる多管型の熱交換器である。二次熱交換器５は、ヘッダ２３側に入水口２６と出水口２７とを有する。

入水口２６は、外部の給水源から湯水を供給するための給水配管４０に接続されている。また、出水口２７は、接続流路１８を介して一次熱交換器４の入水口１５に接続されている。ヘッダ２３は、入水口２６側の空間と、出水口２７側の空間とが独立している。そのため、入水口２６から流入した湯水は、受熱管２４内を流れてケース部材２２を横断し、ヘッダ２５に流入する。

ヘッダ２５に流入した湯水は、ヘッダ２５において流れ方向を逆転してヘッダ２３側に流れ、ヘッダ２３の出水口２７側の空間に流入し、出水口２７から排出される。二次熱交換器５は、上記したようにして湯水が流れて熱交換することにより燃焼ガスの持つ潜熱の大部分を回収する。

本実施形態の加熱装置１は、上記した一次熱交換器４および二次熱交換器５において湯水を加熱する熱交換系統３０を備えている。熱交換系統３０は、一次熱交換器４と二次熱交換器５とを接続流路１８で接続した構成とされている。

接続流路１８は、一次熱交換器４の入水口１５と二次熱交換器５の出水口２７とを繋ぐ流路である。図１にハッチングで示すように、接続流路１８は、中途にトラップ構造部３１（滞留部）を有する。トラップ構造部３１は、二次熱交換器５側から一次熱交換器４よりも下方まで立ち下がった後、一次熱交換器４の入水口１５まで立ち上がる構造となっている。また、トラップ構造部３１は、加熱装置１への組み付け状態において、熱交換系統３０を構成する他の部位よりも低い場所に位置している。そのため、熱交換系統３０における流水が停止すると、熱交換系統３０内に残留している湯水はトラップ構造部３１に集まって滞留する。

トラップ構造部３１は、トラップ構造部３１を構成する配管の肉厚は、一次熱交換器４の受熱管４ｃや二次熱交換器５の受熱管２４の肉厚よりも分厚い。そのため、トラップ構造部３１は、強度が高く、滞留した湯水が凍結を起こしても配管の割れ等が起こりにくい。

また、トラップ構造部３１の容量は、熱交換系統３０における流水の停止後、後述する水抜き動作を行ってトラップ構造部３１に溜まる湯水を排出流路３２を介して排出した後に、二次熱交換器５等から出てくると想定される湯水の量よりも大きく設定されている。本実施形態では、トラップ構造部３１の容量が約２０〜３０［ｍｌ］程度となるように調整されている。

また、トラップ構造部３１に繋がる接続流路１８を構成する配管は、二次熱交換器５側から立ち下がる部分が図２（ｂ）に示すように略「く」字形に屈曲しており、トラップ構造部３１を構成する配管と略直交している。そのため、バイパス流路３５に湯水が流れ込んだとしても、バイパス流路３５における水流がなくなると、湯水がスムーズに流れ落ちる。また、トラップ構造部３１と一次熱交換器４とを繋ぐ配管についても、略「く」字形に屈曲しており、トラップ構造部３１を構成する配管と略直交している。そのため、バイパス流路３５をバイパスする湯水は、スムーズに一次熱交換器４側に流れ込む。

トラップ構造部３１を構成する配管は、図２に示すように、略全体が一次熱交換器４の下方に位置する缶体６の外周面６ａに沿うように配されている。そのため、燃焼バーナ１０が燃焼作動を行うと、トラップ構造部３１を構成する配管は、略全体が缶体６からの伝熱を受けて加熱される。

トラップ構造部３１には、排出流路３２が接続されている。排出流路３２は、接続流路１８における通水の停止時に滞留する湯水を排出するための流路であり、排出流路３２の中途に設けられた排出弁３３を開くことにより、トラップ構造部３１に溜まった湯水を排出することができる。

接続流路１８は、トラップ構造部３１に対して湯水の流れ方向上流側と下流側とをバイパスするバイパス流路３５を有する。また、バイパス流路３５は、トラップ構造部３１よりも上方に位置している。そのため、バイパス流路３５は、トラップ構造部３１において湯水が凍結するなどして、トラップ構造部３１における湯水の流れが阻止された状態において、トラップ構造部３１を迂回して通水可能な構造となっている。

バイパス流路３５は、図１に示すように二次熱交換器５側から流れてくる湯水の流れ方向下流側の端部と接続流路１８との接続部Ｃ１が、前記湯水の流れ方向上流側の端部と接続流路１８との接続部Ｃ２よりも上側に位置するように接続されている。すなわち、バイパス流路３５は、接続流路１８を流れる湯水の流れ方向下流側から上流側に向けて上り勾配が付けられた状態となっている。そのため、接続流路１８を介して湯水が二次熱交換器５側からトラップ構造部３１側に滴下してきても、この湯水はバイパス流路３５に侵入しない。

バイパス流路３５の開口径ｄ１は、上記した最低作動流量Ｗ以上の流量の湯水が通過できる大きさとされている。また、バイパス流路３５の開口径ｄ１は、接続流路１８の開口径ｄ２よりも小さい。さらに具体的には、バイパス流路３５の開口径ｄ１は、接続流路１８の開口径ｄ２の約１／３〜２／３程度の範囲とされている。本実施形態では、開口径ｄ１が開口径ｄ２の約１／２とされている。そのため、バイパス流路３５は、トラップ構造部３１に比べて流路抵抗が大きい。従って、本実施形態の加熱装置１では、接続流路１８に流れ込んだ湯水がトラップ構造部３１側に優先的に流れ、バイパス流路３５側に湯水が流れ込みにくい。

続いて、本実施形態の加熱装置１の動作について説明する。本実施形態の加熱装置１は、給湯栓４８が開栓されると、給水配管４０を介して外部の給水源から二次熱交換器５に湯水が供給される。これに伴って、湯水が一次熱交換器４、二次熱交換器５および接続流路１８によって構成される熱交換系統３０や、これに接続された給湯配管４１に順次湯水が流れる。さらに具体的には、二次熱交換器５の入水口２６から湯水が流入すると、ヘッダ２３，２５間に配された各受熱管２４に湯水が流れ、出水口２７から二次熱交換器５の外部に出る。出水口２７から出た湯水は、接続流路１８を通過し、一次熱交換器４の入水口１５から受熱管４ｃに流れ込む。受熱管４ｃを流れる湯水は、出水口１６から一次熱交換器４の外部に取り出され、給湯配管４１を介して給湯栓４８に供給される。

上記したようにして、給湯栓４８が開栓された後、流量センサ４５によって給湯配管４１において所定量を超える湯水の流れが検知されると、燃焼バーナ１０において燃焼動作が開始される。燃焼バーナ１０が燃焼動作を開始すると、これに伴って発生した高温の燃焼ガスが燃焼ガス流路３を上方に向けて流れる。

燃焼ガス流路３を流れる燃焼ガスは、一次熱交換器４を通過する際に受熱管４ｃを流れる湯水と熱交換し、顕熱の大部分が回収される。また、一次熱交換器４を通過した燃焼ガスは、燃焼ガス流路３において燃焼ガスの流れ方向下流側、すなわち上方側に配された二次熱交換器５のケース部材２２内に流入する。ケース部材２２内に流入した燃焼ガスは、各受熱管２４内を流れる湯水と熱交換する。これにより、燃焼ガスに残存していた顕熱に加えて、燃焼ガスの持つ潜熱の大部分が回収される。燃焼ガスは、二次熱交換器５において潜熱が回収された後、加熱装置１の外部に排出される。

一方、給湯栓４８が閉栓されると、上記した湯水の流れが停止する。これに伴って、給水配管４０や給湯配管４１、給湯・給水バイパス配管４３に加えて、一次熱交換器４と二次熱交換器５とを接続流路１８で接続した熱交換系統３０にも湯水が残ることとなる。

ここで、気温が高い場合や、給湯栓４８が閉栓された後、短期間の内に再度給湯栓４８が開栓されると想定される場合は、熱交換系統３０等に湯水が残存していたとしても、これが凍結を起こす可能性が低い。しかし、気温が湯水の凍結する可能性がある程度に低い場合や、給湯栓４８が閉栓された後、長期間にわたって給湯栓４８が閉栓されたままの状態で維持される場合は、熱交換系統３０等に残存している湯水が凍結を起こし、一次熱交換器４や二次熱交換器５等が破損するおそれがある。そこで、加熱装置１は、かかる事態が想定される場合に、トラップ構造部３１に接続された排出流路３２の排出弁３３を開栓することにより、一次熱交換器４や二次熱交換器５に残存している湯水を排出する水抜き動作を実施し、凍結を防止可能な構成とされている。

上記したように、加熱装置１は、水抜き動作を実施することにより、接続流路１８に残存している湯水を排出可能な構成とされている。しかし、加熱装置１において採用されている一次熱交換器４や二次熱交換器５の構造上の理由等によって、水抜き動作時に熱交換系統３０等に残存している湯水が一度に抜けきらず、残存してしまう可能性がある。そのため、加熱装置１では、水抜き動作の終了に伴って排出弁３３を閉栓した後に、一次熱交換器４や二次熱交換器５に残存している湯水がトラップ構造部３１に集まり、溜まってしまうことがある。

上記したようにしてトラップ構造部３１に湯水が溜まり、これが凍結すると、給湯栓４８が再度開栓され、二次熱交換器５側から接続流路１８に湯水が流れ込んできても、この湯水はトラップ構造部３１を通過できない。すなわち、トラップ構造部３１において湯水が凍結した状態になると、トラップ構造部３１における通水が阻止された状態になる。そのため、トラップ構造部３１において湯水が凍結した状態で給湯栓４８が開栓されると、接続流路１８に流れ込んだ湯水は、トラップ構造部３１を迂回し、バイパス流路３５を介して一次熱交換器４側に流れ込む。

上記したようにバイパス流路３５の開口径ｄ１は、最低作動流量Ｗ以上の湯水が通過可能な大きさとされている。そのため、湯水の凍結に伴ってトラップ構造部３１が通水不可能な状態になっていても、給湯栓４８を開栓することにより、最低作動流量Ｗ以上の湯水がバイパス流路３５を通って湯水が一次熱交換器４および給湯配管４１に流れ込み、燃焼バーナ１０が燃焼作動を再開できる。

上記したようにして燃焼バーナ１０において燃焼作動が開始されると、これによって発生した熱エネルギーが缶体６に隣接する位置に配されたトラップ構造部３１の配管に伝達する。これにより、トラップ構造部３１内において凍結している湯水が次第に溶け、トラップ構造部３１に湯水が流れるようになる。

上記したように、本実施形態の加熱装置１では、接続流路１８の中途にトラップ構造部３１が設けられており、水抜き動作の際に熱交換系統３０を構成する二次熱交換器５等から抜けきらずに残存した湯水がトラップ構造部３１に溜まる構成とされている。トラップ構造部３１を構成する配管は、一次熱交換器４や二次熱交換器５を構成する受熱管４ｃ，２４のように伝熱特性を考慮する必要がないため、これらの受熱管４ｃ，２４よりも肉厚で強度が高い。そのため、加熱装置１は、水抜き動作の後、トラップ構造部３１に湯水が溜まって凍結しても、熱交換系統３０の破損等が起こらない。

また、加熱装置１は、トラップ構造部３１よりも上方にバイパス流路３５が設けられた構成となっているため、水抜き動作の後にトラップ構造部３１に滞留する湯水が凍結し、トラップ構造部３１を湯水が通過できない状態であっても、接続流路１８を介して供給される湯水をバイパス流路３５を介して一次熱交換器４側に送り込むことができる。また、バイパス流路３５は、燃焼バーナ１０の作動条件となる最低作動流量Ｗ以上の流量で湯水を流すことができる構成となっている。そのため、加熱装置１は、トラップ構造部３１が凍結状態であっても、給湯栓４８を開栓することによって直ちに燃焼バーナ１０が燃焼作動を開始できる。すなわち、加熱装置１は、トラップ構造部３１の凍結に伴う通水不良や、これに起因する燃焼バーナ１０の作動不良が起こらない。

加熱装置１において、バイパス流路３５は、湯水の流れ方向下流側における接続部Ｃ１が、湯水の流れ方向上流側における接続部Ｃ２よりも高い位置にある。すなわち、バイパス流路３５は、湯水の流れ方向上流側から下流側に向けて上り勾配が付いた流路である。そのため、上記した構成によれば、二次熱交換器５側から流れてきた湯水がバイパス流路３５に侵入しにくい。従って、加熱装置１は、バイパス流路３５に湯水が残存したり、バイパス流路３５が凍結するといった不具合が起こりにくい。

なお、上記実施形態では、水抜き動作の際に二次熱交換器５に湯水が残留する可能性が高いため、バイパス流路３５の湯水の流れ方向下流側（二次熱交換器５側）の接続部Ｃ１が、湯水の流れ方向上流側（二次熱交換器５側）の接続部Ｃ２よりも高くなるように傾斜させた構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、例えば水抜き動作の際に一次熱交換器４側に湯水が残留する可能性が高いと想定される場合は、バイパス流路３５の傾斜を逆転させ、接続部Ｃ１側を接続部Ｃ２側よりも低くなるようにしてもよい。また、バイパス流路３５に湯水が入ったり、残留するのを防止するためには、バイパス流路３５を傾斜させることが望ましいが、バイパス流路３５は傾斜しない構成としてもよい。

バイパス流路３５の開口径ｄ１は、上記したようにトラップ構造部３１の開口径ｄ２よりも小さいことが望ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく。開口径ｄ１が開口径ｄ２と同等であったり、開口径ｄ２よりも大きいものであってもよい。

また、バイパス流路３５は、配管の開口径ｄ１をトラップ構造部３１の開口径ｄ２よりも小さくすることによって通路抵抗をトラップ構造部３１よりも大きくしたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば接続部Ｃ１，Ｃ２のいずれか一方側又は双方の端部のみを縮径した構成とするなどしてもよい。

加熱装置１は、トラップ構造部３１において湯水が凍結した状態になっても、バイパス流路３５を通って湯水が流れ、一次熱交換器４に液体が行き渡る。そのため、加熱装置１は、トラップ構造部３１が通液不可能な状態であっても一次熱交換器４がいわゆる空焚き状態にならない。

上記実施形態では、トラップ構造部３１を構成する配管が、缶体６の外周面６ａに沿うように配されており、缶体６からの伝熱により暖められる構成となっている。そのため、加熱装置１は、トラップ構造部３１が凍結状態になっても、バイパス流路３５を通って湯水が流れて燃焼バーナ１０が作動し始め、これによって缶体６が加熱されると、この熱の影響によりトラップ構造部３１の凍結状態が解除される。そのため、加熱装置１は、トラップ構造部３１が凍結しても、燃焼バーナ１０の作動開始からまもなくトラップ構造部３１を湯水が通過する通常の通水状態に戻る。

上記実施形態においてトラップ構造部３１は、図１等に示すように略「Ｕ」字形の形状を有するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、略「Ｓ」字形等、適宜の形状とすることができる。すなわち、トラップ構造部３１は、熱交換系統３０における湯水の流れが停止した際に、熱交換系統３０に残存している湯水が滞留するような形状であればよい。

また、上記実施形態の加熱装置１は、熱交換系統３０を構成する接続流路１８の中途にトラップ構造部３１を設けた構成であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図３に示す加熱装置５０のように、トラップ構造部３１を設けない構成としてもよい。かかる構成とした場合、熱交換系統３０における通水が停止した後、水抜き動作を実施すると、図３にハッチングで示すように一次熱交換器４を構成する受熱管４ｃのうち、下方に位置する受熱管４ｃに水抜き動作の際に熱交換系統３０から抜けきらなかった湯水が滞留することとなる。すなわち、加熱装置５０では、図３にハッチングで示す部位（滞留部５１）に、上記したトラップ構造部３１と同様に湯水が滞留することとなる。

加熱装置５０のようにトラップ構造部３１を設けない構成とする場合は、図３に示すように、滞留部５１を構成する受熱管４ｃよりも上方にバイパス流路３５を設けた構成とすれば、上記した加熱装置１と同様の作用効果を発揮することができる。さらに具体的には、加熱装置５０では、接続流路１８の滞留部５１よりも湯水の流れ方向上流側の部位と、滞留部５１を構成する受熱管４ｃよりも上方に位置する受熱管４ｃとをバイパス流路３５で繋ぎ、連通させた構成とすればよい。かかる構成とした場合、水抜き動作の後、一次熱交換器４の底部側に残留する湯水が凍結しても、再度給湯栓４８を開くことによって供給される湯水は、バイパス流路３５を通じて一次熱交換器４を通過することができる。そのため、加熱装置５０のような構成とすることによっても、加熱装置１と同様に水抜き動作の後に滞留部５１に滞留している湯水が凍結した状態であっても、直ちに給湯動作を再開することができる。

また、加熱装置５０は、一次熱交換器４を構成する一部の受熱管４ｃによって構成される滞留部５１において湯水が凍結した状態であっても、残りの受熱管４ｃにバイパス流路３５を介して湯水が流れ込む構成とされている。ここで、滞留部５１を構成する受熱管４ｃは、湯水が残存して凍結したものであるため、燃焼バーナ１０が作動して高温の燃焼ガスにさらされると、すぐに凍結している湯水が溶けるため空焚き状態にならない。また、残りの受熱管４ｃについても、燃焼バーナ１０の作動時には、バイパス流路３５を介して供給される湯水が流れるため空焚き状態にならない。従って、加熱装置５０のような構成とした場合についても、滞留部５１において湯水が凍結している状態で燃焼バーナが作動しても空焚き状態にならない。

加熱装置５０のように、一次熱交換器４の一部に滞留部５１が形成される場合は、滞留部５１を構成する受熱管４ｃに大量の湯水が流れ込んで凍結を起こすと、受熱管４ｃの破損等が起こる可能性がある。しかし、加熱装置５０では、一次熱交換器４の底側を横切るように配された受熱管４ｃ全体が滞留部５１として機能するため、滞留部５１の容積が比較的大きい。そのため、加熱装置５０のような構成とした場合についても、水抜き動作後に滞留部５１に集まる湯水の凍結に伴う一次熱交換器４の破損等が起こりにくい。

上記した加熱装置１，５０は、それぞれ給湯栓４８に供給する湯水を加熱するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば風呂に落とし込むための湯水や、暖房端末等の負荷端末に対して供給する湯水や熱媒体を加熱する構成としてもよい。

また、上記した加熱装置１，５０は、いずれも単一の熱負荷（給湯）に対して使用される湯水を加熱する、いわゆる一缶一水型の加熱装置であった。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば上記した構成と同様の構成を給湯用の湯水を加熱するための加熱系統と、風呂への落とし込みを行うための湯水を加熱する加熱系統とを単一の缶体に配した、いわゆる一缶二水型の加熱装置等に適用してもよい。

上記した加熱装置１，５０は、いずれも一次熱交換器４や二次熱交換器５の下方に燃焼バーナ１０が配された構成であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、一次熱交換器４や二次熱交換器５の上方側に燃焼バーナ１０を配して上方から下方に向けて火炎を形成する、いわゆる逆燃焼式の燃焼形態を取るものであってもよい。

また、上記した逆燃焼式の燃焼形態を採用した場合は、熱エネルギーの回収効率の観点から、加熱装置１，５０とは一次熱交換器４と二次熱交換器５との上下の位置関係を入れ替えることが望ましい。すなわち、逆燃焼式の燃焼形態を採用した場合は、燃焼ガスが上方から下方に向けて流れるため、熱交換効率を最適化するためには、一次熱交換器４を上方（燃焼ガスの流れ方向上流側）に配し、二次熱交換器５を下方（燃焼ガスの流れ方向下流側）に配した構成とすることが望ましい。

上記したように一次熱交換器４と二次熱交換器５との位置関係を入れ替えた場合、加熱装置１のように、接続流路１８に下方に配される二次熱交換器５よりも下方側の位置まで立ち下がるトラップ構造部３１を設けると共に、この上方にバイパス流路３５を設けた構成とすることにより、水抜き動作の後にトラップ構造部３１に滞留する湯水の凍結したとしても、直ちに給湯動作を再開可能な加熱装置を提供できる。

また、上記したように一次熱交換器４を二次熱交換器５の上方に配した構成とする場合、加熱装置５０のように、接続流路１８の中途に、下方に配される二次熱交換器５の受熱管２４のうち、水抜き動作後に湯水が滞留すると想定される部位に配されるもの（滞留部）よりも上方に位置する受熱管２４とバイパスするバイパス流路３５を設けた構成とすることによっても、水抜き動作の後に前記滞留部に滞留する湯水の凍結に伴う燃焼バーナ１０の作動不良を解消することができる。

上記実施形態では、一次熱交換器４としてフィン・アンド・チューブ型の熱交換器を採用し、二次熱交換器５として多管型の熱交換器を採用した例を例示したが、当該構成は本発明の一実施形態に過ぎず、例えばいわゆるプレートフィン型と称される熱交換器のように他の形態の熱交換器を備えた構成であってもよい。

本発明の一実施形態である加熱装置を示す作動原理図である。 （ａ）図１に示す加熱装置において採用される一次熱交換器およびトラップ構造部の構造を示す天面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ方向矢視図、（ｃ）は（ａ）のＢ方向矢視図、（ｄ）は（ａ）のＣ方向矢視図である。 図１に示す加熱装置の変形例を示す作動原理図である。

符号の説明

１，５０ 加熱装置
３ 燃焼ガス流路
４ 一次熱交換器
４ｃ 受熱管
５ 二次熱交換器
１０ 燃焼バーナ
２４ 受熱管
３０ 熱交換系統
３１ トラップ構造部（滞留部）
３５ バイパス流路
４５ 流量センサ（流量検知手段）
５１ 滞留部

Claims (7)

1. 燃焼バーナと、燃焼バーナにおいて発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路とを有し、
   当該燃焼ガス流路の中途には、燃焼ガスとの熱交換により液体を加熱可能な一次熱交換手段と、当該一次熱交換手段よりも燃焼ガスの流れ方向下流側に配され、一次熱交換手段を通過した燃焼ガスとの熱交換により液体を加熱する二次熱交換手段と、前記一次熱交換手段と二次熱交換手段とを配管接続して構成される熱交換系統を備えたものであり、
   前記熱交換系統には、当該熱交換系統内に残留している液体が液流の停止に伴って滞留すると想定される滞留部と、
   当該滞留部よりも高い位置において滞留部に対して液体の流れ方向上流側と下流側とをバイパスし、一次熱交換手段又は二次熱交換手段に液体を供給可能なバイパス流路とが設けられていることを特徴とする加熱装置。
2. 燃焼バーナと、燃焼バーナにおいて発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路とを有し、
   当該燃焼ガス流路の中途には、燃焼ガスとの熱交換により液体を加熱可能な一次熱交換手段と、当該一次熱交換手段よりも燃焼ガスの流れ方向下流側に配され、一次熱交換手段を通過した燃焼ガスとの熱交換により液体を加熱する二次熱交換手段とが設けられており、
   前記一次熱交換手段と二次熱交換手段とを配管接続して熱交換系統が構成されたものであり、
   当該熱交換系統は、一次熱交換手段と二次熱交換手段の中途に滞留部と、滞留部における通液が阻止された状態において滞留部を迂回して一次熱交換手段又は二次熱交換手段に液体を供給可能なバイパス流路とを有することを特徴とする加熱装置。
3. バイパス流路が、液体の流れ方向下流側あるいは上流側に向けて傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
4. バイパス流路が、液体の流れ方向上流側から下流側に向けて上り勾配が付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
5. バイパス流路の流路抵抗が、滞留部の流路抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加熱装置。
6. 燃焼バーナは、熱交換系統に所定の作動流量以上の液体が流れることを条件として作動するものであり、
   バイパス流路は、前記作動流量以上の液体を通液可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の加熱装置。
7. 一次熱交換手段は、液体が流れる受熱管を備えたものであり、
   バイパス流路が、前記一次熱交換手段に対して液体の流れ方向上流側と、受熱管とをバイパスするものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の加熱装置。

Images