JP2011047566A - 給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、二次熱交換器の凍結による不具合を迅速に解消する。
【解決手段】一次熱交換器６と二次熱交換器７とを備えた潜熱回収型の給湯回路２において、一次熱交換器６と二次熱交換器７とを接続する連結管１０と給水管８との間には、二次熱交換器７をバイパスするパイパス管３５が接続されている。このバイパス管３５は、具体的には連結管１０に接続される水抜き管を介して連結管１０に接続されており、その内径は、水抜き管との接続際が、給湯回路２において給湯バーナ５が燃焼動作するのに必要な最小水量が得られる径となって、当該最小水量を一次熱交換器６へ通水させるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一次熱交換器と二次熱交換器とを備えた潜熱回収型の給湯器に関する。

潜熱回収型の給湯器は、バーナの燃焼排気経路の上流側に、燃焼排気の顕熱と伝熱管内の通水と熱交換する一次熱交換器を、下流側に、燃焼排気の潜熱と伝熱管内の通水と熱交換する二次熱交換器を夫々配設すると共に、通水経路の上流側に二次熱交換器を、下流側に一次熱交換器を夫々配設して、高い熱効率を得るようにしている。
しかし、このような給湯器においては、冬季や寒冷地では熱交換器の伝熱管内に残存する水が凍結して使用できなくなる可能性がある。この凍結は特に二次熱交換器において生じやすい。潜熱回収を目的として伝熱管の径が小さくなるため、水抜きを行っても伝熱管内に水が残ってしまうことがあるからである。そこで、特許文献１では、二次熱交換器の複数の伝熱管の周囲に、枠状の熱伝導部材を設けてヒータと接触させ、ヒータの熱を熱伝導部材を介して伝熱管に伝達させることで凍結防止を図る発明が開示されている。

特開２００８−１５１４７３号公報

しかし、上記特許文献１の発明では、二次熱交換器に熱伝導部材やヒータを新たに付加して長時間加熱する必要があるため、コストアップに繋がる。また、熱伝導部材だけでは局所的な加熱はできるものの、熱交換器全体に熱が伝達されず、凍結防止効果が十分に発揮できないという問題点もある。

そこで、本発明は、ヒータや熱伝導部材を設けない簡単な構成で、二次熱交換器の凍結による不具合を迅速に解消できる給湯器を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、通水経路に、二次熱交換器をバイパスしてバーナの燃焼動作に必要な最小水量を一次熱交換器に通水させるバイパス管を設けたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、通水経路における二次熱交換器と一次熱交換器との間に水抜き管を接続して、バイパス管を二次熱交換器の上流側と水抜き管との間で上下方向に接続したことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、バイパス管は、少なくとも下流端が最小水量を通水させる内径を有することを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、バイパス管を設ける簡単な構成で、二次熱交換器が凍結してもバーナの燃焼が可能となり、燃焼排気が二次熱交換器の伝熱管全体をくまなく加熱する。よって、二次熱交換器が凍結してもバーナの加熱によって短時間で解凍でき、使い勝手を損なうことはない。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、水抜き管から水抜きを行う際にバイパス管内に水が残るおそれがなくなる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、一次熱交換器への最小水量を確保しつつ、バイパス管内への水の残留が防止できる好適な形態となる。

風呂・給湯システムの概略回路図である。 二次熱交換器のバイパス部分の斜視図である。 二次熱交換器のバイパス部分の変更例の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、風呂・給湯システムの概略回路図で、風呂・給湯システム１は、給湯燃焼室４内に給湯バーナ５，５・・、一次熱交換器６、二次熱交換器７を夫々備えて水道水を加熱し出湯させる給湯器としての給湯回路２と、風呂燃焼室２０内に風呂バーナ２１及び風呂熱交換器２２を備えて風呂の追い炊き等に利用される風呂回路３とからなる。
まず給湯回路２において、二次熱交換器７の入口には、給湯水量センサ９を備えて上水道から水道水を供給する給水管８が接続され、二次熱交換器７の出口と一次熱交換器６の入口との間には、二次熱交換器７で加熱された湯を一次熱交換器６へ供給する連結管１０が接続されて、一次熱交換器６の出口に、給湯サーミスタ１２を備えて一次熱交換器で加熱された湯を出湯する出湯管１１が接続されている。１３は給湯栓である。

また、給湯燃焼室４内において、一次熱交換器６は給湯バーナ５の燃焼排気経路の上流側に、二次熱交換器７は燃焼排気経路の下流側に夫々配設されて、伝熱管内の通水を燃焼排気と熱交換させる。給湯バーナ５へのガスの供給を行うガス管１４には、上流側からガス元電磁弁１５、給湯ガス比例制御弁１６、各給湯バーナ５への分岐管ごとの給湯切替電磁弁１７，１７・・が夫々設けられている。給湯燃焼室４の下方には、燃焼用空気を各給湯バーナ５及び風呂バーナへ供給するファン１８が設けられている。

一方、風呂回路３において、風呂熱交換器２２と浴槽２３との間には、循環ポンプ２５及び風呂サーミスタ２６を備えた戻り配管２４と、往き配管２７とが接続されている。戻り配管２４には、出湯管１１から分岐されて給湯用電磁弁２９及び落とし込み水量センサ３０を備えた落とし込み管２８が接続され、落とし込み管２８に設けた給湯用電磁弁２９を開弁させることで、給湯回路２で加熱された湯を浴槽２３へ供給可能となっている。また、風呂バーナ２１に接続されるガス管１４からの分岐管には、切替電磁弁３１が設けられている。３２はコントローラ、３３は給湯リモコン、３４は風呂リモコンである。

そして、給湯回路２の通水経路には、二次熱交換器７をバイパスするパイパス管３５が接続されている。このバイパス管３５は、具体的には図２に示すように、連結管１０の途中に設けられたジョイント３６に接続される水抜き管３７と給水管８との間へ上下方向に接続されるもので、バイパス管３５の内径は、水抜き管３７との接続際となる上端部分が、給湯回路２において給湯バーナ５が燃焼動作するのに必要な最小水量（例えば２．５リットル／ｍ）が得られる径（例えばφ３．０ｍｍ）となって、その他の部分は上端部分よりも大径（例えばφ４．８ｍｍ）となっている。このように上端部分の径を絞ったのは、内径が大きすぎると二次熱交換器７への水量が少なくなって熱効率が低下するおそれがあるからで、その他の部分を大径としたのは、全体の径が小さすぎるとバイパス管３５の水抜きが確実に行えないおそれがあるからである。

以上の如く構成された風呂・給湯システム１においては、まず通常の給湯は以下の如くなされる。
出湯管１１に設けられた給湯栓１３が開栓されて器具内に通水され、その通水を給湯水量センサ９で検知すると、コントローラ３２は、ファン１８を所定時間回転させて、給湯燃焼室４及び風呂燃焼室２０内に貯留している燃焼排気を排出させる（プリパージ）。その後、ガス管１４のガス元電磁弁１５、各給湯切替電磁弁１７を開弁させ、給湯ガス比例制御弁１６を所定開度で開弁させて、各給湯バーナ５へガスを供給すると共に、イグナイタ１９を作動させて給湯バーナ５，５・・に点火する。

すると、給湯バーナ５の燃焼排気は、まず一次熱交換器６を通過して伝熱管の通水と熱交換した後、二次熱交換器７を通過して伝熱管の通水と熱交換して外部へ排出される。これにより、一次熱交換器６で顕熱が、二次熱交換器７で潜熱が夫々回収されて加熱された湯が給湯栓１３から出湯される。二次熱交換器７で発生したドレンは、中和器３８で中和されて排出される。
コントローラ３２は、出湯管１１の給湯サーミスタ１２によって出湯温度を監視し、出湯温度が給湯リモコン３３又は風呂リモコン３４によって指示された設定温度となるように、給湯切替電磁弁１７の開閉制御と、給湯ガス比例制御弁１６の開度調整とを行うと共に、ファン１８の回転数制御によって空気量を連続的に変化させる。給湯栓１３を閉じると、給湯水量センサ９の信号停止を確認したコントローラ３２は、ガス元電磁弁１５及び給湯切替電磁弁１７を閉じて給湯バーナ５を消火させ、所定時間ファン１８を回転させる（ポストパージ）。

一方、風呂回路３において、給湯リモコン３３又は風呂リモコン３４の自動スイッチを押すと、コントローラ３２は、落とし込み管２８の給湯用電磁弁２９を開弁して給湯回路２に通水させて給湯バーナ５を燃焼させる。出湯管１１からの湯は、落とし込み管２８及び戻り配管２４を通って浴槽２３に供給される。落とし込み管２８に設けた落とし込み水量センサ３０で検出した水量が設定水量に達すると、給湯用電磁弁２９を閉じて通水を停止し、給湯バーナ５を消火させる。

次に、循環ポンプ２５が作動し、風呂回路３内で浴槽２３の湯を循環させる。このとき、戻り配管２４に設けた風呂サーミスタ２６で湯の温度を監視し、当該温度が設定温度以下であると、風呂バーナ２１が点火される。よって、風呂熱交換器２２と浴槽２３との間を循環する風呂循環水は設定温度まで加熱される。設定温度に達すると、風呂バーナ２１の燃焼を停止させ、循環ポンプ２５を停止させる。

そして、冬季の凍結防止対策として、水抜き管３７に設けた図示しないバルブを開くと、二次熱交換器７内の水を、連結管１０からジョイント３６、水抜き管３７を介して外部へ排出することができる。但し、二次熱交換器７は伝熱管が細いことから、完全に排水されずに水が残り、そのまま凍結してしまう場合があるため、この状態で給湯栓１３を開いた際、給水管８からの水道水は二次熱交換器７内を流れない。しかし、バイパス管３５によって二次熱交換器７がバイパスされているため、水道水はバイパス管３５から連結管１０を介して直接一次熱交換器６へ流れ、器具内の通水が確保されて給湯バーナ５が燃焼する。従って、二次熱交換器７が凍結状態でも出湯される。

こうして給湯バーナ５が燃焼することで、二次熱交換器７全体が加熱されて凍結部分が解凍するため、二次熱交換器７への通水が復活して潜熱回収が可能となる。凍結した二次熱交換器７が通水するまでは小径のバイパス管３５を使用することで出湯量が抑えられることになるが、短時間で解凍して出湯量が元に戻るため、使い勝手への影響は少なくて済む。

このように、上記形態の風呂・給湯システム１によれば、通水経路に、二次熱交換器７をバイパスして給湯バーナ５の燃焼動作に必要な最小水量を一次熱交換器６に通水させるバイパス管３５を設けたことで、バイパス管３５を設ける簡単な構成で、二次熱交換器７が凍結しても給湯バーナ５の燃焼が可能となり、燃焼排気が二次熱交換器７の伝熱管全体をくまなく加熱する。よって、二次熱交換器７が凍結しても給湯バーナ５の加熱によって短時間で解凍でき、使い勝手を損なうことはない。

特にここでは、通水経路における二次熱交換器７と一次熱交換器６との間に水抜き管３７を接続して、バイパス管３５を二次熱交換器７の上流側と水抜き管３７との間で上下方向に接続したことで、水抜き管３７から水抜きを行う際にバイパス管３５内に水が残るおそれがなくなる。
また、バイパス管３５の下流端を最小水量を通水させる内径に絞っているため、一次熱交換器６への最小水量を確保しつつ、バイパス管３５内への水の残留が防止できる好適な形態となる。

なお、上記形態では、バイパス管を水抜き管を介して連結管に接続しているが、水抜き管の場所が異なるような場合は、図３に示すようにバイパス管３５を直接ジョイント３６に接続してもよい。
また、バイパス管の下流端の内径のみを最小水量に対応して絞る形態に限らず、水の残留のおそれがなければ全長に亘って最小水量に対応した内径とすることもできる。
さらに、バイパス管に常閉の電磁弁を設けて、二次熱交換器が凍結した際にはコントローラが開弁させるようにしても差し支えない。例えばリモコンの自動スイッチを押しても落とし込み管での流量が０又は所定量よりも少ない場合は二次熱交換器が凍結しているとして電磁弁を開弁させる等の形態が考えられる。流量が所定量を上回った場合には解凍されたとして閉弁させればよい。

その他、上記形態では複数の給湯バーナを備えた給湯回路を例示しているが、給湯バーナが単一の給湯回路であっても差し支えないし、風呂回路を並設した風呂・給湯システムに限らず、風呂回路のない単独の給湯器であっても勿論本発明は適用可能である。

１・・風呂・給湯システム、２・・給湯回路、３・・風呂回路、４・・給湯燃焼室、５・・給湯バーナ、６・・一次熱交換器、７・・二次熱交換器、８・・給水管、９・・給湯水量センサ、１０・・連結管、１１・・出湯管、１４・・ガス管、１６・・給湯ガス比例制御弁、２０・・風呂燃焼室、２１・・風呂バーナ、２２・・風呂熱交換器、２３・・浴槽、２４・・戻り配管、２５・・循環ポンプ、２７・・往き配管、２８・・落とし込み管、３２・・コントローラ、３５・・バイパス管、３６・・ジョイント、３７・・水抜き管。

Claims (3)

1. バーナの燃焼排気経路の上流側に、燃焼排気の顕熱と伝熱管内の通水と熱交換する一次熱交換器を、下流側に、前記燃焼排気の潜熱と伝熱管内の通水と熱交換する二次熱交換器を夫々配設すると共に、通水経路の上流側に前記二次熱交換器を、下流側に前記一次熱交換器を夫々配設した給湯器であって、
   前記通水経路に、前記二次熱交換器をバイパスして前記バーナの燃焼動作に必要な最小水量を前記一次熱交換器に通水させるバイパス管を設けたことを特徴とする給湯器。
2. 前記通水経路における前記二次熱交換器と一次熱交換器との間に水抜き管を接続して、前記バイパス管を前記二次熱交換器の上流側と前記水抜き管との間で上下方向に接続したことを特徴とする請求項１に記載の給湯器。
3. 前記バイパス管は、少なくとも下流端が前記最小水量を通水させる内径を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯器。

Images