JP2018084395A - 暖房給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給湯温度を調節して均一な温度で給湯可能であると共に大流量の給湯に対応した暖房給湯装置を提供すること。【解決手段】燃焼手段と、熱交換器と、前記熱交換器と外部の暖房端末とを接続する循環通路と、前記循環通路に設けられた循環ポンプと、前記循環通路から分岐されて前記暖房端末をバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられた給湯用熱交換器と、前記給湯用熱交換器に上水を供給するための給水通路と、前記給湯用熱交換器で加熱された湯水を給湯するための給湯通路と、前記給水通路と前記給湯通路を接続して前記給湯用熱交換器をバイパスする給湯バイパス通路と、前記給湯バイパス通路の流量を調整して給湯温度を制御するための流量調整手段を備えた暖房給湯装置において、前記給湯バイパス通路の下流端を前記給湯通路の途中部分から拡径された拡径通路部に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼熱により暖房熱媒を加熱して暖房を行い、この暖房熱媒との熱交換により上水を加熱して給湯を行う暖房給湯装置に関し、特に低温の上水との混合により湯温を調節して大流量の給湯を行う暖房給湯装置に関する。

従来から暖房運転と給湯運転を切り換えて実行可能な暖房給湯装置が広く利用されている。このような暖房給湯装置は、燃焼手段と、熱交換器と、この熱交換器と室内に設置された暖房端末を接続する循環通路と、循環通路に設けられた循環ポンプと、循環通路から分岐されて暖房端末をバイパスするバイパス通路等を備えている。循環通路とバイパス通路との分岐部には、暖房熱媒が循環通路またはバイパス通路を流れるように切換え可能な切換手段が設けられている。バイパス通路には給湯用熱交換器が設けられ、この給湯用熱交換器に上水を供給する給水通路と、この給湯用熱交換器から給湯栓等に給湯するための給湯通路が夫々接続されている。

循環ポンプの作動により流れる暖房熱媒は、熱交換器において燃焼手段の燃焼熱を利用して加熱される。暖房運転のときは、加熱された暖房熱媒を暖房端末で利用するために、暖房熱媒が循環通路を流れるように切換手段を切換える。加熱された暖房熱媒は循環通路を流れて暖房端末で放熱し、熱交換器に戻る。

給湯運転のときは、加熱された暖房熱媒を給湯用熱交換器で利用するために、暖房熱媒がバイパス通路を流れるように切換手段を切換える。給水通路から供給される上水は、給湯用熱交換器において暖房熱媒との熱交換により加熱される。給湯用熱交換器で上水と熱交換した暖房熱媒は熱交換器に戻る。給湯用熱交換器で加熱された湯水は、給湯通路を通って給湯栓等から給湯される。このとき給湯温度の調節は、燃焼手段の火力調節や循環ポンプの流量調整により暖房熱媒を介して行われる。

この暖房給湯装置は、暖房熱媒を介して間接的に給湯温度の調節を行うので、給湯流量の変動に対して給湯温度が変化しないように調節することが困難である。そのため、既に本出願人は、暖房熱媒により給湯用熱交換器で加熱された湯水と、この給湯用熱交換器をバイパスする給湯バイパス通路の流量が調整された上水とを混合して給湯温度を調節する暖房給湯装置を提案している（特願２０１６−１４６５９４号等）。

また、暖房給湯装置に例えば毎分４０Ｌ以上の大流量の給湯が要求されると、給湯通路を高速の湯水が流れる。この高速の水流により給湯通路を構成する配管が摩耗するエロージョンが起き、配管に穴が開く虞がある。エロージョンに対しては、特許文献１のように、２つの配管の合流部で、一方の配管径を拡径して流速を下げることによりエロージョンを抑制する構成が知られている。

特許第３９１１３４８号公報

上水と混合して給湯温度の調節を行う場合、上水との混合が不十分であると給湯温度が不均一になり好ましくない。また、この不均一な温度に基づいて給湯温度を調節することにより、適切な給湯温度の調節ができない虞がある。そのため、加熱された湯水と上水を十分に混合するために、混合後の通路を長くする必要がある。しかし、長い通路を設けたとしても、通水抵抗が大きくなって大流量の給湯に不利である。

本発明の目的は、給湯温度を調節して均一な温度で給湯可能であると共に大流量の給湯に対応した暖房給湯装置を提供することである。

第１の発明は、燃焼手段と、熱交換器と、前記熱交換器と外部の暖房端末とを接続する循環通路と、前記循環通路に設けられた循環ポンプと、前記循環通路から分岐されて前記暖房端末をバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられた給湯用熱交換器と、前記給湯用熱交換器に上水を供給するための給水通路と、前記給湯用熱交換器で加熱された湯水を給湯するための給湯通路と、前記給水通路と前記給湯通路を接続して前記給湯用熱交換器をバイパスする給湯バイパス通路と、前記給湯バイパス通路の流量を調整して給湯温度を制御するための流量調整手段を備えた暖房給湯装置において、前記給湯バイパス通路の下流端が前記給湯通路の途中部分から拡径された拡径通路部に接続されていることを特徴としている。

上記構成によれば、給湯用熱交換器で加熱された湯水と、流量を調整した給湯バイパス通路を流れる上水を混合して給湯温度を制御するので、給湯流量の変化に対して給湯温度が変わらないように調節可能である。また、拡径通路部により給湯通路の容量が増えて流速が下がるので、実質的に通路が長くなる。従って、加熱された湯水と上水との混合を拡径通路部で十分に行うことができるので、均一な給湯温度の給湯が可能である。また、拡径通路部により通水抵抗が下がるので大流量の給湯に有利であり、流速が下がるのでエロージョンの抑制に有利である。

第２の発明は、第１の発明において、前記給湯バイパス通路は、拡径前の前記給湯通路よりも小径であることを特徴としている。

上記構成によれば、給湯通路を流れる湯水の給湯バイパス通路の逆流を防ぐことができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、拡径前の前記給湯通路に温度検知手段が設けられたことを特徴としている。

上記構成によれば、温度検知手段が検知する温度が、上水と混合された湯水の影響を受けないようにすることができる。従って、給湯用熱交換器から出湯した湯水の温度を正確に検知して、給湯温度の調節を行うことができる。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記循環通路と前記バイパス通路の分岐部には分配手段が設けられ、前記分配手段は、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転の各運転が可能となるように分配比を調節可能であることを特徴としている。

上記構成によれば、暖房と給湯を同時に使用することができ、利便性が向上する。

本発明によれば、給湯温度を調節して均一な温度で給湯可能であると共に大流量の給湯に対応した暖房給湯装置を提供することができる。

本発明の暖房給湯装置の概略図である。 給湯用熱交換器下流側の給湯通路を構成する配管の斜視図である。

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。

最初に、本発明の暖房給湯装置１の全体構成について、図１に基づいて説明する。
暖房給湯装置１は、燃焼部２で発生した熱を利用して加熱した暖房熱媒を、暖房給湯装置１外部の室内に設置された暖房端末（図示略）との間で循環させて暖房運転を行い、暖房熱媒の熱を利用して加熱した上水を給湯設定温度に調節して給湯する給湯運転を行うように構成されている。

暖房給湯装置１は、燃焼手段である燃焼部２と、熱交換器１０と、この熱交換器１０と室内に設けられた暖房端末を接続する循環通路４と、循環通路４の熱交換器１０より上流側に設けられた循環ポンプ１１等を備えている。燃焼部２は、燃料ガスを空気と混合して燃焼させる。熱交換器１０は、燃焼部２で発生した燃焼ガスと暖房熱媒との間で熱交換させて暖房熱媒を加熱する。

また、暖房給湯装置１は、バイパス通路（第１バイパス通路１２）と、この第１バイパス通路１２に設けられた給湯用熱交換器２０と、給水通路１９と、給湯通路２１等を備えている。第１バイパス通路１２は、熱交換器１０の下流側で循環通路４から分岐されて暖房端末をバイパスし、循環ポンプ１１の上流側で循環通路４に合流する。給水通路１９は、給湯用熱交換器２０に上水を供給する。給湯通路２１は、給湯用熱交換器２０で加熱された湯水を給湯栓等に給湯する。

さらに、暖房給湯装置１は制御部５を備え、この制御部５を含む上記機器等がケース９に収容されている。制御部５は、後述の温度センサ等の検知信号を受信すると共に、循環ポンプ１１や第１分配弁１５等を作動させて暖房運転や給湯運転等を制御する。

次に、循環通路４について説明する。
循環通路４には、循環ポンプ１１と熱交換器１０の間に第１温度センサ１３が設けられ、熱交換器１０の下流側には、第２温度センサ１４が設けられている。第１温度センサ１３は、熱交換器１０に流入する暖房熱媒の温度を検知する。第２温度センサ１４は、熱交換器１０で加熱された暖房熱媒の温度を検知する。

循環通路４と第１バイパス通路１２の分岐部には、分配手段である第１分配弁１５が設けられている。第１分配弁１５は、熱交換器１０で加熱された暖房熱媒を循環通路４と第１バイパス通路１２に分配し、その分配比は調節可能である。

熱交換器１０と第１分配弁１５の間には、循環通路４内の圧力を開放する圧力開放弁１６が設けられている。循環ポンプ１１の上流側には、暖房端末から戻ってくる暖房熱媒の温度を検知する暖房戻り温度センサ１７が設けられている。循環ポンプ１１と暖房戻り温度センサ１７の間に、暖房熱媒を補充するための補充通路１８が接続されている。

次に、給湯用熱交換器２０について説明する。
第１バイパス通路１２に設けられた給湯用熱交換器２０は、プレート式熱交換器である。プレート式熱交換器は、複数枚の熱交換プレートが積層されて熱交換プレート間に通路が形成されている。給湯用熱交換器２０内では、暖房熱媒と給水通路１９から供給される上水が互いに混ざり合うことなく対向するように熱交換プレート間の通路を一つ置きに流れる。これらの熱交換プレートには、表面積を拡大して熱交換効率を向上させるために凹凸が形成されている。

次に、給水通路１９と給湯通路２１について説明する。
給水通路１９には、第２分配弁２３と、流量調整弁２４と、給湯流量センサ２５と、入水温度センサ２６が設けられている。第２分配弁２３は、給水通路１９と、この第２分配弁２３において給水通路１９から分岐された給湯バイパス通路（第２バイパス通路２２）に上水を分配し、その分配比を調節可能である。従って、第２分配弁２３は、第２バイパス通路２２を流れる上水の流量を調整する流量調整手段になっている。流量調整弁２４は、第２分配弁２３に入水する上水の流量を調整する。給湯流量センサ２５は、その調整された上水の流量を検知する。入水温度センサ２６は第２分配弁２３に入水する上水の温度を検知する。

図１、図２に示すように、給湯通路２１は、給湯用熱交換器２０と接続された通路部２１ａと、この通路部２１ａから拡径された拡径通路部２１ｂを有する。従って給湯通路２１は、その途中部分から拡径されて通路の容量が増加している。第２バイパス通路２２は、拡径通路部２１ｂと合流部Ｃにおいて合流する。給水通路１９と拡径前の給湯通路２１である通路部２１ａは、例えば外径が１６ｍｍの配管部材で構成され、拡径通路部２１ｂは、例えば外径が２２．２ｍｍの配管部材で構成されている。第２バイパス通路２２は、通路部２１ａを構成する配管部材より小径の配管部材、例えば外径が１２．８ｍｍの配管部材で構成されている。尚、これらの配管部材は管壁の厚さが１ｍｍ程の銅管である。

拡径通路部２１ｂの下流端は、給湯金具２１ｃに接続されている。給湯通路２１は、この給湯金具２１ｃを介して暖房給湯装置１外部の給湯先まで延びる通路と接続される。

通路部２１ａには、温度検知手段である出湯温度センサ２７が設けられている。この出湯温度センサ２７は、給湯用熱交換器２０から出湯される湯水の温度を検知する。出湯温度センサ２７により出湯温度を検知された湯水が合流部Ｃに到達する頃に、その検知された出湯温度に基づいて第２分配弁２３の分配比の調節が完了するように、出湯温度センサ２７と合流部Ｃが離されている。

拡径通路部２１ｂの下流側端部には、給湯温度センサ２８が設けられている。この給湯温度センサ２８は、給湯用熱交換器２０で加熱された湯水と第２バイパス通路２２を流れる上水とが混合された湯水の給湯温度を検知する。

次に、制御部５について説明する。
制御部５は、図示を省略するが、暖房給湯装置１内に設けられた温度センサ等の検知信号を受信可能に、且つ循環ポンプ１１や第１分配弁１５等を制御可能に接続されている。また、室内に設けられた操作端末（図示略）との通信が可能なように接続されている。

次に、暖房給湯装置１の作用、効果について説明する。
操作端末の操作により暖房運転が開始されると、制御部５は燃焼部２で燃料ガスを燃焼させる。また、暖房熱媒を循環通路４にのみ循環させるように第１分配弁１５を調節すると共に、循環ポンプ１１を作動させて暖房熱媒を循環させる。これにより燃焼部２の燃焼熱を利用して、熱交換器１０において暖房熱媒を加熱する。暖房運転の継続により暖房熱媒は所定温度に加熱されて循環するようになる。

給湯栓等の開栓により給湯流量センサ２５が所定の流量以上の流量を検知すると、給湯運転が開始される。暖房運転をしていない場合、制御部５は燃焼部２で燃料ガスを燃焼させる。また、暖房熱媒を第１バイパス通路１２にのみ循環させるように第１分配弁１５を調節すると共に、循環ポンプ１１を作動させて暖房熱媒を循環させる。これにより燃焼部２の燃焼熱を利用して、熱交換器１０において暖房熱媒を加熱する。加熱された暖房熱媒は、給湯用熱交換器２０において上水との熱交換により上水を加熱する。

制御部５は、給湯用熱交換器２０で加熱された湯水を低温の上水と混合して給湯設定温度に調節するために、出湯温度センサ２７が検知する出湯温度と、給湯温度センサ２８が検知する給湯温度等に基づいて第２分配弁２３の分配比を調節する。出湯温度センサ２７と合流部Ｃが離されているので、出湯温度センサ２７が検知する出湯温度は低温の上水の影響を受けない。従って、給湯用熱交換器２０で加熱された湯水と第２バイパス通路２２を通る上水とが、第２分配弁２３で適切に調節された比率で合流部Ｃにおいて混合される。

給湯通路２１に拡径通路部２１ｂを設けて通路の容量を増やし、拡径通路部２１ｂに合流部Ｃを設けたことにより混合した湯水の流速が下がる。そのため、実質的に給湯通路２１が長くなり、加熱された湯水と上水が拡径通路部２１ｂで十分に混合され、均一な温度の給湯が可能である。また、給湯温度センサ２８は、十分に混合された湯水の温度を検知することができる。従って、出湯温度や給湯温度等に基づいて適切な給湯温度制御が可能である。

また、第２バイパス通路２２が、通路部２１ａを構成する配管部材より小径の配管部材で構成されているので、合流部Ｃにおいて第２バイパス通路２２を流れる上水圧によりこの第２バイパス通路２２に拡径通路部２１ｂを流れる湯水の逆流を防ぐことができる。さらに、拡径通路部２１ｂにより通水抵抗が下がって大流量の給湯に有利であり、流速が下がってエロージョンの抑制に有利である。

一方、給湯運転開始時に暖房運転中であれば、制御部５が給湯設定温度や出湯温度等に基づいて暖房給湯同時運転が可能である判断すると、第１分配弁１５の分配比を変えて暖房給湯同時運転を行う。従って、暖房と給湯を同時に使用することができるので利便性が向上する。尚、給湯流量が多い場合等、制御部５が暖房給湯同時運転が不可能である判断すると給湯運転を行い、給湯使用が終わると第１分配弁１５を調節して暖房運転に戻る。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ 暖房給湯装置
２ 燃焼部（燃焼手段）
４ 循環通路
５ 制御部
９ ケース
１０ 熱交換器
１１ 循環ポンプ
１２ 第１バイパス通路（バイパス通路）
１５ 第１分配弁（分配手段）
２０ 給湯用熱交換器
２１ 給湯通路
２１ｂ 拡径通路部
２２ 第２バイパス通路（給湯バイパス通路）
２３ 第２分配弁（流量調整手段）
２７ 出湯温度センサ（温度検知手段）

Claims (4)

1. 燃焼手段と、熱交換器と、前記熱交換器と外部の暖房端末とを接続する循環通路と、前記循環通路に設けられた循環ポンプと、前記循環通路から分岐されて前記暖房端末をバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられた給湯用熱交換器と、前記給湯用熱交換器に上水を供給するための給水通路と、前記給湯用熱交換器で加熱された湯水を給湯するための給湯通路と、前記給水通路と前記給湯通路を接続して前記給湯用熱交換器をバイパスする給湯バイパス通路と、前記給湯バイパス通路の流量を調整して給湯温度を制御するための流量調整手段を備えた暖房給湯装置において、
   前記給湯バイパス通路の下流端が前記給湯通路の途中部分から拡径された拡径通路部に接続されていることを特徴とする暖房給湯装置。
2. 前記給湯バイパス通路は、拡径前の前記給湯通路よりも小径であることを特徴とする請求項１に記載の暖房給湯装置。
3. 拡径前の前記給湯通路に温度検知手段が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の暖房給湯装置。
4. 前記循環通路と前記バイパス通路の分岐部には分配手段が設けられ、
   前記分配手段は、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転の各運転が可能となるように分配比を調節可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の暖房給湯装置。