JP2020101363A - 熱交換器および熱源機 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃焼排気から暖房水などに用いられる熱媒への究極的な熱回収を図り、効率的な熱交換を実現する。【解決手段】 燃焼排気（ＥＧ）と熱媒を熱交換させる第一熱交換部（６−１）を収納する第１の筐体部（第２筐体部２８−２）と、第１の筐体部から流入する燃焼排気と熱媒を熱交換する第二熱交換部（６−２）および燃焼排気と給水を熱交換する第三熱交換部（６−３）を収納する第２の筐体部（第三筐体部２８−３）と、第１の筐体部と第２の筐体部との間に設けられた傾斜板（５０）と、この傾斜板に形成されて燃焼排気を第２の筐体部の内部に導く通気窓部（５６）と、傾斜板から通気窓部に張り出して設けられた遮蔽板（５８）を備えることにより、燃焼排気からの熱媒などへの熱交換効率を高めている。【選択図】 図４

Description

本発明はたとえば、一缶三水型熱源機などに用いられる熱交換技術に関する。

給湯、浴槽水追焚、温水暖房などの複数の機能を持ついわゆる暖房機能付き給湯器には、熱源に一缶三水型熱源機が用いられる。一缶三水型熱源機では熱源にひとつのバーナーが用いられ、バーナーの燃焼排気で複数系統からなる給湯加熱、追焚加熱および暖房水加熱を行う。

バーナーの燃焼排気を給水、浴槽水または暖房水に熱交換する場合、燃焼排気の顕熱を回収する一次熱交換と、一次熱交換後の燃焼排気の潜熱を熱交換する二次熱交換を併用し、熱交換の高効率化を図ることが知られている。

この種の熱源機に関し、追焚回路や暖房回路のような循環回路と給湯回路の双方を加熱する二次熱交換器を含む熱交換器や該熱交換器を用いた給湯器が知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２）。

特開２００４−２８４４６号公報 特開２００４−２８４４７号公報

ところで、一次および二次の熱交換器を備える熱源機では、低温度の給水を二次熱交換で予備加熱を行った後、一次熱交換を行えば、燃焼排気が持つ熱を一次および二次の熱交換で究極的な高効率の熱交換を行って加熱できる。この熱交換の高効率化は、給水が低温度であるほど、有効である。

しかし、暖房水などの熱媒では、放熱量が小さく、給水のように低温化していない場合がある。つまり、熱交換器に帰還する熱媒の温度が高い場合では、給水のような二次熱交換を行っても、燃焼排気から潜熱までは回収できないため、給水のような高効率の熱交換を実現することができない。また、熱媒の予備加熱を二次熱交換で実現しようとすれば、既述のように二次熱交換が予定している潜熱回収を行えないばかりか、熱媒の循環による循環抵抗を増大させるという課題がある。

そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、燃焼排気から暖房水などに用いられる熱媒への究極的な熱回収を図り、効率的な熱交換を実現することにある。

本発明の他の目的は上記課題に鑑み、燃焼排気から暖房水などに用いられる熱媒への究極的な熱回収に一次熱交換の多重化によって実現し、熱交換の高効率化を実現することにある。

上記目的を達成するため、本発明の熱交換器の一側面によれば、燃焼排気と熱媒を熱交換させる第一熱交換部（６−１）を収納する第１の筐体部と、前記第１の筐体部に隣接し、前記第１の筐体部から流入する前記燃焼排気と前記熱媒を熱交換する第二熱交換部（６−２）と、前記燃焼排気と給水を熱交換する第三熱交換部（６−３）とを収納する第二筐体部と、前記第１の筐体部の天井部と前記第２の筐体部の底部との間に設けられ、前記第２の筐体部の前記底部を傾斜させる傾斜板と、前記傾斜板に形成され、前記第１の筐体部からの前記燃焼排気を前記第２の筐体部の内部に導く通気窓部と、前記傾斜板から前記通気窓部に張り出して設けられ、前記傾斜板よりも傾斜を大きくした遮蔽板とを備える。

上記熱交換器において、前記遮蔽板は、前記通気窓部側に張り出した前記第二熱交換部（６−２）または前記第三熱交換部（６−３）の底部を覆ってよい。

上記熱交換器において、前記第２の筐体部は、前記第１の筐体部の側面側に突出したドレン受けを有し、前記第二熱交換部（６−２）と前記第三熱交換部（６−３）のいずれかまたは双方から発生したドレンを、前記遮蔽板および前記傾斜板に沿って流して前記ドレン受けに導入してよい。

上記熱交換器において、前記第二熱交換部（６−２）と前記第三熱交換部（６−３）は、前記第２の筐体部内において、前記燃焼排気の流れ方向と平行に隣接または前記燃焼排気に対して垂直方向に隣接して配置されてよい。

上記目的を達成するため、本発明の熱源機の一側面によれば、熱媒回路に循環する熱媒、または追焚回路に循環する浴槽水と燃焼排気とを熱交換させる第一熱交換部（６−１）を収納する第１の筐体部と、前記第１の筐体部に隣接し、前記第１の筐体部から流入する前記燃焼排気と前記熱媒回路に循環する前記熱媒を熱交換する第二熱交換部（６−２）と、給湯回路に備えられて、この給湯回路に流れる給水と前記燃焼排気を熱交換する第三熱交換部（６−３）とを収納する第２の筐体部と、前記第１の筐体部の天井部と前記第２の筐体部の底部との間に設けられ、前記第２の筐体部の前記底部を傾斜させる傾斜板と、前記傾斜板に形成され、前記第１の筐体部からの前記燃焼排気を前記第２の筐体部の内部に導く通気窓部と、前記傾斜板から前記通気窓部に張り出して設けられ、前記傾斜板よりも傾斜を大きくした遮蔽板とを備える。

本発明によれば、次のいずれかの効果が得られる。

(1) 第一熱交換部では燃焼排気と熱媒を熱交換でき、第二熱交換部では第一熱交換部を通過させた燃焼排気と第一熱交換部の通過前の熱媒とを熱交換できるので、第一熱交換部および第二熱交換部で燃焼排気の顕熱を熱媒に回収でき、熱変換効率を高めることができる。

(2) 熱媒がたとえば、暖房水のように、高温状態で第二熱交換部から第一熱交換部に循環する場合にあっても、第二熱交換部では燃焼排気の顕熱を熱媒に熱交換でき、第二熱交換部を通過した熱媒に第一熱交換部で燃焼排気の顕熱を回収できるので、燃焼排気の顕熱の熱変換効率を高め、熱効率を向上させることができる。

(3) 第一熱交換部および第二熱交換部で顕熱が回収された燃焼排気をたとえば、低温の給水に熱交換でき、給水に対する熱交換効率を高めることができる。給水加熱側の部分沸騰を防止でき、燃焼停止の頻発を防止でき、加熱制御が容易になる。

(4) 燃焼排気から暖房水などに用いられる熱媒への究極的な熱回収に一次熱交換の多重化によって実現でき、熱交換の高効率化を図ることができる。

一実施の形態に係る熱交換器の一例を示す図である。 一実施の形態に係る熱交換器の変形例を示す図である。 実施例１に係る熱源機の一部を示す斜視図である。 Ａは排気筒部を省略した図３のIVA −IVA 線断面図であり、ＢはＡのIVB −IVB 線断面図である。 熱源機から取り出した熱交換器を示す斜視図である。 熱交換器の背面側から示す斜視図である。 実施例２に係る給湯器の一例を示す図である。 制御系統を示す図である。 駆動制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 駆動制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 他の実施の形態に係る熱交換器を示す図である。

図１は、一実施の形態に係る熱交換器を示している。図１に示す構成は一例であり、係る構成に本発明が限定されるものではない。

この熱交換器２の下側には筐体４が備えられ、この筐体４の上側に第一熱交換部６−１、第二熱交換部６−２および第三熱交換部６−３が備えられている。筐体４はたとえば、燃料ガスＧを燃焼させるバーナー８が備えられた燃焼室であり、燃料ガスＧの燃焼で生じた燃焼排気ＥＧが第一熱交換部６−１に流れ、この第一熱交換部６−１を通過した後、第二熱交換部６−２および第三熱交換部６−３に流れ、その後、排気部１０から外気に排出される。

第一熱交換部６−１には第１の熱交換パイプとしてたとえば、熱媒熱交換パイプ１２−１、第２の熱交換パイプとしてたとえば、浴槽水熱交換パイプ１４が備えられる。熱媒熱交換パイプ１２−１では燃焼排気ＥＧと熱媒Ｍの一次熱交換、浴槽水熱交換パイプ１４では燃焼排気ＥＧと浴槽水ＢＷとの一次熱交換が行われる。ここで、一次熱交換は、燃焼排気ＥＧの顕熱と熱媒Ｍや浴槽水ＢＷの被加熱流体との熱交換である。被加熱流体には給水を含んでもよい。

第二熱交換部６−２には第３の熱交換パイプとしてたとえば、熱媒熱交換パイプ１２−２が備えられる。この熱媒熱交換パイプ１２−２は熱媒熱交換パイプ１２−１と共通の熱媒循環路を構成しており、図示していないが、熱媒熱交換パイプ１２−１に接続されている。この熱媒熱交換パイプ１２−２には暖房負荷または熱源機内の熱媒循環路を循環した熱媒Ｍを流し、熱媒熱交換パイプ１２−１の熱交換前の熱媒Ｍの予備加熱が行われる。

第三熱交換部６−３には熱媒Ｍの循環系統と異なる給水系統のたとえば、給水熱交換パイプ１６が備えられる。この給水熱交換パイプ１６は、第４の熱交換パイプの一例である。この給水熱交換パイプ１６では給湯時、給水Ｗの予備加熱が行われる。

この熱交換器２の熱交換は以下の通りである。

第一熱交換部６−１を通過した燃焼排気ＥＧは、筐体４から第一熱交換部６−１の下流側にある第二熱交換部６−２および第三熱交換部６−３に流れる。

熱媒Ｍは、第二熱交換部６−２の熱媒熱交換パイプ１２−２を経て熱媒熱交換パイプ１２−１に流れる。これに対し、燃焼排気ＥＧは、第一熱交換部６−１を経て第二熱交換部６−２に流れる。つまり、バーナー８から生じた燃焼排気ＥＧについて、バーナー８に近い側を上流側、バーナー８から遠い側を下流側とすれば、第一熱交換部６−１では上流側の燃焼排気ＥＧで熱交換が行われ、第二熱交換部６−２では下流側の燃焼排気ＥＧで熱交換が行われることになる。

このような第一熱交換部６−１および第二熱交換部６−２では、一次熱交換の多重化により、燃焼排気ＥＧの顕熱と熱媒Ｍとの熱交換を行う。第一熱交換部６−１を通過した燃焼排気ＥＧが持つ熱は一次熱交換に適した高温排気である。しかも、熱媒Ｍはたとえば、暖房水などでは低温化していない場合も想定される。そこで、第二熱交換部６−２では熱媒Ｍと燃焼排気ＥＧの顕熱との熱交換を行い、これにより加熱された熱媒Ｍが第一熱交換部６−１に流れる。これにより、熱媒Ｍと燃焼排気ＥＧとの究極的な一次熱交換が行われ、熱媒Ｍが高温化される。この場合、暖房負荷や熱源機内から帰還する熱媒Ｍが低温化していない場合にもこれらの一次熱交換によって加熱することができる。一次熱交換を多重化して究極的な顕熱の熱回収を実現できる。

既述の一次熱交換は二次熱交換を排除する意味ではない。熱媒Ｍが低温化されている場合には、第二熱交換部６−２で燃焼排気ＥＧの顕熱だけでなく、潜熱との熱交換を行えることは言うまでもない。

そして、第三熱交換部６−３では給湯時、給水熱交換パイプ１６に給水Ｗを循環させ、下流側の燃焼排気ＥＧと給水Ｗの二次熱交換が行われる。

＜一実施の形態の効果＞

(1) 一次熱交換の多重化によって究極的な熱交換つまり、燃焼排気ＥＧから顕熱を回収し、熱媒Ｍなどの被加熱媒体の加熱を実現でき、熱変換効率が高められる。

(2) 給水などの低温被加熱流体に比較し、暖房水などの熱媒Ｍの他、低温化していない被加熱媒体の顕熱による加熱を実現できる。

(3) 低温化した熱媒Ｍでは燃焼排気ＥＧから潜熱までも熱媒Ｍに吸収し、熱変換効率が高められる。

(4) 給湯時、給水熱交換パイプ１６に給水Ｗを循環させ、下流側の燃焼排気ＥＧと給水Ｗの二次熱交換が行われ、給水Ｗの主たる熱交換前の予備加熱を行うことができる。この場合、給水Ｗには燃焼排気ＥＧの潜熱を回収させるので、給湯を停止している際にも、給水熱交換パイプ１６の残留水の部分沸騰を回避できる。

図１に示す実施の形態では、第二熱交換部６−２の上側に第三熱交換部６−３を延長してその一部を設置しているが、これに限定されない。たとえば、図２に示すように、第二熱交換部６−２の下側に第三熱交換部６−３を延長させて設置してもよい。

図３は、実施例１に係る熱源機の一例を示している。この熱源機において、図１または図２と同一部分には同一符号を付してある。

この熱源機２０には、図中前側に熱交換器２２が配置され、この熱交換器２２の後部側にプレート熱交換器２４が配置されている。このプレート熱交換器２４は、第四熱交換部の一例である。熱交換器２２は、既述の熱交換器２の一例である。プレート熱交換器２４は、熱交換器２２で加熱された熱媒Ｍと給水Ｗとの熱交換を行う。この例では、給水Ｗは、熱交換器２２に含まれる第三熱交換部６−３で予備加熱が施される。

この熱源機２０には破線で示すように、熱源機筐体として角筒状のカバー部２６−１が備えられ、この本体カバー部２６−１の上部に上側カバー部２６−２が備えられる。熱交換器２２には、第一筐体部２８−１、第二筐体部２８−２および第三筐体部２８−３が備えられる。第一筐体部２８−１は既述の筐体４の一例である。

この第一筐体部２８−１の下側にはファン３０が設置され、このファン３０はファンモータ３２によって回転し、燃焼用空気を第一筐体部２８−１内に通流させる。この第一筐体部２８−１の上側には第二筐体部２８−２が設置され、この第二筐体部２８−２には既述の第一熱交換部６−１が設置される。この第二筐体部２８−２の上側には第三筐体部２８−３が設置されている。この第三筐体部２８−３には第二熱交換部６−２および第三熱交換部６−３が設置される。第三筐体部２８−３の前面側に排気筒部３４が備えられ、熱交換後の燃焼排気ＥＧが外気に放出される。

図４のＡは、図３のIVA −IVA 線断面から熱源機２０の排気筒部３４を省略して示している。この熱源機２０では、筐体４の底部に設置されたバーナー８に対し、燃料ガスＧの混合気噴出部３６が備えられる。この混合気噴出部３６の混合気噴出ノズル３８−１、３８−２より、混合気がバーナー８の混合気導入部４０−１、４０−２に導入される。バーナー８の上側にはイグナイタ４２およびフレームロッド４４が備えられ、イグナイタ４２は、バーナー８から噴き出される混合気に着火する。

バーナー８の上側には空間部４６を介在して第一熱交換部６−１の複数の熱媒熱交換パイプ１２−１および浴槽水熱交換パイプ１４が併設されるとともに、複数の吸熱フィン４８が設置されている。熱媒熱交換パイプ１２−１および浴槽水熱交換パイプ１４は、燃焼排気ＥＧの流れ方向と交差方向に設置されているのに対し、各吸熱フィン４８は燃焼排気ＥＧの流れ方向と平行方向に設置されている。熱媒熱交換パイプ１２−１および浴槽水熱交換パイプ１４は、燃焼排気ＥＧから吸熱する吸熱管であり、吸熱フィン４８は燃焼排気ＥＧから吸熱し、熱媒熱交換パイプ１２−１および浴槽水熱交換パイプ１４に伝導させる吸熱部材および熱伝導部材を構成する。図４のＢは図４のＡのIVB −IVB 線断面を示している。

この例では、複数の熱媒熱交換パイプ１２−１の二段のパイプ列を図中Ｘ軸方向に配列させ、熱媒熱交換パイプ１２−１のパイプ列間にＸ軸方向に向かって浴槽水熱交換パイプ１４のパイプ列が配置されている。つまり、Ｙ軸方向における、熱媒熱交換パイプ１２−１の間に浴槽水熱交換パイプ１４が挟持されており、熱媒熱交換パイプ１２−１および浴槽水熱交換パイプ１４のパイプ壁面を密着させ、両者間の熱伝導を可能にしている。そして、これら熱媒熱交換パイプ１２−１および浴槽水熱交換パイプ１４は吸熱フィン４８と一体化されており、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の熱伝導が可能となっている。

第二筐体部２８−２の天井部と第三筐体部２８−３の底部との間には傾斜板５０が設置されており、第三筐体部２８−３の底面板５２を傾斜させている。この例では、底面板５２が図中左側に傾斜板５０の持つ傾斜角度θに応じて傾斜している。この傾斜角度θの設定は、熱交換で生じたドレンＤを底面板５２に沿って流し、ドレン受け５４に導入できる程度の角度であればよい。

傾斜板５０および底面板５２には通気窓部５６が備えられる。この通気窓部５６を通して、燃焼排気ＥＧが第二筐体部２８−２から第三筐体部２８−３に導かれる。この通気窓部５６には、燃焼排気ＥＧを通過させ、ドレンＤの第二筐体部２８−２側への落下を回避するため、遮蔽板５８が備えられている。このような遮蔽板５８を備えれば、第三筐体部２８−３側でドレンＤが生じたとしても、このドレンＤの第二筐体部２８−２側への落下を防止できる。

第三筐体部２８−３には第二熱交換部６−２の熱媒熱交換パイプ１２−２、第三熱交換部６−３の給水熱交換パイプ１６が設置されている。この第三筐体部２８−３には、第二筐体部２８−２の側面側に突出したドレン受け５４が備えられる。このドレン受け５４は第三筐体部２８−３を形成する金属材料によって第三筐体部２８−３と一体にたとえば、プレス加工によって形成すればよい。傾斜板５０に沿って流動したドレンＤは、ドレン受け５４に集められて溜められる。

図５は、熱交換器２２を排気部側から示している。第一熱交換部６−１の熱媒熱交換パイプ１２−１には熱媒管路６６を介して第二熱交換部６−２の熱媒熱交換パイプ１２−２が接続されている。熱媒熱交換パイプ１２−１の出側ポート６４−２には加熱後の高温の熱媒Ｍが取り出される。

浴槽水熱交換パイプ１４の入側ポート６８−１（図６）に流入させた浴槽水ＢＷが加熱された後、出側ポート６８−２から浴槽に戻される。

給水熱交換パイプ１６の入側ポート７０−１に流入させた給水Ｗが加熱された後、出側ポート７０−２からプレート熱交換器２４に循環される。

第三筐体部２８−３の前面側には排気口部７２が備えられ、この排気口部７２には既述の排気筒部３４（図３）が取り付けられる。

図６は、熱交換器２２の背面側から示している。熱媒熱交換パイプ１２−２の入側ポート７４−１には暖房負荷などを循環したたとえば、放熱後の低温の熱媒Ｍが流入し、この熱媒熱交換パイプ１２−２の出側ポート７４−２には熱媒管路６６が接続されており、この熱媒管路６６から加熱した熱媒Ｍが分配弁６２の入側ポート６４−１に流れる（図５）。

＜実施例１の効果＞

この実施例１によれば、次のような効果が得られる。

(1) この実施例１によれば、既述した一実施の形態と同様の効果が得られる。

(2) 熱媒熱交換パイプ１２−１のパイプ列との間に浴槽水熱交換パイプ１４が挟み込まれて密着しているので、両者間の熱伝導が良好となり、熱の回収率が高められる。

(3) 熱媒熱交換パイプ１２−１のパイプ列との間に浴槽水熱交換パイプ１４が挟み込まれて密着しているので、第一熱交換部６−１のコンパクト化を図ることができる。

図７は、実施例２に係る熱源機の一例として給湯・追焚き・暖房装置８０を示している。この給湯・追焚き・暖房装置８０において、図３と同一部分には同一符号を付してある。この給湯・追焚き・暖房装置８０では、本発明の熱交換器を用いて、給湯機能、暖房機能および追焚機能を実現している。

この給湯・追焚き・暖房装置８０は装置筐体８２を備え、この装置筐体８２が家屋の壁部材などに取り付けられる。

この給湯・追焚き・暖房装置８０には熱交換器２２、プレート熱交換器２４、熱媒タンク８４、熱媒Ｍの循環路８８−１、８８−２、浴槽水ＢＷの循環路８８−３、給水路８８−４および給湯路８８−５などが備えられる。熱交換器２２では、浴槽水ＢＷの加熱および給水Ｗの予備加熱を行い、プレート熱交換器２４は予備加熱後の給水Ｗの給湯加熱を行う。

熱媒タンク８４は、循環路８８−１、８８−２を循環する熱媒Ｍが溜められる。循環路８８−１は、循環ポンプ９０−１を備えて高温の熱媒Ｍを高温暖房負荷９２−１に循環させる。この循環路８８−１には分岐部９４−１が設けられ、この分岐部９４−１から循環路８８−１３を通して低温の熱媒Ｍを低温暖房負荷９２−２に循環させる。この循環路８８−１には熱交換器２２の第一熱交換部６−１の熱媒熱交換パイプ１２−１、第二熱交換部６−２の熱媒熱交換パイプ１２−２、熱媒タンク８４とともに、高温暖房負荷９２−１または低温暖房負荷９２−２が含まれる。

循環路８８−２は装置筐体８２内に配置されて循環路８８−１の一部から高温暖房負荷９２−１および低温暖房負荷９２−２側の循環路をバイパスして熱媒Ｍを循環させる。したがって、この循環路８８−２には熱交換器２２の第一熱交換部６−１の熱媒熱交換パイプ１２−１、第二熱交換部６−２の熱媒熱交換パイプ１２−２および熱媒タンク８４が含まれる。

この実施例では、熱媒熱交換パイプ１２−１に循環路８８−１１を形成し、この循環路８８−１１に熱媒熱交換パイプ１２−２が接続されている。循環路８８−１１には温度センサ９８−１、分配弁９６−１および混合弁９６−２が備えられている。分配弁９６−１から循環路８８−１２を介して高温の熱媒Ｍがプレート熱交換器２４に循環し、熱媒タンク８４に帰還する。温度センサ９８−１では、熱媒熱交換パイプ１２−１の出口側の熱媒Ｍの温度が検出される。また、混合弁９６−２から循環路８８−１３を介して低温の熱媒Ｍが低温暖房負荷９２−２に循環し、熱媒タンク８４に帰還する。分配弁９６−１と混合弁９６−２の間の循環路８８−１１に分岐部９４−２が形成されている。この分岐部９４−２から高温の熱媒Ｍが循環路８８−１４により高温暖房負荷９２−１に循環する。

浴槽水循環路８８−３には往き管８８−３１および戻り管８８−３２が備えられ、循環ポンプ９０−２の駆動により、浴槽８９の浴槽水ＢＷを第一熱交換部６−１の浴槽水熱交換パイプ１４に循環させる。

給水路８８−４には第三熱交換部６−３の給水熱交換パイプ１６が接続され、予備加熱された給水Ｗが管路８８−４１を通してプレート熱交換器２４に通流し、このプレート熱交換器２４で熱媒Ｍと熱交換の後、給湯路８８−５から出湯する。給水路８８−４と給湯路８８−５の間にはバイパス路８８−６が混合弁９６−３を介して分岐されている。この混合弁９６−３の開度により給水Ｗが温水ＨＷに混合される。給水Ｗの温度は温度センサ９８−２により検出され、プレート熱交換器２４の出側温度は温度センサ９８−３により検出され、出湯温度は温度センサ９８−４により検出される。給水Ｗの給水量は給水量センサ９８−５で検出される。給湯を開始する際、給水量、給水温度、熱交換直後の温水温度を参照し、給湯を開始した後は、出湯温度を参照し、混合弁９６−３が制御され、熱交換直後の温水ＨＷに給水Ｗの混合比率が調整される。これにより、設定温度に制御された温水ＨＷを出湯することができる。

給湯路８８−５には分岐部９４−３を設けて給湯路８８−５と循環路８８−３の戻り管８８−３２との間に注湯管８８−８が連結され、この注湯管８８−８から温水ＨＷが注湯電磁弁９６−５を介して循環路８８−３の戻り管８８−３２に注湯される。つまり、浴槽注湯時、注湯電磁弁９６−５が開かれ、熱媒Ｍで加熱された温水ＨＷが浴槽８９に注湯される。この温水ＨＷの注湯量は注湯量センサ９８−６で検出される。

バーナー８には燃料ガスＧが燃料供給管４３から供給される。このバーナー８に対する燃料ガスＧの供給や供給量が燃料制御弁９６−４により制御される。

第二熱交換部６−２や第三熱交換部６−３で生じたドレンＤはドレン受け５４で受け、ドレンパイプ８８−７を通してドレンタンク９７に導かれて溜められ、その貯留量に応じて排出管８８−９から放出される。

電装基板１００が備えられ、この電装基板１００には商用交流電源を電源部１０２で受け、電源出力が供給される。この電装基板１００には給湯・追焚き・暖房制御部１０４（図８）が備えられ、リモコン装置１０６−１、１０６−２、１０６−３が接続されている。

＜制御系統＞

図８は、給湯・追焚き・暖房制御部１０４の一例を示している。図８に示す構成では、実施の形態としての機能を説明するために必要な機能部を記載しており、斯かる機能部に限定されるものではない。

給湯・追焚き・暖房制御部１０４やリモコン装置１０６−１、１０６−２、１０６−３は、コンピュータで構成され、情報処理によって後述の制御態様を実現している。プロセッサ１０８ではメモリ部１１０にあるプログラムを実行し、給湯・追焚き・暖房の制御に必要な情報処理や、データの記憶などを実行する。

メモリ部１１０にはＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random-Access Memory）などの記録媒体を備え、制御に必要な情報処理を実行するためのプログラムが格納される。ＲＯＭの他、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ）などの不揮発性記録媒体を用いてもよい。ＲＡＭは情報処理のワークエリアを構成している。

システム通信部１１２はプロセッサ１０８によって制御され、有線または無線によってリモコン装置１０６−１、１０６−２、１０６−３と連係し、これらとの情報の授受を実行する。

入出力部（Ｉ／Ｏ）１１４は、プロセッサ１０８の情報処理に供する入力情報や、処理結果である制御出力を取り出す。このＩ／Ｏ１１４には循環ポンプ９０−１、９０−２、分配弁９６−１、混合弁９６−２、９６−３、温度センサ９８−１、９８−２、９８−３、９８−４、給水量センサ９８−５、燃料制御弁９６−４、注湯電磁弁９６−５などが接続されている。

＜給湯・追焚き・暖房装置８０の駆動制御＞

給湯・追焚き・暖房装置８０には、給湯運転、追焚き運転、暖房運転などが含まれ、これらの運転にはポンプ回転数制御、バーナー燃焼制御、給湯制御、浴槽注湯制御などが含まれる。

図９および図１０は、給湯・追焚き・暖房装置８０の駆動制御の処理手順の一例を示している。図９および図１０において、共通符号ａ、ｂはフローチャート間の連結子を示している。

この処理手順では、いずれかの機能がＯＮ状態か否かを判定する。いずれの機能もＯＮ状態でなければ（Ｓ１０１のＮＯ）、待機状態を維持する。

いずれかの機能がＯＮ状態であれば（Ｓ１０１のＹＥＳ）、追焚き単独運転であるかを判定する（Ｓ１０２）。追焚き単独運転であれば（Ｓ１０２のＹＥＳ）、循環ポンプ９０−１の回転数制御として、追焚きに必要な所定回転数で循環ポンプ９０−１を駆動し（Ｓ１０３）、Ｓ１０７に移行する。

いずれかの機能がＯＮ状態であっても（Ｓ１０１のＹＥＳ）、追焚き単独運転でなければ（Ｓ１０２のＮＯ）、給湯単独運転または、給湯および追焚き運転かを判定する（Ｓ１０４）。給湯単独運転または、給湯および追焚き運転であれば（Ｓ１０４のＹＥＳ）、必要号数に見合った所定温度たとえば、８０〔℃〕の熱媒Ｍの流量を確保する回転数に循環ポンプ９０−１を駆動し（Ｓ１０５）、Ｓ１０７に移行する。

給湯単独運転または、給湯および追焚き運転でなければ（Ｓ１０４のＮＯ）、使用する機能の組合せに応じた回転数に循環ポンプ９０−１を駆動し（Ｓ１０６）、Ｓ１０７に移行する。

Ｓ１０７では、温度センサ９８−１による熱媒Ｍの検出温度が所定温度たとえば、８０〔℃〕にバーナー８の燃焼制御を行う。

浴槽注湯または給湯では、Ｓ１０７の後、浴槽注湯または給湯ありかを判定する（Ｓ１０８）。浴槽注湯または給湯ありの場合には（Ｓ１０８のＹＥＳ）、浴槽注湯単独かを判定する（Ｓ１０９）。浴槽注湯単独であれば（Ｓ１０９のＹＥＳ）、温度センサ９８−４の検出温度がたとえば、浴槽設定温度−追焚き熱交換での加熱量になるように混合弁９６−３の制御を行い（Ｓ１１０）、Ｓ１１４に移行する。

Ｓ１０９において、浴槽注湯の単独でなければ（Ｓ１０９のＮＯ）、給湯単独かを判定する（Ｓ１１１）。給湯単独であれば（Ｓ１１１のＹＥＳ）、出湯温度が給湯設定温度になるように、つまり、温度センサ９８−４の検出温度が給湯設定温度になるように混合弁９６−３の制御を行う（Ｓ１１２）。

Ｓ１１１において、給湯単独でなければ（Ｓ１１１のＮＯ）、浴槽注湯および給湯に対応した制御を行う（Ｓ１１３）。

追焚運転（図１０）では、追焚運転ありかを判定し（Ｓ１１４）、追焚運転であれば（Ｓ１１４のＹＥＳ）、追焚側循環ポンプ９０−２を駆動する（Ｓ１１５）。追焚運転でなければ（Ｓ１１４のＮＯ）、追焚側循環ポンプ９０−２の駆動（Ｓ１１５）をスキップする。

高温暖房運転では、高温暖房運転ありかを判定し（Ｓ１１６）、高温暖房運転であれば（Ｓ１１６のＹＥＳ）、高温暖房運転を行う（Ｓ１１７）。高温暖房運転でなければ（Ｓ１１６のＮＯ）、高温暖房運転（Ｓ１１７）をスキップする。

低温暖房運転では、低温暖房運転ありかを判定し（Ｓ１１８）、低温暖房運転であれば（Ｓ１１８のＹＥＳ）、低温暖房運転を行う（Ｓ１１９）。低温暖房運転でなければ（Ｓ１１８のＮＯ）、低温暖房運転（Ｓ１１９）をスキップし、この処理を終了する。

＜実施例２の効果＞

この実施例２によれば、次のような効果が得られる。

循環ポンプ９０−１の回転数制御では、ポンプ回転数に応じて熱媒Ｍの流量が変化する。このポンプ制御は、基本的にＦＦ（フィードフォワード）制御であり、給湯量、高温暖房または低温暖房、さらには暖房端末の接続数に応じた回転数に制御できる。追焚単独運転では、熱媒Ｍの沸騰防止のために所定回転数で熱媒Ｍを循環させる。この場合、熱媒Ｍはプレート熱交換器２４を経由し、循環路８８−２を通して装置内循環とする。追焚単独運転でなければ、他の機能にあわせたポンプ回転数に依存させる。追焚側の循環ポンプ９０−２の回転数はバーナー８の燃焼量により制御してもよい。

給湯（注湯も含む）単独運転や給湯と同時に行う追焚運転では、温度センサ９８−２の給水Ｗの検出温度、給水量センサ９８−５の検出値、および給湯または注湯の設定温度により加熱に必要な燃焼号数（燃焼量）を算出し、この号数に応じて設定温度たとえば、８０〔℃〕の熱媒Ｍの流量より循環ポンプ９０−１の回転数を求め、循環ポンプ９０−１の制御をする。これにより、必要以上に熱媒Ｍを加熱しなくてよいので、燃焼の一時停止などの不都合を防止できる。

燃焼制御では、循環ポンプ９０−１が駆動している間、熱媒Ｍが所定温度たとえば、８０〔℃〕になるようにバーナー８の燃焼量を制御する。この場合、ポンプ駆動を制御条件とすればよく、熱媒回路内に流量センサを必要としない。

熱交換器２２を流れる熱媒Ｍの流量にかかわらず、温度センサ９８−１の検出温度が所定温度たとえば、８０〔℃〕になるようにガス量を調整すればよい。この場合、熱媒タンク８４の出側温度が熱媒Ｍの所定温度に近ければ、バーナー燃焼を停止してもよい。

浴槽注湯または給湯では、給湯の有無を給水量センサ９８−５により検出することができる。浴槽注湯が単独であるか否かは、給水量センサ９８−５と、注湯量センサ９８−６との検出値を比較して判断すればよい。この検出値に差があれば給湯と注湯の同時使用であることが判る。

注湯単独では、温度センサ９８−４で温度を検出された温水ＨＷが注湯管８８−８から循環路８８−３に流れ、往き管８８−３１および戻り管８８−３２により浴槽８９に注湯される。この場合、往き管８８−３１を経由する際、浴槽水熱交換パイプ１４で加熱されるので、この加熱分を考慮し、温度センサ９８−４の検出温度を参照し、浴槽８９の設定湯温より低い所定温度になるように混合弁９６−３を制御する。

給湯単独では、温度センサ９８−４の検出温度を監視し、出湯温度が給湯設定温度になるように混合弁９６−３を制御する。

注湯および給湯を同時に生じる場合には、同時使用に対応した制御を行い、少なくとも温度センサ９８−４の検出温度を監視し、温水ＨＷに必要な温度が得られるように混合弁９６−３を制御すればよい。

追焚運転では、追焚側の循環ポンプ９０−２を駆動するとともに循環ポンプ９０−１を駆動し熱媒熱交換パイプ１２−１の熱媒Ｍが高温にならないように制御することができる。

高温暖房運転では、分配弁９６−１を制御し、高温暖房負荷９２−１に高温の熱媒Ｍを循環させることができる。

低温暖房運転では、混合弁９６−２を制御して低温暖房負荷９２−２に循環する熱媒Ｍの温度を適正値に制御することができる。

〔他の実施の形態〕

Ａ）上記実施の形態または実施例１、２では、第二熱交換部６−２側に第三熱交換部６−３の給水熱交換パイプ１６を張り出させて配置した例を示したが、図１１に示すように、第一熱交換部６−１を通過した燃焼排気ＥＧから顕熱を回収する熱媒熱交換パイプ１２−２のみを第二熱交換部６−２に設置し、第三熱交換部６−３に給水熱交換パイプ１６のみを設置してもよい。斯かる構成によっても熱交換効率を高めることができる。

Ｂ）上記実施の形態では、熱源機として給湯器を例示して説明したが、本発明は給湯器に限定されるものではない。給排気を伴うガス燃焼の他、液体燃料の燃焼制御についても本発明は同様に適用できる。

Ｃ）上記実施の形態において、第二熱交換部６−２および第三熱交換部６−３を単一の熱交換ユニットとして独立した構成とし、この熱交換ユニットを第一筐体部２８−１と着脱可能に構成してもよい。

Ｄ）第二熱交換部側に燃焼排気ＥＧを第三熱交換部６−３に先行的に流す通気部を備えてもよい。

以上説明したように、本発明の技術の最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明によれば、たとえば、熱媒を暖房および給湯の熱源に利用し、一次熱交換で浴槽水を加熱する一缶三水型熱源機などに利用でき、燃焼排気の熱を熱媒などの熱交換に利用し、熱交換効率を高めることができる。

２ 熱交換器
４ 筐体
６−１ 第一熱交換部
６−２ 第二熱交換部
６−３ 第三熱交換部
８ バーナー
１０ 排気部
１２−１ 熱媒熱交換パイプ
１２−２ 熱媒熱交換パイプ
１４ 浴槽水熱交換パイプ
１６ 給水熱交換パイプ
２０ 熱源機
２２ 熱交換器
２４ プレート熱交換器（第四熱交換部）
２６ 本体ケース部
２６−１ 本体カバー部
２６−２ 上側カバー部
２８−１ 第一筐体部
２８−２ 第二筐体部
２８−３ 第三筐体部
３０ ファン
３２ ファンモータ
３４ 排気筒部
３６ 混合気噴出部
３８−１、３８−２ 混合気噴出ノズル
４０−１、４０−２ 混合気導入部
４２ イグナイタ
４３ 燃料供給管
４４ フレームロッド
４６ 空間部
４８ 吸熱フィン
５０ 傾斜板
５２ 底面板
５４ ドレン受け
５６ 通気窓部
５８ 遮蔽板
６２ 分配弁
６４−１ 入側ポート
６４−２ 出側ポート
６６ 熱媒管路
６８−１ 入側ポート
６８−２ 出側ポート
７０−１ 入側ポート
７０−２ 出側ポート
７２ 排気口部
７４−１ 入側ポート
７４−２ 出側ポート
８０ 給湯・追焚き・暖房装置
８２ 装置筐体
８４ 熱媒タンク
８８−１、８８−２、８８−３、８８−１１、８８−１２、８８−１３、８８−１４ 循環路
８８−４ 給水路
８８−５ 給湯路
８８−６ バイパス路
８８−７ ドレンパイプ
８８−８ 注湯管
８８−９ 排出管
８８−３１ 往き管
８８−３２ 戻り管
８８−４１ 管路
８９ 浴槽
９０−１、９０−２ 循環ポンプ
９２−１ 高温暖房負荷
９２−２ 低温暖房負荷
９４−１ 分岐部
９４−２ 分岐部
９４−３ 分岐部
９６−１ 分配弁
９６−２ 混合弁
９６−３ 混合弁
９６−４ 燃料制御弁
９６−５ 注湯電磁弁
９７ ドレンタンク
９８−１ 温度センサ
９８−２、９８−３、９８−４ 温度センサ
９８−５ 給水量センサ
９８−６ 注湯量センサ
１００ 電装基板
１０２ 電源部
１０４ 給湯・追焚き・暖房制御部
１０６−１、１０６−２、１０６−３ リモコン装置
１０８ プロセッサ
１１０ メモリ部
１１２ システム通信部
１１４ 入出力部

Claims (5)

1. 燃焼排気と熱媒を熱交換させる第一熱交換部を収納する第１の筐体部と、
   前記第１の筐体部に隣接し、前記第１の筐体部から流入する前記燃焼排気と前記熱媒を熱交換する第二熱交換部と、前記燃焼排気と給水を熱交換する第三熱交換部とを収納する第２の筐体部と、
   前記第１の筐体部の天井部と前記第２の筐体部の底部との間に設けられ、前記第２の筐体部の前記底部を傾斜させる傾斜板と、
   前記傾斜板に形成され、前記第１の筐体部からの前記燃焼排気を前記第２の筐体部の内部に導く通気窓部と、
   前記傾斜板から前記通気窓部に張り出して設けられ、前記傾斜板よりも傾斜を大きくした遮蔽板と、
   を備えることを特徴とする熱交換器。
2. 前記遮蔽板は、前記通気窓部側に張り出した前記第二熱交換部または前記第三熱交換部の底部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第２の筐体部は、前記第１の筐体部の側面側に突出したドレン受けを有し、前記第二熱交換部と前記第三熱交換部のいずれかまたは双方から発生したドレンを、前記遮蔽板および前記傾斜板に沿って流して前記ドレン受けに導入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第二熱交換部と前記第三熱交換部は、前記第２の筐体部内において、前記燃焼排気の流れ方向と平行に隣接または前記燃焼排気に対して垂直方向に隣接して配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 熱媒回路に循環する熱媒、または追焚回路に循環する浴槽水と燃焼排気とを熱交換させる第一熱交換部を収納する第１の筐体部と、
   前記第１の筐体部に隣接し、前記第１の筐体部から流入する前記燃焼排気と前記熱媒回路に循環する前記熱媒を熱交換する第二熱交換部と、給湯回路に備えられて、この給湯回路に流れる給水と前記燃焼排気を熱交換する第三熱交換部とを収納する第２の筐体部と、
   前記第１の筐体部の天井部と前記第２の筐体部の底部との間に設けられ、前記第２の筐体部の前記底部を傾斜させる傾斜板と、
   前記傾斜板に形成され、前記第１の筐体部からの前記燃焼排気を前記第２の筐体部の内部に導く通気窓部と、
   前記傾斜板から前記通気窓部に張り出して設けられ、前記傾斜板よりも傾斜を大きくした遮蔽板と、
   を備えることを特徴とする熱源機。
   
   

Images