JP3835475B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、暖房および風呂の追い焚き機能を有する装置に関するものである。

図９に示すように、従来のこの種給湯装置では、給湯を行う際に即湯機能を実現する構成において、暖房および風呂の追い焚きを行うものである。

すなわち、図９に示すように熱交換器１と、出湯管２と、出湯管２の先端のミキシング
バルブ３と、ミキシングバルブ３の直前に設けた戻り管４と、熱交換器１の出口に設けたバイパス管５と、バイパス管５と給水管６との間に設けた間接熱交換器７と、間接熱交換器７に設けた風呂追い焚き回路８と暖房回路９と、給水管６とバイパス管５および給水管６と戻り管４とで循環回路１０を形成し、循環回路１０に設けた循環ポンプ１１で構成されている。

そして上記構成により、給湯を行わない時には熱交換器１で高温に加熱された湯を戻り管４を介して循環ポンプ１１で循環させ即湯できるようになっている。さらに、バイパス管５に湯を流すことで一つの間接熱交換器７で風呂追い焚き回路８を介して風呂の追い焚きをし、暖房回路９を介して暖房するようになっていた（例えば、特許文献１参照）。
実公平７−１４７５８号公報

しかしながら上記従来の給湯装置では、即湯システムを利用しているため高温の温水を屋内のミキシングバルブ３に至る直前まで循環させねばならないためランニングコストが高くつき、高温の湯とするために必ずミキシングバルブ３を設けねばならないという課題があった。さらに間接熱交換器７が一つであり、コイルシェル式の液貯湯式の水−水熱交換器で、流路は互いに平行流となるため、熱交換効率が低くお湯を一旦シェルに溜めねばならないため大型で重い熱交換器が必要となるとともに、暖房に必要な高温の温水温度と風呂追い焚きに必要な温水温度を制御することが困難となる課題がある。

本発明は上記課題を解決するために、給湯装置のケーシング内に、バーナと、前記バーナで加熱される熱交換器と、前記熱交換器の入口に設けた給水管および出口に設けた給湯管と、前記熱交換器の入口と出口を接続して閉回路を形成すると共に第一、第二強制対流型熱交換器と搬送手段を配置した第一の循環回路と、循環ポンプを介して前記第一強制対流型熱交換器と負荷装置の間で温水を循環させる第二の循環回路と、循環ポンプを介して前記第二強制対流型熱交換器と負荷装置の間で温水を循環させる第三の循環回路とを備え、前記第一の循環回路は、逆止弁を介して前記熱交換器の入口に合流させると共に、前記逆止弁の上流側の循環回路中に前記搬送手段を設け、前記搬送手段の駆動だけで温水が循環して前記第二、第三の循環回路へ伝熱し、前記搬送手段は前記第二、第三の循環回路の各循環ポンプの運転に連動して運転を開始し、前記第一の循環回路の温水が循環した後にバーナの運転を開始するように構成し、さらに、前記第一強制対流型熱交換器を第二強制対流型熱交換器よりも上流側に配置してこの第一強制対流型熱交換器側の負荷装置を暖房用に、第二強制対流型熱交換器側の負荷装置を風呂用にそれぞれ設定したものである。

上記発明によれば、第一の循環回路に第一、第二強制対流型熱交換器を設け負荷装置を運転することで給湯機能と暖房機能もしくは風呂機能等を有する小型の給湯複合機を提供できると共に、用途に応じて適切な熱量供給が可能となり、運転制御が容易に実現できる。

本発明の給湯装置は、給湯機能と暖房機能もしくは風呂機能等の複数の機能を有する小型の給湯複合機を提供できると共に、用途に応じた適切な熱量供給が可能となり、運転制御が容易に実現できる。

本発明の第１の実施の形態による給湯装置は、給湯装置のケーシング内に、バーナと、前記バーナで加熱される熱交換器と、前記熱交換器の入口に設けた給水管および出口に設
けた給湯管と、前記熱交換器の入口と出口を接続して閉回路を形成すると共に第一、第二強制対流型熱交換器と搬送手段を配置した第一の循環回路と、循環ポンプを介して前記第一強制対流型熱交換器と負荷装置の間で温水を循環させる第二の循環回路と、循環ポンプを介して前記第二強制対流型熱交換器と負荷装置の間で温水を循環させる第三の循環回路とを備え、前記第一の循環回路は、逆止弁を介して前記熱交換器の入口に合流させると共に、前記逆止弁の上流側の循環回路中に前記搬送手段を設け、前記搬送手段の駆動だけで温水が循環して前記第二、第三の循環回路へ伝熱し、前記搬送手段は前記第二、第三の循環回路の各循環ポンプの運転に連動して運転を開始し、前記第一の循環回路の温水が循環した後にバーナの運転を開始するように構成し、さらに、前記第一強制対流型熱交換器を第二強制対流型熱交換器よりも上流側に配置してこの第一強制対流型熱交換器側の負荷装置を暖房用に、第二強制対流型熱交換器側の負荷装置を風呂用にそれぞれ設定したものである。

そして、負荷装置を運転することで給湯機能と暖房機能もしくは風呂機能等を有する小型の給湯複合機を提供できると共に、用途に応じて適切な熱量供給が可能となり、運転制御が容易に実現でき、さらに、第一の循環回路を本体ケーシング内に設けているため高温の温水が循環する経路が短くてすみ、圧力損失が小さく、熱損失の少ない給湯装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における燃焼装置を示す構成図である。図１において、１２は本体のケーシングであり、１３はバーナでバーナ１３における燃焼により発生する排熱を受熱する熱交換器１４と、熱交換器１４の入口１５に設けた給水管１６と出口１７に設けた給湯管１８と、入口１５と出口１７に閉回路をケーシング１２の内部に形成する第一の循環回路１９と、第一の循環回路１９の中に設けた温水を循環させる搬送手段である耐圧ポンプ２０と耐圧ポンプ２０と入口１５の間に設けた水の逆流を防止する第一の逆止弁２１と耐圧ポンプ２０の上流側に設けた配管内の圧力がある一定値を越えると圧力を逃がす圧力逃がし弁２２と第一の強制対流型熱交換器である第一の二重管熱交換器２３と第二の強制対流型熱交換器である第二の二重管熱交換器２４と、第一の二重管熱交換器２３と負荷装置の一つである暖房装置２５との間に設けた第二の循環回路２６と、第二の循環回路２６中に設けた温水を循環させる第二循環回路用循環ポンプ２７と膨張タンク２８と、第二の二重管熱交換器２４と負荷装置の一つである浴槽２９との間に設けた第三の循環回路３０と、第三の循環回路３０中に設けた浴槽水を循環させる第三循環回路用循環ポンプ３１とからなる。

次に動作、作用について説明すると、まず、給湯栓３２を開栓すると水は給水管１６を通り入口１５から熱交換器１４に入りバーナ１３の燃焼熱により加温され出口１７と給湯管１８を通り給湯栓３２から出湯する。

次に暖房運転時には、暖房装置２５の運転命令で第二循環回路用循環ポンプ２７が駆動し、連動して耐圧ポンプ２０を駆動しバーナ１３を着火する。第一の循環回路１９では、耐圧ポンプ２０により湯が循環する際、バーナ１３の燃焼熱により加温され、第一の二重管熱交換器２３で第二の循環回路２６側へ伝熱する。第二の循環回路２６では、第二循環回路用循環ポンプ２７により温水が第二の循環回路２６を循環し、第一の二重管熱交換器２３で受熱した熱を暖房装置２５で放熱して温風を吹き出す。

次に風呂の追い焚き運転時には、浴槽２９の追い焚き運転命令で第三循環回路用循環ポンプ３１が駆動し、連動して耐圧ポンプ２０を駆動しバーナ１３を着火する。第一の循環
回路１９では、耐圧ポンプ２０により湯が循環する際、バーナ１３の燃焼熱により加温され、第二の二重管熱交換器２４で第三の循環回路３０側へ伝熱する。第三の循環回路３０では、第三循環回路用循環ポンプ３１により浴槽水が第三の循環回路３０を循環し、第二の二重管熱交換器２４で受熱した熱を浴槽２９で放熱して風呂の追い焚きを行う。

上記動作において、第一の循環回路１９はケーシング１２の内部に設けているため配管長は極めて短いため圧力損失が小さく小型の耐圧ポンプ２０で循環できる。すなわち熱損失も少なくランニングコストを抑制できる。

また、暖房装置２５で必要な温水温度は約８０℃であり、風呂の追い焚きに必要な浴槽２９への供給温度は約６０℃であることから、第一の循環回路１９の熱交換器１４の出口１７側に第二の循環回路２６を設けることで第一の循環回路内の温水温度勾配の効率がよい構成となる。すなわち、暖房運転能力は充分確保でき、風呂の追い焚き運転制御も容易となる。風呂の追い焚き能力を多少落としてもよいのであれば、第三の循環回路３０を出口１７の近傍側へ設けてもよい。また、強制対流型熱交換器を二重管熱交換器としたがプレート式熱交換器としても同様の効果を発揮する。

さらに、暖房運転や風呂追い焚き運転と連動して、第一の循環回路１９の温水が循環した後に熱交換器１４を加熱する動作に移行するため、熱交換器１４の空焚きは発生しないため耐久性能が向上するものである。

なお、バーナ１３で熱交換器１４に燃焼熱を供給する構成について説明したが、バーナ１３の燃焼熱を第一の強制対流型熱交換器２３もしくは第二の強制対流型熱交換器２４に直接供給すれば、さらに装置を小型にできる。

また、ここでは強制対流型熱交換器を二つ示した例を示したが、図２（ｂ）に示すように当然一つの強制対流型熱交換器のみを第一の循環回路に設け、給湯風呂装置とするか、図２（ａ）に示すように給湯暖房装置としてもそれぞれの機能は同様に満足できるものである。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における燃焼装置を示す風呂構成図である。本実施の形態２において、実施の形態１と異なる点は第一の循環回路２０に三台の第二の強制対流型熱交換器２４と第三の循環回路３０と第三循環回路用循環ポンプ３１とを備えたものである。

なお、実施の形態１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。

次に動作、作用を説明すると、第一の循環回路１９に三台の強制対流型熱交換器２４を設けているため、同時に３室の浴槽２９の追い焚きが可能となる。ここで浴槽２９を３台同時に追い焚きできる構成を示したが二台もしくは三台以上であっても同様の効果を発揮できる。

（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における第二の二重管熱交換器２４を示す構成図である。本実施の形態３において、実施の形態２と異なる点は第二の強制対流型熱交換器である第二の二重管熱交換器２４が傾斜して構成され、第三循環回路用循環ポンプ３１が存在しない構成である。

なお、実施の形態２と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。

次に動作、作用を説明すると、第一の循環回路１９を高温の温水が通過すると第二の二重管熱交換器２４の外側管路３３を通過し、内側管路３４を通過する浴槽水を加熱する。加熱された浴槽水は上方へ移動し浴槽２９へと自然循環する。従って、浴槽２９へ追い焚き用の湯を搬送する第三循環回路用循環ポンプ３１が無くてもよいため、装置を小型化できる。

なお、第一の循環回路１９を第二の二重管熱交換器２４の内側管路３４を循環し、外側管路３３を浴槽水が循環する構成としても同様の効果を発揮する。

（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４における燃焼装置を示す構成図である。本実施の形態４において、実施の形態１と異なる点は、給水管１６と給湯管１８にミキシング回路３５を設け、ミキシング回路３５には、熱交換器１４と出口１７の間に設けたサーミスタ３６と吸水管１６に設けたサーミスタ３７とにより設定水温となるようにミキシング量を調整する流量制御装置である水量制御弁３８とで構成される。

なお、実施の形態１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。

次に動作、作用を説明すると、風呂の追い焚きや暖房運転をしている時は、第一の循環回路１９には高温の湯が循環する。この時、第一の循環回路１９を循環している湯の温度をサーミスタ３６で検知し給水温度をサ−ミスタ３７で検知し、水量制御弁３８の開度を調整する。給湯栓３２を開栓すると高温の湯が出湯するが、これを回避するためミキシング回路３５から水を出湯管１８にバイパスし所望の温度の湯を出湯できる。すなわち、給湯栓３２はあらゆる種類のバルブを使用することが出来、ミキシングバルブ以外の給湯栓でもよい。

なお、前記実施の形態において流量制御装置は水量制御弁としたが、複数のミキシング回路と複数の電磁弁を設け、バイパスする水量を電磁弁の開閉の個数で調整しても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５の積層熱交換器を示す構成図である。本実施の形態５において、実施の形態１と異なる点は、第一の強制対流型熱交換器が積層熱交換器で構成されていることである。積層熱交換器のプレートには、第一の循環回路入口３９と出口４０、第二の循環回路入口４１と出口４２が設けられている押さえプレート４３と、第一の循環回路１９が切られているプレートＡ４４と、隔壁であるプレートＢ４５と、第二の循環回路２６が切られているプレートＣ４６がある。さらに、各プレートを積層し一体化した際に、各循環回路のヘッダー部を形成する貫通孔４７および４８が設けられている。

また、熱交換を行う際のプレート４５には、各プレートを積層し一体化した際に、各循環回路のヘッダー部を形成する貫通孔４９および５０が設けられている。

さらに、プレートＢ４５を介して、プレートＡ４４の流路５１と対向する位置に、プレートＣ４６の流路５２が設けられている。

これらのプレートＡ４４、プレートＢ４５、プレートＣ４６、プレートＢ４５を順番に重ねて１組とし、さらに複数組積層して一体化することにより、積層熱交換器が形成される。

なお、実施の形態１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。

次に動作、作用を説明すると、暖房運転をしている時は、第一の循環回路１９には高温の湯が循環する。この時、第一の循環回路入口３９から入った温水は貫通孔４７からプレートＡ４４の流路５１を流れ第一の循環回路出口４０から出る。一方対向するプレートＣ４６の流路５２には、プレートＢ４５を介して第二の循環回路２６の温水へ伝熱し暖房用の熱が供給される。この様に積層熱交換器を使用することで小型で効率のよい強制対流型熱交換器を実現できるため装置を小型化できる。

なお、各プレートを一体化接合する方法としては、例えば拡散溶接やロウ付けが用いられる。拡散溶接は、真空内でプレートの母材の融点より少し低い温度まで昇温し加圧するもので、プレート材料の拡散によって一体化するものである。ロウ付けは、プレートの母材よりも融点の低いロウ材を全ての接合面に付けて、真空または不活性雰囲気内でロウ材の融点まで昇温し、ロウ材のみを溶融させて一体化するものである。

（実施の形態６）
図７と図８は本発明の実施の形態６の積層熱交換器とフィルタを示す構成図である。本実施の形態６において、実施の形態１と実施の形態５と異なる点は、第二の強制対流型熱交換器が積層熱交換器で構成され、積層熱交換器の第三の循環回路の入口側にフィルタを設けている点である。積層熱交換器のプレートには、第一の循環回路入口３９と出口４０、第三の循環回路入口５３と出口５４が設けられている押さえプレート４３と、第一の循環回路１９が切られているプレートＡ４４と、隔壁であるプレートＢ４５と、第三の循環回路３０が切られているプレートＤ５５がある。さらに各プレートを積層し一体化した際に、各循環回路のヘッダー部を形成する貫通孔４７および貫通孔４８が設けられている。

また、熱交換を行う際のプレートＢ４５には、各プレートを積層し一体化した際に、各循環回路のヘッダー部を形成する貫通孔４９および貫通孔５０が設けられている。さらに、プレートＢ４５を介して、プレートＡ４４の流路５１と対向する位置に、プレートＤ５５の流路５６が設けられている。これらのプレートＡ４４、プレートＢ４５、プレートＤ５５、プレートＢ４５を順番に重ねて１組とし、さらに複数組積層して一体化することにより、積層熱交換器が形成される。

さらに、第三の循環回路入口５３の前段には着脱可能なフィルタ５７が設けられている。

なお、実施の形態１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。

次に動作、作用を説明すると、風呂の追い焚き運転をしている時は、第一の循環回路１９には高温の湯が循環する。この時、第一の循環回路入口３９から入った温水は貫通孔４７から流路５１を流れ第一の循環回路の出口４０から出る。一方対向するプレートＤ５５の流路５６には、プレートＢ４５を介して第三の循環回路３０の浴槽２９の温水へ伝熱し風呂の追い焚き用の熱が供給される。この様に積層熱交換器を使用することで小型で効率のよい強制対流型熱交換器を実現できるため装置を小型化できる。

さらに着脱可能なフィルタ５７で浴槽２９から循環してくる毛髪や湯垢等のゴミをトラップし積層熱交換器の流路５６に入り込まない構成としているため安定した熱効率を確保でき、フィルタを交換することで熱交詰まりを防ぎ第三の循環回路３０の圧力損失の増加も防ぐことができる。

以上のように、本発明にかかる給湯装置は、給湯機と風呂追い焚き機能を具備した給湯風呂装置や給湯機と暖房機能を具備した給湯暖房機等の複合給湯機の小型化と即湯を実現できるので、家庭用、業務用の給湯装置等の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１における給湯装置の構成図 （ａ）同実施の形態１における給湯暖房装置の構成図（ｂ）同実施の形態１における給湯風呂装置の構成図 本発明の実施の形態２における給湯装置の構成図 本発明の実施の形態３における二重管熱交換器の拡大構成図 本発明の実施の形態４における給湯装置の構成図 本発明の実施の形態５における積層熱交換器の分解斜視図 本発明の実施の形態５における積層熱交換器の分解斜視図 本発明の実施の形態６におけるフィルタの構成図 従来の給湯装置の構成図

符号の説明

１３ バーナ
１４ 熱交換器
１５ 入口
１６ 給水管
１７ 出口
１８ 給湯管
１９ 第一の循環回路
２０ 搬送手段
２３ 第一の二重管熱交換器（第一の強制対流型熱交換器）
２４ 第二の二重管熱交換器（第二の強制対流型熱交換器）
２５ 暖房装置（負荷装置）
２６ 第二の循環回路
２７ 第二循環回路用循環ポンプ
２９ 浴槽（負荷装置）
３０ 第三の循環回路
３１ 第三循環回路用循環ポンプ

Claims (1)

1. 給湯装置のケーシング内に、バーナと、前記バーナで加熱される熱交換器と、前記熱交換器の入口に設けた給水管および出口に設けた給湯管と、前記熱交換器の入口と出口を接続して閉回路を形成すると共に第一、第二強制対流型熱交換器と搬送手段を配置した第一の循環回路と、循環ポンプを介して前記第一強制対流型熱交換器と負荷装置の間で温水を循環させる第二の循環回路と、循環ポンプを介して前記第二強制対流型熱交換器と負荷装置の間で温水を循環させる第三の循環回路とを備え、前記第一の循環回路は、逆止弁を介して前記熱交換器の入口に合流させると共に、前記逆止弁の上流側の循環回路中に前記搬送手段を設け、前記搬送手段の駆動だけで温水が循環して前記第二、第三の循環回路へ伝熱し、前記搬送手段は前記第二、第三の循環回路の各循環ポンプの運転に連動して運転を開始し、前記第一の循環回路の温水が循環した後にバーナの運転を開始するように構成し、さらに、前記第一強制対流型熱交換器を第二強制対流型熱交換器よりも上流側に配置してこの第一強制対流型熱交換器側の負荷装置を暖房用に、第二強制対流型熱交換器側の負荷装置を風呂用にそれぞれ設定した給湯装置。

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