JP4743862B2

JP4743862B2 - 熱交換装置

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Publication number: JP4743862B2
Application number: JP2005339038A
Authority: JP
Inventors: 浩満尾; 祐介太田
Original assignee: 株式会社ダンレイ
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-11-24
Also published as: JP2007147110A

Description

発明の詳細な説明

本発明は、浴槽水、暖房温水等の循環流体を貯湯槽の湯を熱源として熱交換加熱する熱交換装置に関するものである。

図４には熱交換装置が組み込まれている給湯・湯張りシステムの一例が示されている。この図４に示されるシステムは従来の電気温水器のシステムであり、給湯機能と湯張り機能とを具備している。

図４に示す給湯・湯張りシステムはケース１内に貯湯槽２と、外部への給湯と浴槽３への湯張りを行う機能構成部とを収容したもので、貯湯槽２内には給湯の湯が貯湯されている。この給湯の湯は、電気エネルギ、ガス燃焼エネルギ、熱電併給（コージェネレーション）等の適宜の給湯熱源を利用して湯が作り出され、その湯が貯湯槽２に蓄えられてなるもので、貯湯槽２から湯が引き出されて使用されると、その使用量に応じた量の湯が作成されて補充される。

機能構成部は給湯機能部と湯張り機能部とを備えている。給湯機能部は貯湯槽２の湯を、給湯路４を通して引き出し、混合弁１７で給水と混合して湯温を調整し、外部へ給湯する機能をもつもので、図示の例では給湯の湯はシャワー５に導かれている。また、図示の例では、湯張り機能部はオートタイプの湯張り機能部と成している。オートタイプの湯張り機能部は貯湯槽２の湯を、水路７を通して引き出し混合弁１１で給水と混合して湯温が調整された後、さらに、浴槽水の循環路８を通して浴槽３へ落とし込む機能を備えたもので、落とし込みの水量は流量カウンタ９によって検出され、浴槽水位は水位センサ１０によって検出され、検出水位が設定水位に達した時に湯の落とし込みが停止され、湯張りが終了するものである。

被加熱流体である、浴槽水の循環加熱は、浴槽水の循環ポンプ１２を駆動して浴槽３の湯を、貯湯槽２を経由する循環路８を通して循環させることにより行われる。この浴槽水の循環路８は、浴槽３、循環ポンプ１２を有する戻り管１３、三方弁１５、スパイラル管１６、往管１４を順に経て浴槽３に戻る管路によって形成されている。浴槽水を加熱するときは、循環ポンプ１２を駆動し、貯湯槽２の戻り管１３側から往管１４を通して浴槽３へ循環させ、このとき三方弁１５をスパイラル管１６側へ切り替え、循環水をスパイラル管１６に通すことで、貯湯槽２内の高温の湯と熱交換させ、循環水の湯温を高めて浴槽３へ戻し、浴槽水の循環加熱を行うものである。これら、機能構成部の各機能の動作は制御装置（図示せず）によって制御される。

一般に、貯湯槽２には水道を給水源として給水が供給されることから貯湯槽２内の圧力は減圧弁後の圧力で０．１ＭＰａ以上になっており、一方、循環ポンプ１２の全楊程は約１０ｍ（０．１ＭＰａ）で、通常の使用状態では０．０５ＭＰａ以下であり、貯湯槽２内の圧力が循環路８内の圧力よりも大きいので、貯湯槽２内でスパイラル管１６に微小クラックやピンホール等の損傷が生じても循環路８を通水する汚水が貯湯槽２内に混入することが防止されるよう考慮されている。

しかしながら、例えば、何らかの原因により、循環路８が閉塞状態になり、その状態で循環ポンプ１２が駆動されて浴槽水の循環加熱動作が行われた場合には、循環路８の内圧が貯湯槽２の内圧を越え、循環路８を通水する汚水が給湯の湯を蓄えた貯湯槽２内に漏れるという問題が発生する。前記循環路８の過圧を抑制する減圧弁を循環路８に設けてこのような問題を回避することも考えられるが、このような減圧弁はコスト的に高く流れに方向性があるため注湯搬送時に片側になり浴槽注湯に時間がかかる等の不具合が起こる。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、貯湯槽の湯を熱源として被加熱流体を熱交換加熱する場合、被加熱流体を循環させる管路から貯湯槽内の湯に循環流体が漏れて貯湯槽内の湯が汚染されるということのない、貯湯槽の湯を熱源とする熱交換装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために次のような構成をもって、課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、湯を貯湯する貯湯槽を有し、該貯湯槽に連通して該貯湯槽の湯で満たされた熱源容器中に被加熱流体が循環する循環路が通されて該循環路を通る被加熱流体が熱源容器中の湯と熱交換して加熱される構成と成し、前記循環路には前記熱源容器の外側となる経路に圧力開放手段が設けられ、この圧力開放手段は循環路内の圧力が貯湯槽内の圧力よりも低い設定圧力を越えたときに圧力を開放して循環路内の圧力を前記設定圧力以下に維持する構成をもって、課題を解決する手段と成している。

第２の発明は、前記第１の発明の構成を備えた上で、圧力開放手段はブローバルブと成し、該ブローバルブは循環路内の圧力が貯湯槽内の圧力よりも低い設定圧力を越えるときに被加熱流体を噴出させて循環路内の圧力を前記設定圧力以下に維持する構成としたことを特徴とする。

さらに、第３の発明は、湯を貯湯する貯湯槽を有し、該貯湯槽に連通して該貯湯槽の湯で満たされた熱源容器中に被加熱流体が循環する循環路が通されて該循環路を通る被加熱流体が熱源容器中の湯と熱交換して加熱される構成と成し、前記循環路には被加熱流体を循環駆動する循環ポンプと循環路内の圧力を検出する圧力検出センサとが設けられ、前記循環ポンプは回転数制御により循環路内の圧力を可変可能なポンプと成して回転数制御手段により回転数が制御されており、前記回転数制御手段は前記圧力検出センサの圧力検出情報を取り込み検出圧力が前記貯湯槽内の圧力よりも低い設定圧力を維持するように循環ポンプの回転数を制御する構成としたことをもって課題を解決する手段と成している。

さらに、第４の発明は、前記第３の発明の構成を備えた上で、循環ポンプはＤＣポンプにより構成されている構成と成していることを特徴とする。

さらに、第５の発明は、湯を貯湯する貯湯槽を有し、該貯湯槽に連通して該貯湯槽の湯で満たされた熱源容器中に被加熱流体が循環する循環路が通されて該循環路を通る被加熱流体が熱源容器中の湯と熱交換して加熱される構成と成し、前記循環路には被加熱流体を循環駆動する循環ポンプと循環路内の圧力を検出する圧力検出センサとが設けられており、前記圧力検出センサの検出圧力が前記貯湯槽内の圧力よりも低い設定圧力を越えたときに前記循環ポンプの駆動を停止する制御手段を有する構成としたことをもって課題を解決する手段と成している。

さらに、第６の発明は、前記第１乃至第５のいずれか１つの発明の構成を備えた上で、循環路は浴槽水を循環する管路であり、熱源容器は循環路を通る浴槽水を熱交換して加熱する風呂熱交換器を構成していることを特徴とする。

さらに、第７の発明は、前記第１乃至第６のいずれか１つの発明の構成を備えた上で、循環路はその一部が貯湯槽を通して配管形成され、貯湯槽が熱源容器を兼ねていることを特徴とする。

本発明は、貯湯槽の湯で満たされた熱源容器中に被加熱流体が循環する循環路が通され、該循環路を通る被加熱流体が熱源容器中の高温の湯と熱交換して加熱される構成と成し、循環路内の圧力が貯湯槽の内圧よりも低い設定圧力（圧力開放基準圧力）に達したら圧力開放手段によって圧力を開放したり、循環路内の圧力が貯湯槽の内圧よりも低い設定圧力（制御目標圧力）を維持するように循環路の循環ポンプの回転数を制御したり、循環路内の圧力が貯湯槽の内圧よりも低い設定圧力（ポンプ停止基準圧力）を越える時に循環ポンプを停止したりして、循環路の内圧が貯湯槽の内圧よりも低い圧力となるように（循環路の内圧が貯湯槽の内圧に達しないように）調整されるので、たとえ、循環路が何らかの原因で閉塞状態になっている状況のもとで循環ポンプが駆動されたとしても、循環路の内圧が貯湯槽の内圧よりも低い設定圧力を越えることがないので、熱源容器中で循環路に微小クラックやピンホール等の損傷が生じたとしても循環路を通る被加熱流体が貯湯槽側の湯内に混入汚染することを確実に防止することができ、衛生安全上の信頼性を高めることができる。

以下、本発明の実施形態例を図面に基き説明する。なお、以下の説明において、前記図４のシステムと同一の構成部には同一符号を付し、重複説明は省略又は簡略化する。図１には本発明に係る熱交換装置の第１の実施形態例が給湯・湯張りシステムに組み込まれた状態で示されている。図１のシステムは貯湯槽２と機能構成部とを分離した別体物として構成し、機能構成部はケース２０内に収容し、貯湯槽２はケース２０の外部に設置している。図示のケース２０は箱型と成しているが特にケース形状はこれに限定されるものではなく、またケース材料も金属、合成樹脂、木材等、適宜の材料が使用される。

貯湯槽２と機能構成部とは１本の給湯外部管路２１と１本の外部導水管２２との合計２本の管路によって接続されている。給湯外部管路２１の給湯引き出し端（入口端）は貯湯槽２の上部（図示の例では上端）に接続され、出口端はジョイント２４を介してケース２０内の給湯内部導入管２５に接続されている。また、外部導水管２２の出口端は貯湯槽２の下部（図示の例では下端）に接続され、入口端はジョイント２４を介して給水内部管路２６の出口端に接続されている。給水内部管路２６の入口端はジョイント２４を介して外部から給水を導入する給水外部管路２３に接続されている。この給水内部管路２６には入口端から出口端に向けて順に、フィルタ２７、逆止弁２８、減圧弁２９、逆流防止手段としての逆止弁３０、圧力逃し弁３１が介設されている。

減圧弁２９と逆止弁３０との間の給水内部管路２６には分岐接続管３２の入口端が接続され、分岐接続管３２の出口側は２つに分岐され、一方の分岐出口端は注湯混合栓３３の給水口に接続され、他方の分岐出口端は給湯混合栓３４の給水口に接続されている。注湯混合栓３３と給湯混合栓３４の給湯導入口はそれぞれ給湯内部導入管２５の分岐管に接続されている。注湯混合栓３３と給湯混合栓３４は給水と給湯の湯を混合して設定湯温の湯を作成（湯温調整）するものであり、その構成、動作は周知であるのでその説明は省略する。給湯内部送水管３５の出口側と給湯外部送水管３６の入口側はジョイント２４によって接続され、給湯混合栓３４で作成された湯は給湯内部送水管３５を通して外部の給湯外部送水管３６へ導かれている。給湯外部送水管３６は所望の給湯先に導出されるもので、図示の例ではシャワー５に導かれている。前記給湯内部送水管３５には給湯量を検出するフローセンサ（流量センサ）３７と、給湯温度を検出するサーミスタ等の給湯温度センサ３８とが設けられている。

注湯混合栓３３の出口（給湯の湯と給水の混合によって作成された設定湯温の注湯の湯の出口）には内部湯張り管３９の入口端が接続され、内部湯張り管３９の出口は浴槽水の循環路部分の水路に接続されている。この内部湯張り管３９には注湯の落とし込み量を検出するフローセンサ４０と、浴槽３側からの汚水が給湯側の管路に混入するのを防止する縁切り弁ユニット４１とが介設されている。この縁切り弁ユニット４１は注湯電磁弁７２と複数（図では２つ）の逆止弁との直列接続体によって形成されている。前記浴槽水の循環路部分の水路は内部戻り管４２と内部往管４３を有して構成され、内部戻り管４２の入口端はジョイント２４を介して外部戻り管４４の出口端に接続され、内部戻り管４２の出口端は浴槽水の循環ポンプ１２の吸い込み口に接続されている。内部往管４３の入口端は循環ポンプ１２の吐出口に接続され、内部往管４３の出口端はジョイント２４を介して外部往管４５の入口端に接続されている。そして外部戻り管４４の入口端と外部往管４５の出口端は浴槽３に連通接続されている。前記内部往管４３には浴槽３の水位を水圧によって検出する水位センサ１０と、浴槽水の温度（湯温）を検出するサーミスタ等の風呂温度センサ４６と、浴槽水の熱交換加熱温度を検出するサーミスタ等の温度センサ４７とが設けられている。

内部往管４３には被加熱流体としての浴槽水を加熱する風呂熱交換器４９が接続されている。この風呂熱交換器４９は貯湯槽２からの高温の湯のエネルギを、浴槽水循環路部分の水路を通る浴槽水に与えて加熱する、いわゆる水−水熱交換器の構成のもので、加熱源としての貯湯槽２の湯は給湯内部導入管２５に接続された熱交熱源管５０によって風呂熱交換器４９内に導入される。具体的には給湯内部導入管２５と風呂熱交換器４９との間の熱交熱源管５０には熱交ポンプ５１が介設され、この熱交ポンプ５１を駆動することにより貯湯槽２内の湯は給湯外部管路２１、給湯内部導入管２５、熱交熱源管５０を通して風呂熱交換器４９に導入される。熱交熱源管５０の出口は帰還水路５２の入口端に接続され、帰還水路５２の出口端は逆止弁３０と圧力逃し弁３１間の給水内部管路２６に接続されている。この帰還水路５２には給水外部管路２３から給水内部管路２６を通して導入される給水が風呂熱交換器４９側へ流れるのを防止する逆流防止手段としての逆止弁７５が設けられている。

風呂熱交換器４９への浴槽水の導入は流路切り換え弁として機能する三方弁４８を介し浴槽水流通管５３を通して導入される。すなわち、風呂温度センサ４６と温度センサ４７間の内部往管４３には三方弁４８が介設されており、この三方弁４８は浴槽水の循環ポンプ１２側から三方弁４８へ向けて流れてくる浴槽水を管路５４側と浴槽水流通管５３の入口側とへ選択的に切り換えるもので、三方弁４８が浴槽水流通管５３側へ流路を切り換えることによって浴槽水は風呂熱交換器４９内へ導入される。

この三方弁４８から風呂熱交換器４９に至る管路には圧力開放手段として機能するブローバルブ７０が設けられている。このブローバルブ７０は浴槽水流通管５３を通って風呂熱交換器４９に入る浴槽水の圧力がブローバルブ７０の設定圧力（圧力開放基準圧力）を越えるときに管路内の水（温水）を噴出し、管路内圧が設定圧力を越えないように圧力を調整する機能を有するものである。本実施形態例においては、この設定圧力は貯湯槽２内の圧力、つまり、容積拡大部５５（図３参照）内の圧力よりも低い圧力に設定されている。この浴槽水流通管５３の流出端は温度センサ４７が設けられている部位の内部往管４３に接続されており、風呂熱交換器４９で熱交換された後の昇温された浴槽水は浴槽水流通管５３の出口から管路５４側の内部往管４３へ入り、浴槽３に戻される。この、浴槽３、外部戻り管４４、内部戻り管４２、循環ポンプ１２、内部往管４３、三方弁４８、浴槽水流通管５３、風呂熱交換器４９、管路５４側の内部往管４３、外部往管４５を順に経て浴槽３に戻る管路は浴槽水の循環路を構成している。そして、この浴槽水の循環路と熱交熱源管５０を含む風呂熱交換器４９によって浴槽水の熱交換装置が構成されている。

風呂熱交換器４９の熱交換部の一構成例が図３に示されている。同図に示されているように、風呂熱交換器４９の領域において熱交熱源管５０には熱源容器として機能する容積（体積）拡大部５５が設けられ、この容積拡大部５５内に浴槽水流通管５３が貫通して通され、この容積拡大部５５において貯湯槽２側から導入された高温の湯のエネルギが浴槽水流通管５３を通して容積拡大部５５を通過する浴槽水に与えられ、いわゆる水−水熱交換が行われる。この熱交換によって加熱昇温された浴槽水は前記のように浴槽３に戻され、熱交換後の低温化された熱交熱源管５０の湯は前記のように帰還水路５２から給水内部管路２６、外部導水管２２を通して貯湯槽２に戻される構成と成している。

この実施形態例においてはさらに給湯・湯張りシステムに、温水暖房の温水を同様に貯湯槽２の湯を熱源として熱交換加熱する温水暖房の熱交換装置が組み込まれている。この温水暖房の熱交換装置は暖房熱交換器５６と温水暖房の温水循環路とによって構成されている。温水暖房の温水循環路は内部暖房循環路５７と外部往側管路６８および外部戻り側管路６９を有している。ケース２０内の温水暖房の温水循環路の水路部分は暖房熱交換器５６を経由する内部暖房循環路５７によって構成され、この内部暖房循環路５７に暖房の循環ポンプ５８が介設され、また、内部暖房循環路５７の戻り端側にはシスターン５９が介設されている。このシスターン５９にはシスターン５９内の低水位を検出する低水位検出電極６０と、高水位を検出する高水位検出電極６１とが設けられている。このシスターン５９にはシスターン５９内の湯量を補充するための水量補充管６２の出口端が接続され、水量補充管６２の入口端は熱交熱源管５０の出口端側に連通接続されている。そして、水量補充管６２には水量補充電磁弁６３が介設されている。

また、内部暖房循環路５７の往側位置には往側の暖房温水の温度を検出するサーミスタ等の往側暖房温度センサ６４が設けられ、内部暖房循環路５７の戻り側には戻り側の温水の温度を検出するサーミスタ等の戻り側暖房温度センサ６５が設けられ、また、暖房循環ポンプ５８の吐出位置から暖房熱交換器５６に至る管路に圧力開放手段としてのブローバルブ６６が設けられている。このブローバルブ６６は内部暖房循環路５７を循環する温水の圧力が設定圧力（圧力開放基準圧力）を越えるときに管路内の水（温水）を噴出し、管路内圧が設定圧力を越えないように圧力を調整する機能を有するものである。本実施形態例においては、この設定圧力は貯湯槽２内の圧力、つまり、容積拡大部（熱源容器）５５内の圧力よりも低い圧力に設定されている。

暖房熱交換器５６は風呂熱交換器４９の構成と同様に貯湯槽２からの湯のエネルギを、内部暖房循環路５７を通る暖房温水に与えて加熱する、いわゆる水−水熱交換器の構成のもので、加熱源としての貯湯槽２の湯は給湯内部導入管２５に接続された熱交熱源管５０によって暖房熱交換器５６内に導入される。暖房熱交換器５６の熱交換部の構成は図３に示されているように、熱源容器としての容積拡大部５５内に内部暖房循環路５７が貫通して通され、この容積拡大部５５において貯湯槽２側から導入された高温の湯のエネルギが内部暖房循環路５７を通して容積拡大部５５を通過する暖房温水に与えられ、いわゆる水−水熱交換が行われるものである。

内部暖房循環路５７の往側端はジョイント２４を介して床暖房配管路６７の外部往側管路６８に接続され、内部暖房循環路５７の戻り側端はジョイント２４を介して外部戻り側管路６９に接続されている。床暖房配管路６７から外部戻り側管路６９、シスターン５９、暖房循環ポンプ５８、暖房熱交換器５６、外部往側管路６８を順に経て床暖房配管路６７に戻る管路は温水暖房の被加熱流体である温水の循環路を構成している。

本実施形態例では風呂熱交換器４９と暖房熱交換器５６とは集合されて一体的にユニット化された複合熱交換器７１と成しており、この複合熱交換器７１は図３（ｂ）、（ｃ）に示すように熱交熱源管５０から導入されてくる貯湯槽２の湯を容積拡大部５５（５５ａ、５５ｂ）に満たし、熱交熱源管５０から導入されてくる貯湯槽２の湯を共通の加熱源として容積拡大部５５（５５ａ、５５ｂ）を貫通する浴槽水流通管５３内の浴槽水と内部暖房循環路５７内の暖房用温水とを加熱する。なお、図３（ｂ）は共通の容積拡大部５５に浴槽水流通管５３と内部暖房循環路５７を貫通させたものであり、図３（ｃ）は熱交熱源管５０の水路を並列状に分岐し、それぞれの分岐水路に容積拡大部５５（５５ａ）、５５（５５ｂ）を設け、容積拡大部５５ａには浴槽水流通管５３を貫通し、容積拡大部５５ｂには内部暖房循環路５７を貫通し、浴槽水と暖房用温水とを別々の容積拡大部５５ａ、５５ｂで熱交換加熱する構成としたものである。

この図１のシステムにおいて、機能構成部は給湯機能部と、湯張り機能部と、温水暖房機能部とを有している。給湯機能部は、給湯の湯を給湯内部導入管２５から給湯混合栓３４、給湯内部送水管３５を順に通して給湯外部管路２１に導く給湯水路を持ち、湯張り機能部は、注湯の湯を給湯内部導入管２５から注湯混合栓３３、内部湯張り管３９、内部戻り管４２と内部往管４３を有して構成される追い焚き循環路部分の水路、を順に通して外部戻り管４４および外部往管４５に導く湯張り水路を具備している。また、温水暖房機能部は、暖房熱交換器５６が介設された前記内部暖房循環路５７を具備する。

機能構成部の動作制御は制御装置（図示せず）によって行われており、以下に、給湯機能部と、湯張り機能部と、温水暖房機能部の動作を説明する。給湯機能部の給湯動作は、給湯先の栓が開栓されることにより開始する。図１において、シャワー５の栓が開栓されると、貯湯槽２内の水圧は水道圧となっているため（給水は水道を水源として給水外部管路２３に導入されるため）、貯湯槽２内の湯は給湯外部管路２１から給湯内部導入管２５を通して給湯混合栓３４に入る。給湯混合栓３４には分岐接続管３２を通して給水が供給されるため、湯と給水の混合が行われて設定温度の湯が作り出され、この設定温度に調節された給湯の湯は、給湯内部送水管３５から給湯外部送水管３６を通してシャワー５に導かれ給湯の湯の使用が行われる。シャワー５の栓が閉栓されると湯の通水が停止し、給湯動作は終了する。

湯張り機能部の湯張り動作は縁切り弁ユニット４１に組み込まれている注湯電磁弁７２を開けることにより開始する。注湯電磁弁７２が開けられることにより、貯湯槽２内の湯は給湯内部導入管２５を通して注湯混合栓３３に入り込む。そして注湯混合栓３３内では、給水外部管路２３、分岐接続管３２を順に通して供給される給水と前記湯とが予め設定された注湯温度となるように混合され、注湯の湯が作り出される。この注湯の湯は、内部湯張り管３９を通し、内部戻り管４２、内部往管４３の両方の管路を経由し、さらに、外部戻り管４４、外部往管４５を経て浴槽３に落とし込まれる。この湯張り時にはフローセンサ４０により落し込み水量が検出されると共に水位センサ１０により浴槽３の水位が検出され、この水位センサ１０により落とし込み水位が予め設定された設定水位になったことが検出されたときに注湯電磁弁７２が閉弁されて湯張り動作が終了する。

浴槽水の湯温検出動作は三方弁４８により管路５４側を内部往管４３に連通させて、浴槽水の循環ポンプ１２を駆動することにより行われる。この循環ポンプ１２の駆動により、浴槽３の湯は外部戻り管４４、内部戻り管４２、循環ポンプ１２、内部往管４３、三方弁４８、管路５４側の内部往管４３、外部往管４５を順に経て浴槽３に戻る循環を行い、循環水の湯温は風呂温度センサ４６により検出される。

浴槽水の加熱動作は、三方弁４８により管路５４を浴槽水流通管５３に切り換え、循環ポンプ１２を駆動することにより行われる。この循環ポンプ１２の駆動により、浴槽水は浴槽３、外部戻り管４４、内部戻り管４２、浴槽水の循環ポンプ１２、内部往管４３、三方弁４８、浴槽水流通管５３、風呂熱交換器４９、管路５４側の内部往管４３、外部往管４５を順に通して浴槽３に戻る循環路を循環する。この浴槽循環水は風呂熱交換器４９で貯湯槽２から供給される高温の湯と熱交換して昇温される。この循環水の湯温は風呂温度センサ４６で検出され、その検出温度が予め設定された風呂温度に達した時に循環ポンプ１２が停止され、浴槽水の加熱動作を終了する。

また、温水暖房機能部の暖房運転動作は暖房循環ポンプ５８を起動（駆動）することにより行われる。暖房循環ポンプ５８を駆動することにより、床暖房配管路６７内の温水は外部戻り側管路６９、シスターン５９、暖房循環ポンプ５８、暖房熱交換器５６、外部往側管路６８を順に通る暖房温水の循環路を循環し、循環温水は暖房熱交換器５６で加熱昇温され、昇温された温水が床暖房配管路６７に導かれて床暖房配管路６７が敷設されている領域の暖房が行われる。循環温水の戻り側の湯温は戻り側暖房温度センサ６５により、往側の湯温は往側暖房温度センサ６４によりそれぞれ検出され、これらの湯温検出情報に基き、与えられた制御プログラムに応じて暖房運転が制御される。

なお、暖房運転中にシスターン５９の低水位検出電極６０によりシスターン５９内の低水位が検出されたときに水量補充電磁弁６３が開けられ、暖房熱交換器５６で熱交換された後の熱交熱源管５０からの湯が水量補充管６２を通してシスターン５９内に補充される。そして高水位検出電極６１によりシスターン５９内の高水位が検出されたときに水量補充電磁弁６３が閉じられ、水量の補充動作が停止する。

本実施形態例によれば、浴槽水の循環路には風呂熱交換器４９の外側にブローバルブ７０が設けられ、暖房温水の循環路には暖房熱交換器５６の外側にブローバルブ６６が設けられているので、これらの循環路が何らかの原因で閉塞状態（閉塞に近い状態を含む）にあるときに循環ポンプ１２、５８が駆動されて、循環路内の圧力が上昇しても、その上昇圧力がブローバルブ７０、６６の設定圧力（圧力開放基準圧力）を越える時に循環水が噴出して圧力開放が起こるので、循環路の内圧は貯湯槽２の内圧、つまり、容積拡大部５５の内圧以上となることはないので、熱交換器４９、５６部分において循環路に微小クラックやピンホール等の異常が仮に生じたとしても、循環路から貯湯槽２に連通する容積拡大部５５内の湯（貯湯槽２の湯）に循環路側の汚水が漏れる（逆流する）ことはなく、貯湯槽２の湯の汚染を確実に防止することが可能である。

図２は本発明に係る熱交換装置の第２の実施形態例を示す。この第２の実施形態例は循環路内の圧力を圧力検出センサによって検出し、この検出圧力の情報に基いて循環路の内圧が貯湯槽２の内圧（容積拡大部５５の内圧）よりも低い設定圧力（制御目標圧力）となるように循環ポンプ１２（５８）の回転数を制御することを特徴とするもので、それ以外の構成は前記第１の実施形態例と同じであり、同一部分の重複説明は省略する。

この第２の実施形態例においては、循環ポンプ１２（５８）は回転数制御により循環路の内圧制御が可能なポンプにより構成されており、この回転数制御を的確に行うため、循環ポンプ１２（５８）をＤＣポンプ（直流ポンプ）により構成している。この実施形態例においては浴槽水の循環路の内圧と暖房温水の循環路の内圧を共に循環ポンプ１２（５８）の回転数制御により制御するが、その制御構成は両者同じであるので、ここでは、浴槽水の循環路の内圧制御を代表して説明する。

図２（ａ）に示すように、浴槽水の循環路の内圧（管路内の圧力）は循環路に圧力検出センサを設けて検出されるが、浴槽水の循環路には水路内の圧力を浴槽水位の情報として検出する水位センサ１０が設けられているので、この水位センサ１０を圧力検出センサとして兼用している。なお、暖房温水の循環路の水圧の検出は別途圧力検出センサを設けて検出することとなる。また、循環ポンプ１２の回転数は回転数検出センサ７６によって検出される。

回転数制御手段は機能構成部を制御する制御装置（図示せず）に設けられるもので、例えば、図２（ｂ）に示されるような制御データを、グラフデータ、表データ、演算式データ等で具備しており、また、この制御データを用いて循環ポンプ１２の回転数を求める演算回路、演算値を記憶するメモリ、等の構成要素を備えている。回転数制御手段には循環ポンプ１２の内圧の設定圧力Ｐ１の値がメモリに予め与えられている。この設定圧力Ｐ１は貯湯槽２内の圧力よりも低い圧力（循環路に微細クラック等が生じても循環路内の流体が貯湯槽２内に漏れない余裕をもった圧力）であり、実験等によってその値が決定される。

回転数制御手段は圧力検出センサ１０からの循環路内の検出圧力と回転数検出センサ７６からのポンプ回転数の検出値とを取り込み、検出圧力が設定圧力から外れている時はその検出圧力が設定圧力となるように循環ポンプ１２の印加電圧を可変して回転数を制御する。

第２の実施形態例によれば、循環ポンプ１２、５８の回転数制御により浴槽水の循環路と暖房温水の循環路の圧力が設定圧力を維持するように制御されるので、循環路内の圧力が容積拡大部５５内の貯湯槽２の湯の圧力を越えることはないので、たとえ、容積拡大部５５内の循環路に微小クラックやピンホール等の損傷異常が生じたとしても、循環路を通る流体が容積拡大部５５の給湯の湯内に混入することはなく、給湯の湯の（貯湯槽２の湯の）汚染を確実に防止することが可能となり、衛生状の信頼を高めることができる。

なお、第２の実施形態例においては、浴槽水の循環路の設定圧力と暖房温水の循環路の設定圧力は同じ圧力としているが、両者の設定圧力は必ずしも同じ圧力にする必要はなく、互いに異なる設定圧力としてもよい。また、第２の実施形態例においては、循環路に圧力開放手段（ブローバルブ）は設けなくてもよいが、圧力開放手段（ブローバルブ）を設けた場合には、圧力開放手段（ブローバルブ）による圧力開放による安全（貯湯槽２内の湯に循環路の流体（流水）が混入するのを防止し得る安全）と循環ポンプの回転数制御による安全との二重の安全を図ることができる。

次に、本発明に係る熱交換装置の第３の実施形態例を説明する。この第３の実施形態例は前記第１、第２の各実施形態例と同様な浴槽水と暖房温水の循環路および熱交換器（風呂熱交換器４９、暖房熱交換器５６）を具備し、その上で、浴槽水の循環路と暖房温水の循環路に循環路内の圧力を検出する圧力検出センサを設け、このセンサの検出圧力が設定圧力（ポンプ停止基準圧力）に達した時に対応する循環路の循環ポンプを停止して、前記各実施形態例の場合と同様に循環路の通水の水（湯）が容積拡大部５５内の湯に混入して貯湯槽２の湯が汚染されるのを防止する構成を有するものである。この第３実施形態例においても、前記各実施形態例と同様に設定圧力は貯湯槽２内の圧力よりも低い圧力の値で設定される。

この第３の実施形態例においては、循環路の内圧が設定圧力に達した時に循環ポンプを停止させて貯湯槽２の湯への汚染混入の防止を図るものであるから、循環路に設ける循環ポンプ１２、５８は回転数制御が的確にできるポンプであっても良く、そうでなくても良く、ポンプの種類も、ＡＣ、ＤＣ何れのポンプであってもよい。

この第３の実施形態例においては、前記第１の実施形態例による圧力開放手段（ブローバルブ）による安全（循環路から貯湯槽２の湯への汚染混入防止の安全）の構成と、第２の実施形態例のポンプ回転制御による安全の構成は設けなくてもよいが、これら第１の実施形態例の安全の構成と第２の実施形態例の安全の構成の一方又は両方を併用（併設）することにより、二重又は三重の安全を図ることが可能である。

本発明は上記各実施形態例のものに限定されることなく、様々な実施の形態を採り得るものである。例えば、上記各実施形態例では貯湯槽２の湯を容積拡大部５５（５５ａ、５５ｂ）に導入し、この容積拡大部５５の湯を熱交換器４９、５６の加熱源として循環路の通水を熱交換加熱する構成としたが、図４に示すように、循環路の一部の管路（スパイラル管１６）を貯湯槽２内に通して（入れて）配管構成し、貯湯槽２内の湯で直接的にスパイラル管１６を通水する循環水を熱交換加熱する構成としてもよい。この場合は貯湯槽２が熱交換器の熱源容器（容積拡大部５５）として機能（兼用）されることとなる。

このように循環路の一部のスパイラル管１６を貯湯槽２内に入れた構成とする場合においても、貯湯槽２の外側においてその循環路に圧力開放手段（ブローバルブ）を設ければ、前記第１の実施形態例と同様の安全構成（循環路から貯湯槽２内への汚染水混入防止の安全構成）となり、また、循環路の循環ポンプを回転数制御が可能なポンプとして循環路内の圧力が設定圧力を越えないように制御する構成とすれば前記第２の実施形態例と同様の汚染水混入防止の安全構成となり、さらに、循環路内の検出圧力が設定圧力に達した時に循環ポンプを停止する構成とすれば前記第３の実施形態例と同様の汚染水混入防止の安全構成となる。

また、上記各実施形態例においては、熱交換装置を給湯・湯張りシステムに組み込んだもので示したが、本発明の熱交換装置は暖房温水や、浴槽水を加熱するための単独の熱交換装置として利用してもよいものである。

さらに、上記各実施形態例では、浴槽水の循環加熱と、暖房温水の循環加熱とを対象にして説明したが、本発明の熱交換装置は、それ以外の被加熱流体の循環加熱に適用可能である。

さらに、上記各実施形態例において、循環路内の圧力を圧力センサにより検出して、その検出圧が貯湯槽の内圧よりも低い設定圧力（圧力開放基準圧力）に達したとき、又はその開放基準圧力よりも低い警報発生の設定圧力に達したときに、或いは、循環ポンプの回転数を検出するために設けられる回転数検出センサの検出回転数が予め設定した警報発生の設定回転数まで低下したときに、例えば、ブザー、ランプ、モニター画面表示等の警報手段によって、警報を発する（報知する）構成を付加してもよい。

本発明に係る熱交換装置の第１の実施形態例の構成を給湯・湯張りシステムに組み込み状態で示す説明図である。本発明の第２の実施形態例の構成の説明図である。実施形態例の熱交換装置を構成する熱交換器の一例を示す図である。出願人が先に設計した熱交換装置を装備した給湯・湯張りシステムの説明図である。

２貯湯槽
３浴槽
４９風呂熱交換器
５５（５５ａ、５５ｂ）容積拡大部（熱源容器）
５６暖房熱交換器
６６、７０ブローバルブ（圧力開放手段）
７１複合熱交換器

Claims

湯を貯湯する貯湯槽を有し、該貯湯槽に連通して該貯湯槽の湯で満たされた熱源容器中に被加熱流体が循環する循環路が通されて該循環路を通る被加熱流体が熱源容器中の湯と熱交換して加熱される構成と成し、前記循環路には前記熱源容器の外側となる経路に圧力開放手段が設けられ、この圧力開放手段は循環路内の圧力が貯湯槽内の圧力よりも低い設定圧力を越えたときに圧力を開放して循環路内の圧力を前記設定圧力以下に維持する構成としたことを特徴とする熱交換装置。
圧力開放手段はブローバルブと成し、該ブローバルブは循環路内の圧力が貯湯槽内の圧力よりも低い設定圧力を越えるときに被加熱流体を噴出させて循環路内の圧力を前記設定圧力以下に維持する構成と成したことを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
湯を貯湯する貯湯槽を有し、該貯湯槽に連通して該貯湯槽の湯で満たされた熱源容器中に被加熱流体が循環する循環路が通されて該循環路を通る被加熱流体が熱源容器中の湯と熱交換して加熱される構成と成し、前記循環路には被加熱流体を循環駆動する循環ポンプと循環路内の圧力を検出する圧力検出センサとが設けられ、前記循環ポンプは回転数制御により循環路内の圧力を可変可能なポンプと成して回転数制御手段により回転数が制御されており、前記回転数制御手段は前記圧力検出センサの圧力検出情報を取り込み検出圧力が前記貯湯槽内の圧力よりも低い設定圧力を維持するように循環ポンプの回転数を制御する構成と成していることを特徴とする熱交換装置。
循環ポンプはＤＣポンプにより構成されていることを特徴とする請求項３記載の熱交換装置。
湯を貯湯する貯湯槽を有し、該貯湯槽に連通して該貯湯槽の湯で満たされた熱源容器中に被加熱流体が循環する循環路が通されて該循環路を通る被加熱流体が熱源容器中の湯と熱交換して加熱される構成と成し、前記循環路には被加熱流体を循環駆動する循環ポンプと循環路内の圧力を検出する圧力検出センサとが設けられており、前記圧力検出センサの検出圧力が前記貯湯槽内の圧力よりも低い設定圧力を越えたときに前記循環ポンプの駆動を停止する制御手段を有することを特徴とする熱交換装置。
循環路は浴槽水を循環する管路であり、熱源容器は循環路を通る浴槽水を熱交換して加熱する風呂熱交換器を構成している請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の熱交換装置。
循環路はその一部が貯湯槽を通して配管形成され、貯湯槽が熱源容器を兼ねていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の熱交換装置。