JP6513986B2 - 熱源装置、熱交換方法および熱交換器 - Google Patents

Description

本発明はたとえば、燃料ガスの燃焼熱を熱源に用いて給湯、浴槽水の追焚き、暖房などを行う熱源技術に関する。

従来の給湯機能、追焚き機能および暖房機能を備える熱源装置では、燃焼熱により加熱される熱交換器として給湯用熱交換器と別個に暖房用熱交換器が設置され、さらに暖房熱媒と熱交換する追焚き用熱交換器を備えている。また、燃焼熱により加熱される給湯用熱交換器を設けることなく、燃焼熱で加熱した熱媒を暖房機能に用いるとともに給水との熱交換や浴槽水との熱交換を行うもの（たとえば、特許文献１）が知られている。

燃焼熱と熱媒の熱交換では、ひとつの熱交換器に燃焼熱と暖房用の熱媒を熱交換する熱交換部と、燃焼熱と浴槽水とを熱交換する浴槽水熱交換部を備えたものが知られている（たとえば、特許文献２、特許文献３）。

特開２００７−１８７４１９号公報 特開平０９−３１８１５１号公報 特開２００６−０９０５９２号公報

たとえば、燃焼熱により加熱される給湯用熱交換器を設けることなく、熱媒を加熱すれば、燃焼加熱部のコンパクト化とともに、バーナーの燃焼熱と熱媒とを熱交換し、熱媒の熱と給水とを熱交換して給湯することは熱媒を一定温度たとえば、８０〔℃〕に維持し、この熱媒の熱を給水に熱交換できるので、燃焼熱の温度変化の影響を回避でき、出湯特性が安定化する利点がある。

浴槽水の追焚きに熱媒の熱を用いる場合には熱媒加熱用の熱交換器と別に熱媒回路に追焚き用の熱交換器を設置しなければならないという課題がある。

また、一つの熱交換器に、燃焼熱と暖房用の熱媒を熱交換する熱交換部と浴槽水と熱交換する浴槽水熱交換部を備えれば、浴槽水の追焚き加熱の際、熱媒の循環が必要となるが、熱媒回路に接続される暖房用の放熱負荷へ循環してしまうという課題がある。放熱負荷と別個に熱媒循環を可能にするためには放熱負荷への熱媒循環を回避するためにバイパス路などの循環路が必要であ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、給湯特性の安定化とともに、熱媒循環のための回路を簡略化することにある。

上記目的を達成するため、本発明の熱源装置の一側面によれば、熱源と、熱媒を循環させる第１の循環路と、浴槽水を循環させる第２の循環路と、前記熱源の熱と前記熱媒とを熱交換する熱媒熱交換部、前記熱源の熱と浴槽水とを熱交換する浴槽水熱交換部を含む第１の熱交換器と、前記熱媒熱交換部で加熱した前記熱媒の熱と給水とを熱交換して出湯する第２の熱交換器とを備えればよい。

上記熱源装置において、前記第１の循環路は、前記第２の熱交換器を通過させて前記熱媒を前記第１の熱交換器に帰還させる帰還路を備えてよい。

上記熱源装置において、前記熱媒熱交換部で熱交換後の前記熱媒を少なくとも第１および第２の経路に分配する分配弁と、前記分配弁で分配された前記熱媒と前記熱媒熱交換部で熱交換中または熱交換前の前記熱媒とを混合する混合弁とを備えてもよい。

上記熱源装置において、前記第１の熱交換器は、前記熱源の熱を直接受ける複数の一次熱交換器と、該一次熱交換器の熱交換後の熱を受ける少なくとも一つの二次熱交換器を備え、前記熱媒熱交換部は、少なくとも前記一次熱交換器を含みまたは前記一次熱交換器および前記二次熱交換器を含み、前記浴槽水熱交換部は、少なくとも前記一次熱交換器を含んでよい。

上記熱源装置において、前記第１の経路は前記熱媒を前記第２の熱交換器に導き、前記第２の経路は前記熱媒を前記混合弁に導いてよい。

上記熱源装置において、前記第１の経路または前記第２の経路から前記熱媒を高温放熱負荷に導く第１の熱媒回路を備えてよい。

上記熱源装置において、前記混合弁で得られる前記熱媒を低温放熱負荷に導く第２の熱媒回路を備えてよい。

上記熱源装置において、前記第１の熱交換器は、前記第２の熱交換器の熱交換前の給水に、前記第１の熱交換器の熱交換後の熱を熱交換する出湯熱交換部を備えてよい。

上記目的を達成するため、本発明の熱交換方法の一側面によれば、給湯時、第１の循環路に熱媒を循環させ、該熱媒と熱源の熱とを熱交換し、前記熱媒の熱を給水に熱交換して出湯する工程と、浴槽水の追焚き時、第２の循環路に前記浴槽水を循環させ、前記浴槽水と前記熱源の熱とを熱交換して前記浴槽水を加熱する工程とを含めばよい。

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、給水に熱交換する熱媒が循環する第１の循環路から前記熱媒を受け、該熱媒と熱源の熱とを熱交換する熱媒熱交換部と、第２の循環路から追焚きするための浴槽水を受け、該浴槽水と熱源の熱とを熱交換する浴槽水熱交換部とを一体に備えればよい。

上記熱交換器において、さらに、前記熱媒の熱と熱交換される前の前記給水を受け、該給水と前記熱源の熱とを熱交換する給水熱交換部とを備えてよい。

上記熱交換器において、前記給水熱交換部は、前記熱媒との熱交換後の燃焼排気と前記給水とを熱交換する。

本発明の熱源装置または熱交換方法によれば、次のいずれかの効果が得られる。

(1) 燃焼熱などの熱源の熱と熱媒とを熱交換する熱交換器に浴槽水と熱源の熱とを熱交換する浴槽水熱交換部を備えるので、熱媒の熱と浴槽水とを熱交換する所謂液々熱交換器を省くことができる。

(2) 熱源からの熱で浴槽水を加熱できるので、給湯加熱と別個に浴槽水を加熱でき、浴槽水の加熱を迅速化できる。

(3) 熱媒暖房回路と別個に熱媒循環路を構成できるので、暖房回路側に暖房負荷を回避する熱媒循環路を設ける必要がなく、熱媒循環または暖房回路を簡略化できる。

(4) 浴槽追焚き時、熱媒は暖房回路に関係なく、循環路に循環させることができ、暖房回路側の対策や熱媒の沸騰を防止できる。

第１の実施の形態に係る熱源装置を示す図である。 熱源装置の給湯動作および追焚き動作を示す図である。 第２の実施の形態に係る熱源装置を示す図である。 熱源装置の給湯動作を示す図である。 熱源装置の追焚き動作を示す図である。 熱源装置の暖房動作を示す図である。 実施例に係る給湯・追焚き・暖房装置を示す図である。 制御系統を示す図である。 循環ポンプ制御を示すフローチャートである。 バーナー燃焼制御を示すフローチャートである。 給湯制御を示すフローチャートである。 給湯・追焚き・暖房装置の給湯動作を示す図である。 給湯・追焚き・暖房装置の追焚き動作を示す図である。 給湯・追焚き・暖房装置の暖房動作を示す図である。

〔第１の実施の形態〕

図１は、第１の実施の形態に係る熱源装置２−１の一例を示している。この熱源装置２−１には、熱源４、第１の熱交換器６−１、第２の熱交換器６−２が備えられる。

熱源４はたとえば、バーナーであり、燃料ガスＧを燃焼させ、燃焼熱の一例として燃焼排気ＥＧを生じる。

熱交換器６−１には本発明の熱交換器の一例であり、熱媒熱交換部６−１１、浴槽水熱交換部６−１２が一体に備えられる。熱媒熱交換部６−１１には第１の循環路８−１が接続され、この循環路８−１を通して熱媒Ｍを循環させる。熱媒熱交換部６−１１では、燃焼排気ＥＧの熱と熱媒Ｍとを熱交換し、熱媒Ｍを一定温度Ｔ１としてたとえば、Ｔ１＝８０〔℃〕に加熱する。循環路８−１には、熱交換器６−２に導かれた熱媒Ｍを熱交換器６−２から熱媒熱交換部６−１１に帰還させる帰還路１０が含まれる。

浴槽水熱交換部６−１２には第２の循環路８−２が接続され、この循環路８−２には浴槽１２が接続されている。この循環路８−２には浴槽水ＢＷを循環させる。浴槽水熱交換部６−１２では、燃焼排気ＥＧの熱と浴槽水ＢＷとを熱交換し、浴槽水ＢＷを入浴者が設定した温度Ｔ２としてたとえば、Ｔ２＝４２〔℃〕に加熱する。

熱交換器６−２はたとえば、液々熱交換器であり、たとえば、プレート熱交換器を使用すればよい。この熱交換器６−２では、給水路１４−１からの上水などの給水Ｗを受け、この給水Ｗと熱媒Ｍとを熱交換して給湯路１４−２から温水ＨＷを出湯する。

熱媒熱交換部６−１１または浴槽水熱交換部６−１２の何れか一方または双方には燃焼排気ＥＧの上流側で顕熱を熱交換する一次熱交換器に加え、一次熱交換器で熱交換後の燃焼排気ＥＧの下流側でたとえば、潜熱を熱交換する二次熱交換器を備えてよい。

給水路１４−１には熱交換器６−１に設置される二次熱交換器が備えられ、熱交換器６−２による熱交換前に熱源４に発生させたたとえば、下流側の燃焼排気ＥＧと給水Ｗとを熱交換してよい。

Ａ) 給湯動作

図２のＡは、給湯動作を示している。給湯時、給水Ｗが熱交換器６−２に供給され、これに対応し、循環路８−１に熱媒Ｍを循環させる。このとき、熱源４に発生させたたとえば、燃焼排気ＥＧと熱媒Ｍとの熱交換により、熱媒Ｍを加熱する。この熱媒Ｍは、熱交換器６−２で給水Ｗと熱交換を行い、給湯路１４−２から温水ＨＷを出湯させる。この給湯時、循環路８−２には浴槽水ＢＷが循環しない。

Ｂ) 追焚き動作

図２のＢは、浴槽水ＢＷの追焚き動作を示している。浴槽水ＢＷの追焚き時、循環路８−２に浴槽水ＢＷを循環させる。このとき、熱源４に発生させたたとえば、燃焼排気ＥＧと浴槽水ＢＷが浴槽水熱交換部６−１２により熱交換されて加熱される。

このとき、熱交換器６−１では熱源４に発生させた熱が熱媒熱交換部６−１１に加わるので、燃焼排気ＥＧと熱媒Ｍと熱交換が行われる。そこで、循環路８−１に熱媒Ｍを循環させて部分沸騰を回避する。

＜第１の実施の形態の効果＞

(1) 熱交換器６−１に浴槽水熱交換部６−１２を備えたので、熱源４の熱で浴槽水ＢＷを加熱でき、熱媒Ｍと浴槽水ＢＷの熱交換のための所謂液々熱交換器を省略することができる。液々熱交換器は給湯用の熱交換器６−２のみとなり、熱源装置２−１における熱交換器の設置数を削減できる。

(2) 熱源４からの熱で浴槽水ＢＷを加熱でき、つまり給湯加熱と別個に浴槽水ＢＷを加熱できるので、浴槽水ＢＷの加熱を迅速化できる。

(3) 循環路８−１には熱交換器６−２で熱交換後の熱媒Ｍを帰還路１０により熱媒熱交換部６−１１に帰還させるので、浴槽追焚き時、熱媒Ｍは循環路８−２の浴槽水ＢＷの循環や暖房負荷側に関係なく、循環路８−１に循環させることができ、暖房回路側の対策や熱媒の沸騰を防止できる。

〔第２の実施の形態〕

図３は、第２の実施の形態に係る熱源装置２−２の一例を示している。図３において、図１と同一部分には同一符号を付してある。この熱源装置２−２には、既述の熱源４の一例としてバーナー２０が備えられ、このバーナー２０は燃焼室２２に設置されている。バーナー２０には燃料の一例として燃料ガスＧが供給される。燃焼室２２には給気部の一例として給気ファン２４が設置され、この給気ファン２４から燃焼室２２に燃焼用空気が供給される。燃料ガスＧの燃焼によりバーナー２０に生じる燃焼排気ＥＧはバーナー２０を上流側として下流側にある排気孔２６に流れる。

燃焼室２２には第１の熱交換器６−１が備えられ、この熱交換器６−１には第１の熱媒熱交換部６−１１１、第２の熱媒熱交換部６−１１２、浴槽水熱交換部６−１２、給湯用熱交換部６−１３が備えられる。上流側の燃焼排気ＥＧの熱を回収する熱媒熱交換部６−１１１および浴槽水熱交換部６−１２は既述の一次熱交換器であり、熱媒熱交換部６−１１２および給湯用熱交換部６−１３は、一次熱交換器による熱交換後の下流側の燃焼排気ＥＧの熱を回収する二次熱交換器である。

熱媒Ｍを循環させる循環路８−１には、熱媒熱交換部６−１１１、６−１１２、循環ポンプ２８−１、タンク３０、熱交換器６−２、分配弁３２−１、混合弁３２−２、高温暖房負荷３４−１、低温暖房負荷３４−２が接続されている。

タンク３０には循環ポンプ２８−１の駆動により、循環路８−１を通して熱交換器６−２、高温暖房負荷３４−１または低温暖房負荷３４−２のいずれかまたは組合せからの低温化した熱媒Ｍが戻る。タンク３０からの熱媒Ｍは熱媒熱交換部６−１１２で予備加熱された後、分岐部３６−１で分岐されて熱媒熱交換部６−１１１に循環し、高温化した後、分配弁３２−１に導かれる。分配弁３２−１では高温の熱媒Ｍが熱交換器６−２側と分岐部３６−２側に分配される。

熱交換器６−２に循環する熱媒Ｍは、給水Ｗ側との熱交換に供される。熱交換器６−２を通過して低温化する熱媒Ｍは、循環路８−１の一部である帰還路１０を経てタンク３０に戻る。換言すれば、高温暖房負荷３４−１や低温暖房負荷３４−２の暖房回路８−１１、８−１２と別個に形成された帰還路１０により熱交換器６−１に帰還する。

分岐部３６−２では高温の熱媒Ｍが混合弁３２−２および暖房回路８−１１側に分配される。暖房回路８−１１側に分配された熱媒Ｍは高温暖房負荷３４−１で放熱させ、暖房に供される。これにより低温化した熱媒Ｍがタンク３０に戻されて溜められる。

混合弁３２−２側に分配された熱媒Ｍは、それより低い温度の熱媒熱交換部６−１１２で予備加熱された熱媒Ｍと混合させ、この混合温の熱媒Ｍは暖房回路８−１２に循環する。暖房回路８−１２では、循環する熱媒Ｍを低温暖房負荷３４−２で放熱させ、暖房に供する。これにより低温化した熱媒Ｍがタンク３０に戻されて溜められる。

循環路８−２には浴槽水熱交換部６−１２、循環ポンプ２８−２および浴槽１２が接続されている。循環ポンプ２８−２の駆動により、浴槽水ＢＷが戻り管８−２１から浴槽水熱交換部６−１２に循環し、この浴槽水熱交換部６−１２から往き管８−２２により浴槽１２に戻される。

そして、この実施の形態では、給水路１４−１に給湯用熱交換部６−１３が接続されている。したがって、給水Ｗは給湯用熱交換部６−１３で予備加熱した後、熱交換器６−２で熱媒Ｍとの熱交換が行われる。これにより、給水Ｗが温水ＨＷとして給湯される。

＜給湯動作＞

図４は、熱源装置２−２の給湯動作を示している。この給湯動作では、循環路８−１の帰還路１０を利用して熱媒Ｍを循環させ、熱媒Ｍと給水Ｗとの熱交換を行う。

＜追焚き動作＞

図５は、熱源装置２−２の追焚き動作を示している。この追焚き動作では、循環ポンプ２８−２を駆動し、浴槽水ＢＷを循環路８−２に循環させる。浴槽水ＢＷと燃焼排気ＥＧとの熱交換では、熱媒Ｍと燃焼排気ＥＧとの熱交換による熱媒Ｍの沸騰を避けるため、循環ポンプ２８−１を駆動し、循環路８−１の帰還路１０を利用して熱媒Ｍを循環させる。

＜暖房動作＞

図６は、熱源装置２−２の暖房動作を示している。この暖房動作では、熱媒Ｍを循環路８−１に循環させ、分配弁３２−１で分配させた高温の熱媒Ｍを暖房回路８−１１に流し、高温暖房負荷３４−１に循環させる。また、分配弁３２−１で分配させた高温の熱媒Ｍと低温の熱媒Ｍとを混合弁３２−２で混合して暖房回路８−１２に流し、低温暖房負荷３４−２に循環させる。

＜第２の実施の形態の効果＞

(1) 熱交換器６−１には熱媒熱交換部６−１１１、６−１１２、浴槽水熱交換部６−１２および給湯用熱交換部６−１３が統合されて単一の熱交換器として構成され、熱交換器のコンパクト化とともに、熱源装置２−２の小型化を図ることができる。

(2) 熱交換器６−１では複数の熱交換部に対して単一のバーナー２０の燃焼排気ＥＧを作用させており、燃焼熱の効率的な利用を図ることができる。

(3) 従来、浴槽水ＢＷの加熱に用いられていた液々熱交換器を省略でき、低コスト化、コンパクト化を図ることができる。

(4) 熱媒Ｍの循環路８−１には帰還路１０が設けられ、帰還路１０を通して熱媒Ｍの循環を行うので、暖房回路８−１１、８−１２から暖房負荷への熱媒循環を回避でき、熱媒Ｍの放熱を回避できる。

(5) 分配弁３２−１および混合弁３２−２は隣接位置に配置できるとともに、ひとつの弁ユニット３２０に構成でき、構成部品の削減や熱媒Ｍの循環路８−１の簡略化や単純化を図ることができる。

(6) 熱交換器６−２では熱媒Ｍと給水Ｗとの熱交換を行い、たとえば、８０〔℃〕の熱媒Ｍと給水Ｗとの熱交換を行うことができ、温水ＨＷの給湯特性を安定化させることができる。

(7) 浴槽水ＢＷの追焚きに熱交換器６−１に含まれる浴槽水熱交換部６−１２で燃焼排気ＥＧから直接に燃焼熱を受けることができ、浴槽水ＢＷの加熱立ち上がり特性を高めることができる。つまり、浴槽水ＢＷを迅速に加熱することができる。

図７は、熱源装置２−１、２−２の実施例である給湯・追焚き・暖房装置４０を示している。この給湯・追焚き・暖房装置４０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４０は装置筐体４２を備え、この装置筐体４２が家屋の壁部材などに取り付けられる。この装置筐体４２には既述の循環路８−１、８−２が備えられる。そして、循環路８−１の一部である帰還路１０は装置筐体４２内に設置されている。つまり、高温暖房負荷３４−１、低温暖房負荷３４−２、暖房回路８−１１、８−１２などの熱媒Ｍの循環用経路と別個に熱媒Ｍが帰還路１０を用いて熱交換器６−２からタンク３０に帰還される。

熱媒熱交換部６−１１１および浴槽水熱交換部６−１２は一体的に構成された熱交換管路であり、共通に複数の吸熱フィン４４が取り付けられている。

バーナー２０には燃料ガスＧが燃料供給管４３から供給される。バーナー２０側には燃料制御弁３２−４が設置され、バーナー２０に対する燃料ガスＧの供給や供給量が制御される。

熱媒熱交換部６−１１２および給湯用熱交換部６−１３は下流側の燃焼排気ＥＧを回収する二次熱交換器であり、多量のドレンＤを生じる。このドレンＤはドレン受け４６で受け、ドレンタンク４８に溜められ、その貯留量に応じて放出される。

給水路１４−１および給湯路１４−２にはバイパス路１４−３が設けられ、給湯路１４−２側に混合弁３２−３が設けられている。給水路１４−１側に温度センサ５０−１、給水量センサ５２、給湯路１４−２側には温度センサ５０−２、５０−３が備えられる。温度センサ５０−１では給水Ｗの温度が検出され、温度センサ５０−２では熱交換器６−２の熱交換直後の温水ＨＷの温度が検出される。また、温度センサ５０−３では混合弁３２−３を経た温水ＨＷの温度が検出される。したがって、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３２−３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。

電装基板５４が備えられ、この電装基板５４には商用交流電源を電源部５６で受け、電源出力が供給される。この電装基板５４には給湯・追焚き・暖房制御部５８（図８）が備えられ、リモコン装置６０−１、６０−２、６０−３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５８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５８やリモコン装置６０−１、６０−２、６０−３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６２ではメモリ部６４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６４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６６はプロセッサ６２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６０−１、６０−２、６０−３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）６８は、プロセッサ６２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／Ｏ６８には循環ポンプ２８−１、２８−２、温度センサ５０−１、５０−２、５０−３、燃料制御弁３２−４などが接続されている。

＜給湯・追焚き・暖房装置４０の制御態様＞

給湯・追焚き・暖房装置４０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（図９）、バーナー燃焼制御（図１０）、給湯制御（図１１）、浴槽注湯制御などが含まれる。

＜ポンプ回転数制御＞

図９は、ポンプ回転数制御の処理手順を示している。この処理手順は、本発明の熱交換方法の一例である。このポンプ回転数制御では、追焚き単独運転かを判定する（Ｓ１０１）。追焚き単独運転であれば（Ｓ１０１のＹＥＳ）、循環ポンプ２８−１を追焚き中の熱媒Ｍの沸騰防止などに必要な回転数で駆動する（Ｓ１０２）。

追焚き単独運転でなければ（Ｓ１０１のＮＯ）、給湯単独運転、または給湯および追焚きの同時運転かを判定する（Ｓ１０３）。

給湯単独運転、または給湯および追焚きの同時運転であれば、給湯量に応じて熱媒Ｍを所定温度Ｔ１としてたとえば、Ｔ１＝８０℃にて熱媒Mを第２の熱交換器６−２に供給する量に必要な回転数で循環ポンプ２８−１を駆動する（Ｓ１０４）。

給湯運転と追焚き運転のいずれか一方、または双方以外であれば、これらの機能の組合せに応じた回転数で循環ポンプ２８−１を駆動する（Ｓ１０５）。つまり、高温暖房負荷３４−１の単独運転では回転数Ｎ１、低温暖房負荷３４−２の単独運転では接続端末数に応じた回転数Ｎ２、高温暖房負荷３４−１および低温暖房負荷３４−２の双方運転の場合には回転数Ｎ３というように、運転形態に対応した回転数Ｎ（＝Ｎ１、Ｎ２またはＮ３）で循環ポンプ２８−１を駆動させる。

以上の処理で、熱媒Ｍを循環させる循環ポンプ２８−１の回転数が決まり、浴槽水ＢＷを循環させる循環ポンプ２８−２は、追焚き運転を行う場合（Ｓ１０６のＹＥＳ）所定回転数にて駆動し（Ｓ１０７）、追焚き運転を行わない場合（Ｓ１０６のＮＯ）停止する（Ｓ１０７）。尚、循環ポンプ２８−２の回転数は、バーナー２０の燃焼量により制御してもよい。

このポンプ回転数制御では循環ポンプ２８−１の回転数に応じて熱媒Ｍの流量が変化する。循環ポンプ２８−１の制御にはフィードフォワード制御（ＦＦ制御）が使用されており、給湯（大給湯、小給湯）、高温暖房、低温暖房（接続端末数）の組合せに応じた回転数に制御する。

追焚き単独運転では、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。このとき、熱媒Ｍは熱交換器６−２を通過させ、帰還路１０により装置筐体４２での内部循環を行う。追焚き単独でなければ、循環ポンプ２８−１の回転数は他の機能にあわせた回転数とすればよい。

給湯（注湯も含む）単独運転、または給湯同時の追焚き運転では、温度センサ５０−１の検出温度、給水量センサ５２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熱量（号数）を算出すればよい。この号数が得られるたとえば、一定温度として８０〔℃〕の熱媒Ｍの流量に応じた循環ポンプ２８−１の回転数を求め、その回転数に循環ポンプ２８−１を制御する。これにより、熱媒Ｍを必要以上に加熱することなく、燃焼の一時停止などを防止できる。

＜バーナー燃焼制御＞

図１０は、バーナー燃焼制御の処理手順を示している。この処理手順は、本発明の熱交換方法の一例である。このバーナー燃焼数制御では、循環ポンプ２８−１が駆動しているかを判定する（Ｓ２０１）。循環ポンプ２８−１が駆動していれば（Ｓ２０１のＹＥＳ）、熱媒Ｍの温度センサ５０−４の検出温度が一定温度Ｔ１たとえば、Ｔ１＝８０℃になるようにバーナー２０の燃焼制御を行う（Ｓ２０２）。

循環ポンプ２８−１を駆動しなければ（Ｓ２０１のＮＯ）、バーナー２０を燃焼させない（Ｓ２０３）。つまり、熱媒Ｍまたは浴槽水ＢＷは加熱しない。

このバーナー燃焼制御では、循環ポンプ２８−１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２０の燃焼量の制御を行う。この場合、流量センサを設置してもよいが、流量センサを設置していないので、熱媒Ｍの流量を検出することなく、循環ポンプ２８−１の駆動を制御条件としている。この場合、第１の熱媒熱交換部６−１１１を流れる熱媒Ｍの流量にかかわらず、温度センサ５０−４の検出温度が所定温度たとえば、８０〔℃〕になるように燃料ガス量の調整を行う。温度センサ５０−５の検出温度が所定温度に近い場合には燃焼停止となる場合もある。

＜給湯制御＞

図１１は、給湯制御の処理手順を示している。この処理手順は、本発明の熱交換方法の一例である。この処理手順は、給水路１４−１からの給水Ｗと熱媒Ｍとの熱交換が第２の熱交換器６−２にて行われる際、給湯路１４−２から温水ＨＷの出湯、もしくは浴槽への注湯に関する混合弁３２−３の制御を含んでいる。

この給湯制御では、給湯運転であるかを判定する（Ｓ３０１）。給湯があれば（Ｓ３０１のＹＥＳ）、浴槽注湯の単独運転かを判定する（Ｓ３０２）。

浴槽注湯の単独運転であれば（Ｓ３０２のＹＥＳ）、温度センサ５０−３の検出温度が、入浴者が設定した温度Ｔ２に対し浴槽水熱交換部６−１２により加熱される分を考慮した温度になるように、混合弁３２−３を制御する（Ｓ３０３）。

浴槽注湯の単独運転でなければ（Ｓ３０２のＮＯ）、給湯単独運転かを判定する（Ｓ３０４）。給湯単独運転であれば（Ｓ３０４のＹＥＳ）、温度センサ５０−３の検出温度が設定温度Ｔ３になるように混合弁３２−３を制御し、高温の温水ＨＷと低温の給水Ｗの混合比率を調整し、設定温度Ｔ３の温水ＨＷを出湯させる（Ｓ３０５）。

給湯単独運転でなければ（Ｓ３０４のＮＯ）、浴槽注湯、給湯の場合に対応した制御を行う（Ｓ３０６）。このＳ３０６では、注湯優先、給湯優先などの制御を行う。注湯優先では、注湯運転を給湯運転に優先して実行し、注湯単独運転と同等の温度制御になる。この場合、給湯温度は給湯設定温度Ｔ３より低くなる傾向にある。また、給湯優先では、給湯運転を注湯運転に優先させる。注湯運転中に給湯運転が生起し、この給湯運転を実行する場合には、注湯運転を一時的に停止させる。

この給湯制御では、給湯の有無が給水量センサ５２で検出される。浴槽注湯が単独であるか否かは、注湯量センサと給水量センサ５２の検出値の比較により判断し、これらに差がある場合には給湯および注湯の同時使用となる。注湯単独の場合、温度センサ５０−３を通過した温水ＨＷが循環路８−２に流れ、往き管８−２２および戻り管８−２１より浴槽１２に注湯される。往き管８−２２を通過する際、浴槽水熱交換部６−１２に加熱されるので、この温度上昇分を考慮し、温度センサ５０−３が浴槽設定温度Ｔ２より低い温度になるように混合弁３２−３の混合比率を制御する。

給湯単独の場合、温度センサ５０−３が設定温度Ｔ３になるように混合弁３２−３を制御する。

そして、注湯、給湯が同時発生となる場合には、同時使用に対応した制御を行い、少なくとも温度センサ５０−３の検出温度が注湯、給湯が同時発生状態を考慮した温度になるように混合弁３２−３の混合比率を制御する。

＜給湯動作＞

図１２は、給湯動作時の熱媒Ｍおよび給水Ｗの流れを示している。この給湯動作では、加熱された熱媒Ｍが循環路８−１を通して熱交換器６−２に循環する。これにより、給水路１４−１からの給水Ｗと熱媒Ｍとの熱交換が行われ、温水ＨＷが給湯路１４−２から出湯する。

＜追焚き動作＞

図１３は、浴槽水ＢＷの追焚き時の浴槽水ＢＷおよび熱媒Ｍの流れを示している。この追焚き動作では、浴槽水ＢＷを熱交換器６−１の浴槽水熱交換部６−１２に循環させ、浴槽水ＢＷと燃焼排気ＥＧとの熱交換を行う。この場合、バーナー２０の燃焼排気ＥＧが熱媒熱交換部６−１１１に流れるため、熱媒Ｍと燃焼排気ＥＧとの熱交換が必然的に行われ、熱媒Ｍを循環させないと、沸騰を生じるおそれがある。そこで、循環ポンプ２８−１を駆動し、熱媒Ｍを循環路８−１に循環させる。

＜暖房動作＞

図１４は、暖房動作時の熱媒Ｍの流れを示している。この暖房動作では、循環ポンプ２８−１を駆動し、熱媒Ｍを循環路８−１および暖房回路８−１１、８−１２に循環させる。

＜実施例の効果＞

(1) この給湯・追焚き・暖房装置４０によれば、第２の実施の形態に係る熱源装置２−２と同様の効果を得ることができる。

(2) この給湯・追焚き・暖房装置４０によれば、コンパクト化とともに、熱効率のよい給湯・追焚き・暖房装置を実現できる。

(3) 高温の温水ＨＷや低温暖房を実現することができる。

〔他の実施の形態〕

a) 第１の実施形態では、熱媒熱交換部６−１１で熱交換後の熱媒Ｍと熱媒熱交換部６−１１で熱交換前の熱媒Ｍとを混合弁３２−２で混合しているが、これに限定されない。第２の実施形態および実施例に記載しているように、熱媒熱交換部６−１１の熱交換中の熱媒Ｍつまり、第２の熱媒熱交換部６−１１２の熱交換後で、第１の熱媒熱交換部６−１１１の熱交換前の熱媒Ｍと、第１の熱媒熱交換部６−１１１の熱交換後の熱媒Ｍとを混合弁３２−２で混合してもよい。

b) 上記実施の形態では、浴槽水熱交換部６−１２を一次熱交換器で構成しているが、浴槽水ＢＷの加熱に二次熱交換器を備える構成としてもよい。

c) 上記実施の形態の熱媒Ｍの熱を浴室暖房や浴室乾燥器に用いてもよい。

以上説明したように、熱源装置の最も好ましい実施の形態などについて説明した。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。

この発明の熱源装置や熱交換方法では、浴槽水の熱媒加熱を使用しないので、液々熱交換器を用いることがなく、燃焼熱と浴槽水との熱交換を行うので、液々熱交換器を削減でき、コンパクト化とともに効率的な熱交換を実現することができる。

２−１、２−２ 熱源装置
４ 熱源
６−１ 第１の熱交換器
６−２ 第２の熱交換器
６−１１ 熱媒熱交換部
６−１１１ 第１の熱媒熱交換部
６−１１２ 第２の熱媒熱交換部
６−１２ 浴槽水熱交換部
６−１３ 給湯用熱交換部
８−１ 第１の循環路
８−１１、８−１２ 暖房回路
８−２ 第２の循環路
８−２１ 戻り管
８−２２ 往き管
１０ 帰還路
１２ 浴槽
１４−１ 給水路
１４−２ 給湯路
１４−３ バイパス路
２０ バーナー
２２ 燃焼室
２４ 給気ファン
２６ 排気孔
２８−１、２８−２ 循環ポンプ
３０ タンク
３２−１ 分配弁
３２−２、３２−３ 混合弁
３２−４ 燃料制御弁
３４−１ 高温暖房負荷
３４−２ 低温暖房負荷
３６−１ 分岐部
３６−２ 分岐部
４０ 給湯・追焚き・暖房装置
４２ 装置筐体
４３ 燃料供給管
４４ 吸熱フィン
４６ ドレン受け
４８ ドレンタンク
５０−１、５０−２、５０−３、５０−４、５０−５ 温度センサ
５２ 給水量センサ
５４ 電装基板
５６ 電源部
５８ 給湯・追焚き・暖房制御部
６０−１、６０−２、６０−３ リモコン装置
６２ プロセッサ
６４ メモリ部
６６ システム通信部

Claims (12)

1. 熱源と、
   熱媒を循環させる第１の循環路と、
   浴槽水を循環させる第２の循環路と、
   前記熱源の熱と前記熱媒とを熱交換する熱媒熱交換部、前記熱源の熱と浴槽水とを熱交換する浴槽水熱交換部を含む第１の熱交換器と、
   前記熱媒熱交換部で加熱した前記熱媒の熱と給水とを熱交換して出湯する第２の熱交換器と、
   を備えることを特徴とする熱源装置。
2. 前記第１の循環路は、前記第２の熱交換器を通過させて前記熱媒を前記第１の熱交換器に帰還させる帰還路を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱源装置。
3. 前記熱媒熱交換部で熱交換後の前記熱媒を少なくとも第１および第２の経路に分配する分配弁と、
   前記熱媒熱交換部で熱交換後の前記熱媒と前記熱媒熱交換部で熱交換中または熱交換前の前記熱媒とを混合する混合弁と、
   を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱源装置。
4. 前記第１の熱交換器は、前記熱源の熱を直接受ける複数の一次熱交換器と、該一次熱交換器の熱交換後の熱を受ける少なくとも一つの二次熱交換器を備え、
   前記熱媒熱交換部は、少なくとも前記一次熱交換器を含みまたは前記一次熱交換器および前記二次熱交換器を含み、
   前記浴槽水熱交換部は、少なくとも前記一次熱交換器を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかの請求項に記載の熱源装置。
5. 前記第１の経路は前記熱媒を前記第２の熱交換器に導き、前記第２の経路は前記熱媒を前記混合弁に導く請求項３に記載の熱源装置。
6. 前記第１の経路または前記第２の経路から前記熱媒を高温放熱負荷に導く第１の熱媒回路を備えることを特徴とする請求項３または請求項５に記載の熱源装置。
7. 前記混合弁で得られる前記熱媒を低温放熱負荷に導く第２の熱媒回路を備えることを特徴とする請求項３、請求項５、請求項６のいずれかの請求項に記載の熱源装置。
8. 前記第１の熱交換器は、前記第２の熱交換器の熱交換前の給水に、前記一次熱交換器の熱交換後の熱を熱交換する出湯熱交換部を備えることを特徴とする請求項４に記載の熱源装置。
9. 給湯時、第１の循環路に熱媒を循環させ、該熱媒と熱源の熱とを熱交換し、前記熱媒の熱を給水に熱交換して出湯する工程と、
   浴槽水の追焚き時、第２の循環路に前記浴槽水を循環させ、前記浴槽水と前記熱源の熱とを熱交換して前記浴槽水を加熱する工程と、
   を含むことを特徴とする熱交換方法。
10. 給水に熱交換する熱媒が循環する第１の循環路から前記熱媒を受け、該熱媒と熱源の熱とを熱交換する熱媒熱交換部と、
    第２の循環路から追焚きするための浴槽水を受け、該浴槽水と熱源の熱とを熱交換する浴槽水熱交換部と、
    を一体に備えることを特徴とする熱交換器。
11. さらに、前記熱媒の熱と熱交換される前の前記給水を受け、該給水と前記熱源の熱とを熱交換する給水熱交換部と、
    を備えることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
12. 前記給水熱交換部は、前記熱媒との熱交換後の燃焼排気と前記給水とを熱交換することを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。

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