WO2019021870A1

WO2019021870A1 - 暖房給湯装置

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Publication number: WO2019021870A1
Application number: PCT/JP2018/026557
Authority: WO
Inventors: 啓史森本; 津田　直樹; 彰久影山; 豪人横山
Original assignee: 株式会社ノーリツ
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2019-01-31
Also published as: US20210080120A1; CN110892200A; JP6900812B2; US11255550B2; JP2019023524A; CN110892200B

Abstract

【課題】暖房給湯同時運転が可能な暖房給湯装置において、暖房給湯同時運転が可能な運転領域を拡大する。【解決手段】燃焼手段（２）と、燃焼手段の熱で暖房熱媒を加熱する熱交換器（１０）と、熱交換器と外部の暖房端末（３１）とを接続する循環通路（４）と、循環通路に設けられた暖房熱媒の循環手段（１１）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（１２）と、循環通路とバイパス通路に暖房熱媒を分配するための分配手段（１５）と、バイパス通路に設けられた給湯用熱交換器（２０）と、給湯用熱交換器に上水を供給する給水通路（１９）と、給湯用熱交換器で加熱された湯水を給湯設定温度で給湯するための給湯通路（２１）を備えた暖房給湯装置（１）において、分配手段の分配比は、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転に対応するように調整可能であり、暖房熱媒を暖房端末用設定温度に加熱して循環させ、暖房給湯同時運転時にその温度を所定温度上昇可能な設定に切換えるための操作手段（ＳＷ２）を設けた。

Description

暖房給湯装置

　本発明は、燃焼熱により加熱した暖房熱媒を暖房端末に供給する暖房運転と、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給湯運転を実行可能な暖房給湯装置に関し、特に暖房運転と給湯運転を同時に実行可能な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等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の分岐部には、暖房熱媒が循環通路又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。

　このような暖房運転と給湯運転を切り換えて行う暖房給湯装置は、暖房運転と給湯運転を同時に行うことができないので不便である。そのため、切換手段の代わりに分配手段を設け、この分配手段により暖房熱媒を暖房運転用と給湯運転用に分配することにより暖房運転と給湯運転の同時運転が可能な暖房給湯装置が知られている。また、特許文献１のように、分配手段の代わりに混合手段を設けた構成でも、暖房運転と給湯運転の同時運転が可能である。

特表２０１１－５１５６４７号公報

　暖房運転と給湯運転の同時運転（暖房給湯同時運転）が可能な暖房給湯装置は、暖房熱媒を予め設定されている温度に加熱して暖房運転、暖房給湯同時運転を行う。この温度は暖房端末が要求する温度に応じて設定されるので、加熱負荷が大きい暖房給湯同時運転においても暖房熱媒の設定温度に制限されて暖房給湯装置の加熱能力に余裕がある場合が多い。特に、火傷の危険防止や機器の耐久性維持等ため、暖房端末が要求する暖房熱媒の設定温度が低く設定されている場合には、暖房熱媒の設定温度と給湯設定温度で決まる暖房給湯同時運転が可能な運転領域が狭くなり、暖房給湯装置の能力を十分発揮できない。

　本発明の目的は、暖房給湯同時運転が可能な暖房給湯装置において、暖房給湯同時運転が可能な運転領域を拡大するように設定可能な暖房給湯装置を提供することである。

　請求項１の発明は、燃焼手段と、前記燃焼手段で発生する熱により暖房熱媒を加熱するための熱交換器と、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、前記暖房熱媒を循環させるために前記循環通路に設けられた循環手段と、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、前記循環通路と前記バイパス通路に前記暖房熱媒を分配するための分配手段と、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所定の給湯設定温度で給湯するための給湯通路とを備えた暖房給湯装置において、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に対応可能なように分配比を調整可能であり、前記暖房熱媒を暖房端末用設定温度に加熱して循環させるように構成され、前記暖房給湯同時運転時に前記暖房端末用設定温度を所定温度上昇可能な設定に切換えるための操作手段を備えたことを特徴としている。

　上記構成により、操作手段によって暖房給湯同時運転時に暖房熱媒を暖房端末用設定温度より所定温度上昇させた温度に加熱可能なように設定することができる。従って、暖房給湯同時運転時に暖房熱媒を介して供給する熱量を増加させて、暖房給湯同時運転が可能な運転領域を拡大することができる。

　請求項２の発明は、請求項１において、前記給湯通路は、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調整を行うための流量調整手段を備え、前記給湯運転時には、前記暖房熱媒を前記暖房端末用設定温度に加熱して循環させることを特徴としている。

　上記構成により、暖房端末用設定温度の暖房熱媒との熱交換によって給湯設定温度より高温に加熱された湯水に給湯バイパス通路の上水を混合して給湯設定温度に調整することができるので、給湯設定温度の給湯を行うことができる。また、暖房運転と同じ暖房熱媒の温度で給湯運転を行うので、暖房運転、給湯運転、暖房給湯同時運転の各運転間の移行を迅速に行うことができる。

　本発明の暖房給湯装置によれば、暖房給湯同時運転が可能な運転領域を拡大することができる。

本発明の実施例に係る暖房給湯装置の全体構成を示す図である。操作手段の１例を示す図である。暖房給湯同時運転が可能な運転領域の１例を示す図である。

　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の燃焼熱を利用して加熱した暖房熱媒を暖房給湯装置１の外部に設置された暖房端末３１との間で循環させる暖房運転と、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整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と暖房端末３１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手段である循環ポンプ１１等を備えている。燃焼部２は燃焼用送風機３を備え、この燃焼用送風機３により矢印ＡＳで示す給気と矢印Ｆで示す燃料ガスを混合して供給される混合ガスを燃焼させる。発生する燃焼ガス量及び燃焼熱量は、燃焼用送風機３の回転数の制御により調整される。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、暖房熱媒を予め設定されている暖房端末用設定温度に加熱する。熱交換により温度が下がった燃焼ガスは、矢印Ｅで示すように外部に排気される。

　また、暖房給湯装置１は、第１バイパス通路１２（バイパス通路）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３１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、矢印ＣＷで示すように給湯用熱交換器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矢印ＨＷで示すように給湯栓等に給湯する。

　さらに、暖房給湯装置１は、暖房運転等を制御する制御部５を備えている。暖房給湯装置１の設定操作等を行うための操作端末６は、制御部５に通信可能に接続され、例えば暖房端末３１が暖房を行う室内に配設されている。また、屋外に配設された外気温度センサ３０が制御部５と通信可能に接続されている。

　次に、循環通路４について説明する。
　循環通路４は、循環ポンプ１１と熱交換器１０の間に第１温度センサ１３を備え、熱交換器１０の下流側に第２温度センサ１４を備えている。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、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転に対応可能なように、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、その分配比は調整可能である。第１分配弁１５により循環通路４に分配された暖房熱媒は、暖房端末３１に供給され、第１バイパス通路１２に分配された暖房熱媒は給湯用熱交換器２０に供給される。

　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３１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の間には、矢印Ｒで示すよう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。
　給湯用熱交換器２０はプレート式熱交換器であり、積層された複数枚の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を備えている。給湯栓等の開栓により矢印ＣＷで示すように給水通路１９に上水が供給される。給水通路１９から第２バイパス通路２２（給湯バイパス通路）が分岐され、この分岐部に配設された第２分配弁２３が給水通路１９と第２バイパス通路２２に上水を分配し、その分配比は調整可能である。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である。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、第２分配弁２３に供給される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。

　給湯通路２１には、合流部Ｃにおいて第２バイパス通路２２が合流する。合流部Ｃと、給湯用熱交換器２０との間には、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。給湯通路２１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て給湯される湯水の給湯温度を検知する。給湯運転において、この給湯温度が給湯設定温度になるように第２分配弁２３が制御される。

　次に、制御部５について説明する。
　制御部５は、暖房給湯装置１内に設けられた第１温度センサ１３等の検知信号や燃焼用送風機３等の回転数等を検知信号として受信可能に、且つ燃焼用送風機３の回転数や第１分配弁１５の分配比等の設定値を設定可能に接続されている。そして、それらの検知信号及び設定値に基づいて燃焼用送風機３や循環ポンプ１１、第１分配弁１５等を制御することにより、暖房運転、給湯運転、暖房給湯同時運転の各運転を制御する。

　制御部５は、例えば暖房運転中に給湯運転の要求があるときには、検知信号及び設定値、暖房給湯装置１の加熱能力等に基づいて暖房給湯同時運転の可否判定を行う。暖房給湯同時運転可能と判定した場合は暖房給湯同時運転を行い、暖房給湯同時運転不可と判定した場合は暖房運転を休止して給湯運転を行う。

　次に、操作端末６について説明する。
　操作端末６は、例えば温度や運転状況等を表示可能な表示部７と、暖房温度や給湯温度の設定操作や暖房運転の開始操作等を行うためのスイッチ部８と、図示を省略するが警報音等を出力する音声出力部を備えている。さらに操作端末６は、図２に示すような暖房給湯装置１の設定等を変更するための複数（例えば＃１～＃８の８個）の切換えスイッチを備えたＤＩＰスイッチ９を備えている。図示を省略するが、ＤＩＰスイッチ９は操作端末６の回路基板に配設され、通常は誤操作防止のため、例えば蓋部材等で覆われている。ＤＩＰスイッチ９は制御部５の回路基板に配設されていてもよい。

　ＤＩＰスイッチ９の切換えスイッチは、主に暖房給湯装置１の施工時やメンテナンス時に操作する。操作手段として例えば図２の初期状態でＯＦＦになっている＃２切換えスイッチＳＷ２（以下、スイッチＳＷ２と呼ぶ。）をＯＮにすることにより、暖房給湯同時運転時に暖房端末用設定温度を所定温度（例えば１５℃）上昇可能な設定に切換える。スイッチＳＷ２は操作手段の１例であり、他の切換えスイッチを操作手段としてもよく、スイッチＳＷ２の代わりに又はスイッチＳＷ２と共に、操作端末６の操作によって暖房給湯同時運転時に暖房端末用設定温度を所定温度上昇可能な設定に切換えるように構成することもでき、その上昇可能な所定温度を変更可能に構成することもできる。

　次に、暖房端末３１について説明する。
　暖房端末３１は、例えば暖房用送風機３２と、暖房熱媒と空気の間で熱交換を行うための暖房用熱交換器３３と、暖房端末３１の送風運転等を制御する暖房端末制御部３４を備え、導入した空気を暖房用熱交換器３３で加熱して温風を送り出すことにより暖房を行う。暖房熱媒の熱を部屋の床に伝えるための伝熱管を有する床暖房端末や、暖房熱媒の熱で空気を自然対流させる温水ヒータ等を暖房端末３１として接続することも可能である。

　暖房端末３１の種類等によって要求される暖房熱媒の温度が異なる場合があるため、暖房給湯装置１に暖房端末３１を接続する施工時等に、暖房端末３１に応じて暖房端末用設定温度が設定される。暖房端末用設定温度は、通常は６０℃～８０℃程度に設定される。

　次に、暖房運転について説明する。
　暖房運転では、暖房端末用設定温度に加熱された暖房熱媒を暖房端末３１に供給するために、暖房熱媒が循環通路４を流れるように第１分配弁１５の分配比を調整する。暖房熱媒は、循環通路４を流れて暖房端末３１において放熱した後、熱交換器１０に戻る。

　次に、給湯運転について説明する。
　給湯運転では、給湯設定温度の給湯が可能なように熱交換器１０で給湯設定温度より高温に加熱された暖房熱媒を給湯用熱交換器２０に供給するために、暖房熱媒が第１バイパス通路１２を流れるように第１分配弁１５の分配比を調整する。例えば、通常は給湯設定温度が４２℃程度に設定され、暖房端末用設定温度がそれより高い６０℃に設定されている場合、給湯運転時にも暖房熱媒を暖房端末用設定温度に加熱する。

　一方、高温給湯時には、暖房端末用設定温度より高い温度に暖房熱媒を加熱して給湯用熱交換器２０に供給可能に構成されている。例えば、暖房端末用設定温度と給湯設定温度が共に６０℃に設定され、暖房端末用設定温度の暖房熱媒では給湯設定温度の給湯が困難な場合には、その高温の給湯設定温度の給湯が可能な温度（例えば７０℃）に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で給水通路１９から供給される上水と熱交換した後、熱交換器１０に戻る。給湯用熱交換器２０で給湯設定温度より高温に加熱された湯水は、給湯通路２１で第２バイパス通路２２の上水との混合により給湯設定温度に調整されて給湯栓等に供給される。

　次に、暖房給湯同時運転について説明する。
　暖房給湯装置１は、制御部５により暖房給湯同時運転可能と判定された場合には、給湯運転を優先して給湯設定温度の給湯が可能なように第１分配弁１５の分配比を調整する。そして、操作手段として例えばスイッチＳＷ２による設定に基づいて、熱交換器１０で暖房端末用設定温度又は暖房端末用設定温度を所定温度上昇させた温度に暖房熱媒を加熱する。加熱された暖房熱媒は、循環通路４及び第１バイパス通路１２に分配され暖房端末３１と給湯用熱交換器２０に供給される。給湯用熱交換器２０で加熱された上水は、給湯通路２１で給湯設定温度に調整されて給湯栓等に供給される。暖房端末３１は、暖房熱媒の熱を利用して暖房を行う。

　次に、本発明の暖房給湯装置１の作用、効果について図３に基づいて説明する。
　図３は、縦軸が暖房端末用設定温度、横軸が給湯設定温度であり、一定の給湯流量（例えば８Ｌ／ｍｉｎ）、給水温度（例えば４℃）の条件下で暖房端末用設定温度及び給湯設定温度で決まる暖房給湯同時運転が可能な運転領域と不可能な運転領域を示す。操作手段として例えばスイッチＳＷ２がＯＦＦの状態、即ち暖房給湯同時運転時に暖房端末用設定温度を所定温度上昇させない設定の場合、例えば暖房端末用設定温度が６０℃の場合に暖房給湯同時運転が可能な給湯設定温度の最高温度は３８℃である。これら暖房端末用設定温度と暖房給湯同時運転が可能な給湯設定温度の最高温度との関係が曲線Ｌ１で表され、曲線Ｌ１より上側の運転領域Ｘは暖房給湯同時運転が可能な運転領域を示している。

　一方、操作手段として例えばスイッチＳＷ２がＯＮの状態、即ち暖房給湯同時運転時に暖房端末用設定温度を所定温度（例えば１５℃）上昇可能な設定の場合には、暖房給湯同時運転時に暖房熱媒の温度が予め設定されている暖房端末用設定温度から所定温度上昇させることが可能である。制御部５は、暖房端末用設定温度等に基づいて、予め設定されている暖房端末用設定温度では暖房給湯同時運転ができないが、暖房熱媒の温度を所定温度の範囲内で上昇させると暖房給湯同時運転が可能な場合に、暖房端末用設定温度を所定温度の範囲内で上昇させる。そのため、暖房熱媒により暖房端末３１及び給湯用熱交換器２０に供給される熱量が増加する。例えば暖房端末用設定温度が６０℃の場合に暖房熱媒は最高で７５℃に加熱され、暖房給湯同時運転が可能な給湯設定温度の最高温度は５２℃になる。これら暖房端末用設定温度と暖房給湯同時運転が可能な給湯設定温度の最高温度との関係が図３の曲線Ｌ２で表され、この曲線Ｌ２より上側の運転領域Ｘ及び運転領域Ｙは暖房給湯同時運転が可能な運転領域を示している。

　従って、例えばスイッチＳＷ２等の操作手段を操作して、暖房給湯同時運転時に暖房端末用設定温度を所定温度上昇可能な設定に切換えることにより、暖房給湯同時運転可能な運転領域を拡大することができ、暖房給湯装置１の能力を一層発揮することができる。尚、運転領域Ｚは、操作手段の操作にかかわらず暖房給湯同時運転ができない運転領域である。

　通常の給湯運転は暖房熱媒を暖房端末用設定温度に加熱して行うので、給湯用熱交換器で給湯設定温度より高温に加熱された湯水に給湯バイパス通路の上水を混合して給湯設定温度に調整し、給湯設定温度の給湯を行うことができる。また、暖房運転と同じ暖房熱媒の温度で給湯運転を行うので、制御部５が暖房給湯同時運転不可と判定した場合に暖房運転から給湯運転への移行、及び給湯運転から暖房運転への移行を迅速に行うことができる。その上、暖房運転及び給湯運転は、暖房熱媒を暖房端末用設定温度に加熱して行うので、暖房端末用設定温度より高温の暖房熱媒による火傷等の危険防止や暖房端末３１の不具合の発生の防止に有利である。

　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、上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
１０　　熱交換器
１１　　循環ポンプ（循環手段）
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）
１９　　給水通路
２０　　給湯用熱交換器
２１　　給湯通路
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）
３１　　暖房端末
ＳＷ２　＃２切換えスイッチ（操作手段）

Claims

　燃焼手段と、前記燃焼手段で発生する熱により暖房熱媒を加熱するための熱交換器と、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、前記暖房熱媒を循環させるために前記循環通路に設けられた循環手段と、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、前記循環通路と前記バイパス通路に前記暖房熱媒を分配するための分配手段と、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所定の給湯設定温度で給湯するための給湯通路とを備えた暖房給湯装置において、
　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に対応可能なように分配比を調整可能であり、
　前記暖房熱媒を暖房端末用設定温度に加熱して循環させるように構成され、
　前記暖房給湯同時運転時に前記暖房端末用設定温度を所定温度上昇可能な設定に切換えるための操作手段を備えたことを特徴とする暖房給湯装置。
　前記給湯通路は、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調整を行うための流量調整手段を備え、
　前記給湯運転時には、前記暖房熱媒を前記暖房端末用設定温度に加熱して循環させることを特徴とする請求項１に記載の暖房給湯装置。