(57)【要約】【課題】  簡単な構造で常時安定した湯を供給できる給湯装置及びこれに用いられる熱交換器を提供する。【解決手段】  湯受容体１に対して通水循環する通水管路２と、この通水管路２の途中に介在されて通水管路２中の水を加熱する熱交換器３とを備えた給湯装置において、熱交換器３が、通水管路２の一部を構成する熱交換通水パイプ４と、この熱交換通水パイプ４に外表面同士が接触配置され且つ通電加熱可能なシーズヒータ６を用いた熱交換熱源パイプ５とを有する。また、熱交換器３そのものも本件の対象とする。【選択図】  図１
2006052886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯受容体に対して通水循環する通水管路と、この通水管路の途中に介在されて通水管路中の水を加熱する熱交換器とを備えた給湯装置において、
熱交換器は、通水管路の一部を構成する熱交換通水パイプと、この熱交換通水パイプに外表面同士が接触配置され且つ通電加熱可能なシーズヒータを用いた熱交換熱源パイプとを有することを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
請求項１記載の給湯装置において、
熱交換通水パイプ及び熱交換熱源パイプは相互に接触可能な平面部を備えていることを特徴とする給湯装置。
【請求項３】
請求項１記載の給湯装置において、
熱交換通水パイプ及び熱交換熱源パイプは断面扁平形状にて螺旋状に形成され、扁平平面部を介して接触配置されていることを特徴とする給湯装置。
【請求項４】
請求項１記載の給湯装置において、
熱交換通水パイプと熱交換熱源パイプは略同形状で同寸法であることを特徴とする給湯装置。
【請求項５】
請求項１記載の給湯装置において、
熱交換通水パイプと熱交換熱源パイプとの接触面は、ろう付けされていることを特徴とする給湯装置。
【請求項６】
湯受容体に対して通水循環する通水管路の途中に介在され且つ通水管路中の水を加熱する熱交換器において、
通水管路の一部を構成する熱交換通水パイプと、この熱交換通水パイプに外表面同士が接触配置され且つ通電加熱可能なシーズヒータを用いた熱交換熱源パイプとを有することを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浴槽や放熱器等に湯を供給する給湯装置に係り、特に、熱交換器を利用して供給水を加熱し、例えば浴槽内の湯を保温、追い炊きすることを可能とした給湯装置及びこれに用いられる熱交換器の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給湯装置としては、温水タンク内の湯を熱源とした熱交換器を備えている給湯装置が知られている。図８にこの種の給湯装置の全体構成の一例を示す。
同図において、給湯装置は、発熱体１０１によって貯蔵水１１０が加熱可能な温水タンク１０２を有し、この温水タンク１０２には熱源用循環管路１０４を配設する一方、浴槽１０５には通水用循環管路１０６を配設し、熱源用循環管路１０４の一部と通水用循環管路１０６の一部とを接触配置することで熱交換器１０３として利用するようにしたものである。尚、図８中、符号１０８，１０９は熱源用循環管路１０４及び通水用循環管路１０６の途中に介在されているポンプである。
【０００３】
このような従来の給湯装置によれば、温水タンク１０２内の貯蔵水１１０は発熱体１０１により加熱され、加熱された水はポンプ１０８を駆動させることにより熱源用循環管路１０４の往管路部分１０４ａを通り熱交換器１０３へ導かれる。一方、浴槽１０５内の浴水１０７は、ポンプ１０９を駆動させることにより通水用循環管路１０６の往管路部分１０６ａを通って熱交換器１０３へ導かれる。熱交換器１０３にて、接触配置されている通水用循環管路１０６と熱源用循環管路１０４とは両者の接触部を介して熱交換が行われる。熱交換器１０３で熱交換が行われた後、熱源用循環管路１０４内の水は復管路部分１０４ｂを通り温水タンク１０２へ導かれる一方、通水用循環管路１０６内の加熱された浴水１０７は復管路部分１０６ｂを通り浴槽１０５へと導かれる。このようにして保温、追い炊きが行われる。
【０００４】
尚、図９に示すように、熱交換器１０３として熱源用循環管路１０４を用いずに通水用循環管路１０６の一部を温水タンク１０２内に導き、この通水用循環管路１０６の一部と温水タンク１０２内の発熱体１０１によって加熱された貯蔵水１１０とで熱交換器１２０を構築するようにしたものも提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５７３６３号公報（従来の技術、発明の実施の形態、図３、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この種の給湯装置は、長時間使用した際に温水タンク１０２内の湯温が下がると採湯量の減少又は湯切れを起こす虞れがある。また、特に温水タンク１０２内に湯が充填されない状況では、発熱体１０１により温水タンク１０２内の水を加熱することができないため、給湯装置として使用することができない。
更に、図８に示す給湯装置については循環用のポンプ１０８及び１０９の２台を必要とするため、給湯装置の大型化や高価格化を招いてしまう。この点、図９に示す給湯装置については、ポンプを１台省略でき、しかも、熱源用循環管路１０４を省略できる分、構成を簡略化できるが、温水タンク１０２の湯を熱源としている点で、温水タンク１０２への依存性が必要不可欠である。
【０００７】
このような技術的課題を解決する手段としては、図１０に示すように、特許文献１に記載された給湯装置が提案されている。
この種の給湯装置は、発熱体１０１によって貯蔵水１１０が加熱可能な温水タンク１０２を有し、この温水タンク１０２と浴槽１０５との間には通水用循環管路１０６を配設すると共に、この通水用循環管路１０６の一部を温水タンク１０２に導き、温水タンク１０２内に配置する通水用循環管路１０６の一部に熱交換器１２１を設けたものである。
ここで、熱交換器１２１としては、通水用循環管路１０６の一部をシーズヒータ１２２にて覆い、通水用循環管路１０６の一部を温水タンク１０２内の湯のみならずシーズヒータ１２２にて加熱可能としたものである。
【０００８】
このような給湯装置にあっては、温水タンク１０２内の湯温が低下し、温水タンク１０２内の湯を熱源として用いることができない場合でも、熱交換器１２１のシーズヒータ１２２を通電加熱し、通水用循環管路１０６内の水を加熱することによって湯を供給することができる。
【０００９】
しかしながら、この種の熱交換器１２１は、依然として温水タンク１０２内の湯を熱源としているものであり、温水タンク１０２内の湯温に依存してしまう。例えば、温水タンク１０２内の湯温が低下したような状況において、シーズヒータ１２２を通電加熱すると、シーズヒータ１２２からの熱は確かに通水用循環管路１０６内の水を加熱するために使用されるが、温水タンク１０２内の周囲の水をも加熱することになるため、シーズヒータ１２２による加熱効率が不充分になり易い。
また、この種の給湯装置は、熱交換器１２１がシーズヒータ１２２内に通水用循環管路１０６の一部を配置しなければならず、しかも、温水タンク１０２との接続部分にシーリング処理を施す必要があり、その分、熱交換器１２１の構造が複雑化してしまう。
更に、この種の給湯装置にあっては、シーズヒータ１２２内に通水用循環管路１０６の一部を配設する構造であるため、シーズヒータ１２２による熱交換面積を充分に広く確保することができず、その分、熱交換効率が悪く、少量の湯しか沸き上げることができないという技術的課題もある。
【００１０】
本発明は、以上の技術的課題を解決するために為されたものであって、簡単な構造で常時安定した湯を供給できる給湯装置及びこれに用いられる熱交換器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明は、図１に示すように、湯受容体１に対して通水循環する通水管路２と、この通水管路２の途中に介在されて通水管路２中の水を加熱する熱交換器３とを備えた給湯装置において、熱交換器３が、通水管路２の一部を構成する熱交換通水パイプ４と、この熱交換通水パイプ４に外表面同士が接触配置され且つ通電加熱可能なシーズヒータ６を用いた熱交換熱源パイプ５とを有することを特徴とする。
【００１２】
このような技術的手段において、上記湯受容体１の態様として、給湯装置の湯槽及び暖房兼給湯装置の放熱器をも含む。
また、通水管路２は湯槽に対して通水循環可能であれば固定された管路でもよいし、切り替え可能な複数の管路でもよい。そしてまた、通水管路２には、通常、通水管路２内で通水循環させるためのポンプ等の循環手段７が配設されている。
更に、熱交換器３の態様として、熱交換通水パイプ４は通水管路２の構成部材の一部を利用してもよいし、あるいは、通水管路２の構成部材とは別途に設けてもよい。
そしてまた、熱交換通水パイプ４には熱伝導性が良好で耐水性に優れる金属パイプを使用することが好ましい。
また、熱交換通水パイプ４と熱交換熱源パイプ５との位置関係については、両者間で熱交換可能であれば適宜選定して差し支えないが、例えば熱交換通水パイプ４と熱交換熱源パイプ５とを同心状に配置する態様は熱交換面積を確保する点で不充分になり易く、本発明にあっては、熱交換面積を確保しやすいという観点から、熱交換通水パイプ４と熱交換熱源パイプ５との外表面同士が接触配置される態様に限られる。
更に、熱交換熱源パイプ５を構成するシーズヒータ６の代表的態様としては、熱伝導性がよく耐食性に優れたヒータ筒体を構成する金属パイプ内にコイル状の発熱線を配設すると共に、金属パイプ内に絶縁粉末を充填し金属パイプを減径加工した後、金属パイプの両端開口を封口材にて封口処理したものが挙げられる。この場合において、ヒータ筒体は一重管構造または二重管構造のいずれの態様でもよく、また、封口処理としてはガラス封口材等の気密封口材を用いた気密封口処理を始め適宜選定して差し支えないが、封口処理の簡略化という観点からすれば、絶縁粉末として吸湿防止剤が混入された酸化マグネシアを使用し、前記気密封口材が含まれない簡易封口処理を施すことが好ましい。尚、図中８はシーズヒータ通電手段である。
【００１３】
また、熱交換通水パイプ４と熱交換熱源パイプ５は相互に外表面同士が面接触可能な平面部を有していることが好ましい。本態様によれば、接触面積が広くなることにより熱交換効率が向上する。
【００１４】
更に、熱交換通水パイプ４と熱交換熱源パイプ５とは相互に接触可能な平面部を備えていれば、直線状、Ｕ字状、Ｚ字状等任意の形状のもので差し支えないが、接触面積を広げ、熱交換効率を向上させる構造として、断面扁平形状にて螺旋状に加工して相互に組み合わせることが可能な多段構造の態様が好ましい。
【００１５】
更にまた、熱交換通水パイプ４と熱交換熱源パイプ５は略同形状、同寸法が好ましい。これによれば、広範囲にわたり双方の接触面を確保することができ、またパイプ加工時において同一の加工設備を使用することが可能なため生産性の向上に貢献できる。
【００１６】
熱交換通水パイプ４と熱交換熱源パイプ５との固定方法として、ブラケット等による固定具を用いパイプ同士を締め付けて平面部相互を圧着させる態様でもよいが、両パイプの接触面はろう付け固定を施すことが好ましい。このようにろう付け固定を施すことにより固定具を用いる必要がなくなるばかりか、パイプ扁平部の加工時に生じる製品精度のバラツキによって発生する熱交換効率の誤差に対し、ろう材が接触部の隙間を充填することにより、安定した熱交換効率を得ることが可能となる。
また、多段構造にてろう付け固定を施す態様にあっては、安定した高い熱交換効率が得られるため、パイプ同士の接触面積を小さくすることが可能となり、即ちパイプの扁平度を比較的小さくすることが可能となる。これにより、扁平加工を施す際に発生し易いパイプ表面のシワの発生を抑制できるためパイプの肉厚を薄くすることが可能となり、その結果、螺旋加工時における巻き付けスピードの迅速化をも可能とする。
【００１７】
更に、本発明は、上述した給湯装置に限らず、給湯装置に使用される熱交換器３をも対象とする。この場合、本発明に係る熱交換器３としては、図１に示すように湯受容体１に対して通水循環する通水管路２の途中に介在され且つ通水管路２中の水を加熱する熱交換器３において、通水管路２の一部を構成する熱交換通水パイプ４と、この熱交換通水パイプ４に外表面同士が接触配置され且つ通電加熱可能なシーズヒータ６を用いた熱交換熱源パイプ５とを有するようにすればよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る給湯装置によれば、通水管路の一部を構成する熱交換通水パイプと、この熱交換通水パイプに接触配置され且つ通電加熱可能なシーズヒータから成る熱交換熱源パイプとを備え、シーズヒータによる熱交換を可能としたため、温水タンクに依存することなく、小型で簡単な構造としながら常に安定した湯を供給することができる。
また、本発明に係る熱交換器によれば、温水タンクに依存しない給湯装置を簡単に構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
◎実施の形態１
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図２は本発明の実施の形態１に係る給湯装置の全体構成を示す図である。
同図において、給湯装置１１は、浴槽１２に対して通水循環する循環管路２１を有し、この循環管路２１の一部に熱交換器３１を配置したものである。
本実施の形態において、循環管路２１は浴槽１２と熱交換器３１との間を連通接続する一対の往循環管路２１ａ及び復循環管路２１ｂにて構成されており、往循環管路２１ａと復循環管路２１ｂとの間には連結管路２２が夫々三方弁１３，１４を介して連結されている。更に、この連結管路２２の一部には水を供給するための供給管路２３が三方弁１５を介して連結されており、この供給管路２３の一部にて分岐した分岐供給管路２４が三方弁１６を介して往循環管路２１ａのうち熱交換器３１の近傍に連結されている。
更にまた、復循環管路２１ｂのうち熱交換器３１の近傍及び供給管路２３の一部には夫々分岐管路２５，２６が分岐されており、各分岐管路２５，２６の端部には混合栓２７が設けられている。
また、本実施の形態では、往循環管路２１ａのうち三方弁１４，１６間の一部にはポンプ１９が配設されており、往循環管路２１ａのうち浴槽１２と三方弁１４との間の一部には湯温検知器１７が配設されている。
【００２０】
また、熱交換器３１は、図３に示すように、多数段の螺旋状に形成された熱交換通水パイプ３２と、多数段の螺旋状に形成され且つ熱交換通水パイプ３２と外表面同士が接触配置される熱交換熱源パイプ３３とを備える。ここで、３４は通電加熱される熱交換熱源パイプ３３の出力源へ通じる熱源用コードを示し、３５ａ及び３５ｂは、通水管路３６ａ及び３６ｂと熱交換器３１とをつなぐジョイントである。
【００２１】
本実施の形態において、熱交換通水パイプ３２は、図４に示すように熱伝導性の高い金属、例えば銅にて断面扁平状に形成されたパイプ本体３８を有し、このパイプ本体３８の上下に扁平平面部３７を形成するようにしたものである。
【００２２】
また、熱交換熱源パイプ３３は図５に示すようにシーズヒータ４１にて構成されている。
本実施の形態において、シーズヒータ４１は熱伝導性の高い金属、例えば銅、ステンレス等にて筒状に構成されたヒータパイプ４２を有し、このヒータパイプ４２内に発熱線４３を配設すると共に、この発熱線４３の両端にはヒータパイプ４２の端部から引き出される端子体４４を接続し、更に、ヒータパイプ４２内に酸化マグネシア等の熱伝導率の高い絶縁粉末４５を充填した後、ヒータパイプ４２を減径加工し、所定の形状に成形したものである。尚、図５中、４６はヒータパイプ４２の両端開口を塞ぐ封口材である。
ここで、封口材４６には、ガラス封口材等の気密封口材を用いた態様であってもよいが、吸湿防止剤が混入された酸化マグネシア等を使用可能な条件下では気密封口材を用いない簡易封口材にて封口することが好ましい。
また、ヒータパイプ４２に二重管構造を用いる場合、ヒータパイプ４２は互いに密着する外筒管及び内筒管を有し、外筒管及び内筒管のいずれか一方をステンレス鋼、耐食耐熱超合金及びチタンのいずれか、前記他方を銅にて構成することが好ましい。
更にまた、熱交換熱源パイプ３３は、図４に示すように、熱交換通水パイプ３２と略同形状に成形され、多段構造にて組み合わせたものである。本例では、熱交換通水パイプ３２と熱交換熱源パイプ３３とは、夫々の段のパイプ要素を交互に挟み込み、夫々の扁平平面部３７を接触配置し、ろう付け３９にて固定したものである。
【００２３】
ここで、熱交換器３１の代表的な製造法を図６、図７に従って説明する。
熱交換器３１を製造するには、例えば図６に示すように、直線状に成形された熱交換通水パイプ３２及び熱交換熱源パイプ３３に扁平加工を施し、しかる後に、螺旋加工を施し、その後、両者を組み合わせてろう付けする方法が挙げられる。
ここで、図７を用いながらより詳細に述べる。
このような製造方法において、扁平加工としては、図７（ａ）に示すように、直線状の熱交換熱源パイプ３３及び熱交換通水パイプ３２を複数組のローラ対５１に挟み込み、段階的に扁平度を大きくし所定の扁平形状を形成するものが挙げられる。
【００２４】
また、螺旋加工としては、図７（ｂ）に示すように、モータ５２を動力とした回転式円柱棒５３に、上記扁平形状の加工を施した熱交換通水パイプ３２及び熱交換熱源パイプ３３を巻き付けて螺旋形状を形成するものが挙げられる。
【００２５】
更に、上記螺旋加工を施した熱交換通水パイプ３２及び熱交換熱源パイプ３３を組み合わせる場合には、図７（ｃ）のように、２本のパイプ３２，３３を相互に接触配置させながら回し込むようにすればよい。
【００２６】
更にまた、ろう付け固定の加工方法の一例を図７（ｄ）に示す。同図において、上記のように熱交換通水パイプ３２と熱交換熱源パイプ３３を組み合わせた熱交換器中間形成品３０を治具５４に取り付けて真空炉５５の中に入れ、熱交換器中間形成品３０の上部にろう材４０を置き、炉内を所定の温度に上げると、溶けたろう材４０が扁平平面部３７の隙間に入り込み、隙間が充填される。
このように、両パイプ３２，３３をろう付け固定する場合には、両者間の接触面積を広く確保することができるため、多段構造の巻き付けターン数の減少、あるいは、巻き付け外形の縮小が可能となるほか、熱交換器の両側からブラケット等の固定具を用いて締め付ける必要がなくなり、固定具の配置スペースを削減することができる分、熱交換器自体を小型化することが可能となる。
【００２７】
次に、上記のように構成した実施の形態１に係る給湯装置の作動について説明する。
ここで、以下に説明するそれぞれの流路の形成に当たり、図２に示すように、三方弁１３，１４，１５及び１６は、それぞれ混合栓２７の開閉や浴室等に設けられている湯張りスイッチ（図示外）等の入力に連動して適宜切り替えられるものとする。
先ず、浴槽１２に湯を張る場合、供給管路２３からの水は熱交換器３１にて加熱され、連結管路２２を介して浴槽１２へと導かれる。より具体的には、供給管路２３の水は分岐供給管路２４から三方弁１６を介して熱交換器３１へ送られ加熱され、加熱された水は三方弁１３を介して連結管路２２を通り、三方弁１５にて供給管路２３から送られてきた水と混合して設定した湯温になるよう調整し、浴槽１２へと導かれる。
次に、浴槽１２内の浴水１８を保温、追い炊きをする場合、浴水１８は熱交換器３１を介して循環管路２１を通水循環する。即ち、浴水１８はポンプ１９の駆動により往循環管路２１ａを通り熱交換器３１へ導かれ、熱交換器３１にて加熱された浴水１８は復循環管路２１ｂを通り浴槽１２へ戻され、保温、追い炊きが行われる。
更に、混合栓２７にて湯を使用する場合は、供給管路２３からの水を熱交換器３１にて加熱し、分岐管路２６を介して混合栓２７へと導かれる流路となる。より具体的には、供給管路２３の水は分岐供給管路２４から三方弁１６を介し、熱交換器３１にて加熱され、加熱された水は分岐管路２６を通り混合栓２７へ導かれ、分岐管路２５から送られてきた水と混合して適温になるよう調整される。
このような給湯動作過程において、給湯装置１１は、温水タンクに依存しない熱交換器３１を用い、浴槽１２に対し、湯張りは勿論、保温、追い炊きを任意のタイミングで簡単に実現することが可能である。
すなわち、本実施の形態では、熱交換器３１の構成要素としてシーズヒータ４１からなる熱交換熱源パイプ３３に対し、熱交換通水パイプ３２を外表面接触させるようにしたため、任意のタイミングでシーズヒータ４１を通電加熱することにより、熱交換熱源パイプ３３を熱源として加熱し、この熱を熱交換通水パイプ３２に効果的に伝達することができ、その分、熱交換通水パイプ３２内の水を有効に加熱することができる。
特に、本実施の形態では、熱交換器３１は、略同形状の熱交換通水パイプ３２と熱交換熱源パイプ３３とを断面扁平形状にて螺旋状に形成し、両パイプ３２，３３を多段構造となるように重ね、かつ、上下の扁平平面部３７を介して相互に接触配置するようにしているため、広い熱交換面積を確保でき、しかも、熱交換器３１の上下方向寸法を短くすることができる。
更に、本実施の形態では、両パイプ３２，３３をろう付け固定するようにしたため、両パイプ３２，３３の扁平平面部３７間の接触面隙間にろうが充填されることになり、両者間の接触状態が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る給湯装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る給湯装置の全体構成を示す図である。
【図３】図２の熱交換器の詳細を示す図である。
【図４】図３の熱交換器のＩ−Ｉ断面図である。
【図５】本実施の形態で用いられる熱交換熱源パイプの詳細構成を示す断面図である。
【図６】本実施の形態で用いられる熱交換器の製造工程を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は本実施の形態で用いられる熱交換器の製造工程を模式的に示す説明図である。
【図８】従来の給湯装置の一例を示す説明図である。
【図９】従来の給湯装置の他の例を示す説明図である。
【図１０】従来の給湯装置の更に他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…湯受容体，２…通水管路，３…熱交換器，４…熱交換通水パイプ，５…熱交換熱源パイプ，６…シーズヒータ，７…循環手段，８…シーズヒータ通電手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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