(57)【要約】【課題】  給湯温水と暖房温水の温水２回路の真空式温水機において、排ガス温度を低減し、熱効率を向上させる。【解決手段】  バーナー２、第１給湯用熱交換器３、及び第１暖房用熱交換器４を備える第１真空式温水機５と、第２給湯用熱交換器６及び第２暖房用熱交換器７を備えるとともに第１真空式温水機５の排ガスによって熱媒を加熱するように構成された第２真空式温水機８と、を備え、第１給湯用熱交換器５は第２給湯用熱交換器６から給水されるように第２給湯用熱交換器６に直列接続され、第１暖房用熱交換器４は第２暖房用熱交換器７から給水されるように第２暖房用熱交換器７に直列接続される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒加熱用バーナー、第１給湯用熱交換器、及び第１暖房用熱交換器を備える第１真空式温水機と、
第２給湯用熱交換器及び第２暖房用熱交換器を備えるとともに前記第１真空式温水機の排ガスによって熱媒を加熱するように構成された第２真空式温水機と、を備え、
前記第１給湯用熱交換器は、前記第２給湯用熱交換器から給水されるように、前記第２給湯用熱交換器に直列接続され、
前記第１暖房用熱交換器は、前記第２暖房用熱交換器から給水されるように、前記第２暖房用熱交換器に直列接続されていることを特徴とする真空式温水機。
【請求項２】
前記第２給湯用熱交換器をバイパスする第２給湯用バイパス管と、該第２給湯用バイパス管を流れるバイパス流量を制御する第２給湯用流量制御弁と、前記第２暖房用熱交換器をバイパスする暖房用バイパス管と、該暖房用バイパス管を流れるバイパス流量を制御する暖房用流量制御弁と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の真空式温水機。
【請求項３】
前記第２真空式温水機の熱媒温度が前記第１真空式温水機の熱媒温度より低い第３設定温度となるように前記第２給湯用流量制御弁を制御する制御系統と、
前記給湯用温水負荷が減少または遮断し前記第２真空式温水機の熱媒温度が前記第３設定温度より高い第２設定温度に達したときに前記暖房用流量制御弁により前記暖房用バイパス管への流量を減少または停止させて前記第２暖房用熱交換器への給水を増加させる制御系統と、
前記第２真空式温水機の熱媒温度が前記第２設定温度より上昇して第１設定温度に達したときに、該第２真空式温水機の熱媒温度に基づいて該熱媒温度が前記第１設定温度を超えないように前記バーナーの燃料流量を制御するための第２バーナー用制御出力を、前記第１真空式温水機の熱媒温度が前記第１設定温度になるように前記バーナーの燃料流量を制御するための第１バーナー用制御出力と比較し、いずれか小さいほうの制御出力により前記バーナーの燃料流量を制御する制御系統と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の真空式温水機。
【請求項４】
前記第１給湯用熱交換器をバイパスする第１給湯用バイパス管と、該第１給湯用バイパス管の流量を制御する第１給湯用流量制御弁とを更に備えることを特徴とする請求項２に記載の真空式温水機。
【請求項５】
給湯温水負荷の減少により前記第１給湯用熱交換器の出口の給湯温水温度が上昇して給湯上限設定温度に達すると、前記第１給湯用流量制御弁により前記第１給湯用バイパス管の流量を制御することにより、給湯温水温度を前記給湯上限設定温度に調節する制御系統を含むことを特徴とする請求項４に記載の真空式温水機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空式温水機、特に給湯温水と暖房温水の温水２回路を備える真空式温水機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図４に示すように、バーナー５０、燃焼室５１、減圧蒸気室５２、熱媒水Ｈ、熱交換器５３、水管５４、抽気ポンプ（不図示）等を備え、缶体５５内を抽気ポンプにより減圧して真空に近い状態とすることにより、熱媒水Ｈを１００℃以下の温度で沸騰させ、その蒸気が熱交換器５３の表面で凝縮することで熱交換器５３内の給水を加熱し、温水をつくる真空式温水機が知られている（たとえば特許文献１等）。この種の真空式温水機は、要求される温度の温水を素早く負荷側へ供給できるというメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３３７００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の真空式温水機は、排ガスの保有熱を、熱媒を介して温水へ二段階で熱交換されており、一般的に熱媒温度を８０〜９０℃で制御しているため、缶体出口の排ガス温度を低減させ熱効率を向上させるには限界があった。
【０００５】
そこで、本発明は、給湯温水だけでなく暖房温水との温水２回路の真空式温水機において、排ガス温度を低減し、熱効率を向上させ得る真空式温水機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る真空式温水機は、熱媒加熱用バーナー、第１給湯用熱交換器、及び第１暖房用熱交換器を備える第１真空式温水機と、第２給湯用熱交換器及び第２暖房用熱交換器を備えるとともに前記第１真空式温水機の排ガスによって熱媒を加熱するように構成された第２真空式温水機と、を備え、前記第１給湯用熱交換器は、前記第２給湯用熱交換器から給水されるように、前記第２給湯用熱交換器に直列接続され、前記第１暖房用熱交換器は、前記第２暖房用熱交換器から給水されるように、前記第２暖房用熱交換器に直列接続されていることを特徴とする。
【０００７】
前記第２給湯用熱交換器をバイパスする第２給湯用バイパス管と、該第２給湯用バイパス管を流れるバイパス流量を制御する第２給湯用流量制御弁と、前記第２暖房用熱交換器をバイパスする暖房用バイパス管と、該暖房用バイパス管を流れるバイパス流量を制御する暖房用流量制御弁と、を備えることが好ましい。
【０００８】
前記第２真空式温水機の熱媒温度が前記第１真空式温水機の熱媒温度より低い第３設定温度となるように前記第２給湯用流量制御弁により前記第２給湯用バイパス管への流量を増減させて前記第２給湯用熱交換器への給水量を調節する制御系統と、前記給湯用温水負荷が減少または遮断し前記第２真空式温水機の熱媒温度が前記第３設定温度より高い第２設定温度に達したときに前記暖房用流量制御弁により前記暖房用バイパス管への流量を減少または停止させて前記第２暖房用熱交換器への給水を増加させる制御系統と、前記第２真空式温水機の熱媒温度が前記第２設定温度より上昇して第１設定温度に達したときに、該第２真空式温水機の熱媒温度に基づいて該熱媒温度が前記第１設定温度を超えないように前記バーナーの燃料流量を制御するための第２バーナー用制御出力を、前記第１真空式温水機の熱媒温度が前記第１設定温度になるように前記バーナーの燃料流量を制御するための第１バーナー用制御出力と比較し、いずれか小さいほうの制御出力により前記バーナーの燃料流量を制御する制御系統と、を含むことが好ましい。
【０００９】
前記第１給湯用熱交換器をバイパスする第１給湯用バイパス管と、該第１給湯用バイパス管の流量を制御する第１給湯用流量制御弁とを更に備えることが好ましい。
【００１０】
給湯温水負荷の減少により前記第１給湯用熱交換器の出口の給湯温水温度が上昇して給湯上限設定温度に達すると、前記第１給湯用流量制御弁により前記第１給湯用バイパス管の流量を制御することにより、給湯温水温度を前記給湯上限設定温度に調節する制御系統を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、給湯と暖房の２回路を有する真空式温水機において、缶体からの排ガス温度を低減し、高熱効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る真空式温水機の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】熱媒（水）の温度と真空度との関係を示す線図である。
【図３】本発明に係る真空式温水機の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図４】従来の真空式温水機を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る真空式温水機の実施形態について、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、全図及び全実施形態を通じて同一または類似の構成部分には同符号を付している。
【００１４】
図１は、本発明に係る真空式温水機の第１実施形態を示す概略構成図である。図１に示すように、真空式温水機１は、熱媒加熱用バーナー２、第１給湯用熱交換器３、及び第１暖房用熱交換器４を備える第１真空式温水機５と、第２給湯用熱交換器６及び第２暖房用熱交換器７を備えるとともに第１真空式温水機５の燃焼排ガスによって熱媒を加熱するように構成された第２真空式温水機８と、を備えている。
【００１５】
第１給湯用熱交換器３は、第２給湯用熱交換器６から給水されるように、第２給湯用熱交換器６に直列接続されている。第１暖房用熱交換器４は、第２暖房用熱交換器７から給水されるように、第２暖房用熱交換器７に直列接続されている。
【００１６】
第１真空式温水機５は、従来の真空式温水機と同様の基本構造を有しており、熱媒加熱用バーナー２、第１給湯用熱交換器３及び第１暖房用熱交換器４の他に、缶体９内に水没された燃焼室１０、燃焼室１０を上下に貫通する水管群１１、缶体９内に封入された熱媒Ｈ１の上部に設けられ熱交換器３、４が組み込まれた減圧蒸気室１２、減圧蒸気室１２を減圧する抽気ポンプ（図示せず）、等が備えられている。
【００１７】
第２真空式温水機８は、バーナーが付設されていないため缶体１３内に燃焼室を備えておらず、缶体１３内に封入された熱媒Ｈ２が第１真空式温水機５から排出された燃焼排ガスＧと熱交換するように構成されている。
【００１８】
第２真空式温水機８の缶体１３は、第１真空式温水機５の燃焼室１０の水管群１１と同様に、水管群１４を備えており、水管群１４が排ガスＧの煙道１５内に配設されている。第２真空式温水機８の缶体１３内の熱媒Ｈ２上部には、図外の抽気ポンプで減圧される減圧蒸気室１６が形成され、減圧蒸気室１６に第２給湯用熱交換器６及び第２暖房用熱交換器７が組み込まれている。
【００１９】
第１真空式温水機５には、缶体９内に熱媒として水（熱媒水）が封入されている。第１真空式温水機５の缶体９内は、抽気ポンプにより減圧されているため、１００℃未満で熱媒水が沸騰して蒸発し、この減圧蒸気の保有する潜熱が、缶体９上部の減圧蒸気室１２内に組み込まれた第１給湯用熱交換器３及び第１暖房用熱交換器４内の温水へ伝熱され、減圧蒸気は伝熱後、凝縮して再び水となり滴下して熱媒水となる。
【００２０】
第１真空式温水機５の熱媒は、１００℃以下、通常は８０℃〜９０℃の温度で制御され、この温度範囲で、熱媒水は、沸騰、蒸発、伝熱、凝縮のサイクルを繰り返す。第１真空式温水機５の熱媒温度は、バーナー２の出力を調整することによって制御され得る。
【００２１】
第２真空式温水機５も熱媒Ｈ２として水が用いられている。第２真空式温水機８の熱媒Ｈ２は、第１真空式温水機５の熱媒温度より低い温度で制御される。第２真空式温水機８の熱媒温度を第１真空式温水機５の熱媒温度より低く保つことにより、真空式温水機であっても従来に比して缶体１３から出る排ガス温度の低減が可能となり、熱効率を向上させることができる
一般に、真空式温水機では、缶体内で発生した非凝縮性ガスを抽気ポンプで抽出し、真空を保持して、大気圧を超えないようにしなければならない。特に非凝縮性ガスである水素ガスは、微量であっても極端に熱伝達を阻害するため、これを抽出する必要がある。
【００２２】
第２真空式温水機８の熱媒温度を第１真空式温水機５の熱媒温度より低くした場合、熱媒Ｈ２の温度が極端に低下して缶体１１内の真空度が高くなると、抽気ポンプの仕様能力を超えて抽気できなくなるおそれがある。そのため、第２真空式温水機８の熱媒温度は、抽気ポンプ（不図示）が第２真空式温水機８の缶体１３内の非凝縮性ガスを排出可能な真空度に保てるように、真空度を考慮して、６０℃〜７０℃の範囲で設定することが望ましい。図２に、熱媒水の温度と真空度との関係を示す。また、第２真空式温水機８の熱媒温度は、熱媒Ｈ２と熱交換する排ガスＧが凝縮する温度以上に制御することにより、缶体１３や煙道１５の低温腐食や白煙発生を防止することができる。
【００２３】
第２給湯用熱交換器６の熱交換能力は、第２真空式温水機８の熱媒Ｈ２を設定温度まで速やかに下げやすくするために、第１真空式温水機５と第２真空式温水機８の熱交換量の比率から算出される第２真空式温水機８の交換熱量より大きめの熱交換能力を備えるものを選定することが好ましい。
【００２４】
第２暖房用熱交換器７の熱交換能力は、給水負荷が暖房負荷のみとなり、後述する設定温度Ｔ１による燃料流量制御を行う場合に、第１真空式温水機５の熱媒温度による制御出力ＭＶ１と第２真空式温水機８の熱媒温度による制御出力ＭＶ２がほぼ同じとなり、燃料流量の制御が不安定とならないようにするため、第１真空式温水機５と第２真空式温水機８の熱交換量の比率から算出される第２真空式温水機８に交換熱量と同等の熱交換能力を備えるものを選定することが好ましい。
【００２５】
第２真空式温水機８は、バーナーを備えていないため、第２給湯用熱交換器６及び第２暖房用熱交換器７への給水Ｗの流量を制御することにより、熱媒Ｈ２の温度を制御することができる。
【００２６】
第２給湯用熱交換器６及び第２暖房用熱交換器７への給水Ｗの流量を制御するため、第２給湯用熱交換器６をバイパスする第２給湯用バイパス管１７と、第２給湯用バイパス管１７を流れるバイパス流量を制御する第２給湯用流量制御弁１８と、第２暖房用熱交換器７をバイパスする暖房用バイパス管１９と、暖房用バイパス管１９を流れるバイパス流量を制御する暖房用流量制御弁２０とが設けられている。
【００２７】
第２給湯用流量制御弁１８は、図示例では比例動作の三方弁として、バイパス流量を調節すると同時に温水入口側配管６ａの流量を調節することができる。暖房用流量制弁２０は、図示例では、暖房用バイパス管１９と熱交換側の温水入口側配管７ａとを切り換え可能な切換弁（ＯＮ−ＯＦＦ弁）が用いられている。なお、バイパス管１７、１９のバイパス流量を調節することにより第２給湯用熱交換器６及び第２暖房用熱交換器７の給水量を調節できるものであれば、接続位置や弁の種類、数等は限定されない。
【００２８】
第１暖房用熱交換器４は、第１給湯用熱交換器３と同等の熱交換能力のものが使用され得る。また、第２暖房用熱交換器７は、第２給湯用熱交換器６と同等の熱交換能力のものが使用され得る。
【００２９】
上記構成を備える真空式温水機１は、給湯回路の暖房回路の２回路であっても、排ガス温度を低減し、高熱効率を得ることができる。
【００３０】
また、第１真空式温水機５と第２真空式温水機８の何れか一方が破損した場合に、破損した方のみを交換することで修復可能なため、修復費用を低減することができる。
【００３１】
また、第２真空式温水機８の主要材料を状況に応じて変更することが可能であり、その材料の耐熱温度により、第１真空式温水機５の出口排ガス温度を決定することができる。例えば、熱吸収のよいアルミ材を用いた缶体とすれば小型化が可能であり、腐食性凝縮水が発生する場合はステンレス鋼を用いた缶体とすれば長寿命化を図ることができる。
【００３２】
また、真空式温水機１の起動時には、第２給湯用熱交換器６への給湯温水の供給を第２給湯用流量制御弁１８により遮断して、給湯用バイパス管１７から第１給湯用熱交換器３へ給湯温水を全て流すことにより、素早い立ち上がりと、第２真空式温水機８の起動時に排ガスＧの凝縮水発生を抑制することができる。
【００３３】
次に、上記構成の真空式温水機１の制御について、図１を参照して説明する。なお、図１において点線は制御系統を示す。
【００３４】
図示例において、第１真空式温水機５及び第２真空式温水機８の熱媒は、制御装置２１によって温度制御される。
【００３５】
第１真空式温水機５では、サーミスタセンサ等の温度検出器ＴＴ１によって熱媒Ｈ１の温度が検出され、温度検出器ＴＴ１の検出温度が第１設定温度Ｔ１になるように演算器２２で演算した燃料流量制御用の制御出力ＭＶ１を燃料流量調整機構２３に送り、バーナー２へ供給する燃料Ｆの流量を調整することにより、第１真空式温水機５の熱媒Ｈ１が第１設定温度Ｔ１に調節される。
【００３６】
第２暖房用流量制御弁２０を構成している切換弁は、ノーマル状態では、バイパス側に切り換えられていて第２暖房用熱交換器７へは給水せずに第１暖房用熱交換器４にのみ給水する構造の切換弁が用いられている。第２暖房用流量制御弁は、オンオフ切換弁に限らず、暖房用バイパス管１９への給水流量を制御することにより第２暖房用熱交換器７への給水流量も制御できるものであればよく、バイパス側がノーマルオープンの比例動作式三方弁、その他の制御弁を用いることもできる。
【００３７】
そして、第２真空式温水機８では、サーミスタセンサ等の温度検出器ＴＴ２によって熱媒Ｈ２の温度が検出され、その検出温度が第３設定温度Ｔ３になるように演算器２４で演算したバイパス流量制御用の制御出力ＭＶ３が第２給湯用流量制御弁１８に送られ、第２給湯用バイパス管１７を流れるバイパス流量を調整することで第２給湯用熱交換器６への給水流量を加減することにより、第２真空式温水機８の熱媒Ｈ２が第３設定温度Ｔ３に温度調節される。
【００３８】
第２暖房用流量制御弁２０がノーマル状態でバイパス側に開いているため、通常の運転状態では、第２真空式温水機８の第２暖房用熱交換器７へは給水されず、第２真空式温水機８の熱媒温度は、もっぱら第２給湯用流量制御弁１８によって制御される。
【００３９】
暖房温水と給湯温水の負荷が同時にあっても、第１真空式温水機５では暖房温水との熱交換を主として行い、第２真空式温水機８では給湯温水との熱交換を行うことでき、第２真空式温水機８の熱媒温度を第３設定温度Ｔ３に保つことができ、排ガス温度の低減が可能となる。
【００４０】
暖房温水の負荷がある状態で給湯温水が遮断されると、第２真空式温水機８は第３設定温度Ｔ３を保つことができなくなり、熱媒Ｈ２の温度が上昇し始めるが、制御装置２１には、第２設定温度Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３）が設定されており、熱媒Ｈ２の検出温度を比較器２５で比較し、熱媒Ｈ２の温度が第２設定温度Ｔ２以上のときに、比較器２５からの指令により、第２暖房用流量制御弁２０を構成する切換弁を第２暖房用熱交換器７の側へ切り換えて第２暖房用熱交換器７へ給水し、熱媒Ｈ２の温度を下げる。
【００４１】
第２暖房用流量制御弁２０を構成する切換弁を第２暖房用熱交換器７の側へ切り換えても、熱媒Ｈ２の温度が第２設定温度Ｔ２から更に上昇する場合が想定される。そのため、制御装置２１では、第２真空式温水機８の熱媒Ｈ２の温度が第１設定温度Ｔ１に達したときに、第２真空式温水機８の温度検出器ＴＴ２で検知された熱媒温度に基づいて熱媒Ｈ２の温度が第１設定温度Ｔ１を超えないように演算器２６で演算されたバーナー２の燃料流量を制御するための第２バーナー用制御出力ＭＶ２を比較器２７に出力し、第１真空式温水機５の温度検知器ＴＴ１で検知された熱媒温度が第１設定温度Ｔ１になるように演算器２２で演算されたバーナー２の燃料流量を制御するための第１バーナー用制御出力ＭＶ１を比較器２７に出力し、第２バーナー用制御信号ＭＶ２と第１バーナー用制御出力ＭＶ１とを比較し、いずれか小さいほうの制御出力（ＭＶ１またはＭＶ２）を燃料流量調整機構２３に送信し、バーナー２の燃料流量を制御し、バーナー２の火力を調整する。
【００４２】
上記のように、温水（給水）の負荷が暖房温水と給湯温水の両方ある場合は、暖房温水は第１真空式温水機５で熱交換を行い、給湯温水は主として第２真空式温水機８で熱交換を行わせ、温水の負荷が暖房温水のみの場合は第１真空式温水機５と第２真空式温水機８の両方で熱交換させることで、排ガスの保有熱を有効に温水へ熱交換することが可能となる。
また、給湯負荷が急減または遮断しても、第２真空式温水機８の熱媒温度の急激な温度上昇を緩和し、より安全に且つより速やかに給湯負荷に対して応答させることができる。
【００４３】
次に、本発明に係る真空式温水機の第２実施形態について、図３を参照しつつ説明する。なお、上記第１実施形態と同様の同一または類似の構成部分については同符号を付した。
【００４４】
第２実施形態は、上記第１実施形態の真空式温水機の第１給湯用熱交換器３の温水入口側配管３ａと温水出口側配管３ｂとを接続し、第１給湯用熱交換器３をバイパスする第１給湯用バイパス管２８を配管するとともに、第１給湯用バイパス管２８の流量を制御する第１給湯用流量制御弁２９と、第１給湯用熱交換器３の出口温度を検出する温度検知器３０と、温度検知器３０の温度検知信号を受けて、給湯上限設定温度Ｔ４以上にならないように演算器３１で演算した制御出力ＭＶ４を第１給湯用流量制御弁２９に送信するように構成されている。その他の構成は、上記第１実施形態と同様である。図示例の第１給湯用流量制御弁２９は、比例制御の三方弁が用いられているが、他の形式の制御弁を用いることもできる。
【００４５】
温水の負荷が暖房温水と給湯温水の両方ある場合において給湯温水の負荷が極端に少ない場合は、第１給湯用熱交換器３の出口の給湯温水温度が必要以上に上昇する場合があるため、そのような場合には、第２実施形態の上記構成により、第１給湯用熱交換器３の出口温水温度が給湯上限設定温度Ｔ４に達すると、第１給湯用流量制御弁２９を構成する比例制御式三方弁によって第１給湯用バイパス管２８を流れるバイパス流量をコントロールし、第１給湯用熱交換器３の出口温水温度が給湯上限設定温度Ｔ４を超えないように制御して、給湯上限設定温度Ｔ４を保ち、給湯温度が給湯上限設定温度より上昇することを防止する。
【００４６】
第２実施形態の制御を行うことにより、第１真空式温水機５は暖房温水との熱交換、第２真空式温水機８は主として給湯温水との熱交換という役割分担を上記第１実施形態より更に明確にし、第１真空式温水機５での給湯温水との無駄な熱交換を削減することで、更なる高効率化が図られ得る。
【符号の説明】
【００４７】
１  真空式温水機
２  バーナー
３  第１給湯用熱交換器
４  第１暖房用熱交換器
５  第１真空式温水機
６  第２給湯用熱交換器
７  第２暖房用熱交換器
８  第２真空式温水機
１７  第２給湯用バイパス管
１８  第２給湯用流量制御弁
１９  暖房用バイパス管
２０  暖房用流量制御弁
２１  制御装置
２３  燃料流量調整機構
２８  第１給湯用バイパス管
２９  第１給湯用流量制御弁
【図１】
2015200455.tif 000003
【図２】
2015200455.tif 000004
【図３】
2015200455.tif 000005
【図４】
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