(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱によって加熱排気を生じる熱源と、
前記加熱排気の顕熱を熱媒に熱交換する一次熱交換手段（２６）と、
前記加熱排気から主として潜熱を給水又は浴槽水に熱交換する第１の熱交換部（８）と、前記加熱排気から主として潜熱を熱媒に熱交換する第２の熱交換部（１０）とを備える二次熱交換手段（６）と、
前記第２の熱交換部及び／又は前記一次熱交換手段で加熱された前記熱媒の持つ熱を前記給水又は前記浴槽水に熱交換する熱交換手段（１２、４２）と、
を備え、前記給水又は前記浴槽水を前記第１の熱交換部及び前記熱交換手段で加熱して出湯させることを特徴とする熱源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱源装置において、
更に、前記一次熱交換手段及び／又は前記二次熱交換手段で加熱した前記熱媒を溜めるタンクと、
を備え、前記熱媒を暖房負荷に循環させることを特徴とする熱源装置。
【請求項３】
請求項１の前記熱源装置において、
前記二次熱交換手段はコルゲート管であることを特徴とする熱源装置。
【請求項４】
請求項１の前記熱源装置において、
前記二次熱交換手段は、複数の受熱管を並列に設置し、各受熱管の端部をヘッダで連結させたことを特徴とする熱源装置。
【請求項５】
請求項１の前記熱源装置において、
前記第１の熱交換部は、前記第２の熱交換部より受熱部が大きく設定されていることを特徴とする熱源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の熱源で加熱された熱媒を用いて暖房用加熱、給湯用加熱、浴槽追焚用加熱等を行う熱源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、単一の熱源で加熱された熱媒を用いて複合的な加熱を可能にした熱源装置は公知である。特許文献１では、熱源器で得られた熱媒を暖房用として暖房端末機に循環させるばかりでなく、給湯用熱交換器に圧送して給水を間接加熱して給湯したり、追焚用熱交換器に圧送して浴槽水を間接加熱して追焚することができる一缶三水路方式が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２では、燃焼排気の潜熱を回収する潜熱回収型燃焼装置を備える燃焼装置が開示され、この燃焼装置は、燃焼排気から主として顕熱を回収する顕熱回収用熱交換器と、燃焼排気から主として潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器とを備えたものであって、このような潜熱回収を併用することにより熱効率を向上させている。
【０００４】
また、特許文献３、４では、一つの燃焼室に二つの熱交換器を配置させることにより、コンパクト化及び低価格化を図った一缶二水路型燃焼装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１３０４４８号公報
【特許文献２】特開２００１−２４１７６８号公報
【特許文献３】特開平１０−２６７４１４号公報
【特許文献４】特開２００５−２７４０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、所謂一缶三水路の燃焼装置では、燃焼熱を用いた直接加熱は暖房循環回路の熱媒に対して行い、給湯加熱や、浴槽水の追焚加熱は暖房用温水を熱源に用いる所謂液−液熱交換を用いている。斯かる構成は、温水のみを直接に加熱するため、熱源の単一化が図られる。熱交換効率の向上を図るため、暖房循環回路の戻り温水を二次熱交換器に通すことにより、燃焼排気から潜熱で加熱する潜熱回収を狙っている。潜熱回収は、低温度化した燃焼排気を熱源とするので、戻り温水の温度が低いことが望ましい。そこで、暖房回路の戻り温水の温度が十分に低下していれば、潜熱の吸収が良好となり、意図した潜熱回収が期待できることになる。
【０００６】
また、所謂液−液熱交換における給湯用加熱では、温水による加熱のみであり、熱源側の排熱の利用効率が低いという指摘がある。
【０００７】
このような課題について、特許文献１〜４にはその開示や示唆はなく、解決手段についても開示や示唆はない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、熱媒を熱源に用いる熱源装置に関し、熱媒で加熱される上水等の給水又は浴槽水の加熱に加熱排気の潜熱を用いて加熱効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、加熱排気が持つ顕熱及び／又は潜熱による熱媒の加熱を含む熱源装置に関し、熱媒の持つ熱を給水又は浴槽水に熱交換する第１の熱交換手段と、加熱排気の潜熱を給水又は浴槽水に熱交換する第２の熱交換手段とを併用することにより、給水又は浴槽水の加熱に対し、熱媒の熱と、加熱排気の潜熱とを併用し、排熱の効率的な利用を図ったものである。また、本発明は、上記第２の目的を達成するため、第１及び第２の熱交換部を備え、第１の熱交換部で加熱排気の潜熱と給水等の熱交換、第２の熱交換部で加熱排気の潜熱と熱媒との熱交換を行える構成である。
【００１１】
そこで、本発明の熱源装置は、加熱によって加熱排気を生じる熱源と、前記加熱排気の顕熱を熱媒に熱交換する一次熱交換手段（２６）と、前記加熱排気から主として潜熱を給水又は浴槽水に熱交換する第１の熱交換部（８）と、前記加熱排気から主として潜熱を熱媒に熱交換する第２の熱交換部（１０）とを備える二次熱交換手段（６）と、前記第２の熱交換部及び／又は前記一次熱交換手段で加熱された前記熱媒の持つ熱を前記給水又は前記浴槽水に熱交換する熱交換手段（１２、４２）とを備え、前記給水又は前記浴槽水を前記第１の熱交換部及び前記熱交換手段で加熱して出湯させる構成である。斯かる構成により、熱交換手段による熱媒との熱交換前に第１の熱交換部で加熱排気による熱交換を行うので、排熱の回収効率が高められ、有効利用が図られる。この結果、熱効率が高められる。
【００１２】
上記熱源装置において、好ましくは、更に、前記一次熱交換手段及び／又は前記二次熱交換手段で加熱した前記熱媒を溜めるタンクとを備え、前記熱媒を暖房負荷に循環させる構成としてもよい。
【００１３】
上記熱源装置において、好ましくは、前記二次熱交換手段はコルゲート管で構成してもよい。
【００１４】
上記熱源装置において、好ましくは、前記二次熱交換手段は、複数の受熱管を並列に設置し、各受熱管の端部をヘッダで連結させた構成としてもよい。即ち、管路抵抗を減らすために複数の管路からなる受熱管の端部をヘッダ構造とする。従って、所望の熱効率を得るために管路数及び管路長を自由に設定することができる。また、平行水管を所望熱効率を得るため、水管を分配することもできる。
【００１５】
上記熱源装置において、好ましくは、前記第１の熱交換部は、前記第２の熱交換部より受熱部が大きく設定されている構成としてもよい。また、燃焼ガス流路の断面領域により、管路を全面にするか分離するかにより熱効率に影響を与えることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、次の効果が得られる。
【００２０】
(1) 本発明の熱源装置によれば、外部から供給される上水等の給水又は浴槽水を熱媒の熱及び加熱排気の潜熱によって加熱し、熱媒の加熱に加熱排気の潜熱を用いるので、排熱の有効利用が図られ、加熱効率を向上させることができる。
【００２１】
(2) 本発明の熱源装置を用いた熱交換装置によれば、外部から供給される上水等の給水又は浴槽水に第１の熱交換部で加熱排気の潜熱を熱交換し、第２の熱交換部で加熱排気の潜熱を熱媒に熱交換することができ、排熱の有効利用が図られ、加熱効率を向上させることができる。
【００２２】
(3) 第１及び第２の熱交換部を一体化した構成とすれば、熱交換装置のコンパクト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
〔第１の実施の形態〕
【００２４】
本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の熱源装置の一実施形態である給湯・暖房・追焚装置を示す図である。
【００２５】
この給湯・暖房・追焚装置２には、第１の側面として、加熱排気として燃焼排気４が持つ顕熱及び／又は潜熱により熱媒の加熱を含む熱源装置の一例であって、加熱排気として燃焼排気４の潜熱を主として熱交換に用いる熱交換装置６が設置されており、この熱交換装置６には、外部から供給される給水としての上水Ｗを加熱する第２の熱交換手段又は第１の熱交換部として給湯用二次熱交換器８と、熱媒である温水９を加熱する第２の熱交換部として温水用二次熱交換器１０とを備えている。
【００２６】
また、この給湯・暖房・追焚装置２には、第２の側面として、温水９の持つ熱を上水Ｗに熱交換する第１の熱交換手段として給湯用熱交換器１２と、燃焼排気４の潜熱を上水Ｗに熱交換する給湯用二次熱交換器８とを給湯路である給湯回路１４に備え、二次熱交換器８で加熱された上水Ｗを熱交換器１２で加熱して出湯させる構成を含んでいる。
【００２７】
この場合、燃焼排気４を生ずる加熱手段としてのバーナ１６は、燃料ガスＧを燃焼させ、燃焼排気４を生ずる。加熱手段には、石油、燃料ガスを燃焼させるバーナの燃焼熱、電熱、エンジンや燃料電池の排熱による燃焼排気を用いてもよい。バーナ１６では、燃料ガスＧの燃焼量がその供給によって調整でき、所望量及び所望の温度の燃焼排気４が得られる。
【００２８】
この給湯・暖房・追焚装置２は、熱源に単一のバーナ１６を用いる一缶三水の熱源装置であるから、給湯回路１４と、風呂回路２０と、温水９を循環させるための熱媒回路２２とを備えている。ここで、この熱媒回路２２には共通の熱媒として温水９を循環させるが、温水９を給湯加熱に用いるための回路として給湯与熱回路２２Ａ、温水９を暖房に用いるための回路として暖房回路２２Ｂ、温水９を浴槽水ＢＷの追焚加熱に用いるための回路として追焚与熱回路２２Ｃを構成する。
【００２９】
そこで、熱媒回路２２の給湯与熱回路２２Ａには暖房に無関係に温水９を循環させ、暖房回路２２Ｂには暖房負荷の暖房要求に応じて温水９を循環させる。熱媒回路２２には、燃焼排気４の熱と温水９との熱交換を行う熱交換手段として、主として顕熱を吸収する温水用一次熱交換器２６と、主として潜熱を吸収する温水用二次熱交換器１０とが設置されているとともに、蓄熱手段として温水タンク２８、圧送手段として循環ポンプ３０が設置されている。循環ポンプ３０は、加熱需要に応じて段階的又は連続的にポンプ回転数が制御される。
【００３０】
給湯与熱回路２２Ａには管路４３が設けられ、一次熱交換器２６の出口側から高温側の温水９が高温分配弁３８を経て管路４３に流れて循環し、給湯用熱交換器１２を経て温水タンク２８に戻される。
【００３１】
また、暖房回路２２Ｂには、暖房負荷として高温端末３２、低温端末３４が設置され、暖房時、高温端末３２には温水９の高温側温水、低温端末３４には温水９の低温側温水が循環する。これら高温端末３２、低温端末３４は、単一又は複数からなる負荷構成である。高温端末３２には、一次熱交換器２６で加熱された高温側の温水９が分岐管３６を通じて直送されるが、低温端末３４には、温水タンク２８側の低温側の温水９が二次熱交換器１０を経て供給される。この場合、分岐管３９を通じて高温側の温水９が低温側の温水９と混合され、低温端末３４が必要とする温度に調整される。ここで、分岐管３６は、一次熱交換器２６で加熱された高温側の温水９を高温端末３２側に流すための回路を構成し、分岐管３９は、低温側の温水９に高温側の温水９を合流させるための回路を構成する。高温端末３２及び低温端末３４を通過した温水９は管路４１を通じて温水タンク２８に戻される。
【００３２】
追焚与熱回路２２Ｃは管路４５によって構成され、一次熱交換器２６の出口側から高温側の温水９を高温分配弁３８を経て風呂用熱交換器４２を循環させて温水タンク２８に循環させる回路である。熱交換器４２は、熱媒としての温水９を風呂回路２０の浴槽水ＢＷに熱交換する液−液熱交換器である。高温分配弁３８は、給湯回路１４又は風呂回路２０への熱供給を切り替える切替手段を構成している。
【００３３】
また、風呂回路２０は、熱媒回路２２と独立した循環路であって、浴槽４４に溜められている浴槽水ＢＷを、ポンプ４６の運転により浴槽４４から熱交換器４２に導き、温水９との熱交換により加熱した後、浴槽４４に戻す回路である。また、風呂回路２０と給湯回路１４との間には切替弁４８を介して給湯管路５０が接続されており、給湯回路１４及び給湯管路５０を介して浴槽４４に注湯が可能である。
【００３４】
給湯回路１４は、熱媒回路２２と独立した回路であって、上水Ｗを、二次熱交換器８を介して熱交換器１２に流し、温水９との熱交換により加熱し、給湯させる。
【００３５】
二次熱交換器８、１０を備える熱交換装置６について、図２を参照して説明する。図２は、二次熱交換器８、１０が一体化された熱交換装置６を示している。
【００３６】
この熱交換装置６は、入口側ヘッダ５２と出口側ヘッダ５４とを備え、これら入口側ヘッダ５２と出口側ヘッダ５４との間には、複数の受熱管として給湯側熱交換管５６と、温水側熱交換管５８とが併設されて一体化され、入口側ヘッダ５２及び出口側ヘッダ５４は、分離壁６０、６２によって給湯側と温水側とに分離されている。
【００３７】
ポート６４から流入した上水Ｗは、給湯側熱交換管５６を経てポート６６から流出し、ポート６８から流入した温水９は、温水側熱交換管５８を経てポート７０から流出する。これら温水９及び上水Ｗは、燃焼排気４の潜熱との熱交換で加熱される。
【００３８】
この熱交換装置６では、チタン又はチタン合金あるいはステンレス製の複数のコルゲート管で構成される熱交換管５６、５８が並列に設置され、各ヘッダ５２、５４がそれぞれ一体化されているが、その構成は任意であり、熱交換管５６、５８の全長、本数の割合も可変することができ、暖房及び給湯の効率を勘案して選定すればよい。
【００３９】
次に、給湯、暖房、追焚の各動作を説明する。
【００４０】
(1) 給湯動作
【００４１】
リモコン装置７２の運転スイッチを押し、給湯栓を開くと、図３に示すように、上水Ｗは、水制御弁７４、水流感知装置としての水量センサ７６を介してバイパス通路７８に流れるとともに、給湯用二次熱交換器８側に流れ、その後、熱交換器１２を経て給湯栓へ流れる。給水量が一定以上に達したことを水量センサ７６が検知すると、循環ポンプ３０、給気ファン８０が回転し、給気ファン８０の回転数が一定以上に達すると、イグナイタ８２が作動し、点火プラグ８４が放電を開始する。元ガス電磁弁８６、ガス電磁弁８８、ガス切替電磁弁９０、９２が「開」、ガス比例弁９４が「ＯＮ」し、バーナ１６に点火する。フレームロッド９６が火炎を検知すると、リモコン装置７２の燃焼表示が点灯する。二次熱交換器８、熱交換器１２で加熱された高温の上水Ｗと、バイパス通路７８を経た低温の上水Ｗとが混合され、設定温度で出湯が得られる。
【００４２】
このように上水Ｗは、燃焼排気４との熱交換により潜熱を受けて加熱されるとともに、熱交換器１２で温水９との熱交換により加熱される。このような給湯動作において、温水９と上水Ｗ及び出湯の各温度関係は図４に示す通りである。
【００４３】
(2) 暖房動作（高温）
【００４４】
高温端末３２の運転スイッチを「ＯＮ」にすると、図５に示すように、循環ポンプ３０、給気ファン８０が回転し、イグナイタ８２により点火プラグ８４から連続放電が開始されてバーナ１６の燃焼が開始され、温水９が加熱され、これは、既述の給湯時の動作と同様である。暖房負荷に応じて、一次熱交換器２６の出口側にある温度センサ９８により燃焼ガス量を比例制御し、負荷が小さい場合は、ＯＮ−ＯＦＦ制御で設定温度を保つ。高温端末３２の運転スイッチを「ＯＦＦ」にすると、バーナ１６の燃焼が停止する。温水９が不足したときは、温水タンク２８の水位検出器１００で検出し、所定レベルまで上水Ｗを補給する。
【００４５】
(3) 暖房動作（低温）
【００４６】
低温端末３４の運転スイッチを「ＯＮ」にすると、図６に示すように、同様に、バーナ１６の燃焼が開始され、暖房負荷に応じて、温度センサ９８により燃焼ガス量の比例制御をし、温度センサ９９の温度を確認しながら低温調整弁３７により高温側（８０〔℃〕）の温水９と低温側の温水９を混合し、設定温度に調整し、低温端末３４に循環させる。低温端末３４の運転スイッチを「ＯＦＦ」にすると、元ガス電磁弁８６、ガス切替電磁弁９０が「閉」、ガス比例弁９４が「ＯＦＦ」、循環ポンプ３０、給気ファン８０が「ＯＦＦ」となり、燃焼停止となる。
【００４７】
(4) 追焚動作
【００４８】
浴槽水ＢＷは、追焚与熱回路２２Ｃに循環する温水９との熱交換により加熱される。この場合、バーナ１６の燃焼を伴ってもよく、燃焼停止の状態でも温水９の熱容量に応じて浴槽水ＢＷの加熱が可能である。
【００４９】
〔第２の実施の形態〕
【００５０】
本発明の第２の実施の形態について、図７を参照して説明する。図７は、第２の実施の形態に係る熱交換装置６を示す図であり、（Ａ）はその外観を示す斜視図、（Ｂ）はその構成図である。
【００５１】
この実施の形態においても、図１に示す給湯・暖房・追焚装置２が用いられる。そこで、この実施の形態の熱交換装置６では、ヘッダ５２、５４に多数の直管状の熱交換管５６、５８をロー付け等により接続したものであり、熱交換管５６、５８は、ステンレス等の金属管であり、燃焼ガスが通過可能な程度の隙間を空けて平行に配置されたものである。そして、ヘッダ５２、５４の内部は、分離壁６０、６２の設置により、上水Ｗ側と熱媒である温水９側とに分離されている。
【００５２】
〔第３の実施の形態〕
【００５３】
本発明の第３の実施の形態について、図８ないし図１１を参照して説明する。図８ないし図１１は、一次熱交換器２６及び熱交換装置６の構成を示す図であり、図８はその平面図、図９はその内部配管構成を示す図、図１０は給湯側の二次熱交換器８の配管構成を示す図、図１１は温水側の二次熱交換器１０の配管構成を示す図である。図８〜図１１において、図１、図２、図７と同一又は共通部分には同一符号を付してある。
【００５４】
この実施の形態では、一次熱交換器２６の上部に熱交換装置６の熱交換筐体部１０２が搭載され、この熱交換筐体部１０２から引き出された各ポート６４、６６と各ポート６８、７０とが相反方向に開口部を向けて設置されている。熱交換筐体部１０２には、潜熱の吸収後の燃焼排気４を通過させる排気口１０４が形成されている。
【００５５】
熱交換筐体部１０２には図９に示すように、屈曲させた給湯側熱交換管５６、温水側熱交換管５８が設置されており、図１０に示すように、給湯側熱交換管５６の端部にはポート６４、６６が形成され、また、図１１に示すように、温水側熱交換管５８の端部にはポート６８、７０が形成されている。
【００５６】
そして、給湯側熱交換管５６及び温水側熱交換管５８のそれぞれは複数の管路を並列化することにより、管路の圧力損失を低減させている。
【００５７】
このような熱交換装置６を用いても同様に、燃焼排気４の潜熱を上水Ｗ及び温水９に熱交換することができ、熱交換効率を高めることができるとともに、排熱の有効利用を図ることができる。
【００５８】
〔他の実施の形態〕
【００５９】
(1) 上記実施の形態では、熱媒として温水９を用いたが、油やガス等の熱を搬送し、放熱可能な流体であってもよい。
【００６０】
(2) 上記実施の形態において、二次熱交換器８及び熱交換器１２は、上水Ｗを加熱する構成であるが、浴槽水ＢＷを加熱する構成であってもよい。
【００６１】
(3) 上記実施の形態では、加熱排気として燃焼排気４を用いたが、加熱排気として燃焼以外の加熱流体を用いてもよい。
【００６２】
(4) 上記実施の形態では、低温端末３４に流す温水９を低温調整弁３７により高温側温水と低温側温水とのミキシングにより所定温度に調整しているが、低温調整弁３７を除いて高温側温水と低温側温水とを管路や温水タンク２８で間接的にミキシングする構成としてもよく、その場合、温水９の温度を温度センサ９９によって監視し、又は、温水タンク２８の温水９の温度を監視する等により、これらを制御情報に用いてバーナ１６の燃焼や燃焼時間を制御すれば、高温側の温水９の温度調整により、低温端末３４に流れる温水温度を所定温度に維持することができる。
【００６３】
以上の通り、本発明の最も好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、加熱排気が持つ潜熱を、上水等の給水及び／又は浴槽水の加熱、熱媒加熱に利用し、排熱の有効利用による熱交換効率の向上を図ることができ、また、給水加熱と、熱媒加熱とを行う二次熱交換器を合体させた熱交換装置を用いているので、熱交換部の小型化等に寄与し、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱源装置を示す図である。
【図２】熱交換装置を示す図である。
【図３】給湯動作を示す図である。
【図４】給湯動作における熱交換を示す図である。
【図５】暖房動作（高温）における熱交換を示す図である。
【図６】暖房動作（低温）における熱交換を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る熱交換装置を示す図である。
【図８】第３の実施の形態に係る熱交換装置を示す図である。
【図９】熱交換装置の配管構成を示す図である。
【図１０】熱交換装置の給湯側の配管構成を示す図である。
【図１１】熱交換装置の温水側の配管構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
２  給湯・暖房・追焚装置
４  燃焼排気（加熱排気）
６  熱交換装置
８  給湯用二次熱交換器（第２の熱交換手段、第１の熱交換部）
９  温水（熱媒）
１０  温水用二次熱交換器（第２の熱交換部）
１２  給湯用熱交換器（第１の熱交換手段）
１４  給湯回路
１６  バーナ（熱源）
２６  温水用一次熱交換器
２８  温水タンク
３２  高温端末
３４  低温端末
５２  入口側ヘッダ
５４  出口側ヘッダ
５６  給湯側熱交換管
５８  温水側熱交換管
１０２  熱交換筐体部
【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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【図１１】
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