(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスバーナ(11)で加熱される熱交換器(2)の缶体(21)内に設けられた熱交換部(20)と、
前記熱交換部(20)を構成する吸熱管(23a)の下流端に接続され且つ前記缶体(21)の胴部外周に捲回される補助吸熱管(61)と、
前記補助吸熱管(61)の下流側流路と前記吸熱管(23a)の上流側流路を繋ぐバイパス管(26)と、
前記補助吸熱管(61)の下流側流路と前記バイパス管(26)の合流部(G)に於ける、これら両管(61)(26)からの温水と冷水の混合比率を調節する流量比率設定器(41)と、
前記補助吸熱管(61)が捲回される缶体(21)の被捲回部(34)の温度を判定する為の温度センサ(63)と、
前記缶体(21)の被捲回部(34)の温度を前記缶体(21)内の燃焼排気の露点よりも高くする為に必要な前記混合比率が設定できるように前記流量比率設定器(41)を制御する手段を具備し、
前記温度センサ(63)は、前記吸熱管(23a)の吐出部近傍に設けられ、
前記被捲回部(34)の温度は、前記温度センサ(63)の検知温度より若干高い温度とみなされる、熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器で沸かされた高温水に冷水をミキシングすることにより所望温度の温水を取り出す、所謂バイパスミキシング方式の熱交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
出湯停止直後の再出湯時に出湯蛇口から高温水が流出するのを防止するバイパスミキシング方式の熱交換装置として図４に示す如き構造を有するものがある。給気ファン(10)の吐出口に接続された燃焼箱(12)内にはガスバーナ(11)が収容されていると共に、該燃焼箱(12)の上方には熱交換器(2) の缶体(21)が連設されている。この缶体(21)の上部には吸熱フィン(22)(22)群とこれを貫通する吸熱管(23a) から成る熱交換部(20)が設けられている。
【０００３】
上記吸熱管(23a) の上流側と下流側に各別に延びる給水管(23b) と出湯管(23c) はバイパス管(26)で連結されていると共に、上記出湯管(23c) と前記バイパス管(26)の合流部(G) には熱交換器(2) からの温水とバイパス管(26)からの冷水の混合割合を設定する為の流量比率設定器(41)が設けられている。
又、熱交換器(2) の上部には排気口(32)を具備する排気集合筒(31)が連設されている。
【０００４】
このものでは、出湯蛇口(51)が開放されると、図示しない湯温設定器で設定した温度と流量カウンタ(53)が計測する出湯量と水温センサ(52)が検知する入水温等に基づいてガスバーナ(11)の必要燃焼量が演算されて該ガスバーナ(11)がフィードフォワード制御される。すると、熱交換部(20)の吸熱管(23a) を流れる通水がガスバーナ(11)で加熱されると共に、これによって沸かされた温水には流量比率設定器(41)部分に於いてバイパス管(26)からの冷水が混合され、これにより、設定温度に調整された温水が出湯蛇口(51)側に供給される。
【０００５】
このものでは、所謂後沸き現象で熱交換器(2) 内に高温水が滞留しても、その後の再出湯操作時には前記高温水にバイパス管(26)からの冷水が混合されるから、出湯蛇口(51)から上記高温水がそのまま流出する不都合がない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の熱交換装置では、熱交換器(2) の缶体(21)の周壁から熱が放出されて熱ロスが生じるから、熱交換効率を十分に高くすることができない。
そこで、熱交換装置の熱交換効率の向上を図る為に、図５に示すように、吸熱管(23a) の上流側の給水管(23b) を熱交換器(2) の缶体(21)に捲回し、該缶体(21)の外周壁に蓄えられた熱を給水管(23b) 内の水に吸収させることが行われているが、缶体(21)が上記給水管(23b) で冷却されるから、該給水管(23b) が捲回される缶体(21)の被捲回部(34)の内面に接触する燃焼排気が冷やされてこれが結露すると共に、該結露水に含まれる酸性成分によって缶体(21)が腐食する心配がある。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みて成されたもので、熱交換器(2)の缶体(21)に水管を捲回させることによって熱交換効率を向上させても、該水管が捲回される缶体(21)の被捲回部(34)の内面に結露が発生するのを防止できるようにすることをその課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為の技術的手段は、
『ガスバーナ(11)で加熱される熱交換器(2)の缶体(21)内に設けられた熱交換部(20)と、
前記熱交換部(20)を構成する吸熱管(23a)の下流端に接続され且つ前記缶体(21)の胴部外周に捲回される補助吸熱管(61)と、
前記補助吸熱管(61)の下流側流路と前記吸熱管(23a)の上流側流路を繋ぐバイパス管(26)と、
前記補助吸熱管(61)の下流側流路と前記バイパス管(26)の合流部(G)に於ける、これら両管(61)(26)からの温水と冷水の混合比率を調節する流量比率設定器(41)と、
前記補助吸熱管(61)が捲回される缶体(21)の被捲回部(34)の温度を判定する為の温度センサ(63)と、
前記缶体(21)の被捲回部(34)の温度を前記缶体(21)内の燃焼排気の露点よりも高くする為に必要な前記混合比率が設定できるように前記流量比率設定器(41)を制御する手段を具備し、
前記温度センサ(63)は、前記吸熱管(23a)の吐出部近傍に設けられ、
前記被捲回部(34)の温度は、前記温度センサ(63)の検知温度より若干高い温度とみなされる』ことである。
【０００９】
上記技術的手段によれば、熱交換器(2) の熱交換部(20)を構成する吸熱管(23a) の下流端に接続された補助吸熱管(61)が熱交換器(2) の缶体(21)の胴部に捲回されているから、既述図４のものに比べて熱交換効率が向上する。
一方、上記技術的手段によれば、熱交換部(20)を構成する吸熱管(23a) の下流端に接続された補助吸熱管(61)内には熱交換部(20)から流出する高温水が流れるから、この高温水の流れる補助吸熱管(61)が捲回されて接触している缶体(21)の被捲回部(34)の壁面は露点温度以上の高温状態に保たれ易くなり、冷水が流れる給水管(23c) を缶体(21)に捲回する図５のものに比べて前記被捲回部(34)の内面が結露しにくい状態が確保される。
【００１０】
次に、温度センサ(63)によって判定される前記被捲回部(34)の温度（温度センサ(63)の検知温度より若干高い温度とみなされる）が燃焼排気の露点より低くなると、熱交換部(20)を構成する吸熱管(23a)内の通水量を少なくしてバイパス管(26)内の通水量を増加させるように流量比率設定器(41)が動作する。これにより、缶体(21)の被捲回部(34)が常に燃焼排気の露点より高温に保たれる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、缶体(21)の被捲回部(34)は常に燃焼排気の露点以上に保たれるから、熱交換器(2)の缶体(21)に補助吸熱管(61)を捲回させることによって燃焼排気の結露を生じさせずに熱交換効率の向上を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施例の形態を、図示例と共に説明する。
図１に示すように、給気ファン(10)の吐出口に接続された燃焼箱(12)内には、前記給気ファン(10)から供給される給気の全てが燃焼用一次空気として使用される全一次燃焼式のガスバーナ(11)が収容されている。上記燃焼箱(12)の排気流の下流側となる上方には熱交換器(2) の缶体(21)が連設されていると共に、この缶体(21)の上部には吸熱フィン(22)(22)群とこれを貫通する吸熱管(23a) から成る熱交換部(20)が設けられている。
【００１４】
上記熱交換部(20)を構成する吸熱管(23a) の通水上流側に連続する給水管(23b) の途中からバイパス管(26)が分岐していると共に、該バイパス管(26)の下流端は、上記熱交換部(20)を構成する吸熱管(23a) の通水下流側に連続する補助吸熱管(61)に接続されている。上記補助吸熱管(61)は熱交換器(2) の缶体(21)の胴部に捲回されていると共に、これと上記バイパス管(26)の合流部(G) には、補助吸熱管(61)からの温水とバイパス管(26)からの冷水の混合割合を調整する流量比率設定器(41)が配設されている。尚、流量比率設定器(41)は、バイパス管(26)に配設したりバイパス管(26)の上流端たる流路分岐部(28)に配設しても上記混合割合を調整することができる。
【００１５】
上流側の給水管(23b)の水入口(24)近傍には該給水管(23b)に流入する通水量を計測する為の流量カウンタ(53)と入水温を検知する入水温センサ(52)が設けられていると共に、熱交換部(20)を構成する吸熱管(23a)と補助吸熱管(61)が接続される部分には温度センサ(63)が添設されており、該温度センサ(63)によって、缶体(21)の被捲回部(34)の温度（温度センサ(63)の検知温度より若干高い温度である約４ｄｅｇ高温状態にある）を判断できるようにしている。更に、流量比率設定器(41)の下流側に於ける流出口(25)には、出湯蛇口(51)が配管接続されている。又、流量比率設定器(41)の下流側には、バイパス管(26)からの冷水と補助吸熱管(61)からの温水の混合水の温度を検出するフィードバック制御用の出湯温センサ（図示せず）が設けられている。
【００１６】
上記流量カウンタ(53)や入水温センサ(52)等は制御装置(71)に電気接続されている。
尚、本実施の形態に係る熱交換装置では、湯温設定器(73)で設定された湯温と、流量カウンタ(53)が計測する流量（出湯量）と入水温センサ(52)が検知する入水温等に基づいて演算された燃焼量でガスバーナ(11)を燃焼させるフィードフォワード制御が行われると共に、上記出湯温センサの検知温度に基づくフィードバック制御も行われ、これにより、所望温度の温水が出湯蛇口(51)から取り出せるようにしている。
【００１７】
次に、缶体(21)の被捲回部(34)の結露防止制御を図２のフローチャートに従って説明する。
出湯蛇口(51)の開放によって流量カウンタ(53)が通水を検出すると、給気ファン(10)が回転すると共にガスバーナ(11)が燃焼し始め、上記のフィードフォワード制御及びフィードバック制御によってガスバーナ(11)の燃焼量が調整されて出湯動作が開始する。
【００１８】
次に、缶体(21)の被捲回部(34)の温度（本実施の形態では温度センサ(63)の検知温度より４℃高いとみなしている）がガスバーナ(11)からの燃焼排気の露点より若干高温に設定された基準温度（この実施の形態では６０℃に設定されている）と等しいか否かがステップ(ST1) で判断され、基準温度と等しい場合にはこの状態を維持する。一方、被捲回部(34)の温度（温度センサ(63)の検知温度＋４℃）が基準温度と等しくない場合は、ステップ(ST2) で被捲回部(34)の温度が上記基準温度より高いか否かが判断され、基準温度より高い場合は、ステップ(ST3) で流量比率設定器(41)を制御することによって、熱交換部(20)を構成する吸熱管(23a) 側の通水量を増加させる一方、バイパス管(26)の通水量を減少させる。これにより、缶体(21)の被捲回部(34)の温度を基準温度まで下げる。これにより、吸熱管(23a) 内の温度が高くなり過ぎて沸騰状態になることを防止している。
【００１９】
さて、熱交換器(2) に流入する水道水の温度が急激に低下する等によって被捲回部(34)の温度が上記基準温度より低くなると、缶体(21)の被捲回部(34)の内面に結露が生じる心配が発生する。すると、ステップ(ST2) からステップ(ST4) へ制御動作が移行し、熱交換部(20)を構成する吸熱管(23a) 内の通水量を減少させるように流量比率設定器(41)が動作する。
【００２０】
このように制御することにより、缶体(21)の被捲回部(34)の温度が常に燃焼排気の露点以上に保たれ、該部分に結露が生じる心配がない。
［その他］
１．上記実施の形態では、ガスバーナ(11)の上方に熱交換器(2)の熱交換部(20)が配設された形式の熱交換装置を例示的に説明したが、図１の熱交換装置を上下反転させた構造のもの、即ち、ガスバーナ(11)の下方に熱交換器(2)が位置する図３の形式の熱交換装置にも本発明は適用できることは言うまでもない。
【００２３】
２．上記実施の形態では、給気ファン(10)で供給される給気の全てが燃焼用一次空気として使用される全一次燃焼式のガスバーナ(11)が組み込まれた熱交換装置を例示したが、ブンゼン式のバーナが組み込まれた熱交換装置に本発明を適用できることは言うまでもない。
【００２４】
尚、ブンゼンバーナ式の熱交換装置では、燃焼用二次空気を缶体(21)の内面に沿って多量に流すことによって該内面に燃焼排気を接触しにくくすると共に露点温度を下げ、これにより、前記缶体(21)の内面の結露防止を図ることができるがが、この技術は図５に示すような全一次空気式のガスバーナ(11)が組み込まれた熱交換装置には適用できない。これに対し、本発明では、缶体(21)に於ける被捲回部(34)の温度を判断することによって結露を防止するから、全一次燃焼式のガスバーナが組み込まれた燃焼装置であると、ブンゼンバーナ式の熱交換装置であるとを問わず適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱交換装置の概略図
【図２】図１の熱交換装置の制御用のフローチャート
【図３】本発明の他の実施の形態を示す熱交換装置の概略図
【図４】従来例の説明図
【図５】従来例の改良案の説明図
【符号の説明】
(2) ・・・熱交換器
(10)・・・給気ファン
(11)・・・ガスバーナ
(20)・・・熱交換部
(21)・・・缶体
(23a) ・・・吸熱管
(26)・・・バイパス管
(41)・・・流量比設定器
(61)・・・補助吸熱管
(63)・・・温度センサ
【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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