JP4249766B2

JP4249766B2 - 熱源機

Info

Publication number: JP4249766B2
Application number: JP2006217735A
Authority: JP
Inventors: 遇木村; 英男岡本
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: JP2008039346A

Description

本発明は、暖房機能と給湯機能と風呂追焚き機能とを有する熱源機に関する。

従来、この種の熱源機として、熱媒体を加熱する加熱手段と、熱媒体を加熱手段と暖房端末との間に循環させる暖房回路と、給湯端末に給湯する給湯回路と、浴槽の水を循環させる追焚き回路と、給湯回路に流れる水を熱媒体により加熱する第１液々熱交換器と、追焚き回路に流れる水を熱媒体により加熱する第２液々熱交換器とを備えるものは知られている(例えば、特許文献１参照)。そして、このものでは、暖房端末に対し並列に暖房回路に接続される第１と第２の一対の熱交換流路を備え、第１熱交換流路に第１液々熱交換器を介設し、第２熱交換流路に第２液々熱交換器を介設している。

このように第１と第２の各液々熱交換器のための各別の熱交換流路を設けたのでは、配管構造が複雑になってコストが高くなる。そのため、暖房回路に接続される熱交換流路を単一にして、この熱交換流路に第１と第２の両液々熱交換器を介設することが考えられる。

然し、これでは、給湯と追焚きとの同時運転時に、第１と第２の両液々熱交換器のうち上流側に位置する一方の液々熱交換器で熱媒体の熱が奪われて、下流側に位置する他方の液々熱交換器に流れる水の加熱不足を生ずる。図４を参照して、この点ついて詳述する。

図４(ａ)は、熱交換流路６に第１液々熱交換器７を下流側、第２液々熱交換器８を上流側に位置させて介設した場合を示し、図４(ｂ)は、熱交換流路６に第１液々熱交換器７を上流側、第２液々熱交換器８を下流側に位置させて介設した場合を示している。ここで、加熱手段による熱媒体の最大加熱能力は４００ｋｃａｌ／分とし、第１液々熱交換器７の熱交換容量は加熱手段による最大加熱能力に等しく、第２液々熱交換器８の熱交換容量は加熱手段による最大加熱能力の４０％とする。また、給湯と追焚きの同時運転時に、熱交換流路６に７０℃の熱媒体が８リットル／分の流量で流入し、第１液々熱交換器７に２０℃の水が１０リットル／分の流量で流入し、第２液々熱交換器８に２０℃の水が８リットル／分の流量で流入すると仮定する。

図４(ａ)に示す如く第２液々熱交換器８が上流側に位置する場合は、第２液々熱交換器８に流れる水が最大加熱能力の４０％(＝１６０ｋｃａｌ／分)の熱量を吸収する。そして、この熱量を水量８リットル／分で除した２０ｄｅｇだけ水温が上昇し、熱媒体の温度はこの熱量を熱媒体の流量８リットル／分で除した２０ｄｅｇだけ下降する。従って、第２液々熱交換器８から流出する水温は４０℃になり、第２液々熱交換器８の下流側の第１液々熱交換器７に流入する熱媒体の温度は５０℃になる。また、熱媒体の温度は第１液々熱交換器７を通過する間に当該液々熱交換器７に流入する給湯回路の水の温度に等しい２０℃まで低下する。そして、第１液々熱交換器７における熱媒体の温度低下量３０ｄｅｇに熱媒体の流量８リットル／分を乗じた２４０ｋｃａｌ／分の熱量を第１液々熱交換器７に流れる水が吸収する。従って、第１液々熱交換器７に流れる水の温度はこの熱量を水量１０リットル／分で除した２４ｄｅｇだけしか上昇せず、第１液々熱交換器７から流出する水の温度は４４℃になる。これでは、給湯能力が不十分になり、ユーザに不便をかける。

図４(ｂ)に示す如く第１液々熱交換器７が上流側に位置する場合は、熱媒体の温度が第１液々熱交換器７を通過する間に当該液々熱交換器７に流入する給湯回路の水の温度に等しい２０℃まで低下する。そして、第１液々熱交換器７における熱媒体の温度低下量５０ｄｅｇに熱媒体の流量８リットル／分を乗じた４００ｋｃａｌ／分の熱量を第１液々熱交換器７に流れる水が吸収する。従って、第１液々熱交換器７に流れる水の温度はこの熱量を水量１０リットル／分で除した４０ｄｅｇだけ上昇し、第１液々熱交換器７から流出する水温は６０℃になって、十分な給湯能力が得られる。然し、第１液々熱交換器７の下流側の熱媒体の温度が第２液々熱交換器８に流入する追焚き回路の水の温度に等しい２０℃に低下してしまうため、第２液々熱交換器８での水の加熱、即ち、風呂の追焚きが全くできなくなる。

尚、図４(ａ)(ｂ)の何れにおいても、２０℃に低下した熱媒体は、加熱手段における最大加熱能力での加熱により、最大加熱能力４００ｋｃａｌ／分を熱媒体の流量８リットル／分で除した５０ｄｅｇだけ上昇し、７０℃になって熱交換流路６に還流する。
特開２００６−１１２７８５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、単一の熱交換流路に第１と第２の両液々熱交換器を介設するにも拘らず、給湯と追焚きの同時運転時における給湯能力と追焚き能力の低下を実用上問題がない程度に小さく抑えられるようにした熱源機を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、熱媒体を加熱する加熱手段と、熱媒体を加熱手段と暖房端末との間に循環させる暖房回路と、給湯端末に給湯する給湯回路と、浴槽の水を循環させる追焚き回路と、給湯回路に流れる水を熱媒体により加熱する第１液々熱交換器と、追焚き回路に流れる水を熱媒体により加熱する第２液々熱交換器とを備える熱源機であって、暖房端末に対し並列に暖房回路に接続される単一の熱交換流路を備え、この熱交換流路に第１と第２の両液々熱交換器が介設されるものにおいて、第２液々熱交換器は、浴槽からの水が流入する流入側熱交換部と、浴槽に向けて水が流出する流出側熱交換部とに二分され、熱交換流路に、第１液々熱交換器の下流側に位置させて第２液々熱交換器の流入側熱交換部が介設され、第１液々熱交換器の上流側に位置させて第２液々熱交換器の流出側熱交換部が介設されると共に、扁平の箱状に形成されたセルが複数積層された単一の液々熱交換ユニットを備え、これらセルのうち積層方向に一つ置きの複数のセルを前記熱交換流路に直列に介入される熱媒体セルとし、熱媒体セル以外のセルのうち積層方向中間部分に位置する複数のセルを前記給湯回路に直列に介入される第１液々熱交換器用セルとし、熱媒体セル以外のセルのうち積層方向両側部に位置するセルを前記追焚き回路に直列に介入される第２液々熱交換器用セルとし、第１液々熱交換器用セルとこれに接する熱媒体セルとで前記第１液々熱交換器が構成され、熱媒体の流れ方向下流側に位置する熱媒体セルとこれに接する第２液々熱交換器用セルとで前記第２液々熱交換器の流入側熱交換部が構成され、熱媒体の流れ方向上流側に位置する熱媒体セルとこれに接する第２液々熱交換器用セルとで前記第２液々熱交換器の流出側熱交換部が構成され、熱媒体の流れ方向下流側に位置する熱媒体セルに接する第２液々熱交換器用セルと、熱媒体の流れ方向上流側に位置する熱媒体セルに接する第２液々熱交換器用セルとが、これら第２液々熱交換器セルの間に位置する他のセルを貫通する連通路を介して直列に接続されることを特徴とする。

ここで、風呂の追焚きは浴槽の水を循環させつつ時間をかけて設定風呂温度まで加熱するものであるため、追焚き用の第２液々熱交換器の熱交換容量は給湯用の第１液々熱交換器の熱交換容量より小さくて足りる。更に、本発明では、第１液々熱交換器の上流側に設置されるのが第２液々熱交換器の流出側熱交換部だけであるため、給湯と追焚きの同時運転時にも第１液々熱交換器に比較的高温の熱媒体が供給され、給湯能力の低下が可及的に抑制される。更に、第２液々熱交換器の流出側熱交換部に高温の熱媒体が供給されるため、追焚き能力の低下も可及的に抑制される。従って、本発明によれば、単一の熱交換流路に第１と第２の両液々熱交換器を介設するにも拘らず、給湯と追焚きの同時運転時における給湯能力と追焚き能力の低下を実用上問題がない程度に小さく抑えることが可能になる。

また、本発明によれば、第１液々熱交換器と、流入側熱交換部及び流出側熱交換部から成る第２液々熱交換器とを単一の液々熱交換ユニットで構成でき、第１と第２の両液々熱交換器のコンパクト化とコストダウンとを図ることができる。

以下、図１に示す本発明の実施形態の熱源機について説明する。この熱源機は、熱媒体(水、不凍液等)を加熱する加熱手段１を備えている。加熱手段１は、熱媒体を流す熱交換器１ａと熱交換器１ａ用の熱源たるバーナ１ｂとで構成されている。そして、加熱手段１と暖房端末２との間に暖房回路３を介して熱媒体を循環させるようにしている。

暖房回路３は、加熱手段１で加熱された熱媒体を暖房端末２に送る往き側流路３ａと、暖房端末２を通過した熱媒体を加熱手段１に戻す戻り側流路３ｂとで構成されている。戻り側流路３ｂには、膨張タンク３１と、膨張タンク３１の下流側のポンプ３２とが介設され、ポンプ３２の作動で暖房回路３に熱媒体が循環される。また、暖房端末２は、高温の熱媒体を流すべき高温端末２１と、比較低温の熱媒体を流すべき低温端末２２とで構成されている。そして、往き側流路３ａを高温端末２１に至る流路と低温端末２２に至る流路とに分岐して、低温端末に至る流路にポンプ３２の下流側の戻り側流路３ｂから分岐したバイパス流路３ｃを合流させている。バイパス流路３ｃには、低温端末２２に供給する熱媒体の温度を調節するために、流量調節弁３３が介設されている。また、高温端末２１と低温端末２２にはこれに直列の開閉弁２１ａ，２２ａの開弁で熱媒体が供給される。

また、出湯栓等の給湯端末４１に給湯する給湯回路４と、浴槽５１の水をポンプ５２の作動で循環させる追焚き回路５とが設けられている。更に、暖房端末２に対し並列に暖房回路３に接続される単一の熱交換流路６が設けられている。そして、この熱交換流路６に、開閉弁６１と、給湯回路４に流れる水を熱媒体により加熱する第１液々熱交換器７と、追焚き回路５に流れる水を熱媒体により加熱する第２液々熱交換器８とを介設している。かくして、給湯回路４の上流部分４ａから供給される水道水が第１液々熱交換器７で加熱され、加熱された水が給湯回路４の下流部分４ｂを介して給湯端末４１に供給される。また、追焚き回路５の上流部分５ａから送られてくる浴槽５１の水が第２液々熱交換器８で加熱され、加熱された水が追焚き回路５の下流部分５ｂを介して浴槽５１に還流される。

ここで、第２液々熱交換器８は、追焚き回路５の上流部分５ａに接続されて、浴槽５１からの水が流入する流入側熱交換部８１と、追焚き回路５の下流部分５ｂに接続されて、浴槽５１に向けて水が流出する流出側熱交換部８２とに二分されている。そして、熱交換流路６に、第１液々熱交換器７の下流側に位置させて第２液々熱交換器８の流入側熱交換部８１が介設され、第１液々熱交換器７の上流側に位置させて第２液々熱交換器８の流出側熱交換部８２が介設されている。かくして、加熱手段１で加熱された熱媒体が、開閉弁６１の開弁により、熱交換流路６の上流部分６ａから第２液々熱交換器８の流出側熱交換部８２と第１液々熱交換器７と第２液々熱交換器８の流入側熱交換部８１とを順に経由して熱交換流路６の下流部分６ｂに流れる。

次に、図２を参照して、給湯と風呂追焚きの同時運転時における第１と第２の両液々熱交換器７，８での水の加熱状態について説明する。尚、加熱手段１による最大加熱能力は４００ｋｃａｌ／分とし、第１液々熱交換器７の熱交換容量は加熱手段１による最大加熱能力に等しく、第２液々熱交換器８の流入側と流出側の各熱交換部８１、８２の熱交換容量は夫々加熱手段１による最大加熱能力の２０％とする。また、給湯と追焚きの同時運転時に、熱交換流路６に７０℃の熱媒体が８リットル／分の流量で流入し、第１液々熱交換器７に２０℃の水が１０リットル／分の流量で流入し、第２液々熱交換器８の流入側熱交換部８１に２０℃の水が８リットル／分の流量で流入すると仮定する。

第２液々熱交換器８の流出側熱交換部８２に流れる水は最大加熱能力の２０％(＝８０ｋｃａｌ／分)の熱量を吸収して、この熱量を水量８リットル／分で除した１０ｄｅｇだけ水温が上昇し、熱媒体はこの熱量を熱媒体の流量８リットル／分で除した１０ｄｅｇだけ下降する。従って、流出側熱交換部８２の下流側の第１液々熱交換器７に流入する熱媒体の温度は６０℃になる。その後、熱媒体の温度は第１液々熱交換器７を通過する間に当該液々熱交換器７に流入する給湯回路４の水の温度に等しい２０℃まで低下する。そして、第１液々熱交換器７における熱媒体の温度低下量４０ｄｅｇに熱媒体の流量８リットル／分を乗じた３２０ｋｃａｌ／分の熱量を第１液々熱交換器７に流れる水が吸収する。従って、第１液々熱交換器７に流れる水の温度はこの熱量を水量１０リットル／分で除した３２ｄｅｇだけ上昇し、第１液々熱交換器７から流出する水の温度は５２℃になる。

因みに、給湯単独運転時において、熱媒体の温度は第１液々熱交換器７を通過する際に７０℃から２０℃まで５０ｄｅｇ低下し、この温度低下量に熱媒体の流量８リットル／分を乗じた４００ｋｃａｌ／分の熱量を第１液々熱交換器７に流れる水が吸収する。そして、この熱量を水量１０リットル／分で除した４０ｄｅｇだけ水温が上昇して、第１液々熱交換器７から流出する水の温度は６０℃になる。従って、給湯と追焚きの同時運転時には給湯能力が給湯単独運転時より若干低下する。然し、第２液々熱交換器８全体を第１液々熱交換器７の上流側に設置する図４(ａ)に示すものでは、給湯と追焚きの同時運転時に第１液々熱交換器７から流出する水の温度が４４℃になってしまうのに対し、本実施形態では給湯と追焚きの同時運転時に第１液々熱交換器７から流出する水の温度が５２℃にもなり、給湯能力の低下を実用上問題がない程度に抑制できることが分かる。

尚、第１液々熱交換器７の下流側の熱媒体の温度は第２液々熱交換器８の流入側熱交換部８１に流入する追焚き回路５の水の温度に等しい２０℃に低下してしまうため、流入側熱交換部８１で水は加熱されない。従って、第２液々熱交換器８の流出側熱交換部８２に流入する水の温度は２０℃となり、流出側熱交換部８２での上述した１０ｄｅｇの水温上昇で、流出側熱交換部８２から流出する水の温度は３０℃になる。第２液々熱交換器８全体を第１液々熱交換器７の下流側に設置する図４(ｂ)に示すものでは、給湯と追焚きの同時運転時に追焚きが全く行われなくなるのに比し、本実施形態では同時運転時にも追焚きが必要最小限度では行われる。

このように本実施形態では、単一の熱交換流路６に第１と第２の両液々熱交換器７，８を介設するにも拘らず、給湯と追焚きの同時運転時における給湯能力と追焚き能力の低下を実用上問題がない程度に小さく抑えることができる。

次に、第３図を参照して、第１と第２の両液々熱交換器７，８の具体的構造について説明する。両液々熱交換器７，８は、扁平の箱状に形成されたセルが複数(例えば、９個)積層された単一の液々熱交換ユニット９で構成されている。これらセルのうち下から２番目、４番目、６番目及び８番目のセルは、熱交換流路６に直列に介入される熱媒体セル９１になっている。そして、これら熱媒体セル９１に上のものから下のものに向けて熱媒体が順に流れるようにしている。即ち、これら熱媒体セル９１をこれらの間に位置するセルを貫通する連通路９１ａを介して直列に接続すると共に、最上位の熱媒体セル９１(下から８番目のセル)に熱交換流路６の上流部分６ａを接続し、最下位の熱媒体セル９１(下から２番目のセル)に熱交換流路６の下流部分６ｂを接続している。

また、熱媒体セル９１以外のセルのうち積層方向中間部分の複数のセル、即ち、下から３番目、５番目及び７番目のセルは、給湯回路４に直列に介入される第１液々熱交換器用セル９２になっている。そして、これら第１液々熱交換器用セル９２に下のものから上のものに向けて給湯回路４の水が順に流れるようにしている。即ち、これら第１液々熱交換器用セル９２をこれらの間に位置するセルを貫通する連通路９２ａを介して直列に接続すると共に、最下位の第１液々熱交換器用セル９２(下から３番目のセル)に給湯回路４の上流部分４ａを接続し、最上位の第１液々熱交換器用セル９２(下から７番目)に給湯回路４の下流部分４ｂを接続している。

更に、熱媒体セル９１以外のセルのうち積層方向両側部のセル、即ち、下から１番目と９番目のセルは、追焚き回路５に直列に介入される第２液々熱交換器用セル９３になっている。そして、これら第２液々熱交換器用セル９３に下のものから上のものに向けて追焚き回路５の水が順に流れるようにしている。即ち、これら第２液々熱交換器用セル９３をこれらの間に位置するセルを貫通する連通路９３ａを介して直列に接続すると共に、最下位の第２液々熱交換器用セル９３(下から１番目のセル)に追焚き回路５の上流部分５ａを接続し、最上位の第２液々熱交換器用セル９３(下から９番目)に追焚き回路５の下流部分５ｂを接続している。

かくして、第１液々熱交換器用セル９２とこれに接する熱媒体セル９１、即ち、下から２番目から８番目までのセル９１，９２で第１液々熱交換器７が構成され、熱媒体の流れ方向下流側に位置する熱媒体セル９１(下から２番目のセル)とこれに接する第２液々熱交換器用セル９３(下から１番目のセル)とで第２液々熱交換器８の流入側熱交換部８１が構成され、熱媒体の流れ方向上流側に位置する熱媒体セル９１(下から８番目のセル)とこれに接する第２液々熱交換器用セル９３(下から９番目のセル)とで第２液々熱交換器８の流出側熱交換部８２が構成される。尚、下から２番目と８番目のセルは、流入側と流出側の各熱交換部８１，８２と第１液々熱交換器７とに兼用される熱媒体セル９１になる。

これによれば、第１液々熱交換器７と、流入側熱交換部８１及び流出側熱交換部８２から成る第２液々熱交換器８とを単一の液々熱交換ユニット９として構成でき、両液々熱交換器７，８のコンパクト化とコストダウンとを図ることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、液々熱交換ユニット９を構成するセルの数を９個にし、下から１番目と上から１番目の計２個のセルを第２液々熱交換器用セル９３としたが、セルの数をより多くし、下から１番目と３番目及び上から１番目と３番目の計４個のセルを第２液々熱交換器用セルとしても良い。また、上記実施形態では、加熱手段１をバーナ１ｂの燃焼熱で熱媒体を加熱するものに構成したが、電熱で熱媒体を加熱するものに構成しても良い。また、第１液々熱交換器７と第２液々熱交換器８の流入側と流出側の各熱交換部８１，８２とを個々独立した液々熱交換器で構成することも可能である。

本発明の実施形態の熱源機を示す図。実施形態の熱源機における給湯と追焚きの同時運転時の第１液々熱交換器と第２液々熱交換器での水の加熱状態を示す説明図。実施形態の熱源機に備える液々熱交換ユニットを示す模式的断面図。比較例における給湯と追焚きの同時運転時の第１液々熱交換器と第２液々熱交換器での水の加熱状態を示す説明図。

符号の説明

１…加熱手段、２…暖房端末、３…暖房回路、４…給湯回路、４１…給湯端末、５…追焚き回路、５１…浴槽、６…熱交換流路、７…第１液々熱交換器、８…第２液々熱交換器、８１…流入側熱交換部、８２…流出側熱交換部、９…液々熱交換ユニット、９１…熱媒体セル、９２…第１液々熱交換器用セル、９３…第２液々熱交換器用セル。

Claims

熱媒体を加熱する加熱手段と、熱媒体を加熱手段と暖房端末との間に循環させる暖房回路と、給湯端末に給湯する給湯回路と、浴槽の水を循環させる追焚き回路と、給湯回路に流れる水を熱媒体により加熱する第１液々熱交換器と、追焚き回路に流れる水を熱媒体により加熱する第２液々熱交換器とを備える熱源機であって、暖房端末に対し並列に暖房回路に接続される単一の熱交換流路を備え、この熱交換流路に第１と第２の両液々熱交換器が介設されるものにおいて、
第２液々熱交換器は、浴槽からの水が流入する流入側熱交換部と、浴槽に向けて水が流出する流出側熱交換部とに二分され、熱交換流路に、第１液々熱交換器の下流側に位置させて第２液々熱交換器の流入側熱交換部が介設され、第１液々熱交換器の上流側に位置させて第２液々熱交換器の流出側熱交換部が介設されると共に、
扁平の箱状に形成されたセルが複数積層された単一の液々熱交換ユニットを備え、これらセルのうち積層方向に一つ置きの複数のセルを前記熱交換流路に直列に介入される熱媒体セルとし、熱媒体セル以外のセルのうち積層方向中間部分に位置する複数のセルを前記給湯回路に直列に介入される第１液々熱交換器用セルとし、熱媒体セル以外のセルのうち積層方向両側部に位置するセルを前記追焚き回路に直列に介入される第２液々熱交換器用セルとし、第１液々熱交換器用セルとこれに接する熱媒体セルとで前記第１液々熱交換器が構成され、熱媒体の流れ方向下流側に位置する熱媒体セルとこれに接する第２液々熱交換器用セルとで前記第２液々熱交換器の流入側熱交換部が構成され、熱媒体の流れ方向上流側に位置する熱媒体セルとこれに接する第２液々熱交換器用セルとで前記第２液々熱交換器の流出側熱交換部が構成され、熱媒体の流れ方向下流側に位置する熱媒体セルに接する第２液々熱交換器用セルと、熱媒体の流れ方向上流側に位置する熱媒体セルに接する第２液々熱交換器用セルとが、これら第２液々熱交換器セルの間に位置する他のセルを貫通する連通路を介して直列に接続されることを特徴とする熱源機。