JP2018109481A - 暖房給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転の各運転が可能な暖房給湯装置であって、排水性能が良好な分配弁を備えると共に良好な出湯特性を実現可能な暖房給湯装置を提供すること。【解決手段】燃焼手段２と、熱交換器１０と、熱交換器と外部の暖房端末とを接続する循環通路４と、循環通路に設けられた循環ポンプ１１と、循環通路から分岐されて暖房端末をバイパスするバイパス通路１２と、バイパス通路に設けられた給湯用熱交換器２０と、給湯用熱交換器に上水を供給するための給水通路１９と、給湯用熱交換器で加熱された湯水を所定の給湯設定温度で給湯するための給湯通路２１を備えた暖房給湯装置１において、バイパス通路の分岐部には、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転の各運転が可能となるように分配比を調節可能な分配手段３０、４０が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼熱により暖房熱媒を加熱して暖房を行い、この暖房熱媒との熱交換により上水を加熱して給湯を行う暖房給湯装置に関し、特に暖房運転と給湯運転を同時に実行可能な暖房給湯装置に関する。

従来から暖房運転と給湯運転を切り換えて実行可能な暖房給湯装置が広く利用されている。このような暖房給湯装置は、燃焼手段と、熱交換器と、この熱交換器と室内に設置された暖房端末を接続する循環通路と、循環通路に設けられた循環ポンプと、循環通路から分岐されて暖房端末をバイパスするバイパス通路等を備えている。循環通路とバイパス通路との分岐部には、暖房熱媒が循環通路又はバイパス通路を流れるように切換え可能な切換手段が設けられている。バイパス通路には給湯用熱交換器が設けられ、この給湯用熱交換器に上水を供給する給水通路と、この給湯用熱交換器から給湯栓等に給湯するための給湯通路が夫々接続されている。

循環ポンプの作動により流れる暖房熱媒は、熱交換器において燃焼手段の燃焼熱を利用して加熱される。暖房運転のときは、加熱された暖房熱媒を暖房端末で利用するために、暖房熱媒が循環通路を流れるように切換手段を切換える。加熱された暖房熱媒は循環通路を流れて暖房端末で放熱し、熱交換器に戻る。

給湯運転のときは、加熱された暖房熱媒を給湯用熱交換器で利用するために、暖房熱媒がバイパス通路を流れるように切換手段を切換える。給水通路から供給される上水は、給湯用熱交換器において暖房熱媒との熱交換により加熱される。給湯用熱交換器で上水と熱交換した暖房熱媒は熱交換器に戻る。給湯用熱交換器で加熱された湯水は、給湯通路を通って給湯栓等から給湯される。

このように暖房運転と給湯運転を切り換えて行う暖房給湯装置は、暖房運転と給湯運転を同時に行うことができないという問題があり不便である。

そのため、既に本出願人は、暖房熱媒の分配手段の分配比を調節して暖房運転と給湯運転を同時に行う暖房給湯同時運転が可能な暖房給湯装置を提案している（特願２０１６−１４６５９４号等）。暖房給湯同時運転では、循環する暖房熱媒を暖房端末と給湯用熱交換器に分配して、給湯用熱交換器で上水を加熱して給湯する。

給湯用熱交換器としてプレート式熱交換器が使用される。プレート式熱交換器は、内部に通路断面積が小さい通路が並列に複数形成されるため、暖房熱媒や給湯用湯水が流れ難いことがある。そのため、例えば特許文献１のプレート式熱交換器のように、プレート式熱交換機内に通水抵抗が低い通路を設ける構成が知られている。通水抵抗が低いので、暖房熱媒と給湯用湯水は夫々プレート式熱交換器を流れ易くなる。

特許第５８８２４９１号公報

しかし、暖房給湯同時運転が可能な暖房給湯装置は、分配手段として切換手段の三方弁より大型の分配弁を備えているため、暖房給湯装置内の限られたスペースに配設することは容易ではない。その上、この暖房給湯装置は、給湯時の良好な出湯特性及びメンテナンス時の良好な排水性能も要求されている。また、特許文献１の構成では、暖房熱媒や給湯用湯水の流れは良好になるが、プレート式熱交換器に接続される通路等を含めた出湯特性及び排水性能については不明である。

本発明の目的は、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転の各運転が可能な暖房給湯装置であって、排水性能が良好な分配弁を備えると共に良好な出湯特性を実現可能な暖房給湯装置を提供することである。

第１の発明は、燃焼手段と、熱交換器と、前記熱交換器と外部の暖房端末とを接続する循環通路と、前記循環通路に設けられた循環ポンプと、前記循環通路から分岐されて前記暖房端末をバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられた給湯用熱交換器と、前記給湯用熱交換器に上水を供給するための給水通路と、前記給湯用熱交換器で加熱された湯水を所定の給湯設定温度で給湯するための給湯通路を備えた暖房給湯装置において、前記バイパス通路の分岐部には、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転の各運転が可能となるように分配比を調節可能な分配手段が設けられ、前記分配手段は、円筒状の本体部に形成された給湯側出口と熱媒導入口と暖房側出口を有する分配弁であり、前記給湯側出口と前記熱媒導入口と前記暖房側出口は前記本体部の軸心方向に異なる位置に異なる方向に向けて配設され、前記本体部の軸心方向を水平にして前記給湯側出口と前記熱媒導入口と前記暖房側出口が同じ高さになるように配設されたことを特徴としている。

上記構成によれば、分配弁の給湯側出口と熱媒導入口と暖房側出口の高さが同じである。そのため、メンテナンス等のために暖房熱媒を排出する際に、分配弁内に暖房熱媒が滞留し難いため、良好な排水性能を得ることができる。また、給湯側出口と熱媒導入口の高さが同じであるため、暖房運転を停止させて暖房熱媒の循環が停止したときに、分配弁の閉止機能が不完全であっても、自然対流を推進力とする熱媒導入口から給湯側出口に向かう分配弁内の暖房熱媒の流れが発生せず、暖房熱媒が給湯用熱交換器に流入しない。従って、給湯用熱交換器内の給湯用湯水の予期しない加熱を防いで、給湯時の良好な出湯特性を得ることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記給湯用熱交換器は、直方体状に形成されたプレート式熱交換器であり、前記分配手段は、前記本体部の軸心方向が前記給湯用熱交換器の長手方向に平行になるように配設されたことを特徴としている。

上記構成によれば、分配弁の長手方向である軸心方向が給湯用熱交換器の長手方向に平行になるように分配弁が配設されるので、暖房給湯装置内の限られたスペース内に給湯用熱交換器と分配弁を配設することが容易になる。

本発明によれば、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転の各運転が可能な暖房給湯装置であって、排水性能が良好な分配弁を備えると共に良好な出湯特性を実現可能な暖房給湯装置を提供することができる。

本発明の暖房給湯装置の概略図である。 実施例１に係る分配弁と給湯用熱交換器の接続部分の分解斜視図である。 実施例１に係る分配弁を給湯用熱交換器に接続した平面図である。 実施例２に係る分配弁と給湯用熱交換器の接続部分の分解斜視図である。 実施例２に係る分配弁を給湯用熱交換器に接続した平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

最初に、本発明の暖房給湯装置１の全体構成について、図１に基づいて説明する。
暖房給湯装置１は、燃焼部２で発生した熱を利用して加熱した暖房熱媒を、暖房給湯装置１外部の室内に設置された暖房端末（図示略）との間で循環させて暖房運転を行い、暖房熱媒の熱を利用して加熱した上水を所定の給湯設定温度に調節して給湯する給湯運転を行うように構成されている。矢印Ｆは燃料供給を表し、矢印ＡＳは給気を表し、矢印Ｅは排気を表し、矢印Ｄはドレン排水を表し、矢印ＣＷは給水を表し、矢印ＨＷは給湯を表し、矢印ＨＳは暖房往きを表し、矢印ＨＲは暖房戻りを表し、矢印Ｒは暖房熱媒補充を表す。

暖房給湯装置１は、燃焼手段である燃焼部２と、熱交換器１０と、この熱交換器１０と室内に設けられた暖房端末を接続する循環通路４と、循環通路４の熱交換器１０より上流側に設けられた循環ポンプ１１等を備えている。燃焼部２は、燃料ガスを空気と混合して燃焼させる。熱交換器１０は、燃焼部２で発生した燃焼ガスと暖房熱媒との間で熱交換させて暖房熱媒を加熱する。

また、暖房給湯装置１は、バイパス通路（第１バイパス通路１２）と、この第１バイパス通路１２に設けられた給湯用熱交換器２０と、給水通路１９と、給湯通路２１等を備えている。第１バイパス通路１２は、熱交換器１０の下流側で循環通路４から分岐されて暖房端末をバイパスし、循環ポンプ１１の上流側で循環通路４に合流する。給水通路１９は、給湯用熱交換器２０に上水を供給する。給湯通路２１は、給湯用熱交換器２０で加熱された湯水を給湯栓等に給湯する。

さらに、暖房給湯装置１は制御部７を備え、この制御部７を含む上記機器等がケース８に収容されている。制御部７は、後述の温度センサ等の検知信号を受信すると共に、循環ポンプ１１や第１分配弁３０等を作動させて暖房運転、給湯運転、暖房給湯同時運転等を制御する。

次に、循環通路４について説明する。
循環通路４は、循環ポンプ１１と熱交換器１０の間に第１温度センサ１３を備え、熱交換器１０の下流側に、第２温度センサ１４を備えている。第１温度センサ１３は、熱交換器１０に流入する暖房熱媒の温度を検知する。第２温度センサ１４は、熱交換器１０で加熱された暖房熱媒の温度を検知する。

循環通路４と第１バイパス通路１２の分岐部には、分配手段である第１分配弁３０が設けられている。第１分配弁３０は、熱交換器１０で加熱された暖房熱媒を循環通路４と第１バイパス通路１２に分配し、その分配比は調節可能である。

熱交換器１０と第１分配弁３０の間には、循環通路４内の圧力を開放する圧力開放弁１６が設けられている。循環ポンプ１１の上流側には、暖房端末から戻ってくる暖房熱媒の温度を検知する暖房戻り温度センサ１７が設けられている。循環ポンプ１１と暖房戻り温度センサ１７の間には、暖房熱媒を補充するための補充通路１８が接続されている。

次に、給湯用熱交換器２０について説明する。
第１バイパス通路１２に設けられた給湯用熱交換器２０は、直方体状に形成されたプレート式熱交換器である。プレート式熱交換器は、複数枚の熱交換プレートが積層されて熱交換プレート間に通路が形成されている。給湯用熱交換器２０内では、暖房熱媒と給水通路１９から供給される上水が互いに混ざり合うことなく対向するように熱交換プレート間の通路を一つ置きに流れる。これらの熱交換プレートには、表面積を拡大して熱交換効率を向上させるために凹凸が形成されている。

図１、図２に示すように、給湯用熱交換器２０に暖房熱媒を導入する熱媒入口２９には、接続部２９ａが形成されている。接続部２９ａは、給湯用熱交換器２０から突出する円筒状の通路部２９ｂと、通路部２９ｂの先端側に通路部２９ｂより拡径した拡径部２９ｃと、拡径部２９ｃの先端に形成されたフランジ部２９ｄを有する。尚、熱媒出口と湯水入口と湯水出口にも夫々同様の接続部が給湯用熱交換器２０の接続部２９ａと同じ方向に向けて形成されている。給湯用熱交換器２０は、長手方向を水平にした姿勢でこれら接続部２９ａ等が形成されていない面側がケース８に固定される。

次に、給水通路１９と給湯通路２１について説明する。
図１に示すように、給水通路１９は、第２分配弁２３と、流量調整弁２４と、給湯流量センサ２５と、入水温度センサ２６を備えている。第２分配弁２３は、給水通路１９と、この第２分配弁２３において給水通路１９から分岐された給湯バイパス通路（第２バイパス通路２２）に上水を分配し、その分配比を調節可能である。従って、第２分配弁２３は、第２バイパス通路２２を流れる上水の流量を調整する流量調整手段になっている。流量調整弁２４は、第２分配弁２３に入水する上水の流量を調整する。給湯流量センサ２５は、その調整された上水の流量を検知する。入水温度センサ２６は第２分配弁２３に入水する上水の温度を検知する。

第２バイパス通路２２は、給湯用熱交換器２０の下流側の給湯通路２１に合流する。給湯通路２１と第２バイパス通路２２の合流部と、給湯用熱交換器２０との間の給湯通路２１には、温度検知手段である出湯温度センサ２７が設けられている。この出湯温度センサ２７は、給湯用熱交換器２０から出湯される湯水の温度を検知する。

給湯通路２１の下流側端部には、給湯温度センサ２８が設けられている。この給湯温度センサ２８は、給湯用熱交換器２０で加熱された湯水と第２バイパス通路２２を流れる上水とが混合された湯水の給湯温度を検知する。

次に第１分配弁３０について説明する。
図２、図３に示すように、第１分配弁３０は円筒状の本体部３１と、本体部３１の軸心方向一端部に分配比を調節するための調節駆動部３２を備えている。本体部３１には、その軸心方向に異なる位置に異なる方向に向けて給湯側出口３３と熱媒導入口３４と暖房側出口３５が配設されている。

給湯側出口３３は、本体部３１の調節駆動部３２側部分に本体部３１の径方向外方に向けて配設されている。暖房側出口３５は、調節駆動部３２と反対側の本体部３１の軸心方向他端部に調節駆動部３２と反対方向に向けて配設されている。熱媒導入口３４は、本体部３１の軸心方向の給湯側出口３３と暖房側出口３５の間の位置に給湯側出口３３の向きと反対方向に向けて配設されている。

第１分配弁３０は、長手方向である本体部３１の軸心方向を水平に且つ直方体状の給湯用熱交換器２０の長手方向に平行すると共に、給湯側出口３３を給湯用熱交換器２０に向けて配設される。このとき、給湯側出口３３と熱媒導入口３４と暖房側出口３５を同じ高さにする。給湯側出口３３は給湯用熱交換器２０の熱媒入口２９の接続部２９ａに接続金具を用いて直接接続される。

給湯側出口３３は、円筒状の通路部３３ａと、通路部３３ａの先端側に通路部３３ａより外径が拡径された拡径部３３ｂを備えている。この拡径部３３ｂが接続部２９ａの拡径部２９ｃに外嵌されて接続金具により固定される。この接続金具として、例えばクイックファスナ３６を使用することができる。尚、拡径部３３ｂには周方向にシール部材が配設され、給湯側出口３３は熱媒入口２９の接続部２９ａに水密に接続されている。

次に、暖房給湯装置１の作用、効果について説明する。
第１分配弁３０は、その本体部３１の軸心方向を水平に且つ直方体状の給湯用熱交換器２０の長手方向に平行にすると共に、給湯側出口３３を給湯用熱交換器２０に向けて配設されるため、給湯側出口３３と熱媒導入口３４と暖房側出口３５が同じ高さである。従って、第１分配弁３０は、その内部を暖房熱媒が水平方向に流れるように配設されるので、メンテナンス等のため暖房熱媒を排出するときに第１分配弁３０内に暖房熱媒が滞留せず、良好な排水性能を得ることができる。

また、熱媒導入口３４と給湯側出口３３が同じ高さのため、暖房運転を停止させて暖房熱媒の循環が停止したときに、自然対流を推進力とする熱媒導入口３４から給湯側出口３３に向かう第１分配弁３０内の暖房熱媒の流れが発生しない。そのため、第１分配弁３０の閉止機能が不十分であっても給湯用熱交換器２０に暖房熱媒が流入することがない。従って、給湯用熱交換器２０における予期しない湯水の加熱を防ぐことができ、給湯時の良好な出湯特性を得ることができる。

その上、第１分配弁３０の長手方向である本体部３１の軸心方向を給湯用熱交換器２０の長手方向に平行に配設するので、暖房給湯装置１内の限られたスペースに第１分配弁３０と給湯用熱交換器２０を配設し易くすることができる。

実施例２の暖房給湯装置１Ａは、上記実施例１の第１分配弁３０及びこの第１分配弁３０の給湯用熱交換器２０との接続部分の構成が異なる。他の構成は、実施例１と同様なので同じ符号を付して説明を省略する。

図４、図５に示すように、第１分配弁４０は、円筒状の本体部４１と、本体部４１の軸心方向一端部に分配比を調節するための調節駆動部４２を備えている。本体部４１には、その軸心方向に異なる位置に異なる方向に向けて給湯側出口４３と熱媒導入口４４と暖房側出口４５が配設されている。

給湯側出口４３は、本体部４１の調節駆動部４２側部分に本体部４１の径方向外方に向けて配設されている。暖房側出口４５は、調節駆動部４２と反対側の本体部４１の軸心方向他端部に調節駆動部４２と反対方向に向けて配設されている。熱媒導入口４４は、本体部４１の軸心方向の給湯側出口４３と暖房側出口４５の間の位置に給湯側出口４３の向きと反対方向に向けて配設されている。

第１分配弁４０は、長手方向である本体部４１の軸心方向を水平に且つ直方体状の給湯用熱交換器２０の長手方向に平行すると共に、給湯側出口４３を給湯用熱交換器２０に向けて配設される。このとき、給湯側出口４３と熱媒導入口４４と暖房側出口４５を同じ高さにする。

図１、図４、図５に示すように、第１分配弁４０の給湯側出口４３は給湯用熱交換器２０の熱媒入口２９の接続部２９ａに直管３７を介して接続される。第１分配弁４０の給湯側出口４３は、円筒状の通路部４３ａと、通路部４３ａの先端側に通路部４３ａより拡径するように形成された拡径部４３ｂと、拡径部４３ｂの先端部に形成されたフランジ部４３ｃを有する。

直管３７は、その両端部に夫々外径が拡径した拡径部３８，３９を備えている。拡径部３８は、熱媒入口２９の拡径部２９ｃに外嵌されて第１のクイックファスナ４６により抜けないように固定される。拡径部３９は、給湯側出口４３の拡径部４３ｂに外嵌されて第２のクイックファスナ４７により抜けないように固定される。このとき、第１、第２のクイックファスナ４６，４７が当接するように近接するため、第１分配弁４０と給湯用熱交換器２０の距離は直管３７を介して可及的短距離で接続される。尚、拡径部３８，３９には夫々周方向にシール部材が配設されて水密に接続されている。

第１，第２のクイックファスナ４６，４７には、直管３７の軸心方向に平行な幅方向中心部に熱媒入口２９のフランジ部２９ｄや給湯側出口４３のフランジ部４３ｃ及び直管３７の拡径部３８，３９を係合させるための係合部が設けられている。そのため、給湯側出口４３と熱媒入口２９の間の距離は、第１のクイックファスナ４６の幅方向中心と第２のクイックファスナ４７の幅方向中心との間の距離に相当する。尚、第１，第２のクイックファスナ４６，４７が同サイズの場合には、この距離は第１のクイックファスナ４６の幅又は第２のクイックファスナ４７の幅に相当する。

次に、暖房給湯装置１Ａの作用、効果について説明する。
第１分配弁４０は、その本体部４１の軸心方向を水平に且つ直方体状の給湯用熱交換器２０の長手方向に平行にすると共に、給湯側出口４３を給湯用熱交換器２０に向けて配設されるため、給湯側出口４３と熱媒導入口４４と暖房側出口４５が同じ高さである。従って、第１分配弁４０は、その内部を暖房熱媒が水平方向に流れるように配設されるので、メンテナンス等のため暖房熱媒を排出するときに第１分配弁４０内に暖房熱媒が滞留せず、良好な排水性能を得ることができる。

また、熱媒導入口４４と給湯側出口４３が同じ高さのため、暖房運転を停止させて暖房熱媒の循環が停止したときに、自然対流を推進力とする熱媒導入口４４から給湯側出口４３に向かう第１分配弁３０内の暖房熱媒の流れが発生しない。そのため、第１分配弁４０の閉止機能が不十分であっても給湯用熱交換器２０に暖房熱媒が流入することがない。従って、給湯用熱交換器２０における予期しない湯水の加熱を防ぐことができ、給湯時の良好な出湯特性を得ることができる。

その上、第１分配弁４０の長手方向である本体部４１の軸心方向を給湯用熱交換器２０の長手方向に平行に配設するので、暖房給湯装置１Ａ内の限られたスペースに第１分配弁４０と給湯用熱交換器２０を配設し易くすることができる。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１，１Ａ 暖房給湯装置
２ 燃焼部（燃焼手段）
４ 循環通路
７ 制御部
８ ケース
１０ 熱交換器
１１ 循環ポンプ
１２ 第１バイパス通路（バイパス通路）
１９ 給水通路
２０ 給湯用熱交換器
２１ 給湯通路
２９ 熱媒入口
３０，４０ 第１分配弁（分配手段）
３１，４１ 本体部
３３，４３ 給湯側出口
３４，４４ 熱媒導入口
３５，４５ 暖房側出口
３６ クイックファスナ（接続金具）
３７ 直管
４６ 第１のクイックファスナ
４７ 第２のクイックファスナ

Claims (2)

1. 燃焼手段と、熱交換器と、前記熱交換器と外部の暖房端末とを接続する循環通路と、前記循環通路に設けられた循環ポンプと、前記循環通路から分岐されて前記暖房端末をバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられた給湯用熱交換器と、前記給湯用熱交換器に上水を供給するための給水通路と、前記給湯用熱交換器で加熱された湯水を所定の給湯設定温度で給湯するための給湯通路を備えた暖房給湯装置において、
   前記バイパス通路の分岐部には、暖房運転と給湯運転と暖房給湯同時運転の各運転が可能となるように分配比を調節可能な分配手段が設けられ、
   前記分配手段は、円筒状の本体部に形成された給湯側出口と熱媒導入口と暖房側出口を有する分配弁であり、
   前記給湯側出口と前記熱媒導入口と前記暖房側出口は前記本体部の軸心方向に異なる位置に異なる方向に向けて配設され、
   前記本体部の軸心方向を水平にして前記給湯側出口と前記熱媒導入口と前記暖房側出口が同じ高さになるように配設されたことを特徴とする暖房給湯装置。
2. 前記給湯用熱交換器は、直方体状に形成されたプレート式熱交換器であり、
   前記分配手段は、前記本体部の軸心方向が前記給湯用熱交換器の長手方向に平行になるように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の暖房給湯装置。