温水器
【課題】 循環系の熱媒体を用い、温水器に設けられた燃焼バーナから排出される燃焼排ガスの燃焼熱を効率的に回収して所望の加温水を供給するとともに、温水器内部の温度・圧力の上昇を防ぎ、さらに燃焼排ガスの冷却に伴う低温腐食等を防止することができることを目的とする。
【解決手段】 燃焼バーナ１ｄと燃焼熱を吸熱する熱媒体が流通する水管群１ｂが備えられた燃焼室１を有する本体ユニット１０と、吸熱した熱媒体と第１熱交換部７から第２熱交換部６に流通される供給水との熱交換を行なう下部熱交換空間６および上部熱交換空間７を有する熱交換ユニット２０を備え、第１熱交換部７をバイパスさせる供給水のバイパス流量が調整されることを特徴とする。
【解決手段】 燃焼バーナ１ｄと燃焼熱を吸熱する熱媒体が流通する水管群１ｂが備えられた燃焼室１を有する本体ユニット１０と、吸熱した熱媒体と第１熱交換部７から第２熱交換部６に流通される供給水との熱交換を行なう下部熱交換空間６および上部熱交換空間７を有する熱交換ユニット２０を備え、第１熱交換部７をバイパスさせる供給水のバイパス流量が調整されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水器に関し、例えば、産業用の温水発生装置である真空式温水器や無圧式温水器として有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用の温水発生装置として多種多様な方式が利用されているが、１００℃以下の温水を得る温水発生装置として、真空式温水器や無圧式温水器が多用されている。真空式温水器は、都市ガスや灯油、ペレットなどの燃料を燃焼し、その燃焼熱および排ガスを燃焼室の周囲に存在する熱媒水と熱交換させる。熱媒水は、大気圧下に減圧された減圧蒸発室で８０℃〜９０℃程度で減圧沸騰し、同室内にある熱交換器を介して給温水を加温する。熱媒水は燃焼室内に設けた伝熱管で燃焼排ガスと熱交換するが、通常は約２００℃程度の排ガス温度まで熱回収する。熱効率は概ね９０％程度である。
【０００３】
こうした真空式温水器として、具体的には、例えば図５に示すような構成を有する真空式温水ボイラが挙げられる（例えば特許文献１参照）。上部に蒸気室１０２が形成されるよう熱媒水１０３を封入した熱媒水貯槽（缶体）１０１の下部内側に、上記熱媒水１０３に没するように燃焼室１０４を設けてバーナ１０５を設置し、且つ上記熱媒水貯槽１０１の頂部に、真空ポンプ１０６を、開閉弁１０８を備えた真空引きライン１０７を介し接続すると共に、上記蒸気室１０２となる熱媒水貯槽１０１内の上部位置に、加熱対象となる水１０９を外部から流通させることができるようにした熱交換器としての伝熱管１１０を設けた構成として、真空ポンプ１０６の作動により熱媒水貯槽１０１の内部を真空に引いた状態において、バーナ１０５を燃焼させることにより燃焼室１０４の壁面を介して熱媒水１０３を加熱し、これにより真空中にある熱媒水１０３を１００℃以下の温度、たとえば、約８０℃にて急速に沸騰、蒸発させ、発生した減圧蒸気を、蒸気室１０２に充満させると共に伝熱管１１０の表面で凝縮させることにより、該伝熱管１１０を流通する水１０９と熱交換を行わせて、該伝熱管１１０の出口より上記減圧蒸気の温度まで加熱された温水１０９ａを回収できるようにしてある。なお、１１１は燃焼室１０４の排気口、１１２は燃焼室１０４内の中央部にてバーナ１０５に対峙するよう設置した火堰、１１３は火堰１１２の後方の煙道となる部分に燃焼室１０４を上下方向に貫通するよう設けた伝熱用水管である。凝縮伝熱を利用することで伝熱面積を小さくできると共に、減圧下における熱媒水１０３の凝縮領域の温度を制御温度とすることにより、加熱対象流体である水１０９を間欠的に熱交換させるような場合であっても、熱媒水１０３の温度が大きく変化することはなく、したがって、常に一定温度に加熱された温水１０９ａを製造できるという特徴を有している（特許文献１段落０００３〜０００４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７９１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のような真空式温水器あるいは無圧式温水器では、以下に挙げるような問題点や課題が生じることがあった。
（ｉ）従来の真空式温水器では、熱媒水の温度を通常８０℃〜９０℃に加熱した状態で保持し、減圧蒸気室の熱交換器で冷水を温水に熱交換する。従来の構造では排ガス温度を熱媒水温度以下にすることができないため、構造的に大幅なボイラの高効率化は難しいという課題があった。
（ii）一方、加温−冷却を伴う循環系を形成する熱媒体と熱交換される燃焼排ガスには飽和に近い水分が含まれ、燃焼排ガスの減温・冷却による多量の凝縮水の発生に伴い、燃料が都市ガス等のガス焚きの場合には白煙の発生、重油等の油焚きの場合には低温腐食が生じるおそれがある（以下「低温腐食等」という）。特に燃焼熱をより効率的に回収するためには、燃焼排ガスを極力冷却することが好ましいことから、油焚きの場合の低温腐食等が生じない燃焼排ガスあるいは熱媒体の温度制御が要求される。
【０００６】
本発明の目的は、循環系の熱媒体を用い、温水器に設けられた燃焼バーナから排出される燃焼排ガスの燃焼熱を効率的に回収して所望の加温水を供給するとともに、温水器の高い燃焼効率を維持しつつ、燃焼排ガスの冷却に伴う低温腐食等を防止することができる温水器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す温水器によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
本発明に係る温水器は、燃焼バーナと内部を熱媒体が流通する水管群が備えられた燃焼室と、該燃焼室の上部に配設されて前記水管群と接続する上部流通路と、前記燃焼室の下方に配設されて前記水管群と接続する下部流通路と、を備えた本体ユニットと、前記上部流通路と上部連通流路で連通し、高温の熱媒体が流下する上部熱交換空間と、前記下部流通路と下部連通流路で連通し、低温の熱媒体が流通する下部熱交換空間と、が形成され、前記上部熱交換空間に第２熱交換部が配設され、前記下部熱交換空間に第１熱交換部が配設されるとともに、前記第１熱交換部への導入流路に供給された供給水が、前記第１熱交換部から接続流路を介して前記第２熱交換部に流通され、前記第２熱交換部の供出流路から加温水として供出される温水流路と、前記導入流路から分岐され、前記接続流路と接続されるバイパス流路と、を備えた熱交換ユニットと、を有することを特徴とする。
【０００９】
既述のように、温水発生装置においては、燃焼排ガスの燃焼熱の効率的な回収が大きな課題になる。また、用いた熱媒体の温熱を効率的に利用して加温水を作製することが課題になる。本発明は、燃焼熱の回収に際して、本体ユニットにおいて、水管群を設け燃焼排ガスと回収に利用する熱媒体との熱交換を行ない、熱交換ユニットにおいて、熱媒体と加温の対象となる供給水とを２段階の熱交換を行なうとともに、両流体を各段階において向流的に熱交換させることによって、熱媒体の温熱を供給水に吸熱させ、非常に高い熱交換効率を得ることができることを見出した。つまり、熱交換ユニットにおいて、上方から下方に本体ユニットにおいて加熱された高温の熱媒体を流下させるとともに、上方に第２熱交換部、下方に第１熱交換部を配設して低温の供給水を下方から上方に流通させて向流的に各熱交換部において熱交換させることによって、非常に効率よく熱媒体の温熱を回収し、上方の第２熱交換部から高温の加温水を取出すことを可能にした。ここで、「水管群」とは、内部に熱媒体が通流可能な、複数の水管あるいは煙管が配設された高い熱交換機能を有する構成をいう。
【００１０】
また、本発明は、第１熱交換部に供給される供給水の水量を調整・制御できるバイパス流路を備えたことを特徴とする。これは、本体ユニット，熱交換ユニットおよび温水器全体にとって、以下のような技術的意義を有する。
（ｉ）本体ユニットに還流される熱媒体の温度が低温の場合、本体ユニットでの燃焼排ガスとの熱交換において多量の凝縮水の発生に伴う低温腐食等が生じるおそれがある。第１熱交換部での熱交換は供給水の温度条件によって影響されることから、供給水の温度が低温の場合、供給水の一部をバイパスさせ、あるいはバイパス流量を増加して第１熱交換部に導入する供給水の流量を減少させることによって、還流される熱媒体の温度の低温化を抑制して低温腐食等を防止することが可能となる。
（ii）温水器全体において、例えば、冷缶起動時において、供給水を第１熱交換部に導入せずにバイパス流路を介して第２熱交換部に導入させることによって、本体ユニット内の熱媒体の温度上昇を早め、効率よく本温水器の立ち上げを図ることができる。その後、徐々に第１熱交換部への供給水の導入量を増やすことによって、燃焼排ガスの燃焼熱を効率的に回収するとともに、冷缶起動時における燃焼排ガスの凝縮水発生を低減させることが可能となる。
【００１１】
本発明は、上記温水器であって、前記燃焼室で発生した燃焼排ガスが、前記水管群で前記熱媒体と熱交換され、減温されて排気部から排出され、前記水管群の内部を充たす熱媒体が、前記燃焼排ガスとの熱交換によって燃焼熱を吸収して加温され、前記上部流通路を介して前記上部熱交換空間に移送され、前記第２熱交換部で熱交換して減温されて前記下部熱交換空間に流下し、前記第１熱交換部で熱交換して減温され、前記下部流通路を介して前記水管群の内部を流通する、循環流が形成され、供給水が、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部に流通され、加温されて加温水として供出されるとともに、前記下部連通流路に設けられた温度センサの出力が入力され、前記温水流路あるいは前記バイパス流路に設けられた制御弁を制動する制御部によって、前記バイパス流路に流通させる供給水の流量が調整されることを特徴とする。
温水器においては、燃焼器において発生する温熱を、熱媒体に吸熱させ、さらに熱媒体を介して供給水に吸熱させるという２段階の熱交換が行なわれる。本発明は、このとき、温熱移送の媒体となる燃焼排ガスや熱媒体および吸熱側の供給水を如何に流通させて温熱を最大限に活用できるかを検証したもので、燃焼排ガス，熱媒体，供給水を、それぞれ上記のような流通を形成することによって、従前にない非常に効率的かつ安定的に供給水から加温水を取り出すことができることを見出した。また、熱媒体と燃焼排ガスとの熱交換において、多量の凝縮水の発生に伴う本体ユニットでの低温腐食等を防止するには、本体ユニットに還流する熱媒体の温度管理が重要であり、バイパス流量を増加して第１熱交換部に導入する供給水の流量を減少させることによって、還流される熱媒体の温度の低温化を抑制して低温腐食等を防止することが可能となった。
【００１２】
本発明は、上記温水器であって、前記第１熱交換部が直列に配設された複数の熱交換単位によって構成され、各熱交換単位の接続部が分岐され前記バイパス流路に接続されるとともに、前記第１熱交換部に流通させる供給水の流量が調整されることを特徴とする。
既述のように、本体ユニットにおける凝縮水の発生防止は、特に重油等の油焚きの温水器の長期使用において重要である。一方、凝縮水の発生は、短時間の燃焼排ガス温度の低下によっても生じることから、燃焼排ガスと熱交換される本体ユニットへ還流される熱媒体の温度制御は、特に迅速性が要求される。本発明は、第１熱交換部がバイパス流路を有する複数の熱交換単位によって構成され、第１熱交換部に供給される供給水、特に、より燃焼排ガスと熱媒体の熱交換が行われる部位に近い熱交換単位への供給水の水量を調整・制御することによって、迅速に当該熱媒体の温度の安定性を確保することができる。
【００１３】
本発明は、上記温水器であって、前記本体ユニットが、無圧式温水器を構成し、前記水管群において加温された液相の前記熱媒体が、前記上部流通路を介して前記上部熱交換空間に移送され、前記第２熱交換部で熱交換して減温されて前記下部熱交換空間に流下し、前記第１熱交換部で熱交換して減温され、前記下部流通路を介して前記水管群の内部を流通する、同相の熱媒体の循環流が形成されることを特徴とする。
上記のように、本発明は、熱交換ユニットにおいて、本体ユニットにおいて加熱された高温の熱媒体を流下させ、上方に第２熱交換部、下方に第１熱交換部を配設して低温の供給水を下方から上方に流通させて向流的に各熱交換部において熱交換させるとともに、第１熱交換部をバイパスさせる流路を設けて第１熱交換部に供給する供給水の流量を調整することによって、熱媒体の温熱を回収効率の向上を図るとともに、本体ユニットへ還流する熱媒体の温度を調整し、燃焼排ガスの凝縮による低温腐食等の防止を図ることを可能とした。特に、熱交換ユニットにおける上方から高温の熱媒体を供給し、下方から低温の熱媒体を回収する機能は、同相の熱媒体内部に温熱の逆流の発生を防止し、温熱の自然な流れを維持することができることから、同相の熱媒体の循環流が形成されることを特徴とする無圧式温水器にとって非常に有効である。
【００１４】
本発明は、上記温水器であって、前記下部連通流路に熱回収部を備え、前記本体ユニットの燃焼室で発生した燃焼排ガスと前記熱交換ユニットから前記下部連通流路に流通される熱媒体との熱交換を行なうことを特徴とする。
燃焼排ガスと熱媒体のように異相間での熱交換は、多段階で行ない順次所定の温度管理を行なう方が、燃焼熱を高い効率で回収することができる。本発明は、無圧式温水器を構成する本体ユニットにおいて既に熱交換がされ低温化された燃焼排ガスと、熱交換ユニットにおいて既に熱交換がされ低温化され、次に本体ユニットにおいて加温されるべき熱媒体（燃焼排ガス温度よりも低い）との間に向流的に熱交換を行なう熱回収部を備えることによって、燃焼排ガスからの温熱の吸収と熱媒体への温熱の給熱の促進を図ると同時に、燃焼排ガスの低温化を抑制し低温腐食等の防止を図ることが可能となった。
【００１５】
本発明は、上記温水器であって、前記本体ユニットが、減圧式温水器を構成し、前記燃焼バーナと上部排気部を有し、内部を熱媒体が流通する上部水管群が備えられた燃焼室と、該燃焼室の下方に配設され、排ガス流通路と下部排気部を有し、内部を熱媒体が流通し前記上部水管群と前記下部流通路に接続される下部水管群が備えられた対流室と、前記上部排気部と前記排ガス流通路とを接続する接続路と、前記燃焼室の上部に配設され、前記上部水管群と前記上部流通路に接続される減圧蒸気室と、を備えるとともに、前記熱交換ユニットが、前記上部流通路を介して前記減圧蒸気室と上部連通流路で連通し、気相の熱媒体が充たされる上部熱交換空間と、前記下部流通路を介して前記下部水管群と下部連通流路で連通し、液相の熱媒体が充たされる下部熱交換空間が形成されるとともに、前記上部熱交換空間に前記第２熱交換部、前記下部熱交換空間に前記第１熱交換部が配設されることを特徴とする。
上記のように、燃焼熱の回収に際して、熱交換ユニットにおいて、熱媒体と加温の対象となる供給水とを２段階の熱交換を行なうとともに、両流体を各段階において向流的に熱交換させることによって、非常に高い熱交換効率を得ることができることを見出した。本発明は、本体ユニットに対して、同様の技術思想を適用することによって、さらに熱交換効率の向上を図った。つまり、本体ユニットにおいて、上方に燃焼室、下方に対流室を配設して上方から下方に燃焼排ガスを流通させることによって、上方の高温条件と下方の低温条件を形成するとともに、熱媒体を下方から上方に流通させて各段階において向流的に熱交換させることによって、非常に効率よく燃焼排ガスの燃焼熱を回収し、上方から気化させた熱媒体を取出すことを可能にした。
【００１６】
また、温水器の稼動時、本体ユニットおよび熱交換ユニットにおいて、熱媒体の循環系が形成される。このとき、熱媒体の循環移送に伴い、熱媒体の流通抵抗が生じることから、本体ユニットと熱交換ユニットに水位差が生じる。こうした水位差は、熱媒体の循環移送を推進力として機能し、自動的に循環系（自然循環系）を形成することができる。本発明は、熱媒体の循環系を本体ユニットと熱交換ユニットに分離し、熱交換ユニットにおいて、２つの熱交換器による効率的な熱交換を図るとともに、本体ユニットと熱交換ユニット間の水位差を形成させて、循環系を形成する熱媒体の移送推進機能を有する構成とした。以上のような構成によって、温水器に設けられた燃焼バーナから排出される燃焼排ガスの燃焼熱を、従前にない高い効率で回収して所望の加温水を供給することが可能となった。さらに、循環系を流通する熱媒体の移送量は、燃焼負荷率と本体ユニットの上部水管群または煙管群内部の熱媒体の水位（気液混合状態であればその平均的水位が相当すると推定される）によって規定され、本体ユニットと熱交換ユニットの水位差は、系全体の流通抵抗によって規定され、各ユニットの水位は、この循環系を流通する熱媒体の移送量と流通抵抗がバランスする位置で安定する。ここで「燃焼負荷率」とは、定格燃焼量に対する実際燃焼量の割合をいう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る温水器の基本構成例（第１構成例）を示す全体構成図
【図２】本発明に係る無圧式温水器の第２構成例を示す全体構成図
【図３】本発明に係る真空式温水器の第３構成例を示す全体構成図
【図４】本発明に係る真空式温水器の第４構成例を示す全体構成図
【図５】従来技術に係る真空式温水ボイラの概略を例示する全体構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る温水器（以下「本温水器」という）は、以下の本体ユニットと熱交換ユニットを有することを特徴とする。本体ユニットは、燃焼バーナと水管群が備えられた燃焼室と、燃焼室の上部に配設されて水管群と接続する上部流通路と、燃焼室の下方に配設されて水管群と接続する下部流通路と、を備え、熱交換ユニットは、上部流通路と上部連通流路で連通し、高温の熱媒体が流下する上部熱交換空間と、前記下部流通路と下部連通流路で連通し、低温の熱媒体が流通する下部熱交換空間と、が形成され、上部熱交換空間に第２熱交換部が配設され、下部熱交換空間に第１熱交換部が配設されるとともに、第１熱交換部への導入流路に供給された供給水が、第１熱交換部から接続流路を介して第２熱交換部に流通され、第２熱交換部の供出流路から加温水として供出される温水流路と、導入流路から分岐され、接続流路と接続されるバイパス流路と、を備える。
【００１９】
このとき、本温水器を構成する流体は、燃焼排ガス，熱媒体と供給水から形成され、以下のような流通機能と熱収支機能を有する。
（ｉ）燃焼排ガスは、本体ユニットにおいて、燃焼室で発生し、水管群で熱媒体と熱交換され、減温されて排気部から排出される。
（ii）熱媒体は、本体ユニットにおいて、水管群の内部を充たし、燃焼排ガスとの熱交換によって燃焼熱を吸収して加温され、上部流通路を介して熱交換ユニットの上部熱交換空間に移送される。熱交換ユニットにおいて、第２熱交換部で熱交換して減温されて下部熱交換空間に流下し、第１熱交換部で熱交換して減温され、下部流通路を介して本体ユニットの水管群の内部を流通する。本体ユニットと熱交換ユニットの間を跨って循環流が形成される。
（iii）供給水は、熱交換ユニットにおいて第１熱交換部および第２熱交換部に流通され、加温されて加温水として供出されるとともに、下部連通流路に設けられた温度センサの出力が入力され、温水流路あるいはバイパス流路に設けられた制御弁を制動する制御部によって、バイパス流路に流通させる供給水の流量が調整される。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
＜本温水器の基本構成例＞
本温水器の１つの実施態様として、その基本構成の概略を図１に示す（第１構成例）。本温水器は、無圧式温水器を構成し、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０が上部流通路Ｔｕ−上部連通流路Ｌｕおよび下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂで連通され、熱媒体が、本体ユニット１０から上部流通路Ｔｕ−上部連通流路Ｌｕを介して熱交換ユニット２０へ移送され、熱交換ユニット２０から下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂを介して本体ユニット１０へ移送される。こうした熱媒体の循環的な動きによって、効率的な温熱移動を行うことができる。また、本体ユニット１０は、温熱の源であり、かつ１次的伝熱の場である燃焼室１を有し、熱交換ユニット２０は、温熱の放出端であり、かつ２次的伝熱の場である第２熱交換部６、３次的伝熱の場である第１熱交換部７を有し、温熱移送の場である上部熱交換空間８と下部熱交換空間９を形成する。さらに、熱交換ユニット２０において、第１熱交換部７から第２熱交換部６に流通され、加温水として供出される供給水の一部あるいは全量が、第１熱交換部７をバイパスして第２熱交換部６に供給できるようにバイパス流路Ｂが設けられる。バイパス流路Ｂに流通させる供給水の流量（以下「バイパス流量」という）は、下部連通流路Ｌｂを流通する熱媒体の温度（具体的には、該流路に設置された温度センサＳの出力）を指標として、制御部５によって制御弁Ｖが制御され、調整される。ここで、熱媒体は、通常市水等の水が利用される。本温水器において循環系を形成する液相の熱媒体は、循環ポンプＰによって同相で移送される。
【００２１】
本温水器においては、燃焼器１において発生する温熱を熱媒体に吸熱させ、さらに熱媒体を介して供給水に吸熱させるという２段階の熱交換が行なわれる。また、熱媒体から供給水への温熱の移送段階についても、熱交換ユニット２０において、向流的に２段階の熱交換が行なわれる。具体的には、上方に配設された第２熱交換部６での高温条件の熱媒体と供給水の熱交換と、下方に配設された第１熱交換部７での低温条件の熱媒体と供給水の熱交換が行われる。つまり、熱エネルギーの循環系を形成する熱媒体の加温機能、熱媒体による供給水との交流的な２段階の熱交換機能によって、燃焼熱を本温水器の熱源として最大限利用し、本温水器の熱効率を向上させることができる。
【００２２】
〔本体ユニット〕
本体ユニット１０には、図１に例示するように、燃焼バーナ１ａと水管群１ｂと排気部１ｃが備えられた燃焼室１が設けられる。燃焼室１では、別途供給された燃料と燃焼空気（図示せず）の燃焼反応により火炎１ｄが発生し、熱エネルギーの放射が行われる。これらの熱エネルギーは、複数の水管が配設された水管群１ｂ内を流通する熱媒体によって吸収される。つまり、燃焼排ガスの燃焼熱は、主として水管群１ｂを介して吸収され、火炎１ｄの放射熱エネルギーは、燃焼室１の水冷壁を介して吸収される。このように、燃焼室１の水冷壁および水管群１ｂを燃焼室１内に適切に配設することによって、効率よく吸熱させることができる。
【００２３】
このとき、燃焼室１で発生した燃焼熱の多くは、水管群１ｂ内部あるいは燃焼室１の水冷壁の外周部の熱媒体に移行される。このように、熱媒体の温度を通常８０〜９０℃に加熱した状態で維持され、上部流通路Ｔｕ−上部連通流路Ｌｕを介して熱交換ユニット２０へ移送される。また、燃焼反応によって発生した燃焼排ガスは、減温されて（約１５０〜２００℃）排気部１ｃから排気される。一方、本体ユニット１０へは、下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂを介して熱交換ユニット２０から熱媒体が還流される。受け入れられた熱媒体は、燃焼室１の水管群等１ｂへ移送され、循環系を形成する。循環系を流通する熱媒体の移送量は、循環ポンプＰによって調整される。
【００２４】
〔熱交換ユニット〕
熱交換ユニット２０は、２つの熱交換部が配設された空間を備える。ここでは、高温条件の熱媒体が存在する空間を上部熱交換空間８とし、低温条件の熱媒体が存在する空間を下部熱交換空間９とする。第２熱交換部６が上部熱交換空間８に配設され、第１熱交換部７が下部熱交換空間９に配設される。上方に配設された第２熱交換部６において、高温の熱媒体と第２熱交換部６内部を流通する供給水の高温条件の熱交換が行なわれる。熱媒体は、第２熱交換部６から下方の下部熱交換空間９へ流下し、貯留される。供給水として使用する水は、通常市水等を用いることができる。
【００２５】
また、熱交換ユニット２０には、第１熱交換部７への導入流路Ｗａに供給された供給水が、第１熱交換部７から接続流路Ｗｂを介して第２熱交換部６に流通され、第２熱交換部６の供出流路Ｗｃから加温水として供出される温水流路Ｗと、導入流路Ｗａから分岐され、接続流路Ｗｂと接続されるバイパス流路Ｂと、が備えられ、温水流路Ｗあるいはバイパス流路Ｂに設けられた制御弁Ｖを制動する制御部５によって、バイパス流量が調整される。バイパス流量は、下部連通流路Ｌｂに設けられた温度センサＳの出力を指標とし、本体ユニット１０へ還流される熱媒体の温度が所定の範囲内（例えばガス焚きの場合は約４５〜５５℃，油焚きの場合は約５５℃）になるように制御される。第１熱交換部７に供給される供給水が低温の場合等、本体ユニット１０における燃焼排ガスの冷却による多量の凝縮水の発生に伴う低温腐食等の発生を防止することができる。本体ユニット１０に対して、供給水の温度条件や加温水の温度条件等の変動要素を調整し、安定した熱交換効率を確保するとともに、低温腐食等の発生の防止を図ることができる。このように、両熱交換器６，７について、各々異なる機能を有することによって、種々の加温水の条件や要求仕様に対応可能な温水器を構成することが可能となった。
【００２６】
上部熱交換空間８には、本体ユニット１０が稼動する限りにおいて常に定温の熱媒体が供給されることから、第２熱交換部６は、非常に安定な伝熱機能を有することができる。従って、供給水の吸熱機能も安定することから、非常に安定した温度の加温水を供給することができる。また、上部熱交換空間８は、第２熱交換部６において効率的に熱媒体との熱交換が行なわれる範囲において、その形状・容積は問わない。第２熱交換部６において吸熱した供給水は、約７０〜８０℃に加温され、加温水として供出される。加温水は、給湯用や暖房用等の給温水等産業用の温水として使用される。また、本温水器では、供給水の供給量は、循環ポンプＰによって調整されるが、昇圧ポンプと絞り弁や比例弁との組合せも可能である。
【００２７】
バイパス流量を調整する制御弁Ｖについて、図１では第１熱交換部７への供給流量とバイパス流量の比率を変更することができる三方弁を例示したが、これに限定されず種々の構成の適用が可能である。例えば、図２（Ａ）に例示するように、第１熱交換部７への供給流路とバイパス流路Ｂに、弁（開閉弁または制御弁）Ｖ１，Ｖ２を配設し、各流量を調整する構成が可能である。具体的には、以下の構成・機能を挙げることができる。
（ａ）開閉弁Ｖ１，Ｖ２を設け、その一方を開，他方を閉としてそれぞれの流路切換えを行い、バイパス流量を調整する。各開閉弁Ｖ１，Ｖ２の開閉時間は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
（ｂ）開閉弁Ｖ１，Ｖ２を設け、通常開閉弁Ｖ１を開として第１熱交換部７に供給水を供給するとともに、バイパス流量を開閉弁Ｖ２のみ開閉させて調整する。さらに多くのバイパス流量が必要な場合には、開閉弁Ｖ２を開とするとともに、開閉弁Ｖ１のみ開閉させてバイパス流量を調整する。各開閉弁Ｖ１，Ｖ２の開閉時間は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
（ｃ）制御弁Ｖ１，Ｖ２を設け、制御弁Ｖ１の開度（閉を含む）を調整して第１熱交換部７への供給水量を制御するとともに、制御弁Ｖ２の開度を調整してバイパス流量を制御する。各制御弁Ｖ１，Ｖ２の開度は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
導入流路Ｗａに供給された供給水は、弁Ｖ１，第１熱交換部７を介して接続流路Ｗｂに流通されるとともに、バイパス流路Ｂ，弁Ｖ２を介して接続流路Ｗｂに流通され、集合して第２熱交換部６に流通される。バイパス流量は、下部連通流路Ｌｂに設けられた温度センサＳの出力を指標とし、本体ユニット１０へ還流される熱媒体の温度が所定の範囲内（例えばガス焚きの場合は約４５〜５５℃，油焚きの場合は約５５℃）になるように制御される。第２熱交換部６に流通された供給水は、供出流路Ｗｃから加温水として供出される。
【００２８】
また、第１熱交換部７に流通させる供給水の流量が調整されるバイパス流量の調整・制御を、図２（Ｂ）に例示するように、第１熱交換部７が直列に配設された複数（２つ）の熱交換単位７ａ，７ｂによって構成され、各熱交換単位７ａ，７ｂの接続部が分岐され（分岐流路Ｂａ）バイパス流路Ｂに接続される構成によって行うことが可能である。なお、熱交換単位の数は、２つに限られるものではなく、制御精度に応じて増加させることができる（分岐流路の数も同様である）。凝縮水の発生は、短時間の燃焼排ガス温度の低下によっても生じることから、燃焼排ガスと熱交換される本体ユニットへ還流される熱媒体の温度制御は、特に迅速性が要求される。第１熱交換部７が有する２つの機能について、
（ｉ）第２熱交換部６へ供給される供給水の予熱機能を主として熱交換単位７ｂが担い、（ii）本体ユニットへ還流される熱媒体の温度制御機能を、熱交換単位７ａが担う
ことによって、温熱の効果的な回収を図るとともに、迅速に当該熱媒体の温度の安定性を確保することができる。具体的には、第１熱交換部７への供給流路Ｗｄ，分岐流路Ｂａおよびバイパス流路Ｂに、弁（開閉弁または制御弁）Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を配設し、以下の構成・機能を挙げることができる。
（ａ）開閉弁Ｖ１〜Ｖ３を設け、その１つを開，他を閉としてそれぞれの流路切換えを行い、第１熱交換部７全体を通過する供給水量，熱交換単位７ｂのみを通過する供給水量およびバイパス流量を調整する。各開閉弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉時間は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
（ｂ）開閉弁Ｖ１〜Ｖ３を設け、通常開閉弁Ｖ１のみを開として第１熱交換部７に供給水を供給するとともに、熱交換単位７ｂのみに供給する場合には開閉弁Ｖ３のみを開とし、全量バイパスさせる場合には開閉弁Ｖ２のみを開とすることによって、第１熱交換部７への供給水量（バイパス流量）を調整する。各開閉弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉時間は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
（ｃ）制御弁Ｖ１〜Ｖ３を設け、制御弁Ｖ１の開度（閉を含む）を調整して第１熱交換部７への供給水量を制御するとともに、制御弁Ｖ２の開度を調整してバイパス流量を制御する。と同時に、制御弁Ｖ３の開度を調整して熱交換単位７ｂへの供給水量を制御する。各制御弁Ｖ１〜Ｖ３の開度は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
導入流路Ｗａに供給された供給水が、（ｉ）弁Ｖ１，第１熱交換部７（熱交換単位７ａおよび熱交換単位７ｂ）、（ii）分岐流路Ｂａ，弁Ｖ３，熱交換単位７ｂ、（iii）バイパス流路Ｂ，弁Ｖ２、という３つの流路のいずれか、あるいはそのいくつかを介して接続流路Ｗｂに流通され、集合して第２熱交換部６に流通される。バイパス流路Ｂおよび分岐流路Ｂａを流通するバイパス流量は、下部連通流路Ｌｂに設けられた温度センサＳの出力を指標とし、本体ユニット１０へ還流される熱媒体の温度が所定の範囲内（例えばガス焚きの場合は約４５〜５５℃，油焚きの場合は約５５℃）になるように制御される。調整されたバイパス流量の、バイパス流路Ｂと分岐流路Ｂａに流れる流量比率は、供給水の温度や流量によって制御される。第２熱交換部６に流通された供給水は、供出流路Ｗｃから加温水として供出される。
【００２９】
下部熱交換空間９において、低温の熱媒体（出口温度約４５〜６０℃）と第１熱交換部７内部を流通する供給水（入口温度約２０〜３０℃）の熱交換が行われ、吸熱した供給水は加温され、第２熱交換部６に移送される。下部熱交換空間９の熱媒体は、下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂを介して本体ユニット１０へ移送される。このとき、供給水の入口温度が低くなり、液相の熱媒体の温度が所定の温度（例えばガス焚きの場合は約４５〜５５℃，油焚きの場合は約５５℃）を下回る場合には、供給水のバイパス流量を増加するように制御される。第１熱交換部７において吸熱される温熱を減少させることによって、熱媒体の温度を上昇させることができる。なお、制御温度は、温水器の構成、例えば無圧式と真空式の相違や、ガス焚きと油焚き等燃料の相違等によって異なる値に設定される。温熱の効果的な回収を図るとともに、低温腐食等の発生を防止するために最適な温度が設定される。
【００３０】
〔本温水器における流体移送に伴う温熱の移送機能〕
本温水器においては、３つの流体は移送され、その流体間において温熱が移送される。具体的には、本体ユニット１０において燃焼室１で発生した燃焼排ガス、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０間を循環する熱媒体、および熱交換ユニット２０において加温される供給水という、３つの流体が該当する。
（１）燃焼排ガスは、燃焼室１では、発生直後の高温の状態から（約７００〜８００℃）、水管群１ｂで熱交換して減温され（約１５０〜２００℃）、排気部１ｃから排出される。
（２）熱媒体は、燃焼室１では、水管群１ｂの内部を流通し、燃焼排ガスとの熱交換によって燃焼熱を吸収して一部が加温され（約８０〜９０℃）、上部流通路Ｔｕ−上部連通流路Ｌｕを介して上部熱交換空間８に移送される。上部熱交換空間８では、第２熱交換部６で熱交換して減温され、下部熱交換空間９に流下し、さらに第１熱交換部７で熱交換して減温される（約４５〜６０℃）。下部熱交換空間９の低温条件の熱媒体は、下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂを介して水管群等１ｂの内部を流通し、熱交換して加温，上方へ移送され（約８０〜９０℃）、循環流を形成する。
（３）供給水（入口温度約２０〜３０℃）は、第１熱交換部７に流通，加温され、次いで第２熱交換部６に流通，加温され（約７０〜８０℃）、加温水として供給される。このとき、供給水の入口温度が例えば５℃以下の場合等、本体ユニット１０に還流される熱媒体の温度が所定の温度（例えばガス焚きの場合は約４５〜５５℃，油焚きの場合は約５５℃）を下回る場合には、供給水のバイパス流量を増加させて所望の温度となるように制御される。
【００３１】
＜本温水器の第２構成例＞
本温水器は、図２に例示するように、下部連通流路Ｌｂに熱回収部Ｅを備え、本体ユニット１０の燃焼室１で発生した燃焼排ガスと熱交換ユニット２０から下部連通流路Ｌｂに流通される熱媒体との熱交換を行なうことが好適である（第２構成例）。燃焼排ガスからの温熱の吸収と熱媒体への温熱の給熱の促進を図ると同時に、燃焼排ガスの段階的な減温によって、低温腐食等の可能性あるいはその影響の大きい水管群での燃焼排ガスと熱媒体との熱交換の負荷を低減し、低温腐食等の防止を図ることができる。以下、第１構成例と共通する事項については、説明を省略することがある。
【００３２】
具体的には、下部連通流路Ｌｂに設けられた熱回収部Ｅに、本体ユニット１０において減温された燃焼排ガス（約１５０〜２００℃）と、熱交換ユニット２０において減温されるとともに、所定温度に制御された熱媒体（約４５〜６０℃）が導入される。熱媒体を介して本体ユニット１０への温熱の供給（還流）と燃焼排ガスの段階的な減温を図ることができる。特に、供給水のバイパス流量の制御と併せて用いることによって、熱回収部Ｅにおける燃焼排ガスの過度の温度低下つまり低温腐食等の発生を防止するとともに、本体ユニット１０に還流する熱媒体の加温による本体ユニット１０での温熱の有効利用を図ることができる。
【００３３】
＜本温水器の第３構成例＞
本温水器は、上記第１構成例における無圧式温水器に代えて、図３に例示するような、真空式温水器を構成することができる（第３構成例）。以下、第１構成例と共通する事項については、説明を省略することがある。
【００３４】
本体ユニット１０において、燃焼バーナ１ｄと上部排気部１ｃを有し、内部を熱媒体が流通する上部水管群１ｂが備えられた燃焼室１と、燃焼室１の下方に配設され、排ガス流通路２ａと下部排気部２ｃを有し、内部を熱媒体が流通し上部水管群１ｂと下部流通路Ｔｂに接続される下部水管群２ｂが備えられた対流室２と、上部排気部１ｃと排ガス流通路２ａとを接続する接続路３と、燃焼室２の上部に配設され、上部水管群１ｂと上部流通路Ｔｕに接続される減圧蒸気室４と、を備える。
【００３５】
熱交換ユニット２０において、上部流通路Ｔｕを介して減圧蒸気室４と上部連通流路Ｌｕで連通し、気相の熱媒体が充たされる上部熱交換空間８と、下部流通路Ｔｂを介して下部水管群２ｂと下部連通流路Ｌｂで連通し、液相の熱媒体が充たされる下部熱交換空間９が形成されるとともに、上部熱交換空間８に第２熱交換部６、下部熱交換空間９に第１熱交換部７が配設される。供給水は、第１熱交換部７から第２熱交換部６に流通され、加温水として供出される。このとき、本温水器においては、供給水の一部あるいは全量が、第１熱交換部７をバイパスして第２熱交換部６に供給できるようにバイパス流路Ｂが設けられる。バイパス流量は、下部連通流路Ｌｂに設けられた温度センサＳの出力を指標として、制御部５によって制御弁Ｖが制御され、調整される。安定した熱交換効率を確保するとともに、低温腐食等の発生の防止を図ることができる。
【００３６】
このとき、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０において熱媒体の気相と液相の境界が形成されるとともに、本体ユニット１０内の熱媒体の流通経路において燃焼熱により発生する流通抵抗によって、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０の間に水位差が生じる。こうした水位差を利用し、無圧式温水器のように循環ポンプＰを用いずに、重力による自然循環系を形成することも可能である。従って、循環系を流通する熱媒体の移送量は、燃焼負荷率と本体ユニット１０の水位によって規定され、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０の水位差は、系全体の流通抵抗によって規定され、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０の水位は、この循環系を流通する熱媒体の移送量と流通抵抗がバランスする位置で安定する。燃焼負荷率が増加すれば、循環系を流通する熱媒体の移送量が増加し、該流通抵抗も増加するとともに、水位差も増加する。
【００３７】
〔本体ユニット〕
本体ユニット１０内において、温熱の源であり、かつ１次的伝熱の場である燃焼室１に加え、２次的伝熱の場である対流室２、温熱移送の場である接続路３および減圧蒸気室４を有する。上方に燃焼室１、下方に対流室２を配設して上方から下方に燃焼排ガスを流通させることによって、上方の高温条件と下方の低温条件を形成するとともに、熱媒体を下方から上方に流通させて各段階において向流的に熱交換させることによって、非常に効率よく燃焼排ガスの燃焼熱を回収し、上方から気化させた熱媒体を取出すことができる。
【００３８】
燃焼室１で発生した燃焼熱は、上部水管群１ｂ内部（あるいは燃焼室１水冷壁の外周部）の熱媒体に移行される。吸熱した熱媒体は、その温度が通常８０〜９０℃に加熱され、気化された状態で維持されるとともに、減圧蒸気室４へ移送される。また、燃焼反応によって発生した燃焼排ガスは、減温されて（約１５０〜２００℃）排気部１ｃおよび接続部３を介して対流室２へ移送される。
【００３９】
減圧蒸気室４は、減圧条件（例えば−０．１ＭＰａ）に維持された空間が形成される。つまり、本体ユニット１０および熱交換ユニット２０において気相あるいは液相の熱媒体が充たされる空間は、例えば真空ポンプ等によって減圧され、熱媒体の常圧での沸点よりも低い温度で気相の熱媒体を形成することができように構成される。このとき、気相の熱媒体の温度は、上部水管群１ｂの内部温度と殆どバラツキがないことが確認されている。上部水管群１ｂの内部を含む熱媒体の対流効果によるものである。このように、減圧蒸気室４では、減圧条件における熱媒体の温度を通常８０〜９０℃に加熱した状態（減圧沸騰した状態）で維持され、上部連通流路Ｌｕを介して熱交換ユニット２０へ移送される。
【００４０】
対流室２には、排ガス流通路２ａと下部水管群等２ｂと下部排気部２ｃが備えられる。接続路３を介して対流室２に給送された燃焼排ガスの燃焼熱は、燃焼排ガスが排ガス流通路２ａを流通する間に、下部水管群等２ｂ内を流通する熱媒体によって吸収される。ここで、下部水管群等２ｂには、外周にフィンを配した中空菅を用いることが好ましい。フィンの伝熱面積を確保することができ、熱交換効率のさらなる向上を図ることができる。従って、排ガス流通路２ａを流通する燃焼排ガスは、効率よく吸熱された状態（約７０〜８０℃）で、下部排気部２ｃを介して対流室２から排出される。このように、燃焼室１および対流室２において、それぞれ異なる機能を有する２段階の熱交換によって、燃焼熱を非常に効率よく熱媒体に吸熱させることができる。上部水管群等１ｂ内部の熱媒体の水位は、沸騰状態で気液混合状態であればその平均的水位が相当すると推定される。
【００４１】
〔熱交換ユニット〕
熱交換ユニット２０においては、気相の熱媒体が存在する上部熱交換空間８に第２熱交換部６が配設され、液相の熱媒体が存在する下部熱交換空間９の液層内に第１熱交換部７が配設される。上方に配設された第２熱交換部６において、高温（約８０〜９０℃）の気相の熱媒体と第２熱交換部６内部を流通する供給水の高温条件の熱交換（潜熱の吸熱）が行なわれる。気相の熱媒体は、その潜熱を放出しながら第２熱交換部６の表面で凝縮し、液滴状の液相の熱媒体を形成する。液相の熱媒体は、所定の大きさに拡大した状態で、第２熱交換部６の上部から流下する熱媒体の流れに沿って下方の下部熱交換空間９へ落下し、貯留される。
【００４２】
また、導入流路Ｗａに供給された供給水は、その一部がバイパス流路Ｂに流通されるとともに、第１熱交換部７に流通される。第１熱交換部７を流通した供給水はバイパス流路を流通した供給水と合流されて、接続流路Ｗｂを介して第２熱交換部６に流通され、供出流路Ｗｃから加温水として供出される。バイパス流量は、下部連通流路Ｌｂに設けられた温度センサＳの出力を指標とし、本体ユニット１０へ還流される熱媒体の温度が所定の範囲内になるように、温水流路Ｗあるいはバイパス流路Ｂに設けられた制御弁Ｖを制動する制御部５によって、制御される。第１熱交換部７に供給される供給水が低温の場合等、本体ユニット１０における燃焼排ガスの冷却による多量の凝縮水の発生に伴う低温腐食等の発生を防止することができる。本体ユニット１０に対して、供給水の温度条件や加温水の温度条件等の変動要素を調整し、安定した熱交換効率を確保するとともに、低温腐食等の発生の防止を図ることができる。
【００４３】
本体ユニット１０が稼動する限りにおいて、上部熱交換空間８には常に気相の熱媒体が供給されることから、第２熱交換部６は、非常に安定な伝熱機能を有することができる。従って、供給水の吸熱機能も安定することから、非常に安定した温度の加温水を供給することができる。第２熱交換部６において吸熱した供給水は、約７０〜８０℃に加温され、加温水として供出される。
【００４４】
下部熱交換空間９には、第２熱交換部６において凝縮した液相の熱媒体を含む循環系を流通する熱媒体が収集され、貯留される。下部熱交換空間９の液相の熱媒体内（液層内）に配設される。第１熱交換部７においては、第２熱交換部６で生成した熱媒体の凝縮液からの吸熱（顕熱）が主となることから、より多くの熱媒体との接触が好ましい。第１熱交換部７をその液層内に浸漬させることによって、効率的な熱媒体の顕熱の吸熱を行なうことができる。また、所定の容積を有する下部熱交換空間９に浸漬させた構成によって、ほぼ一定の安定した温度条件で熱交換ができ、大流量の供給水に対しても十分に吸熱させることができる。従って、上部熱交換空間８における安定した熱交換機能と相俟って、安定性の高い熱交換ユニット２０を構成することができる。さらに、第１熱交換部７に高い熱交換機能を持たせることによって、第２熱交換部６における負荷を軽減し、熱交換ユニット２０全体として、より高い熱交換機能を確保することができる。
【００４５】
下部熱交換空間９において、液相の熱媒体（上層温度約８０〜９０℃、下層温度約４０〜５０℃）と第１熱交換部７内部を流通する供給水（入口温度約２０〜３０℃）の低温条件の熱交換（顕熱の吸熱）が行われ、吸熱した供給水は加温され、第２熱交換部６に移送される。このとき、熱媒体の液層内に浸漬させる第１熱交換部７については、熱交換効率の高い種々の形態の熱交換器を使用することができる。第２熱交換部６については、熱交換効率が高いことに加え、気相の熱媒体が凝縮しやすい表面を有し、発生した液滴の迅速な凝集が可能で、凝縮液を迅速に落下させることができる構成が要求される一方、液層内の第１熱交換部７には、熱交換効率の高さを最優先とする構成を選択することができる。具体的には、Ｕ字形状の熱交換器のみならず、フィン付水管を用いた熱交換器やプレート式熱交換器等を適用することができる。
【００４６】
下部熱交換空間９に貯留された液相の熱媒体は、下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂを介して本体ユニット１０へ移送される。このとき、下部熱交換空間９は、液相の熱媒体の液面を確定し、維持する機能と同時に、本体ユニット１０内の液相の熱媒体の液面との水位差による本体ユニット１０への移送圧力の形成機能を有することによって、安定した熱媒体の循環系を形成することができる。また、下部熱交換空間９に存在する液相の熱媒体は、熱容量が大きいことから（特に水等を使用した場合）、供給水の温度変化（低温化）に対して急激な温度変化を生じることが少なく、安定した温度の熱媒体を本体ユニット１０に還流することができる。従って、急激な供給水の温度低下が生じた場合であっても、オーバーシュートやアンダーシュートの発生を伴うような急激な変化を起こすことのないバイパス流量の制御を行うことができる。
【００４７】
〔本温水器における流体移送に伴う温熱の移送機能〕
本温水器において、以下のように、燃焼排ガス，熱媒体および供給水という３つの流体間において温熱が移送される。
（１）燃焼排ガスは、燃焼室１では、発生直後の高温の状態から（約７００〜８００℃）、上部水管群１ｂで熱交換して減温され（約１５０〜２００℃）、上部排気部１ｃ，接続路３を介して対流室２に導入される。対流室２では、下部水管群等２ｂで熱交換して減温され、排ガス流通路２ａを流通して下部排気部２ｃから排出される。
（２）熱媒体は、燃焼室１では、上部水管群１ｂの内部を流通し、燃焼排ガスとの熱交換によって燃焼熱を吸収して一部が加温，気化され（約８０〜９０℃）、減圧蒸気室４，上部連通流路Ｌｕを介して上部熱交換空間８に移送される。上部熱交換空間８では、第２熱交換部６で熱交換して減温，凝縮され（約８０〜９０℃）、凝縮液として下部熱交換空間９に滴下し、液相の熱媒体として貯留される。液相の熱媒体は、さらに第１熱交換部７で熱交換して減温される。下部熱交換空間９の液相の熱媒体は、下部連通流路Ｌｂおよび下部熱媒体室５を介して対流室２に導入され、下部水管群等２ｂの内部を流通し、熱交換して加温，上方へ移送され（約８０〜９０℃）、再度上部水管群１ｂの内部を流通する（循環流を形成）。
（３）供給水（入口温度約２０〜３０℃）は、第１熱交換部７に流通，加温され、次いで第２熱交換部６に流通，加温され（約７０〜８０℃）、加温水として供給される。また、第２構成例同様、供給水のバイパス流量が制御される。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 本体ユニット
２０ 熱交換ユニット
１ 燃焼室
１ａ 燃焼バーナ
１ｂ 水管群
１ｃ 排気部
１ｄ 火炎
２ 対流室
２ａ 排ガス流通路
２ｂ 下部水管群等
２ｃ 下部排気部
３ 接続路
４ 減圧蒸気室
５ 制御部
６ 第２熱交換部
７ 第１熱交換部
７ａ，７ｂ 熱交換単位
８ 上部熱交換空間
９ 下部熱交換空間
Ｂ バイパス流路
Ｂａ 分岐流路
Ｅ 第３熱交換部
Ｓ 温度センサ
Ｌｕ 上部連通流路
Ｌｂ 下部連通流路
Ｐ 循環ポンプ
Ｓ 温度センサ
Ｔｕ 上部流通路
Ｔｂ 下部流通路
Ｖ 制御弁
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 弁（開閉弁または制御弁）
Ｗ 温水流路
Ｗａ 導入流路
Ｗｂ 接続流路
Ｗｃ 供出流路
Ｗｄ 供給流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水器に関し、例えば、産業用の温水発生装置である真空式温水器や無圧式温水器として有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用の温水発生装置として多種多様な方式が利用されているが、１００℃以下の温水を得る温水発生装置として、真空式温水器や無圧式温水器が多用されている。真空式温水器は、都市ガスや灯油、ペレットなどの燃料を燃焼し、その燃焼熱および排ガスを燃焼室の周囲に存在する熱媒水と熱交換させる。熱媒水は、大気圧下に減圧された減圧蒸発室で８０℃〜９０℃程度で減圧沸騰し、同室内にある熱交換器を介して給温水を加温する。熱媒水は燃焼室内に設けた伝熱管で燃焼排ガスと熱交換するが、通常は約２００℃程度の排ガス温度まで熱回収する。熱効率は概ね９０％程度である。
【０００３】
こうした真空式温水器として、具体的には、例えば図５に示すような構成を有する真空式温水ボイラが挙げられる（例えば特許文献１参照）。上部に蒸気室１０２が形成されるよう熱媒水１０３を封入した熱媒水貯槽（缶体）１０１の下部内側に、上記熱媒水１０３に没するように燃焼室１０４を設けてバーナ１０５を設置し、且つ上記熱媒水貯槽１０１の頂部に、真空ポンプ１０６を、開閉弁１０８を備えた真空引きライン１０７を介し接続すると共に、上記蒸気室１０２となる熱媒水貯槽１０１内の上部位置に、加熱対象となる水１０９を外部から流通させることができるようにした熱交換器としての伝熱管１１０を設けた構成として、真空ポンプ１０６の作動により熱媒水貯槽１０１の内部を真空に引いた状態において、バーナ１０５を燃焼させることにより燃焼室１０４の壁面を介して熱媒水１０３を加熱し、これにより真空中にある熱媒水１０３を１００℃以下の温度、たとえば、約８０℃にて急速に沸騰、蒸発させ、発生した減圧蒸気を、蒸気室１０２に充満させると共に伝熱管１１０の表面で凝縮させることにより、該伝熱管１１０を流通する水１０９と熱交換を行わせて、該伝熱管１１０の出口より上記減圧蒸気の温度まで加熱された温水１０９ａを回収できるようにしてある。なお、１１１は燃焼室１０４の排気口、１１２は燃焼室１０４内の中央部にてバーナ１０５に対峙するよう設置した火堰、１１３は火堰１１２の後方の煙道となる部分に燃焼室１０４を上下方向に貫通するよう設けた伝熱用水管である。凝縮伝熱を利用することで伝熱面積を小さくできると共に、減圧下における熱媒水１０３の凝縮領域の温度を制御温度とすることにより、加熱対象流体である水１０９を間欠的に熱交換させるような場合であっても、熱媒水１０３の温度が大きく変化することはなく、したがって、常に一定温度に加熱された温水１０９ａを製造できるという特徴を有している（特許文献１段落０００３〜０００４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７９１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のような真空式温水器あるいは無圧式温水器では、以下に挙げるような問題点や課題が生じることがあった。
（ｉ）従来の真空式温水器では、熱媒水の温度を通常８０℃〜９０℃に加熱した状態で保持し、減圧蒸気室の熱交換器で冷水を温水に熱交換する。従来の構造では排ガス温度を熱媒水温度以下にすることができないため、構造的に大幅なボイラの高効率化は難しいという課題があった。
（ii）一方、加温−冷却を伴う循環系を形成する熱媒体と熱交換される燃焼排ガスには飽和に近い水分が含まれ、燃焼排ガスの減温・冷却による多量の凝縮水の発生に伴い、燃料が都市ガス等のガス焚きの場合には白煙の発生、重油等の油焚きの場合には低温腐食が生じるおそれがある（以下「低温腐食等」という）。特に燃焼熱をより効率的に回収するためには、燃焼排ガスを極力冷却することが好ましいことから、油焚きの場合の低温腐食等が生じない燃焼排ガスあるいは熱媒体の温度制御が要求される。
【０００６】
本発明の目的は、循環系の熱媒体を用い、温水器に設けられた燃焼バーナから排出される燃焼排ガスの燃焼熱を効率的に回収して所望の加温水を供給するとともに、温水器の高い燃焼効率を維持しつつ、燃焼排ガスの冷却に伴う低温腐食等を防止することができる温水器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す温水器によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
本発明に係る温水器は、燃焼バーナと内部を熱媒体が流通する水管群が備えられた燃焼室と、該燃焼室の上部に配設されて前記水管群と接続する上部流通路と、前記燃焼室の下方に配設されて前記水管群と接続する下部流通路と、を備えた本体ユニットと、前記上部流通路と上部連通流路で連通し、高温の熱媒体が流下する上部熱交換空間と、前記下部流通路と下部連通流路で連通し、低温の熱媒体が流通する下部熱交換空間と、が形成され、前記上部熱交換空間に第２熱交換部が配設され、前記下部熱交換空間に第１熱交換部が配設されるとともに、前記第１熱交換部への導入流路に供給された供給水が、前記第１熱交換部から接続流路を介して前記第２熱交換部に流通され、前記第２熱交換部の供出流路から加温水として供出される温水流路と、前記導入流路から分岐され、前記接続流路と接続されるバイパス流路と、を備えた熱交換ユニットと、を有することを特徴とする。
【０００９】
既述のように、温水発生装置においては、燃焼排ガスの燃焼熱の効率的な回収が大きな課題になる。また、用いた熱媒体の温熱を効率的に利用して加温水を作製することが課題になる。本発明は、燃焼熱の回収に際して、本体ユニットにおいて、水管群を設け燃焼排ガスと回収に利用する熱媒体との熱交換を行ない、熱交換ユニットにおいて、熱媒体と加温の対象となる供給水とを２段階の熱交換を行なうとともに、両流体を各段階において向流的に熱交換させることによって、熱媒体の温熱を供給水に吸熱させ、非常に高い熱交換効率を得ることができることを見出した。つまり、熱交換ユニットにおいて、上方から下方に本体ユニットにおいて加熱された高温の熱媒体を流下させるとともに、上方に第２熱交換部、下方に第１熱交換部を配設して低温の供給水を下方から上方に流通させて向流的に各熱交換部において熱交換させることによって、非常に効率よく熱媒体の温熱を回収し、上方の第２熱交換部から高温の加温水を取出すことを可能にした。ここで、「水管群」とは、内部に熱媒体が通流可能な、複数の水管あるいは煙管が配設された高い熱交換機能を有する構成をいう。
【００１０】
また、本発明は、第１熱交換部に供給される供給水の水量を調整・制御できるバイパス流路を備えたことを特徴とする。これは、本体ユニット，熱交換ユニットおよび温水器全体にとって、以下のような技術的意義を有する。
（ｉ）本体ユニットに還流される熱媒体の温度が低温の場合、本体ユニットでの燃焼排ガスとの熱交換において多量の凝縮水の発生に伴う低温腐食等が生じるおそれがある。第１熱交換部での熱交換は供給水の温度条件によって影響されることから、供給水の温度が低温の場合、供給水の一部をバイパスさせ、あるいはバイパス流量を増加して第１熱交換部に導入する供給水の流量を減少させることによって、還流される熱媒体の温度の低温化を抑制して低温腐食等を防止することが可能となる。
（ii）温水器全体において、例えば、冷缶起動時において、供給水を第１熱交換部に導入せずにバイパス流路を介して第２熱交換部に導入させることによって、本体ユニット内の熱媒体の温度上昇を早め、効率よく本温水器の立ち上げを図ることができる。その後、徐々に第１熱交換部への供給水の導入量を増やすことによって、燃焼排ガスの燃焼熱を効率的に回収するとともに、冷缶起動時における燃焼排ガスの凝縮水発生を低減させることが可能となる。
【００１１】
本発明は、上記温水器であって、前記燃焼室で発生した燃焼排ガスが、前記水管群で前記熱媒体と熱交換され、減温されて排気部から排出され、前記水管群の内部を充たす熱媒体が、前記燃焼排ガスとの熱交換によって燃焼熱を吸収して加温され、前記上部流通路を介して前記上部熱交換空間に移送され、前記第２熱交換部で熱交換して減温されて前記下部熱交換空間に流下し、前記第１熱交換部で熱交換して減温され、前記下部流通路を介して前記水管群の内部を流通する、循環流が形成され、供給水が、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部に流通され、加温されて加温水として供出されるとともに、前記下部連通流路に設けられた温度センサの出力が入力され、前記温水流路あるいは前記バイパス流路に設けられた制御弁を制動する制御部によって、前記バイパス流路に流通させる供給水の流量が調整されることを特徴とする。
温水器においては、燃焼器において発生する温熱を、熱媒体に吸熱させ、さらに熱媒体を介して供給水に吸熱させるという２段階の熱交換が行なわれる。本発明は、このとき、温熱移送の媒体となる燃焼排ガスや熱媒体および吸熱側の供給水を如何に流通させて温熱を最大限に活用できるかを検証したもので、燃焼排ガス，熱媒体，供給水を、それぞれ上記のような流通を形成することによって、従前にない非常に効率的かつ安定的に供給水から加温水を取り出すことができることを見出した。また、熱媒体と燃焼排ガスとの熱交換において、多量の凝縮水の発生に伴う本体ユニットでの低温腐食等を防止するには、本体ユニットに還流する熱媒体の温度管理が重要であり、バイパス流量を増加して第１熱交換部に導入する供給水の流量を減少させることによって、還流される熱媒体の温度の低温化を抑制して低温腐食等を防止することが可能となった。
【００１２】
本発明は、上記温水器であって、前記第１熱交換部が直列に配設された複数の熱交換単位によって構成され、各熱交換単位の接続部が分岐され前記バイパス流路に接続されるとともに、前記第１熱交換部に流通させる供給水の流量が調整されることを特徴とする。
既述のように、本体ユニットにおける凝縮水の発生防止は、特に重油等の油焚きの温水器の長期使用において重要である。一方、凝縮水の発生は、短時間の燃焼排ガス温度の低下によっても生じることから、燃焼排ガスと熱交換される本体ユニットへ還流される熱媒体の温度制御は、特に迅速性が要求される。本発明は、第１熱交換部がバイパス流路を有する複数の熱交換単位によって構成され、第１熱交換部に供給される供給水、特に、より燃焼排ガスと熱媒体の熱交換が行われる部位に近い熱交換単位への供給水の水量を調整・制御することによって、迅速に当該熱媒体の温度の安定性を確保することができる。
【００１３】
本発明は、上記温水器であって、前記本体ユニットが、無圧式温水器を構成し、前記水管群において加温された液相の前記熱媒体が、前記上部流通路を介して前記上部熱交換空間に移送され、前記第２熱交換部で熱交換して減温されて前記下部熱交換空間に流下し、前記第１熱交換部で熱交換して減温され、前記下部流通路を介して前記水管群の内部を流通する、同相の熱媒体の循環流が形成されることを特徴とする。
上記のように、本発明は、熱交換ユニットにおいて、本体ユニットにおいて加熱された高温の熱媒体を流下させ、上方に第２熱交換部、下方に第１熱交換部を配設して低温の供給水を下方から上方に流通させて向流的に各熱交換部において熱交換させるとともに、第１熱交換部をバイパスさせる流路を設けて第１熱交換部に供給する供給水の流量を調整することによって、熱媒体の温熱を回収効率の向上を図るとともに、本体ユニットへ還流する熱媒体の温度を調整し、燃焼排ガスの凝縮による低温腐食等の防止を図ることを可能とした。特に、熱交換ユニットにおける上方から高温の熱媒体を供給し、下方から低温の熱媒体を回収する機能は、同相の熱媒体内部に温熱の逆流の発生を防止し、温熱の自然な流れを維持することができることから、同相の熱媒体の循環流が形成されることを特徴とする無圧式温水器にとって非常に有効である。
【００１４】
本発明は、上記温水器であって、前記下部連通流路に熱回収部を備え、前記本体ユニットの燃焼室で発生した燃焼排ガスと前記熱交換ユニットから前記下部連通流路に流通される熱媒体との熱交換を行なうことを特徴とする。
燃焼排ガスと熱媒体のように異相間での熱交換は、多段階で行ない順次所定の温度管理を行なう方が、燃焼熱を高い効率で回収することができる。本発明は、無圧式温水器を構成する本体ユニットにおいて既に熱交換がされ低温化された燃焼排ガスと、熱交換ユニットにおいて既に熱交換がされ低温化され、次に本体ユニットにおいて加温されるべき熱媒体（燃焼排ガス温度よりも低い）との間に向流的に熱交換を行なう熱回収部を備えることによって、燃焼排ガスからの温熱の吸収と熱媒体への温熱の給熱の促進を図ると同時に、燃焼排ガスの低温化を抑制し低温腐食等の防止を図ることが可能となった。
【００１５】
本発明は、上記温水器であって、前記本体ユニットが、減圧式温水器を構成し、前記燃焼バーナと上部排気部を有し、内部を熱媒体が流通する上部水管群が備えられた燃焼室と、該燃焼室の下方に配設され、排ガス流通路と下部排気部を有し、内部を熱媒体が流通し前記上部水管群と前記下部流通路に接続される下部水管群が備えられた対流室と、前記上部排気部と前記排ガス流通路とを接続する接続路と、前記燃焼室の上部に配設され、前記上部水管群と前記上部流通路に接続される減圧蒸気室と、を備えるとともに、前記熱交換ユニットが、前記上部流通路を介して前記減圧蒸気室と上部連通流路で連通し、気相の熱媒体が充たされる上部熱交換空間と、前記下部流通路を介して前記下部水管群と下部連通流路で連通し、液相の熱媒体が充たされる下部熱交換空間が形成されるとともに、前記上部熱交換空間に前記第２熱交換部、前記下部熱交換空間に前記第１熱交換部が配設されることを特徴とする。
上記のように、燃焼熱の回収に際して、熱交換ユニットにおいて、熱媒体と加温の対象となる供給水とを２段階の熱交換を行なうとともに、両流体を各段階において向流的に熱交換させることによって、非常に高い熱交換効率を得ることができることを見出した。本発明は、本体ユニットに対して、同様の技術思想を適用することによって、さらに熱交換効率の向上を図った。つまり、本体ユニットにおいて、上方に燃焼室、下方に対流室を配設して上方から下方に燃焼排ガスを流通させることによって、上方の高温条件と下方の低温条件を形成するとともに、熱媒体を下方から上方に流通させて各段階において向流的に熱交換させることによって、非常に効率よく燃焼排ガスの燃焼熱を回収し、上方から気化させた熱媒体を取出すことを可能にした。
【００１６】
また、温水器の稼動時、本体ユニットおよび熱交換ユニットにおいて、熱媒体の循環系が形成される。このとき、熱媒体の循環移送に伴い、熱媒体の流通抵抗が生じることから、本体ユニットと熱交換ユニットに水位差が生じる。こうした水位差は、熱媒体の循環移送を推進力として機能し、自動的に循環系（自然循環系）を形成することができる。本発明は、熱媒体の循環系を本体ユニットと熱交換ユニットに分離し、熱交換ユニットにおいて、２つの熱交換器による効率的な熱交換を図るとともに、本体ユニットと熱交換ユニット間の水位差を形成させて、循環系を形成する熱媒体の移送推進機能を有する構成とした。以上のような構成によって、温水器に設けられた燃焼バーナから排出される燃焼排ガスの燃焼熱を、従前にない高い効率で回収して所望の加温水を供給することが可能となった。さらに、循環系を流通する熱媒体の移送量は、燃焼負荷率と本体ユニットの上部水管群または煙管群内部の熱媒体の水位（気液混合状態であればその平均的水位が相当すると推定される）によって規定され、本体ユニットと熱交換ユニットの水位差は、系全体の流通抵抗によって規定され、各ユニットの水位は、この循環系を流通する熱媒体の移送量と流通抵抗がバランスする位置で安定する。ここで「燃焼負荷率」とは、定格燃焼量に対する実際燃焼量の割合をいう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る温水器の基本構成例（第１構成例）を示す全体構成図
【図２】本発明に係る無圧式温水器の第２構成例を示す全体構成図
【図３】本発明に係る真空式温水器の第３構成例を示す全体構成図
【図４】本発明に係る真空式温水器の第４構成例を示す全体構成図
【図５】従来技術に係る真空式温水ボイラの概略を例示する全体構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る温水器（以下「本温水器」という）は、以下の本体ユニットと熱交換ユニットを有することを特徴とする。本体ユニットは、燃焼バーナと水管群が備えられた燃焼室と、燃焼室の上部に配設されて水管群と接続する上部流通路と、燃焼室の下方に配設されて水管群と接続する下部流通路と、を備え、熱交換ユニットは、上部流通路と上部連通流路で連通し、高温の熱媒体が流下する上部熱交換空間と、前記下部流通路と下部連通流路で連通し、低温の熱媒体が流通する下部熱交換空間と、が形成され、上部熱交換空間に第２熱交換部が配設され、下部熱交換空間に第１熱交換部が配設されるとともに、第１熱交換部への導入流路に供給された供給水が、第１熱交換部から接続流路を介して第２熱交換部に流通され、第２熱交換部の供出流路から加温水として供出される温水流路と、導入流路から分岐され、接続流路と接続されるバイパス流路と、を備える。
【００１９】
このとき、本温水器を構成する流体は、燃焼排ガス，熱媒体と供給水から形成され、以下のような流通機能と熱収支機能を有する。
（ｉ）燃焼排ガスは、本体ユニットにおいて、燃焼室で発生し、水管群で熱媒体と熱交換され、減温されて排気部から排出される。
（ii）熱媒体は、本体ユニットにおいて、水管群の内部を充たし、燃焼排ガスとの熱交換によって燃焼熱を吸収して加温され、上部流通路を介して熱交換ユニットの上部熱交換空間に移送される。熱交換ユニットにおいて、第２熱交換部で熱交換して減温されて下部熱交換空間に流下し、第１熱交換部で熱交換して減温され、下部流通路を介して本体ユニットの水管群の内部を流通する。本体ユニットと熱交換ユニットの間を跨って循環流が形成される。
（iii）供給水は、熱交換ユニットにおいて第１熱交換部および第２熱交換部に流通され、加温されて加温水として供出されるとともに、下部連通流路に設けられた温度センサの出力が入力され、温水流路あるいはバイパス流路に設けられた制御弁を制動する制御部によって、バイパス流路に流通させる供給水の流量が調整される。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
＜本温水器の基本構成例＞
本温水器の１つの実施態様として、その基本構成の概略を図１に示す（第１構成例）。本温水器は、無圧式温水器を構成し、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０が上部流通路Ｔｕ−上部連通流路Ｌｕおよび下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂで連通され、熱媒体が、本体ユニット１０から上部流通路Ｔｕ−上部連通流路Ｌｕを介して熱交換ユニット２０へ移送され、熱交換ユニット２０から下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂを介して本体ユニット１０へ移送される。こうした熱媒体の循環的な動きによって、効率的な温熱移動を行うことができる。また、本体ユニット１０は、温熱の源であり、かつ１次的伝熱の場である燃焼室１を有し、熱交換ユニット２０は、温熱の放出端であり、かつ２次的伝熱の場である第２熱交換部６、３次的伝熱の場である第１熱交換部７を有し、温熱移送の場である上部熱交換空間８と下部熱交換空間９を形成する。さらに、熱交換ユニット２０において、第１熱交換部７から第２熱交換部６に流通され、加温水として供出される供給水の一部あるいは全量が、第１熱交換部７をバイパスして第２熱交換部６に供給できるようにバイパス流路Ｂが設けられる。バイパス流路Ｂに流通させる供給水の流量（以下「バイパス流量」という）は、下部連通流路Ｌｂを流通する熱媒体の温度（具体的には、該流路に設置された温度センサＳの出力）を指標として、制御部５によって制御弁Ｖが制御され、調整される。ここで、熱媒体は、通常市水等の水が利用される。本温水器において循環系を形成する液相の熱媒体は、循環ポンプＰによって同相で移送される。
【００２１】
本温水器においては、燃焼器１において発生する温熱を熱媒体に吸熱させ、さらに熱媒体を介して供給水に吸熱させるという２段階の熱交換が行なわれる。また、熱媒体から供給水への温熱の移送段階についても、熱交換ユニット２０において、向流的に２段階の熱交換が行なわれる。具体的には、上方に配設された第２熱交換部６での高温条件の熱媒体と供給水の熱交換と、下方に配設された第１熱交換部７での低温条件の熱媒体と供給水の熱交換が行われる。つまり、熱エネルギーの循環系を形成する熱媒体の加温機能、熱媒体による供給水との交流的な２段階の熱交換機能によって、燃焼熱を本温水器の熱源として最大限利用し、本温水器の熱効率を向上させることができる。
【００２２】
〔本体ユニット〕
本体ユニット１０には、図１に例示するように、燃焼バーナ１ａと水管群１ｂと排気部１ｃが備えられた燃焼室１が設けられる。燃焼室１では、別途供給された燃料と燃焼空気（図示せず）の燃焼反応により火炎１ｄが発生し、熱エネルギーの放射が行われる。これらの熱エネルギーは、複数の水管が配設された水管群１ｂ内を流通する熱媒体によって吸収される。つまり、燃焼排ガスの燃焼熱は、主として水管群１ｂを介して吸収され、火炎１ｄの放射熱エネルギーは、燃焼室１の水冷壁を介して吸収される。このように、燃焼室１の水冷壁および水管群１ｂを燃焼室１内に適切に配設することによって、効率よく吸熱させることができる。
【００２３】
このとき、燃焼室１で発生した燃焼熱の多くは、水管群１ｂ内部あるいは燃焼室１の水冷壁の外周部の熱媒体に移行される。このように、熱媒体の温度を通常８０〜９０℃に加熱した状態で維持され、上部流通路Ｔｕ−上部連通流路Ｌｕを介して熱交換ユニット２０へ移送される。また、燃焼反応によって発生した燃焼排ガスは、減温されて（約１５０〜２００℃）排気部１ｃから排気される。一方、本体ユニット１０へは、下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂを介して熱交換ユニット２０から熱媒体が還流される。受け入れられた熱媒体は、燃焼室１の水管群等１ｂへ移送され、循環系を形成する。循環系を流通する熱媒体の移送量は、循環ポンプＰによって調整される。
【００２４】
〔熱交換ユニット〕
熱交換ユニット２０は、２つの熱交換部が配設された空間を備える。ここでは、高温条件の熱媒体が存在する空間を上部熱交換空間８とし、低温条件の熱媒体が存在する空間を下部熱交換空間９とする。第２熱交換部６が上部熱交換空間８に配設され、第１熱交換部７が下部熱交換空間９に配設される。上方に配設された第２熱交換部６において、高温の熱媒体と第２熱交換部６内部を流通する供給水の高温条件の熱交換が行なわれる。熱媒体は、第２熱交換部６から下方の下部熱交換空間９へ流下し、貯留される。供給水として使用する水は、通常市水等を用いることができる。
【００２５】
また、熱交換ユニット２０には、第１熱交換部７への導入流路Ｗａに供給された供給水が、第１熱交換部７から接続流路Ｗｂを介して第２熱交換部６に流通され、第２熱交換部６の供出流路Ｗｃから加温水として供出される温水流路Ｗと、導入流路Ｗａから分岐され、接続流路Ｗｂと接続されるバイパス流路Ｂと、が備えられ、温水流路Ｗあるいはバイパス流路Ｂに設けられた制御弁Ｖを制動する制御部５によって、バイパス流量が調整される。バイパス流量は、下部連通流路Ｌｂに設けられた温度センサＳの出力を指標とし、本体ユニット１０へ還流される熱媒体の温度が所定の範囲内（例えばガス焚きの場合は約４５〜５５℃，油焚きの場合は約５５℃）になるように制御される。第１熱交換部７に供給される供給水が低温の場合等、本体ユニット１０における燃焼排ガスの冷却による多量の凝縮水の発生に伴う低温腐食等の発生を防止することができる。本体ユニット１０に対して、供給水の温度条件や加温水の温度条件等の変動要素を調整し、安定した熱交換効率を確保するとともに、低温腐食等の発生の防止を図ることができる。このように、両熱交換器６，７について、各々異なる機能を有することによって、種々の加温水の条件や要求仕様に対応可能な温水器を構成することが可能となった。
【００２６】
上部熱交換空間８には、本体ユニット１０が稼動する限りにおいて常に定温の熱媒体が供給されることから、第２熱交換部６は、非常に安定な伝熱機能を有することができる。従って、供給水の吸熱機能も安定することから、非常に安定した温度の加温水を供給することができる。また、上部熱交換空間８は、第２熱交換部６において効率的に熱媒体との熱交換が行なわれる範囲において、その形状・容積は問わない。第２熱交換部６において吸熱した供給水は、約７０〜８０℃に加温され、加温水として供出される。加温水は、給湯用や暖房用等の給温水等産業用の温水として使用される。また、本温水器では、供給水の供給量は、循環ポンプＰによって調整されるが、昇圧ポンプと絞り弁や比例弁との組合せも可能である。
【００２７】
バイパス流量を調整する制御弁Ｖについて、図１では第１熱交換部７への供給流量とバイパス流量の比率を変更することができる三方弁を例示したが、これに限定されず種々の構成の適用が可能である。例えば、図２（Ａ）に例示するように、第１熱交換部７への供給流路とバイパス流路Ｂに、弁（開閉弁または制御弁）Ｖ１，Ｖ２を配設し、各流量を調整する構成が可能である。具体的には、以下の構成・機能を挙げることができる。
（ａ）開閉弁Ｖ１，Ｖ２を設け、その一方を開，他方を閉としてそれぞれの流路切換えを行い、バイパス流量を調整する。各開閉弁Ｖ１，Ｖ２の開閉時間は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
（ｂ）開閉弁Ｖ１，Ｖ２を設け、通常開閉弁Ｖ１を開として第１熱交換部７に供給水を供給するとともに、バイパス流量を開閉弁Ｖ２のみ開閉させて調整する。さらに多くのバイパス流量が必要な場合には、開閉弁Ｖ２を開とするとともに、開閉弁Ｖ１のみ開閉させてバイパス流量を調整する。各開閉弁Ｖ１，Ｖ２の開閉時間は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
（ｃ）制御弁Ｖ１，Ｖ２を設け、制御弁Ｖ１の開度（閉を含む）を調整して第１熱交換部７への供給水量を制御するとともに、制御弁Ｖ２の開度を調整してバイパス流量を制御する。各制御弁Ｖ１，Ｖ２の開度は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
導入流路Ｗａに供給された供給水は、弁Ｖ１，第１熱交換部７を介して接続流路Ｗｂに流通されるとともに、バイパス流路Ｂ，弁Ｖ２を介して接続流路Ｗｂに流通され、集合して第２熱交換部６に流通される。バイパス流量は、下部連通流路Ｌｂに設けられた温度センサＳの出力を指標とし、本体ユニット１０へ還流される熱媒体の温度が所定の範囲内（例えばガス焚きの場合は約４５〜５５℃，油焚きの場合は約５５℃）になるように制御される。第２熱交換部６に流通された供給水は、供出流路Ｗｃから加温水として供出される。
【００２８】
また、第１熱交換部７に流通させる供給水の流量が調整されるバイパス流量の調整・制御を、図２（Ｂ）に例示するように、第１熱交換部７が直列に配設された複数（２つ）の熱交換単位７ａ，７ｂによって構成され、各熱交換単位７ａ，７ｂの接続部が分岐され（分岐流路Ｂａ）バイパス流路Ｂに接続される構成によって行うことが可能である。なお、熱交換単位の数は、２つに限られるものではなく、制御精度に応じて増加させることができる（分岐流路の数も同様である）。凝縮水の発生は、短時間の燃焼排ガス温度の低下によっても生じることから、燃焼排ガスと熱交換される本体ユニットへ還流される熱媒体の温度制御は、特に迅速性が要求される。第１熱交換部７が有する２つの機能について、
（ｉ）第２熱交換部６へ供給される供給水の予熱機能を主として熱交換単位７ｂが担い、（ii）本体ユニットへ還流される熱媒体の温度制御機能を、熱交換単位７ａが担う
ことによって、温熱の効果的な回収を図るとともに、迅速に当該熱媒体の温度の安定性を確保することができる。具体的には、第１熱交換部７への供給流路Ｗｄ，分岐流路Ｂａおよびバイパス流路Ｂに、弁（開閉弁または制御弁）Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を配設し、以下の構成・機能を挙げることができる。
（ａ）開閉弁Ｖ１〜Ｖ３を設け、その１つを開，他を閉としてそれぞれの流路切換えを行い、第１熱交換部７全体を通過する供給水量，熱交換単位７ｂのみを通過する供給水量およびバイパス流量を調整する。各開閉弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉時間は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
（ｂ）開閉弁Ｖ１〜Ｖ３を設け、通常開閉弁Ｖ１のみを開として第１熱交換部７に供給水を供給するとともに、熱交換単位７ｂのみに供給する場合には開閉弁Ｖ３のみを開とし、全量バイパスさせる場合には開閉弁Ｖ２のみを開とすることによって、第１熱交換部７への供給水量（バイパス流量）を調整する。各開閉弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉時間は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
（ｃ）制御弁Ｖ１〜Ｖ３を設け、制御弁Ｖ１の開度（閉を含む）を調整して第１熱交換部７への供給水量を制御するとともに、制御弁Ｖ２の開度を調整してバイパス流量を制御する。と同時に、制御弁Ｖ３の開度を調整して熱交換単位７ｂへの供給水量を制御する。各制御弁Ｖ１〜Ｖ３の開度は、温度センサＳの出力を指標として決定される。
導入流路Ｗａに供給された供給水が、（ｉ）弁Ｖ１，第１熱交換部７（熱交換単位７ａおよび熱交換単位７ｂ）、（ii）分岐流路Ｂａ，弁Ｖ３，熱交換単位７ｂ、（iii）バイパス流路Ｂ，弁Ｖ２、という３つの流路のいずれか、あるいはそのいくつかを介して接続流路Ｗｂに流通され、集合して第２熱交換部６に流通される。バイパス流路Ｂおよび分岐流路Ｂａを流通するバイパス流量は、下部連通流路Ｌｂに設けられた温度センサＳの出力を指標とし、本体ユニット１０へ還流される熱媒体の温度が所定の範囲内（例えばガス焚きの場合は約４５〜５５℃，油焚きの場合は約５５℃）になるように制御される。調整されたバイパス流量の、バイパス流路Ｂと分岐流路Ｂａに流れる流量比率は、供給水の温度や流量によって制御される。第２熱交換部６に流通された供給水は、供出流路Ｗｃから加温水として供出される。
【００２９】
下部熱交換空間９において、低温の熱媒体（出口温度約４５〜６０℃）と第１熱交換部７内部を流通する供給水（入口温度約２０〜３０℃）の熱交換が行われ、吸熱した供給水は加温され、第２熱交換部６に移送される。下部熱交換空間９の熱媒体は、下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂを介して本体ユニット１０へ移送される。このとき、供給水の入口温度が低くなり、液相の熱媒体の温度が所定の温度（例えばガス焚きの場合は約４５〜５５℃，油焚きの場合は約５５℃）を下回る場合には、供給水のバイパス流量を増加するように制御される。第１熱交換部７において吸熱される温熱を減少させることによって、熱媒体の温度を上昇させることができる。なお、制御温度は、温水器の構成、例えば無圧式と真空式の相違や、ガス焚きと油焚き等燃料の相違等によって異なる値に設定される。温熱の効果的な回収を図るとともに、低温腐食等の発生を防止するために最適な温度が設定される。
【００３０】
〔本温水器における流体移送に伴う温熱の移送機能〕
本温水器においては、３つの流体は移送され、その流体間において温熱が移送される。具体的には、本体ユニット１０において燃焼室１で発生した燃焼排ガス、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０間を循環する熱媒体、および熱交換ユニット２０において加温される供給水という、３つの流体が該当する。
（１）燃焼排ガスは、燃焼室１では、発生直後の高温の状態から（約７００〜８００℃）、水管群１ｂで熱交換して減温され（約１５０〜２００℃）、排気部１ｃから排出される。
（２）熱媒体は、燃焼室１では、水管群１ｂの内部を流通し、燃焼排ガスとの熱交換によって燃焼熱を吸収して一部が加温され（約８０〜９０℃）、上部流通路Ｔｕ−上部連通流路Ｌｕを介して上部熱交換空間８に移送される。上部熱交換空間８では、第２熱交換部６で熱交換して減温され、下部熱交換空間９に流下し、さらに第１熱交換部７で熱交換して減温される（約４５〜６０℃）。下部熱交換空間９の低温条件の熱媒体は、下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂを介して水管群等１ｂの内部を流通し、熱交換して加温，上方へ移送され（約８０〜９０℃）、循環流を形成する。
（３）供給水（入口温度約２０〜３０℃）は、第１熱交換部７に流通，加温され、次いで第２熱交換部６に流通，加温され（約７０〜８０℃）、加温水として供給される。このとき、供給水の入口温度が例えば５℃以下の場合等、本体ユニット１０に還流される熱媒体の温度が所定の温度（例えばガス焚きの場合は約４５〜５５℃，油焚きの場合は約５５℃）を下回る場合には、供給水のバイパス流量を増加させて所望の温度となるように制御される。
【００３１】
＜本温水器の第２構成例＞
本温水器は、図２に例示するように、下部連通流路Ｌｂに熱回収部Ｅを備え、本体ユニット１０の燃焼室１で発生した燃焼排ガスと熱交換ユニット２０から下部連通流路Ｌｂに流通される熱媒体との熱交換を行なうことが好適である（第２構成例）。燃焼排ガスからの温熱の吸収と熱媒体への温熱の給熱の促進を図ると同時に、燃焼排ガスの段階的な減温によって、低温腐食等の可能性あるいはその影響の大きい水管群での燃焼排ガスと熱媒体との熱交換の負荷を低減し、低温腐食等の防止を図ることができる。以下、第１構成例と共通する事項については、説明を省略することがある。
【００３２】
具体的には、下部連通流路Ｌｂに設けられた熱回収部Ｅに、本体ユニット１０において減温された燃焼排ガス（約１５０〜２００℃）と、熱交換ユニット２０において減温されるとともに、所定温度に制御された熱媒体（約４５〜６０℃）が導入される。熱媒体を介して本体ユニット１０への温熱の供給（還流）と燃焼排ガスの段階的な減温を図ることができる。特に、供給水のバイパス流量の制御と併せて用いることによって、熱回収部Ｅにおける燃焼排ガスの過度の温度低下つまり低温腐食等の発生を防止するとともに、本体ユニット１０に還流する熱媒体の加温による本体ユニット１０での温熱の有効利用を図ることができる。
【００３３】
＜本温水器の第３構成例＞
本温水器は、上記第１構成例における無圧式温水器に代えて、図３に例示するような、真空式温水器を構成することができる（第３構成例）。以下、第１構成例と共通する事項については、説明を省略することがある。
【００３４】
本体ユニット１０において、燃焼バーナ１ｄと上部排気部１ｃを有し、内部を熱媒体が流通する上部水管群１ｂが備えられた燃焼室１と、燃焼室１の下方に配設され、排ガス流通路２ａと下部排気部２ｃを有し、内部を熱媒体が流通し上部水管群１ｂと下部流通路Ｔｂに接続される下部水管群２ｂが備えられた対流室２と、上部排気部１ｃと排ガス流通路２ａとを接続する接続路３と、燃焼室２の上部に配設され、上部水管群１ｂと上部流通路Ｔｕに接続される減圧蒸気室４と、を備える。
【００３５】
熱交換ユニット２０において、上部流通路Ｔｕを介して減圧蒸気室４と上部連通流路Ｌｕで連通し、気相の熱媒体が充たされる上部熱交換空間８と、下部流通路Ｔｂを介して下部水管群２ｂと下部連通流路Ｌｂで連通し、液相の熱媒体が充たされる下部熱交換空間９が形成されるとともに、上部熱交換空間８に第２熱交換部６、下部熱交換空間９に第１熱交換部７が配設される。供給水は、第１熱交換部７から第２熱交換部６に流通され、加温水として供出される。このとき、本温水器においては、供給水の一部あるいは全量が、第１熱交換部７をバイパスして第２熱交換部６に供給できるようにバイパス流路Ｂが設けられる。バイパス流量は、下部連通流路Ｌｂに設けられた温度センサＳの出力を指標として、制御部５によって制御弁Ｖが制御され、調整される。安定した熱交換効率を確保するとともに、低温腐食等の発生の防止を図ることができる。
【００３６】
このとき、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０において熱媒体の気相と液相の境界が形成されるとともに、本体ユニット１０内の熱媒体の流通経路において燃焼熱により発生する流通抵抗によって、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０の間に水位差が生じる。こうした水位差を利用し、無圧式温水器のように循環ポンプＰを用いずに、重力による自然循環系を形成することも可能である。従って、循環系を流通する熱媒体の移送量は、燃焼負荷率と本体ユニット１０の水位によって規定され、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０の水位差は、系全体の流通抵抗によって規定され、本体ユニット１０と熱交換ユニット２０の水位は、この循環系を流通する熱媒体の移送量と流通抵抗がバランスする位置で安定する。燃焼負荷率が増加すれば、循環系を流通する熱媒体の移送量が増加し、該流通抵抗も増加するとともに、水位差も増加する。
【００３７】
〔本体ユニット〕
本体ユニット１０内において、温熱の源であり、かつ１次的伝熱の場である燃焼室１に加え、２次的伝熱の場である対流室２、温熱移送の場である接続路３および減圧蒸気室４を有する。上方に燃焼室１、下方に対流室２を配設して上方から下方に燃焼排ガスを流通させることによって、上方の高温条件と下方の低温条件を形成するとともに、熱媒体を下方から上方に流通させて各段階において向流的に熱交換させることによって、非常に効率よく燃焼排ガスの燃焼熱を回収し、上方から気化させた熱媒体を取出すことができる。
【００３８】
燃焼室１で発生した燃焼熱は、上部水管群１ｂ内部（あるいは燃焼室１水冷壁の外周部）の熱媒体に移行される。吸熱した熱媒体は、その温度が通常８０〜９０℃に加熱され、気化された状態で維持されるとともに、減圧蒸気室４へ移送される。また、燃焼反応によって発生した燃焼排ガスは、減温されて（約１５０〜２００℃）排気部１ｃおよび接続部３を介して対流室２へ移送される。
【００３９】
減圧蒸気室４は、減圧条件（例えば−０．１ＭＰａ）に維持された空間が形成される。つまり、本体ユニット１０および熱交換ユニット２０において気相あるいは液相の熱媒体が充たされる空間は、例えば真空ポンプ等によって減圧され、熱媒体の常圧での沸点よりも低い温度で気相の熱媒体を形成することができように構成される。このとき、気相の熱媒体の温度は、上部水管群１ｂの内部温度と殆どバラツキがないことが確認されている。上部水管群１ｂの内部を含む熱媒体の対流効果によるものである。このように、減圧蒸気室４では、減圧条件における熱媒体の温度を通常８０〜９０℃に加熱した状態（減圧沸騰した状態）で維持され、上部連通流路Ｌｕを介して熱交換ユニット２０へ移送される。
【００４０】
対流室２には、排ガス流通路２ａと下部水管群等２ｂと下部排気部２ｃが備えられる。接続路３を介して対流室２に給送された燃焼排ガスの燃焼熱は、燃焼排ガスが排ガス流通路２ａを流通する間に、下部水管群等２ｂ内を流通する熱媒体によって吸収される。ここで、下部水管群等２ｂには、外周にフィンを配した中空菅を用いることが好ましい。フィンの伝熱面積を確保することができ、熱交換効率のさらなる向上を図ることができる。従って、排ガス流通路２ａを流通する燃焼排ガスは、効率よく吸熱された状態（約７０〜８０℃）で、下部排気部２ｃを介して対流室２から排出される。このように、燃焼室１および対流室２において、それぞれ異なる機能を有する２段階の熱交換によって、燃焼熱を非常に効率よく熱媒体に吸熱させることができる。上部水管群等１ｂ内部の熱媒体の水位は、沸騰状態で気液混合状態であればその平均的水位が相当すると推定される。
【００４１】
〔熱交換ユニット〕
熱交換ユニット２０においては、気相の熱媒体が存在する上部熱交換空間８に第２熱交換部６が配設され、液相の熱媒体が存在する下部熱交換空間９の液層内に第１熱交換部７が配設される。上方に配設された第２熱交換部６において、高温（約８０〜９０℃）の気相の熱媒体と第２熱交換部６内部を流通する供給水の高温条件の熱交換（潜熱の吸熱）が行なわれる。気相の熱媒体は、その潜熱を放出しながら第２熱交換部６の表面で凝縮し、液滴状の液相の熱媒体を形成する。液相の熱媒体は、所定の大きさに拡大した状態で、第２熱交換部６の上部から流下する熱媒体の流れに沿って下方の下部熱交換空間９へ落下し、貯留される。
【００４２】
また、導入流路Ｗａに供給された供給水は、その一部がバイパス流路Ｂに流通されるとともに、第１熱交換部７に流通される。第１熱交換部７を流通した供給水はバイパス流路を流通した供給水と合流されて、接続流路Ｗｂを介して第２熱交換部６に流通され、供出流路Ｗｃから加温水として供出される。バイパス流量は、下部連通流路Ｌｂに設けられた温度センサＳの出力を指標とし、本体ユニット１０へ還流される熱媒体の温度が所定の範囲内になるように、温水流路Ｗあるいはバイパス流路Ｂに設けられた制御弁Ｖを制動する制御部５によって、制御される。第１熱交換部７に供給される供給水が低温の場合等、本体ユニット１０における燃焼排ガスの冷却による多量の凝縮水の発生に伴う低温腐食等の発生を防止することができる。本体ユニット１０に対して、供給水の温度条件や加温水の温度条件等の変動要素を調整し、安定した熱交換効率を確保するとともに、低温腐食等の発生の防止を図ることができる。
【００４３】
本体ユニット１０が稼動する限りにおいて、上部熱交換空間８には常に気相の熱媒体が供給されることから、第２熱交換部６は、非常に安定な伝熱機能を有することができる。従って、供給水の吸熱機能も安定することから、非常に安定した温度の加温水を供給することができる。第２熱交換部６において吸熱した供給水は、約７０〜８０℃に加温され、加温水として供出される。
【００４４】
下部熱交換空間９には、第２熱交換部６において凝縮した液相の熱媒体を含む循環系を流通する熱媒体が収集され、貯留される。下部熱交換空間９の液相の熱媒体内（液層内）に配設される。第１熱交換部７においては、第２熱交換部６で生成した熱媒体の凝縮液からの吸熱（顕熱）が主となることから、より多くの熱媒体との接触が好ましい。第１熱交換部７をその液層内に浸漬させることによって、効率的な熱媒体の顕熱の吸熱を行なうことができる。また、所定の容積を有する下部熱交換空間９に浸漬させた構成によって、ほぼ一定の安定した温度条件で熱交換ができ、大流量の供給水に対しても十分に吸熱させることができる。従って、上部熱交換空間８における安定した熱交換機能と相俟って、安定性の高い熱交換ユニット２０を構成することができる。さらに、第１熱交換部７に高い熱交換機能を持たせることによって、第２熱交換部６における負荷を軽減し、熱交換ユニット２０全体として、より高い熱交換機能を確保することができる。
【００４５】
下部熱交換空間９において、液相の熱媒体（上層温度約８０〜９０℃、下層温度約４０〜５０℃）と第１熱交換部７内部を流通する供給水（入口温度約２０〜３０℃）の低温条件の熱交換（顕熱の吸熱）が行われ、吸熱した供給水は加温され、第２熱交換部６に移送される。このとき、熱媒体の液層内に浸漬させる第１熱交換部７については、熱交換効率の高い種々の形態の熱交換器を使用することができる。第２熱交換部６については、熱交換効率が高いことに加え、気相の熱媒体が凝縮しやすい表面を有し、発生した液滴の迅速な凝集が可能で、凝縮液を迅速に落下させることができる構成が要求される一方、液層内の第１熱交換部７には、熱交換効率の高さを最優先とする構成を選択することができる。具体的には、Ｕ字形状の熱交換器のみならず、フィン付水管を用いた熱交換器やプレート式熱交換器等を適用することができる。
【００４６】
下部熱交換空間９に貯留された液相の熱媒体は、下部連通流路Ｌｂ−下部流通路Ｔｂを介して本体ユニット１０へ移送される。このとき、下部熱交換空間９は、液相の熱媒体の液面を確定し、維持する機能と同時に、本体ユニット１０内の液相の熱媒体の液面との水位差による本体ユニット１０への移送圧力の形成機能を有することによって、安定した熱媒体の循環系を形成することができる。また、下部熱交換空間９に存在する液相の熱媒体は、熱容量が大きいことから（特に水等を使用した場合）、供給水の温度変化（低温化）に対して急激な温度変化を生じることが少なく、安定した温度の熱媒体を本体ユニット１０に還流することができる。従って、急激な供給水の温度低下が生じた場合であっても、オーバーシュートやアンダーシュートの発生を伴うような急激な変化を起こすことのないバイパス流量の制御を行うことができる。
【００４７】
〔本温水器における流体移送に伴う温熱の移送機能〕
本温水器において、以下のように、燃焼排ガス，熱媒体および供給水という３つの流体間において温熱が移送される。
（１）燃焼排ガスは、燃焼室１では、発生直後の高温の状態から（約７００〜８００℃）、上部水管群１ｂで熱交換して減温され（約１５０〜２００℃）、上部排気部１ｃ，接続路３を介して対流室２に導入される。対流室２では、下部水管群等２ｂで熱交換して減温され、排ガス流通路２ａを流通して下部排気部２ｃから排出される。
（２）熱媒体は、燃焼室１では、上部水管群１ｂの内部を流通し、燃焼排ガスとの熱交換によって燃焼熱を吸収して一部が加温，気化され（約８０〜９０℃）、減圧蒸気室４，上部連通流路Ｌｕを介して上部熱交換空間８に移送される。上部熱交換空間８では、第２熱交換部６で熱交換して減温，凝縮され（約８０〜９０℃）、凝縮液として下部熱交換空間９に滴下し、液相の熱媒体として貯留される。液相の熱媒体は、さらに第１熱交換部７で熱交換して減温される。下部熱交換空間９の液相の熱媒体は、下部連通流路Ｌｂおよび下部熱媒体室５を介して対流室２に導入され、下部水管群等２ｂの内部を流通し、熱交換して加温，上方へ移送され（約８０〜９０℃）、再度上部水管群１ｂの内部を流通する（循環流を形成）。
（３）供給水（入口温度約２０〜３０℃）は、第１熱交換部７に流通，加温され、次いで第２熱交換部６に流通，加温され（約７０〜８０℃）、加温水として供給される。また、第２構成例同様、供給水のバイパス流量が制御される。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 本体ユニット
２０ 熱交換ユニット
１ 燃焼室
１ａ 燃焼バーナ
１ｂ 水管群
１ｃ 排気部
１ｄ 火炎
２ 対流室
２ａ 排ガス流通路
２ｂ 下部水管群等
２ｃ 下部排気部
３ 接続路
４ 減圧蒸気室
５ 制御部
６ 第２熱交換部
７ 第１熱交換部
７ａ，７ｂ 熱交換単位
８ 上部熱交換空間
９ 下部熱交換空間
Ｂ バイパス流路
Ｂａ 分岐流路
Ｅ 第３熱交換部
Ｓ 温度センサ
Ｌｕ 上部連通流路
Ｌｂ 下部連通流路
Ｐ 循環ポンプ
Ｓ 温度センサ
Ｔｕ 上部流通路
Ｔｂ 下部流通路
Ｖ 制御弁
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 弁（開閉弁または制御弁）
Ｗ 温水流路
Ｗａ 導入流路
Ｗｂ 接続流路
Ｗｃ 供出流路
Ｗｄ 供給流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼バーナと内部を熱媒体が流通する水管群が備えられた燃焼室と、該燃焼室の上部に配設されて前記水管群と接続する上部流通路と、前記燃焼室の下方に配設されて前記水管群と接続する下部流通路と、を備えた本体ユニットと、
前記上部流通路と上部連通流路で連通し、高温の熱媒体が流下する上部熱交換空間と、前記下部流通路と下部連通流路で連通し、低温の熱媒体が流通する下部熱交換空間と、が形成され、前記上部熱交換空間に第２熱交換部が配設され、前記下部熱交換空間に第１熱交換部が配設されるとともに、
前記第１熱交換部への導入流路に供給された供給水が、前記第１熱交換部から接続流路を介して前記第２熱交換部に流通され、前記第２熱交換部の供出流路から加温水として供出される温水流路と、前記導入流路から分岐され、前記接続流路と接続されるバイパス流路と、を備えた熱交換ユニットと、
を有することを特徴とする温水器。
【請求項２】
前記燃焼室で発生した燃焼排ガスが、前記水管群で前記熱媒体と熱交換され、減温されて排気部から排出され、
前記水管群の内部を充たす熱媒体が、前記燃焼排ガスとの熱交換によって燃焼熱を吸収して加温され、前記上部流通路を介して前記上部熱交換空間に移送され、前記第２熱交換部で熱交換して減温されて前記下部熱交換空間に流下し、前記第１熱交換部で熱交換して減温され、前記下部流通路を介して前記水管群の内部を流通する、循環流が形成され、
供給水が、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部に流通され、加温されて加温水として供出されるとともに、前記下部連通流路に設けられた温度センサの出力が入力され、前記温水流路あるいは前記バイパス流路に設けられた制御弁を制動する制御部によって、前記バイパス流路に流通させる供給水の流量が調整されることを特徴とする請求項１記載の温水器。
【請求項３】
前記第１熱交換部が直列に配設された複数の熱交換単位によって構成され、各熱交換単位の接続部が分岐され前記バイパス流路に接続されるとともに、前記第１熱交換部に流通させる供給水の流量が調整されることを特徴とする請求項１または２記載の温水器。
【請求項４】
前記本体ユニットが、無圧式温水器を構成し、
前記水管群において加温された液相の前記熱媒体が、前記上部流通路を介して前記上部熱交換空間に移送され、前記第２熱交換部で熱交換して減温されて前記下部熱交換空間に流下し、前記第１熱交換部で熱交換して減温され、前記下部流通路を介して前記水管群の内部を流通する、同相の熱媒体の循環流が形成されることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の温水器。
【請求項５】
前記下部連通流路に熱回収部を備え、前記本体ユニットの燃焼室で発生した燃焼排ガスと前記熱交換ユニットから前記下部連通流路に流通される熱媒体との熱交換を行なうことを特徴とする請求項４記載の温水器。
【請求項６】
前記本体ユニットが、減圧式温水器を構成し、
前記燃焼バーナと上部排気部を有し、内部を熱媒体が流通する上部水管群が備えられた燃焼室と、
該燃焼室の下方に配設され、排ガス流通路と下部排気部を有し、内部を熱媒体が流通し前記上部水管群と前記下部流通路に接続される下部水管群が備えられた対流室と、
前記上部排気部と前記排ガス流通路とを接続する接続路と、
前記燃焼室の上部に配設され、前記上部水管群と前記上部流通路に接続される減圧蒸気室と、
を備えるとともに、前記熱交換ユニットが、
前記上部流通路を介して前記減圧蒸気室と上部連通流路で連通し、気相の熱媒体が充たされる上部熱交換空間と、
前記下部流通路を介して前記下部水管群と下部連通流路で連通し、液相の熱媒体が充たされる下部熱交換空間が形成されるとともに、
前記上部熱交換空間に前記第２熱交換部、前記下部熱交換空間に前記第１熱交換部が配設されることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の温水器。
【請求項１】
燃焼バーナと内部を熱媒体が流通する水管群が備えられた燃焼室と、該燃焼室の上部に配設されて前記水管群と接続する上部流通路と、前記燃焼室の下方に配設されて前記水管群と接続する下部流通路と、を備えた本体ユニットと、
前記上部流通路と上部連通流路で連通し、高温の熱媒体が流下する上部熱交換空間と、前記下部流通路と下部連通流路で連通し、低温の熱媒体が流通する下部熱交換空間と、が形成され、前記上部熱交換空間に第２熱交換部が配設され、前記下部熱交換空間に第１熱交換部が配設されるとともに、
前記第１熱交換部への導入流路に供給された供給水が、前記第１熱交換部から接続流路を介して前記第２熱交換部に流通され、前記第２熱交換部の供出流路から加温水として供出される温水流路と、前記導入流路から分岐され、前記接続流路と接続されるバイパス流路と、を備えた熱交換ユニットと、
を有することを特徴とする温水器。
【請求項２】
前記燃焼室で発生した燃焼排ガスが、前記水管群で前記熱媒体と熱交換され、減温されて排気部から排出され、
前記水管群の内部を充たす熱媒体が、前記燃焼排ガスとの熱交換によって燃焼熱を吸収して加温され、前記上部流通路を介して前記上部熱交換空間に移送され、前記第２熱交換部で熱交換して減温されて前記下部熱交換空間に流下し、前記第１熱交換部で熱交換して減温され、前記下部流通路を介して前記水管群の内部を流通する、循環流が形成され、
供給水が、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部に流通され、加温されて加温水として供出されるとともに、前記下部連通流路に設けられた温度センサの出力が入力され、前記温水流路あるいは前記バイパス流路に設けられた制御弁を制動する制御部によって、前記バイパス流路に流通させる供給水の流量が調整されることを特徴とする請求項１記載の温水器。
【請求項３】
前記第１熱交換部が直列に配設された複数の熱交換単位によって構成され、各熱交換単位の接続部が分岐され前記バイパス流路に接続されるとともに、前記第１熱交換部に流通させる供給水の流量が調整されることを特徴とする請求項１または２記載の温水器。
【請求項４】
前記本体ユニットが、無圧式温水器を構成し、
前記水管群において加温された液相の前記熱媒体が、前記上部流通路を介して前記上部熱交換空間に移送され、前記第２熱交換部で熱交換して減温されて前記下部熱交換空間に流下し、前記第１熱交換部で熱交換して減温され、前記下部流通路を介して前記水管群の内部を流通する、同相の熱媒体の循環流が形成されることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の温水器。
【請求項５】
前記下部連通流路に熱回収部を備え、前記本体ユニットの燃焼室で発生した燃焼排ガスと前記熱交換ユニットから前記下部連通流路に流通される熱媒体との熱交換を行なうことを特徴とする請求項４記載の温水器。
【請求項６】
前記本体ユニットが、減圧式温水器を構成し、
前記燃焼バーナと上部排気部を有し、内部を熱媒体が流通する上部水管群が備えられた燃焼室と、
該燃焼室の下方に配設され、排ガス流通路と下部排気部を有し、内部を熱媒体が流通し前記上部水管群と前記下部流通路に接続される下部水管群が備えられた対流室と、
前記上部排気部と前記排ガス流通路とを接続する接続路と、
前記燃焼室の上部に配設され、前記上部水管群と前記上部流通路に接続される減圧蒸気室と、
を備えるとともに、前記熱交換ユニットが、
前記上部流通路を介して前記減圧蒸気室と上部連通流路で連通し、気相の熱媒体が充たされる上部熱交換空間と、
前記下部流通路を介して前記下部水管群と下部連通流路で連通し、液相の熱媒体が充たされる下部熱交換空間が形成されるとともに、
前記上部熱交換空間に前記第２熱交換部、前記下部熱交換空間に前記第１熱交換部が配設されることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の温水器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２９２８６（Ｐ２０１３−２９２８６Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６７１５０（Ｐ２０１１−１６７１５０）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（５０５２２９４７２）株式会社日本サーモエナー (24)
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（５０５２２９４７２）株式会社日本サーモエナー (24)
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