温水装置
【課題】燃焼器の駆動を停止させるようなことなく、ドレインの発生を適切に防止または抑制し得るとともに、顕熱回収用の熱交換器の熱交換効率を高くすることが可能な温水装置を提供する。
【解決手段】燃焼ガスから顕熱を回収するための水管４を有する顕熱回収用の熱交換器ＨＴを備えており、水管４は、高温ガス接触部Ｐ１と低温ガス接触部Ｐ２とを有している、温水装置Ａ１であって、水管４に供給された水が高温ガス接触部Ｐ１と低温ガス接触部Ｐ２とに分岐して流れ込むように構成された配管部４４ａ，４４ｂと、高温ガス接触部Ｐ１の一部を通過してから低温ガス接触部Ｐ２に流れ込む水量と高温ガス接触部Ｐ１を通過することなく低温ガス接触部Ｐ２に流れ込む水量とを変更可能とする流量調整バルブ５２Ｃを含む通水状態変更手段と、を備えている。
【解決手段】燃焼ガスから顕熱を回収するための水管４を有する顕熱回収用の熱交換器ＨＴを備えており、水管４は、高温ガス接触部Ｐ１と低温ガス接触部Ｐ２とを有している、温水装置Ａ１であって、水管４に供給された水が高温ガス接触部Ｐ１と低温ガス接触部Ｐ２とに分岐して流れ込むように構成された配管部４４ａ，４４ｂと、高温ガス接触部Ｐ１の一部を通過してから低温ガス接触部Ｐ２に流れ込む水量と高温ガス接触部Ｐ１を通過することなく低温ガス接触部Ｐ２に流れ込む水量とを変更可能とする流量調整バルブ５２Ｃを含む通水状態変更手段と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯器などとして構成される温水装置、さらに詳しくは、燃焼器で発生させた燃焼ガスから熱交換器の水管を利用して熱を回収することにより湯を生成するタイプの温水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器を備えた温水装置においては、省エネ化や運転コストの低減化などの種々の観点から、熱交換器の熱交換効率をできる限り高くすることが望まれる。従来の一般的な給湯器では、高位発熱量計算で８６％程度の熱交換率を達成しているが、この数値は、未だ十分とはいえず、改善の余地がある。その改善策としては、熱交換器の水管に通水を行なわせる場合に、この水管に作用する燃焼ガスの温度が低い部分から高い部分に向けて水を流通させることが有効である。具体的には、水管が燃焼ガスの流れ方向に複数段に並んで設けられている場合、この水管には、燃焼ガス流れ方向下流部分から入水を行なわせ、この水が燃焼ガス流れ方向上流に向けて流れるようにする。このように燃焼ガスの進行方向と水管への通水方向とを対向させれば、それらが同方向とされている場合よりも熱交換効率が高くなる。
【０００３】
ただし、前記手段を採用した場合、たとえば水管への入水温度が低いときに、燃焼ガス中の水蒸気が凝縮（結露）し、熱交換器内にドレイン（凝縮水）が発生し易くなる。一般に、このドレインは、燃焼ガス中の硫黄酸化物や窒素酸化物などを吸収したＰＨ３程度の強酸性であり、熱交換器がたとえば銅製である場合、この熱交換器を腐食させる。また、このドレインを強酸性のまま外部に排出させることは適切でないため、中和器を用いるなどしてドレインの中和処理を行なう必要が生じ、そのコストが嵩む。温水装置の製作に際しては、前記したような不具合を回避する観点から、熱交換効率をできる限り低下させることなく、ドレインの発生を防止したい場合がある。
【０００４】
温水装置としては、顕熱が回収された後の燃焼ガスから潜熱をも回収するように構成されたいわゆる潜熱回収型のものもある。このような温水装置では、潜熱回収用の熱交換器において多量のドレインが発生するために、その材質はたとえばステンレスとされている。ところが、このような温水装置であっても、顕熱回収用の熱交換器については、その製造コストを廉価にするなどの観点からその材質を銅製とする場合が多い。したがって、潜熱回収用の熱交換器を備えた温水装置であっても、顕熱回収用の熱交換器の部分においては、ドレインが発生しないようにすることが要請される。
【０００５】
従来においては、ドレインの発生を抑制可能な給湯器の一例として、特許文献１に記載のものがある。この従来の給湯器は、熱交換器への入水温度が所定温度以下となって、ドレインが発生する条件になると、その時点で燃焼器への燃料供給が停止され、燃焼器の駆動が停止されるように構成されている。
【０００６】
しかしながら、前記従来技術においては、ドレインが発生する条件になると、燃焼器の駆動が停止されるために、給湯がなされている最中にその給湯が突然途絶え、暖かい湯に代わって、非加熱の低温の水が供給されるという不具合を生じる。とくに、冬季などの入水温度が低くなる季節には、ドレインが発生し易くなり、前記した不具合は頻発することとなるため、ユーザにとっては非常に不便となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平４−３８９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、燃焼器の駆動を停止させるようなことなく、ドレインの発生を適切に防止または抑制し得るとともに、顕熱回収用の熱交換器の熱交換効率を高くすることが可能な温水装置を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１０】
本発明により提供される温水装置は、燃焼器と、この燃焼器によって発生された燃焼ガスから顕熱を回収するための水管を有する顕熱回収用の熱交換器と、を備えており、前記水管は、燃焼ガス流れ方向上流寄りに位置する高温ガス接触部と、燃焼ガス流れ方向下流寄りに位置する低温ガス接触部とを有している、温水装置であって、前記水管に供給された水を前記高温ガス接触部の一部に流れさせてから前記低温ガス接触部に流入させることが可能な配管部と、前記水管に供給された水が前記低温ガス接触部に流入する前に前記高温ガス接触部を流れる距離または流量を変更可能とする通水状態変更手段と、を備えており、前記配管部は、前記水管に供給された水が前記高温ガス接触部と前記低温ガス接触部とに分岐して流れ込むように構成され、前記通水状態変更手段は、前記高温ガス接触部の一部を通過してから前記低温ガス接触部に流れ込む水量と、前記高温ガス接触部を通過することなく前記低温ガス接触部に流れ込む水量とを変更可能とする流量調整バルブを含んでいることを特徴としている。
【００１１】
このような構成によれば、水管の低温ガス接触部に流れ込む水の温度を、流量調整バルブの制御によって変更することができ、本発明が意図する作用が適切に得られる。すなわち、本来的に最も結露を生じ易い低温ガス接触部が露点以下の温度にならないようにし、熱交換器に結露を生じないようにすることができる。もちろん、その際、低温ガス接触部に流入する水の温度をあまり高くし過ぎないようにすれば、結露を生じない範囲において高い熱交換効率が得られる。このようなことから、本発明によれば、燃焼器の駆動を停止させることなく、顕熱回収用の熱交換器にドレインが発生することを適切に防止または抑制し、しかも高い熱交換効率を達成することができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記熱交換器に結露が生じる可能性を判断する判断手段を備えており、この判断手段により結露の可能性があると判断されたときには、前記高温ガス接触部の一部を通過してから前記低温ガス接触部に流れ込む水量が増加するように前記流量調整バルブが制御される構成とされている。
【００１３】
このような構成によれば、流量調整バルブの制御がいわゆる自動化されることとなるため、ユーザにとって便利である。
【００１４】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】温水装置の一例を示す一部断面正面図である。
【図２】図１に示す温水装置の熱交換器を示す要部断面図である。
【図３】図２に示す熱交換器の上段部分と下段部分とを模式的に示す平面断面説明図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、図２および図３に示した熱交換器の通水状態の一例を示す説明図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、図２および図３に示した熱交換器の通水状態の他の例を示す説明図である。
【図６】図１に示す温水装置に具備された制御部が保持するドレイン発生限界のデータの一例を示す説明図である。
【図７】図１に示す温水装置に具備された制御部が保持するドレイン発生限界のデータの他の例を示す説明図である。
【図８】図１に示す温水装置に具備された制御部の動作処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係る温水装置の一例を示す要部断面図である。
【図１０】図９に示す温水装置の熱交換器の上段部分と下段部分とを模式的に示す平面断面説明図である。
【図１１】温水装置の他の例を示す一部断面正面図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、温水装置の他の例を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１７】
図９および図１０は、本発明が適用された温水装置の一例を示している。ただし、その温水装置の基本的な構成について、図１〜図８を参照して先に説明する。図１に示す温水装置Ａ１は、逆燃焼式の給湯装置として構成されており、燃焼器１、熱交換器ＨＴ、底部ケーシング３０、消音器３１、および制御部６を具備している。
【００１８】
燃焼器１は、たとえばオイル燃焼器であり、噴霧ノズル１０から灯油などの燃料オイルを下向きに噴射させ、点火プラグ１２により着火させて燃焼させるものである。噴霧ノズル１０には、図示されていない燃料タンクから電磁弁１５ａや配管１５ｂなどを介して燃料オイルが供給される。この燃焼器１の缶体１１内には送風ファン１３から燃焼用空気が下向きに送り込まれ、この燃焼用空気は、噴霧ノズル１０の周囲からその下方領域にわたって延びた燃焼筒１４内に進入するようになっている。燃焼筒１４は、その周壁に複数の通気孔を有しており、この燃焼筒１４内において前記燃焼用空気を旋回流とし、噴霧された燃料オイルと燃焼用空気との混合を促進する役割を果たす。
【００１９】
燃焼器１により発生された燃焼ガスは、燃焼器１の下方の缶体２１から熱交換器ＨＴを下向きに通過して底部ケーシング３０内に進入し、その後上向きにＵターンして消音器３１内に流入する。この消音器３１は、内部に吸音材（図示略）を有しており、燃焼ガスはこの消音器３１内を通過してこの消音器３１の排気口３１ａから排ガスとして外部に排出される。
【００２０】
熱交換器ＨＴは、燃焼ガスが内部を通過する缶体２０と、この缶体２０に貫通して設けられた水管４と、後述する通水経路切り換え部５Ａ，５Ｂを構成する２つの方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂとを備えている。缶体２０は、燃焼器１の燃焼部を囲む缶体２１とは別体に形成されているが、これらは一体に形成してもよい。水管４には、複数のフィン７０が設けられている。
【００２１】
図２に示すように、水管４は、缶体２０内において上下方向および水平方向に複数段、複数列に並んだ複数の熱交換用の管体部４ａ〜４ｊを有している。図面では、理解の容易のため、上下２段、水平方向５列の管体部４ａ〜４ｊを備えた単純な構成を具体例として挙げているが、管体部の配列や本数がこれに限定されないことは勿論である。熱交換器ＨＴに対する燃焼ガスの進行方向は、下向きであるため、まず上段の管体部４ａ〜４ｅには
熱が未回収状態の高温の燃焼ガスが作用し、その後この燃焼ガスは下段の管体部４ｆ〜４ｊに作用することとなる。したがって、この温水装置Ａ１においては、上段の管体部４ａ〜４ｅが高温ガス接触部Ｐ１であり、下段の管体部４ｆ〜４ｊが低温ガス接触部Ｐ２である。
【００２２】
図３の右側に示すように、下段の管体部４ｆ〜４ｊは、互いに隣り合う部分の端部どうしがＵ字管部４１を介して接続された構成であり、それらの内部は一連に繋がっている。下段の管体部４ｊと上段の管体部４ｅとは、配管部５１を介して接続されている。上段の管体部４ａ〜４ｅには、図３の左側に示すように、入水口４２ａ、出湯口４２ｂ、および通水経路切り換え部５Ａ，５Ｂが設けられている。
【００２３】
入水口４２ａには、水道管などの外部の給水管（図示略）から水が供給され、この水は、管体部４ａに流入するようになっている。通水経路切り換え部５Ａは、管体部４ａ〜４ｃの一端どうしを繋ぐ３本の配管部５０ａ、下段の管体部４ｆの一端に繋がった配管部５０ｂ、およびこれら配管部５０ａ，５０ｂの交差連結部分に設けられた方向切り換えバルブ５２Ａを有している。通水経路切り換え部５Ｂは、管体部４ｂ〜４ｄの一端どうしを繋ぐ３本の配管部５０ｃ、出湯口４２ｂに繋がった配管部５０ｄ、およびこれら配管部５０ｃ，５０ｄの交差連結部分に設けられた方向切り換えバルブ５２Ｂを有している。出湯口４２ｂから出湯した湯は、図１に示す缶体２１の周囲に巻かれた管体部４９を流通してから所望の給湯先に供給されるようになっている。
【００２４】
熱交換器ＨＴにおいては、次に述べるように、第１および第２の通水経路を切り換え設定可能となっている。第１の通水経路では、図４（ｂ）に示すように、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂは、矢印Ｎ１〜Ｎ４の方向に水を流通させるように設定される。この設定がなされると、入水口４２ａに供給された水は、管体部４ａを通過した後に、方向切り換えバルブ５２Ａおよび配管部５０ｂを経由して下段の管体部４ｆに導かれ、下段の管体部４ｆ〜４ｊを流通する。次いで、前記水は、配管部５１を経由して水管４の上段に戻り、管体部４ｅ，４ｄ，４ｃ，４ｂを通過してから方向切り換えバルブ５２Ｂを経て出湯口４２ｂに到達する。同図（ａ）では、前記した通水順路を、矢印ｎ１で模式的に示している。同図から容易に理解できるように、第１の通水経路の場合、水管４に供給された水は、下段の管体部４ｆ〜４ｊに流入する前に上段の１つの管体部４ａのみを通過している。そして、下段の管体部４ｆ〜４ｊを通過した水は、先に未通水となっていた管体部４ｂ〜４ｅの全てを通過しており、水管４に非通水状態の部分が発生しないようになっている。このことにより、水管４のいわゆる空炊き状態が回避される。
【００２５】
第２の通水経路では、図５（ｂ）に示すように、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂは、矢印Ｎ５〜Ｎ８の方向に水を流通させるように設定される。この設定がなされると、入水口４２ａに供給された水は、管体部４ａに加えて管体部４ｂ，４ｃをも通過してから下段の管体部４ｆ〜４ｊに向かう。次いで、それら管体部４ｆ〜４ｊを通過した水は、上段の管体部４ｅ，４ｄを通過してから出湯口４２ｂに到達する。同図（ａ）では、前記した通水順路を、矢印ｎ２で模式的に示している。同図から容易に理解できるように、第２の通水経路の場合、水管４に供給された水は、その下段の管体部４ｆ〜４ｊに流入する前に上段の３つの管体部４ａ〜４ｃを通過している。そして、下段の管体部４ｆ〜４ｊを通過した水は、先に未通水となっていた管体部４ｄ，４ｅを通過しており、やはり水管４に非通水状態の部分が発生しないようになっている。
【００２６】
制御部６は、ＣＰＵおよびこれに付属するメモリを備えて構成されており、温水装置Ａ１からの出湯温度が所望の温度となるようにこの温水装置Ａ１の各部の動作制御を実行する。また、この制御部６は、この熱交換器ＨＴ内に結露が発生する可能性があるか否かを判断し、その判断結果に応じて方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂの制御を行ない、前記
第１および第２のモードを切り換え設定するように構成されている。
【００２７】
より具体的には、この制御部６には、温水装置Ａ１におけるドレイン発生限界のデータが予め入力されている。図６にそのデータの一例を示す。同図のデータＤ１は、燃焼器１の燃焼火力が所定の場合に、ドレインの発生限界となる水管４への入水温度と流水量との値を示している。このデータＤ１のラインよりも下側領域の条件では、結露を生じず、ドレインは発生しない。燃焼器１の燃焼火力としては、たとえば燃焼器１に対する燃料オイルの供給量（単位時間あたりの供給量）の値が用いられている。データＤ１は、たとえば温水装置Ａ１の試験運転を行なうことにより求めることが可能であり、試験により求めれば、データの誤差を小さくすることができる。好ましくは、図６に示すようなドレイン発生限界のデータは、燃焼器１の異なる燃焼火力ごとに求められており、これら複数のデータが制御部６に記憶されている。
【００２８】
図７は、ドレイン発生限界のデータの他の例を示している。同図のデータＤ２は、水管４への入水温度が所定温度の場合に、ドレインの発生限界となる燃焼ガス温度と水管４の流水量との値を示している。好ましくは、このデータＤ２は、異なる入水温度ごとに求められている。制御部６には、図６に示したデータＤ１に代えて、そのようなデータＤ２が記憶されていてもかまわない。ドレインの発生を左右する大きな要素としては、水管４への入水温度、水管４内の流水量、燃焼ガス温度（または燃焼火力）などが挙げられるが、ドレイン発生限界のデータとしては、それらの項目のいずれかを組み合わせて種々の内容のものとして作成することが可能である。したがって、本発明でいうドレイン発生限界のデータの具体的な内容は、図６および図７に示したような内容のものには限定されない。
【００２９】
図面では省略しているが、温水装置Ａ１には、水管４への入水流量、入水温度、および燃焼器１への燃料供給流量を検出するための複数のセンサが設けられている。制御部６は、これらセンサからの信号に基づいて前記入水流量などの値を把握した上で、その値と図６に示したようなドレイン発生限界のデータとを比較し、熱交換器ＨＴに結露が発生する可能性を判断するように構成されている。そして、制御部６は、その判断結果に応じて、後述するように、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂの切り換え制御を実行するようになっている。
【００３０】
次に、前記した温水装置Ａ１の作用、ならびに制御部６の動作処理手順の一例について、図８のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３１】
まず、制御部６は、温水装置Ａ１の運転開始時には、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂを制御し、熱交換器ＨＴの水管４を前記した第1の通水経路に設定する（Ｓ１）。この第１の通水経路にすると、図４に示したように、水管４の下段の管体部４ｆ〜４ｊに対して、１つの管体部４ａを通過しただけの加熱量が少ない比較的低温の水が供給される。そして、その後この下段の管体部４ｆ〜４ｊを通過した水が上段の管体部４ｂ〜４ｅに送ることができる。したがって、熱交換器ＨＴの熱交換効率がよい。
【００３２】
次いで、制御部６は、水管４への入水流量、入水温度、および燃焼器１への燃料供給流量を監視し、かつそれらの値を図６に示したドレイン発生限界のデータと照らし合わせて熱交換器ＨＴに結露を生じる可能性があるか否かを判断する（Ｓ２）。この判断の結果、ドレイン発生の可能性があると判断したときには、制御部６は、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂを動作させて、水管４を前記した第２の通水経路に切り換え設定する（Ｓ３：ＹＥＳ，Ｓ４）。第２の通水経路にすると、図５に示したように、水管４に供給された水は、上段の３つの管体部４ａ〜４ｃを通過してから下段の管体部４ｆ〜４ｊに流入する。上段の３つの管体部４ａ〜４ｃを水が通過する距離は長く、その加熱量は多い。したがって、下段の管体部４ｆ〜４ｊには低温の水が流入しないようにして、それら管体部４ｆ〜
４ｊに結露が生じることを適切に防止することができる。
【００３３】
その後、制御部６は、温水装置Ａ１の運転が終了されない限り、結露の可能性判断を継続して実行している（Ｓ５：ＮＯ，Ｓ６）。そして、その判断の結果、水管４を元の第１の通水経路に戻しても結露の可能性がないと判断したときには、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂを動作させて、水管４の通水経路を前記第１の通水経路に復帰させる（Ｓ７：ＹＥＳ，Ｓ１）。この復帰動作により、熱交換効率を高い水準に戻すことができることとなる。
【００３４】
前記したように、この温水装置Ａ１では、通常時は、水管４の通水経路を第１の通水経路に設定しておくことにより高い熱交換効率が得られる一方、水管４への入水温度が低下するなどして結露を生じる可能性が生じたときには、水管４の通水経路を第２の通水経路に切り換えることによって、結露防止を適切に図ることができる。また、結露を防止する手段として、水管４の通水経路を変更させているために、管体部４ａ〜４ｊのそれぞれの流水量は常に同一に揃うこととなる。したがって、たとえば水管４の一部分の流水量が他の部分よりも極端に少なくなって水が沸騰するといった不具合もない。
【００３５】
図９および図１０は、既述したとおり、本発明に係る温水装置の実施形態を示している。
【００３６】
図９および図１０に示す実施形態の温水装置Ａ２においては、熱交換器ＨＴの入水口４２ａを有する管体部４４が、上段の管体部４ａに水を流れ込ませるための配管部４４ａと、下段の管体部４ｆに水を流れ込ませるための配管部４４ｂとに分岐している。配管部４４ａには、管体部４ａに向けて流れる水量を変更するための流量調整バルブ５２Ｃが設けられている。管体部４ａ，４ｂの一端どうしはＵ字管部４１を介して接続されているとともに、管体部４ｂの他端は、配管部４４ｂに接続されており、管体部４ｂを通過した水は、配管部４４ｂに流れ込むようになっている。下段の管体部４ｆ〜４ｊは、Ｕ字管部４１を介して一連に連結されており、管体部４ｊの一端が上段の管体部４ｅの一端と配管部５１を介して連結されている。制御部６は、流量調整バルブ５２Ｃの動作を制御し、管体部４ａに向けて流れる流量Ｌ１と、管体部４ｆに直接流れる流量Ｌ２とを調整するようになっている。
【００３７】
本実施形態においては、入水口４２ａに供給された水が管体部４ａ，４ｆに分岐して流れるが、通常運転時には、流量調整バルブ５２Ｃを利用して、管体部４ａへの流量Ｌ１を少なくし、かつ管体部４ｆへの流量Ｌ２を多くする。ただし、流量Ｌ１を少なくし過ぎると、管体部４ａ，４ｂ内の水が沸騰する虞れがあるため、その虞れを生じない範囲で流量Ｌ１を少なくしておく。流量Ｌ１，Ｌ２を前記のように設定すると、管体部４ｆ〜４ｊには、管体４ａ，４ｂを通過して加熱された水が一部混入するものの、その量は僅かであるために、全体としては比較的低温の水が管体部４ｆ〜４ｊに流れ込むこととなる。したがって、熱交換効率を高くすることができる。
【００３８】
一方、前記した運転時において、制御部６が結露の可能性があると判断したときには、この制御部６の制御により流量調整バルブ５２Ｃを動作させることにより、流量Ｌ１を増加させ、かつ流量Ｌ２を減少させる。このようにすると、管体部４ａ，４ｂを通過して加熱された水を管体部４ｆ〜４ｊに多く流れ込ませることが可能となり、これら管体部４ｆ〜４ｊに結露を生じることが適切に回避可能となる。流量Ｌ１，Ｌ２の調整は、無段階で行なうことが可能である。したがって、本実施形態では、流量Ｌ１，Ｌ２をきめ細かく変更させることによって、熱交換器ＨＴにおける熱交換条件を制御部６のメモリに記憶されているドレイン発生限界のデータに一致した条件またはこれに近い条件とすることが可能である。このようにすれば、結露を防止し得る範囲内において熱交換効率を最高または最
高に近い水準に維持されることとなる。
【００３９】
前記実施形態から理解されるように、本発明においては、水管の高温ガス接触部の一部を通過させてから低温ガス接触部に導入させる場合に、その通水経路を変更させるのではなく、その流量を変更させる手段を用いて結露防止を図っている。本発明によれば、水管の配管構造を簡素とし、またバルブの数も少なくすることができる。
【００４０】
図１１に示す温水装置Ａ６は、熱交換器ＨＴの下方に、潜熱回収用の熱交換器９が設けられた構成を有している。熱交換器ＨＴは、たとえば図１〜図５に示した実施形態のものと同様である。熱交換器９は、缶体９０に複数のフィン９４を有する水管９１が貫通した構成を有している。熱交換器９の各部は、たとえばステンレス製であり、潜熱回収に伴って発生する酸性のドレインに対する耐食性を有している。この熱交換器９の入水口９１ａには、熱交換器ＨＴの入水口４２ａに供給されてくる水の一部が分岐配管９２を介して供給されてくるようになっている。この分岐配管９２には、流量調整バルブ９３が設けられている。
【００４１】
この温水装置Ａ６では、燃焼ガスから顕熱および潜熱を回収することができ、熱交換効率をさらに高めるのに好適である。熱交換器９は、前記したとおり、各部の材質はたとえばステンレスであり、結露に起因する腐食は生じ難い。一方、熱交換器ＨＴは、その缶体２０や水管４がたとえば銅製とされており、この熱交換器ＨＴにおいては結露を防止することが要請される。これに対し、熱交換器ＨＴは、先に述べたとおり、結露を適切に防止することが可能であり、そのような要請にも的確に応えることができる。本実施形態から理解されるように、本発明は、顕熱回収用の熱交換器に加え、潜熱回収用の熱交換器をさらに備えた温水装置にも適用することができる。
【００４２】
図１２に示す温水装置Ａ７は、水管４がコイル状に形成されており、燃焼器１により発生された燃焼ガスは、このコイル状の水管４の内部を上から下へと通過するようになっている。したがって、この水管４の上端寄り部分が高温ガス接触部に相当し、下端寄り部分が低温ガス接触部に相当する。水管４の上側部分ｓ１の下端と、それよりも下側部分ｓ２の上端とは、方向切り換えバルブ５５ａを介して接続されている。この方向切り換えバルブ５５ａには、入水口４２ａから水管４の最下端に水を導く配管部４４に連結された分岐配管４５ｃ、および出湯口４２ｂを有する配管部４５も接続されている。また、配管部４４、および水管４の最上端から出湯口４２b'に水を導く配管部４６にも、方向切り換えバルブ５５ｂ，５５ｃが設けられており、これらのバルブ５５ｂ，５５ｃ間も配管部４７を介して接続されている。
【００４３】
本実施形態においては、通常の運転時には、方向切り換えバルブ５５ａ〜５５ｃが図１２（ａ）の矢印Ｎ１０〜Ｎ１２で示す方向に水を流すように設定される。この設定によれば、入水口４２ａから水管４内に供給された水は、水管４の最下端から最上端に向かうように流れ、出湯口４２b'から出湯する。この場合、水管４の通水方向は、燃焼ガスの流れ方向とは反対であるため、熱交換効率を高くすることが可能である。これに対し、結露の可能性が生じたときには、方向切り換えバルブ５５ａ〜５５ｃが、同図（ｂ）の矢印Ｎ１３〜Ｎ１５で示す方向に水を流すように切り換えられる。このようにすると、入水口４２ａから水管４内に供給された水は、まず上側部分ｓ１を通過して加熱された後に、水管４の下側部分ｓ２を流れることとなる。したがって、本来的に結露を最も生じ易い下側部分ｓ２、とくにその最下端部分に結露を生じないようにし、水管４の全域にわたっての結露防止が図られる。本発明では、水管をコイル状に形成した場合にも好適に適用することが可能である。
【００４４】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る温水装置の各部
の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００４５】
本発明は、水管４が２段以上の多段状に設けられている場合にも好適に適用することが可能である。本発明でいう高温ガス接触部および低温ガス接触部は相対的な関係にあるが、燃焼ガス流れ方向に水管４が複数段に並んだ構成とされている場合、少なくとも燃焼ガス流れ方向最下流の部分は、低温ガス接触部に相当することとなる。
【００４６】
燃焼器は、オイル燃焼器に代えて、たとえばガス燃焼器を用いることが可能である。また、燃焼方式は、逆燃焼式に限らず、燃焼方向を上向き、あるいは横向きにした場合にも、本発明を適用することが可能である。
【００４７】
本発明に係る温水装置は、瞬間式の給湯器として構成することができることは勿論のこと、それ以外の風呂給湯用、床暖房用、融雪用などの給湯装置として、あるいはそれ以外の温水を生成するための種々の装置として構成することができる。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ２ 温水装置
ＨＴ 熱交換器（顕熱回収用の）
Ｐ１ 高温ガス接触部
Ｐ２ 低温ガス接触部
１ 燃焼器
４ 水管
６ 制御部（判断手段）
４４ａ，４４ｂ 配管部
５２Ｃ 流量調整バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯器などとして構成される温水装置、さらに詳しくは、燃焼器で発生させた燃焼ガスから熱交換器の水管を利用して熱を回収することにより湯を生成するタイプの温水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器を備えた温水装置においては、省エネ化や運転コストの低減化などの種々の観点から、熱交換器の熱交換効率をできる限り高くすることが望まれる。従来の一般的な給湯器では、高位発熱量計算で８６％程度の熱交換率を達成しているが、この数値は、未だ十分とはいえず、改善の余地がある。その改善策としては、熱交換器の水管に通水を行なわせる場合に、この水管に作用する燃焼ガスの温度が低い部分から高い部分に向けて水を流通させることが有効である。具体的には、水管が燃焼ガスの流れ方向に複数段に並んで設けられている場合、この水管には、燃焼ガス流れ方向下流部分から入水を行なわせ、この水が燃焼ガス流れ方向上流に向けて流れるようにする。このように燃焼ガスの進行方向と水管への通水方向とを対向させれば、それらが同方向とされている場合よりも熱交換効率が高くなる。
【０００３】
ただし、前記手段を採用した場合、たとえば水管への入水温度が低いときに、燃焼ガス中の水蒸気が凝縮（結露）し、熱交換器内にドレイン（凝縮水）が発生し易くなる。一般に、このドレインは、燃焼ガス中の硫黄酸化物や窒素酸化物などを吸収したＰＨ３程度の強酸性であり、熱交換器がたとえば銅製である場合、この熱交換器を腐食させる。また、このドレインを強酸性のまま外部に排出させることは適切でないため、中和器を用いるなどしてドレインの中和処理を行なう必要が生じ、そのコストが嵩む。温水装置の製作に際しては、前記したような不具合を回避する観点から、熱交換効率をできる限り低下させることなく、ドレインの発生を防止したい場合がある。
【０００４】
温水装置としては、顕熱が回収された後の燃焼ガスから潜熱をも回収するように構成されたいわゆる潜熱回収型のものもある。このような温水装置では、潜熱回収用の熱交換器において多量のドレインが発生するために、その材質はたとえばステンレスとされている。ところが、このような温水装置であっても、顕熱回収用の熱交換器については、その製造コストを廉価にするなどの観点からその材質を銅製とする場合が多い。したがって、潜熱回収用の熱交換器を備えた温水装置であっても、顕熱回収用の熱交換器の部分においては、ドレインが発生しないようにすることが要請される。
【０００５】
従来においては、ドレインの発生を抑制可能な給湯器の一例として、特許文献１に記載のものがある。この従来の給湯器は、熱交換器への入水温度が所定温度以下となって、ドレインが発生する条件になると、その時点で燃焼器への燃料供給が停止され、燃焼器の駆動が停止されるように構成されている。
【０００６】
しかしながら、前記従来技術においては、ドレインが発生する条件になると、燃焼器の駆動が停止されるために、給湯がなされている最中にその給湯が突然途絶え、暖かい湯に代わって、非加熱の低温の水が供給されるという不具合を生じる。とくに、冬季などの入水温度が低くなる季節には、ドレインが発生し易くなり、前記した不具合は頻発することとなるため、ユーザにとっては非常に不便となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平４−３８９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、燃焼器の駆動を停止させるようなことなく、ドレインの発生を適切に防止または抑制し得るとともに、顕熱回収用の熱交換器の熱交換効率を高くすることが可能な温水装置を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１０】
本発明により提供される温水装置は、燃焼器と、この燃焼器によって発生された燃焼ガスから顕熱を回収するための水管を有する顕熱回収用の熱交換器と、を備えており、前記水管は、燃焼ガス流れ方向上流寄りに位置する高温ガス接触部と、燃焼ガス流れ方向下流寄りに位置する低温ガス接触部とを有している、温水装置であって、前記水管に供給された水を前記高温ガス接触部の一部に流れさせてから前記低温ガス接触部に流入させることが可能な配管部と、前記水管に供給された水が前記低温ガス接触部に流入する前に前記高温ガス接触部を流れる距離または流量を変更可能とする通水状態変更手段と、を備えており、前記配管部は、前記水管に供給された水が前記高温ガス接触部と前記低温ガス接触部とに分岐して流れ込むように構成され、前記通水状態変更手段は、前記高温ガス接触部の一部を通過してから前記低温ガス接触部に流れ込む水量と、前記高温ガス接触部を通過することなく前記低温ガス接触部に流れ込む水量とを変更可能とする流量調整バルブを含んでいることを特徴としている。
【００１１】
このような構成によれば、水管の低温ガス接触部に流れ込む水の温度を、流量調整バルブの制御によって変更することができ、本発明が意図する作用が適切に得られる。すなわち、本来的に最も結露を生じ易い低温ガス接触部が露点以下の温度にならないようにし、熱交換器に結露を生じないようにすることができる。もちろん、その際、低温ガス接触部に流入する水の温度をあまり高くし過ぎないようにすれば、結露を生じない範囲において高い熱交換効率が得られる。このようなことから、本発明によれば、燃焼器の駆動を停止させることなく、顕熱回収用の熱交換器にドレインが発生することを適切に防止または抑制し、しかも高い熱交換効率を達成することができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記熱交換器に結露が生じる可能性を判断する判断手段を備えており、この判断手段により結露の可能性があると判断されたときには、前記高温ガス接触部の一部を通過してから前記低温ガス接触部に流れ込む水量が増加するように前記流量調整バルブが制御される構成とされている。
【００１３】
このような構成によれば、流量調整バルブの制御がいわゆる自動化されることとなるため、ユーザにとって便利である。
【００１４】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】温水装置の一例を示す一部断面正面図である。
【図２】図１に示す温水装置の熱交換器を示す要部断面図である。
【図３】図２に示す熱交換器の上段部分と下段部分とを模式的に示す平面断面説明図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、図２および図３に示した熱交換器の通水状態の一例を示す説明図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、図２および図３に示した熱交換器の通水状態の他の例を示す説明図である。
【図６】図１に示す温水装置に具備された制御部が保持するドレイン発生限界のデータの一例を示す説明図である。
【図７】図１に示す温水装置に具備された制御部が保持するドレイン発生限界のデータの他の例を示す説明図である。
【図８】図１に示す温水装置に具備された制御部の動作処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係る温水装置の一例を示す要部断面図である。
【図１０】図９に示す温水装置の熱交換器の上段部分と下段部分とを模式的に示す平面断面説明図である。
【図１１】温水装置の他の例を示す一部断面正面図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、温水装置の他の例を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１７】
図９および図１０は、本発明が適用された温水装置の一例を示している。ただし、その温水装置の基本的な構成について、図１〜図８を参照して先に説明する。図１に示す温水装置Ａ１は、逆燃焼式の給湯装置として構成されており、燃焼器１、熱交換器ＨＴ、底部ケーシング３０、消音器３１、および制御部６を具備している。
【００１８】
燃焼器１は、たとえばオイル燃焼器であり、噴霧ノズル１０から灯油などの燃料オイルを下向きに噴射させ、点火プラグ１２により着火させて燃焼させるものである。噴霧ノズル１０には、図示されていない燃料タンクから電磁弁１５ａや配管１５ｂなどを介して燃料オイルが供給される。この燃焼器１の缶体１１内には送風ファン１３から燃焼用空気が下向きに送り込まれ、この燃焼用空気は、噴霧ノズル１０の周囲からその下方領域にわたって延びた燃焼筒１４内に進入するようになっている。燃焼筒１４は、その周壁に複数の通気孔を有しており、この燃焼筒１４内において前記燃焼用空気を旋回流とし、噴霧された燃料オイルと燃焼用空気との混合を促進する役割を果たす。
【００１９】
燃焼器１により発生された燃焼ガスは、燃焼器１の下方の缶体２１から熱交換器ＨＴを下向きに通過して底部ケーシング３０内に進入し、その後上向きにＵターンして消音器３１内に流入する。この消音器３１は、内部に吸音材（図示略）を有しており、燃焼ガスはこの消音器３１内を通過してこの消音器３１の排気口３１ａから排ガスとして外部に排出される。
【００２０】
熱交換器ＨＴは、燃焼ガスが内部を通過する缶体２０と、この缶体２０に貫通して設けられた水管４と、後述する通水経路切り換え部５Ａ，５Ｂを構成する２つの方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂとを備えている。缶体２０は、燃焼器１の燃焼部を囲む缶体２１とは別体に形成されているが、これらは一体に形成してもよい。水管４には、複数のフィン７０が設けられている。
【００２１】
図２に示すように、水管４は、缶体２０内において上下方向および水平方向に複数段、複数列に並んだ複数の熱交換用の管体部４ａ〜４ｊを有している。図面では、理解の容易のため、上下２段、水平方向５列の管体部４ａ〜４ｊを備えた単純な構成を具体例として挙げているが、管体部の配列や本数がこれに限定されないことは勿論である。熱交換器ＨＴに対する燃焼ガスの進行方向は、下向きであるため、まず上段の管体部４ａ〜４ｅには
熱が未回収状態の高温の燃焼ガスが作用し、その後この燃焼ガスは下段の管体部４ｆ〜４ｊに作用することとなる。したがって、この温水装置Ａ１においては、上段の管体部４ａ〜４ｅが高温ガス接触部Ｐ１であり、下段の管体部４ｆ〜４ｊが低温ガス接触部Ｐ２である。
【００２２】
図３の右側に示すように、下段の管体部４ｆ〜４ｊは、互いに隣り合う部分の端部どうしがＵ字管部４１を介して接続された構成であり、それらの内部は一連に繋がっている。下段の管体部４ｊと上段の管体部４ｅとは、配管部５１を介して接続されている。上段の管体部４ａ〜４ｅには、図３の左側に示すように、入水口４２ａ、出湯口４２ｂ、および通水経路切り換え部５Ａ，５Ｂが設けられている。
【００２３】
入水口４２ａには、水道管などの外部の給水管（図示略）から水が供給され、この水は、管体部４ａに流入するようになっている。通水経路切り換え部５Ａは、管体部４ａ〜４ｃの一端どうしを繋ぐ３本の配管部５０ａ、下段の管体部４ｆの一端に繋がった配管部５０ｂ、およびこれら配管部５０ａ，５０ｂの交差連結部分に設けられた方向切り換えバルブ５２Ａを有している。通水経路切り換え部５Ｂは、管体部４ｂ〜４ｄの一端どうしを繋ぐ３本の配管部５０ｃ、出湯口４２ｂに繋がった配管部５０ｄ、およびこれら配管部５０ｃ，５０ｄの交差連結部分に設けられた方向切り換えバルブ５２Ｂを有している。出湯口４２ｂから出湯した湯は、図１に示す缶体２１の周囲に巻かれた管体部４９を流通してから所望の給湯先に供給されるようになっている。
【００２４】
熱交換器ＨＴにおいては、次に述べるように、第１および第２の通水経路を切り換え設定可能となっている。第１の通水経路では、図４（ｂ）に示すように、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂは、矢印Ｎ１〜Ｎ４の方向に水を流通させるように設定される。この設定がなされると、入水口４２ａに供給された水は、管体部４ａを通過した後に、方向切り換えバルブ５２Ａおよび配管部５０ｂを経由して下段の管体部４ｆに導かれ、下段の管体部４ｆ〜４ｊを流通する。次いで、前記水は、配管部５１を経由して水管４の上段に戻り、管体部４ｅ，４ｄ，４ｃ，４ｂを通過してから方向切り換えバルブ５２Ｂを経て出湯口４２ｂに到達する。同図（ａ）では、前記した通水順路を、矢印ｎ１で模式的に示している。同図から容易に理解できるように、第１の通水経路の場合、水管４に供給された水は、下段の管体部４ｆ〜４ｊに流入する前に上段の１つの管体部４ａのみを通過している。そして、下段の管体部４ｆ〜４ｊを通過した水は、先に未通水となっていた管体部４ｂ〜４ｅの全てを通過しており、水管４に非通水状態の部分が発生しないようになっている。このことにより、水管４のいわゆる空炊き状態が回避される。
【００２５】
第２の通水経路では、図５（ｂ）に示すように、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂは、矢印Ｎ５〜Ｎ８の方向に水を流通させるように設定される。この設定がなされると、入水口４２ａに供給された水は、管体部４ａに加えて管体部４ｂ，４ｃをも通過してから下段の管体部４ｆ〜４ｊに向かう。次いで、それら管体部４ｆ〜４ｊを通過した水は、上段の管体部４ｅ，４ｄを通過してから出湯口４２ｂに到達する。同図（ａ）では、前記した通水順路を、矢印ｎ２で模式的に示している。同図から容易に理解できるように、第２の通水経路の場合、水管４に供給された水は、その下段の管体部４ｆ〜４ｊに流入する前に上段の３つの管体部４ａ〜４ｃを通過している。そして、下段の管体部４ｆ〜４ｊを通過した水は、先に未通水となっていた管体部４ｄ，４ｅを通過しており、やはり水管４に非通水状態の部分が発生しないようになっている。
【００２６】
制御部６は、ＣＰＵおよびこれに付属するメモリを備えて構成されており、温水装置Ａ１からの出湯温度が所望の温度となるようにこの温水装置Ａ１の各部の動作制御を実行する。また、この制御部６は、この熱交換器ＨＴ内に結露が発生する可能性があるか否かを判断し、その判断結果に応じて方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂの制御を行ない、前記
第１および第２のモードを切り換え設定するように構成されている。
【００２７】
より具体的には、この制御部６には、温水装置Ａ１におけるドレイン発生限界のデータが予め入力されている。図６にそのデータの一例を示す。同図のデータＤ１は、燃焼器１の燃焼火力が所定の場合に、ドレインの発生限界となる水管４への入水温度と流水量との値を示している。このデータＤ１のラインよりも下側領域の条件では、結露を生じず、ドレインは発生しない。燃焼器１の燃焼火力としては、たとえば燃焼器１に対する燃料オイルの供給量（単位時間あたりの供給量）の値が用いられている。データＤ１は、たとえば温水装置Ａ１の試験運転を行なうことにより求めることが可能であり、試験により求めれば、データの誤差を小さくすることができる。好ましくは、図６に示すようなドレイン発生限界のデータは、燃焼器１の異なる燃焼火力ごとに求められており、これら複数のデータが制御部６に記憶されている。
【００２８】
図７は、ドレイン発生限界のデータの他の例を示している。同図のデータＤ２は、水管４への入水温度が所定温度の場合に、ドレインの発生限界となる燃焼ガス温度と水管４の流水量との値を示している。好ましくは、このデータＤ２は、異なる入水温度ごとに求められている。制御部６には、図６に示したデータＤ１に代えて、そのようなデータＤ２が記憶されていてもかまわない。ドレインの発生を左右する大きな要素としては、水管４への入水温度、水管４内の流水量、燃焼ガス温度（または燃焼火力）などが挙げられるが、ドレイン発生限界のデータとしては、それらの項目のいずれかを組み合わせて種々の内容のものとして作成することが可能である。したがって、本発明でいうドレイン発生限界のデータの具体的な内容は、図６および図７に示したような内容のものには限定されない。
【００２９】
図面では省略しているが、温水装置Ａ１には、水管４への入水流量、入水温度、および燃焼器１への燃料供給流量を検出するための複数のセンサが設けられている。制御部６は、これらセンサからの信号に基づいて前記入水流量などの値を把握した上で、その値と図６に示したようなドレイン発生限界のデータとを比較し、熱交換器ＨＴに結露が発生する可能性を判断するように構成されている。そして、制御部６は、その判断結果に応じて、後述するように、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂの切り換え制御を実行するようになっている。
【００３０】
次に、前記した温水装置Ａ１の作用、ならびに制御部６の動作処理手順の一例について、図８のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３１】
まず、制御部６は、温水装置Ａ１の運転開始時には、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂを制御し、熱交換器ＨＴの水管４を前記した第1の通水経路に設定する（Ｓ１）。この第１の通水経路にすると、図４に示したように、水管４の下段の管体部４ｆ〜４ｊに対して、１つの管体部４ａを通過しただけの加熱量が少ない比較的低温の水が供給される。そして、その後この下段の管体部４ｆ〜４ｊを通過した水が上段の管体部４ｂ〜４ｅに送ることができる。したがって、熱交換器ＨＴの熱交換効率がよい。
【００３２】
次いで、制御部６は、水管４への入水流量、入水温度、および燃焼器１への燃料供給流量を監視し、かつそれらの値を図６に示したドレイン発生限界のデータと照らし合わせて熱交換器ＨＴに結露を生じる可能性があるか否かを判断する（Ｓ２）。この判断の結果、ドレイン発生の可能性があると判断したときには、制御部６は、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂを動作させて、水管４を前記した第２の通水経路に切り換え設定する（Ｓ３：ＹＥＳ，Ｓ４）。第２の通水経路にすると、図５に示したように、水管４に供給された水は、上段の３つの管体部４ａ〜４ｃを通過してから下段の管体部４ｆ〜４ｊに流入する。上段の３つの管体部４ａ〜４ｃを水が通過する距離は長く、その加熱量は多い。したがって、下段の管体部４ｆ〜４ｊには低温の水が流入しないようにして、それら管体部４ｆ〜
４ｊに結露が生じることを適切に防止することができる。
【００３３】
その後、制御部６は、温水装置Ａ１の運転が終了されない限り、結露の可能性判断を継続して実行している（Ｓ５：ＮＯ，Ｓ６）。そして、その判断の結果、水管４を元の第１の通水経路に戻しても結露の可能性がないと判断したときには、方向切り換えバルブ５２Ａ，５２Ｂを動作させて、水管４の通水経路を前記第１の通水経路に復帰させる（Ｓ７：ＹＥＳ，Ｓ１）。この復帰動作により、熱交換効率を高い水準に戻すことができることとなる。
【００３４】
前記したように、この温水装置Ａ１では、通常時は、水管４の通水経路を第１の通水経路に設定しておくことにより高い熱交換効率が得られる一方、水管４への入水温度が低下するなどして結露を生じる可能性が生じたときには、水管４の通水経路を第２の通水経路に切り換えることによって、結露防止を適切に図ることができる。また、結露を防止する手段として、水管４の通水経路を変更させているために、管体部４ａ〜４ｊのそれぞれの流水量は常に同一に揃うこととなる。したがって、たとえば水管４の一部分の流水量が他の部分よりも極端に少なくなって水が沸騰するといった不具合もない。
【００３５】
図９および図１０は、既述したとおり、本発明に係る温水装置の実施形態を示している。
【００３６】
図９および図１０に示す実施形態の温水装置Ａ２においては、熱交換器ＨＴの入水口４２ａを有する管体部４４が、上段の管体部４ａに水を流れ込ませるための配管部４４ａと、下段の管体部４ｆに水を流れ込ませるための配管部４４ｂとに分岐している。配管部４４ａには、管体部４ａに向けて流れる水量を変更するための流量調整バルブ５２Ｃが設けられている。管体部４ａ，４ｂの一端どうしはＵ字管部４１を介して接続されているとともに、管体部４ｂの他端は、配管部４４ｂに接続されており、管体部４ｂを通過した水は、配管部４４ｂに流れ込むようになっている。下段の管体部４ｆ〜４ｊは、Ｕ字管部４１を介して一連に連結されており、管体部４ｊの一端が上段の管体部４ｅの一端と配管部５１を介して連結されている。制御部６は、流量調整バルブ５２Ｃの動作を制御し、管体部４ａに向けて流れる流量Ｌ１と、管体部４ｆに直接流れる流量Ｌ２とを調整するようになっている。
【００３７】
本実施形態においては、入水口４２ａに供給された水が管体部４ａ，４ｆに分岐して流れるが、通常運転時には、流量調整バルブ５２Ｃを利用して、管体部４ａへの流量Ｌ１を少なくし、かつ管体部４ｆへの流量Ｌ２を多くする。ただし、流量Ｌ１を少なくし過ぎると、管体部４ａ，４ｂ内の水が沸騰する虞れがあるため、その虞れを生じない範囲で流量Ｌ１を少なくしておく。流量Ｌ１，Ｌ２を前記のように設定すると、管体部４ｆ〜４ｊには、管体４ａ，４ｂを通過して加熱された水が一部混入するものの、その量は僅かであるために、全体としては比較的低温の水が管体部４ｆ〜４ｊに流れ込むこととなる。したがって、熱交換効率を高くすることができる。
【００３８】
一方、前記した運転時において、制御部６が結露の可能性があると判断したときには、この制御部６の制御により流量調整バルブ５２Ｃを動作させることにより、流量Ｌ１を増加させ、かつ流量Ｌ２を減少させる。このようにすると、管体部４ａ，４ｂを通過して加熱された水を管体部４ｆ〜４ｊに多く流れ込ませることが可能となり、これら管体部４ｆ〜４ｊに結露を生じることが適切に回避可能となる。流量Ｌ１，Ｌ２の調整は、無段階で行なうことが可能である。したがって、本実施形態では、流量Ｌ１，Ｌ２をきめ細かく変更させることによって、熱交換器ＨＴにおける熱交換条件を制御部６のメモリに記憶されているドレイン発生限界のデータに一致した条件またはこれに近い条件とすることが可能である。このようにすれば、結露を防止し得る範囲内において熱交換効率を最高または最
高に近い水準に維持されることとなる。
【００３９】
前記実施形態から理解されるように、本発明においては、水管の高温ガス接触部の一部を通過させてから低温ガス接触部に導入させる場合に、その通水経路を変更させるのではなく、その流量を変更させる手段を用いて結露防止を図っている。本発明によれば、水管の配管構造を簡素とし、またバルブの数も少なくすることができる。
【００４０】
図１１に示す温水装置Ａ６は、熱交換器ＨＴの下方に、潜熱回収用の熱交換器９が設けられた構成を有している。熱交換器ＨＴは、たとえば図１〜図５に示した実施形態のものと同様である。熱交換器９は、缶体９０に複数のフィン９４を有する水管９１が貫通した構成を有している。熱交換器９の各部は、たとえばステンレス製であり、潜熱回収に伴って発生する酸性のドレインに対する耐食性を有している。この熱交換器９の入水口９１ａには、熱交換器ＨＴの入水口４２ａに供給されてくる水の一部が分岐配管９２を介して供給されてくるようになっている。この分岐配管９２には、流量調整バルブ９３が設けられている。
【００４１】
この温水装置Ａ６では、燃焼ガスから顕熱および潜熱を回収することができ、熱交換効率をさらに高めるのに好適である。熱交換器９は、前記したとおり、各部の材質はたとえばステンレスであり、結露に起因する腐食は生じ難い。一方、熱交換器ＨＴは、その缶体２０や水管４がたとえば銅製とされており、この熱交換器ＨＴにおいては結露を防止することが要請される。これに対し、熱交換器ＨＴは、先に述べたとおり、結露を適切に防止することが可能であり、そのような要請にも的確に応えることができる。本実施形態から理解されるように、本発明は、顕熱回収用の熱交換器に加え、潜熱回収用の熱交換器をさらに備えた温水装置にも適用することができる。
【００４２】
図１２に示す温水装置Ａ７は、水管４がコイル状に形成されており、燃焼器１により発生された燃焼ガスは、このコイル状の水管４の内部を上から下へと通過するようになっている。したがって、この水管４の上端寄り部分が高温ガス接触部に相当し、下端寄り部分が低温ガス接触部に相当する。水管４の上側部分ｓ１の下端と、それよりも下側部分ｓ２の上端とは、方向切り換えバルブ５５ａを介して接続されている。この方向切り換えバルブ５５ａには、入水口４２ａから水管４の最下端に水を導く配管部４４に連結された分岐配管４５ｃ、および出湯口４２ｂを有する配管部４５も接続されている。また、配管部４４、および水管４の最上端から出湯口４２b'に水を導く配管部４６にも、方向切り換えバルブ５５ｂ，５５ｃが設けられており、これらのバルブ５５ｂ，５５ｃ間も配管部４７を介して接続されている。
【００４３】
本実施形態においては、通常の運転時には、方向切り換えバルブ５５ａ〜５５ｃが図１２（ａ）の矢印Ｎ１０〜Ｎ１２で示す方向に水を流すように設定される。この設定によれば、入水口４２ａから水管４内に供給された水は、水管４の最下端から最上端に向かうように流れ、出湯口４２b'から出湯する。この場合、水管４の通水方向は、燃焼ガスの流れ方向とは反対であるため、熱交換効率を高くすることが可能である。これに対し、結露の可能性が生じたときには、方向切り換えバルブ５５ａ〜５５ｃが、同図（ｂ）の矢印Ｎ１３〜Ｎ１５で示す方向に水を流すように切り換えられる。このようにすると、入水口４２ａから水管４内に供給された水は、まず上側部分ｓ１を通過して加熱された後に、水管４の下側部分ｓ２を流れることとなる。したがって、本来的に結露を最も生じ易い下側部分ｓ２、とくにその最下端部分に結露を生じないようにし、水管４の全域にわたっての結露防止が図られる。本発明では、水管をコイル状に形成した場合にも好適に適用することが可能である。
【００４４】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る温水装置の各部
の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００４５】
本発明は、水管４が２段以上の多段状に設けられている場合にも好適に適用することが可能である。本発明でいう高温ガス接触部および低温ガス接触部は相対的な関係にあるが、燃焼ガス流れ方向に水管４が複数段に並んだ構成とされている場合、少なくとも燃焼ガス流れ方向最下流の部分は、低温ガス接触部に相当することとなる。
【００４６】
燃焼器は、オイル燃焼器に代えて、たとえばガス燃焼器を用いることが可能である。また、燃焼方式は、逆燃焼式に限らず、燃焼方向を上向き、あるいは横向きにした場合にも、本発明を適用することが可能である。
【００４７】
本発明に係る温水装置は、瞬間式の給湯器として構成することができることは勿論のこと、それ以外の風呂給湯用、床暖房用、融雪用などの給湯装置として、あるいはそれ以外の温水を生成するための種々の装置として構成することができる。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ２ 温水装置
ＨＴ 熱交換器（顕熱回収用の）
Ｐ１ 高温ガス接触部
Ｐ２ 低温ガス接触部
１ 燃焼器
４ 水管
６ 制御部（判断手段）
４４ａ，４４ｂ 配管部
５２Ｃ 流量調整バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器と、この燃焼器によって発生された燃焼ガスから顕熱を回収するための水管を有する顕熱回収用の熱交換器と、を備えており、
前記水管は、燃焼ガス流れ方向上流寄りに位置する高温ガス接触部と、燃焼ガス流れ方向下流寄りに位置する低温ガス接触部とを有している、温水装置であって、
前記水管に供給された水を前記高温ガス接触部の一部に流れさせてから前記低温ガス接触部に流入させることが可能な配管部と、
前記水管に供給された水が前記低温ガス接触部に流入する前に前記高温ガス接触部を流れる距離または流量を変更可能とする通水状態変更手段と、を備えており、
前記配管部は、前記水管に供給された水が前記高温ガス接触部と前記低温ガス接触部とに分岐して流れ込むように構成され、
前記通水状態変更手段は、前記高温ガス接触部の一部を通過してから前記低温ガス接触部に流れ込む水量と、前記高温ガス接触部を通過することなく前記低温ガス接触部に流れ込む水量とを変更可能とする流量調整バルブを含んでいることを特徴とする、温水装置。
【請求項２】
前記熱交換器に結露が生じる可能性を判断する判断手段を備えており、
この判断手段により結露の可能性があると判断されたときには、前記高温ガス接触部の一部を通過してから前記低温ガス接触部に流れ込む水量が増加するように前記流量調整バルブが制御される構成とされている、請求項１に記載の温水装置。
【請求項１】
燃焼器と、この燃焼器によって発生された燃焼ガスから顕熱を回収するための水管を有する顕熱回収用の熱交換器と、を備えており、
前記水管は、燃焼ガス流れ方向上流寄りに位置する高温ガス接触部と、燃焼ガス流れ方向下流寄りに位置する低温ガス接触部とを有している、温水装置であって、
前記水管に供給された水を前記高温ガス接触部の一部に流れさせてから前記低温ガス接触部に流入させることが可能な配管部と、
前記水管に供給された水が前記低温ガス接触部に流入する前に前記高温ガス接触部を流れる距離または流量を変更可能とする通水状態変更手段と、を備えており、
前記配管部は、前記水管に供給された水が前記高温ガス接触部と前記低温ガス接触部とに分岐して流れ込むように構成され、
前記通水状態変更手段は、前記高温ガス接触部の一部を通過してから前記低温ガス接触部に流れ込む水量と、前記高温ガス接触部を通過することなく前記低温ガス接触部に流れ込む水量とを変更可能とする流量調整バルブを含んでいることを特徴とする、温水装置。
【請求項２】
前記熱交換器に結露が生じる可能性を判断する判断手段を備えており、
この判断手段により結露の可能性があると判断されたときには、前記高温ガス接触部の一部を通過してから前記低温ガス接触部に流れ込む水量が増加するように前記流量調整バルブが制御される構成とされている、請求項１に記載の温水装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２０３７６９（Ｐ２０１０−２０３７６９Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１１０１８（Ｐ２０１０−１１１０１８）
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【分割の表示】特願２００５−１８９２０（Ｐ２００５−１８９２０）の分割
【原出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【出願人】（０００００４７０９）株式会社ノーリツ (1,293)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【分割の表示】特願２００５−１８９２０（Ｐ２００５−１８９２０）の分割
【原出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【出願人】（０００００４７０９）株式会社ノーリツ (1,293)
【Ｆターム（参考）】
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