(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記公報に開示されたような給湯器では、給湯器内を循環する熱媒の放熱が熱効率の向上の妨げになるという問題がある。
【0005】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、熱媒の放熱を抑制することにより熱効率を向上できる熱源機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の熱源機は、低温および高温端末を循環する熱媒と燃焼ガスとの間で熱交換可能なものである。熱源機は、熱媒循環回路と、一次および二次熱交換器と、循環ポンプと、熱媒タンクとを備えている。熱媒循環回路は熱媒が循環するためのものである。一次および二次熱交換器は熱媒循環回路に接続され、かつ熱媒と燃焼ガスとの間で熱交換するためのものである。循環ポンプは一次熱交換器よりも熱媒循環回路の上流側に配置されている。熱媒タンクは循環ポンプよりも熱媒循環回路の上流側に配置されている。熱媒循環回路は、低温往き回路と、高温往き回路と、バイパス回路とを含んでいる。低温往き回路は、低温および高温端末から戻ってきた熱媒を二次熱交換器で加熱して低温端末に供給する。高温往き回路は低温および高温端末から戻ってきた熱媒を二次熱交換器で加熱した後に一次熱交換器で加熱して高温端末に供給する。バイパス回路は高温往き回路を分岐し、高温端末に供給する熱媒の一部を循環ポンプよりも上流側の熱媒循環回路に合流させる。熱源機は、バイパス回路を循環ポンプよりも上流側であり、熱媒タンクよりも下流側の熱媒循環回路に接続する構成、および二次熱交換器への熱媒流入量を制御可能な熱媒流入量制御装置を備え、熱媒流入量制御装置を二次熱交換器に接続する構成、の少なくともいずれかの構成を有する。
【0007】
本発明の熱源機によれば、熱源機は、バイパス回路を循環ポンプよりも上流側であり、熱媒タンクよりも下流側の熱媒循環回路に接続する構成、および二次熱交換器への熱媒流入量を制御可能な熱媒流入量制御装置を二次熱交換器に接続する構成の少なくともいずれかを有する。バイパス回路を循環ポンプよりも上流側であり、熱媒タンクよりも下流側の熱媒循環回路に接続することにより、バイパス回路から熱媒が熱媒タンクに流入しないため、熱媒タンクの熱媒の温度を下げることができる。このため、熱媒タンクにおける熱媒の放熱を抑制することができる。これにより、熱源機の熱効率を向上することができる。また、熱媒流入量制御装置を二次熱交換器に接続することにより、二次熱交換器を流れる熱媒の流量を制御することができる。したがって、熱媒の流量を抑制することによって、二次熱交換器における熱媒の温度を下げることができる。このため、二次熱交換器における熱媒の放熱を抑制することができる。これにより、熱源機の熱効率を向上することができる。
【0008】
上記の熱源機においては、熱媒タンクは熱媒循環回路に連通する出口を含んでいる。バイパス回路は出口よりも下流側の熱媒循環回路に接続されている。このため、熱媒タンクの出口よりも下流側において熱媒循環回路にバイパス回路を接続することができる。
【0009】
上記の熱源機においては、熱媒流入量制御装置は弁を含んでいる。このため、二次熱交換器への熱媒の流入量を容易に制御することができる。
【発明の効果】
【0010】
以上説明したように、本発明によれば、熱源機の熱効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】本発明の実施の形態1における熱源機の構成および高温暖房時の動作を示す概略図である。
【
図2】
図1に示す制御装置の構成を説明するための機能ブロック図である。
【
図3】
図1に示す熱源機の熱媒タンクとバイパス回路との接続を説明するための概略図である。
【
図4】本発明の実施の形態1における熱源機の低温暖房時の動作を示す概略図である。
【
図5】比較例の熱源機の高温暖房時の動作を示す概略図である。
【
図6】比較例の熱源機の低温暖房時の動作を示す概略図である。
【
図7】本発明の実施の形態2における熱源機の構成を示す概略図である。
【
図8】
図7に示す制御装置の構成を説明するための機能ブロック図である。
【
図9】
図7に示す二次熱交換器の動作を示す概略図である。
【
図10】本発明の実施の形態2における変形例1の熱源機の動作を示す概略図である。
【
図11】本発明の実施の形態2における変形例2の熱源機の動作を示す概略図である。
【
図12】本発明の実施の形態3のおける熱源機の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
まず本発明の実施の形態1における熱源機の構成について説明する。
【0013】
図1を参照して、温水端末20を循環する熱媒(水)と燃焼ガスとの間で熱交換可能なものである。温水端末20は、低温端末21および高温端末22を含んでいる。この低温端末21はたとえば床暖房装置であり、この高温端末22はたとえば浴室暖房装置である。
【0014】
本実施の形態の熱源機は、熱媒循環回路1と、一次熱交換器2と、二次熱交換器3と、循環ポンプ4と、熱媒タンク5と、燃焼装置(バーナ)6と、送風装置(ファン)7と、弁8,9と、制御装置10と、低温サーミスタ11と、高温サーミスタ12とを主に備えている。
【0015】
熱媒循環回路1は熱媒が循環するためのものである。一次熱交換器2および二次熱交換器3は熱媒循環回路1に接続されている。一次熱交換器2および二次熱交換器3は、熱媒と燃焼ガスとの間で熱交換するためのものである。一次熱交換器2は燃焼ガスの顕熱を回収可能に構成されており、二次熱交換器3は燃焼ガスの潜熱を回収可能に構成されている。一次熱交換器2と二次熱交換器3とは互いに接続されている。一次熱交換器2は、燃焼装置6の上方に位置し、二次熱交換器3は一次熱交換器2の上方に位置している。
【0016】
循環ポンプ4は熱媒循環回路1に熱媒を循環させるためのものである。循環ポンプ4は、一次熱交換器2よりも熱媒循環回路1の上流側に配置されている。熱媒タンク5は、熱媒の温度変化に起因した体積の膨張に伴う圧力上昇または収縮に伴う圧力低下を抑制するためのものである。また、熱媒タンクは熱媒を補水可能に構成されている。熱媒タンク5は循環ポンプ4よりも熱媒循環回路1の上流側に配置されている。
【0017】
燃焼装置(バーナ)6は燃焼ガスを供給するためのものである。送風装置(ファン)7は、燃焼装置6に燃焼用の空気を供給するためのものである。送風装置7は、燃焼装置6よりも下方に配置されている。弁8は低温往き回路1aから低温端末21への熱媒の流れを許容するように構成されており、弁9は高温往き回路1bから高温端末22への熱媒の流れを許容するように構成されている。弁8は高温往き回路1bから高温端末22へ熱媒が流れているときに閉止可能に構成されており、弁9は低温往き回路1aから低温端末21へ熱媒が流れているときには閉止可能に構成されている。
【0018】
図1および
図2を参照して、制御装置10は、循環ポンプ4、送風装置7、弁8,9と、低温および高温サーミスタ11,12の各々に電気的に接続されている。制御装置10は、制御手段10aと、温度判定手段10bとを主に有している。制御手段10aは、循環ポンプ4、送風装置7、弁8,9の各々を制御するためのものである。温度判定手段10bは、低温および高温サーミスタ11,12の温度を受けて低温往き回路1aおよび高温往き回路1bの温度を判定するためのものである。
【0019】
低温サーミスタ11は低温往き回路1aの温度を測定するためのものである。低温サーミスタ11は循環ポンプ4に接続されている。高温サーミスタ12は高温往き回路1bの温度を測定するためのものである。高温サーミスタ12は二次熱交換器2よりも下流側の熱媒循環回路1に接続されている。
【0020】
熱媒循環回路1は、低温往き回路1aと、高温往き回路1bと、バイパス回路1cとを含んでいる。低温往き回路1aは、温水端末20(低温端末21および高温端末22)から戻ってきた熱媒を二次熱交換器3で加熱して低温端末21に供給するように構成されている。高温往き回路1bは温水端末20(低温端末21および高温端末22)から戻ってきた熱媒を二次熱交換器3で加熱した後に一次熱交換器2で加熱して高温端末21に供給するように構成されている。バイパス回路1cは高温往き回路1bを分岐し、高温端末21に供給する熱媒の一部を循環ポンプ4よりも上流側の熱媒循環回路1に合流させるように構成されている。
【0021】
本実施の形態の熱源機は、バイパス回路1cを循環ポンプ4よりも上流側であり、熱媒タンク5よりも下流側の熱媒循環回路1に接続する構成を有している。
【0022】
図3を参照して、熱媒タンク5は熱媒循環回路に連通する出口5aを含んでいる。バイパス回路1cはこの出口5aよりも下流側の熱媒循環回路1に接続されている。具体的には、バイパス回路1cは熱媒タンク5の出口5aよりも下流側において、バイパス回路1cに接続するための接続部材CPに接続されている。この接続部材CPは、振動源である循環ポンプ4と一体であると振動が伝播するため、循環ポンプ4と接続部材CPとは、別体にして、ゴムホースなどの緩衝材で接続されていることが好ましい。また、熱媒タンク5と接続部材CPとは一体でも別体でも良いが、一体の方がコストを低減することができる。また、接続部材CPとバイパス回路1cもゴムホースなどの緩衝材で接続されていることがさらに好ましい。また、接続部材CPをゴム製のチーズ(T字型接続具)としてもよい。この場合、接続部材CPによって振動の伝播が遮断されるため、接続部材CPにゴムホースなどの緩衝材ではなく銅管(剛体)を接続しても振動の伝播を防止することができる。
【0023】
次に、本実施の形態の熱源機の高温暖房時の動作について説明する。
図1を参照して、温水端末20(低温端末21および高温端末22)から戻ってきた熱媒が熱媒循環回路1を通って二次熱交換器3に流入し、二次熱交換器3で加熱される。温水端末20から戻ってきた熱媒の温度はたとえば60℃であり、二次熱交換器3で加熱された後の熱媒の温度はたとえば約62℃である。二次熱交換器3で加熱された熱媒は熱媒タンク5に流入した後、熱媒タンク5から循環ポンプ4に流入する。そして、循環ポンプ4が熱媒を送り出すことで、熱媒が一次熱交換器2に流入する。一次熱交換器2で加熱された熱媒は高温往き回路1bを通って高温端末22に供給される。高温端末22に供給される熱媒の温度はたとえば80℃である。この場合、高温往き回路1bに接続されたバイパス回路1cに流入する熱媒の温度も同じく80℃である。
【0024】
続いて、本実施の形態の熱源機の低温暖房時の動作について説明する。
図4を参照して、上記の高温暖房時と同様に、温水端末20(低温端末21および高温端末22)から戻ってきた熱媒が熱媒循環回路1を通って二次熱交換器3に流入し、二次熱交換器3で加熱される。低温暖房時においては、温水端末20から戻ってきた熱媒の温度はたとえば40℃であり、二次熱交換器3で加熱された後の熱媒の温度はたとえば約42℃である。二次熱交換器3で加熱された熱媒は熱媒タンク5に流入した後、熱媒タンク5から循環ポンプ4に流入する。また、循環ポンプ4よりも上流側であり、熱媒タンク5よりも下流側の熱媒循環回路1にバイパス回路1cから流入した熱媒も循環ポンプ4に流入する。このバイパス回路1cを流れる熱媒の温度はたとえば約75℃である。そして、循環ポンプ4が熱媒を送り出すことで、熱媒は低温往き回路1aを通って低温端末21に供給される。低温端末21に供給される熱媒の温度はたとえば60℃である。
【0025】
次に、本実施の形態の熱源機の作用効果について、比較例1および2と対比して説明する。まず
図5を参照して、比較例の熱源機の高温暖房時の動作を説明する。なお、特に説明しない限り、本実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を繰り返さない。比較例の熱源機では、バイパス回路1cが熱媒タンク5に接続されているため、一次熱交換器2で加熱された高温の熱媒が熱媒タンク5に流入する。この結果、熱媒タンク5内の熱媒の温度は約70℃となる。
【0026】
続いて、
図6を参照して、比較例の熱源機の低温暖房時の動作を説明する。上記の高温暖房時と同様に、低温暖房時においてもバイパス回路1cが熱媒タンク5に接続されているため、一次熱交換器2で加熱された高温の熱媒が熱媒タンク5に流入する。この結果、熱媒タンク5内の熱媒の温度はたとえば60℃となる。
【0027】
つまり、比較例の熱源機においては、高温暖房時および低温暖房時の両方とも本実施の形態の熱源機よりも熱媒タンク5内の熱媒の温度が高くなる。この結果、比較例の熱源機においては、本実施の形態の熱源機よりも熱媒タンク5内の熱媒の放熱量が大きくなる。
【0028】
これに対して、本実施の形態の熱源機によれば、熱源機は、バイパス回路1cを循環ポンプ4よりも上流側であり、熱媒タンク5よりも下流側の熱媒循環回路1に接続する構成を有する。このため、バイパス回路1cから熱媒が熱媒タンク5に流入しないので、熱媒タンク5の熱媒の温度を下げることができる。このため、熱媒タンク5における熱媒の放熱を抑制することができる。これにより、熱源機の熱効率を向上することができる。
【0029】
また、本実施の形態の熱源機においては、バイパス回路1cは熱媒タンク5の出口5aよりも下流側の熱媒循環回路1に接続されている。このため、熱媒タンク5の出口5aよりも下流側において熱媒循環回路1にバイパス回路1cを接続することができる。
【0030】
(実施の形態2)
図7を参照して、本発明の実施の形態2における熱源機の構成について説明する。なお、特に説明しない限り、実施の形態1と同様の構成については同一の符号を付し、説明を繰り返さない。なお、本実施の形態では、バイパス回路1cが熱媒タンク5に接続されている。また低温サーミスタ11が熱媒タンク5に接続されている。
【0031】
本実施の形態の熱源機は、上記の実施の形態1と同様に、熱媒循環回路1と、一次熱交換器2と、二次熱交換器3と、循環ポンプ4と、熱媒タンク5と、燃焼装置(バーナ)6と、送風装置(ファン)7と、弁8,9と、制御装置10と、低温サーミスタ11と、高温サーミスタ12とを主に備えている。さらに、雰囲気サーミスタ13を備えている。また、図示されていないが、低温および高温端末21,22の回路が開いている系統数を検知可能な系統数センサを備えている。
【0032】
本実施の形態の熱源機は、さらに熱媒流入量制御装置30を備えている。熱媒流入量制御装置30は、二次熱交換器3に接続されており、二次熱交換器3への熱媒流入量を制御可能に構成されている。
図7および
図8を参照して、制御手段10aは熱媒流入量制御装置30を制御可能に構成されている。また、制御装置10は、系統数センサに接続された低温および高温端末21,22の回路が開いている系統数を判定するための系統数判定手段10cと、下記の補正値を記憶するための記憶手段10dとをさらに有している。
【0033】
図7および
図9を参照して、熱媒流入量制御装置30は、弁(開閉弁)30aを含んでいる。また、二次熱交換器3の上流側と下流側を結ぶバイパス31が設けられている。バイパス31の分岐と二次熱交換器3との間に弁30aが配置されている。弁30aは、通常、開弁している。一方、制御装置10によって、二次熱交換器3で放熱が発生し得る状況と判断された場合には、弁30aが完全に閉止または部分的に閉止される。これにより、二次熱交換器3に流れる熱媒の流量が抑制される。したがって、二次熱交換器3における熱媒の放熱を抑制することができる。
【0034】
制御装置10は、二次熱交換器3の熱媒温度の算出値が一次熱交換器2の排気温度の算出値よりも高い場合に、二次熱交換器3で放熱が発生し得る状況と判断する。具体的には、二次熱交換器3の熱媒温度の算出値は、低温および高温サーミスタ11,12の測定温度と、低温および高温端末21,22の回路が開いている系統数、予め実験で求めておいた補正値とから算出される。つまり、低温および高温サーミスタ11,12からの温度を受けた温度判定手段10bからの信号と、系統数判定手段10cからの信号と、記憶手段10dからの補正値とから制御手段10aによって二次熱交換器3の熱媒温度の算出値が算出される。一次熱交換器2の排気温度の算出値は、雰囲気サーミスタ13の測定温度と、燃焼装置6のガス比例弁開度と、燃焼装置6の燃焼熱量の和から算出される。つまり、雰囲気サーミスタ13からの温度を受けた温度判定手段10bからの信号と、燃焼装置6からの信号とから制御手段10aによって一次熱交換器2の排気温度の算出値が算出される。
【0035】
図10を参照して、本実施の形態における変形例1の熱源機では、バイパス31に弁(開放弁)30aが配置されている。弁30aは、通常、閉弁している。一方、制御装置10によって、二次熱交換器3で放熱が発生し得る状況と判断された場合には、弁30aが開弁される。これにより、二次熱交換器3に流れる熱媒の流量が抑制される。
【0036】
図11を参照して、本実施の形態における変形例2の熱源機では、バイパス31の分岐に弁(三方弁)30aが配置されている。弁30aは、通常、二次熱交換器3への流路のみが開弁している。一方、制御装置10によって、二次熱交換器3で放熱が発生し得る状況と判断された場合には、二次熱交換器3への流路が完全に閉止または部分的に閉止され、バイパス31側への流路が開放される。これにより、二次熱交換器3に流れる熱媒の流量が抑制される。
【0037】
また、本実施の形態では、弁30aが閉弁された場合には、二次熱交換器3の流路が狭くなるため、圧力損失にあわせて循環ポンプ4の回転数を制御することが好ましい。
【0038】
次に、本実施の形態の熱源機の作用効果について説明する。
本実施の形態の熱源機においては、熱媒流入量制御装置30を二次熱交換器3に接続することにより、二次熱交換器3を流れる熱媒の流量を制御することができる。したがって熱媒の流量を抑制することによって、二次熱交換器3における熱媒の温度を下げることができる。このため、二次熱交換器3における熱媒の放熱を抑制することができる。これにより、熱源機の熱効率を向上することができる。
【0039】
また、本実施の形態の熱源機においては、熱媒流入量制御装置30は弁30aを含んでいる。このため、二次熱交換器3への熱媒の流入量を容易に制御することができる。
【0040】
(実施の形態3)
図12を参照して、本発明の実施の形態3における熱源機の構成について説明する。なお、特に説明しない限り、実施の形態1および2と同様の構成については同一の符号を付し、説明を繰り返さない。本実施の形態は、実施の形態1に実施の形態2の熱媒流入量制御装置30を加えた構成を有している。
【0041】
本実施の形態では、バイパス回路1cを循環ポンプ4よりも上流側であり、熱媒タンク5よりも下流側の熱媒循環回路1に接続することにより、熱媒タンク5における熱媒の放熱を抑制することができる。また、熱媒流入量制御装置30を二次熱交換器3に接続することにより、二次熱交換器3における熱媒の放熱を抑制することができる。したがって、熱源機の熱効率をさらに向上することができる。
【0042】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。