特許 7390187 真空式温水機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-22

(45)【発行日】2023-12-01

(54)【発明の名称】真空式温水機

(51)【国際特許分類】

   F24H 1/36 20220101AFI20231124BHJP

   F24H 4/02 20220101ALI20231124BHJP

   F24H 15/375 20220101ALI20231124BHJP

   F25B 30/02 20060101ALI20231124BHJP

【ＦＩ】

F24H1/36

F24H4/02 F

F24H15/375

F25B30/02 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019237451

(22)【出願日】2019-12-26

(65)【公開番号】P2021105491

(43)【公開日】2021-07-26

【審査請求日】2022-11-16

(73)【特許権者】

【識別番号】505229472

【氏名又は名称】株式会社日本サーモエナー

(74)【代理人】

【識別番号】100129540

【弁理士】

【氏名又は名称】谷田 龍一

(74)【代理人】

【識別番号】100137648

【弁理士】

【氏名又は名称】吉武 賢一

(72)【発明者】

【氏名】太田 裕

(72)【発明者】

【氏名】山口 剛志

(72)【発明者】

【氏名】穂積 健一

(72)【発明者】

【氏名】三浦 智郎

【審査官】豊島 ひろみ

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２０６４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－０８９７６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００１－１７４０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１８０２２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｈ １／００ － １５／４９３

Ｆ２５Ｂ ３０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部が大気圧以下に保持された密閉状の缶体と、缶体内の下部に形成されて熱媒液を貯留する熱媒液槽と、缶体内の上部に形成された減圧蒸気室と、減圧蒸気室に配置されて減圧蒸気室内に発生した蒸気を水との熱交換により凝縮して液化させる温水熱交換器と、熱媒液槽内の熱媒液中に配置されて熱媒液を加熱蒸発させる加熱手段とを備えた真空式温水機であって、
前記加熱手段は、主加熱器と、前記主加熱器よりも出力が大きい補助用加熱装置と、前記補助用加熱装置よりも下方の熱媒液中に配置された低負荷時用加熱器と、を備え、
前記補助用加熱装置は、前記主加熱器の鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする、真空式温水機。

【請求項2】

前記主加熱器は、熱媒液が沸騰する温度よりも高い温度の流体が内部を流通する配管を備えている、請求項１に記載の真空式温水機。

【請求項3】

前記高温の流体はヒートポンプの冷媒であり、前記主加熱器はヒートポンプの冷媒を冷却するための凝縮器である、請求項２に記載の真空式温水機。

【請求項4】

前記補助用加熱装置は、燃焼式バーナを備える、請求項１から３のいずれかに記載の真空式温水機。

【請求項5】

前記主加熱器は、前記補助用加熱装置が駆動されている間は周囲の熱媒液を加熱するとともに、前記補助用加熱装置の駆動が停止されている間は加熱を停止し、
前記低負荷時用加熱器は、前記補助用加熱装置が駆動されている間は加熱を停止するとともに、前記補助用加熱装置の駆動が停止されている間は周囲の熱媒液を加熱する、請求項１に記載の真空式温水機。

【請求項6】

前記熱媒液槽内の熱媒液を前記主加熱器の伝熱面の周囲と熱媒液槽の底部との間で流動させる流動装置を備える、請求項１から５のいずれかに記載の真空式温水機。

【請求項7】

前記流動装置は、前記熱媒液槽内の底部と熱媒液槽の液面近傍との間に設けた循環ポンプを備える熱媒液路である、請求項６に記載の真空式温水機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内部が大気圧以下に保持された密閉状の缶体と、缶体内の下部に形成された熱媒液を貯留する熱媒液槽と、缶体内の上部に形成された減圧蒸気室と、減圧蒸気室に配置されて減圧蒸気室内に発生した蒸気を水との熱交換により凝縮して液化させる温水熱交換器と、熱媒液槽内の熱媒液中に配置されて熱媒液を加熱蒸発させる加熱手段とを備え、温水発生装置として用いられる真空式温水機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、温水発生装置として用いられる真空式温水機としては、例えば、図５に示す構造のものが知られている（特許文献１参照、以下、従来技術１という。）。

【0003】

即ち、前記真空式温水機は、図５に示す如く、缶体５１、バーナ５２、燃焼室５３、減圧蒸気室５４、熱媒水５５、温水熱交換器５６、水管５７、抽気ポンプ（図示省略）等を備えており、缶体５１内を抽気ポンプにより大気圧以下に減圧して真空に近い状態とし、この状態でバーナ５２により熱媒水５５を加熱沸騰させて減圧蒸気室５４内にそのときの熱媒水５５の温度と同じ蒸気を発生させ、その蒸気が温水熱交換器５６の表面で凝縮することで温水熱交換器５６内の給水を加熱し、温水を作るようにしたものである。
この真空式温水機は、缶体５１内が減圧されているため、温水熱交換器から多量の温水を取り出す高負荷運転時においても、要求される温度の温水を素早く負荷側へ供給できるメリットがある。

【0004】

しかし、従来技術１のように燃焼式バーナにより熱媒水を加熱している真空式温水機においては、熱効率が８０％～９５％程度までとなる問題点があり、さらに、缶体容量や使用燃料に応じたバーナの選定が必要となるため、多種類のバーナを用意しておく必要があるという問題点もある。

【0005】

上記の熱効率を高めるため、燃焼排ガス中に含まれる水蒸気の潜熱を回収する熱回収装置を付設することが提案されている（特許文献２参照、以下、従来技術２という。）。しかし従来技術２では、熱回収装置を別個に設けるため装置全体が大型化するうえ、燃焼排ガスが熱交換により低温となるため白煙が生じたり、燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮するため発生する凝縮液の中和処理装置や腐食対策が必要になる問題点がある。

【0006】

また、熱効率を高めるため、ヒートポンプ給湯器などの高温水と補助用の燃焼式バーナとを用いる真空式温水機の発明がある（特許文献３参照、以下、従来技術３という。）。この従来技術３は前記高温水を主熱源としており、燃焼式バーナを補助的に使用しているため、缶体効率が高く、年間エネルギー消費量とランニングコストの低減及びＣＯ_２の削減を図ることができる利点がある。しかし従来技術３では、熱媒液槽を燃焼式バーナのための熱媒液槽と、高温水用の熱媒液槽との二つの槽に区画していることから、装置が大型化する問題がある。さらに、前記温水熱交換器を低温側と高温側とに分け、低温側温水熱交換器の下方位置の高温水用熱媒液槽に温水熱交換器で凝縮した熱媒液を導く構造となっており、温水熱交換器を二つに分割するため装置が複雑化、大型化する問題もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開平１１－３３７００２号公報

【文献】特開２０１２－１０２９０６号公報

【文献】特許６３５９３２１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、これらの問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、装置の複雑化と大型化を抑制しながら、熱効率が高く、年間エネルギー消費量とランニングコストの低減及びＣＯ_２の削減等を図れるようにした真空式温水機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は前記課題を解決するために、次のように構成したものである。
即ち本発明に係る真空式温水機は、内部が大気圧以下に保持された密閉状の缶体と、缶体内の下部に形成されて熱媒液を貯留する熱媒液槽と、缶体内の上部に形成された減圧蒸気室と、減圧蒸気室に配置されて減圧蒸気室内に発生した蒸気を水との熱交換により凝縮して液化させる温水熱交換器と、熱媒液槽内の熱媒液中に配置されて熱媒液を加熱蒸発させる加熱手段とを備えた真空式温水機であって、前記加熱手段は、主加熱器と、前記主加熱器よりも出力が大きい補助用加熱装置とを備え、前記補助用加熱装置は、前記主加熱器の鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする。

【0010】

前記主加熱器により周囲の熱媒液は加熱されて熱媒液蒸気となる。この熱媒液蒸気は前記温水熱交換器の表面で、温水熱交換器に供給される水との熱交換により冷却されて凝縮し、液滴となって前記熱媒液槽に滴下する。このとき、主加熱器の伝熱面の温度は、前記缶体内の圧力下で熱媒液が沸騰する温度（以下、熱媒液の飽和温度という）よりも高いものの、その飽和温度との差である過熱度は低いことから、この主加熱器の伝熱面では、沸騰気泡がごく少数みられる程度の部分的な核沸騰状態となっている。

【0011】

真空式温水機から多量の温水が取り出されるなど、温水熱交換器での負荷が大きくなると、温水熱交換器で冷却され凝縮して滴下する熱媒液が増加し、熱媒液槽の熱媒液温度が低下する。そして熱媒液槽内の熱媒液の温度が設定温度以下になると、前記補助用加熱装置が駆動される。補助用加熱装置はその出力が主加熱器よりも大きいため、熱媒液槽内の熱媒液が急速に加熱され蒸発する。この結果、多量に発生した熱媒液蒸気により前記温水熱交換器内を流通する水が効率よく加熱され、真空式温水機から多量の温水が取り出される。なお、前記補助用加熱装置の出力が主加熱器よりも大きいとは、補助用加熱装置が主加熱器よりも、多量の熱媒液を速やかに加熱できる高い加熱能力を備えていることをいう。

【0012】

前記補助用加熱装置は出力が大きく、その伝熱面では周囲の熱媒液が激しく沸騰する発達した核沸騰状態となっていることから、伝熱面上で大きな気泡が形成され、次々と離脱する。この離脱した気泡や加熱された熱媒液の上昇により、補助用加熱装置の上方に配置されている前記主加熱器の周囲に熱媒液の上昇流が生じる。この結果、前記主加熱器の伝熱面の周囲で熱媒液が流動し、主加熱器の熱伝達率が著しく向上する。

【0013】

前記補助用加熱装置の加熱によりその伝熱面から熱媒液蒸気の気泡が多数発生するが、補助用加熱装置の上方に配置された主加熱器は熱媒液槽の液面近傍に位置するため、この主加熱器がバッフルの役割を果たし、液面の遊動が抑制される。この結果、沸騰液の飛沫が上方の温水熱交換器の表面に降りかかることが軽減され、熱媒液蒸気の凝縮熱伝達が阻害されるおそれが低減されるので、温水熱交換器を液面から離隔させたり、温水熱交換器を大型化させたりする必要がなく、真空式温水機全体がコンパクトに形成される。

【0014】

また、前記加熱手段の主加熱器と補助用加熱装置は、熱媒液槽の熱媒液中に上下に配置されるので、設置面積を拡げたり熱媒液槽を複数に分割したりする必要がなく、真空式温水機の大型化、複雑化が抑制される。

【0015】

前記主加熱器は、前記熱媒液槽内に配置されて熱媒液槽内の熱媒液を加熱する装置であればよく、特定の加熱装置に限定されない。例えば、主加熱器は電気ヒータなどであっても良い。しかし前記主加熱器が、熱媒液が沸騰する温度よりも高い温度の流体が内部を流通する配管を備えていると、熱媒液と効率よく熱交換できて好ましい。

【0016】

特に、前記流体がヒートポンプの冷媒であり、前記主加熱器が、ヒートポンプの冷媒を冷却するための冷媒熱交換器、すなわち凝縮器であると、例えば凝縮器を用いた温水設備などを別途必要とせず、簡単でコンパクトな構成にできるうえ、ヒートポンプで発生する熱量が直接的に利用されるので、熱媒液が効率よく加熱されて好ましい。

【0017】

また前記流体としては、燃焼式バーナから排出される排ガスなどの高温ガスであってもよいが、ヒートポンプの冷媒のほか、高温水が好ましく用いられる。なお、前記高温水とは、具体的には例えば、ヒートポンプ給湯機により得られた高温水、コージェネレーションシステムのエンジン冷却水、太陽熱温水器により得られた高温水、温泉水、その他の高温水などをいう。

【0018】

前記補助用加熱装置としては、前記主加熱器よりも出力が大きければよく、例えば電気ヒータやエンジン排ガスなどであっても良い。しかし、補助用加熱装置が燃焼式バーナを備えると、火力が強く、多量の熱媒液を速やかに加熱できるので好ましい。なお、燃焼式バーナを備える補助用加熱装置とは、燃焼式バーナのほか、火炉、排ガスが周囲を通過する水管群、煙管路などを備える装置をいい、これらのいずれかあるいは複数が、熱媒液槽内の熱媒液中で主加熱器の鉛直方向下方に配置される。

【0019】

前記補助用加熱装置は、前記温水熱交換器の負荷が大きい高負荷運転時に駆動されるが、真空式温水機の待機運転時など、温水熱交換器の負荷が小さい低負荷時には停止される。補助用加熱装置が停止していると、上方に配置された主加熱器により周囲の熱媒液と上方の減圧蒸気室内の熱媒液蒸気は加熱されるが、主加熱器の加熱により生じる熱媒液の流動は主加熱器の周囲に限られる。この結果、熱媒液槽の底部の熱媒液までは容易に加熱されない。

【0020】

そこで、前記加熱手段は、前記補助用加熱装置よりも下方の熱媒液中に、低負荷時用加熱器を備えていてもよい。前記補助用加熱装置が停止しているとき、補助用加熱装置よりも下方の、熱媒液槽の底部の熱媒液が低負荷時用加熱器により加熱され、これにより熱媒液槽内の熱媒液全体が加熱される。このとき、補助用加熱装置が停止しているので、熱媒液槽の底部の熱媒液は低温となっており、低負荷時用加熱器の伝熱面との温度差が大きいことから、熱媒液槽の底部の熱媒液が効率よく加熱される。このため、この低負荷時用加熱器の出力の大きさは、前記主加熱器と同程度であってもよく、あるいは異なっていてもよい。そして、熱媒液槽全体の熱媒液が加熱されることにより、蓄熱量が多くなって、温水熱交換器の高負荷運転へ速やかに切り替えることができ、好ましい。

【0021】

前記主加熱器は、前記補助用加熱装置が駆動されている間は周囲の熱媒液を加熱するとともに、前記補助用加熱装置の駆動が停止されている間は加熱を停止し、前記低負荷時用加熱器は、前記補助用加熱装置が駆動されている間は加熱を停止するとともに、前記補助用加熱装置の駆動が停止されている間は周囲の熱媒液を加熱してもよい。この場合、補助用加熱装置が駆動されている高負荷運転時にあっては、補助用加熱装置の上方に配置された主加熱器により、熱媒液が効率よく加熱される。また、補助用加熱装置の駆動が停止されている低負荷運転時にあっては、補助用加熱装置の下方に配置されている低負荷時用加熱器により加熱された熱媒液が熱媒液槽内を上昇するので、この低負荷時用加熱器により熱媒液槽内の熱媒液全体が加熱される。

【0022】

前記低負荷時用加熱器は、前記主加熱器と同様の、熱媒液が沸騰する温度よりも高い温度の流体が内部を流通する配管を備えていてもよい。この場合、前記の高温流体は、前記主加熱器と低負荷時用加熱器とのいずれか一方に切換弁等を介して流通するものであってもよく、これにより、高負荷時と低負荷時とで、主加熱器による加熱と低負荷時用加熱器による加熱とを切り換えることができて好ましい。

【0023】

前記真空式温水機は、前記熱媒液槽内の熱媒液を前記主加熱器の伝熱面の周囲と熱媒液槽の底部との間で流動させる流動装置を備えていてもよい。この場合、前記補助用加熱装置が停止しているときであっても、主加熱器の周囲の熱媒液が移動することから、主加熱伝熱面で熱媒液が効率よく加熱される。しかも、熱媒液槽の底部の熱媒液が主加熱器の周囲へ移動することから、熱媒液槽全体の熱媒液が加熱され、蓄熱量が多くなって、温水熱交換器の高負荷運転へ速やかに切り替えることができ、好ましい。

【0024】

前記流動装置は、例えば熱媒液槽内に配置された撹拌機等であってもよいが、前記熱媒液槽内の底部と熱媒液槽の液面近傍との間に設けた循環ポンプを備える熱媒液路であると、簡単な構造で熱媒液槽内の熱媒液を前記主加熱器の伝熱面の周囲と熱媒液槽の底部との間で流動させることができるうえ、熱媒液槽を大型化することがなく、真空式温水機をコンパクトに構成できて好ましい。なお、前記循環ポンプは、液面近傍の熱媒液を底部に移動させるものであっても、熱媒液槽内の熱媒液全体を加熱できるうえ、主加熱器の周囲の熱媒液を移動させることができて好ましいが、底部の熱媒液を液面近傍に供給すると、低温の熱媒液を主加熱器の周囲に供給できるため、効率よく加熱できてより好ましい。

【発明の効果】

【0025】

本発明の真空式温水機は、上記のように構成され作用するので、次の効果を奏する。
（１）加熱手段の主加熱器と補助用加熱装置を、熱媒液槽の熱媒液中に上下に配置しているので、設置面積を拡げたり熱媒液槽を複数に分割したりする必要がなく、真空式温水機の大型化、複雑化を抑制できる。
（２）補助用加熱装置の上方に主加熱器を配置しているので、主加熱器が熱媒液槽の液面近傍に位置しており、バッフルの役割を果たすことができる。これにより、補助用加熱装置の伝熱面から多数の沸騰気泡が発生しても、熱媒液面での遊動を抑制でき、沸騰液の飛沫が上方の温水熱交換器の表面に降りかかることを軽減できる。この結果、熱媒液蒸気の凝縮熱を温水熱交換器内の水に効率よく伝達でき、温水熱交換器を液面から離隔させたり、温水熱交換器を大型化させる必要がないので、真空式温水機全体をコンパクトに形成できる。
（３）主加熱器は補助用加熱装置の上方に配置されているので、補助用加熱装置の運転中は、補助用加熱装置での加熱沸騰による熱媒液の上昇により主加熱器の周囲の熱媒液が流動し、主加熱器の熱伝達率が著しく向上する。これらの結果、真空式温水機をコンパクトに形成しながらも、熱効率が高く、年間エネルギー消費量とランニングコストの低減及びＣＯ_２の削減等を図ることができる。
（４）主加熱器よりも出力が大きい補助用加熱装置を備えているので、温水熱交換器の高負荷時に補助用加熱装置を駆動することで容易に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施形態に係る真空式温水機を示す、真空式温水機の一部を省略した縦断正面図である。

【図2】本発明の他の実施形態に係る真空式温水機を示す、真空式温水機の一部を省略した縦断正面図である。

【図3】本発明の更に他の実施形態に係る真空式温水機を示す、真空式温水機の一部を省略した縦断正面図である。

【図4】本発明の実施形態の変形例を示す、縦断側面図である。

【図5】従来の真空式温水機の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る真空式温水機を示し、当該真空式温水機１は、内部が大気圧以下に保持された密閉状の缶体２と、缶体２内の下部に形成され、熱媒液３（例えば、水）を貯留する熱媒液槽４と、缶体２内の上部に形成され抽気ポンプ（図示省略）により減圧された減圧蒸気室５と、減圧蒸気室５に配置され、減圧蒸気室５内に発生した蒸気を水との熱交換により凝縮して液化させる温水熱交換器６と、熱媒液槽４内の熱媒液３中に配置されて熱媒液３を加熱蒸発させる加熱手段７とを備える。

【0028】

前記温水熱交換器６は、減圧蒸気室５に水平姿勢で配置されており、缶体２の側壁面に水の入口６ａとその上方の温水の出口６ｂとが形成され、水入口６ａが折返部６(c)を経て温水出口６ｂに接続してある。

【0029】

前記加熱手段７は、前記熱媒液槽４の熱媒液３中に配置された主加熱器８と補助用加熱装置９とを備えており、補助用加熱装置９の出力は、主加熱器８の出力よりも大きく、多量の熱媒液３を速やかに加熱できる高い加熱能力を備えている。なお、前記補助用加熱装置９の高い加熱能力とは、適用される缶体２の容量などによっても異なるので、具体的に数値を限定することはできないが、例えば、補助用加熱装置９の交換熱量が主加熱器８の交換熱量の１０倍程度以上である場合などをいう。そして、前記補助用加熱装置９は、前記主加熱器８の鉛直方向下方に配置されている。

【0030】

前記主加熱器８には、ヒートポンプ１１の冷媒を冷却するための冷媒熱交換器である凝縮器が用いてある。即ち、前記主加熱器８の冷媒入口８ｂにはヒートポンプ１１の圧縮機１２からの導入配管１３が接続してあり、主加熱器８の冷媒出口８ｃにヒートポンプ１１の膨張弁１４への導出配管１５が接続してある。

【0031】

前記ヒートポンプ１１の冷媒は、圧縮機１２により前記熱媒液３の飽和温度よりも高い温度に加熱されたのち、導入配管１３を経て前記主加熱器８の冷媒入口８ｂに送られる。この高い温度の冷媒は主加熱器８の配管内を流通し、周囲の熱媒液３と熱交換されて冷却される。そしてこの冷却された冷媒は、冷媒出口8cから導出配管１５を経てヒートポンプ１１に戻され、膨張弁１４と蒸発器１６と圧縮機１２を順に経て加熱され、再び主加熱器８の冷媒入口８ｂへ送られる。

【0032】

一方、主加熱器８の伝熱面８ａは、前記加熱された冷媒により熱媒液３の飽和温度よりも高い温度に加熱されるので、周囲の熱媒液３は加熱されて熱媒液蒸気となる。このとき、前記冷媒により加熱される伝熱面８ａの温度は、前記飽和温度よりも高いものの、熱媒液３の飽和温度との差である過熱度は低く、前記伝熱面８ａでは、沸騰気泡がごく少数みられる程度の部分的な核沸騰状態となっている。しかし、周囲の熱媒液３は、ヒートポンプ１１の冷媒により、ヒートポンプで発生する熱量が直接的に利用されるので、効率よく加熱されて蒸発する。

【0033】

前記主加熱器８の加熱により発生した熱媒液蒸気は、前記減圧蒸気室５内の前記温水熱交換器６の表面で、温水熱交換器６に供給される水との熱交換により冷却されて凝縮し、液滴となって前記熱媒液槽４に滴下する。一方、温水熱交換器６に供給された水は、前記熱媒液蒸気との熱交換により加熱され、これにより、所望の温度の温水が温水熱交換器６から取り出される。

【0034】

前記真空式温水機１の温水熱交換器６から多量の温水が取り出されるなど、温水熱交換器６での負荷が、主加熱器８の加熱能力よりも大きくなる（以下、高負荷運転時ともいう）と、温水熱交換器６で冷却され凝縮して滴下する熱媒液３が増加し、熱媒液槽４内の熱媒液３の温度が低下する。そこで、熱媒液槽４に付設された液温検出器１９により検出される熱媒液３の温度が設定温度以下になると、前記補助用加熱装置９が制御装置２０により駆動される。なお、高負荷運転時であるか否かは、熱媒液３の温度による判断に代えて、例えば温水熱交換器６から取り出さる湯量に基づいて負荷の大きさを判断し、補助用加熱装置９の駆動を制御してもよい。

【0035】

前記補助用加熱装置９は、熱源である燃焼式バーナ２１と、燃焼室である火炉２２と、水管２３群と、排気筒２４とを備えている。火炉２２と水管２３群は前記熱媒液槽４内の熱媒液３に水没されており、火炉２２が前記主加熱器８の鉛直方向下方に配置されている。火炉２２の周面や水管２３の内面が熱媒液３と接しており、熱媒液３への伝熱面9aとなっている。

【0036】

燃焼式バーナ２１が制御装置２０により駆動されると、燃焼式バーナ２１の強い火力により、補助用加熱装置９の伝熱面９ａが加熱される。これにより、火炉２２の周囲の熱媒液３と水管23内を流通する熱媒液３が速やかに加熱され、増加した温水負荷に対して不足する主加熱器８の加熱能力が良好に補われる。

【0037】

前記補助用加熱装置９の燃焼式バーナ２１が駆動されると、伝熱面９ａは前記飽和温度よりもかなり高い温度に加熱されるため、周囲の熱媒液３は激しく沸騰する発達した核沸騰状態となる。そして、伝熱面９ａ上で形成された大きな気泡は、次々と離脱して上昇するので、補助用加熱装置９の上方に熱媒液３の上昇流が生じる。補助用加熱装置９の上方には前記主加熱器８が配置してあるので、前記上昇流が生じると、前記主加熱器８では伝熱面８ａの周囲の熱媒液３が流動し、主加熱器８の熱伝達率が著しく向上する。そして、この主加熱器８と補助用加熱装置９により効率よく加熱され蒸発した熱媒液蒸気により、前記温水熱交換器６内を流通する水が加熱され、温水出口６ｂから多量の温水が取り出される。

【0038】

なお、前記補助用加熱装置９の加熱によりその伝熱面９ａから熱媒液３蒸気の気泡が多数発生する。しかし、補助用加熱装置９の上方に配置された主加熱器８は、熱媒液槽４の液面近傍に位置しているので、この主加熱器８があたかもバッフルのように作用して液面の遊動が抑制されている。この結果、補助用加熱装置９が駆動されている間においても、沸騰した熱媒液３の飛沫が上方の温水熱交換器６の表面に降りかかることが軽減され、熱媒液蒸気の凝縮熱が温水熱交換器６の表面に効率よく伝達される。

【0039】

温水熱交換器６での負荷が低下して主加熱器８の加熱能力よりも小さくなると、温水熱交換器６の表面から滴下する凝縮熱媒液３が少なくなり、熱媒液槽４内の熱媒液３の温度が上昇する。そして、熱媒液３の温度が設定温度を超えたことを前記液温検出器１９が検出すると、制御装置２０は前記補助用加熱装置９の駆動を停止する。この結果、燃焼式バーナ２１を用いる補助用加熱装置９は、温水負荷が高いときや、真空式温水機１の起動時に熱媒液３を早急に昇温させたいときなど、多量の熱媒液３を急速に加熱するときにのみ駆動されるので、缶体効率の向上、年間エネルギー消費量とランニングコストの低減及びＣＯ_２の削減を図ることができる。

【0040】

前記加熱手段７は、熱媒液槽４の熱媒液３を効率よく加熱できるうえ、熱媒液３の蒸気は温水熱交換器６の表面で効率よく熱交換される。しかも、主加熱器８と補助用加熱装置９は、熱媒液槽４中に上下に配置されるので、真空式温水機１の設置面積を拡げたり熱媒液槽４を複数に分割したりする必要がない。これらの結果、真空式温水機１は、大型化、複雑化することが抑制され、コンパクトに形成されている。

【0041】

図２は本発明の他の実施形態に係る真空式温水機を示し、当該真空式温水機１の加熱手段７は、前記補助用加熱装置９よりも下方の熱媒液中に、低負荷時用加熱器１０を備えている。

【0042】

前記低負荷時用加熱器１０は、前記主加熱器８と同様の、ヒートポンプ１１の凝縮器が用いてある。そして、低負荷時用加熱器１０の冷媒入口１０ｂは、ヒートポンプ１１の圧縮機１２からの導入配管１３に、導入分岐管１７を介して接続してあり、低負荷時用加熱器１０の冷媒出口１０ｃは、ヒートポンプ１１の膨張弁１４への導出配管１５に、導出分岐管１８を介して接続してある。その他の構成は図１に示す真空式温水機と同様構造に構成され、同様の作用効果を奏することができるため、図１に示す真空式温水機と同じ部位・部材には同一の参照番号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0043】

前記補助用加熱装置９は、前記温水熱交換器６の負荷が大きい高負荷運転時に駆動されるが、真空式温水機１の待機運転時など、温水熱交換器６の負荷が小さい低負荷時には停止される。そして、補助用加熱装置９が停止している場合、補助用加熱装置９の上方に配置された主加熱器８により、熱媒液槽４の上部の熱媒液３と上方の減圧蒸気室５内の熱媒液蒸気が加熱され、補助用加熱装置９の下方に配置された低負荷時用加熱器１０により、熱媒液槽４の底部の熱媒液３が加熱される。

【0044】

このとき、補助用加熱装置９が停止しているので、熱媒液槽４の底部の熱媒液３は低温となっている。この結果、低負荷時用加熱器１０がヒートポンプの凝縮器であり、補助用加熱装置９よりも出力が小さい場合であっても、その低負荷時用加熱器１０の伝熱面１０ａと周囲の熱媒液３との温度差が大きく、周囲の熱媒液３が効率よく加熱される。

【0045】

前記のように、補助用加熱装置９が停止している場合であっても、主加熱器８と低負荷時用加熱器１０とにより、熱媒液槽４全体の熱媒液３が加熱されることから、蓄熱量が多くなって、温水熱交換器６を高負荷運転へ速やかに切り替えることができる。

【0046】

また、主加熱器８にヒートポンプの凝縮器を用いる場合、熱媒液槽４の熱媒液３が部分的にしか加熱されないため、凝縮器の冷媒が十分に冷却されず、熱媒液槽４の底部の熱媒液が低温であるにも関わらず、昇温が完了したと判断してヒートポンプが停止されるおそれがある。しかし、この実施形態では前記低負荷時用加熱器１０を用いることでヒートポンプの冷媒により熱媒液槽４全体の熱媒液３を加熱していることから、ヒートポンプの停止のおそれが低減される。

【0047】

なお、前記低負荷時用加熱器１０で加熱された熱媒液３は熱媒液槽４内を上昇するので、この低負荷時用加熱器１０により熱媒液３全体を加熱することができる。このため、補助用加熱装置９が停止している低負荷運転時には、低負荷時用加熱器１０により周囲の熱媒液３を加熱するとともに主加熱器８の加熱を停止してもよい。また、高負荷運転時に、補助用加熱装置９の加熱により熱媒液槽４内の熱媒液３全体が十分に加熱される場合には、主加熱器８により周囲の熱媒液３を加熱するとともに低負荷時用加熱器１０の加熱を停止することも可能である。

【0048】

そこで、図２に示すように、前記導入配管13と導入分岐管17との接続部、および導出配管１５と導出分岐管１８との接続部に、それぞれ切換弁１７ａ，１８ａを設け、低負荷運転時にはヒートポンプの冷媒を低負荷時用加熱器１０に案内し、高負荷運転時にはヒートポンプの冷媒を主加熱器８に案内するように各切換弁１７ａ，１８ａを制御してもよい。これにより、低負荷時にあっても熱媒液槽４内の熱媒液３全体を加熱できるものでありながら、主加熱器８による加熱と低負荷時用加熱器１０による加熱とのいずれか一方が用いられるので、缶体効率が一層向上し、年間エネルギー消費量とランニングコストの低減及びＣＯ_２の削減をさらに図ることができる。

【0049】

図３は本発明の他の実施形態に係る真空式温水機を示し、この真空式温水機１は、熱媒液槽４内の熱媒液３を主加熱器８の伝熱面８ａの周囲と熱媒液槽４の底部との間で流動させる流動装置２５を備えている。即ち、熱媒液槽４内の底部と熱媒液槽４の液面近傍との間には、循環ポンプ２６を備える熱媒液路２７が設けてあり、この循環ポンプ２６を備えた熱媒液路２７が前記流動装置２５を構成している。その他の構成は図１に示す真空式温水機と同様構造に構成され、同様の作用効果を奏することができるため、図１に示す真空式温水機と同じ部位・部材には同一の参照番号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0050】

前記循環ポンプ２６は、補助用加熱装置９が停止している状態で、熱媒液槽４に付設された液温検出器１９により検出される熱媒液３の温度が設定温度以下になると、制御装置２０により駆動され、熱媒液槽４の底部の熱媒液３が、熱媒液路２７を経て熱媒液槽４の液面に案内され、主加熱器８の周囲に供給される。この熱媒液３の供給により、主加熱器８の周囲の熱媒液３が流動することから、伝熱面８ａで熱媒液３が効率よく加熱される。また、熱媒液槽４の底部の熱媒液３が主加熱器８の周囲へ移動することから、熱媒液槽４全体の熱媒液３が加熱されて蓄熱量が多くなるので、温水熱交換器６を高負荷運転へ速やかに切り替えることができる。

【0051】

なお、この実施形態では、前記循環ポンプ２６が熱媒液槽４の底部の熱媒液３を熱媒液槽４の液面に案内しているので、より低温の熱媒液３が主加熱器８の周囲に供給され、効率よく加熱されるので好ましい。しかし本発明では、循環ポンプ２６が熱媒液槽４の液面近傍の熱媒液３を熱媒液槽４の底部に案内するものであってもよく、この場合も、主加熱器８の周囲に熱媒液３の流動を生じるうえ、熱媒液槽４内の熱媒液３全体を加熱できる点で、この実施形態と同様の効果を奏することができる。また、この実施形態では、循環ポンプ２６を備えた熱媒液路２７で流動装置２５を構成したが、本発明に用いる流動装置２５は、熱媒液槽４内の熱媒液３を主加熱器８の伝熱面８ａの周囲と熱媒液槽４の底部との間で流動させる装置であればよく、例えば熱媒液槽内に配置された撹拌機等であってもよい。

【0052】

本発明は、上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。

【0053】

例えば、上記の各実施形態においては、主加熱器８としてヒートポンプの凝縮器を用いた。このため、ヒートポンプで発生する熱量が直接的に利用される利点がある。しかも、この凝縮器が大気圧以下に保持された密閉状の缶体内の熱媒液中に配置されていることから、腐食するおそれが低減されるうえ、万一、凝縮器からヒートポンプの冷媒が漏れ出たとしても、温水用熱交換器内の水とは遮断されているので、真空式温水機から取り出される温水にヒートポンプの冷媒が混入するおそれがない利点もある。

【0054】

しかし本発明で用いる主加熱器は、熱媒液槽内に配置されて熱媒液を加熱する装置であればよく、特定の加熱装置に限定されない。例えば、内部を高温水や高温ガスなどの流体が流通する配管や、電気ヒータなどを用いることも可能である。主加熱器に用いることができる高温水とは、例えば、ヒートポンプ給湯機により得られた高温水、コージェネレーションシステムのエンジン冷却水、太陽熱温水器により得られた高温水、温泉水、その他の高温水などを挙げることができる。

【0055】

また、上記の各実施形態においては、補助用加熱装置９として燃焼式バーナ２１と、熱媒液槽４内の熱媒液３に水没されている火炉２２と水管２３群を備える装置を用いた。しかし本発明で用いる補助用加熱装置は、多量の熱媒液を速やかに加熱できる装置であればよく、例えば電気ヒータやエンジン排ガスなどであっても良い。

【0056】

また、上記の各実施形態では、主加熱器８の鉛直方向下方に補助用加熱装置９の火炉２２を配置したが、本発明では、例えば図４に示す変形例のように、主加熱器８の鉛直方向下方に補助用加熱装置９の水管２３群を配置したものであってもよい。また、補助用加熱装置９の火炉22に接続される煙管を熱媒液３中に水没させて配置した場合には、主加熱器８の鉛直方向下方にこの煙管を配置したものであってもよい。

【符号の説明】

【0057】

１…真空式温水機
２…缶体
３…熱媒液
４…熱媒液槽
５…減圧蒸気室
６…温水熱交換器
７…加熱手段
８…主加熱器
９…補助用加熱装置
１０…低負荷時用加熱器
１１…ヒートポンプ
２１…燃焼式バーナ
２５…流動装置
２６…循環ポンプ
２７…熱媒液路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】