JP2000356311A

JP2000356311A - 給湯器

Info

Publication number: JP2000356311A
Application number: JP11170598A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kobayashi; 敏宏小林
Original assignee: Paloma Kogyo KK
Current assignee: Paloma Kogyo KK
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2000-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の給湯器は、潜熱を回収すると共に燃
焼排気中の窒素酸化物を除去することを目的とする。【解決手段】バーナ２２の上流に上ノズル４２を配置
して燃焼温度を低下させて窒素酸化物の発生を抑え、ま
た、バーナ２２の下流に下ノズル４３を配置して熱交換
器１８に水を噴出し、燃焼排気中の窒素酸化物を溶解さ
せて燃焼排気から除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼熱により通水を加
熱する熱交換器を備えた給湯器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から給湯器は、給水管および出湯管
が接続される熱交換器と、この熱交換器を加熱するバー
ナと、バーナに燃焼用空気を供給するファンとを備え、
バーナの燃焼により熱交換器で通水を加熱し、出湯管よ
り出湯する強制燃焼式給湯器が一般的に知られている。

【０００３】バーナの燃焼時に発生する窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）は有害であるため、室内排気の場合には人体に直
接悪影響を及ぼし、また室外排気の場合には大気汚染に
なり、その除去が望まれている。そこで、実公平２−２
７３０６では、バーナ内のガスと空気との混合気に水蒸
気や霧状の水を付加混入する構造により、燃焼温度を低
下させ窒素酸化物の発生を抑えると共に、燃焼時に水蒸
気中に含まれる水素により窒素酸化物を還元して燃焼排
気から除去することが知られている。特に、液体の水を
付加混入した場合には、燃焼時に水蒸気になり熱を奪う
ため、燃焼温度を更に低下させ窒素酸化物の発生を抑え
ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
造では水蒸気は気体のまま器体外部に排出され、潜熱は
そのまま逃げてしまい器体内で回収することができず、
熱損失が大きく経済的ではなかった。そこで、本発明の
給湯器は上記課題を解決し、潜熱を回収すると共に燃焼
排気中の窒素酸化物を除去することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項１記載の給湯器は、バーナの燃焼熱により通
水を加熱すると共に燃焼排気中の潜熱を回収する熱交換
器と、上記バーナへ燃焼用空気を供給すると共に燃焼排
気を上記熱交換器を介して器体外部へ送出する給排気経
路とを備えた給湯器において、上記熱交換器の上流側の
上記給排気経路に水を細粒化して供給する水細粒化供給
手段を設けて、燃焼温度或いは燃焼排気の温度を低下さ
せることを要旨とする。

【０００６】また、上記課題を解決する本発明の請求項
２記載の給湯器は、請求項１記載の給湯器において、上
記バーナの下流側の排気経路に上記水細粒化供給手段を
設けたことを要旨とする。

【０００７】また、上記課題を解決する本発明の請求項
３記載の給湯器は、請求項１または２記載の給湯器にお
いて、上記熱交換器で発生するドレンを排出する排水手
段と、上記ドレンの中和を行う中和手段とを備えたこと
を要旨とする。

【０００８】上記構成を有する本発明の請求項１記載の
給湯器は、バーナの燃焼熱により熱交換器を加熱し、熱
交換器に伝導された熱により通水を加熱する。水細粒化
供給手段から供給される細粒化された水により燃焼温度
或いは燃焼排気の温度を低下させ、燃焼排気中の窒素酸
化物の発生を低減する。また、燃焼排気中の水蒸気が熱
交換器表面で酸性ドレンになるが、細粒化され燃焼熱に
より気化した水は、熱交換器表面で液体になってこの酸
性ドレンを希釈することができるため、熱交換器の耐久
性を向上することができる。しかも一旦気化した水は、
熱交換器で凝縮する際に発生する熱を熱交換器内の通水
に与えるため、潜熱の回収が可能になり熱効率を向上す
ることができる。窒素酸化物濃度の低い燃焼排気は、排
気経路を通って器体外部へ流出する。

【０００９】また、上記構成を有する本発明の請求項２
記載の給湯器は、水細粒化供給手段をバーナと熱交換器
との間に設けるため、特にバーナでの燃焼温度を低下さ
せないで済み、完全燃焼が行われ、一酸化炭素を発生さ
せないため、良好な燃焼を維持できる。この結果、燃焼
性能に悪影響を及ぼすことなく、細粒化された水を多く
供給し、燃焼排気を十分冷却して燃焼排気中の窒素酸化
物の発生を大幅に低減する。

【００１０】また、上記構成を有する本発明の請求項３
記載の給湯器は、熱交換器で発生し窒素酸化物を溶解す
る酸性ドレンは、中和手段により中和されて排水手段に
より排出される。この結果、排水は安全な中性となる。

【００１１】

【発明の実施形態】以上説明した本発明の構成・作用を
一層明らかにするために、以下本発明の給湯器の好適な
実施形態を説明する。本実施形態の給湯器は、図１に示
すように、器具本体１２内の下方位置に、給水管１４と
出湯管１６とが配設される熱交換器１８が燃焼室２０内
に装着された状態で設けられる。熱交換器１８の上方に
は、熱交換器１８を加熱するバーナ２２がそのバーナ炎
孔側を下向きにして取付板２４を介して設けられる。器
具本体１２には、外気を燃焼用空気として取り込むため
の給気口３０と、給気口３０より上方に排気口４４とが
開口される。

【００１２】一方、熱交換器１８を支持する燃焼室２０
の下端には、バーナ２２の燃焼排気により熱交換器１８
を加熱した後の燃焼排気を排出する排気フード３２が設
けられる。この排気フード３２は上方に大きく開口した
椀形状をなし、その下方には石灰石４６を水に浸して収
納する中和室４０が設けられる。排気フード３２の底部
には、連通管３５が接続され、連通管３５の下開口３５
ａが中和室４０の底面に臨むように設けられる。尚、こ
の排気フード３２は燃焼排気中のドレンの受け皿として
のドレンパンを兼ね備えている。中和室４０の側面に
は、下開口３５ａより上方に排水管４１が連結され、更
にその上方に排気管３４が連結される。排気管３４の上
端開口は排気口４４に臨む。

【００１３】また、熱交換器１８には、燃焼熱を吸収を
するフィン１８ｂに伝熱管１８ａが貫通し複数段蛇行し
て設けられる。この伝熱管１８ａは、熱交換器１８の下
段に設けられる給水管１４と接続し燃焼室２０を巻回し
てバーナ２２の近傍で出湯管１６と接続する。給水管１
４には水流センサや水ガバナを備える水側制御ユニット
５０が設けられ、またバーナ２２へのガス管５２には主
電磁弁５４及びガス比例弁５６が設けられる。バーナ２
２を覆うバーナカバー２６上のファン取付台３８には、
給気ファン３６を取付ける。この給気ファン３６にはＤ
Ｃモータ４８が連結される。

【００１４】また、給気ファン３６の上流には、水を細
粒化して霧状に噴出する水細粒化手段として、給気ファ
ン３６の給気口に向けて上ノズル４２が設けられる。上
ノズル４２には、水側制御ユニット５０から分岐した上
噴出管４７が接続され、その上噴出管４７の途中には上
電磁弁５１が設けられる。

【００１５】一方、熱交換器１８とバーナ２２との間で
熱交換器１８近傍には、下ノズル４３（水細粒化手段）
が、燃焼室２０内の左右両側に対向して設けられる。こ
の下ノズル４３は、窒素酸化物が発生する温度領域に向
けて噴出するように配置され、水側制御ユニット５０か
ら分岐した下噴出管４９が接続され、その下噴出管４９
の途中には下電磁弁５３が設けられる。また、この下噴
出管４９は、燃焼室２０内で左右の下ノズル４３と連結
している。

【００１６】また、給水管１４に設けられる水側制御ユ
ニット５０内の水流センサや、バーナ２６のガス管５２
に設けられる主電磁弁５４及びガス比例弁５６、並びに
上電磁弁５１、下電磁弁５３、ＤＣモータ４８等はこの
ガス給湯器１０の燃焼を制御するバーナコントローラー
５８に電気的に接続されている。

【００１７】このように構成されたガス給湯器１０で
は、図示しない給湯栓を開くことにより給水管１４に水
（図中破線矢印）が流れ、水流センサからの検知信号に
よりバーナコントローラー５８が制御動作を行い、給気
ファン３６がＤＣモータ４８の駆動により回転し始め
る。所定のプリパージが完了すると、バーナ２２の主電
磁弁５４及びガス比例弁５６が開いてバーナ２２にガス
（図中実線矢印）が供給され、図示しないイグナイタに
よりバーナ２２に点火が行われる。

【００１８】点火動作が終了すると、比例制御が開始さ
れ、図示しない出湯温サーミスタで検出される湯温と設
定温度との差があると、バーナコントローラー５８でそ
れを判断しガス比例弁５６へ信号を送り、ガス量を連続
的に変化させて熱交換器１８の出口温度を一定に保つ。
またガス比例弁５６によるガス量の変化に応じてバーナ
コントローラー５８から給気ファン３６のＤＣモータ４
８に信号が送られ、給気ファン３６の回転数も変えら
れ、常にガス量と給気量との関係が一定に保たれるよう
に制御される。

【００１９】このような燃焼制御において、給気ファン
３６の動作に伴い、器具本体１２に設けられる給気口３
０より外気が器具本体１２内に吸引され、バーナ２２へ
導入されて燃焼用空気として燃焼に供される。燃焼中に
おいては、上電磁弁５１が開き、細かい霧状の水が上ノ
ズル４２から給気ファン３６に向けて噴出される。この
水によりバーナ２２での燃焼温度を低下させ窒素酸化物
の発生を抑えると共に、燃焼時に水蒸気中に含まれる水
素により窒素酸化物を還元して燃焼排気から除去する。
バーナ２２の炎口近傍では混合気が燃焼して火炎を形成
し、熱交換器１８の上流側近傍に至る間に燃焼が完結
（完全燃焼）する。バーナ２２の燃焼排気は、給気ファ
ン３６により下向きに流れ、熱交換器１８の各フィン１
８ｂ間を貫流して熱交換した後、排気フード３２、連通
管３５を介して中和室４０へ流れる。

【００２０】また同様に、下電磁弁５３が開き、細かい
霧状の水が下ノズル４３から燃焼排気に向けて噴出され
る。しかも、この水は、窒素酸化物が生成され易い領域
に向けて噴出され、燃焼排気の熱を奪って水蒸気となる
ことにより、燃焼排気を冷却し、窒素酸化物の発生を抑
制する。しかも、発生した窒素酸化物は、噴出された水
に溶解して燃焼排気から除去される。上ノズル４２から
の噴出水が、バーナ２２の燃焼用空気に混入して燃焼温
度を低下させ燃焼性能を悪化させる場合には、その噴出
量を少なくするか、或いは、上ノズル４２を設けないで
燃焼性能に影響を与えない下ノズル４３のみで窒素酸化
物の発生を抑制してもよい。下ノズル４３のみを設ける
場合には、完全燃焼後の燃焼排気に水を噴出させるた
め、バーナ２２での燃焼温度が低下しないで済み、一酸
化炭素が増加することはない。

【００２１】燃焼排気中の水蒸気は、熱交換器１８での
熱交換により冷却されて結露し、燃焼排気中の硫黄や窒
素と反応して酸性ドレン（Ｈ_２ＳＯ_４、ＨＮＯ_３）にな
る。しかし、上ノズル４２、下ノズル４３から噴出され
気化した水も再び液体（ドレン）になるため、燃焼排気
中に残存する窒素酸化物を溶解しつつ、伝熱管１８ａや
フィン１８ｂ表面の酸性ドレンを希釈することができ、
熱交換器１８の腐食を防止することができる。また、フ
ィン１８ｂとフィン１８ｂとの間隙での燃焼生成物によ
る詰りが防止され、熱交換器１８の耐久性が格段に向上
する。

【００２２】また、上ノズル４２、下ノズル４３から噴
出された水は、蒸発する際に燃焼排気の熱を一旦奪って
も、熱交換器１８に接触し冷却されて液体に戻る。この
結果、熱交換器１８は、蒸発潜熱を回収することがで
き、冷却用に噴出した水により熱を損失することはな
く、非常に高い熱効率を実現できる。また、熱交換器１
８で発生する酸性ドレンは、排気フード３２内に落下
し、バーナ２２の炎孔が酸性ドレンの落下により目詰ま
りを起こすこともなく、良好な燃焼状態が維持される。

【００２３】酸性ドレンは、燃焼排気と共に連通管３５
を通って水の溜まった中和室４０に導入される。燃焼排
気は、気泡となり水と接触して、排気中に残っている窒
素酸化物が溶解・除去され、排気管３４を介して排気口
４４から器具の外へ排出される。

【００２４】一般的に、気体の溶解度は低温ほど大き
く、熱交換器１８で熱交換を終えた燃焼排気の温度は低
下しているため、燃焼排気中の窒素酸化物は、中和室４
０内の水に一層溶解し、燃焼排気から除去される。また
中和室４０内の石灰石４６により酸性溶液は中和される
ため、排水管４１からは中性の水が排出されて安全性を
高める。

【００２５】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこうした実施形態に何等限定されるもので
はなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々
なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、熱交
換器１８は、潜熱回収用として伝熱管１８ａの段数を増
やしてもよい。また、上ノズル４２は、給気ファン３６
とバーナ２２との間に設けてもよい。また、下ノズル４
３、中和室４０は設けずに上ノズル４２のみ設けてもよ
い。また、上ノズル４２、中和室４０は設けずに下ノズ
ル４３のみ設けてもよく、その場合には、バーナ２２で
の燃焼温度が低下することはないため、完全燃焼が行わ
れて一酸化炭素の発生を抑制できる。

【００２６】また、下ノズル４３は、熱交換器１８の近
傍に設ける必要はないが、設置位置によっては噴出水に
よる燃焼温度の低下により不完全燃焼を引き起こす可能
性があるため、燃焼温度と窒素酸化物の発生領域との関
係を考慮して適切な設置位置を選択すると良い。また、
下ノズル４３から噴出する液体は、霧状の水に限らず、
シャワーのような水滴でもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
記載の給湯器によれば、水細粒化供給手段により燃焼温
度或いは燃焼排気の温度を低下させるため、燃焼排気中
の窒素酸化物の発生を低減でき、人体に悪影響を与えな
いし、また大気を汚染しない。また、供給した水の潜熱
を回収して、熱効率を向上でき、経済的である。また、
供給した水は、酸性ドレンを希釈して熱交換器の耐久性
を向上することができる。

【００２８】また、請求項２記載の給湯器によれば、特
にバーナでの燃焼温度を低下させないため、一酸化炭素
の発生を抑えて良好な燃焼を維持することができる。こ
の結果、水細粒化供給手段により水を多く供給でき、燃
焼排気が十分冷却され、燃焼排気中の窒素酸化物の発生
を大幅に低減することができる。

【００２９】また、請求項３記載の給湯器によれば、熱
交換器で発生するドレンを中和手段により中和し、排水
を安全な中性とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】強制燃焼式給湯器の概略図である。

【符号の説明】

１８…熱交換器、１８ａ…伝熱管、１８ｂ…フィン、２
０…燃焼室、２２…バーナ、３２…排気フード、３４…
排気管、４０…中和室、４１…排水管、４２…上ノズ
ル、４３…下ノズル、４６…石灰石。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナの燃焼熱により通水を加熱すると
共に燃焼排気中の潜熱を回収する熱交換器と、上記バーナへ燃焼用空気を供給すると共に燃焼排気を上
記熱交換器を介して器体外部へ送出する給排気経路とを
備えた給湯器において、上記熱交換器の上流側の上記給排気経路に水を細粒化し
て供給する水細粒化供給手段を設けて、燃焼温度或いは
燃焼排気の温度を低下させることを特徴とする給湯器。
【請求項２】上記バーナの下流側の排気経路に上記水
細粒化供給手段を設けたことを特徴とする請求項１記載
の給湯器。
【請求項３】上記熱交換器で発生するドレンを排出す
る排水手段と、上記ドレンの中和を行う中和手段とを備えたことを特徴
とする請求項１または２記載の給湯器。