JP2001065981A - 給湯器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高効率にしても白煙化現象を防止できる給湯
器を提供する。 【解決手段】 燃焼排気ガスの熱により水を昇温させる
熱交換器１を、その一端が燃焼排気ガスの通過経路の下
流側に位置し且つ他端が前記通過経路の上流側に位置す
るように設け、前記一端に給水管路４を接続すると共に
前記他端に出湯管路５を接続した給湯器である。これに
おいて、前記給水管路４は、前記一端に接続される主給
水管路４ａとこれから分岐したバイパス給水管路４ｂを
備える。前記バイパス給水管路４ｂを前記熱交換器１に
おける前記一端と前記他端との間の途中部分に連通接続
する。前記主給水管路４ａからの給水と前記バイパス給
水管路４ｂからの給水とを制御する給水制御手段を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスの燃焼で水を加
熱して供給する給湯器に関し、詳しくは、熱交換器での
熱交換効率を高くした高効率給湯器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の給湯器は、大略、図６（ａ）
（ｂ）に示すように構成されている。熱交換器１を燃焼
室２内に配置し、燃焼室２の下部にガスバーナ３を配置
し、給水管路４を熱交換器１の上端に連結し、出湯管路
５を熱交換器１の下端に連結してある。そしてガスバー
ナ３で燃焼させると共に給水管路４から給水すると、熱
交換器１の熱交換にて湯が得られて出湯管路５から湯を
供給できるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例の図６
（ａ）に示すものは一般的な給湯器であり、熱交換器１
を構成する導水管の長さが比較的短いが、図６（ｂ）に
示すものは図６（ａ）のものに比べて熱交換器１の導水
管の長さが大幅に長い。図６（ａ）に示すものではガス
バーナ３付近の燃焼排気ガスの温度が１０００℃程度で
あると、熱交換器１で熱交換を終えた燃焼排気ガスの温
度が２００℃程度であり、また熱交換器１の伝熱面積が
比較的少ないために熱効率は８０％程度である。一方、
図６（ｂ）に示すものではガスバーナ３付近の燃焼排気
ガスの温度が１０００℃程度であると、熱交換器１で熱
交換を終えた燃焼排気ガスの温度は７０℃程度であり、
また熱交換器１の伝熱面積が大きいため熱効率は９５％
程度である。つまり、図６（ｂ）は熱交換効率の高い高
効率給湯器である。

【０００４】図７は飽和蒸気線ａのグラフ（このグラフ
で横軸は温度であり、縦軸は絶対湿度である。）を示
す。２００℃程度の燃焼排気ガスの絶対湿度は６０％程
度であり、図７のｂ点付近にあるが、燃焼室の排気口か
ら燃焼排気ガスが排出されると、外気により冷却されて
図７の矢印ｃのように飽和蒸気線ａに近づくように冷却
される。図６（ａ）の給湯器の場合、２００℃程度の燃
焼排気ガスを排気口から排気するために外気に接して冷
却されてもただちに飽和蒸気線ａまで達することはな
い。

【０００５】一方、図６（ｂ）の高効率給湯器の場合、
飽和蒸気線ａまで冷却して凝縮熱を回収して７０℃程度
の燃焼排気ガスを排出するようになっており、飽和蒸気
線ａまで冷却された燃焼排気ガスを外部に排出すること
になり、外気温が低い冬場などには排気ガス中に含まれ
ている水蒸気が白色化する白煙化現象を生じるおそれが
ある。なお、白煙化現象と生じると、火災と間違えるお
それがあると共に、この給湯器のケーシングやその周囲
に結露を生じるおそれがある。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、高効率にしても白煙化現象をを防止できる給湯器
を提供することを課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の給湯器は、燃焼排気ガスの熱により水を昇温
させる熱交換器１を、その一端が燃焼排気ガスの通過経
路の下流側に位置し且つ他端が前記通過経路の上流側に
位置するように設け、前記一端に給水管路４を接続する
と共に前記他端に出湯管路５を接続した給湯器におい
て、前記給水管路４は、前記一端に接続される主給水管
路４ａとこれから分岐したバイパス給水管路４ｂを備
え、前記バイパス給水管路４ｂを前記熱交換器１におけ
る前記一端と前記他端との間の途中部分に連通接続し、
前記主給水管路４ａからの給水と前記バイパス給水管路
４ｂからの給水とを制御する給水制御手段を設けて成る
ことを特徴とする。

【０００８】上記のように構成することにより、通常運
転時には、給水制御手段によって主給水管路４ａから熱
交換器１への給水状態とすることで熱交換器１の長い導
水管全体を通じて水を昇温させることができる。つま
り、熱交換器１を高効率で使用できるものとなる。一
方、外気温が低くて白煙化現象を起こすおそれのあると
きには、給水制御手段によってバイパス給水管路４ｂか
らの給水状態とすることで上記途中部分より上記一端側
（上記燃焼排気ガスの通過経路の下流側）での熱交換が
抑えられ、この一端側を通過した時点の燃焼排気ガスの
温度低下が抑えらえる。つまり、熱交換効率が抑えられ
るものの、給湯器内の上記通過経路から給湯器外に排出
される燃焼排気ガスの白煙化現象を防止できる。なお、
上記給水制御手段は主給水管路４ａやバイパス給水管路
４ｂからの給水制御のための弁を手動操作に応答して開
閉するものや、所定条件にて自動的に開閉するものを含
む。

【０００９】また給水制御手段は主給水管路４ａとバイ
パス給水管路４ｂに夫々設けた開閉弁６ａ，６ｂを用い
て主給水管路４ａからの給水とバイパス給水管路４ｂか
らの給水とを切り換えるようにして成ることを特徴とす
ることも好ましい。

【００１０】このように構成すると、開閉弁６ａ，６ｂ
を用いて給水を切り換えるだけの簡単な制御で白煙化現
象を防止できる。このとき、一対の開閉弁６ａ，６ｂの
一方を全閉して他方を全開するような切り換えでも、一
方を全閉手前とし他方を全開の手前とするような切り換
えでもよい。

【００１１】また給水制御手段は主給水管路４ａとバイ
パス給水管路４ｂに夫々設けた流量調整弁７ａ，７ｂを
用いて主給水管路４ａからの給水流量とバイパス給水管
路４ｂからの給水流量とを調整するようにして成ること
を特徴とすることも好ましい。

【００１２】このように構成すると、各々の給水流量を
適切に調整することにより、熱効率をできるだけ低下さ
せないで白煙化現象を防止できる。

【００１３】また外気の温度や湿度を検知してこの温度
や湿度に基づいて給水制御手段を制御するようにしたこ
とを特徴とすることも好ましい。

【００１４】このように構成すると、外気の温度や湿度
に基づいて自動的に且つ確実に白煙化現象を防止でき
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の原理を説明するた
めの概略図である。熱交換器１を燃焼室２内に配置して
あり、燃焼室２の下部にはガスバーナ３を配置してあ
り、ガスバーナ３を燃焼させることで燃焼排気ガスと熱
交換器１内を通る水とを熱交換させて湯を得るようにな
っている。かかる熱交換器１はその導水管が従来の高効
率給湯器と同様に長い構成となっている。給水管路４は
主給水管路４ａと主給水管路４ａから分岐したバイパス
給水管路４ｂとで構成してあり、主給水管路４ａは熱交
換器１の一端である上端（導水管の上流端）に連結して
あり、バイパス給水管路４ｂは熱交換器１の一端である
上記上端と他端である下端（導水管の下流端）との間の
途中に連結してある。出湯管路５は熱交換器１の下端に
連結してある。主給水管路４ａ及びバイパス給水管路４
ｂには給水制御手段の一例としての開閉弁６ａ，６ｂを
設けてある。かかる開閉弁６ａ，６ｂとしては電磁弁や
ボールバルブ等がある。この開閉弁６ａ，６ｂに代えて
流量調整弁７ａ，７ｂを設けてもよい。ガスバーナ３の
燃焼ファンに空気を供給する為の吸気口８はケーシング
９に設けてあり、吸気口８の近傍には温湿度センサーの
ようなセンサー１０を設けてあり、外気の温度や湿度を
検出することができるようになっている。燃焼室３の上
部には後述の図４の例で示すように排気口が設けられて
おり、ガスバーナ３の燃焼排気ガスが燃焼室２内の通過
経路を通って排気口から屋外に排気されるようになって
いる。

【００１６】この給湯器は、外気が白煙化現象の起こら
ない温度や湿度のときは開閉弁６ａを開き、開閉弁６ｂ
を閉じて主給水管路４ａからのみ給水するように切り換
えて通常運転するようにおく。主給水管路４ａから給水
された水は熱交換器１の上端から給水され、熱交換器１
で燃焼排気ガスの熱と熱交換して水が加熱され、湯が出
湯管路５から供給される。このとき水が熱交換器１の長
い導水管を通るために伝熱面積が大きくて熱効率が高
い。

【００１７】一方、外気が白煙化現象の起す温度や湿度
のときには開閉弁６ａを閉じ、開閉弁６ｂを開いてバイ
パス給水管路４ｂからのみ給水するように切り換えて白
煙化防止運転を行う。バイパス給水管路４ｂから給水さ
れた水は熱交換器１の上端より下方の途中の箇所から給
水され、熱交換器１で燃焼排気ガスの熱と熱交換して水
が加熱され、湯が出湯管路５から供給される。このとき
熱交換器１の導水管において水が通る部分の長さが前記
導水管の全長よりも短いために伝熱面積が小さくて熱効
率が抑えられるものの、熱交換器１の上部で熱交換しな
いために燃焼室２の排気口から排気される燃焼排気ガス
の温度が高く、外気の温度が低くても白煙化現象が起こ
らない。このようにすることで給湯器の熱効率が抑えら
れるものの、白煙化現象を防止することができる。上記
のように白煙化現象を起こすおそれのある条件の日数は
年間を通じて少数日数であることがわかっており、熱効
率を下げる頻度は少ないから年間を通じてトータル的に
高効率で白煙化現象の起こらない給湯器を提供できる。

【００１８】なお、上記のように白煙化防止運転してい
るときは開閉弁６ａが閉じられているためにバイパス用
給水管路４ｂを連結した部分より上に位置する熱交換器
１の上部は２００℃程度の温度の燃焼排気ガス中に晒さ
れて沸騰するおそれがあるために、水を少量流すか間欠
的に流して冷却してやる必要がある。従って、熱交換器
１の前記上部に温度センサーを取り付けておき、温度情
報をフィードバックして間欠的に水を流すという方策を
とるか、または沸騰しないように一定の流量の水を流し
ておく方策をとることが望ましい。

【００１９】上記説明では主給水管路４ａやバイパス給
水管路４ｂに設ける給水制御手段が開閉弁６ａ，６ｂで
あるものについて述べたが、給水制御手段が流量調整弁
７ａ，７ｂである場合は次のように操作する。外気が白
煙化現象の起こらない温度や湿度のときは流量調整弁７
ａを全開し、流量調整弁７ｂを全閉し、主給水管路４ａ
からのみ給水するように切り換えて通常運転するように
する。また外気が白煙化現象の起こる温度や湿度にとき
には流量調整弁７ａ，７ｂでの流量を調整して主給水管
路４ａやバイパス給水管路４ｂから熱交換器１に供給す
る流量を調整し、白煙化防止運転を行う。このとき外気
の温度や湿度に応じて流量調整弁７ａ，７ｂの流量を調
整して白煙化を防止する。このように白煙化防止運転を
行うとき、流量調整弁７ａ，７ｂの流量を調整するよう
にすると、熱効率をできるだけ抑えないようにして白煙
化現象を防止できる。

【００２０】また図２は給湯器の運転を行うときのフロ
ーチャートを示す。給湯器の運転スイッチをオンし、給
水栓を開ける（手動または自動により）と、給水スイッ
チがオンされ、次いで燃焼ファンの運転がオンされる。
このときセンサー１０にて外気の温度や湿度が検知され
る。そして外気の温度や湿度が白煙化現象を起こす範囲
か白煙化現象を起こさない範囲か判定され、白煙化を起
こすと判定されれば白煙化防止運転が行われ、白煙化を
起こない範囲と判定されれば通常運転が行われる。上記
白煙化現象を起こすと判定される温度や湿度は例えば図
３のグラフの斜線で示す範囲であり、例えば温度が５℃
で湿度８０％以上、温度が３℃で湿度が７０％以上、温
度が２℃で６０％以上である。勿論、湿度の検知が困難
な場合は温度だけで判定してもよい。

【００２１】図４は上記の本発明の給湯器の具体的な構
造を示すものである。燃焼室２の下部にはガスバーナ３
を配置してあり、ガスバーナ３には燃料ガスを供給する
ガス供給管１１を連結してあり、燃焼室２の下部には燃
焼用空気を送風する燃焼ファン１５を設けてある。燃焼
室２の上部には熱交換器１を配置してあり、熱交換器１
の上で燃焼室２には排気口１２を設けてある。本例の場
合は排気口１２は燃焼室２の側部に側面から突出するよ
うに設けてあり、この排気口１２から燃焼排気ガスを排
出するようになっている。この熱交換器１は下部の主熱
交換器１ａと上部の副熱交換器１ｂとで構成されてお
り、高効率給湯器となっている。熱交換器１の熱効率は
９１〜９２％で、主熱交換器１ａの熱効率は８０％程度
で副熱交換器１ｂの熱効率は１１〜１２％程度である。
副熱交換器１ｂは燃焼排気ガスの潜熱を回収する機能を
持っているものであり、この潜熱回収により副熱交換器
１ｂに結露した水滴を受けるドレン受け１３を主熱交換
器１ａと副熱交換器１ｂとの間に設けてある。かかるド
レン受け１３は図５に示すように水勾配を設けてあり、
ドレン受け１３で受けた結露水を排水するドレン排水管
２０をドレン受け１３の水勾配の水下側から下方に連出
してある。ドレン排水管２０には結露水に中和剤を添加
して中和するドレン中和器２１を設けてある。給水管路
４は主給水管路４ａと主給水管路から分岐したバイパス
給水管路４ｂとで構成してあり、主給水管路４ａを副熱
交換器１ｂの上端（上流端）に連結してあり、バイパス
給水管路４ｂを主熱交換器１ａの上端（上流端）に連結
してあり、主給水管路４ａ及びバイパス給水管路４ｂに
は開閉弁６ａ，６ｂまたは流量調整弁７ａ，７ｂを設け
てある。そして通常運転時には主熱交換器１ａ及び副熱
交換器１ｂの両方に水を給水し、白煙化防止運転すると
きは主熱交換器１ａのみに給水したり、副熱交換器１ｂ
に給水する量を規制したりするようになっている。また
給水管路４と出湯管路５との間にはバイパス管路１４を
設けてあり、出湯管路５の湯に給水管路４から水を供給
することで給湯温度を所定の温度に調整できるようにな
っている。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、燃焼排気ガスの熱により水を
昇温させる熱交換器を、その一端が燃焼排気ガスの通過
経路の下流側に位置し且つ他端が前記通過経路の上流側
に位置するように設け、前記一端に給水管路を接続する
と共に前記他端に出湯管路を接続した給湯器において、
前記給水管路は、前記一端に接続される主給水管路とこ
れから分岐したバイパス給水管路を備え、前記バイパス
給水管路を前記熱交換器における前記一端と前記他端と
の間の途中部分に連通接続し、前記主給水管路からの給
水と前記バイパス給水管路からの給水とを制御する給水
制御手段を設けているので、通常運転時には、給水制御
手段によって主給水管路から熱交換器への給水状態とす
ることで熱交換器の長い導水管全体を通じて水を昇温さ
せることができ、熱交換器を高効率で使用できるものと
なり、外気温が低くて白煙化現象を起こすおそれのある
ときには、給水制御手段によってバイパス給水管路から
の給水状態とすることで上記途中の部分より上記一端側
（上記燃焼排気ガスの通過経路の下流側）での熱交換が
抑えられ、この一端側を通過した時点の燃焼排気ガスの
温度低下が抑えられ、熱交換効率が抑えられるものの、
給湯器から排出される燃焼ガスの白煙化現象を防止でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示すものであり、（ａ）は内部
を透視した概略斜視図、（ｂ）は概略断面図である。

【図２】同上の運転のフローチャートである。

【図３】同上の制御する領域を示すグラフである。

【図４】同上の具体的な構造を示す断面図である。

【図５】図４の要部の側方から見た概略断面図である。

【図６】（ａ）（ｂ）は従来の給湯器の概要を示す説明
図である。

【図７】飽和蒸気線を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 熱交換器 ２ 燃焼室 ４ 給水管路 ４ａ 主給水管路 ４ｂ バイパス給水管路 ５ 出湯管路 ６ａ，６ｂ 開閉弁 ７ａ，７ｂ 流量調整弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼排気ガスの熱により水を昇温させる
   熱交換器を、その一端が燃焼排気ガスの通過経路の下流
   側に位置し且つ他端が前記通過経路の上流側に位置する
   ように設け、前記一端に給水管路を接続すると共に前記
   他端に出湯管路を接続した給湯器において、前記給水管
   路は、前記一端に接続される主給水管路とこれから分岐
   したバイパス給水管路を備え、前記バイパス給水管路を
   前記熱交換器における前記一端と前記他端との間の途中
   部分に連通接続し、前記主給水管路からの給水と前記バ
   イパス給水管路からの給水とを制御する給水制御手段を
   設けて成ることを特徴とする給湯器。
2. 【請求項２】 給水制御手段は主給水管路とバイパス給
   水管路に夫々設けた開閉弁を用いて主給水管路からの給
   水とバイパス給水管路からの給水とを切り換えるように
   して成ることを特徴とする請求項１記載の給湯器。
3. 【請求項３】 給水制御手段は主給水管路とバイパス給
   水管路に夫々設けた流量調整弁を用いて主給水管路から
   の給水流量とバイパス給水管路からの給水流量とを調整
   するようにして成ることを特徴とする請求項１記載の給
   湯器。
4. 【請求項４】 外気の温度や湿度を検知してこの温度や
   湿度に基づいて給水制御手段を制御するようにしたこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の給
   湯器。