JP2008544203A - 分離型二重熱交換式給湯ボイラー - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、分離型二重熱交換式給湯ボイラーに関するもので、従来の給湯ボイラーは、本体の下部まで延長した水室を備え、下部に火室を設けてバーナーが取り付けられた構造であって、給湯水の清潔のために錆発生の恐れのない銅やステインレスなどの金属、あるいは鉄からなる本体に亜鉛溶融メッキによりボイラーを製作し、ボイラー本体が温水貯蔵タンクと連結されており、給湯用温水を出湯時に水道水圧や屋上水タンク水圧又は給水気圧ポンプの水圧を直接受けるだけでなく、自らの水の膨張圧力まで受ける構造となっているため、煙管の挿入された本体上部以外の本体火室部及びバーナー口の水室が、本体内に貯蔵された水の膨張圧力と外部水道圧力を耐え切れず破裂する場合があった。そのため、減圧弁または安全ピンを使用してきたが、減圧弁は、短い時間に多くの給湯用温水を出湯する大容量給水には向いておらず問題とされていた。また、安全ピンは、給湯を使用しない時間にも熱い温水を下水路に出湯し、圧力を調節するため、エネルギー浪費の根源となっていた。また、その問題点を補足するために、材料の厚みを厚くしたり耐圧構造にしたりしたが、加工性及び原価の側面で不利であった。さらに、公衆浴場、サウナ及び工場などの大量温水を使用する場所で主に用いられる５０，０００ｋｃａｌから５００，０００ｋｃａｌの大容量給湯ボイラーは、殆どが地下室に設置されるため、従来の構造では地下室への搬入が困難であり、運搬専門会社に依存しなければならない不利な点があった。
【解決手段】本発明によると、ボイラーの煙管が挿入された熱交換部の上部水室と、バーナー口が設けられた火室の下部水室とを分離することにより、水圧による影響を大きく受けない煙管が挿入された上部水室は、水道水圧を直接受けるようにし、また、水道水圧に弱い下部水室は、水圧を全く受けない構造として分離製作可能にしている。また、下部火室に発生した熱を、上部水室に設けられた熱交換用コイルにより間接加熱させることにより、水道水圧により給湯ボイラーの本体下部が破裂する問題を解消している。また、安全ピン、減圧弁を用いずにボイラーの上部排気フード部と、煙管の挿入された給湯水室を備えた中間熱交換部と、バーナー口を形成し、熱交換水室を備えた下部火室との３つの部分に分離製作することができ、包装及び運搬が容易で且つ地下室への搬入が簡易であるとともに、ボイラー設置の際、地下室その場で３つの部分に分けられたボイラーを直接簡単に組み立てて使用することができる、分離型二重熱交換式給湯ボイラーを提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、給湯ボイラーに関するもので、より詳細には、水道水圧に弱い火室周囲の水室が水圧により全く影響を受けないようになっており、水道水圧により本体下部が破裂することを防止できるとともに、ボイラー本体を排気フード部、熱交換部及び火室に分離製作することにより、包装及び運搬が容易で且つ現場で簡単に組み立て可能な分離型二重熱交換式給湯ボイラーに関するものである。

ボイラーは、バーナーの熱を利用して水と熱交換することにより温水を生成する装置であり、その使用目的によって、一般に、暖房ボイラー、給湯ボイラー及び暖房・給湯兼用ボイラーに分けられる。

給湯ボイラーは、通常、公衆浴場、サウナ及び工場などの大量の温水を使用する場所で用いられる。図１は、その従来の給湯ボイラーの構造を示す図であり、そこに示されたように、従来の給湯ボイラーは、本体１を一体に形成し、煙管６が挿入された水室２を備え、下部に火室５が設けられ、上端には排気フード部９が設けられた構造である。

本体１で生成した水を収容する水室２には、流水が流入して熱交換した後、排出されるように、水室２と連通して流入口３と流出口４が形成されている。また、水室２を垂直に貫通して複数の煙管６が形成され、バーナー１０の燃焼ガスがこの煙管６を介して流動しながら煙管６を囲んでいる水室２の水と熱交換を行うように構成されている。

このような従来の給湯ボイラーでは、水室２は、煙管が設けられた部分だけでなく、下部に延長して火室５を形成する本体１の下部側面を囲んでおり、火室に接する水室表面７が波形型になっている。また、水室の下端には、耐火材が設けられた下部支持板８が組み立てられている。

バーナー１０は、本体２の下部一側を貫通して形成され、バーナー１０の燃焼ガスは、火室５を介して煙管６へ流動し、上端の排気フード９を介して集まった後、煙道を介して排出される。

このように形成される給湯ボイラーは、暖房ボイラーと次のような製作上の相違点を有する。

暖房ボイラーは、燃焼ガスの熱を吸収し、その温められた温水を暖房水として供給するものである。ここにおける暖房水は、温められた温水が配管を介して循環し、室内暖房に用いられる水のことをいう。それに対し、給湯ボイラーは、燃焼ガスの熱を吸収し、その温められた温水を給湯水として供給するものであり、ここにおける給湯水は、温められた温水が水道栓などを介して流出し、風呂などに用いられる水のことをいう。

そのため、暖房ボイラーの暖房水は、清潔度は問題とされないが、給湯ボイラーの給湯水の場合は、風呂などに利用できるように清潔度の維持が要求される。その理由から、従来の暖房ボイラーは、ボイラー本体が比較的に低価で且つ強性に優れた鉄材を利用して製作することができたが、給湯ボイラーの場合は、ボイラー本体を鉄材を利用して製作した場合、錆発生の恐れがあり、銅またはステンレスなどの金属、あるいは鉄からなる本体に亜鉛溶融メッキして製作しなければならないという問題があった。

また、暖房ボイラーから給湯水を利用できるように、流水と連結される給湯コイルを設ける場合には、給湯コイルは、暖房ボイラーの材質とは異なる銅コイルを利用していた。

また、従来の給湯ボイラーは、本体が一体型の構造であり、火室の側面にも流水が供給される水室を下部に延長して形成しており、水室は、給湯用温水を出湯時に水道水圧や屋上の水タンク水圧、給水加圧ポンプの水圧などを直接に受けながら自らの水膨張圧まで受けるように形成されている。しかし、バーナーの熱を直接に受ける本体下部の火室周囲の水室及びバーナー口周囲の水室は、バーナーの火炎を直接に受ける位置にあるだけでなく、流水圧を直接に受ける位置にあるため、相対的に弱く、過度な流水圧及び表面の内外部の圧力差により、水の膨張圧と外部の水道圧に耐え切れず破裂する場合があった。

それを防ぐために、減圧弁または安全ピンを使用してきたが、減圧弁は、短い時間に多くの給湯用温水を出湯する大容量の給水には向いておらず、また、安全ピンは、給湯を使用しない時にも温められた温水を下水管に出湯して圧力を調整するため、エネルギー浪費の根源となっていた。

また、ボイラー本体の側面においても、材料の厚みに大きく依存しなければならず、且つ、火室の側面に位置する水室の表面を波形とし、耐圧構造として形成しなければならないため、加工性及び原価面において不利な点があった。

また、家庭用として一般に使われる暖房ボイラーとは異なって、大容量の温水を使用する公衆浴場、サウナ及び工場などで利用される５０，０００ｋｃａｌ、５００，０００ｋｃａｌの大容量給湯ボイラーは、殆どが地下室に設置されるため、従来の構造では、地下室への搬入が困難であり、運搬専門会社に依存しなければならないという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ボイラー本体を排気フード部、熱交換部及び火室に分離製作し、組み立て可能な構造としたことにより、火室に形成された水室が水圧に影響を受けることなく、包装及び運搬が容易で且つ現場で簡単に組み立て可能な分離型二重熱交換式給湯ボイラーを提供することを目的としている。

本発明は、上記の目的を達成するために、円筒型の外筒内側に給湯水を収容する給湯水室を設け、前記給湯水室を貫通して形成される複数の煙管と、前記給湯水室が外部と連通するように前記外筒を貫通して形成される流入口及び流出口を備えた熱交換部と、前記熱交換部の下端に結合され、円筒型の外筒内側を囲んでなる熱交換水室を備え、一側面に形成されたバーナー取付具を介してバーナーが取り付けられる火室と、前記熱交換部の上側に結合され、前記煙管を介して流動してきた燃焼ガスが排出される煙道を備えた排気フード部と、前記熱交換部の給湯水室内に設けられ、流入端部及び流出端部が循環管を介して前記火室の熱交換水室の流出口及び流入口と連結され、熱交換水が循環することにより前記給湯水室内の給湯水と熱交換するように構成された熱交換用コイルと、を備えてなる分離型二重熱交換式給湯ボイラーを提供する。

好ましくは、前記排気フード部、前記熱交換部及び前記火室は、別途に製作して運搬可能であり、ブラケットを媒介として組立結合され、前記火室の熱交換水室と前記熱交換用コイルとを連結する循環管に設けられ、熱交換水を強制循環させる循環ポンプと、前記熱交換水室と配管で連結される膨張タンクと、をさらに備えるのがよい。

好ましくは、前記熱交換部の給湯水室内に複数の熱交換用コイルを設け、前記複数の熱交換用コイルのそれぞれの流入端部及び流出端部が、熱交換水室に形成された、対応する流出口及び流入口と循環管を介して流体循環可能に形成され、前記循環管には、循環ポンプが設けられ、熱交換水は、複数の流動流れにより熱交換水室の熱を給湯水室に伝達するのがよい。

本発明に係る給湯ボイラーによると、ボイラー本体の排気フード部、熱交換部及び火室を別途に製作して組み立てられており、とくに、大きさの大きい熱交換部及び火室を別途に製作して組み立て可能な構造となっているため、包装及び運搬が簡単であり、且つ、給湯ボイラーの設置される地下室への搬入が容易であるだけでなく、ボイラー設置現場で簡単に組み立てて使用可能であるため、運搬及び取り付けも容易である。また、故障・修理の際に該当部分のみを分離して修理したり、交替することが可能であるため、アフターセールサービスが容易である。

また、本発明によると、火室が給湯水とは関係なく構成されるため、錆発生の恐れから素材として利用が制限されてきた低価で且つ強性の確保が有利な鉄材で火室を製作することが可能となる。鉄材は、耐圧力に優れているだけでなく、溶接などの加工性にも優れているため、費用の低減と構造の簡易性を実現することができる。また、本発明に係る火室の水室は、水道水圧とは関係なく構成され、その構造が相対的に弱い部分は、水圧を全く受けない構造となっているため、給湯ボイラーの本体下部の破裂を防止することができるとともに、火室に要求される耐圧力が低く、破断の恐れが少ないため、加工及び製作が容易である。さらに、安全ピン及び減圧弁を用いなくても、ボイラー本体の安定性を確保することができる利点を有する。

また、本発明によると、煙管を流動する燃焼ガスにより加熱され、且つ、火炎と直接接する場所に位置するため、早く加熱する熱交換水を利用して給湯水を加熱することができ、給湯水の清潔度が維持されつつ迅速に加熱することができるとともに、熱交換効率及び性能を向上させることができる。

以下、図を参照しながら本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。

図２は、本発明に係る分離型給湯ボイラー本体の分解断面図であり、図３は、本発明に係る分離型給湯ボイラーの結合状態を示す構成図である。

図２及び図３に示されたように、本発明の実施例は、排気フード部、熱交換部及び火室を別途に製作して組み立て可能としており、また、前記熱交換部内に設けられる熱交換用コイルをさらに含んで構成されている。

熱交換部３０は、円筒型の外筒３２内側において上下部に接合した上下板３４，３６により境界が定められる、上部水室に給湯水が流動する給湯水室３５と、前記給湯水室３５を垂直に貫通して配置され、燃焼ガスが流動する複数の煙管３８とを備えている。煙管３８を介して流動する燃焼ガスを、煙管３８を囲んでいる給湯水室３５内の水、すなわち、給湯水と熱交換する。

熱交換部３０は、外筒３２を貫通して給湯水室３５と連通した流入口４２及び流出口４４を備えているが、流入口４２は流水管などに連結され、給湯として利用する水が供給される通路となり、流出口４４は給湯水室３５の内部で温められた水を風呂場などの水道栓などに排出する通路となる。

一方、熱交換部３０の給湯水室３５の内部には、らせん状に巻線した熱交換用コイル６０が設けられている。熱交換用コイル６０の流入端部６２及び流出端部６４は、熱交換部３０の外筒３２を貫通して外部の循環管６５と連結可能に構成されている。

火室５０は、熱交換部３０と別途に製作されて熱交換部３０の下端に組み立てられており、円筒型の外筒５２の内側を囲んで前記熱交換部３０の給湯水室３５と別途に形成される、下部水室である熱交換水室５５を設けている。熱交換水は、給湯水とは異なって、給湯ボイラーの外部に排出されず、熱交換のために循環する熱交換媒体として利用される水のことをいう。熱交換水室５５は、バーナー取付具１１が設けられた側面に形成される流出口５８と、バーナー取付具１１の反対側面において上部鏡板５６に隣接して形成される流入口５７とを備えている。また、熱交換用コイル６０の流入端部６２及び流出端部６４とそれぞれ循環管６５を介して連結され、熱交換部３０の給湯水室３５内に設けられた熱交換用コイル６０の間に、熱交換水が循環可能に連結されており、一側にはバーナー取付具１１が貫通して形成されている。

熱交換水室５５と熱交換用コイル６０とを流体循環可能に連結する循環管６５には、循環ポンプ７０が設けられているが、好ましくは、熱交換水室５５の流出口５８と熱交換用コイル６０の流入端部６２との間に設けられ、循環ポンプ７０のポンプ圧により熱交換水室５５の流出口を介して排出される熱交換水が、熱交換用コイル６０へポンプされて、熱交換水室５５と熱交換用コイル６０との間で強制循環されるように連結されるのがよい。

また、熱交換水室５５は、膨張タンク８０と連結されている。熱交換水室５５及び熱交換用コイル６０は、熱交換水の循環経路となっているが、熱交換水室５５が膨張タンク８０と連結されることにより、熱交換用コイル６０と熱交換水室５５を循環する熱交換水は、大気圧状態に保持され、水の加熱に伴う膨張圧による影響を防止することができる。また、膨張タンク８０は、流水ラインと連結され、フロート弁８２などにより水が自動供給されるように構成されており、熱交換水が循環する過程において自然蒸発などにより一部が焼失しても、その足りない分が自動補足されるように構成されている。膨張タンク８０は、循環管６５の延長経路上において分岐した管を介して連結可能であるが、循環管６５は、熱交換水室５５に連結されているため、膨張タンク８０が熱交換水室５５に配管を介して直接連結された場合と比べて、熱交換水を大気開放する側面では実質的に差異はない。

火室５０の熱交換水室５５の上端に位置する「Ｕ」型の上部鏡板５６の上面には前記熱交換部３０が設けられ、ブラケット３１，５１を媒体としてボルト締めされるため、上部鏡板５６は、熱交換部３０の受け台の役割を果たすように構成されている。

火室５０の側面のバーナー取付具１１を介してバーナー１０が設けられ、バーナー１０の燃焼熱は、火室５０の側面の熱交換水室５５を加熱し、熱交換部３０の煙管３８に沿って流動しながら給湯水室３５を加熱する。熱交換水室５５には、過熱センサー５９が設けられており、過熱時にバーナー１０の稼働が自動停止するように構成されている。

排気フード部２０は、熱交換部３０の上端に配置され、その後、ブラケット２１，３１を媒体としてボルト締めされ、煙管３８を介して流動してきた燃焼ガスを集めて、煙道２５を介して排出するように構成されている。

図４及び図５は、本発明の他の実施例であり、熱交換用コイルが複数設けられた給湯ボイラーを説明しているが、図４は、火室の断面図であり、図５は、給湯ボイラーの結合状態図である。

図で示されたように、図４は、火室５０の熱交換水室５５に流出口５８ａ，５８ｂ及び流入口５７ａ，５７ｂを１つの組とする二組の配管口が形成された状態を示している。バーナー取付具１１に形成された火室の側面には、２つの流出口５８ａ，５８ｂが設けられており、また、バーナー取付具１１の反対側面には、２つの流入口５７ａ，５７ｂが設けられている。図５には、熱交換部３０の給湯水室３５内に２つの熱交換用コイル６０ａ，６０ｂを設けた状態が示されている。

給湯ボイラーは、容量が大きくなるに伴ってボイラー本体の大きさも増大する。この大きさの増大は、給湯水室３５内に収容された給湯水の量を多くし、給湯量を増大させるとともに、熱交換水室５５を大きくし、熱交換水の量を増大させることになる。このバーナー１０の増大はバーナーの燃焼熱の上昇を伴う。バーナー１０の燃焼熱が上昇するため、火室５０の過熱を防止して熱損失を低減できるように、熱交換水の流れを増大させる必要がある。この場合、循環ポンプの容量及び熱交換コイル６０の直径を拡大することで熱交換水の流れを増大させる方案が考えられる。しかし、好ましくは、熱交換部３０内の給湯水室３５内に、熱交換用コイル６０ａ，６０ｂを複数設けて、それにより熱交換水を循環させることがより効率的である。

熱交換部３０の給湯水室３５内において上下部に第１の熱交換用コイル６０ａ及び第２の熱交換用コイル６０ｂがそれぞれ別途に設けられており、それぞれの流入端部６２ａ，６２ｂ及び流出端部６４ａ，６４ｂが、熱交換水室５５に形成された流出口５８ａ，５８ｂ及び流入口５７ａ，５７ｂのそれぞれと別途の循環管６５ａ，６５ｂを介して連結されている。また、熱交換水室５５の流出口５８ａ，５８ｂ及び熱交換用コイル６０ａ，６０ｂの流入端部６２ａ，６２ｂの間を連結する循環管６５ａ，６５ｂには、循環ポンプ７０ａ，７０ｂがそれぞれ設けられている。

このように構成される本発明に係る分離型二重熱交換式給湯ボイラーの作用を、図２及び図３を参照しながら説明する。

本発明によると、排気フード部２０、熱交換部３０及び火室５０は、それぞれ別途に製作され、ブラケット２１，３１，５１を媒介としてボルト締めにより組み立てられる。とくに、火室５０の側面に形成される熱交換水室５５は、風呂などに利用される給湯水を収容しない。そのため、清潔度の維持を要する熱交換部３０及び熱交換用コイル６０は、従来のように錆発生の恐れのない銅やステンレスなどの金属を用いて製作するが、火室５０は、相対的に低価で且つ強性の確保が容易である鉄材を利用して製作することが可能である。また、火室５０の熱交換水室５５は、水道水圧とは関係なく構成されるため、過度な水圧を耐えるように熱交換水室５５の内筒５４を波形構造に形成する必要がなく、材料の厚みを厚く設定する必要もないため、加工及び製作が容易になる。

また、火室５０の上部鏡板５６の上面に熱交換部３０が設けられているため、火室５０が熱交換部５０の受け台の役割を果たすことになり、組み立てが容易になる。火室５０の上部鏡板５６に熱交換部３０の下端を配置し、シール処理し、熱交換部３０及び火室５０の側面に接合されたブラケット３１，５１をボルト固定することにより組み立てが完了する。

燃料供給装置（図示しない）により供給される燃料は、バーナー１０を介して火室５０の内部に排出され、着火して燃焼熱を供給する。燃焼ガスは、まず火室５０の熱交換水室５５を加熱して熱交換水を温める。熱交換水室５５は、給湯水室３５と比べて相対的に容積が小さく、火炎を直接受ける場所に位置するため、相対的に早く加熱される。

そして、燃焼ガスは、上向流動して煙管３８を介して流動し、煙管３８を加熱して煙管３８を囲んでいる給湯水室３５内の給湯水を温める。

この際、火室５０で加熱された熱交換水は、循環ポンプ７０により熱交換水室３５と熱交換部３０内の熱交換用コイル６０との間を循環するため、熱交換部３０の給湯水室３５内の給湯水は、煙管３８を介して流動する燃焼ガスだけでなく、熱交換用コイル６０で加熱された熱交換水と二重熱交換することにより温められることになる。

また、熱交換水は、膨張タンク８０を介して大気開放状態に保持され、膨張タンク８０により水が自動補足されるように構成されている。そのため、水の膨張圧により熱交換水室５５が影響を受けることを防止することができ、熱交換水が自然蒸発などにより不足しても、その不足分は自動補足されることになる。

また、バーナー１０の作動により燃焼熱が蓄積し、過熱の恐れがある場合、熱交換水室５５に設けられた過熱センサー５９がそれを検知するため、バーナーの稼働が自動停止することになり、安定性が向上する。過熱センサー５９により過熱が検知されると、バーナー１０は、稼働を停止し、循環ポンプ７０により熱交換水を循環させながら火室５０の熱を熱交換部３０に伝達する。また、循環ポンプ７０は、熱交換水の温度が所定温度以上である場合にのみ稼働するようにコントロールされる。

従来の給湯ボイラーの構造を示す図である。 本発明に係る分離型二重熱交換式給湯ボイラーの一実施例による本体の分解断面図である。 本発明に係る分離型二重熱交換式給湯ボイラーの結合状態を示す構成図である。 本発明に係る分離型二重熱交換式給湯ボイラーの他の実施例による火室の断面図である。 本発明に係る分離型二重熱交換式給湯ボイラーの他の実施例による結合状態図である。

符号の説明

１０ バーナー
２０ 排気フード部
２２ 煙道
３０ 熱交換部
３２ 外筒
３５ 給湯水室
３８ 煙管
５０ 火室
５５ 熱交換水室
６０，６０ａ，６０ｂ 熱交換用コイル
７０，７０ａ，７０ｂ 循環ポンプ
８０ 膨張タンク

Claims (5)

1. 円筒型の外筒３２の内側に給湯水を収容する給湯水室３５を設け、前記給湯水室３５を貫通して形成される複数の煙管３８と、前記給湯水室３５が外部と連通するように前記外筒３２を貫通して形成される流入口４２と、流出口４４とを備えた熱交換部３０と、
   前記熱交換部３０の下端に結合し、円筒型の外筒５２の内側を囲んでなる熱交換水室５５を備え、一側面に設けられたバーナー取付具１１を介してバーナー１０が取り付けられる火室５０と、
   前記熱交換部３０の上側に結合し、前記煙管３８を介して流動してきた燃焼ガスを排出する煙道２２を備えた排気フード部２０と、
   前記熱交換部３０の給湯水室３５内に設けられ、流入端部６２及び流出端部６４が循環管６５を介して前記火室５０の熱交換水室５５の流出口５８及び流入口５７と連結され、熱交換水が循環することにより前記給湯水室３５内の給湯水と熱交換するように構成された熱交換用コイル６０と、を備えてなることを特徴とする分離型二重熱交換式給湯ボイラー。
2. 前記排気フード部２０、前記熱交換部３０及び前記火室５０は、別途に製作して運搬可能であり、ブラケット２１，３１，５１を媒介として組立結合されることを特徴とする請求項１に記載の分離型二重熱交換式給湯ボイラー。
3. 前記火室５０の熱交換水室５５と前記熱交換用コイル６０とを連結する循環管６５に設けられ、熱交換水を強制循環させる循環ポンプ７０と、
   前記熱交換水室５５と配管で連結される膨張タンク８０と、をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の分離型二重熱交換式給湯ボイラー。
4. 前記熱交換部３０の前記給湯水室３５内に複数の熱交換用コイル６０ａ，６０ｂを設け、前記複数の熱交換用コイル６０ａ，６０ｂのそれぞれの流入端部６２ａ，６２ｂ及び流出端部６４ａ，６４ｂが、熱交換水室に形成された、対応する流出口５８ａ，５８ｂ及び流入口５７ａ，５７ｂと循環管６５ａ，６５ｂを介して流体循環可能に形成され、前記循環管６５ａ，６５ｂには、循環ポンプ７０ａ，７０ｂが設けられ、熱交換水は、複数の流動流れにより熱交換水室５５の熱を給湯水室３５に伝達することを特徴とする請求項１又は２に記載の分離型二重熱交換式給湯ボイラー。
5. 前記火室５０の熱交換水室５５の上端に形成された上部鏡板５４の上面に前記熱交換部３０を設け、前記上部鏡板５４は、前記熱交換部３０の受け台の役割を果たすように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の分離型二重熱交換式給湯ボイラー。

Images