JP2010048423A - 温水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上下高さ方向に積層する構成要素の数を少なくして、全体の高さ寸法を従来よりも小さくすることを適切に図ることが可能な潜熱回収型の温水装置を提供する。
【解決手段】燃焼器３の下に、顕熱回収用の１次熱交換部１、潜熱回収用の２次熱交換部２、および潜熱回収に伴って発生する酸性のドレインを中和するための中和装置５が積層して設けられている温水装置ＷＨであって、２次熱交換部２は、潜熱回収後の燃焼ガスをこの２次熱交換部２のケース２０の上下高さ方向に起立した側壁部２２ｂに設けられた排気口２４を介してケース２０の外部に横向きに排出可能な構成とされており、中和装置５のケース５０は、２次熱交換部２のケース２０に直接組み付けられ、または少なくとも一部分がケース２０と一体に形成された構成とされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、給湯装置などの温水装置、さらに詳しくは、燃焼器を利用して発生させた燃焼ガスから顕熱に加えて潜熱をも回収可能とされたいわゆる潜熱回収型の温水装置に関する。

本出願人は、潜熱回収型の温水装置の一例として、特許文献１に記載されたものを先に提案している。同文献に記載された温水装置は、燃焼器により発生された燃焼ガスを燃焼器の下方に向けて進行させるいわゆる逆燃焼式であり、燃焼器の下方には、顕熱回収用の１次熱交換部、潜熱回収用の２次熱交換部、および集合筒（底部ケーシング）が順次積層されている。集合筒は、２次熱交換部を下向きに通過した燃焼ガスを消音器や排気口に向けて導くためのものである。また、前記温水装置においては、集合筒の下方には、中和装置が設けられている。燃焼ガスから潜熱を回収すると、燃焼ガス中の水蒸気が凝縮し、燃焼ガス中の成分を含んだ強酸性のドレイン（凝縮水）が発生する。中和装置は、このドレインを中和するためのものであるが、この中和装置が２次熱交換部および集合筒の下方に配置されているために、たとえば中和装置を２次熱交換部や集合筒の側方などに配置する場合と比較すると、温水装置が横幅方向に大きく嵩張らないようにし、全体の小型化を図るのに好ましいものとなる。

しかしながら、前記従来技術においては、燃焼器の下方に、１次熱交換部、２次熱交換部、集合筒、および中和装置が順次積層して設けられた構成であるために、それら積層部分の部品点数が多く、温水装置全体の高さ寸法が比較的大きいものとなる。したがって、温水装置全体の小型化を促進する上で、未だ改善の余地があった。

特開２００８−１３４０１２号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであって、上下高さ方向に積層する構成要素の数を少なくして、全体の高さ寸法を従来よりも小さくすることを適切に図ることが可能な潜熱回収型の温水装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供される温水装置は、燃焼器により発生された燃焼ガスを前記燃焼器の下方に向けて進行させるファンと、前記燃焼器の下に設けられ、かつ前記燃焼ガスから顕熱回収が可能な１次熱交換部と、この１次熱交換部の下に位置する伝熱管およびこの伝熱管を囲むケースを有し、かつ前記１次熱交換部を通過してきた燃焼ガスから潜熱回収が可能な２次熱交換部と、この２次熱交換部の下に設けられ、かつ前記潜熱回収に伴って発生する酸性のドレインを中和するための中和剤を収容するケースを有する中和装置と、を具備している、温水装置であって、前記２次熱交換部は、潜熱回収後の燃焼ガスをこの２次熱交換部のケースの上下高さ方向に起立した側壁部に設けられた排気口を介してこの２次熱交換部のケースの外部に横向きに排出可能な構成とされており、前記中和装置のケースは、前記２次熱交換部のケースに直接組み付けられ、または少なくとも一部分が前記２次熱交換部のケースと一体に形成された構成とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、２次熱交換部のケースと中和装置のケースとの間に、従来技術において用いられていた集合筒が介在しないこととなる。したがって、集合筒を排除できる分だけ、上下高さ方向に積層する要素の数を少なくし、温水装置全体の高さ寸法を小さくすることができる。一方、２次熱交換部によって潜熱が回収された後の燃焼ガスは、２次熱交換部のケースの側壁部に設けられた排気口を介して外部へ横向きに排出されるために、２次熱交換部の下に中和装置のケースを直接組み付け、または一体に形成したことに起因して燃焼ガスの排気に不具合を生じることもない。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記中和装置のケースと前記２次熱交換部のケースとは、互いに嵌合されている。

このような構成によれば、中和装置のケースと２次熱交換部のケースとの位置決めを図ってこれらを互いに組み付ける作業が容易となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記中和装置のケース、および前記２次熱交換部のケースのいずれか一方には、前記中和装置のケース内部と前記２次熱交換部のケース内部とを仕切る壁部が設けられており、この壁部は、前記中和装置のケースの上壁部と前記２次熱交換部のケースの底壁部とを兼用した構成とされている。

このような構成によれば、２次熱交換部と中和装置との間に無用な隙間が生じないこととなり、これら２次熱交換部と中和装置とをトータルした高さ寸法を小さくするのに好ましいものとなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記２次熱交換部の伝熱管は、螺旋状管体であり、前記２次熱交換部には、前記螺旋状管体の内方の空間部に進入し、かつ内部に前記燃焼ガスが流入する内部空洞状のガイド部が設けられており、このガイド部のうち、前記排気口とは反対側の位置には、このガイド部内に流入した燃焼ガスを通過させるための通気口が設けられており、この通気口を通過した燃焼ガスは、前記ガイド部の周囲のうち、前記排気口とは反対側の領域に向けて進行した後に、前記ガイド部の周囲の他の領域を進行して前記排気口に向かうように構成されている。

このような構成によれば、燃焼ガスを２次熱交換部の螺旋状管体の略全体に対して好適に作用させることができる。その結果、螺旋状管体の略全体を有効に利用した熱回収がなされ、高い熱交換効率を得ることができる。また、ガイド部は、螺旋状管体の内方の空間部に設けられているが、この空間部は、螺旋状管体の内方に元々形成されており、本来的には、デッドスペースになり得る部分である。本発明においては、そのようなデッドスペースを有効に利用してガイド部が設けられているために、ガイド部を設けることに起因してケースが大型化するといった不具合もない。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記１次熱交換部、前記２次熱交換部、および前記中和装置の内部凍結の可能性を判断するための温度センサと、この温度センサにより検出される温度が予め設定された温度以下になったときに、前記燃焼器および前記ファンを一時的に駆動させる制御手段と、を備えており、前記燃焼器により発生された燃焼ガスが下向きに進行したときには、この燃焼ガスが前記中和装置のケースの上壁部に接触するように構成されている。

このような構成によれば、凍結の可能性が高くなったときには、燃焼器およびファンが駆動され、１次熱交換部および２次熱交換部に加えて、中和装置も燃焼ガスにより効率よく加熱されることとなり、それらの内部の凍結防止を好適に図ることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図３は、本発明が適用された温水装置の一例を示している。図１によく表われているように、本実施形態の温水装置ＷＨは、燃焼器３、１次熱交換部１、２次熱交換部２、中和装置５、および制御部６を備えている。１次熱交換部１、２次熱交換部２、および中和装置５は、燃焼器３の下方に積層して設けられている。

燃焼器３は、逆燃焼式のたとえばガスバーナであり、バーナケース３０内に配され、かつ燃料ガスが外部から配管３２を介して供給されるように構成されている。バーナケース３０内には、モータＭにより駆動されるファン３１から燃焼用空気が下向きに供給される。１次熱交換部１は、燃焼器３によって発生されて下向きに進行した燃焼ガスから顕熱を回収するための部分であり、複数のフィン１２を有する伝熱管１１、およびこの伝熱管１１を囲むケース１０を有している。

２次熱交換部２は、１次熱交換部１を下向きに通過した燃焼ガスから潜熱を回収するための部分であり、伝熱管としての複数の螺旋状管体２１、これら複数の螺旋状管体２１を囲むケース２０、および燃焼ガスの流れを規定するためのガイド部２２を備えている。ケース２０は、上壁部２０ａと、この上壁部２０ａから下向きに延びた平面視矩形の筒状をなす４つの側壁部２０ｂ〜２０ｅとを有している（図３も参照）。図２によく表われているように、ガイド部２２は、上壁部２０ａから下向きに突出してケース２０内に進入した内部空洞状の部分であり、伝熱管１１の設置領域を下向きに通過した燃焼ガスは、このガイド部２２内にその上部開口部２２ａから進入するようになっている。ガイド部２２の一側壁部には、通気口２２ｂが設けられており、ガイド部２２内に進入した燃焼ガスはこの通気口２２ｂを通過してケース２０内のガイド部２２の外側領域に進行するようになっている。ケース２０の側壁部２０ｂには、潜熱回収を終えた燃焼ガスを外部に排出するための排気口２４が設けられている。通気口２２ｂから排気口２４に至るまでの燃焼ガス流れの詳細については、後述する。

複数の螺旋状管体２１は、それらの中心軸Ｃ（図２を参照）が上下高さ方向に延びる姿勢とされている。図３に示すように、各螺旋状管体２１は、平面視長円状の螺旋部２１ａの下端部および上端部に、直管状の延設部２１ｂ，２１ｃが一体または別体に連設された構成である。複数の螺旋状管体部２１の巻きサイズは互いに相違しており、これらは略同心の重ね巻き状とされている。なお、本発明でいう螺旋状管体とは、主要部が螺旋状の管体として形成されている伝熱管を意味し、管体の全体が螺旋状でなくてもよく、螺旋状以外の管体部分が具備されたものも含む概念である。延設部２１ｂ，２１ｃのそれぞれの一端は、ともにケース２０の側壁部２０ｄを貫通してケース２０の外部に引き出されており、これらの部分には入水用および出湯用のヘッダ４０，４１が連結されている。図１に示すように、ヘッダ４１の出湯口４１ａは、適当な配管４２を介して伝熱管１１の入水口１１ａに接続されている。ヘッダ４０の入水口４０ａには、給水管（図示略）が接続される。この給水管から入水口４０ａに供給された水は、複数の螺旋状管体２１および伝熱管１１を順次通過して加熱され、その後に出湯口１１ｂから所望の給湯先に供給される。

図３に示すように、ガイド部２２は、最内周の螺旋状管体２１の内方の空間部２５に進入している。空間部２５は、ケース２０の左右幅方向に細長い形状であるが、ガイド部２２は、これに対応した偏平な立体形状とされており、このガイド部２２の外周面の略全周と最内周の螺旋状管体２１の内周面の略全周とは微小間隔を隔てて互いに接近し、または接触した構成とされている。通気口２２ｂは、排気口２４には直接対面しないようにガイド部２２の排気口２４側の壁部とは反対側の壁部に設けられている。このことにより、ガイド部２２内に進行して通気口２２ｂを通過した燃焼ガスは、図３の矢印Ｎ１に示すように、通気口２２ｂの対向領域に向けて進行した後に、矢印Ｎ２〜Ｎ４に示すように、ガイド部２２の周囲を左右二手に分かれて進行してから排気口２４に到達するようになっている。

図１において、中和装置５は、合成樹脂製のケース５０内に、炭酸カルシウムなどの中和剤５１が収容された構成を有している。ケース５０の上部には、上面が開口した平面視矩形の筒状部５０ａが形成されており、この筒状部５０ａは、２次熱交換部２のケース２０の側壁部２０ｂ〜２０ｅに外嵌している。このことにより、ケース２０，５０どうしの組み付けが図られている。もちろん、ネジ体などを用いてケース２０，５０どうしを固定し、これらの組み付けの確実化を図った構成とすることができる。２次熱交換部２のケース２０は、それ独自の底壁部を有しない下面開口状とされている。ただし、中和装置５のケース５０の上壁部５０ｂは、ケース２０，５０の内部どうしを仕切っており、ケース２０の底壁部を兼ねている。２次熱交換部２によって燃焼ガスから潜熱を回収した際に発生する酸性のドレインは、各螺旋状管体２１から上壁部５０ｂ上に流れ落ちてから、この上壁部５０ｂに設けられている開口部５２を通過してケース５０内に流入するように構成されている。ケース５０内に流入したドレインは、図１の矢印に示すように上下に蛇行しつつ中和剤５１内を通過して中和され、排出口５３から外部に排出される。

制御部６は、この温水装置ＷＨの各部の動作制御を実行するものであって、マイクロコンピュータなどを用いて構成されており、本発明でいう制御手段の一例に相当する。温水装置ＷＨには、温度センサＳ１が設けられており、制御部６は、この温度センサＳ１によって検出される温度が、１次熱交換部１、２次熱交換部２、および中和装置５の内部に凍結の可能性があるとして予め設定された温度以下になると、その時点で、ファン３１および燃焼器３を所定時間だけ駆動させる制御を実行するように構成されている。温度センサＳ１は、たとえば外気温を検出するように設けられていてもよいが、好ましくは、凍結防止対象の１つである中和装置５のケース５０の外面部に設けられるなど、できる限り凍結防止対象部位に近い位置に設けられる。

次に、前記した温水装置ＷＨの作用について説明する。

まず、ファン３１とともに燃焼器３が駆動して燃焼ガスが発生すると、この燃焼ガスからは１次熱交換部１によって顕熱が回収される。次いで、この燃焼ガスは、２次熱交換部２のガイド部２２の上部開口部２２ａからガイド部２２内に流入した後に、通気口２２ｂを通過する。この通気口２２ｂを通過した燃焼ガスは、排気口２４に到達する迄に、図３の矢印Ｎ１〜Ｎ４に示したように進行し、各螺旋状管体２１の略全体に作用することとなる。このため、各螺旋状管体２１の略全体が熱回収に有効に利用されることとなる。したがって、２次熱交換部２による潜熱回収量を多くして、熱交換効率を高くすることができる。また、ガイド部２２は、螺旋状管体２１の内方の空間部２５を有効に利用して設けられているが、この空間部２５は、本来的にはデッドスペースとなり得る部分である。したがって、このガイド部２２をケース２０に組み込むことによってケース２０の全体のサイズが大きくなる不具合もない。

中和装置５のケース５０は、２次熱交換部２のケース２０に直接組み付けられており、これらのケース５０，２０どうしの間には、前記従来技術の集合筒に相当する部材は省略されている。このため、温水装置ＷＨの全体の上下高さ寸法を小さくするのに有利となる。とくに、ケース５０の上壁部５０ｂは、ケース２０の底壁部を兼ねているために、その構成は合理的であり、中和装置５と２次熱交換部２との間に隙間を生じさせないようにして、温水装置ＷＨの上下高さ寸法を小さくするのにより好ましいものとなる。さらに、ケース５０，２０どうしの組み付けは、これらを互いに嵌合させて行なわせているために、これらの組み付け作業も容易となる。一方、２次熱交換部２は、潜熱回収後の燃焼ガスを排気口２４からこの２次熱交換部２の一側方に向けて横向き（略水平方向に）排出させるように構成されているために、中和装置５を２次熱交換部２の下部に直接組み付けたことに起因して燃焼ガスの排気に支障が生じるといった不具合もない。

燃焼器３の駆動停止時において、温度センサＳ１により検出される温度が予め設定された温度以下となり、中和装置５内などに凍結を生じる可能性が高くなったときには、制御部６の制御によりファン３１および燃焼器３が所定時間だけ駆動される。すると、燃焼ガスが１次熱交換部１および２次熱交換部２内を進行して中和装置５のケース５０の上壁部５０ｂに直接接触する。このため、中和装置５が効率良く加熱されてこの中和装置５内の凍結が好適に防止される。もちろん、前記燃焼ガスは、伝熱管１１および螺旋状管体２１をも加熱するために、これらの内部が凍結することも防止される。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る温水装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

上述の実施形態では、中和装置のケースと２次熱交換部のケースとを嵌合させているが、これら２つのケースの組み付けは、これらを嵌合させることなく行なうこともできる。たとえば、前記２つのケースのそれぞれに接続用のフランジを形成しておき、これらのフランジを対面接触させ、かつボルトを用いて連結するといった手段を採用することもできる。また、本発明においては、中和装置のケースと２次熱交換部のケースとが別体に形成されている構成に代えて、これら２つのケースの全体または一部分が一体に形成された構成とすることもできる。

本発明でいう１次熱交換部および２次熱交換部は、個別の熱交換部（熱交換器）として構成されていなくてもよく、たとえばそれらのケースを共用した構成とすることもできる。より詳細には、たとえば１つのケース内に、略同一形態の伝熱管が上下複数段に設けられて、これらのうち、燃焼器に近い上部側の領域が顕熱回収用の１次熱交換部とされ、かつ下部側の領域が潜熱回収用の２次熱交換部とされた構成とすることもできる。伝熱管としては種々の構成のものを用いることが可能であり、１次熱交換部の伝熱管としては、たとえばフィン付きの直状管体に代えて、フィンを具備しない直状管体や、螺旋状管体を用いることができる。また、２次熱交換部の伝熱管として、フィン付き、またはフィンを具備しない直状管体など、螺旋状管体以外の管体を用いた構成とすることもできる。

中和装置は、酸性のドレインを中和し得るように中和剤がケース内に収容された構成を有していればよく、中和剤の具体的な種類や、ケースの具体的な形状、材質、サイズなどは限定されない。本発明でいう温水装置とは、湯を生成する機能を備えた装置の意であり、一般給湯用、風呂給湯用、暖房用、あるいは融雪用などの各種の給湯装置、および給湯以外に用いられる湯を生成する装置を広く含む概念である。

本発明が適用された温水装置の一例を示す概略正面断面図である。 図１のII−II断面図である。 図１に示す温水装置の２次熱交換部の平面断面図である。

符号の説明

ＷＨ 温水装置
Ｓ１ 温度センサ
１ １次熱交換部
２ ２次熱交換部
３ 燃焼器
５ 中和装置
６ 制御部（制御手段）
２０ ケース（２次熱交換部の）
２１ 螺旋状管体
２２ ガイド部
２２ａ 上部開口部（ガイド部の）
２２ｂ〜２２ｅ 側壁部（２次熱交換部のケースの）
２２ｂ 通気口（ガイド部の）
２４ 排気口
２５ 空間部（螺旋状管体の）
３１ ファン
５０ ケース（中和装置の）
５０ｂ 上壁部（中和装置のケースの）
５１ 中和剤

Claims (5)

1. 燃焼器により発生された燃焼ガスを前記燃焼器の下方に向けて進行させるファンと、
   前記燃焼器の下に設けられ、かつ前記燃焼ガスから顕熱回収が可能な１次熱交換部と、
   この１次熱交換部の下に位置する伝熱管およびこの伝熱管を囲むケースを有し、かつ前記１次熱交換部を通過してきた燃焼ガスから潜熱回収が可能な２次熱交換部と、
   この２次熱交換部の下に設けられ、かつ前記潜熱回収に伴って発生する酸性のドレインを中和するための中和剤を収容するケースを有する中和装置と、
   を具備している、温水装置であって、
   前記２次熱交換部は、潜熱回収後の燃焼ガスをこの２次熱交換部のケースの上下高さ方向に起立した側壁部に設けられた排気口を介してこの２次熱交換部のケースの外部に横向きに排出可能な構成とされており、
   前記中和装置のケースは、前記２次熱交換部のケースに直接組み付けられ、または少なくとも一部分が前記２次熱交換部のケースと一体に形成された構成とされていることを特徴とする、温水装置。
2. 前記中和装置のケースと前記２次熱交換部のケースとは、互いに嵌合されている、請求項１に記載の温水装置。
3. 前記中和装置のケース、および前記２次熱交換部のケースのいずれか一方には、前記中和装置のケース内部と前記２次熱交換部のケース内部とを仕切る壁部が設けられており、この壁部は、前記中和装置のケースの上壁部と前記２次熱交換部のケースの底壁部とを兼用した構成とされている、請求項１または２に記載の温水装置。
4. 前記２次熱交換部の伝熱管は、螺旋状管体であり、
   前記２次熱交換部には、前記螺旋状管体の内方の空間部に進入し、かつ内部に前記燃焼ガスが流入する内部空洞状のガイド部が設けられており、
   このガイド部のうち、前記排気口とは反対側の位置には、このガイド部内に流入した燃焼ガスを通過させるための通気口が設けられており、
   この通気口を通過した燃焼ガスは、前記ガイド部の周囲のうち、前記排気口とは反対側の領域に向けて進行した後に、前記ガイド部の周囲の他の領域を進行して前記排気口に向かうように構成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の温水装置。
5. 前記１次熱交換部、前記２次熱交換部、および前記中和装置の内部凍結の可能性を判断するための温度センサと、
   この温度センサにより検出される温度が予め設定された温度以下になったときに、前記燃焼器および前記ファンを一時的に駆動させる制御手段と、を備えており、
   前記燃焼器により発生された燃焼ガスが下向きに進行したときには、この燃焼ガスが前記中和装置のケースの上壁部に接触するように構成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の温水装置。

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