JP2010276282A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、二次熱交換器が設けられた排気部で発生したドレンを適切に回収し、排気部内における通気抵抗を上昇させない給湯装置提供することを目的とした。
【解決手段】給湯装置１は、一次熱交換器と二次熱交換器３０とを有する。二次熱交換器３０は排気部６に収容されている。排気部６には、燃焼ガスの流入を許す導入口６ｅが設けられ、当該導入口６は、二次熱交換器３０よりも下方に配され、排気集合部５から通過してきた燃焼ガスが水平方向に通過するものである。これにより、排気部６内に発生したドレンが落下しても、導入口６ｅを通じて予期せぬ領域に流入することがなく、適切に回収できる。また、排気部６内には、燃焼ガスに通気抵抗が作用することなくスムーズに導入されるため、内部圧が上昇することがない。
【選択図】図２

Description

本発明は、給湯装置に関するものであり、特に一次熱交換器に加えて二次熱交換器を備えたものに関するものである。

従来より、下記特許文献１に開示されているような、所謂潜熱回収型の給湯装置が提供されている。この種の給湯装置は、燃料を燃焼するための燃焼手段と、これにおいて発生した燃焼ガスに含まれている顕熱を主として回収するための一次熱交換器と、潜熱を主として回収するための二次熱交換器とを備えている。即ち、燃焼手段で生じた燃焼ガスは、一次熱交換器を通過した後、二次熱交換器を通過し、排気口を介して外部に排出される。

上記した潜熱回収型の給湯装置では、二次熱交換器において、燃焼ガスの潜熱を回収して熱効率の向上を図っているが、この時、燃焼ガス中に含まれる水蒸気が凝縮して相変化したドレンが発生する。このドレンは、燃焼ガスに晒されることにより酸性度が高くなり、腐食性を有する液体となっていた。このようにして、酸性度が高くなったドレンが二次熱交換器から落下した後、高温の燃焼ガスが流れる領域内（例えば特許文献１では排気集合部等）に予期せず流入することとなると、さらに酸性度が向上し、腐食性が増大してしまうといった問題があった。従って、二次熱交換器で発生したドレンが、燃焼ガスの流れ方向上流側に設けられた予期しない領域に流入するのを防止したいという要望があった。

そこで、特許文献１に記載されているような給湯装置であって、排気部内に二次熱交換器が配されている場合、二次熱交換器の下方で導入口の上部にドレンを受ける邪魔板などを配して、当該邪魔板で燃焼ガスの流れ方向上流側に落下するドレンを阻止する方策が考えられる。

特開２００８−２４９３１３号公報

しかしながら、排気部内にドレン受けとなる前記した邪魔板などを採用した場合、邪魔板が燃焼ガスの流れに抵抗する配置となるため、燃焼ガスの通気抵抗が増加して排気部内の圧力が急激に上昇して、燃焼性能の低下を招いたり、燃焼ガスが漏洩する問題が懸念されていた。

そこで、燃焼性能の確保を図るため、送風機の回転数を上昇させる方策があるが、新たな問題として、通気騒音の増大が懸念される。また、燃焼ガスの漏洩を防止するため、排気部に一定以上の気密性を確保する必要があるが、製造コストの増加が懸念される。

そこで、かかる問題を解決すべく、本発明は二次熱交換器が設けられた排気部で発生したドレンを適切に回収し、燃焼ガスが排気部内の圧力を急激に上昇させない給湯装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃料を燃焼する燃焼手段と、当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが下方に向けて流れる燃焼ガス通路と、当該燃焼ガス通路に対して燃焼ガスの流れ方向下流側に存在し、燃焼ガス通路を通過してきた燃焼ガスを受け入れて通過させ、上方に向けて流れ方向を変化させる排気集合部と、当該排気集合部から送られてきた燃焼ガスを受け入れて通過させ、上方に向けて流すことが可能な排気部と、当該排気部に対する燃焼ガスの流入を許す導入口と、前記燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水を加熱可能な一次熱交換器と、前記排気部内に配された二次熱交換器と、当該二次熱交換器における熱交換に伴って発生したドレンを中和可能な中和器と、排出すべきドレンを受ける受皿部と、当該受皿部に落下したドレンを前記排気集合部を迂回して、直接前記中和器に導くドレン排出系統とを有し、前記導入口は、前記二次熱交換器よりも下方、且つ前記受皿部よりも上方に配され、前記排気集合部から通過してきた燃焼ガスが水平方向に通過するものであることを特徴とする給湯装置である。

本発明の給湯装置は、排気部に、燃焼ガスが水平方向に導入されるように導入口が設けられている。即ち、導入口は、排気部の側面側に設けられている。
ここで、所謂潜熱回収型の給湯装置では、一次熱交換器の下流側に位置する二次熱交換器において、熱交換時に燃焼ガスに含まれる水蒸気が凝縮されドレンが発生することが知られている。また、ドレンは、燃焼ガスに晒されることで酸化され、金属等に対する腐食性が増大する。そのため、従来技術の給湯装置ように、燃焼ガスの導入を許す導入口を、燃焼ガスが垂直方向上方に通過するように、排気部の底部に設けた場合、当該導入口を通じてドレンが下方側に落下する場合があった。これにより、排気集合部等にドレンが滞留して、壁面等を腐食する問題が生じていた。

この対策として、先に説明したように、導入口の上方側に邪魔板を設けて、ドレンの落下を防止する策や、排気集合部等の材料に耐腐食性に優れたステンレスを採用する等の策が勘案される。しかしながら、前者の邪魔板を設ける場合、排気部の下方にドレンが落下することは防止できるが、排気部内に流入する燃焼ガスの通気抵抗が増すため、排気部内の圧力が急激に上昇する。これに伴い、燃焼性能を確保するために送風機の回転数を上げる必要が生じるが、通気騒音が増大するという新たな問題が生じたり、燃焼ガスの漏洩を防止するために排気部等の気密性を高度に確保する必要性が生じる懸念があった。さらに、邪魔板を設ける場合、導入口から十分離した位置に配することで、燃焼ガスの通気抵抗を抑制できるが、排気部の高さが大きくなり、装置全体のコンパクト化が困難となる。また、後者の排気集合部を、例えばステンレス製等にする場合は、生産コストが大幅に増加する懸念があった。

そこで、本発明の給湯装置では、排気部の受皿部より上方、且つ二次熱交換器より下方に、燃焼ガスが水平方向に通過する導入口を設ける構成とした。そのため、排気部で発生するドレンが下方側に落下しても、受皿部がドレンを受け取り、排気集合部を迂回したルートで中和器にドレンを導くことができるため、排気部内で発生したドレンは適切に回収され、ドレンが排気集合部に流入する心配がない。即ち、本発明では、ドレンが燃焼ガスの流れ方向上流側に流入するのを阻止する邪魔板等を配する必要がなく、さらに燃焼ガスの流れ方向上流側に位置する排気集合部等に、耐腐食性に優れたステンレス等の部材を用いる必要もない。
即ち、本発明の給湯装置によれば、燃焼ガスが導入口を通過しても、邪魔板等で燃焼ガスの通気抵抗が上昇することがないため、排気部内の圧力上昇の問題を排除できる。また、本発明の給湯装置は、排気集合部等に耐腐食性の部材を採用する必要がないため、生産コストを増加させることがない。さらに、排気部内で発生したドレンは、導入口を通じて燃焼ガスの流れ方向上流側に流入することがないため、適切にドレンを回収することが可能である。

請求項２に記載の発明は、排気部は、二次熱交換器が設けられ上方に向けて燃焼ガスが流れる熱交室と、少なくとも下方に向けて燃焼ガスが流れる第一流路部を有する排気流路とを備え、前記排気流路には、前記熱交室を通過してきた燃焼ガスが方向転換されて導入され、前記第一流路部を通じて排気されることを特徴とした請求項１に記載の給湯装置である。

本発明の給湯装置は、排気部が二次熱交換器が設けられた熱交室と、少なくとも下方に向けて燃焼ガスが流れる第一流路部を有した排気流路を備えており、熱交室を通過してきた燃焼ガスは、方向転換されて第一流路部に導入される構成である。
ここで、従来の給湯装置に採用された排気部は、主に燃焼ガスが上方に向かって流れる本発明に採用された熱交室に相当する領域のみで構成されており、燃焼ガスは当該熱交室を通過した後、殆ど迂回することなく排気されていた。そのため、燃焼手段で発生する音波の振動エネルギーの減衰が不十分な状態で排気部を通過するため、閑静な住宅地域などにおいては、燃焼時の騒音が目立つ不都合が生じていた。
これに対し、本発明の給湯装置は、排気部において、熱交室を通過した燃焼ガスが下方に向けて流れる第一流路部を通じて排気されるため、少なくとも第一流路部の長さ分、燃焼ガスが流れる排気部の流路を長くすることができる。これにより、本発明の給湯装置は、従来技術よりも燃焼手段から発生する音波の振動エネルギーを減衰させることが可能となるため、燃焼時の騒音を低減できる。さらに、熱交室を通過した燃焼ガスは、水蒸気を殆ど含んでいないため、湿度の低い気体である。これにより、第一流路部を通過する燃焼ガスは、通路内に殆ど水滴を発生させない。ここで、一般的に排気部には、内壁側に消音性を高めるためにグラスウール等からなる吸音材が設けられている。この種の吸音材は、水分を含むと、防音効果が低減されることが知られている。即ち、本発明によれば、第一流路内に吸音材が取り付けられていた場合であっても、吸音材を濡らすことがないため、高い防音効果を維持でき、燃焼時の騒音をより効果的に低減できる。
また、熱交室を通過した燃焼ガスは、方向転換して第一流路部に導入されるため、排気部の高さを大きくする必要がない。例えば、熱交室の側方側が配置することで、装置全体をコンパクト化できる。従って、本発明の給湯装置によれば、全高を高くすることなく、燃焼時の騒音を抑制できる。
なお、熱交室の上流側に第一流路を配置する構成も勘案されるが、燃焼ガスと二次熱交換器の熱交換効率を考慮すると、熱交室を第一流路の上流側に配置させる方が好ましい。

請求項３に記載の発明は、排気流路は、前記第一流路部を通過してきた燃焼ガスが上方に向かって流れる第二流路部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯装置である。

本発明の給湯装置は、第二流路部を有し、第一流路部を通過してきた燃焼ガスが上方に向かって流れるため、さらに燃焼ガスが流れる排気部の流路を長くすることができる。これにより、燃焼手段により発生した音波の振動エネルギーを、より減衰させることができるため、発生する騒音をより低減することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、排気流路は、第一流路部と第二流路部とが交互に並べられて形成されたＵ字状流路を複数有していることを特徴とする請求項３に記載の給湯装置である。

本発明の給湯装置は、第一流路部と第二流路部により形成されるＵ字状流路を複数有しているため、燃焼ガスが通過し得る流路をより長く伸ばすことができる。これにより、燃焼手段により発生した音波の振動エネルギーを、より減衰できるため、発生する騒音をより低減することができる。

請求項５に記載の発明は、排気部から燃焼ガスの排気を許す排気口を有し、当該排気口では、前記排気部を通過してきた燃焼ガスが熱交室における燃焼ガスの流れ方向に対して交差する方向に通過することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の給湯装置である。

本発明の給湯装置は、排気口において、燃焼ガスが熱交室における燃焼ガスの流れ方向に対して交差する方向に通過するため、設置予定場所の上部に何らかの障害物が存在する場合であったとしても、燃焼ガスは円滑に排気される。即ち、本発明の給湯装置であれば、設置環境を選ばない。

請求項６に記載の発明は、二次熱交換器は、排気部内に配された複数の受熱管と、入水側ヘッダと、出水側ヘッダとを有し、当該入水側ヘッダ及び出水側ヘッダに対して、複数の受熱管がそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の給湯装置である。

また、請求項７に記載の発明は、受熱管が、排気部内を横断する複数の横断部と、湯水の流れ方向上流側に位置する横断部と下流側に位置する横断部との間を接続する折辺部とを有し、当該折辺部において上流側の横断部から供給されてきた湯水の流れを折り返し、下流側の横断部に供給できるものであることを特徴とする請求項６に記載の給湯装置である。

かかる構成によれば、二次熱交換器をコンパクト化しつつ、熱交換に供する伝熱面積を十分大きく確保することができる。

本発明によれば、二次熱交換器が設けられた排気部で発生したドレンを適切に回収し、排気部内における通気抵抗を上昇させない給湯装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る給湯装置の一部を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 二次熱交換器を示す斜視図である。 排気流路を示す概念図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ排気流路の変形例を示す概念図である。

続いて、本発明の実施形態に係る給湯装置１について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、上下左右の位置関係は、特に断りのない限り、通常の設置状態を基準として説明する。

給湯装置１は、燃焼部２（燃焼手段）と、一次熱交換器２０と、二次熱交換器３０とを備えた、所謂潜熱回収型の給湯装置である。給湯装置１は、燃焼部２の下方に燃焼ケース３と、排気集合部５とを有する。また、燃焼部２の側方には、排気部６が設けられている。さらに、排気集合部５の下方には、中和器７が設けられている。燃焼ケース３及び排気部６は、それぞれ給湯装置１の底側に設けられた排気集合部５に連通している。これにより、給湯装置１には、燃焼ケース３から排気集合部５を経て排気部６に至る、断面形状が略「Ｕ」字型となるように連通した空間が形成されている。

図１に示すように、燃焼部２は、空気ケース８や燃料噴霧ノズル１０、送風機１１、燃焼筒１２等を備えている。燃焼部２は、所謂逆燃焼式の燃焼装置により構成されており、下方に向けて火炎を形成可能とされている。即ち、燃焼部２は、送風機１１を作動させることによって空気ケース８内に燃焼用の空気を導入すると共に、図示しない燃料供給源から供給されてきた液体燃料を燃料噴霧ノズル１０から下方に向けて噴霧し、燃焼筒１２内において燃焼できる構成とされている。

燃焼ケース３は、燃焼部２に対して下方側に位置しており、燃焼部２における燃焼動作に伴って発生する高温の燃焼ガスが流れる部分（燃焼ガス通路）である。燃焼ケース３の周囲には、内部を流れる高温の燃焼ガスにより過度に高温となるのを防止すべく、水管１５が巻き付けられている。水管１５の一端側には接続部１６が設けられており、これに後述する配管３８が接続されている。また、水管１５の他端側は、後に後述する一次熱交換器２０の一次入水口２５に接続されている。

燃焼ケース３の下端側の部分には、一次熱交換器２０が設けられている。一次熱交換器２０は、燃焼ケース３を流れてきた燃焼ガス中に含まれている顕熱を主として回収するためのものである。一次熱交換器２０は、所謂フィンアンドチューブ型の熱交換器によって構成されている。即ち、一次熱交換器２０は、略「コ」字型に屈曲した一連の水管２１を有し、この水管２１が燃焼ケース３を横断するように挿通されている。水管２１には、多数のフィン２２が装着されている。一次熱交換器２０は、燃焼ケース３内を流れる高温の燃焼ガスとの熱交換により、水管２１内を流れる湯水を熱交換加熱することができる。

水管２１は、その一端側に一次出水口２３を有し、他端側に一次入水口２５を有する。一次出水口２３は、図示しない配管等を介してカラン等の湯水の供給先に接続されている。一方、一次入水口２５には、燃焼部２に巻き付けられた水管１５が接続されている。

排気集合部５は、燃焼ケース３の下方に配置され、燃焼ケース３に直接連通した部分である。排気集合部５は、給湯装置１の底側において給湯装置１の幅方向（図１において左右方向）に伸びる内部空間を有する。また、排気集合部５は、燃焼ケース３の側方に配された排気部６とも連通している。具体的には、排気集合部５は、排気部６の下部に位置する一部が排気部６側に入り込んだ凸空間５ａを有し、凸空間５ａと排気部６が連通している。そのため、排気集合部５は、燃焼ケース３を下方に向けて流れる燃焼ガスを流入させると共に、当該燃焼ガスを排気部６に向けて水平方向に流出させる部分として機能する。即ち、排気集合部５は、下方に向けて流れる燃焼ガスの流れ方向を上方に向けて折り返し、水平方向に流出させるための部分として機能する。

図１，２に示すように、排気部６は、外壁部材６ａによって四方を囲まれた空間６ｂを有する。また、排気部６には、外壁部材６ａの外周を取り囲むように断熱材６ｃが取り付けられている。
空間６ｂは、仕切部材６ｈによって２つの領域に仕切られている。具体的には、仕切部材６ｈは、排気部６を縦断するように取り付けられている。これにより、空間６ｂは、後述する二次熱交換器３０が設けられる熱交室１７と、排気流路１８とに分割されている。

より具体的には、給湯装置１の正面側に熱交室１７が配され、熱交室１７に隣接するように給湯装置１の背面側に排気流路１８が配されており、熱交室１７が排気流路１８に対して、燃焼ガスの流れ方向上流側に位置するように配されている。仕切部材６ｈは、空間６ｂの上部側に連通口６ｉが設けられ、熱交室１７と排気流路１８を連通させている。

熱交室１７は、下端側に設けられた導入口６ｅを介して排気集合部５と連通している。導入口６ｅは、燃焼ガスを水平方向に通過させるもので、熱交室１７の側面側に配されている。即ち、排気集合部５の凸空間５ａを通過した燃焼ガスは、導入口６ｅを介して水平方向に熱交室１７に導入される。これにより、熱交室１７で発生したドレンが、導入口６ｅを通じて燃焼ガスの流れ方向上流側に流入することが防止される。それにより、導入口６ｅ近傍に、排気集合部５等にドレンが流入するのを阻止する邪魔板等を設ける必要がなくなるため、燃焼ガスは抵抗を受けることなく熱交室１７に導入される。即ち、熱交室１７において、燃焼ガスが導入されても熱交室１７の内圧が上昇しないため、給湯装置１が有する本来の燃焼性能を低下させる心配がない。また、先に説明したように、排気部６の気密性を高度に確保する必要もない。

一方、排気流路１８は、外壁部材６ａの内側に図示しない吸音材が装着されている。当該吸音材は、空隙を内包した材質によって構成されている。具体的には、吸音材は、所謂グラスウールやロックウール、セラミックファイバーのような繊維をバインダーで結着することにより内部に空隙を有するものや、所謂シリコンスポンジのようにスポンジ状に多数の孔を有する多孔体等によって構成されている。本実施形態では、グラスウールをバインダーで結着したもので外壁部材６ａの内部形状に合うように形状を調整したものが装着されている。

また、排気流路１８は、連通口６ｉから最初に燃焼ガスが流入される下方流路形成部（第一流路部）１８ｓと、下方流路形成部１８ｓに対して燃焼ガスの流れ方向下流側に位置する上方流路形成部（第二流路部）１８ｔとを有する。具体的には、図２，３に示すように、熱交室１７の背面側に下方流路形成部１８ｓが位置し、下方流路形成部１８ｓの背面側に上方流路形成部１８ｔが位置している。

より具体的には、下方流路形成部１８ｓと上方流路形成部１８ｔは、仕切板１８ｕによって仕切られており、断面形状が「Ｕ」字型のＵ字状流路を形成している。仕切板１８ｕは、排気流路１８を縦断するように設けられている。そして、仕切板１８ｕは、排気流路１８の下部側に連通口１８ｖが設けられ、下方流路形成部１８ｓと上方流路形成部１８ｔを連通させている。即ち、下方流路形成部１８ｓを下向きに通過した燃焼ガスは、連通口１８ｖで、一端、水平方向に方向転換され、上方流路形成部１８ｔに流入する。

上方流路形成部１８ｔは、燃焼ガスを上向きに通過させるもので、上方流路形成部１８ｔの上部で後述する変換流路形成部材１９と連通している。具体的には、上方流路形成部１８ｔは、上部に連通口１８ｗが設けられ、連通口１８ｗを上向きに通過した燃焼ガスが、変換流路形成部材１９に導入される。

変換流路形成部材１９は、排気部６の上部側に配され、燃焼ガスを、熱交室１７を通過する燃焼ガスの流れ方向（上方流路形成部１８ｔを通過する燃焼ガスの流れ方向）と交差する方向に流すことが可能なものである。また、変換流路形成部材１９は、外部雰囲気と連通した排気口６ｄを有する。即ち、変換流路形成部１９を通過した燃焼ガスは、排気口６ｄを略水平方向に通過して外部に排出される。

従って、本実施形態の給湯装置１によれば、燃焼部２で発生した燃焼ガスは、熱交室１７を通過した後、さらに排気流路１８を流れ、変換流路形成部材１９に設けられた排気口６ｄを通過して外部に排出される。これにより、燃焼部２で発生した音波が通過する経路が延長されることとなり、当該音波は排気口６ｄに到達するまでに、十分に減衰された振動エネルギーとなり得る。さらに、熱交室１７を通過した燃焼ガスは、二次熱交換器３０を流れる湯水と熱交換して、燃焼ガスに含まれた水蒸気が液体に相変化されているため、殆ど水蒸気を含まない気体である。そのため、排気流路１８の流路内には、水蒸気による水滴が付着することがない。これにより、燃焼ガスに含まれた水分が図示しない吸音材に吸収されて、当該吸音材の消音効果を低減させることがない。従って、本実施形態に採用された排気部６であれば、音波による振動を十分抑制でき、さらに図示しない吸音材により消音させることができる。

また、排気流路１８は、熱交室１７の背面側に配され、熱交室１７を通過した燃焼ガスは、先ず排気部６の下方に流れ、その後排気部６の上方に流れる構成を有しているため、排気部６の高さを増加させることなく流路を形成できる。即ち、本実施形態では、排気部６の高さを増加させることなく、排気部６内の燃焼ガスが流れる流路を延長できる。これにより、燃焼時の騒音を低減しつつ、高さ方向にコンパクト化された給湯装置１を提供することができる。

図１，２に示すように、排気部６の熱交室１７内には、二次熱交換器３０が配されている。二次熱交換器３０は、複数の受熱管３１（本実施形態では４本）と、入水側ヘッダ３２と、出水側ヘッダ３３とを備えている。受熱管３１は、熱伝導性に優れ、表面が円滑な配管によって形成されており、排気部６内において上下方向に伸びるように複数並べられて配されている。各受熱管３１は、熱交換に伴って発生するドレンが表面に付着しても、このドレンは、受熱管３１の表面に滞ることなく、スムーズに落下する。各受熱管３１は、それぞれ排気部６内において上下方向に伸びるように並べられて配されている。

各受熱管３１は、その一端側が排気部６の上端側に設けられた入水側ヘッダ３２に接続されており、他端側が排気部６の下端側に設けられた出水側ヘッダ３３に接続されている。そのため、二次熱交換器３０に供給された湯水は、先ず入水側ヘッダ３２に流入した後、これに接続された各受熱管３１に分かれて流れ、その後出水側ヘッダ３３に集まって外部に流出することとなる。

図２や図４に示すように、受熱管３１は、中途において略「く」の字型に複数回折り返された形状とされている。これにより、受熱管３１は、中途に排気部６内を横断する横断部３１ａが複数形成されており、この横断部３１ａ同士の間に折返部３１ｂを有する。横断部３１ａは、下り勾配を付けて配されている。また、横断部３１ａは上下方向に隣接する位置に配された横断部３１ａとその下り勾配の方向が異なる。具体的には、図２に示すように、横断部３１ａのうち受熱管３１の最も上方側（上流側）に位置するものは、給湯装置１の背面側（図２において右側）に向かうにつれて下方に傾斜するように下り勾配を付けて配されている。そのため、熱交換に伴って受熱管３１の表面にドレンが付着しても、これが横断部３１ａの表面を伝って流れて落下することとなるため、ドレンが受熱管３１の表面に長期にわたって付着することなく、スムーズに回収することができる。

一方、この横断部３１ａの下方（下流側）に隣接する位置にある横断部３１ａは、折返部３１ｂを介して横断部３１ａに繋がっており、給湯装置１の正面側（図２において左側）に向かうにつれて下方に傾斜するように下り勾配を付けて配されている。このように、受熱管３１には、横断部３１ａと折返部３１ｂとが次々に連続して設けられており、一連の流路が形成されている。そのため、受熱管３１に湯水が供給されると、湯水は、給湯装置１の正面側と背面側との間をジグザグに往復動するように流れながら、徐々に下方側にある出水側ヘッダ３３に向かうこととなる。

図１や図４に示すように、二次熱交換器３０は、上述したように屈曲した形状の受熱管３１が複数（本実施形態では４本）、並べて配された構造とされており、各受熱管３１が上下方向に向く姿勢とされて排気部６内に収容されている。各受熱管３１は、排気部６内において、給湯装置１の幅方向（図１に示す状態において左右方向）に並べられて配置されている。また、各受熱管３１は、横断部３１ａが給湯装置１の奥行き方向（図１に示す状態において紙面に対して交差する方向）に伸びるように配置されている。

二次熱交換器３０において、隣接する受熱管３１同士の間には、僅かな隙間が設けられており、各受熱管３１の横断部３１ａが上下方向に折り重なるように配置されている。そのため、二次熱交換器３０は、各受熱管３１の間を流れる燃焼ガスの通気抵抗が比較的大きい。従って、二次熱交換器３０に流入した燃焼ガスは、各受熱管３１同士の間をゆっくりと流れ、潜熱が十分回収された後に排出される。

前記したように、各受熱管３１の上端側は、それぞれ入水側ヘッダ３２に接続されている。入水側ヘッダ３２には、二次入水口３５が設けられており、図示しない配管を介して図示しない給水源に接続されている。一方、各受熱管３１の下端側は、それぞれ出水側ヘッダ３３に接続されている。出水側ヘッダ３３には、二次出水口３７が設けられている。二次出水口３７は配管３８（図１）を介して上記した一次熱交換器２０の接続口１６に接続されている。なお、二次入水口３５及び二次出水口３７は、外壁部材６から外部に突出した配置とされている。

図１，２に示すように、排気部６は、二次熱交換器３０が配置された熱交配置領域６ｘの流路断面積が、二次熱交換器３０をほぼ隙間なく収容可能な手一度の大きさとされている。そのため、排気部６の上流側領域６ｙ内に流入した燃焼ガスは、ほぼ全てが熱交配置領域６ｘに配された二次熱交換器３０の各受熱管３１同士の間を下方から上方に向けて通過し、下流側領域６ｚ側に抜けることとなる。

また、上流側領域６ｙには、ドレン排出口４７が設けられている。図１において、二点鎖線で示すように、ドレン排出口４７は、排気集合部５の下方に設けられた中和器７に対して配管４８を介して接続されている。具体的には、熱交室１７の底板がドレンを受ける受皿部１７ａとされており、受皿部１７ａに落下したドレンがドレン排出口４７を介して配管４８に排出される。これにより、二次熱交換器３０に発生したドレンを、排気集合部５を迂回して中和器７に導く一連のドレン排出系統が形成されている。なお本実施形態では、前記したように、二次熱交換器３０の二次側出水口３７を外壁部材６ａから突出するように配置した構成であるため、ドレン排出口４７を二次熱交換器３０の直下に容易に設けることが可能である。

また、受皿部１７ａの導入口６ｅ側の縁端部は、上方に立設された堰部１７ｂが設けられ、受皿部１７ａで受けたドレンが排気集合部５側に落下することが防止されている。即ち、本実施形態の給湯装置１は、熱交室１７の受皿部１７ａを通過し、ドレン排出口４７に接続された配管４８を経由して中和器７に繋がる一連のドレン排出系統を有し、これを介してドレンを中和器７に導くことにより、ドレンは排気集合部５に干渉することを防止できる。

続いて、給湯装置１の動作について、燃焼ガスや湯水の流れを中心として詳細に説明する。
給湯装置１は、図示しない流量センサ等により外部の給水源から二次熱交換器３０に向けて湯水が供給されてきたことが検知されると、燃焼部２が燃焼作動を開始する。燃焼部２における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスは、図２に示す燃焼ケース３内を下方に向けて流れる。その後、燃焼ガスは、給湯装置１の底側に設けられた排気集合部５を通過し、排気集合部５の凸空間５ａに流入する。そして、燃焼ガスは、排気部６の側面に設けられた導入口６ｅを水平方向に通過して、排気部６側に抜ける。このようにして排気部６内に流入した燃焼ガスは、熱交室１７の上流側領域６ｙで上向きに進行方向が転換され、熱交配置領域６ｘに設けられた二次熱交換器３０の各受熱管３１の間を縫うようにして流れた後、下流側領域６ｚに至り、さらに進行方向が方向転換される。

熱交室１７の下流側領域６ｚで方向転換された燃焼ガスは、水平方向に連通口６ｉを通過して、排気流路１８側に抜ける。このようにして排気流路１８内に流入した燃焼ガスは、図３に示すように、すぐさま下向きに進行方向が方向転換され、下方流路形成部１８ｓを通過する。そして、下方流路形成部１８ｓを通過した燃焼ガスは、下端部に至ると、進行方向が方向転換される。即ち、連通口１８ｖを水平方向に通過して、上方流路形成部１８ｔ側に抜ける。その後、燃焼ガスは、上向きに進行方向を方向転換して、上方流路形成部１８ｔを通過する。そして、上方流路形成部１８ｔを通過した燃焼ガスが、上端部に至り、連通口１８ｗを垂直上向きに通過して、変換流路形成部材１９側に抜ける。排気流路１８を通過してきた燃焼ガスは、水平方向に進行方向が方向変換され、変換流路形成部材１９を排気口６ｄに向かって流れる。そして、燃焼ガスは、排気口６ｄを燃焼ガスが熱交室１７を流れる方向と交差する方向に通過する。即ち、燃焼ガスは、排気口６ｄを上向きでも下向きでもなく、水平方向に通過して、外部に排気される。

一方、外部から供給されてきた湯水は、二次熱交換器３０の入水側ヘッダ３２を介して、これに接続されている複数（図示状態では４本）の受熱管３１のそれぞれに流入する。各受熱管３１に流入した湯水は、横断部３１ａ及び折返部３１ｂとの繰り返しによって給湯装置１の正面側と背面側との間を行き来するように形成されたジグザグ状の流路内を下方側に向けて流れる。受熱管３１における湯水の流れは、全体として上方から下方に向けて流れるものであるため、熱交室１７内を上方に向けて流れてくる燃焼ガスの流れと対向流の関係にある。そのため、各受熱管３１を流れる湯水は、燃焼ガスと効率良く熱交換しながら排気部６の下方側に設けられた出水側ヘッダ３３に向けて流れる。

ここで、上記したようにして、二次熱交換器３０において熱交換が行われると、排気部６内を流れる燃焼ガス中に含まれている潜熱が、各受熱管３１内を流れる湯水に回収される。これに伴い、燃焼ガス中に含まれている水分が凝縮され、二次熱交換器３０の受熱管３１の表面にドレンが付着する。そして、ドレンが凝集して重力に逆らえない程度に成長すると、凝集したドレンは下方に向けて落下する。

ここで、上述したように、本実施形態の給湯装置１は、排気部６の導入口６ｅが排気部６の側面に設けられており、熱交室１７の底部がドレンを受ける受皿部１７ａとされている。また、給湯装置１は、ドレンを受皿部１７ａからドレン排出口４７に接続された配管４８を経由させて、中和器７に導くことができる。さらに、受皿部１７ａの導入口６ｅ側の縁端部が、上方に立設した堰部１７ｂが設けられている。そのため、二次熱交換器３０からドレンが受皿部１７ａに落下しても、ドレンは導入口６ｅを介して燃焼ガスの流れ方向上流側に位置する排気集合部５には流入せず、ドレン排出系統を介して中和器７に向けて排出され、中和される。また、導入口６ｅが排気部６の側面に設けられているため、上流側領域６ｙにドレンの流入を阻止する邪魔板のようなものを導入口６ｅ近傍に設ける必要がない。即ち、導入口６ｅから排気部６内に導入された燃焼ガスは、邪魔板を設けることで生じる流れと逆らう方向の抵抗が作用しないため、通気抵抗が上昇することはない。そのため、排気部６内に導入された燃焼ガスは、流速を殆ど落とすことなく熱交室１７内を通過する。即ち、送風機１１の回転数を増加させる必要がないため、通気騒音が増大する心配がない。

また、上述したように、本実施形態の給湯装置１は、熱交室１７を通過した燃焼ガスは、二次熱交換器３０との熱交換で、殆どの水蒸気をドレンとして発生するため、乾燥した気体となる。そして、熱交室１７を通過した燃焼ガスは、進行方向を方向変換されて、下方流路形成部１８ｓと上方流路形成部１８ｔにより形成された排気流路１８に流入する。排気流路１８に流入した燃焼ガスは、殆ど水蒸気を含んでいないため、排気流路１８内部で水滴を殆ど生じることがない。これにより、図示しない吸音材がドレンで濡らされて、消音機能が損なわれることがない。

さらに、排気流路１８を通過した燃焼ガスは、進行方向を方向変換されて変換流路形成部１９を通過して、外部に排出される。即ち、給湯装置１は、燃焼ガスの流路を長く伸ばし、消音効果を向上させるために、熱交室１７の背面に隣接するように排気流路１８を設けている。これにより、本実施形態の給湯装置１は、消音機能を向上させつつ、全体の高さをコンパクトにすることができる。また、変換流路形成部材１９を設けて、水平方向に排気することで、給湯装置１の設置汎用性を向上させている。

上記した実施形態では、排気流路１８は、図３に示したように、仕切板１８ｕを熱交室１７の背面に平行に配して、熱交室１７の背面に隣接するように下方流路形成部（第一流路部）１８ｓを設け、さらに下方流路形成部１８ｓの背面に隣接するように上方流路形成部１８ｔを設けてＵ字状流路を形成した構成を示したが、本発明はこれに限定されず、図５（ａ）に示すように、仕切板１８ｕを熱交室１７の背面に直交するように配して、熱交室１７の背面に隣接するように下方流路形成部１８ｓと上方流路形成部１８ｔの双方を設けてＵ字状流路を形成した構成であっても構わない。これにより、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記した実施形態では、排気流路１８が１つのＵ字状流路を有した構成を示したが、本発明では、図５（ｂ）に示すように、排気流路１８は、上記した熱交室１７の背面に平行な仕切板と、熱交室１７の背面に直交する仕切板の双方を配して複数のＵ字状流路を形成した構成であっても構わない。
排気流路１８は、２つの仕切板１８ｕ₁，１８ｕ₂を用いて２つのＵ字状流路が形成されている。具体的には、排気流路１８は仕切板１８ｕ₁を基準に、給湯装置１の正面側に仕切板１８ｕ₂により形成された下方流路形成部１８ｓ₁と上方流路形成部１８ｔ₁が配され、さらに、仕切板１８ｕ₁を基準に、給湯装置１の背面側に仕切板１８ｕにより形成された下方流路形成部１８ｓ₂と上方流路形成部１８ｔ₂が配されている。これにより、熱交室１７を通過した燃焼ガスが、連通口６ｉを介して排気流路１８に導入されると、最初のＵ字状流路である下方流路形成部１８ｓ₁と上方流路形成部１８ｔ₁を通過する。そして、最初のＵ字状流路を通過した燃焼ガスは、２つめのＵ字状流路である下方流路形成部１８ｓ₂と上方流路形成部１８ｔ₂を通過して、連通口１８ｗから上部に抜ける。従って、本実施形態の給湯装置１によれば、排気流路１８の大きさを変えることなく、燃焼ガスが通過する流路をさらに長くすることができるため、コンパクト化しつつ騒音をより低減することが可能となる。

上記実施形態では、下方流路形成部（第一流路部）１８ｓと上方流路形成部（第二流路部）１８ｔの双方により排気流路１８が形成された構成を示したが、本発明はこれに限定されず、下方流路形成部１８ｓのみが排気流路１８を形成した構成であっても構わない。その場合、燃焼ガスが下方に向けて排気されるため、給湯装置の設置環境を十分検討する必要がある。

上記実施形態では、燃焼ガスを水平方向に排気するため、排気部６の上部に変換流路形成部材１９を設けた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、変換流路形成部材１９を設けることなく、上方流路形成部（第二流路部）を通過した燃焼ガスを、そのまま上方に排気させる構成であっても構わない。

上記実施形態では、燃焼時の騒音を低減するために、熱交室１７の背面側に排気流路１８を設けて燃焼ガスの流路を長くした構成を示したが、本発明はこれに限定されず、熱交室１７を通過した燃焼ガスがすぐに排気口６ｄから排気される構成であっても構わない。

上述したように、中和器７は、排気部６より下方に設けられている。そのため、上記した構成を採用した場合は、排気部６で回収されたドレンが、ドレン排出系統を介して下方に向けて流れることとなり、中和器７にスムーズに回収されることとなる。なお、上記実施形態では、ドレンをスムーズに排出することを考慮して中和器７を排気部６よりも下方に設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、中和器７はいかなる位置に設けられてもよい。

上記した二次熱交換器３０は、排気部６の上方側に配された入水側ヘッダ３２と、排気部６の下方側に配された出水側ヘッダ３３との間を繋ぐように複数（本実施形態では４本）の受熱管３１が接続され、湯水を上方から下方に向けて流すことが可能な構成とされている。そのため、給湯装置１では、二次熱交換器３０における湯水の流れが、二次熱交換器３０を通過する燃焼ガスの流れと対向流の関係となり、熱交換効率が高い。

上記した二次熱交換器３０は、排気部６の開口領域を横断する横断部３１ａ同市の間が折返部３１ｂで繋がり、排気部６内をジグザグに往復動する受熱管３１を採用したものであるため、上下方向にコンパクトでありながら伝熱面積が十分大きい。
また、受熱管３１は、中途に複数設けられた折返部３１ｂにおいて、ほぼ「く」の字型に折り曲げられた形状とされている。そのため、二次熱交換器３０は、受熱管３１が燃焼ガスに晒され高温となっても、受熱管３１の膨張に伴って発生するひずみが最小限となるように緩和することができる。

上記実施形態では、受熱管３１として、表面に凹凸がない、所謂裸管を採用したものを例示したが、フレキシブル管やコルゲート管のように表面に凹凸を有するものであってもよい。また、受熱管３１として表面に凹凸を有するものを採用する場合であっても、ドレンをスムーズに落下させ回収するためには、凹凸の大きさはなるべく小さいものであることが望ましい。

上記実施形態で示した給湯装置１は、所謂逆燃焼方式の燃焼部２を備えたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃焼部２は、上方に向けて火炎を形成するタイプのものであってもよい。また、上記した燃焼部２は、液体燃料を噴霧して燃焼するものであったが、これに代わって、例えば従来公知の気化式の燃焼装置のように、液体燃料を気化したものを燃焼するタイプのもの等、いかなる燃焼形態を採用したものであってもよい。

１ 給湯装置
２ 燃焼部（燃焼手段）
５ 排気集合部
６ 排気部
６ｄ 排気口
６ｅ 導入口
７ 中和器
１７ 熱交室
１７ａ 受皿部
１８ 排気流路
１８ｓ，１８ｓ_１，１８ｓ_２ 下方流路形成部（第一流路部）
１８ｔ，１８ｔ_１，１８ｔ_２ 上方流路形成部（第二流路部）
１９ 変換流路形成部
２０ 一次熱交換器
３０ 二次熱交換器
３１ 受熱管
３１ａ 横断部
３１ｂ 折返部

Claims (7)

1. 燃料を燃焼する燃焼手段と、
   当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが下方に向けて流れる燃焼ガス通路と、
   当該燃焼ガス通路に対して燃焼ガスの流れ方向下流側に存在し、燃焼ガス通路を通過してきた燃焼ガスを受け入れて通過させ、上方に向けて流れ方向を変化させる排気集合部と、
   当該排気集合部から送られてきた燃焼ガスを受け入れて通過させ、上方に向けて流すことが可能な排気部と、
   当該排気部に対する燃焼ガスの流入を許す導入口と、
   前記燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水を加熱可能な一次熱交換器と、
   前記排気部内に配された二次熱交換器と、
   当該二次熱交換器における熱交換に伴って発生したドレンを中和可能な中和器と、
   排出すべきドレンを受ける受皿部と、
   当該受皿部に落下したドレンを前記排気集合部を迂回して、直接前記中和器に導くドレン排出系統とを有し、
   前記導入口は、前記二次熱交換器よりも下方、且つ前記受皿部よりも上方に配され、前記排気集合部から通過してきた燃焼ガスが水平方向に通過するものであることを特徴とする給湯装置。
2. 排気部は、二次熱交換器が設けられ上方に向けて燃焼ガスが流れる熱交室と、少なくとも下方に向けて燃焼ガスが流れる第一流路部を有する排気流路とを備え、
   前記排気流路には、前記熱交室を通過してきた燃焼ガスが方向転換されて導入され、前記第一流路部を通じて排気されることを特徴とした請求項１に記載の給湯装置。
3. 排気流路は、前記第一流路部を通過してきた燃焼ガスが上方に向かって流れる第二流路部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯装置。
4. 排気流路は、第一流路部と第二流路部とが交互に並べられて形成されたＵ字状流路を複数有していることを特徴とする請求項３に記載の給湯装置。
5. 排気部から燃焼ガスの排気を許す排気口を有し、
   当該排気口では、前記排気部を通過してきた燃焼ガスが熱交室における燃焼ガスの流れ方向に対して交差する方向に通過することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の給湯装置。
6. 二次熱交換器は、排気部内に配された複数の受熱管と、入水側ヘッダと、出水側ヘッダとを有し、
   当該入水側ヘッダ及び出水側ヘッダに対して、複数の受熱管がそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の給湯装置。
7. 受熱管が、排気部内を横断する複数の横断部と、湯水の流れ方向上流側に位置する横断部と下流側に位置する横断部との間を接続する折辺部とを有し、
   当該折辺部において上流側の横断部から供給されてきた湯水の流れを折り返し、下流側の横断部に供給できるものであることを特徴とする請求項６に記載の給湯装置。

Images