JP2668645B2 - ガス燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス燃焼装置、特に、
ガスバーナの燃焼排気中の水蒸気を凝縮させ、その潜熱
を熱交換部に吸熱させることによって熱効率の向上を図
る形式のガス燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術及びその課題】前記形式のガス燃焼装置とし
て、図１５に示すように、ガスバーナ(3) と二段式の熱
交換器(1) とが組み合わされたものがある。前記熱交換
器(1) は、通水管(11)とその外周に設けられた多数のフ
ィン(12)(12)とこれらを収容する缶体(6) とから構成さ
れており、該熱交換器(1) は通水管(11)の下流側の主熱
交換部(1a)とその下方に配設された通水管(11)の上流側
の副熱交換部(1b)とに区分される。前記主熱交換部(1a)
側の通水管(11)は、該部分における通水管(11)を蛇行さ
せることにより該通水管(11)が三段構成となるように形
成されており、更にその各段は該通水管(11)が横二列若
しくは三列に蛇行状に曲成された状態になっている。そ
して、副熱交換部(1b)側の通水管(11)は、横三列に蛇行
状に曲成された構成としている。

【０００３】前記ガスバーナ(3) の炎孔部は下向きに設
定され、その炎形成域近傍に前記主熱交換部(1a)が位置
するように配設されている。そして、前記ガスバーナ
(3) はファン(4) によって強制的に燃焼用空気が押し込
み供給されるようになっており、これにより、ガスバー
ナの燃焼排気は主・副熱交換部(1a)(1b)を通過した後、
これの下方の排気通路(21)を介して外部に排出されるよ
うになっている。

【０００４】このものでは、ガスバーナ(3) を燃焼させ
て副熱交換部(1b)の通水管(11)の上流端から水道水を供
給すると、ガスバーナ(3) の燃焼排気が、ファン(4) に
よって主熱交換部(1a)及び副熱交換部(1b)に供給されて
その熱がこれら熱交換部の通水に吸熱され、主熱交換部
(1a)における通水管(11)の下流端から湯となって外部に
取り出されるが、前記吸熱作用の中で、主熱交換部(1a)
では、主としてガスバーナ(3) の燃焼排気の顕熱を吸熱
する作用が行われており、副熱交換部(1b)では、主とし
て、ガスバーナ(3) の燃焼排気中の水蒸気を凝縮させて
その潜熱を吸熱する作用が行われる。即ち、副熱交換部
(1b)では、主熱交換部(1a)で顕熱が奪われて冷却された
燃焼排気をその露点温度以下に冷却させることによって
ドレンを発生させ、そのときの潜熱を副熱交換部(1b)の
通水管(11)内の通水に吸熱させているのである。このも
のでは、燃焼排気中の顕熱だけでなく潜熱をも積極的に
熱交換部に吸収させるので、熱効率が向上するという利
点がある。

【０００５】しかしながら、このものでは、熱効率を未
だ十分に向上させることができない。ガスバーナ(3) か
らの燃焼排気の顕熱は主熱交換部(1a)で奪われているこ
とから、副熱交換部(1b)に達したときの排気温度は前記
主熱交換部(1a)のそれよりも低い。また、副熱交換部(1
b)側の通水管(11)から給水されることから、該通水管(1
1)は、上流側に位置する部分がその下流側に位置する部
分より低温状態になっている。これらのことから、通水
管(11)の上流側では、燃焼排気が露点以下に冷却される
効率（凝縮率）が最も高い。ところが、このものでは、
ファン(4) によって供給されるガスバーナ(3) の燃焼排
気の流量分布が、副熱交換部(1b)における通水管(11)の
走行域全体にわたってほぼ均等である。つまり、凝縮率
が最も高い通水管(11)の上流端近傍やこれよりも凝縮率
の低いその下流側に対して、ほぼ均しい流量の燃焼排気
が送り込まれるのである。このことから、効率的に燃焼
排気を凝縮させて潜熱を吸収することができず、そのた
めに、熱効率を十分に向上させることができないのであ
る。

【０００６】尚、図１６に示すように、ガスバーナ(3)
の上方に主熱交換部(1a)が配設されると共に該主熱交換
部(1a)の上方に副熱交換部(1b)が配設される形式のもの
でも、該副熱交換部(1b)で燃焼排気を凝縮させる場合に
は、上記と同様の不都合が発生する。本発明は、このよ
うな、『主熱交換部(1a)と、これに対してガスバーナ
(3) からの排気流の下流側に設けた副熱交換部(1b)とを
缶体(6) 内に並設し、これら熱交換部を挿通する通水管
内の被加熱水は、副熱交換部(1b)側に流入して主熱交換
部(1a)側から取り出される構成とし、前記主熱交換部(1
a)で燃焼排気の顕熱を吸収し副熱交換部(1b)でこれに接
触する燃焼排気から潜熱を吸収するようにしたガス燃焼
装置』において、熱効率を向上させることをその課題と
する。

【０００７】

【技術的手段】上記課題を解決するために講じた本発明
の技術的手段は、『燃焼排気の副熱交換部(1b)への流量
分布を設定する為の流量分布設定板を主熱交換部(1a)の
下流側に設け、副熱交換部(1b)の通水管の上流側部分か
ら下流側部分にかけて段階的又は連続的に排気流量を低
下させた』ことである。

【０００８】

【作用】本発明の上記技術的手段は、次のように作用す
る。ガスバーナ(3) を燃焼させて副熱交換部(1b)側の通
水管から被加熱水を供給すると、主熱交換部(1a)や副熱
交換部(1b)内の通水は、ガスバーナ(3) の発生熱量を吸
熱するが、この吸熱作用の中で、主熱交換部(1a)では燃
焼排気の顕熱が吸熱され、副熱交換部(1b)では、ガスバ
ーナ(3) の燃焼排気が凝縮されてその潜熱が吸熱され
る。

【０００９】このとき、前記主熱交換部(1a)の下流側に
は、流量分布設定板が設けられており、該流量分布設定
板によって、副熱交換部(1b)の通水管に送り込まれる排
気流量は、該通水管の上流側部分から下流側部分にかけ
て段階的に又は連続的に低下するように設定されてい
る。また、ガスバーナ(3) からの燃焼排気は主熱交換部
(1a)で顕熱が奪われていることから、該燃焼排気が副熱
交換部(1b)に達したときの排気温度は、主熱交換部(1a)
より低い。一方、給水は副熱交換部(1b)における通水管
の上流端から行われ、通水管内の通水は副熱交換部(1b)
側から主熱交換部(1a)側に至る経路で吸熱が行われるこ
とから、通水管温度は、上流端が最も低く、その下流側
に進むにしたがって次第に高くなっている。したがっ
て、燃焼排気が露点以下に冷却される効率（凝縮率）が
通水管の上流端で最も高く、この凝縮率は、該通水管の
下流に進むにしたがって次第に低くなっている。

【００１０】当該副熱交換部(1b)においては、副熱交換
部(1b)の通水管の上流側部分から下流側部分にかけて、
凝縮率の高さに比例した燃焼排気が流入するので、燃焼
排気が効率的に凝縮されてその潜熱が吸熱されることと
なる。

【００１１】

【効果】本発明は、上記構成であるから、次の特有の効
果を有する。副熱交換部(1b)で、燃焼排気が効率的に凝
縮されてその潜熱が吸熱されることから、熱効率が向上
する。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に従って説明す
る。図１に示す実施例は、Ｆ・Ｆ（強制給排気）式の給
湯器に本発明を実施したものであり、このものは、給湯
器本体の下部に熱交換器(1) を具備する缶体(6) を設
け、該缶体(6) の上部に多孔燃焼プレート式のガスバー
ナ(3) を具備し且つ上方に給気室(42)を備える給気箱
(7) を配設し、該給気箱(7) の上部にファン(4)を設
け、前記缶体(6) の下方に排気通路(21)を設けたもので
ある。

【００１３】通水管(11)やフィン(12)(12)を具備する前
記熱交換器(1) は、主熱交換部(1a)とその下方に配設さ
れた副熱交換部(1b)とから構成されている。この実施例
では、主熱交換部(1a)の通水管の部分を環状のフィン(1
2)(12)を具備する主通水管(11a) とし、同様に、副熱交
換部(1b)の通水管の部分を副通水管(11b) としている。
尚、前記缶体(6) の下方は開放しており、副熱交換部(1
b)に発生するドレンは、該缶体(6) 下方のドレン排出口
(8) から外部に排出される。

【００１４】前記主通水管(11a) は、八つの主通水管部
が直列に接続されて上下三段で構成されており、その各
段は二つ若しくは三つの主通水管部から成る。他方の副
通水管(11b) は、三つの副通水管部を直列に接続した一
段構成としている。そして、前記主通水管(11a) 及び副
通水管(11b) の通水経路は、図１の矢印で示すように、
副通水管(11b) の同図の左端の第１副通水管部(a) →中
央の第２副通水管部(b) →右端の第３副通水管部(c) の
経路を経て→主通水管(11a) に達し、この主通水管(11
a) では、同図の下段の左端の第１主通水管部(d) →中
央の第２主通水管部(e) →右端の第３主通水管部(f) →
中段左側の第４主通水管部(g) →右側の第５主通水管部
(h) →上段の左端の第６主通水管部(i) →中央の第７主
通水管部(j) →上段右端の第８主通水管部(k) の経路と
なるように各通水管部が接続されている。

【００１５】前記主熱交換部(1a)と副熱交換部(1b)との
間には、流量分布設定板としての分布板(5) を介在させ
ている。該分布板(5) には、図２に示すように、多数の
透孔(50)(50)が穿設されており、該透孔(50)(50)の配設
密度は、第１副通水管部(a)に対応する部分が最も大き
く、これに続いて、第２副通水管部(b) に対応する部分
から第３副通水管部(c) に対応する部分にかけて、順次
小さくなるように設定されている。即ち、ファン(4) に
よって第１〜第３副通水管部(a)(b)(c) に送り込まれる
ガスバーナ(3) で生成された燃焼排気の流量は、図３に
示す如く第１副通水管部(a) →第２副通水管部(b) →第
３副通水管部(c) の順に次第に少なくなるように設定さ
れているのである。

【００１６】したがって、ガスバーナ(3) を燃焼させ
て、第１副通水管部(a) から水道水を供給すると、主熱
交換部(1a)の主通水管(11a) や副熱交換部(1b)の副通水
管(11b) 内の通水は、ガスバーナ(3) の発生熱量をフィ
ン(12)(12)等から吸収して、第８主通水管部(k) から湯
となって外部に取り出され、熱交換器(1) を通過後の燃
焼排気は、排気通路(21)を介して排気口(2) から外部に
排出される。このときの吸熱作用の中で、ガスバーナ
(3) の燃焼排気の顕熱を吸熱する作用は、主に、主熱交
換部(1a)で行われており、副熱交換部(1b)では、主とし
て、ガスバーナ(3)の燃焼排気を凝縮させてその潜熱を
吸熱する作用が行われる。即ち、副熱交換部(1b)では、
主として、顕熱が奪われて冷却された燃焼排気をその露
点温度以下に冷却させることによってドレンを発生さ
せ、そのときの潜熱を副通水管(11b) 内の通水に吸収さ
せているのである。

【００１７】ここで、ガスバーナ(3) からの燃焼排気は
主熱交換部(1a)で主に顕熱が奪われていることから、副
熱交換部(1b)に達したときの排気温度は前記主熱交換部
(1a)のそれよりも低い。また、給水は第１副通水管部
(a) から行われ、通水管(11)内の通水は上記した通水経
路内で吸熱が行われることから、副通水管(11b) の温度
は、第１副通水管部(a) →第２副通水管部(b) →第３副
通水管部(c) の順に次第に高くなっている。即ち、第１
副通水管部(a) においては、通水管温度が最も低い状態
なのである。このことから、副熱交換部(1b)における燃
焼排気が露点以下に冷却される効率（凝縮率）は、第１
副通水管 (a)→第２副通水管部(b) →第３副通水管部
(c) の順に次第に低くなっている。一方、副熱交換部(1
b)に流入する燃焼排気の流量は、分布板(5) によって、
第１副通水管部(a) →第２副通水管部(b) →第３副通水
管部(c) の順に次第に少なくなるように設定されてい
る。したがって、各副通水管部には、凝縮率の高さに比
例した燃焼排気が流入するので、当該副熱交換部(1b)に
おいては、燃焼排気中の凝縮成分が確実に凝縮されて潜
熱の吸熱効率の向上が図れる。

【００１８】尚、上記実施例は、以下のように変更が可
能である。 １．上記実施例では、分布板(5) における各副通水管部
に対応する透孔(50)(50)の配設密度を変えることによ
り、副熱交換部(1b)に流入する燃焼排気の流量分布が、
第１副通水管部(a) →第２副通水管部(b) →第３副通水
管部(c) の順に次第に少なくなるように設定したが（図
４参照）、以下のように変更することが可能である（図
５〜図８参照。これらの図において、斜線部分の面積の
大小が燃焼排気流量の分布度合の大小に相当する。）。

【００１９】．図５に示すように、第１副通水管部
(a) のみを多く設定し、第２副通水管部(b) ・第３副通
水管部(c) を等しく設定する。 ．図６に示すように、第１副通水管部(a) の最上流端
近傍の一定域のみが多くなるように設定する。 ．図７に示すように、第１副通水管部(a) から第３副
通水管部(c) の経路において、その上流端近傍を最も多
く設定し、その下流側に進むにしたがって、順次少なく
なるように設定する。尚、上記における第１副通水管
部(a) への排気量分布を図７に示す第１副通水管部(a)
のそれに置き換えてもよい。

【００２０】．図８に示すように、各副通水管部にお
いて、上流側近傍の一定域のみが多くなるように設定す
る。かかる場合、各副通水管部の全体の流量分布が、第
１副通水管部(a) →第２副通水管部(b) →第３副通水管
部(c) の順に次第に少なくなるように設定する。いずれ
にせよ、副通水管(11b) 内の通水温度分布との関係にお
いて、ドレンの発生量が最大となるように燃焼排気の流
量分布を設定するのが最も望ましいことは言うまでもな
い。

【００２１】２．上記実施例では、副通水管(11b) は、
三つの副通水管部が直列に接続される構成としたが、二
つ以下若しくは四つ以上の副通水管部が直列に接続され
る構成としてもよい。副通水管(11b) が一つの副通水管
部から成る場合には、燃焼排気の流量分布は、上記若
しくはにおける第１副通水管部(a) のように上流端近
傍が多くなるように設定する。また、副通水管(11b) が
二つの副通水管部が直列に接続された場合、又は四つ以
上の副通水管部が直列に接続された場合には、燃焼排気
の流量分布は、当該副通水管部の数量における上記した
〜の設定になるようにする。

【００２２】３．上記実施例では、副通水管(11b) の給
水管としての第１副通水管部(a)を図１の左端とした
が、これ以外の副通水管部が第１副通水管部(a) となる
ように副通水管(11b) を構成してもよい。この場合も燃
焼排気の流量分布は、第１副通水管部(a) →第２副通水
管部(b) →第３副通水管部(c) の順に次第に少なくなる
などの設定をする。

【００２３】４．上記実施例では流量分布設定板として
分布板(5) を設けたが、これに替えて、図９に示すよう
に、第３主通水管部(f) の下方から第２副通水管部(b)
の上方にかけて走行する態様の遮蔽板(5a)を設けるよう
にしてもよい。かかる場合、第１副通水管部(a) に集中
的に燃焼排気が送り込まれる。尚、この遮蔽板(5a)に透
孔を具備させて、燃焼排気が該透孔を介して第２副通水
管部(b) や第３副通水管部(c) 側に流入するようにして
もよい。

【００２４】５．上記実施例では副熱交換部(1b)に対し
て排気流の上流側に分布板(5) を設けたが、図１０に示
すように、副熱交換部(1b)の下流側に該分布板(5) を設
けてもよい。 ６．上記実施例では、通水管(11)を蛇行状に曲成させて
４段構成となるようにしてその中で、最下段を副熱交換
部(1b)とし他の３段を主熱交換部(1a)としたが、主熱交
換部(1a)の顕熱吸収能力によっては潜熱を吸収する副熱
交換部(1b)の副通水管(11b) は、下から２段・３段等の
複数段となる。この場合、図１１若しくは図１２に示す
ように、副通水管(11b) の各段における排気流の上流側
若しくは下流側に分布板(5)(5)を設けて、各段における
副通水管(11b) の上流側部分から下流側部分にかけて排
気量を低下させてもよく、或は、図１３若しくは図１４
に示すように、当該副通水管(11b) における排気流の最
上流側若しくは最下流側に分布板(5) を設けて、複数段
まとめて副通水管(11b) の上流側部分から下流側部分に
かけて排気量を低下させてもよい。

【００２５】このように、副熱交換部(1b)が複数段に構
成される場合は、下から２段目若しくは３段目等の通水
管(11)から給水してもよい。又、上記実施例の場合も含
めて、湯の取り出しは上から２段目若しくは３段目等か
ら行ってもよい。 ７．上記実施例では、ファン(4) を給気通路側に設けた
が、これを排気通路(21)側に設けてもよい。

【００２６】８．上記実施例では、Ｆ・Ｆ（強制給排
気）式の給湯器に本発明を実施したが、この給湯器以外
にも、加熱された水を循環させる方式の暖房器等のガス
燃焼装置、又は、Ｆ・Ｅ（強制排気）式の給湯器若しく
は前記方式の暖房器等のガス燃焼装置にも本発明を採用
することは可能である。 ９．本発明は、主熱交換部(1a)にて主として顕熱を吸収
し、副熱交換部(1b)にて主として潜熱を吸収する形式の
熱交換器はもちろん、主熱交換部(1a)にて顕熱のみを吸
収し、副熱交換部(1b)にて潜熱のみを吸収する形式のも
のにも採用できる。

【００２７】１０．分布板(5) は図１２に示すように各
副通水管部毎に設けてもよい。 １１．副熱交換部(1b)が副通水管(11b) 群を上下に並設
する場合、上方の副通水管(11b) 群と下方のそれとの間
にのみ分布板(5) を介在させるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の説明図

【図２】分布板(5) の説明図

【図３】第１実施例における燃焼排気の流量分布を表し
た副通水管(11b) の断面図

【図４】第１実施例における燃焼排気の流量分布を表し
た副通水管(11b) の平面図

【図５】第２実施例における燃焼排気の流量分布を表し
た副通水管(11b) の平面図

【図６】第３実施例における燃焼排気の流量分布を表し
た副通水管(11b) の平面図

【図７】第４実施例における燃焼排気の流量分布を表し
た副通水管(11b) の平面図

【図８】第５実施例における燃焼排気の流量分布を表し
た副通水管(11b) の平面図

【図９】遮蔽板(5a)の説明図

【図１０】副熱交換部(1b)に対して排気流の下流側に分
布板(5) を設けた状態の説明図

【図１１】副通水管(11b) が複数段で構成される場合に
各副通水管部に対して排気流の上流側に分布板(5) を設
けた状態の説明図

【図１２】副通水管(11b) が複数段で構成される場合に
各副通水管部に対して排気流の下流側に分布板(5) を設
けた状態の説明図

【図１３】副通水管(11b) が複数段で構成される場合に
該副通水管(11b) に対して排気流の最上流側に分布板
(5) を設けた状態の説明図

【図１４】副通水管(11b) が複数段で構成される場合に
該副通水管(11b) に対して排気流の最下流側に分布板
(5) を設けた状態の説明図

【図１５】従来例の説明図

【図１６】他の従来例の説明図

【符号の説明】

(1a)・・・主熱交換部 (1b)・・・副熱交換部 (3) ・・・ガスバーナ (6) ・・・缶体

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主熱交換部(1a)と、これに対してガスバ
   ーナ(3) からの排気流の下流側に設けた副熱交換部(1b)
   とを缶体(6) 内に並設し、これら熱交換部を挿通する通
   水管内の被加熱水は、副熱交換部(1b)側に流入して主熱
   交換部(1a)側から取り出される構成とし、前記主熱交換
   部(1a)で燃焼排気の顕熱を吸収し副熱交換部(1b)でこれ
   に接触する燃焼排気から潜熱を吸収するようにしたガス
   燃焼装置において、燃焼排気の副熱交換部(1b)への流量
   分布を設定する為の流量分布設定板を主熱交換部(1a)の
   下流側に設け、副熱交換部(1b)の通水管の上流側部分か
   ら下流側部分にかけて段階的又は連続的に排気流量を低
   下させたガス燃焼装置。
2. 【請求項２】 流量分布設定板を副熱交換部(1b)の上流
   側に設けた請求項１に記載のガス燃焼装置。
3. 【請求項３】 流量分布設定板を副熱交換部(1b)の下流
   側に設けた請求項１に記載のガス燃焼装置。