JP2944983B2 - 共通配置の煙道流入口及び流出口を備えた水ヒータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に水ヒータに
関し、特に共通配置された煙道流入口及び流出口を採用
する、ポータブル水ヒータ及び／又は水ヒータ／スペー
スヒータの組合せに関する。

【０００２】

【先行技術及び課題】エネルギー危機の結果、高効率加
熱装置の開発が促進されてきた。この傾向は、天然資源
の使用低減の強調と共に環境への懸念が増大することに
よってさらに助長された。暖房炉、水ヒータ及び家屋用
断熱材におけるエネルギー効率への大きな関心が、家屋
でのエネルギー効率における大きな改良を生じた。より
高い効率の推進は又、建設技術及び設計の選択に影響を
与えた。一つの重要なエネルギー節約建設技術は、建物
に出入りする侵入空気を減らすことであった。いわゆる
密閉構造は、吸引を必要としないか、或いは外部に直接
通気する装置を必要とする。これによって、多数の電気
水ヒータ及び電気ヒートポンプの設置につながる。

【０００３】建設業者は、装置及び建設技術を即座に利
用して、新建築において煙突を除去することによって、
建設コストを削減した。しかしながら、電気ウォータと
ヒータ及びヒートポンプは、排気ガスを生じないので煙
突を必要としないけれども、代表的にはガス或いは油燃
焼水ヒータより運転によりコストがかかる。いわゆる
「直接通気式」ガス燃焼水ヒータが開発され、煙突なし
に、建てられた家で電気水ヒータに取って代わるものと
して使用された。しかしながら、代表的な直接通気式水
ヒータはエアを家から引くファンを使用して、排気ガス
を希釈するものの、煙突なしに排気するには温度が低
い。燃焼及び稀釈化のために家からエアを引く現代の密
閉建築された家は、十分なメークアップエアを得るのに
供給上の問題を呈する。

【０００４】米国特許第5,020,512 号及び第3,707,142
号に例示された、別のタイプの水ヒータは、排気管のま
わりの環状部を介してメークアップエアを外部から水ヒ
ータにもたらす。この同軸のダクト配置は２つの利点を
有する。第１に、内部排気パイプは冷却且つ絶縁され、
煙突を必要とすることなく家の壁を貫通することを可能
にする。第２に、燃焼用メイクアップエアは、建物外部
から排気パイプが排出するのと同じ圧力で供給される。
このタイプの水ヒータは、自然通風に依存して、エアの
循環を制御する。自然通風の使用は、建物内のユニット
の配置を制限し自然通風の機能を確実にするために標準
的な排気構成要素を必要とする。この国及び他国の多く
の場所で、天然ガスは利用できず、加熱用油が家屋及び
水の加熱にとって好ましい燃料である。高品質の油燃焼
式水ヒータは、型通りの保守だけで設備寿命の長命化を
実現した。このタイプの水ヒータは、特に油燃焼式水ヒ
ータ向けの市場において、高度の耐久性に対する要求を
定着させた。

【０００５】必要なのは、煙突なしに家屋に据付可能な
油燃焼式水ヒータである。本発明の目的は、動力ブロア
ーで油或いはガスを燃焼し、煙突なしに据付可能な水ヒ
ータを提供することにある。本発明の別の目的は、直接
通気式の水ヒータであって、それが据え付けられる建物
からエアを引かないものを提供することにある。本発明
のさらなる目的は、比較的気密な燃焼チャンバを有する
水ヒータを提供することにある。本発明のなおさらなる
目的は、ブロアーファンに供給されたエアと排気流出口
とが同じ位置に設置されて、燃焼チャンバ内の残留熱
が、ブロアーが停止したときスタックの中を通って上方
に流れ続ける水ヒータを提供することにある。

【０００６】本発明のなおさらなる目的は、家屋を加熱
するのに十分な熱容量を備えた水ヒータを提供すること
にある。本発明のさらなる目的、特徴及び利点は、添付
図面と共に以下の詳細な説明から明らかであろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の水ヒータは、ブ
ロアー及びコントローラを有するバーナーを採用する。
ブロアーは、エアを建物或いは住居外部から流入ダクト
を介して引く。ブロアーは、エア及び燃料を比較的気密
な燃焼チャンバに噴射し、ここでエアと燃料の混合物が
点火され、比較的気密な燃焼チャンバ内のセラミック製
るつぼ内で燃焼する。加圧燃焼ガスが、水ヒータの水タ
ンク内の熱交換器を介して、接続された排気スタックま
で上方に流れる。排気スタックは、可撓性金属導管によ
ってベントに接続され、ベントは水平方向に住居の外壁
を貫通する。ベントは、ベントのまわりにエア流入環状
部を構成する流入ダクトによって取り囲まれる。流入ダ
クトは、ベントからのエアが流入ダクトによって捕捉さ
れないように流出ベントから間隔を隔てる。同時に流入
口と流出口との間隔は、外部大気現象の方向及び強さに
かかわらず、流入口及び流出口が略同じ大気圧を経験す
るほどのものである。かくして、燃焼チャンバ及び熱交
換器は、建物内部から密閉され、ブロワーへのエア流入
口及び熱交換器からのエア流出口の両方が、建物外部と
自由に連通する。コントローラ内のタイマーが、バーナ
ーへの燃料供給が停止した後一定時間、ブロワーを作動
する。ブロワーのこの作動によって、燃焼チャンバ内の
残留熱がタンク内の水に確実に伝達される。

【０００８】このように説明した水ヒータを使用する利
点は、エアが家屋内に引かれないことである。共通に配
置された煙道流入口及び流出口付の水ヒータは、今回の
気密な家屋にあってバーナー及びバーナーブロワーを介
しての逆気流が防止されるように作動する。流入口及び
流出口は共に、同様に位置するので、流出口と流入口間
で圧力差はほとんど或いは全くなく、かくしてエアの流
れが、エアをバーナーに供給するブロアーの作動によっ
て制御される。バーナーをブロアーと共に使用すれば、
水ヒータにより大きな熱容量を可能にし、その結果比較
的小型の水ヒータが平均的ないし大型家屋を加熱するの
に十分な熱である100,000 ないし150,000 BTU の熱を供
給することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】同じ番号が同様な部品に言及する
図１ないし図３を特に参照すれば、水ヒータ２０が図１
に示されている。水ヒータ２０は、ブロワーを利用する
ように設計され、フレーム保持るつぼを燃焼チャンバ内
に有する。るつぼは、油燃焼バーナのために必要であ
る。さらに、現代的で気密な構造を収容するために、水
ヒータが設置される住居の内側からエアが引かれないよ
うに、水ヒータが据付けられる。水ヒータ２０は、ウォ
ータタンク２４を取り込む外部ジャケット２２を有し、
ウォータタンク２４は溶接されて、燃焼チャンバ２６を
形成する。燃焼チャンバ２６は底部パン２８によって閉
じられる。セラミック製るつぼ３０が図２に示すよう
に、燃焼チャンバ２６内に位置決められる。燃焼チャン
バ２６及びウォータタンク２４は、絶縁体３２によって
外部ジャケット２２から絶縁される。るつぼ３０は絶縁
体３３によって燃焼チャンバのスカート或いは壁４７か
ら、さらに底部パン２８からさらに絶縁される。

【００１０】スタック３６が燃焼チャンバ２６からウォ
ータタンク２４を貫通して排気ポート３８まで延び、排
気ポート３８は外部ジャケット２２の頂部パン４０を貫
通する。ウォータタンク２４及びスタック３６付燃焼チ
ャンバは、外周円筒シェル４２、頂部ドーム４４、底部
ドーム４６及びスカート４７からなる溶接物として形成
される。スカート４７は、外部円筒シェル４２に接合さ
れ、燃焼チャンバ２６を構成する。スタック３６は、底
部ドーム４６と頂部ドーム４４との間で溶接される。多
数の鋼製タブ４８が、スタック３６の内面５０に溶接さ
れる。鋼製タブ４８は、溶接されて、オーバラップスパ
イラル５２を形成する。鋼製タブは、米国特許第4,239,
953 号又は第4,761,532 号に開示された方法の１つによ
って溶接されるのがよい。鋼製タブ４８は、スタックを
貫通する排気ガスからタンク２４内の水５４への熱伝達
を増大する。

【００１１】ウォータタンク２４の内面５６が、焼結ガ
ラスの上塗りによってコーティングされて、ウォータタ
ンク２４の耐腐食性を増大させる。底部ドーム４６の裏
面５８及び裏面５８に隣接した鋼製タブ４８の一部も
又、上塗りガラスでコーティングされている。ウォータ
タンク２４は、交換可能な陽極棒５７、圧力解放バルブ
５９及びドレンバルブ６１を有する。解放バルブ５９及
びドレンバルブ６１を取り外して、ウォータタンク２４
の内部を点検し、さらに内部に近づくことができる。燃
料油バーナー６０が、外部ジャケット２２に取り付けら
れ、エア及び燃料油の流れをるつぼ３０の側面６５に形
成された穴６２を通してるつぼ３０に導く。点火装置
（図示せず）が、エア及び燃料油の混合気を点火し、こ
の混合気の燃焼がるつぼ３０及び燃焼チャンバ２６より
上に位置決めされたウォータタンク２４を加熱する。バ
ーナー６０は、インディアナ州、フォートウェインのウ
ェイン／スコット フェツァー会社供給のウェインブル
ーエンジェルバーナーである。このタイプのバーナー
は、ブロアー６３を含み、本出願の一部としてここに援
用する米国特許第5,174,743 号に開示されたバーナーと
同様である。油、ガス或いはブロパンのいずれかを燃焼
するバーナー６０と同様なバーナーは、100,000 BTUを
供給するように容易に大きさ決めされる。これによっ
て、単一の水ヒータの使用を可能にして、ポータブルな
水加熱とスペース加熱の両方を含む家屋のあらゆる加熱
の必要性を供給する。

【００１２】るつぼ３０は、炎６７を含むように役立
つ。燃焼サイクルの間、るつぼの内部は、白熱化する。
バーナー６０が停止した後の一定時間のブロアー６３の
運転は、るつぼ３０を冷却するのに役立ち、且つスタッ
ク３６による水との熱交換によってるつぼから水へ熱を
伝達するのに役立つ。バーナー６０はコントローラ６４
によって制御され、コントローラ６４は、水温センサ
ー、リミット装置（図示せず）、硫化カドミウム炎検出
器及び燃料供給バルブ（図示せず）を作動するバーナー
に取付けられたリレーからインプット信号を受信する。
コントローラは、バーナーが停止した後一定時間ブロワ
ーを作動するタイマーを有する。バーナの停止後、ブロ
アー６３を少なくとも２０分間、ブロアーの規模及びる
つぼの熱容量次第で好ましくは２０分ないし２５分間作
動すべきである。

【００１３】ブロアー６３は、約１インチの水柱圧力を
発生する。ブロアー内の圧力は、ブロアーハウジング６
６によってエア速度に変換され、截頭制流器を含むバー
ナーによって相当量の圧力が失われる。圧力はバーナー
内で降下し、さらにブロアーは燃焼ガスがバーナー６０
に流入するのを防止する流体バルブとして機能する。排
気ガスは、排気ポート３８でスタック３６から出て、排
気ダクト６８に流入する。排気ダクトは、カ氏５００度
に適した可撓性ステンレス鋼或いは亜鉛めっき鋼の標準
的ダクト工作物で構成することができる。図３に示すよ
うに、排気ダクト６８は煙道７２の一部を形成する軸方
向排気パイプ７０に接続する。煙道７２は、同軸の外部
流入パイプ７４を有する。外部流入パイプ７４は、排気
パイプを熱絶縁して、煙道に可燃材料を通す。外部流入
パイプ７４は、閉鎖体７８によって軸方向排気パイプ７
０に対してシールされる。半径方向に延びたパイプ８０
が、軸方向排気パイプ７０と同軸の外部パイプ７４との
間に形成された環状部と接合し、且つ連通する。パイプ
８０は外部エアをブロアーの流入口に運ぶ流入ダクト８
２に接合する。流入ダクト８２をアルミニウム製又はプ
ラスチック製ドライヤベントパイプ或いは亜鉛めっき製
の標準ダクト工作物で構成することができる。

【００１４】図１に示すように、同軸の流入パイプ７４
は、建物８６の外壁８４を越えて約３インチないし約１
フィート延びる。軸方向排気パイプ７０は、流入パイプ
７４を越えて約１フィートないし１８インチ延びる。排
気パイプ７０は、２インチの円筒部８８で終わり、この
円筒部８８は、半径方向に延びたキャッププレート９０
によってキャップされた排気流出口８９を形成する小孔
を有する。キャッププレート９０は、風が排気パイプを
吹き下がるのを防止する。エアを流入パイプ７４に導く
エア流入開口７５が又、円錐状或いは円周状の流入スク
リーン９２を有する。小孔を有する円筒部８８及び円錐
流入部９２はエア開口の１部に沿った風の直接的な作用
から常に、さえぎられる。小孔８８及び円錐状流入口９
２を有する部分は、壁８４が風の影響からの緩衝を与え
るほどに建物８６の壁８４に十分近い。排気流出口８９
及びエア流入口７５は、外部圧力環境が略同じであるよ
うに、互いに十分に近くに位置決めされる。

【００１５】煙道７２は、冬の卓越風に面と向かわない
壁に配置されるのが理想的である。煙道７２を閉塞しな
いように最大予想降雪量より少なくとも１フィート上に
煙道７２を配置すべきである。煙道は、渦電流を減じる
ために建物の隅から少なくとも４フィート離して配置す
るのが好ましい。煙道７２は、径約６インチで、家の壁
８４を貫通する穴は、壁が可燃材料で構成されているな
ら径７インチにして、煙道７２を穴内に保持する0.５イ
ンチの非可燃性スペーサを設けるべきである。雨押えリ
ング９４、９６が建物の内側及び外側で煙道を取り囲
む。雨押えリング９４、９６をコーティングすれば、排
気ガスからの湿気が、建物８６に流入するのを防止す
る。煙道７２は、排気パイプ７０内の凝縮水が外部に排
出するように、建物８６の外側に向かって下方に傾斜す
べきである。

【００１６】流入ダクト８２を、ダクトテープ等で密閉
すべきである。同様に排気ダクト６８を高温アルミニウ
ム或いはステンレス鋼テープで密に継手シールすべきで
ある。代表的な水ヒータの据付の際、燃焼チャンバ内の
通風は、熱いガスがスタックを通って上昇する結果、ス
タック内の通風によって生じる約0.０２インチの水真空
である。水ヒータ２０は、密閉設計の結果、水柱約0.０
２インチの若干正圧を有することができる。燃焼チャン
バ２６内のこのわずかな圧力は、熱いガスが燃焼チャン
バ２６から漏れるのを防止するために、燃焼チャンバ２
６が密閉されなければならないことを意味する。図２に
示すのぞき穴９８は、ドア１００を介してアクセス可能
であり、高温ガラス窓１０１を有し、このガラス窓は、
ガスが密閉燃焼チャンバ２６から漏れることなしに、燃
焼チャンバの目視を可能にする。燃焼チャンバの目視
は、バーナー火炎の調整を検査するのに重要である。

【００１７】煙道７２は、耐久性のために代表的にはス
テンレス鋼で構成されることを理解すべきである。スタ
ック３６の頂点の排気ポート３８は、代表的には径６イ
ンチで、４インチ×６インチレジューサに接続するのが
よい。排気ダクト及び流入ダクトは、自然通風には依存
しないので径４インチがよい。水ヒータ２０が燃焼され
ず、ブロアー６３が停止されると、燃焼チャンバ２６及
びスタック３６を循環して、熱損失を減じるエアはほと
んど或いは全くない。ブロアー６３及びバーナー６０内
の制流器は、逆止弁或いは流体二極管として機能し、逆
気流が排気エアをバーナーに押し戻すのを防止する。制
流器付ブロアー６３は、作動部分がブロアーであるエア
供給弁として機能する。煙道によって放出される多量の
湿分のために、排気流出口８９を窓及びドアから少なく
とも６フィートの位置に位置決めすべきであることがわ
かる。排気ダクト６８は、可燃物からのクリアランスが
必要とされる絶縁タイプのものであるべきである。排気
ダクト６８の排気ポート３８への取付は、定期点検及び
洗浄のために取り外し可能とすべきである。

【００１８】本発明の水ヒータは又、ブロアーを利用す
る限り、天然ガス或いはプロパン燃焼バーナと共に採用
しても良いことを理解すべきである。エア流入口７５
は、排気流出口８９から代表的には約６インチないし約
１８インチだけ離間することを理解すべきである。本発
明は、ここに図示し、説明した部品による特定の構成及
び装置に限定されることなく、添付した請求の範囲の範
囲内のものとして、それらの修正形態を包含することを
理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水ヒータ、同軸状の排気及びエア流入
パイプの部分断面図である。

【図２】図１の水ヒータの燃焼チァンバの断面図であ
る。

【図３】本発明の同軸状の排気及びエア流入パイプの断
面図である。

【符号の説明】

２０ 水ヒータ ２２ 外部ジャケット ２４ 水タンク ２６ 燃焼チャンバ ２８ 底部パン ３０ るつぼ ４０ 頂部パン ４８ 金属タブ ５７ 陽極棒 ５９ 圧力解放バルブ ６１ ドレンバルブ ６３ ブロワー ６４ コントローラ ７２ 煙道 ７４ 流入パイプ ８８ 小孔

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】住居の内部に取り付けられ、住居の外壁を
   貫通する煙道を有する水ヒータであって、 水タンクと、 該水タンクの下方に取り付けられ、該タンクに対して密
   閉された燃焼チャンバと、 前記燃焼チャンバから上方に延び、且つ前記水タンク
   と、熱交換をなして前記水タンクを貫通するスタック
   と、 ファン、燃料供給バルブ及びコントローラを有し、該フ
   ァン及び燃料供給バルブは、可燃混合物を前記燃焼チャ
   ンバに与え、 さらに、外壁を貫通する煙道を有し、該煙道は、軸方向
   排気パイプ及び外部同軸エア流入パイプを有し、該排気
   パイプは、住居の外部へ排気流出口まで延び、該排気流
   出口は、住居の外部であって、該排気流出口から接近し
   て間隔を隔てたエア流入口まで延びる同軸エア流入パイ
   プによって取り囲まれ、 さらに、前記スタックと前記排気パイプとの間の耐熱性
   ダクトと、 前記バーナーファンと前記エア流入パイプとの間を連通
   して、エアを前記バーナー及び前記燃焼チャンバに供給
   するダクトとを有し、前記コントローラは、少なくとも
   ２０分間のタイミング能力を備えたタイマーを有し、さ
   らに前記コントローラは、前記ファンを前記燃料供給バ
   ルブが停止した後少なくとも２０分間前記タイマーが作
   動するように、前記ファンに接続されることを特徴とす
   る水ヒータ。