JP3546657B2

JP3546657B2 - 給湯機の缶体構造

Info

Publication number: JP3546657B2
Application number: JP25002097A
Authority: JP
Inventors: 明中島
Original assignee: 株式会社トヨトミ
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: US5970923A; JPH1183189A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は給湯システムや温水暖房システムに使用される給湯機に関するものであり、簡単な設置と安定した給湯温度を可能にするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、設置簡単な給湯機として、燃焼室壁に金属配管を巻き付けて熱交換部を構成し、直接水道水を金属配管に供給して加熱する直圧式の給湯機が知られている。この給湯機は熱交換部が耐圧特性が優れた金属配管であるから、高圧の水道水がそのまま供給することができるので、配管構造が非常に簡単になるものである。
【０００３】
一方、従来からよく知られた給湯機として、燃焼室の周囲に内胴を形成し、該内胴の外側に設けた外胴とで二重筒構造の缶体を構成しており、この缶体に冷水を供給して缶体内で加熱し、温水に変えて給湯管から吐出するものがある。そして、この構造の缶体で熱交換効率を高める為に、内胴の高さを外胴よりも低くして、内胴天板と外胴天板の間に複数本の連結パイプを設け、この連結パイプも外側の水を加熱する構造としたものがある。しかし、この種の缶体は熱交換面積を増やす程、形状が複雑になって耐圧特性が悪くなるので、高圧の水道水を直接供給できず、減圧弁や圧力安全弁などの安全機構を配管中に設置することで、缶体破壊をなくして使用できるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の給湯機において、金属配管で熱交換部を作るものは、金属配管の耐圧が普通の接続配管の耐圧とほぼ同じであるから、直接水道配管を金属配管に連結しても特に問題がなく、給湯機の周りの配管が非常にすっきりとまとまるものである。また、給湯機を設置する場所での工事が非常に簡単になる特徴が生まれ、設置業者には好まれるものであった。
【０００５】
しかし、金属配管への熱伝達はまず金属性の燃焼室壁を加熱し、この加熱された燃焼室壁の熱で金属配管を伝熱加熱するから熱効率が悪く、また、伝熱面積を増やす為に金属配管の長さを長くすると、加熱されやすい部分で局部的に沸騰して逆に全体の熱効率を悪化させることがあり、このような給湯機で熱効率を向上することは、極めて難しかった。また、供給された冷水が金属配管を通過中に加熱して温水となって吐出する構成上、温度制御が非常に難しかった。
【０００６】
一方、内胴と外胴で作る缶体を持った給湯機では、缶体内で貯えられる水の量が多く、また、連結パイプの長さや数を増やせば容易に伝熱面積を多くすることができるから、熱交換効率を非常に高くすることができるものである。また、缶体内で貯える水の量が多いことは缶体内を一定温度に加熱しておくことで、安定した湯温が常に得られる特徴があり、使用中に湯温が変動しにくい使い勝手のよい給湯機である。
【０００７】
この種の給湯機は、熱効率がよくて簡単な制御で安定した出湯温度が得られるものの、缶体が複雑であるから従来品ではせいぜい５Ｋｇｆ／ｍ^２程度の圧力でしか使用することができず、金属配管方式のように水道配管を直結した２１Ｋｇｆ／ｍ^２程度の圧力による使い方をすることができなかった。この為、水道の給水圧力を１Ｋｇｆ／ｍ^２まで下げる減圧弁や、缶体に耐圧以上の圧力が係った時に圧力を逃がす安全弁の使用が不可欠であり、更に、このような異常な圧力が係った時に排水する為のドレン配管なども必要となり、給湯機の周囲の配管が非常に複雑になってしまうものであった。
【０００８】
複雑な形状の缶体でも使用する材料の板厚を厚くすれば理論的には耐圧が向上するが、従来構造で板厚の厚い缶体を作る為に必要な折曲げたり湾曲させたりする設備は、一般性のない高価な特殊仕様になってしまって投資しても回収できず、結局理論的には可能であっても簡単に実用商品として製造できないものである。更に、このように材料の板厚が増せば缶体の重量が重くなって、製造時はもとより、移動したり設置したりする時には、この為の専用器具が必要となり、製造・設置の両面から実用商品となり得ないものであった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決する為に、内胴と外胴を用いる缶体で金属配管を熱交換部とする給湯機のように簡単な設置を可能にするもので、燃焼室１の壁面を構成する内胴２の外側に間隙を介して外胴３を設け、内胴２と外胴３との下端を接合して二重筒構造の缶体４を形成し、かつ、燃焼室１の壁面を構成する内胴２の上部を封鎖する内胴天板５と、缶体４の外胴３の上部を封鎖する外胴天板６とを設け、該内胴天板５と外胴天板６との間には燃焼室１内と連通する複数本の連結パイプ７を配置し、缶体４の側面に位置して内胴２と外胴３とを貫通するバーナ取付筒８を設け、該バーナ取付筒８に取付けたバーナ９の火炎を燃焼室１内に吹込む給湯機において、外胴３の板厚よりも内胴２の板厚を厚くし、かつ、内胴２は平板をロール加工して端部を接合して形成し、外胴３の下部の内壁面に接合する筒状の外胴接合部１０ａと、内胴２の下端壁面に接合する筒状の内胴接合部１０ｂとを有する接合リング１０を設け、かつ、接合リング１０の板厚を外胴３の板厚と内胴２の板厚の中間に設定し、その他の水と接する部材を外胴３の板厚と略同一に設定したものである。
【００１０】
また、外胴３の耐圧を高める為に外胴３の下端部には外胴天板６と対応する燃焼室底板１１を設け、かつ、外胴天板６及び燃焼室底板１１の外周には外胴３の内壁面と重合する筒状部６ａ・１１ａを形成し、該筒状部６ａ・１１ａと外胴３の端部とを一体に溶着して、外胴３の端部からの変形を外胴天板６と燃焼室底板１１で防ぐものである。
【００１１】
更に、連結パイプ７の側方の外胴３に温度検出器１２を設け、内胴２の上部に対向する外胴３に給水管１３を接続し、かつ、外胴天板６の直下の外胴３に給湯管１４を接続し、該給水管１３は減圧弁を用いず直接水道水を缶体４に供給することによって、従来では有効活用しにくかった内胴２の壁面での熱交換効率を高めることができたものである。
【００１２】
【作用】
以上のようにこの発明の缶体４は主要部分を従来と同じ材料で構成しながら、板厚を厚くする内胴２は板材をロール加工によって丸めて端部を溶着して筒体を構成し、かつ、内胴２の下端に接合する別部材の接合リング１０を設け、この接合リング１０を介して内胴２と外胴３とを一体に構成したから、この為の製造設備に特別なものは必要なくなり、従来の設備で缶体４が製造できるようになったものである。
【００１３】
この為、内胴２と外胴３で構成する缶体４であっても、金属配管を熱交換部に使用する給湯機のように水道水圧を直接かけても缶体４の破壊は起こらず、すっきりとした外部配管で給湯機が設置できるようになると共に、内胴２の板厚が厚くなったから熱の分散が行なわれやすくなり、内胴２に向けて給水しても熱歪で内胴２が壊れることもなく、熱交換効率が向上できたものである。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例を示す図により構成を説明すると、１は燃料を燃焼する燃焼室、２は燃焼室１の壁面を構成する内胴、３は内胴２の外周に間隔を介して配置した外胴、４は内胴２と外胴３との下端を接合して二重筒構造のに構成した缶体である。８は内胴２と外胴３とを貫通して取付けたバーナ取付筒、９は缶体４の側面に位置したバーナ取付筒８の端部に取付けたバーナであり、該バーナ９の火炎を燃焼室１内に吹き込んでいる。
【００１５】
５は内胴２の上部を封鎖する内胴天板、６は外周縁を外胴３の上端に固着した外胴天板、７は内胴天板５と外胴天板６との間に設けた連結パイプ、１５は外胴天板６の上部に形成した排気ガス室、１６は排気ガス室１５に接続する排気筒であり、バーナ９によって燃焼室１に送られた燃焼ガスは、連結パイプ７内を通って排気ガス室１５に送られ、排気筒１６から室外に排気されている。
【００１６】
１３は外胴３の中程の外壁に開口した給水管、１７は給水管１３の途中に取付けて缶体４への給水を許す逆止弁、１４は外胴３の上部で外胴天板６の直下の外壁に開口した給湯管、１２は給水管１３と給湯管１４との間で連結パイプ７の側方の外胴３壁に設けた温度検出器であり、図示せざる蛇口を開くと水道水は逆止弁１７を開いて缶体４内に送られる。１８は外胴３の下端部に位置する缶体４内の水と連通する排水管であり、缶体４内の水は排水管１８のめくら蓋を外して排水することができる。
【００１７】
缶体４内の水温は温度検出器１２で検知され、あらかじめ設定した温度以下の時にはバーナ９に燃焼指令を出して、缶体４に貯えた水を指定温度に沸き上げる。そして、図示せざる蛇口を開くと缶体４で加熱した温水が給湯管１４から吐出し、代わって缶体４に冷水が入れば、温度検出器１２がこれを検出して再びバーナ９を作動させ、連続して所定温度の温水が供給できるものである。このように、蛇口が開かれた時は始めに所定温度に加熱した缶体４の温水が供給されるから、立ち上がり温度特性は良く、給水管１４から冷水が供給されてからも缶体４の温水と混合するから、極端な温度むらはなく安定した給湯温度は得られるものである。
【００１８】
この種の給湯機において、従来のものは簡単な温度制御システムにも係わらず安定した出湯温度特性が簡単に得られ、熱交換効率が高い特徴があるが、このような缶体構造では水道の水圧を直接かけると缶体の各部が変形して水洩れを起こして使用不可になるものであり、この為、この種の給湯機では給水管に減圧弁を取付けて缶体に係る圧力を弱くし、また、給湯管には圧力安全弁を設けて許容圧力以上の水圧が缶体に係らないようにしている。従って、温水暖房システムに使う時には特に問題がないが、給湯システムの中でシャワーに温水を使う時には水圧の不足が感じられるものである。
【００１９】
また、この種の給湯機を設置する時には減圧弁や圧力安全弁を使わねばならないが、この安全装置で圧力を逃がす時にドレン水を排出し、この為には排水設備が必要となり、給湯機の周りの配管設備がかなり複雑となるものである。特にドレン配管の存在が給湯機の設置場所の制限をしており、工事業者に係る負担が大きいものであった。
【００２０】
この発明はこの種の給湯機の缶体４の耐圧を高めて、燃焼室壁に金属配管を巻き付けて熱交換部を構成し、直接水道水を供給する給湯機と同じような簡単な設置と高圧給湯を可能とするものである。即ち、給水管１３に水道水圧をかけると内胴２には直径を小さくする力ががかり、かつ、内胴２と外胴３との間にバーナ取付筒８があって間隙寸法が変化できないから、内胴２に係る力は各部によって不規則になり、強い力が係った部分から破壊する。
【００２１】
この破壊を防ぐ為にこの発明の内胴２は外胴３の板厚よりも厚くしたものであり、具体的には、一般的な外胴３の材料の板厚である１ミリ厚さに対して、内胴２の材料の厚さを３ミリに設定している。そして、内胴２の製作工法として、平板をロール曲げによって筒状に加工して、この端部１９をＴＩＧ溶接によって溶着し、筒体に仕上げたものである。一方、このように筒体に仕上げた内胴２に対して、内胴天板５は端縁を筒状に折曲げて内胴２の上端に被せ、重合部をＭＩＧ溶接によって接合している。
【００２２】
また、外胴３の下端には排水管１８が取付けられるので、内胴２側から外胴３に接合する必要はあるが、内胴２の下端を折曲げて外胴３に接合する為には材料の板厚が大き過ぎて普通の設備では実施不能である。この発明では上部に内胴接合部１０ｂを設け下部に外胴接合部１０ａを設けた接合リング１０を介在し、接合リング１０の材料の板厚を外胴３と内胴２の板厚の中間に設定したもので、板厚の大きな内胴２には何等加工しなくてすませたものである。具体的には、接合リング１０の板厚を中間の２ミリとすれば、この厚さであれば一般的に普段使われる設備によって、プレス加工やバーリング加工によって製造することができるものである。
【００２３】
尚、この接合リング１０の板厚は内胴接合部１０ｂや外胴接合部１０ａの寸法を大きくして、内胴接合部１０と内胴２との接合に二個所のＭＩＧ溶接部を形成したり、外胴接合部１０ａと外胴３との接合部に二個所のシーム溶接を行なう時には接合リング１０の板厚を外胴３の板厚に近づけることが可能であり、最適な寸法は実験によって定めることができる。
【００２４】
その他の缶体４を構成する部材については、従来と同じ１ミリ程度の材質で製造できるものであり、水道水圧で缶体４が加圧された時には、内胴天板５と外胴天板６については燃焼室１側や缶体４の上方へ変形しようとする力が働くが、この発明では、内胴天板５と外胴天板６の間に連結パイプ７を取付けているから、この力は連結パイプ７によって止められ、かつ、連結パイプも直径の大きさや使用する本数を適宜選択することによって、従来と同じような材料で充分耐久性を持たせることができたものである。
【００２５】
１１は外胴天板６と同様に円盤状で周縁に筒状部１１ａを形成した燃焼室底板、２０は燃焼室底板１１の上部に配置する耐熱部材であり、該燃焼室底板１１は周縁の筒状部１１ａが外胴３の下端部にシーム溶接で接合され、燃焼室底板１１の上の耐熱部材２０が燃焼室１の底面を形成している。６ａは外胴天板６の周縁に形成した筒状部であり、該筒状部６ａが外胴３の上端に接合している。
【００２６】
従って、外胴３は上端と下端部とが円盤状の外胴天板６と燃焼室底板１１と接合しているから、缶体４に水道水圧が係った時には外胴３の溶接部を介して上下端部が外胴天板６や燃焼室底板１１の直径よりも広がることはなく、缶体４に水道水圧が係っても、従来並の材料を使っていても、缶体４の破壊がこの部分から起こることはない。
【００２７】
以上のように内胴２と外胴３で構成する缶体４に水道水圧をかけた時、缶体４の破壊もなく使用できる条件は内胴２の関連部品の板厚を増すことである。そして、連結パイプ７などの設定を多少変更するすり合わせは必要であるが、この他の缶体４の構成部品は従来の材料で実施できたものであり、缶体４の重量アップはごくわずかで済むものである。
【００２８】
一方、内胴２の板厚が厚くなることはそれだけ熱歪などの耐久性が高まることであり、この発明では、缶体４と給水管１３との取付部を内胴２の上部にのぞむ位置としたから、給水管１３から送られる冷水は内胴２の外表面を冷却しながら熱を受けて連結パイプ付近に流れており、従来品よりも熱交換効率が向上できたものである。また、缶体４を構成する内胴２は給水時に冷水で急冷されるが、内胴２は板厚を厚くしたから、容易に周囲に熱伝導して局部的に加熱されることはなく、熱歪による内胴２の変形や壊れは発生しないものである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上のような構成・作用を有するもので、缶体４は連結パイプ７の直径や数を適宜変更することがあっても、特別な部分を除いてほとんどを従来と同じ材料で構成しており、板厚を厚くする必要のある内胴２は板材をロール加工によって丸めて端部を溶着して筒体を構成するもので、この為のロール加工機や溶接設備は板厚が厚くなっても従来設備で対応できるから、この発明の缶体４は特別な専用機を必要とせずに、従来の設備のままで製造できるようになったものである。
【００３０】
内胴２と外胴３を有する缶体４は、水道水圧で缶体４が加圧された時に内胴２は直径が小さくなり、外胴３は直径が大きくなる力が加わって、間隙寸法が広がって圧力に対応することになるが、この発明では内胴２と外胴３とは貫通するバーナ取付筒８が固設されてこの部分については間隙寸法が変化することができない。この為、内胴２の全周に均一に力が係らなくなるから、強い力が係る部分から内胴２の変形が発生して缶体破壊を発生させていたが、この発明では内胴２の板厚を高めることでこの構造の弱点を補強し、初めて内胴２と外胴３を有する缶体４で水道水圧をかけたままで使用できるようになった。
【００３１】
一方、内胴２は燃焼室１の壁面を構成するから、缶体４の排水管は外胴３に取付けられることになり、この為、内胴２の下端を外胴３側に拡げて端部を外胴３に接合する構造が一般的である。しかし、板厚を厚くした筒体の端部の直径を拡げる設備は一般性がなく、この発明では内胴２の下端に接合する別部材の接合リング１０を設けたものである。そして、接合リング１０の板厚を内胴２よりも薄く外胴３よりも厚くして、従来設備でプレス加工やバーリング加工ができる範囲で厚くしたから、缶体４に水道水圧をかけたままで使用できるようになった。
【００３２】
缶体４に水道水圧をかけた時に係る力は内胴天板５にあっては燃焼室１内へ、外胴天板６にあっては缶体４の上方へ向いた力となるが、この発明では内胴天板５と外胴天板６との間に複数本の連結パイプ７を設けたから、該連結パイプ７が内胴天板５と外胴天板６の変形を防止している。また、連結パイプ７の本体には直径を小さくする圧縮方向の力が係るが、これは全周均一に係るからかなりの耐久力があり、この発明の缶体４の構造では連結パイプ７の直径や使用数を適宜決定することによって、主要部の材料に従来品とほぼ同じ板厚のものを使うことができ、缶体４に水道水圧をかけたままで使用できるようになった。
【００３３】
この為、この発明の構造では、内胴２と外胴３で構成する熱交換効率が優れた缶体４であっても、缶体４の耐圧性能が向上しているから、金属配管を熱交換部に使用する給湯機のように水道水圧を缶体４に直接供給しても、缶体４の破壊は起こらないものである。また、缶体４に直接水道水圧をかける使い方ができるから、従来の金属配管を熱交換部とする給湯機のように、特別な安全部品を使用することなく、すっきりとした外部配管で給湯機が設置できるようになったものである。
【００３４】
一方、缶体４に水道水圧をかけた時に係る力は、外胴３にあっては直径を拡げる方向で外胴３が膨らもうとする力であり、圧縮方向に比べて耐久力があが、それでも、この力に対して一番強度が心配な部分は外胴３の上下端部の接合部である。この発明では円盤状の外胴天板６と燃焼室底板１１とを外胴３の両端に接合したから、外胴天板６や燃焼室底板１１の直径よりも外胴３の端部が拡ることはなく、外胴３は板厚を従来と同じ板厚の材料を使っても水道水圧に充分耐えることができるようになったものである。
【００３５】
更に、この種の給湯機では内胴２から外れた外胴３の中程に給水管１３を接続し、外胴３の上端近くに給湯管１４を接続し、連結パイプ７の側方の外胴３に温度検出器１２を設け、該温度検出器１２が設定温度となるようにバーナ９を制御している。そして、もし給水管１３を内胴２の外方の外胴３に設けると、給水管１３から送られる水が内胴２を急冷し、熱歪によって内胴２の孔あきトラブルを発生させることがある。この発明では内胴２の板厚を厚くしており、給水管１３を内胴２の外方の外胴３に接続させて水が内胴２の外表面を冷却しても、この熱は直ぐに周囲に伝熱して内胴２の孔あきトラブルが発生しないから、内胴２の伝熱面積が有効に働き、熱交換効率が高くなったものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すの給湯機の要部断面図である。
【図２】本発明の給湯機に使われる部品の一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１燃焼室
２内胴
３外胴
４缶体
５内胴天板
６外胴天板
６ａ筒状部
７連結パイプ
８バーナ取付筒
９バーナ
１０接合リング
１０ａ外胴接合部
１０ｂ内胴接合部
１１燃焼室底板
１１ａ筒状部
１２温度検出器
１３給水管
１４給湯管

Claims

燃焼室１の壁面を構成する内胴２の外側に間隙を介して外胴３を設け、
内胴２と外胴３との下端を接合して二重筒構造の缶体４を形成し、
かつ、燃焼室１の壁面を構成する内胴２の上部を封鎖する内胴天板５と、
缶体４の外胴３の上部を封鎖する外胴天板６とを設け、
該内胴天板５と外胴天板６との間には燃焼室１内と連通する複数本の連結パイプ７を配置し、
缶体４の側面に位置して内胴２と外胴３とを貫通するバーナ取付筒８を設け、
該バーナ取付筒８に取付けたバーナ９の火炎を燃焼室１内に吹込む給湯機において、
外胴３の板厚よりも内胴２の板厚を厚くし、
かつ、内胴２は平板をロール加工して端部を接合して形成し、
外胴３の下部の内壁面に接合する筒状の外胴接合部１０ａと、内胴２の下端壁面に接合する筒状の内胴接合部１０ｂとを有する接合リング１０を設け、
かつ、接合リング１０の板厚を外胴３の板厚と内胴２の板厚の中間に設定し、
その他の水と接する部材を外胴３の板厚と略同一に設定したことを特徴とする給湯機の缶体構造。
外胴３の下端部には外胴天板６と対応する燃焼室底板１１を設け、
かつ、外胴天板６及び燃焼室底板１１の外周には外胴３の内壁面と重合する筒状部６ａ・１１ａを形成し、
該筒状部６ａ・１１ａと外胴３の端部とを一体に溶着してなる請求項１記載の給湯機の缶体構造。
連結パイプ７の側方の外胴３に温度検出器１２を設け、
内胴２の上部に対向する外胴３に給水管１３を接続し、
かつ、外胴天板６の直下の外胴３に給湯管１４を接続し、
該給水管１３は減圧弁を用いず直接水道水を缶体４に供給することを特徴とする請求項１記載の給湯機の缶体構造。