JP3592388B2 - 給湯器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、バーナと該バーナからの熱を給水に伝える熱交換器を備えて成るものであって、所用の湯温と湯量に応じて、該バーナの燃焼量を加減する給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の給湯器は、バーナの燃焼させる能力は一般に最大から最小まで約３倍あり、熱交換器は最大能力に適合するよう設計されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の技術では、バーナの燃焼量の少ない使用条件の場合、熱交換器の伝熱面積が過剰となり、熱交換器の水管表面および水管近傍のフィンプレート等の温度が非常に低くなる。
【０００４】
熱交換器の水管表面の温度が燃焼ガスの圧力と湿度の環境における結露点よりも低下すると、燃焼ガス中の水蒸気が凝縮して熱交換器に結露することになり、結露水そのものが熱交換器の腐食を引き起こし、耐久性を低下させるという問題点があった。
【０００５】
燃料ガスには不純物として微量の硫黄分を含むことがあるほか、付臭剤として硫黄化合物が添加されており、これらの硫黄分が結露水に溶解すると化学現象により腐食性が促進されるので、熱交換器の結露はできるだけ生じないようにすることが望ましい。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたもので、バーナーの燃焼量が低い場合でも、熱交換器の結露が起きにくいようにした給湯器を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる問題を解決するための本発明の要旨とするところは、以下の各項に存する。
【０００９】
［１］ バーナ（２０）と該バーナ（２０）からの熱を給水に伝える熱交換器（３０）を備えて成る給湯器において、
前記熱交換器（３０）は、始端側が給水管（６０）に接続し、上下多段構造になるよう少なくとも一個所で折り返し、終端側が給湯管（３５）に接続する水管（３２）を有し、
前記上下多段構造の水管（３２）は共通のフィンブロック（３１）を貫通しており、
前記熱交換器（３０）の水管（３２）の折り返し部位から分岐して該熱交換器（３０）外へ延び前記給湯管（３５）に接続するバイパス管（３６）と、該バイパス管（３６）への流量を変える制御弁（３７）とを備えたことを特徴とする給湯器。
【００１０】
［２］ 前記制御弁（３７）は、前記バーナ（２０）の燃焼量と連動して流量を切り換えるものであることを特徴とする項１に記載の給湯器。
【００１１】
【作用】
給湯器の給湯温度を設定し、給湯栓を開栓すると、給湯栓の開度に応じた湯量が流出し、同量の水量が熱交換器（３０）の水管（３２）に流入する。設定温度と給水温度の差に水量を乗じ必要により補正を加えて必要熱量になるようバーナ（２０）の燃焼量を制御する。
【００１２】
温度が低く設定されると、バーナ（２０）の燃焼量も少量に制御されるが、燃焼量を一定量以下にする制御に連動して、あるいは設定温度に対応して熱交換器（３０）のバイパス管（３６）の流量を増加させ、熱交換器（３０）内の水管（３２）は減少するか閉じるよう制御弁（３７）を作動させる。
【００１３】
給水は熱交換器（３０）の水管（３２）の一部で加熱されて充分に熱を吸収して昇温し、バイパス管（３６）および制御条件によるが分岐部位より後の水管（３２）を通過して給湯管（３５）に供給される。このため熱交換器（３０）は負荷が小さくなり、バーナ（２０）で加熱される熱量が給水で冷却される熱量よりも上回って、熱交換器（３０）は高温に維持され、結露が防止される。
【００１４】
結露しなければ、水蒸気や硫黄酸化物ＳＯｘは気体のままでは熱交換器（３０）を腐食することは殆どなく、また、バーナ（２０）の燃焼を阻害することも防止できる。
【００１５】
【実施例】
以下、図面に基づき本発明の一実施例を説明する。
給湯器１０はケーシング１１内にバーナ２０と熱交換器３０とを収容して成る。
ケーシング１１内の概ね中央に箱状の燃焼室２２が形成され、バーナ２０は燃焼室２２の内部下方に配設され、燃焼用の空気を送る燃焼ファン２１がバーナ２０の下に燃焼室２２の底部に開口しているダクト２３を介して配設され、燃焼室２２の上方には排気部４０が配設されている。
【００１６】
バーナ２０は多数のノズル２４を有し、ノズル２４から燃料ガスを吹き出す一方、燃焼ファン２１によって送り込まれた空気がバーナ２０周辺の空間から吹き出して燃料ガスと混合して燃焼するよう配設されている。バーナ２０には、ガス供給管５０がガス電磁弁５１とガス比例弁５２とガス能力切替弁５３を介して接続されている。
【００１７】
燃焼ファン２１の吸い込み口はケーシング１１の内部に開口していて、騒音が外部に漏洩することを防いでいる。ケーシング１１の側部には空気採り入れ口１２が開口しており、燃焼ファン２１に新鮮空気を供給している。空気採り入れ口１２には空気フィルタ１３が介設されている。
【００１８】
熱交換器３０は、燃焼室２２の上部に配置され、フィンブロック３１と呼ばれる多数の平行に配置した薄板を水管３２が貫通する構造になっている。フィンブロック３１は伝熱効果の高い素材で通常は金属製であり、フィンブロック３１のフィンが燃焼ガスの流れに平行に配置されフィンの間を燃焼ガスが通過しながら熱を交換するよう配設されている。
【００１９】
熱交換器３０の水管３２は、始端側３２ａが給水管６０に接続し、内部で上段管３３ａと下段管３３ｂとの上下多段構造になって少なくとも一個所の屈曲部３４で折り返し、終端側３２ｂが給湯管３５に接続している。給水管６０には温度センサ６１と水量センサ６２が設けられている。
【００２０】
そして、水管３２の屈曲部３４から分岐して延び、水管３２の終端側３２ｂより後の給湯管３５へ接続して合流するバイパス管３６が設けられている。給湯管３５とバイパス管３６の合流部には制御弁３７を介設してある。制御弁３７は流入側の一方の開度を開くとき流入側の他方は反対に開度を閉じるように作動するものである。給湯管３５の末端は給湯を受ける場所に延び、そこに給湯栓３９，３９…が設けられている。
【００２１】
燃焼室２２の最上部に接続する排気室４０は、排気筒４１がケーシング１１の外部に導通しており、排気筒４１の一部には排気ガス中のＣＯ濃度を監視するＣＯセンサ４２が設けられている。
なお、図示省略したが、各機器を制御する操作機構とセンサと演算機構等が設けられている。
【００２２】
次に作用を説明する。
給湯器１０の給湯温度を設定し、給湯栓３９を開栓すると、給湯栓３９の開度に応じた湯量が流出し、同量の水量が給水管６０から熱交換器３０の水管３２に流入する。バーナ２０の燃焼量は、設定温度と給水温度の差に水量を乗じた必要熱量に制御される。
【００２３】
ガス電磁弁５１は、電源が切られているときは常時閉状態に保持されており、電源が入れられ、通電により備えている電磁石が励磁されると開状態に維持される。空炊きや過熱時にヒューズが溶断して励磁電流が切断されると、閉位置に復帰して燃料ガスを遮断する。停電など電源が切断されたときも同様にガスを遮断し危険を回避する。また、燃焼中に炎が立ち消えたときに検知するセンサの信号により励磁電流を切断するようになっている。
【００２４】
ガス比例弁５２は、演算機構の出力信号に従ってバーナ２０に供給する燃料ガスの量を制御する。演算機構は設定湯温と給水温度の差に水量を乗じて所用熱量を算出し必要により補正等を加えてそれを信号に変換して出力する。設定湯温は使用者の入力により、また給水温度は温度センサ６１により、また水量は水量センサ６２により測定され演算機構に入力される。
【００２５】
ガス能力切替弁５３は、演算機構の燃料ガス量制御の出力信号が主バーナの能力で不足するとき開き、図示省略した補助バーナにガスを供給する。
【００２６】
ＣＯは空気の不足など異常燃焼時に多く発生するので、ＣＯ濃度が高くなった時は異常燃焼していることが判るから、ＣＯセンサ４２の信号を受けて異常燃焼を回避するように燃料を減じたり、前記のようにガス電磁弁５１への励磁電流を遮断して運転を停止する等安全に制御することができる。
【００２７】
例えば温度が低く設定されると、バーナ２０の燃焼量も少量に制御されるが、燃焼量がバーナ２０に結露が起るような一定量以下になるような場合は、バーナ２０の制御に連動して、バイパス管３６が給湯管３５に接続する合流部に介設された制御弁３７が、バイパス管３６側の流路が開き、水管３２の上段管３３ａは流量を絞るか閉鎖するように作動制御される。これにより、給水は熱交換器３０の水管３２の一部である下段管３３ｂで主として加熱され、バーナ２０の炎に接する部分の流量が少なくなるので、結露するような低温にすることのない湯温となり、主としてバイパス管３６を通過して給湯管３５に供給される。
【００２８】
つまり、屈曲部３４に接続した分岐部から後方の熱交換器３０の水管３２の終端側３２ｂは流水量が０または非常に少ない量に制限される。このため熱交換器３０は負荷が小さくなって、バーナ２０で加熱される熱量が給水で冷却される熱量よりも上回って、熱交換器３０は高温に維持され、結露が防止される。
【００２９】
結露しなければ、水蒸気や硫黄酸化物ＳＯｘは気体のままなので、熱交換器３０を腐食することは殆どなく、水滴が滴下してバーナ２０の燃焼を阻害することもない。
【００３０】
また水が熱交換器３０の水管３２を通過する距離すなわち加熱時間を短くすることで湯温を調節しているから、冷水を加えることなく必要な温度と量の微温湯が得られる。
【００３１】
腐食が無くなることにより熱交換器３０の耐久性が改善され、耐腐食性でない素材にも選択の幅が広がり、製作コストの低減が図られる。
【００３２】
なお、以上の実施例において、バイパス管３６は、屈曲部３４から分岐させているが、屈曲部３４に限らず、水管３２の中間部でもよい場合がある。また、バイパス管３６を１ヶ所のみから分岐させているが、これを複数ヶ所に設けても良い。
【００３３】
また、前記実施例における制御弁３７は、熱交換器３０の水管３２の流量と外部バイパス管３６の流量を反転連動して制御するものであるが、流量を段階的あるいは連続的に切り換えるものでもよく、弁の閉位置は全閉になるようにしても良く、微少な流量を残すようにしても良い。あるいは微少流量のバイパスを設けても良い。また、接続部に設けることなく、バイパス管３６の流量のみを調節あるいは切り換えるものでもよい。この場合、バイパス管３６の流量が増えれば終端側３２ｂの流量は減ることにより制御の目的が達成される。したがって、制御弁の取り付け位置はバイパス管３６の中間部のどこでも良い。給水は、熱交換器３０の水管３２とバイパス管３６のいずれかに制御弁３７の開度に応じた割合に振り分けられる。
【００３４】
また、バーナ２０に供給する燃料量を変えて燃焼量を制御するとき、燃料量に応動して制御弁３７の開度を変えるようにしてあるが、バーナ２０の制御に関連させることなく、設定温度に対応して開度を変えるようにしても良く、熱交換器３０の温度を検知して、結露の恐れのある温度範囲にあるときバイパス管３６の流量を多くするようにしても良い。
【００３５】
バーナ２０の主バーナの能力で不足するときに動作させる図示省略した補助バーナを設ける場合、燃料ガスと空気は一定の混合比範囲にあるとき燃焼に適するのであるが、ノズルから吹き出すガスが空気と適正混合比で混合するためにはノズル２４から吹き出すガス量が一定範囲内でなければならない。従ってガス量を多くして燃焼量を増やすためにはノズル数とノズルの分布面積を増やす必要がある場合がある。
【００３６】
つまり、燃焼量を減じるためガス量を減じても適正混合比から逸脱するものであり、燃焼量の増減をガス量の増減で行うとすると、実用的には最大と最小が３：１程度が限界である。従って、負荷変動の大きい燃焼装置では、ノズル数を増減することが必要であり一般的にはノズルを有するバーナを複数設け、負荷に応じてガスを供給するバーナ数を増減して対応することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明にかかる給湯器によれば、加熱すべき水量に対して熱量が小さいような低負荷運転時にも、熱交換器は適切な高温を維持することができ、結露することがない。従って、結露による腐食の恐れが無くなり、耐久性が向上して良好な状態を長期に保持することができ、また、熱交換器の構成素材の選択範囲が広がることになって製作コストの低減を図ることができ、安価で長寿命の給湯器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係る給湯器を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…給湯器
１１…ケーシング
１２…空気採り入れ口
１３…空気フィルタ
２０…バーナ
２１…燃焼ファン
２２…燃焼室
２３…ダクト
２４…ノズル
３０…熱交換器
３１…フィンブロック
３２…水管
３５…給湯管
３６…バイパス管
３７…制御弁
３９…給湯栓
４０…排気室
４１…排気筒
４２…ＣＯセンサ
５０…ガス供給管
５１…ガス電磁弁
５２…ガス比例弁
６０…給水管
６１…温度センサ
６２…水量センサ

Claims (2)

1. バーナと該バーナからの熱を給水に伝える熱交換器を備えて成る給湯器において、
   前記熱交換器は、始端側が給水管に接続し、上下多段構造になるよう少なくとも一個所で折り返し、終端側が給湯管に接続する水管を有し、
   前記上下多段構造の水管は共通のフィンブロックを貫通しており、
   前記熱交換器の水管の折り返し部位から分岐して該熱交換器外へ延び前記給湯管に接続するバイパス管と、該バイパス管への流量を変える制御弁とを備えたことを特徴とする給湯器。
2. 前記制御弁は、前記バーナの燃焼量と連動して流量を切り換えるものであることを特徴とする請求項１に記載の給湯器。

Images