JP4099141B2

JP4099141B2 - 温水機器

Info

Publication number: JP4099141B2
Application number: JP2003421824A
Authority: JP
Inventors: 敏宏小林
Original assignee: パロマ工業株式会社
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: TWI350904B; EP1544555A3; TW200526907A; US7360535B2; JP2005180780A; US20050133021A1; KR101050322B1; EP1544555B1; DE602004030208D1; ES2358067T3; KR20050062391A; EP1544555A2

Description

本発明は、バーナの燃焼熱により通水を加熱する熱交換器を備えた給湯器等の温水機器に関する。
尚、以下の説明において、「燃焼排気」という用語は、熱交換器を通過した後の燃焼ガスだけを意味するわけでなく、バーナの燃焼により発生した熱交換前の高温の燃焼ガスをも含めて使用する。

一般に、温水機器の一例としての給湯器は、給水管と出湯管が接続される熱交換器と、この熱交換器を加熱するバーナとを備え、バーナの燃焼排気熱でもって、熱交換器において通水を加熱し、出湯管より温水を供給するように構成される。

通常こうした給湯器においては、フィンチューブ式の熱交換器が用いられ、熱交換器では、フィン間を流れる燃焼排気の温度が均一とならず熱交換器の入水側ほど低温となりドレンが発生しやすい。そこで、入水側のフィン間を流れる燃焼排気の温度が露点（およそ５０〜６０℃）を下回らないように、熱交換を制限している。このため、熱交換器の出水側ではドレンを発生させずにもっと熱交換できるもにもかかわらず、そのまま高温の排気を無駄に排出している。

そこで、熱交換器の下流側排気通路にも別の熱交換器を設けて熱効率を向上させた潜熱回収型給湯器も知られている。この潜熱回収型給湯器では、特許文献１に示すように、バーナの燃焼排気通路における上流側に主熱交換器を、下流側に副熱交換器を設け、主熱交換器ではドレンが発生しないように熱交換を制限して顕熱を回収し、その下流側に設けた副熱交換器でドレンを発生するまで顕熱と潜熱とを回収する。

この場合、副熱交換器で発生するドレンは、燃焼排気中の硫黄酸化物や窒素酸化物と反応して酸性になるため、下水等の一般排水通路に排水する前に中和処理をしなければならず、中和装置が必須となりコスト高を招いていた。また、中和剤を定期的に交換する必要が有り使い勝手も悪かった。

そこで、最近では特許文献２に示すように、副熱交換器で発生したドレンを燃焼排気と接触させることにより蒸発させる給湯器の提案がされている。
この給湯器は、バーナの燃焼排気流路に、主熱交換器と副熱交換器とドレン蒸発器とを備え、主熱交換器において燃焼排気熱中の顕熱を回収し、副熱交換器においてドレンを発生させて潜熱および主熱交換器で回収しきれなかった顕熱を回収し、ドレン蒸発器において副熱交換器で発生したドレンを燃焼排気熱を利用して蒸発させるものである。
この給湯器によれば、副熱交換器で回収された潜熱と同量の熱量がドレンの蒸発に使用されるため、結果的には潜熱の回収は行われないものの、通常の給湯器と比較し顕熱について高い回収率を得ることができる。
特開２００２−１９５６４５特開２００２−９８４１３

しかしながら上記従来技術においては、何れも主熱交換器と副熱交換器とを燃焼排気通路に対して上流・下流に２段に設けるものであるため、熱交換器の構成が複雑で大型化してしまう。このため、コスト高を招くとともに、コンパクト化へのニーズにも対応できない。
また、主熱交換器においては、ドレンをいっさい発生させないように熱交換を制限しているため回収できない顕熱は多く、たとえ副熱交換器で残りの顕熱を回収しようとしても、充分に回収しきれない。
本願発明は、上記課題を解決し、熱交換器でのドレンの発生を許容して極限まで熱回収するとともに、発生したドレンを効率よく蒸発させることにより、熱交換器を複数設けなくても極めて高い熱効率を得られるようにすることを目的とする。

上記課題を解決する本発明請求項１記載の温水機器は、
燃焼室内で燃料を燃焼するバーナと、上記バーナの燃焼熱により伝熱管内の通水を加熱する熱交換器とを備え、
上記熱交換器における低温部分で発生したドレンを、上記熱交換器の高温部分を通過した高温燃焼排気の流路に誘導する誘導手段を備えて、上記低温部分で発生したドレンを、上記熱交換器の高温部分を通過した高温燃焼排気により蒸発処理する温水機器において、
上記誘導手段を、上記熱交換器の排気通路の下流側に上記ドレンを受けるドレン受け兼蒸発器を備え、該ドレン受け兼蒸発器は上記熱交換器における低温部分に対向する側から高温部分に対向する側へ上記ドレンを誘導するものとすることを要旨とする。

上記課題を解決する本発明請求項２記載の温水機器は、
燃焼室内で燃料を燃焼するバーナと、上記バーナの燃焼熱により伝熱管内の通水を加熱する熱交換器とを備え、
上記熱交換器における低温部分で発生したドレンを、上記熱交換器の高温部分を通過した高温燃焼排気の流路に誘導する誘導手段を備えて、上記低温部分で発生したドレンを、上記熱交換器の高温部分を通過した高温燃焼排気により蒸発処理する温水機器において、
上記誘導手段を、上記熱交換器の排気通路の下流側に上記ドレンを受けるドレン受け兼蒸発器を備え、該ドレン受け兼蒸発器は上記熱交換器における高温部分に対向する側ほど低い位置に配置したことを要旨とする。

上記構成を有する本発明の請求項１および請求項２記載の温水機器は、バーナの燃焼熱により熱交換器の伝熱管を通過する水を加熱するが、熱交換器はその入水側ほど低温となるため、水との熱交換により燃焼排気温度も低温となりドレンを発生する。
一方、熱交換器の出水側は高温となるため、熱交換器を通過した燃焼排気は高温となりドレンが発生しにくい。そこで、熱交換器の低温部分で発生したドレンを、熱交換器の高温部分を通過した高温排気を使って有効に蒸発させることができる。
つまり、熱交換器ではドレンの発生を制限することなく燃焼排気からできるだけ熱回収し、熱交換器を通過して温度分布が生じた燃焼排気のうち高温側排気の熱を使って、低温部分で発生したドレンを蒸発させる。
この結果、燃焼排気路中に主熱交換器と副熱交換器といった複数の熱交換器を備えることなく、非常に高い熱効率が得られる。また、熱交換器で発生したドレンを有効に蒸発させることができるため、中和装置を不要あるいは簡易化することができる。
従って、低コストで極めて熱効率の高い温水機器を提供することができる。

また、本発明の請求項１および請求項２記載の温水機器は、熱交換器の低温部分で発生したドレンを誘導手段が高温排気の流れる位置にまで誘導するため、確実にドレンが高温排気で加熱される。

加えて、本発明の請求項１記載の温水機器は、熱交換器の低温部分で発生したドレンがドレン受け兼蒸発器に受けられた後、熱交換器の高温部分に対向する側へ誘導されるため、この誘導中においても燃焼排気により蒸発を補助する。このため、ドレンの蒸発を一層効率良く行うことができる。

一方、本発明の請求項２記載の温水機器は、熱交換器の低温部分で発生したドレンがドレン受け兼蒸発器に受けられた後、その自重により熱交換器の高温部分に対向する側へ誘導されるため、簡単にドレンを高温燃焼排気の流れる位置に誘導することができる。また、この誘導中においても燃焼排気により蒸発が補助され、ドレンの蒸発を一層効率良く行うことができる。

以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の温水機器の好適な実施例について説明する。

本発明の実施例１としての給湯器１は、図１に示すように、器具本体２内に燃焼室３が設けられ、その上方にＤＣモータ４と連結した給気ファン５が取り付けられる。器具本体２には、外気を燃焼用空気として取り込むための給気口６と、給気口６より上方に燃焼排気を排出するための排気口７とが開口される。

燃焼室２内には、上から順に、炎口側を下向きにして取付板８に取り付けられ、燃料ガスと給気ファンからの一次空気との混合ガスを燃焼するバーナ９と、バーナ９からの燃焼排気の顕熱及びドレンを発生させて潜熱を回収するフィンチューブ式の熱交換器１０と、ドレンを受けて蒸発させるドレン蒸発器１１と、熱交換器１０及びドレン蒸発器１１を加熱した後の燃焼排気を排出する排気フード１２が設けられる。この排気フード１２は上方に大きく開口した椀形状をなし、その側面には排気管１３が連結され、この排気管１３の上端開口は排気口７に臨む。

器具本体２内に設けられる通水管は、上流から順に、冷水が供給される給水管１４、燃焼室３を外側で巻回する巻回管１５、熱交換器１０に設けられる伝熱管１６、温水を出湯する出湯管１７からなる。これらの通水管の内、伝熱管１６は耐食性に優れたステンレス製であり、その他の管は銅製である。
伝熱管１６には、燃焼熱を吸収する多数のステンレス製のフィン１８が等ピッチで設けられる。このため、熱交換器１０は入水側ほど低温となり、出水側ほど高温となる。そして、このフィンピッチは、出水側ではドレンが発生しないすなわち通過する燃焼排気の温度が露点（およそ５０℃〜６０℃）を下回らず、入水側では排気温度に制限を設けずドレンを発生させるまで熱交換するようなピッチとする。

ドレン蒸発器１１は、図１、図２、図３に示すように、断面がＵ字状に形成された長細いドレン受け１９が横方向に三列で並べられ、その左右の端部がそれぞれ一体的に結合されたドレン受け部２０と、ドレン受け１９とドレン受け１９との間の排気隙間２１の上方を覆い下方の排気フード１２等へのドレンの落下を防止する断面逆Ｕ字状のドレンカバー２２とからなる。尚、図２は、図１中の一点鎖線Ａ−Ａでの断面図である。また、ドレン受け１９は、略くの字状に曲折されて、ドレン受け誘導部２８とドレン蒸発部２９とが形成される。このため、ドレン蒸発部２９を水平方向に向けて配置すると、ドレン受け誘導部２８はドレン蒸発部２９から斜め上方向にのびるように配置される。
ドレン蒸発器１１は、熱交換器１０の下方全面を覆う大きさで設けられる。そして、熱交換器１０の出水側下方にドレン蒸発部２９を水平方向に向けて配置することにより、ドレン受け誘導部２８によって熱交換器１０における低温部分すなわち入水側に対向する側が高く、熱交換器１０における高温部分すなわち出水側に対向する側が低くなるように下り傾斜をつけて設けられる。

給水管１４には水流センサや水ガバナを備える水側制御ユニット２３が設けられ、バーナ９へのガス管２４には主電磁弁２５及びガス比例弁２６が設けられる。また、水側制御ユニット２３内の水流センサや、主電磁弁２５及びガス比例弁２６、そしてＤＣモータ４等は、この給湯器１の燃焼を制御するバーナコントローラ２７に電気的に接続される。

このように構成された給湯器１では、図示しない給湯栓を開くことにより給水管１４に水（図中破線矢印）が流れ、水側制御ユニット２３内の水流センサからの検知信号によりバーナコントローラ２７が制御動作を行い、給気ファン５がＤＣモータ４の駆動により回転し始める。所定のプリパージが完了すると、バーナ９の主電磁弁２５及びガス比例弁２６が開いてバーナ９に燃料ガス（図中実線矢印）が供給され、図示しないイグナイタによりバーナ９に点火が行われる。
点火動作が終了すると、比例制御が開始され、図示しない湯温サーミスタで検出される湯温と設定温度との差があると、バーナコントローラ２７でそれを判断しガス比例弁２６へ信号を送り、ガス量を連続的に変化させて熱交換器１０の出口温度を一定に保つ。また、ガス比例弁２６によるガス量の変化に応じてバーナコントローラ２７から給気ファン５のＤＣモータ４に信号が送られ、給気ファン５の回転数も変えられ、常にガス量と給気量とが所定の関係に保たれるように制御される。

このような燃焼制御において、給気ファン５の動作に伴い、器具本体２に設けられる給気口６より外気が器具本体２内に吸引され、バーナ９へ導入されて燃焼用空気として燃焼に供される。バーナ９の炎口近傍では混合気が燃焼して火炎を形成し、熱交換器１０の上流近傍に至る間に燃焼が完結（完全燃焼）する。
バーナ９からの高温の燃焼排気が、給気ファン５により熱交換器１０の各フィン１８間を貫流し伝熱管１６を流れる水を加熱した後に、ドレン蒸発器１１を加熱して排気口７から器具の外へ排出される。ドレン蒸発器１１においては、燃焼排気は、排気隙間２１とドレンカバー２２との間を通って流れていく。
熱交換器１０はその入水側ほど低温となるため、水との熱交換により燃焼排気温度も低温となりドレンが発生する。一方、熱交換器１０の出水側は高温となるため、熱交換器１０を通過した燃焼排気は高温となりドレンが発生しにくい。

発生したドレンは、熱交換器１０の真下に設けられたドレン蒸発器１１で受けられる。この際、ドレンカバー２２に落下したドレンもドレンカバー２２を伝わってドレン受け１９に落ちる。ドレン蒸発器１１は、熱交換器１０の高温部と対向する側が下方となるように下り傾斜して設けられているため、熱交換器１０の低温部で発生しドレン受け１９のドレン受け誘導部２８に落下したドレンはドレン受け誘導部２８内をその自重により熱交換器１０の高温部側、すなわち高温の燃焼排気の流れる位置に移動していき、ドレン蒸発部２９に溜まり加熱されて蒸発する。この際、回収した潜熱と同量の熱量を燃焼排気中へ放出してしまうが、熱交換器１０ではドレンの発生を制限することなく燃焼排気からできるだけ顕熱を回収することが可能となる。そして、熱交換器１０を通過して温度分布が生じた燃焼排気のうち主に高温側排気の熱を使って、低温部分で発生したドレンを蒸発させるのである。尚、ドレンカバー２２は、燃焼排気を一旦ドレン受け１９上のドレンに案内するガイドとしても働く。
この結果、燃焼排気路中に主熱交換器と副熱交換器といった複数の熱交換器を備えることなく、非常に高い熱効率が得られる。また、熱交換器１０で発生したドレンを有効に蒸発させることができるため、中和装置を不要あるいは簡易化することができる。
従って、低コストで極めて熱効率の高い給湯器１を提供することができる。

また、熱交換器１０の低温部分で発生したドレンはドレン蒸発器１１に受けられた後、その自重によりドレン受け誘導部２８内を熱交換器１０の高温部分に対向する側（ドレン蒸発部２９）へ流れていくため、簡単にドレンを高温燃焼排気の流れる位置に誘導することができ、確実にドレンが高温排気で加熱される。
しかも、このドレン受け誘導部２８内の流下中においても燃焼排気により蒸発が補助され、ドレンの蒸発を一層効率良く行うことができる。さらに、燃焼排気が排気隙間２１とドレンカバー２２との間を通って流れていくため、ドレン受け１９中のドレンは燃焼排気に直接接触して加熱されるので、より一層効率良く蒸発させられる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、本実施例では、発生したドレンを全て蒸発させて器具外にはドレンを排出しないようにしているが、発生したドレンの内の一部を簡易的な中和装置を用いて中和した後に器具外に排出するようにしてもよい。この場合には、簡易的な中和装置を備えるだけで顕熱全てに加え、潜熱の一部も回収でき熱効率がより一層向上する。

バーナの燃焼熱により通水を加熱して出湯する温水機器に適用可能である。

実施例１としての給湯器の概略構成図である。実施例１としてのドレン蒸発器の断面図である。実施例１としてのドレン蒸発器の平面図である。

符号の説明

１給湯器
３燃焼室
９バーナ
１０熱交換器
１１ドレン蒸発器
１６伝熱管
２８ドレン受け誘導部
２９ドレン蒸発部

Claims

燃焼室内で燃料を燃焼するバーナと、上記バーナの燃焼熱により伝熱管内の通水を加熱する熱交換器とを備え、
上記熱交換器における低温部分で発生したドレンを、上記熱交換器の高温部分を通過した高温燃焼排気の流路に誘導する誘導手段を備えて、上記低温部分で発生したドレンを、上記熱交換器の高温部分を通過した高温燃焼排気により蒸発処理する温水機器において、
上記誘導手段を、上記熱交換器の排気通路の下流側に上記ドレンを受けるドレン受け兼蒸発器を備え、該ドレン受け兼蒸発器は上記熱交換器における低温部分に対向する側から高温部分に対向する側へ上記ドレンを誘導するものとすることを特徴とする温水機器。
燃焼室内で燃料を燃焼するバーナと、上記バーナの燃焼熱により伝熱管内の通水を加熱する熱交換器とを備え、
上記熱交換器における低温部分で発生したドレンを、上記熱交換器の高温部分を通過した高温燃焼排気の流路に誘導する誘導手段を備えて、上記低温部分で発生したドレンを、上記熱交換器の高温部分を通過した高温燃焼排気により蒸発処理する温水機器において、
上記誘導手段を、上記熱交換器の排気通路の下流側に上記ドレンを受けるドレン受け兼蒸発器を備え、該ドレン受け兼蒸発器は上記熱交換器における高温部分に対向する側ほど低い位置に配置したことを特徴とする温水機器。