JP4418967B2 - 給湯器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナの燃焼ガスにより通水を加熱する熱交換器を備えた給湯器に関し、特に熱効率の向上を図った給湯器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、給湯器は、給水管及び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、バーナに燃焼用空気を供給するファンとを備え、バーナの燃焼により熱交換器で通水を加熱し、出湯管より出湯する強制燃焼式給湯器が一般的に知られている。
こうした給湯器では、熱効率を向上させるために、燃焼ガスが持っている熱エネルギーを熱交換器で、できるだけ回収しようとしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
燃焼ガスが持っている顕熱を熱交換器で熱交換して燃焼ガスの温度が下がっていくと、燃焼ガス中の水蒸気が凝縮して酸性のドレンが発生してくるため、熱交換器から排出される燃焼ガスは、ドレンが発生しない温度以上である必要がある。ドレンは、燃焼ガスが露点(およそ50〜60℃)以下になると発生するものであるから、燃焼ガスは、原理的には、熱交換器でドレンを発生させずに露点まで熱交換することが可能である。しかしながら、熱交換器には通水部のような局所的な低温部が存在するので、実際には、低温部での部分的なドレン発生を防ぐために、燃焼ガスは約200℃という高温で排出されており、使われずに排出されている顕熱がかなりあった。
【0004】
また、熱効率を向上させるために、主熱交換器の燃焼ガス下流側に主に潜熱を回収する副熱交換器を設けた、いわゆる潜熱回収型給湯器が知られている。
本願発明者らは、このような潜熱回収型給湯器としてドレンの排出を容易にするために、図10に示すように、主熱交換器7と副熱交換器19とをコの字状の接続ダクト8によって連結したものを考えた。この給湯器26では、燃焼ガスは、主熱交換器7で顕熱の多くが回収され、接続ダクト8を通過して、副熱交換器19に導かれ、副熱交換器19で燃焼ガス中の水蒸気を凝縮させて残りの顕熱と潜熱とが回収され、排気フード20を通って器具外に排出される。排出される燃焼ガスは、主熱交換器7と副熱交換器19とで熱交換されて、排気温が室温程度まで下げられているので、燃焼ガスと共に排出される熱エネルギー(顕熱+潜熱)はごくわずかである。
しかしながら、上述した給湯器26では、主熱交換器7から排出される燃焼ガスが約200℃と高温なので、接続ダクト8が高温になり、その表面積が大きいために、接続ダクト8を介して器具外へ無駄に放熱してしまい、この放熱ロスが大きくなってしまうという問題があった。尚、主熱交換器7や副熱交換器19や燃焼室4を介しても、器具外への放熱はあるが、それらに備えられた主伝熱管7aや副伝熱管19aや巻回管27に通水されているため、それらの表面温度がある程度抑制され、そこでの放熱ロスは、小さく抑えられている。
本発明の給湯器は上記課題を解決し、無駄に捨てている熱エネルギーを減らし、熱効率を向上させることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項1記載の給湯器は、
燃料を燃焼するバーナと、該バーナへ燃焼用空気を供給するためのファンと、該バーナの燃焼ガスから熱を回収して通水を加熱する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された燃焼ガスを器具外に排出するための排気通路とを、上記ファンが最下位置となるようにケーシング内に配設し、該ケーシングに外部空気を器具内に取り込むための給気口を備え、
上記ケーシング内に上記燃焼用空気を器具天井部に導くための給気通路を設け、該器具天井部から器具下部に向かって該燃焼用空気を送ることにより、該燃焼用空気と上記排気通路を通過する燃焼ガスとを熱交換させる給湯器において、
上記熱交換器は、燃焼ガス流路の上流側に設けられ主に顕熱を回収するための主熱交換器と、燃焼ガス流路の下流側に設けられ主に潜熱を回収するための副熱交換器と、その間の接続流路とからなり、
上記接続流路を燃焼用空気で冷却することを要旨とする。
【0007】
上記構成を有する本発明の請求項1記載の給湯器では、器具の最下位置に設けられたファンが動作すると、燃焼用空気はケーシングに備えられた給気口から器具内に取り込まれ、給気通路に沿って器具天井部に導かれ、器具天井部から器具下部に向かって流れる。この燃焼用空気は、下方に流れる途中、排気通路を通過する熱交換された後の燃焼ガスと熱交換し、ファンによってバーナへ送られる。従って、燃焼用空気は、バーナへ送られる前に予熱され、一方、排気通路は冷却され、その熱が器具外へ無駄に排出されなくなる。このため、本来燃焼ガスと共に器具外に排出されていた熱エネルギーの一部を燃焼用空気によって回収できる。
【0008】
さらに、主熱交換器で顕熱を回収された燃焼ガスは接続流路を通って副熱交換器に導かれ潜熱を回収される。燃焼ガスによって高温にされた接続流路は、燃焼用空気によって冷却されるため、接続流路を介しての器具外への放熱は減少する。また、接続流路から熱を奪った燃焼用空気は、バーナへ送られて燃料ガスと混合されて燃焼に供される。つまり、器具内で熱エネルギーを有効に利用していることになる。
【0009】
【発明の実施の形態】
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、以下本発明の給湯器の好適な実施形態について説明する。
【0010】
《第1実施形態》
本発明の第1実施形態としての屋外設置式の給湯器について図1〜図8を用いて説明する。
給湯器1は、図1に示すように、後述する給気通路を備えたフロントカバー2とバーナ等を収納するバックカバー3とで器具本体ケースを形成する。器具本体ケース内には、燃焼室4が設けられ、その下方には給気ファン5が取り付けられる。燃焼室4内には、燃料ガスと給気ファン5からの一次空気との混合ガスを燃焼するバーナ6と、バーナ6からの燃焼ガスの顕熱の多くを回収する複数の主伝熱管7aを備えたフィンチューブ式の主熱交換器7とが設けられる。主熱交換器7の上部には、コの字状の接続ダクト8が設けられ、燃焼ガスの主に潜熱を回収する複数の副伝熱管19aを備えたフィンチューブ式の副熱交換器19と接続される。副熱交換器19の下方には、副熱交換器19で熱交換された後の燃焼ガスを器具外に排出するための排気フード20が設けられ、その先端開口は、フロントカバー2に形成される排気口9から器具外に突出する。この排気フード20は上方に大きく開口した椀形状をなし、下方でドレン排管22と接続している。また、この排気フード20は、燃焼ガス中のドレンの受け皿としてのドレンパンを兼ね備えている。集められたドレンは、ドレン排管22を通って、中和器23で処理された後に下水道等の一般排水通路に排出される。尚、ドレン排管22にはS字トラップ28が設けられており、ドレンがこのS字トラップ28に溜まることによって、燃焼排気がドレン排管22を通って器具外に排出されてしまうことを防ぐ。
また、接続ダクト8の上方には、多数の給気通路孔10aが開口された平板状の給気仕切壁10(図8)がバックカバー3の上部を上下に仕切るように設けられる。
【0011】
燃焼室4の周りには、巻回管27が巻回されており、図示しない給水管から導入された冷水は、副伝熱管19a→巻回管27→主伝熱管7aの順に通水されて加熱され、図示しない出湯管から出湯される。
【0012】
次に、フロントカバー2に備えられた給気通路について説明する。
図2に示すように、フロントカバー2の裏面には、給気通路を形成するための給気通路板11が取り付けられる。図3,図4に示すように、給気通路板11は平板であり、その中央上部には、排気フード20を通すためのフード開口12が設けられ、フード開口12の周囲には落とし込み段状に深さDの漏止枠13が形成される。
【0013】
フロントカバー2は、図5,図6に示すように、深さDの落とし込み段状に形成され、周囲には、水平部14が設けられる。フロントカバー2の上部中央には排気口9が開口され、下部には多数の給気口15が開口される。給気口15後部には、図7に示すように、上端の切り込みをフロントカバー2裏面へ絞ったギャラリー16が形成される。また、フロントカバー2の下面には、雨滴を器具外へ排出するための雨孔24が開口される。
給気通路板11は、図2に示すように、給気口9とフード開口12とが同じ位置になるように位置決めしながら、その左右両端と下端とをフロントカバー2の水平部14にスポット溶接して固定する。また、漏止枠13もフロントカバー2にスポット溶接される。左右の水平部14は、長距離離れているので、この漏止枠13は中央部のたわみを防止する役目も担っている。
【0014】
フロントカバー2とバックカバー3とは、水平部14を接合面としてその間にパッキン17を挟み込ませて、ビスで結合される。このため、フロントカバー2とバックカバー3との間から空気や雨滴が漏れこむことはない。さらに、このパッキン17により給気通路板11とフロントカバー2との間の気密性も保たれる。尚、図1に示すように、排気フード20と漏止枠13との間にもパッキン18を設けているために、そこでの気密性も保たれる。
【0015】
フロントカバー2がバックカバー3に取り付けられると、給気通路板11の上部は、バックカバー3に設けられた給気仕切壁10の端に当接する構成である。こうして、給気口15→フロントカバー2と給気通路板11との間(給気通路A)→バックカバー3と給気仕切壁10との間(給気通路B)→給気通路孔10a→器具内→給気ファン5へと続く一連の給気通路が形成される。
【0016】
このような給湯器1では、給気ファン5が動作すると、燃焼用空気は、給気口15から器具内に吸引され給気通路Aを通り、給気通路Bを通って、器具天井部から器具下部に設置された給気ファン5に向かって流れる。その後、給気ファン5を通過してバーナ6に入る。バーナ6では、燃料ガスと混合されて燃焼が行なわれ、燃焼により発生した高温(約1500℃)の燃焼ガスは、主熱交換器7でその顕熱の多くを熱交換され、接続ダクト8を通って副熱交換器19に導かれる。この際、通水されている主熱交換器7の伝熱管7aのような局所的な低温部でのドレン発生を防ぐために、主熱交換器7から排出される燃焼ガスは200℃程度と高温である。そして、燃焼ガスは、副熱交換器19で燃焼ガス中の水蒸気を凝縮させられ、その顕熱と共に潜熱を回収されて室温程度まで温度を低下させられた後に、排気フード20を通って器具外に排出される。このため、燃焼ガスと共に排出される燃焼ガスの熱エネルギー(顕熱+潜熱)はごくわずかである。この場合、接続ダクト8を通過する燃焼ガスは200℃程度と高温であり、接続ダクト8の表面積が大きいために、そこからの大きな放熱ロスが懸念される。
【0017】
そこで、本実施形態の給湯器1では、燃焼用空気を器具天井部から器具下部へと流し、接続ダクト8と接触させる構成を採用している。このため、接続ダクト8は燃焼用空気によって冷却されるため、ここからの器具外への放熱を減少させることができる。また、接続ダクト8から熱を奪った燃焼用空気は、バーナ6へ送られて燃料ガスと混合されて燃焼に供される。つまり、器具内で熱エネルギーを有効に利用していることになり、熱効率を向上させることができる。
【0018】
また、給気通路(A)と給気通路(B)とが器具前面と上面とを囲んでいるために、そこに燃焼用空気の流れ、いわゆるエアーカーテンが形成され、断熱層となる。このため器具内部から外部への放熱を抑制することができるので、器具内での熱の有効利用ができ、より一層の熱効率の向上が可能となる。さらに、給気仕切壁10や給気通路板11は、バーナ6の燃焼音や給気ファン5の回転音などを遮蔽する役割もあるため、器具から外部に漏れる騒音を減らすこともできる。
【0019】
また、雨滴が混じった燃焼用空気が給気口15より吸引された場合には、燃焼用空気が給気通路板11に沿って上昇する途中で給気通路板11表面に雨滴は付着する。付着した雨滴は大きくなって下方へ流れ落ち、フロントカバー2の下面に設けられた雨孔24から器具外に排出される。このため、器具内が雨滴によって汚染されることを防止できる。
【0020】
《第2実施形態》
次に、第2実施形態について図9を用いて説明する。尚、第1実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分に関しては同一の符号を付してその説明を省略する。第2実施形態の給湯器は、第1実施形態の給湯器から潜熱回収用の副熱交換器を除いた点が基本的に異なる。
【0021】
本実施形態の給湯器25は、図9に示すように、主熱交換器7の上部に、主熱交換器7で熱交換後の燃焼ガスを器体外へ排出する排気通路として排気フード21を備える。排気フード21の先端開口は、給気通路板11に開口されたフード開口12と、フロントカバー2に設けられた排気口9とを通り器具外に突出する。
【0022】
こうした構成の給湯器25では、バーナ6からの燃焼ガスは、主熱交換器7でその顕熱の多くを熱交換され、排気フード21を通って器具外へ排出される。この際、通水されている主熱交換器7の主伝熱管7aのような局所的な低温部でのドレン発生を防ぐために、主熱交換器7から排出される燃焼ガスは200℃程度と高温であり、その燃焼ガスには、まだ多くの顕熱が含まれている。
燃焼用空気は、器具天井部から器具下部に向かって流れているため、上記の高温の燃焼ガスが通過する排気フード21に接触し、熱交換(予熱)される。予熱された燃焼用空気は、給気ファン5によってバーナ6へ送られる。このため、本来器具外に燃焼ガスと共に排出されていた顕熱の一部を回収できるので、器具内での熱の有効利用ができ、熱効率を向上させることが可能となる。尚、器具外に排出される燃焼ガスの温度は、排気フード21を通過している間に燃焼用空気によって熱交換されるため、主熱交換器7を通過した後の温度に比べて低くなっている。
【0023】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態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、接続ダクト8の周りに断熱材を巻いても良い。この場合には、接続ダクト8からの放熱をさらに減らすことができ、より一層の高効率化が可能となる。
また、接続ダクト8の周りに放熱防止板を設けても良い。この場合には、接続ダクト8からの放熱をさらに減らすことができ、より一層の高効率化が可能となる。
【0024】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項1記載の給湯器によれば、燃焼用空気は、器具天井部から下部へと流れる途中で、排気通路を通って排出される熱交換後の燃焼ガスと熱交換した後にバーナへ送られる。従って、燃焼用空気は、バーナに送られる前に予熱され、一方、排気通路は冷却され、その熱が器具外へ無駄に放出されなくなる。このため、本来燃焼ガスと共に器具外に排出されていた熱エネルギーの一部を回収でき、熱効率が向上する。
【0025】
更に、熱交換器と副熱交換器との接続流路を燃焼用空気で冷却することができるので、そこからの器具外への放熱を減少させることができる。接続流路から熱を奪った燃焼用空気は、バーナに送られ燃焼に供されるため、熱効率は向上する。しかも、燃焼ガスの顕熱に加えて潜熱も回収するため、熱効率は非常に良好なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態としての給湯器の概略構成図である。
【図2】給気通路板をフロントカバーに組み付けた組立図である。
【図3】給気通路板の正面図である。
【図4】給気通路板の側面断面図である。
【図5】フロントカバーの裏面図である。
【図6】フロントカバーの側面断面図である。
【図7】フロントカバーの給気口の断面図である。
【図8】給気仕切壁の正面図である。
【図9】第2実施形態としての給湯器の概略構成図である。
【図10】従来例としての給湯器の概略構成図である。
【符号の説明】
2…フロントカバー、3…バックカバー、5…給気ファン、6…バーナ、7…熱交換器、8…接続ダクト、10…給気仕切壁、10a…給気通路孔、11…給気通路板、15…給気口、19…副熱交換器、20…排気フード、21…排気フード。
Claims (1)
- 燃料を燃焼するバーナと、該バーナへ燃焼用空気を供給するためのファンと、該バーナの燃焼ガスから熱を回収して通水を加熱する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された燃焼ガスを器具外に排出するための排気通路とを、上記ファンが最下位置となるようにケーシング内に配設し、該ケーシングに外部空気を器具内に取り込むための給気口を備え、
上記ケーシング内に上記燃焼用空気を器具天井部に導くための給気通路を設け、該器具天井部から器具下部に向かって該燃焼用空気を送ることにより、該燃焼用空気と上記排気通路を通過する燃焼ガスとを熱交換させる給湯器において、
上記熱交換器は、燃焼ガス流路の上流側に設けられ主に顕熱を回収するための主熱交換器と、燃焼ガス流路の下流側に設けられ主に潜熱を回収するための副熱交換器と、その間の接続流路とからなり、
上記接続流路を燃焼用空気で冷却することを特徴とする給湯器。
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