JP4470139B2 - 自然燃焼式湯沸器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼ガスにより通水を加熱する熱交換器を備えた自然燃焼式湯沸器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、主に台所で使用される元止め式湯沸器としては、燃焼室としての缶体内にバーナと熱交換器とを備えると共に、缶体の外周を巻回する巻回管が設けられ、バーナの燃焼ガスによって、給水管から供給される冷水を、熱交換器の伝熱管と巻回管とに流して加熱し、出湯管より出湯する湯沸器が一般的に知られている。
こうした湯沸器は、巻回管と熱交換器への通水順によって次の２つのタイプに分けられる。１つは、巻回管を熱交換器の下流側に設けた、いわゆる湯巻タイプの湯沸器であり、もう１つは、巻回管を熱交換器の上流側に設けた、いわゆる水巻タイプの湯沸器である。
湯巻タイプの湯沸器では、熱交換器に冷水が直接導入されてしまうために、熱交換器で強酸性のドレン（燃焼ガス中の水蒸気が凝縮し、燃焼ガス中の硫黄酸化物や窒素酸化物と反応したもの）が発生しやすくなるので、燃焼ガスの排気温度が十分下がるまで熱交換させることができず、無駄に熱を排出することとなり、熱効率が低くなってしまう。
このため、熱交換器の伝熱管へ導入される水を予熱することができる水巻タイプの湯沸器が一般的なものとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水巻タイプの湯沸器では、巻回管が巻かれている部分の缶体の内壁面でドレンが発生しやすくなってしまう。燃焼用空気をファンによって取り込む強制燃焼式の給湯器などにおいては、内壁面に沿って燃焼に供さない空気（いわゆる短絡空気）を流すことによって、このようなドレン発生を抑制することができるものの、燃焼用空気を自然通気力のみによって取り込んでいる自然燃焼式の湯沸器では、強制的に短絡空気を流すことができない。このため、缶体の内壁面とバーナとの間の隙間を広くして、燃焼ガスを内壁面に触れにくくすることによってドレンの発生を抑制している。この結果として、器具をスリム化できないという問題が生じていた。
本発明の自然燃焼式湯沸器は上記課題を解決し、熱交換器でのドレンの発生を抑制し、かつ器具をスリム化することを目的とする。
【０００４】
【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記載の自然燃焼式湯沸器は、
缶体の中に該缶体の壁面に対して隙間をあけて設けられ、自然通気力により燃焼用空気を給気して燃焼するバーナと、
上記バーナの上方に設けられ、該バーナの燃焼ガスによって主伝熱管内の通水を加熱する主熱交換器と、
上記缶体の外周に巻回され、該缶体の外壁面からの熱により通水を加熱する巻回管を備え、
上記主熱交換器の上方に、該主熱交換器を通過してきた燃焼ガスの潜熱を回収して副伝熱管内の通水を加熱するための副熱交換器を設けるとともに、
給水管から供給される水を、上記副伝熱管、上記巻回管、上記主伝熱管を順次流通させて出湯管から出湯させる自然燃焼式湯沸器において、
上記副熱交換器の下方に、該副熱交換器による潜熱の回収に伴い発生したドレンを受けると共に該ドレンを燃焼ガスにより加熱して蒸発させるドレン蒸発器を設け、
当該ドレン蒸発器を、ドレンを受け止めるための、多孔質状のドレン浸透体と、このドレン浸透体を載置するための浸透体載置体より構成し、
上記浸透体載置体に、上記ドレン浸透体内を浸透体載置体との接触面にまで浸透したドレンを、主熱交換器を通過した後の燃焼ガスと直接接触させて加熱させる蒸発開口を設けたことを要旨とする。
【０００５】
また、本発明の請求項２記載の自然燃焼式湯沸器は、上記請求項１記載の自然燃焼式湯沸器において、
上記缶体の上記副伝熱管よりも下方の壁部には、缶体の幅が副伝熱管の軸線方向に拡がるような段部が形成されており、
上記ドレン浸透体は、当該段部と上記浸透体載置体との間で段部と浸透体載置体とで挟まれて抜け止めされていることを要旨とする。
【０００６】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の自然燃焼式湯沸器は、主伝熱管を備えた主熱交換器と巻回管と副伝熱管を備えた副熱交換器とで、バーナの燃焼ガスにより通水を加熱し、出湯管から出湯する。器具内に入った水は、まず副伝熱管を通って加熱され、次に巻回管を通過して缶体の外壁からの熱で加熱され、最後に主伝熱管に導かれて加熱され、出湯管から出湯される。従って、主熱交換器には、副熱交換器と巻回管とで予熱された通水路中で最も高温の湯を導入することができるので、主熱交換器でのドレン発生を抑制することができる。
さらに、巻回管にも副熱交換器で予熱された後の水が導入されているため、缶体の内壁面とバーナとの間に大きな隙間を設けなくとも内壁面でのドレン発生を抑制できる。
【０００７】
さらに、副熱交換器が燃焼ガスから主熱交換器及び巻回管で回収できなかった顕熱に加え、ドレンを発生させて潜熱も回収する。
副熱交換器で発生したドレンは、ドレン蒸発器で受け取られ蒸発して燃焼ガス中に戻るため、湯沸器の外部へドレンは排出しない。この結果、ドレンを蒸発させるために、回収した潜熱分と同量の熱量が奪われるが、副熱交換器では、主熱交換器及び巻回管とは違いドレンが発生しないようにしておく必要がないために、器具から排出される燃焼ガスの排気温度を十分に下げることができ、主熱交換器及び巻回管で回収できなかった顕熱を回収できる。従って、器具全体としては燃焼ガスが持っている熱エネルギーのうちの大部分の顕熱を回収できることになる。
このようにして、ドレンを器具外に排出することなく、主熱交換器と巻回管と副熱交換器とで効率良く通水を加熱して出湯する。
【０００８】
【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、以下本発明の自然燃焼式湯沸器の好適な一実施形態について図１〜図６を用いて説明する。
【０００９】
図１は、一実施形態としての元止め式瞬間湯沸器１の概略構成図であり、図２は、湯沸器１の外観図であり、図３は、通水順路を示した図である。
器具正面には、点消火操作，水量調節及び出湯温調節するための操作ボタン２と、ガス量調節レバー３とが設けられる。操作ボタン２は、プッシュ式ボタンではあるものの回動自在に設けられ、点消火操作はプッシュ操作により、水量調節による出湯温調節は回し操作により行われる。器具本体４のケースには、操作ボタン２の周囲に温調用の目盛りが印刷されており、操作ボタン２のツマミ２ａをあわすことにより出湯温及び水量が無段階調節される。また、ガス量調節レバー３を左側の能力小の位置から右側の能力大の位置まで操作することによって供給ガス量は無断階調節される。
【００１０】
器具本体４内には、図１に示すように、燃焼室５が設けられ、燃焼室５内には、下から順に、燃料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フィンチューブ式の主熱交換器７と、ドレンを受けて蒸発させるドレン蒸発器９と、燃焼ガスの流れの向きを変化させる整流板１０と、主熱交換器７で回収しきれなかった顕熱と潜熱とを回収する副熱交換器８とが設けられる。尚、副熱交換器８とドレン蒸発器９と整流板１０とは、副熱交換ユニット１１として、一体に形成されるものであり、これについての詳細は後述する。
燃焼室５の上面には、主熱交換器７，副熱交換器８で熱交換後の燃焼ガスを器体外へ排出する排気口１２が形成されており、この排気口１２は、器具本体４の上面に開口された排気穴１３に臨んでいる。尚、排気穴１３の上方に、器具外へ排出された燃焼ガスを前方に導くと共に、器具内にごみが落下するのを防ぐ図示しない略Ｌ字状の排気フードを設けても良い。
また、器具本体４及び燃焼室５の下面は、バーナ６の燃焼用空気を取り込むために開口されており、さらに、器具本体４の側面には給気口３０も設けられる。
【００１１】
水入口からの給水経路には、操作ボタン２による手動操作に連動して流路を開閉する水栓１４が設けられ、その下流には水圧応動装置１５が設けられる。水圧応動装置１５の下流側の流路には、操作ボタン２の回し操作と連動して出湯量を調節する水量調節軸１６が設けられる。
水量調節軸１６で流路は、２方向に分岐され、一方には副熱交換器８への給水管１７が、もう一方には主熱交換器７からの出湯管１８に接続されるバイパス管１９が設けられる。従って、副熱交換器８及び主熱交換器７を通ってきた湯（内胴通過水）とバイパス管１９を通ってきた水（バイパス水）との混合湯が器具から出湯することとなる。
【００１２】
図３に示すように、給水管１７は副熱交換器８として設けられ前後２列で平行に配列された副伝熱管８ａの入口に接続され、副伝熱管８ａの出口は燃焼室５を外側で巻回する巻回管２０の入口に接続され、巻回管２０の出口は主熱交換器７に設けられフィン７ｂを貫通して複数回蛇行する主伝熱管７ａの入口に接続され、主伝熱管７ａの出口は出湯管１８に接続される。
また、給水管１７の先端には、湯沸器１を使用後に凍結防止などの目的のために通水路中の水を抜くための分岐管２１が設けられており、この分岐管２１の先端には水抜き栓２２が設けられる。さらに、この湯沸器１の通水順路が、上方に位置する副伝熱管８ａ→下方に位置する巻回管２０→上方に位置する主伝熱管７ａとなるため、この分岐管２１のみで通水路中全ての水を抜こうとしても巻回管２０に水が溜まってしまうので、この水を抜くために巻回管２０の最も低い位置に水抜き管２３が設けられる。
【００１３】
ガス入口からバーナ６へのガス供給経路には、燃焼中に図示しない熱電対の熱起電力により開弁保持されるマグネット安全弁２４と、通水に関連して前述の水圧応動装置１５により通水時のみガス流路を開成する水圧応動弁２５と、操作ボタン２による手動操作に連動してガス流路を開閉する器具栓２６と、ガス量調節レバー３の手動操作と連動してガス供給量を調節するガス量調節軸２７が設けられる。
【００１４】
次に、副熱交換器８とドレン蒸発器９と整流板１０とからなる副熱交換ユニット１１について図４〜図６を用いて詳述する。図４は副熱交換ユニット１１の上面図、図５は正面図、図６は図４及び図５中の一点鎖線Ａ−Ａでの断面図である。尚、図４中においてはドレン蒸発器９が省略してあり、図５中においては整流板１０及び燃焼室５を形成するための前板３１と後板３２が省略してある。
副熱交換器８は、前後２列で平行に配列された前副伝熱管８ａＡと後副伝熱管８ａＢとから構成されている。以下説明にあたり、前副伝熱管８ａＡと後副伝熱管８ａＢとを区別しない場合には、副伝熱管８ａという。副伝熱管８ａの両端は、燃焼室５の側壁を貫通して突出しており、その一端で曲管２８によって接合される。そして前副伝熱管８ａＡの別の一端に給水管１７が接続され、後副伝熱管８ａＢの別の一端に巻回管２０が接続される。
【００１５】
前副伝熱管８ａＡと後副伝熱管８ａＢの真下には、それぞれ、副伝熱管８ａで燃焼ガスの潜熱を回収することによって発生したドレンを受けて、受けたドレンを燃焼ガスにより加熱して蒸発させるドレン蒸発器９が設けられる。ドレン蒸発器９は、副伝熱管８ａから滴下してくるドレンを受けるドレン浸透体９ａと、ドレン浸透体９ａを載置する浸透体載置板９ｂとからなる。ドレン浸透体９ａは、耐熱及び耐ドレン性に優れた多孔質のセラミックス製であり、浸透体載置板９ｂは、ステンレス製の板をＶ字状に折り曲げてその両端を燃焼室５の側壁に接合して形成される。そして、ドレン浸透体９ａは、この浸透体載置板９ｂの上に２個づつ載置される。また、浸透体載置板９ｂには、複数の蒸発開口９ｃが設けられる。
【００１６】
副伝熱管８ａより下方の燃焼室５の側壁には、その横幅が大きくなるように段部２９が形成されており、この段部２９と浸透体載置板９ｂとでドレン浸透体９ａを挟み込んで抜け止めする。
整流板１０は、ガルバニウム鋼板を折り曲げて略Ｖ字状に形成し、前後２列の副伝熱管８ａの中間位置に、副伝熱管８ａと平行に延設され、その両端が燃焼室５の側壁に接合される構成である。この整流板１０には、燃焼ガスを通過させる複数の通気孔１０ａが開口される。
このような副熱交換ユニット１１は、一体的に組み立てられたユニットとなっており、主熱交換器７の上に載置され、ビスでとめて固定されるものである。
【００１７】
上述したように構成された湯沸器１では、操作ボタン２の手動操作と連動して器具栓２６及び水栓１４が開き通水が開始される。水入口より流入した水（図中破線矢印）は、水栓１４、水圧応動装置１５を通り水量調節軸１６より、一方は給水管１７を経て副熱交換器８、巻回管２０、主熱交換器７を通り出湯管１８へ、他方はバイパス管１９を通って出湯管１８からの湯と混合される。
【００１８】
すなわち、給水管１７から導入された冷水は、副熱交換器８として設けられた副伝熱管８ａに導かれ、燃焼ガスから潜熱（及び主熱交換器７と巻回管２０とで回収できなかった顕熱）を奪う。そして、副熱交換器８で潜熱を吸収した水は、順に、巻回管２０、主熱交換器７に設けられた主伝熱管７ａへと導かれ、燃焼ガスから顕熱を奪い、出湯管１８を通ってバイパス管１９からの冷水と混合されて出湯される。
従って、副伝熱管８ａでの加熱により冷水は予熱されることで、巻回管２０にまかれた燃焼室５の内壁でのドレン発生を抑制できる。このため、従来の湯沸器と比べて、燃焼室の内壁面とバーナとの間の隙間を小さくできるので、器具をスリム化することが可能となる。さらに、主伝熱管７ａに副伝熱管８ａと巻回管２０とで予熱された通水路中で最も高温の湯を通水できるので、主熱交換器７でのドレン発生を効果的に抑制できる。しかも、給水流路中で最も低温の冷水を副伝熱管８ａに通水することで、大きな温度差の中で、効率良く燃焼ガス中の潜熱及び顕熱を回収している。
【００１９】
また、水圧応動装置１５に通水されると水圧応動弁２５とマグネット安全弁２４が開弁され、バーナ６にガスが供給され、図示しない電極からの連続スパークにより着火する。バーナ６の燃焼中は、図示しない熱電対の熱起電力によりマグネット安全弁２４の開弁状態が維持され、燃焼が維持される。
【００２０】
燃料ガスのバーナ６での燃焼に伴い、器具本体４の下面の開口や、側面に設けられた給気口３０より外気が器具本体４内に吸引され、燃焼室５下面の開口を通ってバーナ６へ導入されて燃焼用空気として燃焼に供される。
バーナ６の炎口近傍では混合気が燃焼して火炎を形成し、主熱交換器７の上流近傍に至る間に燃焼が完結（完全燃焼）する。
主熱交換器７を燃焼ガス流路の上流に設け、副熱交換器８を燃焼ガス流路の下流に設けたため、バーナ６からの高温の燃焼ガスが、自然通気力により主熱交換器７の各フィン７ｂ間を貫流し良好に熱交換し、これにより温度の下がった燃焼ガスが副熱交換器８においても熱交換して排気口１２から器具の外へ排出される。また、燃焼ガスは、主熱交換器７に入る前に、燃焼室５の外側を巻回している巻回管２０でも熱交換して通水を加熱する。
【００２１】
主熱交換器７及び巻回管２０では、ドレンを発生させずに燃焼ガスから顕熱だけを回収しているわけであるが、通水部である主伝熱管７ａのような局所的な低温部が存在するので、このような低温部での部分的なドレン発生を防止するために燃焼ガスの排気温度が十分下がるまで熱交換できず、潜熱だけではなく顕熱の一部も回収できない。
一方、副熱交換器８の副伝熱管８ａでは、主熱交換器７を通過してきた燃焼ガスをさらに冷却し、ドレンを発生させて潜熱を回収するわけであるが、この際、主熱交換器７及び巻回管２０で回収しきれなかった顕熱も回収する。
【００２２】
発生したドレンは、副伝熱管８ａの真下に設けられたドレン蒸発器９で受けられ、主熱交換器７を通過してきた燃焼ガスによって加熱され蒸発する。この際、回収した潜熱分と同量の熱量を燃焼ガス中へ放出してしまうが、副熱交換器８では、主熱交換器７及び巻回管２０とは違いドレンが発生しないようにしておく必要がないため、器具から排出される燃焼ガスの排気温度が十分に下がるまで熱交換して、主熱交換器７及び巻回管２０で回収できなかった顕熱を回収できるので、器具全体としては、燃焼ガス中の大部分の顕熱を回収していることになる。従って、ドレンを排出せずに、高熱効率を達成できる。
【００２３】
また、副伝熱管８ａの真下にドレン蒸発器９が設けられているために、副伝熱管８ａへの燃焼ガスの流れが悪くなってしまうが、整流板１０によって燃焼ガスの流れの向きが変えられて副伝熱管８ａへも燃焼ガスが円滑に流れる。このため、副伝熱管８ａにも燃焼ガスが良好に接触して熱交換が促進される。
また、バーナ６の燃焼用空気を自然通気力のみによって取り込んでいるこのような自然燃焼式の器具では、ファンによって強制的に取り込む強制燃焼式の器具と比べ、燃焼ガス流路中に整流板１０のような異物を設けることによる燃焼ガスの排気抵抗の増大が大きな問題となるが、整流板１０に燃焼ガスが通過する通気穴１０ａを複数設けることにより、このような排気抵抗の増大を抑制しバーナ６の燃焼状態を良好に維持することができる。
【００２４】
多孔質のドレン浸透体９ａに滴下したドレンは、ドレン浸透体９ａ内全体に浸透していく。そして、ドレン浸透体９ａ内を浸透体載置板９ｂとの接触面まで浸透してきたドレンは、浸透体載置板９ｂに複数の蒸発開口９ｃが設けられているため、燃焼ガスと直接接触して加熱されて、良好に蒸発する。
【００２５】
しかも、ドレン浸透体９ａを燃焼室５の側壁に形成された段部２９と浸透体載置板９ｂとではさむことにより、副熱交換器８の伝熱管が貫通している燃焼室５の側壁のまわりで発生し側壁を伝わって下に垂れていくドレンを、側壁の段部２９で側壁と接触しているドレン浸透体９ａにより確実に受けることができるので、ドレンが下方に位置する主熱交換器７やバーナ６などに垂れることはない。
【００２６】
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、本実施形態では、副熱交換器８で発生したドレンをドレン蒸発器９で受けて蒸発させて器具外にドレンを排出しないようにしているが、ドレン蒸発器９のかわりにドレン受皿を設け、ドレンを集めて中和器で処理した後に器具外へ排出するようにしても良い。この場合には、ドレンを蒸発させることによる潜熱の放出がないために、非常に高熱効率の湯沸器となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の自然燃焼式湯沸器によれば、巻回管に導入される水は、副熱交換器で予熱されているので、燃焼室の内壁面でのドレン発生を抑制できる。このため、従来の湯沸器に比べて、燃焼室の内壁面とバーナとの間の隙間を小さくできるので、器具をスリム化することが可能となる。さらに、主熱交換器の主伝熱管に通水路中で最も高温の湯を通水できるので、そこでのドレン発生を効果的に抑制できる。
【００２８】
更に、主熱交換器と巻回管と副熱交換器とで燃焼ガス中の顕熱の大部分を回収できるので、熱効率を向上させることができる。
しかも、副熱交換器で発生したドレンは、ドレン蒸発器で受けて蒸発させるので、ドレンが主熱交換器やバーナに滴下してそれらを腐食することを防止できる。そして、ドレンを器具外へ排出しないので、高価なドレン中和処理装置を設ける必要がなく、湯沸器を製造するコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態としての湯沸器の概略構成図である。
【図２】本実施形態としての湯沸器の外観図である。
【図３】本実施形態としての湯沸器の通水順路を示した図である。
【図４】本実施形態の副熱交換ユニットの上面図である。
【図５】本実施形態の副熱交換ユニットの正面図である。
【図６】本実施形態の副熱交換ユニットの断面図である。
【符号の説明】
１…湯沸器、５…燃焼室、６…バーナ、７…主熱交換器、７ａ…主伝熱管、８…副熱交換器、８ａ…副伝熱管、８ａＡ…前副伝熱管、８ａＢ…後副伝熱管、９…ドレン蒸発器、２０…巻回管。

Claims (2)

1. 缶体の中に該缶体の壁面に対して隙間をあけて設けられ、自然通気力により燃焼用空気を給気して燃焼するバーナと、
   上記バーナの上方に設けられ、該バーナの燃焼ガスによって主伝熱管内の通水を加熱する主熱交換器と、
   上記缶体の外周に巻回され、該缶体の外壁面からの熱により通水を加熱する巻回管を備え、
   上記主熱交換器の上方に、該主熱交換器を通過してきた燃焼ガスの潜熱を回収して副伝熱管内の通水を加熱するための副熱交換器を設けるとともに、
   給水管から供給される水を、上記副伝熱管、上記巻回管、上記主伝熱管を順次流通させて出湯管から出湯させる自然燃焼式湯沸器において、
   上記副熱交換器の下方に、該副熱交換器による潜熱の回収に伴い発生したドレンを受けると共に該ドレンを燃焼ガスにより加熱して蒸発させるドレン蒸発器を設け、
   当該ドレン蒸発器を、ドレンを受け止めるための、多孔質状のドレン浸透体と、このドレン浸透体を載置するための浸透体載置体より構成し、
   上記浸透体載置体に、上記ドレン浸透体内を浸透体載置体との接触面にまで浸透したドレンを、主熱交換器を通過した後の燃焼ガスと直接接触させて加熱させる蒸発開口を設けたことを特徴とする自然燃焼式湯沸器。
2. 上記缶体の上記副伝熱管よりも下方の壁部には、缶体の幅が副伝熱管の軸線方向に拡がるような段部が形成されており、
   上記ドレン浸透体は、当該段部と上記浸透体載置体との間で段部と浸透体載置体とで挟まれて抜け止めされている請求項１記載の自然燃焼式湯沸器。

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