JP4728056B2

JP4728056B2 - 温水機器

Info

Publication number: JP4728056B2
Application number: JP2005192878A
Authority: JP
Inventors: 敏宏小林; 信義横山
Original assignee: 株式会社パロマ
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: JP2007010245A

Description

本発明は、バーナの燃焼排気から顕熱と潜熱とを回収して通水を加熱する２つの熱交換器を備えた給湯器等の温水機器に関する。

例えば給湯器には、バーナの燃焼排気流路の上流側に、主に顕熱回収を目的とした主熱交換器を、下流側に、主に潜熱回収を目的とした副熱交換器を夫々設けて高い熱効率を得ようとするものがある。副熱交換器は、水が通過する伝熱管の外周に、吸熱部となるフィンを直交状に、伝熱管に沿って所定間隔で複数設けたものである。また、主熱交換器と副熱交換器との間には、副熱交換器で発生したドレンを受けるトレイ状のドレン受部が設けられて、発生した酸性のドレンを中和処理して外部へ排出させるようにしている（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１９８０６５号公報

このように副熱交換器の下方に別体のドレン受部を設けることで、器具全体が大型化してしまう。よって、コストアップを招く上、既設の給湯器をこのような高効率タイプに取り換えようとしても、取付スペースの制限によって設置ができない場合も生じ、高効率タイプの給湯器普及の阻害要因ともなっていた。

そこで、本発明は、副熱交換器のドレン排出を省スペースで合理的に行うことで、低コストで、而も器具全体のコンパクト化を維持できる温水機器を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、副熱交換器のフィンに、発生したドレンを受けて所定方向へ誘導する排出通路を一体に形成した温水機器であって、副熱交換器を、複数の平行な直線状の伝熱管の外周に、その軸方向へ所定間隔をおいて複数のフィンを備えると共に、伝熱管に軸方向の一方側が低くなる傾斜を付与したものとする一方、排出通路を、各フィンの下方で且つ各伝熱管の下方位置で当該伝熱管と平行に折曲形成され、隣接するフィン間で連続状に繋がる受部と、その受部の上方に形成されて受部上面間を連通させるドレン通過孔と、受部の間で且つ受部より上方位置でフィンに設けられ、下方へ膨出する円弧状で両端が受部に平面視で重なると共に、隣接するフィン間で連続状に繋がるドレン受けと、フィンにおけるドレン受けの上側最深部に設けられる第２のドレン通過孔とにより形成したことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、副熱交換器のフィンに、発生したドレンを受けて所定方向へ誘導する排出通路を一体に形成した温水機器であって、副熱交換器を、複数の平行な直線状の伝熱管の外周に、その軸方向へ所定間隔をおいて複数のフィンを備えると共に、伝熱管に軸方向の一方側が低くなる傾斜を付与したものとする一方、排出通路を、各フィンの下方で且つ各伝熱管の下方位置で当該伝熱管と平行に折曲形成され、隣接するフィン間で連続状に繋がる受部と、その受部の上方に形成されて受部上面間を連通させるドレン通過孔と、受部の間で且つ受部より上方位置でフィンに設けられ、上方へ膨出する円弧状で両端が受部に平面視で重なると共に、隣接するフィン間で連続状に繋がるドレン受けとにより形成したことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、排出通路でのドレンの蒸発を防ぐために、受部の下面に断熱材をコーティングしたものである。

請求項１及び２に記載の発明によれば、フィンの下方にドレン受部を別体で設けることなくフィン側でドレンの排出が可能となり、ドレン排出が省スペースで合理的に行える。よって、コストの低減と共に器具全体のコンパクト化も図れ、例えば既設の給湯器の高効率タイプの給湯器への取り換え等が容易となって高効率温水機器の普及にも繋がる。
また、伝熱管で発生したドレンを落下させることなく伝熱管を伝わらせてフィンの排出通路で確実に排出することができる。
さらに、ドレンを伝熱管方向で排出可能となるため、ドレン排出と伝熱管の接続とを副熱交換器の同じ側で行うことができ、一層の構成の簡略化やコンパクト化が可能となる。また、排出通路が伝熱管と共に傾斜するため、ドレンがスムーズに排出される。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、排出通路でのドレンの蒸発を防いで燃焼排気による熱交換のロスをなくすことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、温水機器の一例である給湯器の概略構成図で、給湯器１は、器具本体２内に、下方に給気ファン４を、上方に排気口５を夫々備えた燃焼室３を形成して、燃焼室３の内部に、燃料ガスと給気ファン４からの一次空気との混合ガスを燃焼させるバーナ６，６・・を備えると共に、バーナ６からの燃焼排気中の顕熱を主に回収するフィンチューブ式の主熱交換器７と、主に潜熱を回収する同じくフィンチューブ式の副熱交換器８とを内設している。このように、バーナ６を、燃焼に必要な全ての空気が給気ファン４によって供給される全一次空気式バーナとしているため、燃焼室３におけるバーナ６と主熱交換器７との間を狭くする（全一次空気式バーナ以外のものの約７０〜８０％に納まる）ことができるようになっている。

また、ここでは、器具内へ導かれる図示しない給水管を副熱交換器８の入水側に接続して副熱交換器８を主熱交換器７の上流側に配置し、副熱交換器８の出水側を主熱交換器７の入水側に接続して、図示しない出湯管を主熱交換器の出水側に接続している。
さらに、器具内には、図示しないコントローラが設けられて、器具内に通水されると、バーナ６の点火制御を行うと共に、リモコン等で設定された設定温度に出湯温度を一致させる周知の出湯温制御を行う。また、コントローラは、この出湯温制御に伴うガス量の変化に応じて給気ファン４の回転数も変化させて、ガス量と空気量との比率を制御する。

ここで、副熱交換器８は、図２，３にも示すように、直線部１０，１０・・が互いに平行となるように蛇行状に形成された伝熱管９と、伝熱管９の直線部１０，１０・・が直交状に貫通し、等間隔をおいて互いに平行に配設される板状のフィン１１，１１・・とを有する。各フィン１１は、一枚の板を上端で折り曲げて下方をスポット溶接した二枚重ねとなっており、下端縁は、全長に亘って排出通路としての横断面Ｕ字状の折り返し部１２，１２が、フィンの重ね方向の前後で対称となるように形成されている。
また、副熱交換器８は、フィン１１の下端縁方向の一方側が低くなるように全体が傾斜しており、折り返し部１２の低くなる端部側でその真下には、フィン１１と直交状に横断面Ｕ字状の受け樋１３が設けられて、各フィン１１の折り返し部１２から流れ落ちるドレンを受けるようにしている。この受け樋１３は、中和器１５を備えたドレン排出管１４に接続されている。
なお、副熱交換器８の上方には、副熱交換器８の傾斜に沿ってガイド壁１６が形成されて、主熱交換器７を通過した燃焼排気を、副熱交換器８に沿って上昇させてから排気口５へ導くようにしている。

以上の如く構成された給湯器１においては、バーナ６の燃焼により、燃焼排気は先に主熱交換器７を通過して、通水される伝熱管との熱交換で顕熱が回収された後、燃焼室３内を上昇して、副熱交換器８の伝熱管９の各直線部１０及びフィン１１の間を通過してから排気口５へ排出される。よって、副熱交換器８では、伝熱管９との熱交換により、主熱交換器７で回収されなかった顕熱が回収される。そして、燃焼排気の温度が露点以下になるとドレンが発生するため、潜熱も回収可能となる。発生したドレンは、各フィン１１の表面を伝って下方の折り返し部１２で受けられて、下り勾配によって受け樋１３に集められた後、中和器１５で中和処理されて器具外部の下水道等へ排出される。

このように上記形態の給湯器１によれば、副熱交換器８のフィン１１に、発生したドレンを受けて一方の端部側へ誘導する排出通路（折り返し部１２）を一体に形成したことで、フィン１１の下方にドレン受部を別体で設けることなくフィン１１側でドレンの排出が可能となり、ドレン排出が省スペースで合理的に行える。よって、コストの低減と共に器具全体のコンパクト化も図れ、例えば既設の給湯器の高効率タイプの給湯器への取り換え等が容易となって高効率給湯器の普及にも繋がる。
特にここでは、排出通路を、フィン１１の下端縁全長に亘って形成され、下端縁方向の一方側が低くなる傾斜を付与された折り返し部１２としたことで、フィン１１の簡単な折り曲げ加工で排出通路が形成でき、一層のコストダウンが期待できる。
また、フィン１１を二枚重ねとして、各下端縁に折り返し部１２，１２を夫々形成したことで、フィン１１の表裏両面でドレンを確実に受けることができる。

なお、副熱交換器におけるフィンの形状は、上記形態の二枚重ねに限らず、図４に示すように、下端縁に広めの折り返し部１８を形成した一枚のフィン１７としても良い。
また、同図のように副熱交換器８には、伝熱管９の直線部１０方向で一方側が低くなる傾斜（ここでは折り返し部１８の形成側で隣接するフィン１７が高くなる傾斜）を付与するのが望ましい。これによれば、フィン１７の裏側（折り返し部１８の形成側と反対側）や直線部１０で発生したドレンが落下することなく直線部１０を伝い、下り側で隣接するフィン１７の折り返し部１８で受けられて確実に排出される。

また、このようなＵ字状の排出通路に限らず、図５，６に示すフィン１９のように、下方側の前後面にエンボス加工等によって複数の凸部２０，２０・・を所定間隔で、且つ一方側へ傾斜させて形成し、フィン１９の表面を伝うドレンを凸部２０，２０間で表面張力を利用して保持しつつ、フィン１９の傾斜によって受け樋１３側（図５の左側）へ導くような形態も採用可能である。このように、排出通路を、フィン１９の下方部全面に亘って形成され、フィン面方向の左右一方側が低くなる傾斜状に配列される複数の凸部２０とすれば、より簡単な加工でドレンの排出が可能となり、製造コストを一層抑えることができる。

一方、上記形態では、副熱交換器のフィンに沿ってドレンを導くようにしているが、伝熱管の方向でドレンを排出する構造も採用可能である。図７，８はその構造を採用した給湯器１ａを示すもので、図１と同じ構成部は同じ符号を付して重複する説明を省略する。
ここでの副熱交換器８では、一方側へ傾斜する伝熱管２１に沿って複数の円盤状のフィン２２，２２・・を等間隔で直交状に外装させたものであるが、各フィン２２の下方側には、図９に示すように、下端で円弧状の受部２４を伝熱管２１と平行に突設させた断面Ｌ字状のガイド片２３が形成されて、各受部２４を隣接するフィン２２の受部同士で当接させている。各ガイド片２３における受部２４の上面側には、ドレン通過孔２５が穿設されて、伝熱管２１の下方に、各フィン２２の受部２４によって連続状に繋がる排出通路を形成している。

以上の如く構成された給湯器１ａにおいては、発生したドレンは、フィン２２の表面を伝って下方のガイド片２３の受部２４上に集められ、伝熱管２１の下り勾配により各受部２４上を移動して、最前列のガイド片２３の受部２４の下方に設けられた受け樋１３上へ落下し、中和器１５で中和処理されて器具外部の下水道等へ排出される。
このようにこの給湯器１ａによれば、排出通路を、各フィン２２の下方で伝熱管２１と平行に折曲形成され、隣接するフィン間で連続状に繋がる受部２４と、その受部２４の上方に形成されて受部上面間を連通させるドレン通過孔２５とにより形成したことで、コストダウンや器具全体のコンパクト化が図れる上記形態と同様の効果が得られる。特に、ドレンが伝熱管方向で排出されるため、ドレン排出と伝熱管の接続とを副熱交換器の同じ側で行うことができ、一層の構成の簡略化やコンパクト化が可能となると共に、伝熱管と共に傾斜する排出通路によってドレンがスムーズに排出される。

図７，８に示す形態では、各ガイド片２３の受部２４の下面をセラミックや石綿等の周知の断熱材でコーティングして、受部２４に落下したドレンの蒸発を防止して熱交換のロスをなくすようにするのが望ましい。さらに変更例として、図１０，１１に示すように、受部２４の突設方向前方に、前側のガイド片２３の受部２４に乗り重なる延設部２６を形成して、ドレンの排出通路を受部２４と延設部２６とによって実質的に肉厚とすることで燃焼排気との断熱を図ることもできる。この場合も受部２４と延設部２６との重ね合わせ部をエポキシ樹脂等でコーティングすれば、ドレンの漏れ防止となる上、ガイド片２３の強度が増す利点もある。

そして、伝熱管に沿ってドレンを導く構造では、図１２に示すような形態も考えられる。これは、図１で示した伝熱管９の直線部１０，１０・・に直交状に貫通される複数のフィン２７の正面図であるが、ここではフィン２７における各直線部１０の下方に、図７，８に示したガイド片２３を形成している。また、各フィン２７における各ガイド片２３，２３の間で受部２４よりも上方位置には、受部２４と同じく円弧状のドレン受け２８，２８・・が、直線部１０方向で各フィン２７と連結されている。各フィン２７におけるドレン受け２８の上側最深部には、ドレン通過孔２９が穿設されている。このドレン受け２８の両端は、下方の受部２４でドレンを確実に受けられるように、受部２４に平面視で重なる（オーバーラップする）ように左右へやや張り出す寸法設定となっている。

よって、この形態においては、発生したドレンは、直線部１０方向で連続状に繋がる各ガイド片２３の受部２４，２４・・上を流れて受け樋１３上へ落下する一方、ドレン受け２８によっても受け止められ、ドレン通過孔２９を通ってドレン受け２８の端部から受け樋１３上へ落下する。特にここでは、下方から上昇してドレン受け２８に当接した燃焼排気が矢印で示すように左右に分かれて直線部１０，１０側へ導かれる格好となるため、伝熱効率の向上に繋がる。
なお、この形態の場合、ドレン受け２８を図１３に示すように湾曲を逆にして、ここに落下するドレンを左右のガイド片２３，２３の受部２４側へ振り分けて落下させるようにしても良い。

上記各形態において、折り返し部は断面Ｕ字状に限らず、ドレンの受けと案内とが可能であれば、倒コ字状やＶ字状等の他の形状であっても差し支えない。これは受部やドレン受けについても同様である。
また、伝熱管を傾斜させる場合、フィンは上記形態のように伝熱管に対して直交状に設けるものに限らず、鉛直方向のまま伝熱管に貫通される格好としても差し支えない。
その他、図１，５や図１２，１３で説明した副熱交換器では、一本の伝熱管を蛇行状に形成した直線部にフィンを直交状に設けた構造となっているが、入水部と出水部との間に複数本の伝熱管を平行に架設する副熱交換器であってもフィンに同様の排出通路の形成は可能である。

給湯器の概略構成図である。副熱交換器の斜視図である。副熱交換器の縦断面図である。フィンの変更例を示す副熱交換器の縦断面図である。フィンの変更例を示す副熱交換器の横断面図である。図５のフィンの断面図である。変更例の給湯器の概略構成図である。副熱交換器の縦断面図である。図８のフィンの説明図（左が正面、右が断面）である。フィンの変更例を示す副熱交換器の縦断面図である。図１０のフィンの説明図（左が正面、右が断面）である。フィンの変更例を示す副熱交換器の横断面図である。フィンの変更例を示す副熱交換器の横断面図である。

符号の説明

１，１ａ・・給湯器、２・・器具本体、３・・燃焼室、４・・給気ファン、６・・バーナ、７・・主熱交換器、８・・副熱交換器、９，２１・・伝熱管、１０・・直線部、１１、１７，１９，２２，２７・・フィン、１２，１８・・折り返し部、１３・・受け樋、２０・・凸部、２３・・ガイド片、２４・・受部、２８・・ドレン受け。

Claims

バーナと、そのバーナの燃焼排気から顕熱を回収してフィンを備えた伝熱管内の通水を加熱する主熱交換器と、その主熱交換器を通過した燃焼排気から潜熱を回収してフィンを備えた伝熱管内の通水を加熱する副熱交換器とを備え、前記副熱交換器のフィンに、発生したドレンを受けて所定方向へ誘導する排出通路を一体に形成した温水機器であって、
前記副熱交換器を、複数の平行な直線状の伝熱管の外周に、その軸方向へ所定間隔をおいて複数のフィンを備えると共に、前記伝熱管に軸方向の一方側が低くなる傾斜を付与したものとする一方、
前記排出通路を、前記各フィンの下方で且つ各前記伝熱管の下方位置で当該伝熱管と平行に折曲形成され、隣接するフィン間で連続状に繋がる受部と、その受部の上方に形成されて受部上面間を連通させるドレン通過孔と、前記受部の間で且つ前記受部より上方位置で前記フィンに設けられ、下方へ膨出する円弧状で両端が前記受部に平面視で重なると共に、隣接するフィン間で連続状に繋がるドレン受けと、前記フィンにおける前記ドレン受けの上側最深部に設けられる第２のドレン通過孔とにより形成したことを特徴とする温水機器。
バーナと、そのバーナの燃焼排気から顕熱を回収してフィンを備えた伝熱管内の通水を加熱する主熱交換器と、その主熱交換器を通過した燃焼排気から潜熱を回収してフィンを備えた伝熱管内の通水を加熱する副熱交換器とを備え、前記副熱交換器のフィンに、発生したドレンを受けて所定方向へ誘導する排出通路を一体に形成した温水機器であって、
前記副熱交換器を、複数の平行な直線状の伝熱管の外周に、その軸方向へ所定間隔をおいて複数のフィンを備えると共に、前記伝熱管に軸方向の一方側が低くなる傾斜を付与したものとする一方、
前記排出通路を、前記各フィンの下方で且つ各前記伝熱管の下方位置で当該伝熱管と平行に折曲形成され、隣接するフィン間で連続状に繋がる受部と、その受部の上方に形成されて受部上面間を連通させるドレン通過孔と、前記受部の間で且つ前記受部より上方位置で前記フィンに設けられ、上方へ膨出する円弧状で両端が前記受部に平面視で重なると共に、隣接するフィン間で連続状に繋がるドレン受けとにより形成したことを特徴とする温水機器。
前記受部の下面に断熱材をコーティングした請求項１又は２に記載の温水機器。