JP5152564B2

JP5152564B2 - 給湯装置

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Publication number: JP5152564B2
Application number: JP2007310331A
Authority: JP
Inventors: 英明吉富
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: JP2009133551A

Description

本発明は、湯水や熱媒体の液体を加熱可能な給湯装置に関するものであり、一次熱交換器に加えて二次熱交換器を備えたものに関する。

従来より、下記特許文献１，２に開示されているような、いわゆる潜熱回収型の給湯装置が提供されている。この種の給湯装置は、燃料を燃焼するための燃焼手段と、これにおいて発生した燃焼ガスに含まれている顕熱を主として回収するための一次熱交換器と、潜熱を主として回収するための二次熱交換器とを備えている。

上記した潜熱回収型の給湯装置では、二次熱交換器において潜熱が回収されるのに伴ってドレンが発生するため、二次熱交換器や、これが設置されている領域がドレンによって濡れた状態になったり、当該領域内の湿度が上昇する。
特開２００６−２０７９０２号公報特開２００６−２７５３６７号公報

上記特許文献１，２に開示されているような給湯装置では、二次熱交換器として受熱管の表面にフィンが取り付けられた熱交換器が採用されている。そのため、上記した従来技術の給湯装置では、フィン同士の間や受熱管の表面にドレンが付着しやすく、ひとたび付着すると容易に脱落しない。また、二次熱交換器にドレンが付着すると、これが凝集する等してさらに大きな塊となる。そのため、従来技術の給湯装置では、二次熱交換器に付着したドレンが大きな伝熱抵抗となったり、通気抵抗となってしまう。従って、従来技術の給湯装置では、ドレンの付着により、二次熱交換器における熱効率が低下したり、通気不良による燃焼不良を招来する可能性があった。

また、従来技術の給湯装置では、二次熱交換器に付着したドレンが脱落しにくいため、当該ドレンが長期にわたって燃焼ガスにさらされることとなる。一方、二次熱交換器等に付着したドレンは、強酸性であり、二次熱交換器やこれが設置されている部分を腐食させる可能性がある。そのため、二次熱交換器や、これを設置する部分については、例えば防錆特性の高い材質によって製作するといったような方策を施さねばならなかった。

さらに、従来技術の給湯装置では、二次熱交換器でドレンが発生し、二次熱交換器が常に濡れた状態になる傾向にあった。また、従来技術の給湯装置では、二次熱交換器において発生したドレンが凝集したり、凝集したドレンが高温の燃焼ガスに接触することにより再度蒸発する等して、二次熱交換器が配された部分の湿度が上昇する傾向にあった。そのため、ドレンにより濡れる等すると不都合な部分に二次熱交換器を配置できないという問題があった。

さらに具体的には、例えば、従来技術の給湯装置では、排気すべき燃焼ガスが通過する排気部にグラスウール等からなる消音材を配した構成とされているが、当該消音材はドレン等で濡れると十分な消音効果を発揮できないという特性を有する。また、恒常的にドレンが消音材に付着した状態となると、消音材が劣化しやすくなる可能性が高い。そのため、従来技術の給湯装置では、二次熱交換器を排気部に配することができなかった。

また、上記したように、二次熱交換器において発生したドレンが凝集した後、高温の燃焼ガスに接触することにより再度蒸発すると、排気される燃焼ガスの湿度が高くなる傾向にあった。このような状態になると、排気通路内や、排気出口のように、燃焼ガスが排気されるまでに接触する部分において燃焼ガス中に水蒸気の状態で含まれている酸性度の高い水分が再液化して付着することとなり、当該部位が腐食を起こす可能性があった。このような不具合を回避すべく、従来技術の給湯装置では、特許文献１のように二次熱交換器を配置するためのスペースを別途設ける等しなければならなかった。

また、特許文献１のように別途スペースを設ける代わりに、特許文献２の給湯装置のように燃焼ガス通路の折り返し部分に二次熱交換器を配する場合は、省スペース化を図ることはできるが、排気抵抗や伝熱抵抗が上昇し、燃焼状態が不安定になったり、伝熱不良が起こる可能性があった。

具体的には、特許文献２に開示されているような配置で二次熱交換器を配した場合は、二次熱交換器の受熱管が水平方向に向くように配することとなるため、受熱管に付着したドレンが落下しにくい。また、特許文献２の給湯装置で採用されている二次熱交換器のように、受熱管にフィンを取り付けた構成とすると、ドレンがさらに脱落しにくくなり、凝集等を起こして大きな伝熱抵抗になってしまう。また、特許文献２の構成では、二次熱交換器が燃焼ガスが集合する部分に配されているため、これが大きな通気抵抗となってしまう。そのため、特許文献２のような構成とした場合は、熱効率が低下したり燃焼状態が不安定になるといったような問題が起こってしまうという問題があった。

そこで、かかる問題を解消すべく、本発明は主として潜熱を回収するための二次熱交換器を備えた給湯装置であって、二次熱交換器において発生するドレンによる熱効率の低下や腐食が起こりにくく、コンパクトな構成の給湯装置の提供を目的とした。

上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、燃料を燃焼する燃焼手段と、当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが下方に向けて流れる燃焼ガス通路と、当該燃焼ガス通路に対して燃焼ガスの流れ方向下流側に存在し、燃焼ガス通路を通過してきた燃焼ガスを上方に向けて流して排気する排気部と、燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水を加熱可能な一次熱交換器と、当該一次熱交換器に対して、燃焼ガスの流れ方向下流側に配された二次熱交換器とを有し、当該二次熱交換器が、受熱管を有し、当該受熱管内を流れる湯水を熱交換加熱できるものであり、当該受熱管が、排気部内において上方側から下方側に向けて湯水を流すことが可能なように配されており、前記二次熱交換器に供給された湯水が、排気部内における燃焼ガスの流れ方向に対して逆方向に流れるものであり、受熱管が、排気部内を横断する横断部を複数有し、湯水の流れ方向上流側に位置する横断部と下流側に位置する横断部との間に折返部が設けられており、当該折返部において上流側の横断部から供給されてきた湯水の流れを折り返し、下流側の横断部に供給できるものであり、横断部が、下り勾配を付けて配されていることを特徴とする給湯装置である。

本発明の給湯装置では、排気部内において二次熱交換器の受熱管が上方側から下方側に向けて湯水を流すことができるように配されているため、受熱管に付着したドレンが下方に向けて落下しやすい。そのため、本発明の給湯装置では、受熱管にドレンが付着することによる伝熱効率の低下が起こりにくい。さらに、排気部内において、燃焼ガスは、受熱管における湯水の流れ方向に対して逆方向に流れる。そのため、本発明の給湯装置では、二次熱交換器における熱交換効率が高くなる。従って、本発明の給湯装置では、排気部を流れる燃焼ガスが持つ熱エネルギーを有効に利用できる。また、本発明の給湯装置は、二次熱交換器における伝熱効率が高く、二次熱交換器を必要以上に大型化する必要がないため、装置構成をコンパクト化することができる。

さらに、本発明の給湯装置で採用されている受熱管は、横断部が下り勾配を付けて配されている。そのため、熱交換に伴って受熱管の表面にドレンが付着しても、これが凝集することなく横断部の表面に沿ってスムーズに落下することとなる。従って、本発明の給湯装置では、燃焼作動に伴ってドレンが発生しても、二次熱交換器における熱交換効率を高効率に維持することができる。

請求項２に記載の発明は、燃料を燃焼する燃焼手段と、当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが下方に向けて流れる燃焼ガス通路と、当該燃焼ガス通路に対して燃焼ガスの流れ方向下流側に存在し、燃焼ガス通路を通過してきた燃焼ガスを上方に向けて流して排気する排気部と、燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水を加熱可能な一次熱交換器と、当該一次熱交換器に対して、燃焼ガスの流れ方向下流側に配された二次熱交換器とを有し、当該二次熱交換器が、受熱管を有し、当該受熱管内を流れる湯水を熱交換加熱できるものであり、当該受熱管が、排気部内において上方側から下方側に向けて湯水を流すことが可能なように配されており、前記二次熱交換器に供給された湯水が、排気部内における燃焼ガスの流れ方向に対して逆方向に流れるものであり、受熱管が、排気部内を横断する横断部を複数有し、湯水の流れ方向上流側に位置する横断部と下流側に位置する横断部との間に折返部が設けられており、当該折返部において上流側の横断部から供給されてきた湯水の流れを折り返し、下流側の横断部に供給できるものであり、複数設けられた横断部のうちの一部又は全部の下方に仕切板が設けられていることを特徴とする給湯装置である。

請求項３に記載の発明は、複数設けられた横断部のうちの一部又は全部の下方に仕切板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置である。

本発明の給湯装置では、上記請求項２に記載の給湯装置と同様に受熱管の横断部が下り勾配を付けて配されているため、ドレンがスムーズに落下する。さらに、本発明の給湯装置では、前記した横断部の下方に仕切板が設けられているため、横断部に付着したドレンが落下しても、これが下方に位置する横断部等に付着することなく回収される。従って、本発明によれば、上方に配された横断部から落下してきたドレンが下方に配された横断部に再付着するのを防止でき、より一層二次熱交換器における熱交換効率を向上させることができる。

請求項４に記載の発明は、仕切板が、排気部の内壁側に向けて下り勾配を付けた状態で配されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の給湯装置である。

かかる構成とした場合、仕切板上に落下してきたドレンが排気部の内壁側に案内され、回収されることとなる。そのため、上記した構成によれば、仕切板上に集まったドレンが落下して受熱管に再付着したり、これに伴って熱交換効率が低下するのを防止できる。さらに、上記した構成によれば、仕切板上に集められたドレンをスムーズに回収することができる。

請求項５に記載の発明は、仕切板と排気部の内壁との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の給湯装置である。

かかる構成によれば、仕切板上に集められたドレンが排気部の内壁に付着するのを防止できる。従って、本発明によれば、ドレンの付着に伴って排気部の内壁が腐食するといったような不具合の発生を最小限に抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、排気部の内部空間が、仕切板によって上下方向に連通した複数の領域に仕切られていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の給湯装置である。

かかる構成とした場合、排気部に流入した燃焼ガスと受熱管とが接触する機会を増大させたり、排気部における燃焼ガスの滞留時間を長くすることができ、より一層二次熱交換器における熱交換効率を高めることができる。

請求項７に記載の発明は、表面が平滑な管によって受熱管が構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の給湯装置である。

かかる構成によれば、受熱管の表面に付着したドレンをスムーズに落下させ、回収することができる。そのため、本発明の給湯装置では、受熱管の表面にドレンが付着することによる熱交換効率の低下を最小限に抑制することができる。

本発明によれば、二次熱交換器において発生するドレンによる熱効率の低下や腐食が起こりにくく、コンパクトな構成の給湯装置を提供することができる。

続いて、本発明の一実施形態にかかる給湯装置１について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、上下左右の位置関係は、特に断りのない限り、通常の設置状態を基準として説明する。

給湯装置１は、燃焼部２（燃焼手段）と、一次熱交換器２０と、二次熱交換器３０とを備えた、いわゆる潜熱回収型の給湯装置である。給湯装置１は、燃焼部２の下方に燃焼ケース３と、排気集合部５とを有する。また、燃焼部２の側方には、排気部６が設けられている。燃焼ケース３および排気部６は、それぞれ給湯装置１の底側に設けられた排気集合部５に連通している。これにより、給湯装置１には、燃焼ケース３から排気集合部５を経て排気部６に至る、断面形状が略「Ｕ」字型となるように連通した空間が形成されている。

図１に示すように、燃焼部２は、空気ケース８や燃料噴霧ノズル１０、送風機１１、燃焼筒１２等を備えている。燃焼部２は、いわゆる逆燃焼式の燃焼装置により構成されており、下方に向けて火炎を形成可能とされている。すなわち、燃焼部２は、送風機１１を作動させることによって空気ケース８内に燃焼用の空気を導入すると共に、図示しない燃料供給源から供給されてきた液体燃料を燃料噴霧ノズル１０から下方に向けて噴霧し、燃焼筒１２内において燃焼できる構成とされている。

燃焼ケース３は、燃焼部２に対して下方側に位置しており、燃焼部２における燃焼動作に伴って発生する高温の燃焼ガスが流れる部分（燃焼ガス通路）である。燃焼ケース３の周囲には、内部を流れる高温の燃焼ガスにより過度に高温となるのを防止すべく、水管１５が巻き付けられている。水管１５の一端側には接続口１６が設けられており、これに後に述べる配管３８が接続されている。また、水管１５の他端側は、後に詳述する一次熱交換器２０の一次入水口２５に接続されている。

燃焼ケース３の下端側の部分には、一次熱交換器２０が設けられている。一次熱交換器２０は、燃焼ケース３を流れてきた燃焼ガス中に含まれている顕熱を主として回収するためのものである。一次熱交換器２０は、いわゆるフィンアンドチューブ型の熱交換器によって構成されている。すなわち、一次熱交換器２０は、略「コ」字型に屈曲した一連の水管２１を有し、この水管２１が燃焼ケース３を横断するように挿通されている。水管２１には、多数のフィン２２が装着されている。一次熱交換器２０は、燃焼ケース３内を流れる高温の燃焼ガスとの熱交換により、水管２１内を流れる湯水を熱交換加熱することができる。

水管２１は、その一端側に一次出水口２３を有し、他端側に一次入水口２５を有する。一次出水口２３は、図示しない配管等を介してカラン等の湯水の供給先に接続されている。一方、一次入水口２５には、燃焼部２に巻き付けられた水管１５が接続されている。

排気集合部５は、燃焼ケース３の下方に配置され、燃焼ケース３に直接連通した部分である。排気集合部５は、給湯装置１の底側において給湯装置１の幅方向（図１において左右方向）に伸びる内部空間を有する。また、排気集合部５は、燃焼ケース３の側方に配された排気部６とも連通している。そのため、排気集合部５は、燃焼ケース３を下方に向けて流れる燃焼ガスを流入させるとともに、当該燃焼ガスを排気部６に向けて流出させる部分として機能する。すなわち、排気集合部５は、下方に向けて流れる燃焼ガスの流れ方向を上方に向けて折り返すための部分として機能する。

排気集合部５は、内部空間が仕切５ａ，５ｂによって４つの領域に仕切られ、ラビリンス構造となっている。具体的には、仕切５ａは、排気集合部５内を縦断するように取り付けられている。これにより、排気集合部５内の空間は、仕切５ａを境として燃焼部２の直下側の空間と、後に詳述する排気部６側の空間とに分かれている。また、仕切５ｂは、排気集合部５の高さ方向のほぼ中央部において、排気集合部５の底面に沿ってほぼ水平となるように取り付けられている。これにより、排気集合部５内の空間は、上側にあり燃焼部２や排気部６に近い空間と、排気集合部５の底面側の空間とに分かれている。

ここで、仕切５ｂは、給湯装置１の背面側に偏在した位置にほぼ矩形の開口５ｐ，５ｑを有する。開口５ｐは、燃焼部２の直下にあって、仕切５ｂよりも上方の空間（以下、第１空間７ａとも称す）と、仕切５ｂよりも下方の空間（以下、第２空間７ｂとも称す）とを連通している。また、開口５ｑは、排気部６の直下にあって、仕切５ｂよりも下方の空間（以下、第３空間７ｃとも称す）と、仕切５ｂよりも上方の空間（以下、第４空間７ｄとも称す）とを連通している。また、仕切５ａは、仕切５ｂよりも下方側であって、給湯装置１の正面側に偏在した位置に開口５ｒを有する。これにより、上記した第２空間７ｂと第３空間７ｃとが給湯装置１の正面側において連通している。そのため、排気集合部５内の空間は、仕切５ａ，５ｂによって形成された開口５ｐ〜５ｒを介して、第１〜４空間７ａ〜７ｄがこの順で連通した状態とされている。

また、上記した仕切５ａ，５ｂや排気集合部５の天面、底面には、吸音材５ｃが装着されている。吸音材５ｃは、空隙を内包した材質によって構成されている。具体的には、吸音材５ｃは、いわゆるグラスウールやロックウール、セラミックファイバーのような繊維をバインダーで結着することにより内部に空隙を有するものや、いわゆるシリコンスポンジのようにスポンジ状に多数の孔を有する多孔体等によって構成されている。本実施形態では、グラスウールをバインダーで結着したものが採用されている。これにより、燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが、仕切５ａ，５ｂや排気集合部５の天面、底面に衝突しても、これに伴う騒音の多くが吸音材５ｃに吸収されることとなる。

図１に示すように、排気部６は、外壁部材６ａによって四方を囲まれ、上下方向に連通した空間６ｂを有する。また、排気部６には、外壁部材６ａの外周を取り囲むように断熱材６ｃが取り付けられている。排気部６は、上端側に排気口６ｄを有し、これを介して空間６ｂが外部雰囲気と連通している。また、排気部６内の空間６ｂは、下端側に設けられた導入口６ｅを介して排気集合部５と連通している。導入口６ｅは、バーリング加工によりその開口縁が空間６ｂ側に向けて突出するように形成されている。これにより、排気部６側から排気集合部５側へのドレンの落下が防止されている。

図１〜図３に示すように、排気部６の空間６ｂ内には、二次熱交換器３０が配されている。二次熱交換器３０は、複数の受熱管３１と、入水側ヘッダ３２と出水側ヘッダ３３とを備えている。受熱管３１は熱伝導性に優れ、表面が平滑な配管によって形成されており、排気部６内において上下方向に伸びるように複数並べて配されている。各受熱管３１は、熱交換に伴って発生するドレンＤが表面に付着しても、これが隣接する受熱管３１，３１間にわたって繋がった状態になるのを十分防止可能な程度に十分間隔をあけて配されている。

各受熱管３１は、その一端側が排気部６の上端側に設けられた入水側ヘッダ３２に接続されており、他端側が排気部６の下端側に設けられた出水側ヘッダ３３に接続されている。そのため、二次熱交換器３０に供給された湯水は、先ず入水側ヘッダ３２に流入した後、これに接続された各受熱管３１に分かれて流れ、その後出水側ヘッダ３３に集まって外部に流出することとなる。

図２に示すように、受熱管３１は、中途においてほぼ「く」の字型に複数回折り返された形状とされている。これにより、受熱管３１は、中途に排気部６内を横断する横断部３１ａが複数形成されており、この横断部３１ａ，３１ａ同士の間に折返部３１ｂを有する。横断部３１ａは、下り勾配を付けて配されている。また、横断部３１ａは、上下方向に隣接する位置に配された横断部３１ａとその下り勾配の方向が異なる。具体的には、図２に示すように、横断部３１ａのうち受熱管３１の最も上方側（上流側）に位置するものは、給湯装置１の正面側（図２において左側）に向かうにつれて下方に傾斜するように下り勾配を付けて配されている。一方、この横断部３１ａの下方（下流側）に隣接する位置にある横断部３１ａは、折返部３１ｂを介して横断部３１ａに繋がっており、給湯装置１の背面側（図２において右側）に向かうにつれて下方に傾斜するように下り勾配を付けて配されている。このように、受熱管３１には、横断部３１ａと折返部３１ｂとが次々と連続して設けられており、一連の流路が形成されている。そのため、受熱管３１に湯水が供給されると、この湯水は、給湯装置１の正面側と背面側との間を往復動するように流れながら、徐々に下方側にある出水側ヘッダ３３に向かうこととなる。

各受熱管３１の一端側は、それぞれ入水側ヘッダ３２に接続されている。入水側ヘッダ３２には、二次入水口３５が設けられている。また、二次入水口３５には、図示しない配管を介して図示しない給水源に接続されている。一方、各受熱管３１の他端側は、それぞれ出水側ヘッダ３３に接続されている。出水側ヘッダ３３には、二次出水口３７が設けられている。二次出水口３７は、配管３８を介して上記した一次熱交換器２０の接続口１６に接続されている。

また、図２や図４に示すように、排気部６内には、仕切板４０が複数設けられており、これにより空間６ｂがいわゆるラビリンス構造となっている。仕切板４０は、排気部６において給湯装置１の正面側あるいは背面側に位置する内周壁に対して片持ち状に取り付けられている。仕切板４０は、その固定端側、すなわち排気部６の内周壁側に向けて下り勾配が付く姿勢とされている。

図２や図４に示すように、仕切板４０は、上記した受熱管３１を構成する各横断部３１ａ毎に設けられている。仕切板４０は、各横断部３１ａの下方に配されており、各横断部３１ａの表面に付着し、下方に向けて落下するドレンＤを受けることができる。また、仕切板４０の固定端側の端部と排気部６の内壁との間には隙間４１が設けられている。そのため、図４に矢印で示すように、各横断部３１ａに付着しているドレンＤがこの下方に配された仕切板４０に落下すると、このドレンＤは排気部６の内壁側に向けて流れ、隙間４１を介して下方に落下することとなる。

一方、仕切板４０の自由端側は、各横断部３１ａの終端部分、具体的には各横断部３１ａに対して湯水の流れ方向下流側の端部に位置する折返部３１ｂとの境界部分（各横断部３１ａのうち出水側ヘッダ３３に接続されたものについては出水側ヘッダ３３との接続部分）よりもやや湯水の流れ方向上流側の位置に相当する部分に至っている。さらに詳細には、仕切板４０の自由端は、各横断部３１ａにおいて湯水の流れ方向上流側の端部が存在する位置を起点として、各横断部３１ａの全長の２／３程度の長さ分だけ湯水の流れ方向下流側にずれた位置に至っている。そのため、前記した各横断部３１ａの終端部分（湯水の流れ方向下流側の端部）を起点として、各横断部３１ａの全長の１／３程度の長さ分だけ湯水の流れ方向上流側の位置に至る部分については、下方に仕切板４０が存在せず、仕切板４０の自由端側の部分と、外壁部材６ａの内面（排気部の内壁）との間に大きな隙間が形成されている。この隙間により、仕切板４０よりも下方側の空間と上方側の空間とが連通している。

ここで、上記したように、受熱管３１は、中途においてほぼ「く」の字型に複数回折り返された形状とされており、横断部３１ａが給湯装置１の正面側と背面側との間を行き来するように屈曲している。そのため、排気部６内には、給湯装置１の正面側に位置する内周壁近傍に固定端を有する仕切板４０と、背面側の内周壁近傍に固定端を有する仕切板４０とが上下方向に交互に存在している。従って、排気部６の空間６ｂ内において燃焼ガスが通過する流路は、図２に示すように仕切板４０によって仕切られてジグザグ状とされている。

上記したように、仕切板４０は、排気部６の内壁側、すなわち固定端側に近づくに連れて下方に向けて傾斜するように取り付けられている。また、図４に示すように、仕切板４０は、自由端側において上方にある横断部３１ａとの間隔ｃと、下方にある横断部３１ａとの間隔ｃが共に略同一とされている。このように仕切板４０を配することにより、図４に矢印Ｘで示すように横断部３１ａの下面側と仕切板４０の上面側との間を通過する燃焼ガスの流路抵抗と、矢印Ｙで示すように横断部３１ａの上面側を通過する燃焼ガスの流路抵抗とが略均一化されている。そのため、排気部６において仕切板４０の下方側から流れてきた燃焼ガスは、各横断部３１ａの下面側および上面側の領域をそれぞれ略均一に流れることとなる。よって、仕切板４０をこのように配することにより、各横断部３１ａにおける熱伝達率が各横断部３１ａの下面側と上面側とで略等しくなり、各横断部３１ａにおいて効率的に熱交換を行うことができる。

図２に示すように、排気部６の下端側であって、給湯装置１の背面側の位置には、ドレン排出口２７が設けられている。ドレン排出口２７は、仕切板４０と排気部６の内壁をなす外壁部材６ａの内面との間に形成された隙間４１を介して下方に落下してきたドレンＤを排出するためのものであり、図示しないドレン排出用の配管等に接続される。

続いて、給湯装置１の動作について、詳細に説明する。給湯装置１は、図示しない流量センサ等により外部の給水源から二次熱交換器３０に向けて湯水が供給されてきたことが検知されると、燃焼部２が燃焼作動を開始する。燃焼部２における燃焼作動に伴って燃焼筒１２内で発生した燃焼ガスは、燃焼ケース３内を下方に向けて流れる。その後、燃焼ガスは、給湯装置１の底側に設けられた排気集合部５内の第１空間７ａに流入した後、第２〜４空間７ｂ〜７ｄの順で流れる。具体的には、排気集合部５の第１空間７ａに流入した燃焼ガスは、仕切５ｂにおいて給湯装置１の背面側に設けられた開口５ｐを介して集合排気部５の底側にある第２空間７ｂに流入する。

その後、燃焼ガスは、第２空間７ｂ内を給湯装置１の正面側に向けて流れ、仕切５ａにおいて給湯装置１の正面側に設けられた開口５ｒを介して集合排気部５の第３空間７ｃに流入する。第３空間７ｃに流入した燃焼ガスは、給湯装置１の背面側に向けて流れ、仕切５ｂに設けられた開口５ｑと第４空間７ｄとを介して排気部６側に抜ける。このようにして集合排気部５内を上下方向および左右方向に方向を変えながら流れ、排気部６内に流入した燃焼ガスは、仕切板４０によって区画された空間６ｂ内の空間をジグザグ状に流れながら上昇していく。

一方、外部から供給されてきた湯水は、二次熱交換器３０の入水側ヘッダ３２を介して、これに接続されている複数（図示状態では４本）の受熱管３１のそれぞれに流入する。各受熱管３１に流入した湯水は、横断部３１ａおよび折返部３１ｂとの繰り返しによって給湯装置１の正面側と背面側との間を行き来するように形成されたジグザグ状の流路内を下方側に向けて流れる。受熱管３１における湯水の流れは、各仕切板４０によって偏向されながら空間６ｂ内を流れてくる燃焼ガスの流れと対向流の関係にある。そのため、各受熱管３１を流れる湯水は、燃焼ガスと効率よく熱交換しながら排気部６の下方側に設けられた出水側ヘッダ３３に向けて流れる。

ここで、上記したようにして二次熱交換器３０において熱交換が行われると、排気部６内を流れる燃焼ガス中に含まれている潜熱が各受熱管３１内を流れる湯水に回収される。これに伴い、燃焼ガス中に含まれている水分が凝集され、二次熱交換器３０の受熱管３１の表面にドレンＤが付着する。受熱管３１の表面に付着したドレンＤは、受熱管３１の各部から直下に配された仕切板４０に落下する。

さらに詳細に説明すると、図２や図４に示すように、受熱管３１を構成する各横断部３１ａの直下には、仕切板４０が配されている。そのため、図４に矢印で示すように、各横断部３１ａに付着したドレンＤの大半は、下方にある仕切板４０に向けて落下する。各横断部３１ａに付着したドレンＤの一部については、図４に矢印で示すように各横断部３１ａの傾斜に沿って折返部３１ｂ側に向けて流れ、次第に落下する。

ここで、図２や図４に示すように、仕切板４０は、その固定端側の部分と排気部６の内壁をなす外壁部材６ａの内面との間に僅かな隙間４１をあけて配されている。しかし、この隙間４１はドレンＤを下方に向けて落下させるのに十分な程度の大きさであり、受熱管３１の折返部３１ｂと外壁部材６ａの内面との間隔に比べて小さい。そのため、折返部３１ｂの下方には、仕切板４０が存在している。従って、上記してきたようにして各横断部３１ａに沿って流れてきたドレンＤや、折返部３１ｂに付着したドレンＤについても仕切板４０上に落下する。このようにして、各横断部３１ａや各折返部３１ｂから各仕切板４０上に落下したドレンＤについては、仕切板４０の傾きに沿って排気部６の内壁側に向けて流れる。そして、仕切板４０の固定端側と排気部６の内壁（外壁部材６ａの内面）との間に形成された隙間４１を介して下方に落下する。その後、ドレンＤは、排気部６の背面側に設けられたドレン排出口２７から外部に排出される。

上記したようにして二次熱交換器３０において加熱された湯水は、出水側ヘッダ３３に設けられた二次出水口３７から流出する。二次出水口３７から流出した湯水は、これに接続された配管３８を介して一次熱交換器２０に一次入水口２５から流入する。一次熱交換器２０に流入した湯水は、燃焼ケース３内を下方に向けて流れる高温の燃焼ガスとの熱交換により加熱された後、一次出水口２３から流出する。一次出水口２３から流出した高温の湯水は、これに配管（図示せず）等を介して接続されたカランや浴槽等の湯水の供給先に供給される。

本実施形態の給湯装置１では、排気部６内に配された二次熱交換器３０の受熱管３１において排気部６を横断する方向に往復動しながら上方側から下方側に向けて湯水が流れる。一方、排気部６内に流入した燃焼ガスは、前記した受熱管３１における湯水の流れ方向に対して逆方向に流れる。そのため、本実施形態の給湯装置１では、二次熱交換器３０における熱交換効率が高い。従って、給湯装置１では、二次熱交換器３０を必要以上に大型化しなくても、排気部６を流れる燃焼ガスが持つ熱エネルギーを効率よく回収することができる。また、上記した構成によれば、二次熱交換器３０の大きさを最小限に抑制することができる。そのため、給湯装置１は、装置構成がコンパクトである。

上記実施形態で採用した受熱管３１は、横断部３１ａに下り勾配が付けられている。さらに、受熱管３１は、表面が平滑な管を屈曲させて形成したものである。そのため、熱交換に伴って受熱管３１の表面にドレンＤが付着しても、これが横断部３１ａの表面を伝って流れて落下することとなるため、ドレンＤが受熱管３１の表面に長期にわたって付着することなく、スムーズに回収することができる。そのため、給湯装置１では、燃焼作動に伴って発生したドレンＤが伝熱抵抗となって二次熱交換器３０における熱交換効率が低下するのを防止することができる。なお、上記実施形態では、受熱管３１として、表面に凹凸がない、いわゆる裸管を採用したものを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばいわゆるフレキシブル管やコルゲート管のように表面に凹凸を有するものであってもよい。また、受熱管３１として表面に凹凸を有するものを採用する場合であっても、ドレンＤをスムーズに落下させ回収するためには、凹凸の大きさはなるべく小さいものであることが望ましい。

上記したように、本実施形態では、受熱管３１において上下に並ぶ各横断部３１ａ，３１ａ同士の間に仕切板４０が配されており、仕切板４０において上方にある横断部３１ａや折返部３１ｂから落下してきたドレンＤを受けて回収できる構成とされている。そのため、横断部３１ａに付着したドレンＤが落下しても、これが下方に位置する横断部３１ａ等に付着することなく回収される。従って、上記した給湯装置１では、上方に配された横断部３１ａから落下してきたドレンＤが下方に配された横断部３１ａに再付着することにより熱交換効率が低下するのを防止できる。

さらに、上記実施形態では、仕切板４０が、排気部６の内壁側に向けて下り勾配を付けた状態で配されている。そのため、仕切板４０上に落下してきたドレンＤは、排気部６の内壁側に案内されることとなり、ドレンＤをスムーズに回収できる。また、上記した構成によれば、仕切板４０上に集まったドレンＤが落下して受熱管３１に再付着したり、これに伴って熱交換効率が低下するのを防止できる。

上記したように、仕切板４０は、排気部６の内壁との間にドレンＤを落下させるのに十分な隙間４１をあけて取り付けられている。そのため、受熱管３１の各部から仕切板４０に集まったドレンＤは、排気部６の内壁に付着することなく下方に落下することとなる。従って、給湯装置１では、ドレンＤの付着に伴って排気部６の内壁が腐食するといったような不具合が起こらない。

上記したように、給湯装置１では、排気部６の内部空間が仕切板４０によって上下方向に連通した複数の領域に仕切られており、燃焼ガスが排気部を横断する方向に流れながら徐々に上昇していく。そのため、給湯装置１では、排気部６を燃焼ガスが通過している時間が長く、燃焼ガスと受熱管３１との接触機会が多い。従って、給湯装置１は、二次熱交換器３０における熱交換効率が高い。

給湯装置１は、受熱管３１の表面でドレンＤが凝集することなく仕切板４０に向けて落下し、その後スムーズに回収されるため、ドレンＤが燃焼ガスにさらされる期間がごく短期間である。そのため、給湯装置１は、燃焼作動に伴って排気される燃焼ガスの湿度が高くならない。従って、本実施形態の給湯装置１では、二次熱交換器３０やこれが設置されている排気部６が再凝縮したドレンＤの影響で腐食するといった不具合が起こりにくい。

上記したように給湯装置１では、受熱管３１の表面にドレンＤが付着してもこれが直ちに落下する。そのため、給湯装置１は、ドレンＤの付着に伴って排気抵抗が上昇したり、ドレンＤの付着量が経時的に変化し、排気抵抗が不安定になるといったような不具合や、これに伴って燃焼状態が不安定になるといったような不具合が起こりにくい。また、給湯装置１では、受熱管３１からドレンＤがスムーズに落下するため、隣接する受熱管３１同士の間隔ｄ２を小さくすることも可能である。そのため、上記したような構成によれば、受熱管３１を高密度に配置し、二次熱交換器３０をコンパクト化することも可能である。

給湯装置１では、二次熱交換器３０を構成する各受熱管３１として、中途に複数設けられた折返部３１ｂにおいてほぼ「く」字型に折り曲げられたものを採用している。そのため、二次熱交換器３０は、受熱管３１が燃焼ガスにさらされ高温になっても、受熱管３１の膨張に伴って発生するひずみが最小限となるように緩和することができる。

上記実施形態で示した給湯装置１は、いわゆる逆燃焼方式の燃焼部２を備えたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃焼部２は、上方に向けて火炎を形成するタイプのものであってもよい。また、上記した燃焼部２は、液体燃料を噴霧して燃焼するものであったが、これに代わって例えば従来公知の気化式の燃焼装置のように、液体燃料を気化したものを燃焼するタイプのもの等、いかなる燃焼形態を採用したものであってもよい。

本発明の一実施形態にかかる給湯装置の一部を破断した状態を示す正面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。排気部の要部を拡大した断面図である。

１給湯装置
２燃焼部（燃焼手段）
３燃焼ケース（燃焼ガス通路）
６排気部
２０一次熱交換器
３０二次熱交換器
３１受熱管
３１ａ横断部
３１ｂ折返部
４０仕切板

Claims

燃料を燃焼する燃焼手段と、
当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが下方に向けて流れる燃焼ガス通路と、
当該燃焼ガス通路に対して燃焼ガスの流れ方向下流側に存在し、燃焼ガス通路を通過してきた燃焼ガスを上方に向けて流して排気する排気部と、
燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水を加熱可能な一次熱交換器と、
当該一次熱交換器に対して、燃焼ガスの流れ方向下流側に配された二次熱交換器とを有し、
当該二次熱交換器が、受熱管を有し、当該受熱管内を流れる湯水を熱交換加熱できるものであり、
当該受熱管が、排気部内において上方側から下方側に向けて湯水を流すことが可能なように配されており、
前記二次熱交換器に供給された湯水が、排気部内における燃焼ガスの流れ方向に対して逆方向に流れるものであり、
受熱管が、排気部内を横断する横断部を複数有し、湯水の流れ方向上流側に位置する横断部と下流側に位置する横断部との間に折返部が設けられており、当該折返部において上流側の横断部から供給されてきた湯水の流れを折り返し、下流側の横断部に供給できるものであり、
横断部が、下り勾配を付けて配されていることを特徴とする給湯装置。
燃料を燃焼する燃焼手段と、
当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが下方に向けて流れる燃焼ガス通路と、
当該燃焼ガス通路に対して燃焼ガスの流れ方向下流側に存在し、燃焼ガス通路を通過してきた燃焼ガスを上方に向けて流して排気する排気部と、
燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水を加熱可能な一次熱交換器と、
当該一次熱交換器に対して、燃焼ガスの流れ方向下流側に配された二次熱交換器とを有し、
当該二次熱交換器が、受熱管を有し、当該受熱管内を流れる湯水を熱交換加熱できるものであり、
当該受熱管が、排気部内において上方側から下方側に向けて湯水を流すことが可能なように配されており、
前記二次熱交換器に供給された湯水が、排気部内における燃焼ガスの流れ方向に対して逆方向に流れるものであり、
受熱管が、排気部内を横断する横断部を複数有し、湯水の流れ方向上流側に位置する横断部と下流側に位置する横断部との間に折返部が設けられており、当該折返部において上流側の横断部から供給されてきた湯水の流れを折り返し、下流側の横断部に供給できるものであり、
複数設けられた横断部のうちの一部又は全部の下方に仕切板が設けられていることを特徴とする給湯装置。
複数設けられた横断部のうちの一部又は全部の下方に仕切板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
仕切板が、排気部の内壁側に向けて下り勾配を付けた状態で配されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の給湯装置。
仕切板と排気部の内壁との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の給湯装置。
排気部の内部空間が、仕切板によって上下方向に連通した複数の領域に仕切られていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の給湯装置。
表面が平滑な管によって受熱管が構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の給湯装置。