JP5846261B1 - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドレンが熱交換器内に滞留しにくく、かつドレンの外部への円滑な排出が可能な給湯装置を提供する。【解決手段】ファン６は、二次熱交換器４を経由した後の燃焼ガスを吸引して給湯装置１の外部へ排出するためのものである。ドレン排出管１０ｂは、二次熱交換器４で潜熱が回収されることにより発生したドレンを二次熱交換器４の外部へ排出するために、二次熱交換器４に接続されている。空気通路管１０ｃは、排気ボックス５に接続されている。三方配管継手１０ｄは、ドレン排出管１０ｂおよび空気通路管１０ｃを合流させる流路を有し、かつ合流後の流路が給湯装置１の外部と通じている。三方配管継手１０ｄにおけるドレン排出管１０ａ側の流路１０ｄａ１と空気通路管１０ｂ側の流路１０ｄｂ１とが合流する高さ位置Ｃが、空気吸込み口５ａａの高さ位置Ｂよりも低く、かつ、高さ位置Ｃおよと高さ位置Ｂとの高低差による水頭圧が、空気吸込み口５ａａに生じる最大負圧の絶対値よりも大きくなる位置に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、給湯装置に関し、特に、燃焼ガスの潜熱を回収することで湯水を加熱可能な潜熱回収型の給湯装置に関するものである。

設置済の貯湯式給湯装置を瞬間式給湯装置に取り替える場合、建物の外観維持という観点から設置済みの排気筒を取り外すことができない現場がある。

上記のような現場では、既設の排気筒を残し、その排気筒の内部に排気管を挿入することで給湯装置の取り替えに対応することが可能である。ただし排気管の外径が大きいと排気筒内に排気管を設置できないため、排気管を小径化する必要がある。排気管を小径化した場合でも安定した燃焼状態を維持するためには、給湯装置において排気吸引燃焼方式を採用する必要がある。

この排気吸引燃焼方式の給湯装置は、たとえば特開昭６０−１８６６１７号公報に開示されている。この公報に記載の給湯装置においては、バーナで生じた燃焼ガスの流れの下流側に、顕熱を回収するための熱交換器と、潜熱を回収するための熱交換器と、ファンとがこの順で配置されている。つまりこの方式の給湯装置においては、潜熱を回収するための熱交換器よりもファンが燃焼ガスの流れの下流側に配置されている。

特開昭６０−１８６６１７号公報

上記の排気吸引燃焼方式の給湯装置においては、潜熱を回収するための熱交換器よりもファンが下流側に配置されているため、ドレンを排出するための排出管を通じて給湯装置の外部から空気（外気）が内部に取り込まれる。この排出管内における空気の流れる方向は排出管内をドレンが排出される方向と逆方向である。このため、ドレンは排出管を通じて給湯装置の外部へ排出されにくくなり、潜熱を回収するための熱交換器内に滞留しやすくなるという問題がある。

仮に上記排出管などのドレン排出経路に、ドレンが溜まることで外気の取り込みを遮断できる水封構造が採用されていたとしても、ドレンが溜まって水封がされるまでの期間内に排出管を通じて給湯装置の外部から空気が内部に取り込まれる。また仮に水封がされるまでの期間内に熱交換器内に流入する空気の流量を減少させるべく、排出経路にバイパスを設けたとしても、熱交換器からバイパス中にドレンが流入することがある。バイパス中に流入したドレンは、熱交換器内に再流入したり、バイパスを通って好ましくない位置に流入したりするという問題が生じる。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ドレンが熱交換器内に滞留しにくく、かつドレンの外部への円滑な排出が可能な給湯装置を提供することである。

本発明の給湯装置は、燃焼ガスの潜熱を回収することで湯水を加熱可能な潜熱回収型の給湯装置であって、バーナと、熱交換器と、ファンと、ドレン排出管と、空気通路管と、配管接続部とを備えている。バーナは、燃焼ガスを発生させるためのものである。熱交換器は、バーナで発生した燃焼ガスとの熱交換によって内部を流れる湯水を加熱するためのものである。ファンは、熱交換器を経由した後の燃焼ガスを吸引して給湯装置の外部へ排出するためのものである。ドレン排出管は、熱交換器で潜熱が回収されることにより発生したドレンを熱交換器の外部へ排出するために、熱交換器に設けられたドレン排出口に接続されている。空気通路管は、熱交換器からファンに達するまでの燃焼ガスの流れの経路に設けられた空気吸込み口に接続されている。配管接続部は、ドレン排出管および空気通路管を合流させる流路を有し、かつ合流後の流路を給湯装置の外部と通じる排出経路に接続させる。配管接続部におけるドレン排出管側の流路と空気通路管側の流路とが合流する高さ位置が、空気吸込み口の高さ位置よりも低い位置となり、かつ、合流する高さ位置と空気吸込み口の高さ位置との高低差による水頭圧が、空気吸込み口に生じる最大負圧の絶対値よりも大きくなるように、配管接続部が配置される。

本発明の給湯装置によれば、排気吸引燃焼方式の給湯装置であるため、給湯装置の外部から配管接続部を通じて給湯装置の内部に空気が取り込まれる。配管接続部はドレン排出管および空気通路管を合流させ、かつ合流後の流路を給湯装置の外部と通じる排出経路に接続させる。このため、給湯装置の外部から配管接続部を通じて給湯装置の内部に入る空気は、配管接続部からドレン排出管および空気通路管の双方に分流する。これにより、空気がドレン排出管だけ通る場合と比較してドレン排出管を通る空気の流量を減らすことができる。よって、ドレンをドレン排出管から排出することが容易となり、ドレンが熱交換器内に滞留しにくくなる。

一方、ドレン排出管から排出されたドレンが、排出経路側から給湯装置の外部に排出されずに、空気通路管内に滞留する場合がある。これは、空気吸込み口がドレン排出口よりもファンに近い位置に位置するため、空気吸込み口に接続される空気通路管内には、ドレン排出管内よりも絶対値の大きい負圧が生じており、故にドレン排出管側の流路から排出されたドレンが空気通路管側の流路に引き込まれる場合があるためである。

上記の場合、ドレン排出管からドレンが排出され続けることにより、ドレン排出管側の流路と空気通路管側の流路とが合流する高さ位置（合流高さ位置）と空気吸込み口の高さ位置との間の流路に引き込まれて滞留するドレンの量が増加していく。このドレンの水位（上端の位置）が空気吸込み口の高さ位置に到達してしまうと、ドレンが空気吸込み口から燃焼ガスの流れの経路に流入するおそれがある。

これに対し本発明の給湯装置においては、合流高さ位置が空気吸込み口の高さ位置よりも低い位置となり、かつ、合流高さ位置と空気吸込み口の高さ位置との高低差による水頭圧が、空気吸込み口に生じる最大負圧の絶対値よりも大きくなるように、配管接続配置が配置される。これにより、滞留するドレンの水頭圧は、ドレンの水位が空気吸込み口の高さ位置に到達する前に、空気吸込み口に生じる最大負圧の絶対値よりも大きくなる。ドレンの水頭圧が空気吸込み口に生じる最大負圧の絶対値よりも大きい場合、引き込まれたドレンは、空気通路管の下方に位置する排出経路側に容易に流れることができる。このため、ドレンを外部に円滑に排出することができる。

上記給湯装置において、合流高さ位置が、ドレン排出口の高さ位置よりも低い位置となり、かつ、合流高さ位置とドレン排出口の高さ位置との高低差による水頭圧が、空気吸込み口に生じる最大負圧の絶対値よりも大きくなるように、配管接続部が配置されることが好ましい。

ドレン排出口には負圧が生じているため、熱交換器からドレン排出管に流れ出たドレンが、排出経路側に排出されずにドレン排出管内に滞留する場合がある。上記の場合、熱交換器からドレンが排出され続けることにより、合流高さ位置とドレン排出口の高さ位置との間の流路に滞留するドレンの量が増加していく。このドレンの水位（上端の位置）がドレン排出口の高さ位置に到達してしまうと、ドレンがドレン排出口から熱交換器内に流入するおそれがある。

これに対し、合流高さ位置がドレン排出口の高さ位置よりも低く、かつ、合流高さ位置およびドレン排出口の高さ位置の高低差による水頭圧が、空気吸込み口に生じる最大負圧の絶対値よりも大きくなる位置に配管接続部が配置されることにより、滞留するドレンの水頭圧は、ドレンの水位がドレン排出口の高さ位置に到達する前に、ドレン排出口に生じる最大負圧の絶対値よりも大きくなる。これは、空気吸込み口がドレン排出口よりもファンに近い位置に位置するため、空気吸込み口に生じる最大負圧の絶対値はドレン排出口に生じる最大負圧の絶対値よりも大きいためである。

ドレンの水頭圧がドレン排出口に生じる最大負圧の絶対値よりも大きい場合、ドレン排出管内に滞留するドレンは、ドレン排出管の下方に位置する排出経路側に容易に流れることができる。このため、ドレンを外部に円滑に排出することができる。

上記給湯装置は、熱交換器とファンとの間の燃焼ガスの流れの経路の少なくとも一部を構成する排気ボックスをさらに備え、空気吸込み口は排気ボックスに設けられていることが好ましい。

このように空気通路管を排気ボックスに接続した場合にも、給湯装置の外部から配管接続部を通じて給湯装置の内部に入る空気を配管接続部からドレン排出管および空気通路管の双方に分流させることができる。これにより上記と同様に、ドレンが熱交換器内に滞留しにくくなる。

上記給湯装置において、配管接続部は、ドレン排出管および空気通路管を合流させる配管継手であることが好ましい。

これにより、ドレン排出管と空気通路管と排出経路とを相互に簡便に接続させることができる。

上記給湯装置において、ファンは、羽根と、駆動源と、前記羽根および前記駆動源を接続する回転軸とを含み、空気通路管は、熱交換器からファンに達するまでの燃焼ガスの流れの経路において、羽根の回転軸の軸線方向に対向する領域内に開口していることが好ましい。

これにより、給湯装置内の負圧の大きい領域内に空気通路管を開口させることができる。このため、ドレン排出管および空気通路管のうち空気通路管を通る空気の流量を多くでき、その分だけドレン排出管を通る空気の流量を減らすことができる。よってドレンをドレン排出管から排出することがさらに容易となる。

以上説明したように本発明によれば、ドレンが熱交換器内に滞留しにくく、かつドレンの外部への円滑な排出が可能な給湯装置を実現することができる。

本発明の一実施の形態における給湯装置の構成を概略的に示す正面図である。 図１に示す給湯装置の構成を概略的に示す部分断面側面図である。 図１に示す給湯装置の二次熱交換器の構成および二次熱交換器内におけるドレンの排出経路を説明するための概略斜視図である。 図１に示す給湯装置のファンの構成を説明するためのファンおよび二次熱交換器を拡大して示す部分断面図である。 本発明の一実施の形態における給湯装置においてドレンが排出されやすいことを説明するための模式図である。 比較例の給湯装置においてドレンが排出されにくいことを説明するための模式図である。 空気通路管が排気ボックスとファンとを繋ぐ接続部分に接続された構成を概略的に示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
まず本発明の一実施の形態における給湯装置の構成について図１〜図４を用いて説明する。

主に図１および図２を参照して、本実施の形態の給湯装置１は、排気吸引燃焼方式の潜熱回収型の給湯装置である。この給湯装置１は、バーナ２と、一次熱交換器３と、二次熱交換器４と、排気ボックス５と、ファン６と、排気管７と、排水トラップ８と、筺体９と、配管１０〜１６とを主に有している。

バーナ２は、燃料ガスを燃焼させることにより燃焼ガスを生じさせるためのものである。バーナ２にはガス供給配管１１が接続されている。このガス供給配管１１はバーナ２に燃料ガスを供給するためのものである。このガス供給配管１１には、たとえば電磁弁よりなるガス弁（図示せず）が取り付けられている。

バーナ２の上方には点火プラグ２ａが配置されている。この点火プラグ２ａは、バーナ２に設けられたターゲット（図示せず）との間で点火スパークを生じさせることにより、バーナ２から噴き出された燃料空気混合気に火炎を生じさせるためのものである。バーナ２は、ガス供給配管１１から供給された燃料ガスを燃焼することによって熱量を発生する（これを、燃焼動作という）。

主に図２を参照して、一次熱交換器３は顕熱回収型の熱交換器である。この一次熱交換器３は、複数の板状のフィン３ｂと、その複数の板状のフィン３ｂを貫通する伝熱管３ａと、フィン３ｂおよび伝熱管３ａを内部に収容するケース３ｃとを主に有している。一次熱交換器３は、バーナ２で発生する燃焼ガスとの間で熱交換を行なうものであり、具体的にはバーナ２の燃焼動作により発生した熱量によって一次熱交換器３の伝熱管３ａ内を流れる湯水を加熱するためのものである。

主に図２および図３を参照して、二次熱交換器４は潜熱回収型の熱交換器である。この二次熱交換器４は、一次熱交換器３よりも燃焼ガスの流れの下流側に位置し、一次熱交換器３と互いに直列に接続されている。このように本実施の形態の給湯装置１は潜熱回収型の二次熱交換器４を有しているため潜熱回収型の給湯装置となっている。

二次熱交換器４は、ドレン排出口４ａと、伝熱管４ｂと、側壁４ｃと、底壁４ｄと、上壁４ｇとを主に有している。伝熱管４ｂは、螺旋状に巻き回されることによって積層されている。側壁４ｃ、底壁４ｄおよび上壁４ｇは、伝熱管４ｂの周囲を取り囲むように配置されている。

二次熱交換器４においては、一次熱交換器３で熱交換された後の燃焼ガスとの熱交換によって伝熱管４ｂ内を流れる湯水が予熱（加熱）される。この過程で燃焼ガスの温度が６０℃程度まで下がることで、燃焼ガス中に含まれる水分が凝縮して潜熱を得ることができる。また二次熱交換器４で潜熱が回収されて燃焼ガス中に含まれる水分が凝縮することによりドレンが発生する。

底壁４ｄは一次熱交換器３と二次熱交換器４との間を区画するためのものであり、一次熱交換器３の上壁でもある。この底壁４ｄには開口部４ｅが設けられており、この開口部４ｅにより一次熱交換器３の伝熱管３ａが配置された空間と二次熱交換器４の伝熱管４ｂが配置された空間とが連通している。図２の白矢印で示すように、開口部４ｅを通じて燃焼ガスは一次熱交換器３から二次熱交換器４へ流れることが可能である。この実施の形態では簡単化のために二次熱交換器４の底壁４ｄと一次熱交換器３の上壁とを共通のものとしたが、一次熱交換器３と二次熱交換器４の間に排気集合部材を接続してもよい。

また上壁４ｇには開口部４ｈが設けられており、この開口部４ｈにより二次熱交換器４の伝熱管４ｂが配置された空間と排気ボックス５の内部空間とが連通している。図２の白矢印で示すように、開口部４ｈを通じて燃焼ガスは二次熱交換器４から排気ボックス５の内部空間内へ流れることが可能である。

ドレン排出口４ａは側壁４ｃまたは底壁４ｄに設けられている。このドレン排出口４ａは、側壁４ｃ、底壁４ｄおよび上壁４ｇによって取り囲まれた空間の最も低い位置（給湯装置の設置状態において鉛直方向の最も下側の位置）であって伝熱管４ｂの最下端部よりも下側に開口している。これにより二次熱交換器４で生じたドレンを、図２および図３において黒矢印で示すように底壁４ｄおよび側壁４ｃを伝ってドレン排出口４ａに導くことが可能である。

主に図２および図４を参照して、排気ボックス５は二次熱交換器４とファン６との間の燃焼ガスの流れの経路を構成している。この排気ボックス５により、二次熱交換器４で熱交換された後の燃焼ガスをファン６へ導くことが可能である。排気ボックス５は、二次熱交換器４に取り付けられており、二次熱交換器４よりも燃焼ガスの流れの下流側に位置している。

排気ボックス５は、ボックス本体５ａと、ファン接続部５ｂとを主に有している。ボックス本体５ａの内部空間は、二次熱交換器４の開口部４ｈを通じて二次熱交換器４の伝熱管４ｂが配置された内部空間に連通している。ボックス本体５ａのたとえば側部には、ボックス本体５ａの内部空間に通じるように空気吸込み口５ａａが設けられている。またボックス本体５ａの上部から突き出すようにファン接続部５ｂが設けられている。このファン接続部５ｂはたとえば筒形状を有しており、その内部空間５ｂａはボックス本体５ａの内部空間と連通している。

主に図１および図２を参照して、ファン６は、二次熱交換器４を経由した（二次熱交換器４で熱交換された）後の燃焼ガスを吸引して給湯装置１の外部へ排出するためのものであり、給湯装置１の外部に位置する排気管７に接続されている。

このファン６は、排気ボックス５および二次熱交換器４よりも燃焼ガスの流れの下流側に位置している。つまり給湯装置１においては、バーナ２で生じた燃焼ガスの流れの上流側から下流側に沿って、バーナ２、一次熱交換器３、二次熱交換器４、排気ボックス５およびファン６の順で並んでいる。この配置において上記のとおりファン６で燃焼ガスを吸引して排気するため、本実施の形態の給湯装置１は排気吸引燃焼方式の給湯装置となっている。

ファン６は、羽根６ａと、ファンケース６ｂと、駆動源６ｃと、回転軸６ｄとを主に有している。ファンケース６ｂは、ファンケース６ｂの内部空間とファン接続部５ｂの内部空間とが連通するように排気ボックス５のファン接続部５ｂに取り付けられている。これにより図２および図４の白矢印で示すように排気ボックス５のボックス本体５ａからファン接続部５ｂを通じてファンケース６ｂ内に燃焼ガスを吸引することが可能である。

主に図４を参照して、羽根６ａは、ファンケース６ｂの内部に配置されている。この羽根６ａは、駆動源６ｃに回転軸６ｄを介在して接続されている。これにより羽根６ａは駆動源６ｃから駆動力を与えられることにより回転軸６ｄを中心として回転可能である。羽根６ａの回転により、排気ボックス５内の燃焼ガスが羽根６ａの内周側から吸引されて羽根６ａの外周側へ排出可能である。

主に図１を参照して、排気管７は給湯装置１の外部に配置されており、かつファンケース６ｂの外周側に接続されている。このため、ファン６の羽根６ａによって外周側へ排出された燃焼ガスを、排気管７を通じて給湯装置１の外部へ排出することが可能である。

主に図２を参照して、上記によりバーナ２で生じた燃焼ガスは、上記の羽根６ａの回転によってファン６に吸引されることで、図中白矢印で示すように一次熱交換器３、二次熱交換器４および排気ボックス５をこの順で通過した後にファン６に達して給湯装置１の外部へ排気可能である。

主に図１を参照して、排水トラップ８は、ドレンで流路を水封可能な排水トラップであり、二次熱交換器４で生じたドレンを貯留するためのものである。排水トラップ８は、曲り部８ａと曲り部８ｂとを主に有しており、排水トラップ８の一端は後述する配管１０によって二次熱交換器４と通じており、排水トラップ８の他端は外部と連通するドレン排出用配管１５と接続されている。

二次熱交換器４から排水トラップ８に流入したドレンは、曲り部８ａの下部から貯留されていく。その水位が曲り部８ａの下部に位置する流路の上端よりも高くなると、ドレン排出用配管１５から排水トラップ８の曲り部８ｂに入った外気（給湯装置１の外部の空気）は、排水トラップ８の曲り部８ａを通ってドレン排出管１０ａ側に流れることができなくなる。この排水トラップ８の水封構造により、外気が排水トラップ８を抜けて給湯装置１の内部に入ることが防止される。

主に図１および図５を参照して、排水トラップ８と二次熱交換器４のドレン排出口４ａとはドレン排出管１０ａ、排水トラップ接続管１０ｃ、三方配管継手（配管接続部）１０ｄにより接続されている。ドレン排出管１０ａの一方端は二次熱交換器４のドレン排出口４ａに接続されており、他方端は三方配管継手１０ｄの開口部１０ｄａに接続されている。また排水トラップ接続管１０ｃの一方端は三方配管継手１０ｄの開口部１０ｄｃに接続されており、他方端は排水トラップ８に接続されている。

また排気ボックス５の空気吸込み口５ａａには空気通路管１０ｂの一方端が接続されており、空気通路管１０ｂの他方端は三方配管継手１０ｄの開口部１０ｄｂに接続されている。

三方配管継手１０ｄは、合流領域１０ｄ１（図５中のハッチングで示す領域）と、ドレン排出管１０ａ側の流路１０ｄａ１と、空気通路管１０ｄｂ側の流路１０ｄｂ１と、排水トラップ接続管１０ｄｃ側の流路１０ｄｃ１とを有している。ドレン排出管１０ａ側の流路１０ｄａ１は、合流領域１０ｄ１と開口部１０ｄａとの間の三方配管継手１０ｄ内の流路である。空気通路管１０ｂ側の流路１０ｄｂ１は、合流領域１０ｄ１と開口部１０ｄｂとの間の三方配管継手１０ｄ内の流路である。排水トラップ接続管１０ｃ側の流路１０ｄｃ１は、合流領域１０ｄ１と開口部１０ｄｃとの間の三方配管継手１０ｄ内の流路である。

このように三方配管継手１０ｄは、空気通路管１０ｂとドレン排出管１０ａとを合流させる流路（空気通路管側の流路１０ｄｂ１、ドレン排出管側の流路１０ｄａ１、および合流領域１０ｄ１）を有し、かつ合流後の流路を給湯装置１の外部と通じる排出経路に接続させる流路（排水トラップ接続管１０ｃ側の流路１０ｄｃ１）を有している。本実施の形態において、排出経路は主に排水トラップ接続管１０ｃ、ドレン排出用配管１５および排水トラップ８により構成される。また合流領域１０ｄ１は、３つの流路（ドレン排出管１０ａ側の流路１０ｄａ１、空気通路管１０ｂ側の流路１０ｄｂ１、および排水トラップ接続管１０ｃ側の流路１０ｄｃ１）が合流する領域である。

上記のドレン排出管１０ａ、空気通路管１０ｂ、排水トラップ接続管１０ｃおよび三方配管継手１０ｄによって、排水トラップ８から分岐して二次熱交換器４と排気ボックス５との双方に接続されたドレン・空気用の配管１０が構成される。

また図５に示すように、三方配管継手１０ｄは、合流領域１０ｄ１の高さ位置Ｃが、空気吸込み口５ａａの高さ位置Ｂよりも低くなる位置に配置されている。また、三方配管継手１０ｄは、高さ位置Ｃと高さ位置Ｂとの高低差による水頭圧（ｍｍＨ₂Ｏ）が空気吸込み口５ａａに生じる最大負圧（ｍｍＨ₂Ｏ）の絶対値Ｆよりも大きくなるような高さ位置に配置されている。

ここで「合流領域１０ｄ１の高さ位置Ｃ」は、ドレン排出管１０ａ側の流路１０ｄａ１が合流領域１０ｄ１に接続される箇所の最下端の高さ位置および空気通路管１０ｂ側の流路１０ｄｂ１が合流領域１０ｄ１に接続される箇所の最下端の高さ位置のいずれか低い方の高さ位置を意味する。本実施の形態では、図１および図５に示すように、ドレン排出管１０ａ側の流路１０ｄａ１の下端のほうが排水トラップ接続管１０ｃ側の流路１０ｄｃ１の上端との最短距離が小さい（かつドレン排出管１０ａ側の流路１０ｄａ１の下端と排水トラップ接続管１０ｃ側の流路１０ｄｃ１の上端とが一致している）。このため本実施の形態において、高さ位置Ｃは、ドレン排出管１０ａ側の流路１０ｄａ１の下端となる。また「空気吸込み口５ａａの高さ位置Ｂ」は、空気吸込み口５ａａの下端の高さ位置である。

なお、配管１０における各部の「上端」および「下端」とは、その高さ位置がファン６の高さ位置により近い端部が「上端」となり、ファン６の高さ位置により遠い端部が「下端」となる。また給湯装置１の設置状態において、鉛直方向の最も下側の位置が「下端」に相当し、最も上側の位置が「上端」に相当する。

ドレン排出管１０ａはドレン排出口４ａから三方配管継手１０ｄまで水平か下り勾配になっていることが好ましい。これにより、二次熱交換器４からドレンを排水トラップ８側へスムーズに流すことが可能となる。

主に図１および図２を参照して、給水配管１２は二次熱交換器４の伝熱管４ｂの一方端に接続されており、出湯配管１３は一次熱交換器３の伝熱管３ａの一方端に接続されている。また、一次熱交換器３の伝熱管３ａの他方端と二次熱交換器４の伝熱管４ｂの他方端とは接続配管１４により相互に接続されている。上記のガス供給配管１１、給水配管１２および出湯配管１３の各々は、たとえば給湯装置１の上部において外部に通じている。またバーナ２、一次熱交換器３、二次熱交換器４、排気ボックス５、ファン６、排水トラップ８などは、筺体９内に配置されている。

次に、本実施の形態の給湯装置の作用効果について図６に示す比較例と対比して説明する。

図６に示す比較例の給湯装置においては、排水トラップ８と二次熱交換器４とを互いに接続するドレン排出用の配管１０は分岐していない。なお、これ以外の比較例の構成においては上述した本実施の形態の給湯装置の構成をほぼ同じであるため、その説明を繰り返さない。

この比較例の給湯装置は、図１に示す本実施の形態の給湯装置１と同様、排気吸引燃焼方式の給湯装置である。この方式の給湯装置においては、図１に示すように潜熱を回収するための二次熱交換器４よりもファン６が燃焼ガスの流れの下流側に配置されている。このため、排水トラップ８が水封されるまでの期間内においてはドレン排出経路（ドレン排出用配管１５、排水トラップ８、排水トラップ接続管１０ｃ、三方配管継手１０ｄおよびドレン排出管１０ａ）を通じて給湯装置の外部の空気が二次熱交換器４の内部に取り込まれる。

このため、図６に示すようにドレン排出用の配管１０内における上記の空気の流れる方向（図中白矢印）はドレンの排出方向（図中黒矢印）と逆方向である。よって、ドレンはドレン排出用の配管１０を通じて排水トラップ８側へ排出されにくくなり、二次熱交換器４内に滞留しやすくなる。

仮に二次熱交換器４内のドレンの排出が進まずに貯留された場合、図２に示す開口部４ｅを通じて一次熱交換器３側へドレンがあふれ出ることも考えられる。この場合、あふれ出たドレンによって一次熱交換器３のたとえば銅よりなる伝熱管３ａが腐食したり、たとえばステンレスよりなるバーナ２が腐食したり、バーナ２の火炎が消えるなどのおそれがある。

これに対して本実施の形態の給湯装置１によれば、図６に示すように一方端が排水トラップ８に接続された配管１０の他方端が分岐して、二次熱交換器４と排気ボックス５との双方に接続されている。このため、給湯装置１の外部から給湯装置１の内部に入る空気は二次熱交換器４側へ入る空気と、排気ボックス５側へ入る空気とに分流する。これにより、二次熱交換器４側へ入る空気（ドレン排出管１０ａを通る空気）の流量を排水トラップ接続管１０ｃ内の流量よりも減らすことができる。よって、ドレンをドレン排出管１０ａを通じて排水トラップ８側へ排出することが容易となり、ドレンが二次熱交換器４内に滞留しにくくなる。

また図１に示すように空気通路管１０ｂが排気ボックス５に接続されている。この排気ボックス５は二次熱交換器４よりもファン６の近くに位置している。このため、排気ボックス５の内部空間においては二次熱交換器４の内部空間よりも負圧が高くなる。これにより二次熱交換器４側へ入る空気の量を排気ボックス５側へ入る空気の量よりも少なくすることができるため、ドレンをドレン排出管１０ａから排出することがさらに容易となり、ドレンが二次熱交換器４内に滞留しにくくなる。

ところで、空気通路管１０ｂは排気ボックス５に接続されているため、合流領域１０ｄ１、空気通路管１０ｂ側の流路１０ｄｂ１には、負圧が生じている。この負圧は、ドレンを合流領域から空気吸込み口５ａａへ引き込もうとする力となる。

このため、二次熱交換器４内で発生したドレンがドレン排出管１０ａから排出されて合流領域１０ｄ１に到達たとしても、上記のような負圧により、ドレンが排水トラップ接続管１０ｃ側に流れることができずに、合流領域１０ｄ１、空気通路管１０ｂ側の流路１０ｄｂ１、空気通路管１０ｂ内、つまり配管１０のうちの高さ位置Ｂと高さ位置Ｃとの間の流路に滞留する場合がある。

上記の場合、ドレン排出管１０ａからドレンが排出され続けることにより、高さ位置Ｂと高さ位置Ｃとの間の流路に滞留するドレンの量が増加していくことになる。この滞留するドレンの水位（上端の位置）が空気吸込み口５ａａの高さ位置Ｂに到達してしまうと、ドレンが空気吸込み口５ａａから排気ボックス５内に流入するおそれがある。排気ボックス５内に多量のドレンが導入された場合、ファン６の送風能力が低下したり、ファン６を腐食させたりするといった問題が生じる。

これに対して本実施の形態の給湯装置１によれば、図５に示すように三方配管継手１０ｄは、高さ位置Ｃが空気吸込み口５ａａの高さ位置Ｂよりも低くなる位置に配置される。、また三方配管継手１０ｄは、高さ位置Ｃと高さ位置Ｂとの高低差による水頭圧（ｍｍＨ₂Ｏ）が、空気吸込み口５ａａに生じる最大負圧（ｍｍＨ₂Ｏ）の絶対値Ｆよりも大きくなるように配置される。

これにより配管１０のうちの高さ位置Ｂと高さ位置Ｃとの間の流路に留まるドレンに関し、その水位が空気吸込み口５ａａの高さ位置Ｂに到達する前に、ドレン自身の水頭圧が絶対値Ｆよりも大きくなる。ドレン自身の水頭圧が絶対値Ｆよりも大きい場合、ドレンは排水トラップ接続管１０ｃ側の流路に容易に流れることができる。このため、本実施の形態に係る給湯装置１によれば、ドレンが空気吸込み口５ａａから排気ボックス５内に流入することを抑制しつつ、ドレンを排水トラップ８側に排出されやすくすることができ、もってドレンを外部に円滑に排出することができる。

特に、排水トラップ８の水封構造が水封された後は、水封構造が水封される前とは異なり、図５に示す配管１０のうちの高さ位置Ｂと高さ位置Ｃとの間の流路に対して図中下方から図中上方に向かう空気の流れ（図中白矢印で示す）がないため、さらにドレンの排出が容易となる。

また本実施の形態の給湯装置１において、高さ位置Ｃが、ドレン排出口４ａの高さ位置Ａよりも低く、かつ高さ位置Ｃと高さ位置Ａとの高低差による水頭圧が、空気吸込み口５ａａに生じる最大負圧の絶対値Ｆよりも大きくなる位置に配置されることが好ましい。ここで「ドレン排出口４ａの高さ位置Ａ」は、ドレン排出口４ａの下端の高さ位置である。これは次の理由による。

排水トラップ８が水封される前の給湯装置１において、ドレン排出口４ａからドレン排出管１０ａに排出されたドレンが、排水トラップ接続管１０ｃ側に流れずにドレン排出管１０ａ側の流路１０ｄａ１やドレン排出管１０ａ、つまり配管１０のうち高さ位置Ａと高さ位置Ｃとの間の流路に滞留する場合がある。これは、ドレン排出管１０ａ内にも負圧が生じているためである。この負圧は、高さ位置Ａと高さ位置Ｃとの間の流路のドレンをドレン排出口４ａ側へ流そうとする力となる。

上記の場合、ドレン排出口４ａからドレンが流れ続けることにより、高さ位置Ａと高さ位置Ｃとの間の流路に滞留するドレンの量が増加していくことになる。この滞留するドレンの水位（上端の位置）がドレン排出口４ａの高さ位置Ａに到達してしまうと、ドレンがドレン排出口４ａから二次熱交換器４内に流入するおそれがある。

これに対し、高さ位置Ｃが高さ位置Ａよりも低く、かつ高さ位置Ｃと高さ位置Ａとの高低差による水頭圧が、空気吸込み口５ａａに生じる最大負圧の絶対値Ｆよりも大きくなる位置に三方配管継手１０ｄが配置されている場合、ドレンの水位が高さ位置Ａに到達する前に、ドレン排出管１０ａ内の滞留しているドレンの水頭圧が、ドレン排出口４ａに生じる最大負圧の絶対値よりも大きくなる。これは、二次熱交換器４が排気ボックス５よりも上流側に位置することにより、ドレン排出口４ａに生じる最大負圧の絶対値は空気吸込み口５ａａに生じる最大負圧の絶対値Ｆよりも小さくなるためである。

これにより配管１０のうちの高さ位置Ａと高さ位置Ｃとの間の流路に溜まるドレンに関し、その水位がドレン排出口４ａの高さ位置Ａに到達する前に、ドレン自身の水頭圧がドレン排出管１０ａ内に生じている負圧の絶対値よりも大きくなる。ドレン自身の水頭圧がドレン排出管１０ａ内に生じている負圧よりも大きい場合、ドレンは排水トラップ接続管１０ｃ側の流路に容易に流れることができる。したがって、二次熱交換４内にドレンが逆流するのを抑制することができ、もって、ドレンを外部に円滑に排出することができる。

上記の場合においても、水封構造が水封された後は、水封構造が水封される前とは異なり、図５に示す配管１０のうちの高さ位置Ａと高さ位置Ｃとの間の流路に対して図中下方から図中上方に向かう空気の流れがないため、さらにドレンの排出が容易となる。

通常、ファン吐出圧は６０ｍｍＨ₂Ｏ〜１００ｍｍＨ₂Ｏ（５８８．４Ｐａ〜９８０．６６５Ｐａ）である。このため、空気吸込み口５ａａに生じる最大負圧の絶対値Ｆもまた６０ｍｍＨ₂Ｏ〜１００ｍｍＨ₂Ｏまたはそれより小さくなる。このため高さ位置Ｂと高さ位置Ｃとの高低差は６０ｍｍＨ₂Ｏ以上であることが好ましく、高さ位置Ａと高さ位置Ｃとの高低差もまた６０ｍｍＨ₂Ｏ以上であることが好ましい。また、排気経路の異常等が起こる場合を想定すると、これらの高低差は１００ｍｍＨ₂Ｏ以上であることがさらに好ましい。

また図１に示す構成では、空気通路管１０ｂは排気ボックス５のボックス本体５ａに接続された構成について説明したが、空気通路管１０ｂは二次熱交換器４からファン６に達するまでの燃焼ガスの流れの経路に接続されていればよい。ここで「二次熱交換器４からファン６に達するまでの燃焼ガスの流れの経路」とは、図１において二次熱交換器４および排気ボックス５内において燃焼ガスが流れる空間を意味する。また二次熱交換器４からファン６に達するまでの間に排気ボックス５以外の構成部材がある場合には、その構成部材内の燃焼ガスが流れる空間も含むものである。

たとえば図７に示すように、空気通路管１０ｂは、排気ボックス５のボックス本体５ａではなくファン接続部５ｂに接続されていてもよい。このように空気通路管１０ｂを排気ボックス５のファン接続部５ｂに接続することにより、ボックス本体５ａに接続する場合よりもファン６に近い位置で排気ボックス５に接続することができる。

これにより、ボックス本体５ａに接続する場合よりも負圧の大きい領域内に空気通路管１０ｂを開口させることができる。このため、排水トラップ８が水封されるまでの期間内において、ドレン排出管１０ａおよび空気通路管１０ｂのうち空気通路管１０ｂを通る空気の流量を多くでき、ドレン排出管１０ａを通る空気の流量をさらに減らすことができる。よってドレンをドレン排出管１０ａから排出することがさらに容易となる。

また図４を参照して、空気通路管１０ｂは、二次熱交換器４からファン６に達するまでの燃焼ガスの流れの経路において、羽根６ａに対して回転軸６ｄの軸線Ｓ−Ｓの方向に対向する領域Ｒ（図中ハッチングを入れた領域）内に開口していることが好ましい。具体的には、ファン接続部５ｂの内部空間５ｂａと、その内部空間５ｂａを回転軸６ｄの軸線Ｓ−Ｓの方向に延長した領域とを合わせた領域Ｒ（図中斜線のハッチングを入れた領域）内に空気通路管１０ｂが開口していることが好ましい。

この領域Ｒにおいては、燃焼ガスを吸引するファン６の羽根６ａに対向する領域であるため、負圧が大きくなる領域である。このため、この領域Ｒに空気通路管１０ｂが開口していることにより、空気通路管１０ｂを通って給湯装置１内に取り込まれる空気の流量を多くでき、その分、ドレン排出管１０ａを通る空気の流量をさらに減らすことができる。よって排水トラップ８が水封されるまでの期間内において、ドレンを排水トラップ接続管１０ｃから排出することがさらに容易となる。

たとえば図７に示すように空気通路管１０ｂを排気ボックス５のファン接続部５ｂに接続することにより、空気通路管１０ｂを上記の負圧の大きくなる領域Ｒに開口することができる。

また本実施の形態では、上記のように排気吸引燃焼方式の給湯装置１が用いられているため排気管７の径が小さくなった場合でも、いわゆる排気押込み方式の給湯装置に対してバーナ２による燃焼動作を安定させることができる。以下、そのことについて説明する。

いわゆる排気押込み方式の給湯装置においては、燃焼ガスの流れの上流側から下流側に向かって、ファン、バーナ、一次熱交換器および二次熱交換器がこの順で配置されている。つまりバーナで生じた燃焼ガスがファンにより一次熱交換器および二次熱交換器を通って給湯装置の外部の排気管に流し込まれる。

ファンから押し出された燃焼ガスは、排気管に到達する前に一次熱交換器および二次熱交換器による流路抵抗を受けるため、排気管直前における燃焼ガスの送風圧はこの流路抵抗分だけ低くなる。このため、径の小さい排気管内に燃焼ガスを押し込むためにはファンによる送風圧を高くする必要がある。しかしファンの送風圧を高くすると、バーナケース内の内圧が高くなる。このため、バーナに供給される燃料ガスの供給圧が低い場合、燃焼動作が安定しなくなる。

これに対して本実施の形態の排気吸引燃焼方式によれば、燃焼ガスの流れの上流側から下流側に向かって、バーナ２、一次熱交換器３、二次熱交換器４およびファン６がこの順で配置されている。この方式では、ファン６よりも上流側では負圧となるため、排気管７の径が小さくなった場合でもバーナケース内の内圧を低く維持できることにより、バーナ２に供給される燃料ガスの供給圧が低くても燃焼動作を安定させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 給湯装置、２ バーナ、２ａ 点火プラグ、３ 一次熱交換器、３ａ，４ｂ 伝熱管、３ｂ フィン、３ｃ ケース、４ 二次熱交換器、４ａ ドレン排出口、４ｃ 側壁、４ｄ 底壁、４ｅ，４ｈ 開口部、４ｇ 上壁、５ 排気ボックス、５ａ ボックス本体、５ａａ 空気吸込み口、５ｂ ファン接続部、５ｂａ 内部空間、６ ファン、６ａ 羽根、６ｂ ファンケース、６ｃ 駆動源、６ｄ 回転軸、７ 排気管、８ 排水トラップ、８ａ，８ｂ 曲り部、９ 筺体、１０ 配管、１０ａ ドレン排出管、１０ｂ 空気通路管、１０ｃ 排水トラップ接続管、１０ｄ 三方配管継手、１０ｄａ，１０ｄｂ，１０ｄｃ 開口部、１０ｄ１ 合流領域、１０ｄａ１，１０ｄｂ１，１０ｄｃ１ 流路、１１ ガス供給配管、１２ 給水配管、１３ 出湯配管、１４ 接続配管、１５ ドレン排出用配管。

Claims (5)

1. 燃焼ガスの潜熱を回収することで湯水を加熱可能な潜熱回収型の給湯装置であって、
   前記燃焼ガスを発生させるバーナと、
   前記バーナで発生した前記燃焼ガスとの熱交換によって内部を流れる湯水を加熱する熱交換器と、
   前記熱交換器を経由した後の前記燃焼ガスを吸引して前記給湯装置の外部へ排出するファンと、
   前記熱交換器に設けられたドレン排出口に接続されたドレン排出管と、
   前記熱交換器から前記ファンに達するまでの前記燃焼ガスの流れの経路に設けられた空気吸込み口に接続された空気通路管と、
   前記ドレン排出管および前記空気通路管を合流させる流路を有し、かつ合流後の前記流路を給湯装置の外部と通じる排出経路に接続させる配管接続部とを備え、
   前記配管接続部における前記ドレン排出管側の流路と前記空気通路管側の流路とが合流する高さ位置が、前記空気吸込み口の高さ位置よりも低い位置となり、かつ、前記合流する高さ位置と前記空気吸込み口の高さ位置との高低差による水頭圧が、前記空気吸込み口に生じる最大負圧の絶対値よりも大きくなるように、前記配管接続部が配置される、給湯装置。
2. 前記合流する高さ位置が、前記ドレン排出口の高さ位置よりも低い位置となり、かつ、前記合流する高さ位置と前記ドレン排出口との高低差による水頭圧が、前記空気吸込み口に生じる最大負圧の絶対値よりも大きくなるように、前記配管接続部が配置される、請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記熱交換器と前記ファンとの間の前記燃焼ガスの流れの前記経路の少なくとも一部を構成する排気ボックスをさらに備え、
   前記空気吸込み口は、前記排気ボックスに設けられている、請求項１または請求項２に記載の給湯装置。
4. 前記配管接続部は、前記ドレン排出管および前記空気通路管を合流させる配管継手である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の給湯装置。
5. 前記ファンは、羽根と、駆動源と、前記羽根および前記駆動源を接続する回転軸とを含み、
   前記空気通路管は、前記熱交換器から前記ファンに達するまでの前記燃焼ガスの流れの前記経路において、前記羽根の前記回転軸の軸線方向に対向する領域内に開口している、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の給湯装置。

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