JP6334322B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯装置に関し、詳しくは、ドレン配管が不要な給湯装置に関する。

特許文献１には、従来の給湯装置が開示されている。この特許文献１記載の給湯装置（特許文献１では給湯器）は、燃焼排気の顕熱を回収する主熱交換器と、燃焼排気の潜熱を回収する副熱交換器とを備えている。副熱交換器は、給水管の下流側に接続されている。また、主熱交換器は、副熱交換器の下流側に接続されている。この主熱交換器の下流側には出湯管が接続されている。

給水管に供給された水は、副熱交換器で燃焼排気と熱交換することで温度上昇し、さらにその後、主熱交換器で燃焼排気と熱交換することで温度上昇する。主熱交換器によって高温となった水は、出湯管を介して出湯する。

このとき、燃焼排気は、主熱交換器によって顕熱が回収された後、副熱交換器によって潜熱が回収されるため、凝縮してドレンに状態変化する。

特許文献１記載の給湯器は、副熱交換器の下方にドレン蒸発器が設けられている。ドレン蒸発器は、副熱交換器によって生じたドレンを受け、燃焼排気によって加熱されるように構成されている。これにより、特許文献１記載の給湯器は、副熱交換器において発生したドレンを装置外に排出するためのドレン配管を不要とした構造となっている。

特開２００２−９８４１３号公報

ところで、この特許文献１記載の給湯器は、ドレン蒸発器を加熱することによってドレンを蒸発させ、これによりドレン配管を排除した構造を実現したものである。しかしながら、ユーザーによっては給湯器を長時間に亙って継続して使用する場合もあり、この場合、ドレン蒸発器によるドレンの蒸発量よりも、副熱交換器から生ずるドレン発生量が上回ることもある。この場合に給湯器の運転を継続すると、ドレンは、ドレン蒸発器から溢れてしまい、この結果、給湯器から漏れてしまうという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃焼排気の顕熱と潜熱とを回収し、ドレン配管を排除した給湯装置において、長時間、継続使用した場合であってもドレンの漏れを防止することができる給湯装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、上流側の端部に水供給口が設けられた供給管と、この供給管に接続された第１の熱交換器と、この第１の熱交換器の下流側に接続された第２の熱交換器と、この第２の熱交換器の下流側に接続され、その下流側の端部に出湯口が設けられた出湯管と、前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器と燃焼排気によって熱交換を行わせるバーナとを備え、前記第２の熱交換器によって燃焼排気の顕熱を回収し、前記第１の熱交換器によって前記第２の熱交換器と熱交換した後の燃焼排気の潜熱を回収するように構成された給湯装置であって、前記第１の熱交換器の下方には、当該第１の熱交換器から発生するドレンを受けるドレン受けが設けられ、前記第１の熱交換器は、前記ドレン受けに一定以上のドレンが溜まると、当該ドレンに浸かるように配置されていることを特徴とする。

このように請求項１に係る発明は、ドレン受けに一定以上のドレンが貯留されると、第１の熱交換器がドレンに浸かる。ドレンに浸かった第１の熱交換器は、燃焼排気との熱交換ができなくなり、この状態では結露しない。この結果、長時間、継続使用しても、ドレンの漏れを防止することができる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記バーナの燃焼排気の流量を変更するファンと、このファンの駆動を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１の熱交換器が前記ドレンに浸かることで前記燃焼排気の流通路が狭くなり、これにより前記燃焼排気の流量が想定流量を下回ると、回転数を上げるように前記ファンを駆動制御する。

このように請求項２に係る発明は、第１の熱交換器がドレンに浸かることで、燃焼排気の流路が狭くなり、これにより、バーナに供給する空気の流量が一時的に少なくなっても、ファンの送風量を増大させることで、燃焼に必要な風量を確保することができる。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記ドレン受けには、貯留されたドレンの蒸発を促進させる加熱部が設けられている。

このため、請求項３に係る発明によれば、ドレン受けに一定以上のドレンが貯留されて、第１の熱交換器がドレンに浸かっても、第１の熱交換器が熱を効果的に回収できる状態に早く復帰させることができる。

本発明の給湯装置によれば、燃焼排気の顕熱と潜熱とを回収し、ドレン配管を不要とした給湯装置において、長時間、継続使用した場合であってもドレンの漏れを防止することができる。

本実施形態の給湯器の断面図である。 図２Ａは、本実施形態の給湯器において、ドレンが一定以上貯留される前の要部拡大断面図である。図２Ｂは、本実施形態の給湯器において、ドレンが一定以上貯留された状態の要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。

図１には、本実施形態の給湯装置の断面図が記載されている。本実施形態の給湯装置は、２つの熱交換器（第１の熱交換器２５と第２の熱交換器２６）を内蔵しており、バーナ２４から発生する燃焼排気の顕熱だけでなく、潜熱も回収して、効率よく高温の湯を生成するものである。一方で、潜熱を回収すると、燃焼排気は凝縮して結露水に変化するが、本実施形態の給湯装置は、この結露水の発生量が多くなると、潜熱の回収を制限して結露水の発生量を抑制する。

本実施形態の給湯装置は、水を湯に変えて当該湯を台所や浴室等の水栓に吐出させる給湯器である（以下、本実施形態の給湯装置を給湯器という）。給湯器は、図１に示すように、筐体１と、燃焼室２と、制御装置７とを備えている。

筐体１は、箱形状に形成されている。筐体１は、給湯器の外郭を形成する。筐体１の下部には、外気を内部に取り込むための給気口１１が設けられている。また、筐体１の上部には、バーナ２４により生成された燃焼排気を外部に排出するための排気口１２が設けられている。

燃焼室２は、筐体１内に設けられている。燃焼室２は、給水源から供給された水を加熱して湯を生成する。燃焼室２には、流入口２１と、流出口２２と、流通路２３とが設けられている。流入口２１は、燃焼室２の下部に設けられている。流入口２１は、筐体１の給気口１１に通じている。流出口２２は燃焼室２の上部に設けられている。流出口２２は、筐体１の排気口１２に通じている。流通路２３は、流入口２１と流出口２２とを連通する。また、燃焼室２は、バーナ２４と、第１の熱交換器２５と、第２の熱交換器２６と、ファン２７とを備えている。

ファン２７は、流入口２１の下方に設けられている。ファン２７は、外気（燃焼用の二次空気）をバーナ２４に供給する。ファン２７が駆動すると、給気口１１から筐体１内に空気が取り込まれ、この取り込まれた空気は、流入口２１を介して燃焼室２内に流入する。ファン２７は、制御装置７に電気的に接続されており、当該制御装置７に駆動制御される。

バーナ２４は、燃焼室２内に収容配置されている。バーナ２４には、予混合ガスが供給され、これにより燃焼して燃焼排気を生成する。燃焼排気は、流通路２３に沿って流通し、流出口２２を介して排出される。なお、予混合ガスは、バーナ２４の燃焼前において、燃料ガスと一次空気とが混合されて生成される。

バーナ２４の上方には第１の熱交換器２５と第２の熱交換器２６とが配置されている。第１の熱交換器２５及び第２の熱交換器２６は、バーナ２４から発生する燃焼排気に接触するようにして設けられる。

第１の熱交換器２５は、蛇行した管部３４（例えば、ステンレス管）に放熱フィン３５が設けられて構成されている。第１の熱交換器２５の流入口には、供給管２８が連通接続されている。この供給管２８の上流側の端部には水供給口３２が設けられている。水供給口３２から水が供給されると、当該水は、第１の熱交換器２５に流入する。この第１の熱交換器２５の下流側には、第２の熱交換器２６が接続される。

第２の熱交換器２６は、第１の熱交換器２５の下方に離れて設けられており、燃焼室２の内部に収容配置されている。第２の熱交換器２６は、第１の熱交換器２５に、接続管３０を介して連通接続される。接続管３０は、上流側端部が第１の熱交換器２５の流出口に接続され、下流側端部が第２の熱交換器２６の流入口に接続される。

第２の熱交換器２６は、蛇行した管部３６（例えば、銅管）に放熱フィン３７が設けられて構成されている。第２の熱交換器２６の下流側の端部には、出湯管３１が接続されている。出湯管３１の途中には開閉弁２９が設けられており、開閉弁２９の開閉駆動によって、給湯器に供給された水の流通状態（つまり吐水と止水）が切り替えられる。出湯管３１の下流側の端部には、出湯口３３が設けられている。

この出湯口３３と、供給管２８の水供給口３２とは、筐体１の下端から露出して設けられる。水供給口３２には、給水源（例えば、水道管）に連通する給水管が接続される。また、出湯口３３には、例えば、混合水栓等の給湯口に接続される。

水供給口３２から水が供給された状態でバーナ２４が燃焼すると、バーナ２４によって発生する燃焼排気が、第２の熱交換器２６に接触し、第２の熱交換器２６を通過した燃焼排気が第１の熱交換器２５に接触する。すると、供給管２８を流通する水は、第１の熱交換器２５に流入し、燃焼排気と熱交換して温度上昇する。この後、温度上昇した水は、第２の熱交換器２６に流入し、燃焼排気と熱交換して、さらに温度上昇する。そして、第２の熱交換器２６を通過した水は、出湯口３３を介して出湯する。

このとき、燃焼排気は、第２の熱交換器２６によって顕熱が回収され、この後、第１の熱交換器２５によって潜熱（正確には、潜熱および顕熱）が回収される。この結果、給湯器は、水供給口３２に供給された水を効果的に加熱することができる。

燃焼排気は、第１の熱交換器２５によって潜熱が回収されると、凝縮して結露水に変化する。従って、第１の熱交換器２５には結露水が付着する。この結露水は、図２Ａに示すように、燃焼室２に設けられたドレン受け４に受けられる。

ドレン受け４は、底板４１と、底板４１の上方に対向配置される上ガイド片４４とを有している。底板４１は、上方に開口する容器形状をしており、第１の熱交換器２５から生ずる結露水を受ける（以下、ドレン受け４に溜められた結露水をドレンという）。底板４１は、バーナ２４の上方に配置されており、バーナ２４から生ずる燃焼排気が接触するように設けられている。底板４１は、第２の熱交換器２６を通った燃焼排気を第１の熱交換器２５に導くための下ガイド片４２と、この下ガイド片４２に延設された容器部４３とを備えている。

下ガイド片４２は、容器部４３側に向かうほど、下方に位置するように傾斜している。下ガイド片４２の上端は、第１の熱交換器２５の管部３４の上端よりも上方に位置している。また、下ガイド片４２の上端は、第１の熱交換器２５の放熱フィン３５の上端よりも上方に位置している。言い換えると、ドレン受け４の底板４１の上端は、第１の熱交換器２５の上端よりも上方に位置している。

また、下ガイド片４２は、上ガイド片４４の下方に配置されており、上ガイド片４４に対向配置されている。下ガイド片４２と上ガイド片４４とは、互いに平行となっている。下ガイド片４２と上ガイド片４４は、全長に亙って一定の間隔を置いて上下方向に対向配置されており、これにより、導入路６を構成する。導入路６は、流通路２３の一部である。導入路６の断面積は、全長に亙って一様である。

容器部４３は、下ガイド片４２の下端部に延設されている。容器部４３は、上方に開口した有底箱形状をしている。容器部４３は、第１の熱交換器２５が収容され、これにより、第１の熱交換器２５から発生した結露水を受けることができる。

第２の熱交換器２６を通過した燃焼排気は、導入路６を通って第１の熱交換器２５内を流通する。すると、燃焼排気は、第１の熱交換器２５によって潜熱が回収され、凝縮して結露水となる。この結露水は、容器部４３に受けられる。

この状態で運転が継続されると、結露水が生成され続ける。一定以上の結露水がドレン受け４に溜まると、第１の熱交換器２５は、下端から順にドレンに浸かってゆく。さらに運転が継続されると、図２Ｂに示すように、ドレンの液面が第１の熱交換器２５の上端とほぼ同じ高さとなるまで上昇する。

このように、ドレンにほぼ全てが浸かった状態の第１の熱交換器２５は、燃焼排気と熱交換をすることができなくなり、従って、結露水の生成が止まる。この結果、これ以上ドレンの液面が上昇しなくなる。従って、この状態では、第１の熱交換器２５による燃焼排気の潜熱の回収が行われず、燃焼排気の熱の回収効率は低下する。

また、燃焼排気は、ドレンの液面に沿って流通する。すると、ドレンは蒸発が促進され、ドレンの液面は次第に下降してゆく。さらに運転が継続されると、第１の熱交換器２５はドレンから露出し、再び、潜熱の回収を行うことができるようになる。

このように、本実施形態の給湯器は、ドレン受け４に一定以上のドレンが溜まると、第１の熱交換器２５がドレンに浸かるように構成されている。特に、本実施形態の給湯器は、ドレン受け４に溜められたドレンの量が多くなるのに応じて、第１の熱交換器２５による熱の回収の抑制の程度を変化させることができる（つまり、ドレンの貯留量が少ない場合には、熱回収率が高く、貯留量が多い場合には、熱回収率が低くなるように構成されている）。

すなわち、本実施形態の給湯器は、ドレンの量が増えると、第１の熱交換器２５による熱の回収を抑制することができ、つまり、結露水の発生を抑制することができるため、ドレンがドレン受け４から溢れるのを防ぐことができる。しかも、ドレン受け４に溜められたドレンの量が多くなるのに応じて、第１の熱交換器２５による熱の回収率を変化させることができるため、熱回収率が急低下するのを防ぐことができる。

また、本実施形態のドレン受け４には、貯留されたドレンの蒸発を促進する加熱部５が設けられる。加熱部５は、ドレン受け４を加熱することで貯留されたドレンの蒸発を促進する。本実施形態の加熱部５は、バーナ２４から生ずる燃焼排気がドレン受け４の底板４１の下面を加熱することから、バーナ２４によって構成される。なお、加熱部５として、ドレン受け４の下面にヒータを設けてもよい。

加熱部５を設けることで、ドレン受け４に貯留されたドレンを効果的に蒸発させることができるため、第１の熱交換器２５の全部または一部がドレンに浸かっても、第１の熱交換器２５が燃焼排気の熱の回収を効果的に行うことができる状態へ早く復帰させることができる。

また、本実施形態のドレン受け４は、図２Ｂに示すように、下ガイド片４２の下端部が第１の熱交換器２５の上端よりも下方に位置しているため、第１の熱交換器２５のほぼ全てがドレンに浸かると、下ガイド片４２の下端部もドレンに浸かる。この状態では導入路６内にドレンが入り込むため、この部分においては流通路２３が狭くなる。

すると、この流通路２３が狭くなった箇所においては、燃焼排気の流量が低下する。この状態では、バーナ２４に供給される二次空気の流量が低下して、燃焼効率が低下してしまう。

これを防ぐために、本実施形態の給湯器は、燃焼排気の流量が想定流量を下回ると、ファン２７の回転数を上げる（大きくする）制御を行うように構成されている。具体的に、制御装置７には、任意の予混合ガスの供給量に対して発生する燃焼排気の流量（想定流量）が予め記憶されている。そして、制御装置７は、燃焼排気の流量が、バーナ２４に供給される予混合ガスの供給量に対する想定流量を下回ると、バーナ２４に供給される空気量が一定の空燃比を下回った（適切な燃焼に必要な空燃比を下回った）と判断し、ファン２７の回転数を上げるように制御する。これにより、流通路２３における流量が一定に保たれ、バーナ２４の燃焼効率の低下を抑制できる。

なお、予混合ガスの供給量は、ガス量検知部によって検知される。ガス量検知部は、制御装置７に電気的に接続されたガス流量検知センサーや、ガス流路に設けられる弁（例えば比例弁）の開度等からガス量を推定して検知するものが例示される。

ガス量検知部として、上述のようにガス流路に弁を設ける場合、同一流路においては、弁の上流側のガスの圧力が一定であれば、弁の開度が大きくなるに従ってガス量が大きくなる。そこで、予め、理論的にあるいは実験的に、弁の開度とガス量との関係を求めておく。そして、マイクロコンピュータを備えた演算部、および、弁の開度を検知する開度検知部を設け、演算部において、開度検知部により検知された弁の開度を、弁の開度とガス量との関係にあてはめることにより、ガス量を推定することができる。

また、ガス量検知部のさらなる他例として、供給管２８および出湯管３１を流れる湯水の流量Ｑｗ（ｍ^３／ｈ）、入温度（供給管２８を流れる水の温度）Ｔｉｎ（℃）、出温度（出湯管３１を流れる湯の温度）Ｔｏｕｔ（℃）からガス量を推定して検知するものが利用可能である。水の比熱をＣ（ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｋ）、密度をρ（ｋｇ／ｍ^３）とすると、単位時間当たりに供給管２８および出湯管３１を流れる湯水が熱交換器（第１の熱交換器２５と第２の熱交換器２６）において与えられる熱量ｑ１（ｋｃａｌ／ｈ）は、
ｑ１＝Ｑｗ・（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）・ρ・Ｃ （式１）
により算出される。

そして、バーナ２４における燃焼により発生した熱量に対する、熱交換器において湯水に吸収された熱量の比率（熱効率）をηとすると、単位時間当たりにバーナ２４における燃焼により発生した熱量ｑ（ｋｃａｌ／ｈ）は、
ｑ＝ｑ１／η （式２）
により算出される。そこで、マイクロコンピュータを備えた演算部、供給管２８および出湯管３１を流れる湯水の流量Ｑｗの検知部、入温度Ｔｉｎの検知部および出温度Ｔｏｕｔの検知部を設け、演算部において、各検知部により検知された流量Ｑｗ、入温度Ｔｉｎおよび出温度Ｔｏｕｔを、（式１）および（式２）に代入することにより、ガス量を推定することができる。

なお、ガス量検知部としては、上記例の他に既存の様々なものが利用可能であり、特に限定されない。

以上、説明したように、本実施形態の給湯器（給湯装置）は、供給管２８と、第１の熱交換器２５と、第２の熱交換器２６と、出湯管３１と、バーナ２４とを備えている。供給管２８は、上流側の端部に水供給口３２が設けられている。第１の熱交換器２５は、この供給管２８に接続されている。第２の熱交換器２６は、この第１の熱交換器２５の下流側に接続されている。出湯管３１は、この第２の熱交換器２６の下流側に接続されており、その下流側の端部に出湯口３３が設けられている。バーナ２４は、その燃焼排気によって、第１の熱交換器２５および第２の熱交換器２６と熱交換を行わせる。本実施形態の給湯装置は、第２の熱交換器２６によって燃焼排気の顕熱を回収し、第１の熱交換器２５によって第２の熱交換器２６と熱交換した後の燃焼排気の潜熱を回収する。また、給湯装置は、第１の熱交換器２５の下方に、第１の熱交換器２５から発生するドレンを受けるドレン受け４が設けられている。そして、第１の熱交換器２５は、ドレン受け４に一定以上のドレンが溜まると、当該ドレンに浸かるように配置されている。

本実施形態の給湯装置は、第１の熱交換器２５から発生するドレンが一定以上ドレン受け４に溜められると、第１の熱交換器２５がドレンに浸かる。これにより、第１の熱交換器２５の熱回収率が抑制されるため、第１の熱交換器２５による結露水の発生が抑制される。この結果、給湯装置を長時間、継続使用しても、ドレン受け４からドレンが溢れるのを防ぐことができる。

また、本実施形態の給湯装置は、バーナ２４の燃焼排気の流量を変更するファン２７と、このファン２７の駆動を制御する制御装置７とを備えている。制御装置７は、第１の熱交換器２５がドレンに浸かることで燃焼排気の流路が狭くなり、これにより前記燃焼排気の流量が想定流量を下回ると、回転数を上げるようにファン２７を駆動制御する。

このため、本実施形態の給湯装置によれば、第１の熱交換器２５がドレンに浸かることで燃焼排気の流路が狭くなり、バーナ２４に供給する空気の流量が一時的に少なくなっても、ファン２７の送風量を増大させることで、燃焼に必要な風量を確保することができる。この結果、バーナ２４の燃焼効率が低下するのを抑制することができる。

また、本実施形態のドレン受け４には、貯留されたドレンの蒸発を促進させる加熱部５が設けられている。

このため、本実施形態の給湯装置によれば、ドレン受け４に一定以上のドレンが貯留されて、第１の熱交換器２５がドレンに浸かっても、第１の熱交換器２５が熱を効果的に回収できる状態に早く復帰させることができる。

なお、本実施形態の給湯装置はいわゆる給湯器であったが、本発明の「給湯装置」としては、上述した給湯機能を有する給湯器のほか、湯を熱源とする床暖房や浴室暖房乾燥機に湯を循環させる機能を併せ持つ温水暖房熱源機や、浴槽内の湯を循環させて追い焚きする機能を併せ持つ風呂給湯器でもよい。

また、本実施形態の給湯器は、開閉弁２９の駆動によって、湯の供給と止水とを切り替えていたが、開閉弁２９を設けずに、給湯器内の水の流通の有無を検知する水流センサーを給湯器に設け、この水流センサーの検知信号に基づいて制御装置がバーナの燃焼を制御してもよい。これによって、湯の供給先のカランをユーザーが開閉することで、水流センサーが給湯器内の水の流通を検知し、これに伴ってバーナの燃焼が制御される。

また、供給管２８と出湯管３１とをバイパス管によって接続し、このバイパス管に流量調整弁を設け、当該流量調整弁の開度を調整することで、出湯口３３から出湯する湯の温度を制御してもよい。

１ 筐体
１１ 給気口
１２ 排気口
２ 燃焼室
２１ 流入口
２２ 流出口
２３ 流通路
２４ バーナ
２５ 第１の熱交換器
２６ 第２の熱交換器
２７ ファン
２８ 供給管
２９ 開閉弁
３０ 接続管
３１ 出湯管
３２ 水供給口
３３ 出湯口
４ ドレン受け
４１ 底板
４２ 下ガイド片
４３ 容器部
４４ 上ガイド片
５ 加熱部
６ 導入路
７ 制御装置

Claims (3)

1. 上流側の端部に水供給口が設けられた供給管と、
   この供給管に接続された第１の熱交換器と、
   この第１の熱交換器の下流側に接続された第２の熱交換器と、
   この第２の熱交換器の下流側に接続され、その下流側の端部に出湯口が設けられた出湯管と、
   前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器と燃焼排気によって熱交換を行わせるバーナと
   を備え、
   前記第２の熱交換器によって燃焼排気の顕熱を回収し、前記第１の熱交換器によって前記第２の熱交換器と熱交換した後の燃焼排気の潜熱を回収するように構成された給湯装置であって、
   前記第１の熱交換器の下方には、当該第１の熱交換器から発生するドレンを受けるドレン受けが設けられ、
   前記第１の熱交換器は、前記ドレン受けに一定以上のドレンが溜まると、当該ドレンに浸かるように配置されている
   ことを特徴とする給湯装置。
2. 前記バーナの燃焼排気の流量を変更するファンと、
   このファンの駆動を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、前記第１の熱交換器が前記ドレンに浸かることで前記燃焼排気の流通路が狭くなり、これにより前記燃焼排気の流量が想定流量を下回ると、回転数を上げるように前記ファンを駆動制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
3. 前記ドレン受けには、貯留されたドレンの蒸発を促進させる加熱部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の給湯装置。

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