JP6534333B2 - 給湯器 - Google Patents

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Description

本発明は、給湯器、特に、下向き燃焼式のバーナを有する給湯器に関する。
図４に示すものは、燃焼面(30a)が下向きとなるようにバーナボディ(40)の下面に設置された下向き燃焼式の平面バーナ(3a)を有する給湯器であって、バーナボディ(40)はケーシング(4)の上部域に設けられており、平面バーナ(3a)の燃焼面(30a)の下方に、顕熱吸収型の一次熱交換器(311)が、さらにその下方に、潜熱吸収型の二次熱交換器(321)が備えられている。
この種のガス給湯器では、ファンケース(41)内のファンを回転させることにより給気管(43)から取り込んだ空気を全て、燃焼用一次空気として、混合装置(42)内に送り込み、混合装置(42)内にて、ガス供給路(44)から送り込まれる燃焼ガスと混合されて混合気が生成され、これが、燃焼面(30a)が下向きとなるようにバーナボディ(40)に設けられた下向き燃焼タイプの平面バーナ(3a)に送り込まれる。
このものでは、ケーシング(4)の上部域の高さをできるだけ低くするために、ファンケース(41)の吹出口(45)をバーナボディ(40)の側面に開設された取込口(310)と連通状態で対向させ、バーナボディ(40)とファンケース(41)とを左右に並列させている。
これにより、ケーシング(4)全体の高さが抑えられるが、混合気は、ファンケース(41)の側方に設けられた吹出口(45)から、バーナボディ(40)の側面に設けられた取込口(310)を介して横向きに吹き出されるため、平面バーナ(3a)の燃焼面(30a)に対して横向きに混合気が供給される。その結果、燃焼面(30a)において、その吹き出し方向に混合気の分布が偏り、点火電極の位置によっては点火性能が劣ったり、燃焼面(30a)で均等に混合気が燃焼せず、燃焼性能が劣ったりするといった問題がある。点火性能を考慮して吹出口(45)から離れたバーナボディ(40)の側方側に点火電極を設けることも考えられるが、ケーシング(4)の開口部を開閉する開閉扉が設けられた正面側からの点火電極の取り付けやメンテナンスが困難になるという問題がある。
また、図示しないが、燃焼性能を考慮して、バーナボディの上面の中央部に、混合気の取込口を上方に開口するように設け、この取込口と連通するように下方に開放する吹出口を設けたファンケースをバーナボディの上面に立設させることも考えられる。このものでは、混合気はバーナボディ内の全体に同時に広がり易いため、燃焼面への混合気の分布は均等になり易い。しかしながら、バーナボディ内の全体が同時に混合気で充満するため、点火電極からの火花放電が遅れると、混合気が充満している中で点火されることとなり、爆着が生じるおそれがある。また、ファンを収容させるファンケースがバーナボディの上方に立設するため、ケーシング全体の高さが必要以上に高くなってしまうといった問題もある。
特開２０１３−２３４８２１号公報
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、下向きの燃焼面を有する全一次空気燃焼式のバーナを備えた給湯器において、装置全体を大型化することなく、バーナの点火性能及び燃焼性能を向上させると共に、製造時やメンテナンス時の作業性を向上させることを課題とする。
本発明は、前方に開口部を有するケーシング本体と、前記開口部を開閉する開閉扉とを有するケーシング内に、
下向きの燃焼面を有する平面バーナが設置されるバーナボディと、
前記バーナボディと連通するように横倒し状態に設置され且つ燃焼用空気と燃料ガスの混合気を前記バーナボディ内へ送り込む縦軸型のファンが収容されたファンケースと、
前記平面バーナの下方に設置される点火電極とを備える給湯器であって、
前記バーナボディは、混合気が供給される導入口が上面の略中央部に開設され且つ下面に前記平面バーナを有するバーナボディ本体と、前記導入口と連通するように前記バーナボディ本体の上面から上方へ突設され且つ前記ファンケースと連通する空気取込口が側方に開口する給気導入部とを有し、
前記給気導入部の構成壁のうち、前記空気取込口と対向する対向壁の内面は略垂直面を有し、
前記点火電極の放電部は、前記給気導入部の構成壁を下方に投影したときの投影面内に位置する給湯器である。
上記給湯器では、燃焼用の混合気は、ファンケースと連通する空気取込口を有する給気導入部を通って、平面バーナが設けられたバーナボディ本体内に導入される。上記給気導入部は、バーナボディ本体の上面に突設しており、空気取込口はその側方に開口している。横倒し状態に設置されているファンケース内には、垂直な回転軸を有する縦軸型のファンが収容されている。前記ファンケースから送られてくる混合気は、給気導入部に対して横向きに送り込まれるが、給気導入部の空気取込口に対向する対向壁の内面は、略垂直面であるから、空気取込口から横向きに送り込まれた混合気は対向壁に衝突し、その後、流速を落として、一部は下向きに流れ、一部は給気導入部の構成壁に沿って回り込みながら下向きに流れる。給気導入部は、バーナボディ本体と、導入口を介して連通しているから、対向壁に衝突した後、流速を落として下方に流れた混合気は、導入口からバーナボディ本体内に供給される。この導入口はバーナボディ本体の上面の略中央部に設けられているから、導入口からバーナボディ本体内に供給された混合気は、その中央上方部から平面バーナの略中央部に吹き出され、全域的に分布していく。
点火電極の放電部は、給気導入部の構成壁を下方に投影させた投影面内に位置させているから、導入口から平面バーナに供給される混合気は速やか且つ集中的に放電部に到達する。これにより、点火電極から火花放電を生じさせると、平面バーナが確実且つスムーズに点火されると共に、対向壁に衝突して流速の落ちた混合気が平面バーナ全域に遅れて分布していくから、放電部で点火した炎は、平面バーナの燃焼面の全面に急激に広がることなくスムーズに火移りしていき、均一な燃焼が得られる。
そして、上記給湯器では、バーナボディ本体の上面に突設させた給気導入部に、横倒し状態のファンケースを連通させることにより、ファンケースは、その一部がバーナボディ本体に重なる設置態様となるから、ケーシングの上部域に大きなスペースを設ける必要もない。
上記給湯器において、好ましくは、前記ケーシングの開閉扉側を正面側、ケーシングの奥側を背面側とし、
前記給気導入部の構成壁のうち、前記空気取込口が開口している側壁をファン取付壁とし、
前記空気取込口は、前記ファン取付壁の中心よりも、正面側寄り又は背面側寄りのどちらか一方に偏って設けられ、
前記点火電極の放電部は、前記投影面の正面側又は背面側のうち、空気取込口から離れて位置する側に設けられている。
既述したように、空気取込口から給気導入部に送り込まれた混合気は、対向壁に衝突した後、一部は対向壁の下方に流れ、一部は給気導入部の構成壁に沿って正面側及び背面側に回り込みながら下方に流れる。従って、空気取込口を、それが開口しているファン取付壁の中心より正面側寄りに設けたものでは、給気導入部のうち、空気取込口から正面側へ至るスペースよりも、背面側へ至るスペースが大きくなるから、背面側へ流れる混合気の流量が多くなる。これにより、導入口から供給される混合気は平面バーナの背面側に流れ易くなる。また、空気取込口を、前記ファン取付壁の中心より背面側寄りに設けたものでは、給気導入部のうち、空気取込口から背面側へ至るスペースよりも、正面側へ至るスペースが大きくなり、正面側へ流れる混合気の流量が多くなる。これにより、導入口から供給される混合気は平面バーナの正面側に流れ易くなる。
このように、空気取込口をファン取付壁の中心より正面側寄りに設けたものでは背面側へ流れる混合気の流量が多くなり、空気取込口を背面側寄りに設けたものでは正面側へ流れる混合気の流量が多くなるから、前記投影面の正面側又は背面側のうち、空気取込口から離れて位置する方に、点火電極を設けておけば、多量の混合気を点火電極の放電部に集中的に送ることができ、点火を早めることができる。
上記給湯器において、好ましくは、前記ファン取付壁は、前記正面側の端部がバーナボディ本体の正面側の中央部近傍に位置し、背面側の端部がファンケースが位置する側の側方に位置するように、給気導入部をバーナボディ本体に対して傾斜して設けられている。
上記給湯器によれば、給気導入部の正面側の端部をバーナボディ本体の正面側の左右方向の中央部近傍に位置させたから、導入口から供給される混合気は平面バーナの正面側により流れ易くなる。従って、点火電極の放電部を正面側に設けておけば、さらに点火を早めることができる。また、左右方向において平面バーナの中央付近で点火するため、平面バーナ全面への火移りが左右均等に広がり易くなる。さらに、背面側の端部がファンケースが設置されている側の側方に位置するように、空気取込口が開口しているファン取付壁をバーナボディ本体の周壁に対して傾斜させているから、斜め側方から混合気が給気導入部に送り込まれる。それゆえ、混合気は、バーナボディ本体の周壁に対して角度を持って衝突し易くなる。その結果、バーナボディ本体内の混合気の流れが乱れ、一方向への流れが弱くなるから、平面バーナ全面での均一な燃焼を促進させることができる。
また、前記ファン取付壁は斜め正面を向くように設けられているから、ケーシングの正面側から目で確認することができる。
以上のように、本発明によれば、ファンケースから空気取込口を介してバーナボディの給気導入部内に横向きに送り込まれた燃焼用の混合気は、略垂直に起立する対向壁に衝突した後、流速を落として流れる方向を下方に変え、バーナボディ本体の上面の略中央部に設けられた導入口から下方の平面バーナに向かって供給される。給気導入部の構成壁を下方に投影させた投影面内に点火電極の放電部が設けられているから、混合気は点火電極の放電部に迅速に且つ集中的に到達することとなり、確実で且つスムーズな点火を促進させることができる。そして、点火電極により点火した炎を平面バーナの略全面に迅速に且つ均等に火移りさせることができるから、均一な燃焼が得られる。これにより、平面バーナの点火性能及び燃焼性能を向上させることができる。
また、横倒し状態のファンケースは、バーナボディ本体にその一部が重なるように設置される態様となるから、それらを収容させるケーシングを小型化することができ、省スペースに適した給湯器を提供できる。
給気導入部の構成壁のうち、空気取込口が開口し且つファンケース接続用のファン取付壁が斜め正面に向くように、給気導入部をバーナボディ本体に対して傾斜して設けると共、点火電極をケーシングの正面側に挿設させたものでは、ファンケースの接続作業やメンテナンス時の取外し作業、点火電極の組み付け作業やメンテナンス作業等をケーシングの正面側から目で見ながら行うことができ、作業性を向上させることができる。
本発明の実施の形態に係る給湯器の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る給湯器に採用したバーナボディの一部切欠斜視図である。 本発明の実施の形態に係る給湯器に採用したバーナボディとファンケースを示す一部切欠平面図である。 従来の給湯器の概略構成図である。
次に、本発明の実施の形態に係る給湯器について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、全一次空気燃焼式の平面バーナ(3)を有する潜熱回収型ガス給湯器を開閉扉(102)が設けられている正面側から見た模式図である。ケーシング(100)は、前方に開口部を有する矩形箱状のケーシング本体(101)と、開口部を開閉する開閉扉(102)とを備えている。なお、本明細書では、ケーシング(100)の開閉扉(102)が設けられている側を正面側、開閉扉(102)と対向する側を背面側といい、これらが対向する方向を前後方向、前後方向と横方向に交差する方向を、左右方向、前後方向と高さ方向に交差する方向を、上下方向という。
ケーシング(100)内には、下向きの燃焼面(30)を有する平面バーナ(3)が備えられたバーナボディ(1)と、これに連通し且つ空気と燃料ガスの混合気をバーナボディ(1)の下方の平面バーナ(3)に送り込む縦軸型のファン（図示せず）が収容された横倒し状態のファンケース(2)とが左右に設けられている。
バーナボディ(1)の下方、すなわち、平面バーナ(3)の下方には、平面バーナ(3)からの燃焼排気で加熱される給湯用の第１及び第２熱交換器(31)(32)が設置され、ファンケース(2)の上流側には、空気と燃料ガスとを混合させる混合装置(22)が連設されている。混合装置(22)には、空気が送られてくる給気管(23)と燃料ガスが流れてくるガス供給路(24)が連通している。
平面バーナ(3)は、下向きに開口する多数の炎孔を有するセラミックス製の燃焼プレート、又は、金属線維をネット状に編み込んだ燃焼マットであり、下向きの燃焼面(30)を有すると共に、給気管(23)から混合装置(22)内に送り込まれる空気の全てを一次空気として燃料ガスと混合させて燃焼させる全一次空気燃焼式のバーナである。
混合装置(22)内で生成される混合気における空気の量と燃料ガスのガス量は、ファンを回転させるモータ(M)の回転数を変更することにより調整可能となっている。
第１熱交換器(31)は、ケーシング(100)の中間部に設置された顕熱回収型の熱交換器であり、第２熱交換器(32)は、第１熱交換器(31)の下部に連続する潜熱回収型の熱交換器であり、第２熱交換器(32)の上流側に連なる給水管(38)からの水を第２熱交換器(32)において平面バーナ(3)からの燃焼排気の潜熱で加熱した後、第１熱交換器(31)において燃焼排気の顕熱で加熱し、第１熱交換器(31)の下流側に連なる出湯管(39)から、所定の設定温度に加熱された温水が出湯される構成となっている。
第２熱交換器(32)を通過した燃焼排気は、排気ダクト(34)を介してケーシング本体(101)の頂面に突設されている排気筒(35)から外部に排出される。また、第２熱交換器(32)で発生したドレンは、図示しないが、ドレン受けに回収されて中和器で処理された後、外部へ排出される。
バーナボディ(1)は、図２及び図３に示すように、上面の略中央部に導入口(120)が開設され、下面に平面バーナ(3)が取り付けられる略矩形状の扁平なバーナボディ本体(12)と、導入口(120)と連通状態でバーナボディ本体(12)の上面から突設された給気導入部(11)とを備える。給気導入部(11)は、バーナボディ本体(12)の上面から突設する構成壁と、上方を閉塞する上壁(17)とを備え、下方に開放する横断面略長円形状を有し、その長辺がバーナボディ本体(12)の長辺に対して、上方視で反時計回り方向に斜め４５度傾斜する姿勢で設けられている。
図１及び図３に示すように、ファンケース(2)の下流側へ続く流路(20)の開放端の周囲には略矩形状の接続フランジ(21)が張り出している。
給気導入部(11)の上記構成壁において、ファンケース(2)の接続フランジ(21)が接続されるファン取付壁(13)、ファン取付壁(13)に対向する対向壁(14)、及びこれらを連続させる前後壁(15)(16)の内面は、バーナボディ本体(12)の上面に向かって拡径する方向に僅かに傾斜させた略垂直面（約９０度〜約１１０度）で形成されている。なお、前壁(15)側が、ファン取付壁(13)の正面側端部となり、後壁(16)側がファン取付壁(13)の背面側端部となる。
さらに、空気取込口(10)は、ファン取付壁(13)の中心よりも後方へずれた位置に開口しており、空気取込口(10)に、ファンケース(2)の接続フランジ(21)をファン取付壁(13)に取り付けることにより、ファンケース(2)は、その一部がバーナボディ本体(12)の上面に重なる態様で、バーナボディ(1)とは連通状態に接続される。ファン取付壁(13)に開口している空気取込口(10)は、ファン取付壁(13)の中心よりも後方にずれた位置に開口させているから、給気導入部(11)内において、空気取込口(10)から給気導入部(11)の後壁(16)に至る距離よりも、前壁(15)に至る距離が長くなり、空気取込口(10)より前方のスペースの方が後方のスペースよりも広くなる。
給気導入部(12)のファン取付壁(13)は、前記正面側端部がバーナボディ本体(12)の正面側寄りの左右方向略中央部に位置し、前記背面側端部がバーナボディ本体(12)の右側方に位置するように傾斜して設けられている。従って、ファン取付壁(13)と接続フランジ(21)との接続作業や、逆止弁(5)等のメンテナンス時の取外し作業を、ケーシング(100)の開閉扉(102)が設けられている正面側から行うことができるので、作業性がよい。
なお、平面バーナ(3)の燃焼が終了した後、第２熱交換器(32)から上昇してくる酸性水蒸気がバーナボディ(1)から、ファンケース(2)、さらには、混合装置(22)内へ逆流しないように、逆流防止手段として逆止弁(5)が、空気取込口(10)から給気導入部(11)内に収容されている（図２参照）。
また、図１に示すように、バーナボディ(1)の下方の、第１熱交換器(31)の管体(33)の正面側に、点火電極(50)や着火検出器(51)が取り付けられている。従って、点火電極(50)や着火検出器(51)の取り付け時や、メンテナンス時の取り外し作業を、ケーシング(100)の開閉扉(102)が設けられている正面側から行うことができ、作業性がよい。
点火電極(50)の電極棒(52)は、図３に示すように、正面側から管体(33)内に突出している。上記したように、給気導入部(11)のファン取付壁(13)、対向壁(14)、前後壁(15)(16)からなる構成壁の内面は、下方に向かって僅かに拡径するように傾斜させているため、これらの構成壁を下方の平面バーナ(3)へ投影させた投影線(18)をさらに下方へ延長させて形成される投影面(180)は、図３に示すように、バーナヘッド本体(11)の導入口(120)よりも僅かに広がって形成され、点火電極(50)の先端の放電部(53)は、この投影面(180)内であって、前壁(15)を平面バーナ(3)に投影させた投影線(18)の近傍に設置されている。
本実施の形態の給湯装置で出湯運転が行われると、給水管(38)から水が給水されると共に、平面バーナ(3)の点火動作が実行され、モータ(M)の駆動により、ファンケース(2)内のファンが回転し、給気管(23)から外部の空気が混合装置(22)内に取り込まれると共に、ガス供給管(24)からの燃料ガスと混合されて燃焼用混合気が生成される。
この混合気は、ファンケース(2)の流路(20)の下流端から、空気取込口(10)を介してバーナボディ(1)の給気導入部(11)に送り込まれる。
空気取込口(10)から給気導入部(11)内に送り込まれた混合気は、図３の太い矢印に示すように、空気取込口(10)が開口するファン取付壁(13)に対向している対向壁(14)に向かって流れていき、対向壁(14)に衝突した後、向きを変え、一部は、図１の矢印に示すように、略垂直に起立している対向壁(14)に沿って下方へ流れていくと同時に、一部は、図３の細い矢印に示すように、給気導入部(11)内の前壁(15)側と後壁(16)側とに別れて下方に流れていく。従って、上記実施の形態の給湯器では、ケーシング(100)の高さをできるだけ低くするために、横倒し状態のファンケース(2)をバーナボディ本体(12)の上面に一部が重なるように設置することで、混合気は、給気導入部(11)内に横向きに送り込まれる構成となっているが、空気取込口(10)からの混合気は吹出し方向に偏らずに下方の平面バーナ(3)に供給できる。
また、空気取込口(10)は、その中心をファン取付壁(13)の中心よりも後方寄りに開口させることにより、給気導入部(11)内にて、空気取込口(10)より前方のスペースは後方のスペースよりも大きく形成されている。さらに、ファン取付壁(13)は、前壁(15)側の正面側端部が、ケーシング(100)の正面側寄りで且つ、バーナボディ本体(12)の左右方向の略中央部に位置し、後壁(16)側の背面側端部が、ケーシング(100)の背面側寄りで且つ、バーナボディ本体(12)の右側方に位置するように傾斜して設けられているから、上記のように前方のスペースを大きくした給気導入部(11)から下方に流れる混合気は、正面側の中央部、特に、構成壁を下方の平面バーナ(3)へ投影させた投影面(180)内のうち、前壁(15)を平面バーナ(3)に投影させた投影線(18)に向かって流れ易い。そして、点火電極(50)の放電部(53)は、この正面側の投影線(18)で形成される投影面(180)内に突出させているから、放電部(53)には、多量の混合気が集中して到達することとなり、放電部(53)から火花放電が生じると速やかに点火される。また、空気取込口(10)からの混合気は吹出し方向に偏らずに下方の平面バーナ(3)の全域に分布するように供給できるから、点火電極(50)により点火した炎を平面バーナ(3)の略全域に迅速に火移りさせることができ、燃焼面(30)で均一な燃焼が得られる。
また、点火電極(50)や着火を検知する着火検出器(51)は、ケーシング(100)の正面側に位置する管体(33)の所定位置に設けられているから、製造時やメンテナンス時に正面側の開閉扉(102)を開放することにより、容易にこれらの取り付け及び取り外し作業を行うことができる。しかも、給気導入部(11)もバーナボディ本体(12)の中央よりもやや正面寄りに設けていると共に、混合気はその集中的に正面側に設けられた点火電極(50)の放電部(53)に流れるから、短い点火電極(50)の電極棒(52)や着火検出器(51)の検出棒(54)を使用できる。
また、ファンケース(2)の接続フランジ(21)とバーナボディ(1)のファン取付壁(13)との接続や取外し作業をケーシング(100)の正面側から目で確認しながら行うことができるので、組み付け及びメンテナンス時の作業性が向上する。
なお、上記実施の形態では、バーナボディ(1)の右側方にファンケース(2)を位置させたが、バーナボディ(1)の左側方にファンケース(2)を位置させてもよい。この場合、給気導入部(11)は、上記実施の形態と線対称に形成される。
また、空気取込口(10)は、ファン取付壁(13)の中心よりも前方へずれた位置に開口させても良く、この場合、点火電極(50)や着火検出器(51)は、給気導入部(11)の構成壁を下方の平面バーナ(3)へ投影させた投影面(180)内のうち、背面側の投影線(18)で形成される投影面(180)内に点火電極(50)の放電部(53)が突出するように、第１熱交換器(31)の管体(33)の背面側に設けておけば速やかな点火を得ることができる。
(1) ・・・・・・・・バーナボディ
(10)・・・・・・・・空気取込口
(11)・・・・・・・・給気導入部
(12)・・・・・・・・バーナボディ本体
(13)・・・・・・・・ファン取付壁
(14)・・・・・・・・対向壁
(2) ・・・・・・・・ファンケース
(3) ・・・・・・・・平面バーナ
(30)・・・・・・・・燃焼面
(50)・・・・・・・・点火電極
(53)・・・・・・・・放電部
(100) ・・・・・・・ケーシング
(101) ・・・・・・・ケーシング本体
(102) ・・・・・・・開閉扉
(120) ・・・・・・・導入口
(180) ・・・・・・・投影面

Claims (3)

  1. 前方に開口部を有するケーシング本体と、前記開口部を開閉する開閉扉とを有するケーシング内に、
    下向きの燃焼面を有する平面バーナが設置されるバーナボディと、
    前記バーナボディと連通するように横倒し状態に設置され且つ燃焼用空気と燃料ガスの混合気を前記バーナボディ内へ送り込む縦軸型のファンが収容されたファンケースと、
    前記平面バーナの下方に設置される点火電極とを備える給湯器であって、
    前記バーナボディは、混合気が供給される導入口が上面の略中央部に開設され且つ下面に前記平面バーナを有するバーナボディ本体と、前記導入口と連通するように前記バーナボディ本体の上面から上方へ突設され且つ前記ファンケースと連通する空気取込口が側方に開口する給気導入部とを有し、
    前記給気導入部の構成壁のうち、前記空気取込口と対向する対向壁の内面は略垂直面を有し、
    前記点火電極の放電部は、前記給気導入部の構成壁を下方に投影したときの投影面内に位置する給湯器。
  2. 請求項１に記載の給湯器において、前記ケーシングの開閉扉側を正面側、ケーシングの奥側を背面側とし、
    前記給気導入部の構成壁のうち、前記空気取込口が開口している構成壁をファン取付壁とし、
    前記空気取込口は、前記ファン取付壁の中心よりも、正面側寄り又は背面側寄りのどちらか一方に偏って設けられ、
    前記点火電極の放電部は、前記投影面の正面側又は背面側のうち、空気取込口から離れて位置する側に設けられている給湯器。
  3. 請求項２に記載の給湯器において、前記ファン取付壁は、前記正面側の端部がバーナボディ本体の正面側の中央部近傍に位置し、背面側の端部がファンケースが位置する側の側方に位置するように、給気導入部をバーナボディ本体に対して傾斜して設けられている給湯器。
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