JP7128060B2 - 加熱装置 - Google Patents

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Description

本発明は、熱交換器と排気ダクトとの接続部分にパッキンを設けたシール構造を備える加熱装置に関する。
従来、ボイラーや給湯装置等の加熱装置は、燃焼排ガスを発生させるバーナと、バーナの燃焼排ガスを流通する熱交換器と、熱交換器から流出する燃焼排ガスを排出させる排気ダクトとを備えている。例えば、下向きに燃焼するバーナを備えた加熱装置では、排気ダクトは、その排気集約部を熱交換器の下部と接続して、排気集約部に連通する排気導流部を下部から上方へと延設して熱交換器の側方に配設する構成とされている（例えば、特許文献１、２）。熱交換器と排気ダクトとの接続部分では、燃焼排ガスの漏れを防ぐためにパッキンを配設してシールする構成とされている。この場合、一般的に、熱交換器と排気ダクトとの接続部分にそれぞれ外向きの水平フランジを設け、この水平フランジ間にパッキンを挟み、ビスを締め付けてパッキンを圧縮してシールすることにより、燃焼排ガスの漏れを防ぐようにしている（特許文献１の図８参照）。
特表２０１７－５１２９６６号公報 特開２０１８－３１５３３号公報
ところで、上記加熱装置をコンパクトな構成とするには、排気ダクトの排気導流部をできるだけ熱交換器側に近づけるようにすることが考えられる。この場合、熱交換器と排気導流部との隙間が小さくなるため、水平フランジやパッキンの幅が狭くなり、パッキンのシール長が十分に確保できなくなり、同時に水平フランジをビス等で固定し辛くなり、接続部分のシール性能が下がり燃焼排ガスの漏れを起こすおそれがある。
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、ビス等を使わなくてもシール性能が十分に発揮され、それでいて加熱装置をコンパクトに構成することを可能とする加熱装置を提供することを目的とする。
本発明に係る加熱装置は、
下向きに燃焼して燃焼排ガスを発生させるバーナと、
バーナの下端と接続されてバーナの燃焼排ガスを下方へと流通する筒状胴部を有する熱交換器と、
熱交換器の下端と接続される排気ダクトと、
熱交換器と排気ダクトとの接続部分に設けられるパッキンとを備え、
上記排気ダクトは、熱交換器下端側から流出される燃焼排ガスを受け止める排気集約部と、排気集約部に連通して熱交換器の筒状胴部側方に近接した状態で上方に延設される排気導流部とを有し、
上記排気集約部は、熱交換器下流端の筒状の流出側接続部が内嵌される内周壁を構成する接続開口部と、接続開口部の内周壁よりも外周側に設けられる溝部とを有し、
上記パッキンは、排気集約部における接続開口部の内周壁と熱交換器における流出側接続部の外周壁との間に圧縮状態で挟持されてシールを構成するシール部と、排気集約部の溝部内に挿入されるアンカー部とを有するものである。
本発明の加熱装置では、熱交換器と排気ダクトとの接続部分のシール構造として、従来のようにパッキンを挟む外向きの水平フランジを延設してこれをビスで固定する構成と比較すると、排気ダクトに熱交換器を挿入することで熱交換器と排気ダクトとの接続部分でのシール長が確保できる。従って、パッキンを挟む水平フランジが無くても安定したシール性能が得られることから、水平フランジやビス固定のためのスペースを設ける必要がなく、排気ダクトの排気導流部を熱交換器の筒状胴部側方に近接させて加熱装置をコンパクトに構成することができる。また、パッキンのシール部を圧縮状態とするビスも削減することができる。
また、シール部は、排気ダクトに熱交換器を挿入して接続開口部の内周壁と流出側接続部の外周壁との間をシールする構成であるから、熱交換器内で生じた結露水が流出側接続部の外周壁側へは流れにくく、結露水を外部へ漏れにくくすることができる。
また、パッキンは、アンカー部を排気集約部の溝部内に挿入して保持されているので、排気ダクトに熱交換器を挿入する際に熱交換器の流出側接続部によりシール部が想定外に巻き込まれることを防止することができる。従って、シール部は、接続開口部の内周壁と流出側接続部の外周壁との間に確実に圧縮状態に挟持されてシール性能を発揮することができる。また、排気ダクトに熱交換器を挿入する構成であるから、アンカー部がシール部に引っ張られることで、パッキンが溝部側へと押し付けられて溝部との密着度が上がり、シール性能を高めることができる。
実施形態による加熱装置の構成を示す模式図である。 熱交換器と排気ダクトとの接続部分を示す分解斜視図である。 熱交換器と排気ダクトとの接続部分を示す断面図である。 熱交換器と排気ダクトとの接続部分に取り付ける前の非圧縮状態のパッキンを示す断面図である。
以下に、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、実施形態の加熱装置１は、ボイラーや給湯装置等のような加熱装置１を構成するものである。加熱装置１は、下向きに燃焼するバーナ２と、バーナ２の下端部に接続される熱交換器３と、熱交換器３の下端部に接続される排気ダクト４とを備えている。また、熱交換器３と排気ダクト４との接続部分は、燃焼排ガスの漏れを防ぐために環状のパッキン５を配設してシールする構成としている。
バーナ２は、上流側に燃焼ファン２１、燃料ガスと空気とを混合する予混合器２２が接続されている。予混合器２２には、ガス導入管２３と空気導入管２４とが接続されている。バーナ２は、燃焼ファン２１の作動により予混合器２２から混合ガス（燃料ガスと空気）が供給されると、この混合ガスを下向きに燃焼させて燃焼排ガスを生成する。
熱交換器３は、バーナ２からの燃焼排ガスを上方から下方へと流通させる矩形状の筒状胴部３１と、この筒状胴部３１内に配設される熱交換ユニット３２とを備えている。熱交換ユニット３２の上流側にはタンク又は水道管等と通じる給水配管３３が接続され、熱交換ユニット３２の下流側には温水等の加熱流体の利用先へと通じる出湯配管３４が接続されている。この熱交換器３では、上部に顕熱熱交換ユニットを有し、その下部に潜熱熱交換ユニットを有している。熱交換器３は、給水配管３３を通して供給される水等の流体を燃焼排ガスにより加熱し、この加熱した流体を出湯配管３４を通して加熱流体の利用先へと供給する。
排気ダクト４は、熱交換器３の下端部と接続されるトレー状の排気集約部４１と、排気集約部４１と一体形成されて排気集約部４１と連通する排気導流部４２とを有する。排気導流部４２は、下部の排気集約部４１から屈曲して熱交換器３の側方に近接した状態で上方に向けて延設されている。排気ダクト４は、熱交換器３の下端部から流出される燃焼排ガスを排気集約部４１で受け止めて排気導流部４２を通して装置上面の排気口４３から装置外部へと排出する。排気集約部４１からはドレン排出管６１が延設され、ドレン排出管６１は、流出管６３を有する中和器６２と接続されている。
図２、図３を参照して、熱交換器３において筒状胴部３１の下端側（下流側）は、筒状に開口した流出側接続部３５を構成する。この流出側接続部３５は、パッキン５を介して排気ダクト４と接続する接続部分となる。熱交換器３の筒状胴部３１は、ステンレス等の金属素材から形成されている。
排気ダクト４において排気集約部４１の開口した上端外縁部分は、熱交換器３側へ延びる筒状部４４を構成する。この筒状部４４は、パッキン５を装着して熱交換器３の流出側接続部３５を挿入接続する接続部分となる。具体的に、排気集約部４１の上端外縁部分の筒状部４４は、熱交換器３の下端部の流出側接続部３５が内嵌される内周壁を構成する接続開口部４５と、接続開口部４５の内周壁よりも外周側に設けられる環状の溝部４６と、溝部４６の外周側に立設する立壁部４７とを有している。排気ダクト４は、ＰＰ等の樹脂素材から形成されている。
パッキン５は、例えば、ＥＰＤＭ、フッ素ゴム等のように耐熱性、耐酸性を有するゴム素材から形成された環状のシール部材である。このパッキン５は、排気集約部４１の上端外縁部分である筒状部４４に取り付けられ、この筒状部４４を覆う断面形状を有している。すなわち、パッキン５は、図４をも参照して、排気集約部４１の接続開口部４５の内周壁を覆うシール部５１と、シール部５１の外周側に設けられて排気集約部４１の溝部４６内に挿入されるアンカー部５２と、アンカー部５２の外周側に設けられて排気集約部４１の立壁部４７を覆う外周フランジ部５３とを備える構成とする。
シール部５１は、排気集約部４１の接続開口部４５に熱交換器３の流出側接続部３５が挿入された接続状態では、接続開口部４５の内周壁と流出側接続部３５の外周壁との間に圧縮状態で挟持されてシールを構成する。この場合、熱交換器３の流出側接続部３５の下端位置は、シール部５１を完全に隠すようにシール部５１の先端よりも下方へ配置させているが（図３参照）、シール部５１が圧縮状態に挟持されるように少なくともシール部５１のシール機能部分（例えば、後述する厚肉部５１ａ）を挟む高さ位置に配置されていればよい。このシール構造によれば、従来のように熱交換器と排気ダクトとの接続部分でパッキンを挟む外向きの水平フランジを延設してこれをビスで固定する構成と比較すると、排気ダクト４に熱交換器３を挿入する形式であるから接続開口部４５の内周壁と流出側接続部３５の外周壁との間でシール部５１によるシール長が十分に確保でき、安定したシール性能が得られる。
ところで、下向き燃焼するバーナ２を備え、排気ダクト４を熱交換器３の下端側に接続する加熱装置１の場合は、排気ダクト４を下部から上方へ向けて延設する構成となる。つまり、排気ダクト４の排気導流部４２は、排気ダクト４と熱交換器３との接続部分を含む熱交換器３の側方に上下方向に延びるように配設される。この場合、従来のように熱交換器と排気ダクトとの接続部分にパッキンを挟む外向きの水平フランジが突設されていると、排気ダクトの排気導流部を熱交換器側に近接させて加熱装置をコンパクト化することが困難であった。この水平フランジの幅も、パッキンのシール長の確保やビス打ちのスペース確保のために狭い幅とするのは困難であるから、水平フランジを狭幅とし排気ダクトの排気導流部を熱交換器側に近接させることも難しい。
これに対して、本実施形態によれば、排気ダクト４に熱交換器３を挿入するだけで接続開口部４５の内周壁と流出側接続部３５の外周壁との間でシール長が確保されるから、従来のようなパッキンを挟む水平フランジが無くても安定したシール性能が得られる。従って、水平フランジやビス固定のためのスペースを設ける必要がなく、排気ダクト４の排気導流部４２を熱交換器３の側方に近接させて加熱装置１をコンパクトに構成することができるという効果を発揮する。また、パッキン５のシール部５１を圧縮状態とするビスも削減することができる。
また、シール部５１は、排気ダクト４に熱交換器３を挿入して接続開口部４５の内周壁と流出側接続部３５の外周壁との間をシールする構成である。それゆえ、熱交換器３内で発生した結露水がこのシール部５１の内外周面から漏れ出そうとする方向は、熱交換器３内における結露水の順方向（下方向）の流れに対して、逆方向（上方向）となる。従って、熱交換器３内で発生した結露水が流出側接続部３５の外周壁側へは流れにくい構成であり、さらには、パッキン５のシール部５１により熱交換器３と排気ダクト４との接続部分から結露水が外部へ漏れ出ることを確実に阻止することができる。
また、パッキン５は、排気集約部４１の筒状部４４を覆うだけでなく、アンカー部５２を排気集約部４１の溝部４６内に挿入させた構成とするので、パッキン５のシール部５１が排気集約部４１の接続開口部４５に比較的強く保持される。これにより、排気ダクト４に熱交換器３を挿入する際にシール部５１が熱交換器３の流出側接続部３５に引っ張られて行くが、アンカー部５２が溝部４６内に挿入保持されているから、シール部５１が想定外に流出側接続部３５により巻き込まれることを防止することができる。従って、シール部５１が接続開口部４５の内周壁と流出側接続部３５の外周壁との間に確実に圧縮状態に挟持されてシール性能を安定して発揮することができる。また、排気ダクト４に熱交換器３を挿入する構成であるから、アンカー部５２がシール部５１に引っ張られることでパッキン５が溝部４６側へと押し付けられてパッキン５と溝部４６との密着度が上がり、シール性能をさらに高めることができる。
また、パッキン５のシール部５１は、排気集約部４１の接続開口部４５と対向する外周面の一部に肉盛りされた厚肉部５１ａが設けられている。この厚肉部５１ａを設けることにより、熱交換器３の排気ダクト４への挿入を円滑に行うことができるという作用効果が発揮される。すなわち、本シール構造では、シール部５１を接続開口部４５の内周壁と流出側接続部３５の外周壁との間で圧縮状態に挟持させるためにシール部５１に対して熱交換器３を滑り込ませながら排気ダクト４に挿入して組み付けられる。この際、シール部５１の内外周面が接続開口部４５の内周壁と流出側接続部３５の外周壁とに対して面で密着した状態となると熱交換器３を挿入し難くするおそれがある。
これに対して、シール部５１に厚肉部５１ａを設けることにより、排気ダクト４に熱交換器３を挿入する際、シール部５１は、厚肉部５１ａにより接続開口部４５の内周壁とは面で密着することが抑えられ、また、厚肉部５１ａが接続開口部４５の内周壁側に圧縮変形する。その結果、排気ダクト４に熱交換器３を挿入する際のシール部５１との摩擦抵抗が抑えられ、熱交換器３の排気ダクト４への挿入を容易に且つ円滑に行うことができる。また、シール部５１が接続開口部４５の内周壁と流出側接続部３５の外周壁との間で圧縮状態にあるときは、厚肉部５１ａの弾性力により上記内外周壁との密着度が上がり、シール性能を高めることができる。実施形態では、厚肉部５１ａをシール部５１の外周面側に設けるが、シール部５１の内周面側に設ける場合でも上記同様の作用効果を発揮する。ただし、厚肉部５１ａをシール部５１の外周面側に設けることにより、熱交換器３を排気ダクト４に挿入する際に熱交換器３の下端部が厚肉部５１ａに引っ掛かってシール部５１を破損させるおそれはない。また、シール部５１の外周面側には、厚肉部５１ａより上の屈曲等し得る箇所に凸部５１ｂを設け、シール部５１の強度を補強するようにしている。
パッキン５のシール部５１は、弾性変形可能に構成され、図４に示すように、非圧縮状態では先端部へ向かうにつれて内方へ広がったスカート形状に形成されている。これにより、パッキン５を排気集約部４１へ取り付ける際に、シール部５１は、接続開口部４５の内周壁側へ簡単に配置されるので、アンカー部５２を排気集約部４１の溝部４６内に挿入しやすくなり、パッキン５の取り付けを容易に行うことができる。熱交換器３を挿入すると、スカート形状のシール部５１が弾性変形して熱交換器３の流出側接続部３５の外周壁に圧接される。従って、シール部５１と流出側接続部３５の外周壁との密着度が上がり、シール性を高めることができる。
パッキン５のアンカー部５２は、溝部４６の溝幅と同程度か薄い厚みを有するが、一部で溝部４６の溝幅よりも幅広となるように、その内外周面の両面に突起状のビード部５２ａが設けられている。ビード部５２ａは、アンカー部５２の内外周面にそれぞれ同じ高さ位置で一条に設けられている。これにより、溝部４６内ではアンカー部５２のビード部５２ａによりシール性能が確保され、シール部５１とアンカー部５２とでシール性能を二重に保証することができ、最小限の部品でシール性能をさらに高めることができる。また、パッキン５を排気集約部４１に取り付けるときに、溝部４６内にアンカー部５２を挿入する際は、ビード部５２ａにより溝部４６との摩擦抵抗が抑えられ、アンカー部５２の溝部４６内への挿入を容易に行うことができる。なお、ビード部５２ａは、アンカー部５２の周面に複数条に設けてもよいし、また、アンカー部５２の内外周面のどちらか一面にのみ設けるようにしてもよい。
パッキン５の外周フランジ部５３は、排気集約部４１の立壁部４７を覆うように設けられているので、パッキン５が外側から外力を受けても外周フランジ部５３によりパッキン５の捲れ上がりが防止され、パッキン５の一部脱落等を起こさないようにすることができる。また、この外周フランジ部５３は、パッキン５の排気集約部４１への取付け前でもアンカー部５２と略平行に垂下形成されているので、外周フランジ部５３は、パッキン５を排気集約部４１の筒状部４４へ取り付けるときの位置合わせとして利用することができる。
熱交換器３の筒状胴部３１においてパッキン５の天面と近接する高さ位置に突片３６（図２、図３を参照）が設けられている。これにより、パッキン５が排気集約部４１から外れる方向に浮き上がって来ても、突片３６に当接してパッキン５の位置ズレや脱落等を防ぐことができる。この突片３６の突出長さは、パッキン５よりも外側へ突出しない長さとされる。また、突片３６は、筒状胴部３１の四面すべてに設けられるが、排気ダクト４の排気導流部４２との対向面の両側に隣接した二面にだけ設けるようにしてもよい。
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内で様々な変更を施すことが可能である。
１ 加熱装置
２ バーナ
３ 熱交換器
４ 排気ダクト
５ パッキン
３１ 筒状胴部
３２ 熱交換ユニット
３５ 流出側接続部
３６ 突片
４１ 排気集約部
４２ 排気導流部
４４ 筒状部
４５ 接続開口部
４６ 溝部
４７ 立壁部
５１ シール部
５２ アンカー部
５３ 外周フランジ部
５１ａ 厚肉部
５１ｂ 凸部
５２ａ ビード部

Claims (4)

  1. 下向きに燃焼して燃焼排ガスを発生させるバーナと、
    バーナの下端と接続されてバーナの燃焼排ガスを下方へと流通する筒状胴部を有する熱交換器と、
    熱交換器の下端と接続される排気ダクトと、
    熱交換器と排気ダクトとの接続部分に設けられるパッキンとを備え、
    上記排気ダクトは、熱交換器下端側から流出される燃焼排ガスを受け止める排気集約部と、排気集約部に連通して熱交換器の筒状胴部側方に近接した状態で上方に延設される排気導流部とを有し、
    上記排気集約部は、熱交換器下流端の筒状の流出側接続部が内嵌される内周壁を構成する接続開口部と、接続開口部の内周壁よりも外周側に設けられる溝部とを有し、
    上記パッキンは、排気集約部における接続開口部の内周壁と熱交換器における流出側接続部の外周壁との間に圧縮状態で挟持されてシールを構成するシール部と、排気集約部の溝部内に挿入されるアンカー部とを有する加熱装置。
  2. 請求項１に記載の加熱装置において、
    上記パッキンのシール部は、弾性変形可能に構成され、非圧縮状態では先端部へ向かうにつれて内方へ広がったスカート形状に形成されている加熱装置。
  3. 請求項１又は２に記載の加熱装置において、
    上記パッキンのシール部は、周面の一部に肉盛りされた厚肉部が設けられている加熱装置。
  4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の加熱装置において、
    上記パッキンのアンカー部は、少なくとも一部が溝部よりも幅広となるように周面に突起状のビード部が設けられている加熱装置。
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