JP7276825B2

JP7276825B2 - 給湯器

Info

Publication number: JP7276825B2
Application number: JP2019070729A
Authority: JP
Inventors: 大志小田
Original assignee: 株式会社パロマ
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2023-05-18
Anticipated expiration: 2039-04-02
Also published as: JP2020169758A

Description

本発明は、潜熱回収型の給湯器に関する。

潜熱回収型の給湯器では、顕熱を回収する一次熱交換器と、潜熱を回収する二次熱交換器とが併設される。一次熱交換器としては、厚み方向に所定間隔をおいて並設される複数のフィンに複数の伝熱管を貫通させて、フィン間にバーナの燃焼排気等の高温の気体を通過させることで、気体と伝熱管内を流れる流体との間で顕熱を回収可能としたフィンチューブ式が知られている。
一方、二次熱交換器としては、特許文献１に開示されるように、凸部を互いに形成した一対の伝熱プレート同士を接合して凸部間に内部流路を形成したペアプレートを、厚み方向に複数重ねて各ペアプレート間に排気通路を形成して、各ペアプレートの内部流路の両端同士を互いに連通させて一方を流入経路、他方を流出経路としたプレート式が知られている。この二次熱交換器では、流入経路から流入させた水を各内部流路に通過させて流出経路から流出させることで、排気通路を通過する燃焼排気から潜熱が回収可能となっている。

特開２０１８－５４１５５号公報

しかし、このような潜熱回収型の給湯器では、一次熱交換器を通過した燃焼排気が二次熱交換器では流入経路及び流出経路よりも外側の領域に流れてしまうことがある。このため、熱効率が悪くなる上、熱交換されない燃焼排気が二次熱交換器のケーシングに接触することでケーシングの温度上昇を招くおそれがある。特許文献１には、ケーシング内に伝熱プレートの外側の端部同士の空間を塞ぐ整流板を設ける構造が開示されているが、この整流板は流入経路及び流出経路を越えて内部流路の領域までオーバーラップしているため、排気通路に燃焼排気が流れない部分が生じ、潜熱の十分な回収が行えないおそれがある。

そこで、本発明は、フィンチューブ式の一次熱交換器とプレート式の二次熱交換器とを組み合わせた場合でも良好な熱効率を維持することができる給湯器を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、厚み方向へ所定間隔をおいて並設される複数のフィンと、各フィンをそれぞれ貫通する複数の伝熱管とを第１ケーシング内に収容してなるフィンチューブ式の一次熱交換器と、
所定の凸部を形成した２枚の伝熱プレートを互いに組み合わせて両伝熱プレート間に内部流路を形成したペアプレートを、第２ケーシング内に厚み方向へ複数組並設して各ペアプレート間に排気流路を形成すると共に、各内部流路の両端同士を連通させて一端に流入経路を、他端に流出経路をそれぞれ形成してなるプレート式の二次熱交換器と、を備え、
第１ケーシングと第２ケーシングとを上下方向に連結してバーナの燃焼排気を第１ケーシングと第２ケーシングとの順に通過させて燃焼排気の顕熱及び潜熱を回収可能とした給湯器であって、
一次熱交換器で熱交換された燃焼排気を、二次熱交換器における各ペアプレートの内部流路の形成領域に向けて案内するガイド部材が設けられており、
ガイド部材は、第１ケーシングの内面に取り付けられ、燃焼排気の通過方向でフィンよりも下流側に位置して当該下流へ行くに従って形成領域の中央側へ近づき、突出端が内部流路の両端の上流側に位置する傾斜板部と、傾斜板部の突出端から下流側へ延びて内部流路の両端と通過方向でオーバーラップする平板部とを含んでなると共に、
ガイド部材は、フィンよりも外側で第１ケーシングの内面に当接し、各伝熱管の間に下流側から嵌合する挿入片を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ガイド部材の採用により、燃焼排気を排気通路へ確実に導いて潜熱をロスなく回収することができる。よって、フィンチューブ式の一次熱交換器とプレート式の二次熱交換器とを組み合わせた場合でも良好な熱効率を維持することができる。
また、ガイド部材により、ペアプレートによって熱交換されない燃焼排気が第２ケーシングの内面に接触することが防止されるため、第２ケーシングの温度上昇の抑制にも繋がる。
さらに、ガイド部材は、第１ケーシングの内面に取り付けられ、燃焼排気の通過方向でフィンよりも下流側に位置して当該下流へ行くに従って内部流路の形成領域の中央側へ近づき、突出端が内部流路の両端の上流側に位置する傾斜板部と、傾斜板部の突出端から下流側へ延びて内部流路の両端と通過方向でオーバーラップする平板部とを含んでなることで、第１ケーシングから第２ケーシングへ流れる際の燃焼排気を内部流路の形成領域側へスムーズにガイドすることができる。
そして、ガイド部材は、フィンよりも外側で第１ケーシングの内面に当接し、各伝熱管の間に下流側から嵌合する挿入片を備えることで、ガイド部材を適正姿勢に位置決めでき、伝熱管との間からの燃焼排気の漏れも防止可能となる。

フロントカバーを外した給湯器の正面図である。樹脂シート及びコントローラ、表示操作パネルを省略した給湯器の正面図である。図２の内胴のみのＡ－Ａ線断面図である。図３のＢ－Ｂ線断面図である。二次熱交換器の下方からの斜視図である。ガイド部材の斜視図である。ガイド部材の説明図で、（Ａ）は正面、（Ｂ）は側面、（Ｃ）は平面をそれぞれ示す。図４のガイド部材部分を拡大して示すガイド作用の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、給湯器の一例を示す正面図で、フロントカバーを外した状態で示している。図２は図１において、樹脂シート及びコントローラ、表示操作パネルを除いた状態を示している。
この給湯器１は、前面を開口した四角箱状の筐体２内に、バーナ４と、一次熱交換器５と、二次熱交換器６とが上から順に設けられる内胴３を収容した逆燃焼式となっている。また、筐体２内には、内胴３の下部から後方へ回り込んで上向きに設けられる排気部７と、内胴３の右側方でバーナ４に連結されたファンユニット８と、ファンユニット８の下側でファンユニット８に連結され、ガスガバナ９を介してガス導入管１１から燃料ガスが供給されるガス供給ユニット１０とが設けられている。内胴３の下方右側には、電装基板を収容してなるコントローラ１２が横向きに設置され、その下方中央には、フロントカバーから露出する表示操作パネル１３が設けられている。

バーナ４は、燃料ガスと燃焼に必要な全ての燃焼用空気との混合気が燃焼する全一次空気式で、上下面を開口して上下方向に所定深さを有する平面視横長矩形状の上ケーシング１４を有し、上ケーシング１４の上面は、上方へ突出してファンユニット８が接続されるチャンバ１５によって閉塞されている。上ケーシング１４の下面には、図３，４に示すように、複数の炎孔が形成されて下向きへ円弧状に膨出する炎孔板１６が設けられて、炎孔板１６の表面（下面）で混合気が燃焼可能となっている。
ファンユニット８は、平面視円形のファンケース１７内に図示しないファンを収容し、ファンケース１７の上側中央に、ファンを回転駆動させるファンモータ１８を設けている。

一次熱交換器５は、図５にも示すように、バーナ４が取り付けられる四角筒状の中ケーシング２０内の下部に、複数のフィン２１，２１・・（各図では一部のみ図示）を厚み方向となる左右方向へ所定間隔をおいて並設すると共に、各フィン２１を左右方向に貫通する伝熱管２２を配設してなるステンレス製となっている。
ここでの伝熱管２２は、最下段で前後方向に所定間隔をおいて配設される横断面楕円形で、長軸を上下方向とした８本の直線状の大径管２３，２３・・と、その上方で中ケーシング２０の前後外側へそれぞれ上下方向に所定間隔をおいて３本ずつ配設される横断面円形の直線状の小径管２４，２４・・とを含んでいる。このうち大径管２３は、中ケーシング２０の左右の側面に設けられた下側ヘッダ２５により、前後に隣接する２本の端部同士が左右で交互に接続されて、全体で１本に繋がる蛇行状となっている。但し、最後部の大径管２３の右端部には、二次熱交換器６との接続管２６が接続され、最前部の大径管２３の右端部は、上下に延びる前側ヘッダ２７により、前側３本の小径管２４の右端部と接続されている。中ケーシング２０の左側面には、前後の３本の小径管２４の左端部同士を接続する左側ヘッダ２８が設けられている。中ケーシング２０の右側面には、後側３本の小径管２４の右端部同士を接続する右側ヘッダ２９が設けられて、右側ヘッダ２９に出湯管３０が接続される。

よって、一次熱交換器５の伝熱管２２では、接続管２６から最後部の大径管２３に流入した湯水は、最下段の大径管２３，２３・・を交互に通過しながら前方へ蛇行状に移動した後、最前部の大径管２３から前側３本の小径管２４、後側３本の小径管２４を順番に通過して出湯管３０へ流れることになる。
中ケーシング２０の上側外周には、略全面に導電パターンが蛇行状に網羅されてなる帯状の樹脂シート３１が巻回されて、中ケーシング２０からの燃焼排気の漏洩を検知可能となっている。各大径管２３には、通過する湯水を撹拌するための乱流板３２が挿入されている。

一方、二次熱交換器６は、中ケーシング２０と連通する四角筒状の下ケーシング３５内に、一対の伝熱プレート３７，３７同士を向かい合わせて接合したペアプレート３６を、厚み方向となる前後方向へ所定間隔をおいて複数積層してなる。各伝熱プレート３７は、正面視が横長矩形状を有し、中央部分には、傾斜状の突条３８，３８・・が複数平行に突設されて、左右両側には、突条３８と連通する上下方向の凸部がそれぞれ突設されている。よって、各ペアプレート３６には、突条３８，３８・・内をジクザグに流れる内部流路３９が形成されると共に、凸部同士の対向によって左端部に流入部４０が、右端部に流出部４１がそれぞれ形成される。また、ペアプレート３６，３６の間には、突条３８，３８の間を燃焼排気が傾斜状に流れる排気通路４２が形成される。

さらに、ペアプレート３６，３６・・では、各流入部４０の下端が積層方向で連通する流入経路４３を形成しており、この流入経路４３は、下ケーシング３５の正面側下部に設けた入口４４と接続されている。さらに、ペアプレート３６，３６・・では、各流出部４１の上端が積層方向で連通する流出経路４５を形成しており、この流出経路４５は、下ケーシング３５の正面側上部に設けた出口４６と接続されている。入口４４には給水管４７が接続され、出口４６には接続管２６が接続される。
よって、この二次熱交換器６では、給水管４７から入口４４を介して流入経路４３に流入した水は、各ペアプレート３６の流入部４０を介して内部流路３９にそれぞれ流れ、流出部４１を介して流出経路４５に流れ、出口４６から接続管２６へ流れることになる。

そして、中ケーシング２０内の左右両側でフィン２１及び大径管２３の下側には、一対のガイド部材５０，５０が設けられている。
このガイド部材５０は、中ケーシング２０の前後の内法に収まる板状体で、図６，７に示すように、上向きに延びる上板部５１と、上板部５１の下端から下方へ行くに従って側方へ延びる傾斜板部５２と、傾斜板部５２の突出端から下向きに延びる下板部５３とからなる。上板部５１の上端には、大径管２３，２３の間に下方から嵌合する７つの山形状の挿入片５４，５４・・が上向きに延設されている。また、傾斜板部５２の前後両端には、中ケーシング２０の前後の内面への取付片５５，５５が上向きに折曲形成されている。

このガイド部材５０は、図４及び図８に示すように、傾斜板部５２，５２同士が対向する向きで、左右最外のフィン２１のさらに外側に上板部５１を位置させ、各挿入片５４を、中ケーシング２０の内面に当接させた状態で各大径管２３の間に差し込み嵌合させる。その姿勢で、前後の取付片５５，５５を中ケーシング２０にネジ又はリベットによって固定することで中ケーシング２０に固定される。この状態で、左右のガイド部材５０の各傾斜板部５２は、フィン２１の下方で左右方向の中央側へ下向きに延び、下板部５３は、二次熱交換器６の各ペアプレート３６の左右両端において、流入部４０と流出部４１との上方にそれぞれ位置して前後方向に延びている。よって、中ケーシング２０の左右の内面で下向きに流れる燃焼排気は、フィン２１，２１間を通過した後、上板部５１の内側から傾斜板部５２に沿って中央側へ案内され、排気通路４２に流れることになる。また、下板部５３によって流入部４０及び流出部４１の左右外側への流れが規制されることになる。

排気部７は、二次熱交換器６の下ケーシング３５の下面に取り付けられるドレン受け６０と、ドレン受け６０の後部に立設される排気ダクト６１とを備える。ドレン受け６０の底部は、ドレン排出管６２を介して中和器６３と接続される。
排気ダクト６１は、合成樹脂製の横長角筒状で、排気ダクト６１の上端の開口には、筐体２の上面に突出する円筒状の排気筒部６５を備えた上カバー６４が接合される。

以上の如く構成された給湯器１においては、器具内に通水されると、リモコン等で要求される燃焼量に応じた回転数でコントローラ１２がファンモータ１８を駆動させてファンを回転させる。すると、ファンユニット８では、ファンの回転数に比例した空気が吸い込まれる。同時にガス導入管１１からは燃料ガスが供給され、ガス供給ユニット１０でファンユニット８の吸込側に設けたベンチュリーを介して空気と混合されて混合気が生成される。生成された混合気は、ファンケース１７の吐出口からバーナ４のチャンバ１５に吐出され、上ケーシング１４内に供給されて、炎孔板１６の各炎孔から噴出し、図示しない点火電極によって点火されて燃焼する。

バーナ４からの燃焼排気は、一次熱交換器５の中ケーシング２０で各フィン２１，２１の間を通過することで、伝熱管２２内を流れる湯水と熱交換し、顕熱が回収される。伝熱管２２のうち、各大径管２３内では、乱流板３２によって湯水が撹拌されるため、滞留や温度ムラが生じにくくなる。
各フィン２１，２１の間を通過した燃焼排気は、中ケーシング２０から二次熱交換器６の下ケーシング３５内に至る。
このとき、中ケーシング２０の左右両側では、図８に示すように、点線で示す燃焼排気Ｇは、左右のガイド部材５０，５０の傾斜板部５２により、下ケーシング３５における内部流路３９の形成領域側（排気通路４２側）へガイドされる。よって、殆どの燃焼排気は、左右の流入部４０と流出部４１との間で排気通路４２を通過することになり、内部流路３９を流れる水と熱交換して潜熱が回収される。
また、燃焼排気Ｇがガイド部材５０により中央側へガイドされて流入部４０及び流出部４１の外側へ流れないため、燃焼排気が下ケーシング３５の左右の内面と接触することが防止され、下ケーシング３５の温度が上昇しにくくなる。

そして、下ケーシング３５を通過した燃焼排気は、排気部７のドレン受け６０内に進入し、ドレン受け６０の後部に移動して排気ダクト６１内を上昇して排気筒部６５から外部に排出される。二次熱交換器６で発生したドレンは、ドレン受け６０内に落下し、ドレン排出管６２及び中和器６３を介して器具の外部へ排出される。

このように、上記形態の給湯器１によれば、一次熱交換器５で熱交換された燃焼排気を、二次熱交換器６における各内部流路３９の形成領域に向けて案内するガイド部材５０が設けられているので、燃焼排気を排気通路４２へ確実に導いて潜熱をロスなく回収することができる。よって、フィンチューブ式の一次熱交換器とプレート式の二次熱交換器とを組み合わせた場合でも良好な熱効率を維持することができる。
また、ガイド部材５０により、ペアプレート３６によって熱交換されない燃焼排気が下ケーシング３５の内面に接触することが防止されるため、下ケーシング３５の温度上昇の抑制にも繋がる。

特にここでは、ガイド部材５０は、中ケーシング２０（第１ケーシング）の内面に取り付けられ、燃焼排気の通過方向でフィン２１よりも下流側に位置して当該下流へ行くに従って内部流路３９の形成領域の中央側へ近づき、突出端が内部流路３９の両端である流入部４０及び流出部４１の上流側に位置する傾斜板部５２と、傾斜板部５２の突出端から下流側へ延びて流入部４０及び流出部４１と通過方向でオーバーラップする下板部５３（平板部）とを含んでなることで、中ケーシング２０から下ケーシング３５へ流れる際の燃焼排気を内部流路３９の形成領域側へスムーズにガイドすることができる。
また、ガイド部材５０は、フィン２１よりも外側で中ケーシング２０の内面に当接し、伝熱管２２の各大径管２３の間に下流側から嵌合する挿入片５４を備えることで、ガイド部材５０を適正姿勢に位置決めでき、大径管２３との間からの燃焼排気の漏れも防止可能となる。

なお、ガイド部材の形状は上記形態に限らず、傾斜板部を長く形成したり、傾斜角度を変えたり、傾斜させずに水平としたり、取付片をなくして上板部を中ケーシングに取り付けたり等、適宜変更可能である。また、ペアプレートの向きによっては中ケーシングの前後の内面に取り付けても差し支えない。下板部も下ケーシング内に突出するまで下方へ長く延ばしたり、内側へ傾斜させたりする他、下板部を省略することも可能である。
さらに、上記形態では、ガイド部材を中ケーシング内に設けているが、下ケーシング内の開口際に設けて燃焼排気をガイドさせてもよいし、中ケーシングと下ケーシングとに跨がって取り付けてもよい。

その他、バーナ、一次熱交換器、二次熱交換器の各形態やファンユニットの配置、コントローラの配置等は適宜変更可能である。逆燃焼式でなくてもよく、一次熱交換器の上側に二次熱交換器がある給湯器でも本発明は適用できる。二次熱交換器のペアプレートも、突条の形状や流入部及び流出部の形状を適宜変更して差し支えない。
また、一次熱交換器では、大径管の数は適宜増減可能であるし、伝熱管として小径管がない形態であっても差し支えない。横断面形状が楕円形でなく円形であってもよい。フィン及び伝熱管の向きも上記形態と逆であってもよいし、フィン及び伝熱管は１段でなく複数段設けてもよい。
さらに、ファンユニットで燃料ガスと燃焼用空気とを混合した混合気をチャンバへ供給する予混合式となっているが、これに限らず、ファンからは燃焼用空気のみを供給させてファンの下流側で燃料ガスと燃焼用空気とをチャンバに導入させる給湯器であっても本発明は適用可能である。

１・・給湯器、２・・筐体、３・・内胴、４・・バーナ、５・・一次熱交換器、６・・二次熱交換器、７・・排気部、８・・ファンユニット、１０・・ガス供給ユニット、１２・・コントローラ、１４・・上ケーシング、２０・・中ケーシング、２１・・フィン、２２・・伝熱管、２３・・大径管、２４・・小径管、２６・・接続管、３０・・出湯管、３５・・下ケーシング、３６・・ペアプレート、３７・・伝熱プレート、３８・・突条、３９・・内部流路、４０・・流入部、４１・・流出部、４２・・排気通路、４３・・流入経路、４５・・流出経路、４７・・給水管、５０・・ガイド部材、５１・・上板部、５２・・傾斜板部、５３・・下板部、５４・・挿入片、６０・・ドレン受け、６１・・排気ダクト。

Claims

厚み方向へ所定間隔をおいて並設される複数のフィンと、各前記フィンをそれぞれ貫通する複数の伝熱管とを第１ケーシング内に収容してなるフィンチューブ式の一次熱交換器と、
所定の凸部を形成した２枚の伝熱プレートを互いに組み合わせて両前記伝熱プレート間に内部流路を形成したペアプレートを、第２ケーシング内に厚み方向へ複数組並設して各前記ペアプレート間に排気流路を形成すると共に、各前記内部流路の両端同士を連通させて一端に流入経路を、他端に流出経路をそれぞれ形成してなるプレート式の二次熱交換器と、を備え、
前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとを上下方向に連結してバーナの燃焼排気を前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの順に通過させて燃焼排気の顕熱及び潜熱を回収可能とした給湯器であって、
前記一次熱交換器で熱交換された燃焼排気を、前記二次熱交換器における各前記ペアプレートの前記内部流路の形成領域に向けて案内するガイド部材が設けられており、
前記ガイド部材は、前記第１ケーシングの内面に取り付けられ、燃焼排気の通過方向で前記フィンよりも下流側に位置して当該下流へ行くに従って前記形成領域の中央側へ近づき、突出端が前記内部流路の両端の上流側に位置する傾斜板部と、前記傾斜板部の突出端から下流側へ延びて前記内部流路の両端と前記通過方向でオーバーラップする平板部とを含んでなると共に、
前記ガイド部材は、前記フィンよりも外側で前記第１ケーシングの内面に当接し、各前記伝熱管の間に下流側から嵌合する挿入片を備えることを特徴とする給湯器。