JPH07305894A - 瞬間式ガス温水器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 増大されたエネルギー効率を有するガス温
水器を提供する。 【構成】 ケーシング１２の内部に流体が供給される
多数の第２チューブと、この第２チューブをそれぞれ囲
繞する第１チューブと、この第１チューブを囲繞する円
筒形の壁を備え、特に第２チューブの外周縁には多数の
フィンが備えられた構造を有する。かかる構造は各第１
チューブの内部に加熱空気を供給し、その第１チューブ
の回りには壁とケーシングなど断熱壁が備えられること
によりエネルギー効率が増大されるガス温水器を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス温水器とこれに採用
される熱交換機に関する。

【０００２】

【従来の技術】典型的な軽量の家庭用のガス温水器は水
が加熱及び貯蔵されるタンクを備える。バーナは水の設
定温度を保つために温度調節装置で制御される。その効
率を改善するため、これらの装置の製作者により採択さ
れてきたエネルギー保存手段の例はさらに良好なタンク
の断熱とバーナの電気的な点火を含む。しかし、アメリ
カではこの温水器の基本的な概念における根本的な変化
は殆ど見られず、依然として温水器は温まった水をすぐ
使えるよう貯蔵するタンクを備える。

【０００３】瞬間式ガス温水器は熱を周囲に非経済的に
浪費する貯蔵槽を有しないので、エネルギー保存の見地
から明らかな改善であろう。しかし、この形態の商業的
に実行できる装置のための必須的な要件は改善された効
率を鑑みて市場で合理的に競争力のある値段で製造でき
るべきである。その他の要求は同等な温水供給定格を有
する現在の商業的な温水器より特に広いスペースを占有
せず、好適にはさらに狭い空間をとるべきである。

【０００４】本発明について行われた予備新規性サーチ
の結果、米国特許第４，９０９，１９１号、第１，５８
２，２３０号、第４，４５３，４９６号、第４，８６
７，１０６号、第４，４０１，０５８号、第４，３６
６，７７８号、第４，０９６，６１６号、第４，８２
５，８１３号及び第２，５３７，９８４号を見いだし
た。

【０００５】米国特許第４，４５３，４９６号と第４，
８２５，８１３号は“１回用ボイラ”を開示している。
このボイラは内部に環形の下部マニホールド形態の熱交
換機と、環形の上部マニホールドと、２つのマニホール
ドの間を延長し円形に配列された複数のチューブを受容
する垂直の円筒形の容器を備える。冷水は１つのマニホ
ールドに流入されチューブを通じて他のマニホールドを
通過して後者のマニホールドを通じて排出される。ガス
バーナは下部マニホールドの中心の内部に備えられ、加
熱された燃焼副産物は水を加熱しながらチューブの外側
を通過する。熱交換機の効率を改善するためにフィンが
チューブの外側に備えられる。

【０００６】チューブの外側に各々のフィン要素は積層
することによりチューブにフィンを設ける一般の概念は
新規ではない。その概念は米国特許第２，５３７，９８
４号に開示されている。

【０００７】米国特許第４，９０９，１９１号は米国特
許第４，４５３，４９６号と第４，８２５，８１３号に
開示されたものと何れかの面において類似した熱交換機
を有する温水器を開示する。マニホールドの間で延長さ
れる熱交換機の各チューブは実際に“二重チューブ”で
あり、そのうち１つは“衛生水”を移送し、他の１つは
“暖房水”を移送する。熱交換機の縁はケーシングの側
壁から内側に隔てられる円筒形の壁に囲繞され熱交換機
の周囲を円筒形の空間に限定する。燃素空気は上部マニ
ホールドの中心の内部に備えられたガスバーナに達する
前に前記空間を通して流れる。

【０００８】米国特許第１，５８２，２３０号、第４，
４０１，０５８号及び第４，３６６，７７８号は類似し
た熱交換機を有する他の形態の温水器を開示する。

【０００９】米国特許第４，０９６，６１６号は挿入フ
ィンを備える同心のチューブを含む熱交換機を開示し、
米国特許第４，８６７，１０６号は燃焼ガスがチューブ
内に備えられた螺旋インサート（helical insert）によ
り形成された螺旋経路を通じて流れる温水器を開示す
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は改善さ
れたエネルギー効率により得られるエネルギー節減を鑑
みながら、有用な装置で競争力のある値段となるよう割
合に小型で高い効率を有し公知の技術を用いて製造でき
る新規で独創的な瞬間式ガス温水器を提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために本発明は、円筒形のケーシングと、前記ケーシン
グの中心を横切ってその上端部に設けられる第１プレー
トと、前記ケーシングの中心を横切ってその下端部に設
けられる第２プレートと、前記ケーシングの上端部から
所定間隔に隔てられたまま備えられケーシングとの間に
所定の第１空間を形成し、環形の空間を有しその空間に
流体を供給する流入管を有する第１マニホールドと、前
記第１空間と大気を連結する排気管と、前記第２プレー
トの下部に備えられ、環形の空間を有しその空間と連な
る出口管を有する第２マニホールドと、円筒形の壁を横
切って備えられ、前記第２プレートとの間に第２空間を
形成する第３プレートと、前記円筒形の壁から所定間隔
に隔てられて備えられ、その内部に平行に同一円周上に
備えられ、一端は前記第１空間と連通するように前記第
１プレートに支持され、他端は前記第２空間と連通する
ように前記第３プレートに支持される複数の第１チュー
ブと、前記複数の第１チューブの内部を通してそれぞれ
備えられ、前記第１、第２マニホールドの空間と連通す
るように連結される複数の第２チューブと、前記複数の
第２チューブ内に前記円筒形の壁と同心に備えられ、一
端が前記第１プレートに支持され、他端は前記第３プレ
ートに届かない位置で自由端に備えられる第３チューブ
と、前記第１マニホールドから前記第２チューブを通し
て前記第２マニホールドに通る空間に流体が流れるよう
第１マニホールドに流体を供給する手段と、前記第２チ
ューブに流れる流体を加熱するよう前記第２空間に設け
られるバーナと、前記第２空間に空気を供給する手段を
備え、前記第２空間に加熱された空気が前記第１チュー
ブを通して前記第１空間に流れるよう構成してなること
を特徴とする。本発明の原理を具体化する装置は多様な
モデルサイズで大量生産に適合である。

【００１２】

【作用】本発明は第１マニホールド１４から第２チュー
ブ１８を通じて第２マニホールド１６に流体が流れ、空
間６４の熱い空気が第１チューブ２４と第２チューブ１
８との間に流れながら流体を加熱する。

【００１３】

【実施例】本発明の著しい利点と多くの特性は現在本発
明を施す前に鑑みられた最適の形式を示す好適な実施例
に関する次の詳細な説明から分かるだろう。

【００１４】温水器１０は底部の辺りに温水マニホール
ド１６と上部に冷水マニホールド１４を有する円筒形の
ケーシング１２を備える。一連の円形の円筒形第２チュ
ーブ１８は温水器１０の主縦軸２０の周囲に均一な円形
に配列され、軸２０と平行にマニホールド１４と１６と
の間に延在する。各第２チューブ１８の所定部分には一
連のフィン要素２２が積層されており、図３及び図４に
さらに詳しく示されている。各第２チューブ１８とその
フィン要素２２は対応する大きい円の円筒形の第１チュ
ーブ２４内に同心に備えられる小組立体を形成する。軸
２０に同心に配列された基本的な熱交換機構造体を構成
するものは第２チューブ１８、フィン２２及び第１チュ
ーブ２４の組み合わせである。さらに、熱交換機の構造
は後述するマニホールド１４、１６及び他の構造物と等
しい付加構造とこの基本的な熱交換機の組み合わせとか
ら形成される。

【００１５】各マニホールド１４、１６の構造はその内
部に対応する円形の環形マニホールド空間２６、２８を
有する一般に円形の胴体を含む点において類似である。
第２チューブ１８の上端部はマニホールド空間２６と共
通に通じるよう備えられ、その下端部はマニホールド空
間２８と共通に通じる。エルボを備える冷水流入管３０
は第２チューブ１８が入って行く面に対向するマニホー
ルド１６の面を経てマニホールド空間２６に入り込む。
やはり、エルボを備える温水の出口管３２は第２チュー
ブ１８が入っていく面に対向するマニホールド１６の面
を経てマニホールド空間２８に入り込む。温水器が使わ
れる際、冷水は流入管３０を通じてマニホールド空間２
６に流れ込んでマニホールドの周囲に分配される。つい
で、各第２チューブ１８（後述する方式で加熱する場
所）を通じてマニホールド空間２８まで平行した経路内
を通過し、以降温水になって出口管３２を経て温水器か
ら流出される。

【００１６】出口管３２の下には温水器の最下部に軸２
０と同心にマニホールド１６の上面に備えられたバーナ
３６への燃焼ガスの流量を制御するための流量制御バル
ブ３４がある。流量制御バルブ３４とマニホールド１６
との間に備えられた燃焼流入導管部材３８は供給源（図
示せず）から流量制御バルブ３４の流入口に燃焼ガスを
移送する役割を果たすガス流入路３９を備える。燃焼ガ
ス出口導管部材４０は流量制御バルブの出口からバーナ
の入口に延在するガス流出路４１を備える。

【００１７】バーナ３６はマニホールド１６の上面に重
なっている第２プレート４４上に垂直に支持された短い
第４チューブ４２を備える。この第４チューブ４２は軸
２０に同心であり、その上端は開放されている。第２プ
レート４４には流量制御バルブ３４からの燃焼ガスが第
４チューブ４２の内部に流れ込む円形孔４６が備えられ
ている。

【００１８】第４チューブ４２はやはり軸２０と同心に
第２プレート４４に垂直に支持された大きいチュ−ブの
形態である火炎保持器（ｆｌａｍｅ ｈｏｌｄｅｒ）４
８により囲繞されている。火炎保持器４８の上端は閉塞
されているが、その側壁に紋様の孔５０を有する。点火
器５１は火炎保持器４８の下部の外側に隣接したバーナ
に設置される。第２プレート４４の外側の縁にはケーシ
ング１２の直径よりやや小さくそれと同心の円形の円筒
形の壁５２が垂直に支持される。壁５２の高さはケーシ
ング１２のほぼ全体の高さと等しい長さなので、壁５２
とケーシング１２の両者を組み合わせてケーシング１２
の内部に環形の空間５４を形成する。一定パタ−ンをな
す孔５６はケーシング１２の上部の辺りに備えられ、こ
れらは周囲環境から燃焼空気が流れ込む燃焼空気流入口
を形成する。第１チューブ２４の下端部の所定の高さの
壁５２の内部に軸２０を横切って備えられた円形第３プ
レート６０が備えられており、壁５２には一定パターン
をなす孔５８が備えられる。第３プレート６０は壁５２
の内部に固定され、第１チューブ２４の下端部が受容さ
れる一定パターンをなす孔を有し、かつ中心に円形孔６
２を有する。従って、孔５８は第２プレート４４と第３
プレート６０との間に軸方向に存し、この２つのプレー
トと協同して燃焼空間６４の境界をなす壁５２の内部に
置かれ、かつ第１チューブ２４から下向きに突出したチ
ューブ１８部分は、この燃焼空間を通じてマニホールド
１６に延び、この過程で第２プレート４４に存する空隙
孔を通過する。 他の円形第１プレート６６は上部に隣
接した内部ケーシング１２を横切って横に延び、第１チ
ューブ２４の上端が受容される一定パターンをなす円形
孔を有する。第１チューブ２４から上向きに突出した第
２チューブ１８部分は第１プレート６６の真上部、そし
てマニホールド１４の下部に置かれた円形空間６８を通
じて延びる。短い排気管７０はマニホールド１４の開放
された中心部を通じて中央に通過し排気管７０の上端が
固定される排気ダクト（図示せず）にファンネル空間６
８を提供する。

【００１９】第３チュ−ブ７２は各第１チューブ２４の
放射状に最も内側にある部分に対してやや内側に隔てら
れた軸２０と同心に第１プレート６６から下向きに延び
る。第３チューブ７２は第１チューブ２４の殆どの長さ
に対して下向きに延びるが、第３プレート６０に届かず
に終息する。第３チューブ７２の下端は開放されている
にも関わらず、その上端は第１プレート６６の中心部に
より閉塞されているので通路を構成できない。第３チュ
ーブ７２は壁５２と協働して第１プレート６６から延び
る第１チューブ２４のほとんどの長さがその中に位置す
る円形の環形空間７４を限定している。空間７４の上端
が空間５４の上端と互いに通じるよう壁５２の上部に一
定パターンをなす孔７５が備えられる。かかる方式で空
間７４と空間５４を連通する流路に平行した燃焼空気の
経路が提供される。

【００２０】図３及び図４にはフィン要素２２及びこれ
らのチューブ１８、２４の関係が詳細に示されている。

【００２１】各フィン要素は円形であり、フランジ７８
を有する中央の円形孔７６を備える。フィン要素は、す
ぐ隣のフィン要素との接合部の役割を果たすと共にチュ
ーブにプレスはめ込み部を提供する役割を果たすフラン
ジ７８によってチューブに積層される。かかる方式でフ
ィン要素の横方向の延長部はチューブの長手方向に沿っ
て一定間隔に的確に軸方向に隔てられ、これらはチュー
ブに対して良好な熱伝導性を提供する。フィン要素の横
部は多数の貫通孔８０を備える。図４における一定パタ
ーンをなす貫通孔８０は１つのパターンを示し、その貫
通孔８０は円形であり均一に配列されている。図５に示
したパターンは孔群がフィン要素の外側の縁に形成され
たノッチの形態になっている貫通孔の他の構造を示す。
フィン要素のチューブに積層される際、これらは貫通孔
の円周が一致したりあるいは食い違い状に配列されるこ
ともできる。食い違い状に配列した場合は一致するよう
に配置した場合よりもう少し曲がりくねった経路が形成
される。

【００２２】以下、前述したような構造の温水器１０の
作動を説明する。

【００２３】矢印で流れを示した図６を参照する。温水
が要求される際、流量制御バルブ３４は適切な量で開放
されバーナ３６に対応するガスが流れるようにする。点
火器５１はバーナ３６の周囲の燃焼空間６４に形成され
た燃焼ガス／空気混合物を点火するよう作動する。この
ガス／空気混合物はバーナから放出されたガスと孔５６
を通じて温水器に流入された空気よりなり、この際空気
は空間５４、７４により提供される平行した流路を通じ
て下方に通過される。空間５４を通過する空気の流れは
普通放射状の内側方向に燃焼空間６４へ流れ込むよう孔
５８を通じて側方向に通過する。空間７４を流れる空気
の流れは普通軸方向下向きに孔６２を通じて空間６４に
流れ込む。熱い燃焼生成物は第１チューブ２４に流れ込
み、フィン要素２２の孔８０を通じて上向きに通過す
る。これらは空間６８に第１チューブ２４から排出さ
れ、排気管７０を通じて温水器１０から排出される。

【００２４】同時に、熱いガスは第１チューブ２４を通
じて上向きに流れ、冷水は第２チューブ１８を通じて下
向きに流れる。この二つの流体の同心的な反対方向の流
れは熱いガスから水への高い熱伝達効果を得、これによ
り水は第２チューブ１８を通じて下向きに移動を完了す
る際要求する温度に温まる。

【００２５】制御システムはバーナ３６への入力エネル
ギーが出口管３２を通じて出た温水用所定温度を発生さ
せるために調節されるよう数量に関連した多様な媒介変
数を測定するための適正数のセンサ及び流量制御バルブ
３４を調節するために前記センサに応答する制御電子装
置を備える。

【００２６】従って、超高効率瞬間式ガス温水器は家庭
用と小型の商業用及び産業用として適した割合にコンパ
クトな構造で提供される。しかし、本発明による温水器
と熱交換器の構成は特別な制御システムと関連せず、そ
れ自体で有用であることがわかる。

【００２７】いろいろの特徴は温水器の効率に寄与す
る。その１つは詳細に説明された熱交換機の構造であ
る。もう１つは室内空気のような大気が温水器１０に入
って軸方向に下方に移動し、この過程のうち熱交換機を
通過する空気回路であり、これは空間５４の場合もケー
シング１２の側壁に通じた熱損失に対する熱的障壁を提
供しながら燃焼空気を一定に回復させる余熱を起こす。
他の特徴は燃焼室空間６４とバーナの配列であり、特に
ガスと空気が燃焼空間６４で混合及び燃焼され、次いで
熱交換機を通じて排出される方式である。

【００２８】温水器の制作には通常の材質が使われる。
例えば、熱交換機の構造にはステンレス鋼が使われる。
多様な結合部位への適した密封と締め手段が使われるこ
とのように通常の構造が適用される。同様に、温水器の
所望の容量を達成するために多様な部分の大きさと寸法
を定めるように通常の工学計算手段が使われる。望まし
くは管７０に連結されたブローが温水器を通じて燃焼空
気と熱いガスを抜き出す時使われる。

【００２９】前述した本発明の好適な実施例は本発明の
原理から逃れず多様な変形が可能である。

【００３０】例えば、前記第２チューブ１８は前記第１
チューブ２４内で螺旋形に巻き取られた形態に製作で
き、この場合熱効率が増進される。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は各第１チュ
ーブの内部に加熱空気を提供し、その第１チューブの回
りには壁とケーシングなど断熱壁が備えられることによ
りエネルギー効率が増大される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による温水器の縦断面図である。

【図２】図１の２−２線から見た横断面図である。

【図３】熱交換機構造体の一部縦断面図である。

【図４】図３の４−４線から見た横断面図であって、本
発明の第１チューブの一例を示す。

【図５】図４と等しい方向から見た変形例の横断面図で
ある。

【図６】図１に示したものと同様の温水器の作動を示す
概略縦断面図である。

【符号の説明】

１０ 温水器 １２ ケーシング １４、１６ マニホールド １８ 第２チューブ ２０ 軸 ２２ フィン要素 ２４ 第１チューブ ２６ マニホールド空間 ２８ マニホールド空間 ３０ 冷水流入管 ３２ 温水の出口管 ３４ 流量制御バルブ ３６ バーナ ３８ 燃焼ガス流入道管部材 ３９ ガス流入路 ４０ 燃焼ガス出口道管部材 ４１ ガス流出路 ４２ 第４チューブ ４４ 第２プレート ４６ 円形孔 ４８ 火炎保持器 ５０ 孔 ５１ 点火器 ５２ 壁 ５６ 孔 ５８ 孔 ６０ 第３プレート ６２ 円形孔 ６４ 燃焼空間 ６６ 第１プレート ６８ ファンネル空間 ７０ 排気管 ７２ 第３チューブ ７４ 空間 ７５ 孔 ７６ 円形孔 ７８ フランジ ８０ 貫通孔

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形のケーシングと、 前記ケーシングの中心を横切ってその上端部に設けられ
   る第１プレートと、 前記ケーシングの中心を横切ってその下端部に設けられ
   る第２プレートと、 前記ケーシングの上端部から所定間隔に隔てられたまま
   備えられケーシングとの間に所定の第１空間を形成し、
   環形の空間を有しその空間に流体を供給する流入管を有
   する第１マニホールドと、 前記第１空間と大気を連結する排気管と、 前記第２プレートの下部に備えられ、環形の空間を有し
   その空間と連なる出口管を有する第２マニホールドと、 円筒形の壁を横切って備えられ、前記第２プレートとの
   間に第２空間を形成する第３プレートと、 前記円筒形の壁から所定間隔に隔てられて備えられ、そ
   の内部に平行に同一円周上に備えられ、一端は前記第１
   空間と連通するように前記第１プレートに支持され、他
   端は前記第２空間と連通するように前記第３プレートに
   支持される複数の第１チューブと、 前記複数の第１チューブの内部を通してそれぞれ備えら
   れ、前記第１、第２マニホールドの空間と連通するよう
   に連結される複数の第２チューブと、 前記複数の第２チューブ内に前記円筒形の壁と同心に備
   えられ、一端が前記第１プレートに支持され、他端は前
   記第３プレートに届かない位置で自由端に備えられる第
   ３チューブと、 前記第１マニホールドから前記第２チューブを通して前
   記第２マニホールドに通る空間に流体が流れるよう第１
   マニホールドに流体を供給する手段と、 前記第２チューブに流れる流体を加熱するよう前記第２
   空間に設けられるバーナと、 前記第２空間に空気を供給する手段とを備え、 前記第２空間に加熱された空気が前記第１チューブを通
   して前記第１空間に流れるよう構成してなることを特徴
   とする瞬間式ガス温水器。
2. 【請求項２】 前記空気供給手段は前記円筒形のケー
   シングから所定間隔に隔てられてその内部にこれと同心
   で備えられ、前記第１、２プレートにその両端が支持さ
   れる円筒形の壁を備え、前記第１空間に隣接する前記ケ
   ーシングと前記第１チューブの上部にそれぞれ複数の孔
   を形成し、前記第２空間に対応する前記円筒形の壁に複
   数の孔を形成してなることを特徴とする請求項１に記載
   の瞬間式ガス温水器。
3. 【請求項３】 前記第３プレートに前記第３チューブ
   と連通する孔を形成し、前記第２空間で加熱された空気
   が第３チューブ内に供給されるようなることを特徴とす
   る請求項１に記載の瞬間式ガス温水器。
4. 【請求項４】 前記第２チューブは螺旋形に巻き取っ
   て形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の瞬
   間式ガス温水器。
5. 【請求項５】 前記第２チューブの外周縁に積層形成
   され前記第２空間から供給される加熱空気の流れ方向に
   横切って備えられる環形のフィンを備えてなることを特
   徴とする請求項１に記載の瞬間式ガス温水器。
6. 【請求項６】 前記フィンは前記加熱空気が通過でき
   る通路が形成されてなることを特徴とする請求項５に記
   載の瞬間式ガス温水器。
7. 【請求項７】 前記通路は前記フィンの一部に貫通孔
   を形成してなることを特徴とする請求項６に記載の瞬間
   式ガス温水器。
8. 【請求項８】 前記通路は前記フィンの縁から前記第
   ２チューブの中心方向に分岐しているノッチを形成して
   なることを特徴とする請求項６に記載の瞬間式ガス温水
   器。
9. 【請求項９】 前記バーナは、一端が開放され他端が
   閉塞された円筒形に形成され、その周面に前記第２空間
   と通じる多数の孔が形成され、その開放された一端が前
   記第２プレートに支持されるフレームホルダと、前記フ
   レムーホルダと連通する前記第２プレートに形成された
   孔を通じて第２空間に燃素ガスを供給する供給手段とを
   備えてなることを特徴とする請求項１に記載の瞬間式ガ
   ス温水器。
10. 【請求項１０】 前記フレームホルダ内に同軸に前記
    第２プレートに支持され、前記フレームホルダの高さよ
    り小さい円筒形の第４チューブをさらに備えてなること
    を特徴とする請求項９に記載の瞬間式ガス温水器。