JPS61105049A

JPS61105049A - 湯沸し器

Info

Publication number: JPS61105049A
Application number: JP60234397A
Authority: JP
Inventors: ダーク　ニール　グランバーグ
Original assignee: AO Smith Corp
Current assignee: AO Smith Corp
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1986-05-23
Also published as: EP0179617A3; US4651714A; CA1267818A; EP0179617A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は高効率の湯沸し器に関する。

従来の技術従来のガス加熱湯沸し器にあってはガスバーナはタンク
下端の下に置かれ、燃焼による廃ガスはタンク上方に貫
通する１又は複数の煙道を通ってバーナから排出された
。この種の構成では熱はタンク内の水を加熱するようバ
ーナから下端に伝わり、また煙道を上方へ登る廃ガスか
ら水へ伝わる。

発明が解決しようとする問題点湯沸し器が作動していない時には煙道を通じて空気の対
流が生じるためタンク中の熱水から煙道中を登る空気へ
熱が伝わる。この結果待磯期間中に相当の熱が失なわれ
る。このため内設煙道を用いる従来の湯沸し器の運転時
の効率は７０％より低い。

典型的なガス加熱湯沸し器は、通常奸突に接続される比
較的大径の煙道を有する。ｒ方流により種火、バーナの
炎が吹き消されないよう煙道にはドラフトフードが設け
られる。ドラフトフードを用いる結果ドラフトフード及
び煙道を通じた対流により高温の空気が建物から外部へ
流れ続け、失われた高温の空気の代わりに必然的に低温
の外気が建物内に煙道を通じて流れ込むため相当の熱損
失が生じる。

また内股煙道を用いる従来の湯沸し器では水が成層化し
過熱しがちであった。熱せられた水は対流によりタンク
の頂部へ上昇し、間欠的な短期間の引き抜きの間にタン
ク上端の高温水は内股煙道を通る高温煙道気体から伝わ
る熱により過熱する。

１８０’　Ｆ　（８２２／９℃）の殺菌温度に水を熱す
ることが望まれる商業用湯沸し器では、過熱により温度
圧力リリーフ弁を作動させることなしには水をこの温度
まで熱することは困難である。

湯沸し器の効率を高めるため水中チャンバ型湯沸し器が
近年開発されている。この種の湯沸し器ではバーナは下
端の下ではなくタンク下部内の閉鎖した燃焼室に設け−
られる。廃ガスは送風別によ−り燃焼室から押し出され
あるいは吸引されて直接大気中へ排気される。

この種の水中チャンバ湯沸し器には内股煙道がないので
大気中の損失は相当に減少し運転効率は上昇する。燃焼
室がタンク下部にあるためタンク上端での水の過熱も防
止される。

またこの種の湯沸し器は燃焼室に押込通気又は吸出通気
が行なわれるので廃ガスは煙突を用いなくても直接人気
中へ排気される。

問題点を解決するための手段本発明は効率が改善された水中チャンバ型湯沸し器に関
する。本発明によれば加熱器組立体はタンク側壁の開口
に取り付けられ下端の上のタンク下部を横断する略水平
の管状部材からなる。管状部材は燃焼室を画成し伸長し
たバーナが燃焼室内に取り付けられる。

バーナは内側の金属製支持スクリーン及び外側のセラミ
ック織布層から構成されるのが好ましい。

燃料及び空気の混合体はバーナの外側端に供給されてセ
ラミック織布層を通りバーナの外面で点火される。燃焼
による熱は管状部材を通じてタンク下部の水へ伝わる。

燃焼による廃ガスは燃焼室の内端から外へ流れドーム形
デフレクタにより下方に向けられ燃焼室の下に位置する
複数の略平行な熱交換器管中へ至る。熱交換器管を通る
廃ガスはタンク下部の水へさらに熱を伝える。

熱交換器管の外端はタンクの壁を貫通しタンク外部に取
り付けられたコレクタに連通する。コレクタは排気系統
を通じて大気へ排気される廃ガスが通る出口を有する。

熱交換器中で廃ガスが冷却されて相当量の凝縮液が出る
ので凝縮液溜めがコレクタ下部に取り付けられる。凝縮
液溜めにより廃ガスが大気中に放出されないようにして
凝縮液をドレン管路へ排出することができる。

本発明によれば、燃焼室及び熱交換器の通気はバー犬上
流に位置する送風様により行なわれる。

送風機の出口には、固定断面積のオリフィスを有する絞
りが設けられている。オリフィスの面積は前もって設定
され燃料空気比を正確に制御する。

バーナの燃焼が熱交換器に沿って起こるため水の加熱効
率が改善される。内股煙道が湯沸し器に組み込まれてい
ないため待機時の熱損失が減少し運転時の効率は９０％
以上になる。

本発明では内股煙道を使用しないためスクッキング又は
成層化は実質上起こらず、このため湯沸し器に単一の温
度制御を使用することができる。

バーナ及び熱交換器は一体的な加熱ユニットをなすので
、保守又は交換のためあるいは石灰の堆積その他の堆積
物をタンクから除去する際に容易にタンクから取りはず
せる。

加熱ユニットは燃焼がタンク自体内のみに位置する燃焼
室内に限定されるから安全性が改善される。

また加熱ユニットは一体的な凝縮物捕集及びドレン系統
を組み込んでおりガスの直接的通気及び直接的排気を助
（プる。

実施例第１図は、ドーム形上端部３及びドーム形下端部４によ
り閉鎖された略円筒形のタンク２からなる湯沸し器１を
示す。円筒形タンク２及び端部３及び４はガラス被覆鋼
等の耐食性構成からなるのが好ましい。外側の外装５は
タンク２及び上端３から外側に離間し、繊維質又は発泡
型の絶縁材等の絶縁材層６が外装５どタンク２及び端部
３との間に設けられる。

熱せられるべき冷水は入ロニツブル７を通じてタンク下
部へ導かれ、熱せられた水は出口８を通じてタンクの上
端から取り出される。

本発明によればタンク内の水は、円筒形タンク２の開口
に取り付けられ下端部４の上に位置する加熱ユニット９
により加熱される。

加熱ユニット９をタンク２に取り付けるため補強環１０
がタンク２の開口を縁どる外方延出フランジ１１に溶接
される。加熱ユニット９には、周方向離間した一連の留
め具１３により補強環１０に固定される取り付け一板１
２が設けられている。

取り付け板１２の開口には燃焼室１５を画成する管状部
材１４が取り付けられる。管状部材１４はタンク２を水
平方向に横断し、管状部材１４の内端は端板１６の開口
内に溶接される。さらに複数の熱交換器管１７は管状部
材１４の路下に位置し、取り付け板１２及び端板１６の
心合わぜされた開口内に溶接される。第２図及び第３図
に最もよく示される如く熱交換器管１７は平行に配置さ
れ、管の束は部材１４の周囲に約１８０°にわたり延在
する。

加熱ユニット９には端板１６の周囲縁に固定された略ド
ーム形のデフレクタ１８が設けられ、後述の如く、燃焼
室からの燃焼による廃ガスはデフレクタ１８により熱交
換器管１７内へ向けられる。

加熱ユニット９は燃焼室１５内に取り付けられたバーナ
１９を含む、バーナ１９は、１９８４年２月１５日に出
願された米国特許出願第０６１５８０．６８６号に開示
されたものと同様の構成である。大略、バーナ１９は円
管形の内部金属有孔スクリーン又は支持体２０からなり
、スクリーン２０の外側端は取り付け環２２の環状７ラ
ンジ２１に固定される。取り付け環２２は一連のスタッ
ド２３により取り付け板１２に取り付けられる。

スクリーン２０の内側端は閉鎖板２４により閉鎖される
のでバーナ１９の端部から入った燃料空気混合体はスク
リーン２０及びスクリーン２０に支持される外側織布ス
リーブ２５を通って流出する。４！ｌ布スリーブ２５は
上記米国特許出願第０６７５８０、６８６号に記載され
たものと同様セラミック織布からなる。

織布スリーブ２５がスラリー２２０周囲に固定されるよ
う、スクリーン２０の端部には周回溝２６が設けられ、
タイリング又はクランプ２７はスリーブをスクリーンに
固定するよう溝２６に嵌合する。上記特許Ｊ願に開示さ
れる如くクランプは外側のセラミック織布環内に設けら
れた内側金属製タイからなる。

燃料空気混合体は管２８を通じて放射パーナ１９へ供給
され、燃料は取り付け環２２の開口に取り付けられた適
宜の点火装＠２９によりバーナ１９の外面で点火される
。

供給管２８の一端は取り付け環３１から外方へ延出する
フランジ３０に固定され、取り付け環３１はスタッド２
３により取り付け環２２に平坦に固定される。適宜のガ
スケットが環２２と３１との間及び環２２と管状部材１
４の端部との間に介装される。

第２図に最もよく示される如く、管２８の外側端は絞り
３２の周囲に固定される。絞り３２の中央部には、適切
な空気燃料混合体がバーナ１９に供給されるような大き
さの断面積を有するオリフィス又は開口３３が形成され
ている。絞り３２の上方フランジ３４は送風機３５の下
面に固定されている。送風［３５は適宜のもので空気は
送風機から絞り３２及び供給管２８を通ってバーナ１９
に排出される。天然ガス又はプロパンガス等の燃料は第
３図に最もよく示される如く供給管２８の中央部に連結
されたガス入口ニップル３６を通してバーナ１９に供給
される。入口ニップル３６は適宜のガス弁に接続される
。かかる構成により送風機３５から送られた空気は供給
管２８内で燃料と混合され、混合体は水を加熱するよう
管状部材１４を熱するバーナの外面で燃料が点火される
ようバーナ１９へ送られる。管状部材１４の内端から放
出される燃焼廃ガスはデフレクタ１８により下方に偏向
され熱交換器管１７の束を通り、そこで熱はさらに高温
の廃ガスからタンク中の囲撓水へ伝わる。

熱交換器管１７内でのガス流の乱れを増加させて熱伝達
率を増大さゼるように邪魔板又はタービユレータ（図示
せず）を台管１７に設けてもよい。

タービユレータは管内の廃ガス流の乱れを増加させて熱
伝達の効率を増加させる。

送風機３５により放射バーナ１９及び熱交換器管１７を
通る通気が生じる。送風機は放射バーナ１９の上流に位
置する方が、燃焼による腐食性の高い廃ガスに接するこ
とがなく、また絞り３２と協働して燃焼のための燃料空
気比の制御がより正確に制御できるので好ましい。

適宜の圧力スイッチ３７が送Ｊｉｌｔ１３５と連通して
設けられ送風機出口の所定圧に応じて動作する。

圧力が所定の設定値以下に落ちて送風機が正常動作をし
ていないことを示す場合圧力スイッチ３７は燃料がシス
テム内に導かれないようガス弁の動作を妨げる。

圧力スイッチ３７の他に第２の圧力スイッチ３８が管２
８に設けられる。送風機３５の正常動作時にはオリフィ
ス３３の下流域は比較的低圧である。スイッチ３８はこ
の流域の圧力が所定設定値をこえて下流の閉塞を示す場
合全システムの動作を停止するようにされている。

燃焼廃ガスが熱交換器管１７内で冷却すると相当ｍの凝
縮が生じ気化潜熱がタンク中の水に伝りり動作効率がざ
ら増大する。管１７から排出された廃ガス及び凝縮液は
、取り付け板１２に取り付けられ熱交換器管１７の出口
又は下流端に連通ずる略Ｕ字形のコレクタ３９内で捕集
される。管１７はコレクタ３９方向へ下方に傾斜してい
る。

コレクタ３９と取り付け板１２との間を封止するた、め
ガスケット４０がコレクタの縁と取り付け板の而との間
に介装される。

コレクタ３９は、コレクタ３９の上端に取り付けられた
ラグ又は耳４２を貫通する留め具４１により取り付け板
１２に固定される。ざらブラケット４３はコレクタの下
面に取り付けられ留め具４４により取り付け環１２に固
定される。コレクタ３９に入った廃ガス煙道４６に連通
する出口４５を通じて大気中に排出される。

コレクタ３９から凝縮液を排出するため凝縮液溜め４７
がコレクタ３９のＦ面の開口内に設けられる。凝縮液溜
め４８は、１９８４年６月４日に出願された米国特許出
願第０６／６１６．０１８号に示されるようにして構成
される。

第２図に示す如く、溜め４７の本体４８の上端はコレク
タ３９の７ランジ４９により縁取られた開口内で封止さ
れる。本体４８の下部は隆起座５１を有する出口５０を
画成し、水よりも小さい比重を有する球５２が出口５０
を閉鎖づるよう座の上に載置される。本体４８が凝縮液
で充満すると球５２は浮いて出口５０が開口し、凝縮液
が出口を通じて捕集側へ排出される。凝縮液溜め４７に
より凝縮液がコレクタ３９から自動的に排出されるが燃
焼による廃ガスが溜めを通って大気中へ出ることは防が
れる。

発明の効果バーナ１９での燃焼及び熱交換器により湯沸し器は９０
％以上の高い運転時効率を有する。

内股煙道がないため非動作時の待機期間中対流により煙
道を通って上方へ動く空気への熱損失はなく、これによ
り湯沸し器全体の効率は相当に改善される。

内股煙道がないためタンク上端部での水の成層化及び加
熱は生じず、このため湯沸し器は単一の温度制御で動作
できる。

空気燃料混合体は送風機によりバーナ１９及び熱交換器
管１７を通るよう送られるため廃ガスは煙突を用いなく
とも直接外部へ排出される。

加熱ユニット９が下＃４の下にではなくタンク１内にあ
るため、水中に石灰分が多い地方でも下端での湯あかの
沈着は加熱ユニットの効率に影響しない。

加熱ユニット全体が、一体内ユニットであるため修理又
は交換の際又はタンク底部から湯あか又は堆積物を除去
する際に容易に取りはずすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による加熱ユニットを組み込んだ湯沸し
器の部分切截側面図、第２図は加熱ユニットの拡大縦断
面図、第３図は加熱ユニットの部分切取端面図、第４図
は第２図の４−４線に沿う断面図である。１・・・湯沸し器、２・・・タンク、３・・・上端部、
４・・・下端部、５・・・外装、６・・・絶縁材層、７
．３６・・・入口ニップル、８．４５．５０・・・出口
、９・・・加熱ユニット、１０・・・補強環、１１．２
１．３０，３４゜４９・・・７ランジ、１２・・・取り
付け板、１３，４１゜４４・・・留め具、１４・・・管
状部材、１５・・・燃焼室、１６・・・端板、１７・・
・熱交換器管、１８・・・デフレクタ、１９・・・バー
ナ、２０・・・スクリーン、２２゜３１・・・取りイ１
け環、２３・・・スタッド、２４・・・閉鎖板、２５・
・・織布スリーブ、２６・・・溝、２７・・・タイリン
グ、２８・・・供給管、２９・・・点火装置、３２・・
・絞り、３３・・・オリフィス、３５・・・送風機、３
７゜３８・・・圧力スイッチ、３９・・・コレクタ、４
０・・・ガスケット、４２・・・耳、４３・・・ブラケ
ット、４６・・・煙道、４７・・・凝縮液溜、め、４８
・・・凝縮液溜めの本体、５１・・・隆起座、５２・・
・球。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）熱せられる水を収容するタンクと、タンクに水を
導く手段と、熱せられた水をタンクの頂端から取り出す
手段と、タンク内の水を加熱する加熱手段とからなり、
該加熱手段はタンクの側壁の開口内に配設されタンクを
横断する管状部材と、管状部材の内部に離間して設けら
れるバーナと、該バーナに燃料及び空気の混合体を供給
する手段と、該燃料混合体を該バーナの外面上で点火す
る手段と、該管状部材の下に配設されタンク下端上離間
している熱交換手段と、燃焼による廃ガスを該管状部材
から該熱交換手段へ導き該熱交換手段中を流れる廃ガス
からタンク中の水へ伝わるよう管状部材の内端と該熱交
換手段とを連通するデフレクタ手段と、該熱交換手段に
接続されて該廃ガスを大気中へ排出するガス排出手段と
からなる、高効率湯沸し器。
（２）該バーナは伸長した形状であり内側の金属性の有
孔支持部材と外側のセラミック織布とからなり、該燃料
は該織布の外面上で燃焼することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の湯沸し器。
（３）該熱交換手段は複数の略平行な管からなり、該デ
フレクタ手段は該管状部材の内端と該管の内端とをつな
ぐ屈曲デフレクタであり、該管の外端は該タンクを貫通
して該ガス排出手段に接続されることを特徴とする特許
請求の範囲第２項記載の湯沸し器。
（４）該管の各々の内部に内部の廃ガス流の乱れを増加
させて熱伝達率を増大させるよう設けられた邪魔板手段
を更に有することを特徴とする特許請求の範囲第３項記
載の湯沸し器。
（５）該タンクの外側に配設され該管の下流端に接続さ
れる凝縮液捕集手段を更に有することを特徴とする特許
請求の範囲第４項記載の湯沸し器。
（６）該熱交換手段は該管状部材の下に該管状部材と略
平行に配設された略平行な管の束からなり、該管の束は
該管状部材の下部周囲に延在することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の湯沸し器。
（７）該熱交換手段及び該ガス排出手段を通る廃ガス流
を起こす手段を更に有することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の湯沸し器。
（８）該廃ガス流を起こす手段は該放射バーナの上流に
配設された送風機からなることを特徴ととする特許請求
の範囲第７項記載の湯沸し器。
（９）熱せられる水を収容するタンクと、タンクに水を
導く手段と、熱せられた水をタンク上部から取り出す手
段と、該タンク内に配設された加熱手段とからなり、該
加熱手段はタンクの側壁の開口内に取り付けられた管状
部材と、該管状部材内に配設されたバーナと、該管状部
材下に該管状部材と平行して配設された熱交換手段と、
該管状部材の内端と該熱交換手段の一端とを接続するデ
フレクタ手段と、該熱交換手段の他端に接続され燃焼に
よる廃ガスを大気中へ導くガス排出手段と、燃料及び空
気の混合体を該バーナに供給する供給手段とからなり、
該供給手段は該バーナの上流に位置して該バーナに空気
を圧力をかけて供給する送風機と、該送風機と該バーナ
との間に配設され断面積が減少されたオリフィスを有す
る絞りと、該バーナと流通し該バーナに燃料を供給する
燃料入口と、燃料及び空気の混合体を該バーナの外面で
点火する点火装置手段とからなる、高効率湯沸し器。
（１０）該送風機に動作的に接続されて該送風機の動作
圧力を感知し、該供給手段に動作的に接続されて該送風
機における圧力が該動作圧力でない場合には該供給手段
が働かないようにする圧力感知手段を更に有することを
特徴とする特許請求の範囲第９項記載の湯沸し器。
（１１）該供給手段は一端が該バーナに連通する供給管
からなり、該送風機は該管の他端に連通し、該絞りは該
管に取り付けられることを特徴とする特許請求の範囲第
９項記載の湯沸し器。
（１２）熱せられる水を収容するタンクと、タンクに水
を導く手段と、熱せられた水をタンク上部から取り出す
手段と、タンク内に配設された事前組立て済の一体的加
熱ユニットとからなり、該加熱ユニットは該タンクの開
口を縁取り該タンクの側壁の外面に該加熱ユニットを着
脱可能に固定する取り付け手段と、該取り付け手段に載
置されタンク内を水平に延在し燃焼室を画成する管状部
材と、該燃焼室内に配設され該取り付け手段に載置され
た伸長したバーナと、該管状部材下に平行に配設され外
端が該取り付け手段に固定される熱交換器管の束と、該
取り付け手段に載置され燃料及び空気の混合体を該バー
ナへ供給する供給手段と、該取り付け手段に載置され燃
料の点火により生ずる熱が該タンク内の水に伝わるよう
燃料に点火する点火装置手段と、該管状部材の内端を該
管の内端に連通させて燃焼による廃ガスを該燃焼室から
該管へ送るデフレクタ手段と、該取り付け手段に載置さ
れた捕集室からなり該管の外端と連通して湯沸し器から
の廃ガスを排出するガス排出手段とからなる、高効率湯
沸し器。
（１３）該捕集室と協働して該廃ガスの冷却により生じ
る凝縮物を排出しつつ該凝縮物液とともに該廃ガスが排
出されることを防ぐ手段を更に有することを特徴とする
特許請求の範囲第１２項記載の湯沸し器。
（１４）該供給手段は該取り付け手段に固定され一端が
該バーナに連通する供給管と、該供給管の他端に接続さ
れる排出出口を有する空気送風機とからなることを特徴
とする特許請求範囲第１２項記載の湯沸し器。
（１５）該送風機と該バーナとの間に該供給管に配設さ
れ燃焼空気比を制御するよう減少された断面積を有する
オリフィス手段を更に有することを特徴とする特許請求
の範囲第１４項記載の湯沸し器。
（１６）該管は該タンク内の水と直接接し、該束は該管
状部材の下部周囲に延在することを特徴とする特許請求
の範囲第１２項記載の湯沸し器。
（１７）該束は該管状部材の周りを約１８０°にわたり
延在することを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載
の湯沸し器。
（１８）該管の各々の内部に配設され内部の廃ガス流の
乱れを増加させて熱伝達率を増大させる手段を更に有す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の湯沸
し器。