(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め気体燃料と空気を強制的に混合し、適当な圧力で熱交換器を有する外胴内に供給して燃焼させ液体を加熱するガス給湯器において、炎を形成するための炎口は多数の小穴またはスリットを、前記外胴内の気体通路を気体の流れ方向に対してほぼ直角に仕切る形で設置する炎口板に設ける構成とし、気体燃料と空気の混合気体の外胴内への供給口と前記炎口板との間の空間内に、混合気体の圧力分布をよくするための均圧部材および水管を設置し、炎口よりの炎および燃焼気体は、前記水管と連通するように構成した水管を有する熱交換器に接触して外胴の外に放出されるように構成したことを特徴とするガス給湯器。
【請求項２】
熱交換器は燃焼熱を吸収するための多数のフィンを設けた水管で構成し、前記フィンおよび水管の表面に凝縮する燃焼気体中の水蒸気が、水滴となって炎口部に滴下しないよう、燃焼気体の流れの方向をほぼ水平よりも下向きになるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のガス給湯器。
【請求項３】
熱交換器のフィンおよび水管の表面に凝縮した水滴は、燃焼気体の排気口付近に導かれ、その部付近に設けた霧化装置によって霧状となって大気中に放出されることを特徴とする請求項１および請求項２に記載のガス給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は気体または気化した燃料を用いて水等の液体を加熱する手段に関して、高効率でコンパクトかつ低い窒素酸化物の排気を得るガス給湯器についてのものである。
【０００２】
【従来の技術】
気体燃料を用いて水等の液体を加熱する手段とその応用による給湯器は、従来から幾多の方式が考えられ提供されてきたが、近年は熱利用効率が比較的高くかつ他の方式より小体積な瞬間式給湯器の大能力のものが開発され、主流になりつつある。  この方式においてバーナは、燃焼に一次二次空気を用いるブンゼン式または燃料と空気を予め混合してバーナに送り燃焼させる全一次式を用いるが、いずれも燃焼気体とバーナが高温度になるため、耐久性に問題を生じるほか、完全燃焼させるための条件がきびしく、一層のコンパクト化と信頼性や利便性向上の阻害要因となっていた。また、とくに一般的なブンゼンバーナを用いた給湯器においては燃焼時に窒素酸化物の生成が多いため、その対策として空気を多量に導入するいわゆる希薄燃焼方式も提案されているが、対策自体十分でなくさらに燃焼部の容積が大きくなり燃焼制御機構も複雑となる等の問題も発生していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような従来技術によるガス給湯器の持つ各種の問題を解決しコンパクトで熱利用効率が高く、かつ信頼性と利便性に富み、窒素酸化物排出等による大気汚染の少ない給湯器の提供を課題とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであって、次のように構成してある。
【０００５】
即ちこの発明は、請求項１については、予め気体燃料と空気を強制的に混合し適当な圧力で熱交換器を有する外胴内に供給して燃焼させ液体を加熱するガス給湯器において、炎を形成するための炎口は多数の小穴またはスリットを、前記外胴内の気体通路を気体の流れ方向に対してほぼ直角に仕切る形で設置する炎口板に設ける構成とし、気体燃料と空気の混合気体の外胴内への供給口と前記炎口板との間の空間内に、混合気体の圧力分布をよくするための均圧部材および水管を設置し、炎口よりの炎および燃焼気体は、前記水管と連通するように構成した水管を有する熱交換器に接触して外胴の外に放出されるように構成したことを特徴とする。
【０００６】
また請求項２については、請求項１の発明のガス給湯器において、熱交換器は燃焼熱を吸収するための多数のフィンを設けた水管で構成し、前記フィンおよび水管の表面に凝縮する燃焼気体中の水蒸気が、水滴となって炎口部に滴下しないよう、燃焼気体の流れの方向をほぼ水平よりも下向きになるように構成したことを特徴とする。また請求項３については、請求項２のガス給湯器において、熱交換器のフィンおよび水管の表面に凝縮した水滴は、燃焼気体の排気口付近に導かれ、その部付近に設けた霧化装置によって霧状となって大気中に放出されることを特徴とする。
【０００７】
【作用】
この発明は上記構成によるもので、これによれば以下のように作用する。
【０００８】
【請求項１の発明について】
気体燃料と燃焼用空気を予めブロワー等により混合してバーナに供給し、バーナの炎口にて形成する炎によって熱交換器を加熱する際、しばしば発生する燃焼むらや炎の逆火等の不具合は、この発明の構成によって、燃料と空気の混合状態が均圧部材と水管が混合気が炎口にいたる前に配置されることにより改善され、先ず燃焼むらが防止できる。次に炎口および炎口にいたる燃料と空気の混合気体が過熱されるために発生する逆火現象も水管の冷却作用により防止でき、比較的板厚の薄い金属ないしセラミック等の耐熱材料で炎口板を構成できる。
また、燃焼状態がむらなく安定するため、給湯器使用時の出湯能力の変化幅に対応する燃料供給量の変化幅を大きくすることができ、熱利用効率も高められるので給湯器の機能の向上につなげ得る。また同一容積の熱交換器外胴において最大燃焼量を大きくさせ得るからコンパクトで大能力の給湯器を提供でき、ひいては価額の低減が可能となる。
さらに、この発明の顕著な作用として、強制的に予混合された燃料と空気が適当な圧力で熱交換器を有する外胴に供給され、混合気体が炎口にいたる前に水管が配置されることによって逆火のおそれもないため、燃焼炎の長さを短くすることが可能で、炎口板と熱交換器の間の距離が小さくできるので炎の温度自体が比較的低く抑えられ、かつ炎の空気との接触時間が短縮されるため、有害な窒素酸化物の発生が少なくなる。
【０００９】
【請求項２の発明について】
請求項１の発明の作用に記載したように、この発明は高負荷燃焼および安定的な完全燃焼が可能であるから、熱交換器を多数の吸熱フィンを設けた水管として十分な燃焼熱が吸収できる構成とすれば、熱利用効率を最大限に高めることができる。その際燃焼排気の熱交換器と接触する部分の温度は露点以下となり燃焼排気中の水蒸気が凝縮して水滴となり滴下する場合があり、前記の水滴が炎口に落ちると燃焼に悪影響を及ぼすため、これを防止する目的で炎口より噴出する燃焼気体の流れの方向をほぼ水平よりも下向きにした。そのため、従来の技術では容易でなかった潜熱の回収利用が簡単となり、熱交換後捨て去られる燃焼排気中の廃棄熱量が２分の１程度となって、給湯器の熱利用効率の増加とひいては排出される二酸化炭素の総量の減少につながる効果がある。なお燃焼排気が接触する熱交換器の表面は、腐食を防止するため適当な防食材料で構成すべきことはいうまでもない。
【００１０】
【請求項３の発明について】
この発明は、請求項２の発明に記載の構成において、燃焼排気中の水蒸気が水滴となった際のいわゆる凝縮水の処理についてのものである。
凝縮水は一般的には下水道や道路の側溝等への排出が考えられるが、建物の構造上困難な場合があるほか、排出設備に多くの経費を要する。この発明はこれらの課題を解決するため、熱交換器からの凝縮水を燃焼排気の出口付近に導くような形状とした上で、これを超音波振動式等の霧化装置にて微細な霧状の水粒として、周囲の空気と混合せしめて蒸発させ大気中に放出することを特徴としているため、余分の工事費や保守の手間を必要としないので請求項１および請求項２の発明の概念をより有効に活用できるものである。
なお、前記霧化装置によって霧化した水滴を周囲の空気と混合する手段については、別に設けた送風機等の機械力によることなく、例えば燃焼排気の吹き出し口の形状を工夫してエジェクター効果によって行うことも可能である。
【００１１】
【実施例】
次にこの発明を以下実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、請求項１の発明についての１実施例を示す図である。図において１は気体燃料を供給するノズルで、燃料は送風機２により燃焼用空気と混合して、熱交換器３を有する外胴４内に混合気体供給口５を通って供給される。６は混合気体の流れ方向に対してほぼ直角に前記外胴内に仕切る形で設けた炎口板で、金属やセラミックス等の耐腐食材料を用いて作られ、炎口７となる多数の小穴または複数のスリットまたは多数の小穴とスリットを混合して有している。外胴４における炎口板６と供給口５とで囲まれた空間内には、混合気体の炎口７への供給圧力の分布をよくするための均圧部材８と給湯器の水管９が設置され、前記水管には図１に示すように前記空間の温度上昇を抑制する目的で伝熱フィンを装着することがあり、炎口板６に近接した状態で外胴４内の前記空間に位置する。
燃焼すべき混合気体は供給口５から外胴４内に入り均圧部材８を通って水管９に達し、さらに水管９の存在する空間を経て炎口７から噴出するが、その際点火装置１０により点火されて炎１１を形成し高温の燃焼気体となる。
前記燃焼気体は、水管９と連通するようにした水管を有する熱交換器３に接触して熱を水管内の液体に与え、温度が低下した状態で排気口１２を通り外胴４の外に排出される。
【００１３】
水等の加熱用液体の流れは、熱交換器部を通って水管９に至り出湯するいわゆるカウンターフロー方式の熱交換と、その逆の流れ方式による熱交換の何れも選択できるが、その何れも炎の温度と比べて炎口板６および水管９付近の空間温度がかなり低下するので、炎の逆火のおそれがなく燃焼良好域が大きくなりかつ短い長さの炎で安定した状態で燃焼させることができ、給湯器のコンパクト化と窒素酸化物の減少と燃料の完全燃焼が得られる。また、水管９は付近から熱を受け内部流体が加熱されるので、熱利用効率の上昇につながる効果も期待できる。
【００１４】
なお、この発明の構成方法は、図１に示すものにとどまらず発明の概念の範囲において、例えば、水管９に設けたフィンは炎口板６と伝熱的に接合することもあり、また水管９および熱交換器３の形態、管の本数、フィンの有無、給排気の方向等多くの変化した実施例が存在する。
【００１５】
図２は、請求項２および請求項３の発明についての１実施例を示す図である。図において熱交換器３は燃焼熱を十分に吸収するための多数の吸熱フィン１３、１３Ａを設けた水管で構成し、その部分を通る燃焼気体はフィンおよび水管の表面に接触して含まれている水蒸気が凝縮して水滴となると同時に潜熱を熱交換器内の液体に与え外胴４の排出口１２Ａにいたるが、凝縮した水滴が炎口７に滴下して前記炎口を塞ぎ燃焼性や耐久性に悪影響を及ぼさないため、燃焼気体の流れの方向は図のように下向きか少なくとも重力の方向に対してほぼ水平より上向きにならないように構成する。
【００１６】
図２において、請求項２の発明を実施した際凝縮した水滴が水のプールを有する超音波式等の霧化装置１４にて霧化し微細な水粒となり大気への排出口１６に至るが、前記微細な水粒を蒸発させて水蒸気の形で大気に放出するため、図のように大気を強制的に取入れて蒸発を促進する目的の送風機１７およびダクト１８を設けることも提案できる。なお、１５は霧化装置の取り付け具、１９は送風機を駆動するためのモータである。
【００１７】
なお、この発明の構成方法は、図２に示すものにとどまらず発明の概念の範囲において、例えば、送風機１７は燃焼用の送風機２と切り放して燃料供給量や空気の湿度、温度の変化への対応制御を行うことも考えられる。また、送風機１７やダクト１８を設けず燃焼排気の排出口の形状を工夫して前記燃焼排気の排出圧力によって外気を吸引して混合させ、霧化装置からの微細な水粒を蒸発させる手段もあり、霧化装置についても超音波式に限定するものではない。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は前記した従来技術に基づく給湯器の不具合点を解決して、次のように優れた給湯器を提供できる効果がある。
▲１▼  燃料の燃焼性が改善され、給湯量や温度の変化への対応が容易となる。
▲２▼  燃料の燃焼温度が低くなり、かつ短時間で完全燃焼するので、排気中の有害
な窒素酸化物が大幅に減少する。
▲３▼  給湯器の熱利用効率が増加し、エネルギーの節約となるほか二酸化炭素の総量も減少する。
▲４▼  給湯器の機器体積が小さくなり、燃焼制御も簡単になるので比較的安価で大能力の製品を提供することが可能となる。
▲５▼  燃焼部に関係するバーナ炎口、熱交換器等の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の請求項１についての１実施例を示す一部断面図である。
【図２】この発明の請求項２および３についての１実施例を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１          気体燃料用ノズル
２          送風機
３          熱交換器
４          外胴
５          混合気体供給口
６          炎口板
７          炎口
８          均圧部材
９          水管
１０          点火装置
１１          炎
１２、１２Ａ  排気口
１３、１３Ａ  吸熱フィン
１４          霧化装置
１５          霧化装置の取り付け具
１６          排出口
１７          送風機
１８          ダクト
１９          モータ
【図１】
0003617063.tif 000002
【図２】
0003617063.tif 000003