(57)【要約】【課題】凍結防止用ヒータの使用個数を少なくしつつ、熱交換器の水管内や残留ドレインなどの凍結防止を適切に図ることが可能な逆燃焼式温水装置を提供する。【解決手段】燃料を下向きに燃焼させる燃焼器１と、この燃焼器１の下方に配され、かつ燃焼器によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なう水管２２，２３を有する熱交換器ＨＴと、この熱交換器ＨＴを下向きに進行して通過した燃焼ガスを上向きにＵターンさせて排気口１９ａに向けて進行させるための底部ケーシング３と、凍結防止用のヒータ４とを備えている、逆燃焼式温水装置Ａであって、凍結防止用のヒータ４は、底部ケーシング３に取り付けられている。【選択図】  図１
2006275367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を下向きに燃焼させる燃焼器と、
この燃焼器の下方に配され、かつ前記燃焼器によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なう水管を有する熱交換器と、
この熱交換器を下向きに進行して通過した燃焼ガスを上向きにＵターンさせて排気口に向けて進行させるための底部ケーシングと、
凍結防止用のヒータと、
を備えている、逆燃焼式温水装置であって、
前記凍結防止用のヒータは、前記底部ケーシングに取り付けられていることを特徴とする、逆燃焼式温水装置。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記燃焼ガスから顕熱および潜熱を回収可能に構成されており、
前記潜熱の回収に伴って発生するドレインは、前記底部ケーシング内において受けられてからその外部に排出される構成とされている、請求項１に記載の逆燃焼式温水装置。
【請求項３】
前記熱交換器の一部分は、前記底部ケーシング内に配されており、かつ前記一部分によって前記潜熱の回収が行なわれるように構成されている、請求項２に記載の逆燃焼式温水装置。
【請求項４】
前記底部ケーシングおよび前記ヒータの周囲を囲む断熱材をさらに備えている、請求項１ないし３のいずれかに記載の逆燃焼式温水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆燃焼式の燃焼器によって発生させた燃焼ガスから熱交換器の水管を利用して熱回収を行なうことより湯（温水）を生成する逆燃焼式温水装置、さらに詳しくは、熱交換器の水管内などの凍結防止機能を備えた逆燃焼式温水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の逆燃焼式温水装置としては、たとえば特許文献１に記載されたものがある。同文献に記載されたものは、燃焼器の下方に水管を備えた熱交換器が設けられ、またその下方には底部ケーシング（集合筒）の一端部が配されて接続されている。この底部ケーシングの他端部上には、消音器が起立した姿勢で接続されている。この逆燃焼式温水装置においては、前記燃焼器によって発生された燃焼ガスは、この燃焼器から下向きに進行して前記熱交換器を通過した後に、前記底部ケーシング内においてその進行方向が上向きにＵターンしてから前記消音器に流入することとなる。このような構成によれば、底部ケーシング上には、燃焼器および熱交換機が積層して設けられているのに対し、消音器については、それら燃焼器および熱交換器に接近させて並べた配置に設けることができ、装置全体の大型化を抑制するのに好ましいものとなる。
【０００３】
前記逆燃焼式温水装置は、水管を有する熱交換器を備えているために、水管を利用した他のタイプの温水装置と同様に、寒冷地に設置される場合には、凍結防止対策を施す必要がある。すなわち、熱交換器の水管内には、運転停止中においても水が残留するために、冬季の運転停止中にこの水が凍結しないように配慮する必要がある。
【０００４】
従来、温水装置に適用される凍結防止手段としては、水管の外面に電熱式のヒータを装着する手段がある（たとえば、特許文献２を参照）。この手段を適用すれば、ヒータを利用して水管内の水を加熱することができるために、凍結防止を図ることが可能である。
【０００５】
しかしながら、前記した凍結防止手段においては、ヒータを水管の一部分に直接装着しているに過ぎないために、次に述べるように、未だ解決すべき課題がある。
【０００６】
第１に、熱交換器は、熱交換効率を高くするように、複数の水管が上下左右に並べられて配列された構造とされているのが一般的である。したがって、そのような複数の水管の一部分のみにヒータを装着したとしても、それら複数の水管全体を適切に加熱することは難しい。複数の水管全体を適切に加熱するためには、ヒータの使用個数を多くし、水管の多くの箇所にヒータを装着する必要がある。ところが、このようにしたのでは、ヒータの使用個数が多くなって、部品コストが高くなる。また、電力ロスも多くなり、電力コストも高くなる。さらには、ヒータを水管に装着する作業も煩雑となる。
【０００７】
第２に、熱交換器の熱交換効率を高める手段として、いわゆる潜熱回収型の熱交換器を用いたい場合がある。この潜熱回収型の熱交換器では、燃焼ガスから顕熱および潜熱を回収するために、顕熱のみを回収するものと比較すると、熱回収量を多くすることが可能である。ところが、このような潜熱回収型の熱交換器を用いた場合には、潜熱回収に伴って燃焼ガス中の水蒸気が凝縮し、水管表面にドレイン（凝縮水）が発生する。逆燃焼式温水装置においては、水管表面からドレインが滴下すると、このドレインは底部ケーシング内に流れ込んでこの部分に残留する虞れがある。したがって、そのようなドレインについても凍結防止を図ることが要望されるが、水管にヒータを装着する従来の手段では、そのような要望に的確に応えることができない。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２８７８３１号公報
【特許文献２】特開２０００−１９９６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、凍結防止用ヒータの使用個数を少なくしつつ、熱交換器の水管内や残留ドレインなどの凍結防止を適切に図ることが可能な逆燃焼式温水装置を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
本発明により提供される逆燃焼式温水装置は、燃料を下向きに燃焼させる燃焼器と、この燃焼器の下方に配され、かつ前記燃焼器によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なう水管を有する熱交換器と、この熱交換器を下向きに進行して通過した燃焼ガスを上向きにＵターンさせて排気口に向けて進行させるための底部ケーシングと、凍結防止用のヒータと、を備えている、逆燃焼式温水装置であって、前記凍結防止用のヒータは、前記底部ケーシングに取り付けられていることを特徴としている。
【００１２】
好ましくは、前記熱交換器は、前記燃焼ガスから顕熱および潜熱を回収可能に構成されており、前記潜熱の回収に伴って発生するドレインは、前記底部ケーシング内において受けられてからその外部に排出される構成とされている。この場合、前記底部ケーシングの底壁部によってドレインを受ける構成としてもよく、あるいはドレインを受けるための専用の受け部材を底部ケーシング内に設けた構成としてもよい。
【００１３】
本発明によれば、凍結防止用のヒータを利用して底部ケーシングおよびその内部を加熱することができる。底部ケーシングの内部が加熱されると、底部ケーシング内の加熱された空気は上昇し、底部ケーシング上に位置する熱交換器に作用することとなる。その際、前記加熱された空気は、熱交換器の水管の各所に対して効率良く作用することとなる。熱交換器の水管は、本来的には、燃焼ガスが接触したときに効率よく熱回収する構造とされているために、前記ヒータによって加熱された空気との接触時においても、この空気から適切に熱回収を行ない、効率良く加熱されるのである。その一方、底部ケーシング内を加熱すべく凍結防止用のヒータを底部ケーシングに取り付ける場合、このヒータの個数を多くする必要はない。このようなことから、本発明によれば、ヒータの使用個数を少なくしつつ、熱交換器の水管を効率良く加熱してその凍結防止を好適に図ることが可能である。その結果、ヒータの部品コストの削減、ならびに電力ロスの減少も可能となる。また、ヒータの装着作業も容易となる。
【００１４】
さらに重要な効果として、本発明によれば、熱交換器としていわゆる潜熱回収型を用いた場合において、底部ケーシング内にドレインが残留する事態を生じても、このドレインを前記ヒータによって効率良く加熱することができる。したがって、水管内の凍結防止効果のみならず、底部ケーシング内の残留ドレインの凍結防止効果も得られる。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記熱交換器の一部分は、前記底部ケーシング内に配されており、かつ前記一部分によって前記潜熱の回収が行なわれるように構成されている。
【００１６】
このような構成によれば、熱交換器が底部ケーシングに取り付けられたヒータに接近した配置となり、熱交換器の水管を前記ヒータによってさらに効率良く加熱することが可能となる。また、熱交換器の一部を底部ケーシング内に配置させれば、熱交換器が底部ケーシングの上方に突出する寸法を小さくすることが可能となり、温水装置全体の小型化を図るのにも好適となる。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記底部ケーシングおよび前記ヒータの周囲を囲む断熱材をさらに備えている。
【００１８】
このような構成によれば、底部ケーシングおよびヒータからその周辺の外気中に逃げる熱量を少なくし、加熱効率を高めるのにより好適となる。
【００１９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る逆燃焼式温水装置の一実施形態を示している。本実施形態の逆燃焼式温水装置Ａは、燃焼器１、熱交換器ＨＴ、底部ケーシング３、消音器１９、および凍結防止用のヒータ４を具備している。
【００２２】
燃焼器１は、灯油などのオイルを燃料とし、かつこの燃料を噴霧ノズル１０から下向きに噴射させて、点火プラグ１２によって着火させて燃焼させる逆燃方式のものである。噴霧ノズル１０には、オイルタンク（図示略）から燃料供給部１５を介して燃料オイルが供給される。燃料供給部１５は、電磁ポンプ、電磁弁１５ａ、およびオイル供給用配管１５ｂなどを有している。この燃焼器１の缶体１１上には、缶体１１内に燃焼用空気を下向きに送り込む送風ファン１３が設けられており、前記燃焼用空気は、噴霧ノズル１０の周囲およびその下方領域にわたって設けられた燃焼筒１４内に進入するようになっている。燃焼筒１４は、その周壁に複数の通気孔を有しており、この燃焼筒１４内において前記燃焼用空気を旋回流として、噴霧されたオイルと燃焼用空気との混合を促進する役割を果たす。
【００２３】
熱交換器ＨＴは、燃焼器１の下方に設けられており、１次熱交換部２Ａと２次熱交換部２Ｂとを有している。１次熱交換部２Ａは、燃焼ガスから顕熱を回収するための部分であり、缶体１１の下側に連結された缶体２０内の底部寄り領域に設けられている。この１次熱交換部２Ａの水管構造は、たとえば従来の一般的な熱交換器の水管構造と同様であり、複数のフィン２４を有する複数の水管２２が缶体２０に対して略水平方向に貫通した構造とされている。
【００２４】
２次熱交換部２Ｂは、燃焼ガスから潜熱を回収するための部分であり、底部ケーシング３内に設けられている。この２次熱交換部２Ｂは、複数枚のプレート状のフィン２６を備えた複数の水管２３を有している。各水管２３は、Ｕ字管を利用して構成されている。各水管２３の一対の開口部２３ａ，２３ｂを有する基端部は、底部ケーシング３の一側壁３０ａを貫通し、かつこの一側壁３０ａの外部に設けられたヘッダ部２５に接続されて固定支持されている。複数の水管２３は、図２に示すように、それらの長手方向と交差する方向に適当な間隔で並ぶように設けられている。
【００２５】
図１において、ヘッダ部２５は、各水管２３の一対の開口部２３ａ，２３ｂに連通した一対のチャンバ２５ａ，２５ｂを有している。チャンバ２５ａには、入水口２１ａを有する管体が連結され、またチャンバ２５ｂは、管体２２ａを介して水管２２の上流部に繋がっている。この熱交換器ＨＴにおいては、入水口２１ａに入水された水は、ヘッダ部２５のチャンバ２５ａに流入した後に、各水管２３を通過しながら加熱されてチャンバ２５ｂに流入する。次いで、この水（湯）は、水管２２に供給されてその内部を流れながらさらに加熱されて出湯口２１ｂに到達し、この出湯口２１ｂから所定の給湯先に供給される。各水管２３に対して未加熱状態の低温の水を供給すれば、潜熱回収の効率が高められる。ただし、熱交換器ＨＴに対する通水の仕方は、これに限定されない。なお、潜熱回収に伴って発生するドレインは、多くの場合、燃焼ガス中の硫黄酸化物や窒素酸化物などを吸収したＰＨ３程度の強酸性となる。したがって、このドレインと接触する２次熱交換部２Ｂの構成部材、および底部ケーシング３については、耐酸性を有するように、たとえばステンレス製とすることが好ましい。
【００２６】
底部ケーシング３は、略直方体状のボックス状であり、缶体２０および消音器１９のそれぞれを支持するようにそれらの下方に配され、かつそれらの底部と接続されている。この底部ケーシング３の上部の一端寄り領域および他端寄り領域には、缶体２０の底部開口部および消音器１９の底部開口部と連通する開口部８１ａ，８１ｂが設けられている。この構造により、缶体２０、底部ケーシング３、および消音器１９のそれぞれの内部は、一連に繋がった燃焼ガス流路となっており、燃焼器１によって発生された燃焼ガスは、缶体２０内を下向きに進行して底部ケーシング３内に流入した後に、上向きにＵターンして消音器１９内に流入し、消音器１９の上部の排気口１９ａから排ガスとして外部に排出される。底部ケーシング３の底壁部３１には、２次熱交換部２Ｂからこの底壁部３１上に滴下してきたドレインをこの底部ケーシング３の外部に排出させるための排出口３２が設けられている。消音器１９は、その内部にグラスウールなどの吸音材を備えたものであり、排気騒音を低減する役割を果たす。
【００２７】
凍結防止用のヒータ４は、底部ケーシング３の２つの側壁３０ｂ，３０ｃの外面のそれぞれに貼り付けられて装着されている。このヒータ４は、電熱式の面状ヒータであり、発熱体を絶縁物質で被覆した構造を有している。図２に示すように、底部ケーシング３の外側面の周囲には、２つのヒータ４を覆うようにして断熱材５が設けられている。この断熱材５としては、消音器１９の吸音材と同材質のたとえばグラスウールを用いることができる。また、本実施形態では、底部ケーシング３の一側壁３０ａにヘッダ部２５が設けられているために、この部分には断熱材５が設けられていない構成とされているが、底部ケーシング３の外周の全周を囲むことにより、断熱効果をより高めるようにしてもよい。
【００２８】
次に、前記した逆燃焼式温水装置Ａの作用について説明する。
【００２９】
まず、運転時においては、燃焼器１によって発生された燃焼ガスが送風ファン１３の送風作用により下向きに進行し、１次熱交換部２Ａによりその顕熱が回収される。次いで、前記燃焼ガスがなおも下向きに進行して底部ケーシング３内に進行すると、２次熱交換部２Ｂに到達し、この部分において潜熱回収がなされる。その後、前記燃焼ガスは２次熱交換部２Ｂを通過して底部ケーシング３内から消音器１９内に上向きに進行し、排気口１９ａから排ガスとして排出される。２次熱交換部２Ｂにおいては、潜熱回収に伴って多くのドレインが発生するが、このドレインは底部ケーシング３の底壁部３１上に滴下し、その後この底壁部３１上を流れて排出口３２に到達することにより外部に排出される。このように、ドレインを底部ケーシング３の底壁部３１を利用して受けるようにすれば、専用のドレイン受け部材を底部ケーシング３内に別途設ける必要がなくなり、構成の簡素化を図ることができる。
【００３０】
一方、この逆燃焼式温水装置Ａは、熱交換器ＨＴ内の水温、あるいは外気温を検出する温度センサ（図示略）を備えている。運転停止時（燃焼器１の非駆動時）において、前記温度センサにより検出される温度が、水管２２，２３内に凍結を生じる虞れのある所定温度になると、その時点でヒータ４がオンとなる。すると、このヒータ４により、底部ケーシング３およびその内部が加熱されることとなり、この底部ケーシング３内に位置する２次熱交換部２Ｂの各水管２３は加熱される。また、底部ケーシング３内の加熱された空気は上昇して缶体２０内にも進入し、１次熱交換部２Ａの各水管２２も加熱される。前記空気が缶体２０の上部まで進行して温度低下を生じると、底部ケーシング３内に下降して再加熱されるために、この缶体２０内および底部ケーシング３内においては加熱空気の対流が生じ、熱交換器ＨＴの複数の水管２２，２３の全体が効率良く加熱されることとなる。とくに、前記加熱空気による水管２２，２３の加熱は、これらの水管２２，２３が燃焼ガスから熱回収を行なう場合と同様に、複数のフィン２４，２６をも有効に利用して行なわれるために、その加熱効率は非常に高いものとなる。また、ヒータ４の少なくとも一部が缶体２０の下部開口部の直下に配置されていれば、ヒータ４により加熱された空気が缶体２０内に進入する量が多くなり、熱交換器ＨＴに対する加熱効率はより高められる。さらに、底部ケーシング３の周囲、およびヒータ４は断熱材５により覆われており、外部への放熱が抑制されているために、熱交換器ＨＴに対する加熱効率はさらに高められる。
【００３１】
このように、この逆燃焼式温水装置Ａにおいては、ヒータ４によって複数の水管２２，２３の全体を効率良く加熱することが可能となる。したがって、ヒータ４の消費電力を少なくしつつ、それら水管２２，２３内の凍結防止を適切に図ることが可能となる。また、ヒータ４の数は少ないために、その部品コストも廉価となる。
【００３２】
なお、熱交換器ＨＴの凍結防止を図る手段としては、ヒータ４を利用する手段に加えて、たとえば従来技術と同様に水管に他のヒータ（ヒータ４とは別のヒータ）を直接取り付ける手段を併用してもよい。この場合であっても、ヒータ４を利用した効率の良い加熱がなされるために、水管に取り付けられる他のヒータの総数を少なくし、またその電力消費量を少なくすることができることとなる。
【００３３】
２次熱交換部２Ｂにおいて発生したドレインは、既述したとおり、底部ケーシング３の底壁部３１によって受けられ、排出口３２から外部に排出される。ただし、底壁部３１上に煤が堆積しているなどの種々の事情により、前記ドレインの一部が底壁部３１上に残存したままになる場合があり得る。これに対し、凍結防止用のヒータ４がオンにされると、前記ドレインも適切に加熱されることとなる。したがって、底部ケーシング３内に残存しているドレインが凍結する虞れも適切に解消され、排出口３２に詰まりを生じるといった不具合も発生しないようにすることが可能である。
【００３４】
この逆燃焼式温水装置Ａにおいては、２次熱交換部２Ｂが底部ケーシング３内のスペースを利用して設けられており、底部ケーシング３の外部にはスペースを占有しない構造となっている。このため、逆燃焼式温水装置Ａの小型化も好適に図ることが可能である。また、底部ケーシング３は、２次熱交換部２Ｂの全体を囲っており、２次熱交換部２Ｂ用の缶体としての役割をも果たしている。本実施形態とは異なり、たとえば２次熱交換部２Ｂを底部ケーシング３の外部に設けようとすると、この２次熱交換部２Ｂを囲む缶体が必要であるが、この逆燃焼式温水装置Ａにおいては、そのような缶体は不要であり、全体の製造コストを低減するのにより好適となる。さらに、水管２３は、Ｕ字管を用いて構成されており、そのヘッダ構造はいわゆる片ヘッド構造とされているために、ヘッダ構造も簡素である。
【００３５】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る逆燃焼式温水装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００３６】
たとえば、熱交換器は、潜熱回収型とすることが好ましいものの、これとは異なり、潜熱回収機能を有さず、顕熱回収のみを行なう熱交換器を用いることも可能である。また、熱交換器は、潜熱回収型であるか否かには関係なく、その一部分を底部ケーシング内に配置させなくてもよく、熱交換器の全体を底部ケーシング上に載設させた構成としてもよいことは勿論である。２次熱交換部の水管は、Ｕ字管に代えて、たとえば通常の直状の管体を用いて構成してもよい。潜熱回収型の熱交換器としては、たとえば耐ドレイン性（耐酸性）を有するステンレス製などの水管をコイル状、または複数層のループ状に形成し、かつこの水管の内方領域に燃焼ガスを通過させることによって、この燃焼ガスから顕熱および潜熱を回収させるように構成されたものを用いることも可能である。このように、熱交換器としては、種々の構造のものを用いることが可能である。
【００３７】
凍結防止用のヒータは、面状のものが好ましいものの、やはりこれに限らず、種々の形状のものを用いることができる。また、その発熱方式や具体的な使用個数なども限定されない。ヒータは、底部ケーシングのいずれかの箇所に取り付けられていればよく、その取り付け位置も底部ケーシングの側面に限定されない。たとえば、底部ケーシングの側面に代えて、またはこれに加えて、底部ケーシングの底壁部に取り付けてもよい。底部ケーシングに取り付けられるヒータとは別のヒータを準備し、この別のヒータを従来技術と同様に熱交換器の水管に直接取り付ける手段を併用してもよいことは、既に述べたとおりである。
【００３８】
本発明でいう底部ケーシングは、たとえば熱交換器の缶体と別体である必要もなく、熱交換器の缶体と一体に形成されていてもよい。燃焼器としては、灯油などの燃料オイルを噴霧燃焼させるものに代えて、たとえば燃料オイルを気化させてから燃焼させるものを用いてもよく、さらにはそれ以外のたとえばガス燃焼器など、種々の燃焼器を用いることができる。
【００３９】
本発明に係る逆燃焼式温水装置は、瞬間式給湯器として構成し得ることは勿論のこと、それ以外のたとえば風呂給湯用、暖房給湯用、あるいは融雪用など、湯を生成する必要のある種々の温水装置として構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る逆燃焼式温水装置の一例を示す一部破断説明図である。
【図２】図１に示す逆燃焼式温水装置の要部平面断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ              逆燃焼式温水装置
ＨＴ            熱交換器
１              燃焼器
２Ａ            １次熱交換部（熱交換器）
２Ｂ            ２次熱交換部（熱交換器）
３              底部ケーシング
４              ヒータ
１９ａ          排気口
２２，２３      水管
３１            底壁部
３２            排出口
【図１】
2006275367.tif 000003
【図２】
2006275367.tif 000004