(57)【要約】【課題】潜熱を回収する副熱交換器の伝熱管の配置自由度を大きくすること。【解決手段】主熱交換部２５と副熱交換部２７の間の導入流路２６に位置する副熱交換部伝熱管３６での吸熱を抑制する、吸熱抑制手段である空気層形成手段４１を設けたことにより、下方にドレン水受け３１が設けられない、導入流路２６に位置する副熱交換部伝熱管３６において、排気ガスから吸熱することを抑制し、結露によるドレン水の発生を防止でき、副熱交換部伝熱管３６の配置位置の自由度が大きくなり、給湯装置の設計自由度を大きくでき、その結果、低コスト化や熱効率の向上を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナユニットの上方に位置する主熱交換部と、前記主熱交換部の下流に位置し排気ガスの潜熱を回収する副熱交換部と、排気ガスが上方に通流するとともに前記主熱交換部から前記副熱交換部に排気ガスを導く導入流路と、前記導入通路の下流に位置し排気ガスが下方に通流するとともに前記副熱交換部を配置する副熱交換流路と、被加熱流体が通流し副熱交換部を構成する副熱交換部伝熱管と、前記導入流路に位置する前記副熱交換部伝熱管での吸熱を抑制する吸熱抑制手段と、前記副熱交換部の下方に位置するドレン水受けとを備えた給湯装置。
【請求項２】
バーナユニットは小能力のバーナボディを一方向に複数本配列して構成するとともにバーナボディの燃焼本数を可変できるよう構成し、副熱交換部伝熱管は、前記バーナボディの配列方向と略直交するとともにパスを複数化した請求項１記載の給湯装置。
【請求項３】
吸熱抑制手段は、副熱交換部伝熱管の外側に空気層を形成する空気層形成管とした請求項１または２記載の給湯装置。
【請求項４】
空気層形成管の中心軸を副熱交換部伝熱管の中心軸とずらして排気ガス流の下流側の空気層厚みを上流側より厚くした請求項３記載の給湯装置。
【請求項５】
吸熱抑制手段は、副熱交換部伝熱管の外側を囲う断熱材とした、請求項１または２記載の給湯装置。
【請求項６】
副熱交換部伝熱管は、材質が銅の内管と、材質がステンレスの外管で構成され、副熱交換部は、前記内管を拡管することにより前記内管と前記外管と材質がステンレスのフィンとを一体化して構成した請求項１〜５のいずれか１項記載の給湯装置。
【請求項７】
外管および内管は導入流路を貫通し、導入流路に位置する内管を拡管させず、内管と外管の間に第二の空気層を形成する請求項６記載の給湯装置。
【請求項８】
外管および内管は導入流路を貫通し、外管の長さを内管よりも短くして内管を露出させる請求項６または７記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの潜熱を回収して効率の向上を図った給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯装置は、副熱交換器を構成する伝熱管の下方にドレン水受けを設けている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、前記公報に記載された従来の給湯装置の全体断面図を示すものである。図６に示すように、バーナユニット１の上方に主熱交換部２を設け、その下流に排気ガスの流れが上向きの導入流路３を介して流れが下向きの流路に副熱交換部４を構成する副熱交換部伝熱管５を設けている。バーナユニット１の下方にはファン６を設けている。副熱交換部４の下方に副熱交換部４で発生するドレン水を受けるドレン水受け７を設け、副熱交換部４の下流に排気流路８を設けている。ドレン水受け７の底となる部分を起点にドレン水排出流路９を設け、流路途中に中和処理手段１０を設けている。
【特許文献１】特開２００４−１９８０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の構成では、副熱交換部を構成する副熱交換部伝熱管の配置位置は下方にドレン水受がある位置に限定され、設計の自由度に欠けた。例えば図６の紙面と平行方向に副熱交換部伝熱管を配置して流路を貫通させるような配置は、副熱交換部伝熱管の下方にドレン水受けの無い部分が存在するため不可能であった。
【０００５】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、副熱交換部伝熱管の配置位置の自由度が大きい給湯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼装置は、主熱交換部と副熱交換部の間の導入流路に位置する副熱交換部伝熱管での吸熱を抑制する吸熱抑制手段を設けたものである。
【０００７】
これによって、下方にドレン水受けが設けられない、導入流路に位置する副熱交換部伝熱管において、排気ガスから吸熱することを抑制し、結露によるドレン水の発生を防止できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の給湯装置は、副熱交換部を構成する副熱交換部伝熱管の配置位置の自由度が大きくなり、給湯装置の設計自由度を大きくできる。その結果、低コスト化や熱効率の向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、バーナユニットの上方に位置する主熱交換部と、前記主熱交換部の下流に位置し排気ガスの潜熱を回収する副熱交換部と、排気ガスが上方に通流するとともに前記主熱交換部から前記副熱交換部に排気ガスを導く導入流路と、前記導入通路の下流に位置し排気ガスが下方に通流するとともに前記副熱交換部を配置する副熱交換流路と、被加熱流体が通流し副熱交換部を構成する副熱交換部伝熱管と、前記導入流路に位置する前記副熱交換部伝熱管での吸熱を抑制する吸熱抑制手段と、前記副熱交換部の下方に位置するドレン水受けとを備えている。
【００１０】
これにより、導入通路に位置する副熱交換部伝熱管は吸熱抑制手段により排気ガスから殆ど吸熱しないため、結露による強酸性のドレン水が発生せず、下方にドレン水受けが無くてもバーナユニットや主熱交換部にドレン水が落下するのを防止でき、これらの腐食を防止できる。よって副熱交換部伝熱管の配置位置の自由度が大きくなり、給湯装置の設計自由度を大きくできる。
【００１１】
第２の発明は、特に第１の発明において、バーナユニットは小能力のバーナボディを一方向に複数本配列して構成するとともにバーナボディの燃焼本数を可変できるよう構成し、副熱交換部伝熱管は、前記バーナボディの配列方向と略直交するとともにパスを複数化している。
【００１２】
これにより、小能力時に燃焼していないバーナボディ下流のパスにおいてバーナボディから噴出する常温空気による副熱交換部伝熱管での放熱損失を最小限に抑制できるため、小能力時の熱効率を向上できる。また伝熱管にフィンを設ける場合、フィン枚数を減らすことができ、工数削減により低コスト化できる。
【００１３】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、吸熱抑制手段は、副熱交換部伝熱管の外側に空気層を形成する空気層形成管としている。
【００１４】
これにより、低コストでありながら断熱効果に優れた空気層を形成して吸熱抑制効果を発揮でき、導入流路でのドレン水発生を確実に防止できる。
【００１５】
第４の発明は、特に第３の発明において、空気層形成管の中心軸を副熱交換部伝熱管の中心軸とずらして排気ガス流の下流側の空気層厚みを上流側より厚くしている。
【００１６】
これにより、結露しやすい管の下流での断熱効果を増すことにより、この部分でのドレン水発生をさらに確実に防止できる。
【００１７】
第５の発明は、特に第１または第２の発明において、吸熱抑制手段は、副熱交換部伝熱管の外側を囲う断熱材としている。
【００１８】
これにより、断熱効果に優れ、導入流路での結露をさらに確実に防止できる。
【００１９】
第６の発明は、特に第１〜５の発明のいずれかの発明において、副熱交換部伝熱管は、材質が銅の内管と、材質がステンレスの外管で構成され、副熱交換部は、前記内管を拡管することにより前記内管と前記外管と材質がステンレスのフィンとを一体化して構成している。
【００２０】
これにより、低コストで、耐酸性を有する副熱交換部伝熱管を実現できる。また内管の材質を銅とすることにより管のＵ曲げ加工やヘッダ接続のためのロー付け加工が容易にできる。またフィンを設けることにより、伝熱面積を飛躍的に増加させ、熱効率を大幅に向上できる。
【００２１】
第７の発明は、特に第６の発明において、外管および内管は導入流路を貫通し、導入流路に位置する内管を拡管させず、内管と外管の間に第二の空気層を形成している。
【００２２】
これにより、さらに断熱効果を増し、導入流路でのドレン水発生をさらに確実に防止できる。
【００２３】
第８の発明は、特に第６または第７の発明において、外管および内管は導入流路を貫通し、外管の長さを内管よりも短くして内管を露出させている。よって、Ｕ曲げ加工やロー付け加工がさらに容易にできる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における給湯装置の全体断面図、図２は同給湯装置の正面図である。
【００２６】
図１と図２において、バーナユニット２１は小能力のバーナボディ２２を複数本一方向に配列してバーナケース２３に収納して構成している。バーナケース２３の下部にファン２４を取り付けている。バーナユニット２１の上方には主熱交換部２５を配置している。その下流には導入流路２６、副熱交換部２７を設ける副熱交換流路２８、排気流路２９、雨侵入防止流路３０を順に設けている。副熱交換部２７の下方にドレン水受け３１を設け、ドレン水受け３１の底を起点とするドレン水排出流路３２を設け、流路途中に中和処理手段３３を設けている。
【００２７】
Ｕ曲げ加工された材質が銅の内管３４と、材質がステンレスの外管３５を導入通路２６、副熱交換流路２８、排気流路２９を貫通して設けている。外管３５の長さを内管３４よりも短くして内管３４を露出させている。内管３４と外管３５で副熱交換部伝熱管３６を構成している。副熱交換流路２８に位置する副熱交換部伝熱管３６には材質がステンレスのフィン３７を設け、内管３４を拡管することにより内管３４、外管３５、フィン３７を一体化して熱的に接続し、副熱交換部２７を構成している。
【００２８】
内管３４の終端には入側ヘッダ３８、出側ヘッダ３９をロー付けして取り付け、パスを複数化している。副熱交換部伝熱管３６はバーナボディ２２の配列方向と略直交する方向に配置している。導入流路２６に位置する外管３５の外側に空気層４０を形成する吸熱抑制手段である空気層形成管４１を配置している。空気層４０の厚みを規定するため、空気層形成管４１に内側への突起を少数個設けるとなお良い。
【００２９】
以下、動作、作用を説明する。ファン２４が供給する空気と燃料ノズル（図示せず）が供給する燃料がバーナボディ２２に流入して可燃の混合気となり炎口から噴出して燃焼する。排気ガスは主熱交換部２５を通流し、排気ガスの顕熱を吸熱する。排気ガスは導入流路２６を上方に通流する。導入流路２６に位置する副熱交換部伝熱管３６の外側には断熱効果に優れた空気層４０が空気層形成管４１により形成されているため、その部分での吸熱は発生せず、その結果結露によるドレン水が発生せず、排気ガスはそのまま素通りする。その後排気ガスは副熱交換流路２８を下方に通流し、副熱交換部２７にて排気ガスの潜熱を吸熱し、結露してドレン水が発生する。ドレン水は副熱交換部２７から下方のドレン水受け３１に落下し、ドレン水排出流路３２から排出される。強酸性のドレン水は中和処理手段３３で中性化され、給湯装置の外部に排出される。
【００３０】
一方、被加熱流体の水は入側ヘッダ３８から流入し、複数のパスに分岐して吸熱した後出側ヘッダ３９で集合する。その後主熱交換部２５に流入し、吸熱して給湯装置から流出し、給湯、暖房、風呂などに用いられる。ここで排気ガス流れと副熱交換部伝熱管３６の水の流れがいわゆる対向流となるようにしている。これにより、低温度の排気ガスから高効率に吸熱できる。
【００３１】
小能力時はバーナボディ２２への燃料を供給を部分的に止め、ファン２４が供給する空気は燃焼していないバーナボディ２２にもそのまま供給され、炎口から常温の空気が噴出する。ところでバーナボディ２４の配列方向と平行になるように副熱交換部伝熱管３６を配置すると、燃焼しているバーナボディ２２下流の副熱交換部伝熱管３６で吸熱しても、燃焼していないバーナボディ２２下流の副熱交換部伝熱管３６で放熱する。ここでバーナボディ２２の配列方向と直交するように副熱交換部伝熱管３６を設け、パスを複数化することにより、燃焼していないバーナボディ２２下流のパスでは常温の水と常温に近い空気が供給されて放熱損失が起こらないため、熱効率を向上できる。
【００３２】
以上説明したように、導入流路２６に位置する副熱交換部伝熱管３６での吸熱を抑制する吸熱抑制手段である空気層形成管４１を備えている。
【００３３】
これにより、導入通路２６に位置する副熱交換部伝熱管３６は外部に形成され断熱効果に優れた空気層４０の存在により排気ガスから殆ど吸熱しないため、結露による強酸性のドレン水が発生せず、下方にドレン水受け３１が無くてもバーナユニット２１や主熱交換部２５にドレン水が落下するのを防止でき、これらの腐食を防止できる。よって副熱交換部伝熱管３６の配置位置の自由度が大きくなり、給湯装置の設計自由度を大きくできる。
【００３４】
またバーナユニット２１は小能力のバーナボディ２２を一方向に複数本配列して構成するとともにバーナボディ２２の燃焼本数を可変できるよう構成し、副熱交換部伝熱管３６は、バーナボディ２２の配列方向と略直交するとともにパスを複数化している。
【００３５】
これにより、小能力時に燃焼していないバーナボディ２２下流のパスにおいてバーナボディ２２から噴出する常温空気による副熱交換部伝熱管３６での放熱損失を最小限に抑制できるため、小能力時の熱効率を向上できる。ところで給湯装置は一般的にバーナボディ２２を配列する方向の寸法が配列に直交する方向の寸法よりも大きい。副熱交換部伝熱管３６をバーナボディ２２の配列方向と直交するよう配置することによりフィン３７の枚数を減らすことができ、工数削減により低コスト化できる。
【００３６】
また、吸熱抑制手段は、副熱交換部伝熱管３６の外側に空気層４０を形成する空気層形成管４１としている。
【００３７】
これにより、低コストでありながら断熱効果に優れた空気層４０を形成して吸熱抑制効果を発揮でき、導入流路でのドレン水発生を確実に防止できる。
【００３８】
また、副熱交換部伝熱管３６は、材質が銅の内管３４と、材質がステンレスの外管３５で構成され、副熱交換部２７は、内管３４を拡管することにより内管３４と外管３５と材質がステンレスのフィン３７とを一体化して構成している。
【００３９】
これにより、低コストで、耐酸性を有する副熱交換部伝熱管３６を実現できる。また内管３４の材質を銅とすることにより管のＵ曲げ加工やヘッダ接続のためのロー付け加工を容易にできる。またフィン３７を設けることにより、伝熱面積を飛躍的に増加させ、熱効率を大幅に向上できる。
【００４０】
また、外管３５および内管３４は導入流路２６および排気流路２９を貫通し、外管の長さを内管よりも短くして内管を露出させているので、Ｕ曲げ加工やロー付け加工をさらに容易にできる。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における給湯装置の導入通路に位置する副熱交換部伝熱管の拡大断面図である。
【００４２】
図３において、本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、空気層形成管４１の中心軸を排気ガスの流れ方向下流側にずらし、排気ガス流下流側の空気層４０ａの厚みを上流側よりも増した点である。なお実施の形態１と同一符号のものは同じ構成を有し、説明を省略する。
【００４３】
伝熱管の表面において排気ガス流の下流側で結露が発生しやすいことが経験的に知られている。そこで排気ガス流の下流側の空気層４０ａの厚みを上流側よりも増すことにより、断熱効果を増して吸熱をさらに抑制し、結露の発生をさらに確実に防止できる。
【００４４】
（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態における給湯装置の導入通路周辺の拡大断面図である。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、空気層形成管４１の替りに非通気性の断熱材４２にて副熱交換部伝熱３６管の外側を囲う点である。なお実施の形態１と同一符号のものは同じ構成を有し、説明を省略する。
【００４５】
空気層よりもさらに断熱効果に優れる断熱材を用いれば、さらに導入流路２６での吸熱を抑制し、導入流路２６での結露をさらに確実に防止できる。
【００４６】
（実施の形態４）
図５は、本発明の第４の実施の形態における給湯装置の導入通路周辺の拡大断面図である。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、導入流路２６に位置する内管３４を拡管せず、内管３４と外管３５の間に第二の空気層４３を形成した点である。なお実施の形態１と同一符号のものは同じ構成を有し、説明を省略する。
【００４７】
第二の空気層４３を追加して形成することにより、さらに導入流路２６での吸熱を抑制し、導入流路２６での結露をさらに確実に防止できる。
【００４８】
なお、本実施の形態では空気層４０と第二の空気層４３を形成しているが、空気層形成管４１を廃し、第二の空気層４３のみを形成して給湯装置を使用することもできる。
【００４９】
なお、上記各実施の形態を組み合わせて実施すれば、更に効果的である。
【００５０】
なお、本発明の給湯装置は、給湯以外にも、風呂加熱、暖房に使用することができ、特に１缶で給湯、風呂加熱、暖房の３機能を備えたいわゆる１缶３水路式の給湯装置として用いると最も効果的である。それは大能力の大きな缶を用い、暖房の小能力で運転した時の熱効率を大幅に向上できるからである。
【００５１】
なお、上記各実施の形態ではガスを燃料として説明したが、灯油や石炭を燃料とすることもできる。
【００５２】
なお、上記各実施の形態では被加熱流体は水として説明したが、水以外例えばも冷媒を加熱することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明にかかる給湯装置は、潜熱を回収する副熱交換器の伝熱管の配置自由度が大きくなるので、その結果、低コスト化や熱効率向上が達成でき、潜熱回収型熱源機として幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯装置の全体断面図
【図２】同給湯装置の正面図
【図３】本発明の実施の形態２における導入通路に位置する副熱交換部伝熱管の拡大断面図
【図４】本発明の実施の形態３における導入通路周辺の拡大断面図
【図５】本発明の実施の形態４における導入通路周辺の拡大断面図
【図６】従来の給湯装置の全体断面図
【符号の説明】
【００５５】
２１  バーナユニット
２２  バーナボディ
２５  主熱交換部
２６  導入流路
２７  副熱交換部
２８  副熱交換流路
３１  ドレン水受け
３４  内管
３５  外管
３６  副熱交換部伝熱管
３７  フィン
４０、４０ａ  空気層
４１  空気層形成管（吸熱抑制手段）
４２  断熱材（吸熱抑制手段）
４３  第二の空気層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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