(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼するバーナと、該バーナへ燃焼用空気を供給するためのファンと、該バーナの燃焼ガスから熱を回収して通水を加熱する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された燃焼ガスを器具外に排出するための排気通路とを、上記ファンが最下位置となるようにケーシング内に配設し、該ケーシングに外部空気を器具内に取り込むための給気口を備え、
上記ケーシング内に上記燃焼用空気を器具天井部に導くための給気通路を設け、該器具天井部から器具下部に向かって該燃焼用空気を送ることにより、該燃焼用空気と上記排気通路を通過する燃焼ガスとを熱交換させる給湯器において、
上記熱交換器は、燃焼ガス流路の上流側に設けられ主に顕熱を回収するための主熱交換器と、燃焼ガス流路の下流側に設けられ主に潜熱を回収するための副熱交換器と、その間の接続流路とからなり、
上記接続流路を燃焼用空気で冷却することを特徴とする給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナの燃焼ガスにより通水を加熱する熱交換器を備えた給湯器に関し、特に熱効率の向上を図った給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、給湯器は、給水管及び出湯管が接続される熱交換器と、この熱交換器を加熱するバーナと、バーナに燃焼用空気を供給するファンとを備え、バーナの燃焼により熱交換器で通水を加熱し、出湯管より出湯する強制燃焼式給湯器が一般的に知られている。
こうした給湯器では、熱効率を向上させるために、燃焼ガスが持っている熱エネルギーを熱交換器で、できるだけ回収しようとしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
燃焼ガスが持っている顕熱を熱交換器で熱交換して燃焼ガスの温度が下がっていくと、燃焼ガス中の水蒸気が凝縮して酸性のドレンが発生してくるため、熱交換器から排出される燃焼ガスは、ドレンが発生しない温度以上である必要がある。ドレンは、燃焼ガスが露点（およそ５０〜６０℃）以下になると発生するものであるから、燃焼ガスは、原理的には、熱交換器でドレンを発生させずに露点まで熱交換することが可能である。しかしながら、熱交換器には通水部のような局所的な低温部が存在するので、実際には、低温部での部分的なドレン発生を防ぐために、燃焼ガスは約２００℃という高温で排出されており、使われずに排出されている顕熱がかなりあった。
【０００４】
また、熱効率を向上させるために、主熱交換器の燃焼ガス下流側に主に潜熱を回収する副熱交換器を設けた、いわゆる潜熱回収型給湯器が知られている。
本願発明者らは、このような潜熱回収型給湯器としてドレンの排出を容易にするために、図１０に示すように、主熱交換器７と副熱交換器１９とをコの字状の接続ダクト８によって連結したものを考えた。この給湯器２６では、燃焼ガスは、主熱交換器７で顕熱の多くが回収され、接続ダクト８を通過して、副熱交換器１９に導かれ、副熱交換器１９で燃焼ガス中の水蒸気を凝縮させて残りの顕熱と潜熱とが回収され、排気フード２０を通って器具外に排出される。排出される燃焼ガスは、主熱交換器７と副熱交換器１９とで熱交換されて、排気温が室温程度まで下げられているので、燃焼ガスと共に排出される熱エネルギー（顕熱＋潜熱）はごくわずかである。
しかしながら、上述した給湯器２６では、主熱交換器７から排出される燃焼ガスが約２００℃と高温なので、接続ダクト８が高温になり、その表面積が大きいために、接続ダクト８を介して器具外へ無駄に放熱してしまい、この放熱ロスが大きくなってしまうという問題があった。尚、主熱交換器７や副熱交換器１９や燃焼室４を介しても、器具外への放熱はあるが、それらに備えられた主伝熱管７ａや副伝熱管１９ａや巻回管２７に通水されているため、それらの表面温度がある程度抑制され、そこでの放熱ロスは、小さく抑えられている。
本発明の給湯器は上記課題を解決し、無駄に捨てている熱エネルギーを減らし、熱効率を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の給湯器は、
燃料を燃焼するバーナと、該バーナへ燃焼用空気を供給するためのファンと、該バーナの燃焼ガスから熱を回収して通水を加熱する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された燃焼ガスを器具外に排出するための排気通路とを、上記ファンが最下位置となるようにケーシング内に配設し、該ケーシングに外部空気を器具内に取り込むための給気口を備え、
上記ケーシング内に上記燃焼用空気を器具天井部に導くための給気通路を設け、該器具天井部から器具下部に向かって該燃焼用空気を送ることにより、該燃焼用空気と上記排気通路を通過する燃焼ガスとを熱交換させる給湯器において、
上記熱交換器は、燃焼ガス流路の上流側に設けられ主に顕熱を回収するための主熱交換器と、燃焼ガス流路の下流側に設けられ主に潜熱を回収するための副熱交換器と、その間の接続流路とからなり、
上記接続流路を燃焼用空気で冷却することを要旨とする。
【０００７】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の給湯器では、器具の最下位置に設けられたファンが動作すると、燃焼用空気はケーシングに備えられた給気口から器具内に取り込まれ、給気通路に沿って器具天井部に導かれ、器具天井部から器具下部に向かって流れる。この燃焼用空気は、下方に流れる途中、排気通路を通過する熱交換された後の燃焼ガスと熱交換し、ファンによってバーナへ送られる。従って、燃焼用空気は、バーナへ送られる前に予熱され、一方、排気通路は冷却され、その熱が器具外へ無駄に排出されなくなる。このため、本来燃焼ガスと共に器具外に排出されていた熱エネルギーの一部を燃焼用空気によって回収できる。
【０００８】
さらに、主熱交換器で顕熱を回収された燃焼ガスは接続流路を通って副熱交換器に導かれ潜熱を回収される。燃焼ガスによって高温にされた接続流路は、燃焼用空気によって冷却されるため、接続流路を介しての器具外への放熱は減少する。また、接続流路から熱を奪った燃焼用空気は、バーナへ送られて燃料ガスと混合されて燃焼に供される。つまり、器具内で熱エネルギーを有効に利用していることになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の給湯器の好適な実施形態について説明する。
【００１０】
《第１実施形態》
本発明の第１実施形態としての屋外設置式の給湯器について図１〜図８を用いて説明する。
給湯器１は、図１に示すように、後述する給気通路を備えたフロントカバー２とバーナ等を収納するバックカバー３とで器具本体ケースを形成する。器具本体ケース内には、燃焼室４が設けられ、その下方には給気ファン５が取り付けられる。燃焼室４内には、燃料ガスと給気ファン５からの一次空気との混合ガスを燃焼するバーナ６と、バーナ６からの燃焼ガスの顕熱の多くを回収する複数の主伝熱管７ａを備えたフィンチューブ式の主熱交換器７とが設けられる。主熱交換器７の上部には、コの字状の接続ダクト８が設けられ、燃焼ガスの主に潜熱を回収する複数の副伝熱管１９ａを備えたフィンチューブ式の副熱交換器１９と接続される。副熱交換器１９の下方には、副熱交換器１９で熱交換された後の燃焼ガスを器具外に排出するための排気フード２０が設けられ、その先端開口は、フロントカバー２に形成される排気口９から器具外に突出する。この排気フード２０は上方に大きく開口した椀形状をなし、下方でドレン排管２２と接続している。また、この排気フード２０は、燃焼ガス中のドレンの受け皿としてのドレンパンを兼ね備えている。集められたドレンは、ドレン排管２２を通って、中和器２３で処理された後に下水道等の一般排水通路に排出される。尚、ドレン排管２２にはＳ字トラップ２８が設けられており、ドレンがこのＳ字トラップ２８に溜まることによって、燃焼排気がドレン排管２２を通って器具外に排出されてしまうことを防ぐ。
また、接続ダクト８の上方には、多数の給気通路孔１０ａが開口された平板状の給気仕切壁１０（図８）がバックカバー３の上部を上下に仕切るように設けられる。
【００１１】
燃焼室４の周りには、巻回管２７が巻回されており、図示しない給水管から導入された冷水は、副伝熱管１９ａ→巻回管２７→主伝熱管７ａの順に通水されて加熱され、図示しない出湯管から出湯される。
【００１２】
次に、フロントカバー２に備えられた給気通路について説明する。
図２に示すように、フロントカバー２の裏面には、給気通路を形成するための給気通路板１１が取り付けられる。図３，図４に示すように、給気通路板１１は平板であり、その中央上部には、排気フード２０を通すためのフード開口１２が設けられ、フード開口１２の周囲には落とし込み段状に深さＤの漏止枠１３が形成される。
【００１３】
フロントカバー２は、図５，図６に示すように、深さＤの落とし込み段状に形成され、周囲には、水平部１４が設けられる。フロントカバー２の上部中央には排気口９が開口され、下部には多数の給気口１５が開口される。給気口１５後部には、図７に示すように、上端の切り込みをフロントカバー２裏面へ絞ったギャラリー１６が形成される。また、フロントカバー２の下面には、雨滴を器具外へ排出するための雨孔２４が開口される。
給気通路板１１は、図２に示すように、給気口９とフード開口１２とが同じ位置になるように位置決めしながら、その左右両端と下端とをフロントカバー２の水平部１４にスポット溶接して固定する。また、漏止枠１３もフロントカバー２にスポット溶接される。左右の水平部１４は、長距離離れているので、この漏止枠１３は中央部のたわみを防止する役目も担っている。
【００１４】
フロントカバー２とバックカバー３とは、水平部１４を接合面としてその間にパッキン１７を挟み込ませて、ビスで結合される。このため、フロントカバー２とバックカバー３との間から空気や雨滴が漏れこむことはない。さらに、このパッキン１７により給気通路板１１とフロントカバー２との間の気密性も保たれる。尚、図１に示すように、排気フード２０と漏止枠１３との間にもパッキン１８を設けているために、そこでの気密性も保たれる。
【００１５】
フロントカバー２がバックカバー３に取り付けられると、給気通路板１１の上部は、バックカバー３に設けられた給気仕切壁１０の端に当接する構成である。こうして、給気口１５→フロントカバー２と給気通路板１１との間（給気通路Ａ）→バックカバー３と給気仕切壁１０との間（給気通路Ｂ）→給気通路孔１０ａ→器具内→給気ファン５へと続く一連の給気通路が形成される。
【００１６】
このような給湯器１では、給気ファン５が動作すると、燃焼用空気は、給気口１５から器具内に吸引され給気通路Ａを通り、給気通路Ｂを通って、器具天井部から器具下部に設置された給気ファン５に向かって流れる。その後、給気ファン５を通過してバーナ６に入る。バーナ６では、燃料ガスと混合されて燃焼が行なわれ、燃焼により発生した高温（約１５００℃）の燃焼ガスは、主熱交換器７でその顕熱の多くを熱交換され、接続ダクト８を通って副熱交換器１９に導かれる。この際、通水されている主熱交換器７の伝熱管７ａのような局所的な低温部でのドレン発生を防ぐために、主熱交換器７から排出される燃焼ガスは２００℃程度と高温である。そして、燃焼ガスは、副熱交換器１９で燃焼ガス中の水蒸気を凝縮させられ、その顕熱と共に潜熱を回収されて室温程度まで温度を低下させられた後に、排気フード２０を通って器具外に排出される。このため、燃焼ガスと共に排出される燃焼ガスの熱エネルギー（顕熱＋潜熱）はごくわずかである。この場合、接続ダクト８を通過する燃焼ガスは２００℃程度と高温であり、接続ダクト８の表面積が大きいために、そこからの大きな放熱ロスが懸念される。
【００１７】
そこで、本実施形態の給湯器１では、燃焼用空気を器具天井部から器具下部へと流し、接続ダクト８と接触させる構成を採用している。このため、接続ダクト８は燃焼用空気によって冷却されるため、ここからの器具外への放熱を減少させることができる。また、接続ダクト８から熱を奪った燃焼用空気は、バーナ６へ送られて燃料ガスと混合されて燃焼に供される。つまり、器具内で熱エネルギーを有効に利用していることになり、熱効率を向上させることができる。
【００１８】
また、給気通路（Ａ）と給気通路（Ｂ）とが器具前面と上面とを囲んでいるために、そこに燃焼用空気の流れ、いわゆるエアーカーテンが形成され、断熱層となる。このため器具内部から外部への放熱を抑制することができるので、器具内での熱の有効利用ができ、より一層の熱効率の向上が可能となる。さらに、給気仕切壁１０や給気通路板１１は、バーナ６の燃焼音や給気ファン５の回転音などを遮蔽する役割もあるため、器具から外部に漏れる騒音を減らすこともできる。
【００１９】
また、雨滴が混じった燃焼用空気が給気口１５より吸引された場合には、燃焼用空気が給気通路板１１に沿って上昇する途中で給気通路板１１表面に雨滴は付着する。付着した雨滴は大きくなって下方へ流れ落ち、フロントカバー２の下面に設けられた雨孔２４から器具外に排出される。このため、器具内が雨滴によって汚染されることを防止できる。
【００２０】
《第２実施形態》
次に、第２実施形態について図９を用いて説明する。尚、第１実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分に関しては同一の符号を付してその説明を省略する。第２実施形態の給湯器は、第１実施形態の給湯器から潜熱回収用の副熱交換器を除いた点が基本的に異なる。
【００２１】
本実施形態の給湯器２５は、図９に示すように、主熱交換器７の上部に、主熱交換器７で熱交換後の燃焼ガスを器体外へ排出する排気通路として排気フード２１を備える。排気フード２１の先端開口は、給気通路板１１に開口されたフード開口１２と、フロントカバー２に設けられた排気口９とを通り器具外に突出する。
【００２２】
こうした構成の給湯器２５では、バーナ６からの燃焼ガスは、主熱交換器７でその顕熱の多くを熱交換され、排気フード２１を通って器具外へ排出される。この際、通水されている主熱交換器７の主伝熱管７ａのような局所的な低温部でのドレン発生を防ぐために、主熱交換器７から排出される燃焼ガスは２００℃程度と高温であり、その燃焼ガスには、まだ多くの顕熱が含まれている。
燃焼用空気は、器具天井部から器具下部に向かって流れているため、上記の高温の燃焼ガスが通過する排気フード２１に接触し、熱交換（予熱）される。予熱された燃焼用空気は、給気ファン５によってバーナ６へ送られる。このため、本来器具外に燃焼ガスと共に排出されていた顕熱の一部を回収できるので、器具内での熱の有効利用ができ、熱効率を向上させることが可能となる。尚、器具外に排出される燃焼ガスの温度は、排気フード２１を通過している間に燃焼用空気によって熱交換されるため、主熱交換器７を通過した後の温度に比べて低くなっている。
【００２３】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、接続ダクト８の周りに断熱材を巻いても良い。この場合には、接続ダクト８からの放熱をさらに減らすことができ、より一層の高効率化が可能となる。
また、接続ダクト８の周りに放熱防止板を設けても良い。この場合には、接続ダクト８からの放熱をさらに減らすことができ、より一層の高効率化が可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の給湯器によれば、燃焼用空気は、器具天井部から下部へと流れる途中で、排気通路を通って排出される熱交換後の燃焼ガスと熱交換した後にバーナへ送られる。従って、燃焼用空気は、バーナに送られる前に予熱され、一方、排気通路は冷却され、その熱が器具外へ無駄に放出されなくなる。このため、本来燃焼ガスと共に器具外に排出されていた熱エネルギーの一部を回収でき、熱効率が向上する。
【００２５】
更に、熱交換器と副熱交換器との接続流路を燃焼用空気で冷却することができるので、そこからの器具外への放熱を減少させることができる。接続流路から熱を奪った燃焼用空気は、バーナに送られ燃焼に供されるため、熱効率は向上する。しかも、燃焼ガスの顕熱に加えて潜熱も回収するため、熱効率は非常に良好なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態としての給湯器の概略構成図である。
【図２】給気通路板をフロントカバーに組み付けた組立図である。
【図３】給気通路板の正面図である。
【図４】給気通路板の側面断面図である。
【図５】フロントカバーの裏面図である。
【図６】フロントカバーの側面断面図である。
【図７】フロントカバーの給気口の断面図である。
【図８】給気仕切壁の正面図である。
【図９】第２実施形態としての給湯器の概略構成図である。
【図１０】従来例としての給湯器の概略構成図である。
【符号の説明】
２…フロントカバー、３…バックカバー、５…給気ファン、６…バーナ、７…熱交換器、８…接続ダクト、１０…給気仕切壁、１０ａ…給気通路孔、１１…給気通路板、１５…給気口、１９…副熱交換器、２０…排気フード、２１…排気フード。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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