(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼するバーナと、該バーナの燃焼排気から顕熱を回収して伝熱管内の通水を加熱する主熱交換器と、該主熱交換器で顕熱回収された燃焼排気から潜熱を回収して伝熱管内の通水を加熱する副熱交換器と、該副熱交換器での潜熱回収により発生したドレンを受けて所要部へ排出するドレン受皿とを備えた給湯器において、
上記副熱交換器は、管状伝熱管を下方向にいくほど巻径が小さくなるような螺旋状で、かつ上下隣り合う管においては下側の管の外縁部が上側の管の中心を通る鉛直線上より外側にくる様に形成して設けられ、
上記副熱交換器の最下段の伝熱管の下方に上記ドレン受皿を配置した事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、バーナの燃焼排気から顕熱と潜熱とを回収して通水を加熱する熱交換器を備えた給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃焼排気流路中の上流側に主に顕熱回収を目的とした主熱交換器を、下流側に主に潜熱回収を目的とした副熱交換器を設けて高い熱効率を得る給湯器が知られている。
例えば、図２に示すように、副熱交換器２７と主熱交換器４とを上下２段に離間して設け、副熱交換器２７と下方の主熱交換器４との離間したスペースにドレン受皿２８を設けた給湯器２６が知られている。
こうした高効率給湯器においては、上方の副熱交換器２７にて潜熱回収により発生したドレン（潜熱回収後の凝縮水）は、ドレン受皿２８に受けられ、下方に設けた主熱交換器４やバーナ１０に滴下しないように給湯器外へ排出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の給湯器においては、ドレンが副熱交換器全体で発生し滴下してくるため、図２に示すように、ドレン受皿２８は副熱交換器２７の下部全体を覆う程度の大きさが必要となる。そのため、それ相当の大きさのドレン受皿２８用の部材が必要となるために、材料費が増したり組み立ての工程が複雑化し製造コストが高くなる。また、この大きなドレン受皿２８のために燃焼排気の流れが妨げられ、排気抵抗が増加してしまうという課題が生じる。
そこで、本発明の給湯器は上記課題を解決し、低コストで排気抵抗の増加を抑えた高熱効率の給湯器を提供することを目的とする。
【０００４】
【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、該バーナの燃焼排気から顕熱を回収して伝熱管内の通水を加熱する主熱交換器と、該主熱交換器で顕熱回収された燃焼排気から潜熱を回収して伝熱管内の通水を加熱する副熱交換器と、該副熱交換器での潜熱回収により発生したドレンを受けて所要部へ排出するドレン受皿とを備えた給湯器において、
上記副熱交換器は、管状伝熱管を下方向にいくほど巻径が小さくなるような螺旋状で、かつ上下隣り合う管においては下側の管の外縁部が上側の管の中心を通る鉛直線上より外側にくる様に形成して設けられ、
上記副熱交換器の最下段の伝熱管の下方に上記ドレン受皿を配置した事を要旨とする。
【０００５】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の給湯器では、主熱交換器にて燃焼排気から顕熱が回収され、さらに、副熱交換器にて潜熱が回収される。副熱交換器で潜熱を回収する際に発生したドレンは、副熱交換器全体から発生してくるものの、順次下段の管に滴下し、あるいは上方から下方に伝熱管を伝わって流下して中心側に集められる。従って、ドレン受皿はこの中心側に集められたドレンを受ける程度の大きさ、つまり従来のものと比べて小さくてすむ。
【０００６】
【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。
本実施形態の給湯器は、図１に示すように、器具本体２内に燃焼室９が設けられ、その下方にＤＣモータ１５と連結した給気ファン１２が取り付けられる。
【０００７】
燃焼室９には下から順に燃料ガスと給気ファン１２からの一次空気との混合ガスを燃焼するバーナ１０と、バーナ１０からの燃焼排気中の主に顕熱を回収する主伝熱管４ａとフィン４ｂを備えたフィンチューブ式の主熱交換器４と、主に潜熱を回収しドレンを発生する副熱交換器５が設けられる。また、発生したドレンを受けるドレン受皿６を排気通路２１中の副熱交換器５の下に設け、集められたドレンはドレン排管７を通って、中和器８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。燃焼室９の上部には、主熱交換器４、副熱交換器５で熱交換後の燃焼排気を器体外へ排出する排気口１４が形成される。尚、排気通路２１に絞り板２２を設けることによって燃焼排気の大部分が副熱交換器５を通過する。
【０００８】
副熱交換器５は、円筒状パイプである副伝熱管５ａを下方向にいくほど巻径が小さくなるような螺旋状（コニカル状）に形成し、図３に示すように上下隣り合う管においては下側の管の外縁部２９が上側の管の中心を通る鉛直線Ｌ上より外側にくる様に形成される。このため、ドレンは副熱交換器５全体から発生してくるものの、伝熱管の表面最下部３０から順次下段の管に滴下していき、あるいは副伝熱管５ａを伝わって流下し、最終的に副熱交換器５の中心側に集められる。従って、ドレン受皿６は、この副熱交換器５の最下段からのドレンを受けるのに必要最低限の大きさに小型化でき、副熱交換器５の中心下方に設けられる。このため、ドレン受けの構成部材の材料費を抑えることができ、製造工程も簡略化できるので製造コストを下げることができる。さらに、排気抵抗を小さくできるので、バーナ１０へ燃焼用空気を供給する給気ファンとして低能力すなわち安価なものを用いることができ、製造コストを抑えられる。
【０００９】
また、図１の様に副熱交換器５への入口管２３と副熱交換器５からの出口管２４に、ななめ上方向への傾きをつけておけば、これらの部位から発生したドレンも入口管２３や出口管２４を伝わって中心方向に流下する。従って、入口管２３や出口管２４で発生したドレンも副熱交換器５の中心下方に設けられた小さなドレン受皿６で受けることができる。あるいは、入口管２３や出口管２４に保温材をまきつけて、そこではドレンを発生しないようにして、主熱交換器４やバーナ１０にドレンが滴下するのを防ぐ。また、燃焼室９内のドレン排管７にも、保温材をまきつけて、ここでのドレン発生を防ぐ。
【００１０】
こうした主熱交換器４や副熱交換器５は、給水管、出湯管に接続される。冷水が供給される給水管３は、副熱交換器５の最上位置となる入口管２３に接続され、副熱交換器５の最下段となる出口管２４に巻回管２５が接続される。そして、巻回管２５は、燃焼室９の外周に巻回されて主熱交換器４の入水口に接続され、主熱交換器４の出口に出湯管１３が接続される。
給水管３には水流センサや水ガバナを備える水側制御ユニット１７が設けられ、バーナ１０へのガス管１６には主電磁弁１８及びガス比例弁１９が設けられる。また、水側制御ユニット１７内の水流センサや、主電磁弁１８及びガス比例弁１９、そしてＤＣモータ１５等は、この給湯器１の燃焼を制御するバーナコントローラ２０に電気的に接続されている。
【００１１】
この様に構成された給湯器１では、図示しない給湯栓を開くことにより給水管３に水（図中破線矢印）が流れ、水側制御ユニット１７内の水量センサからの検知信号によりバーナコントローラ２０が給湯制御動作を開始し、まず、給気ファン１２により所定のプリパージを行い、その後バーナ１０の主電磁弁１８及びガス比例弁１９を開いてバーナ１０にガス（図中実戦矢印）を供給すると共に、図示しないイグナイタによりバーナ１０に点火が行われる。
【００１２】
点火動作が終了すると、比例制御が開始され、図示しない出湯温サーミスタで検出される湯温と設定温度との差に応じて、ガス比例弁１９により、ガス量を連続的に変化させて熱交換器４の出口温度を一定に保つ。また、ガス比例弁１９によるガス量の変化に応じて、給気ファン１２の回転数も変えらえ、常にガス量と給気量とが所定の関係に保たれるように制御される。
【００１３】
この様な燃焼制御において、給気ファン１２の動作に伴い器具本体２に設けられる給気口１１より外気が器具本体２内に吸引され、バーナ１０へ導入されて燃焼用空気として燃焼に供される。
主熱交換器４を排気流路の上流に設け、副熱交換器５を排気流路の下流に設けたため、バーナ１０からの高温の燃焼排気が、給気ファン１２により主熱交換器４の各フィン４ｂ間を貫流し良好に熱交換する。さらに、温度の下がった燃焼排気は、図３に実線で示される様に、副熱交換器５の副伝熱管５ａ間を流れ、副熱交換器５においても良好に熱交換して排気口１４から器具の外へ排出される。この際、排気通路２１中のドレン受皿６が従来のものと比べて小さいので、排気抵抗の増加をおさえられる。尚、燃焼室９を巻回している巻回管２５においても熱交換は行われる。
【００１４】
ここで、主熱交換器４の出口側での排気ガスの温度は露点以上になるような構造になっている。つまり顕熱しか回収していないので主熱交換器４ではドレンは発生してこない。
一方、副熱交換器５では主熱交換器４で回収しきれなかった顕熱に加え潜熱も回収するので排気ガス温が露点以下になり、ドレンが発生する。
【００１５】
以上説明した本実施形態の給湯器によれば、以下の効果を奏する。
（１）燃焼排気中の顕熱と潜熱を回収するので高熱効率となる。
（２）副熱交換器５がコニカル状に形成されているので、発生したドレンは副熱交換器５の中心付近に集められる。従って、ドレン受皿６は小さくてすむために、製造コストが抑えられる。また、排気抵抗の増加も抑えられる。
（３）副熱交換器５の入口管２３と出口管２４が、ななめ上方に傾けられているので、この部位で発生したドレンは管を伝わって中心付近に流下してくる。よって、ここで発生したドレンも小さなドレン受皿６で受けることができる。あるいは、入口管２３と出口管２４に保温材をまいておけばここでのドレンの発生を防ぐことができ、主熱交換器４やバーナ１０にドレンが滴下するのを防ぐことができる。
（４）燃焼通路２１に絞り板２２を配置することによって、燃焼排気の大部分が副熱交換器５を通過するために、副熱交換器５での熱効率が向上する。
【００１６】
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、副熱交換器５の伝熱面積を増大させ熱効率を向上させるために副伝熱管５ａにフィンを取り付けてもよい。
また、副伝熱管５ａに蛇腹状に形成したいわゆるフレキシブルチューブを用いても、伝熱面積を増大させることが出来る。さらにこの様な管は加工性に優れているので、副伝熱管５ａとしてドレンに対する腐食性は優れているが、硬くてコニカル状に形成することが難しいステンレス管やチタン管を用いる場合に有利である。
また、副熱交換器の巻き方は、図４（真上から見た時の模式図）に示すように、円状（Ａ）でも楕円状（Ｂ）でも矩形状（Ｃ）でもかまわない。
【００１７】
【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、副熱交換器で燃焼排気の潜熱を回収した時に発生するドレンを受けるためのドレン受皿の大きさを従来のものより小さくして、ドレン受けの構成を簡潔にできるため、給湯器の製造コストを抑えることが出来る。また、排気抵抗の増加も抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の強制燃焼式給湯器の概略図である。
【図２】従来の強制燃焼式給湯器の概略図である。
【図３】本実施形態の副熱交換器の要部拡大図である。
【図４】本実施形態の副熱交換器の模式図である。
【符号の説明】
４…主熱交換器、４ａ…主伝熱管、４ｂ…フィン、５…副熱交換器、５ａ…副伝熱管、６…ドレン受皿、１０…バーナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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