JP2002098413A - 給湯器 - Google Patents
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Abstract
性を損なわない高熱効率の給湯器を提供することを目的
とする。 【解決手段】 主熱交換器18においてドレンを発生す
ることなく燃焼排気の顕熱の大部分を回収して通水を加
熱し、一方、副熱交換器19において燃焼排気をドレン
の発生する温度まで低下し顕熱と潜熱とを回収し、伝導
された熱により効率良く通水を加熱して給湯する。発生
したドレンは、ドレン蒸発器17へ落下しその表面で蒸
発し、燃焼排気と共に排気口44から器体外へ放出され
る。従って、給湯器10の外部へ液状のドレンを排出さ
せないので、ドレンの中和装置を設ける必要がない。
Description
加熱する熱交換器を備えた給湯器に関する。
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。
こうした給湯器の中には、熱効率を向上するために、バ
ーナから発生した燃焼排気中の水蒸気を凝縮させて、そ
の潜熱と顕熱とを熱交換器で回収する潜熱回収型給湯器
がある。
たドレンが燃焼排気中の硫黄酸化物(SOx)や窒素酸
化物(NOx)と反応して酸性になるため、こうした潜
熱回収型給湯器では、中和処理をしなければならず、コ
ストが非常に高かった。また、発生した酸性ドレンによ
り熱交換器が腐食しやすく、その耐久性が悪かった。
収型もあるが、ドレンを全く発生させないようにするた
め、燃焼排気の温度を大幅に低下させることができず、
余裕分も考慮すると、熱交換器全体の熱効率は68%程
度にしかならなかった。尚、熱交換器やバーナを収納し
た燃焼室の内胴の周りには給水管が巻回され、通水が熱
交換器へ流れる前に予熱されて10%程度熱を回収して
いるため、給湯器全体としての総熱効率は78%程度で
あるが、依然として低かった。そこで、本発明の給湯器
は上記課題を解決し、ドレンの中和処理を不要とし熱交
換器の耐久性を損なわない高熱効率の給湯器を提供する
ことを目的とする。
明の請求項1記載の給湯器は、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を備えた給
湯器において、上記副熱交換器の下方に、上記副熱交換
器で潜熱回収によって発生したドレンを受けると共に該
ドレンを燃焼排気により加熱して蒸発させるドレン蒸発
器を設けたことを要旨とする。
2記載の給湯器は、請求項1記載の給湯器において、上
記主熱交換器における各部の表面温度を平均化しドレン
を発生させることなく熱交換させて燃焼排気から顕熱を
回収することを要旨とする。
3記載の給湯器は、請求項1または2記載の給湯器にお
いて、上記ドレン蒸発器は、ドレンを受け取る受部と、
上記副熱交換器の伝熱管の真下よりもずれた位置に該受
部から延設され該受部から流れて来たドレンを蒸発させ
る蒸発部とを備えたことを要旨とする。
4記載の給湯器は、請求項1〜3の何れかに記載の給湯
器において、上記副熱交換器でのドレン発生量を上記ド
レン蒸発器の蒸発能力以下にしたことを要旨とする。
5記載の給湯器は、請求項1〜4の何れかに記載の給湯
器において、上記ドレン蒸発器の少なくとも上面を親水
性のある耐熱材料で形成したことを要旨とする。
6記載の給湯器は、請求項1〜5の何れかに記載の給湯
器において、上記ドレン蒸発器を上記副熱交換器の伝熱
管の真下よりもずらして設け、上記副熱交換器で発生し
たドレンを上記ドレン蒸発器に案内する案内フィンを該
副熱交換器に設け、該案内フィンの下部先端を該ドレン
蒸発器の上方に配置したことを要旨とする。
7記載の給湯器は、請求項1〜6の何れかに記載の給湯
器において、上記副熱交換器の表面に溌水処理を施した
ことを要旨とする。
給湯器は、バーナから発生した燃焼排気が主熱交換器を
加熱してから余熱で副熱交換器を加熱する。この際、燃
焼排気はドレン蒸発器も加熱する。供給された通水が副
熱交換器の伝熱管内を流れながら加熱され、主熱交換器
の伝熱管内を流れながら更に加熱される。従って、燃焼
排気は、先ず主熱交換器で冷却されて顕熱の多くが回収
され、主熱交換器よりも低温の湯が流れる副熱交換器で
ドレンの発生する温度まで冷却されてドレンを発生して
顕熱と蒸発潜熱とが回収される。副熱交換器で発生した
ドレンは、ドレン蒸発器で受け取られ蒸発して燃焼排気
中へ戻すため、給湯器の外部へドレンを排出させない。
この結果、ドレンを蒸発させるために、回収した潜熱分
と同量の顕熱が使われるが、ドレンの中和装置を設ける
必要がない。このようにして、ドレンを器体外に排出す
ることなく、主熱交換器と副熱交換器とで顕熱により効
率良く通水を加熱して給湯する。
記載の給湯器は、主熱交換器が、ドレンを発生させない
温度でバーナから発生した燃焼排気の顕熱の多くを通水
上流側から下流側まで平均的に回収できる。つまり、主
熱交換器でドレンを発生させずに熱効率を向上すること
ができる。
記載の給湯器は、副熱交換器で発生したドレンがドレン
蒸発器の受部に受け取られ、受部のドレンが蒸発部へ移
動して蒸発する。蒸発部が副熱交換器の伝熱管の真下よ
りもずれた位置に設けられるため、蒸発部から発生する
水蒸気は、上昇する際に副熱交換器に接触しにくく、副
熱交換器で再凝縮しにくく、つまり、副熱交換器とドレ
ン蒸発器との間で液化と気化とを繰り返さなくなり、良
好に器体外へ排出される。
記載の給湯器は、主熱交換器の温度を露点近くまで下げ
て、燃焼排気の顕熱の多くを主熱交換器で回収するた
め、主熱交換器でドレンを全く発生させずに熱効率を向
上することができる。また、副熱交換器で発生したドレ
ンを全てドレン蒸発器で蒸発させるため、ドレン蒸発器
にドレンが残ることがなく、ドレンの中和処理が不要に
なる。
記載の給湯器は、ドレン蒸発器の上面は親水性があるた
め、副熱交換器から落下してきたドレンは、ドレン蒸発
器上で薄く拡散し、蒸発が促進される。
記載の給湯器は、副熱交換器で発生したドレンは、案内
フィンを伝ってドレン蒸発器に案内され、ドレン蒸発器
で蒸発する。ドレン蒸発器が副熱交換器の伝熱管の真下
よりもずらして設られているため、ドレン蒸発器で発生
する蒸気は、副熱交換器の伝熱管に接触しにくくなり、
この伝熱管上で再びドレンになることが抑制され、燃焼
排気と共に器体外へ良好に排出され、器体内にドレンが
残らない。しかも、ドレン蒸発器は、燃焼排気の副熱交
換器への接触を妨害せず、副熱交換器の熱効率を向上さ
せる。また、案内フィンの下部先端をドレン蒸発器の上
方に配置したため、ドレン蒸発器が副熱交換器の伝熱管
の真下よりもずらして設られても、ドレンは、副熱交換
器から案内フィンを伝ってドレン蒸発器へ良好に移動
し、ドレン蒸発器以外の所へ落下することはない。しか
も、案内フィンにより、副熱交換器で発生したドレンが
ドレン蒸発器に円滑に案内され次々に蒸発していくた
め、ドレンが副熱交換器に留まりにくくなり、酸性ドレ
ンによる副熱交換器の腐食を防止でき、副熱交換器の耐
久性が向上する。
記載の給湯器は、副熱交換器の表面が溌水処理されてい
るため、発生したドレンが酸性ドレンになる前にはじか
れてドレン蒸発器へ円滑に移動し、この結果、副熱交換
器の耐久性が向上すると共に、ドレンを次々と発生させ
て熱効率が向上する。しかも、これは滴状凝縮なので膜
状凝縮よりも熱効率が高い。
一層明らかにするために、以下本発明の給湯器の好適な
実施形態を説明する。本実施形態の給湯器は、図1に示
すように、器具本体12内に燃焼室20が設けられ、そ
の下方にDCモータ48と連結した給気ファン36が取
り付けられる。尚、器具本体12には、外気を燃焼用空
気として取り込むための給気口30が形成される。
と給気ファン36からの一次空気との混合ガスを燃焼す
るバーナ22と、バーナ22からの燃焼排気の顕熱の多
くを回収する主熱交換器18と、ドレンを受けて蒸発さ
せるドレン蒸発器17と、主熱交換器18で回収しきれ
なかった顕熱とドレンを発生させて回収する潜熱とを回
収する副熱交換器19とが設けられる。燃焼室20の上
部には、主熱交換器18,副熱交換器19で熱交換後の
燃焼排気を器体外へ排出する排気口44が形成される。
で、上流から順に、燃焼室20を外側で巻回する給水管
14,副熱交換器19として設けられ奥行方向で蛇行す
る副伝熱管19a,主熱交換器18に設けられ同じく奥
行方向で蛇行する主伝熱管18a,出湯管16からな
る。ドレン蒸発器17は、後述の熱回収フィン18b間
を通過する燃焼排気が副伝熱管18aに接触することを
妨げないように、副伝熱管18aの真下には設けられ
ず、左右にずらして設けられ、上から見ると副伝熱管1
9aによって隠れない。このドレン蒸発器17は、ステ
ンレス製であり、最も近い副伝熱管19aの鉛直線から
幅方向に離れるほど上方へ傾斜して延びる断面皿状で奥
行方向に延びて形成され、その上表面は、親水性を高め
るために、ショットブラスト加工により粗くされ、しか
も、チタンコートによる耐食処理が施されている。尚、
ドレン蒸発器17は、機能的に区分すると、副伝熱管1
9aの鉛直線に近くてドレンを受ける皿底部の受部17
aと、副伝熱管18aの鉛直線から離れて上方へ傾斜し
てドレンを蒸発させる蒸発部17bとからなる。
をする多数の熱回収フィン18bが奥行方向に設けら
れ、通水上流ほど熱回収フィン18bの形成ピッチが大
きい。一方、副伝熱管19aには、発生したドレンを左
右のドレン蒸発器17へ案内する多数の案内フィン19
bが奥行方向に3mm程度のピッチで設けられる。この
案内フィン19bの各下部先端は、ドレン蒸発器17の
受部17aの真上に配置される。
える水側制御ユニット50が設けられ、またバーナ22
へのガス管52には主電磁弁54及びガス比例弁56が
設けられる。また、水側制御ユニット50内の水流セン
サや、主電磁弁54及びガス比例弁56、そしてDCモ
ータ48等は、この給湯器10の燃焼を制御するバーナ
コントローラ58に電気的に接続されている。
示しない給湯栓を開くことにより給水管14に水(図中
破線矢印)が流れ、水側制御ユニット50内の水流セン
サからの検知信号によりバーナコントローラ58が制御
動作を行い、給気ファン36がDCモータ48の駆動に
より回転し始める。所定のプリパージが完了すると、バ
ーナ22の主電磁弁54及びガス比例弁56が開いてバ
ーナ22にガス(図中実線矢印)が供給され、図示しな
いイグナイタによりバーナ22に点火が行われる。
れ、図示しない出湯温サーミスタで検出される湯温と設
定温度との差があると、バーナコントローラ58でそれ
を判断しガス比例弁56へ信号を送り、ガス量を連続的
に変化させて熱交換器18の出口温度を一定に保つ。ま
た、ガス比例弁56によるガス量の変化に応じてバーナ
コントローラ58から給気ファン36のDCモータ48
に信号が送られ、給気ファン36の回転数も変えられ、
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。
36の動作に伴い、器具本体12に設けられる給気口3
0より外気が器具本体12内に吸引され、バーナ22へ
導入されて燃焼用空気として燃焼に供される。バーナ2
2の炎口近傍では混合気が燃焼して火炎を形成し、主熱
交換器18の上流側近傍に至る間に燃焼が完結(完全燃
焼)する。主熱交換器18を排気流路の上流に設け、副
熱交換器19を排気流路の下流に設けたため、バーナ2
2からの高温の燃焼排気が、給気ファン36により主熱
交換器18の各熱回収フィン18b間を貫流し良好に熱
交換し、これにより温度の下がった燃焼排気が、副熱交
換器19においても多少熱交換して排気口44から器具
の外へ排出される。
18bを設けて、ドレンが発生する限界温度(露点)近
くまで燃焼排気温度を低下させることによって、主熱交
換器18でドレンを全く発生させずに主熱交換器18の
熱効率が75%になり高くすることができる。一方、副
熱交換器19の副伝熱管19aでは、燃焼熱で加熱され
る前の低温の水が流れるため、燃焼排気中の水蒸気は、
熱交換により冷却されて結露しドレンになる。この水蒸
気の凝縮により副熱交換器19は、顕熱に加えて蒸発潜
熱も回収し、通水を予熱している。更に、ドレン蒸発器
17が副伝熱管の19aの真下よりも左右にずらして設
られ、しかも、蒸発部17bが傾斜しているため、燃焼
排気がドレン蒸発器17に妨害されず円滑に副伝熱管1
9aへ流れて熱交換が促進される。尚、通水は、巻回さ
れた給水管14を流れる際にも予熱され、熱効率10%
程度の熱を回収する。
ンが発生する程度に燃焼排気の温度を低下させることに
より、主熱交換器18では回収しきれなかった顕熱(総
発熱量の2%程度)を回収する。この結果、給湯器10
の熱効率は、予熱時に回収した熱10%と主熱交換器1
8で回収した顕熱75%との合計に、副熱交換器19で
回収した顕熱2%を加えた87%となり、非常に高くな
る。
設けられるため、副伝熱管19aで発生したドレンは、
近くの案内フィン19bを伝う。そして、案内フィン1
9bの下部先端から、燃焼排気によって加熱されるドレ
ン蒸発器17の受部17aへ落下して蒸発部17bで蒸
発する。この蒸発部17bが傾斜しているため、燃焼排
気が流れることを邪魔しないで燃焼排気との接触面積を
大きく取ることができ、ドレンを良好に蒸発させること
ができる。この蒸気は、上昇する際に、ドレン蒸発器1
7の斜め上方に設けられた副伝熱管19aに接触しにく
く、副伝熱管19aでの再ドレン化が抑制され、燃焼排
気と共に器体外へ良好に排出され、器体内にドレンが残
ることがない。しかも、ドレン蒸発器17の上表面が親
水処理されているため、ドレンはその表面上でその副伝
熱管19aの鉛直線から離れる方向へ拡散し蒸発面積を
大きくとって円滑に蒸発し、再ドレン化しにくく、ドレ
ン蒸発器17にドレンが残らない。このように、再ドレ
ン化させずに水蒸気を良好に器体外へ排出することによ
り、副熱交換器19での潜熱回収をスムーズに行うこと
ができ、熱効率が向上する。
の真下に配置されなくても、案内フィン19bの下部先
端をドレン蒸発器17の上方に配置したため、ドレン
は、副伝熱管19aから案内フィン19bを伝ってドレ
ン蒸発器17へ良好に移動し、ドレン蒸発器17以外の
所へ落下することはない。つまり、酸性ドレンによるバ
ーナ22の炎孔の目詰まりの心配がなく、良好な燃焼状
態が維持される。
器19で発生したドレンがドレン蒸発器17に円滑に案
内され、しかも、親水処理されたドレン蒸発器17上で
酸性ドレンになる前に次から次へと蒸発していくため、
ドレンが副熱交換器19に留まりにくくなり、酸性ドレ
ンによる副熱交換器19の腐食を防止でき、副熱交換器
19の耐久性が向上する。
ことがないため、酸性ドレンを希釈したり、中和する必
要がなく、給湯器10の構造が簡単で、しかも、製造コ
ストを抑えることができる。更に、ドレン蒸発器17は
燃焼排気により加熱されるため、ドレンを蒸発させるた
めに余分な費用がかからず、また、構造が簡単で製造コ
ストを抑えることができる。
らのドレン排出を防止してドレンの中和処理を不要と
し、しかも、主熱交換器18,副熱交換器19の耐久性
を損なうことがなく、更に、主熱交換器18と副熱交換
器19とにおいて燃焼排気の顕熱を最大限回収して器具
全体の熱効率を87%にまで上げることができる。
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、本発明の趣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、ファ
ンを備えない自然燃焼式の給湯器に本発明を適用しても
よい。また、副熱交換器19の下方であれば、燃焼排気
流路において主熱交換器18の上流側にドレン蒸発器を
設けてもよい。例えば、図1においてバーナ22と主熱
交換器18との間にドレン蒸発器を設けてもよい。ま
た、燃焼室内に、炎口を下方に向けたバーナ,主熱交換
器,副熱交換器,ドレン蒸発器を上から順に設けてもよ
い。この場合には、主熱交換器が副熱交換器の上方にあ
るため、ドレンが主熱交換器に落下することが決して無
く、酸性ドレンによる主熱交換器の目詰まりは起こらな
い。また、ドレン蒸発器17は、ステンレス鋼板に代え
て、耐食性を有するチタン板にショットブラスト加工等
の親水処理したものであってもよい。
を設けなくてもよい。例えば、図2に示すように、副伝
熱管19aの真下には副伝熱管19aの鉛直線から幅方
向に離れるほど下方へ傾斜する受部27aと、受部27
a下端から水平に延びた蒸発部27bとを備えたドレン
蒸発器27を設ける。こうした構成により、副伝熱管1
9aから落下してきたドレンは、傾斜した受部27aを
伝って蒸発部27bへ流下しながら蒸発して、副伝熱管
19aに接触することなく、器体外へ排出される。従っ
て、副伝熱管19aで再ドレン化を防止して円滑に再蒸
発させることができ、しかも、案内フィン19bの製造
コストを削減できる。
ィング等による溌水処理を施してもよい。これにより、
燃焼排気中の水蒸気は直接副伝熱管19aに接触して滴
状凝縮するため、熱伝達が膜状凝縮よりも15倍程度に
なり非常に大きい。つまり、膜状凝縮では、燃焼排気中
の水蒸気がドレン膜によって覆われている副伝熱管19
aに接触しづらく熱伝達しにくいが、溌水処理された副
伝熱管19aでは滴状凝縮するため、水蒸気が直接副伝
熱管19aに接触でき、熱効率が膜状凝縮よりも高くな
る。また、この溌水処理により、ドレンが副熱交換器1
9からドレン蒸発器17へ落下しやすくなって、ドレン
の発生・落下サイクルが短くなり、副熱交換器19で次
々にドレンを発生させることができ、熱交換が促進さ
れ、熱効率を更に高めることができる。これに加えて、
発生したドレンは、溌水処理により副熱交換器19に長
時間留まりにくいため、副熱交換器19を腐食させず、
副熱交換器19の耐久性を向上することもできる。
記載の給湯器によれば、副熱交換器で発生したドレンを
ドレン蒸発器で蒸発させるため、ドレンを器体外へ排出
せずドレンの中和処理が不要になる。しかも、ドレン蒸
発器の加熱源として燃焼排気熱をそのまま利用するた
め、ドレン蒸発のための費用が余分にかからず、また、
構造が簡単で製造コストを抑えることができる。加え
て、発生したドレンが副熱交換器に溜まらないため、副
熱交換器の耐久性が向上する。また、ドレン中和処理を
する必要なく、燃焼排気の顕熱の殆どを回収して熱効率
を非常に高くすることができる。
熱交換器では、各部の表面温度を平均化してドレンの発
生しない温度に保つため、ドレンを発生させずに熱効率
を向上することができる。
レン蒸発器の蒸発部を副熱交換器の伝熱管の真下よりも
ずれた位置に設けたため、ドレンを蒸発させた後、再ド
レン化させず、水蒸気は良好に器体外へ排出され、熱交
換を促進できる。
熱交換器で発生したドレンを全て蒸発させるため、器体
外へのドレン排出を確実に防止でき、ドレンの中和処理
をする必要がなく、製造コストを大幅に削減できる。
レン蒸発器の上面は親水性があるため、ドレン蒸発器上
のドレンを拡散して蒸発を促し、副熱交換器での顕熱お
よび潜熱の回収を促進して熱効率を向上できる。
レン蒸発器が副熱交換器の伝熱管の真下よりもずらして
形成されるため、ドレン蒸発器で発生する蒸気が副熱交
換器の伝熱管上で再びドレンになることを抑制でき、器
体内にドレンを残さず、ドレン蒸発器の耐久性を向上さ
せることができる。
熱交換器の表面に溌水処理を施したため、副熱交換器に
ドレンを留めることがなく、副熱交換器の耐久性および
熱効率を向上させることができる。
である。
面図である。
7a…受部、17b,27b…蒸発部、18…主熱交換
器、18a…主伝熱管、18b…熱回収フィン、19…
副熱交換器、19a…副伝熱管、19b…案内フィン、
20…燃焼室、22…バーナ。
Claims (7)
- 【請求項1】 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を備えた給湯器において、 上記副熱交換器の下方に、上記副熱交換器で潜熱回収に
よって発生したドレンを受けると共に該ドレンを燃焼排
気により加熱して蒸発させるドレン蒸発器を設けたこと
を特徴とする給湯器。 - 【請求項2】 上記主熱交換器における各部の表面温度
を平均化しドレンを発生させることなく熱交換させて燃
焼排気から顕熱を回収することを特徴とする請求項1記
載の給湯器。 - 【請求項3】 上記ドレン蒸発器は、ドレンを受け取る
受部と、上記副熱交換器の伝熱管の真下よりもずれた位
置に該受部から延設され該受部から流れて来たドレンを
蒸発させる蒸発部とを備えたことを特徴とする請求項1
または2記載の給湯器。 - 【請求項4】 上記副熱交換器でのドレン発生量を上記
ドレン蒸発器の蒸発能力以下にしたことを特徴とする請
求項1〜3の何れかに記載の給湯器。 - 【請求項5】 上記ドレン蒸発器の少なくとも上面を親
水性のある耐熱材料で形成したことを特徴とする請求項
1〜4の何れかに記載の給湯器。 - 【請求項6】 上記ドレン蒸発器を上記副熱交換器の伝
熱管の真下よりもずらして設け、 上記副熱交換器で発生したドレンを上記ドレン蒸発器に
案内する案内フィンを該副熱交換器に設け、該案内フィ
ンの下部先端を該ドレン蒸発器の上方に配置したことを
特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の給湯器。 - 【請求項7】 上記副熱交換器の表面に溌水処理を施し
たことを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の給湯
器。
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