JP4531018B2 - 複合熱源器 - Google Patents

Description

本発明は、浴槽や床暖房マット等から帰還する比較的温かい水を再加熱した後で前記浴槽や床暖房マットへ戻す風呂等の熱交換器と、給湯用の熱交換器とを備えた、複合熱源器に関するものである。

この種の複合熱源器として、図７に示す構成のものが知られている（特許文献１）。
缶体(3)内は、隔壁(11)によって、給湯側加熱通路(12)と追焚側加熱通路(13)に、横方向に区画されており、これら各加熱通路(12)(13)には後述のガスバーナからの燃焼排気が流れるようになっている。これら給湯側加熱通路(12)と追焚側加熱通路(13)の下流側の合流部には給排気用のファン(4)が配設され、その下流側は排気ダクト(51)から排気口(52)に繋がっている。

給湯側加熱通路(12)には、給湯用バーナ(61)と給湯用熱交換器(62)が上流側からこの順序で配設されていると共に、他方の追焚側加熱通路(13)には、風呂の追焚用バーナ(21)と追焚用熱交換器(22)が上流側からこの順序で配設されている。又、追焚用熱交換器(22)と浴槽(20)を循環する追焚回路(23)内には循環ポンプ(24)が配設されている。
このものでは、ファン(4)を作動させて追焚用バーナ(21)を燃焼させると共に、循環ポンプ(24)を作動させると、浴槽(20)内の入浴水が追焚回路(23)を循環して追焚用熱交換器(22)で加熱され、これにより、風呂の追焚きが行える。

一方、給湯用バーナ(61)を燃焼させると、給湯用熱交換器(62)内の通水が加熱されて給湯回路(63)に温水供給される。
又、追焚用バーナ(21)や給湯用バーナ(61)の燃焼時には、追焚側加熱通路(13)や給湯側加熱通路(12)を流れる燃焼排気が、ファン(4)で吸引されて排気ダクト(51)から排気口(52)を経て外部に排出される。

このものでは、給湯側加熱通路(12)と追焚側加熱通路(13)の下流側に配設した共通のファン(4)を利用して燃焼排気を排出するから、給湯側加熱通路(12)と追焚側加熱通路(13)にファンを各別に配設する必要がなく、部品点数を少なくできる利点がある。又、単一の缶体(3)内に給湯用熱交換器(62)や追焚用熱交換器(22)を収容するから、缶体(3)の共通化が図れる点でも、部品点数が少なくなる利点がある。
実開平４−５０３１３号公報 特開２００４−２７１１０９号公報（図１）

一方、近年、資源の有効利用の観点から、ガス器具等の熱源器では熱効率の改善の要請が高まっている。かかる要請に応えるべく、給湯器では、ガスバーナの燃焼排気から顕熱を回収する熱交換器（顕熱熱交換器）の下流側排気通路に潜熱熱交換器を配設したコンデンシングタイプのものが種々開発されている（特許文献２）。ここで、潜熱熱交換器とは、前記顕熱熱交換器を通過した燃焼排気を露点以下に冷却することによって、燃焼排気中の水蒸気を凝縮し、これにより、燃焼排気から潜熱を回収するものであり、潜熱回収によって熱効率の向上が図れる。

一方、風呂の追焚回路の戻り湯は比較的温かいことから、追焚用バーナ(21)からの燃焼排気が戻り湯温以下に下がることはなく、前記潜熱熱交換器を設けても燃焼排気が露点以下に冷却されにくいことから、熱効率の顕著な向上が期待できない。また、潜熱熱交換器の配設によって部品数が増加するうえに、構造の複雑化を招来する。

以上の点を考慮すると、図７に示す従来のもののように、追焚用熱交換器(22)と給湯用熱交換器(62)を具備する複合熱源器では、給湯側加熱通路(12)にのみ潜熱熱交換器を配設する構成にすれば、熱効率の向上と、構造の複雑化防止の両要請に応えられる。

しかしながら、図７のものでは、給湯側加熱通路(12)にのみ潜熱熱交換器を配設すると、給湯側加熱通路(12)の排気抵抗が増加することから、該給湯側加熱通路(12)と追焚側加熱通路(13)の排気抵抗のバランスが崩れ、給湯用バーナ(61)と追焚用バーナ(21)の適正燃焼が阻害される問題が生じる。
尚、風呂の追焚きと同様に比較的温かい戻り水を再加熱する暖房用熱交換器を、前記追焚用熱交換器(22)に代えて組み込む場合も、上記と同様の問題がある。

本発明は係る点に鑑みて成されたもので、給湯側加熱通路に対応する潜熱熱交換器を設ける場合でも、該給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気抵抗のバランスが崩れるのを防止し、これにより、給湯用バーナ(61)と第２のバーナの適正燃焼が担保できるようにすることを課題とする。

［請求項１に係る発明］
上記課題を解決する為の請求項１に係る発明は、
給湯用バーナ(61)及び該給湯用バーナ(61)からの燃焼排気の顕熱を回収する第１の顕熱熱交換器が配設された給湯側加熱通路と、前記給湯用バーナ(61)と異なる第２のバーナ及び該第２のバーナからの燃焼排気の顕熱を回収する第２の顕熱熱交換器が配設された第２の加熱通路とが並列に形成される缶体(3)と、
前記給湯用バーナ(61)及び第２のバーナに燃焼用空気を供給する単一のファンが設けられている、複合熱源器に於いて、
前記給湯側加熱通路と第２の加熱通路とは缶体(3)内に設ける仕切壁(80)、第１の顕熱熱交換器及び第２の顕熱熱交換器により区画されて並列に形成され、
前記給湯側加熱通路の下流端から延長する給湯側排気通路と前記第２の加熱通路の下流端から延長する第２の排気通路は、前記缶体(3)に連設された第２缶体内にて並列に形成されており、
前記給湯側排気通路と第２の排気通路とは第２缶体内に設ける仕切板(38)により仕切られて並列に形成され、
前記給湯側排気通路には、前記燃焼排気の潜熱を回収する潜熱熱交換器が配設され、
前記第２の排気通路は、上下の水平仕切板(36)(37)と、前記仕切板(38)と、第２缶体の側板(301)とによって囲まれた空間であり、
前記潜熱熱交換器を配設する場合と配設しない場合とで、給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気抵抗の大きさが相対的に変化しないような大きさの板状の排気抵抗体として、上水平仕切板(36)に垂下状態に固定されると共に仕切板(38)及び側板(301)に接触され、該排気抵抗体の下縁と下水平仕切板(37)の間にスリット状の絞り部(48)が形成される構成とし、前記排気抵抗体をその板面を排気流れ方向と直交させて第２の排気通路内に設けることにより、給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気バランスを保つように構成しているものである。
このものでは、給湯側加熱通路の下流端から延長する給湯側排気通路に設けた潜熱熱交換器に上水等の冷水を供給すると共に、第２の加熱通路に設けた第２の顕熱熱交換器には、浴槽や床暖房マット等から帰還する比較的温かい水が流入するように配管して使用される。前記上水等の冷水は、前記給湯側排気通路に設けられた潜熱熱交換器を通過するときに一次加熱され、その後、これに続く第１の顕熱熱交換器を通過するときに二次加熱されて出湯温度まで昇温される。一方、第２の加熱通路側に配設された第２の顕熱熱交換器には、前記の比較的温かい水が流入して加熱昇温される。

請求項１に係る発明では、給湯側加熱通路の下流端から延長する給湯側排気通路と、第２の加熱通路の下流端から延長する第２の排気通路は、缶体(3)に連設された第２缶体内を仕切板(38)により仕切きることにより並列に形成されている。そして、給湯側排気通路に配設された潜熱熱換器により、給湯側の熱効率が向上する。

又、請求項１に係る発明では、前記潜熱熱交換器を配設する場合と配設しない場合とで、給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気抵抗の大きさが相対的に変化しないような大きさの板状の排気抵抗体を第２の排気通路の壁面と前記排気抵抗体の縁部との間にスリット状の絞り部(48)が形成されるように前記排気抵抗体の板面を排気流れ方向と直交させて第２の排気通路内に設けることにより、給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気バランスが保たれる。従って、前記缶体(3)に連設された第２缶体内に、給湯側排気通路の潜熱熱交換器を設けても、絞り部(48)により前記給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気バランスが崩れず、給湯用バーナ(61)や第２のバーナの円滑燃焼が担保できる。

又、缶体(3)に連設された第２缶体内に仕切板(38)を設けて給湯側排気通路と第２の排気通路とを形成し、給湯側排気通路に潜熱熱交換器を配設し、第２の排気通路に排気抵抗体を配設するだけで、給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気バランスが保たれた複合熱源器が製作できるから、給湯側排気通路と第２の排気通路(44)を別々な缶体内に形成する場合に比べて、構造の簡略化が図れる。

［請求項２に係る発明］
請求項１に係る発明に於いて、
『前記第２の顕熱熱交換器は、風呂の追焚用熱交換器である』ものとすることができる。
風呂の追焚用熱交換器は、既述したように比較的温かい戻り水を再加熱するだけでなく、更に、一般的には床暖房マットに比べて運転時間が短い。従って、床暖房マットから帰還する温水を再加熱する場合に比べ、潜熱熱交換器による熱効率の向上は期待できない。
従って、前記第２のバーナからの燃焼排気の顕熱を回収する第２の顕熱熱交換器が追焚用熱交換器である場合は、第２の排気通路に潜熱熱交換器を設けることなく排気抵抗体を配設することが一層有意義なものとなる。

本発明は次の特有の効果を有する。
請求項１に係る発明によれば、連続した缶体(3)及び第２缶体内に仕切壁(80)及び仕切板(38)を設けるだけで、給湯側加熱通路及び給湯側排気通路、そして、第２の加熱通路及び第２の排気通路を形成できるので、缶体の共通化により部品点数を少なくできる。しかも、既述したように、給湯側排気通路に潜熱熱交換器を設けても、前記潜熱熱交換器を配設する場合と配設しない場合とで、給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気抵抗の大きさが相対的に変化しないような大きさの板状の排気抵抗体を第２の排気通路の壁面と前記排気抵抗体の縁部との間にスリット状の絞り部(48)が形成されるように前記排気抵抗体の板面を排気流れ方向と直交させて第２の排気通路内に設けているので、缶体(3)内に形成される給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気バランスが崩れず、給湯用バーナ(61)や第２のバーナの円滑燃焼が担保できる。

又、缶体(3)に連設された第２缶体内に仕切板(38)を設けて給湯側排気通路と第２の排気通路とを形成し、給湯側排気通路に潜熱熱交換器を配設し、第２の排気通路に排気抵抗体を配設するだけで、給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気バランスが保たれた複合熱源器が製作できるから、給湯側排気通路と第２の排気通路を別々な缶体内に形成する場合に比べて、構造の簡略化が図れる。

請求項２に係る発明によれば、既述したように、第２の排気通路に排気抵抗体を配設することが一層有意義なものとなる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る複合熱源器は、矩形状のバーナ箱(31)とその上端開放部に連設された胴枠(32)から成る缶体(3)を具備しており、缶体(3)の上端開放部には潜熱熱交換器(60)や後述の排気抵抗体(47)を収容した第２缶体たる排気フード(30)が連設されている。
以下、各部の詳細を説明する。

［バーナ箱(31)及びその内部構造］
バーナ箱(31)の底板(310)に開設された給気口(311)には給気ファン(41)の吐出部(411)が接続されていると共に、その上方には、給気ファン(41)から供給される燃焼用空気を場所的に均一にする為の透孔群が形成された分布板(81)が水平に配設されている。

バーナ箱(31)内は、二枚板構造の仕切壁(80)で風呂用燃焼部(25)と給湯用燃焼部(65)に横方向に区画されており、風呂用燃焼部(25)には追焚用バーナ(21)（既述発明特定事項たる「第２のバーナ」に対応する。）が、給湯用燃焼部(65)には給湯用バーナ(61)が、夫々、配設されている。

追焚用バーナ(21)は、バーナ箱(31)の前後方向（図１の紙面に垂直な方向）に長い扁平な単位バーナ(210)を厚さ方向に複数並設したものである。一方、給湯用バーナ(61)は前記追焚用バーナ(21)より大きな能力が必要なことから、追焚用バーナ(21)の単位バーナ(210)より多数の単位バーナ(610)を厚さ方向に並設して構成されている。

［胴枠(32)及びその内部構造］
胴枠(32)内には、風呂用燃焼部(25)の上方に位置する追焚用熱交換器(22)（既述発明特定事項たる「第２の顕熱熱交換器」に対応する。）と、給湯用バーナ(61)の上方に位置する給湯用熱交換器(62) （既述発明特定事項たる「第１の顕熱熱交換器」に対応する。）が配設されている。

追焚用熱交換器(22)は、前後方向に隙間を存して並設された多数の吸熱フィン(22a)群と、これら吸熱フィン(22a)群を貫通する蛇行状の吸熱管(22b)とで構成されており、吸熱フィン(22a)の横方向（図１の左右方向）の両端から直角に折り曲がった屈曲片(S)は、隣接する吸熱フィン(22a)に接触している（図６参照）。これにより、燃焼排気は吸熱フィン(22a)群内を上方にのみ流動するようになっている。給湯用熱交換器(62)も、同様に構成された吸熱フィン(62a)群と、これを貫通する吸熱管(62b)とで構成されている。

上記追焚用熱交換器(22)の吸熱管(22b)の両端には、浴槽（図示せず）との間で循環するように形成された追焚回路(23)の両端部が接続されている。そして、追焚用バーナ(21)が燃焼して追焚回路(23)内の循環ポンプ（図示せず）が作動すると、前記浴槽内の入浴水が追焚用熱交換器(22)との間で循環加熱されて風呂の追焚きが行えるようになっている。
一方、吸熱管(62b)の上流端には後述する潜熱熱交換器(60)が接続されており、これにより、図示しない給水管→潜熱熱交換器(60)の吸熱管(64)→給湯用熱交換器(62)の吸熱管(62b)→該吸熱管(62b)の下流端に接続された出湯管（図示せず）→該出湯管に接続された出湯蛇口と繋がる経路が形成される。そして、前記出湯蛇口を開放すると、給湯用バーナ(61)が燃焼するようになっている。

以上の構成により、缶体(3)内には、給湯用バーナ(61)→給湯用熱交換器(62)→胴枠(32)の上端開放部、の順序で繋がる給湯側加熱通路(12)と、追焚用バーナ(21)→追焚用熱交換器(22)→胴枠(32)の上端開放部、の順序で繋がる追焚側加熱通路(13)が並列に形成されている。尚、本実施の形態では、追焚側加熱通路(13)が、既述発明特定事項たる「第２の加熱通路」に対応している。

［排気フード(30)及びその内部構造］
缶体(3)を構成する胴枠(32)の上端開放部には、給湯側加熱通路(12)と追焚側加熱通路(13)に跨がる態様で排気フード(30)が配設されている。

図１〜４に示すように、排気フード(30)は下方に開放する箱体であり、下方開放端(33)は、胴枠(32)の上方開放端(34)に接続されている。又、排気フード(30)には、前方に開放する排気口(35)が設けられている。

排気フード(30)には、これの内部を上下に仕切る上水平仕切板(36)と下水平仕切板(37)が配設されており、図１に示すように、これら上下の水平仕切板(36)(37)の両端は、排気フード(30)の両側板(301)(302)に接合されている。

図３,５に示すように、上下の水平仕切板(36)(37)の相互間は、前後に長い横仕切板(38)によって、第２の排気通路(44)と潜熱回収室(43)（既述発明特定事項たる「給湯側排気通路」に対応する。）とに仕切られている。ここで、潜熱回収室(43)は、上下の水平仕切板(36)(37)と、その後部の透孔板(45)と、前記横仕切板(38)と、更に、排気フード(30)の一方の側板(302)とによって囲まれた空間である。一方、第２の排気通路(44)は、水平仕切板(36)(37)と、前記横仕切板(38)と、更に、排気フード(30)の他方の側板(301)によって囲まれた空間である。

下水平仕切板(37)は排気口(35)に向かって前下がりに傾斜し、後述する潜熱熱交換器(60)で生成されるドレンが、排気フード(30)の前端近傍の底板に形成されたドレン回収溝(39)に導かれるようになっている。

図２，３に示すように、潜熱回収室(43)には、下水平仕切板(37)の後部に開設された排気流入口(370)と、透孔板(45)の通気孔(450)を介して燃焼排気が流入するように構成されている。そして、潜熱回収室(43)には、給湯用熱交換器(62)を通過した燃焼排気から潜熱を回収する為の潜熱熱交換器(60)が配設されており、上水道からの供給水は、潜熱熱交換器(60)を介して給湯用熱交換器(62)に供給されるようになっている。

潜熱熱交換器(60)は、蛇行状の複数本の吸熱管(64)を潜熱回収室(43)に配置したもので、排気フード(30)の横方向の一方の側板(302)に配設された給水ヘッダ(66)から各吸熱管(64)の上流端に纏めて給水されるようになっている。一方、各吸熱管(64)の下流端から流出する温水は纏めて出湯ヘッダ(67)から取出して給湯用熱交換器(62)の吸熱管(62b)に供給される。
吸熱管(64)は、熱交換面積の増加を図るため表面が蛇腹状に形成されていると共に、ステンレス等の耐酸性金属で構成されている。

図３〜５に示すように、下水平仕切板(37)には、追焚用熱交換器(22)を通過した燃焼排気を第２の排気通路(44)に取り入れる排気流入口(371)が開設されており、第２の排気通路(44)の途中には、上水平仕切板(36)に垂下状態に固定された平板状の排気抵抗体(47)が設けられており、該排気抵抗体(47)によって、第２の排気通路(44)及びこの上流側の追焚側加熱通路(13)に於ける排気流速が適正値に設定されるようにしている。そして、排気抵抗体(47)の両側縁は、第２の排気通路(44)の両側壁（横仕切板(38)及び、排気フード(30)の側板(301)）に接触しており、排気抵抗体(47)の下縁と下水平仕切板(37)の上下間は、スリット状の絞り部(48)になっている。

そして、この絞り部(48)により、給湯側加熱通路(12)と追焚側加熱通路(13)の排気バランスを保てるようにしている。このため、潜熱熱交換器(60)を配設する場合と配設しない場合とで、給湯側加熱通路(12)と追焚側加熱通路(13)の排気抵抗の大きさが相対的に変化しないような大きさの排気抵抗体(47)を設けている。
又、第２の排気通路(44)と潜熱回収室(43)は下流側で合流されて排気口(35)に繋がっている。

［作用・効果］
このものでは、給気ファン(41)を作動させると共に給湯用バーナ(61)を燃焼させると、該給湯用バーナ(61)からの燃焼排気は、給湯用熱交換器(62)→下水平仕切板(37)の排気流入口(370)→透孔板(45)の通気孔(450)→潜熱回収室(43)→排気フード(30)正面の排気口(35)の経路で流れる。そして、燃焼排気の顕熱は給湯用熱交換器(62)で回収される一方、給湯用熱交換器(62)を通過した燃焼排気は潜熱回収室(43)の潜熱熱交換器(60)で露点以下に冷却されて潜熱回収される。

一方、給気ファン(41)を作動させると共に追焚用バーナ(21)を燃焼させると、該追焚用バーナ(21)からの燃焼排気は、追焚用熱交換器(22)→下水平仕切板(37)の排気流入口(371)→第２の排気通路(44)→排気フード(30)正面の排気口(35)の経路で流れる。そして、燃焼排気の顕熱は追焚用熱交換器(22)で回収され、これにより、追焚用熱交換器(22)で加熱された温水は追焚回路(23)を介して図示しない浴槽に供給されて追焚きされる。

そして、本実施の形態では、既述したように、第２の排気通路(44)に排気抵抗体(47)を設けることにより、第２の排気通路(44)及びこの上流側の追焚側加熱通路(13)に於ける排気流速が適正値に設定されるようにした。従って、缶体(3)の一端開放部に連設した第２缶体たる排気フード(30)内の潜熱回収室(43)に、潜熱熱交換器(60)を設けても、給湯側加熱通路(12)と追焚側加熱通路(13)の排気バランスが崩れず、給湯用バーナ(61)や追焚用バーナ(21)の円滑燃焼が担保できる。

［その他］
１．床暖房マット等の暖房端末からの戻り湯を再加熱する暖房用熱交換器を、既述追焚用熱交換器(22)に代えて組み込んでもよい。床暖房マット等の暖房端末からの戻り湯は給湯器への供給水（上水）の温度より高温であるから、暖房用熱交換器側の排気通路に潜熱熱交換器を配設する必要が少なく、かかる点で追焚用熱交換器(22)と同様だからである。

２．上記実施の形態に係る複合熱源器は、一次側回路の温水で二次側回路の通水を加熱する液―液熱交換器を用いて風呂を追焚きする場合にも利用できる。この場合、液―液熱交換器の二次側回路を風呂の循環追焚回路にする一方、液―液熱交換器の一次側循環路の戻り湯を加熱する熱交換器を、既述追焚用熱交換器(22)に代えて組み込む。

本発明の実施の形態に係る複合熱源器の断面図 図１のＩＩ−ＩＩ断面図 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図 図１のＩＶ−ＩＶ断面図 第２の排気通路(44)近傍の構造説明図 追焚用熱交換器(22)の要部拡大図 従来例の説明図

符号の説明

(3)・・・缶体
(12)・・・給湯側加熱通路
(21)・・・追焚用バーナ
(22)・・・追焚用熱交換器
(60)・・・潜熱熱交換器
(61)・・・給湯用バーナ
(62)・・・給湯用熱交換器

Claims (2)

1. 給湯用バーナ(61)及び該給湯用バーナ(61)からの燃焼排気の顕熱を回収する第１の顕熱熱交換器が配設された給湯側加熱通路と、前記給湯用バーナ(61)と異なる第２のバーナ及び該第２のバーナからの燃焼排気の顕熱を回収する第２の顕熱熱交換器が配設された第２の加熱通路とが並列に形成される缶体(3)と、
   前記給湯用バーナ(61)及び第２のバーナに燃焼用空気を供給する単一のファンが設けられている、複合熱源器に於いて、
   前記給湯側加熱通路と第２の加熱通路とは缶体(3)内に設ける仕切壁(80)、第１の顕熱熱交換器及び第２の顕熱熱交換器により区画されて並列に形成され、
   前記給湯側加熱通路の下流端から延長する給湯側排気通路と前記第２の加熱通路の下流端から延長する第２の排気通路は、前記缶体(3)に連設された第２缶体内にて並列に形成されており、
   前記給湯側排気通路と第２の排気通路とは第２缶体内に設ける仕切板(38)により仕切られて並列に形成され、
   前記給湯側排気通路には、前記燃焼排気の潜熱を回収する潜熱熱交換器が配設され、
   前記第２の排気通路は、上下の水平仕切板(36)(37)と、前記仕切板(38)と、第２缶体の側板(301)とによって囲まれた空間であり、
   前記潜熱熱交換器を配設する場合と配設しない場合とで、給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気抵抗の大きさが相対的に変化しないような大きさの板状の排気抵抗体として、上水平仕切板(36)に垂下状態に固定されると共に仕切板(38)及び側板(301)に接触され、該排気抵抗体の下縁と下水平仕切板(37)の間にスリット状の絞り部(48)が形成される構成とし、前記排気抵抗体をその板面を排気流れ方向と直交させて第２の排気通路内に設けることにより、給湯側加熱通路と第２の加熱通路の排気バランスを保つように構成している、複合熱源器。
2. 請求項１に記載の複合熱源器に於いて、
   前記第２の顕熱熱交換器は、風呂の追焚用熱交換器である、複合熱源器。

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