JP3841081B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼装置に関するものであり、特に、給湯機能と浴槽の湯水の追い焚き機能を兼ね備えた燃焼装置に関するものである。

従来より、給湯器や風呂装置等の熱源として、ガスや液体燃料を燃焼する燃焼装置が多用されている。
また近年、省エネルギーや環境保護の観点から、従来の燃焼装置よりもさらにエネルギー効率の高い燃焼装置が切望されている。そこで、かかる要望を解決すべく複数の熱交換器を備えた燃焼装置や、燃焼ガスの顕熱に加えて潜熱も回収可能な潜熱回収型燃焼装置と称する燃焼装置が提供されている。潜熱回収型燃焼装置は、主として燃焼ガスの顕熱を回収する顕熱回収用熱交換器と、主として潜熱を回収する（残存する顕熱も回収する）潜熱回収用熱交換器とを備えたものであり、従来の燃焼装置に比べて熱効率が高い。
潜熱回収型燃焼装置は、例えば下記の特許文献１に開示されている。

また給湯機能と浴槽の湯水の追い焚き機能を兼ね備えた燃焼装置は広く普及している。給湯機能と追い焚き機能を兼ね備えた燃焼装置の一形態として、一缶二水路形式と称されるものが知られている。
一缶二水路形式とは、単一の燃焼ガス流路の中に二系統の熱交換器が配されたものであり、具体的には給湯用熱交換器と、追い焚き用熱交換器（以下 風呂用熱交換器）が収納されている。
一缶二水路形式の燃焼装置は、例えば下記の特許文献２に開示されている。一缶二水路形式の燃焼装置は、全体形状が小さく設置スペースが狭くてもよい。また一缶二水路形式の燃焼装置は、部品点数が少ないので製造コストが低い。
特開平１１−１４８６４２ 特開平１１−１４８６４２

前記した様に潜熱回収用の熱交換器を備えた燃焼装置は、熱効率が高い。また一缶二水路形式の燃焼装置は、全体形状が小さい上に製造コストが低い。
そこでこれらの特徴を併せ持った燃焼装置が考えられる。すなわち当業者であれば、一缶二水路形式の潜熱回収型燃焼装置の構造を容易に発明することができる。
具体的には、顕熱回収用の熱交換器として、給湯用と風呂用の二系統の熱交換器が内蔵され、さらに潜熱回収用の熱交換器としても、給湯用と風呂用の二系統の熱交換器が内蔵された構造を容易に発明することができる。

そこで本発明者らは、上記した構造の燃焼装置を試作した（第一試作）。上記した様な、顕熱回収用の熱交換器として給湯用と風呂用の二系統の熱交換器が内蔵され、さらに潜熱回収用の熱交換器としても給湯用と風呂用の二系統の熱交換器が内蔵された燃焼装置は、予想どおりの機能を発揮するものであった。しかしながら第一試作の燃焼装置は、製造コストが高く、経済的には採算を取りにくいものであった。

すなわち潜熱回収型燃焼装置とは、燃焼ガスに含まれる水蒸気の潜熱を回収するものであるから、潜熱回収用熱交換器には水蒸気が液化して発生したドレンが大量に付着する。このドレンは、酸性成分を含み、腐食性の液体であるから、潜熱回収用熱交換器の素材は、耐食性の高いものを選定する必要がある。そのため潜熱回収用の熱交換器として、給湯用と風呂用の二系統を備えたものを内蔵しようとすると、熱交換器に高級素材を使用せざるを得ず、製造コストが嵩み、製造コストが低いという一缶二水路形式の特長を生かすことができない。

そこで続いて本発明者らは、給湯回路にのみ潜熱回収用熱交換器を有する構造の燃焼装置を試作した（第二試作）。
第二試作の燃焼装置は、製造コストを低く押さえることができ、製造コストが低いという一缶二水路形式の特長を生かすことができるものであった。しかしながら、この形式の燃焼装置は、風呂の追い焚き中に潜熱回収用熱交換器が沸騰するという予期しなかった問題が発生した。

すなわち給湯機能と追い焚き機能を備えた燃焼装置の動作モードには、給湯単独、追い焚き単独、給湯・追い焚き同時使用の３パターンが存在する。この内、追い焚き単独の動作モードで運転する場合、風呂用の熱交換器だけに通水があり、給湯用の熱交換器には通水されない。本発明者らが試作した第二試作の燃焼装置に則して説明すると、追い焚き単独の動作モードで運転する場合、潜熱回収用熱交換器には通水されない。
しかしながら、一缶二水路形式の燃焼装置は、共通の燃焼ガス流路中に給湯用熱交換器と風呂用熱交換器を収納しているから、追い焚き単独の動作モードで運転する場合でも潜熱回収用熱交換器が加熱され、中の水が沸騰してしまう。

なお、第一試作の様に、顕熱回収用の熱交換器として給湯用と風呂用の二系統の熱交換器が内蔵されている場合は、追い焚き単独の動作モードの場合に潜熱が風呂用の熱交換器によって奪われるので、給湯用の熱交換器側に配分される熱エネルギーが減少し、給湯側の熱交換器が沸騰するという問題は生じない。

そこで本発明は、上記した新たな問題を解決することを目的とするものであり、高級素材の使用量が少なく、且つ追い焚き単独の動作モードで運転する場合でも水が沸騰しない、実用的な一缶二水路形式の潜熱回収型燃焼装置の開発を課題とするものである。

そして上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、 燃焼バーナと、燃焼バーナに空気を送風する送風手段と、燃焼バーナによって発生した燃焼ガスが通過する燃焼ガス通過流路を有し、共通の燃焼ガス通過流路内に第一及び第二熱交換器が内蔵され、さらにこれらの熱交換器の燃焼ガス通過流路下流側に燃焼ガスの潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器が配された燃焼装置において、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域は、第二熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域よりも狭く、かつ両者の断面領域は部分的に重複し、潜熱回収用熱交換器は第二熱交換器に水路が連通すると共に燃焼ガス通過流路の断面領域の略全域を覆い、燃焼バーナは燃焼領域が区分され、風呂用熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の上流部分に相当する区分だけを限定的に燃焼させることが可能であることを特徴とする燃焼装置である。

本発明の燃焼装置は、一缶二水路形式の燃焼装置であり、共通の燃焼ガス通過流路内に第一熱交換器（例えば浴槽の湯水を追い焚き加熱する風呂用熱交換器や暖房用熱交換器））と、第二熱交換器（例えば給湯用熱交換器）が内蔵されている。
そしてこれらの熱交換器の燃焼ガス通過流路の下流側に燃焼ガスの潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器が配されているが、当該潜熱回収用熱交換器は、水路が第二熱交換器に連通するものである。
本発明の燃焼装置では、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域は、第二熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域よりも狭く、燃焼バーナは燃焼領域が区分されていて、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の上流部分に相当する区分だけを限定的に燃焼させることができる。
また潜熱回収用熱交換器は燃焼ガス通過流路の断面領域の略全域を覆う。
本発明の燃焼装置を、例えば追い焚き単独の動作モードや暖房専用モードで運転する際には、燃焼バーナは、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の上流部分に相当する区分だけを限定的に燃焼させる。燃焼ガスは下流に流れて第一熱交換器によって熱を奪われる。そしてさらに下流に流れた燃焼ガスは、潜熱回収用熱交換器と接して潜熱回収用熱交換器に熱を与えるが、本発明の構成によると、追い焚き単独の動作モード等で運転する場合、燃焼バーナの燃焼区画が限定されているので、高温の燃焼ガスは潜熱回収用熱交換器の一部と接するだけであり、潜熱回収用熱交換器が受ける熱は少ない。
また本発明の燃焼装置では、潜熱回収用熱交換器は燃焼ガス通過流路の断面領域の略全域を覆うので、高温の燃焼ガスが流れない領域にも潜熱回収用熱交換器がある。そして本発明の燃焼装置は、燃焼バーナに空気を送風する送風手段を備えるので、高温の燃焼ガスが流れない領域にも送風がなされ、当該送風によって潜熱回収用熱交換器が冷却される。 このように本発明の燃焼装置は、追い焚き単独の動作モード等で運転する場合、潜熱回収用熱交換器に水流はないものの、潜熱回収用熱交換器の加熱される領域が限定され、且つ他の部分においては内部の湯水が冷却される。そのため本発明の燃焼装置は、追い焚き単独の動作モード等で運転する場合でも潜熱回収用熱交換器内の水が沸騰しない。

また請求項２に記載の発明は、燃焼バーナと、燃焼バーナによって発生した燃焼ガスが通過する燃焼ガス通過流路を有し、共通の燃焼ガス通過流路内に第一及び第二熱交換器が内蔵され、さらにこれらの熱交換器の燃焼ガス通過流路下流側に第三熱交換器が配された燃焼装置において、前記第三熱交換器は、流路が傾斜していることを特徴とする燃焼装置である。

本発明の燃焼装置では、第三熱交換器は、流路が傾斜している。そのため通水が無い状態で加熱されたとき、内部の湯水が対流し、部分的な沸騰が生じない。

また請求項３に記載の発明は、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域は、第二熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域よりも狭く、かつ両者の断面領域は部分的に重複し、第三交換器は燃焼ガス通過流路の断面領域の略全域を覆い、燃焼バーナは燃焼領域が区分され、風呂用熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の上流部分に相当する区分だけを限定的に燃焼させることが可能であることを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置では、追い焚き単独の動作モードで運転する際には、燃焼バーナは、風呂用熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の上流部分に相当する区分だけを限定的に燃焼させることができるので、高温の燃焼ガスは潜熱回収用熱交換器の一部と接するだけであり、潜熱回収用熱交換器が受ける熱は少ない。

また請求項４に記載の発明は、第一熱交換器が占有しない領域の、燃焼ガス通過流路の下流側相当部位における第三熱交換器の燃焼ガス通過流路の断面積あたりの外気に対する接触面積は、第一熱交換器が占有する領域の燃焼ガス通過流路の下流側相当部位に比べて大きく、さらに燃焼バーナに空気を送風する送風手段を有することを特徴とする請求項３に記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置で採用する第三熱交換器は、燃焼ガス通過流路の断面積あたりの外気に対する接触面積が領域によって異なる。すなわち本発明の燃焼装置で採用する第三熱交換器は、第一熱交換器の下流側相当部位においては外気に対する接触面積が小さく、他の部分は大きい。そのため第三熱交換器は、第一熱交換器の下流側では熱交換効率が低く、他の部位では熱交換効率が高い。
本発明の燃焼装置は、請求項３に従属するものであり、追い焚き単独の動作モードで運転する際には、燃焼バーナは、風呂用熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の上流部分に相当する区分だけを限定的に燃焼させることができるので、高温の燃焼ガスは潜熱回収用熱交換器の一部と接するだけである。さらに本発明では、第三熱交換器は、第一熱交換器の下流側相当部位においては外気に対する接触面積が小さく、熱交換効率が低いから、第三熱交換器は昇温されにくい。さらに本発明では、第一熱交換器の下流側相当部位の他は雰囲気温度が低いが、本発明では、当該部分の熱交換効率が高いので、第三熱交換器は、逆に熱を奪われ、内部の湯水は冷却される。

また請求項５に記載の発明は、第三熱交換器の流路は、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の下流側が下になり、第一熱交換器が占有しない燃焼ガス通過流路の下流側が上となる位置関係に傾斜していることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の燃焼装置である。

本発明の構成によると、第三熱交換器は、追い焚き単独の動作モードで運転する際に加熱される部位が下になる様な位置関係に傾斜される。そのため本発明では、第三熱交換器内の湯水が対流しやすく、部分的な沸騰が起こりにくい。

また請求項６に記載の発明は、燃焼バーナと、燃焼バーナによって発生した燃焼ガスが通過する燃焼ガス通過流路と、燃焼バーナに空気を送風する送風手段を有し、共通の燃焼ガス通過流路内に第一及び第二熱交換器が内蔵され、さらにこれらの熱交換器の燃焼ガス通過流路下流側に第三熱交換器が配された燃焼装置において、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域は、第二熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域よりも狭く、かつ両者の断面領域は部分的に重複し、第三交換器は燃焼ガス通過流路の断面領域の略全域を覆い、燃焼バーナは、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の上流側だけを限定的に燃焼させることが可能であり、第一熱交換器が占有しない領域の、燃焼ガス通過流路の下流側相当部位における第三熱交換器の燃焼ガス通過流路の断面積あたりの外気に対する接触面積は、第一熱交換器が占有する領域の燃焼ガス通過流路の下流側相当部位に比べて大きいことを特徴とする燃焼装置である。

本発明の燃焼装置では、追い焚き単独の動作モードで運転する際には、燃焼バーナは、風呂用熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の上流部分に相当する区分だけを限定的に燃焼させることができるので、高温の燃焼ガスは潜熱回収用熱交換器の一部と接するだけである。さらに本発明では、第三熱交換器は、第一熱交換器の下流側相当部位においては外気に対する接触面積が小さく、熱交換効率が低いから、第三熱交換器は昇温されにくい。さらに本発明では、第一熱交換器の下流側相当部位の他は雰囲気温度が低いが、本発明では、当該部分の熱交換効率が高いので、第三熱交換器は、逆に熱を奪われ、冷却される。

外気に対する接触面積を増大させる方策とし、第三熱交換器の一部にフィンを設けることが考えられる（請求項７）。

また請求項８に記載の発明は、第二熱交換器及び第三熱交換器は共に給湯用であり、第三熱交換器の下流側の水路に第二熱交換器が接続されて水は第三熱交換器によって加熱された後に第二熱交換器によって加熱され、さらにバイパス流路によって第二熱交換器の下流側と第三熱交換器の上流側が連通していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置では、第三熱交換器と第二熱交換器が接続され、さらに第二熱交換器の下流側と第三熱交換器の上流側が連通している。そのため本発明の燃焼装置では、第三熱交換器と第二熱交換器を繋ぐ大きな循環経路内で対流が起こる。従って本発明の燃焼装置は、追い焚き単独の動作モードで運転する場合でも潜熱回収用熱交換器内の水が沸騰しない。

第一熱交換器は、浴槽の湯水を追い焚き加熱するものであることが望ましい（請求項９）。

本発明の燃焼装置は、追い焚き単独の動作モードで運転する場合でも下流側（潜熱回収側）の熱交換器内の水が沸騰しない。また本発明の燃焼装置は、一缶二水路形式であるため、外形形状が小さく、且つ製作コストも低い。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の燃焼装置の配管系統図であり、給湯時の湯水の流れを示している。図２は、本発明の実施形態の燃焼装置の配管系統図であり、追い焚き運転時の湯水の流れを示している。図３は、図１，２に示す燃焼装置の缶体内の構造を示す斜視図である。図４、本発明の他の実施形態の燃焼装置の潜熱回収用熱交換器の断面図である。図５は、本発明のさらに他の実施形態の燃焼装置の潜熱回収用熱交換器の流路を示す斜視図である。

本実施形態の燃焼装置１０は、一缶二水路形式の潜熱回収型燃焼装置であり、共通する缶体１１内に風呂追い焚き用の熱交換器（以下風呂用熱交換器 第一熱交換器）１と給湯用熱交換器（第二熱交換器）２が内蔵され、さらに缶体１１内には潜熱回収用熱交換器（第三熱交換器）３を備えている。

すなわち本実施形態の燃焼装置１０は、一つの缶体１１を備え、その内部の下部に燃焼バーナ部５がある。燃焼バーナ部５は、図示しない燃料ガス配管から燃料ガスが供給され、火炎を発生させるものである。燃焼バーナ部５は、二つの燃焼領域Ａ，Ｂに区画されており、全領域の燃焼運転と、燃焼領域Ａだけの燃焼運転を切り換えることができる。

また缶体１１の下部、すなわち燃焼バーナ部５の上流側には送風機６が設けられており、燃焼バーナ部５に必要な空気を供給する。

前記した様に本実施形態の燃焼装置１０は、共通する缶体１１内に風呂用熱交換器１と給湯用熱交換器２及び潜熱回収用熱交換器３が内蔵されている。すなわち共通する燃焼ガス流路に３本の熱交換器が内蔵されている。ただし風呂用熱交換器１と給湯用熱交換器２には、共通にフィン（図示せず）が設けられており、構造的には両者は一体的である。理解を容易にするため、図に両者を区別する記号を付している。図１，２においては、Ｆが表示された管体が風呂用熱交換器１に属し、Ｑが表示された管体は給湯用熱交換器２に属する。

風呂用熱交換器１は、図３の様に直列状の管体であり、ベンド管を介して折り返したものである。すなわち風呂用熱交換器１は、一本の管を一定の長さの所でベンド管を接続して「Ｕ」字状に折り返し、元の部分に対して略平行に配し、さらに一定の長さの部位で再度「Ｕ」字状に折り返し、順次これを繰り返して管体を平行に並べたものである。風呂用熱交換器１はこれを繰り返したものであり、管路は見かけ上平行に並べられているが、流路（水路）は１本である。

風呂用熱交換器１は、缶体１１内にあって、燃焼ガス通過流路の断面領域の内の一部だけを占有するものである。すなわち風呂用熱交換器１が設けられた領域は、図１，２，３の様に缶体１１の横断面よりも著しく小さい。従って仮に燃焼ガスが缶体１１内を平行に流れると仮定すると、燃焼ガスの一部だけが風呂用熱交換器１と接触し、他の多くの燃焼ガスは風呂用熱交換器１に触れない。

給湯用熱交換器２についても、図３の様に直列状の管体であり、これをジグザグに折り返したものである。
給湯用熱交換器２は、前記した風呂用熱交換器１よりも大きく、燃焼ガス通過流路の断面領域の全てを占有する。すなわち風呂用熱交換器１が設けられた領域は、図１，２，３の様に缶体１１の横断面と同一である。従って仮に燃焼ガスが缶体１１内を平行に流れると仮定すると、燃焼ガスのすべてが給湯用熱交換器２と接触する。

本実施形態では、給湯用熱交換器２は、二段に配されており、風呂用熱交換器１は単段である。そして風呂用熱交換器１の上下は、給湯用熱交換器２の管列に挟まれている。
また給湯用熱交換器２を構成する管路と風呂用熱交換器１を構成する管路は互いに平行である。

潜熱回収用熱交換器３は、複数の管路が平行に配されたものである。
すなわち潜熱回収用熱交換器３は、図の様に両端部にヘッダ１５，１６があり、このヘッダ１５，１６間を複数の管１７によって結合したものである。従って潜熱回収用熱交換器３を構成する各管１７は、互いに並列的である。
また本実施形態では、潜熱回収用熱交換器３を構成する管１７は、いずれも傾斜している。
また他の特徴的な構成として、本実施形態の潜熱回収用熱交換器３では、図の様に一部の領域にある管１７だけにフィン１８が設けられている。

次に、各熱交換器１，２，３及び燃焼バーナ部５の位置関係について説明する。
本実施形態では、これらはいずれも共通の缶体１１内にあり、これらの位置関係を物理的に見ると、燃焼バーナ部５がその最も下部に位置する。そしてその上部に風呂用及び給湯用熱交換器１，２があり、さらにその上部に潜熱回収用熱交換器３がある。

燃焼ガスの流れを基準に位置関係を説明すると、最も上流側に燃焼バーナ部５があり、その下流側に風呂用及び給湯用熱交換器１，２があり、さらにその下流に潜熱回収用熱交換器３が設けられているといえる。

風呂用及び給湯用熱交換器１，２の管路と、潜熱回収用熱交換器３の管路は、方向が略直交している。すなわち図３の様に給湯用熱交換器１，２の管路は、Ｙ方向に延びているが、潜熱回収用熱交換器３の管１７は、Ｘ方向に配されている。

また各部材の位置関係を燃焼ガス流路の横断面の座標位置を基準として説明すると、給湯用熱交換器２は、燃焼ガス流路の横断面を全て覆う位置にあり、風呂用熱交換器１は、燃焼ガス流路の一部だけを覆う位置にある。図１，２を基準として説明すると、給湯用熱交換器２は、燃焼ガス流路を閉塞する様に配されているが、風呂用熱交換器１は、図面左寄りの部分だけに配されている。

潜熱回収用熱交換器３は、前記した様に風呂用及び給湯用熱交換器１，２の上部にあり、燃焼ガス流路の横断面を全て覆う。
潜熱回収用熱交換器３の管１７は傾斜しているが、傾斜の方向は、風呂用熱交換器１が設けられた側の端部が下であり、他方が上である。すなわち潜熱回収用熱交換器３の流路は、風呂用熱交換器１が占有する燃焼ガス通過流路の上流側が下になり、風呂用熱交換器１が占有しない燃焼ガス通過流路の下流側が上となる位置関係に傾斜している。
図面に則して説明すると、潜熱回収用熱交換器３は、風呂用熱交換器１が設けられた左側が下となる様に各流路が傾斜している。

また潜熱回収用熱交換器３は、その一部にフィン１８が設けられているが、フィン１８が設けられた領域は、風呂用熱交換器１が設けられた領域を外れている。すなわち風呂用熱交換器１が占有しない領域の、燃焼ガス通過流路の下流側相当部位にある管１７だけにフィン１８が設けられ、当該部位は、風呂用熱交換器１の上部に比べて外気に対する接触面積が大きく、熱交換効率が高い。

燃焼バーナ部５の燃焼領域Ａは、風呂用熱交換器１の真下に位置する。すなわち燃焼領域Ａだけを燃焼させると、風呂用熱交換器１が占有する燃焼ガス通過流路に相当する区分だけが限定的に燃焼されることとなり、風呂用熱交換器１の部位だけが他の部位に比べて重点的に加熱される。

本実施形態では、流水回路は二系統に別れている。すなわち潜熱回収用熱交換器３と給湯用熱交換器２によって給水回路が構成され、風呂用熱交換器１によって風呂追い焚き回路が構成される。

すなわち図の様に、外部の給水源２０に繋がる入水路２１が潜熱回収用熱交換器３の入水口２２に接続され、潜熱回収用熱交換器３の出水口２５は給湯用熱交換器２の入水口２６に接続されている。なお本実施形態では、潜熱回収用熱交換器３の入水口２２は、図の様に傾斜の坂上側のヘッダ１６に設けられている。
また給湯用熱交換器２の出水口２７は、給水栓３０等に接続されているが、その中途部分にバイパス流路３１が設けられ、給水源２０の入水が給湯用熱交換器２の出水口２７から出た湯に混合される。またバイパス流路３１には、流量調節弁３２が設けられている。流量調節弁３２は、図示しない出湯温度センサーによって開度が制御され、給水栓３０等からの出湯温度が適度なものとなる様に混合する水量が増減される。なお風呂単独使用の動作モードの場合には、前記した流量調節弁３２は開いており、バイパス流路３１は開放されている。従って風呂単独使用の場合には、潜熱回収用熱交換器３の入水口２２と出水口２５は、給湯用熱交換器２及びバイパス流路３１を介して環状に繋がる。

また風呂用熱交換器１は、図１，２の様に風呂往き配管３５及び風呂戻り配管３６を介して浴槽３７に接続され、風呂追い焚き回路が形成されている。風呂追い焚き回路の中途にはポンプ３８が設けられている。

次に本実施形態の燃焼装置１０の機能について説明する。
本実施形態の燃焼装置１０は、公知のそれと同様に、給湯単独、追い焚き単独、給湯・追い焚き同時使用の３パターンの動作モードがある。

給湯単独モードは、例えば給湯栓３０が開かれた場合に給湯栓３０から湯を出湯させる動作であり、燃焼バーナ部５は、その全領域で燃焼させる。すなわち燃焼バーナ部５は、Ａ，Ｂの双方の領域で火炎を発生させる。また必要な空気は、送風機６から供給される。

そして給水源２０から入水路２１を通過した水は、潜熱回収用熱交換器３に入る。潜熱回収熱交換器３は、燃焼ガスが含む残存顕熱及び潜熱によって加熱され、内部を流れる水を昇温させる。
給湯単独モードにおいては、水は図１の矢印の様に潜熱回収用熱交換器３の上側から下側に向かって流れる。すなわち潜熱回収用熱交換器３を構成する管１７は傾斜しており、潜熱回収用熱交換器３の入水口２２は、図の様に傾斜の坂上側のヘッダ１６に設けられているから、潜熱回収用熱交換器３において、水は傾斜を下る方向に流れる。

そして水は出水口２５側のヘッダ１５に集められ、出水口２５から出て下流の給湯用熱交換器２に入る。
給湯用熱交換器２内では、水は、図１のＱ１から順にＱ２，Ｑ３と流れ、その間にさらに加熱され、高温湯となって給湯用熱交換器２の出水口２７から排出され、バイパス流路３１から供給される水が混合されて給湯栓３０から出湯される。

以上は、給湯単独使用の場合の湯水の流れであるが、給湯・追い焚き同時使用の場合についても、給湯回路を流れる湯水の流れは同一である。

次に風呂単独使用の場合について説明する。
風呂単独使用の場合は、燃焼バーナ５の燃焼領域が制限され、燃焼バーナ部５は、燃焼領域Ａだけが燃焼される。すなわち風呂用熱交換器１の上流部分だけが燃焼される。
燃焼に要する空気は、先の場合と同様に送風機６から供給されるが、本実施形態の燃焼装置１０は、一缶二水路形式であり、風呂用熱交換器１が設けられた燃焼ガス流路と、給湯用熱交換器２が設けられた燃焼ガス流路が共通であるため、空気は燃焼バーナ部のＢエリアにも供給される。しかしながら、Ｂエリアは燃焼されないので、Ｂエリアに供給された空気は、常温のままの状態で燃焼ガス流路を流れる。

風呂単独使用の場合は、前記した様に、燃焼バーナ部５の燃焼領域Ａだけが燃焼され、風呂用熱交換器１が重点的に加熱される。そして燃焼ガスはさらに下流側（上方）に流れ、潜熱回収用熱交換器３の一部を加熱する。この様に本実施形態では、風呂単独使用の場合に潜熱回収用熱交換器３が加熱されるのは一部の領域に過ぎず、潜熱回収用熱交換器３が受け入れる熱量は少ない。

また風呂単独使用の場合は、潜熱回収用熱交換器３に対して水の供給が無いから潜熱回収用熱交換器３の水路に給水による水流は無いが、本実施形態では、風呂単独使用の場合、潜熱回収用熱交換器３の水路に対流による水流が発生する。

すなわち前記した様に、潜熱回収用熱交換器３の管１７は傾斜しており、傾斜の方向は、風呂用熱交換器１が設けられた側の端部が下であるから、潜熱回収用熱交換器３は、傾斜した管１７の下部だけが加熱されることとなる。
その結果、加熱されて昇温し、密度が低下した湯水は、傾斜した管１７を上昇し、傾斜の坂上側のヘッダ１６側に流れる。
またこの水流によって傾斜の坂下側のヘッダ１５の圧力が低下し、下部の給湯用熱交換器２から水が供給される。すなわち本実施形態の燃焼装置１０では、潜熱回収用熱交換器３の上流側と、給湯用熱交換器２の下流側がバイパス流路３１によって接続されている。バイパス流路３１には流量制御弁３２が設けられているが、当該流量制御弁３２は風呂単独使用の場合には開いている。そのためバイパス流路３１を介して潜熱回収用熱交換器３と給湯用熱交換器２が環状に繋がり一連の環状回路を形成している。

そして風呂単独使用の場合は、前記した様に、燃焼バーナ部５の燃焼領域Ａだけが燃焼され、潜熱回収用熱交換器３の下部側が重点的に加熱されるから、加熱された湯水は、傾斜した管１７を上昇し、これに伴って潜熱回収用熱交換器３とバイパス流路３０及び給湯用熱交換器２によって構成される環状回路の水が図２の破線の矢印の様に、全体的に回遊する。

さらに本実施形態では、潜熱回収用熱交換器３は、燃焼流路の断面の全域に位置するが、燃焼バーナ部５のＢエリアの上部（下流側）には常温の空気が流れるので、潜熱回収用熱交換器３のＢエリアの上部に相当する部位は冷却される。特に本実施形態では、潜熱回収用熱交換器３は、常温の空気が送風される部位にフィン１８が設けられているので、内部の湯は効率よく冷却されることとなる。

そのため本実施形態の燃焼装置１０では、風呂単独使用の場合であっても潜熱回収用熱交換器３内の湯水が沸騰することはない。

以上説明した実施形態では、給湯回路にバイパス流路３１を有する構成を例示し、バイパス流路３１を介して湯水が対流する作用効果を説明したが、バイパス流路３１を持たない構成であってもある程度の作用効果は期待できる。すなわち本実施形態では、潜熱回収用熱交換器３は、両端部にヘッダ１５，１６を持ち、このヘッダ１５，１６間を複数の管１７によって結合したものであるから、このヘッダ１５，１６を介して一連の環状流路が形成される。すなわち図４に示すように、上部に位置する管１７ａとヘッダ１６、下部に位置する管１７ｂ、ヘッダ１５によって環状の流路が形成され、この間を湯水が対流する。

また上記した実施形態では、潜熱回収用熱交換器３は、管１７を傾斜させた構成を例示したが、図５に示すように、流路自体が勾配状あるいはテーパー状であって、上方への広がりを有するものであってもよい。流路の断面形状は、（ａ）に示す流路４０の様な円形でもよく、（ｂ）に示す流路４１の様な矩形でもよい。

また上記した実施形態では、潜熱回収用熱交換器３の一部にだけフィン１８を設けた。これは、風呂用熱交換器１が設けられた領域とそれ以外の領域の熱交換効率に差をつけることを目的としているが、潜熱回収用熱交換器３の全領域にフィンを設け、その密度や大きさに差をつけることによって熱交換効率に差を設けてもよい。例えば潜熱回収用熱交換器３の全領域にフィンを設け、風呂用熱交換器１が占有しない領域のフィンの密度を他の部位に比べて高めたり、当該領域のフィンを他の領域よりも大きくする等の方策が考えられる。

本発明の実施形態の燃焼装置の配管系統図であり、給湯時の湯水の流れを示す。 本発明の実施形態の燃焼装置の配管系統図であり、追い焚き運転時の湯水の流れを示す。 図１，２に示す燃焼装置の缶体内の構造を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態の燃焼装置の潜熱回収用熱交換器の断面図である。 本発明のさらに他の実施形態の燃焼装置の潜熱回収用熱交換器の流路を示す斜視図である。

符号の説明

１ 風呂用熱交換器（第一熱交換器）
２ 給湯用熱交換器（第二熱交換器）
３ 潜熱回収用熱交換器（第三熱交換器）
５ 燃焼バーナ部
６ 送風機
１０ 燃焼装置
１１ 缶体
１５，１６ ヘッダ
１８ フィン
３０ 給湯栓
３１ バイパス流路

Claims (9)

1. 燃焼バーナと、燃焼バーナに空気を送風する送風手段と、燃焼バーナによって発生した燃焼ガスが通過する燃焼ガス通過流路を有し、共通の燃焼ガス通過流路内に第一及び第二熱交換器が内蔵され、さらにこれらの熱交換器の燃焼ガス通過流路下流側に燃焼ガスの潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器が配された燃焼装置において、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域は、第二熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域よりも狭く、かつ両者の断面領域は部分的に重複し、潜熱回収用熱交換器は第二熱交換器に水路が連通すると共に燃焼ガス通過流路の断面領域の略全域を覆い、燃焼バーナは燃焼領域が区分され、風呂用熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の上流部分に相当する区分だけを限定的に燃焼させることが可能であることを特徴とする燃焼装置。
2. 燃焼バーナと、燃焼バーナによって発生した燃焼ガスが通過する燃焼ガス通過流路を有し、共通の燃焼ガス通過流路内に第一及び第二熱交換器が内蔵され、さらにこれらの熱交換器の燃焼ガス通過流路下流側に第三熱交換器が配された燃焼装置において、前記第三熱交換器は、流路が傾斜していることを特徴とする燃焼装置。
3. 第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域は、第二熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域よりも狭く、かつ両者の断面領域は部分的に重複し、第三交換器は燃焼ガス通過流路の断面領域の略全域を覆い、燃焼バーナは燃焼領域が区分され、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の上流部分に相当する区分だけを限定的に燃焼させることが可能であることを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置。
4. 第一熱交換器が占有しない領域の、燃焼ガス通過流路の下流側相当部位における第三熱交換器の燃焼ガス通過流路の断面積あたりの外気に対する接触面積は、第一熱交換器が占有する領域の燃焼ガス通過流路の下流側相当部位に比べて大きく、さらに燃焼バーナに空気を送風する送風手段を有することを特徴とする請求項３に記載の燃焼装置。
5. 第三熱交換器の流路は、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の下流側が下になり、第一熱交換器が占有しない燃焼ガス通過流路の下流側が上となる位置関係に傾斜していることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の燃焼装置。
6. 燃焼バーナと、燃焼バーナによって発生した燃焼ガスが通過する燃焼ガス通過流路と、燃焼バーナに空気を送風する送風手段を有し、共通の燃焼ガス通過流路内に第一及び第二熱交換器が内蔵され、さらにこれらの熱交換器の燃焼ガス通過流路下流側に第三熱交換器が配された燃焼装置において、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域は、第二熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の断面領域よりも狭く、かつ両者の断面領域は部分的に重複し、第三交換器は燃焼ガス通過流路の断面領域の略全域を覆い、燃焼バーナは、第一熱交換器が占有する燃焼ガス通過流路の上流側だけを限定的に燃焼させることが可能であり、第一熱交換器が占有しない領域の、燃焼ガス通過流路の下流側相当部位における第三熱交換器の燃焼ガス通過流路の断面積あたりの外気に対する接触面積は、第一熱交換器が占有する領域の燃焼ガス通過流路の下流側相当部位に比べて大きいことを特徴とする燃焼装置。
7. 第一熱交換器が占有しない領域の、燃焼ガス通過流路の下流側相当部位における第三熱交換器にはフィンが設けられていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の燃焼装置。
8. 第二熱交換器及び第三熱交換器は共に給湯用であり、第三熱交換器の下流側の水路に第二熱交換器が接続されて水は第三熱交換器によって加熱された後に第二熱交換器によって加熱され、さらにバイパス流路によって第二熱交換器の下流側と第三熱交換器の上流側が連通していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置。
9. 第一熱交換器は、浴槽の湯水を追い焚き加熱するものであることを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の燃焼装置。

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