JP5610841B2 - 液体燃料給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、液体燃料を燃焼させる給湯機で、顕熱を回収する熱交換器だけではなく、潜熱も回収する熱交換器を有する給湯機に関する。

従来、液体燃料燃焼装置を備え、液体燃料燃焼装置の燃焼ガスを熱交換して温水に換える給湯機としては、熱交換率の向上を目的として潜熱の回収が可能な液体燃料給湯機が知られていた。潜熱の回収が可能な液体燃料給湯機は、顕熱回収用熱交換器と潜熱回収用熱交換器の二つの熱交換器を備えており、液体燃料を燃焼させた燃焼ガスを前記顕熱回収用熱交換器に接触させて熱交換し、顕熱を奪った後の燃焼ガスを潜熱回収用熱交換器に接触させて潜熱も奪う方式となっていた。また、燃焼ガスが流れる順序としては、顕熱回収用熱交換器を通過させた後に、潜熱回収用熱交換器を通過させるようになっていた。

潜熱回収用熱交換器は、潜熱を回収するためできるだけ低い温度の水を給水する必要があり、給水される水道水は、潜熱回収用熱交換器を通過させた後に、顕熱回収用熱交換器を通過させる構成となっていた。この場合、潜熱回収用熱交換器は、燃焼ガスに含まれる水蒸気からも熱回収するため、潜熱回収用熱交換器の表面に強酸性の凝縮水が付着し、この凝縮水を給湯機の外部に排出する必要があり、潜熱回収用熱交換器の下部に凝縮水を受ける凝縮水受け皿を設けて、凝縮水受け皿に受けた凝縮水を凝縮水排出管により潜熱回収用熱交換器の外部に排出するようにしていた。（特許文献１参照）

液体燃料給湯機の液体燃料燃焼装置で発生する燃焼ガスは、排気口で液体燃料給湯機の外部に排出される。この燃焼ガスの発生源から排気口までの液体燃料給湯機内部における燃焼ガスの通路において、燃焼ガスが途中で漏れることは、液体燃料燃焼装置に二酸化炭素濃度の高い空気が供給されて前記液体燃料燃焼装置の燃焼状態が悪くなり、時間が経過すると煤の発生や熱交換器の詰まりを生じる原因の一つ、所謂ショートサイクルとなる。よって、液体燃料燃焼装置の燃焼ガスの発生源（液体燃料燃焼装置）から排気口までの燃焼ガスの通路は、気密性を有する必要があった。そして燃焼ガスの通路には、顕熱回収用熱交換器、潜熱回収用熱交換器、凝縮水受け皿、および顕熱回収用熱交換器と潜熱回収用熱交換器を繋ぐ通路等もこれに該当していた。

液体燃料給湯機には、給湯機能だけではなく、追焚き機能を有するものがある。一つの液体燃料燃焼装置を利用して給湯機能と追焚き機能を行う液体燃料給湯機には、給湯用の顕熱熱交換器の内部に追焚き用のチューブ式熱交換器が設けられることにより、給湯用の顕熱熱交換器が二重構造になっているものがあった。（特許文献２の図１参照）

特開２００８−１７００８８号公報 特開２００９−２１０２０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された潜熱回収用熱交換器は、チューブとヘッダーで構成されており、チューブとヘッダーの全表面に燃焼ガスが接触して熱交換が行われて、チューブとヘッダー全体を覆うケーシングが必要であった。そしてケーシングは燃焼ガスが通過する燃焼ガス通路に該当し、ケーシングに気密性を必要としていた。特許文献１に記載された熱交換器が設けられる給湯装置等の場合においては、潜熱回収用熱交換器と顕熱回収用熱交換器とは、略Ｊ形の長い燃焼ガス通路で結ばれる構造となっていた。そして、顕熱回収用熱交換器と潜熱回収用熱交換器を結ぶ燃焼ガス通路が長いということは、燃焼ガス通路で放熱が発生し、燃焼ガスの潜熱回収を妨げる原因となり好ましくないという問題があった。また、略Ｊ形の燃焼ガス通路や潜熱回収用熱交換器のために気密性を持たせたケーシングが必要になるということは、製造に多大に熟練や精度が要求される複雑な形状となるという問題があった。

潜熱回収用熱交換器がチューブとヘッダー方式の場合、チューブおよびヘッダーで発生する凝縮水を受ける凝縮水受け皿は、チューブおよびヘッダーの全表面で発生する凝縮水を確実に受けるために、チューブおよびヘッダーの鉛直方向の投影面だけではなく、前記投影面の範囲から所定の幅で広げた範囲で凝縮水を受けなければならないという問題があった。なお、特許文献１の熱交換器の場合は、ケーシングの底部（カップ部）が凝縮水受け皿を兼ねて、チューブおよびヘッダーの鉛直方向の投影面から広い範囲を覆うようにして、この問題を解決している。また、この場合には、ケーシングの気密性と同時に、強酸性の凝縮水に耐え得るようにする必要があることになる。

特許文献２に記載されている、給湯用の顕熱熱交換器の内部に追焚き用のチューブ式熱交換器が設けられる給湯機に、チューブとヘッダー方式の潜熱回収用熱交換器を設けようとすると、給湯用潜熱回収用熱交換器と追焚き用潜熱回収用熱交換器を分けて設ける必要がある。給湯用と追焚き用に分けて潜熱回収用熱交換器を設ける場合には、ケーシングの構造が複雑になるという問題があった。また、チューブを２重構造にして、内側の管を追焚き用、外側の管を給湯用の潜熱回収用熱交換器にする場合には、潜熱回収用熱交換器の作成が困難となり、いずれの場合でも給湯機自体の構造が複雑になるという問題があった。そして、給湯に比較して追焚きは頻繁に行われないことから、追焚き用潜熱回収用熱交換器は設けず、追焚き時の潜熱回収は断念する場合もあった。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段が講じられている。

第１発明の液体燃料給湯機は、潜熱熱交換器と前記潜熱熱交換器の下部に顕熱熱交換器を備え、給水が前記潜熱熱交換器、前記顕熱熱交換器の順に供給される液体燃料給湯機で、前記潜熱熱交換器は、天板と、底板と、前記天板および前記底板の周囲を覆う側板と、前記天板および前記底板を貫通する燃焼ガス通路とより成り、前記天板、前記底板、前記側板並びに前記天板および前記底板を貫通する燃焼ガス通路で囲まれる空間に給水された水が貯留され、前記天板、前記底板並びに前記天板および前記底板を貫通する燃焼ガス通路に、燃焼ガスが接触する様に構成されている。
第２発明の液体燃料給湯機は、請求項１記載の発明において、前記潜熱熱交換器の前記底板の下部には、前記底板の全面に対応させた凝縮水回収装置が備えられている。
第３発明の液体燃料給湯機は、請求項１記載の発明において、前記潜熱熱交換器の下面と、前記顕熱熱交換器の上面の外周形状が同一にされている。
第４発明の液体燃料給湯機は、請求項２または請求項３記載の発明において、前記潜熱熱交換器の内部には追い焚き用熱交換器が備えられている。

以上のような、技術的手段が講じられていることにより、以下の効果を有する。
第１発明によれば、天板、底板並びに前記天板および前記底板を貫通する燃焼ガス通路に、排気が接触することにより、側板に燃焼ガスが通過しないので側板では結露し難いものとなる。これにより、潜熱熱交換器の外周での凝縮水回収装置が不要となり、凝縮水を集め易いという効果を有する。
第２発明によれば、第１発明を利用し、凝縮水回収装置を底板の全面に対応させていることで、凝縮水を簡単な構造でかつ確実に回収することができ、下部の顕熱熱交換器に結露水が落ちることがないという効果を有する。
第３発明によれば、第１発明を利用し、潜熱熱交換器と顕熱熱交換器の接続が容易となり、燃焼ガスに対する気密性を持たせる構成も容易となる。また、潜熱熱交換器と顕熱熱交換器が、連続した一体的な形状となるので、液体燃料給湯機として保温性や美観の向上に必要となる保温材や外装板で潜熱熱交換器と顕熱熱交換器の周囲を覆うことが容易にできる効果を有する。
第４発明によれば、第２発明または第３発明を利用し、製造時潜熱熱交換器の天板や底板を外した状態で潜熱回収時の追焚き用熱交換器を納めることが出来るので、組み立てが容易となる効果を有する。

本発明に係る一実施形態を説明するための液体燃料給湯機の概略構成図である。 顕熱回収用熱交換器と潜熱回収用熱交換器の関係を説明する斜視図である。 潜熱回収用熱交換器の分解図である。 凝縮水回収装置の分解図である。 本発明に係る他の実施形態を説明するための液体燃料給湯機の概略構成図である。 他の実施形態の潜熱回収用熱交換器の分解図である。

発明を実施する形態について、図面に基づいて具体的に説明する。

本発明の液体燃料給湯機の概略について図１を用いて説明する。液体燃料給湯機１は灯油や重油等の液体燃料を燃焼装置１１で燃焼させ、この燃焼熱で熱交換器に通水された水を加熱するものであり。熱効率を向上させるため顕熱熱交換器２０だけではなく、顕熱熱交換器２０の上部、つまり排気側に給水温度を上昇させて熱効率の向上を可能とする潜熱熱交換器３０を有している。

液体燃料給湯機１は、水道より給水配管１２で結ばれ、減圧弁１３を介して給水されている。減圧された水道水は、潜熱熱交換器３０の下部の潜熱熱交入接続口３１から入り、潜熱熱交換器３０の内部を通過して潜熱熱交換器３０の上部の潜熱熱交出接続口３２に至る。これにより、水道水は顕熱熱交換器２０で一部熱を奪われた燃焼ガスより更に熱を奪い、昇温する。潜熱熱交出接続口３２は内部配管１４で、顕熱熱交換器２０の高さ方向中間部の顕熱熱交入接続口２１に接続されている。潜熱熱交換３０でやや昇温された水道水は、顕熱熱交入接続口２１から入り、顕熱熱交換器２０の内部を通過して顕熱熱交換器２０の上部の顕熱熱交出接続口２２に至り、給湯配管１５により風呂場等の給湯栓（図示せず）に接続されている。これにより、潜熱熱交換器３０でやや昇温された水道水は、顕熱熱交換器２０で燃焼ガスにより、設定されている所望の温度まで昇温されて給湯栓で利用される。なお、給水配管１２や給湯配管１５には、顕熱熱交換器２０と潜熱熱交換器３０を保護する目的で、逃がし弁（図示せず）が設けられている。

燃焼ガスの流れで説明すると、燃焼装置１１が燃焼することで発生する燃焼ガスは、顕熱熱交換器２０の内部に有る複数の煙管２３を上方に向かって移動する。複数の煙管２３には、顕熱熱交換器２０の熱効率を上昇させるため燃焼ガスの流れを屈曲させる整流板２４が、それぞれ設けられている。これにより、顕熱熱交換器２０では潜熱熱交換器３０でやや昇温された水道水が所望の温度に熱交換される。

顕熱熱交換器２０で熱交換された燃焼ガスは、凝縮水受け皿５０の下面から、凝縮水受け皿５０中央部の孔５２を通過し、孔５２の上側に一定間隔の隙間を設けた傘板５３の周囲より、上部の潜熱熱交換器３０に入る。燃焼ガスは、潜熱熱交換器３０の内部に有る複数の煙管３３を上方に向かって移動する。複数の煙管３３には、潜熱熱交換器３０の熱効率を上昇させるため燃焼ガスの流れを屈曲させる整流板３４が、それぞれ設けられている。燃焼ガスは潜熱熱交換器３０を通過した後、排気部６０の排気口６１より、液体燃料給湯機１の外部に排出される。

燃焼ガスは潜熱熱交換器３０に接触することにより潜熱が奪われ、燃焼ガスの温度はさらに下がる。この場合、燃焼ガスには燃料に含まれる水素成分の燃焼により生じた水蒸気が含まれているので、潜熱熱交換器３０の表面に凝縮水が発生する。凝縮水の発生する量は燃料の種類や燃焼量、給水温度、更には外気の湿度等により異なり一定ではないが、多かれ少なかれ凝縮水は発生し、凝縮水には燃焼によって生成された窒素酸化物や硫黄酸化物が溶解するため強酸性の液体となる。この強酸性の液体が発生するため、潜熱熱交換器３０については、強酸性に耐え得る材料により構成されている。

そして、強酸性の凝縮水を液体燃料給湯機１の内部に留めておくことは、製品の劣化等の要因になるため、潜熱熱交換器３０で発生した強酸性の凝縮水は、潜熱熱交換器３０の下部に設けた凝縮水回収装置である凝縮水受け皿５０により集められ、潜熱熱交換器３０の外部に設けられた凝縮水管接続口５４より排出される。強酸性の凝縮水を強酸性のまま排出させると環境に悪影響を及ぼすので、これを中和するための中和槽５５が設けられている。凝縮水管接続口５４には凝縮水管５６が連通しており、凝縮水管５６は中和槽５５に接続されている。中和槽５５内に流入した凝縮水は中和され、ほぼ中性になった凝縮水は凝縮水排出管５７により外部の下水等に排出される。

顕熱熱交換器２０と潜熱熱交換器３０は装置外面から放熱することを防ぐ目的で、保温材６２が設けられている。図１では保温材６２に、斜線を付している。なお、保温材６１を付けた顕熱熱交換器２０、潜熱熱交換器３０、燃焼装置１１、中和槽５５等は、設置上や美観上の目的から外装板（図示せず）の中に納められている。

顕熱熱交換器２０と潜熱熱交換器３０との大きさや位置による取り付けの関係について、図２を用いて説明する。顕熱熱交換器２０と、潜熱熱交換器３０は、共に外観が円筒形である。顕熱熱交換器２０の上面には天板２５と一体に成形された顕熱熱交フランジ２６が設けられている。天板２５には複数の孔があり、複数の煙管２３が溶接されている。顕熱熱交換器２０の側面には顕熱熱交入接続口２１、顕熱熱交出接続口２２、燃焼装置１１の取付け口２７および排水口２８が設けられている。なお、液体燃料給湯機１を設置する場合には排水口２８には排水弁が設けられる。（図１参照）

潜熱熱交換器３０の上面には天板４１と一体に成形された潜熱熱交上部フランジ３５が設けられている。天板４１には複数の孔があり、複数の煙管３３が溶接されている。潜熱熱交換器３０の側面には、潜熱熱交入接続口３１、潜熱熱交出接続口３２および凝縮水管接続口５４が設けられている。潜熱熱交換器３０の下面には底板４３（図１参照）があり、底板４３の下部には凝縮水受け皿５０（図１参照）が取付けられている。凝縮水受け皿５０には、一体に成形された潜熱熱交下部フランジ３６が設けられており、潜熱熱交換器３０の下部の周囲に張り出している。

顕熱熱交フランジ２６と潜熱熱交下部フランジ３６は、互いに対向する面が平面であり、該平面同士が所定幅のシール面となって、シール部材を用いることで容易に気密性を保てる構造となっている。なお、好ましくは、顕熱熱交換器２０と潜熱熱交換器３０の円筒形の直径は同一である方が、顕熱熱交フランジ２６と潜熱熱交下部フランジ３６の互いに対向する所定幅の接触面を形成する上では容易となる。なお、顕熱熱交換器２０と潜熱熱交換器３０の円筒形の直径が同一の方が好ましいが、円筒形の直径が同一でない場合であっても、顕熱熱交フランジ２６と潜熱熱交下部フランジ３６との間に有効なシール面が保たれるよう加工することも可能である。

図３は潜熱熱交換器３０の組み立てを示す図であり、潜熱熱交換器３０の主要な構成部品は、天板４１、側板４２、底板４３と複数の煙管３３である。天板４１は、潜熱熱交上部フランジ３５を外周に有して皿状に一体に成形されており、中央の円板には、複数の煙管３３を溶接するための孔４１ａが開けられている。孔４１ａは煙管３３との溶接を容易にするため、上向きにバーリングするのが好ましい。天板４１の下側向きの凹み４１ｂが燃焼ガスの通路となる。底板４３の上側向きの凹み４３ｂは燃焼ガスの通路となる。複数の煙管３３は同一の径および同一の長さの中空の円筒（管）であり、内部が燃焼ガスの通路となる。側板４２は天板４１および底板４３の垂直の壁４１ｃ、４３ｃの外径に等しい内径となる円筒であり、外部に潜熱熱交入接続口３１、潜熱熱交出接続口３２および凝縮水管接続口５４が取り付けられている。

複数の煙管３３の一端に、天板４１または底板４３のどちらからでも良いがここでは、底板４３が溶接され、その後、他方の天板４１が煙管３３の他端に溶接される。天板４１、複数の煙管３３および底板４３が溶接されたものを、側板４２の中に底板４３側から差込み、天板４１の垂直の壁４１ｃと側板４２が溶接され、次に、底板４３の垂直の壁４３ｃと側板４２が溶接される。次いで底板４３の下部に凝縮水受け皿５０を差し込み、凝縮水受け皿５０の垂直の壁５１ｃと側板４２が溶接される。なお、凝縮水受け皿５０の垂直の壁５１ｃの外径も側板４２の内径と等しい。

凝縮水受け皿５０について図４を用いて説明する。凝縮水受け皿５０は、中央に孔５２を有する皿板５１、傘板５３および複数の支持具５８よりなる。皿板５１は、周囲に垂直の壁５１ｃでつながる潜熱熱交下部フランジ３６を有している。また、皿板５１の中央の孔５２の周囲には立ち上げ部５９があり、孔５２から、顕熱熱交換器２０側に凝縮水が流れ込まないようになっている。複数の支持具５８は皿板５１と傘板５３の間に燃焼ガスが通過できる間隔を有するために設けられており、支持具５８の両端を皿板５１と傘板５３とに溶接することで凝縮水受け皿５０は形成されている。また、底板４３から滴下した凝縮水が孔５２を通過して顕熱熱交換器２０に至らないようにするため傘板５３は孔５２の径よりも大きくしてある。なお、本実施例においては、皿板５１に孔が一つの例を説明しているが、複数の孔を設け、燃焼ガスを分散させて潜熱熱交換器３０に導く方法であっても良い。

以上、実施例１は、図１から図４で説明した様に構成されているので、図１の燃焼装置１１で発生した燃焼ガスは、顕熱熱交換器２０の複数の煙管２３を通過し天板２５の上部に集められる。図２の様に顕熱熱交換器２０と潜熱熱交換器３０は接続されているので、全部の燃焼ガスは凝縮水受け皿５０を通過して、潜熱熱交換器３０の底板４３に入る。図３の様に潜熱熱交換器３０は構成されているので、燃焼ガスが潜熱熱交換器３０で接触する部分は底板４３、複数の煙管３３および天板４１の表面となる。そして、燃焼ガスが接触して発生する凝縮水も、底板４３、複数の煙管３３および天板４１の表面だけでしか発生しない。

天板４１で生じた凝縮水は複数の煙管３３を伝わり底板４３に、複数の煙管３３で生じた凝縮水も底板４３にと、全ての凝縮水は底板４３に集まる。底板４３の下部には凝縮水受け皿５０が底板４３の全面を受ける様に取り付けられており、潜熱熱交換器３０で生じた全部の凝縮水は凝縮水受け皿５０に集められる。この凝縮水を凝縮水管接続口５４に導き、凝縮水管５６、中和槽５５、凝縮水配管５７を通過して外部に排出される。

実施例２の液体燃料給湯機２は、実施例１の液体燃料給湯機１に追焚き機能が追加されたものであり、追加された機能以外の部分については実施例１と同一であるので、実施例１と同一の構成部品には同一の符号を付けて説明を省略する。

図５は液体燃料給湯機２の概略説明図である。液体燃料給湯機２の外部には循環口３が取り付けられた浴槽４が設けられている。液体燃料給湯機２には、内部に顕熱追焚き熱交換器７０が設けられた顕熱熱交換器２０ａと、内部に潜熱追焚き熱交換器８０が設けられた潜熱熱交換器３０ａと、循環ポンプ１９を有している。

液体燃料給湯機２と循環口３で構成される追焚き循環回路について説明する。循環ポンプ１９が駆動することにより、浴槽４内の湯水は、循環口３の吸い込み口より循環戻り配管１７に流れる。循環戻り配管１７は潜熱追焚き熱交換器８０の潜熱追焚き入接続口８１につながっており、潜熱追焚き熱交換器８０で間接的に加熱され、潜熱追焚き出接続口８２に至る。潜熱追焚き出接続口８２は追焚き内部配管１６を介して顕熱追焚き熱交換器７０の顕熱追焚き入接続口７１につながっており、顕熱追焚き熱交換器７０で間接的に加熱され、顕熱追焚き出接続口７２に至る。顕熱追焚き出接続口７２には循環往き配管１８がつながっており循環口３の吐出側へと至る。なお、循環ポンプ１９は循環往き配管１８の途中に設けられている。

潜熱熱交換器３０ａの内部に潜熱追焚き熱交換器８０を設ける方法について、図６を用いて説明する。潜熱熱交換器３０ａは、底板４３に複数の煙管３３が取り付けられた状態となっている。なお、潜熱熱交入接続口３１、潜熱熱交出接続口３２および凝縮水管接続口５４は側板４２ａに取り付けられており、側板４２ａには、潜熱追焚き入接続口８１と潜熱追焚き出接続口８２が取り付けられる孔８１ａ、８２ａが開けられている。

前述の潜熱熱交換器３０ａは、底板４３に複数の煙管３３が取り付けられた状態となっているものに、コイル状の潜熱追焚き熱交換器８０を複数の煙管３３の周囲の所定の位置に納め、複数の煙管３３と天板４１を溶接する。その後、潜熱追焚き熱交換器８０を備えた、天板４１、複数の煙管３３および底板４３が溶接されたものを、側板４２ａの中に底板４３側から差込み、天板４１の垂直の壁４１ｃと側板４２ａが溶接され、次に、底板４３の垂直の壁４３ｃと側板４２ａが溶接される。次いで底板４３の下部に凝縮水受け皿５０を差し込み、凝縮水受け皿５０の垂直の壁５１ｃと側板４２ａが溶接される。なお、凝縮水受け皿５０の垂直の壁５１ｃの外径も側板４２ａの内径と等しい。

１、２：液体燃料給湯機
３：循環口
４：浴槽
１１：燃焼装置
１２：給水配管
１３：減圧弁
１４：内部配管
１５：給湯配管
１６：追焚き内部配管
１７：循環戻り配管
１８：循環往き配管
１９：循環ポンプ
２０、２０ａ：顕熱熱交換器
２１：顕熱熱交入接続口
２２：顕熱熱交出接続口
２３、３３：煙管
２４、３４：整流板
２５、４１：天板
２６：顕熱熱交フランジ
２７：取付け口
３０、３０ａ：潜熱熱交換器
３１：潜熱熱交入接続口
３２：潜熱熱交出接続口
３５：潜熱熱交上部フランジ
３６：潜熱熱交下部フランジ
４２、４２ａ：側板
４３：底板
５０：凝縮水受け皿
５１：皿板
５２：孔
５３：傘板
５４：凝縮水管接続口
５５：中和槽
５６：凝縮水管
５７：凝縮水排出管
５８：支持具
５９：立ち上げ部
６０：排気部
６１：排気口
６２：保温材
７０：顕熱追焚き熱交換器
７１：顕熱追焚き入接続口
７２：顕熱追焚き出接続口
８０：潜熱追焚き熱交換器
８１：潜熱追焚き入接続口
８２：潜熱追焚き出接続口

Claims (4)

1. 潜熱熱交換器と前記潜熱熱交換器の下部に顕熱熱交換器を備え、給水が前記潜熱熱交換器、前記顕熱熱交換器の順に供給される液体燃料給湯機において、前記潜熱熱交換器は、天板と、底板と、前記天板および前記底板の周囲を覆う側板と、前記天板および前記底板を貫通する燃焼ガス通路とより成り、前記天板、前記底板、前記側板並びに前記天板および前記底板を貫通する燃焼ガス通路で囲まれる空間に給水された水が貯留され、前記天板、前記底板並びに前記天板および前記底板を貫通する燃焼ガス通路に、燃焼ガスが接触する様に構成されていることを特徴とする液体燃料給湯機。
2. 前記潜熱熱交換器の前記底板の下部には、前記底板の全面に対応させた凝縮水回収装置が備えられていることを特徴とする、請求項１記載の液体燃料給湯機。
3. 前記潜熱熱交換器の下面と、前記顕熱熱交換器の上面の外周形状が同一にされていることを特徴とする、請求項１記載の液体燃料給湯機。
4. 前記潜熱熱交換器の内部には追焚き用熱交換器が備えられていることを特徴とする、請求項２または請求項３記載の液体燃料給湯機。
   
   

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