温水装置
【課題】熱交換器の薄型化を好適に図るとともに、バーナを部分燃焼させる場合の熱損失を少なくすることが可能な温水装置を提供する。
【解決手段】部分燃焼が可能なバーナ５と、燃焼用空気供給用のファン５１と、複数の直状管体部１１ａがバーナ５の燃焼可能領域Ａ１の幅方向に並んで連結用管体部を介して一連に接続された蛇行状に形成された伝熱管Ｔ１を有する熱交換器Ｈ１と、を備えている、温水装置ＷＨであって、熱交換器ＨＥ１は、蛇行状の伝熱管Ｔ１がバーナ５と対面する方向に単段に設けられ、バーナ５の部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が、燃焼可能領域Ａ１の非燃焼領域よりも小面積であるときには、部分燃焼の領域は、燃焼可能領域Ａ１の幅方向中心ＣＬよりも出湯側管体部１１a"寄りの配置となるように構成されている。
【解決手段】部分燃焼が可能なバーナ５と、燃焼用空気供給用のファン５１と、複数の直状管体部１１ａがバーナ５の燃焼可能領域Ａ１の幅方向に並んで連結用管体部を介して一連に接続された蛇行状に形成された伝熱管Ｔ１を有する熱交換器Ｈ１と、を備えている、温水装置ＷＨであって、熱交換器ＨＥ１は、蛇行状の伝熱管Ｔ１がバーナ５と対面する方向に単段に設けられ、バーナ５の部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が、燃焼可能領域Ａ１の非燃焼領域よりも小面積であるときには、部分燃焼の領域は、燃焼可能領域Ａ１の幅方向中心ＣＬよりも出湯側管体部１１a"寄りの配置となるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナを利用して発生させた燃焼ガスから伝熱管を有する熱交換器を利用して熱回収を行なうことにより湯水を加熱するタイプの温水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の温水装置においては、バーナとして、部分燃焼が可能なバーナが用いられる場合がある（たとえば、特許文献１の図１を参照）。このようなバーナは、燃料を燃焼させる面状の燃焼可能領域が、複数の領域に区分されている。これら複数の領域は、個々に独立して駆動させることが可能であり、これらのいずれを駆動させるかによって、バーナの燃焼火力を容易かつ的確に制御することが可能である。
【０００３】
一方、バーナにより発生させた燃焼ガスから熱回収を行なうための熱交換器としては、伝熱管を備えた熱交換器が多用されている。このような熱交換器においては、熱回収量を多くするための手段として、伝熱管を構成する複数の直状管体部を適当な間隔を隔てて水平方向に並べ、かつこのような直状管体部の列を上下複数段に設ける手段がよく採用される。
ただし、伝熱管の列を上下複数段に設けると、熱交換器全体の上下高さ寸法が大きくなる。これを解消する手段としては、伝熱管をたとえば蛇行状に形成し、この蛇行状の伝熱管を上下方向において単段（１段）に設けることが考えられる。このような構成によれば、熱交換器全体の薄型化を図り、製造コストも低減することが可能である。
【０００４】
しかしながら、前記したように伝熱管の単段化を図る場合には、次に述べるような不具合を生じる虞がある。
【０００５】
すなわち、伝熱管の単段化を図る場合において、この伝熱管を蛇行状に形成し、その一端を入水口とし、かつ他端を出湯口として、伝熱管に通水を行なわせると、その通水方向は一方向となる。このような通水条件下において、たとえば伝熱管の下方に配置されたバーナを部分燃焼させると、伝熱管内を流通する湯水は、バーナの部分燃焼領域の上方を通過する際に一度だけ加熱されるに過ぎない。一方、バーナにはファンから燃焼用空気が供給されており、燃焼に利用されない燃焼用空気は、伝熱管を冷却させる媒体として作用する。このため、伝熱管の通水方向上流側において、バーナの部分燃焼によって湯水加熱がなされた場合、この湯水はその後下流側に流通して出湯口またはその近傍に到達するまでは燃焼用空気によって冷却され続ける。バーナによって加熱されて高温となった湯水に燃焼用空気が作用する場合、これら２つの流体の温度差は大きいために、湯水から燃焼用空気への放熱量（熱損失）は多くなる。したがって、熱交換効率を高める上で改善すべき余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２４１８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、熱交換器の薄型化を好適に図るとともに、バーナを部分燃焼させる場合の熱損失を少なくすることが可能な温水装置を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本発明により提供される温水装置は、燃料を燃焼させることが可能な面状の燃焼可能領域を有し、かつこの燃焼可能領域において部分燃焼が可能とされたバーナと、このバーナに燃焼用空気を供給するファンと、前記燃焼可能領域に対向する伝熱管を有し、かつこの伝熱管は、複数の直状管体部が前記燃焼可能領域の幅方向に並ぶとともに連結用管体部を介して一連に接続された蛇行状に形成されている熱交換器と、を備えている、温水装置であって、前記熱交換器は、前記蛇行状の伝熱管が前記バーナと対面する方向に単段に設けられているとともに、前記伝熱管の両端に位置する２つの直状管体部のうち、一方は入水側管体部とされ、かつ他方は出湯側管体部とされて、前記伝熱管における湯水の流通は、前記入水側管体部から前記出湯側管体部に向けて一方向になされる構成とされ、前記バーナの部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が、前記燃焼可能領域の非燃焼領域よりも小面積であるときには、前記部分燃焼の領域は、前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記出湯側管体部寄りの配置となるように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、熱交換器の蛇行状の伝熱管がバーナと対向する方向に単段に設けられているために、伝熱管を前記方向において複数段に設けた構成と比較して、熱交換器全体の薄型化が図られ、製造コストを低減することができる。加えて、次のような効果も得られる。
すなわち、本発明によれば、バーナの部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が非燃焼領域よりも小面積であるときには、伝熱管内の湯水は、湯水流通方向の下流側において加熱され、加熱された湯水はその後迅速に伝熱管の外部に出湯することとなる。したがって、バーナによって高温に加熱された湯水が、その後にバーナの燃焼駆動に利用されていない燃焼用空気によって比較的長時間にわたって冷却されないようにすることができる。一方、伝熱管内を流通する湯水が部分燃焼によって加熱される前には、燃焼用空気の作用を受ける虞があるが、加熱前の湯水であれば、この湯水と燃焼用空気との温度差は少ないために、湯水からの放熱量を少なくすることが可能である。このようなことから、本発明によれば、熱損失を少なくし、熱交換効率を高くするのに有利となる。
なお、部分燃焼の領域が非燃焼領域よりも大きい面積の場合には、バーナの燃焼駆動に利用されない燃焼用空気の量が少なくなるとともに、その温度はバーナの火力の影響により比較的高くなる。したがって、部分燃焼の領域が非燃焼領域よりも面積が大きい場合には、必ずしもその部分燃焼の領域を、出湯側管体部寄りに設定する必要はない。
【００１１】
本発明において、好ましくは、前記バーナの燃焼可能領域は、面積が相違する複数の領域に区分されて部分燃焼可能な構成とされており、前記複数に区分された領域のうち、少なくとも面積が最小の領域は、前記燃焼可能領域の１／２未満の面積とされ、かつ前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記出湯側管体部寄りに設けられている。
【００１２】
このような構成によれば、バーナに小面積の部分燃焼を行なわせる場合には、燃焼可能領域の複数に区分された領域のうち、面積が最小の領域を燃焼駆動の対象とすればよい。このようにすれば、前記部分燃焼の領域は、必然的に、燃焼可能領域の幅方向中心よりも出湯側管体部寄りとなる。したがって、本発明が意図する作用を容易に生じさせることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、前記バーナの部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が、前記燃焼可能領域の非燃焼領域よりも大面積であるときには、前記部分燃焼の領域は、前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記入水側管体部寄り領域の全域を占めるように構成されている。
【００１４】
このような構成によれば、バーナの部分燃焼の領域が大きい場合には、燃焼可能領域の幅方向中心よりも入水側管体部寄り領域が燃焼駆動に利用される。したがって、燃焼可能領域のうち、出湯側管体部寄り領域のみが集中的に利用されることを回避することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、前記熱交換器は、前記伝熱管として、プレート状のフィンが装着され、かつ前記燃焼可能領域の幅方向に並ぶようにして１つの缶体内に収容され、仕切部材を介して仕切られた第１および第２の伝熱管を備え、これら第１および第２の伝熱管に装着されたフィンのうち、前記仕切部材寄りの端部とは反対側の端部は、前記缶体の側壁に接合されており、前記バーナは、前記第１の伝熱管に対応する第１の燃焼可能領域と、前記第２の伝熱管に対応する第２の燃焼可能領域とを有し、かつこれら第１および第２の燃焼可能領域のうち、少なくとも一方は、部分燃焼が可能であり、前記第１および第２の伝熱管のそれぞれは、前記缶体の前記側壁に最接近している直状管体部が入水側管体部とされ、かつ前記仕切部材に最接近している直状管体部が出湯側管体部とされている。
【００１６】
このような構成によれば、熱交換器がいわゆる１缶２回路方式とされ、またバーナもそれに対応した構成とされているために、温水装置全体の小型化を図りつつ、互いに独立した２系統の給湯動作を適切に行なわせることができる。また、第１および第２の伝熱管に対する入水は、第１および第２の伝熱管のフィンと缶体の側壁との接合箇所の近傍において行なわれることとなる。このため、前記接合箇所やその近傍部分の温度上昇を抑制し、これらの部分に大きな熱応力が発生することを防止する上で好ましいものとなる。
【００１７】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明が適用された温水装置の一例を示す概略正面断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】図１に示す温水装置に具備された１次熱交換器の平面断面図である。
【図５】図１に示す温水装置に具備された２次熱交換器の平面断面図である。
【図６】図１に示す温水装置の動作状態の一例を示す要部概略正面断面図である。
【図７】図１に示す温水装置の動作状態の一例を示す要部概略正面断面図である。
【図８】図１に示す温水装置の動作状態の一例を示す要部概略正面断面図である。
【図９】図１に示す温水装置との対比例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１〜図５は、本発明が適用された温水装置、およびこれに関連する構成の一例を示している。
図１によく表われているように、本実施形態の温水装置ＷＨは、バーナ５、ファン５１，１次熱交換器ＨＥ１、２次熱交換器ＨＥ２、および制御部Ｃを備えている。この温水装置ＷＨは、一般給湯と、風呂給湯または暖房用給湯との２系統の給湯動作を独立して行なうことが可能であり、１次熱交換器ＨＥ１、および２次熱交換器ＨＥ２は、ともに１缶２回路方式である。
【００２１】
バーナ５は、たとえばガスバーナであり、ファン５１からバーナケース５０内に上向きに送られてくる燃焼用空気を利用して燃料ガスを燃焼させる。このバーナ５の上面部は、
そのような燃焼動作が可能な第１および第２の燃焼可能領域Ａ１，Ａ２とされ、少なくともこれら両領域Ａ１，Ａ２の上方領域は、仕切部材５２を介して仕切られている。第１の燃焼可能領域Ａ１は、複数の領域Ａａ〜Ａｃに区分され、部分燃焼が可能とされているが、その詳細については後述する。
【００２２】
１次熱交換器ＨＥ１は、燃焼ガスから顕熱を回収するためのものであり、バーナケース５０上に載設された銅製の缶体６内に、第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２が収容された構成を有している。これら第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２は、複数のフィン２Ａ，２Ｂに貫通してこれらフィン２Ａ，２Ｂに接合されたフィン付きチューブであり、缶体６と同様に銅製である。缶体６は、上下方向に起立した側壁６０ａ〜６０ｄを有する平面視略矩形の枠状または筒状である。
【００２３】
図４に示すように、第１の伝熱管Ｔ１は、複数の直状管体部１１ａが略Ｕ字状の連結用管体部１２ａを介して一連に繋がった平面視蛇行状である。より具体的には、複数の直状管体部１１ａは、水平な姿勢とされ、かつ略平行に並んで缶体６の幅方向（同図の左右方向であって、第１および第２の燃焼可能領域Ａ１，Ａ２の幅方向と同方向である）に列をなしている。複数の直状管体部１１ａの両端部は、缶体６の側壁６０ａ，６０ｂを貫通し、かつこれら側壁６０ａ，６０ｂにロウ付などの手段を用いて接合されている。互いに隣り合う直状管体部１１ａの端部どうしは、連結用管体部１２ａを介して交互に接続されている。第２の伝熱管Ｔ２は、複数の直状管体部１１ｂと連結用管体部１２ｂとを有しており、第１の伝熱管Ｔ１と同様に、それらは平面視蛇行状に繋がり、かつ側壁６０ａ，６０ｂに支持されている。第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２は、缶体６の幅方向において互いに隣接しており、かつ上下高さ方向において単段（１段）に設けられている。
【００２４】
フィン２Ａ，２Ｂは、缶体６の幅方向に延びた薄手のプレート状であり、これらフィン２Ａ，２Ｂの横幅方向の一端部は、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄにロウ付けなどの手段を用いて接合されている。一方、フィン２Ａ，２Ｂの他端部どうしの間には、隙間６８が形成され、この隙間６８には、フィン２Ａ，２Ｂ間を仕切る仕切部材３が挿入して装着されている。好ましくは、この仕切部材３は、フィン２Ａ，２Ｂが温度変化に伴って膨張または収縮したときに容易に変形し、厚みが変化し得るバネ性をもったものとされている。
【００２５】
図１および図４に示すように、第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２の入水口１５ａ，１５ｂは、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄに最も接近した位置の直状管体部１１ａ，１１ｂ（入水側管体部１１a'，１１b'）に、継手用管体１２a',１２b'を連結して設けられている。なお、継手用管体１２a',１２b'またはこれに相当する部材を用いることなく、入水側管体部１１a'，１１b'の一端開口部をそのまま入水口とすることもできる。この点は、次の出湯口１６ａ，１６ｂも同様である。出湯口１６ａ，１６ｂは、仕切部材３に最も接近した位置にある直状管体部１１ａ，１１ｂ（出湯側管体部１１a"，１１b"）の一端開口部である。このような構成により、入水口１５ａ，１５ｂに供給された湯水は、第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２に沿って蛇行するものの、矢印Ｎ１，Ｎ２に示すように、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄに接近した位置から仕切部材３側に向けて流れ、出湯口１６ａ，１６ｂに到達する。なお、前記湯水の流通方向は、前記方向とは反対の方向としてもかまわない。
【００２６】
２次熱交換器ＨＥ２は、１次熱交換器ＨＥ１を通過した燃焼ガスから潜熱を回収するためのものであり、１次熱交換器ＨＥ１上に載設されたケース７内に、複数の第３および第４の伝熱管Ｔ３，Ｔ４が収容され、かつそれらの間が仕切板７４を介して仕切られた構成である。第３および第４の伝熱管Ｔ３，Ｔ４、ならびにケース７は、潜熱回収に伴って発生する強酸性のドレインに対する耐食性を有すべくその材質はたとえばステンレスである。図５に示すように、複数の第３の伝熱管Ｔ３は、サイズが相違する螺旋状管体として形
成されて、重ね巻き状に配列されており、それらの上下両端部は、ケース７の外部に引き出されて通水用のヘッダ７５ａ，７５ｂと連結されている。複数の第４の伝熱管Ｔ４も、その基本的な形態は第３の伝熱管Ｔ３と同様であり、重ね巻き状に配列された螺旋状管体として形成され、かつその上下両端部には、通水用のヘッダ７５ｃ，７５ｄが連結されている。
【００２７】
２次熱交換器ＨＥ２のケース７は、底壁部７０ａに給気口７１ａ，７１ｂを有し、かつ前壁部７０ｂに排気口７２を有している。図２に示すように、１次熱交換器ＨＥ１の第１の伝熱管Ｔ１に作用した後の燃焼ガスは、給気口７１ａからケース７内に進行し、第３の伝熱管Ｔ３どうしの隙間を通過した後に排気口７２から外部に排出される。また、図３に示すように、１次熱交換器ＨＥ１の第２の伝熱管Ｔ２に作用した後の燃焼ガスは、給気口７１ｂからケース７内に進行し、第４の伝熱管Ｔ４どうしの隙間を通過した後に排気口７２から外部に排出される。このような過程において、燃焼ガスから第３および第４の伝熱管Ｔ３，Ｔ４により潜熱回収がなされる。
【００２８】
図１に示すように、外装ケース９０の底部または側部には、給水管８０ａ，８０ｂが接続される外部入水口９０ａ，９０ｂ、および出湯管８１ａ，８１ｂが接続される外部出湯口９２ａ，９２ｂが設けられている。外部入水口９０ａに供給された湯水は、配管部９２ａを介してヘッダ７５ｂに供給されることにより、２次熱交換器ＨＥ２の第３の伝熱管Ｔ３内を流通する。その後、この湯水は、ヘッダ７５ａおよび配管部９３ａを介して１次熱交換器ＨＥ１の入水口１５ａに送られ、第１の伝熱管Ｔ１内を通過する。第１の伝熱管Ｔ１を通過して出湯口１６ａに到達した湯水は、その後に配管部９４ａを介して外部出湯口９２ａに到達する。外部出湯口９２ａに到達した湯水は、たとえば台所や洗面所などに供給される。
【００２９】
一方、外部入水口９０ｂに供給された湯水は、配管部９２ｂを介してヘッダ７５ｄに供給されることにより、２次熱交換器ＨＥ２の第４の伝熱管Ｔ４内を流通する。その後、この湯水は、ヘッダ７５ｃおよび配管部９３ｂを介して１次熱交換器ＨＥ１の入水口１５ｂに送られ、第２の伝熱管Ｔ２内を通過する。第２の伝熱管Ｔ２を通過して出湯口１６ｂに到達した湯水は、その後に配管部９４ｂを介して外部出湯口９１ｂに到達する。この湯水は、たとえば風呂給湯または暖房給湯に利用される。
【００３０】
バーナ５の第１および第２の燃焼可能領域Ａ１，Ａ２の全体は、複数の領域Ａａ〜Ａｄに区分されている。ただし、第２の燃焼可能領域Ａ２は、領域Ａｄのみによって構成され、部分燃焼は実行できないものとなっている。バーナ５に対する燃料ガス供給は、元栓として機能する開閉弁Ｖ０および調圧弁Ｖ１０が設けられたガス管５３に送られてきた燃焼ガスが、開閉弁Ｖ１〜Ｖ４を有する複数の分岐管を介して領域Ａａ〜Ａｄに個別に行なわれるようになっている。したがって、バーナ５の燃焼駆動は、領域Ａａ〜Ａｄのそれぞれにおいて個別に行なわせることが可能であり、第１の燃焼可能領域Ａ１においては、領域Ａａ〜Ａｃを個別に駆動させた部分燃焼が可能である。
【００３１】
領域Ａａ〜Ａｃを構成するバーナノズルの数は相違しており、領域Ａａ〜Ａｃの面積は互いに相違している。バーナノズルの本数または本数の比率は、たとえば全体を「１０」とした場合に、領域Ａａは「５」、領域Ａｂは「２」、領域Ａｃは「３」である。このため、第１の燃焼可能領域Ａ１では、全面燃焼時の火力レベルを「１０」とした場合に、たとえば火力レベル「２」，「３」，「５」，「７」の部分燃焼が可能である。第１の燃焼可能領域Ａ１の幅方向中心ＣＬを挟み、入水側管体部１１a'寄りには、面積が最大の領域Ａａが配され、出湯側管体部１１a"寄りには、面積が小さい2つの領域Ａｂ，Ａｃが配されている。なお、前記バーナノズルは、直状管体部１１ａ，１１ｂと同方向に延びた平面視細長矩形状の燃料ガス噴出口を有している。
【００３２】
制御部Ｃは、開閉弁Ｖ０〜Ｖ４の開閉制御などを通じてバーナ５の燃焼駆動を制御するように構成されている。バーナ５の燃焼駆動に際し、第１の燃焼可能領域Ａ１において面積が小さい部分燃焼が行なわれる場合には、後述するように、部分燃焼の領域は、第１の燃焼可能領域Ａ１の幅方向中心ＣＬよりも出湯側管体部１１a"寄りの位置となるように構成されている。
【００３３】
次に、前記した温水装置ＷＨの作用について説明する。
【００３４】
まず、１次熱交換器ＨＥ１は、平面視蛇行状に形成された第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２が、上下高さ方向に単段（１段）に設けられた構成である。このため、伝熱管を上下複数段に設けた場合と比較して、１次熱交換器ＨＥ１を薄型化し、温水装置ＷＨ全体の小型化、ならびに製造コストの低減を図ることができる。
【００３５】
次いで、バーナ５を駆動させる場合について説明すると、このバーナ５では、たとえば図６に示すように、第１の燃焼可能領域Ａ１において、領域Ａｃのみを利用した部分燃焼が可能である。このような部分燃焼によれば、第１の伝熱管Ｔ１内を流通する湯水は、出湯側管体部１１a"およびその近傍部分において加熱され、この加熱後には直ちに出湯口１６ａに到達し、第１の伝熱管Ｔ１の外部に流出する。したがって、加熱後の湯水がファン５１から吐出される燃焼用空気によって冷却されることを防止することができる。一方、第１の伝熱管Ｔ１内の湯水が領域Ａｃの上方に到達する前には、この湯水が燃焼用空気によって冷却される可能性はあるものの、加熱前の湯水は、加熱後の湯水と比較すると低温であり、この湯水と燃焼用空気との温度差は小さいために、湯水はさほど冷却されない。
【００３６】
図９は、本実施形態との対比例を示している。この対比例における領域Ａa'〜Ａc'の配置は、本実施形態における領域Ａａ〜Ａｃの配置とは左右反対となっている。図９に示すように、入水側管体部11a'寄りの領域Ａc'のみを利用した部分燃焼を行なわせた場合には、この加熱後の湯水がその後出湯口１６ａに到達するまでの期間中、燃焼に利用されていない燃焼用空気によって冷却され、放熱ロスを生じる。燃焼用空気と加熱後の湯水との温度差は大きいために、その放熱ロスは多くなる。また、部分燃焼の面積（領域Ａc'の面積）が小さい場合には、燃焼に利用されていない燃焼用空気が多く発生するために、前記した放熱ロスはより顕著となる。これに対し、図６に示した態様によれば、そのような不利を適切に解消することが可能であり、熱交換効率を高める上で好ましい。
【００３７】
図７は、第１の燃焼可能領域Ａ１において、領域Ａｂのみを利用した部分燃焼がなされている状態を示している。この部分燃焼においては、先の図６に示した場合よりも湯水加熱位置が湯水流通方向上流側となり、領域Ａｂの部分燃焼によって加熱された湯水が、領域Ａｃの上方を通過する際に燃焼用空気によって冷却される虞がある。ただし、領域Ａｂを利用した部分燃焼は、第１の燃焼可能領域Ａ１の幅方向中心ＣＬよりも出湯側管体部１１a'寄りの位置において行なわれており、燃焼用空気によって冷却される時間を相当に短くし、放熱量を少なくする作用が得られる。したがって、このような態様での部分燃焼も、熱交換効率を高める上で有効である。
【００３８】
図６および図７に示した場合とは異なり、第１の燃焼可能領域Ａ１の１／２の面積を超える部分燃焼を行なわせる場合には、領域Ａａを利用した部分燃焼が行なわれる。たとえば、図８には領域Ａａ，Ａｂを利用して部分燃焼が行なわれる状態が示されているが、この部分燃焼によれば、湯水加熱が第１の伝熱管Ｔ１の湯水流通方向上流側において行なわれ、その後領域Ａｃの上方を通過する際に燃焼用空気の影響を受けることとなる。しかしながら、領域Ａａ，Ａｂを利用した部分燃焼は、第１の燃焼可能領域Ａ１の１／２を超える大きな面積での燃焼であるために、燃料の燃焼に利用されていない燃焼用空気の量は少
なくなり、また領域Ａｃの上方を通過する燃焼用空気の温度も高くなる。したがって、加熱後の湯水が領域Ａｃの上方を通過する際の放熱量は少ないものとなり、この放熱に基づいて熱交換効率が大きく低下するといった不具合は殆どない。また、本実施形態によれば、部分燃焼領域の面積を第１の燃焼可能領域Ａ１の１／２よりも大きくする場合には、必ず領域Ａａが利用されることとなるため、領域Ａａ〜Ａｃのそれぞれを満遍なく利用し得ることとなる。なお、第１の燃焼可能領域Ａ１では、前記した態様以外として、燃焼火力レベル「５」の部分燃焼が可能であるが、これは領域Ａａのみを利用する場合と、領域Ａｂ，Ａｃの双方を利用する場合とのいずれであってもよい。
【００３９】
１次熱交換器ＨＥ１においては、既述したように、第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２への入水は、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄの近傍部分側から行なわれる。このため、側壁６０ｃ，６０ｄとフィン２Ａ，２Ｂの一端部との接合箇所およびその近傍部分の温度上昇を抑制し、これらの箇所に大きな熱応力が発生しないようにする効果も得られる。フィン２Ａ，２Ｂが温度変化に伴って膨張や収縮する場合、仕切部材３はこれに対応して弾性変形し、その厚み寸法が変化する。このため、応力緩和機能が得られ、仕切部材３の破損を防止し得るとともに、フィン２Ａ，２Ｂに大きな応力が生じることをより適切に防止することが可能である。
【００４０】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る温水装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
【００４１】
バーナは、ガスバーナに限らず、たとえばオイルバーナとすることも可能であり、要は、面状の燃焼可能領域を有し、かつ部分燃焼が可能であればよい。この部分燃焼は、複数の態様で実行可能である必要はなく、少なくとも１つの態様の部分燃焼が実行可能であればよい。燃焼可能領域を複数の領域に区分する場合、各領域を構成するバーナノズルの具体的な数も問わない。
【００４２】
熱交換器の伝熱管は、複数の直状管体部がバーナの燃焼可能領域の幅方向に並ぶとともに連結用管体部を介して一連に接続された蛇行状とされて、バーナと対面する方向における段数が、単段（１段）されていればよい。直状管体部の具体的な本数や配列ピッチなどは、限定されない。
【００４３】
上述した実施形態の温水装置は、いわゆる潜熱回収型とされているが、これに代えて、たとえば顕熱のみを回収するタイプのものとすることもできる。もちろん、熱交換器については、１缶２回路方式に代えて、１缶１回路方式のものとすることができる。また、上述した温水装置は、バーナの上方に熱交換器が設けられて、燃焼ガスが熱交換器の下方から上方に向けて進行するいわゆる正燃方式とされているが、これとは反対に、バーナの下方に熱交換器が設けられて、燃焼ガスが上方から下方に向けて進行する逆燃方式とすることも可能である。本発明でいう温水装置とは、湯を生成する機能を備えた装置の意であり、一般給湯用、風呂給湯用、暖房用、あるいは融雪用などの各種の給湯装置、および給湯以外に用いられる湯を生成する装置を広く含む。
【符号の説明】
【００４４】
ＷＨ 温水装置
ＨＥ１ １次熱交換器（熱交換器）
Ａ１ 第１の燃焼可能領域（燃焼可能領域）
Ａ２ 第２の燃焼可能領域
Ａａ〜Ａｃ 領域（第１の燃焼可能領域の）
Ｔ１ 第１の伝熱管
Ｔ２ 第２の伝熱管
３ 仕切部材
５ バーナ
６ 缶体
１１ａ，１１ｂ 直状管体部
１１a', １１b' 入水側管体部（直状管体部）
１１a", １１b" 入水側管体部（直状管体部）
１２ａ，１２ｂ 連結用管体部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナを利用して発生させた燃焼ガスから伝熱管を有する熱交換器を利用して熱回収を行なうことにより湯水を加熱するタイプの温水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の温水装置においては、バーナとして、部分燃焼が可能なバーナが用いられる場合がある（たとえば、特許文献１の図１を参照）。このようなバーナは、燃料を燃焼させる面状の燃焼可能領域が、複数の領域に区分されている。これら複数の領域は、個々に独立して駆動させることが可能であり、これらのいずれを駆動させるかによって、バーナの燃焼火力を容易かつ的確に制御することが可能である。
【０００３】
一方、バーナにより発生させた燃焼ガスから熱回収を行なうための熱交換器としては、伝熱管を備えた熱交換器が多用されている。このような熱交換器においては、熱回収量を多くするための手段として、伝熱管を構成する複数の直状管体部を適当な間隔を隔てて水平方向に並べ、かつこのような直状管体部の列を上下複数段に設ける手段がよく採用される。
ただし、伝熱管の列を上下複数段に設けると、熱交換器全体の上下高さ寸法が大きくなる。これを解消する手段としては、伝熱管をたとえば蛇行状に形成し、この蛇行状の伝熱管を上下方向において単段（１段）に設けることが考えられる。このような構成によれば、熱交換器全体の薄型化を図り、製造コストも低減することが可能である。
【０００４】
しかしながら、前記したように伝熱管の単段化を図る場合には、次に述べるような不具合を生じる虞がある。
【０００５】
すなわち、伝熱管の単段化を図る場合において、この伝熱管を蛇行状に形成し、その一端を入水口とし、かつ他端を出湯口として、伝熱管に通水を行なわせると、その通水方向は一方向となる。このような通水条件下において、たとえば伝熱管の下方に配置されたバーナを部分燃焼させると、伝熱管内を流通する湯水は、バーナの部分燃焼領域の上方を通過する際に一度だけ加熱されるに過ぎない。一方、バーナにはファンから燃焼用空気が供給されており、燃焼に利用されない燃焼用空気は、伝熱管を冷却させる媒体として作用する。このため、伝熱管の通水方向上流側において、バーナの部分燃焼によって湯水加熱がなされた場合、この湯水はその後下流側に流通して出湯口またはその近傍に到達するまでは燃焼用空気によって冷却され続ける。バーナによって加熱されて高温となった湯水に燃焼用空気が作用する場合、これら２つの流体の温度差は大きいために、湯水から燃焼用空気への放熱量（熱損失）は多くなる。したがって、熱交換効率を高める上で改善すべき余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２４１８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、熱交換器の薄型化を好適に図るとともに、バーナを部分燃焼させる場合の熱損失を少なくすることが可能な温水装置を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本発明により提供される温水装置は、燃料を燃焼させることが可能な面状の燃焼可能領域を有し、かつこの燃焼可能領域において部分燃焼が可能とされたバーナと、このバーナに燃焼用空気を供給するファンと、前記燃焼可能領域に対向する伝熱管を有し、かつこの伝熱管は、複数の直状管体部が前記燃焼可能領域の幅方向に並ぶとともに連結用管体部を介して一連に接続された蛇行状に形成されている熱交換器と、を備えている、温水装置であって、前記熱交換器は、前記蛇行状の伝熱管が前記バーナと対面する方向に単段に設けられているとともに、前記伝熱管の両端に位置する２つの直状管体部のうち、一方は入水側管体部とされ、かつ他方は出湯側管体部とされて、前記伝熱管における湯水の流通は、前記入水側管体部から前記出湯側管体部に向けて一方向になされる構成とされ、前記バーナの部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が、前記燃焼可能領域の非燃焼領域よりも小面積であるときには、前記部分燃焼の領域は、前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記出湯側管体部寄りの配置となるように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、熱交換器の蛇行状の伝熱管がバーナと対向する方向に単段に設けられているために、伝熱管を前記方向において複数段に設けた構成と比較して、熱交換器全体の薄型化が図られ、製造コストを低減することができる。加えて、次のような効果も得られる。
すなわち、本発明によれば、バーナの部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が非燃焼領域よりも小面積であるときには、伝熱管内の湯水は、湯水流通方向の下流側において加熱され、加熱された湯水はその後迅速に伝熱管の外部に出湯することとなる。したがって、バーナによって高温に加熱された湯水が、その後にバーナの燃焼駆動に利用されていない燃焼用空気によって比較的長時間にわたって冷却されないようにすることができる。一方、伝熱管内を流通する湯水が部分燃焼によって加熱される前には、燃焼用空気の作用を受ける虞があるが、加熱前の湯水であれば、この湯水と燃焼用空気との温度差は少ないために、湯水からの放熱量を少なくすることが可能である。このようなことから、本発明によれば、熱損失を少なくし、熱交換効率を高くするのに有利となる。
なお、部分燃焼の領域が非燃焼領域よりも大きい面積の場合には、バーナの燃焼駆動に利用されない燃焼用空気の量が少なくなるとともに、その温度はバーナの火力の影響により比較的高くなる。したがって、部分燃焼の領域が非燃焼領域よりも面積が大きい場合には、必ずしもその部分燃焼の領域を、出湯側管体部寄りに設定する必要はない。
【００１１】
本発明において、好ましくは、前記バーナの燃焼可能領域は、面積が相違する複数の領域に区分されて部分燃焼可能な構成とされており、前記複数に区分された領域のうち、少なくとも面積が最小の領域は、前記燃焼可能領域の１／２未満の面積とされ、かつ前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記出湯側管体部寄りに設けられている。
【００１２】
このような構成によれば、バーナに小面積の部分燃焼を行なわせる場合には、燃焼可能領域の複数に区分された領域のうち、面積が最小の領域を燃焼駆動の対象とすればよい。このようにすれば、前記部分燃焼の領域は、必然的に、燃焼可能領域の幅方向中心よりも出湯側管体部寄りとなる。したがって、本発明が意図する作用を容易に生じさせることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、前記バーナの部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が、前記燃焼可能領域の非燃焼領域よりも大面積であるときには、前記部分燃焼の領域は、前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記入水側管体部寄り領域の全域を占めるように構成されている。
【００１４】
このような構成によれば、バーナの部分燃焼の領域が大きい場合には、燃焼可能領域の幅方向中心よりも入水側管体部寄り領域が燃焼駆動に利用される。したがって、燃焼可能領域のうち、出湯側管体部寄り領域のみが集中的に利用されることを回避することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、前記熱交換器は、前記伝熱管として、プレート状のフィンが装着され、かつ前記燃焼可能領域の幅方向に並ぶようにして１つの缶体内に収容され、仕切部材を介して仕切られた第１および第２の伝熱管を備え、これら第１および第２の伝熱管に装着されたフィンのうち、前記仕切部材寄りの端部とは反対側の端部は、前記缶体の側壁に接合されており、前記バーナは、前記第１の伝熱管に対応する第１の燃焼可能領域と、前記第２の伝熱管に対応する第２の燃焼可能領域とを有し、かつこれら第１および第２の燃焼可能領域のうち、少なくとも一方は、部分燃焼が可能であり、前記第１および第２の伝熱管のそれぞれは、前記缶体の前記側壁に最接近している直状管体部が入水側管体部とされ、かつ前記仕切部材に最接近している直状管体部が出湯側管体部とされている。
【００１６】
このような構成によれば、熱交換器がいわゆる１缶２回路方式とされ、またバーナもそれに対応した構成とされているために、温水装置全体の小型化を図りつつ、互いに独立した２系統の給湯動作を適切に行なわせることができる。また、第１および第２の伝熱管に対する入水は、第１および第２の伝熱管のフィンと缶体の側壁との接合箇所の近傍において行なわれることとなる。このため、前記接合箇所やその近傍部分の温度上昇を抑制し、これらの部分に大きな熱応力が発生することを防止する上で好ましいものとなる。
【００１７】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明が適用された温水装置の一例を示す概略正面断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】図１に示す温水装置に具備された１次熱交換器の平面断面図である。
【図５】図１に示す温水装置に具備された２次熱交換器の平面断面図である。
【図６】図１に示す温水装置の動作状態の一例を示す要部概略正面断面図である。
【図７】図１に示す温水装置の動作状態の一例を示す要部概略正面断面図である。
【図８】図１に示す温水装置の動作状態の一例を示す要部概略正面断面図である。
【図９】図１に示す温水装置との対比例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１〜図５は、本発明が適用された温水装置、およびこれに関連する構成の一例を示している。
図１によく表われているように、本実施形態の温水装置ＷＨは、バーナ５、ファン５１，１次熱交換器ＨＥ１、２次熱交換器ＨＥ２、および制御部Ｃを備えている。この温水装置ＷＨは、一般給湯と、風呂給湯または暖房用給湯との２系統の給湯動作を独立して行なうことが可能であり、１次熱交換器ＨＥ１、および２次熱交換器ＨＥ２は、ともに１缶２回路方式である。
【００２１】
バーナ５は、たとえばガスバーナであり、ファン５１からバーナケース５０内に上向きに送られてくる燃焼用空気を利用して燃料ガスを燃焼させる。このバーナ５の上面部は、
そのような燃焼動作が可能な第１および第２の燃焼可能領域Ａ１，Ａ２とされ、少なくともこれら両領域Ａ１，Ａ２の上方領域は、仕切部材５２を介して仕切られている。第１の燃焼可能領域Ａ１は、複数の領域Ａａ〜Ａｃに区分され、部分燃焼が可能とされているが、その詳細については後述する。
【００２２】
１次熱交換器ＨＥ１は、燃焼ガスから顕熱を回収するためのものであり、バーナケース５０上に載設された銅製の缶体６内に、第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２が収容された構成を有している。これら第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２は、複数のフィン２Ａ，２Ｂに貫通してこれらフィン２Ａ，２Ｂに接合されたフィン付きチューブであり、缶体６と同様に銅製である。缶体６は、上下方向に起立した側壁６０ａ〜６０ｄを有する平面視略矩形の枠状または筒状である。
【００２３】
図４に示すように、第１の伝熱管Ｔ１は、複数の直状管体部１１ａが略Ｕ字状の連結用管体部１２ａを介して一連に繋がった平面視蛇行状である。より具体的には、複数の直状管体部１１ａは、水平な姿勢とされ、かつ略平行に並んで缶体６の幅方向（同図の左右方向であって、第１および第２の燃焼可能領域Ａ１，Ａ２の幅方向と同方向である）に列をなしている。複数の直状管体部１１ａの両端部は、缶体６の側壁６０ａ，６０ｂを貫通し、かつこれら側壁６０ａ，６０ｂにロウ付などの手段を用いて接合されている。互いに隣り合う直状管体部１１ａの端部どうしは、連結用管体部１２ａを介して交互に接続されている。第２の伝熱管Ｔ２は、複数の直状管体部１１ｂと連結用管体部１２ｂとを有しており、第１の伝熱管Ｔ１と同様に、それらは平面視蛇行状に繋がり、かつ側壁６０ａ，６０ｂに支持されている。第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２は、缶体６の幅方向において互いに隣接しており、かつ上下高さ方向において単段（１段）に設けられている。
【００２４】
フィン２Ａ，２Ｂは、缶体６の幅方向に延びた薄手のプレート状であり、これらフィン２Ａ，２Ｂの横幅方向の一端部は、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄにロウ付けなどの手段を用いて接合されている。一方、フィン２Ａ，２Ｂの他端部どうしの間には、隙間６８が形成され、この隙間６８には、フィン２Ａ，２Ｂ間を仕切る仕切部材３が挿入して装着されている。好ましくは、この仕切部材３は、フィン２Ａ，２Ｂが温度変化に伴って膨張または収縮したときに容易に変形し、厚みが変化し得るバネ性をもったものとされている。
【００２５】
図１および図４に示すように、第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２の入水口１５ａ，１５ｂは、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄに最も接近した位置の直状管体部１１ａ，１１ｂ（入水側管体部１１a'，１１b'）に、継手用管体１２a',１２b'を連結して設けられている。なお、継手用管体１２a',１２b'またはこれに相当する部材を用いることなく、入水側管体部１１a'，１１b'の一端開口部をそのまま入水口とすることもできる。この点は、次の出湯口１６ａ，１６ｂも同様である。出湯口１６ａ，１６ｂは、仕切部材３に最も接近した位置にある直状管体部１１ａ，１１ｂ（出湯側管体部１１a"，１１b"）の一端開口部である。このような構成により、入水口１５ａ，１５ｂに供給された湯水は、第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２に沿って蛇行するものの、矢印Ｎ１，Ｎ２に示すように、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄに接近した位置から仕切部材３側に向けて流れ、出湯口１６ａ，１６ｂに到達する。なお、前記湯水の流通方向は、前記方向とは反対の方向としてもかまわない。
【００２６】
２次熱交換器ＨＥ２は、１次熱交換器ＨＥ１を通過した燃焼ガスから潜熱を回収するためのものであり、１次熱交換器ＨＥ１上に載設されたケース７内に、複数の第３および第４の伝熱管Ｔ３，Ｔ４が収容され、かつそれらの間が仕切板７４を介して仕切られた構成である。第３および第４の伝熱管Ｔ３，Ｔ４、ならびにケース７は、潜熱回収に伴って発生する強酸性のドレインに対する耐食性を有すべくその材質はたとえばステンレスである。図５に示すように、複数の第３の伝熱管Ｔ３は、サイズが相違する螺旋状管体として形
成されて、重ね巻き状に配列されており、それらの上下両端部は、ケース７の外部に引き出されて通水用のヘッダ７５ａ，７５ｂと連結されている。複数の第４の伝熱管Ｔ４も、その基本的な形態は第３の伝熱管Ｔ３と同様であり、重ね巻き状に配列された螺旋状管体として形成され、かつその上下両端部には、通水用のヘッダ７５ｃ，７５ｄが連結されている。
【００２７】
２次熱交換器ＨＥ２のケース７は、底壁部７０ａに給気口７１ａ，７１ｂを有し、かつ前壁部７０ｂに排気口７２を有している。図２に示すように、１次熱交換器ＨＥ１の第１の伝熱管Ｔ１に作用した後の燃焼ガスは、給気口７１ａからケース７内に進行し、第３の伝熱管Ｔ３どうしの隙間を通過した後に排気口７２から外部に排出される。また、図３に示すように、１次熱交換器ＨＥ１の第２の伝熱管Ｔ２に作用した後の燃焼ガスは、給気口７１ｂからケース７内に進行し、第４の伝熱管Ｔ４どうしの隙間を通過した後に排気口７２から外部に排出される。このような過程において、燃焼ガスから第３および第４の伝熱管Ｔ３，Ｔ４により潜熱回収がなされる。
【００２８】
図１に示すように、外装ケース９０の底部または側部には、給水管８０ａ，８０ｂが接続される外部入水口９０ａ，９０ｂ、および出湯管８１ａ，８１ｂが接続される外部出湯口９２ａ，９２ｂが設けられている。外部入水口９０ａに供給された湯水は、配管部９２ａを介してヘッダ７５ｂに供給されることにより、２次熱交換器ＨＥ２の第３の伝熱管Ｔ３内を流通する。その後、この湯水は、ヘッダ７５ａおよび配管部９３ａを介して１次熱交換器ＨＥ１の入水口１５ａに送られ、第１の伝熱管Ｔ１内を通過する。第１の伝熱管Ｔ１を通過して出湯口１６ａに到達した湯水は、その後に配管部９４ａを介して外部出湯口９２ａに到達する。外部出湯口９２ａに到達した湯水は、たとえば台所や洗面所などに供給される。
【００２９】
一方、外部入水口９０ｂに供給された湯水は、配管部９２ｂを介してヘッダ７５ｄに供給されることにより、２次熱交換器ＨＥ２の第４の伝熱管Ｔ４内を流通する。その後、この湯水は、ヘッダ７５ｃおよび配管部９３ｂを介して１次熱交換器ＨＥ１の入水口１５ｂに送られ、第２の伝熱管Ｔ２内を通過する。第２の伝熱管Ｔ２を通過して出湯口１６ｂに到達した湯水は、その後に配管部９４ｂを介して外部出湯口９１ｂに到達する。この湯水は、たとえば風呂給湯または暖房給湯に利用される。
【００３０】
バーナ５の第１および第２の燃焼可能領域Ａ１，Ａ２の全体は、複数の領域Ａａ〜Ａｄに区分されている。ただし、第２の燃焼可能領域Ａ２は、領域Ａｄのみによって構成され、部分燃焼は実行できないものとなっている。バーナ５に対する燃料ガス供給は、元栓として機能する開閉弁Ｖ０および調圧弁Ｖ１０が設けられたガス管５３に送られてきた燃焼ガスが、開閉弁Ｖ１〜Ｖ４を有する複数の分岐管を介して領域Ａａ〜Ａｄに個別に行なわれるようになっている。したがって、バーナ５の燃焼駆動は、領域Ａａ〜Ａｄのそれぞれにおいて個別に行なわせることが可能であり、第１の燃焼可能領域Ａ１においては、領域Ａａ〜Ａｃを個別に駆動させた部分燃焼が可能である。
【００３１】
領域Ａａ〜Ａｃを構成するバーナノズルの数は相違しており、領域Ａａ〜Ａｃの面積は互いに相違している。バーナノズルの本数または本数の比率は、たとえば全体を「１０」とした場合に、領域Ａａは「５」、領域Ａｂは「２」、領域Ａｃは「３」である。このため、第１の燃焼可能領域Ａ１では、全面燃焼時の火力レベルを「１０」とした場合に、たとえば火力レベル「２」，「３」，「５」，「７」の部分燃焼が可能である。第１の燃焼可能領域Ａ１の幅方向中心ＣＬを挟み、入水側管体部１１a'寄りには、面積が最大の領域Ａａが配され、出湯側管体部１１a"寄りには、面積が小さい2つの領域Ａｂ，Ａｃが配されている。なお、前記バーナノズルは、直状管体部１１ａ，１１ｂと同方向に延びた平面視細長矩形状の燃料ガス噴出口を有している。
【００３２】
制御部Ｃは、開閉弁Ｖ０〜Ｖ４の開閉制御などを通じてバーナ５の燃焼駆動を制御するように構成されている。バーナ５の燃焼駆動に際し、第１の燃焼可能領域Ａ１において面積が小さい部分燃焼が行なわれる場合には、後述するように、部分燃焼の領域は、第１の燃焼可能領域Ａ１の幅方向中心ＣＬよりも出湯側管体部１１a"寄りの位置となるように構成されている。
【００３３】
次に、前記した温水装置ＷＨの作用について説明する。
【００３４】
まず、１次熱交換器ＨＥ１は、平面視蛇行状に形成された第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２が、上下高さ方向に単段（１段）に設けられた構成である。このため、伝熱管を上下複数段に設けた場合と比較して、１次熱交換器ＨＥ１を薄型化し、温水装置ＷＨ全体の小型化、ならびに製造コストの低減を図ることができる。
【００３５】
次いで、バーナ５を駆動させる場合について説明すると、このバーナ５では、たとえば図６に示すように、第１の燃焼可能領域Ａ１において、領域Ａｃのみを利用した部分燃焼が可能である。このような部分燃焼によれば、第１の伝熱管Ｔ１内を流通する湯水は、出湯側管体部１１a"およびその近傍部分において加熱され、この加熱後には直ちに出湯口１６ａに到達し、第１の伝熱管Ｔ１の外部に流出する。したがって、加熱後の湯水がファン５１から吐出される燃焼用空気によって冷却されることを防止することができる。一方、第１の伝熱管Ｔ１内の湯水が領域Ａｃの上方に到達する前には、この湯水が燃焼用空気によって冷却される可能性はあるものの、加熱前の湯水は、加熱後の湯水と比較すると低温であり、この湯水と燃焼用空気との温度差は小さいために、湯水はさほど冷却されない。
【００３６】
図９は、本実施形態との対比例を示している。この対比例における領域Ａa'〜Ａc'の配置は、本実施形態における領域Ａａ〜Ａｃの配置とは左右反対となっている。図９に示すように、入水側管体部11a'寄りの領域Ａc'のみを利用した部分燃焼を行なわせた場合には、この加熱後の湯水がその後出湯口１６ａに到達するまでの期間中、燃焼に利用されていない燃焼用空気によって冷却され、放熱ロスを生じる。燃焼用空気と加熱後の湯水との温度差は大きいために、その放熱ロスは多くなる。また、部分燃焼の面積（領域Ａc'の面積）が小さい場合には、燃焼に利用されていない燃焼用空気が多く発生するために、前記した放熱ロスはより顕著となる。これに対し、図６に示した態様によれば、そのような不利を適切に解消することが可能であり、熱交換効率を高める上で好ましい。
【００３７】
図７は、第１の燃焼可能領域Ａ１において、領域Ａｂのみを利用した部分燃焼がなされている状態を示している。この部分燃焼においては、先の図６に示した場合よりも湯水加熱位置が湯水流通方向上流側となり、領域Ａｂの部分燃焼によって加熱された湯水が、領域Ａｃの上方を通過する際に燃焼用空気によって冷却される虞がある。ただし、領域Ａｂを利用した部分燃焼は、第１の燃焼可能領域Ａ１の幅方向中心ＣＬよりも出湯側管体部１１a'寄りの位置において行なわれており、燃焼用空気によって冷却される時間を相当に短くし、放熱量を少なくする作用が得られる。したがって、このような態様での部分燃焼も、熱交換効率を高める上で有効である。
【００３８】
図６および図７に示した場合とは異なり、第１の燃焼可能領域Ａ１の１／２の面積を超える部分燃焼を行なわせる場合には、領域Ａａを利用した部分燃焼が行なわれる。たとえば、図８には領域Ａａ，Ａｂを利用して部分燃焼が行なわれる状態が示されているが、この部分燃焼によれば、湯水加熱が第１の伝熱管Ｔ１の湯水流通方向上流側において行なわれ、その後領域Ａｃの上方を通過する際に燃焼用空気の影響を受けることとなる。しかしながら、領域Ａａ，Ａｂを利用した部分燃焼は、第１の燃焼可能領域Ａ１の１／２を超える大きな面積での燃焼であるために、燃料の燃焼に利用されていない燃焼用空気の量は少
なくなり、また領域Ａｃの上方を通過する燃焼用空気の温度も高くなる。したがって、加熱後の湯水が領域Ａｃの上方を通過する際の放熱量は少ないものとなり、この放熱に基づいて熱交換効率が大きく低下するといった不具合は殆どない。また、本実施形態によれば、部分燃焼領域の面積を第１の燃焼可能領域Ａ１の１／２よりも大きくする場合には、必ず領域Ａａが利用されることとなるため、領域Ａａ〜Ａｃのそれぞれを満遍なく利用し得ることとなる。なお、第１の燃焼可能領域Ａ１では、前記した態様以外として、燃焼火力レベル「５」の部分燃焼が可能であるが、これは領域Ａａのみを利用する場合と、領域Ａｂ，Ａｃの双方を利用する場合とのいずれであってもよい。
【００３９】
１次熱交換器ＨＥ１においては、既述したように、第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２への入水は、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄの近傍部分側から行なわれる。このため、側壁６０ｃ，６０ｄとフィン２Ａ，２Ｂの一端部との接合箇所およびその近傍部分の温度上昇を抑制し、これらの箇所に大きな熱応力が発生しないようにする効果も得られる。フィン２Ａ，２Ｂが温度変化に伴って膨張や収縮する場合、仕切部材３はこれに対応して弾性変形し、その厚み寸法が変化する。このため、応力緩和機能が得られ、仕切部材３の破損を防止し得るとともに、フィン２Ａ，２Ｂに大きな応力が生じることをより適切に防止することが可能である。
【００４０】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る温水装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
【００４１】
バーナは、ガスバーナに限らず、たとえばオイルバーナとすることも可能であり、要は、面状の燃焼可能領域を有し、かつ部分燃焼が可能であればよい。この部分燃焼は、複数の態様で実行可能である必要はなく、少なくとも１つの態様の部分燃焼が実行可能であればよい。燃焼可能領域を複数の領域に区分する場合、各領域を構成するバーナノズルの具体的な数も問わない。
【００４２】
熱交換器の伝熱管は、複数の直状管体部がバーナの燃焼可能領域の幅方向に並ぶとともに連結用管体部を介して一連に接続された蛇行状とされて、バーナと対面する方向における段数が、単段（１段）されていればよい。直状管体部の具体的な本数や配列ピッチなどは、限定されない。
【００４３】
上述した実施形態の温水装置は、いわゆる潜熱回収型とされているが、これに代えて、たとえば顕熱のみを回収するタイプのものとすることもできる。もちろん、熱交換器については、１缶２回路方式に代えて、１缶１回路方式のものとすることができる。また、上述した温水装置は、バーナの上方に熱交換器が設けられて、燃焼ガスが熱交換器の下方から上方に向けて進行するいわゆる正燃方式とされているが、これとは反対に、バーナの下方に熱交換器が設けられて、燃焼ガスが上方から下方に向けて進行する逆燃方式とすることも可能である。本発明でいう温水装置とは、湯を生成する機能を備えた装置の意であり、一般給湯用、風呂給湯用、暖房用、あるいは融雪用などの各種の給湯装置、および給湯以外に用いられる湯を生成する装置を広く含む。
【符号の説明】
【００４４】
ＷＨ 温水装置
ＨＥ１ １次熱交換器（熱交換器）
Ａ１ 第１の燃焼可能領域（燃焼可能領域）
Ａ２ 第２の燃焼可能領域
Ａａ〜Ａｃ 領域（第１の燃焼可能領域の）
Ｔ１ 第１の伝熱管
Ｔ２ 第２の伝熱管
３ 仕切部材
５ バーナ
６ 缶体
１１ａ，１１ｂ 直状管体部
１１a', １１b' 入水側管体部（直状管体部）
１１a", １１b" 入水側管体部（直状管体部）
１２ａ，１２ｂ 連結用管体部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させることが可能な面状の燃焼可能領域を有し、かつこの燃焼可能領域において部分燃焼が可能とされたバーナと、
このバーナに燃焼用空気を供給するファンと、
前記燃焼可能領域に対向する伝熱管を有し、かつこの伝熱管は、複数の直状管体部が前記燃焼可能領域の幅方向に並ぶとともに連結用管体部を介して一連に接続された蛇行状に形成されている熱交換器と、
を備えている、温水装置であって、
前記熱交換器は、前記蛇行状の伝熱管が前記バーナと対面する方向に単段に設けられているとともに、
前記伝熱管の両端に位置する２つの直状管体部のうち、一方は入水側管体部とされ、かつ他方は出湯側管体部とされて、前記伝熱管における湯水の流通は、前記入水側管体部から前記出湯側管体部に向けて一方向になされる構成とされ、
前記バーナの部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が、前記燃焼可能領域の非燃焼領域よりも小面積であるときには、前記部分燃焼の領域は、前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記出湯側管体部寄りの配置となるように構成されていることを特徴とする、温水装置。
【請求項２】
請求項１に記載の温水装置であって、
前記バーナの燃焼可能領域は、面積が相違する複数の領域に区分されて部分燃焼可能な構成とされており、
前記複数に区分された領域のうち、少なくとも面積が最小の領域は、前記燃焼可能領域の１／２未満の面積とされ、かつ前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記出湯側管体部寄りに設けられている、温水装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の温水装置であって、
前記バーナの部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が、前記燃焼可能領域の非燃焼領域よりも大面積であるときには、前記部分燃焼の領域は、前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記入水側管体部寄りの領域の全域を占めるように構成されている、温水装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の温水装置であって、
前記熱交換器は、前記伝熱管として、プレート状のフィンが装着され、かつ前記燃焼可能領域の幅方向に並ぶようにして１つの缶体内に収容され、仕切部材を介して仕切られた第１および第２の伝熱管を備え、
これら第１および第２の伝熱管に装着されたフィンのうち、前記仕切部材寄りの端部とは反対側の端部は、前記缶体の側壁に接合されており、
前記バーナは、前記第１の伝熱管に対応する第１の燃焼可能領域と、前記第２の伝熱管に対応する第２の燃焼可能領域とを有し、かつこれら第１および第２の燃焼可能領域のうち、少なくとも一方は、部分燃焼が可能であり、
前記第１および第２の伝熱管のそれぞれは、前記缶体の前記側壁に最接近している直状管体部が入水側管体部とされ、かつ前記仕切部材に最接近している直状管体部が出湯側管体部とされている、温水装置。
【請求項１】
燃料を燃焼させることが可能な面状の燃焼可能領域を有し、かつこの燃焼可能領域において部分燃焼が可能とされたバーナと、
このバーナに燃焼用空気を供給するファンと、
前記燃焼可能領域に対向する伝熱管を有し、かつこの伝熱管は、複数の直状管体部が前記燃焼可能領域の幅方向に並ぶとともに連結用管体部を介して一連に接続された蛇行状に形成されている熱交換器と、
を備えている、温水装置であって、
前記熱交換器は、前記蛇行状の伝熱管が前記バーナと対面する方向に単段に設けられているとともに、
前記伝熱管の両端に位置する２つの直状管体部のうち、一方は入水側管体部とされ、かつ他方は出湯側管体部とされて、前記伝熱管における湯水の流通は、前記入水側管体部から前記出湯側管体部に向けて一方向になされる構成とされ、
前記バーナの部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が、前記燃焼可能領域の非燃焼領域よりも小面積であるときには、前記部分燃焼の領域は、前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記出湯側管体部寄りの配置となるように構成されていることを特徴とする、温水装置。
【請求項２】
請求項１に記載の温水装置であって、
前記バーナの燃焼可能領域は、面積が相違する複数の領域に区分されて部分燃焼可能な構成とされており、
前記複数に区分された領域のうち、少なくとも面積が最小の領域は、前記燃焼可能領域の１／２未満の面積とされ、かつ前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記出湯側管体部寄りに設けられている、温水装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の温水装置であって、
前記バーナの部分燃焼時において、この部分燃焼の領域が、前記燃焼可能領域の非燃焼領域よりも大面積であるときには、前記部分燃焼の領域は、前記燃焼可能領域の幅方向中心よりも前記入水側管体部寄りの領域の全域を占めるように構成されている、温水装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の温水装置であって、
前記熱交換器は、前記伝熱管として、プレート状のフィンが装着され、かつ前記燃焼可能領域の幅方向に並ぶようにして１つの缶体内に収容され、仕切部材を介して仕切られた第１および第２の伝熱管を備え、
これら第１および第２の伝熱管に装着されたフィンのうち、前記仕切部材寄りの端部とは反対側の端部は、前記缶体の側壁に接合されており、
前記バーナは、前記第１の伝熱管に対応する第１の燃焼可能領域と、前記第２の伝熱管に対応する第２の燃焼可能領域とを有し、かつこれら第１および第２の燃焼可能領域のうち、少なくとも一方は、部分燃焼が可能であり、
前記第１および第２の伝熱管のそれぞれは、前記缶体の前記側壁に最接近している直状管体部が入水側管体部とされ、かつ前記仕切部材に最接近している直状管体部が出湯側管体部とされている、温水装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２９２５６（Ｐ２０１３−２９２５６Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６０６９（Ｐ２０１１−１６６０６９）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００００４７０９）株式会社ノーリツ (1,293)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００００４７０９）株式会社ノーリツ (1,293)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]