潜熱回収型給湯器・給湯暖房機等における排気手段
【技術課題】 潜熱回収型給湯機において、その給排気トップから排出される排気の流速を高めて給気口から吸引される給気に引き込まれて給気中の酸素濃度を低下させ、不完全燃焼等の原因となるリサイクル現象を防止する。
【解決手段】 潜熱回収により排気温度が４０〜１００℃以下の給湯機１において、その排気口１４内に排気の流れに旋回流を発生させてサイクロンの作用で排気の流速を高める加速器１７を取り付ける。このように、排気口１４内に加速器１７を取り付けることにより、排気の流速が高まるため、排気のリサイクルを防止できる。
【解決手段】 潜熱回収により排気温度が４０〜１００℃以下の給湯機１において、その排気口１４内に排気の流れに旋回流を発生させてサイクロンの作用で排気の流速を高める加速器１７を取り付ける。このように、排気口１４内に加速器１７を取り付けることにより、排気の流速が高まるため、排気のリサイクルを防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱効率を約９５％まで向上し、これにより省エネルギーを実現すると共にランニングコストを大幅に削減することが可能な潜熱回収型給湯器・給湯暖房機等（以下「潜熱回収型給湯機」という。）における排気手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
一次熱交換器で顕熱を回収した約２００℃の排気中から二次熱交換器を用いて潜熱を回収することにより、排気温度が約４０〜１００℃に低下する所謂潜熱回収型給湯機等が多く使用されている。
【０００３】
また、この潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等として、特開２００５−１８０７７９（特許文献１）には前記潜熱回収用の二次熱交換器とドレン蒸発器を備えた温水機が紹介されており、特開平１０−１４８３９８号公報（特許文献２）には一次熱交換器と二次熱交換器間において循環する温水量を制御する給湯機が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８０７７９号公報
【特許文献２】特開平１０−１４８３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの潜熱回収型給湯機等は、前記のとおり排気温度が４０〜１００℃というように極限まで低下してしまうことから、熱効率の点では大きな意味を有しているが、次のような問題がある。
【０００６】
ａ．排気のリサイクル
燃焼排気が給気側に大量に戻り引き起こす現象で機器の燃焼に必要な酸素量が確保されなくなり、機器が不完全燃焼し振動燃焼や立ち消えが起こる。潜熱回収型の機器は前記のように４０〜１００℃と排気温度が低いため、潜熱回収を行わない通常の機器と比較して同一インプット（ガス使用量が同じ場合）の場合、排気のボリューム（体積）は小さく排気管内の流速が遅くなり、風の影響で排気のリサイクルが発生しやすくなる。
【０００７】
ｂ．給気部に発生する霜による給気閉塞
排気に含まれる水蒸気分が外気に触れた瞬間に凍結し給気に吸引する瞬間に給気部表面に吸着して給気側が閉塞する現象が発生する。この現象が起こるには条件があり、外気温度が−２０℃以下、晴れた日の明け方、無風の日に起こる現象で、日の出と共に外気温度が上昇すると給気に付着した霜は消滅する。この現象を解決する方法は、給排気トップのリサイクルが少ない形状にすることである。
【０００８】
ｃ．排気の拡散変化
潜熱回収型の機器の燃焼排気温度は、通常の機器と比較して低いため、外気温度との差が少なく燃焼排気と大気の拡散が悪くなっている。燃焼排気と大気の拡散が悪いと給気側に排気がリサイクルした場合、濃い濃度の排気が戻ってくるため、給気中の酸素濃度が低下して機器の燃焼状態を悪化させる。
【０００９】
ｄ．排気温度が低い
通常の機器の燃焼排気温度は、機器出口近傍で２００℃前後ある。これに対して潜熱回収型機器の燃焼排気温度は、前記のとおり４０℃〜１００℃と低くなっている。機器のインプットが同じで空気比も同じ場合、排気温度の違いで燃焼排気のボリュームに違いが出る。このボリュームの違う燃焼排気が同じ口径の排気管内を通過した場合、排気管内の流速に違いが出来、大気温度の低い機器のほうが排気管内の流速が遅くなる。
【００１０】
本発明は、潜熱回収型給湯機において、上記ａ〜ｄに記した課題を解消することができる排気手段を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記ａ〜ｄに記した問題点を解消する排気手段として、請求項１に記載の発明は、潜熱回収により排気温度が４０〜１００℃の給湯機において、その給排気トップの排気口から流出する排気の流れに旋回流を発生させて流速を高めるための加速器を取り付けて成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、潜熱回収型給湯機における排気手段において、前記加速器を給排気トップの排気口内に取り付けて成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、潜熱回収型給湯機における排気手段において、前記加速器は、排気口内にあらかじめ旋回羽根を直接組み付けた構成から成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、潜熱回収型給湯機における排気手段において、前記加速器は、ケーシング内に旋回羽根を組み付けた構成から成り、この加速器を排気口内に後付けで挿入することにより、既設の潜熱回収型給湯機に適用して成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は以上のとおり、潜熱回収型給湯機の排気口内に排気の流速を高める加速器を取り付けたことにより、排気口から流出する排気速度が高まる。この結果、給排気トップにおいて、排気が給気口に引き込まれること（排気のリサイクル）がなくなり、酸素濃度を薄めて燃焼悪化を招くと云った従来の潜熱回収型給湯機の問題点を解消できる。
【００１６】
また、上記排気のリサイクルを防止したことにより、前記した霜、氷柱の問題及び圧損の問題を解消することができると共に排気の流速を高めたことにより、排気管の口径を縮径できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】潜熱回収型給湯機と給排気トップの説明図。
【図２】給排気トップの排気口内に加速器を取り付けた状態の説明図。
【図３】（Ａ）、（Ｂ） １枚羽根で形成した加速器であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図。
【図４】（Ａ）、（Ｂ） ４枚羽根で形成した加速器であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図。
【図５】（Ａ）、（Ｂ） ８枚羽根で形成した加速器であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図。
【図６】既設の給排気トップの排気口内に加速器を後付けした例の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、主熱交換器で熱交換した燃焼排ガス中に潜熱交換器を挿入し、排気熱で予備加熱した給水を主熱交換器に送って所定の温度まで加熱し、これを給湯あるいは暖房用に供給すると共に前記潜熱回収により４０〜１００℃に低下した排気を給排気トップを経由して大気中に放出する排気手段に適用される。
【００１９】
給排気トップは、給気管が外側で排気管が内側の二重管構造となっていて、排気口は給気口より前方に位置し、排気口と給気口との間にはリサイクルを防ぐために皿状の邪魔板が位置している。
【００２０】
潜熱回収型給湯機は、排気温が４０〜１００℃と従来の約２００℃よりも大幅に低い構造のものが対象となる。
【実施例】
【００２１】
図１〜図６に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。図１は潜熱回収型給湯機とこの給排気構造を示し、図２は給排気トップ、図３〜図５は加速器の形態、図６は後付けタイプの加速器の説明図である。
【００２２】
各図において、符号の１は潜熱回収型給湯機（以下単に「給湯機」という。）であって、２はガスバーナ、３は主熱交換器、４は主熱交換器３で熱交換した燃焼排ガス中に置かれた潜熱交換器、５は給気管６が継がれた給気管接続口、７は排気管８が継がれた排気管接続口である。
【００２３】
９は給排気トップであって、この給排気トップ９の後部には前記給気管６及び排気管８がそれぞれ接続口１０、１１に継がれたチャンバー９ａが形成され、このチャンバー９ａの前方は給気外管１２と排気内管１３の二重管構造となっていて、外壁ａを貫通し、給気外管１２の先端には給気口１５が形成され、排気内管１３の先端には前記給気口１５の先端から更に突出した排気口１４が形成されている。１６は給気口１５と排気口１４間に取り付けられたショートパス防止用の皿状の邪魔板である。
【００２４】
１７は排気口１４内に取り付けられたケーシング１８と旋回羽根１９からなる加速器であって、排気はこの加速器１７内を流動するときに旋回羽根１９の作用で旋回流となり、流速が速まる。
【００２５】
以上に説明した給湯機１の場合、給排気トップ９の給気口１５から吸引された燃焼用の空気は、給気外管１２からチャンバー９ａ及び給気管８を経由して給湯機１内のバーナ２に供給される。
【００２６】
一方、バーナ２の燃焼ガスは、主熱交換器３を加熱し、次に潜熱交換器４を加熱して排気管６を経由し、給排気トップ９のチャンバー９ａから排気内管１３を通って排気口１４から大気中に排出される。
【００２７】
この排出に際し、排気口１４内には旋回羽根１９を組み付けた加速器１７が挿入されているため、この加速器１７の旋回羽根１９の作用で旋回流となって流速を高めて排気口１４から排出される。つまり、排気口１４から流出する排気は、旋回羽根１９によって引き起されるサイクロンの作用で流速を高めることにより、給気口１５から吸入される給気に巻き込まれることがなくなり、また流速が高まったことにより排出方向も定まる。
【００２８】
この結果、前記したａ〜ｄの課題はすべて解消する。
【００２９】
本発明において、加速器１７が奏する旋回流の発生手段としての旋回羽根１９の構成には限定がなく、例えば図３に示すような１枚の旋回羽根１９を螺旋状にひねってケーシング１８内に溶接して組み付けても良く、あるいは図４に示すように４枚の旋回羽根１９をひねってケーシング１８内に組み付けても良く、あるいは図５に示すように８枚の旋回羽根１９をひねってケーシング１８内に組み付けて構成し、このケーシング１８を排気口１４内に外から挿入して取り付けるようにしても良い。
【００３０】
あるいは、給排気トップ９の排気内管１３の排気口１４内に旋回羽根１９を直接組み付けるようにしても良い。
【００３１】
上記は、あらかじめ給排気トップ９の排気口１４内に加速器１７を取り付ける例であるが、既に設置して使用されている潜熱回収型給湯機も多数あり、この給湯機においては前記したａ〜ｄの課題を保有していることから、加速器１７を既設の給湯機の給排気トップにおいて、その排気口１４内に図６に示すように後付けしてａ〜ｄに記した課題を解消するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１ 給湯機
２ ガスバーナ
３ 主熱交換器
４ 潜熱回収熱交換器
９ 給排気トップ
１４ 排気口
１５ 給気口
１７ 加速器
１８ ケーシング
１９ 旋回羽根
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱効率を約９５％まで向上し、これにより省エネルギーを実現すると共にランニングコストを大幅に削減することが可能な潜熱回収型給湯器・給湯暖房機等（以下「潜熱回収型給湯機」という。）における排気手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
一次熱交換器で顕熱を回収した約２００℃の排気中から二次熱交換器を用いて潜熱を回収することにより、排気温度が約４０〜１００℃に低下する所謂潜熱回収型給湯機等が多く使用されている。
【０００３】
また、この潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等として、特開２００５−１８０７７９（特許文献１）には前記潜熱回収用の二次熱交換器とドレン蒸発器を備えた温水機が紹介されており、特開平１０−１４８３９８号公報（特許文献２）には一次熱交換器と二次熱交換器間において循環する温水量を制御する給湯機が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８０７７９号公報
【特許文献２】特開平１０−１４８３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの潜熱回収型給湯機等は、前記のとおり排気温度が４０〜１００℃というように極限まで低下してしまうことから、熱効率の点では大きな意味を有しているが、次のような問題がある。
【０００６】
ａ．排気のリサイクル
燃焼排気が給気側に大量に戻り引き起こす現象で機器の燃焼に必要な酸素量が確保されなくなり、機器が不完全燃焼し振動燃焼や立ち消えが起こる。潜熱回収型の機器は前記のように４０〜１００℃と排気温度が低いため、潜熱回収を行わない通常の機器と比較して同一インプット（ガス使用量が同じ場合）の場合、排気のボリューム（体積）は小さく排気管内の流速が遅くなり、風の影響で排気のリサイクルが発生しやすくなる。
【０００７】
ｂ．給気部に発生する霜による給気閉塞
排気に含まれる水蒸気分が外気に触れた瞬間に凍結し給気に吸引する瞬間に給気部表面に吸着して給気側が閉塞する現象が発生する。この現象が起こるには条件があり、外気温度が−２０℃以下、晴れた日の明け方、無風の日に起こる現象で、日の出と共に外気温度が上昇すると給気に付着した霜は消滅する。この現象を解決する方法は、給排気トップのリサイクルが少ない形状にすることである。
【０００８】
ｃ．排気の拡散変化
潜熱回収型の機器の燃焼排気温度は、通常の機器と比較して低いため、外気温度との差が少なく燃焼排気と大気の拡散が悪くなっている。燃焼排気と大気の拡散が悪いと給気側に排気がリサイクルした場合、濃い濃度の排気が戻ってくるため、給気中の酸素濃度が低下して機器の燃焼状態を悪化させる。
【０００９】
ｄ．排気温度が低い
通常の機器の燃焼排気温度は、機器出口近傍で２００℃前後ある。これに対して潜熱回収型機器の燃焼排気温度は、前記のとおり４０℃〜１００℃と低くなっている。機器のインプットが同じで空気比も同じ場合、排気温度の違いで燃焼排気のボリュームに違いが出る。このボリュームの違う燃焼排気が同じ口径の排気管内を通過した場合、排気管内の流速に違いが出来、大気温度の低い機器のほうが排気管内の流速が遅くなる。
【００１０】
本発明は、潜熱回収型給湯機において、上記ａ〜ｄに記した課題を解消することができる排気手段を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記ａ〜ｄに記した問題点を解消する排気手段として、請求項１に記載の発明は、潜熱回収により排気温度が４０〜１００℃の給湯機において、その給排気トップの排気口から流出する排気の流れに旋回流を発生させて流速を高めるための加速器を取り付けて成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、潜熱回収型給湯機における排気手段において、前記加速器を給排気トップの排気口内に取り付けて成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、潜熱回収型給湯機における排気手段において、前記加速器は、排気口内にあらかじめ旋回羽根を直接組み付けた構成から成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、潜熱回収型給湯機における排気手段において、前記加速器は、ケーシング内に旋回羽根を組み付けた構成から成り、この加速器を排気口内に後付けで挿入することにより、既設の潜熱回収型給湯機に適用して成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は以上のとおり、潜熱回収型給湯機の排気口内に排気の流速を高める加速器を取り付けたことにより、排気口から流出する排気速度が高まる。この結果、給排気トップにおいて、排気が給気口に引き込まれること（排気のリサイクル）がなくなり、酸素濃度を薄めて燃焼悪化を招くと云った従来の潜熱回収型給湯機の問題点を解消できる。
【００１６】
また、上記排気のリサイクルを防止したことにより、前記した霜、氷柱の問題及び圧損の問題を解消することができると共に排気の流速を高めたことにより、排気管の口径を縮径できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】潜熱回収型給湯機と給排気トップの説明図。
【図２】給排気トップの排気口内に加速器を取り付けた状態の説明図。
【図３】（Ａ）、（Ｂ） １枚羽根で形成した加速器であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図。
【図４】（Ａ）、（Ｂ） ４枚羽根で形成した加速器であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図。
【図５】（Ａ）、（Ｂ） ８枚羽根で形成した加速器であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図。
【図６】既設の給排気トップの排気口内に加速器を後付けした例の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、主熱交換器で熱交換した燃焼排ガス中に潜熱交換器を挿入し、排気熱で予備加熱した給水を主熱交換器に送って所定の温度まで加熱し、これを給湯あるいは暖房用に供給すると共に前記潜熱回収により４０〜１００℃に低下した排気を給排気トップを経由して大気中に放出する排気手段に適用される。
【００１９】
給排気トップは、給気管が外側で排気管が内側の二重管構造となっていて、排気口は給気口より前方に位置し、排気口と給気口との間にはリサイクルを防ぐために皿状の邪魔板が位置している。
【００２０】
潜熱回収型給湯機は、排気温が４０〜１００℃と従来の約２００℃よりも大幅に低い構造のものが対象となる。
【実施例】
【００２１】
図１〜図６に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。図１は潜熱回収型給湯機とこの給排気構造を示し、図２は給排気トップ、図３〜図５は加速器の形態、図６は後付けタイプの加速器の説明図である。
【００２２】
各図において、符号の１は潜熱回収型給湯機（以下単に「給湯機」という。）であって、２はガスバーナ、３は主熱交換器、４は主熱交換器３で熱交換した燃焼排ガス中に置かれた潜熱交換器、５は給気管６が継がれた給気管接続口、７は排気管８が継がれた排気管接続口である。
【００２３】
９は給排気トップであって、この給排気トップ９の後部には前記給気管６及び排気管８がそれぞれ接続口１０、１１に継がれたチャンバー９ａが形成され、このチャンバー９ａの前方は給気外管１２と排気内管１３の二重管構造となっていて、外壁ａを貫通し、給気外管１２の先端には給気口１５が形成され、排気内管１３の先端には前記給気口１５の先端から更に突出した排気口１４が形成されている。１６は給気口１５と排気口１４間に取り付けられたショートパス防止用の皿状の邪魔板である。
【００２４】
１７は排気口１４内に取り付けられたケーシング１８と旋回羽根１９からなる加速器であって、排気はこの加速器１７内を流動するときに旋回羽根１９の作用で旋回流となり、流速が速まる。
【００２５】
以上に説明した給湯機１の場合、給排気トップ９の給気口１５から吸引された燃焼用の空気は、給気外管１２からチャンバー９ａ及び給気管８を経由して給湯機１内のバーナ２に供給される。
【００２６】
一方、バーナ２の燃焼ガスは、主熱交換器３を加熱し、次に潜熱交換器４を加熱して排気管６を経由し、給排気トップ９のチャンバー９ａから排気内管１３を通って排気口１４から大気中に排出される。
【００２７】
この排出に際し、排気口１４内には旋回羽根１９を組み付けた加速器１７が挿入されているため、この加速器１７の旋回羽根１９の作用で旋回流となって流速を高めて排気口１４から排出される。つまり、排気口１４から流出する排気は、旋回羽根１９によって引き起されるサイクロンの作用で流速を高めることにより、給気口１５から吸入される給気に巻き込まれることがなくなり、また流速が高まったことにより排出方向も定まる。
【００２８】
この結果、前記したａ〜ｄの課題はすべて解消する。
【００２９】
本発明において、加速器１７が奏する旋回流の発生手段としての旋回羽根１９の構成には限定がなく、例えば図３に示すような１枚の旋回羽根１９を螺旋状にひねってケーシング１８内に溶接して組み付けても良く、あるいは図４に示すように４枚の旋回羽根１９をひねってケーシング１８内に組み付けても良く、あるいは図５に示すように８枚の旋回羽根１９をひねってケーシング１８内に組み付けて構成し、このケーシング１８を排気口１４内に外から挿入して取り付けるようにしても良い。
【００３０】
あるいは、給排気トップ９の排気内管１３の排気口１４内に旋回羽根１９を直接組み付けるようにしても良い。
【００３１】
上記は、あらかじめ給排気トップ９の排気口１４内に加速器１７を取り付ける例であるが、既に設置して使用されている潜熱回収型給湯機も多数あり、この給湯機においては前記したａ〜ｄの課題を保有していることから、加速器１７を既設の給湯機の給排気トップにおいて、その排気口１４内に図６に示すように後付けしてａ〜ｄに記した課題を解消するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１ 給湯機
２ ガスバーナ
３ 主熱交換器
４ 潜熱回収熱交換器
９ 給排気トップ
１４ 排気口
１５ 給気口
１７ 加速器
１８ ケーシング
１９ 旋回羽根
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱回収により排気温度が４０〜１００℃の給湯器・給湯暖房機等において、その給排気トップの排気口先端部から流出する排気の流れに旋回流を発生させて流速を高めるための加速器を取り付けて成る潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等における排気手段。
【請求項２】
前記加速器を給排気トップの排気口内に取り付けて成る請求項１に記載の潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等における排気手段。
【請求項３】
前記加速器は、排気口内にあらかじめ旋回羽根を直接組み付けた構成から成る請求項１に記載の潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等における排気手段。
【請求項４】
前記加速器は、ケーシング内に旋回羽根を組み付けた構成から成り、この加速器を排気口内に後付けで挿入することにより、既設の潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等に適用して成る請求項１に記載の潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等における排気手段。
【請求項１】
潜熱回収により排気温度が４０〜１００℃の給湯器・給湯暖房機等において、その給排気トップの排気口先端部から流出する排気の流れに旋回流を発生させて流速を高めるための加速器を取り付けて成る潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等における排気手段。
【請求項２】
前記加速器を給排気トップの排気口内に取り付けて成る請求項１に記載の潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等における排気手段。
【請求項３】
前記加速器は、排気口内にあらかじめ旋回羽根を直接組み付けた構成から成る請求項１に記載の潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等における排気手段。
【請求項４】
前記加速器は、ケーシング内に旋回羽根を組み付けた構成から成り、この加速器を排気口内に後付けで挿入することにより、既設の潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等に適用して成る請求項１に記載の潜熱回収型の給湯器・給湯暖房機等における排気手段。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１５４５４５（Ｐ２０１２−１５４５４５Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１９８（Ｐ２０１１−１３１９８）
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（３９００２４８７７）トーセツ株式会社 (28)
【出願人】（０００２４１９０２）北海道瓦斯株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（３９００２４８７７）トーセツ株式会社 (28)
【出願人】（０００２４１９０２）北海道瓦斯株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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