JP2010078295A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潜熱回収用熱交換器を備えた燃焼装置の排気口から白煙が生じることを抑制し、熱効率を上げる。
【解決手段】バーナ１の燃焼ガス中の顕熱を吸収するメインの熱交換器４と排気潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器６と燃焼ファン５とを設け、該ファン５の駆動時に燃焼室２０に導入される空気の一部を燃焼室２０の側壁面の内壁１１に沿って上方側に向けて流して空気流のエアカーテン１０を形成する。エアカーテン１０の空気流の少なくとも一部を燃焼ガスと混じらないようにメインの熱交換器４の配置領域の側部がわを通して潜熱回収用熱交換器６側に導き、潜熱回収用熱交換器６の配置領域の側部がわを通して排気口８側に導くガイド部７を、前記内壁１１と間隔を介して形成し、ガイド部７にガイドされて排気口側に導かれた空気を、潜熱回収用熱交換器６の配置領域内を通って排気口側から排気される燃焼ガスに混合して排気する。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯器や風呂釜などの、潜熱回収型の燃焼装置に関するものである。

図５には、燃焼装置である給湯器の一例が模式図により示されている。この給湯器は、屋外配置型の給湯器であり、器具ケース４０内に設けられた燃焼室２０内にはバーナ１が配置され、バーナ１にはバーナ１に燃料を供給する燃料供給通路であるガス管４２が接続され、このガス管４２にはバーナ１への燃料供給・停止を制御するための開閉弁（図示せず）と、バーナ１への供給燃料量を弁開度でもって制御することができる比例弁（図示せず）とが介設されている。

バーナ１の下方側には、バーナ１の燃焼の給排気を行なう燃焼ファン５が設けられている。この給湯器は、同図の矢印に示すように、燃焼ファン５の回転によって、吸気口９を介して外部より吸気する空気をバーナ１に送り、この空気と、ガス管４２を通って供給されるガスとによってバーナ燃焼を行い、かつ、バーナ燃焼により生じた燃焼ガスを、燃焼ファン５の回転によって燃焼室２０から排気口８側に送って排気する。

前記バーナ１の上側には、バーナ１の燃焼ガス中の顕熱を回収するメインの熱交換器（一次熱交換器）４が設けられ、このメインの熱交換器４よりも前記燃焼ガスの流れの下流側（ここでは、メインの熱交換器４の上方側）には、燃焼ガスの顕熱および潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器（二次熱交換器）６が設けられている。

メインの熱交換器４は、湯水を通す管路１２と、該管路１２の外周側に張り出す態様で前記管路１２の長手方向に互いに間隔を介して並設された複数の板状のフィン１３とを有している。フィン１３は、一般には、例えば図６に示すように、管路１２はフィン１３を貫通しており、フィン１３は板状の面を管路１２に対して略垂直方向にして配置されている。

また、図５に示したように、前記潜熱回収用熱交換器６も、湯水を通す管路２と、該管路２の外周側に張り出す態様で前記管路２の長手方向に互いに間隔を介して並設された複数の板状のフィン３とを有している。なお、この例では、潜熱回収用熱交換器６においても、管路２がフィン３を貫通しており、フィン３は板状の面を管路２に対して略垂直方向にして配置されているが、近年では、フィン３を有していない潜熱回収用熱交換器（例えば細管を多数並べた形式や、フレキシブル管のように、管の表面積を増やした管を蛇行状にしたもの）を備えた燃焼装置も開発されている。

潜熱回収用熱交換器６の下側には、該潜熱回収用熱交換器６で発生するドレンを外部へ排出するための適宜のドレン排出手段が設けられている。この図に示す給湯器においては、ドレン排出手段として、ドレンの受け皿４８と、この受け皿４８に接続されたドレン管４９が設けられている。このドレン管４９の先端側は器具ケース４０の外（例えば給湯器の下部側）に導出され、受け皿４８にたまった凝縮水の水滴（ドレン排水）を、ドレン管４９を通して外部へ排出する構成となっている。

なお、ドレン排水は燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）等を含むため、酸性であるので、前記ドレン排出手段には、ドレン排水（ドレン）を中和するためのドレン中和手段５０が設けられている。例えばドレンの中和には炭酸カルシウム等を粒状にしたものが用いられ、ドレン排水は、この炭酸カルシウムと反応することで中性を示す硝酸カルシウムとなる。

前記潜熱回収用熱交換器６の入り口側には、水供給源から水を導くための給水管４６が接続されており、潜熱回収用熱交換器６の出口側にメインの熱交換器４の入り口側が接続されている。また、メインの熱交換器４の出口側には給湯管４７が接続されている。

なお、通常、前記給水管４６には、給水管４６から供給されて潜熱回収用熱交換器６へ流れ込む水の入水温度を検出する入水サーミスタ（図示せず）と、潜熱回収用熱交換器６へ流れ込む水の流量を検出する水量センサ（図示せず）とが設けられており、また、給湯管４７には流れ出る湯の温度を検出することができる出湯サーミスタ（図示せず）が設けられている。

また、バーナ１の熱は非常に高温であり、燃焼室２０内も非常に高温となる。例えば、燃焼室２０の内胴（内壁）の温度は、バーナの１７００℃程度の火炎輻射を受けて上昇するが、燃焼室２０の内胴（内壁）は銅製であり、この輻射熱を受けて燃焼時に高温となると、非燃焼時との温度差から応力腐食割れが生じてしまう。そこで、この熱からを守るために、燃焼装置には、一般に、燃焼ファン５の駆動時に燃焼室２０に導入される空気の一部（約１０〜約３０％）を、図５の矢印Ａに示すように、燃焼室２０の側壁面の内壁１１に沿って上方側に向けて流し、前記メインの熱交換器４の配置領域の下端部まで向かう空気流のエアカーテン（側面流）１０を形成する構成が設けられている。

エアカーテン１０は、例えば図７に示すように、一般に、燃焼室２０の４つの側壁面の内壁１１に沿って上方側に向けて流れるように形成されるが、バーナ１と内壁１１とが離れていて、燃焼室２０の側壁面の内壁１１がバーナ１の燃焼熱の影響を受けにくい場合には、その側壁面の内壁１１を除いた３つ以下の側壁面の内壁１１に沿って形成されるものもある。

給湯器等の燃焼装置において、バーナ１の燃焼制御と燃焼ファン５の回転制御とは、前記各センサの検出信号に基づき、図示されていない制御装置に設けられた燃焼制御手段により、予め与えられたシーケンスプログラムにしたがって行われており、前記の如く、ガス管４２から供給されるガスと燃焼ファン５により送られる空気とによってバーナ１の燃焼が行われ、それにより、給水管４６から潜熱回収用熱交換器６とメインの熱交換器４を順に通って作り出された湯は、給湯管４７を介して台所等の給湯場所に導かれて出湯が行われる。

図５に示すような、潜熱回収用熱交換器６を備えた給湯器においては、給水管４６から潜熱回収用熱交換器６内の水管を通る水は、バーナ１の燃焼による燃焼ガスが潜熱回収用熱交換器６を通るときに、燃焼ガス中の水蒸気が保有している潜熱を奪って（潜熱を回収して）温度を高め、さらにメインの熱交換器４を通るときに、バーナ１の燃焼火力でもって加熱されて設定温度の湯が作り出されるので、バーナ１によって効率の良い加熱ができる。

つまり、潜熱回収用熱交換器６を設けることにより、例えば給湯器においては、高位発熱量（総発熱量）ベースで熱効率が約９０％以上に達し、潜熱回収用熱交換器６が設けられていない通常の給湯器に比べ、高い熱効率が達成される。そのため、近年では、特に潜熱回収用熱交換器６を備えた給湯器等の燃焼装置の需要が伸びてきており、新設の燃焼装置のみならず、燃焼装置の寿命等により、燃焼装置を買い換える場合にも、潜熱回収用熱交換器６を備えた燃焼装置が適用されるようになってきている。

ところで、前記給湯器等の燃焼装置の排気ガスは、潜熱回収用熱交換器６によって熱を奪われた状態で排気口８から排気されるので、その温度は約５０〜８０℃と比較的低く、湿度はほぼ１００％である。そのため、この排気ガスが装置外部で急激に冷却されると、排気ガス中に含まれている燃焼生成水が露点に達して結露し、特に、冬期のように外部気温が例えば５〜１０℃といったように低い場合には、排気口８から白煙（水蒸気）が発生して使用者等に不快感を与えるといった問題があった。

そこで、この白煙を防ぐために、例えば、燃焼排気吸引と同時に外部空気を吸引する通路を燃焼室の外部に接続し、燃焼排気と外部空気とを混合して強制排出する燃焼装置や、排気ガスを再加熱する構成を備えた燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１、２、参照。）。

実開昭５７−１３９４５号公報 特開２００１―２５４９２８号公報

しかしながら、前記提案の装置のように、外部空気を吸引する通路を設ける構成においては、燃焼室の外部に専用の通路を設けなければならないので、その分だけ、装置構成の複雑化、大型化を招き、また、外部空気を吸引する分だけ、燃焼ファンの風量を大きく（例えば、通常の１．２倍程度に）しなければならないので、燃焼ファンの大型化、消費電力の増加も招くことになると行った問題があった。

また、排気ガスを再加熱する構成においては、潜熱回収用熱交換器によって排気潜熱を奪って排気温度を低くした後に、排気ガスに熱を与えて排気温度を高くするため、熱エネルギーの無駄を招くことになる。

さらに、マンション等の集合住宅等において、エレベータホールや共用廊下等に面して排気口がある場合には、給湯器等の燃焼装置の排気を建物外壁まで導くための煙突等の排気管を設けて、排気ガスを建物外壁まで導いて排出していた（屋外設置型燃焼装置の排気延長を行っていた）が、この場合、燃焼装置が、潜熱回収用熱交換器を備えた潜熱回収型の装置においては、排気管内結露に起因する配管腐食防止のために、排気管に（例えば厚さ１００ミリの）断熱材を施し、かつ、結露水が滞留しないように、排気管を下り勾配としなければならない。そのため、排気管の延長距離に制約が生じ、マンション等の設計の自由度が低くなってしまうという問題があった。

また、屋内設置型燃焼装置において、図９（ａ）に示すような、排気管３２を使用して排気を屋外に出す屋内給気・屋外排気タイプや、図９（ｂ）に示すような、給排気管を使用して、途中、二本管（一方が給気管３５、他方が排気管３２）を用いる屋外給外気タイプは、より長い煙突（排気管）使用が求められるので、前記のように、潜熱回収型の燃焼装置における断熱材の設置や排気管の勾配を考慮すると、設計自体が難しかった。なお、図９（ｂ）において、給気管３５と排気管３２とは、上下に並設された状態に記載されているが、通常、給気管３５と排気管３２とは、水平方向に並べて設けられる。

本発明は、前記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、外気温が低かったり、外気湿度が高かったりする状況においても、排気口から白煙が生じることを抑制でき、かつ、装置の複雑化や大型化を招くこと無く、熱効率を高くできる燃焼装置を提供することにある。また、本発明は、屋内設置型の燃焼装置において、燃焼装置に接続する煙突の下り勾配を小さく、または、０とすることができ、煙突の延長距離に制約を生じることなく排気を屋外に出すことができ、マンションの設計の自由度を保つことができる潜熱回収型の燃焼装置を供給することも目的としている。

前記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、燃焼室内に、バーナと、該バーナの上方側に設けられて燃焼ガス中の顕熱を吸収するメインの熱交換器と、該メインの熱交換器よりも前記燃焼ガスの流れの下流側に配置されて排気潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器とが設けられ、該潜熱回収用熱交換器を通る水を潜熱回収の熱で予備加熱し、その予備加熱した水を前記メインの熱交換器の入水口に供給して該メインの熱交換器で加熱する構成と成し、前記バーナの下方側には外部の空気を燃焼室側に導いてバーナに供給する燃焼ファンが設けられ、該燃焼ファンの駆動時に前記燃焼室に導入される空気の一部を該燃焼室の側壁面の内壁に沿って上方側に向けて流し前記メインの熱交換器の配置領域の下端部まで向かう空気流のエアカーテンを形成する燃焼装置において、前記エアカーテンを形成する空気流の少なくとも一部を前記燃焼ガスと混じらないように前記メインの熱交換器の配置領域の側部がわを通して前記潜熱回収用熱交換器側に導き該潜熱回収用熱交換器の配置領域の側部がわを通して排気口側に導くガイド部が前記燃焼室の側壁面の内壁と間隔を介して形成されており、該ガイド部にガイドされて排気口側に導かれた空気を、前記潜熱回収用熱交換器の配置領域内を通って排気口側から排気される燃焼ガスに混合して排気する構成をもって課題を解決する手段としている。

また、第２の発明は、前記第１の発明の構成に加え、前記メインの熱交換器は、湯水を通す管路と、該管路の外周側に張り出す態様で前記管路の長手方向に互いに間隔を介して並設された複数の板状のフィンとを有し、該フィンは板状の面を前記管路に対して略垂直方向にして配置されており、ガイド部の基端側は前記メインの熱交換器の一端側に配設されたフィンまたは両端側に配設されたそれぞれのフィンの上端部に直接的または間接的に接続されていることを特徴とする。

さらに、第３の発明は、前記第２の発明の構成に加え、前記ガイド部は板状部材を有して形成されており、潜熱回収用熱交換器はメインの熱交換器の上方側に配置されて、湯水を通す管路と、該管路の外周側に張り出す態様で前記管路の長手方向に互いに間隔を介して並設された複数の板状のフィンとを有し、該フィンは板状の面を略水平方向または水平から斜めに傾けた方向に形成されており、基端側がメインの熱交換器のフィンに接続されたガイド部の板状部材が、前記メインの熱交換器のフィンの配設方向である略垂直方向から前記潜熱回収用熱交換器のフィンの配設方向である略水平方向または斜めの方向へと屈曲する曲面部を介して前記潜熱回収用熱交換器に向けて伸張され、その板状部材の先端側は前記潜熱回収用熱交換器の端部側の対応するフィンの端部に直接的または間接的に接続されていることを特徴とする。

さらに、第４の発明は、前記第１または第２または第３の発明の構成に加え、前記潜熱回収用熱交換器の管路はガイド部と燃焼室の側壁との間隔にも張り出して形成されていることを特徴とする。

さらに、第５の発明は、前記第１乃至第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前燃焼ガス中の一酸化炭素を検出するＣＯ検出手段が設けられていることを特徴とする。

さらに、第６の発明は、前記第１乃至第５のいずれか一つの発明の構成に加え、燃焼装置の排気口から排出される燃焼ガスを該燃焼装置から離れた位置に設けられる排ガス排出口に導く排気管の接続部が設けられており、前記排気口の近傍側位置には、潜熱回収用熱交換器の配置領域の側部がわを通ったエアカーテン用の空気を前記潜熱回収用熱交換器の配置領域内を通った燃焼ガスの側周がわに導くことにより、該燃焼ガスを前記エアカーテン用の空気で包み込む態様で前記排気管側に導くようにする空気整流部が設けられていることを特徴とする。

さらに、第７の発明は、前記第６の発明の構成に加え、前記空気整流部よりも燃焼ガスの流れの下流側に、該燃焼ガス中の一酸化炭素を検出するＣＯ検出手段が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、潜熱回収用熱交換器を有し、該潜熱回収用熱交換器を通る水を潜熱回収の熱で予備加熱し、その予備加熱した水をメインの熱交換器の入水口に供給するタイプの燃焼装置であるので、潜熱回収用熱交換器を有していない燃焼装置に比べ、高効率の燃焼装置とすることができる。

また、本発明の燃焼装置は、燃焼ファンの駆動時に燃焼室に導入される空気の一部を該燃焼室の側壁面の内壁に沿って上方側に向けて流し、メインの熱交換器の配置領域の下端部まで向かう空気流のエアカーテンを形成するが、その空気流の少なくとも一部を燃焼ガスと混じらないように前記メインの熱交換器の配置領域の側部がわを通して前記潜熱回収用熱交換器側に導き、該潜熱回収用熱交換器の配置領域の側部がわを通して排気口側に導くガイド部が前記燃焼室の側壁面の内壁と間隔を介して形成されている。

通常、潜熱回収用熱交換器の配置領域を通って排気される燃焼ガスは、その湿度が約１００％であるのに対し、本発明において、前記ガイド部にガイドされて排気口側に導かれた空気は、燃焼ガスと混じらないようにして排気口側に導かれるので、湿度が低い。

本発明は、この空気を、前記潜熱回収用熱交換器の配置領域内を通って排気口側から排気される燃焼ガスに混合して排気するので、排気口側から排気される燃焼ガスの湿度を低くでき、この排気ガスを装置外部に排出しても、排気ガス中に含まれている燃焼生成水が露点に達することはなく、結露を防止でき、結露に伴う白煙（水蒸気）が排気口側から出るといった問題を抑制できる。また、本発明は、このように、排気ガスの湿度を低くできるので、燃焼装置の効率も向上させることができる。

さらに、本発明は、燃焼室内に導入されてエアカーテンを形成する空気流を利用して、前記のような白煙防止と燃焼装置の効率向上を図るものなので、外部空気を取り込んで排気側に導入する専用の通路を燃焼室の外部に新たに形成する必要は無く、燃焼ファンの風量も増加する必要も無く、装置の大型化やコストアップを招くことを抑制できる。

さらに、潜熱回収用熱交換器は、例えばＳＵＳ３１６Ｌ（ＳＵＳ３１６ＬはＪＩＳ規格）等、腐食に強い金属を使用して形成する必要があるが、従来は、高温の（エネルギー密度の高い）排気ガスとエアカーテン用の（エネルギー密度の低い）空気を混ぜて熱交換していたので、潜熱回収用熱交換器によって十分な潜熱を回収するためには、潜熱回収用熱交換器の表面積を大きくすることが必要であった。前記腐食に強い金属は価格が高いので、その金属を多く使用しなければならない従来の潜熱回収型の（潜熱回収用熱交換器を備えた）燃焼装置は、その分だけ、コストダウンを図ることが難しかった。

それに対し、本発明は、潜熱回収用熱交換器の配置領域内を通った後の燃焼ガスに、エアカーテン用の空気を混合する構成であるため、潜熱回収用熱交換器は、高温の排気ガスから直接潜熱を回収することができるので、潜熱回収用熱交換器の表面積を従来の燃焼装置に比べて小さくしても、高効率で潜熱回収を行うことができる。そのため、前記のような腐食に強いが価格の高い金属の使用量を減らすことができ、燃焼装置のコストダウンを図ることができる。

また、本発明において、メインの熱交換器に形成されている複数のフィンは、板状の面をメインの熱交換器の管路に対して略垂直方向にして配置され、ガイド部の基端側がメインの熱交換器の一端側に配設されたフィンまたは両端側に配設されたそれぞれのフィンの上端部に直接的または間接的に接続されている構成によれば、メインの熱交換器のフィンを利用してガイド部を容易に取り付けることができる。そのため、より簡単な構成で、前記効果を発揮できる燃焼装置を形成できる。

さらに、本発明において、メインの熱交換器の上方側に配置された潜熱回収用熱交換器のフィンが、板状の面を略水平方向または水平から斜めに傾けた方向に形成され、基端側がメインの熱交換器のフィンに接続されたガイド部の板状部材が、前記メインの熱交換器のフィンの配設方向である略垂直方向から前記潜熱回収用熱交換器のフィンの配設方向である略水平方向または斜めの方向へと屈曲する曲面部を介して前記潜熱回収用熱交換器に向けて伸張され、その板状部材の先端側は前記潜熱回収用熱交換器の端部側の対応するフィンの端部に直接的または間接的に接続されている構成によれば、エアカーテンを形成する空気流を効率的に排気口側に導くガイド部を、メインの熱交換器のフィンと潜熱回収用熱交換器のフィンを利用して簡単に取り付けることができる。

さらに、本発明において、潜熱回収用熱交換器の管路はガイド部と燃焼室の側壁との間隔にも張り出して形成されている構成によれば、この張り出し形成されている管路によっても燃焼ガスの輻射熱を受けて暖まったエアカーテン用空気からも潜熱回収ができるので、燃焼装置の効率をより一層高めることができる。

さらに、本発明において、燃焼中の一酸化炭素を検出するＣＯ検出手段が設けられているものにおいては、バーナの不完全燃焼等によって一酸化炭素が発生した場合に、燃焼ガス中の一酸化炭素をＣＯ検出手段によって検出することができるので、その検出結果を利用して、一酸化炭素発生を警告したり、安全装置を働かせて給湯器の燃焼を止めたりすることができ、燃焼装置のより安全性を高めることができる。

さらに、本発明において、排気管の接続部が設けられ、排気口の近傍側位置には、燃焼ガスをエアカーテン用の空気で包み込む形態で前記排気管側に導くようにする空気整流部が設けられているものにおいては、燃焼ガスを包み込む態様のエアカーテン用の空気の効果によって、燃焼ガスとエアカーテン用の空気を混合した状態で排気する構成に比べ、排気管の温度を低くできるので、燃焼装置に接続される排気管に、グラスウール等の断熱材を巻いて断熱する工事が不要となる。そのため、燃焼装置の設置に伴う費用を安くでき、特に、屋内設置型燃焼装置においては、狭い天井裏でグラスウール等の断熱材を排気管に巻いて断熱するという大変な工事を不要とすることができ、工事作業を簡素化できるし、排気管の下り勾配を小さく、または、０にすることができるので、マンション等の設計の自由度を保つことができる。

さらに、本発明において、前記空気整流部を有し、空気整流部よりも燃焼ガスの流れの下流側に、燃焼ガス中の一酸化炭素を検出するＣＯ検出手段が設けられているものにおいては、空気整流部の効果に加え、バーナの不完全燃焼等によって一酸化炭素が発生した場合に、燃焼ガス中の一酸化炭素をＣＯ検出手段によって検出することができるので、その検出結果を利用して、一酸化炭素発生を警告したり、安全装置を働かせて給湯器の燃焼を止めたりすることができ、燃焼装置のより安全性を高めることができる。なお、空気整流部を通って排気側に導かれる燃焼ガスは、エアカーテン用の空気に包まれる態様で排気口側に導かれるが、燃焼ガスの一部はエアカーテン用の空気と混じり合うことになる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。

図１には、本発明に係る燃焼装置の第１実施形態例の構成が模式的に示されている。同図に示すように、本実施形態例の燃焼装置は、図５に示した従来例と同様に、メインの熱交換器４と潜熱回収用熱交換器６とを備えた屋外設置型（屋外設置式）の給湯器であり、バーナ１の下方側には燃焼ファン５が設けられ、該燃焼ファン５の駆動時にエアカーテン１０を形成する構成を備えた給湯器である。

本実施形態例が従来例と異なる特徴的なことは、前記燃焼室２０の側壁面の内壁１１と間隔を介して形成されたガイド部７を有することである。このガイド部７は、エアカーテン１０を形成する空気流の少なくとも一部を、矢印Ｂに示すように、前記燃焼ガスと混じらないように前記メインの熱交換器４の配置領域の側部がわを通して前記潜熱回収用熱交換器６側に導き、該潜熱回収用熱交換器６の配置領域の側部がわを通して排気口８側に導くものであり、本実施形態例は、このガイド部７を有して、ガイド部７にガイドされて排気口側に導かれた空気を、潜熱回収用熱交換器６の配置領域内を通って排気口８側から排気される燃焼ガス（矢印Ｃ）に混合して排気することを特徴とする。

ガイド部７は、燃焼室２０の４つの側壁面の内壁１１のうち、図の手前側と奥側を除いた左右両側の２つの側壁面の内壁１１に沿って形成されており、メインの熱交換器４のフィン１３の向きと同じ向きに設けられた板状部材を有している。ガイド部７の基端側は、前記メインの熱交換器４の両端側に配設されたそれぞれのフィン１３の上端部に、図２に示すように、パッキン１６を介して間接的に接続されている。なお、ガイド部７は、パッキン１６を用いずにフィン１３に直接的に接続してもよく、この場合は、半田や銀鑞等を用いて接続固定できるが、パッキン等を用いると、より簡単にガイド部７を接続できる。

また、本実施形態例において、潜熱回収用熱交換器６の管路２は、ガイド部７と燃焼室２０の側壁との間隔にも張り出して形成されている。

本実施形態例は以上のように構成されており、従来例と同様にバーナ１の燃焼に伴い、メインの熱交換器４と潜熱回収用熱交換６を通る水の加熱が行われて給湯が行われ、また、このバーナ燃焼時には、エアカーテン１０の形成が行われるが、本実施形態例では、前記の如く、特徴的なガイド部７を有しており、ガイド部７が、エアカーテン１０を形成する空気流の少なくとも一部を燃焼ガスと混じらないようにメインの熱交換器４の配置領域の側部がわを通して潜熱回収用熱交換器６側に導き、さらに、潜熱回収用熱交換器６の配置領域の側部がわを通して排気口８側に導き、この空気流を、潜熱回収用熱交換器６の配置領域内を通って排気口８側から排気される燃焼ガスに混合して排気する。

通常、潜熱回収用熱交換器６の配置領域を通って排気される燃焼ガスは、その湿度が１００％程度であるのに対し、前記ガイド部７にガイドされて排気口側に導かれた空気は、燃焼ガスと混じらないようにして排気口側に導かれるので、湿度が低く、この空気を、潜熱回収用熱交換器６の配置領域内を通って排気口８側から排気される燃焼ガスに混合して排気すると、排気口８側から排気される燃焼ガスの湿度を低くできる。

したがって、この排気ガスを装置外部に排出しても、排気ガス中に含まれている燃焼生成水が露点に達することはなく、結露を防止でき、結露に伴う白煙（水蒸気）が排気口側から出るといった問題を抑制できる。また、排気ガスの湿度を低くできるので、燃焼装置の効率も向上させることができる。

また、本実施形態例によれば、燃焼室２０内に導入されてエアカーテン１０を形成する空気流を利用して、前記のような白煙防止と燃焼装置の効率向上を図るものなので、外部空気を取り込んで排気側に導入する専用の通路を燃焼室２０の外部に新たに形成する必要は無く、燃焼ファン５の風量も増加する必要も無く、装置の大型化やコストアップを招くことを抑制できる。

さらに、本実施形態例によれば、メインの熱交換器４に形成されている複数のフィン１３は、板状の面をメインの熱交換器４の管路１２に対して略垂直方向にして配置され、ガイド部７の基端側がメインの熱交換器４の両端側に配設されたそれぞれのフィン１３の上端部に接続されており、メインの熱交換器４のフィン１３を利用してガイド部７を容易に取り付けることができる。そのため、より簡単な構成で、前記効果を発揮できる燃焼装置を形成できる。

さらに、本実施形態例によれば、潜熱回収用熱交換器６の管路２はガイド部７と燃焼室２０の側壁との間隔にも張り出して形成されているので、この張り出し形成されている管路２によっても燃焼ガスの潜熱回収ができるので、燃焼装置の効率をより一層高めることができる。

図３には、本発明に係る燃焼装置の第２実施形態例の給湯器が示されており、第１実施形態例と同一名称部分には同一符号が付してある。第２実施形態例も前記第１実施形態例と同様、屋外設置型の給湯器であり、特徴的なガイド部７を有して構成されているが、第２実施形態例は、潜熱回収用熱交換６の配置構成を第１実施形態例と異なる構成としており、それに伴い、ガイド部７の形成態様を第１実施形態例と異なる構成としている。

つまり、第２実施形態例では、メインの熱交換器４の上方側に配置された潜熱回収用熱交換器６は、そのフィン３が板状の面を水平から斜めに傾けた方向に形成されている。そして、基端側がメインの熱交換器４のフィン１３に接続されたガイド部７の板状部材が、メインの熱交換器４のフィン１３の配設方向である略垂直方向から潜熱回収用熱交換器６のフィン３の配設方向である斜めの方向へと屈曲する曲面部１５を介して潜熱回収用熱交換器６に向けて伸張され、その板状部材の先端側は、潜熱回収用熱交換器６の端部側の対応するフィン３の端部に直接的または間接的に接続されている。

なお、図４には、第２実施形態例のガイド部７の形成態様が、斜視図により模式的に示されている。

本実施形態例は以上のように構成されており、前記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。また、第２実施形態例は、ガイド部７を前記構成にすることによって、エアカーテンを形成する空気流を効率的に排気口側に導くことができ、かつ、このガイド部７はメインの熱交換器４のフィン１３と潜熱回収用熱交換器６のフィン３を利用して簡単に取り付けることができるので、前記優れた効果を奏する給湯器を容易に形成することができる。

図８には、本発明に係る燃焼装置の第３実施形態例の給湯器が示されている。第３実施形態例は、屋内に設置される給湯器であり、同図に示すように、排気管３２を接続するための接続部３３が、器具ケース４０の上面側に突出して設けられている。前記排気管３２は、給湯器の排気口８から排出される燃焼ガスを、該給湯器から離れた位置に設けられる排ガス排出口（図８には図示せず）に導くものであり、例えば図９（ａ）、図９（ｂ）に示すような態様で設けられる。

第３実施形態例において特徴的なことは、排気口８の近傍側位置（排気管３２の接続部３３よりも燃焼ガス（排気ガス）の流れの手前側）に、空気整流部３４を設けたことである。該空気整流部３４は、潜熱回収用熱交換器６の配置領域の側部がわを通ったエアカーテン用の空気（矢印Ｂ、参照）を、潜熱回収用熱交換器６の配置領域内を通った燃焼ガス（矢印Ｃ、参照）の側周がわに導くことにより、該燃焼ガスを前記エアカーテン用の空気で包み込む態様で前記排気管側に導くものであり、例えば排気ガスの通路のストレート部分を長くとる（例えばガイド部７を延長する）等して形成される。

このように、空気整流部３４を設けて排気管３２の接続部３３の手前で、エアカーテン用に用いられた空気を整流することにより、温度が５０〜８０℃程度で湿度が約１００％の排気ガスと、潜熱回収用熱交換器６を通らないエアカーテン用に用いられた空気とが十分に混ざることなく、排気ガスがエアカーテン用に用いられた空気で包み込まれるような態様で排気管３２内を流れるようになる。そのため、排気管３２の温度を低下させることができる。

なお、建築基準法施行令第１１５条第１項第３号には、屋内設置型給湯器に接続される排気管（排気筒）内を流れる排気温度が１００℃を超える場合、その温度が２６０℃以下の場合には、排気管に、厚さ２０ミリ（ミリメートル）以上の不燃性の断熱材を巻くことが規定されている。これは、高温の排気管が、天井裏などの隠蔽部分における不燃材料以外の材料（壁面）に直接接触することによって、火災を招くことを防止するためである。一方、前記排気温度が１００℃以下の場合には、断熱材で覆う必要はない。

一般に、給湯器においては、潜熱回収用熱交換器６の内部を通った排気ガスの温度は５０〜８０℃位であり、これにエアカーテン用に用いられた空気を混ぜて排気口８から導出すれば、当然のことながら、排気温度は１００℃以下になるので、排気温度が１００℃を超える場合のように断熱材を巻く必要はない。

しかしながら、仮に、給湯器の故障によって、通水していないにもかかわらず燃焼しているようなことが生じた場合には、高温の排気が出る場合が想定される。なお、給湯器には、一般に、前記のような故障が生じた場合には、その故障を内部の温度ヒューズ等が関知して燃焼を止める安全装置が設けられているものであり、第３実施形態例においても、この安全装置が設けられているが、前記故障が生じてから安全装置が働くまでの僅かな間だけ、瞬間的に、給湯器近傍の排気管３２が１００℃を超える場合（排気管３２内の排気ガスが１００℃を超える場合）が生じる可能性がある。このことを想定し、第３実施形態例では、給湯器の安全性をより一層高めるために、前記空気整流部３４を設けている。

第３実施形態例は、前記空気整流部３４を設けることにより、前記の如く、給湯器近傍の排気管３２が高温となることがなく、また、排気管３２内の排気ガスの温度は、給湯器から遠くなるにしたがって排気管３２に熱を奪われて低くなるので、第３実施形態例のように、給湯器近傍の排気管３２の温度を下げることができれば、排気管３２の全域で１００℃を超えることが無く、防火上、非常に安全にできる。また、燃焼ガスの結露を防ぐことができるので（さらには、燃焼ガスをエアカーテン用の空気によって包み込む態様で排気管３２を通すことにより、より確実に）、結露によって排気管３２に穴が開く等の支障が生じることを防止でき、穴からの排気漏れ等の危険も防止できる。

さらに、第３実施形態例は、前記第１、第２実施形態例と同様に、潜熱回収用熱交換器６の管路２がガイド部７と燃焼室２０の側壁との間隔にも張り出して形成されているので、この張り出し形成されている管路２によっても燃焼ガスの潜熱回収ができると共に、エアカーテン用の空気の温度もより下げることができる。そのため、エアカーテン用の空気によって排気ガスを包み込む態様で排気管３２を流れるようにする際に、排気管３２の温度をより一層低下させることができ、より一層安全性を高めることができる。

ところで、第３実施形態例は、前記空気整流部３４の下流側に、燃焼ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を検出するＣＯ検出手段としてのＣＯセンサ３０を設けたことも、特徴的な構成としている。ＣＯセンサ３０の配設位置は、空気整流部３４を通り抜けたエアカーテン用の空気と燃焼ガス（排気ガス）とが若干混ざった部分であり、ＣＯセンサ３０の下部側の間隔を介した位置には、排気ガス（排ガス）とエアカーテン用空気をＣＯセンサ３０の配設領域において拡散させる拡散板３１が設けられている（図８（ｂ）、参照）。

第３実施形態例では、ＣＯ検出手段（ＣＯセンサ）３０を設けることにより、給湯器の不完全燃焼等が生じて一酸化炭素が発生した場合でも、そのＣＯ発生を検出することができる。そして、その検出結果を利用し、第３実施形態例では、一酸化炭素発生を警告したり、安全装置を働かせて給湯器の燃焼を止めたりすることができるので、より安全性を高めることができる。

なお、ＣＯセンサには、接触燃焼式、半導体式等、いくつかの方式があるが、例えば、潜熱回収用熱交換器６から滴下するドレンがＣＯセンサに当たってしまうと、ＣＯの検知（感知）ができない。また、ＣＯセンサのＣＯの検知部分が結露により覆われてしまって、検知部分にＣＯが接触しなければＣＯの検知ができない。そこで、潜熱回収用熱交換器６を備えた給湯器等の燃焼装置においては、ＣＯセンサを配設する配設部位を適切にすることが重要となるが、第３実施形態例は、空気整流部３４の下流側にＣＯセンサ３０を設けることにより、前記結露やドレンに伴う問題を回避でき、ＣＯセンサ３０によって、燃焼ガス中の一酸化炭素を適切に検出できる。

つまり、ＣＯセンサ３０に結露が滴下することはないし、前記の如く、空気整流部３４を通り抜けたエアカーテン用の空気と燃焼ガスとが若干混ざることにより、エアカーテン用に用いられた空気によって燃焼ガスの湿度を下げ、ＣＯセンサ３０に接触する排気ガスは結露する湿度（例えば１００％近く）よりも低くなるので、前記結露に伴う問題も回避できる。また、空気整流部３４を設けて、その下流側にＣＯセンサ３０を設けることにより、排気ガスとエアカーテン用に用いた空気との混合比Ｘに応じて、ＣＯセンサ３０のＣＯ検知濃度を補正することもできる。

なお、給湯器において、ＣＯセンサ３０の配置場所は、空気整流部３４よりも燃焼ガスの流れの下流側にするとは限らず、メインの熱交換器４と潜熱回収用熱交換器６との間にＣＯセンサ３０を設置することもできるが、この場合、図１に示した給湯器のように、潜熱回収用熱交換器６から滴下するドレンがメインの熱交換器４に滴下する構造であると、ドレン滴下による問題が生じる。また、図３に示した給湯器のように、メインの熱交換器４と反対側（排気側）に滴下する構造であれば好ましいが、一般的な屋内設置型給湯器の排気管の接続口は、給湯器の上面（天板）側に有り、この構成と図３のような構造とを組み合わせると、構造が複雑になりすぎる。

したがって、第３実施形態例のように、給湯器の上面側に排気管３２の接続口３３を設けた構成においては、ＣＯセンサ３０を排気口８の近傍側位置に設けることが好ましく、また、ＣＯセンサ３０を排気口８の近傍側位置に配置しても、エアカーテン用の空気によって燃焼ガスの結露による問題を抑制できるので、ＣＯセンサ３０の配置場所を図８に示すようにし、かつ、図３に示す構成を適用することなく、バーナ１、メインの熱交換器４、潜熱回収用熱交換器６、排気管接続口３３を略直線状に配置した簡単な構成にできる。

なお、本発明は前記実施形態例に限定されることはなく、様々な態様を採り得る。例えば、前記第２実施形態例では、潜熱回収用熱交換６のフィン３を水平から斜めに傾けた方向に設けたが、フィン３は略水平方向に設けてもよい。ただし、前記第２実施形態例のように、フィン３を斜めに傾けて設ける方が、ドレンを回収しやすいため、好ましい。

また、前記各実施形態例では、ガイド部７の基端側は、メインの熱交換器４の両端側に配設されたそれぞれのフィン１３の上端部に接続したが、ガイド部７の形成態様は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。例えば、ガイド部７は、燃焼室２０の１つまたは３つまたは４つの側壁面の内壁１１と間隔を介して設けるようにしてもよく、エアカーテン１０の形成面の１つ以上の面に対応させて設けることができる。

なお、ガイド部７を燃焼室２０の１つの側壁面の内壁１１と間隔を介して設ける場合、前記各実施形態例のように、ガイド部７の基端側の向きとメインの熱交換器４のフィン１３の向きを同じ方向にし、メインの熱交換器４の一端側に配設されたフィン１３の上端部にガイド部７の基端側を接続すると、ガイド部７を設けやすい。また、ガイド部７の先端側を潜熱回収用熱交換６のフィン３に接続すると、さらに、ガイド部７を取り付けやすい。

さらに、前記各実施形態例では、潜熱回収用熱交換器６の管路２は、ガイド部７と燃焼室２０の側壁との間隔にも張り出して形成したが、管路２をガイド部７と燃焼室２０との側壁との間隔に張り出さないように（つまり、ガイド部７よりも内側に）形成してもよい。

さらに、前記各実施形態例では、いずれも、潜熱回収用熱交換器６はフィン３を有する構成としたが、フィン３を有していない潜熱回収用熱交換６を備えた燃焼装置に本発明を適用することもできる。

さらに、前記各実施形態例において、潜熱回収用熱交換器６の張り出し部分にフィンプレートを追加したりして（例えば細管を多数並べた態様の潜熱回収用熱交換器６やフレキシブル管等のように、管の表面積を増やした管を蛇行状にしたもの等の場合には、十分な冷却ができるように接触面積を増やして）、エアカーテン用に用いた空気の温度をより下がるようにしてもよい。

さらに、第３実施形態例では、空気整流部３４は、排気ガスの通路のストレート部分を長く形成することによって形成したが、ハニカム構造等を用いることによって形成してもよい。

さらに、第３実施形態例に設けたようなＣＯセンサ３０は、第１実施形態例や第２実施形態例にも設けてもよい。この場合、ＣＯセンサ３０の配設位置は適宜設定されるものであるが、第１、第２実施形態例において、潜熱回収用熱交換器６よりも燃焼ガスの流れの下流側において、エアカーテン用の空気と燃焼ガスとが混じり合う領域にＣＯセンサ３０を設ければ、燃焼ガスの結露やドレン水による問題を生じることなくＣＯセンサ３０による一酸化炭素の検出を行うことができる。なお、第２実施形態例の場合には、ＣＯセンサ３０を潜熱回収用熱交換器６よりも燃焼ガスの流れの上流側（メインの熱交換器４よりは下流側）に設けても、ドレン水によってＣＯセンサ３０の感度に問題が生じることはない。

さらに、第３実施形態例のような、排気管３２を接続するタイプの潜熱回収型屋内設置型燃焼装置において、故障により、通水していないにもかかわらず燃焼しているようなことが生じた場合にであっても、排気ガスの温度が１００℃を超えるおそれがない場合には、空気整流部３４を設けなくてもよい。

また、前記故障時に、前記排気ガスの温度が１００℃を超える場合であっても、潜熱回収用熱交換器６の配置領域内を通って排気口側から排気される燃焼ガスにエアカーテン用の空気を混合して排気することにより、前記排気温度が２６０℃を超えるようなことは回避できるので、従来のように、結露防止と防火のために、例えば厚さ１００ミリの断熱材を天井裏の排気管に施さなければならず、例えばマンションの天井裏高さが足りずに、実質上、工事不可能なために提供されないということはなく、防火のためだけの厚さ２０ミリの断熱材を排気管３２に巻く態様で、潜熱回収型屋内設置型燃焼装置を設置できるようにすることができる。

さらに、前記各実施形態例は、いずれも給湯器としたが、本発明の燃焼装置は給湯器とは限らず、メインの熱交換器４と潜熱回収用熱交換器６とを備えた燃焼装置であればよく、風呂釜でもよいし、給湯器と風呂釜の両方の機能を備えた複合給湯器でもよい。

さらに、前記各実施形態例は、ガス燃焼式の燃焼装置とするとは限らず、石油燃焼式の燃焼装置でもよい。

本発明に係る燃焼装置の第１実施形態例を模式的に示す要部構成図である。 前記第１実施形態例におけるガイド部基端側の配設構成を示す説明図である。 本発明に係る燃焼装置の第２実施形態例を模式的に示す要部構成図である。 前記第２実施形態例におけるガイド部の配設形態を模式的に示す斜視図である。 潜熱回収用熱交換器を備えた燃焼装置の一例を模式的に示す説明図である。 熱交換器を形成する管路とフィンの形成例を示す斜視図である。 燃焼装置におけるエアカーテンの形成例を模式的に示す説明図である。 本発明に係る燃焼装置の第３実施形態例を説明するための模式的な説明図である。 屋内配置型の燃焼装置と、その装置に接続される配管の設置構造例を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ バーナ
２，１２ 管路
３，１３ フィン
４ メインの熱交換器
５ 燃焼ファン
６ 潜熱回収用熱交換器
７ ガイド部
８ 排気口
９ 吸気口
１０ エアカーテン
１１ 内壁
１５ 曲面部
１６ パッキン
３０ ＣＯセンサ
３２ 排気管
３３ 接続部
３４ 空気整流部

Claims (7)

1. 燃焼室内に、バーナと、該バーナの上方側に設けられて燃焼ガス中の顕熱を吸収するメインの熱交換器と、該メインの熱交換器よりも前記燃焼ガスの流れの下流側に配置されて排気潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器とが設けられ、該潜熱回収用熱交換器を通る水を潜熱回収の熱で予備加熱し、その予備加熱した水を前記メインの熱交換器の入水口に供給して該メインの熱交換器で加熱する構成と成し、前記バーナの下方側には外部の空気を燃焼室側に導いてバーナに供給する燃焼ファンが設けられ、該燃焼ファンの駆動時に前記燃焼室に導入される空気の一部を該燃焼室の側壁面の内壁に沿って上方側に向けて流し前記メインの熱交換器の配置領域の下端部まで向かう空気流のエアカーテンを形成する燃焼装置において、前記エアカーテンを形成する空気流の少なくとも一部を前記燃焼ガスと混じらないように前記メインの熱交換器の配置領域の側部がわを通して前記潜熱回収用熱交換器側に導き該潜熱回収用熱交換器の配置領域の側部がわを通して排気口側に導くガイド部が前記燃焼室の側壁面の内壁と間隔を介して形成されており、該ガイド部にガイドされて排気口側に導かれた空気を、前記潜熱回収用熱交換器の配置領域内を通って排気口側から排気される燃焼ガスに混合して排気することを特徴とする燃焼装置。
2. メインの熱交換器は、湯水を通す管路と、該管路の外周側に張り出す態様で前記管路の長手方向に互いに間隔を介して並設された複数の板状のフィンとを有し、該フィンは板状の面を前記管路に対して略垂直方向にして配置されており、ガイド部の基端側は前記メインの熱交換器の一端側に配設されたフィンまたは両端側に配設されたそれぞれのフィンの上端部に直接的または間接的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. ガイド部は板状部材を有して形成されており、潜熱回収用熱交換器はメインの熱交換器の上方側に配置されて、湯水を通す管路と、該管路の外周側に張り出す態様で前記管路の長手方向に互いに間隔を介して並設された複数の板状のフィンとを有し、該フィンは板状の面を略水平方向または水平から斜めに傾けた方向に形成されており、基端側がメインの熱交換器のフィンに接続されたガイド部の板状部材が、前記メインの熱交換器のフィンの配設方向である略垂直方向から前記潜熱回収用熱交換器のフィンの配設方向である略水平方向または斜めの方向へと屈曲する曲面部を介して前記潜熱回収用熱交換器に向けて伸張され、その板状部材の先端側は前記潜熱回収用熱交換器の端部側の対応するフィンの端部に直接的または間接的に接続されていることを特徴とする請求項２記載の燃焼装置。
4. 潜熱回収用熱交換器の管路はガイド部と燃焼室の側壁との間隔にも張り出して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の燃焼装置。
5. 燃焼ガス中の一酸化炭素を検出するＣＯ検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の燃焼装置。
6. 燃焼装置の排気口から排出される燃焼ガスを該燃焼装置から離れた位置に設けられる排ガス排出口に導く排気管の接続部が設けられており、前記排気口の近傍側位置には、潜熱回収用熱交換器の配置領域の側部がわを通ったエアカーテン用の空気を前記潜熱回収用熱交換器の配置領域内を通った燃焼ガスの側周がわに導くことにより、該燃焼ガスを前記エアカーテン用の空気で包み込む態様で前記排気管側に導くようにする空気整流部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の燃焼装置。
7. 空気整流部よりも燃焼ガスの流れの下流側に、該燃焼ガス中の一酸化炭素を検出するＣＯ検出手段が設けられていることを特徴とする請求項６記載の燃焼装置。

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