特開 2023-81637 給湯機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023081637

(43)【公開日】2023-06-13

(54)【発明の名称】給湯機

(51)【国際特許分類】

   F24H 1/36 20220101AFI20230606BHJP

   F24H 9/00 20220101ALI20230606BHJP

【ＦＩ】

F24H1/36

F24H9/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021195501

(22)【出願日】2021-12-01

(71)【出願人】

【識別番号】390002886

【氏名又は名称】株式会社長府製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100090697

【弁理士】

【氏名又は名称】中前 富士男

(74)【代理人】

【識別番号】100176142

【弁理士】

【氏名又は名称】清井 洋平

(72)【発明者】

【氏名】井上 俊輔

【テーマコード（参考）】

3L036

【Ｆターム（参考）】

3L036AE05

(57)【要約】

【課題】部材の増加を抑制した上で、結露水を受ける水受部材の断熱層上の基準位置からの移動が抑制された給湯機を提供する。
【解決手段】燃焼室１１から管１２内に流入した燃焼ガスによって管１２外の水を加熱する給湯機１０において、燃焼室１１の下方に設けられた断熱層１３と、管１２内で生じて燃焼室１１まで達した結露水を受ける、耐酸性及び耐熱性を有する水受部材１４とを備え、水受部材１４は、燃焼室１１に露出した状態で断熱層１３上に固定されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室から管内に流入した燃焼ガスによって該管外の水を加熱する給湯機において、
前記燃焼室の下方に設けられた断熱層と、
前記管内で生じて前記燃焼室まで達した結露水を受ける、耐酸性及び耐熱性を有する水受部材とを備え、
前記水受部材は、前記燃焼室に露出した状態で前記断熱層上に固定されていることを特徴とする給湯機。

【請求項2】

請求項１記載の給湯機において、前記水受部材には、複数の貫通孔が形成され、前記断熱層は、前記水受部材の各貫通孔に嵌入した突起を上側に有することを特徴とする給湯機。

【請求項3】

請求項２記載の給湯機において、前記水受部材には、前記貫通孔の一領域が内側に設けられた、下方に突出する筒状部Ｊが形成され、該筒状部Ｊは前記断熱層に食い込んでいることを特徴とする給湯機。

【請求項4】

請求項２記載の給湯機において、前記水受部材には、前記貫通孔の一領域が内側に設けられた、上方に突出する筒状部Ｋが形成されていることを特徴とする給湯機。

【請求項5】

請求項２～４のいずれか１項に記載の給湯機において、前記貫通孔全体に前記突起が嵌入していることを特徴とする給湯機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼ガスで水を加熱する給湯機に関する。

【背景技術】

【0002】

燃焼室から管に流入した燃焼ガスによって管外の水を加熱する給湯機には、それぞれ管が設置された１次熱交換器（顕熱熱交換器）及び２次熱交換器（潜熱熱交換器）を備えるものがある（特許文献１、２、３参照）。この種の給湯機では、燃焼ガスが１次熱交換器及び２次熱交換器を順に通過し、水は、２次熱交換器で燃焼ガスにより加熱された後、１次熱交換器で燃焼ガスにより更に加熱され、浴槽等に供給される。このような設計の採用により、熱効率を高めることができる。

【0003】

２次熱交換器においては、１次熱交換器で水を加熱して温度が低下した燃焼ガスによって水を加熱することから、管内が結露し、結露水（ドレイン水）が生じる。結露水は酸性のため、そのままの状態で排水できないことから、従来、特許文献１、２に記載されているように、中和器を設け、結露水を中和器で中和した後に排水する処理がなされていた。この場合、中和器に加えて、管内の結露水を集める機構や、集めた結露水を中和器に送る機構等が必要となり、給湯機の部品点数が多くなる傾向があった。

【0004】

これに対し、特許文献３に記載の給湯機は、水受部材の一例である金属板が燃焼室に露出した状態で断熱層上に設けられ、結露水が管内を伝って燃焼室に送られ金属板上に落下するように設計されている。金属板上に落下した結露水は燃焼ガスの熱によって蒸発し、燃焼ガスと共に管を通って給湯機から排出される。従って、特許文献３に記載の給湯機では、中和器や中和器に結露水を送る機構等を設ける必要がなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４－１０５９１３号公報

【特許文献2】特開２０１６－１０２６３２号公報

【特許文献3】特開２０１９－１９６８５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、給湯機においては、断熱層上の金属板が基準位置から移動するような力が作用すること等が原則起こらないため、金属板の断熱層への固定は不要であると考えられていた。
しかしながら、給湯機を運搬する際に生じる振動の大きさ等によっては、金属板が基準位置から移動し得ることが、検証によって確認された。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、結露水を受ける水受部材の断熱層上の基準位置からの移動が抑制された給湯機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的に沿う本発明に係る給湯機は、燃焼室から管内に流入した燃焼ガスによって該管外の水を加熱する給湯機において、前記燃焼室の下方に設けられた断熱層と、前記管内で生じて前記燃焼室まで達した結露水を受ける、耐酸性及び耐熱性を有する水受部材とを備え、前記水受部材は、前記燃焼室に露出した状態で前記断熱層上に固定されている。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る給湯機は、水受部材が、燃焼室に露出した状態で断熱層上に固定されているので、結露水を受ける水受部材の断熱層上の基準位置からの移動が抑制されている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施の形態に係る給湯機の説明図である。

【図2】同給湯機の水受部材及び断熱層の説明図である。

【図3】（Ａ）は同給湯機の水受部材及び断熱層の一体物の製造方法を示す説明図であり、（Ｂ）は比較例に係る断熱層の製造方法を示す説明図である。

【図4】図１のＰ－Ｐ’矢視断面図である。

【図5】図１のＱ－Ｑ’矢視断面図である。

【図6】第１の変形例に係る水受部材及び断熱層の説明図である。

【図7】第２の変形例に係る水受部材及び断熱層の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る給湯機１０は、燃焼室１１から管１２内に流入した燃焼ガスによって管１２外の水を加熱する装置であって、燃焼室１１の下方に設けられた断熱層１３と、管１２内で生じて燃焼室１１まで達した結露水を受ける水受部材１４とを備えている。

【0011】

給湯機１０は、図１に示すように、中空円柱状の筺体１５に取り付けられたバーナ１６と、バーナ１６による燃料（例えば、灯油）の燃焼によって燃焼ガスが生じる燃焼室１１と、１次熱交換器１７と、２次熱交換器１８とを備えている。２次熱交換器１８、１次熱交換器１７及び燃焼室１１は上から順に配され、燃焼室１１の下方には、上側に水受部材１４が取り付けられた断熱層１３が設けられている。

【0012】

断熱層１３は、耐火材（本実施の形態では、セラミックファイバ）によって円柱状に形成されている。本実施の形態において、断熱層１３は、筺体１５の底部に嵌め込まれることによって（即ち、接着剤や固定部材等を用いずに）、筺体１５に固定されているが、断熱層１３の筺体１５への固定に接着剤や固定部材等を用いることもできる。
水受部材１４は、耐酸性及び耐熱性を有する円盤状の金属板（本実施の形態では、ステンレス製の板材）であり、水平配置され燃焼室１１に露出した状態で断熱層１３上に固定されている。

【0013】

水受部材１４には、図１、図２に示すように、複数の貫通孔１９が形成され、断熱層１３は、各貫通孔１９に対応した複数の突起２０を上側に有している。断熱層１３は、各突起２０が各貫通孔１９に嵌入して、水受部材１４を断熱層１３に固定している。本実施の形態では、各突起２０が各貫通孔１９全体（実質的に全体）に嵌入している。突起の貫通孔への嵌入により水受部材が断熱層に安定的に固定されればよく、突起の突出長を貫通孔の軸心方向の長さより短くして、突起が貫通孔の軸心方向一側（下側）の領域のみに嵌入するようにしてもよい。

【0014】

水受部材１４は、金属製の円盤に、バーリング加工（仮の貫通孔を形成した後、仮の貫通孔の外周部を円盤に垂直な方向に筒状に延ばす加工）を行って、貫通孔１９と貫通孔１９の軸心方向の一領域が内側に設けられた筒状部２１（筒状部Ｊの一例）とを形成することによって、製造されている。よって、水受部材１４には、貫通孔１９の各形成位置に、貫通孔１９の一領域が内側に設けられた筒状部２１が形成されている。

【0015】

このように、筒状部２１を設けることによって、金属製の円盤に打ち抜き加工により貫通孔を形成する場合に比べて、軸心方向に長い貫通孔を形成することができる。本実施の形態では、軸心方向に長い貫通孔１９を設けて、各貫通孔１９における水受部材１４と断熱層１３の密着面積を大きくし、水受部材１４を断熱層１３に安定して固定するようにしている。更に、本実施の形態では、各筒状部２１が下方に突出し断熱層１３に食い込むようにし、これによって、水受部材１４の断熱層１３への固定を補助している。

【0016】

ここで、水受部材１４及び水受部材１４が固定された断熱層１３の一体物は以下のようにして得ることができる。
まず、図３（Ａ）に示すように、有底円筒状の型２２の底部に、筒状部２１が上方に突出するように水受部材１４を配置し、次に、型２２内に水受部材１４の上方から断熱層１３の原料２３を投入して、原料２３の層を水受部材１４の上側に設ける。原料２３はペースト状であり、各貫通孔１９内は原料２３で満たされた状態となる。その後、乾燥処理により原料２３全体を固めて断熱層１３とし、型２２から水受部材１４と共に水受部材１４が固定された断熱層１３を取り出して、水受部材１４及び断熱層１３の一体物を得る。

【0017】

そして、水受部材１４及び断熱層１３の一体物を筺体１５内の底部に配置して、筺体１５内への当該一体物の設置が完了する。水受部材１４を断熱層１３に固定するために、接着剤や固定具は用いない。

【0018】

これに対し、図３（Ｂ）に示すように、水受部材が固定されていない円柱状の断熱層１００は、有底円筒状の型１０１に断熱層１００の原料１０２を入れ、乾燥処理によりペースト状の原料１０２全体を固めて断熱層１００とし、型１０１から断熱層１００を取り出すことによって得られる。そして、断熱層１００を給湯機の筺体内の底部に配置し、断熱層１００の上に水受部材を載置して、断熱層１００及び水受部材の筺体内への設置が完了する。

【0019】

従って、断熱層１３の成形から筺体１５内に水受部材１４及び断熱層１３を設置するまでの工数は、断熱層１００の成形から筺体内に断熱層１００及び水受部材を設置するまでの工数と同程度である。
なお、本実施の形態では、筒状部２１が円筒状であるが、これには限定されず、例えば、角筒状であってもよい。

【0020】

また、燃焼室１１の上方には、図１に示すように、それぞれ直線状の複数の管１２が並列に設けられている。各管１２は、鉛直に配され、下端が燃焼室１１に連通し、上端が２次熱交換器１８の上方に設けられた排気室２４に連通し、１次熱交換器１７の領域全体及び２次熱交換器１８の領域全体を貫通した状態で設けられている。

【0021】

燃焼室１１及び１次熱交換器１７は、図１、図４に示すように、水平配置された仕切り板２６によって分割され、仕切り板２６には各管１２の下端に対応する開口２７が形成されている。燃焼室１１は、筺体１５の側壁部、仕切り板２６及び水受部材１４によって囲まれた空間であり、筺体１５の側壁部に固定されたバーナ１６の作動により燃焼ガスが発生する。

【0022】

１次熱交換器１７及び２次熱交換器１８は、図１、図５に示すように、水平配置された仕切り板２８によって分割され、各管１２は仕切り板２８を貫通している。２次熱交換器１８及び排気室２４は水平配置された仕切り板２９によって分割され、仕切り板２９には各管１２の上端に対応する開口３０が形成されている。

【0023】

１次熱交換器１７は、筺体１５の側壁部及び仕切り板２６、２８によって囲まれた領域から構成されている。２次熱交換器１８は、筺体１５の側壁部及び仕切り板２８、２９によって囲まれた領域から構成されている。
燃焼室１１で発生した燃焼ガスは、開口２７（管１２の下端）から管１２内に流入し、管１２内を上昇して１次熱交換器１７及び２次熱交換器１８を順に通過し、開口３０（管１２の上端）から排気室２４に出て、排気室２４に設けられた排気口３５から大気中に排出される。

【0024】

なお、各管１２内には、燃焼ガスの上昇速度を遅くする図示しないバッフルプレートが設けられている。
また、２次熱交換器１８には、図１に示すように、給水管３１が接続されている。２次熱交換器１８及び１次熱交換器１７は連結管３３によって接続され、１次熱交換器１７には出湯管３４が接続されている。

【0025】

２次熱交換器１８の管１２外の空間には給水管３１から水が供給され、その水は、２次熱交換器１８において管１２内を上昇する燃焼ガスによって加熱される。２次熱交換器１８で加熱された水は、連結管３３を通って１次熱交換器１７の管１２外の空間に送られ、１次熱交換器１７において管１２内を上昇する燃焼ガスによって加熱された後に、１次熱交換器１７から出て出湯管３４経由で浴室や台所等に送られる。

【0026】

管１２内を上昇する燃焼ガスは、１次熱交換器１７での水の加熱によって温度が低下した後、２次熱交換器１８で水を加熱して更に温度が低下する。そのため、管１２内においては、主に２次熱交換器１８の領域が結露し、酸性の結露水が生じる。管１２内で生じた結露水は、管１２の内側を伝って下降し、その大半が、管１２内で燃焼ガスの熱によって蒸発（気化）して燃焼ガスと共に管１２内を上昇し、排気室２４を経由して排気口３５から大気に放出される。

【0027】

一方、管１２内で気化しなかった結露水は、開口２７から出て（燃焼室１１まで達して）水受部材１４上に落下し、燃焼室１１内の燃焼ガスの熱によって蒸発し気体となって燃焼室１１から出て、管１２及び排気室２４を経由して排気口３５から大気に放出される。よって、水受部材１４は、管１２内で生じて燃焼室１１まで達した結露水を受けることとなる。このように、結露水は全て気化されて排出されるため、給湯機１０に、結露水を中和する中和器を設ける必要はない。

【0028】

ここで、水受部材１４上への結露水の落下によって、断熱層１３の突起２０は結露水（即ち、酸性の液体）に接触することとなるが、貫通孔１９の直径が小さく（本実施の形態では、貫通孔１９の内径が２～１０ｍｍで、好ましくは６ｍｍ以下）突起２０の結露水に接触する領域が限定的であることから、結露水が突起２０に接触しても突起２０の侵食等が問題になることはない。なお、水受部材１４は断熱層１３よりも耐酸性に優れる。

【0029】

また、給湯機１０において、断熱層１３及び水受部材１４は、各筒状部２１が下方に突出し断熱層１３に食い込むように設計されているが、これには限定されない。例えば、図６に示すように、それぞれ内側に貫通孔４０の軸心方向の一領域が設けられた複数の筒状部４１（筒状部Ｋ）を上方に突出するように配した（形成した）水受部材４２を採用してもよい。この場合、貫通孔４０に嵌入した突起４３を有して水受部材４２を固定する断熱層４４が用いられる。

【0030】

水受部材４２及び断熱層４４は、筒状部４１の上端及び突起４３の頂部が同一高さに位置して一の平面部４５をなす。平面部４５の面積は小さく、例えば、１２０ｍｍ^２以下（好ましくは、６０ｍｍ^２以下）であることから、平面部４５上に一定以上の結露水が載った状態になると、結露水の一部又は全部（実質的に全部）が平面部４５上から筒状部４１の周辺領域に流れ落ちる。その結果、突起４３（即ち、断熱層４４）への結露水の接触時間を短縮可能である。

【0031】

また、図７に示すように、筒状部を有さない水受部材５０を採用することもできる。水受部材５０には複数の貫通孔５１が形成され、水受部材５０が載置される断熱層５２は、複数の貫通孔５１にそれぞれ嵌入した複数の突起５３を有する。但し、水受部材５０は、水受部材１４、４２に比べて、貫通孔の軸心方向の長さが短く、水受部材の断熱層への固定力は弱くなる。

【0032】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、水受部材は、板状以外の形状（例えば、椀状）であってもよく、また、耐熱性及び耐酸性を有していればステンレス製である必要はなく、例えば、溶融アルミニウムめっき鋼板によって水受部材を形成することができる。

【0033】

そして、上側に突出した筒状部と下側に突出した筒状部が混在した水受部材を採用することや、筒状部のない領域に形成された貫通孔と筒状部内に一領域が設けられた貫通孔とが混在した水受部材を採用することも可能である。
また、断熱層の突起の水受部材の貫通孔への嵌入の代わりに（即ち、水受部材に貫通孔を形成せず、断熱層に突起を設けずに）、接着剤や固定具等を用いて水受部材を断熱層に固定することもできる。但し、この場合、水受部材を断熱層に固定するために、接着剤や部材等を追加する必要がある。

【0034】

そして、断熱層の突起の水受部材の貫通孔への嵌入に加えて、接着剤や固定用の部材を用いて、水受部材を断熱層に固定してもよい。その場合でも、断熱層の突起の水受部材の貫通孔への嵌入がない場合に比べて、接着剤の量を少なくすることや、固定用の部材の数を減らす等のメリットを得られる。

【0035】

また、断熱層の材料は、セラミックファイバに限定されず、耐火煉瓦、モルタル、コンクリート等であってもよい。
更に、筺体は中空円柱状である必要はなく、例えば、中空四角柱状であってもよく、その場合、水受部材及び断熱層は、平面視して、矩形状（正方形状を含む）となる。

【0036】

また、燃焼ガスが流れる管は直線状でなくてもよく、曲線領域を有する管を採用してもよい。直線状の管を採用する場合、管を鉛直に対し傾斜して配置することができる。
そして、管は上流端が燃焼室に連通している必要はなく、例えば、燃焼ガスの流れに沿って、燃焼室の下流側にガス溜まり部を設け、管の上流端をガス溜まり部に連通させてもよい。

【符号の説明】

【0037】

１０：給湯機、１１：燃焼室、１２：管、１３：断熱層、１４：水受部材、１５：筺体、１６：バーナ、１７：１次熱交換器、１８：２次熱交換器、１９：貫通孔、２０：突起、２１：筒状部、２２：型、２３：原料、２４：排気室、２６：仕切り板、２７：開口、２８、２９：仕切り板、３０：開口、３１：給水管、３３：連結管、３４：出湯管、３５：排気口、４０：貫通孔、４１：筒状部、４２：水受部材、４３：突起、４４：断熱層、４５：平面部、５０：水受部材、５１：貫通孔、５２：断熱層、５３：突起、１００：断熱層、１０１：型、１０２：原料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】