特開 2024-41676 給湯装置

(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】P2024041676

(43)【公開日】2024-03-27

(54)【発明の名称】給湯装置

(51)【国際特許分類】

   F24H 9/00 20220101AFI20240319BHJP

   F24H 1/14 20220101ALI20240319BHJP

   F24H 8/00 20220101ALI20240319BHJP

   B05B 17/06 20060101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

F24H9/00 B

F24H1/14 B

F24H8/00

B05B17/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022146616

(22)【出願日】2022-09-14

(71)【出願人】

【識別番号】000115854

【氏名又は名称】リンナイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111970

【弁理士】

【氏名又は名称】三林 大介

(72)【発明者】

【氏名】木下 将晃

【テーマコード（参考）】

3L034

3L036

4D074

【Ｆターム（参考）】

3L034BA25

3L034BA26

3L036AA11

4D074AA10

4D074BB03

4D074DD03

4D074DD05

4D074DD09

4D074DD12

4D074DD22

4D074DD34

4D074DD42

4D074DD52

(57)【要約】

【課題】少数の超音波素子でドレン水を処理することが可能な給湯装置を提供する。
【解決手段】給湯装置（１）で生じたドレン水を受けるドレン容器（５０）の底面に複数の超音波素子（５１）を配置して、超音波素子でドレン水をドレンミストに変換して、給湯装置の外部に排出する。超音波素子は振動面（５２）を上方に向けて配置し、互いに隣接する少なくとも二つの超音波素子については、一の超音波素子の振動面から放射される超音波のビーム（５５）と、他の超音波素子の振動面から放射される超音波のビームとが交差するように搭載する。こうすれば、それぞれの超音波素子が発生させる水柱が合体して、水柱の内部の流れに乱れが発生し、更に、水柱の内部では二つの超音波のビームによって強め合う干渉が発生する。その結果、ドレン水の霧化が促進されるので、ドレン容器に少数の超音波素子を搭載するだけで、ドレン水を処理することが可能となる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスを燃焼させることによって燃焼排気を発生させるバーナと、前記燃焼排気中の顕熱を利用して水を加熱することによって温水を生成する顕熱熱交換器と、前記顕熱熱交換器で加熱される前の水を前記燃焼排気中の潜熱を利用して予熱する潜熱熱交換器と、前記燃焼排気中の水蒸気が前記潜熱熱交換器で結露することによって生じたドレン水を受けるドレン溜め部とを搭載し、前記顕熱熱交換器で生成された前記温水を給湯する給湯装置において、
前記ドレン溜め部の底面に配置されて、前記ドレン溜め部で前記ドレン水を受けると前記ドレン水の中に水没した状態となり、前記ドレン水を霧化することによってドレンミストを発生させる複数の超音波素子と、
前記超音波素子が発生させた前記ドレンミストを前記給湯装置の外部に排出するドレンミスト排出通路と
を備え、
複数の前記超音波素子は、
超音波を放射する振動面を上方に向けた状態で配置されていると共に、
互いに隣接する少なくとも二つの前記超音波素子については、一の前記超音波素子の前記振動面から放射される超音波のビームと、他の前記超音波素子の前記振動面から放射される超音波のビームとが交差するように、互いの前記振動面が斜めに向かい合わせとなる状態で搭載されている
ことを特徴とする給湯装置。

【請求項2】

請求項１に記載の給湯装置において、
前記超音波のビームが交差する状態で搭載された互いに隣接する二つの前記超音波素子は、二つの前記超音波のビームが、互いの前記振動面の中心を結んだ直線を通る鉛直平面からオフセットした位置で交差するように、二つの前記振動面が一方向に傾いた状態で搭載されている
ことを特徴とする給湯装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の給湯装置において、
前記潜熱熱交換器を通過した前記燃焼排気を前記給湯装置の外部に排出する排気通路を備え、
前記ドレンミスト排出通路は前記排気通路に接続されている
ことを特徴とする給湯装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料ガスを燃焼させるバーナと、燃焼排気中の顕熱を回収する顕熱熱交換器と、燃焼排気中の潜熱を回収する潜熱熱交換器とを備え、燃焼排気中の顕熱および潜熱を用いて温水を生成する給湯装置に関する。

【背景技術】

【0002】

給湯装置では、燃料ガスを燃焼させて生じた高温の燃焼排気を熱交換器に導いて、燃焼排気と水とを熱交換させることによって温水を生成する。熱交換器で熱交換した燃焼排気は排気ダクトを通って屋外に排出されるが、この燃焼排気には多量の水蒸気が含まれており、水蒸気は液体の水に戻る際に潜熱を放出することが知られている。そこで、熱交換器を通過した後の燃焼排気を、潜熱熱交換器に導いて水と熱交換させることで、潜熱も回収して熱効率を向上させることが可能な給湯装置も知られている。

【0003】

ここで、潜熱熱交換器では、燃焼排気中の水蒸気が結露することによってドレン水が発生する。このため、潜熱熱交換器を搭載した給湯装置を設置する際には、給湯装置から流出したドレン水を適切な排水位置まで導くためのドレン排水管を給湯装置の設置位置に予め敷設しておく必要が生じる。

【0004】

そこで、ユーザがドレン排水管を敷設する負担を軽減可能とするために、潜熱熱交換器で発生したドレン水をドレン容器に貯留して、超音波素子を用いてドレン水を霧化した状態で給湯装置外に排出する給湯装置も提案されている（特許文献１）。この提案の給湯装置では、ドレン排水管を敷設しておく必要がないので、ユーザの負担を大きく軽減することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７－０４６８１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上述した提案の給湯装置では、潜熱熱交換器で発生する全てのドレン水を霧化させようとすると、多数の超音波素子を搭載する必要が生じ、このため給湯装置が大型化したり、給湯装置の製造コストが高くなったりする虞があるという問題があった。

【0007】

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するために成されたものであり、超音波素子の霧化効率を向上させることによって、少数の超音波素子でドレン水を処理することが可能な給湯装置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】

【0008】

上述した課題を解決するために、本発明の給湯装置は次の構成を採用した。すなわち、
燃料ガスを燃焼させることによって燃焼排気を発生させるバーナと、前記燃焼排気中の顕熱を利用して水を加熱することによって温水を生成する顕熱熱交換器と、前記顕熱熱交換器で加熱される前の水を前記燃焼排気中の潜熱を利用して予熱する潜熱熱交換器と、前記燃焼排気中の水蒸気が前記潜熱熱交換器で結露することによって生じたドレン水を受けるドレン溜め部とを搭載し、前記顕熱熱交換器で生成された前記温水を給湯する給湯装置において、
前記ドレン溜め部の底面に配置されて、前記ドレン溜め部で前記ドレン水を受けると前記ドレン水の中に水没した状態となり、前記ドレン水を霧化することによってドレンミストを発生させる複数の超音波素子と、
前記超音波素子が発生させた前記ドレンミストを前記給湯装置の外部に排出するドレンミスト排出通路と
を備え、
複数の前記超音波素子は、
超音波を放射する振動面を上方に向けた状態で配置されていると共に、
互いに隣接する少なくとも二つの前記超音波素子については、一の前記超音波素子の前記振動面から放射される超音波のビームと、他の前記超音波素子の前記振動面から放射される超音波のビームとが交差するように、互いの前記振動面が斜めに向かい合わせとなる状態で搭載されている
ことを特徴とする。

【0009】

このような本発明の給湯装置においては、潜熱熱交換器で生じたドレン水を受けるドレン溜め部の底面に複数の超音波素子が配置されている。このため、ドレン水を超音波素子で霧化することによってドレンミストに変換して、ドレンミスト排出通路から給湯装置の外部に排出することで、ドレン水を処理することができる。ここで、複数の超音波素子は、超音波を放射する振動面を上方に向けた状態で配置されている。更に、互いに隣接する少なくとも二つの超音波素子については、一の超音波素子の振動面から放射される超音波のビームと、他の超音波素子の振動面から放射される超音波のビームとが交差するように、互いの振動面が斜めに向かい合わせとなる状態で搭載されている。

【0010】

超音波素子をドレン水に水没させた状態で超音波のビームを上方に向けて放射すると、超音波の放射圧でドレン水が押し上げられることによって、ドレン水の水面から水柱が立ちあがる。ここで、二つの超音波のビームを交差させると、それぞれの超音波のビームが形成する水柱が合体して、水柱の内部の流れに乱れが発生する。更に、水柱の内部では二つの超音波のビームによって強め合う干渉が発生する。その結果、ドレン水の霧化が促進されるので、ドレン溜め部に少数の超音波素子を搭載するだけで、ドレン水を処理することが可能となる。

【0011】

また、上述した本発明の給湯装置では、二つの超音波素子から放射された超音波のビームが、次のような位置で交差するようにしても良い。すなわち、超音波のビームが交差して互いに隣接する二つの超音波素子について、互いの振動面の中心を結んだ直線を通る鉛直平面を考えた時に、二つの超音波のビームが鉛直平面からオフセットした位置で交差するようにしても良い。

【0012】

こうすれば、二つの超音波のビームによって形成される水柱は斜め上方に向かって形成される。このため、水柱の頂部に達して勢いを失ったドレン水は、水柱から離れた位置を落下することになる。勢いを失って落下するドレン水は、超音波のビームがドレン水を霧化する作用を阻害すると考えられるが、ドレン水が水柱から離れた位置を落下するので、霧化が阻害されることを抑制することができる。その結果、ドレン水の霧化効率を向上させることが可能となる。

【0013】

また、上述した本発明の給湯装置では、潜熱熱交換器を通過した燃焼排気が排気通路を通って外部に排出されるようにしておき、ドレンミストを排出するためのドレンミスト排出通路を排気通路に接続しておいても良い。

【0014】

こうすれば、ドレンミスト排出通路から排気通路に流入したドレンミストは、排気通路内で燃焼排気と混合した後、給湯装置の外部に排出される。ドレンミストが混合した後の燃焼排気の成分は、バーナでの燃焼によって生成された燃焼排気中に含まれる成分と同様であるから、ドレンミストを燃焼排気と混合してから排出することで、安全に排出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施例の給湯装置１の大まかな構造を示した説明図である。

【図2】本実施例の給湯装置１に搭載されているドレン容器５０についての説明図である。

【図3】本実施例の他の態様のドレン容器５０についての説明図である。

【図4】比較例としての従来のドレン容器９０についての説明図である。

【図5】従来のドレン容器９０を基準として本実施例のドレン容器５０でのドレン水の霧化能力を比較した実験結果を示す説明図である。

【図6】従来のドレン容器９０でドレン水が霧化される様子を示した説明図である。

【図7】本実施例のドレン容器５０ではドレン水を効率よく霧化できる理由を示した説明図である。

【図8】本実施例のドレン容器５０ではドレン水を効率よく霧化できる他の理由を示した説明図である。

【図9】変形例のドレン容器５０についての説明図である。

【図10】変形例のドレン容器５０で同時に駆動する超音波素子５１の組み合わせを変更することでドレン水の霧化能力が増減する様子を示した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、本実施例の給湯装置１の大まかな構造を示す説明図である。図示されるように給湯装置１は、直方体の本体ケース２の内部に、直方体の燃焼筐３が収納された構造となっている。燃焼筐３の内部に形成された空間の下部には、燃料ガスを燃焼させる複数のバーナ単体１０ａから構成されたバーナ１０が収納されており、バーナ１０の上方の空間には顕熱熱交換器２０が収納され、顕熱熱交換器２０の上方の空間には潜熱熱交換器２１が収納されている。更に、燃焼筐３の天井には、排気口３ａが開口しており、排気口３ａからは、本体ケース２の外部まで延びる排気通路４が形成されている。また、燃焼筐３の底部には、燃焼筐３の内部に燃焼用の空気を送風する燃焼ファン５が搭載されている。

【0017】

バーナ１０で燃焼させる燃料ガスは、ガス通路３０から供給されている。ガス通路３０には、ガス通路３０を開閉する元ガス電磁弁３１が搭載されており、元ガス電磁弁３１の下流の位置には、ガス通路３０を流れるガス流量を調節するガス流量調節弁３２が搭載されている。また、ガス流量調節弁３２の下流では、ガス通路３０が二つの分岐通路３３に分岐しており、一方の分岐通路３３ａはガスマニホールド１１ａに接続され、他方の分岐通路３３ｂはガスマニホールド１１ｂに接続されている。そして、分岐通路３３ａの途中には、分岐通路３３ａを開閉する開閉弁１２ａが搭載されており、分岐通路３３ｂの途中には、分岐通路３３ｂを開閉する開閉弁１２ｂが搭載されている。更に、ガスマニホールド１１ａ，１１ｂには複数の噴射ノズル１２が突設されており、それぞれの噴射ノズル１２に対してバーナ単体１０ａが搭載されている。図１に示した例では、ガスマニホールド１１ａには二つの噴射ノズル１２が突設されており、ガスマニホールド１１ｂには四つの噴射ノズル１２が突設されている。このことに対応して、ガスマニホールド１１ａに対しては二つのバーナ単体１０ａが搭載されており、ガスマニホールド１１ｂに対しては四つのバーナ単体１０ａが搭載されている。

【0018】

バーナ１０で燃料ガスを燃焼させるためには、燃焼ファン５を回転させて燃焼筐３内に燃焼用の空気を送風した状態で、元ガス電磁弁３１や、ガス流量調節弁３２、開閉弁１２ａ，１２ｂを開弁させる。すると、燃料ガスがガス通路３０および分岐通路３３ａ，３３ｂを介してガスマニホールド１１ａ，１１ｂに供給された後、ガスマニホールド１１ａ，１１ｂに形成された噴射ノズル１２から燃料ガスが噴射される。噴射された燃料ガスは、周囲の空気を巻き込みながらバーナ単体１０ａの内部に流入して混合した後、混合ガスとなってバーナ単体１０ａから流出する。この状態で、図示しない点火プラグから火花を飛ばすことによって混合ガスに点火すると、バーナ１０での燃焼が開始される。

【0019】

バーナ１０で単位時間あたりに燃焼させる燃料ガスのガス流量は、ガス流量調節弁３２の開度を変更することによって調節することができる。もっとも、バーナ１０での燃焼量を絞る場合、バーナ単体１０ａで燃焼させるガス流量をあまりに小さくすると、バーナ単体１０ａで燃料ガスを安定して燃焼させることが困難となるので、開閉弁１２ａあるいは開閉弁１２ｂの一方を閉弁させることにより、燃料ガスを燃焼させるバーナ単体１０ａの数を減少させる。図１に示した例では、開閉弁１２ｂを閉弁させて、開閉弁１２ａを開弁させた場合には、二つのバーナ単体１０ａで燃焼ガスが燃焼するが、開閉弁１２ｂを開弁させて、開閉弁１２ａを閉弁させた場合には、燃焼ガスが燃焼するバーナ単体１０ａの数は四つに増加する。そして、開閉弁１２ａおよび開閉弁１２ｂの何れも開弁させると、燃焼ガスが燃焼するバーナ単体１０ａの数は六つに増加する。こうして、燃料ガスを燃焼させるバーナ単体１０ａの数を切り換えながら、ガス流量調節弁３２の開度を変更することで、バーナ１０で燃焼する燃料ガスのガス流量を広い流量範囲で調節して、その結果、バーナ１０の火力を広い火力範囲で調節することができる。

【0020】

また、バーナ１０で燃料ガスを燃焼させると、高温の燃焼排気が燃焼筐３の内部を上昇して顕熱熱交換器２０を通過する。この時、顕熱熱交換器２０の内部を流れる上水が高温の燃焼排気と熱交換することによって、温水が生成されることになる。顕熱熱交換器２０には、次のような経路で上水が供給される。

【0021】

外部から上水が供給される給水通路４０は、給湯装置１の内部で潜熱熱交換器２１に接続されている。この給水通路４０の途中には、給水通路４０を流れる上水の流量を検知する水量センサ４１や、流量制御弁４２が搭載されており、流量制御弁４２の開度を変更することによって、潜熱熱交換器２１に供給される上水の流量を制御することができる。潜熱熱交換器２１は、ステンレス製の中空パイプを蛇行させた形状となっており、潜熱熱交換器２１の下流側は、中空の連絡管２２を介して顕熱熱交換器２０に接続されている。このため、潜熱熱交換器２１に供給された上水は、潜熱熱交換器２１の内部を通過した後、連絡管２２を介して顕熱熱交換器２０に流入する。

【0022】

また、顕熱熱交換器２０は、複数枚の銅板が所定の間隔で積層された熱交換フィン２０ａを、蛇行する銅製の中空パイプが貫通した形状となっている。バーナ１０で燃料ガスが燃焼したことによって生じた高温の燃焼排気は、熱交換フィン２０ａの間を通過し、この時に、顕熱熱交換器２０の内部を流れる上水と熱交換ことによって上水を加熱する。また、顕熱熱交換器２０の下流側には出湯通路４３が接続されている。このため、顕熱熱交換器２０で加熱された上水は、顕熱熱交換器２０の内部を通過した後、出湯通路４３から流出する。

【0023】

顕熱熱交換器２０で熱交換した燃焼排気は温度が低下するが、依然として露点（約６０℃）以上の温度であるため、燃焼排気内の水分は気体（すなわち、水蒸気）のままとなっている。そこで、この燃焼排気を潜熱熱交換器２１に導くことによって、潜熱熱交換器２１内を流れる上水と熱交換させる。上述したように、潜熱熱交換器２１内を流れる上水は給水通路４０から供給された常温の上水であるから、潜熱熱交換器２１を通過する燃焼排気と熱交換すると、燃焼排気中の水蒸気は露点以下の温度に冷却されて潜熱を放出することによって液体の水になり、常温の上水は潜熱を受け取ることによって温められる。こうして温められた上水が顕熱熱交換器２０で高温の燃焼排気と熱交換することによって高温の温水が生成されて、出湯通路４３から流出することになる。出湯通路４３には温度センサ２３が搭載されており、顕熱熱交換器２０から流出した温水の温度を検出することが可能となっている。

【0024】

潜熱熱交換器２１で熱交換した燃焼排気は、排気口３ａから排気通路４を通って給湯装置１の外部に排出される。また、燃焼排気に含まれていた水蒸気は、潜熱熱交換器２１を通過する際に潜熱を放出して潜熱熱交換器２１の表面に結露する。このため、潜熱熱交換器２１からはドレン水と呼ばれる水が滴下する。そこで、潜熱熱交換器２１の下方には、滴下するドレン水を受けるためのドレン受皿２４が搭載されており、ドレン受皿２４で受けられたドレン水は、ドレン通路２５を介してドレン容器５０に流入するようになっている。尚、本実施例のドレン容器５０は、本発明における「ドレン溜め部」に対応する。

【0025】

本実施例の給湯装置１では、ドレン容器５０の底面には複数（図１に示した例では二つ）の超音波素子５１が搭載されており、ドレン容器５０内にドレン水が流入すると超音波素子５１がドレン水の中に水没するようになっている。そして、超音波素子５１は、超音波を放射する振動面が上方を向くように搭載されている。このため、ドレン容器５０内にドレン水が流入すると、超音波素子５１を駆動してドレン水を霧化させることによってドレンミストを発生させ、ドレンミスト排出通路２６から排気通路４にドレンミストを排出することが可能となっている。

【0026】

また、給湯装置１には、マイクロコンピュータやメモリを内蔵した制御部６０も搭載されている。制御部６０は、燃焼ファン５や、開閉弁１２ａ，１２ｂや、元ガス電磁弁３１や、ガス流量調節弁３２や、水量センサ４１や、流量制御弁４２や、温度センサ２３や、図示しない点火プラグなどに接続されており、給湯装置１の動作を制御している。更には、制御部６０はドレン容器５０内の超音波素子５１にも接続されており、超音波素子５１を駆動する制御も行っている。

【0027】

図２は、本実施例の給湯装置１に搭載されたドレン容器５０の構造を示す説明図である。図示されるようにドレン容器５０は中空の直方体形状に形成されており、ドレン容器５０の上面にはドレン通路２５と、ドレン通路２５よりも大径のドレンミスト排出通路２６とが接続されている。ドレン容器５０の底面５０ａには複数（本実施例では二つ）の超音波素子５１が、振動面５２を上向きにした状態で搭載されている。また、本実施例のドレン容器５０は、底面５０ａが長方形に形成されているが、二つの超音波素子５１は長方形の一方の短辺５０ｂに近づけた位置で、且つ、短辺５０ｂに対して平行に配置されている。尚、二つの超音波素子５１が短辺５０ｂに近づけた位置に配置されている理由については後述する。また、図２（ａ）では、ドレン容器５０の底面５０ａに超音波素子５１が搭載されている様子が分かり易いように、ドレン容器５０の側壁の一部が破かれた状態で表示されている。図２（ａ）に示されるように、二つの超音波素子５１は、振動面５２が上を向いた状態で搭載されているが、それぞれの振動面５２は真上を向いているわけではなく、以下のように若干傾いた状態で搭載されている。

【0028】

図２（ｂ）には、底面５０ａの短辺５０ｂ側の方向（図２（ａ）中の矢印Ａの方向）から見た状態で、ドレン容器５０内に超音波素子５１が搭載されている様子が示されている。尚、図２（ｂ）でも、ドレン容器５０内に超音波素子５１が搭載された状態が分かり易いように、ドレン容器５０の側壁の一部が破かれた状態で表示されている。図示されるように、二つの超音波素子５１は、互いの振動面５２が斜めに向かい合わせとなる状態で搭載されている。ここで「互いの振動面５２が斜めに向かい合わせとなる状態」とは、次のような状態である。

【0029】

先ず、超音波素子５１を駆動すると、超音波素子５１の振動面５２が同じ位相で振動するので、超音波は振動面５２の中央の位置から、振動面５２の法線方向に向かってビーム状に放射される。このため、二つの超音波素子５１を振動面５２が真上を向くように搭載した場合には、それぞれの超音波素子５１から放射される超音波のビームは互いに平行となる。次に、二つの超音波素子５１を、互いの振動面５２が向き合う方向に傾斜させると、それぞれの超音波素子５１から放射される超音波のビームが交差するようになる。超音波のビームが交差する位置は、二つの超音波素子５１を傾斜させる角度が大きくなるほど近くなり、超音波素子５１の傾斜角度が９０度に達すると（すなわち、二つの振動面５２が完全に向かい合わせになると）二つのビームが重なった状態となる。「振動面５２が斜めに向かい合わせとなった状態」とは、二つの超音波素子５１の振動面５２が完全に向かい合わせになる前の状態、すなわち、二つの超音波素子５１から放射される超音波のビームが交差する状態である。

【0030】

図２（ｂ）では、超音波素子５１の振動面５２から放射される超音波ビームの中心軸５３が一点鎖線で表示されており、二つの中心軸５３の交差位置Ｐが白い丸印で表示されている。尚、図２（ｂ）では、二つの超音波のビームの中心軸５３が交差するものとして表示されているが、中心軸５３は幅を持たない「線」であるのに対して、超音波のビームは振動面５２と同程度の直径を有している。従って、太さを有する超音波のビームが交差すれば良く、必ずしもビームの中心軸５３は交差していなくても構わない。

【0031】

また、図２（ｃ）には、ドレン容器５０の底面５０ａの長辺側の方向（図２（ａ）中の矢印Ｂの方向）から見た状態で、ドレン容器５０内に超音波素子５１が搭載されている様子が示されている。尚、図２（ｃ）でも、ドレン容器５０内に超音波素子５１が搭載された状態が分かり易いように、ドレン容器５０の側壁の一部が破かれた状態で表示されている。図２（ａ）を用いて前述したように、二つの超音波素子５１は、長方形の底面５０ａの一方の短辺５０ｂに近づけた位置に搭載されているが、図２（ａ）中の矢印Ｂの方向から見ると二つの超音波素子５１は、振動面５２が同じ方向（底面５０ａの遠い方の短辺５０ｃの方向）に傾いた状態で搭載されている。より詳しくは、二つの振動面５２の中央位置を通過する鉛直平面５４（図２（ａ）を参照）を想定すると、二つの超音波素子５１の超音波ビームの中心軸５３の交差位置Ｐが、鉛直平面５４に対して、底面５０ａの短辺５０ｃの方向にオフセットした位置となるように、二つの超音波素子５１の振動面５２が傾いた状態となっている。

【0032】

本実施例の給湯装置１では、ドレン容器５０の底面５０ａに、上述した状態で超音波素子５１が搭載されているので、ドレン容器５０内に流入するドレン水を効率よく霧化してドレンミストを発生させることができる。また、上述したように、本実施例のドレン容器５０では、二つの超音波素子５１の振動面５２が、互いに斜めに向かい合わせの状態で搭載されており（図２（ｂ）参照）、更に、二つの振動面５２が同じ方向（底面５０ａの短辺５０ｃの方向）に傾いた状態で搭載されている（図２（ｃ））。

【0033】

尚、本実施例のドレン容器５０には、図３に示す状態で超音波素子５１を搭載することもできる。すなわち、図３に示した本実施例のドレン容器５０では、ドレン容器５０の底面５０ａに、二つの超音波素子５１の振動面５２が斜めに向かい合わせとなる状態で搭載されている。しかし、図２（ｃ）に示した場合とは異なって、二つの振動面５２が同じ方向には傾いておらず、従って、二つの超音波素子５１の超音波のビームは、鉛直平面５４上で交差している。尚、図３では、二つの超音波素子５１が放射する超音波のビームの中心軸５３が鉛直平面５４の上で交差するものとして表示しているが、太さを有する超音波のビームが鉛直平面５４の上で交差していればよく、必ずしもビームの中心軸５３が鉛直平面５４上で交差する必要はない。このような本実施例のドレン容器５０でも、流入するドレン水を効率よく霧化させることができる。以下、この点について説明する。

【0034】

図４には、比較のために、二つの超音波素子５１が振動面５２を真上に向けた状態で底面９０ａに搭載された従来例のドレン容器９０が示されている。この従来例のドレン容器９０と、図２に示した本実施例のドレン容器５０と、図４に示した本実施例のドレン容器５０とで、同じように超音波素子５１を駆動した場合のドレン水の霧化量を計測したところ、次のような結果が得られた。

【0035】

図５は、従来例のドレン容器９０を基準として、図２または図３の本実施例のドレン容器５０が、単位時間あたりにドレン水を霧化する霧化量を比較した実験結果である。図示したように、図３に示した本実施例のドレン容器５０を用いた場合、図４の従来例のドレン容器９０を用いた場合に比較して、単位時間あたりのドレン水の霧化量が１．５～２倍に増加した。このことは、超音波のビームを交差させると、ドレン水を霧化する能力が増加することを示している。また、図２に示した本実施例のドレン容器５０を用いた場合、図４の従来例のドレン容器９０を用いた場合に比較して、単位時間あたりのドレン水の霧化量が２～２．５倍に増加した。このことは、超音波のビームを交差させるだけでなく、交差したビームを傾けてやることで、ドレン水を霧化する能力が更に増加することを示している。このような効果が得られるメカニズムについては調査および解析中であるが、現時点では以下のようなものと考えられる。

【0036】

先ず初めに、超音波のビームを真上に向けて放射した状態で、ドレン水を霧化している状態を観察した結果、次のようなことが判明した。図６は、超音波のビームを真上に向けて放射した場合にドレン水が霧化される様子を概念的に示した説明図である。図６（ａ）に示したように、超音波素子５１をドレン水に水没させた状態で超音波のビーム５５を真上に放射すると、ドレン水の水面から水柱が立ちあがり、水柱の周囲にドレン水が霧化したドレンミストが発生する。

【0037】

ここで、水柱は、超音波のビーム５５の放射圧によってドレン水が水面から押し上げられたものと考えられる。従って、水柱の中心部分には超音波のビーム５５が貫通していると共に、ビーム５５で押し上げられるドレン水の流れ（以下、上昇流）が生じていると考えられるが、超音波は水中を進行するに従って強度が減衰する。このため、超音波のビーム５５がドレン水を押し上げる力は、水柱の上に行くほど弱くなり、水柱の頂部では、超音波のビーム５５がドレン水の重さを支えられなくなったものと考えられる。従って、水柱の内部は次のような構造になっていると考えられる。すなわち、図６（ｂ）に実線の矢印で示したように、水柱の中心部分にはドレン水の上昇流が形成されており、この上昇流は上方に行くほど減速して、水柱の頂部では上昇流の速度が０になる。そして、水柱の頂部からは、速度が０になったドレン水が、自重によって水柱の外周部分を流下する。ドレン水が自重で落下する流れを、以下では下降流と称する。図６（ｂ）では、ドレン水の下降流が破線の矢印で表示されている。このように、超音波のビーム５５によって立ち上がった水柱は、中心部分ではドレン水が上昇し、外周部分ではドレン水が落下する二重構造になっていると考えられる。

【0038】

図７は、超音波のビーム５５を鉛直平面５４（図３参照）上で交差する状態で放射した場合にドレン水が霧化される様子を概念的に示した説明図である。図７（ａ）に示したように、二つの超音波のビーム５５を交差させると、それぞれの超音波のビーム５５の水柱が合体して一つの水柱が形成され、合体した水柱の周囲にドレン水が霧化したドレンミストが発生する。

【0039】

ここで、図７（ａ）に示したように、合体した水柱の内部で二つの超音波のビーム５５が交差した部分では、二つの超音波による強め合う干渉が生じて、超音波が強くなっているものと考えられる。また、水柱の内部の構造は、基本的には図６と同様な二重構造になっていると考えられる。すなわち、図７（ｂ）に示したように、水柱の中心部分には、ドレン水の上昇流が生じている。この上昇流は、二つの超音波のビーム５５による上昇流が合体したものであるが、合体後の上昇流は真上に向かって流れるため、ドレン水の水面から立ち上がる水柱も真上に向かって立ち上がることになる。そして、水柱の外周部分には、自重で落下するドレン水の下降流が生じていると考えられる。図７（ｂ）でも、ドレン水の上昇流は実線の矢印で表示され、ドレン水の下降流は破線の矢印で表示されている。

【0040】

尚、二つの超音波のビーム５５を交差させた場合、水柱内に生じる上昇流は、それぞれのビーム５５による上昇流が合体したものであるため、合体後の上昇流の速度は大きくなる。これに伴って、ドレン水の水面から立ち上がる水柱の高さも、単独の超音波のビーム５５を真上に放射した場合の水柱の高さよりは高くなる。

【0041】

図７（ｂ）と図６（ｂ）とを比較すれば明らかなように、二つの超音波のビーム５５を交差させたからと言って、水柱の内部の流れが大きく変化するわけではない。しかし、超音波のビーム５５を交差させることによって、それぞれのビーム５５が形成する二つの水柱が一つの水柱に合体する点と、合体した水柱の内部では二つの超音波による強め合う干渉が生じている点の二つの点では、明らかに違っている。図５に示した実験結果では、超音波のビーム５５を交差させることによって、ドレン水の霧化量が１．５～２倍に増加しているが、この理由は、これら二つの違いによるものと考えられる。すなわち、二つの水柱が合体することによって合体した水柱の内部に流れの乱れが発生し、この乱れが霧化を促進していることが考えられる。また、水柱の内部では二つの超音波による強め合う干渉が発生して超音波が強くなっているため、霧化が促進されていることが考えられる。現時点では、これらの現象が同時に発生することで、霧化が大きく促進されているものと考えられる。

【0042】

図８は、超音波のビーム５５を鉛直平面５４からオフセットさせた位置で交差させた場合（図２（ｃ）参照）にドレン水が霧化される様子を概念的に示した説明図である。図８は、図２（ａ）中の矢印Ｂの方向から見た場合に相当する。二つの超音波のビーム５５を鉛直平面５４からオフセットさせた位置で交差させた場合も、鉛直平面５４上で交差させた場合（図７参照）と同様に、それぞれの超音波のビーム５５の水柱が合体して一つの水柱が形成され、合体した水柱の周囲にドレン水が霧化したドレンミストが発生する。

【0043】

但し、二つの超音波のビーム５５は鉛直平面５４に対して傾いているので、合体した水柱も斜め上方に向かって立ち上がる。このため、水柱の内部の構造は、図７（ｂ）で前述した構造とは明らかに異なったものとなる。すなわち、図８（ｂ）に示すように、水柱の中心部分には、二つの超音波のビーム５５による上昇流が合体することによって上昇流が形成されるが、この上昇流は斜め上方に向かう流れとなる。尚、図８（ｂ）でも上昇流は実線の矢印で表示されている。上昇流は水柱の上に行くほど減速して、水柱の頂部では上昇流の速度が０になる。そして、その後は、自重によってドレン水が落下していく。しかし、水柱は斜め上方に向かって形成されているので、ドレン水は水柱から離れた位置を落下することになる。尚、図８（ｂ）でもドレン水の下降流は破線の矢印で表示されている。

【0044】

ここで、下降流のドレン水は、超音波のビーム５５で押し上げられた後、水柱の頂部で失速したドレン水であるから、霧化するだけのエネルギは有していないと考えられる。ドレン水の霧化は、ドレン水と空気とが接する部分で生じると考えられるから、このようなエネルギレベルの低下したドレン水が水柱の外周部分に存在する状態は、ドレン水を霧化する観点からは好ましい状態ではない。すなわち、図７（ｂ）に示した状態は、このような観点で改善の余地があると考えられる。

【0045】

これに対して、水柱を斜め上方に向けて形成した場合は、図８（ｂ）に示したように、ドレン水の下降流は水柱から離れた位置に形成されるので、水柱の上昇流が周囲の空気と接触した状態となる。水柱の上昇流を形成するドレン水は、超音波のビーム５５で押し上げられているドレン水であるから、エネルギレベルが高くなっていると考えられ、このようにエネルギレベルが高くなったドレン水と空気とを接触させることで、ドレン水の霧化が促進されると考えられる。図５に示した実験結果では、超音波のビーム５５を鉛直平面５４からオフセットした位置で交差させると、鉛直平面５４上で交差させた場合よりも、ドレン水の霧化量が更に増加しているが、この理由は、上述したように水柱が斜め上方に向けて形成されるため、ドレン水が水中から離れた位置を落下するためと考えられる。

【0046】

また、図８に示すように、超音波のビーム５５を鉛直平面５４からオフセットさせた位置で交差させた場合は、ドレン水の水面から水柱が斜めに立ち上がった後、水柱の頂部で速度を失ったドレン水は、水柱から遠ざかる方向に斜めに落下する。このとき、落下するドレン水がドレン容器５０の内側壁に衝突すると音が発生したり、跳ね返ったドレン水が水中にかかって霧化を阻害したり、更には、ドレン水がドレン容器５０の内側壁を腐食させたりする虞がある。そこで、落下するドレン水がドレン容器５０の内側壁に衝突することを抑制するために、ドレン容器５０の底面５０ａの一方の短辺５０ｂに近づけた位置に二つの超音波素子５１を搭載し、水柱が斜めに立ち上がる方向も、遠くの短辺５０ｃの方向に傾くようにしている。

【0047】

以上に詳しく説明したように、本実施例の給湯装置１では、ドレン容器５０の底面５０ａに、超音波のビーム５５が交差する状態で複数の超音波素子５１が搭載されている。ビーム５５が交差する位置は、二つの超音波素子５１の振動面５２の中心を通る鉛直平面５４の上としても良いし、鉛直平面５４からオフセットした位置としても良い。二つのビーム５５を交差させれば、上述したメカニズムによって、ドレン容器５０内のドレン水を効率よく霧化することができる。そして、ドレン水が霧化したドレンミストはドレンミスト排出通路２６から排気通路４に排出することで、排気通路４内の燃焼排気と一緒に屋外に放出することができる。このため、ドレン容器５０内に多数の超音波素子５１を搭載しなくても、給湯装置１の潜熱熱交換器２１で発生したドレン水を処理することが可能となる。

【0048】

上述した実施例では、ドレン容器５０内に二つの超音波素子５１が搭載されているものとして説明したが、三つ以上の超音波素子５１を搭載することもできる。特に三つの超音波素子５１を搭載する場合は、次のようにしても良い。

【0049】

図９は、三つの超音波素子５１を搭載した変形例のドレン容器５０についての説明図である。図９（ａ）には、変形例のドレン容器５０の斜視図が示されている。図示されるように、変形例のドレン容器５０では、長方形の底面５０ａの一方の短辺５０ｂに近づけた位置に、三つの超音波素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃが搭載されている。また、それぞれの超音波素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃの振動面５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、何れも上向きの状態で搭載されている。尚、図９（ａ）でも、三つの超音波素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃが搭載されている状態が分かり易いように、ドレン容器５０の側壁の一部が破かれた状態で表示されている。

【0050】

ここで、超音波素子５１ａと超音波素子５１ｂとは、それぞれの振動面５２ａ，５２ｂから放射される超音波のビームが交差し、ビームの交差位置は、それぞれの振動面５２ａ，５２ｂの中央位置を通過する鉛直平面からオフセットした位置となっている。また、超音波素子５１ｂと超音波素子５１ｃとについても同様に、それぞれの振動面５２ｂ，５２ｃから放射される超音波のビームが交差し、ビームの交差位置は、それぞれの振動面５２ｂ，５２ｃの中央位置を通過する鉛直平面からオフセットした位置となっている。

【0051】

図９（ｂ）には、変形例のドレン容器５０を上方から見下ろすことによって、二つの超音波素子５１ａ，５１ｂから放射される超音波のビームが交差する位置が示されている。図９（ｂ）では、超音波素子５１ａの超音波のビームの中心軸５３ａと、超音波素子５１ｂの超音波のビームの中心軸５３ｂとが、交差位置Ｐａで交差している。この交差位置Ｐａは、次のような位置となっている。すなわち、超音波素子５１ａの振動面５２ａの中央位置と、超音波素子５１ｃの振動面５２ｃの中央位置とを通過する鉛直平面５４ｃを想定すると、交差位置Ｐａは、超音波素子５１ｂから見て鉛直平面５４ｃよりも外側にオフセットした位置となっている。尚、図９（ｂ）では、超音波素子５１ａの超音波のビームの中心軸５３ａと、超音波素子５１ｂの超音波のビームの中心軸５３ｂとが交差しているものとして表示されているが、超音波のビームは太さを有しているため、超音波のビーム同士が交差していればよい。従って、必ずしも、ビームの中心軸５３ａとビームの中心軸５３ｂとが交差している必要はない。

【0052】

また、図９（ｃ）には、変形例のドレン容器５０を上方から見下ろすことによって、二つの超音波素子５１ｂ，５１ｃから放射される超音波のビームが交差する位置が示されている。図９（ｃ）では、超音波素子５１ｂの超音波のビームの中心軸５３ｂと、超音波素子５１ｃの超音波のビームの中心軸５３ｃとが、交差位置Ｐｂで交差している。この交差位置Ｐｂは、超音波素子５１ｂから見て、前述した鉛直平面５４ｃ（超音波素子５１ａの振動面５２ａの中央位置と、超音波素子５１ｃの振動面５２ｃの中央位置とを通過する鉛直平面５４ｃ）よりも外側にオフセットした位置となっている。尚、図９（ｃ）でも、超音波素子５１ｂの超音波のビームの中心軸５３ｂと、超音波素子５１ｃの超音波のビームの中心軸５３ｃとが交差しているものとして表示されているが、実際には超音波のビーム同士が交差していればよい。従って、必ずしも、ビームの中心軸５３ｂとビームの中心軸５３ｃとが交差している必要はない。

【0053】

尚、図９に示した変形例では、交差位置Ｐａと交差位置Ｐｂとは異なる位置となっており、超音波素子５１ｂの振動面５２ｂからの距離は、交差位置Ｐｂの方が、交差位置Ｐａよりも大きくなっている。尚、交差位置Ｐａと交差位置Ｐｂとを異なせた場合は、超音波素子５１ａの超音波のビームと、超音波素子５１ｃの超音波のビームとは交差しなくなる。しかし、これに限らず、交差位置Ｐａと交差位置Ｐｂとを一致させても良い。この場合は、三つの超音波素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃの超音波のビームが、同じ位置で交差することになる。

【0054】

このような変形例のドレン容器５０では、三つの超音波素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃを同時に駆動した時に、それぞれの超音波素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃの水柱が合体して形成される水柱が斜めに立ちあがるようになる。このため、図８を用いて前述したように、水柱の頂部で勢いを失ったドレン水が水柱から離れた位置を落下するようになるので、ドレン水を効率よく霧化することができる。もちろん、三つの超音波素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃの中から選択した何れか一つ、あるいは二つの超音波素子５１を駆動することで、ドレン水の霧化能力を変更することも可能となる。

【0055】

また、上述した変形例のドレン容器５０では、超音波素子５１ａおよび超音波素子５１ｂのビームの交差位置Ｐａと、超音波素子５１ｂおよび超音波素子５１ｃのビームの交差位置Ｐｂとを異ならせ、更に、超音波素子５１ａおよび超音波素子５１ｃのビームは交差しないようにしても良い。このような変形例のドレン容器５０では、同時に駆動する超音波素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃの組み合わせを変更することによって、ドレン水の霧化能力を切り換えることができる。

【0056】

図１０は、変形例のドレン容器５０で、同時に駆動する超音波素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃの組み合わせと、ドレン水の霧化能力との関係を示した説明図である。当然ながら、霧化能力が最大となるのは、三つの超音波素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃを同時に駆動した場合となる。また、霧化能力が最小となるのは、三つの超音波素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃを何れか一つだけを駆動した場合となる。図１０では、超音波素子５１ｂだけを駆動するものとしているが、超音波素子５１ａだけを駆動しても良く、超音波素子５１ｃだけを駆動しても良い。

【0057】

また、ここでは、超音波素子５１ａの超音波のビームと超音波素子５１ｃの超音波のビームとは交差しないとしているので、これら二つの超音波素子５１ａ，５１ｃを同時に駆動した場合は、単に二つの超音波素子を駆動することによる効果しか得られない。従って、この組み合わせが、霧化能力が最小よりも一つ上のレベル（霧化能力：小）となる。

【0058】

次に、超音波素子５１ａと超音波素子５１ｂとを同時に駆動した場合や、超音波素子５１ｂと超音波素子５１ｃとを同時に駆動した場合では、何れも超音波のビームが交差する。このため、霧化能力は、超音波素子５１ａと超音波素子５１ｃとを同時に駆動した状態よりも大きくなる。

【0059】

もっとも、超音波素子５１ｂおよび超音波素子５１ｃのビームの交差位置Ｐｂは、超音波素子５１ａおよび超音波素子５１ｂのビームの交差位置Ｐａよりも、超音波素子５１ｂからの距離が大きくなっている。そして、ビームが交差する位置が遠くなれば、二つの水柱が合体することによる効果や、二つの超音波のビームが強め合う干渉を起こすことによる効果は小さくなると考えられる。従って、超音波素子５１ｂと超音波素子５１ｃとを同時に駆動した場合に得られる霧化能力は、超音波素子５１ａと超音波素子５１ｂとを同時に駆動した場合の霧化能力よりも小さくなると考えられる。このことから、超音波素子５１ｂと超音波素子５１ｃとを同時に駆動する組み合わせが、霧化能力が「小」よりも一つ上のレベル（霧化能力：中）となり、超音波素子５１ａと超音波素子５１ｂとを同時に駆動する組み合わせが、霧化能力が「中」よりも一つ上のレベル（霧化能力：大）となる。

【0060】

このように、変形例のドレン容器５０を搭載した給湯装置１では、同時に駆動する超音波素子５１の組み合わせを変更することで、ドレン水の霧化能力を変更することができる。こうすれば、次のような利点を得ることができる。先ず、時間あたりのドレン水の発生量は、バーナ１０で燃焼させる燃料ガスのガス量にほぼ比例して増減する。超音波素子５１を駆動して霧化することが可能なドレン水の霧化量が、ドレン水の発生量よりも小さい場合、ドレン容器５０には流入したドレン水が溜まって行くため、ドレン水の水面が上昇していく。すると、超音波素子５１の振動面５２からドレン水の水面までの距離が長くなるため、超音波のビームが水面に達するまでに減衰する減衰量も大きくなる。その結果、ドレン水の水面が上昇するほど、ドレン水の霧化能力が減少して、更にドレン水の水面が上昇し、ますます霧化能力が減少することになる。

【0061】

一方、超音波素子５１で霧化することが可能なドレン水の霧化量が、ドレン水の発生量よりも大きい場合は、ドレン容器５０内のドレン水の水面が低下して行き、最終的には、超音波素子５１の振動面５２がドレン水に水没しなくなる。このような状態で超音波素子５１を駆動すると、超音波素子５１が故障する虞が生じる。

【0062】

これらの事態を避けようとすると、ドレン水の発生量に応じた適切な霧化能力が得られるように、超音波素子５１の駆動電力を規格の範囲内で増減させる必要があるが、給湯装置１ではドレン水の発生量が大きく増減する。このため、超音波素子５１の駆動電力を規格の範囲内で増減させたのでは、ドレン水の発生量の変動幅に対して霧化能力の調節幅が不足する。これに対して、変形例のドレン容器５０を搭載した給湯装置１では、同時に駆動する超音波素子５１の組み合わせを変更することで、霧化能力を広い範囲で調節することができる。このため、給湯する温水の温度や温水の流量などによって定まる給湯装置１の運転条件に応じて、同時に駆動する超音波素子５１の組み合わせを変更することで、ドレン水を安定して処理することが可能となる。

【0063】

以上、本実施例および変形例について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。例えば、上述した本実施例および変形例では、ドレン受皿２４で受けたドレン水をドレン通路２５でドレン容器５０に導いて、ドレン容器５０の底面に超音波素子５１を配置した。しかし、ドレン受皿２４の一部に深い凹部を形成して、ドレン受皿２４が受けたドレン水は凹部に溜められるようにしておき、その凹部の底面に超音波素子５１を配置しても良い。この場合は、ドレン受皿２４がドレン溜め部として機能するので、ドレン通路２５は不要となる。

【符号の説明】

【0064】

１…給湯装置、 ２…本体ケース、 ３…燃焼筐、 ３ａ…排気口、
４…排気通路、 ５…燃焼ファン、 １０…バーナ、 １０ａ…バーナ単体、
１１ａ…ガスマニホールド、 １１ｂ…ガスマニホールド、
１２…噴射ノズル、 １２ａ…開閉弁、 １２ｂ…開閉弁、
２０…顕熱熱交換器、 ２０ａ…熱交換フィン、 ２１…潜熱熱交換器、
２２…連絡管、 ２３…温度センサ、 ２４…ドレン受皿、
２５…ドレン通路、 ２６…ドレンミスト排出通路、 ３０…ガス通路、
３１…元ガス電磁弁、 ３２…ガス流量調節弁、 ３３…分岐通路、
３３ａ…分岐通路、 ３３ｂ…分岐通路、 ４０…給水通路、
４１…水量センサ、 ４２…流量制御弁、 ４３…出湯通路、
５０…ドレン容器、 ５０ａ…底面、 ５０ｂ…短辺、 ５０ｃ…短辺、
５１…超音波素子、 ５２…振動面、 ５３…中心軸、 ５４…鉛直平面、
５４ａ…鉛直平面、 ５４ｂ…鉛直平面、 ５４ｂ…鉛直平面、
５５…ビーム、 ６０…制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】