JP2007292438A

JP2007292438A - ガス給湯装置

Info

Publication number: JP2007292438A
Application number: JP2006316991A
Authority: JP
Inventors: Wen-Bin Lo; ロウ，ウェンビン; Kuo-Kuang Wu; ウー，クオカン; Jing-Lyang Jeng; ジェン，ジンリャン; E-I Lee; リー，イーアイ
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2007-11-08
Also published as: US7434545B2; JP2008164275A; CN101063546A; HK1109446A1; AU2006203117B2; US20070256647A1; CN101063544A; AU2006203117A1; US20070245981A1; CN101063544B

Abstract

【課題】従来のガス給湯器の熱効率を高め且つ凝縮する水等を効率的に収集して腐食等のトラブルの発生を抑えるガス給湯装置を提供する。
【解決手段】熱気体流を生じさせる燃焼室６６と、管路アセンブリ６４と、燃焼室６６の上方に配置される熱交換器５０とを備える。熱交換器５０には互いに平行に配置された複数の熱導体２０が設けられ、これらの熱導体２０は、更に基台２１と、これを貫通する管路アセンブリ５４、６４を収容する複数の貫通孔２２と、基台２１に生成された凝縮水を収集するための突縁２３を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は給湯装置に関し、特にガスの燃焼による熱気体流を利用する熱交換器により冷水、（低温水）を加熱して高温水（湯）を供給するように構成されたガス給湯装置に関する。

例えば、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas:液化天然ガス）、ＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas: 液化石油ガス）又はＳＧ（合成ガス）等の天然ガスを燃料として冷水（比較的低温の水）をある温度に加熱した湯（比較的高温の水）にする給湯装置（以下、給湯器という場合もある）は、既に広く使われている。

図７は、従来の給湯器１０の原理を示す説明図である。図７において、給湯器１０は、燃焼室１２、管路アセンブリ１４および熱交換器１５を備えている。燃焼室１２に供給されるガスの燃焼後に生じた高温気体（熱気体流）は、二酸化炭素（ＣＯ_２）および蒸気を含んでいる。管路アセンブリ１４の入口１４Ａから入った冷水は、熱交換器１５を通過する際にこの熱気体流により加熱される。加熱の過程において、熱交換器１５は、冷水と熱気体流間の熱交換を行うことで、管路アセンブリ１４の出口１４Ｂから温水（湯）を供給又は出力する。

従来の給湯器１０の熱効率は、通常７０％乃至８３％の間にある。この原因は、加熱の過程に生じた熱エネルギーの相当大きな部分が通常、廃ガスの形態にして発散されることにある。この廃ガスの温度は、略２００℃である。他にも、蒸気が水滴を凝縮して凝縮水になるが、凝縮水は燃焼に不利であり、更に管路アセンブリ１４と熱交換器１５とを腐食させる原因にもなる。

資源の有効活用および地球温暖化等の環境への悪影響を抑えるためには、熱効率を改善する必要がある。また、管路アセンブリや熱交換器の腐食を防止して、給湯器の耐久性の改善および事故防止することが必要である。しかし、従来の給湯装置は、これらの課題を十分に解決し得なかった。

本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、斯かる課題を解決又は軽減し得る効率的且つ安全なガス給湯装置を提供することを主たる目的とする。

上述した課題を解決し且つ成就致死多目的を達成するために、本発明のガス給湯装置は、次の如き特徴的な構成を採用している。

（１）熱気体流を生じさせる燃焼室と、内部に水を通過させる管路アセンブリと、前記燃焼室の上方に設置され、互いに略平行に設けられた複数の熱導体を含む熱交換器とを備え、
該複数の熱導体は、各々基台と、該基台を貫通して前記管路アセンブリを収容する複数の貫通孔と、前記基台に生成された凝縮水を収集する突縁とを備え、
前記管路アセンブリ内部の水を前記熱交換器で加熱して前記管路アセンブリの出口から高温水を排出するガス給湯装置。
（２）前記基台の法線方向は、前記熱気流体の方向と略垂直である上記（１）のガス給湯装置。
（３）前記突縁は、前記基台の表面から一定寸法で突出する上記（１）又は（２）のガス給湯装置。
（４）前記突縁は、前記熱気流体に対して逆Ｖ字形に形成されている上記（１）、（２）又は（３）のガス給湯装置。
（５）前記基台の表面には、更に複数のすり傷が形成されている上記（１）乃至（４）の何れかのガス給湯装置。
（６）前記基台の表面に形成された複数のすり傷の方向は、前記熱気体流の方向と略垂直である上記（５）のガス給湯装置。
（７）前記熱交換器はハウジングを備え、該ハウジングには、前記複数の熱導体の各突縁に対応する突縁が更に設けられている上記（１）乃至（６）の何れかのガス給湯装置。
（８）前記熱交換器はハウジング内に設置され、該ハウジングには、前記複数の熱導体の各突縁に対応する排水管が設けられている上記（１）のガス給湯装置。
（９）前記熱交換器は第１の熱交換器であって、該第１の熱交換器および前記燃焼室の間に他の熱交換器が設置される上記（１）乃至（８）の何れかのガス給湯装置。
（１０）熱気体流を生じさせる燃焼室と、内部に水を通過させる管路アセンブリと、前記燃焼室の上方に配置され、互いに略平行に配置された複数の熱導体を含む第１の熱交換器とを備え、
前記複数の熱導体の各熱導体は、基台と、該基台を貫通して前記管路アセンブリを収容する複数の貫通孔と、前記基台に生成された凝縮水を収集する突縁とを有し、
前記第１の熱交換器および前記燃焼室の間に設置される第２の熱交換器を備えるガス給湯装置。
（１１）前記第２の熱交換器は、互いに平行に配置された熱導体を備え、
前記第２の熱交換器の各熱導体は、基台と、該基台を貫通して前記管路アセンブリを収容する複数の貫通孔と、前記基台に生成された凝縮水を収集する突縁とを有する上記（１０）のガス給湯装置。
（１２）前記基台の法線方向は、前記熱気流体の方向と略垂直である上記（１０）又は（１１）のガス給湯装置。
（１３）前記突縁は、前記基台の表面から所定寸法で突出する上記（１０）、（１１）又は（１２）のガス給湯装置。
（１４）前記突縁は、前記熱気流体に対して逆Ｖ字形に形成されている上記（１０）乃至（１３）の何れかのガス給湯装置。
（１５）前記基台の表面には、複数のすり傷が形成されている上記（１０）乃至（１４）の何れかのガス給湯装置。
（１６）前記基台の表面に形成された複数のすり傷の方向は、前記熱気体流の方向と略垂直である上記（１５）のガス給湯装置。
（１７）前記熱交換器はハウジングを備え、該ハウジングには前記複数の熱導体の各突縁に対応する突縁が形成されている上記（１０）乃至（１６）の何れかのガス給湯装置。
（１８）前記熱交換器はハウジング内に設置され、該ハウジングには、前記複数の熱導体の各突縁に対応する排水管が備えられる上記（１０）乃至（１７）の何れかのガス給湯装置。
（１９）熱気体流を生じさせる燃焼室と、内部に水を通過させる管路アセンブリと、前記燃焼室の上方に設置され、互いに略平行に配置された複数の熱導体を含む熱交換器とを備え、
前記複数の熱導体の各熱導体は、基台と、該基台を貫通して前記管路アセンブリを収容する複数の貫通孔と、前記基台に生成された凝縮水を収集する第１の突縁と、前記各熱導体の第１の突縁からの水を収集するハウジングとを有するガス給湯装置。
（２０）前記熱交換器は第１の熱交換器であって、該第１の熱交換器および前記燃焼室の間に設置された他の熱交換器を有する上記（１９）のガス給湯装置。

本発明のガス給湯装置によると、次の如き実用的に顕著な効果が得られる。即ち、高い熱効率を得ることが可能である。その理由は、熱気体流のうち従来無駄にしていた排気ガス流の熱を回収しているためである。そのため、複数の熱交換器を重ねて使用して管路アセンブリ内を流れる冷水を第１の熱交換器で予熱して第２の熱交換器へ導く構成を採用している。また、熱交換器の熱導体や内部に水を流す管路アセンブリの腐食を抑えて耐久性を改善することが可能である。その理由は、熱交換器の熱導体やハウジングに突縁を形成して熱気体流内の凝縮水等を効率的に収集又は排出する構成を採用しているからである。

以下、添付図面を参照して、本発明によるガス給湯装置の好適な実施の形態の構成および動作を詳述する。

先ず、図１は、本発明によるガス給湯装置の好適な実施の形態の主要部である熱交換器を構成する複数の熱導体（又は熱伝導部材）の１つを説明する正面図、平面図および側面図である。この熱交換器の熱導体２０は、基台（又はベース）２１、複数の貫通孔２２および突縁２３を有している。

この熱導体２０は、燃焼室（図示せず）の上方に配置されている。この熱導体２０の基台２１は、その法線方向が燃焼室からの熱気体流（又は高温気体流）２５の方向と略垂直である。基台２１は、導熱材（熱伝導部材）、例えば銅製の板状部材により形成される。複数の貫通孔２２は、基台２１に設けられ、管路アセンブリ（後述する図５および図６の５４および６４）の通過を許容する。この管路アセンブリも、熱導体２０と同じ導熱材により形成されるのが好ましい。

熱導体２０の突縁２３は、熱交換器による加熱の過程において、基台２１上に生成される凝縮水の収集又は排出に用いられる。家庭用ガス給湯器に使用する場合には、突縁２３は、基台２１から一定寸法（例えば、約１ｍｍ）突出させる。突縁２３は、基台２１の下部に形成され、凝縮水を収集又は排出し易くするために熱気体流２５に対して逆Ｖ字形（又は山状）をなしている。

次に、図２は、本発明によるガス給湯装置に使用される熱交換器を構成する熱導体の他の実施例を示す。この熱導体３０は、上述した図１に示す熱導体２０と類似しているが、その表面に、略一定方向に形成された複数のすり傷３２を有する点で相違する。これらのすり傷３２は、基台２１の表面粗さを増加させ、凝縮水の表面張力を破壊するのに役立っている。その結果、凝縮水の水滴の集まりを防止し、更に凝縮水滴が垂直方向に落下することを防止する。

これら複数のすり傷３２の方向は、熱気体流２５の方向と略垂直である。また、すり傷３２は、例えば工業用サンドペーパーを使用して基台２１の表面を摩擦し又は専門技術者に周知である他の処理方法により形成可能である。横（又は水平）方向へ延びるすり傷３２も凝縮水を導いて突縁２３に入れることに役に立っている。

図３は、本発明のガス給湯装置に使用される熱交換器の熱ハウジング４０の実施例の内部を示す説明図である。図３に示すハウジング４０は、複数の貫通孔４２、突縁４３および排水管４６を有する。貫通孔４２は、上述した熱交換器の熱導体２０又は３０に対応する貫通孔がハウジング４０の両側（図に一側のみを示す）に設けられて上述した管路アセンブリを収容する。突縁４３は、線Ａ−Ａ’および線Ｂ−Ｂ’の両断面から見れば、ハウジング４０の下部に設置されている。この突縁４３は、熱導体２０又は３０の表面に生成される凝縮水を集める。排水管４６の設置高さは、突縁４３より低く、出口として突縁４３内に収集された凝縮水を排出するために用いられる。

次に、図４は、図３に示したハウジング４０の外部を示す図である。図４示す如く、ハウジング４０は、上蓋４７および底蓋４８を備え、これら両蓋４７、４８は、更にそれぞれハウジング４０に対する各側面４４の突出部４７−１および４８−１が設けられている。これらの突出部４７−１、４８−１は、後述する如く熱交換器を他の交換器に取り付けるのに役に立っている。

図５は、本発明のガス給湯装置に使用される熱交換器の実施例の説明図である。図５に示す熱交換器５０は、互いに略平行に配置された複数の熱導体５１、例えば放熱フィンを備えている。熱導体５１には複数の貫通孔５２、５２−１、５２−２を形成し、管路アセンブリ５４を収容する。管路アセンブリ５４は、貫通孔５２−１からジグザグ状に熱交換器５０を通して貫通孔５２−２へ到る。貫通孔５２−１および５２−２は、それぞれ冷水の入口および温水（湯）の出口となる。この実施例の熱交換器５０において、貫通孔５２−１は、貫通孔５２−２より高い水平位置に形成される。また、排水管５６は、複数の熱導体５１の突縁に対応して凝縮水を排出するために用いられる。熱交換器５０は、ナットおよびねじを使用して突縁５９を介して他の熱交換器に機械的に取り付け可能である。

次に、図６は、本発明によるガス給湯装置の好適な実施の形態の説明図である。図６に示す本発明のガス給湯装置６０は、それぞれ縦方向に重ねられた第１の熱交換器６１および第２の熱交換器６２と、燃焼室６６とにより構成されている。ここで、第２の熱交換器６２は、図１乃至図５を参照して上述した実施例中の１つであるのが好ましい。他方、第１の熱交換器６１は、第２の熱交換器６２と燃焼室６６の間に配置され、従来の熱交換器、例えば図７に示す従来の給湯器１０の熱交換器１５でもよいが、第２の熱交換器６２と同じ、例えば図１乃至図５に示す第２の熱交換器でもよい。

次に、図６に示す本発明によるガス給湯装置６０の動作を説明する。このガス給湯装置６０を使用時には、燃焼室６６でガスを燃焼して熱気体流６５、特に燃焼室６６から生じた廃棄ガス流を利用する。そして、管路アセンブリの入口６４−１から第２の熱交換器６２へ供給される冷水を予熱する。管路アセンブリ内の予熱された水は、第２の熱交換器６２の出口６４−２から流出すると共に、第１の熱交換器６１内に送られ、第１の熱交換器６１内で更に加熱される。最後に、この第１の熱交換器６１で加熱された温水（湯）が出口６４−３から供給される。

ここで、本発明によるガス給湯装置６０の熱効率は、図７に示した従来のガス給湯器１０より大幅に改善されていることに注目されたい。その理由は、熱気体流６５は、第１の熱交換器６１に送られると共に、第２の熱交換器６２にも送られ、熱エネルギーの無駄（浪費）が抑えられるためである。ガス給湯装置６０の熱効率は、約９０％まで達し、排気ガス流の温度は、約５０℃まで低下することが確認できた。即ち、従来設計のガス給湯器１０において無駄にされていた熱エネルギーの大部分は、本発明によるガス給湯装置６０では回収して再利用されることを意味する。

以上、本発明によるガス給湯装置の好適な実施の形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない音に留意されたい。本発明の要旨や精神を逸脱することなく、当業者は特定用途に応じて種々の変形変更が容易に行えることが理解できよう。

本発明によるガス給湯装置の主要部を構成する熱交換器の熱導体の実施例の正面図、平面図および右側面図を示す。本発明によるガス給湯装置を構成する熱交換器の熱導体の他の実施例を示す図である。本発明によるガス給湯装置を構成する熱交換器のハウジングの内部の正面図、平面図および右側面図を示す。図３に示したハウジングの外部の正面図、平面図および右側面図を示す。本発明によるガス給湯装置を構成する熱交換器の実施例の正面図、平面図、右側面図および左側面図を示す。本発明によるガス給湯装置の好適な実施の形態の説明図である。従来のガス給湯器の構成を示す概略図である。

符号の説明

２０熱導体
２１基台
２２、４２、５２貫通孔
２３突縁
２５、６５熱気体流
３０、５１熱導体
３２すり傷
４０ハウジング
４６、５６排水管
５０熱交換器
５４、６４管路アセンブリ
６０ガス給湯装置
６１第１の熱交換器
６２第２の熱交換器
６６燃焼室

Claims

熱気体流を生じさせる燃焼室と、内部に水を通過させる管路アセンブリと、前記燃焼室の上方に設置され、互いに略平行に設けられた複数の熱導体を含む熱交換器とを備え、
該複数の熱導体は、各々基台と、該基台を貫通して前記管路アセンブリを収容する複数の貫通孔と、前記基台に生成された凝縮水を収集する突縁とを備え、
前記管路アセンブリ内部の水を前記熱交換器で加熱して前記管路アセンブリの出口から高温水を排出することを特徴とするガス給湯装置。
前記基台の法線方向は、前記熱気流体の方向と略垂直であることを特徴とする請求項１に記載のガス給湯装置。
前記突縁は、前記基台の表面から一定寸法で突出することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス給湯装置。
前記突縁は、前記熱気流体に対して逆Ｖ字形に形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のガス給湯装置。
前記基台の表面には、更に複数のすり傷が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のガス給湯装置。
前記基台の表面に形成された複数のすり傷の方向は、前記熱気体流の方向と略垂直であることを特徴とする請求項５に記載のガス給湯装置。
前記熱交換器はハウジングを備え、該ハウジングには、前記複数の熱導体の各突縁に対応する突縁が更に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のガス給湯装置。
前記熱交換器はハウジング内に設置され、該ハウジングには、前記複数の熱導体の各突縁に対応する排水管が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガス給湯装置。
前記熱交換器は第１の熱交換器であって、該第１の熱交換器および前記燃焼室の間に他の熱交換器が設置されることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載のガス給湯装置。
熱気体流を生じさせる燃焼室と、内部に水を通過させる管路アセンブリと、前記燃焼室の上方に配置され、互いに略平行に配置された複数の熱導体を含む第１の熱交換器とを備え、
前記複数の熱導体の各熱導体は、基台と、該基台を貫通して前記管路アセンブリを収容する複数の貫通孔と、前記基台に生成された凝縮水を収集する突縁とを有し、
前記第１の熱交換器および前記燃焼室の間に設置される第２の熱交換器を備えることを特徴とするガス給湯装置。
前記第２の熱交換器は、互いに平行に配置された熱導体を備え、
前記第２の熱交換器の各熱導体は、基台と、該基台を貫通して前記管路アセンブリを収容する複数の貫通孔と、前記基台に生成された凝縮水を収集する突縁とを有することを特徴とする請求項１０に記載のガス給湯装置。
前記基台の法線方向は、前記熱気流体の方向と略垂直であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のガス給湯装置。
前記突縁は、前記基台の表面から所定寸法で突出することを特徴とする請求項１０、１１又は１２に記載のガス給湯装置。
前記突縁は、前記熱気流体に対して逆Ｖ字形に形成されていることを特徴とする請求項１０乃至１３の何れかに記載のガス給湯装置。
前記基台の表面には、複数のすり傷が形成されていることを特徴とする請求項１０乃至１４の何れかに記載のガス給湯装置。
前記基台の表面に形成された複数のすり傷の方向は、前記熱気体流の方向と略垂直であることを特徴とする請求項１５に記載のガス給湯装置。
前記熱交換器はハウジングを備え、該ハウジングには前記複数の熱導体の各突縁に対応する突縁が形成されていることを特徴とする請求項１０乃至１６の何れかに記載のガス給湯装置。
前記熱交換器はハウジング内に設置され、該ハウジングには、前記複数の熱導体の各突縁に対応する排水管が備えられることを特徴とする請求項１０乃至１７の何れかに記載のガス給湯装置。
熱気体流を生じさせる燃焼室と、内部に水を通過させる管路アセンブリと、前記燃焼室の上方に設置され、互いに略平行に配置された複数の熱導体を含む熱交換器とを備え、
前記複数の熱導体の各熱導体は、基台と、該基台を貫通して前記管路アセンブリを収容する複数の貫通孔と、前記基台に生成された凝縮水を収集する第１の突縁と、前記各熱導体の第１の突縁からの水を収集するハウジングとを有することを特徴とするガス給湯装置。
前記熱交換器は第１の熱交換器であって、該第１の熱交換器および前記燃焼室の間に設置