JPH0350363Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 技術分野 本考案は、直接接触式温水ヒータに関する。

背景技術 典型的な先行技術の直接接触式温水ヒータは、
燃焼室の上方に吸熱室を形成して、この吸熱室の
上方から吸熱室に充填されている吸熱材に向けて
散水し、その水と燃焼室に設けられたガスなどの
バーナからの燃焼ガスとを直接接触することによ
つて熱交換を行ない、加熱する構造を有してい
る。

考案が解決すべき問題点 このような先行技術では、バーナの燃焼時に散
水される水の量とバーナに供給されるガス量とは
予め定めた一定量であり、このため出湯量に拘わ
らず温水を安定して供給することができるように
貯湯部を形成した場合でも、多量の温水を排出し
て使用すると、貯湯部内の温水が減少、ないし零
となつて、温水を連続的に使用することが困難と
なる。また温水の使用量が小さいとき、または零
であるときには、バーナが燃焼した状態で散水し
続けると、貯湯部内の温水が多くなりすぎてオー
バーフローを起こすおそれがある。

本考案の目的は、温水を連続的に使用すること
ができ、しかも貯湯部における温水のオーバーフ
ローを防止した直接接触式温水ヒータを提供する
ことである。

問題点を解決するための手段 本考案は、筒状本体の下部に貯湯部を形成し、 貯湯部の上方にバーナを備える燃焼室を形成
し、 燃焼室の上方に吸熱材が充填されている吸熱室
を形成し、 吸熱室の上方から水を散水し、その水と燃焼室
からの燃焼ガスとを直接接触させ、貯湯部に温水
を貯留する直接接触式温水ヒータにおいて、 前記貯湯部の温水の第１水位と、第１水位より
も低い第２水位とをそれぞれ検出する水位検出手
段と、 貯湯部内の温水を前記第２水位よりも低い第３
水位で遮断し、第３水位以上では貯湯部からの温
水を供給可能とする流量制御機構と、 水位検出手段の出力に応答し、温水の水位が前
記第２水位まで低下したときに水を吸熱室に散水
し、かつ、バーナを燃焼状態とし、また、温水の
水位が前記第１水位に達したときに散水を停止
し、かつ、バーナの燃焼を停止する制御手段とを
含むことを特徴とする直接接触式温水ヒータであ
る。

作 用 本考案に従えば、筒状に形成された本体の下部
に貯湯部を形成し、貯湯部の上方にバーナを備え
る燃焼室を形成し、燃焼室の上方に吸熱材が充填
されている吸熱室を形成する。吸熱室の上方から
吸熱材に向けて水を散水し、その水と燃焼室から
の燃焼ガスとを直接接触させることによつて熱交
換を行ない、温水を得ることができる。

貯湯部には、第１水位とこの第１水位よりも低
い第２水位とをそれぞれ検出する水位検出手段が
設けられており、制御手段はこれら両検出手段の
出力に応答し、貯湯部内の水位が第２水位まで低
下したときに、水を吸熱材に散水し、かつ、バー
ナを燃焼状態とする。これによつて、水位が回復
し、第１水位まで達したときに、制御手段は散水
およびバーナの燃焼を停止する。したがつて、貯
湯部内の温水のオーバーフローを防止することが
できる。

また流量制御機構によつて、貯湯部内の温水は
水位に対応した流量で供給される。すなわち、吸
熱材への散水量と同一の流量が、給湯流量の上限
となる。この流量制御機構はまた、万一、水位が
第２水位よりも低い第３水位まで低下すると、温
水の供給を遮断する。したがつて貯湯部内の温水
が減少、ないし零となるおそれがなく、第３水位
を超えた水位では、前記上限未満の流量で温水を
連続的に使用することが可能となる。

実施例 第１図は、本考案の一実施例の直接接触式温水
ヒータ１の断面図である。直円筒状に形成された
ヒータ本体２の最下部には、貯湯部３が形成され
ている。この貯湯部３の上方には、燃焼室４が形
成される。この燃焼室４内では、ヒータ本体２の
側部に取付けられたバーナ５による燃焼が行なわ
れる。バーナ５には遠心送風機６から燃焼用空気
が圧送され、また管路７から燃料遮断弁１８を介
して燃料ガスが供給される。バーナ５からの燃焼
排ガスは、ヒータ本体２の上部の排気管８から外
部に排出される。燃焼室４の上方には吸熱室９が
形成されており、この吸熱室９は耐熱性を有する
金属などの材料から成る多孔板１０によつて燃焼
室４と区画されており、この多孔板１０上には吸
熱材１１が充填されている。吸熱室９の上方には
散水室１２が形成されており、この散水室１２内
において、管路１３から供給された水が、電磁弁
１７および電動流量制御弁１４を介して、給水ノ
ズル１５から吸熱材１１に向けて散水される。多
孔板１０の直上には冷却管路１６が設けられてお
り、この冷却管路１６には電動流量制御弁１４か
ら水が供給され、多孔板１０の冷却が行なわれ
る。

電動流量制御弁１４は、図示しない制御手段か
らの出力に応答して、管路１３を介する水の流量
を無段階に連続して調節することができる。

バーナ５はいわゆるブラストバーナであつて、
遠心送風機６から圧送された燃焼用空気は、空気
室２１から整流板２２を介して、バーナ本体２３
に均一に供給される。このバーナ５には、パイロ
ツトバーナ２４が設けられる。温水ヒータ１が運
転されている期間中は、パイロツトバーナ２４は
種火を灯しており、また遠心送風機６は運転され
ており、したがつて燃料遮断弁１８の開弁によつ
て、直ちにバーナ本体２３が点火する。こうして
バーナ５は、パイロツトバーナ２４とバーナ本体
２３とが点火した燃焼状態となる。燃料遮断弁１
８は、前述の電動流量制御弁と同様に、図示しな
い制御手段によつて制御される。バーナ５の燃焼
時には常に一定の燃料ガスが供給されるため、バ
ーナ５の燃焼によつて発生する熱量は一定であ
る。バーナ５の燃料は、ガスの他に、たとえば石
油などの液体燃料であつてもよく、また石炭など
の固体燃料であつてもよい。

多孔板１０は、その頂部１０ａからその上下両
面に水膜を形成して全周に水を流下させる斜面を
有する形状、すなわち円錐状や角錐状などの形状
をなしており、表面張力によつて水膜を形成する
ことができる孔１０ｂが多数形成されている。

管路１３から供給された水は、給水ノズル１５
から散水され、吸熱材１１内で、燃焼室４からの
燃焼ガスと直接接触によつて熱交換を行ない、燃
焼室４の壁面を伝つて底板２５に形成された立下
り管２６か貯湯部３に流入し貯留される。立下り
管２６の下端部は、底板４０から高さｌ１でけ上
方に形成される。

貯湯部３内に貯留された温水は、管路３１から
ポンプ３２に取込まれ、管路４８から流量制御機
構３３を経て、給湯管３４に供給される。ポンプ
３２は一定速度で回転し、給湯管３４に供給され
る温水の流量は、貯湯部３の水位に応じて、流量
制御機構３３によつて調節される。給湯管３４の
先端には、複数のカラン３５が取付けられている
（第１図では、それらのカラン３５のうちの１つ
のみを示す）。

このように貯湯部３を設けることによつて比較
的大きい給湯量であつても温水を安定して供給す
ることができる。また給湯開始時および給湯量が
小さいときであつても高温度の熱湯が供給される
ことなく、一方、給湯量が大きいときには温水の
温度が低下することなく、このようにして給湯量
に拘わらず、常に希望とする一定温度の温水を得
ることができるようになる。また吸熱材１１に散
水される水の流量は、前記複数のカラン３５のう
ちの少数個の開放時における給湯量よりも大き
く、したがつて小数個のカラン３５の開放時にお
いても燃焼室４および吸熱室９が過度に高温度に
なるおそれはない。さらにまた、たとえば１つの
カラン３５の開閉動作に対応してバーナ本体２３
が点火と消火とを頻繁に繰り返すようなことはな
く、バーナ５を安定して燃焼させることができ
る。

ポンプ３２は、たとえば遠心形や軸流形であつ
てもよい。ポンプ３２に温水を供給する管路３１
の取水口４６の上端は、底板４０から高さｌ２の
位置に形成され、この取水口４６の付近には、温
度検出素子４７が設けられる。

第２図は、流量制御機構３３付近の断面図であ
る。ポンプ３２から吐出された温水は、管路４３
から流量制御機構３３の弁室５１に導かれる。貯
湯部３内で温水中に浮かべられる浮子５２に作用
した力は、レバー６０に伝達される。レバー６０
は、ピン６１によつてレバー５４の一端部に固定
される。レバー５４は、ピン６２によつて貯湯部
３の壁面に取付けられたブラケツト５３によつて
揺動自在に支持される。レバー５４の他端部は、
ピン６３によつて弁棒５５を角変位自在に支持す
る。こうしてレバー６０に伝達された力は、弁体
５６に伝達される。弁体５６は、ばね５７によつ
て弁座５８に着座する方にばね付勢されている。

したがつて貯湯部３内の水位が低下した状態で
は、浮子５２は下降し、弁孔５９の流路断面積が
小さくなり、給湯管３４に供給される温水の流量
は小さくなる。また貯湯部３の水位が高い場合に
は浮子５２は上昇し、弁孔５９の流路断面積は大
きくなり、給湯管３４に供給される温水の流量は
大きくなる。このように流量制御機構３３によつ
て、貯湯部３内に貯留されている温水量に対応し
た流量、すなわち吸熱材１１への散水量と同一の
流量が給湯流量の上限となつて給湯管３４に温水
が供給されるため、貯湯部３の水位が急激に低下
したりすることはなく、温水を連続的に使用する
ことができるようになる。また流量制御機構３３
の弁体５６は、貯湯部３の水位が第３水位ｌ３未
満となつたとき、弁座５８に着座し、給湯管３４
への温水の供給が停止される。この第３水位ｌ３
を超えた水位では、前記上限未満の流量で温水が
供給される。

貯湯部３には溢流管３６が形成されており、貯
湯部３内の温水はこの溢流管３６を超える水位と
なつたとき、この溢流管３６から排水管４３を介
して外部に排出される。貯湯部３の壁面には、水
位検出手段である水位検出素子３７〜３９が取付
けられる。貯湯部３の上部に設けられる水位検出
素子３７は第１水位Ｈを検出し、水位検出素子３
７より下方に設けられる水位検出素子３８は第２
水位Ｍを検出し、水位検出素子３８より下方に設
けられる水位検出素子３９は水位の下限値Ｌを検
出する。これらの水位検出素子３７〜３９の出力
は、制御手段に与えられる。貯湯部３内の温水が
使用されて水位が第２水位Ｍまで低下すると、制
御手段によつて、第１水位Ｈに回復するまで、散
水とバーナ５の燃焼が行なわれる。水位検出素子
３７〜３９はたとえば、水と空気との誘電率の差
によつて浸水しているかどうかを検出するもので
あつてもよく、また水の誘電率を利用して浸水し
ているかどうかを検出するものであつてもよい。

貯湯部３の底板４０には管路４１が接続されて
おり、この管路４１は排水弁４２を介して排水管
４３に接続される。したがつて長期間使用しない
ときなどには、排水弁４２を開くことによつて、
貯湯部３内の水を総て排出することができる。貯
湯部３の底板４０にはまた高さｌ４の立上がり管
４４が形成されており、この立上がり管４４は開
閉可能な電磁弁４５を介して排水管４３に接続さ
れる。上述した水位Ｈ，Ｍ、高さｌ１，ｌ２，ｌ
４および下限値Ｌは、下式のように選ばれる。

ｌ１＜ｌ２＜Ｌ≦ｌ４＜Ｍ＜Ｈ ……(1) したがつて電磁弁４５を開くことによつて、貯
湯部３の水位は高さｌ４まで低下されるが、立下
り管２６の下端部はこの高さｌ４よりも低い高さ
ｌ１の位置に形成されるため、燃焼室４の水封が
達成され、燃焼室４から燃焼ガスが貯湯部３内に
侵入することが防がれる。排水弁４２に代えて、
管路４１に電磁弁４５を設けることによつて、貯
湯部３内の温水が、電磁弁４５を開くことによつ
て総て排出されるようにしてもよい。また管路３
１の取水口４６も高さｌ４よりも低い高さｌ２の
位置に形成されるため、給湯管３４に供給される
温水に空気がかみ込んだりすることがない。

高さｌ３は下限値Ｌ以上に選ばれるため、流量
制御機構３３の異常等によつて、水位が下限値Ｌ
を超えて低下したことが水位検出素子３９にによ
つて検出されたとき、ポンプ３２の運転が停止さ
れ、水封が維持される。

このように構成された温水ヒータ１では、加熱
されるべき水が燃焼室４の上方の吸熱室から下方
の貯湯部３へ流下する過程で、直接に燃焼ガスと
接触する構造であるために熱効率が極めて良好で
あり、また密閉容器内で温水を得る従来のボイラ
などの構造とは異なり、大気圧下で水を加熱する
構造であるため、一般家庭においても容易に使用
することができる。さらにまた得られる温水は、
溶存酸素が脱気された防錆上良好な温水であると
ともに、燃焼ガス中に含まれている炭酸ガスが取
込まれているので、風呂用として使用すると、疲
労回復など通常の水道水をそのまま風呂釜で加熱
した温水に無い効果を有している。

しかもまた温水の加熱過程において、多孔板１
０がその上下両面に水膜を形成して全周に水を流
下させる斜面を有し、かつその斜面に多数設けら
れている孔１０ｂは表面張力によつて水膜を形成
できるものであり、しかも多孔板１０の下面から
吸熱材１１が突出しない状態に吸熱材１１が配設
されているので、給水ノズル１５から吸熱材１１
上に散水されて落下してくる水は、多孔板１０の
上下両面に沿つて水膜を形成して流下し、孔１０
ｂから燃焼室４に水滴が落下することがないの
で、燃焼室４内のバーナ５を失火させたり、燃焼
状態を悪化させたりすることがない。また吸熱材
１１を経て流下してきた水は、多孔板１０の上下
両面および燃焼室４の壁面の全面に沿つて水膜を
形成して流下するので、多孔板１０およびヒータ
本体２の壁面を過熱することがなく、しかも燃焼
ガスと水との接触面積が多くなり、これによつて
熱効率を一層向上することが可能になる。

第３図は、動作を説明するためのフローチヤー
トである。ステップn1からステップn2に移り、
起動スイツチが投入されると、ステップn3にお
いて電磁弁４５が閉弁状態となり、貯湯部３に貯
留されている温水の排出が停止される。またパイ
ロツトバーナ２４が点火し、ポンプ３２が始動す
る。ステップn4では遠心送風機６が始動する。

ステップn5では温度検出素子４７によつて取
水口４６付近の水温Ｔ１が検出され、ステップ
n6でこの水温Ｔ１が予め定めた希望する温度Ｔ
０より小さいかどうかが判断され、そうであれば
ステップn7に移り、電動流量制御弁１４を絞込
み、給水ノズル１５に供給される水量を小さくし
てステップn9に移り、そうでないときはステッ
プn8に移り、電動流量制御弁１４を設定温度に
対応した流量となるように絞り、ステップn9に
移る。温度Ｔ０はたとえば60℃に設定される。ス
テップn9では電磁弁１７が開かれて、給水ノズ
ル１５から吸熱材１１へ向けて、ステップn7ま
たはステップn8において調節された流量で散水
が開始され、ステップｎ１０でこの散水された水
が燃焼室４に到達するのに要する時間とほぼ等し
い時間Ｗ１、たとえば２〜３秒だけ遅延して、ス
テップn11で燃料遮断弁１８が開かれバーナ本体
２３が点火する。

このようにステップn7またはステップn8は、
温度検出素子４７によつて検出される温度Ｔ１
と、予め定めた希望する温度Ｔ０との差に基づい
て、制御手段が、電動流量制御弁１４を制御し、
貯湯部３に流入する温水の温度を調節するように
したため、たとえば朝などの運転再開時において
温度Ｔ１は、たとえば20℃にまで低下しており、
このように温度差が大きいときには高温の温水が
生成され、温度差が小さいときには希望する温度
Ｔ０に近い温度の温水が生成される。したがつて
貯湯部３には常に希望する一定温度Ｔ０の温水を
貯留することができる。

またステップn9で散水が開始された後、ステ
ップn10で時間Ｗ１だけ遅延されて、ステップ
n11でバーナ本体２３が点火するようにしたた
め、水が吸熱材１１に浸透する以前にバーナ本体
２３が点火することが防止されるため、高温の温
水が貯湯部３に流入することが防止される。バー
ナ５の燃焼は吸熱材１１に水が浸透し、かつ、燃
焼室４の壁面に水膜が形成され始めてから行なわ
れるため、これらの部位の劣化を抑えることがで
きる。

ステップn12では貯湯部３の水位が、水位検出
素子３７によつて検出され得る第１水位Ｈ以上で
あるかどうかが判断され、そうであればステップ
n13に移り、電磁弁４５を時間Ｗ４だけ開弁状態
にし、新たに生成された温水が貯湯部３に流入し
ても、貯湯部３の水位が、適量である第１水位Ｈ
と第２水位Ｍとの間となるように、温度が低下し
た水を排水管４３に排出する。この時間Ｗ４は、
予め定めた希望する温度Ｔ０と、実際の温水の温
度Ｔ１との温度差に応じて決定される。したがつ
て温度差が大きいほど時間Ｗ４は長く、貯湯部３
内の温水の温度Ｔ１が温度Ｔ０になるまで散水が
行なわれても、貯湯部３がオーバーフローを起こ
すおそれはない。温度差と時間Ｗ４との関係は、
第４図に示される。

ステップn14では停止スイツチが操作されたか
どうかを判断し、そうでないときにはステップ
n15に移り、貯湯部３の水位が第１水位Ｈまで回
復したかどうかが判断され、そうでないときに
は、ステップn5に戻る。水位が第１水位Ｈまで
回復したときには、ステップn16に移り、電磁弁
１７を閉弁状態にして給水ノズル１５からの散水
を停止し、ステップn17で散水された水が吸熱材
１１から流下するのに要する時間とほぼ等しい時
間Ｗ２、例えば２〜３秒だけ遅延された後、ステ
ップn18で燃料遮断弁１８が閉じられ、バーナ２
３が消火する。このようにして、生成された温水
が使用され、ステップn19で水位が第２水位Ｍま
で低下したことが判断されると、ステップn5に
戻る。ステップn5〜ステップn19の動作を繰返す
ことによつて一定温度Ｔ０の温水が第１水位Ｈま
で貯留される。

またステップn16で散水を停止し、ステップ
n17で時間Ｗ２だけ遅延した後、ステップn18で
バーナ本体２３を消火することによつて、加熱さ
れていない低温のままの水が貯湯部３に流入し
て、貯湯部３内の温水の温度が低下してしまうこ
とが防止される。したがつて貯湯部３内に貯留さ
れる温水の温度を予め定めた希望とする一定温度
Ｔ０に保つことができる。

ステップn12において貯湯部３の水位が第１水
位Ｈ未満であるときには、ステップn20に移り、
水位が下限値Ｌ未満であるかどうかが判断され、
そうでないとき、すなわち水位が下限値Ｌ以上第
１水位Ｈ未満であるときには、ステップn14に移
り、上述のようにして水位が第１水位Ｈに達する
まで温水が生成される。ステップn20において水
位が下限値Ｌ未満であるとき、すなわち万一、第
２水位Ｍを超えて温水が使用され続けても、流量
制御機構３３等の異常で、貯湯部３に流入する温
水量が給湯量に追い付かないときには、水封を維
持するために、ステップn21で電磁弁１７および
燃料遮断弁１８を閉弁状態にし、散水およびバー
ナ５の燃焼を停止し、またポンプ32と遠心送風機
６を停止し、ステップn22で警報を発生する。

ステップn14において停止スイツチが操作され
るとステップn23に移り、電磁弁１７を閉弁状態
にして給水ノズル15からの散水を停止し、また電
磁弁４５を開弁状態にし、貯湯部３内の温水の排
出が開始される。ステップn24では予め定めた時
間Ｗ３だけ遅延された後、ステップn25で燃料遮
断弁１８を閉弁状態にして、バーナ本体２３とパ
イロツトバーナ２４を消火し、またポンプ３２と
遠心送風機６を停止して、ステップn26ですべて
の動作を終了する。

このようにステップn23で散水を停止し、ステ
ップn24で時間Ｗ３だけ遅延した後、バーナ本体
２３を消火することによつて、吸熱材１１および
多孔板１０はいわゆる空焚き状態となつて熱風乾
燥され、雑菌や藻などの繁殖を抑える滅菌効果を
得ることができ、衛生的な温水を供給することが
できる。この場合、時間Ｗ３は吸熱材１１および
多孔板１０の温度が200〜300℃以上となるよう
に、たとえば10秒程度に選ばれる。吸熱材１１お
よび多孔板１０の乾燥のためにバーナ本体２３を
時間Ｗ３だけ空焚きする代わりに、パイロツトバ
ーナ２４による種火だけを比較的長時間点火して
おくようにしてもよい。なお、比較的長期間運転
を行なわないときには、貯湯部３の缶水全ブロー
を行なうことが好ましい。

また電磁弁４５を開弁状態にして温水の排出を
開始した後、運転を停止するようにしたため、運
転を再開するときには貯湯部３の水位は高さｌ４
まで低下しており、この高さｌ４は第２水位Ｍよ
り低いため、散水とバーナの燃焼とが開始され、
生成された比較的温度の高い温水が補充されて、
予め定めた希望とする温度Ｔ０の温水が第１水位
Ｈまで貯留される。したがつて運転開始時におい
ても、希望とする温度Ｔ０の温水が使用できるよ
うになる。

効 果 以上のように本考案によれば、貯湯部内の温水
が減少、ないし零となるおそれがなく、温水を連
続的に使用することができ、しかも貯湯部におけ
る温水のオーバーフローを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の直接接触式温水ヒ
ータ１の断面図、第２図は流量制御機構３３付近
の断面図、第３図は動作を説明するためのフロー
チヤート、第４図は貯湯部３に貯留されている温
水の温度Ｔ１と予め定めた温度Ｔ０との差に対す
る電磁弁４５の開弁時間Ｗ４を示すグラフであ
る。 １……温水ヒータ、２……ヒータ本体、３……
貯湯部、４……燃焼室、５……バーナ、６……遠
心送風機、９……吸熱室、１０……多孔板、１１
……吸熱材、１２……散水室、１４……電動流量
制御弁、１５……給水ノズル、１７……電磁弁、
１８……燃料遮断弁、３３……流量制御機構、３
４……給湯管、３７〜３９……水位検出素子、４
７……温度検出素子。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 筒状本体の下部に貯湯部を形成し、 貯湯部の上方にバーナを備える燃焼室を形成
   し、 燃焼室の上方に吸熱材が充填されている吸熱室
   を形成し、 吸熱室の上方から水を散水し、その水と燃焼室
   からの燃焼ガスとを直接接触させ、貯湯部に温水
   を貯留する直接接触式温水ヒータにおいて、 前記貯湯部の温水の第１水位と、第１水位より
   も低い第２水位とをそれぞれ検出する水位検出手
   段と、 貯湯部内の温水を前記第２水位よりも低い第３
   水位で遮断し、第３水位以上では貯湯部からの温
   水を供給可能とする流量制御機構と、 水位検出手段の出力に応答し、温水の水位が前
   記第２水位まで低下したときに水を吸熱室に散水
   し、かつ、バーナを燃焼状態とし、また、温水の
   水位が前記第１水位に達したときに散水を停止
   し、かつ、バーナの燃焼を停止する制御手段とを
   含むことを特徴とする直接接触式温水ヒータ。