JP2000241017A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２回路用の熱交換器において、プレートフィ
ンの熱変形を防止して耐久性を向上させるとともに、小
型化を実現する。 【解決手段】 燃焼室ドラム２２と、燃焼室ドラム２２
にロー付けされたプレートフィン２３と、このプレート
フィン２３を貫通しロー付けして設けられた異なる２つ
の流路を有するフィンパイプ２４、２５からなる熱交換
器において、前記フィンパイプ２４、２５は上下に配し
て異なる２つの流路を形成するとともに、前記流路は複
数段で構成し、かつそれぞれの隣接するフィンパイプま
での距離を横方向と縦方向においてそれぞれ等間隔にな
るように配列している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用の給湯や暖
房機器として使用される直圧式石油給湯機の熱交換器の
構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な直圧式石油給湯機及びこれに用
いられる熱交換器について図４、図５を用いて説明す
る。図において、１は筐体で、内部に燃焼室ドラム２と
プレートフィン３と複数枚のプレートフィン３を貫通す
る２段の給湯用フィンパイプ４及び風呂用フィンパイプ
５からなる熱交換器６を有し、熱交換器６の下部にはバ
ーナ８が取付られている。燃焼室ドラム２とプレートフ
ィン３と給湯用フィンパイプ４及び風呂用フィンパイプ
５は互いにロー付けされて構成されている。そして、例
えばプレートフィン３は図５に示すように縦横比が４２
対５８というように横長の長方形の形状とし、ピッチを
３．３mm程度として約６７枚程度用いるのが一般的であ
る。また、燃焼ドラム２の大きさは上記プレートフィン
を収納するため、例えば縦×横×奥行の寸法を１７６×
２３０×１４９の大きさとし、横と奥行比は６０対４０
の横長形状の熱交換器６となっている。７はプレートフ
ィン内部に設けられたバーリング穴でバーナ８で発生す
る燃焼ガスの流れを乱流状態にして２段のフィンパイプ
のうち、特に給湯用フィンパイプ４の効率を高めるよう
している。９は給水口で水道配管に固定されている。１
０は水が流れたことを検出する流量センサーで給水口９
に接続されている。１１は給水パイプで、熱交換器６と
流量センサー１０を連結している。１２は給湯口で、バ
ーナ８の燃焼により熱交換器６でお湯となった水を台所
やふろに供給する出口部分である。１３は給湯口１２と
熱交換器６を接続する給湯パイプである。１４は追い焚
き用回路の戻り側のパイプで、１５は往き側のパイプで
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】直圧式石油給湯機等の
給湯機には、強い給湯シャワー圧の快適さや、製品の小
型化、軽量化による省スペース化が訴求ポイントとして
年々強く求められる傾向にあり、一方では設置場所の省
スペース化、環境問題に配慮した省資源化等の観点から
さらなる製品の小型化が強く要望されている。そして、
製品の大きさを左右する大きな要素として、容積比の大
きな熱交換器の形状をいかに小さくするかが製品の小型
化のポイントとなる。しかしながら、従来の熱交換器の
構成においては、次のような課題を有するものであっ
た。

【０００４】すなわち、熱交換器の小型化を実現する必
須の条件として熱交換効率を高める必要があり、その大
きな要素としてプレートフィン面積、フィンパイプ本数
及び設定位置、フィンプレート部での燃焼熱の乱流を発
生させるバーリング位置等がある。それら要素のうち従
来構成においては、特にフィンパイプ本数と設定位置及
びフィンプレート部のバーリング位置がかなり大雑把に
設定されていたために、最適な熱交換効率を確保するこ
とができず、熱交換効率を高めるためにプレートフィン
面積を大きくとる構成となっていた。このプレートフィ
ン面積を大きくとるためには一枚当たりの面積を大きく
とることとプレートフィン枚数を増やすことで可能とな
るが、一枚当たりの面積を大きくすることはプレートフ
ィンの熱的なバランスからある程度の大きさ以上には設
定できないものであった。そこで、プレートフィン枚数
を増やすことにより必要な熱交換効率を確保することに
なるわけであるが、いかにプレートフィンピッチを最適
化してもプレートフィン枚数を増やすことにより熱交換
器が横手方向に長くなってしまう。このような理由で、
製品のさらなる小型化に対応するためには基幹部品とな
る熱交換器の小型化が最大の課題となっていた。さら
に、熱交換器が横手方向に長いために燃焼室ドラムは横
手方向での熱的ひずみが大きという課題も有していた。

【０００５】本発明は上記課題を解決し、製品の小型化
を行うため熱交換器の機能を低下することなく、小型化
を図ることを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、燃焼室ドラムと、燃焼室ドラムにロー付け
されたプレートフィンと、このプレートフィンを貫通し
ロー付けして設けられた異なる２つの流路を有するフィ
ンパイプからなり、前記フィンパイプは上下に配して異
なる２つの流路を形成するとともに、前記流路は複数段
で構成し、かつそれぞれの隣接するフィンパイプまでの
距離を横方向と縦方向においてそれぞれ等間隔になるよ
うに配列したものである。

【０００７】上記発明によれば、フィンパイプ一本当た
りの熱吸収の面積がほぼ均等にバランス良くなり、一本
当たりの熱効率が上がって熱交換器の小型化が達成でき
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の熱交換
器は、燃焼室ドラムと、燃焼室ドラムにロー付けされた
プレートフィンと、このプレートフィンを貫通しロー付
けして設けられた異なる２つの流路を有するフィンパイ
プからなり、前記フィンパイプは上下に配して異なる２
つの流路を形成するとともに、前記流路は複数段で構成
し、かつそれぞれの隣接するフィンパイプまでの距離を
横方向と縦方向においてそれぞれ等間隔になるように配
列したものであり、フィンパイプ一本当たりの熱吸収の
面積がほぼ均等にバランス良くなり、一本当たりの熱効
率が上がってプレートフィン枚数を削減し、熱交換器の
横方向の寸法を短縮して小型化を達成できる。

【０００９】また、請求項２に記載の熱交換器は、プレ
ートフィンには上下に配した異なるフィンパイプのほぼ
中心位置でかつ、横方向の隣接するフィンパイプ間のほ
ぼ中心位置に横方向の隣接するフィンパイプ間のピッチ
の少なくとも１／３の巾を有する大きさのバーリング穴
を設けたものであり、プレートフィン間を流れる燃焼ガ
スが均一にフィンパイプに沿って流れるようになって、
フィンパイプ一本当たりの熱効率が大幅に向上し、熱交
換器の小型化が達成できるとともに、プレートフィンの
熱変形を矯正して熱ひずみなどによるひずみ音の発生を
防止できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００１１】図１は本発明の熱交換器を直圧式石油給湯
機に用いた全体構成図、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は熱交
換器を示す図、図３はプレートフィン構成図である。

【００１２】図において、２１は筐体で、内部に燃焼室
ドラム２２とプレートフィン２３と複数枚のプレートフ
ィン２３を貫通する３段で構成した給湯用フィンパイプ
２４と風呂用フィンパイプ２５からなる熱交換器２６と
を有し、熱交換器２６の下部にバーナ２８が取付られて
いる。燃焼室ドラム２２とプレートフィン２３と給湯用
フィンパイプ２４と風呂用フィンパイプ２５は各々にロ
ー付けされて構成されている。プレートフィン２３を貫
通し異なる２つの流路を形成する３段の給湯用フィンパ
イプ２４と風呂用フィンパイプ２５の配列は、図３に示
すように下段４本、中段４本、上段３本とし、中段４本
をプレートフィン２３のほぼ中央部に設定してかつ、横
方向のパイプ間ピッチＡは全て同一とし、縦方向のパイ
プ間ピッチＢも全て同一になるように配列している。ま
た、横方向のパイプ間にはバーナ２８で発生する燃焼ガ
スの流れを乱流状態にして、フィンパイプ２４、２５に
均一に沿って流すことで効率を高めるようにバーリング
穴２７を設けている。そして、このバーリング穴２７の
大きさＣは実験結果よりパイプ間ピッチＡの１／３以上
の巾を有するものが最も効率よくフィンパイプ２４、２
５に沿って燃焼ガスが流れることが確認できた。

【００１３】そこで、本発明の構成を用いて、少なくと
も従来と同等の熱交換効率を確保した熱交換器を製作す
ると、プレートフィン２３は縦×横が１２９mm×１３５
mmの大きさで、縦横比が４９対５１とほぼ１対１の比率
となり、プレートフィン２３のピッチを３．３mmにする
と４８枚で従来と同等の熱交換効率を確保することがで
きた。そして、熱交換器２６は縦×横×奥行が２１０×
１７０×１３７の大きさとなり、横と奥行比は５５対４
５となった。

【００１４】２９は給水口で、水道配管に固定されてい
る。３０は水が流れたことを検出する流量センサーで、
給水口に接続されている。３１は給水パイプで、熱交換
器２６と流量センサー３０を連結している。３２は給湯
口で、バーナ２８の燃焼により熱交換器２６でお湯とな
った水を台所やふろに供給する出口部分である。３３は
給湯口３２と熱交換器２６を接続する給湯パイプであ
る。３４は追い焚き用回路の戻り側のパイプで、３５は
往き側のパイプである。

【００１５】次に上記構成における動作について説明す
る。

【００１６】給水口２９または戻り側パイプ３４より給
水されると、熱交換器２６の給湯用フィンパイプ２４ま
たは風呂用フィンパイプ２５に導かれ、複数回の折り返
し経路を経た後、次段の経路に供給され、同様に折り返
し経路を経て、最終段の経路から給湯口３２または往き
側パイプ３５から熱交換されたお湯が供給される。

【００１７】このとき、プレートフィン２３に対して上
下に配した３段の給湯用フィンパイプ２４と風呂用フィ
ンパイプ２５の配列を下段４本、中段４本、上段３本と
し燃焼温度の高い側に多く、かつ横方向と縦方向でのパ
イプ間ピッチＡとＢがそれぞれ等間隔になるように配列
したことで、フィンパイプ１本当たりの熱吸収の面積が
ほぼ均等になりバランスよく吸熱する。また、バーナ２
８で生じる燃焼ガスがプレートフィン２３の間を流れる
とき、給湯用フィンパイプ２４と風呂用フィンパイプ２
５に効率よく接触するように内部のプレートフィン２３
のバーリング穴２７の巾Ｃをパイプ間ピッチＡの１／３
以上の大きさに設定しているので、燃焼ガスの乱流効果
が高まりフィンパイプ１本当たりの熱効率が大幅に上が
る。以上から熱交換器の小型化が達成される。

【００１８】また、プレートフィン２３に対してフィン
パイプ２４、２５の配列を横方向と縦方向でそれぞれ等
間隔にし、かつプレートフィン２３にバーリング穴２７
を設けているので、プレートフィン２３の熱変形を矯正
でき、熱ひずみなどによるひずみ音の発生を防止でき
る。さらに、燃焼室ドラム２２のプレートフィンのロー
付け部の温度はフィンパイプ２４、２５の配列を中段に
４本設定、すなわちロー付け部のほぼ中央部に設定した
ことでロー付け部の燃焼室ドラム２２の温度を大幅下げ
ることができ耐久的に温度劣化することも防止できる。

【００１９】以上のように、従来との構成比較結果にお
いて、熱交換器２６の横と奥行比を５５対４５にしてフ
ィンパイプ２４、２５を３段とし、プレートフィン２３
の縦横比をほぼ１対１にすることが可能となりプレート
フィン２３の枚数も４８枚となり、従来の熱交換器、す
なわち横と奥行比が６０対４０のフィンパイプ２段でプ
レートフィンの縦横比が４２対５８でプレートフィン枚
数が６７枚の熱交換器と比較してプレートフィン枚数を
１９枚も減らすことが可能となり、容積比でも７３％と
大幅に小型化が可能となった。また、熱交換器の横と奥
行比とプレートフィンの縦横比の値を１：１に近ずける
ことで熱的なひずみを均等化することもでき、極めて耐
久性のよい熱交換器構成となっている。

【００２０】

【発明の効果】以上のように請求項１、２の発明によれ
ば、熱交換器の小型化を達成すると同時にプレートフィ
ンの熱変形を防止、さらには熱交換器全体のひずみレベ
ルも均等化して極めて耐久性の良い熱交換器を提供でき
る。さらに、プレートフィン面積も７３％で従来の熱交
換器と比べて省資源化でき、材料コストを大幅に削減す
ることが可能となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における直圧式石油給湯機の
全体構成図

【図２】（ａ）同実施例の熱交換器の平面図 （ｂ）同側面図 （ｃ）同正面図

【図３】同熱交換器のプレートフィンの構成図

【図４】従来の直圧式石油給湯機の全体構成図

【図５】同熱交換器のプレートフィンを示す構成図

【符号の説明】

２２ 燃焼室ドラム ２３ プレートフィン ２４ 給湯用フィンパイプ ２５ 風呂用フィンパイプ ２６ 熱交換器 ２７ バーリング穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦川 芳久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 安藤 治美 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 永利 武弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 篠田 誠一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石原 博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室ドラムと、燃焼室ドラムにロー付け
   されたプレートフィンと、このプレートフィンを貫通し
   ロー付けして設けられた異なる２つの流路を有するフィ
   ンパイプからなり、前記フィンパイプは上下に配して異
   なる２つの流路を形成するとともに、前記流路は複数段
   で構成し、かつそれぞれの隣接するフィンパイプまでの
   距離を横方向と縦方向においてそれぞれ等間隔になるよ
   うに配列した熱交換器。
2. 【請求項２】プレートフィンには、上下に配した異なる
   フィンパイプのほぼ中心位置でかつ、横方向の隣接する
   フィンパイプ間のほぼ中心位置に横方向の隣接するフィ
   ンパイプ間のピッチの少なくとも１／３の巾を有する大
   きさのバーリング穴を設けた請求項１記載の熱交換器。