JP2003194416A - 熱交換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトで耐久性に優れた高効率の熱交換
システムを実現する。 【解決手段】 一次ガス通路１７中のガスと熱交換する
主熱交換器１８と、二次ガス通路１６中のガスと熱交換
する熱交換ユニット１４とからなり、熱交換ユニット１
４は内管１３と、内管１３を覆う外装部１２と、内管１
３の略軸方向に沿う伝熱フィンとを備え、二次ガス通路
１６内を流れるガスの流れ方向は熱交換ユニット１４の
軸方向と略一致させている。これによって、耐久性と熱
効率に優れた熱交換システムを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用又は業務用
の燃焼装置を用いた熱交換システムに関し、更に詳しく
は給湯または暖房などの燃焼ガス中の水蒸気潜熱を回収
して熱効率の大幅な向上を図った潜熱回収熱交換システ
ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の熱交換装置は第一の例と
して、例えば、特開２０００−１４６３０４公報に記載
されている図１０のようなものがあった。図１０におい
て、１は銅製の通水管、２は切削または転造加工によっ
てフィン山３を形成した厚肉のアルミ製フィンチュー
ブ、４はフィンチューブ２を囲む熱交換室側板、そし
て、５は通水管１と接合している銅製のＵ字管である。
フィンチューブ２は熱交換室側板４で囲まれており、ま
た、通水管１はフィンチューブ２内に挿通されている。

【０００３】上記構成において、上流側で大部分の熱を
奪われ、２００〜３００°Ｃ低温となった燃焼排気ガス
は、さらにフィンチューブ２に熱を奪われ、水蒸気が凝
縮して結露水を生成し、さらに１００°Ｃ以下の排気ガ
スとなって排出される。ここで炭酸や硝酸イオンを含む
酸性結露水によって、フィンチューブ２及びフィン山３
は腐食されるが、通水管１を覆うアルミ製フィンチュー
ブ２は厚肉としたため、時間経過による通水管１までの
腐食進行を遅らせて、ある程度の耐久性を保障するよう
にしていた。

【０００４】また、第二の例として、図１１に示すよう
に特開２０００−１４６３０５公報に記載されたものが
あった。図１１において、６は銅製の通水管、７はアル
ミまたはステンレス鋼で形成された受熱管、８は受熱管
７の外周に植え立てたアルミまたはステンレス鋼で形成
されたプレートフィン、９は熱交換室を構成する側板で
ある。そして、受熱管７内に通水管６を挿通し、通水管
６を拡管加工することによって、通水管６、受熱管７、
フィンプレート８を一体的に接合させた構成としてい
る。

【０００５】上記の銅製の通水管６をアルミまたはステ
ンレス鋼で形成された受熱管７で覆うような構成によっ
て、燃焼ガスに接触する部分には、アルミまたはステン
レス鋼などの耐食性素材が用いられ、銅製の通水管６を
酸性結露水による腐食から保護することが可能となっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の第一の例における熱交換装置の構成では、燃焼ガス
に接触する部分には、フィン山３を有するアルミ製のフ
ィンチューブ２が用いられたため、燃焼ガス中の水蒸気
による酸性結露水がアルミ表面に付着した際に、水酸化
アルミが形成され、熱膨張してフィン山３の間の燃焼ガ
ス通路を閉塞してしまい、時間が経過するとこの閉塞状
況が進行して排気不良による不完全燃焼の発生や燃焼装
置の着火不良を発生してしまうという課題があった。そ
して、アルミを肉厚構成にするために熱交換器が大型に
なるという課題もあった。

【０００７】また、上記従来の第二の例における熱交換
装置の構成では、燃焼ガスに接触する部分には、ステン
レス鋼製の受熱管７の外周に、ステンレス製のフィンプ
レート８が植え立てられ、拡管工法によって形成される
構成になっているため、運転と停止による加熱と冷却の
繰り返しによって、フィンプレート８と受熱管７の接合
する部分には隙間ができてしまい、熱の伝わりが悪くな
り、所期の高い熱効率が得られなくなるという課題があ
った。一方、隙間の発生を防止するためにロー付け加工
をする場合には高価なステンレス鋼用のロー材や、銅に
比べ高温度域の炉設備が必要で制作費が大幅に高くなっ
てしまうという課題があった。

【０００８】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、酸性結露水による腐食を防止するとともに、小型で
耐久性に優れた高効率の熱交換システムを提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題を解決するもので、一次ガス通路と、一次ガス通路中
のガスと熱交換する主熱交換器と、一次ガス通路の下流
側に位置する二次ガス通路と、二次ガス通路中のガスと
熱交換する熱交換ユニットとからなり、熱交換ユニット
は内管と、内管を覆う外装部と、外装部に設けた内管の
略軸方向に沿う伝熱フィンとを備え、二次ガス通路内を
流れるガスの流れ方向は熱交換ユニットの軸方向とを略
一致させた熱交換システムである。

【００１０】上記の熱交換システムにおいて、熱交換ユ
ニットは二次ガス通路に配置し、内管を通水し、内管の
表面を例えば耐食性のよい外装部で覆い、伝熱フィンを
有する外装部はガスに接触するような構成によって、内
管とガスとの接触を遮断し、例えばガスの凝縮によって
形成される酸性結露水による内管腐食を防ぐとともに、
熱交換ユニットの内管の軸方向をガスの流れ方向と略一
致させることによって、ガスは内管の略軸方向に沿って
配置される各伝熱フィンの表面に沿って流れることがで
きるため、各伝熱フィンの表面は伝熱面として有効に働
き熱交換効率を向上させることができる。

【００１１】このように、容易になおかつ比較的簡単な
工法で熱伝達率の低いガス側において、ガスを伝熱フィ
ン表面に沿って流すことによって、必要な伝熱面積を確
保でき内管内を通水する水と伝熱フィン表面を流れるガ
スとの熱交換は効果的に行うことができるため、耐久性
の優れた高効率の熱交換ユニット及びそれを用いた熱交
換システムを提供することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１に係る熱交換システム
は、一次ガス通路と、一次ガス通路中のガスと熱交換す
る主熱交換器と、一次ガス通路の下流側に位置する二次
ガス通路と、二次ガス通路中のガスと熱交換する熱交換
ユニットとからなり、熱交換ユニットは内管と、内管を
覆う外装部と、外装部に設けた内管の略軸方向に沿う伝
熱フィンとを備え、二次ガス通路内を流れるガスの流れ
方向は熱交換ユニットの軸方向と略一致させた構成にな
っている。

【００１３】上記の熱交換システムにおいて、熱交換ユ
ニットは二次ガス通路に配置し、内管を通水し、内管の
表面を例えば耐食性のよい外装部で覆い、伝熱フィンを
有する外装部はガスに接触するような構成によって、内
管とガスとの接触を遮断し、例えばガスの凝縮によって
形成される酸性結露水による内管腐食を防ぐとともに、
熱交換ユニットの内管の軸方向をガスの流れ方向と略一
致させることによって、ガスは内管の略軸方向に沿って
配置される各伝熱フィンの表面に沿って流れることがで
きるため、各伝熱フィンの表面は伝熱面として有効に働
き熱交換効率を向上させることができる。

【００１４】このように、容易になおかつ比較的簡単な
工法で熱伝達率の低いガス側において、ガスを伝熱フィ
ン表面に沿って流すことによって、必要な伝熱面積を確
保でき内管内を通水する水と伝熱フィン表面を流れるガ
スとの熱交換は効果的に行うことができるため、加工性
高く、耐久性のよい高効率熱交換ユニットとそれを用い
た熱交換システムを提供することができる。

【００１５】請求項２に係る熱交換システムは、請求項
１記載の構成に加えて、複数枚の伝熱フィンは一枚の伝
熱板によって構成され、外装部と一体化となる熱交換ユ
ニットを備える構成になっている。

【００１６】上記熱交換システムにおいて、一枚の伝熱
板を折り曲げて外装部を構成すると同時に複数の伝熱フ
ィンを構成することによって、伝熱フィンは外装部と一
体化になり、内管の軸方向に沿う伝熱フィンの端部は伝
熱板の折り曲げ部になるため、例え結露水が生じる環境
に使用される時、結露水が伝熱フィンの端部継目から熱
交換ユニット内に入ることを防ぎ熱交換ユニットの耐久
性を向上させることができる。

【００１７】このように、容易なおかつ簡単な工法で熱
交換ユニットを製作することができ低コストの耐久性の
よい高効率熱交換ユニットとそれを用いた熱交換システ
ムを提供することができる。

【００１８】請求項３に係る熱交換システムは、請求項
１または請求項２記載の構成に加えて、一次ガス通路と
二次ガス通路は流れ変更部を介して連通し、二次ガス通
路を流れるガスの流れ方向と、一次ガス通路を流れるガ
スの流れ方向とを異なるような構成になっている。

【００１９】上記熱交換システムにおいて、一次ガス通
路と二次ガス通路は流れ変更部を介して連通し、二次ガ
ス通路を流れるガスの流れ方向は、一次ガス通路を流れ
るガスの流れ方向と角度を持つような構成で、一次ガス
通路と二次ガス通路を偏向させることによって、二次ガ
ス通路に配置した熱交換ユニットで発生した結露水を一
次ガス通路へ影響を及ぼさないとともに、二次ガス通路
中の熱交換ユニットの軸方向をガス流れ方向と一致させ
ることが簡単にできる。

【００２０】請求項４に係る熱交換システムは、請求項
３記載の構成に加えて、熱交換ユニットを二次ガス通路
に配置するとともに、少なくとも流れ変更部の一部にも
設けた構成になっている。

【００２１】上記熱交換システムにおいて、熱交換ユニ
ットを流れ変更通路の一部に設けることによって、流れ
変更部にてガスの熱を奪い、ガスの温度を飽和温度に近
いところまで低下させるため、流れ変更部の下流側の二
次ガス通路で結露を集中的に発生させることができる。
よって、ガス通路の空間を有効に利用し、コンパクト化
を実現するとともに、結露発生部を結露水除外しやすい
二次ガス通路に集中させることができ、熱効率の向上が
図れる。

【００２２】請求項５に係る熱交換システムは、請求項
３または請求項４記載の構成に加えて、二次ガス通路に
配置される熱交換ユニットの内管と流れ変更部に配置さ
れる熱交換ユニットの内管とを共通ヘッダーを介して連
通している構成になっている。

【００２３】上記熱交換システムにおいて、それぞれ二
次ガス通路に配置される熱交換ユニットの内管と流れ変
更部に配置される熱交換ユニットの内管は共通ヘッダー
を介して連通しているため、それぞれ二次ガス通路に配
置する熱交換ユニットと流れ変更部に配置する熱交換ユ
ニットは同様なもので加工でき、さらに加工後の折り曲
げの必要がなく、それぞれの熱交換ユニットの内管を連
通させることができる。また、共通ヘッダーを用いるた
め、Ｕ字管などで内管を繋ぐ必要もなく小スペースで内
管を連通させることができる。

【００２４】請求項６に係る熱交換システムは、請求項
１〜５のいずれかの１項に記載の構成に加えて、熱交換
ユニットの内管の一方はヘッダー入水室と連通し、他方
はヘッダー出水室と連通する請求構成になっている。

【００２５】上記の熱交換システムにおいて、複数の熱
交換ユニットの内管を繋ぐ方法として、熱交換ユニット
の内管の一方はヘッダー入水室と連通させ、他方はヘッ
ダー出水室と連通させることによって、隣接熱交換ユニ
ットの内管の繋ぎ部に水が溜まることがなく冬場の滞留
水凍結による内管破損を防ぐと当時に、熱交換ユニット
の内管を流れる水の管路圧力損失も低減させることがで
きる。

【００２６】請求項７に係る熱交換システムは、請求項
１〜６のいずれか１項に記載の構成に加えて、熱交換ユ
ニットの伝熱フィンには別部品である増設フィンを取り
つけた構成になっている。

【００２７】上記の熱交換システムにおいて、熱交換ユ
ニットの外装部と一体化で構成される伝熱フィンに増設
フィンを取りつけることによって、簡単な工法で伝熱面
積を増やすことができ、より効率よく熱交換させること
ができる。

【００２８】請求項８に係る熱交換システムは、請求項
１〜７のいずれか１項に記載の構成に加えて、伝熱フィ
ンは内管の軸方向に沿って螺旋状とした構成になってい
る。

【００２９】上記の熱交換システムにおいて、伝熱フィ
ンを内管の軸方向に沿って螺旋状にしたことによって、
内管の略軸方向に沿って流れるガスはこの螺旋状の伝熱
フィンによって、伝熱フィン近傍のガス流れを螺旋のよ
うに偏向させるため、ガス流れの撹乱機能を果たし、熱
交換効果を高めることができる。

【００３０】請求項９に係る熱交換システムは、請求項
１〜８のいずれか１項に記載の構成に加えて、熱交換ユ
ニットの伝熱フィンまたは外装部の表面に、境界層発達
防止手段を設けた構成になっている。

【００３１】上記の熱交換システムにおいて、熱交換ユ
ニットの伝熱フィンまたは外装部の表面に、境界層発達
防止手段を設けることによって、ガスが伝熱フィンまた
は外装部の表面に沿って流れ、境界層の発達に起因する
伝熱悪化を防ぐことができるため、熱交換を効果的に行
うことを維持し、高効率の熱交換システムを提供でき
る。

【００３２】

【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。

【００３３】（実施例１）図１は本発明の実施例１にお
ける熱交換ユニットの斜視図で、図２は同熱交換ユニッ
トを用いた熱交換システムの構成図である。図１と図２
において、１０は１枚の例えばステンレス鋼などの耐食
性材料或いは表面処理を施した材料を用いた伝熱板で、
この伝熱板１０を折り曲げて、複数の平板状の伝熱フィ
ン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと一体化で構成する
外装部１２が銅などの高熱伝導性の材料を用いた内管１
３を覆い一体化して熱交換ユニット１４を構成してい
る。１５ａ、１５ｂは伝熱フィンを形成する伝熱板１０
を止める溶接手段であり、例えば１５ａはスポット溶接
で、１５ｂはシームレス溶接である。この熱交換ユニッ
ト１４は複数個を二次ガス通路１６中に配置されてい
る。熱交換ユニット１４の設置は、内管１３の軸方向は
二次ガス通路１６を流れる燃焼ガスの流れ方向と略一致
する構成になっている。

【００３４】１７は二次ガス通路１６の上流側に位置す
る一次ガス通路で、この一次ガス通路１７内には、フィ
ン管１８ａが複数本配置され主熱交換器１８を構成して
いる。さらに一次ガス通路１７の上流側に燃焼室１９が
設けられており、燃料ガスを燃焼するバーナ２０で生成
する燃焼ガスＡを一次ガス通路１７へ案内している。こ
のように、燃焼ガスＡの流れは燃焼室１９→一次ガス通
路１７→二次ガス通路１６の順になっている、一方、燃
焼ガスと熱交換する流体例えば水の流れは熱交換ユニッ
ト１４→主熱交換器１８の順になっている。

【００３５】また、図２において、２１は二次ガス通路
１６の下流側に設けられている排出流れ偏向部で、熱交
換ユニット１４で熱交換行った後の排気ガスＣは排出流
れ偏向部２１にて上向き流れるようになり、排出通路２
２を流れた後、排気口２３から排出される。２４は熱交
換ユニット１４で生じた結露水を捕集し、中和する中和
装置である。また、図２において、２５は並設される熱
交換ユニット１４の内管１３同士を連通させるＵ字管
で、２６は熱交換ユニット１４の入水口で、２７は熱交
換ユニット１４の出水口である。Ｂは二次ガス通路１６
を流れる低温燃焼ガスを示す。

【００３６】以上のように構成された熱交換システムに
ついて、以下動作、作用を説明する。バーナ２０の燃焼
によって燃焼室１９内で形成される高温燃焼ガスＡは一
次ガス通路１７を通過し、一次ガス通路１７の中に配置
されるフィン管１４内を流れる予温水を加熱した後、低
温燃焼ガスとなって、この低温の燃焼ガスＢが二次ガス
通路１６に流入する。

【００３７】この時、二次ガス通路１６内において、伝
熱フィン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄなどを通じて
内管１３内を流れる水を予熱することによって、上記の
低温の燃焼ガスＢはさらに低温の排気ガスＣとなり、燃
焼排気ガス中の水蒸気は凝縮潜熱を奪われて外装部１２
の表面で凝縮水となる。この凝縮水にはＣＯ₂やＮＯ_xな
どのガスが溶解しているため、酸性（ｐＨ＝２〜４）を
示す。発生した凝縮水は更に低温となった排気ガスＣと
ともに下向きに流れ、二次ガス通路１６から排出され中
和装置２４へ流入し中和される。一方更に低温となった
排気ガスＣは排出流れ偏向部２１で偏向を受け、再び排
出通路２２を上方に流れ排気口２３から大気に排出され
る。

【００３８】一方、加熱流体である水は熱交換ユニット
１４の入水口２６から熱交換ユニット１４の内管１３内
へ導入され、二次ガス通路１６を通過する燃焼ガスＢか
ら水蒸気潜熱を奪い給水時よりやや温度が高い予温水と
なって、熱交換ユニット１４の出水口２７から導出され
る。そして、この予温水は一次ガス通路１７に配置され
た主熱交換器１８内のフィン管１８ａに流れ、一次ガス
通路１７を通過する燃焼ガスＡと熱交換し所定の温度ま
で加熱された後出湯する。

【００３９】このように、一枚の伝熱板１０で構成され
る複数の伝熱フィン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと
一体構成の外装部１２を用いて、内管１３を覆い、一体
化として構成された熱交換ユニット１４は、伝熱板１０
を例えばステンレス鋼などの耐食性材料や、防食処理を
することによって、別材料または別手段で伝熱フィンを
立てる必要なく、燃焼ガス中に含まれるＣＯ２やＮＯｘ
が溶解することによる酸性結露水の腐食から内管１３を
保護し耐久性を向上させることができる。

【００４０】熱交換ユニット１４の内管１３の軸方向
を、二次ガス通路１６を流れる低温燃焼ガスＢの流れ方
向と略一致させることによって、燃焼ガスＢは内管１３
の略軸方向に沿って、各伝熱フィン１１ａ、１１ｂ、１
１ｃ、１１ｄの表面に沿って流れることができるため、
各伝熱フィンの表面は伝熱面として有効に働き、熱交換
を効率よく向上させることができる。

【００４１】なお、本実施例において、一本の熱交換ユ
ニット１４に伝熱フィン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１
ｄを設けているが、ガス流れ状態に応じて、伝熱フィン
の数、角度、半径方向長さなどを調整しても、同様な効
果が得られる。

【００４２】なお、本実施例において、熱交換ユニット
１４の内管１３の軸方向を、二次ガス通路１６を流れる
低温燃焼ガスＢの流れ方向と略一致させる構成とした
が、熱交換ユニット１４の内管１３の軸方向を燃焼ガス
Ｂの流れ方向と角度を持たせ、例えば９０度近く角度の
場合、燃焼ガスＢの流れ方向と交差する伝熱フィンを比
較的短くすることで、流れの妨害或いは無効な伝熱面積
を少なくし、同様な効果が得られる。

【００４３】（実施例２）図３は本発明の実施例２にお
ける熱交換ユニットを用いた熱交換システムの構成図を
示す。本実施例において、実施例１と異なる点は、図３
に示すごとく二次ガス通路１６は流れ変更部１６ａを介
して一次ガス通路１７と連通しており、二次ガス通路１
６を流れるガスの流れ方向は、一次ガス通路１７を流れ
るガスの流れ方向と略１８０度を持つことである。な
お、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明
は省略する。

【００４４】このように、熱交換ユニット１４の内管１
３の軸方向を、二次ガス通路１６を流れる低温燃焼ガス
Ｂの流れ方向と略一致させることによって、燃焼ガスＢ
が内管１３の略軸方向に沿って配置される各伝熱フィン
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの表面に沿って流れる
ことができるため、各伝熱フィンの表面は伝熱面として
有効に働き、熱交換を効率よく向上させることができ
る。

【００４５】また、一枚の伝熱板１０で外装部１２を構
成しながら、複数の伝熱フィン１１ａ、１１ｂ、１１
ｃ、１１ｄが立てられるので、簡単な工法で、熱伝達率
の低い燃焼ガス側により多くの伝熱面積を確保すること
ができ、効果的な熱交換が図れ、高効率の熱交換システ
ムを提供することができる。

【００４６】また、本実施例において、二次ガス通路１
６は流れ変更部１６ａを介して一次ガス通路１７と連通
し、二次ガス通路１６を流れるガスの流れ方向を、一次
ガス通路１７を流れるガスの流れ方向と略１８０度を持
たせることによって、全熱交換システムとして、二次ガ
ス通路が設けられていない場合と比べ、上方への体積増
加が押さえられ、奥行方向の体積増加で対応できるの
で、コンパクトな熱交換システムを提供することができ
る。

【００４７】また、本実施例において、二次ガス通路１
６を流れる燃焼ガスＢの流れ方向は下向きとなっている
ため、熱交換ユニット１４の表面で結露水が生じた場
合、燃焼ガスＢの流れ方向、結露水の重力方向、落下方
向が一致することになり、結露水の熱交換ユニット１４
の表面から離脱促進が図れる。

【００４８】（実施例３）図４は本発明の実施例３にお
ける熱交換ユニットを示しており、図５は同熱交換ユニ
ットを用いた熱交換システムの構成図を示す。本実施例
において、実施例２と異なる点は、図４に示すごとく熱
交換ユニット３０を構成する内管２９は曲がり部２８を
有する丸管であり、熱交換ユニット３０は二枚の伝熱板
３１、３２をそれぞれ折り曲げて、複数の平板状の伝熱
フィン３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと３２ａ、３２
ｂ、３２ｃ、３２ｄと一体化で構成するそれぞれの外装
部３３、３４が曲がり部２８を介して内管２９を覆い一
体化して構成されることと、図５に示すごとく熱交換ユ
ニット３０は二次ガス通路１６に配置するとともに、流
れ変更部１６ａにも設けることである。また、図５に示
すように、熱交換ユニット３０の曲がり部２８は二次ガ
ス通路１６および流れ変更部１６ａ外に設置されてい
る。なお、実施例２と同一符号のものは同一構造を有
し、説明は省略する。

【００４９】このように、二枚の伝熱板３１、３２がそ
れぞれ折り曲げられ、それぞれ伝熱フィン３１ａ、３１
ｂ、３１ｃ、３１ｄと３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ
と一体構成の外装部３３、３４を用いて、曲がり部２８
を有する内管２９を覆い、一体化として構成された熱交
換ユニット３０は、伝熱板３１、３２を例えばステンレ
ス鋼などの耐食性材料や、防食処理をすることによっ
て、別材料または別手段で伝熱フィンを立てる必要な
く、燃焼ガス中に含まれるＣＯ２やＮＯｘが溶解するこ
とによる酸性結露水の腐食から内管２９を保護し耐久性
を向上させることができる。

【００５０】このように、主熱交換器１８を通過し流れ
変更部１６ａを流れる燃焼ガスの流れ方向は 流れ変更
部１６ａに設置される熱交換ユニット３０の部分の軸方
向と略一致するとともに、二次ガス通路１６を流れる低
温燃焼ガスＢの流れ方向は二次ガス通路１６内に設置さ
れる熱交換ユニット３０の部分の軸方向とも略一致する
ことになる。よって、流れ変更部１６ａと二次ガス通路
１６に設置される熱交換ユニット３０は、燃焼ガスが各
伝熱フィン３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと３２ａ、
３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの表面に沿って流れることがで
きるため、各伝熱フィンの表面は伝熱面として有効に働
き、熱交換を効率よく向上させることができる。このよ
うに、流れ変更部１６ａと二次ガス通路１６に曲がり部
２８を有する熱交換ユニット３０を設けることによっ
て、有効に空間を利用でき、コンパクトな熱交換システ
ムが実現できる。

【００５１】また、熱交換ユニット３０を流れ変更通路
１６ａの一部に設けることによって、流れ変更部１６ａ
にて燃焼ガスの熱を奪い、燃焼ガスの温度を飽和温度に
近いところまで低下させるため、流れ変更部１６ａの下
流側に位置する二次ガス通路１６で結露を集中的に発生
させることができる。よって、燃焼ガス通路の空間を有
効に利用し、コンパクト化を実現するとともに、結露発
生部を結露水除外しやすい二次ガス通路１６に集中させ
ることができ、熱効率の向上が図れる。

【００５２】また、熱交換ユニット３０の曲がり部２８
を二次ガス通路１６および流れ変更部１６ａ外に設置す
ることによって、伝熱板３１、３２に覆われていない内
管２９の曲がり部２８は燃焼ガスに曝されることがない
ため、例え内管２９の材質が高熱伝導性の銅などである
場合、燃焼ガスの結露水によって腐食される心配がな
い。

【００５３】（実施例４）図６は本発明の実施例４にお
ける熱交換ユニットを用いた熱交換システムの構成図を
示す。本実施例において、実施例３と異なる点は、熱交
換ユニットは実施例１で用いられた熱交換ユニット１４
と同様なものであることと、図６に示すごとく二次ガス
通路１６に設置される熱交換ユニット１４の内管１３と
流れ変更部１６ａに設置された熱交換ユニット１４の内
管１３とは共通ヘッダー３５に連通していることであ
る。なお、実施例３で用いられた曲がり部２８を有する
内管２９で構成される熱交換ユニット３０は本実施例で
廃止する。なお、実施例３と同一符号のものは同一構造
を有し、説明は省略する。

【００５４】このように、それぞれ二次ガス通路１６に
配置される熱交換ユニット１４の内管１３と流れ変更部
１６ａに配置される熱交換ユニットの内管１３は、共通
ヘッダー３５を介して連通しているため、それぞれ二次
ガス通路に配置する熱交換ユニット１４と流れ変更部に
配置する熱交換ユニット１４は同様なもので加工でき、
さらに加工後の折り曲げの必要がなく、それぞれの熱交
換ユニット１４の内管１３を連通させることができるた
め、入水口２６から入水された水は二次ガス通路１６に
設置される熱交換ユニット１４の内管１３を通し、共通
ヘッダーを経て、流れ変更部１６ａに設置される熱交換
ユニット１４の内管１３へ流入し、出水口２７から流出
しフィン管１８ａへ流れることが可能になる。

【００５５】さらに、複数の熱交換ユニット１４を並設
した場合、例え入水口２６、出水口２７はともに並設さ
れた熱交換ユニット１４のヘッダー式入水口、出水口で
あると、水は複数の熱交換ユニット１４の内管１３を並
行に流れていく、均一に燃焼ガスから熱交換でき、より
高効率な熱交換システムが得られる。

【００５６】また、共通ヘッダー３５を用いるため、Ｕ
字管などで内管を繋ぐ必要もなく小スペースで内管１３
を連通させることができる。

【００５７】また、熱交換ユニット１４を流れ変更通路
１６ａの一部に設けることによって、流れ変更部１６ａ
にて燃焼ガスの熱を奪い、燃焼ガスの温度を飽和温度に
近いところまで低下させるため、流れ変更部１６ａの下
流側の二次ガス通路１６で結露を集中的に発生させるこ
とができる。よって、燃焼ガス通路の空間を有効に利用
し、コンパクト化を実現するとともに、結露発生部を結
露水除外しやすい二次ガス通路１６に集中させることが
でき、熱効率の向上が図れる。

【００５８】また、共通ヘッダー３５を二次ガス通路１
６および流れ変更部１６ａ外に設置することによって、
共通ヘッダー３５は燃焼ガスに曝されることがなく燃焼
ガスの結露水によって腐食される心配がないことによっ
て、加工性のよい銅などの材料で加工できるため、より
実現性のよい熱交換システムが得られる。

【００５９】（実施例５）図７は本発明の実施例５にお
ける熱交換ユニットを用いた熱交換システムの構成図を
示す。本実施例において、実施例２と異なる点は、複数
個並設された熱交換ユニット１４の内管１３の一方はヘ
ッダー式の入水室３６、他方はヘッダー式の出水室３７
と連通していることである。なお、実施例２に用いた近
接熱交換ユニット１４の内管を連通するＵ字管２５、熱
交換ユニット１４の入水口２６と出水口２７は本実施例
で廃止する。なお、実施例２と同一符号のものは同一構
造を有し、説明は省略する。

【００６０】近接の熱交換ユニット１４同士の内管１３
は一般的にＵ字管で繋ぎ、水回路を形成することが多い
が、このように、並設される複数個熱交換ユニット１４
の内管１３の一方をヘッダー式の入水室３６、他方を同
じくヘッダーの出水室３７と連通させることによって、
水が入水室３６から供給され、並設される熱交換ユニッ
ト１４の内管１３を均一に流れることができるため、低
水路圧損を図りながら、均一に燃焼ガスと熱交換でき、
よい高効率の熱交換システムが実現できる。

【００６１】また、複数近接熱交換ユニット１４の内管
１３の出入口をヘッダー式の入水室３６または出水室３
７と連通させることによって、Ｕ字管などで近接内管１
３を繋いだ場合で生じたＵ字管最下部の水滞留問題をな
くすことができ、Ｕ字管最下部で滞留した水の凍結によ
る損害を防ぐことができる。

【００６２】（実施例６）図８は本発明の実施例６にお
ける熱交換ユニットを示す。本実施例において、実施例
１と異なる点は、熱交換ユニット１４の伝熱フィン１１
ｂ、外装部１２、伝熱フィン１１ｄにまたがり増設フィ
ン３８が取り付けられることである。３９は増設フィン
３８を伝熱フィン１１ｂ、１１ｄに密接固定するための
例えばスポット手段である。なお、本実施例において、
実施例１で用いられた伝熱フィン１１ａ、１１ｃは廃止
する。なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有
し、説明は省略する。

【００６３】このように、熱交換ユニット１４に別部品
である増設フィン３８を取りつけることによって、簡単
な工法で伝熱面積を増やすことができ、熱交換ユニット
の本数を増やさずにより効率よく熱交換させることがで
きる。

【００６４】また、本実施例での増設フィン３８は外装
部１２と密接しているため、外装部１２で覆われている
内管１３内の水は燃焼ガスとの熱交換をより効率よく行
わせることができる。

【００６５】また、本実施例での増設フィン３８の高さ
を低くし、熱交換ユニット１４の略軸方向に流れる燃焼
ガスの流れ妨害にならないようにすることが実用上より
好ましい。また、熱交換ユニット１４の略軸方向に沿っ
て伝熱フィン１１ｂ、１１ｄと外装部１２の表面を流れ
る燃焼ガスに対して、増設フィン３８はこれら表面で境
界層の発達妨害になっているため、境界層の発達による
伝熱性悪化も防止できる。

【００６６】なお、本実施例において、伝熱フィン１１
ｂ、外装部１２、伝熱フィン１１ｄにまたがって増設フ
ィン３８を取りつけるとしたが、伝熱フィン１１ｂ、或
いは伝熱フィン１１ｄの表面に増設フィンを取りつけて
も同様な効果が得られる。

【００６７】（実施例７）本発明の本実施例７におい
て、実施例１と異なる点は、伝熱フィン１１ａ、１１
ｂ、１１ｃ、１１ｄが熱交換ユニット１４の軸方向に沿
って螺旋状になっていることである。なお、実施例１と
同一図面を用いて説明する。

【００６８】このように、伝熱フィン１１ａ、１１ｂ、
１１ｃ、１１ｄを熱交換ユニット１４の軸方向に沿って
螺旋状にしたことによって、熱交換ユニット１４の略軸
方向に沿って流れるガスはこの螺旋状の伝熱フィンによ
って、伝熱フィン近傍のガス流れを螺旋のように偏向さ
せるため、ガス流れの撹乱機能を果たし、熱交換効果を
高めることができる。

【００６９】（実施例８）図９は本発明の実施例８にお
ける熱交換ユニットを示す。実施例１と異なる点は、図
９に示す如く熱交換ユニット１４の伝熱フィン１１ａ、
１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと外装部１２の表面に、境界層
発達防止手段である外輪４０を取りつけたことである。
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説
明は省略する。

【００７０】このように、熱交換ユニット１４の伝熱フ
ィン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと外装部１２の表
面に、境界層発達防止手段である外輪４０を設けること
によって、燃焼ガスが伝熱フィン１１ａ、１１ｂ、１１
ｃ、１１ｄまたは外装部１２の表面に沿って流れ、境界
層の発達に起因する伝熱悪化が生じる場合、発達した境
界層を形成することを防ぐことができるため、熱交換を
効果的に行うことを維持し、高効率の熱交換システムを
提供できる。

【００７１】なお、前記各実施例において、燃料ガスに
ついて説明したが、石油燃料やその他の燃料を使用した
場合でも同様の効果が実現できる。

【００７２】

【発明の効果】以上のように、請求項１〜９に記載の発
明によれば、酸性結露水による腐食を防止し、所期性能
が維持できて耐久性がよく、かつ高効率コンパクトな熱
交換システムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における熱交換ユニットの斜
視図

【図２】同熱交換ユニットを用いた熱交換システムの構
成図

【図３】本発明の実施例２における熱交換システムの構
成図

【図４】本発明の実施例３における熱交換ユニットの斜
視図

【図５】同熱交換ユニットを用いた熱交換システムの構
成図

【図６】本発明の実施例４における熱交換システムの構
成図

【図７】本発明の実施例５における熱交換システムの構
成図

【図８】本発明の実施例６における熱交換ユニットの斜
視図

【図９】本発明の実施例７における熱交換ユニットの斜
視図

【図１０】従来の熱交換装置の要部図

【図１１】従来の他の熱交換装置の要部図

【符号の説明】

１０、３１、３２ 伝熱板 １１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 伝熱フィン １２ 外装部 １３、２９ 内管 １４、３０ 熱交換ユニット １６ 二次ガス通路 １６ａ 流れ変更部 １７ 一次ガス通路 １８ 主熱交換器 ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 伝熱フィン ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ 伝熱フィン ３３、３４ 外装部 ３５ 共通ヘッダー ３６ 入水室 ３７ 出水室 ３８ 増設フィン ４０ 外輪（境界層発達防止手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 正満 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3L036 AA06 AA09 3L103 AA35 BB43 CC02 CC27 DD08 DD33 DD42

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次ガス通路と、前記一次ガス通路中の
   ガスと熱交換する主熱交換器と、前記一次ガス通路の下
   流側に位置する二次ガス通路と、前記二次ガス通路中の
   ガスと熱交換する熱交換ユニットとからなり、前記熱交
   換ユニットは内管と、前記内管を覆う外装部と、前記外
   装部に設けた前記内管の略軸方向に沿う伝熱フィンとを
   備え、前記二次ガス通路内を流れるガスの流れ方向は前
   記熱交換ユニットの軸方向と略一致させた熱交換システ
   ム。
2. 【請求項２】 複数枚の伝熱フィンは一枚の伝熱板によ
   って構成され、外装部と一体化となる熱交換ユニットを
   備えた請求項１記載の熱交換システム。
3. 【請求項３】 一次ガス通路と二次ガス通路は流れ変更
   部を介して連通し、二次ガス通路を流れるガスの流れ方
   向と、一次ガス通路を流れるガスの流れ方向とを異なる
   ようにした請求項１または請求項２記載の熱交換システ
   ム。
4. 【請求項４】 熱交換ユニットを二次ガス通路に配置す
   るとともに、少なくとも流れ変更部の一部にも設けた請
   求項３記載の熱交換システム。
5. 【請求項５】 二次ガス通路に配置される熱交換ユニッ
   トの内管と流れ変更部に配置される熱交換ユニットの内
   管とを共通ヘッダーを介して連通させた請求項３または
   請求項４記載の熱交換システム。
6. 【請求項６】 熱交換ユニットの内管の一方は入水室と
   連通し、他方は出水室と連通する請求項１〜５のいずれ
   か１項記載の熱交換システム。
7. 【請求項７】 伝熱フィンには別部品である増設フィン
   を取りつけた請求項１〜６のいずれか１項記載の熱交換
   システム。
8. 【請求項８】 伝熱フィンは内管の軸方向に沿って螺旋
   状とした請求項１〜７のいずれか１項記載の熱交換シス
   テム。
9. 【請求項９】 伝熱フィンまたは外装部の表面には、境
   界層発達防止手段を設けた請求項１〜８のいずれか１項
   記載の熱交換システム。