JP2006308219A

JP2006308219A - ガス給湯機の熱交換器

Info

Publication number: JP2006308219A
Application number: JP2005132004A
Authority: JP
Inventors: Masaru Miyoshi; 大三好
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】熱交換器の低温化による結露を減少させ熱交換器の長寿命化を図る。
【解決手段】フィンパイプ２１を二重管構造とし内管２０に冷水を、外管２１に温水を流すことで、燃焼ガスと接する外管表面及び、外管に接続したフィン１７の温度を上げ、結露を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス給湯機の熱交換器のフィンパイプ構成に関するものである。

従来の技術として給湯器の構成図を図２に示す。ガス給湯機の筐体１内には、バーナ２が取り付けられている。前記バーナ２の上部には燃焼室３があり、さらにその上部に熱交換器４が、さらにその上部には排気通路５が取り付けられている。また、前記バーナ２の上流には燃料ガスの流量を調節する燃料調節弁６が、さらに上流には燃料ガスを止める燃料閉止弁７が取り付けられている。

また、前記バーナ２には、燃焼に必要な空気を送る給気ファン８、炎検知装置９、点火プラグ１０がそれぞれ取り付けられている。これら燃料調節弁６、燃料閉止弁７、給気ファン８、炎検知装置９、点火プラグ１０は各々、制御装置１１に電気的に接続されている。また通水路の構成として、水入口１２の下流に水量センサ１３が接続され、その下流において分岐する形で一方は熱交換器のフィンパイプ１４に接続され、もう一方は熱交換器をショートカットする形で、バイパスパイプ１５につながり、バイパスパイプ１５は熱交換器出口パイプ１６とに接続されている。

次に、従来例の熱交換器のフィン部構造を図３に示し、（ｆ）正面図、（ｇ）上面図、（ｈ）（ｉ）側面図、（ｊ）斜視図である。熱交換器４には水が流れるフィンパイプ１４が複数（図中Ａ〜Ｅの計５本）燃焼室３上部を横断しながら数回往復する形で配置され、そのフィンパイプ１４には多数の薄板状のフィン１７が接合されている。その形はフィン１７にフィンパイプ１４（Ａ〜Ｅ）が貫通する形で接合されている。

ここで熱交換について図２を用いて説明する。水の流れを水量センサ１３が検知すると制御装置１１は燃焼運転を開始するにあたり前記給気ファン８を回転させる。それにより空気は筐体内に入り給気ファン８に吸入され、バーナ２内に吐出される。一方燃料は制御装置１１によって燃料閉止弁７及び燃料調節弁６が開かれバーナ２内で空気の一部と混合されバーナ２から燃焼室３に噴出する。同時に制御装置１１が点火プラグ１０をスパークさせる事で燃料と空気の混合気に点火され燃焼室３内で燃焼する。燃焼した高温の排気ガスは、熱交換器４のフィン１７およびフィンパイプ１４に触れて吸熱されフィンパイプ１４内を流れる水に熱交換され、温度が下がりその後排気通路５を通り排出される。次に図３を用いて、熱交換器フィンの温度の動きについて説明する。

フィンパイプ１４を通る水は、先ず図中Ａのフィンパイプから順にＢ〜Ｅへと流れ、流れる間に、複数のフィン１７から吸熱し徐々に温度を上げながら出て行く。その間逆にフィンとフィンの間を流れる排気ガスは熱を奪われ温度を下げていく。また、そのフィン１７の温度分布は、高温の排気ガスにさらされる下端部が最高温となり、フィンパイプ１４のＡ〜Ｂ〜Ｅ、またはＢ〜Ｃ〜Ｄで囲まれた部位ならびにＤ、Ｅの排気方向下流側（フィン上端）の温度が低くなる(例えば、特許文献１参照)。
特開平０８−１２１８６８号公報

しかしながら、従来の熱交換器の構成では、冷水が最初にフィン部に達する下段のフィンパイプ部では流水の温度が低いため、その近傍のフィンパイプ外周及びその周囲のフィンの部位は温度が低く、その部位で燃焼ガスと接触すると燃焼ガス中に含まれる水蒸気が結露してしまい、燃焼ガス中の窒素酸化物と結露水から硝酸などを生成し、熱交換器を傷めて寿命を短くしてしまう課題が有った。

本発明は、熱交換器の小型化と結露防止、熱効率の維持向上を目的とする。

本発明は前記課題を解決するために、フィンパイプを二重構造とし、内側に冷水を、外側に温水を流す構成として、外側フィンパイプとその外周に取り付けられたフィンの温度を上げ、結露を減少させる機能を備えている。

本発明のガス給湯機の熱交換器によれば、従来に比べ、燃焼ガスと接するフィンパイプ及びフィンの温度が上がり、結露の発生を低減させることができる。

第１の発明は、水を流すパイプの構造が軸方向に大径と小径の二重構造となって、内側のパイプを温度の低い水が流れ、外側のパイプを温度が高い水が流れる構造としたことを特徴とするものであり、フィンパイプ及びフィンの温度の低下を防ぎ結露の低減を図ることができる。

第２の発明は、複数のプレートフィンを貫通して設けられ一端を閉塞した複数のフィンパイプ外管と、前記フィンパイプ外管に内通させ一端を開放したフィンパイプ内管と、前記フィンパイプ外管の他端を集合させ１つの出水経路を形成する集合管と、前記フィンパイプ内管の他端を集合させ１つの入水経路を形成する分岐管とを備えたガス給湯機の熱交換器であって、前記フィンパイプは受熱部に対してフィンパイプ外管とフィンパイプ内管で構成した二重管構造とするとともに、前記分岐管及び集合管を介して並列の熱交換経路を形成したことを特徴とするものであり、受熱部における通水経路を二重管構造とするための具体的構成を加工性に重点をおいて限定するとともに、結露防止を図りつつ通水経路の抵抗を低減するための構成を提供するものである。

第３の発明は、フィンパイプ外管とフィンパイプ内管で構成した二重管構造は、分岐管より供給される水がフィンパイプ内管を通った後、開放端より折り返してフィンパイプ外管とフィンパイプ内管で形成された隙間を通って集合管に流れるようにしたことを特徴とするものであり、受熱部における通水経路を二重管構造とするためにフィンパイプ外管とフィンパイプ内管で折り返し経路を形成することで実現したもので、安価で加工性のよい熱交換器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１における給湯機の本体構成、燃焼の仕組みは背景技術の項に記載の例と同じであるため説明を省略する。

図１は実施の形態１の熱交換部形状を示し、（ａ）正面図、（ｂ）上面図、（ｃ)（ｄ）側面図、（ｅ）一部を破断面として内部構造を示す斜視図である。入口パイプ１８は、分岐管１９に接続されて複数のフィンパイプ内管２０と接続される。フィンパイプ内管２０はフィンパイプ外管２１の中にあり、フィンパイプ内管２０の他端は開放されている。一方フィンパイプ外管２１は、フィンパイプ内管２０の外側にあり二重構造の外側を構成する。フィンパイプ内管２０の開放側におけるフィンパイプ外管２１の端は閉じていて、二重構造の流水通路の折り返し地点２２を構成する。フィンパイプ外管２１の他端は、集合管２３に繋がり、他の二重管と合流して出口パイプ１６に接続される。

次に、水の流れと伝熱の仕組みについて、図１を用いて説明する。

水は、分岐管１９で分岐してそれぞれのフィンパイプ内管２０に入る。ここまでは水の温度は低い状態にある。フィンパイプ内管２０を通過する間にフィンパイプ外管２１からの温度を吸熱し、徐々に温度は上昇する。折り返し地点２２においてフィンパイプ内管２０を出た水はフィンパイプ内管２０とフィンパイプ外管２１の間を通り、集合管２３へと流れていく。フィンパイプ外管２１内を通過する間に、フィンパイプ外管２１の外周と外周に接触しているフィンから伝熱された熱が水に伝わりさらに高温になる。こうして高温になってフィンパイプ外管２１を流れ出た湯は、集合管２３で合流して出口へ向かって流れる。

以上のように、本実施の形態においては、直接燃焼ガスと接触する部分には比較的高温の温水が流れ、温度の低い内管部は高温の外管部によって隔たれるため、燃焼ガスと接触する部分の結露の低減を図ることができる。

また、本実施の形態における熱交換経路は、分岐管１９と集合管２３によりそれぞれのフィンパイプ内管２０とフィンパイプ外管２１を独立して流れるため、全体の湯水の流れとしては並列に流れることになり、通路抵抗を低減することができ、低水圧時の流量低下という問題も軽減できる。

本発明の熱交換器は、燃焼ガスと接するフィンパイプ及びフィンの温度が上がり、結露の発生を低減させることができるため、石油・ガス給湯機全般に適用できる。

（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）本発明の実施の形態１におけるフィンパイプ形状の図従来の給湯機の構成図（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）従来のフィンパイプ形状の図

符号の説明

１４フィンパイプ
１７プレートフィン
１９分岐管
２０フィンパイプ内管
２１フィンパイプ外管
２３集合管

Claims

水を流すパイプの構造が軸方向に大径と小径の二重構造となって、内側のパイプを温度の低い水が流れ、外側のパイプを温度が高い水が流れる構造を特徴とするガス給湯機の熱交換器。
複数のプレートフィンを貫通して設けられ一端を閉塞した複数のフィンパイプ外管と、前記フィンパイプ外管に内通させ一端を開放したフィンパイプ内管と、前記フィンパイプ外管の他端を集合させ１つの出水経路を形成する集合管と、前記フィンパイプ内管の他端を集合させ１つの入水経路を形成する分岐管とを備えたガス給湯機の熱交換器であって、
前記フィンパイプは受熱部に対してフィンパイプ外管とフィンパイプ内管で構成した二重管構造とするとともに、前記分岐管及び集合管を介して並列の熱交換経路を形成したことを特徴とするガス給湯機の熱交換器。
フィンパイプ外管とフィンパイプ内管で構成した二重管構造は、分岐管より供給される水がフィンパイプ内管を通った後、開放端より折り返してフィンパイプ外管とフィンパイプ内管で形成された隙間を通って集合管に流れるようにした請求項２記載のガス給湯機の熱交換器。