JP6151146B2

JP6151146B2 - 給湯器における熱交換器、及び給湯器

Info

Publication number: JP6151146B2
Application number: JP2013198724A
Authority: JP
Inventors: 広輝金澤
Original assignee: 株式会社パロマ
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: JP2015064143A

Description

本発明は、給湯器における熱交換器、及び給湯器に関するものである。

従来、一般的な給湯器には、入水管を介して送られてきた水を加熱するための熱交換器が設けられている。また、この熱交換器としては、湯水を通水可能な伝熱管と、当該伝熱管が貫通しており、燃焼排気中の熱を回収して伝熱管へと伝えるフィンとを備えてなるものが一般的に知られている。そして、たとえば特許文献１に記載されているように、フィンに、伝熱管の貫通孔を上下方向で単段に形成し、伝熱管についても上下方向で単段に配設することで、熱交換器の上下方向での小型化を図ったものもある。

しかしながら、上述したように伝熱管を単段化した熱交換器においては、熱交換器の入水側から出湯側にわたって均等に加熱されるため、出湯側で過熱状態となり、伝熱管内で湯水が沸騰したり、フィンの温度が耐熱温度を超えてしまうおそれがあるという問題があった。そこで、特許文献１に記載の発明では、燃焼室内で燃焼排気が入水側に集中するように燃焼排気の流れを規制することで、出湯側の温度を沸騰等が発生しない程度にまで抑制しつつ、入水側で十分に加熱しようとしている。

特開２０１３−９６６０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明のように、燃焼排気の流れを規制すると、当然ながら燃焼室内における燃焼排気の流れが不均一となって余計な抵抗が生じてしまい、燃焼排気がスムーズに排出されなくなるという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、燃焼排気の流れを不均一に規制したりすることなく、出湯側での過熱を防止しつつ入水側で十分に加熱することができる熱交換器、及び当該熱交換器を備えた給湯器を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、通水可能な蛇行状の伝熱管と、左右方向へ長い帯状の金属板で、前記伝熱管が貫通する複数の貫通孔を上下で単段に左右方向へ並設してなるフィンとを備えてなり、前記伝熱管の一方側から入ってきた水を加熱し、前記伝熱管の他方側から湯として出湯する給湯器における熱交換器であって、前記フィンにおける前記貫通孔の下方の受熱部の面積を、出湯側から入水側へむかって段階的若しくは連続的に増大させていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記受熱部のうち、最も入水側に位置する貫通孔の下方の受熱部の面積については、当該貫通孔に出湯側で隣り合う貫通孔の下方の受熱部の面積よりも狭い所定量とし、前記最も入水側に位置する貫通孔の周囲での燃焼排気の温度低下を抑制可能としたことを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項３に記載の発明は、バーナを内蔵した燃焼室内において、前記バーナの上方に請求項１又は２に記載の熱交換器が設置され、前記熱交換器における前記伝熱管の前記一方側に入水管を、前記他方側に出湯管を夫々接続してなることを特徴とする給湯器である。

本発明によれば、フィンにおける貫通孔の下方の受熱部の面積を、出湯側から入水側へむかって段階的若しくは連続的に増大させている。したがって、従来の如く燃焼排気の流れを不均一に規制したりすることなく、最も出湯側に位置する受熱部の過熱を防止しつつ、伝熱管内の湯水の温度が低い入水側の受熱部を十分に加熱することができる。さらに、最も出湯側に位置する受熱部の過熱を防止することができるため、当該受熱部の上方にある貫通孔周囲の伝熱管内で湯水が沸騰したり、当該受熱部が過熱されて耐熱温度を超えてしまったりしない。
また、請求項２に記載の発明によれば、受熱部のうち、最も入水側に位置する貫通孔の下方の受熱部の面積については、当該貫通孔に出湯側で隣り合う貫通孔の下方の受熱部の面積よりも狭い所定量としている。したがって、最も入水側に位置する貫通孔の周囲での燃焼排気の温度低下を抑制することができ、当該箇所でのドレンの発生を防止することができる。

給湯器の概略を示した説明図である。フィンを前方側から示した説明図である。フィンの変更例を示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態となる熱交換器及び給湯器について、図面にもとづき詳細に説明する。

図１は、給湯器１の概略を示した説明図である。
給湯器１は、器具本体２内に、下方に給気ファン４を、上方に排気口（図示せず）を夫々備えた燃焼室３を形成してなるもので、燃焼室３の内部には、燃料ガスと給気ファン４から一次空気との混合ガスを燃焼させるバーナ５が設置されている。また、燃焼室３の内部でバーナ５の上方となる位置には、熱交換器１０が設置されている。該熱交換器１０は、図１中で表裏方向となる前後方向に多数のフィン６、６・・を並設するとともに、各フィン６に開設された貫通孔１１ａ〜１１ｆ（図２に示す）を貫通するように蛇行状の伝熱管（図示せず）を配設したものであって、燃焼排気中の熱を主に回収して伝熱管内を通水する湯水を加熱するようになっている。一方、燃焼室３の外部には、熱交換器１０の入水側（伝熱管の一方側）に接続された入水管８、及び出湯側（伝熱管の他方側）に接続された出湯管９が設けられている。

そして、給湯器１では、出湯管９の下流側に設けられた給湯栓（図示せず）が開かれ、器具本体２内での通水を検出すると、図示しないコントローラによる制御のもと、バーナ５を点火させ、入水管８を介して送られてきた水を熱交換器１０で加熱して湯とし、出湯管９を介して給湯栓から給湯するようになっている。なお、給湯栓が閉じられると、器具本体２での通水が停止するため、コントローラは、器具本体２内の通水の停止を検出することで、バーナ５を消火する。

ここで、本発明の要部となる熱交換器１０のフィン６について、図２にもとづき詳細に説明する。図２は、フィン６を前方側から示した説明図である。
フィン６は、左右方向へ長い帯状の銅板であって、その下辺に沿って６つの円形の貫通孔１１ａ、１１ｂ・・、１１ｆが上下で単段に左右方向へ並設されている。また、フィン６の下辺部（貫通孔１１ａ〜１１ｆの下方の部位）には、貫通孔１１ａ〜１１ｆの周縁に沿った円弧状の受熱部１２ａ〜１２ｆが、左右方向へ波状に連なって形成されている。加えて、フィン６の上辺側には、フィン６の前後方向へ凹凸して、燃焼排気の流れを整流するための整流部１３、１３・・が設けられている。

さらに、フィン６は、各受熱部１２ａ〜１２ｆの面積、すなわち貫通孔１１ａ〜１１ｆの周縁から各受熱部１２ａ〜１２ｆの外縁までの幅に工夫が施されている。すなわち、左端の貫通孔１１ａの右部における貫通孔１１ａの周縁から受熱部１２ａの外縁までの幅ｒ１は、ｒ１＝４．５ｍｍとなっている。また、左から２つ目の貫通孔１１ｂの左部における貫通孔１１ｂの周縁から受熱部１２ｂの外縁までの幅ｒ２、左から２つ目の貫通孔１１ｂの右部における貫通孔１１ｂの周縁から受熱部１２ｂの外縁までの幅ｒ３、左から３つ目の貫通孔１１ｃの左部における貫通孔１１ｃの周縁から受熱部１２ｃの外縁までの幅ｒ４、及び左から３つ目の貫通孔１１ｃの右部における貫通孔１１ｃの周縁から受熱部１２ｃの外縁までの幅ｒ５は、ｒ２＝ｒ３＝ｒ４＝ｒ５＝６．０ｍｍとなっている。さらに、右から３つめ目の貫通孔１１ｄの左部における貫通孔１１ｄの周縁から受熱部１２ｄの外縁までの幅ｒ６、右から３つめ目の貫通孔１１ｄの右部における貫通孔１１ｄの周縁から受熱部１２ｄの外縁までの幅ｒ７、右から２つめ目の貫通孔１１ｅの左部における貫通孔１１ｅの周縁から受熱部１２ｅの外縁までの幅ｒ８、右から２つめ目の貫通孔１１ｅの右部における貫通孔１１ｅの周縁から受熱部１２ｅの外縁までの幅ｒ９は、ｒ６＝ｒ７＝ｒ８＝ｒ９＝４．３ｍｍとなっている。加えて、右端の貫通孔１１ｆの左部における貫通孔１１ｆの周縁から受熱部１２ｆの外縁までの距離ｒ１０は、ｒ１０＝３．５ｍｍとなっている。なお、左端の受熱部１２ａの左部、及び右端の受熱部１２ｆの右部については、燃焼排気にほぼ触れず、湯水の加熱にほぼ寄与しない部位であるため、上記距離を特に規定していない（たとえば、ｒ１と同距離とすればよい）。

そして、上記フィン６は、伝熱管が貫通孔１１ａ〜１１ｆにかけて順に貫通し、左端の貫通孔１１ａに伝熱管の入水側が、右端の貫通孔１１ｆに伝熱管の出湯側が夫々貫通した状態で設置される。つまり、フィン６は、出湯側から入水側にむかって（特に貫通孔１１ｆから貫通孔１１ｂにむかって）、受熱部１２ｂ〜１２ｆの面積が段階的に増大するように設置される。したがって、燃焼排気によりフィン６が加熱される際、すでに伝熱管内の湯水がある程度加熱されており、それほどフィン６が高温になる必要のない受熱部１２ｆでは、燃焼排気から回収する熱が最も少なくなる。また、入水側であって、伝熱管の湯水の温度が低く十分な加熱が必要な受熱部１２ｂ及び受熱部１２ｃでは、最も多くの熱が燃焼排気から回収される。さらに、その上で、伝熱管内の湯水の温度が高くなるにつれて、燃焼排気から回収する熱が段階的に減る（すなわち、受熱部１２ｂから受熱部１２ｆにむかって、フィン６の温度が段階的に低くなる）ことになる。一方、左端の受熱部１２ａでは、伝熱管内の湯水の温度が最も低いため、伝熱管内の湯水を加熱するという観点によると燃焼排気から最も多くの熱を回収したいものの、燃焼排気から熱を回収しすぎると当該箇所での燃焼排気の温度が低下しすぎてしまい、ドレンが発生しやすい環境となってしまう。しかしながら、受熱部１２ａの面積は、受熱部１２ｂの面積よりも狭い所定量となっているため、燃焼排気からある程度の熱を回収して伝熱管内の湯水を加熱しつつも、貫通孔１１ａ周囲での燃焼排気の温度低下が抑制され、貫通孔１１ａ周囲での燃焼排気の温度は、ドレンが発生しない程度の温度に維持される。

以上のような構成を有するフィン６を備えた熱交換器１０、及び給湯器１によれば、出湯側から入水側にむかって、受熱部１２ｂ〜１２ｆの面積が段階的に増大しており、最も出湯側に位置する貫通孔１２ｆの下方に形成された受熱部１２ｆの面積（特に、受熱部１２ｆの左部の面積）が、それよりも上流側となる受熱部１２ｂ〜１２ｅの面積よりも狭くなっている。したがって、従来の如く燃焼排気の流れを不均一に規制したりすることなく、受熱部１２ｆの過熱を防止しつつ、伝熱管内の湯水の温度が低い入水側の受熱部（特に受熱部１２ｂや受熱部１２ｃ）については十分に加熱することができる。さらに、受熱部１２ｆの過熱を防止することができるため、貫通孔１１ｆ周囲の伝熱管内で湯水が沸騰したり、受熱部１２ｆが過熱されて耐熱温度を超えてしまったりしない。
また、左端の受熱部１２ａの面積については、受熱部１２ｂと同じ若しくは受熱部１２ｂよりも広くしたりせず、受熱部１２ｂよりも狭い所定量として燃焼排気から回収する熱を抑えることにより、貫通孔１１ａ周囲での燃焼排気の温度低下を抑制することができ、ドレンの発生を防止することができる。

なお、本発明の熱交換器及び給湯器に係る構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、給湯器の全体的な構成は勿論、フィンの構成についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記実施形態では、フィンの受熱部の面積を、出湯側から入水側へむかって段階的に増大させているが、このようなフィン６に代えて、図３に示すようなフィン２１を採用してもよい。フィン２１について説明すると、フィン２１は、その受熱部１２ａ〜１２ｆの面積が段階的に増大するのではなく、出湯側から入水側にむかって連続的に増大するように形成されている。すなわち、ｒ１０＜ｒ９＜ｒ８＜ｒ７＜ｒ６＜ｒ５＜ｒ４＜ｒ３＜ｒ２＜ｒ１となっている。そして、このようなフィン２１を採用しても、フィン６同様、伝熱管内の湯水の温度が低い箇所については十分に加熱しつつ、伝熱管内の湯水の温度が高い箇所では必要以上の加熱を抑制することができるという効果を奏することができる。なお、図３において、図２と同じ構成要素は同じ符号を付している。

また、上記実施形態では、最も入水側に位置する貫通孔１１ａの下方に形成された受熱部１２ａの面積を、出湯側に隣り合う貫通孔１１ｂの下方に形成された受熱部１２ｂの面積よりも狭くしているが、図３に示すフィン２１のように、受熱部１２ａの面積を受熱部１２ｂの面積よりも広く形成したり、同じとしたりしてもよい。さらに、言うまでもなく、図３に示すような連続的に増大するフィン２１において、フィン６の如くｒ１＜ｒ２としても何ら問題はない。

１・・給湯器、３・・燃焼室、４・・給気ファン、５・・バーナ、６、２１・・フィン、１１ａ〜１１ｆ・・貫通孔、１２ａ〜１２ｆ・・受熱部、１３・・規制部。

Claims

通水可能な蛇行状の伝熱管と、左右方向へ長い帯状の金属板で、前記伝熱管が貫通する複数の貫通孔を上下で単段に左右方向へ並設してなるフィンとを備えてなり、前記伝熱管の一方側から入ってきた水を加熱し、前記伝熱管の他方側から湯として出湯する給湯器における熱交換器であって、
前記フィンにおける前記貫通孔の下方の受熱部の面積を、出湯側から入水側へむかって段階的若しくは連続的に増大させていることを特徴とする給湯器における熱交換器。
前記受熱部のうち、最も入水側に位置する貫通孔の下方の受熱部の面積については、当該貫通孔に出湯側で隣り合う貫通孔の下方の受熱部の面積よりも狭い所定量とし、
前記最も入水側に位置する貫通孔の周囲での燃焼排気の温度低下を抑制可能としたことを特徴とする請求項１に記載の給湯器における熱交換器。
バーナを内蔵した燃焼室内において、前記バーナの上方に請求項１又は２に記載の熱交換器が設置され、前記熱交換器における前記伝熱管の前記一方側に入水管を、前記他方側に出湯管を夫々接続してなることを特徴とする給湯器。