JPH04132353U - 熱交換器及びそれを使用する給湯機並びに給湯付風呂釜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】沸騰音を押さえ、熱交換効率を向上させた熱交
換器及びこの熱交換器を使用する給湯機、給湯付風呂釜
を提供することを目的とする。 【構成】燃焼室１１を形成する外胴１０に絞り部１２を
形成し、燃焼ガス流路の上流側と下流側とで流路面積を
可変するとともに、上流側に位置する伝熱管１５が貫通
する上流側フィン１３と、下流側の伝熱管を貫通する下
流側フィン１４とに伝熱フィンを分割構成して、伝熱管
の伝熱割合を均一化する構成とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、静音性に優れ、かつ熱交換効率を高めた熱交換器及びこの熱交換器 を使用する給湯機並びに給湯付風呂釜に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、燃焼ガスと水との熱交換を行なう熱交換器は、高負荷であり、ガス側の 熱伝導率が水側に比べて小さいことから、伝熱面積を大きく取れるフィンチュー ブ型熱交換器が多く使用されている。

【０００３】 この種のフィンチューブ型熱交換器の従来例を図５に示すと、この熱交換器 は、外胴１によって形成される燃焼ガス流路２内に、フィン３がガス流れに対し て平行でかつ一定間隔を配して複数枚設置されており、このフィン３に対して垂 直に貫通するように伝熱管４が配設されている。

【０００４】 そして、この伝熱管４は、燃焼ガスの上流側から低温の水が直列に流れるよう に接続管５が取り付けられ、かつこの伝熱管４内には乱流促進体６が挿入されて いる。この乱流促進体６の形状はコイル状あるいは捩り板状等がある。

【０００５】 また、図６に示すように、伝熱管４の配列は、熱効率を高めるために、燃焼ガ スの流れ方向に沿って三段以上の千鳥配列が有効である。したがって、各伝熱管 ４は図６において伝熱管４内に示した番号の順に直列に水が流れるように構成さ れている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

近年、家庭用の給湯機及び給湯付風呂釜の市場では、住宅の密集化、生活時間 帯の多様化に対応するために、コンパクト化や静音化が強く切望されている。

【０００７】 静音化については、製品騒音の主な音源は、燃焼音、ファン運転音及び熱交換 器における沸騰音であるが、バーナの改良、低騒音ファンの開発等により、今ま で余りめただなかった沸騰音が最近では問題となってきており、この沸騰音を抑 制することが製品騒音を抑える不可欠な課題となっている。

【０００８】 そこで、図５並びに図６に示す熱交換器においては、各伝熱管４における伝熱 割合（各伝熱管伝熱量／全伝熱量）を図７に示すが、燃焼ガス上流側の一段目、 二段目の伝熱管〜における伝熱割合は、下流側である三段目の伝熱管〜 に比べ約２倍〜３倍であり、下流側の伝熱管〜で沸騰が発生していた。

【０００９】 これに対して、乱流促進体６を挿入し、伝熱管４内の水流を乱して、伝熱管４ から水への対流による熱伝達の促進を図り、伝熱管４の温度を低下させることに より、沸騰を抑制する構成を取っているが、十分な効果は得られていないのが実 情である。

【００１０】 また、三段目の伝熱管４の伝熱量が小さいのは、一段目と二段目の伝熱管４の 伝熱量が大きいため、燃焼ガス温度は急激に低下し、三段目の伝熱管４では温度 差が小さくなることと、燃焼ガス温度の低下から、燃焼ガス体積及び燃焼ガス流 速が小さくなり、ガス側の対流伝導率が低下することによる。

【００１１】 更に、沸騰を抑制するには各伝熱管での伝熱量を平均化することが有効であり 、本考案はこのことを解決するためになされたもので、本考案の目的とするとこ ろは、沸騰音を抑制し、静音性を高めるとともに、熱効率を高めた熱交換器及び それを使用する給湯機、給湯付風呂釜を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案による熱交換器は、まず、外胴が燃焼ガス 流れの上流から下流に向かって絞り部が設けられており、更にこの絞り部を境界 として上流側に上流側フィンを、かつ下流側に下流側フィンをそれぞれ複数枚平 行かつ一定間隔をおいて設けたことが特徴である。

【００１３】 更に、下流側フィンの間隔が上流側フィンより小さくなるように設定してもよ い。

【００１４】 ここで、流路の絞り比とフィン間隔はフィン形状や伝熱管配列等により異なる が、流路の絞り比は０．５〜０．８、上流側フィンのフィン間隔は３〜６ｍｍ、 下流側フィンのフィン間隔は１．５〜３ｍｍ程度がよい。

【００１５】

【作用】

以上の構成から明らかなように、外胴に絞り部を設け、下流側流路面積を上流 側より小さく設定したため、一段目、二段目の伝熱管への伝熱により体積が減少 した燃焼ガスの流速は低下しない。

【００１６】 そのため、三段目以降の伝熱管への対流熱伝導率も低下しない。

【００１７】 更に、上流側フィンと下流側フィンとに分けたことにより、上流側フィンの表 面に沿った温度境界層も分断され、下流側フィンと燃焼ガスとの対流熱伝達が促 進され、三段目以降の伝熱管での伝熱量が増加する。

【００１８】 加えて、上流側フィンの間隔を下流側フィンの間隔より大きく設定したため、 上流側フィンの伝熱面が小さくなり、一段目、二段目の伝熱管での伝熱量が減少 し、三段目以降の伝熱管での伝熱量が燃焼ガスと伝熱管との温度差の増大の効果 もあって増加する。

【００１９】

【実施例】

以下、本考案による熱交換器の実施例を図１乃至図３を基に説明する。

【００２０】 まず、図１乃至図３により本考案による熱交換器の一実施例について説明する 。

【００２１】 図１に示すように、外胴１０は、燃焼ガス流路１１を形成する外形状を備えて おり、燃焼ガスの流れ方向に沿って、絞り部１２が設けられている。

【００２２】 そして、この絞り部１２を境界として、燃焼ガスの上流側に上流側フィン１３ が、また下流側に下流側フィン１４がそれぞれ複数枚、燃焼ガスの流れ方向と平 行でかつ相互に一定間隔をおいて複数枚配設されている。

【００２３】 更に、これら上流側フィン１３、下流側フィン１４を貫通するように伝熱管１ ５が配設されている。この伝熱管１５は、燃焼ガスの流れ方向に沿って千鳥状で かつ三段以上に設定されている。

【００２４】 そして、上流側である一段目並びに二段目の伝熱管１５（図２中番号〜で 示す）は上流側フィン１３に貫通しているとともに、三段目の伝熱管１５（図２ 中番号〜で示す）は下流側フィン１４に貫通している。そして、伝熱管１５ 内には乱流促進体１６が挿入されている。

【００２５】 更に、伝熱管１５は〜間で水が直列に流れるように、伝熱管１５の端部が 外胴１０から外方に突出しており、この端部に接続管１７が取付けられている。

【００２６】 本考案による熱交換器は以上のように、外胴１０に絞り部１２を形成すること により、燃焼ガスの下流側流路面積を上流側に比べ小さく設定できるため、一段 目、二段目の伝熱管１５への伝熱により体積が減少した燃焼ガスの流速は低下し ないことになる。

【００２７】 したがって、三段目以降の伝熱管１５への対流熱伝達率も低下しない。

【００２８】 そして、上流側フィン１３と下流側フィン１４とに分けたことにより、上流側 フィン１３の表面に沿った温度境界層も分断されることにより、下流側フィン１ ４と燃焼ガスとの対流熱伝達が促進され、三段目以降の伝熱管１５での伝熱量が 増加するため、図３に示すように、上流側である一段目、二段目の伝熱管１５と 下流側である三段目の伝熱管１５における伝熱割合はほぼ一定化され、沸騰音の 防止とともに、全ての伝熱管１５における熱交換効率が向上する。

【００２９】 更に、上流側フィン１３の間隔に対して、下流側フィン１４の間隔を小さくす れば、上流側フィン１３の伝熱面が小さくなり、上流側における伝熱管１５での 伝熱量が減少し、三段目以降の伝熱管１５での伝熱量が増加し、伝熱管１５の更 に均一な性能が得られる。

【００３０】 次いで、本考案の熱交換器を用いた給湯機の一実施例を図４を基に説明する。

【００３１】 熱交換器１８は外胴１０により燃焼室１１を形成し、その下に複数のバーナ１ ９が一定間隔で設けられたバーナ室２０が設けられている。

【００３２】 また、バーナ室２０の中には、バーナ１９に燃料ガスを送り込むためのマニホ ールド２１を備えている。

【００３３】 更に、バーナ室２０の下方には、燃焼に必要な空気を供給するための送風機２ ２を取り付る一方、熱交換器１８の上には排ガスを排出するための排気室２３を 取り付ける。

【００３４】 そして、このような構成のものを外装２４に収納する。

【００３５】 次いで、燃焼ガスの流れを説明すると、燃焼ガスはマニホールド２１からバー ナ１９に供給され、そこで送風機２２からの空気の供給を受けて燃焼する。この とき燃焼ガスは、燃焼室１１の周囲に巻かれた伝熱管１５と熱交換器１８の伝熱 管１５の中の水に熱を与え、排ガスとして排気室２３より排出される。

【００３６】

【考案の効果】

以上説明した通り、本考案による熱交換器は、外胴に絞り部を形成し、燃焼ガ スの流路面積を上流側に比べ下流側を小さく設定するとともに、上流側フィンと 下流側フィンとに分けるという構成であるため、沸騰が激しい一段目、二段目の 伝熱管での伝熱量を少なくし、沸騰を抑制することが可能となると同時に、一段 目、二段目で減少した伝熱量分を下流側の伝熱管で補うことが可能となる。

【００３７】 更に、上流側フィンのフィン間隔を大きくすれば、一段目、二段目の伝熱管と 三段目の伝熱管の伝熱割合を更に均一化させることができる。

【００３８】 したがって、本考案によれば、伝熱管の伝熱割合が従来に比べ平均化され、静 音性が向上するとともに、熱効率の高い熱交換器を提供することができるという 効果を有する。

【００３９】 更に、この熱交換器を使用する給湯機及び給湯付風呂釜においては、製品騒音 の少ない、効率のよい給湯機及び給湯付風呂釜が得られるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による熱交換器の一実施例を示す構成説
明図。

【図２】図１に示す熱交換器のII−II線断面図。

【図３】本考案の熱交換器における各伝熱管の伝熱割合
を示すグラフ。

【図４】本考案による熱交換器を使用する給湯機を示す
構成説明図。

【図５】従来の熱交換器を示す構成説明図。

【図６】図５中VI−VI線断面図。

【図７】従来の熱交換器における各伝熱管の伝熱割合を
示すグラフ。

【符号の説明】

１０ 外胴 １１ 燃焼室 １２ 絞り部 １３ 上流側フィン １４ 下流側フィン １５ 伝熱管 １６ 接続管 １７ 乱流促進体 １８ 熱交換器 １９ バーナ ２０ バーナ室 ２１ マニホールド ２２ 送風機 ２３ 排気室

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼ガス流路を形成する外胴と、燃焼ガス
   流路内に配設され、ガス流れ方向に沿って三段以上の千
   鳥状となるように設定された複数の伝熱管と、燃焼ガス
   流路内に設置され、ガス流れに対して平行でかつ相互に
   一定間隔を保ち、上記伝熱管が貫通する複数枚のフィン
   と、上記伝熱管の外胴から外部に突出する端部に取り付
   けられ、伝熱管内の水が直列に流れるように規制する接
   続管とからなる熱交換器において、前記外胴は、燃焼ガ
   スの流れ方向に沿ってその下流側に絞り部を設け、燃焼
   ガス流路の上流側に比べ下流側の流路面積を減少させる
   とともに、上記フィンは、上流側である一、二段目の伝
   熱管を貫通する上流側フィンと、下流側である三段目以
   上の伝熱管を貫通する下流側フィンとに分割形成されて
   いることを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】下流側フィンのフィン間隔が上流側フィン
   のフィン間隔より小さく設定されていることを特徴とす
   る請求項１記載の熱交換器。
3. 【請求項３】請求項１、２記載の熱交換器を備えたこと
   を特徴とする給湯機。
4. 【請求項４】請求項１、２記載の熱交換器を備えたこと
   を特徴とする給湯付風呂釜。