JPH09189491A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼排気を整流することにより熱交換器１０
の熱効率を良くする。また、燃焼排気の温度を下げて、
排気フード１８の高熱に対する耐久性能と火炎に対する
安全性を向上させる。同時に集熱フィン１３の温度は上
昇させて、熱交換器１０のドレンの発生を少なくして腐
食に対する耐久性能も向上させる。 【構成】 集熱フィン１３の切り欠き１４，１６上部に
整流板２２，２１を設けた熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は給湯器等の燃焼装置に使
用される熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、給湯器及び風呂釜等の燃焼装
置に用いられる熱交換器は、例えば図３、４に示すよう
に、バーナ３１を備えた燃焼室３２の上部に集熱フィン
４３とよばれる熱交換用の薄板を鉛直方向に平行に多数
枚並べて、その薄板に数本の伝熱管４５を貫通させ、さ
らにその上部に排気フード３８で覆った構造となってお
り、それらの形状により燃焼や熱効率等の性能が決定す
る。この理由は、燃焼室３２で燃焼した燃焼排気が集熱
フィン４３の間を通り抜けて行く間に、燃焼排気から集
熱フィン４３へ熱交換が行われ、その後燃焼排気は排気
フード３８より機器の外部に排出されるので、燃焼排気
が集熱フィン４３に接している時間及び面積等により上
記の性能が決定されるからである。なお、集熱フィン４
３は、伝熱管４５内を流れる水との熱交換により冷却さ
れ、一定温度以上にはならない。伝熱管４５を流れて熱
交換された水は湯となって、熱交換器４０から図示しな
い出湯管へ流出する。

【０００３】伝熱管４５は、一般に上下方向に多段に設
置される。一方、集熱フィン４３は、略Ｖ字状の切り欠
き（以下切り欠き４４と呼ぶ）を、上部と下部のそれぞ
れにおいて伝熱管４５の間に設ける。この切り欠き４４
は、集熱フィン４３においては、伝熱管４５から一定の
距離以上離れた部分は熱交換に殆ど寄与しないので、材
料の節約及び燃焼排気の通過抵抗をへらす目的で設けら
れる。

【０００４】さて、上記構造の給湯器等の燃焼装置の燃
焼排気は、例えば図３の矢印Ｃ，Ｄに示すように、伝熱
管４５の間隙をぬって排気フード３８方向へ上昇する。
従って、燃焼排気は、特に上段の伝熱管４５の間に位置
する切り欠き４４部分において、そのまま通過すること
になる。この結果、切り欠き４４部分を通過する燃焼排
気は、上述したように集熱フィン４３が伝熱管４５より
一定の距離以上の部分は熱交換に殆ど寄与しない。ま
た、熱交換器４０の熱効率にも殆ど寄与することなく、
しかも機器の排気口から高温の燃焼排気が排出されるこ
とになる。そして、燃焼排気は切り欠き４４部分をその
まま通過するため、集熱フィン４３との接触時間が短く
フィン４３温度（特に図３のＥ点）はあまり上昇しない
ため、フィン４３温度が露点以下になりやすい状態とな
り、結露に対して良くない傾向にある。この理由は、燃
焼排気中には多量の水蒸気が含まれており、集熱フィン
４３の温度が低くなれば、その表面に触れた燃焼排気が
露点以下となり水蒸気が水滴となって付着してくるから
である。そこで、熱交換器の熱効率向上を図る目的で、
例えば図５に示すように、この切り欠き４４部分に集熱
フィン上縁に沿ってＶ字形の切り起こし部５５を設けた
技術が、実開平５−２５１７２において知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
切り起こし部５５を設けた技術では、集熱フィン５３を
直接切り起こしているため、その切り起こし部５５が燃
焼排気の熱交換器出口（即ち集熱フィン５３どうしの間
隙）の一部を直接塞ぐこととなり、燃焼排気の通過抵抗
が増加して燃焼性能が低下する恐れがある。本発明は上
記課題を解決して、燃焼排気の通過抵抗を増加させるこ
となく熱交換器の熱効率を上昇させ、集熱フィンの温度
を上げてドレン発生量を少なくし、さらに燃焼排気の温
度も低下させることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の第１の熱交換器は、上下方向に多段に設置され
た複数の伝熱管と、上記伝熱管に貫通され鉛直方向に複
数枚併設された集熱フィンとを備えた熱交換器におい
て、上記集熱フィンから一定距離離れた上部に、燃焼排
気が最上段の伝熱管の上半部近くを流れるように案内す
る整流板を、上記伝熱管延設方向に沿って延設したこと
を要旨とする。また、上記課題を解決するため本発明の
第２の熱交換器は、上記集熱フィンの上部に切り欠き部
を形成し、上記整流板は該切り欠き部の形状に沿って設
けたことを要旨とする。また、上記課題を解決するため
本発明の第３の熱交換器は、上記整流板は上記集熱フィ
ンの両端部から一定距離離れた上部に設けたことを要旨
とする。また、上記課題を解決するため本発明の第４の
熱交換器は、上記の整流板が、上記熱交換器の上部にか
ぶせられる排気フードに固定されることを要旨とする。

【０００７】

【作用】上記構成を有する本発明の熱交換器において
は、燃焼排気は伝熱管の間をぬって上昇し、排気フード
に向かうが、整流板により、そのまま上方へ流れていく
ことを妨げられ、最上段の伝熱管の上半部近くを流れる
ように案内されるので、燃焼排気より集熱フィンに移動
する熱量が増加して、集熱フィン通過後の燃焼排気の温
度がさがると同時に、集熱フィンの温度は上昇する。す
なわち、熱交換器の熱効率が大幅に上昇することにな
る。しかも集熱フィンの温度上昇により、結露によるド
レンの発生量が少なくなる。また、整流板は集熱フィン
の切り欠きの一定距離離れた上部に設けられているた
め、燃焼排気を整流するだけで、その通過抵抗を増加さ
せることはなく燃焼性能を低下させない。また、集熱フ
ィンの上部の切り欠き部の形状に沿って整流板を設ける
ことにより、切り欠き部に向かって流れる燃焼排気を切
り欠き部の無い部分に案内して、集熱フィンと接する距
離を長くすることができる。そのため燃焼排気より集熱
フィンに移動する熱量を増加させることができる。ま
た、集熱フィンの両端部に整流板を設けることにより、
燃焼室の内側に沿って上昇する空気比の高い燃焼排気を
整流板により最上段の伝熱管の上半部に案内するため、
露点を低くしてドレンの発生を防止することができる。
また、整流板を排気フードに固定することにより、簡単
な構造で整流板を集熱フィンから一定距離離れた上部に
設けることができる。

【０００８】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明確
にするために、以下、本発明の熱交換器の好適な実施例
について説明する。図１は、一実施例としての整流板を
装着した給湯器の熱交換器部分の概略構成を表す。以
下、図１を主に用いて説明するが、整流板２１，２２以
外の構成は図３，図４で示した給湯器の構成と同一であ
るので、その詳しい説明は省略する。燃焼室１２の上部
に熱交換器１０を備え、その上から排気フード１８がか
ぶせられる。熱交換器１０は、多数の集熱フィン１３を
鉛直方向に平行に備え、その集熱フィン１３を３段に設
置された伝熱管１５が貫通している。集熱フィン１３に
おいて上段の３本の伝熱管１５の間には略Ｖ字状の切り
欠き１４が、集熱フィン１３の上隅部には斜めに切り欠
き１６が設けられる。その各々の切り欠き１４の一定距
離離れた上部には、その切り欠き１４の端部形状にそう
ように、伝熱管１５の延設方向に沿って板状の整流板２
２（図２参照）が設けられる。また、同様に切り欠き１
６の一定距離離れた上部には略Ｖ字状の整流板２１（図
２参照）が設けられる。整流板２１，２２の長手方向の
両端部は、排気フード１８の側壁に固定される。

【０００９】上記構成を有する給湯器によれば、燃焼室
１２のバーナ１１より生じた燃焼排気は、矢印Ａ，Ｂに
示すように伝熱管１５の間をぬって上昇し、排気フード
１８に向かう。そして集熱フィン１３を通過した燃焼排
気は、整流板２１，２２により、そのまま上方へ流れて
いくことを妨げられ、その略Ｖ字状の面に沿って整流さ
れるので、その結果、伝熱管１５の下流側へ回り込む。
伝熱管１５の下流側には、伝熱管１５の間に設けられた
切り欠き１４が無いので、整流された燃焼排気は、集熱
フィン１３と接する距離が長くなる。そのため、燃焼排
気より集熱フィン１３に移動する熱量が増加して、集熱
フィン１３通過後の燃焼排気の温度がさがると同時に、
集熱フィン１３の温度は上昇する。すなわち、熱交換器
１０の熱効率が大幅にアップすることとなる。しかも集
熱フィン１３の温度上昇により、結露によるドレンの発
生量が少なくなる。また、燃焼室１２の内面に沿って上
昇する燃焼排気は、バーナ１１の燃焼面の周縁部から上
昇する燃焼排気と、燃焼面の更に外周側のフレッシュエ
アー成分とが混合したものとなり、燃焼排気の空気比が
燃焼面の上方の燃焼排気に比べて高いものとなる。燃焼
排気の露点は空気比が高くなるに従って低下するため、
燃焼室１２の内面に沿って上昇する空気比の高い燃焼排
気を整流板２１により最上段の伝熱管１５の上半部に案
内することで、ドレン発生を防止する効果がより高くな
る。

【００１０】さて、整流板２１，２２を設けたことによ
る燃焼への影響について述べる。従来、実開平５−２５
１７２において知られている技術においては、図５を用
いて前述したように集熱フィン５３を直接切り起こして
熱効率を高めるための切り起こし部５５を設けたもので
あり、集熱フィン５３どうしの間隙、すなわち燃焼排気
の熱交換器出口の一部を直接塞ぐ構造のため、燃焼排気
の通過抵抗が増加して、少なからず燃焼性能が低下する
恐れのあるものであった。これに対して本実施例の熱交
換器１０の整流板２１，２２は、集熱フィン１３の切り
欠き１４，１６の一定距離離れた上部に設けられている
ので、燃焼排気の通過抵抗は、殆ど増加せず整流作用の
みが際立つ構造のものである。なお、本実施例の熱交換
器を使用した給湯器において性能試験を行った結果にお
いても、燃焼性能（特に通過抵抗）に関しては先に述べ
た従来例（図３参照）と比較して、殆ど差は認められな
かった。以上本発明の実施例を説明したが、本発明はこ
うした実施例に何等限定されるものではなく、様々な態
様で実施し得ることは勿論である。

【００１１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の熱交換器
は、整流板により、燃焼排気が最上段の伝熱管の上半部
近くを流れるように案内されるので、熱効率が上昇す
る。また、熱交換を終えてから排気フードを通過して機
器の外部へ排出される燃焼排気の温度が下がるので、排
気フードの高熱に対する耐久性能と火災に対する安全性
が向上する。さらに、集熱フィン自身の温度は上昇する
ので、伝熱管及び集熱フィンにおいては結露によるドレ
ンの発生量が少なくなる。それにより、熱交換器の腐食
に対する耐久性能も向上する。また、集熱フィンの上部
の切り欠き部の形状に沿って整流板を設けることによ
り、燃焼排気が集熱フィンと接する距離を長くして、熱
効率を上昇させることができる。また、集熱フィンの両
端部に整流板を設けることにより、最上段の伝熱管附近
の露点を低くすることができるため、ドレン発生を防止
する効果をより高くすることができる。また、整流板を
排気フードに固定して設けることにより、製造が容易と
なりコストが低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の熱交換器部の概略構成図である。

【図２】整流板の斜視図である。

【図３】従来例の熱交換器部の概略構成図である。

【図４】従来例の熱交換器の斜視図である。

【図５】別の従来例の熱交換器の斜視図である。

【符号の説明】

１０，４０ 熱交換器 １３，４３，５３ 集熱フィン １８，３８ 排気フード ２１，２２ 整流板 １４，４４ 切り欠き １５，４５ 伝熱管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下方向に多段に設置された複数の伝熱
   管と、 上記伝熱管に貫通され鉛直方向に複数枚併設された集熱
   フィンとを備えた熱交換器において、 上記集熱フィンから一定距離離れた上部に、燃焼排気が
   最上段の伝熱管の上半部近くを流れるように案内する整
   流板を、上記伝熱管延設方向に沿って延設したことを特
   徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 上記集熱フィンの上部に切り欠き部を形
   成し、上記整流板は該切り欠き部の形状に沿って設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 上記整流板は上記集熱フィンの両端部か
   ら一定距離離れた上部に設けたことを特徴とする請求項
   １又は２記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 上記整流板は、上記熱交換器の上部にか
   ぶせられる排気フードに固定されることを特徴とする請
   求項１，２又は３記載の熱交換器。