JPH09126554A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の直管部(101)(101)をその端部で屈曲管部
(102) によって接続することにより蛇行状に形成された
ステンレス製の被加熱水回路を具備した熱交換器(10)を
燃焼排気経路に挿入した熱交換装置において、この熱交
換装置を、熱交換効率を低下させずに小型化できるよう
にすること。 【解決手段】前記熱交換器(10)の被加熱水回路を前記熱
交換器(10)への入口側で分岐させた複数の分岐流路とす
ると共に、前記熱交換器(10)からの出口部又はその下流
側で前記分岐流路を合流させたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換装置、特
に、ステンレス製の熱交換器を具備する熱交換装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】前記熱交換装置として、バーナからの燃
焼排気中の水蒸気を凝縮させてその潜熱をも吸収するよ
うにしたコンデンシング形式のものを既に提案してい
る。このものでは、図３及び図４に示すように、缶体
(2) 内に於けるガスバーナ(3) の下方の燃焼排気経路に
その上流側から主熱交換器(1a)と副熱交換器(1b)とがこ
の順序で配置されている。

【０００３】一方の副熱交換器(1b)は、ステンレス製で
あり、複数の略平行な直管部(101)(101)をその端部で屈
曲管部(102)(102)によって接続することにより蛇行状に
形成された被加熱水回路を具備した構成である。他方の
主熱交換器(1a)は、熱伝導性の高い銅製であり、前記副
熱交換器(1b)と同様の構成の被加熱水回路を具備する。
そして、前記副熱交換器(1b)の被加熱水回路の出口側が
前記主熱交換器(1a)の被加熱水回路の入口側に接続され
ている。

【０００４】このものでは、前記缶体(2) の上端に連設
されたファン(4) からの吐出空気により前記ガスバーナ
(3) を燃焼させ、前記主熱交換器(1a)及び前記副熱交換
器(1b)に給水すると、前記主熱交換器(1a)にて前記ガス
バーナ(3) からの燃焼排気の顕熱が吸収される。そし
て、前記副熱交換器(1b)では、前記燃焼排気が露点以下
に冷されてドレンが生じ、その分の潜熱が前記副熱交換
器(1b)の直管部(101)(101)にて吸収される。この熱交換
装置では、前記顕熱に加えて前記潜熱も吸収するから、
熱交換効率が高いものとなっている。

【０００５】又、前記副熱交換器(1b)に多量に付着する
前記ドレンには、燃焼排気中の腐食成分（窒素酸化物
等）が溶け込んでいるが、前記副熱交換器(1b)が耐食性
の良好なステンレス製であることから、この副熱交換器
(1b)の腐食が防止される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この技術で
は、上記屈曲管部(102)(102)を曲げ加工により製作する
際、これがステンレス製であることから、前記屈曲管部
(102)(102)の曲率半径を小さくすることができない。従
って、前記屈曲管部(102)(102)により繋がれる上記直管
部(101)(101)相互の間隔が大きいものとなる。しかも、
これら直管部(101)(101)及び屈曲管部(102)(102)が一本
の流路に構成されているから、前記直管部(101)(101)の
配置が制約を受け易い。従って、この副熱交換器(1b)を
小型化できない。

【０００７】一方、前記直管部(101)(101)の数を減らし
て前記小型化を実現することも考えられるが、この場合
には、前記副熱交換器(1b)での熱交換効率が低下する。
従って、このものでは、前記副熱交換器(1b)の熱交換効
率を低下させずにこの副熱交換器(1b)を小型化すること
ができないという問題があった。請求項１の発明は、
『複数の直管部(101)(101)をその端部で屈曲管部(102)
によって接続することにより蛇行状に形成されたステン
レス製の被加熱水回路を具備した熱交換器(10)を燃焼排
気経路に挿入した熱交換装置』において、この熱交換装
置を、熱交換効率を低下させずに小型化できるようにす
ることをその課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の課題解
決手段は、『前記熱交換器(10)の被加熱水回路を前記熱
交換器(10)への入口側で分岐させた複数の分岐流路とす
ると共に、前記熱交換器(10)からの出口部又はその下流
側で前記分岐流路を合流させた』ことを特徴とする。

【０００９】このものでは、前記熱交換器(10)の被加熱
水回路が前記熱交換器(10)への入口側で分岐させた複数
の分岐流路から構成されているから、一つの分岐流路の
直管部(101) と、他の分岐流路の直管部(101) とは、前
記屈曲管部(102) により繋れないものとなる。従って、
これら両方の直管部相互の間隔は、前記屈曲管部(102)
の大きさ（曲率半径）に制約されず、これよりも小さく
することができる。

【００１０】ここで、請求項２の発明のように、『前記
熱交換器(10)とは別に、前記燃焼排気の上流側に配置さ
れる主熱交換器(1a)を設け、前記熱交換器(10)の被加熱
水回路の出口側を前記主熱交換器(1a)への入口側に接続
した』ものでは、既述した従来のものと同様に、前記主
熱交換器(1a)にて前記ガスバーナ(3) からの燃焼排気の
顕熱が吸収され、前記熱交換器(10)にて潜熱が吸収され
てこの熱交換器(10)にドレンが生じる。つまり、この熱
交換器(10)が、既述のコンデンシング形式の熱交換装置
の副熱交換器(1b)として機能する。そして、この副熱交
換器(1b)が上記請求項１の発明と同様の作用を奏するも
のとなる。

【００１１】更に、この請求項２の発明において、請求
項３の発明のように、『前記熱交換器(10)の被加熱水回
路を構成する一部の分岐流路の出口側を前記主熱交換器
(1a)への入口側に接続し、前記被加熱水回路を構成する
他の分岐流路の出口側を前記主熱交換器(1a)からの出口
側に合流させた』ものでは、前記熱交換器(10)の被加熱
水回路を構成する一部の分岐流路を通過した被加熱水
は、前記主熱交換器(1a)に流入して更に昇温される。そ
して、この主熱交換器(1a)の出口側にて前記被加熱水回
路を構成する他の分岐流路を通過した被加熱水と合流す
る。

【００１２】このものでは、前記主熱交換器(1a)に分配
される被加熱水の流量が少なくなり、その分、前記主熱
交換器(1a)にて前記燃焼排気が冷却されにくい。これに
より、前記主熱交換器(1a)にてドレンが生じにくいもの
となる。又、前記主熱交換器(1a)への流量が少なくなる
分、この主熱交換器(1a)を通過する被加熱水が高温に加
熱昇温される。そして、この高温水に前記熱交換器(10)
からの低温の被加熱水が混合される。従って、前記主熱
交換器(1a)に前記熱交換器(10)の被加熱水回路の全ての
分岐流路を接続したものと同程度の温度の温水が得られ
る。

【００１３】ここで、以上の請求項１〜３の発明におい
て、請求項４の発明のように、『前記熱交換器(10)は、
ステンレス製のフィン群を前記直管部(101)(101)が貫通
する構成である』ものでもよい。このものでは、前記フ
ィン群によっても前記燃焼排気の熱が吸収されるから、
前記直管部(101)(101)内の被加熱水が効率的に加熱され
る。

【００１４】又、請求項２又は３の発明において、請求
項５の発明のように、『前記主熱交換器(1a)を銅製又は
ステンレス製とした』ものでもよい。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明で
は、前記熱交換器(10)の被加熱水回路を構成する一つの
分岐流路と他の分岐流路の直管部相互の間隔を、前記屈
曲管部(102) の曲率半径よりも小さくでき、前記分岐流
路をつめて配置することができる。従って、同じ数の前
記直管部(101)(101)を一本の流路に構成した従来のもの
に比べて、前記熱交換器(10)の全体を小型化できる。
又、前記直管部(101)(101)を前記従来のものと同数とす
ることにより、熱交換効率は低下しない。従って、この
熱交換装置を、熱交換効率を低下させずに小型化するこ
とができる。

【００１６】請求項２の発明では、燃焼排気の顕熱に加
えて潜熱も吸収するから、この熱交換装置の熱交換効率
が向上する。又、前記熱交換器(10)としての上記副熱交
換器(1b)を小型化でき、このコンデンシング形式の熱交
換装置の全体を小型化できる。一般に、前記副熱交換器
(1b)は、潜熱を効率よく吸収する為に前記主熱交換器(1
a)よりも大型に構成されていることから、前記副熱交換
器(1b)の小型化による前記熱交換装置の小型化の効果が
特に大きいものとなる。

【００１７】請求項３の発明では、前記主熱交換器(1a)
にてドレンが生じにくいから、前記主熱交換器(1a)の腐
食が防止される。特に、前記主熱交換器(1a)を熱伝導性
の高い銅製とした場合には、この主熱交換器(1a)の腐食
が防止されると共に、この主熱交換器(1a)での熱交換効
率が高いものとなる。又、両方の熱交換器中に占める前
記主熱交換器(1a)の割合を大きくしてもこの主熱交換器
(1a)でのドレンの発生を防止できるから、熱伝導率の小
さなステンレス製の前記熱交換器(10)の大きさを前記主
熱交換器(1a)の体積増加分以上に小さくしても同一の熱
交換効率を得ることができる。従って、この点でも、こ
の熱交換装置を小型化できる。

【００１８】請求項４の発明では、フィン群により吸収
された熱によっても前記直管部(101)(101)内の被加熱水
が加熱されるから、前記熱交換器(10)での熱交換効率が
向上し、この熱交換装置の全体の熱交換効率がより一層
向上する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態を、
図面に基づいて説明する。この実施の形態は、図１に示
すように、給湯器に実施したものである。この給湯器
は、缶体(2) の上端にファン(4) が連設され、前記缶体
(2) 内に、ガスバーナ(3) 、主熱交換器(1a)、副熱交換
器(1b)が、この順序で下方に向けて順次配設された構成
となっている。又、前記缶体(2) の胴部下端には、排気
管(21)が連設され、底壁中央には、ドレン排出管(22)が
連設されている。上記ガスバーナ(3) には、ガス弁(51)
を備えたガス回路(5) からガスが供給される。

【００２０】前記主熱交換器(1a)を構成する第１通水管
(11)及びその周囲の多数のフィン(14)(14)は、銅製であ
り、前記第１通水管(11)は、図１及び２に示すように、
一対の平行な第１直管部(111)(111)とその一方の端部相
互を繋ぐＵ字状の第１屈曲管部(112) とから構成されて
いる。前記第１直管部(111)(111)は、略水平姿勢にて前
記缶体(2) の胴部側壁間に架設されており、これら第１
直管部(111)(111)に跨って前記フィン(14)(14)が連設さ
れている。又、前記第１屈曲管部(112) は、前記缶体
(2) の胴部の外側に露出している。

【００２１】又、前記副熱交換器(1b)を構成する通水管
及びその周囲の多数のフィン(15)(15)は、ステンレス製
であり、この副熱交換器(1b)の通水管は、その上流端に
て分岐した一対の第２・第３通水管(12)(13)からなる。
一方の第３通水管(13)は、上記主熱交換器(1a)と同様、
一対の第３直管部(131)(131)と第３屈曲管部(132) とか
ら構成され、他方の第２通水管(12)は、多数の平行な第
２直管部(121)(121)をＵ字状の第２屈曲管部(122)(122)
により接続することにより蛇行状に形成された構成であ
る。又、前記第２直管部(121)(121)は、図２に示すよう
に、前記第３直管部(131)(131)を包囲する態様に並んで
いる。

【００２２】前記第２直管部(121)(121)及び第３直管部
(131)(131)は、上記第１直管部(111)(111)と同様に、前
記缶体(2) の胴部側壁間に架設され、これら第２直管部
(121)(121)及び前記第３直管部(131)(131)に跨って前記
フィン(15)(15)が連設されている。又、前記第２屈曲管
部(122)(122)及び前記第３屈曲管部(132) が前記缶体
(2) の外側に露出している。

【００２３】更に、前記第２通水管(12)の下流端は、図
１及び２に示すように、上記第１通水管(11)の上流端に
接続され、前記第３通水管(13)の下流端は、前記第１通
水管(11)の下流端に合流接続されている。尚、前記第２
・第３通水管(12)(13)の上流側の分岐点には、前記副熱
交換器(1b)に被加熱水を供給する為の供給管(16)が接続
されている。

【００２４】このものでは、上記ファン(4) が作動した
状態で、上記ガス弁(51)を開弁し前記ガスバーナ(3) に
点火すると、このガスバーナ(3) が燃焼状態となり、そ
の燃焼排気が下方に送り込まれる。すると、この燃焼排
気により上記主熱交換器(1a)が加熱され、その顕熱が前
記主熱交換器(1a)にて吸収される。そして、前記燃焼排
気が上記副熱交換器(1b)にて露点以下に温度低下せしめ
られ、これにより前記副熱交換器(1b)の第２・第３通水
管(12)(13)やフィン(15)(15)にドレンが生じ、その分の
潜熱がこの副熱交換器(1b)にて吸収される。尚、前記副
熱交換器(1b)に付着したドレンは、滴下して上記ドレン
排出管(22)から外部に排出される。

【００２５】この燃焼状態では、上記供給管(16)から前
記副熱交換器(1b)の第２・第３通水管(12)(13)に流入し
た被加熱水は、先ず上記潜熱を吸収して昇温され、一方
の第２通水管(12)を通過した被加熱水は、上記主熱交換
器(1a)に流入して上記顕熱を吸収して更に昇温され、高
温の湯となる。そして、前記第３通水管(13)を通過した
低温の湯が前記主熱交換器(1a)から流出した前記高温の
湯と混合され、所定温度の湯が得られるものとなる。こ
の湯は、給湯管(17)により風呂等に供給される。このも
のでは、前記第３通水管(13)が前記主熱交換器(1a)に対
するバイパス回路として機能している。

【００２６】又、前記副熱交換器(1b)の被加熱水の流量
に対して、前記主熱交換器(1a)の流量が小さくなるか
ら、その分、前記主熱交換器(1a)にて前記燃焼排気が冷
却されにくく、前記主熱交換器(1a)にてドレンが生じに
くい。従って、耐食性の劣る銅製の前記主熱交換器(1a)
が腐食されにくいものとなる。前記副熱交換器(1b)を構
成する通水管が、前記第２通水管(12)と前記第３通水管
(13)とからなる構成であるから、これら両者の直管部相
互の間隔は、上記第２屈曲管部(122) の大きさ（曲率半
径）に制約されず、これよりも小さくすることができ
る。これにより、上記したように、前記第２直管部(12
1)(121)が前記第３直管部(131)(131)により包囲された
態様に配置できる。従って、前記直管部の総数を減らす
ことなく、この副熱交換器(1b)の高さが低いものとな
る。又、前記フィン(15)(15)は、ステンレス製であり、
その熱伝導性が低いことから、これらフィン(15)(15)を
小さくしても、熱交換効率は低下しない。この点でも、
前記副熱交換器(1b)を小型化できる。

【００２７】この実施の形態では、前記副熱交換器(1b)
が既述請求項１に記載の熱交換器(10)である。又、前記
第２・第３直管部(121)(131)が既述請求項１に記載の直
管部(101) であり、上記第２・第３屈曲管部(122)(132)
が既述請求項１に記載の屈曲管部(102) である。更に、
上記第２・第３通水管(12)(13)が既述請求項１に記載の
分岐流路である。

【００２８】尚、前記副熱交換器(1b)は、別体に形成さ
れた直管部と屈曲管部とを一体に組み立てる構成として
もよい。この場合、上記缶体(2) の胴部側壁に前記直管
部の両端部を取り付けた後、前記缶体(2) の外部に露出
する前記直管部の両端開口から前記屈曲管部の両端部を
挿入し、これら両者を全周に亙ってロウ付けする方法が
採用できる。この方法により、前記副熱交換器(1b)の組
立てが容易となる。又、前記屈曲管部のみを曲げ加工す
ればよいから、この加工が容易である。

【００２９】又、この実施の形態において、上記燃焼排
気の温度に基づいて上記主熱交換器(1a)への被加熱水の
流入配分を調節することにより前記主熱交換器(1a)での
ドレン発生が常時防止される構成とすることもできる。
この場合、例えば、前記主熱交換器(1a)の直下に排気温
センサーを設け、上記第２・第３通水管(12)(13)の上流
側の分岐点に流量配分を調節する流量調節装置を設け、
前記排気温センサーの検知温度に基づいて前記流量調節
装置への制御信号を出力する制御装置を設けた構成が採
用できる。

【００３０】更に、この実施の形態では、コンデンシン
グ形式のものに実施しているが、ステンレス製の熱交換
器であるかぎり、これに限定されるものではない。又、
上記したバイパス回路を設けない構成、つまり、上記副
熱交換器(1b)の第２・第３通水管(12)(13)の下流端の両
方を上記主熱交換器(1a)の第１通水管(11)の上流端に接
続した構成としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施の形態の熱交換装置の断面図

【図２】前記熱交換装置の主熱交換器(1a)及び副熱交換
器(1b)の側面図

【図３】従来の技術の熱交換装置の断面図

【図４】従来の技術の熱交換装置の主熱交換器(1a)及び
副熱交換器(1b)の側面図

【符号の説明】

(3) ・・・ガスバーナ (10)・・・熱交換器 (101) ・・・直管部 (102) ・・・屈曲管部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の直管部(101)(101)をその端部で屈
   曲管部(102) によって接続することにより蛇行状に形成
   されたステンレス製の被加熱水回路を具備した熱交換器
   (10)を燃焼排気経路に挿入した熱交換装置において、 前記熱交換器(10)の被加熱水回路を前記熱交換器(10)へ
   の入口側で分岐させた複数の分岐流路とすると共に、前
   記熱交換器(10)からの出口部又はその下流側で前記分岐
   流路を合流させた熱交換装置。
2. 【請求項２】 前記熱交換器(10)とは別に、前記燃焼排
   気の上流側に配置される主熱交換器(1a)を設け、前記熱
   交換器(10)の被加熱水回路の出口側を前記主熱交換器(1
   a)への入口側に接続した請求項１に記載の熱交換装置。
3. 【請求項３】 前記熱交換器(10)の被加熱水回路を構成
   する一部の分岐流路の出口側を前記主熱交換器(1a)への
   入口側に接続し、前記被加熱水回路を構成する他の分岐
   流路の出口側を前記主熱交換器(1a)からの出口側に合流
   させた請求項２に記載の熱交換装置。
4. 【請求項４】 前記熱交換器(10)は、ステンレス製のフ
   ィン群を前記直管部(101)(101)が貫通する構成である請
   求項１〜３の何れかに記載の熱交換装置。
5. 【請求項５】 前記主熱交換器(1a)を銅製又はステンレ
   ス製とした請求項２又は３に記載の熱交換装置。