(57)【要約】【課題】            煙管内を通過する燃焼ガスの流れを抵抗体によって確実に制御して熱交換率を向上する温水用熱交換器の構造に関する。【解決手段】        円筒形で周囲に水室１を有する燃焼室２と、水室１を貫通して燃焼室側壁２ａに設けたバーナー３と、水室１の水室天板１ａに隣接して配置した排気ガス室４とを備え、燃焼室天板２ｂと水室天板１ａの間に接続した多数の円筒形状の煙管５の内部に抵抗体６を配置する。抵抗体６は、板状体６ａの両側部に所定間隔を残して交互方向に折り曲げて形成した半円形状のプレート６ｂと、プレート６ｂの折り曲げ時に形成されるガス流通孔６ｃと、板状体６ａの両側部に残した所定間隔を長手方向に折り曲げて形成したフランジ６ｄとで構成する。抵抗体６のプレート６ｂの外端とフランジ６ｄとが煙管５の管壁５ａに密着し、煙管５とプレート６ｂの間隙を少なくできたから、燃焼ガスが確実に蛇行して熱交換率が向上できるものである。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形で周囲に水室１を有する燃焼室２と、
その水室１を貫通して燃焼室２の燃焼室側壁２ａから燃焼室２内にのぞませたバーナー３と、
水室１の水室天板１ａに隣接して配置した排気ガス室４と、
水室１の水室天板１ａと燃焼室２の燃焼室天板２ｂとの間に接続して燃焼室２から排気ガス室４に燃焼ガスを通過させると共に、管壁５ａで水と燃焼ガスとが熱交換を行う多数の円筒状の煙管５と、
その煙管５の内部に配置した抵抗体６とを備えた熱交換器において、
前記抵抗体６は煙管５に挿入される板状体６ａと、その板状体６ａに一定間隔をおいて交互方向に折り曲げて形成した多数のプレート６ｂと、そのプレート６ｂの折り曲げ時に板状体６ａに形成されたガス流通孔６ｃとで構成され、
前記プレート６ｂは板状体６ａの両側部に所定間隔を残して折り曲げて前記煙管５の半径と同径の半円形状に形成し、
かつ、板状体６ａの両側部に残した所定間隔は板状体６ａの長手方向に折り曲げてフランジ６ｄを形成し、
前記煙管５に挿入された前記板状体６ａは半円形のプレート６ｂの外端とフランジ６ｄとが煙管５の管壁５ａに密着することを特徴とする温水用熱交換器の構造。
【請求項２】
前記板状体６ａの両側部に形成したフランジ６ｄは折り曲げ方向を逆に形成したことを特徴とする請求項１に記載の温水用熱交換器の構造。
【請求項３】
前記抵抗体６を構成する板状体６ａは煙管５の直径よりも大きく設定し、前記フランジ６ｄは板状体６ａの上端６ｅには形成せず、板状体６ａの上端６ｅが水室天板１ａに係止して抵抗体６ａの脱落を防止することを特徴とする請求項１に記載の温水用熱交換器の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、給湯機および温水ボイラの温水用熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給湯機や温水ボイラには円筒形状を成した水室を備えており、この水室内部には燃焼室を配置するとともに、水室の上部を封鎖する水室天板と対向して前記燃焼室には燃焼室天板を設け、該燃焼室天板と水室天板との間には多数の円筒状の煙管を備えている。また、水室天板の上部には排気ガス室が設けられ、前記燃焼室から煙管を介して燃焼ガス室に燃焼ガスを排出するときに、煙管の管壁を加熱しており、水室内の水は燃焼室側壁と、煙管の管壁から熱を受けて温水となる。
【０００３】
水室内部の燃焼室には水室を貫通してバーナーが取り付けられており、このバーナーには燃焼用空気を送風する送風機と油タンクからバーナーへ燃料を供給するための圧力ポンプとを備え、この圧力ポンプで送られた燃料はノズルによって霧状燃料となって燃焼室内に噴霧している。また、噴霧された燃料に着火するための点火電極とこの点火電極に高電圧を供給する高電圧発生器を備え、この高電圧発生器によって発生した高電圧によって点火電極で火花放電が行われ、ノズルから噴霧された霧状燃料に着火する。
【０００４】
点火電極の火花によって霧状燃料に着火すると、火炎がバーナーから燃焼室内に噴き出してこの燃焼室内で燃焼を行うとともに、燃焼排気ガスは前記煙管から排気ガス室を経て該排気ガス室に設けた排気筒から大気に排出される。この時、高温の燃焼ガスは燃焼室の壁面および煙管の管壁と水室の間で熱交換が行われ、水室内の水が加熱される。
【０００５】
また、煙管には燃焼ガスの流れの障害となる抵抗体が配置されており、抵抗体の存在によって高温の燃焼ガスが煙管内をスムーズに排出されなくなり、燃焼ガスの通路を制御して熱交換率を向上させる役目を行っている。このため燃焼ガスが燃焼室から煙管を通過する時に水室内に送られた水道水や強制循環される不凍液と熱交換して効率よく高温度の温水を得ることができる。このとき、熱交換は燃焼室の壁面と煙管の管壁との間で行われるが、その比重は複数本ある管壁の方がはるかに大きく、抵抗体の働きは熱効率を高めるために重要である。このため、煙管に挿入される板状体で構成する抵抗体には半円形状の切起こしで形成したプレートを交互方向に折り曲げて、燃焼ガスが折り曲げたプレートに遮られ蛇行しながら排気ガス室に流れるように構成することで熱交換の効率を高めることが行われている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２−２３３９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
製品の小型化やコスト削減の要求が年々高まっており、それを実現するために温水用熱交換器においても燃焼室や水室の容積および伝熱面積が小さくなって一般的に熱効率は下がる傾向にある。しかし環境面からはこの熱効率を上げる要求が出てきている。
【０００７】
従来では、熱効率を向上するために抵抗体に切起こしで形成した半円形状のプレートの数を多くし、燃焼ガスを煙管内でより多く蛇行させることにより煙管内での熱効率を向上させている。しかし、プレートの数を多くしたため抵抗体の抜きが多くなり抵抗体自身の強度不足となり、抵抗体を煙管に接触しながら挿入する際に変形させたり、熱負荷により変形や破損が起こりやすくなったという問題がある。
【０００８】
また、抵抗体のプレートは両端部に所定間隔を残し半円形状に切起こし、円形部は煙管の管壁に接触させているが円形部以外の両端部は切起こしの所定間隔を必要とするため直線となり煙管とは接触せず間隙が発生する。該間隙部は燃焼ガスが蛇行せずスムーズに排出されてしまうため、煙管内での滞留時間が短くなり効率を下げる原因になっている。
【０００９】
抵抗体のプレートは両端部の所定間隔を極力小さくして切起こすと、煙管の管壁との接触部が増え間隙は少なくなり煙管内を燃焼ガスが蛇行するため熱効率は上がるが、両端部の強度がなくなり抵抗体の板厚を増加させなければならずコストアップにつながっていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は上記の課題を解決するもので、円筒形で周囲に水室１を有する燃焼室２と、その水室１を貫通して燃焼室２の側壁２ａから燃焼室２内にのぞませたバーナー３と、水室１の水室天板１ａに隣接して配置した排気ガス室４と、水室１の水室天板１ａと燃焼室２の燃焼室天板２ｂとの間に接続して燃焼室２から排気ガス室４に燃焼ガスを通過させると共に、管壁５ａで水と燃焼ガスとが熱交換を行う多数の円筒状の煙管５と、その煙管５の内部に配置した抵抗体６とを備えた熱交換器において、前記抵抗体６は煙管５に挿入される板状体６ａと、その板状体６ａに一定間隔をおいて交互方向に折り曲げて形成した多数のプレート６ｂと、そのプレート６ｂの折り曲げ時に板状体６ａに形成されたガス流通孔６ｃとで構成され、前記プレート６ｂは板状体６ａの両側部に所定間隔を残して折り曲げて前記煙管５の半径と同径の半円形状に形成し、かつ、板状体６ａの両側部に残した所定間隔は板状体６ａの長手方向に折り曲げてフランジ６ｄを形成し、前記煙管５に挿入された前記板状体６ａは半円形のプレート６ｂの外端とフランジ６ｄとが煙管５の管壁５ａに密着するため、煙管５とプレート６ｂの間隙を限りなく少なくしたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記板状体６ａの両側部に形成したフランジ６ｄは折り曲げ方向を逆に形成することにより左右前後が均等になり、円筒形の煙管５に挿入しやすくフランジ６ｄと煙管５の管壁５ａとの密着性を向上することができた。
【００１２】
また、前記抵抗体６を構成する板状体６ａは煙管５の直径よりも大きく設定し、前記フランジ６ｄは板状体６ａの上端６ｅには形成せず、板状体６ａの上端６ｅが水室天板１ａに係止して抵抗体６ａの脱落を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
上記課題を解決するこの発明は、煙管５の内部に配置した抵抗体６は板状体６ａの両端部に所定間隔を残して交互方向に折り曲げた半円形状のプレート６ｂを形成し、該板状体６ａの両端部に残した所定間隔を長手方向に折り曲げてフランジ６ｄを設けたものであり、プレート６ｂの外端およびフランジ６ｄが煙管５の管壁５ａに密着するため、その間隙はほとんどなく、燃焼ガスは煙管５内で確実に蛇行させることができる。そのため煙管５内での滞留時間が長くなり熱交換面積が有効に作用して熱交換率を上げることができた。また該抵抗体６はフランジ６ｄにより板状体６ａの強度が上がっているため煙管５の管壁５ａに接触させて挿入する際、変形せず挿入できるようになり、バーナー３の燃焼中にも熱変形や破損に対し、板厚を増加することなく耐久性を向上することができた。
【００１４】
また、抵抗体６をプレート６ｂの両側およびフランジ６ｄの両側の４箇所を管壁５ａに接触しながら挿入する際、板状体６ａの両側部に形成したフランジ６ｄの折り曲げ方向を逆にすることにより円筒形の煙管５の中心に板状体６ａが位置するため接触率が均等になりさらに容易に挿入することができた。
【００１５】
板状体６ａの展開寸法は同じ横幅で上端６ｅにはフランジ６ｄを形成しないため、上端６ｅは煙管５の直径よりも大きくなり、余分な材料取りや折り曲げをしなくても水室天板１ａに抵抗体６ａを係止して脱落を防止することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施例を示す図によってこの構成を説明すると、１は熱交換器の周囲に構成する水室、９は水室１の外壁で構成する熱交換器の外胴、２は円筒形で水室１内の下部に配置した燃焼室、２ａは水室１の内壁で構成する燃焼室側壁、２ｂは燃焼室２の上板となる燃焼室天板、１ａは外胴９の上端で水室１の上板である水室天板であり、前記水室１は外胴９と燃焼室側壁２ａ、燃焼室天板２ｂ、水室天板１ａで覆われた空間によって構成している。
【００１７】
図１に示す実施例において、１０は水道水や循環ポンプで供給する循環水を水室１へ導く給水管、１１は水室１内で加熱されて得られた温水を所定の箇所に給湯するための給湯管、１２は給水管１０と給湯管１１が接続された間の外胴９に設けた温度センサーである。３は燃焼室側壁２ａを介して水室１を貫通して取り付けたバーナー、１３はバーナー３に燃焼空気を供給するための燃焼用の送風機、１４は図示せざる油タンクから燃料をバーナー３に圧送するための加圧ポンプである。１５はバーナー３の先端部で燃焼室２に届かせたバーナートップ、１６は加圧ポンプ１４で送られた燃料を燃焼室２に噴霧するためのノズル、１７はノズル１６から噴霧された霧状燃料に着火するための点火電極であり、バーナー３に燃焼指令が出ると、前記送風機１３から燃焼空気をバーナー３に送ると共に、加圧ポンプ１４を作動してノズル１６から霧状燃料を噴霧し、点火電極１７から火花放電を行い、霧状燃料に着火して燃焼を開始する。
【００１８】
熱交換器上部の給湯管１１は風呂や台所の蛇口と接続されており、蛇口を開くと給水管１０から水道水が熱交換器の水室１に送られる。給湯機を運転可能状態にすると、温度センサー１２は水室１の水温を検知して、図示しない操作部で設定された温度よりも低い温度を温度センサー１２が検知すると、バーナー３に燃焼指令を出して、水室１内の水を指定した湯温に沸きあげる。そして、温水の使用によって水室１に冷水が流れ込んで温度センサー１２が指定した湯温以下を検知すると、再度バーナー３の運転を開始し、このようにバーナー３の運転・停止を繰り返しながら指定した湯温を維持するものである。
【００１９】
図１に示す熱交換器において、５は燃焼室天板２ｂと水室天板１ａとの間に配設した複数個の煙管、６は煙管５内にそれぞれ配置した抵抗体、４は水室天板１ａの上方の空間で構成する排気ガス室、１８は排気ガス室４に接続した排気筒であり、バーナー３から燃焼室２に送られた燃焼火炎は燃焼室２内で完全燃焼し、抵抗体６のある煙管５を通過する時に燃焼ガス速度を抑えられながら排気ガス室４に至り、この排気ガス室４に集められた燃焼ガスは排気筒１８から屋外に排気されている。
【００２０】
５ａは煙管５内で燃焼ガスと熱交換する管壁、６ａは煙管５内に配置した抵抗体６を構成する板状体、６ｂはこの板状体６ａに一定の間隔をおいて交互方向に折り曲げて構成した多数の半円形状のプレートであり、煙管５の半径とほぼ同径の半円形状となるように形成している。
【００２１】
６ｃは板状体６ａからプレート６ｂを折り曲げた部分に形成されるガス流通孔、６ｄは板状体６ａの両側部を長手方向に折り曲げたフランジであり、該フランジ６ｄの折り曲げ方向は逆に形成している。６ｅは板状体６ａの上端であり、前記フランジ６ｄは上端６ｅには形成していない。
【００２２】
燃焼室２内で燃焼を行うと燃焼ガスは煙管５の下方から煙管５内に入るが、抵抗体６のプレート６ｂで煙管５の半分を遮っているため、燃焼ガスはガス流通孔６ｃを通り抜けて逆のプレート６ｂの方に流れる。このような燃焼ガスの流れが繰り返されることにより煙管５内を蛇行し、この時高温の燃焼ガスにより管壁５ａで水室１との熱交換が行われ水室１内の水が加熱される。
【００２３】
従来の煙管５内に配置する抵抗体６は、交互に形成した半円形状のプレート６ｂを多くし燃焼ガスを煙管５内でより多く蛇行させることにより熱効率を向上させているが、プレート６ｂを多くしたことにより板状体６ａの強度不足となり、組立時に抵抗体６を煙管５に接触しながら挿入する際に変形させたり、熱負荷により変形や破損がおこりやすくなったという問題がある。
【００２４】
また、抵抗体６のプレート６ｂは板状体６ａの両端部に所定間隔を残して半円形状に切起こす形状であるために、円形部は煙管５の管壁５ａに接触しているが円形部以外の両端部は切起こしの所定間隔を必要とするため直線となり管壁５ａとは接触せず間隙が発生し、燃焼ガスはガス流通孔６ｃを通らず間隙から蛇行せずに排出されてしまうため、煙管５内での滞留時間が短くなり効率を下げる原因になっている。
【００２５】
また、板状体６ａの両端部の所定間隔を極力小さくして切起こすと、管壁５ａとの接触部が増え間隙は少なくなり熱効率は上がるが、両端部の強度がなくなるため板状体６ａの板厚を増加させなければならずコストアップにつながっていた。
【００２６】
これに対しこの発明では、板状体６ａの両端部にフランジ６ｄを形成することを特徴としており、半円形状のプレート６ｂの切起こし幅は板状体６ａのフランジ６ｄまで接近させることができるから煙管５の内径に近いものとなり、管壁５ａとプレート６ｂの間隙はほとんどなく、燃焼ガスがガス流通孔６ｃを確実に通り抜け蛇行するため、煙管５内での滞留時間が長くなり熱交換面積が有効に作用して熱交換率を上げることができた。
【００２７】
抵抗体６はフランジ６ｄにより強度が上がっているため煙管５の内径である管壁５ａに接触させながら挿入する際、変形せず挿入できるようになり、バーナー３の燃焼中にも熱変形や破損に対し、板厚を増加することなく耐久性を向上することができた。
【００２８】
また、抵抗体６をプレート６ｂの両側およびフランジ６ｄの両側の４箇所を管壁５ａに接触しながら挿入する際、板状体６ａの両側部に形成したフランジ６ｄの折り曲げ方向を逆にすることにより円筒形の煙管５の中心に板状体６ａが位置するため接触率が均等になりさらに容易に挿入することができた。
【００２９】
抵抗体６は煙管５に挿入したとき脱落を防止する必要があり、従来は上端を折り曲げたり上端のみ余分に材料取りをして係止部を作成していたが、本願発明では、板状体６ａの展開寸法は同じ横幅で上端６ｅにはフランジ６ｄを形成しないため、上端６ｅは煙管５の直径よりも大きくなり、余分な材料取りや折り曲げをしなくても水室天板１ａに抵抗体６を係止して脱落を防止することができた。
【００３０】
また、前記上端６ｅにより抵抗体６の脱落は防止できるが、バーナー３の着火時には急な体積膨張がありその圧力により抵抗体６が水室天板１ａの上側に一瞬飛び出し、金属音を発生することがある。そのため抵抗体６の上端６ｅとフランジ６ｄの間に煙管５の内径より板状体６ａの幅がやや大となる係止片７を該板状体６ａの両端に形成し、煙管５の管壁５ａに係止片７を圧接させることにより着火時の急な圧力上昇による抵抗体６の飛び出しを抑え、金属音を防止している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明品を実施する給湯機の断面図である。
【図２】この発明品の実施状態を示す要部の横断面図である。
【図３】この発明品の実施状態を示す要部の縦断面図である。
【図４】この発明品の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    水室
１ａ  水室天板
２    燃焼室
２ａ  燃焼室側壁
２ｂ  燃焼室天板
３    バーナー
４    排気ガス室
５    煙管
５ａ  管壁
６    抵抗体
６ａ  板状体
６ｂ  プレート
６ｃ  ガス流通孔
６ｄ  フランジ
６ｅ  上端
【図１】
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【図２】
2006084054.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006084054.tif 000006