(57)【要約】【課題】熱交換器の寿命を縮める局部的な低温による結露を減少させ、併せて高熱効率、小型化を図る。【解決手段】局部的にフィン１７が低温となる複数のフィンパイプ１４に囲まれた部位に曲げ加工部１８や絞り加工部１９を設けることで、フィンパイプ１４間の伝熱距離を稼ぎ合わせて伝熱面積を増えることで低温化を防ぎ、結露を低減し、長寿命化と高効率維持と小型化を両立させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の平行に並んだフィンと、前記フィンと直交しフィンを貫通するように配置したフィンパイプを備え、前記フィンに鉛直方向に曲げ加工を加え、フィンを通じたフィンパイプ間の伝熱経路を長くしたことを特徴とするガス給湯機の熱交換器。
【請求項２】
複数の平行に並んだフィンと、前記フィンと直交しフィンを貫通するように配置したフィンパイプを備え、前記フィンの斜め方向に曲げ加工を加え、フィンを通じたフィンパイプ間の伝熱経路を長くしたことを特徴とするガス給湯機の熱交換器。
【請求項３】
複数の平行に並んだフィンと、前記フィンと直交しフィンを貫通するように配置したフィンパイプを備え、前記フィンのフィンパイプで囲まれた部位に絞り加工を施してフィンを通じたフィンパイプ間の伝熱経路を長くしたことを特徴とするガス給湯機の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス給湯機の熱交換器のフィン形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として給湯器の構成を図４に示す。ガス給湯機の筐体１内には、バーナ２が取り付けられている。前記バーナ２の上部には燃焼室３があり、さらにその上部に熱交換器４が、さらにその上部には排気通路５が取り付けられている。また、前記バーナ２の上流には燃料ガスの流量を調節する燃料調節弁６が、さらに上流には燃料ガスを止める燃料閉止弁７が取り付けられている。また、前記バーナ２には、燃焼に必要な空気を送る給気ファン８、炎検知装置９、点火プラグ１０がそれぞれ取り付けられている。これら燃料調節弁６、燃料閉止弁７、給気ファン８、炎検知装置９、点火プラグ１０は各々、制御装置１１に電気的に接続されている。また通水路の構成として、水入口１２の下流に水量センサ１３が接続され、その下流において分岐する形で一方は熱交換器のフィンパイプ１４に接続され、もう一方は熱交換器をショートカットする形で、バイパスパイプ１５につながり、バイパスパイプ１５は熱交換器出口パイプ１６とに接続されている。
【０００３】
次に、従来例の熱交換器のフィン部構造を図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図５（ａ）はフィン形状を示す上面図、図５（ｂ）はフィン形状を示す正面図、図５（ｃ）は熱交換器のフィン部構造を示す斜視図である。
【０００４】
図において、熱交換器４には水が流れるフィンパイプ１４が複数（図中Ａ〜Ｅの計５本）燃焼室３上部を横断しながら数回往復する形で配置され、そのフィンパイプ１４には多数の薄板状のフィン１７が接合されている。その形はフィン１７にフィンパイプ１４（Ａ〜Ｅ）が貫通する形で接合されている。
【０００５】
ここで熱交換について図４を用いて説明する。水の流れを水量センサ１３が検知すると制御装置１１は燃焼運転を開始するにあたり前記給気ファン８を回転させる。それにより空気は筐体内に入り給気ファン８に吸入され、バーナ２内に吐出される。一方燃料は制御装置１１によって燃料閉止弁７及び燃料調節弁６が開かれバーナ２内で空気の一部と混合されバーナ２から燃焼室３に噴出する。同時に制御装置１１が点火プラグ１０をスパークさせる事で燃料と空気の混合気に点火され燃焼室３内で燃焼する。燃焼した高温の排気ガスは、熱交換器４のフィン１７およびフィンパイプ１４に触れて吸熱されフィンパイプ１４内を流れる水に熱交換され、温度が下がりその後排気通路５を通り排出される。次に図５を用いて、熱交換器フィンの温度の動きについて説明する。
【０００６】
フィンパイプ１４を通る水は、先ず図５（ｂ）中Ａのフィンパイプから順にＢ〜Ｅへと流れ、流れる間に、複数のフィン１７から吸熱し徐々に温度を上げながら出て行く。その間、逆にフィンとフィンの間を流れる排気ガスは熱を奪われ温度を下げていく。また、そのフィン１７の温度分布は、高温の排気ガスにさらされる下端部が最高温となり、フィンパイプ１４のＡ〜Ｂ〜Ｅ、またはＢ〜Ｃ〜Ｄで囲まれた部位やＤやＥの排気方向下流側（フィン上端）の温度が低くなる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１２１８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の熱交換器の平板状のフィン形状では、フィンの複数のフィンパイプに囲まれた部位が各パイプの伝熱距離が短く温度が低下しやすいため、この部分は排気
ガス中に含まれる水蒸気が結露してしまい、排気ガス中の窒素酸化物と結露水から硝酸などを生成し、熱交換器を傷めて寿命を短くしてしまう課題が有った。
【０００８】
また、その課題を避ける為にフィンの低温となる部位に穴を設ける等の対策が必要になり、フィンの開口部が伝熱面積の減少となって熱効率性能を下げる、あるいは低下した熱効率を改善するためにフィン枚数の増加の必要性、または、各フィンの面積の拡大が必要となり、結果、熱交換器の小型化を妨げるという課題が有った。
【０００９】
その他、上記課題の対策として、熱交換器に流れる水量を下げ、熱交換器の温度自体を上げて結露を防ぐ目的で、熱交換器の上流にバイパスを設け、水量の一部を、熱交換器を通さずにショートカットさせる方法もあるが、その場合、そのバイパス水路を別途設けることから、部品点数の増加や、熱交換器の高温化から水が沸騰しやすいという課題もあった。
【００１０】
そこで本発明は、フィン形状に加工を加えることで、熱交換器の小型化と結露防止の熱効率の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために本発明のガス給湯機の熱交換器は、複数の平行に並んだフィンと、前記フィンと直交しフィンを貫通するように配置したフィンパイプを備え、前記フィンに鉛直方向に曲げ加工を加えるか、前記フィンの斜め方向に曲げ加工を加えるか、前記フィンのフィンパイプで囲まれた部位に絞り加工を施すか、の加工をしてフィンを通じたフィンパイプ間の伝熱経路を長くしたことを特徴とするものである。
【００１２】
上記発明によれば、フィンパイプで囲まれたフィンの部位を曲げや絞り加工を加えることで、フィンパイプ間の伝熱距離を長く確保することができ、低温部を小さくして結露を減少させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガス給湯機の熱交換器は、フィンのフィンパイプ間に曲げや絞り加工などを加えることで伝熱距離を長く取ることができ、結果複数のフィンパイプに同時に吸熱の相互作用を低減することが可能となる。これにより、従来の平板状のフィンに比べ、同じフィンパイプ間隔、同じ熱交換器サイズで比べた場合、熱効率の向上、長寿命化をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、複数の平行に並んだフィンと、前記フィンと直交しフィンを貫通するように配置したフィンパイプを備え、前記フィンに鉛直方向に曲げ加工を加え、フィンを通じたフィンパイプ間の伝熱経路を長くしたことを特徴とするものであり、フィンパイプ間のフィン部に曲げ加工を施すことで、伝熱距離を確保し、複数のフィンパイプから相互に吸熱され温度が低下し過ぎるのを防ぎ、結露現象を抑制するとともに、その伝熱面積が増加することから熱効率の向上を図ることができる。
【００１５】
第２の発明は、複数の平行に並んだフィンと、前記フィンと直交しフィンを貫通するように配置したフィンパイプを備え、前記フィンの斜め方向に曲げ加工を加え、フィンを通じたフィンパイプ間の伝熱経路を長くしたことを特徴とするものである。
【００１６】
第３の発明は、複数の平行に並んだフィンと、前記フィンと直交しフィンを貫通するように配置したフィンパイプを備え、前記フィンのフィンパイプで囲まれた部位に絞り加工を施してフィンを通じたフィンパイプ間の伝熱経路を長くしたことを特徴とするものであ
る。
【００１７】
そして、第２の発明はフィンパイプ間の伝熱経路を長く確保する手段としてフィンの斜め方向に曲げ加工を加え、第３の発明ではフィンのフィンパイプで囲まれた部位に絞り加工を施すことでフィンパイプ間の伝熱経路を長く確保するようにしたものであり、共に第１の発明と同様、複数のフィンパイプから相互に吸熱され温度が低下し過ぎるのを防ぎ、結露現象を抑制するとともに、その伝熱面積が増加することから熱効率の向上を図ることができるという作用効果を得ることができる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本願発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
給湯機の本体構成及び燃焼の仕組みについては、上記背景技術の項に記載の例と同じであるため説明を省略する。
【００２０】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施の形態１における熱交換器のフィン部構造を示す図であり、図１（ａ）はフィン形状を示す上面図、図１（ｂ）はフィン形状を示す正面図、図１（ｃ）は熱交換器のフィン部構造を示す斜視図である。
【００２１】
図において、フィン１７には直交するフィンパイプ１４が複数貫通しており、そのフィンパイプ１４で囲まれた部位に本実施の形態における特徴的な構成である折り曲げ加工が施され折り曲げ部１８が形成されている。この曲げ加工は１回だけでなく複数回曲げられた波板状にしてもよい。この形状によればフィンパイプ１４間の距離が同じであれば、フィンパイプ１４間の伝熱距離は平板状のフィンに比べ、長い伝熱距離を確保することができる。この伝熱距離を長く確保することにより、ここを流れる排気ガスからより多くの熱を吸収することが可能となり、結果的にフィン１７の温度を上昇させることになって結露現象を抑制することができ、併せてフィンパイプ１４への伝熱量を増加させることになって熱効率を高めることにもつながる。
【００２２】
（実施の形態２）
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施の形態２における熱交換器のフィン部構造を示す図であり、図２（ａ）はフィン形状を示す上面図、図２（ｂ）はフィン形状を示す正面図、図２（ｃ）は熱交換器のフィン部構造を示す斜視図である。
【００２３】
図において、フィン１７には直交するフィンパイプ１４が複数貫通しており、そのフィンパイプ１４で囲まれた部位に本実施の形態における特徴的な構成である斜め方向に対して折り曲げ加工が施され折り曲げ部１８が形成されている。この斜め方向の曲げ加工は１回だけでなく複数回曲げられた波板状にしてもよい。この形状によれば実施の形態１と同様、フィンパイプ１４間の距離が同じであれば、フィンパイプ１４間の伝熱距離は平板状のフィンに比べ、長い伝熱距離を確保することができる。この斜め方向に曲げ加工を施して伝熱距離を長く確保する構成は実施の形態１に比べてより多くの排気ガスからの熱を吸収することが可能となり、結果的にフィン１７の温度を上昇させることになって結露現象を抑制することができ、併せてフィンパイプ１４への伝熱量を増加させることになって熱効率を高めることにもつながる。
【００２４】
以上のように、実施の形態１、２においては、複数のフィンパイプ１４で囲まれた部位に曲げ加工を施したことにより、各フィンパイプ間の伝熱距離を稼ぎ、複数のパイプから相互に吸熱され温度が下がり過ぎるのを防ぎ、且つ、吸熱面積の増加から熱効率の向上を図ることができる。
【００２５】
（実施の形態３）
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施の形態３における熱交換器のフィン部構造を示す図であり、図３（ａ）はフィン形状を示す上面図、図３（ｂ）はフィン形状を示す正面図、図３（ｃ）は熱交換器のフィン部構造を示す斜視図である。
【００２６】
図において、フィン１７には直交するフィンパイプ１４が複数貫通しており、そのフィンパイプで囲まれた部位に本実施の形態における特徴的な構成である絞り加工が施され絞り加工部１９がフィンパイプの周囲に形成されている。この形状によれば実施の形態１と同様、フィンパイプ１４間の距離が同じであれば、フィンパイプ１４間の伝熱距離は平板状のフィンに比べ、長い伝熱距離を確保することができる。この絞り加工により伝熱距離を確保する構成は加工位置が限定されることがなく、任意の場所に加工を施すことが可能なため、より効果的なフィン形状とすることができ、各フィンパイプ間の伝熱距離を稼ぎ低温のパイプからの吸熱の影響を抑え、複数のパイプから相互に吸熱され温度が下がり過ぎるのを防ぎ、且つ吸熱面積の増加から熱効率の向上を図ることができる。
【００２７】
また、曲げ加工を加えたフィンは、熱による膨張収縮による応力の分散にも役立ち、結露水と硝酸の生成による化学的な劣化だけでなく、熱応力を分散し機械的な破壊をも低減することで長寿命化を図ることができる。さらに、曲げ加工の向きを排気方向に合わせれば、排気の流れを整流させることもでき、排気抵抗の低減、騒音の低減、燃焼性能を良化させる効果もある。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の熱交換器は、燃焼ガスと接するフィンパイプ及びフィンの温度が上がり、結露の発生を低減させることができるため、石油・ガス給湯機全般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態１における熱交換器のフィン部構造を示す図
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態２における熱交換器のフィン部構造を示す図
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態３における熱交換器のフィン部構造を示す図
【図４】従来の給湯機の構成図
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）従来の熱交換器のフィン部構造を示す図
【符号の説明】
【００３０】
１４  フィンパイプ
１７  フィン
１８  フィン曲げ加工部
１９  フィン絞り加工部
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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