(57)【要約】【課題】  ドレンの停留をなくして吸熱効率の好適な向上を図る。【解決手段】  副熱交換器８に、スパイラル状のフィン１４を立設した伝熱管１１を覆うガイド管１５を設けて、ガイド管１５と伝熱管１１との間に、スパイラル状の燃焼排気通路を連続形成し、燃焼排気を燃焼排気通路内で伝熱管１１に沿ってスパイラル状に通過させるようにする一方、副熱交換器８に、燃焼排気通路における燃焼排気の通過方向に向かって低くなる下り勾配を付与した。【選択図】  図１
2006349212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナと、そのバーナの燃焼排気から顕熱を回収してフィンを備えた伝熱管内の通水を加熱する主熱交換器と、その主熱交換器を通過した燃焼排気から潜熱を回収してフィンを備えた伝熱管内の通水を加熱する副熱交換器とを備えた温水機器であって、
前記副熱交換器に、前記フィンごと伝熱管の周囲を覆うガイド管を設けて、そのガイド管と伝熱管との間に燃焼排気通路を形成し、燃焼排気を前記燃焼排気通路内で前記伝熱管に沿って通過させるようにする一方、前記副熱交換器に、前記燃焼排気通路における燃焼排気の通過方向に向かって低くなる下り勾配を付与したことを特徴とする温水機器。
【請求項２】
副熱交換器の伝熱管のフィンをスパイラル状に形成した請求項１に記載の温水機器。
【請求項３】
副熱交換器の伝熱管のフィンを、前記伝熱管との直交方向に形成して前記伝熱管に沿って所定間隔で複数設けて、ガイド管における前記各フィンの位置に、前記フィンの周縁に沿って外周側へ突出する突条を、前記フィンと非接触で設けた請求項１に記載の温水機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナの燃焼排気から顕熱と潜熱とを回収して通水を加熱する２つの熱交換器を備えた給湯器等の温水機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば給湯器には、バーナの燃焼排気流路の上流側に、主に顕熱回収を目的とした主熱交換器を、下流側に、主に潜熱回収を目的とした副熱交換器を夫々設けて高い熱効率を得ようとするものがある。副熱交換器は、水が通過する伝熱管の外周に、吸熱部となるフィンを直交状に、伝熱管に沿って所定間隔で設けたものである。また、主熱交換器と副熱交換器との間には、副熱交換器で発生したドレンを受けるドレン受部が設けられて、発生した酸性のドレンを中和処理して外部へ排出させるようにしている（例えば特許文献１参照）。
一方、熱交換器においては、内管と外管とからなる二重管構造として、内管と外管との間に、外管の内側流路を螺旋状に仕切る伝熱促進体を設けた二重管式熱交換器も知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９８０６５号公報
【特許文献２】特開２００１−２０１２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
副熱交換器において、伝熱管に対して燃焼排気を交差状に通過させると、燃焼排気が伝熱管によって遮られて伝熱管の下流側まで回り込まず、吸熱効率が悪くなることから、特許文献２のような二重管構造として、燃焼排気を伝熱管の周囲で万遍なく通過させるのが望ましい。
しかし、伝熱管やフィンの表面に発生したドレンがフィンの表面や内側流路に停留して燃焼排気との熱交換を阻害するため、燃焼排気を伝熱管に沿って流しても吸熱効率の充分な向上には至っていなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、二重管構造による利点を維持しつつ、ドレンの停留もなくして吸熱効率の好適な向上が図られる温水機器を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、副熱交換器に、フィンごと伝熱管の周囲を覆うガイド管を設けて、そのガイド管と伝熱管との間に燃焼排気通路を形成し、燃焼排気を燃焼排気通路内で伝熱管に沿って通過させるようにする一方、副熱交換器に、燃焼排気通路における燃焼排気の通過方向に向かって低くなる下り勾配を付与したことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、伝熱距離が長く、排気抵抗も低減できる好適な燃焼排気通路を得るために、副熱交換器の伝熱管のフィンをスパイラル状に形成したものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、吸熱効率の向上に繋がる燃焼排気通路の他の形態を得るために、副熱交換器の伝熱管のフィンを、伝熱管との直交方向に形成して伝熱管に沿って所定間隔で複数設けて、ガイド管における各フィンの位置に、フィンの周縁に沿って外周側へ突出する突条を、フィンと非接触で設けたものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼排気を伝熱管の周囲で万遍なく通過させて吸熱効率を向上させることができる。而も、副熱交換器の傾斜によってドレンが迅速に排出されるため、停留したドレンが吸熱の妨げになることがなく、好適な吸熱効率を獲得可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、スパイラル状のフィンとしたことで、伝熱距離が長くなってより吸熱効率が良くなる。また、燃焼排気がスパイラル状にガイドされることで排気抵抗も低減される。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、フィン全体へ均等に燃焼排気が接触できる上、フィンの外周を通過する燃焼排気が乱流となってフィンや伝熱管との接触時間も長くなり、吸熱効率の一層の向上が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、温水機器の一例である給湯器の概略構成図で、給湯器１は、器具本体２内に、下方に給気ファン４を、上方に排気口５を夫々備えた燃焼室３を形成して、燃焼室３の内部に、燃料ガスと給気ファン４からの一次空気との混合ガスを燃焼させるバーナ６を備えると共に、バーナ６からの燃焼排気中の顕熱を主に回収するフィンチューブ式の主熱交換器７と、主に潜熱を回収する同じくフィンチューブ式の副熱交換器８とを内設している。ここでは、器具内へ導かれる給水管９を副熱交換器８の入水部１２に接続して副熱交換器８を主熱交換器７の上流側に配置し、副熱交換器８の出水部１３を主熱交換器７の入水側に接続して、出湯管１０を主熱交換器７の出水側に接続している。
【０００９】
ここで、副熱交換器８は、図２，３にも示すように、入水部１２と出水部１３との間で互いに平行に配設された複数（ここでは４本）の伝熱管１１，１１・・と、各伝熱管１１の外周でスパイラル状に立設される板状のフィン１４と、全ての伝熱管１１をフィン１４ごと覆う横長のガイド管１５とからなる。ガイド管１５内で伝熱管１１，１１間には、両者間を仕切る仕切壁１６，１６・・が介在されており、フィン１４の外周端は、ガイド管１５及び仕切壁１６と非接触となっている。
よって、ガイド管１５内には、各伝熱管１１をスパイラル状に巻回する燃焼排気通路１７，１７・・が夫々独立形成されることになる。１８は、ガイド管１５における各伝熱管１１の下面側で軸方向に沿って突設された突条で、この突条１８によって各伝熱管１１の下方には、フィン１４の外側で軸方向へ連通する案内溝１９が形成される。
【００１０】
また、ガイド管１５における出水部１３側の端部は、出水部１３と接続されずに燃焼室３内上方に向けて開口した入口２０となり、入水部１２側の端部は、上面に開口した出口２１が排気口５と連結されている。よって、主熱交換器７を通過した燃焼排気は、全て入口２０からガイド管１５内に進入し、各燃焼排気通路１７を通過した後、出口２１を介して排気口５から排出されることになる。
そして、副熱交換器８全体は、入水部１２が出水部１３よりも低くなるように、すなわち燃焼排気の通過方向へ向けて下り勾配となるように傾斜状態で設置されている。
なお、ガイド管１５の各案内溝１９は、最下位置となる入水部１２際で下方に開口しており、その下方には、受皿２２が設けられて、受皿２２は、中和器２３を備えたドレン排出管２４に接続されている。
【００１１】
一方、バーナ６へのガス管には、主電磁弁２５及びガス比例弁２６が、給水管９には水量センサ２７が夫々設けられてコントローラ２８に電気的接続されている。このコントローラ２８には、給気ファン４を駆動させるモータや出湯管１０に設けられた温度センサ２９も電気的接続されている。
【００１２】
以上の如く構成された給湯器１においては、出湯管１０の下流側で接続された図示しない給湯栓を開いて器具内に通水させると、コントローラ２８は水量センサ２７からの検出信号を得て主電磁弁２５及びガス比例弁２６を開いてバーナ６にガスを供給すると共に、図示しないイグナイタを作動させてバーナ６の点火制御を行う。バーナ６の点火後、コントローラ２８は、温度センサ２９で検出された出湯温度と、コントローラ２８に接続された図示しないリモコンで設定された設定温度との差に応じて、ガス比例弁２６の開度を制御してガス量を連続的に変化させ、出湯温度を設定温度に一致させる。また、このガス量の変化に応じて給気ファン４の回転数も変化させて、ガス量と空気量との比率を制御する。
【００１３】
また、バーナ６の燃焼により、燃焼排気は先に主熱交換器７を通過して、通水される伝熱管との熱交換で顕熱が回収された後、燃焼室３内を上昇して、副熱交換器８のガイド管１５の入口２０からガイド管１５内に進入し、各燃焼排気通路１７を通過して出口２１から排気口５へ排出される。よって、副熱交換器８では、入水部１２から出水部１３へ向けて通水される各伝熱管１１との熱交換により、主熱交換器７で回収されなかった顕熱が回収される。特に、スパイラル状の燃焼排気通路１７により、燃焼排気は主に伝熱管１１及びフィン１４を図３の点線矢印のように周回して長い距離で接触するため、より効率の良い吸熱が可能となる。さらに、フィン１４の外周とガイド管１５との間も燃焼排気が通過することで、フィン１４全体に亘って燃焼排気が均等に接触できることにもなる。
【００１４】
そして、副熱交換器８では、燃焼排気の温度が露点以下になるとドレンが発生するため、潜熱も回収可能となる。発生したドレンは、フィン１４の表面を伝って案内溝１９に集められ、さらに副熱交換器８の下り勾配により、入水部１２側へ向かって流れて受皿２２上に落下し、中和器２３で中和処理されて器具外部の下水道等へ排出される。特にここでは、燃焼排気の通過に給気ファン４の風圧が加わっているため、ガイド管１５からのドレンの排出は迅速に行える。
【００１５】
このように上記形態の給湯器１によれば、副熱交換器８に、フィン１４ごと伝熱管１１の周囲を覆うガイド管１５を設けて、そのガイド管１５と伝熱管１１との間に燃焼排気通路１７を形成し、燃焼排気を燃焼排気通路１７内で伝熱管１１に沿って通過させるようにする一方、副熱交換器８に、燃焼排気通路１７における燃焼排気の通過方向に向かって低くなる下り勾配を付与したことで、燃焼排気を伝熱管１１の周囲で万遍なく通過させて吸熱効率を向上させることができる。而も、副熱交換器８の傾斜によってドレンが迅速に排出されるため、停留したドレンが吸熱の妨げになることがなく、好適な吸熱効率を獲得可能となる。
特に、副熱交換器８の伝熱管１１のフィン１４をスパイラル状に連続形成したことで、伝熱距離が長くなってより吸熱効率が良くなる。また、燃焼排気がスパイラル状にガイドされることで排気抵抗も低減される。
【００１６】
なお、副熱交換器におけるフィンの形状は、上記形態の板状に限らず、図４に示すように、伝熱管１１に直接突条を形成することで、スパイラル状のフィン３０を得るようにしても良い。また、スパイラル状のフィンとガイド管との間は、上記形態では僅かな隙間を形成しているが、スパイラル状のフィンのピッチの設定等によって排気抵抗が大きくならなければ、フィンの外周をガイド管の内面に当接させるように形成することもできる。さらに、スパイラルは連続形成するものに限らず、断続的に形成することも可能である。
【００１７】
一方、このようなスパイラル状に限らず、図５に示すように、伝熱管１１と直交方向の板状のフィン３１，３１・・を、伝熱管１１の軸方向へ所定間隔で複数枚並設する構造でも差し支えない。但し、この場合、フィン３１の外周先端とガイド管３２の内面との間に隙間が生じるようにして、燃焼排気及びドレンの通過を許容する必要がある。この変更例では、ガイド管３２もフィン３１の位置に合わせた蛇腹状として隙間の形成を可能としているが、フィンの間隔が大きければフィン位置に合わせた突条を断続的に設けても良い。
このように、ガイド管における各フィンの位置に、フィンの周縁に沿って外周側へ突出する突条（蛇腹状も含む）をフィンと非接触で設ければ、フィン全体へ均等に燃焼排気が接触できる上、フィンの外周を通過する燃焼排気が突条部分で乱流となってフィンや伝熱管との接触時間も長くなり、吸熱効率の一層の向上が期待できる。なお、この場合も図６に示すように、伝熱管１１に直接突設した突条によって蛇腹状のフィン３３を形成しても差し支えない。
【００１８】
その他、ガイド管の構成も、上記形態のように全ての伝熱管をまとめて覆う筒状に限らず、各伝熱管ごとに独立して外装させる構造としても良い。この場合、燃焼排気が各ガイド管へ確実に導かれるように、ガイド管同士を接触させたり、全ガイド管の外側をさらに別の筒体で覆ったりする必要がある。
また、副熱交換器の傾斜は、傾斜角度が大きい程ドレンの排出は迅速になるが、燃焼排気の入口と出口との高低差が大きくなりすぎると排気抵抗の増大に繋がることから、両者のバランスを考慮して、５〜１５°程度で設定するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】給湯器の概略構成図である。
【図２】副熱交換器の横断面図である。
【図３】副熱交換器における伝熱管部分の説明図である。
【図４】フィンの変更例を示す伝熱管部分の説明図である。
【図５】フィンの変更例を示す伝熱管部分の説明図である。
【図６】フィンの変更例を示す伝熱管部分の説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
１・・給湯器、２・・器具本体、３・・燃焼室、６・・バーナ、７・・主熱交換器、８・・副熱交換器、９・・給水管、１０・・出湯管、１１・・伝熱管、１２・・入水部、１３・・出水部、１４，３１，３３・・フィン、１５，３２・・ガイド管、１７・・燃焼排気通路、１９・・案内溝、２０・・入口、２１・・出口、２８・・コントローラ。
【図１】
2006349212.tif 000003
【図２】
2006349212.tif 000004
【図３】
2006349212.tif 000005
【図４】
2006349212.tif 000006
【図５】
2006349212.tif 000007
【図６】
2006349212.tif 000008