(57)【要約】【課題】燃焼ガスの流通方向を変えることができると共に、通風抵抗の増大を抑えて熱交換効率の低下と騒音を抑えることが可能な熱交換器を提供すること。【解決手段】ケース内に略同心状に配設された複数の螺旋状伝熱管と、前記ケースの後部に設けられた燃焼排気の導入口と、前記ケースの上部に設けられた燃焼排気の排出口とを備え、前記導入口から前記ケース内に導入された燃焼排気が前記複数の螺旋状伝熱管の間を流通する間にその流通方向を水平方向から上向きに変えて前記排出口から排出される燃焼装置用の熱交換器において、前記複数の螺旋状伝熱管の水平方向の配列ピッチについて、前記導入口側の配列ピッチよりも前記排出口側の配列ピッチを大きく設定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に略同心状に配設された複数の螺旋状伝熱管と、前記ケースの後部に設けられた燃焼排気の導入口と、前記ケースの上部に設けられた燃焼排気の排出口とを備え、前記導入口から前記ケース内に導入された燃焼排気が前記複数の螺旋状伝熱管の間を流通する間にその流通方向を水平方向から上向きに変えて前記排出口から排出される燃焼装置用の熱交換器において、
前記複数の螺旋状伝熱管の水平方向の配列ピッチは、前記導入口側の配列ピッチよりも前記排出口側の配列ピッチが大きく設定されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記排出口は、前記ケースの前側部分の上部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記複数の螺旋状伝熱管は、平面視にて長方形状又は長円状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水装置の熱交換器に関し、特に燃焼ガスの熱を回収して伝熱管内を流れる湯水を加熱する燃焼装置を備えた温水装置の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃焼装置で燃料を燃焼させて発生した燃焼ガスとの熱交換により伝熱管内を流れる湯水を加熱する燃焼装置用の熱交換器を備えた燃焼式の温水装置が広く使用されている。このような温水装置は燃焼用の空気を送る送風機を備えており、燃焼ガスは、送風機の送風圧によって熱交換器に導入されて伝熱管内の湯水を加熱した後、排気口から外部に排出される。
【０００３】
熱交換器は、燃焼ガスとの熱交換効率を向上させるため、複数の伝熱管を配設して伝熱管の表面積を大きくしている。例えば特許文献１のように燃焼ガスが導入されるケース内に複数の伝熱管が夫々異なる巻径で螺旋状に巻かれて形成された複数の螺旋状伝熱管を略同心状に配設し、これらの螺旋状伝熱管の間を略水平方向に流通する燃焼ガスとこれらの螺旋状伝熱管内を流通する湯水との間で熱交換させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９２０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の熱交換器は、熱交換効率の向上のために、螺旋状伝熱管の上下方向の配列ピッチが異なる複数の螺旋状伝熱管を水平方向に均等な配列ピッチで配設して燃焼ガスの流通方向を変化させている。そのため、これらの螺旋状伝熱管の間の通風抵抗が増大し、ケースと螺旋状伝熱管の間を流通して熱交換しない燃焼ガスが増えて熱交換効率が却って低下する虞がある。また、ケースと螺旋状伝熱管の間の距離を小さくしてその間を流通する燃焼ガスを減らすようにしても、通風抵抗が大きいので燃焼ガスを流通させるために送風機の回転数を増加させて送風圧を高くする必要があり、送風機から発生する騒音が大きくなる問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、燃焼ガスの流通方向を変化させることができると共に、通風抵抗の増大を抑えて熱交換効率の低下と騒音を抑えることが可能な熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、ケース内に略同心状に配設された複数の螺旋状伝熱管と、前記ケースの後部に設けられた燃焼排気の導入口と、前記ケースの上部に設けられた燃焼排気の排出口とを備え、前記導入口から前記ケース内に導入された燃焼排気が前記複数の螺旋状伝熱管の間を流通する間にその流通方向を水平方向から上向きに変えて前記排出口から排出される燃焼装置用の熱交換器において、前記複数の螺旋状伝熱管の水平方向の配列ピッチは、前記導入口側の配列ピッチよりも前記排出口側の配列ピッチが大きく設定されたことを特徴としている。
【０００８】
上記構成により、通風抵抗の増大を抑えながら、導入口から導入された燃焼排気が複数の螺旋状伝熱管の間を水平方向に流通した後、排出口側の複数の螺旋状伝熱管の間を流通する間に流通方向を上向きに変えて排出口へ向かうようにすることができる。従って、熱交換効率の低下と騒音を抑えることができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、前記排出口は、前記ケースの前側部分の上部に設けられたことを特徴としている。この構成により、ケース後部からケース前側部分に向かって水平方向に流通した燃焼排気の流通方向を、ケース前側部分の上部の排出口に向けて上向きに変化させることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記複数の螺旋状伝熱管は、平面視にて左右方向に長い長方形状又は長円状であることを特徴としている。この構成により、燃焼ガスの流通方向を変化させ易くすることができる。また、ケース内の限られた長さの燃焼ガスの流通経路に配設される伝熱管の表面積を大きくして熱交換効率を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱交換器によれば、燃焼ガスの流通方向を変えることができ、通風抵抗の増大を抑えて熱交換効率の低下と騒音を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃焼装置用の熱交換器を備えた温水装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例に係る熱交換器を示す斜視図である。
【図３】図２の熱交換器のケース内を示す要部平面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１４】
最初に、図１に基づいて温水装置１について説明する。
温水装置１は給湯や暖房に使用される温水を供給するものであり、送風機２と燃焼装置３と、燃焼装置３で発生させた燃焼ガスの熱を回収して湯水を加熱する燃焼装置用の熱交換器を備えている。燃焼装置用の熱交換器は、燃焼ガスが流通するケース内に複数のフィンを有する伝熱管を配設したフィンアンドチューブ式熱交換器５と、燃焼ガスが流通するケース内に複数の伝熱管を配設した多管式熱交換器６のうちのどちらか一方、又は両方を備えている。
【００１５】
次に、図２〜図４に基づいて、本発明の熱交換器１０について説明する。
熱交換器１０は上記多管式熱交換器６に相当するものであり、前側板１１と天板１２と左側板１３と後側板１４と底板１５と右側板１６とで箱状に形成された容器１７を有する。容器１７内は、仕切板１９により上部空間と下部空間に仕切られている。この下部空間を囲む前側板１１、左側板１３、後側板１４、底板１５、仕切板１９がケースに相当する。このケース内には、伝熱管が螺旋状に巻かれて形成された異なる巻径の複数（例えば６本）の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆが略同心状に配設されている。複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの巻き数及び高さは同一である。前側板１１の上部には、ケース内を流通した燃焼ガス（燃焼排気）を外部に排出するための排気口１１ａが設けられている。
【００１６】
仕切板１９は、その前部に燃焼ガスが下部空間から上部空間に流通可能な開口部１９ａ（排出口）と、開口部１９ａの前側から後ろ上方に向かって延びて開口部１９ａの上方を覆うように設けられた上部案内板１９ｂを備えている。底板１５の後部には燃焼装置３で発生させた燃焼ガスをケース内に導入するための導入口１５ａが形成されている。導入口１５ａの上方には、導入した燃焼ガスを前方に案内するための下部案内板１９ｃが配設され、仕切板１９と後側板１４に固定されている。
【００１７】
導入口１５ａは底板１５から上方に突出するように形成されている。これにより、ケース内で燃焼ガスに含まれる水分の凝縮により発生するドレン水が、導入口１５ａから燃焼装置３に向かって流出することを防いでいる。また、図示を省略するが、底板１５はその前部にドレン水を排出するためのドレン排出口を備えている。
【００１８】
ケースに収容された複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの夫々の下側の一端部分は、左側板１３の後側部分を貫通してケースの外部に延びると共に、湯水を複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆに分配するための入水ヘッダ２０に接続されている。この複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの夫々の上側の他端部分は、左側板１３の前側部分からケースの外部に延びると共に、複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆを流通した湯水を混合して出湯するための出湯ヘッダ２１に接続されている。
【００１９】
複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆは、略円形断面を有する同一外径（例えば１０ｍｍ）の複数の伝熱管が平面視にて夫々異なる巻径で右回りで上方に移行する長方形状又は長円状の螺旋状に巻かれ、略同心状にケース内に配設されている。複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆにおいて、ケース内の導入口１５ａ側（後側）で左右方向に延びる部分を後部伝熱管群１８Ａとし、ケース内の開口部１９ａ側（排出口側、前側）で左右方向に延びる部分を前部伝熱管群１８Ｂとする。この前部伝熱管群１８Ｂの上方に開口部１９ａが位置している。また、複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆにおいて、ケース内の左側、右側を前後方向に延びる部分を夫々左部伝熱管群１８Ｃ、右部伝熱管群１８Ｄとする。尚、伝熱管の曲げ部分は、曲げによる通路の潰れを防ぐため圧縮等の変形を許容可能に構成されていてもよい。
【００２０】
後部伝熱管群１８Ａは、その複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの水平方向（前後方向）の配列ピッチが所定の第１ピッチのα［ｍｍ］（例えばα＝１２）となるように、ケースに固定された図示外のスペーサ部材により配列ピッチが設定されている。また、前部伝熱管群１８Ｂは、螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの水平方向（前後方向）の配列ピッチが第１ピッチより大きい所定の第２ピッチのβ［ｍｍ］（例えばβ＝１４）となるように、ケースに固定された図示外のスペーサ部材により配列ピッチが設定されている。
【００２１】
後部伝熱管群１８Ａ及び前部伝熱管群１８Ｂの複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの上下方向の配列ピッチは、第１ピッチより大きく且つ第２ピッチ以下の所定の第３ピッチのγ［ｍｍ］（例えばγ＝１３）となるように、ケースに固定された図示外のスペーサ部材により配列ピッチが設定されている。尚、上記複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの外径や配列ピッチは１例を示すものであり、上記数値に限定されない。
【００２２】
図４中の矢印で示すように、導入口１５ａからケース内に導入された燃焼ガスの大部分は、ケース内を後部から前部に向かって後部伝熱管群１８Ａと左部伝熱管群１８Ｃと右部伝熱管群１８Ｄの複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの間を略水平方向に流通する。そして前部伝熱管群１８Ｂに到達した燃焼ガスは、前部伝熱管群１８Ｂの複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの間を流通する間に流通方向を上向きに変え、開口部１９ａから容器１７内の上部空間に流入する。
【００２３】
上部空間に流入した燃焼ガスは、上部案内板１９ｂにより後方に案内され、上部空間後部で再び前方に向きを変えて排気口１１ａから外部に排出される。尚、上部空間には例えばグラスウール製の吸音材２３ａ，２３ｂ等が配設されて燃焼ガスの排出に伴う騒音を低減している。また、図示を省略するが、この上部空間で発生するドレン水や排気口１１ａから浸入する雨水等を下部空間のドレン排出口へ排出するように構成されている。
【００２４】
次に、本発明の熱交換器１０の作用、効果について説明する。
後部伝熱管群１８Ａの配列ピッチは、水平方向の第１ピッチが上下方向の第３ピッチより小さく設定されている（α＜γ）。そのため、水平方向の通風抵抗が上下方向の通風抵抗と比べて小さくなるので、後部伝熱管群１８Ａでは燃焼ガスは上下方向よりも水平方向に流れ易い。一方、前部伝熱管群１８Ｂの配列ピッチは、水平方向の第２ピッチが上下方向の第３ピッチ以上に大きく設定されている（γ≦β）。そのため、上下方向の通風抵抗が水平方向の通風抵抗と同等又は小さくなるので、前部伝熱管群１８Ｂでは燃焼ガスは上下方向に流れ易くなっている。即ち、第２ピッチを第１ピッチより大きく設定して（α＜β）、後部伝熱管群１８Ａよりも前部伝熱管群１８Ｂにおいて燃焼ガスが上下方向に流れ易くしている。
【００２５】
そして、ケースの後部に燃焼ガスの導入口１５ａが設けられ、容器１７の上部に排気口１１ａが設けられ、前部伝熱管群１８Ｂの上方に仕切板１９の開口部１９ａが設けられている。そのため、ケース内に導入された燃焼ガスは、後部伝熱管群１８Ａを水平方向に流通した後、前部伝熱管群１８Ｂを流通する間に上方に向きを変えることができる。
【００２６】
また、後部伝熱管群１８Ａと前部伝熱管群１８Ｂでは上下方向の配列ピッチが共に第３ピッチで等しく、水平方向の配列ピッチは前部伝熱管群１８Ｂの第２ピッチが後部伝熱管群１８Ａの第１ピッチと比べて大きくなっている。そのため、複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの通風抵抗を増加させずに燃焼ガスの流通方向を変化させることができ、ケースと複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの間を通って熱交換しない燃焼ガスも増加しない。従って、熱交換効率の低下を抑えることができ、燃焼ガスを熱交換器１０に送るための送風機２の回転数を増加させる必要がないので送風機２から発生する騒音を抑えることができる。
【００２７】
複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆは、平面視にて左右方向に長い長方形状又は長円状に形成されているので、ケース内を前方に向かって流れる燃焼ガスを前部伝熱管群１８Ｂの伝熱管に衝突させて流通方向を変化させ易くすることができる。また、導入口１５ａから開口部１９ａに至るまでのケース内の前後方向に限られた長さの燃焼ガスの流通経路において、伝熱管の表面積を大きくして小型で熱交換効率が高い熱交換器１０を構成することができる。
【００２８】
本発明の熱交換器１０は、従来の熱交換器の複数の螺旋状伝熱管をそのまま利用して構成することも可能である。複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆを容器１７内に配設する際に、後部伝熱管群１８Ａの水平方向の配列ピッチを従来より縮小することにより、前部伝熱管群１８Ｂの水平方向の配列ピッチが拡大される。従って、上記配列ピッチに設定するための容器１７に固定されたスペーサ部材に複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆを固定すればよい。また、上記配列ピッチに合わせて形成した左側板１３及び入水ヘッダ２０、出湯ヘッダ２１を装着する。このようにして従来の熱交換器の大部分を利用して本発明の熱交換器１０の構成を実現できるので、従来の熱交換器からの置き換えも容易である。
【００２９】
また、複数の螺旋状伝熱管１８ａ〜１８ｆの巻数、巻き方、入水ヘッダ２０、出湯ヘッダ２１の位置、排気口１１ａの位置等は、熱交換器１０を搭載する温水装置の仕様に合わせて適宜変更可能である。その他、当業者であれば本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【符号の説明】
【００３０】
１      温水装置
２      送風機
３      燃焼装置
６      多管式熱交換器
１０    熱交換器
１１ａ  排気口
１５ａ  導入口
１７    容器
１８Ａ  後部伝熱管群
１８Ｂ  前部伝熱管群
１８ａ〜１８ｆ  螺旋状伝熱管
１９    仕切板
１９ａ  開口部（排出口）
１９ｂ  上部案内板
１９ｃ  下部案内板
２０    入水ヘッダ
２１    出湯ヘッダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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