(57)【要約】【課題】潜熱を回収して熱効率向上させ、省エネを実現するコンパクトな熱交換装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】バーナ１０の下流側排ガス経路に顕熱熱交換器１５を設け、その下流側排ガス経路中に燃焼ガス中の水蒸気の凝縮潜熱を回収する潜熱回収熱交換器２０を設け、前記潜熱回収熱交換器２０は蛇腹状内管２５の外周に伝熱フィン２７を一体形成した構成とし、前記潜熱回収熱交換器２０で予熱した水を前記顕熱熱交換器１４で加熱する構成としたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナの下流側排ガス経路に顕熱熱交換器を設け、その下流側排ガス経路中に燃焼ガス中の水蒸気の凝縮潜熱を回収する潜熱回収熱交換器を設け、前記潜熱回収熱交換器は蛇腹状内管の外周に伝熱フィンを一体形成した構成とし、前記潜熱回収熱交換器で予熱した水を前記顕熱熱交換器で加熱する構成とした潜熱回収熱交換装置。
【請求項２】
潜熱回収熱交換器は、蛇腹状内管の外周凹部に一体形成した伝熱フィンを設け、その伝熱フィンの端面に折り返しを設けた請求項１記載の潜熱回収熱交換装置。
【請求項３】
潜熱回収熱交換器は、蛇腹状内管の外周凹部に一体形成した伝熱フィンを設け、その伝熱フィンの端面に波型の曲げを設けた請求項１記載の潜熱回収熱交換装置。
【請求項４】
潜熱回収熱交換器は、蛇腹状内管の外周凹部に一体形成した伝熱フィンを設け、その伝熱フィンの表面に半円型の突起を設けた請求項１記載の潜熱回収熱交換装置。
【請求項５】
潜熱回収熱交換器は、蛇腹状内管の外周凹部に一体形成した伝熱フィンを設け、その伝熱フィンの端面に切り起こしを設けた請求項１記載の潜熱回収熱交換装置。
【請求項６】
潜熱回収熱交換器は、蛇腹状内管の外周凸部に一体形成した伝熱フィンを設けた請求項１記載の潜熱回収熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として家庭用又は業務用の燃焼装置において、顕熱だけでなく、燃焼ガス中の水蒸気潜熱までも回収し、熱効率の向上を図った熱交換システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の潜熱回収熱交換装置として、図９に示すような潜熱回収熱交換装置がある。
【０００３】
図９において、１はバーナ、２はバーナ１に燃料ガスを供給するガス管、３はバーナ１に燃焼用空気供給するファン、４はバーナ１の燃焼によって発生する燃焼ガスの下流に位置する給湯熱交換器、５は給湯熱交換器４と上下に重ね合わせて配設される追い焚き熱交換器、６は給湯熱交換器４を形成する給湯伝熱管、７は追い焚き熱交換器を形成する追い焚き伝熱管である。８は給湯熱交換器４の燃焼ガス下流側に設置される給湯潜熱回収熱交換器、９は給湯潜熱回収熱交換器８を形成する給湯潜熱伝熱管、１０は給湯潜熱伝熱管９の出口９ｂと給湯伝熱管６の入口６ａとを結ぶ温水管である。また、１１は給湯潜熱伝熱管９の入口９ａに接続する給水管、１２は給湯伝熱管６の出口６ｂに接続する給湯管、１３は追い焚き伝熱管７の入口に接続する風呂戻り管、１４は追い焚き伝熱管７の出口に接続する風呂往き管である。
【０００４】
給湯熱交換器４と追い焚き熱交換器５は共通のバーナ１によって加熱され、給水管１１からの給水が給湯潜熱回収熱交換器８に入り、給湯熱交換器４と追い焚き熱交換器５を経た燃焼ガスによって加熱され、温水管１０を通じて、給湯熱交換器４に入り、バーナ１によって発生する燃焼ガスでさらに加熱され、所定の温度になって、給湯管１２から流出する。この給湯潜熱回収熱交換器８では、主に燃焼ガス中の水蒸気に含まれる凝縮潜熱を回収することになる。また、風呂戻り管１３から浴槽（図示せず）の風呂水などが追い焚き熱交換器５に入り、燃焼ガスによって加熱された後、風呂往き管１４を通じて、浴槽（図示せず）へ流れる。
【０００５】
このように、給湯潜熱回収熱交換器８を設けたことにより、給湯運転時、燃焼ガス中の水蒸気の凝縮潜熱まで回収でき、高い熱効率が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２６７４１４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、潜熱回収用熱交換器の伝熱管に用いられる蛇腹管の加工上の制約から大きな伝熱面積をとることが困難であり、その為、蛇腹管の長さを長くして伝熱面積を増やす方法が採られ、必然的に潜熱回収用熱交換器が大きくなり、結果として給湯器筐体が大きくなるという課題があった。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、高効率で省スペースとした潜熱回収熱交換装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の潜熱回収熱交換装置は、バーナの下流側排ガス経路に顕熱熱交換器を設け、その下流側排ガス経路中に燃焼ガス中の水蒸気の凝縮潜熱を回収する潜熱回収熱交換器を設け、前記潜熱回収熱交換器は蛇腹状内管の外周に伝熱フィンを一体形成した構成とし、前記潜熱回収熱交換器で予熱した水を前記顕熱熱交換器で加熱する構成としたものである。
【００１０】
上記発明によれば、蛇腹状伝熱管の表面に伝熱フィンを一体形成した構成とすることで、燃焼ガス中の水蒸気の凝縮潜熱を回収する潜熱回収熱交換装置をコンパクトに納めることができるとともに、高効率な熱交換装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、バーナの下流側排ガス経路に顕熱熱交換器を設け、その下流側排ガス経路中に燃焼ガス中の水蒸気の凝縮潜熱を回収する潜熱回収熱交換器を設け、前記潜熱回収熱交換器は蛇腹状内管の外周に伝熱フィンを一体形成した構成とし、前記潜熱回収熱交換器で予熱した水を前記顕熱熱交換器で加熱する構成としたことを特徴とするものであり、蛇腹管単独の構成に比べ、より高効率な熱交換装置を提供することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、潜熱回収熱交換器は、蛇腹状内管の外周凹部に一体形成した伝熱フィンを設け、その伝熱フィンの端面に折り返しを設けたことを特徴とするものであり、伝熱フィンの端面に折り返しを設けることにより、請求項１の潜熱回収１次熱交換器より有効に熱交換することが可能である。
【００１３】
請求項３記載の発明は、潜熱回収熱交換器は、蛇腹状内管の外周凹部に一体形成した伝熱フィンを設け、その伝熱フィンの端面に波型の曲げを設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４記載の発明は、潜熱回収熱交換器は、蛇腹状内管の外周凹部に一体形成した伝熱フィンを設け、その伝熱フィンの表面に半円型の突起を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５記載の発明は、潜熱回収熱交換器は、蛇腹状内管の外周凹部に一体形成した伝熱フィンを設け、その伝熱フィンの端面に切り起こしを設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６記載の発明は、潜熱回収熱交換器は、蛇腹状内管の外周凸部に一体形成した伝熱フィンを設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する．
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における熱交換装置のシステム構成図、図２は熱交換装置を構成する熱交換ユニットの斜視図、図３は熱交換ユニットの断面図である。
【００１８】
図１において、１０は燃料を燃焼するバーナで、バーナ１０の下流側には燃焼室１１を構成するドラム缶１２が設けられており、ドラム缶１２の外周にドラム水管１３が取り付けられている。燃焼室１１の下流側にはフィン管１４を内包する顕熱熱交換器１５と、排気室１６が互いに密接して設けられている。排気室１６の下流側に排気通路調整板１７が設けられ、この排気通路調整板１７によって排気ガスＡは燃焼ガス通路１８へ導かれる。燃焼ガス通路１８の下流側部分は下向きに排気ガスが流れるように排出通路２１と連通させ、この排出通路２１を流れる排気ガスＢを再度上向きに流すように導出通路２２に導き、排気口２３から排出する。また、排出通路２１には結露水排出部２４が接続されている。
【００１９】
ここで、燃焼ガス通路１８には、熱交換ユニット１９を複数個接続した熱交換装置２０が設けられている。この熱交換ユニット１９は、図２、図３に示すように、例えばステンレス鋼などの耐食性材料或いは表面処理を施した材料を用いた蛇腹状内管２７の外周に、同じくステンレス鋼などの耐食性材料或いは表面処理を施した材料を用いた伝熱フィン２５を取り付けて一体的に構成している。
【００２０】
以上のように構成された熱交換装置について、動作、作用を説明すると、バーナ１０の燃焼によって燃焼室１１内で形成される高温燃焼ガスは顕熱熱交換器１５でフィン管１４内を流れる予熱水を加熱した後、低温燃焼ガスとなって、排気室１６内に流入する。さらに排気室１６の下流側において、この低温の排気ガスＡが燃焼ガス通路１８を通過しながら、下向きの流れ方向に偏向され、熱交換装置２０を通過する。この時、熱交換装置２０内において、伝熱フィン２５、蛇腹状内管２７を通じて蛇腹状内管２７内を流れる水と熱交換することによって排気ガスはさらに低温の排気ガスＢとなり、燃焼排気ガス中の水蒸気は凝縮潜熱を奪われて熱交換装置２０を経由する過程で凝縮水となる。この凝縮水にはＣＯ２やＮＯｘなどのガスが溶解しているため、酸性（ｐＨ＝２〜４）を示す。発生した凝縮水は更に低温となった燃焼ガスとともに下向きに流れ、結露水排出部２４から排出される。一方、更に低温となった排気ガスＢは排出通路２１で偏向を受け、再び導出通路２２を上方に流れ排気口２３から大気に排出される。加熱流体である水は給水口（図示せず）から熱交換装置２０の蛇腹状内管２７へ導入され、低温の排気ガスＡから水蒸気潜熱を奪い、給水時よりやや温度が高い予熱水となって、熱交換装置２０から導出される。そして、この予熱水はドラム缶１２の外周を巻くドラム水管１３へと導かれ、ドラム缶１２の外周を冷却しながらフィン管１４に至り、顕熱熱交換器１５で所定の温度まで加熱された後、出湯される。
【００２１】
このように、伝熱フィン２５と一体構成の蛇腹状内管２７を用いて構成された熱交換ユニット１９は、蛇腹状内管２７単独で構成された熱交換ユニットに対し、より多くの熱交換面積を得ることができる。
【００２２】
また、上流側の低温の加熱流体を、下流側の低温の燃焼ガスで熱交換装置２０によって熱交換させ、下流側の高温の加熱流体を、上流側の高温の燃焼ガスで顕熱熱交換器１５によって熱交換させる対向型熱交換システムとすることで、加熱流体と燃焼ガスとの温度差を確保し、効果的な伝熱を行なう小型の熱交換システムを実現することができる。
【００２３】
（実施例２）
図４は本発明の実施例２の熱交換ユニット断面図を示す。
【００２４】
実施例２において実施例１と異なる点は、図４に示す如く熱交換ユニット１９は伝熱フィン２５の端面に折り返しを設けたことである。
【００２５】
次に作用を説明すると、端面に折り返し２５ｂを設けた伝熱フィン２５で構成される熱交換ユニットは端面に折り返し２５ｂを持たない伝熱フィンで構成される熱交換ユニットに比べ、燃焼ガスと接触する伝熱面積は大きく取れる。すなわち、これによって、熱交換ユニット１９の吸熱効果が向上し、実施例１と比べより小型化な熱交換装置が実現できる。
【００２６】
（実施例３）
図５は本発明の実施例３の熱交換ユニット断面図を示す。
【００２７】
実施例３において実施例１と異なる点は、図５に示すごとく熱交換ユニット１９は伝熱フィン２５の端面に端面に波型の曲げ２５ｂを設けたことである。
【００２８】
次に作用を説明すると、端面に波型の曲げを設けた伝熱フィン２５で構成される熱交換ユニットは端面に波型の曲げ２５ｂを持たない伝熱フィンで構成される熱交換ユニットに比べ、燃焼ガスと接触する伝熱面積は大きく取れる。また、波型の曲げ２５ｂに排気が攪拌される。すなわち、これによって、熱交換ユニット１９の吸熱効果が向上し、実施例１と比べより小型化な熱交換装置が実現できる。
【００２９】
（実施例４）
図６は本発明の実施例４の熱交換ユニット断面図を示す。
【００３０】
実施例４において実施例１と異なる点は、図６に示すごとく熱交換ユニット１９は伝熱フィン２５の端面に端面に半円型の突起２５ｂを設けたことである。
【００３１】
次に作用を説明すると、端面に半円型の突起２５ｂを設けた伝熱フィン２５で構成される熱交換ユニットは端面に半円型の突起２５ｂを持たない伝熱フィンで構成される熱交換ユニットに比べ、燃焼ガスと接触する伝熱面積は大きく取れる。また、半円型の突起２５ｂに排気が攪拌される。すなわち、これによって、熱交換ユニット１９の吸熱効果が向上し、実施例１と比べより小型化な熱交換装置が実現できる。
【００３２】
（実施例５）
図７は本発明の実施例５の熱交換ユニット断面図を示す。
【００３３】
実施例５において実施例１と異なる点は、図７に示すごとく熱交換ユニット１９は伝熱フィン２５の切り起こし２５ｂを設けたことである。
【００３４】
次に作用を説明すると、端面に切り起こし２５ｂを設けた伝熱フィン２５で構成される熱交換ユニットは端面に切り起こしを持たない伝熱フィンで構成される熱交換ユニットに比べ、切り起こし２５ｂに排気が攪拌される。すなわち、これによって、熱交換ユニット１９の吸熱効果が向上し、実施例１と比べより小型化な熱交換装置が実現できる。
【００３５】
（実施例６）
図８は本発明の実施例６の熱交換ユニット断面図を示す。
【００３６】
実施例６において実施例１と異なる点は、図８に示すごとく熱交換ユニット１９の蛇腹状内管の外周凸部に一体形成した伝熱フィンを設けたことである。
【００３７】
次に作用を説明すると、蛇腹状内管の外周凸部に一体形成した伝熱フィン２５を設けることにより、実施例１の熱交換ユニットに対し、同じピッチの凹凸を持つ蛇腹管に比べ、一体形成した伝熱フィン２５の取り付けピッチを大きくすることができる。すなわちこれによって、熱交換器ユニット上で発生する凝縮水が表面張力により熱交換器ユニット上に留まることなしに速やかに落下させることができ、発生した凝縮水による熱交換器ユニットの熱伝導率の低下を防ぐことが容易になる。これにより実施例１と比べより小型化で熱伝導の大きい熱交換装置が実現できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来よりコンパクトで、かつ高効率な潜熱回収装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における熱交換装置のシステム構成図
【図２】同熱交換装置を構成する熱交換ユニットの斜視図
【図３】同熱交換ユニットの断面図
【図４】本発明の実施例２における熱交換ユニットの断面図
【図５】本発明の実施例３における熱交換ユニットの断面図
【図６】本発明の実施例４における熱交換ユニットの断面図
【図７】本発明の実施例５における熱交換ユニットの断面図
【図８】本発明の実施例６における熱交換ユニットの断面図
【符号の説明】
１９  熱交換ユニット
２５  伝熱フィン
２７  蛇腹管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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