(57)【要約】【課題】  フィンの下端部において熱交換時に生成される凝縮水が詰まるのを抑制できる熱交換器を提供する。【解決手段】  内部に流体通路を形成すると共に、積層配置される複数のチューブ１１０と、複数のチューブ１１０の間に介在されて、伝熱面積を増大するフィン１２０とを備え、フィン１２０の領域を上方から下方に向かって水蒸気を含む高温の気体が流れ、チューブ１１０の流体通路内に高温の気体より低温となる低温の流体を流通させて、高温の気体から顕熱のみならず凝縮潜熱をも回収して低温の流体を加熱する熱交換器において、フィン１２０の高温の気体の出口側にチューブ１１０の表面と非接触となって下方へ延設される延設部１２１を設け、且つ、延設部１２１にフィン１２０の表面から突出する突出部１２２、１２３を設ける。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体通路を形成すると共に、積層配置される複数のチューブ（１１０）と、
前記複数のチューブ（１１０）の間に介在されて、伝熱面積を増大するフィン（１２０）とを備え、
前記フィン（１２０）の領域を上方から下方に向かって水蒸気を含む高温の気体が流れ、前記チューブ（１１０）の流体通路内に前記高温の気体より低温となる低温の流体を流通させて、前記高温の気体から顕熱のみならず凝縮潜熱をも回収して前記低温の流体を加熱する熱交換器であって、
前記フィン（１２０）の前記高温の気体の出口側には、前記チューブ（１１０）の表面と非接触となって下方へ延設される延設部（１２１）が設けられ、
且つ、前記延設部（１２１）には、前記フィン（１２０）の表面から突出する突出部（１２２、１２３）が設けられたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記突出部（１２２、１２３）は、ルーバ（１２２）であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記突出部（１２２、１２３）は、前記フィン（１２０）の表面から切り起こされて形成される切り起こし部（１２３）であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記高温の気体は、燃焼ガスであり、
前記低温の流体は、給湯水であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブ内を流通する流体とチューブ間に介在されるフィン領域を流通する高温の気体との間で熱交換を行う熱交換器に関するものであり、給湯器用の熱交換器に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器として、例えば、特許文献１に示されるものが知られている（図１２、図１３）。即ち、この熱交換器は、複数積層されるチューブ１１０の間にフィン１２０が介在されており、チューブ１１０内を流通する流体と、フィン１２０の配置される領域を上方から下方に向かって流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行うものとしている。
【０００３】
ここでは、チューブ１１０の表面に突起部を設け、この突起部が燃焼ガスの流通方向に隙間δを持って離散的に並ぶようにしている。具体的には、例えばフィン１２０をオフセットフィンとし、上記突起部を千鳥配置されるセグメント１２４で形成するようにしている。
【０００４】
これにより、熱交換時に燃焼ガスから生成される凝縮水の膜が、隙間δによって細かく分断されるので、セグメント１２４に付着した凝縮水の膜厚が大きくなるのを防止して、凝縮水による熱抵抗の増大を抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−１１５９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、フィン１２０は、チューブ１１０表面の平面部を形成する領域内に設けられるようにしているので、フィン１２０から排出されようとする凝縮水は、フィン１２０の下端部から隣接するチューブ１１０の下端部に繋がるように膜を張り（図１２中の下側）、詰まりを起こしやすいという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、フィンの下端部において熱交換時に生成される凝縮水が詰まるのを抑制できる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、内部に流体通路を形成すると共に、積層配置される複数のチューブ（１１０）と、複数のチューブ（１１０）の間に介在されて、伝熱面積を増大するフィン（１２０）とを備え、フィン（１２０）の領域を上方から下方に向かって水蒸気を含む高温の気体が流れ、チューブ（１１０）の流体通路内に高温の気体より低温となる低温の流体を流通させて、高温の気体から顕熱のみならず凝縮潜熱をも回収して低温の流体を加熱する熱交換器であって、フィン（１２０）の高温の気体の出口側には、チューブ（１１０）の表面と非接触となって下方へ延設される延設部（１２１）が設けられ、且つ、延設部（１２１）には、フィン（１２０）の表面から突出する突出部（１２２、１２３）が設けられたことを特徴としている。
【０００９】
これにより、熱交換時にフィン（１２０）の表面で高温の気体から生成される凝縮水は、そのままフィン（１２０）の表面を伝わって流れ落ち、フィン（１２０）の延設部（１２１）に至るので、非接触と成るチューブ（１１０）との間で膜を張ることが無い。
【００１０】
そして、凝縮水は突出部（１２２、１２３）によって、点あるいは線で接触することになるので、延設部（１２１）内での付着、膜張りが抑えられて、スムースに落下していくようになり、凝縮水の詰まりが抑制される。よって、高温の気体の流通抵抗が増大するのを抑えて熱交換効率の悪化を防止することができる。
【００１１】
そして、請求項１における突出部（１２２、１２３）は、請求項２に記載の発明のように、ルーバ（１２２）として容易に形成することができる。
【００１２】
また、突出部（１２２、１２３）は、請求項３に記載の発明のように、フィン（１２０）の表面から切り起こされて形成される切り起こし部（１２３）としても良い。
【００１３】
本熱交換器は、請求項４に記載の発明のように、高温の気体を燃焼ガスとし、また、低温の流体を給湯水として、この給湯水を加熱する給湯器用の熱交換器（１００）に用いて好適である。
【００１４】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図７に示す図面に基づいて説明する。尚、図１は熱交換器１００を示す側面図、図２は図１のＡ方向から見た矢視図（平面図）、図３は図１のＢ方向から見た矢視図（左側面図）、図４は図３のＣ−Ｃ部における断面図、図５は図４のＤ方向から見た矢視図、図６は燃焼ガス風速に対するコア部１００ａの通風抵抗における本実施形態の効果を示すグラフ、図７は燃焼ガス風速に対するコア部１００ａの熱伝達率における本実施形態の効果を示すグラフである。
【００１６】
本発明の熱交換器１００は、図示しない給湯器に使用されものであり、ケース部材の中に配設される。この熱交換器１００においては、熱交換器１００のコア部１００ａを流通する燃焼ガス（本発明における高温の気体に対応）と、熱交換器１００（チューブ１１０）内を流通する給湯水（本発明における低温の流体に対応）との間で熱交換が行われ、給湯水が加熱されるようになっている。
【００１７】
因みに、給湯器には１次熱交換器が設けられており、本熱交換器１００は、この１次熱交換器の上側に配置され、２次熱交換器として機能する。即ち、ガスバーナによって発生され、１次熱交換器を通過した後の燃焼ガスがケース部材に導入され、熱交換器１００に供給されるようになっており、また、給湯水は熱交換器１００を流通した後に１次熱交換器に供給されるようになっている。よって、給湯水は、熱交換器１００で予め加熱され、１次熱交換器で更に加熱されて、湯として使用されることに成る。尚、熱交換器１００を流通した燃焼ガスは、ケース部材から給湯器の本体部に設けられたガス排出口から外部へ排出される。
【００１８】
熱交換器１００は、図１〜図４に示すように、複数のチューブ１１０をアウターフィン（以下、フィン）１２０と共に積層して構成されるいわゆるドロンカップタイプの熱交換器としている。尚、この熱交換器１００を構成する各部材（以下で説明）は、すべてステンレス系の材料としており、各部材が熱交換器１００の形状に組み立てられた後に、一体的にろう付け接合されている。
【００１９】
チューブ１１０は、一対のチューブプレート１１１、１１２から成り、両チューブプレート１１１、１１２の外周部に設けられたフランジ部１１１ａ、１１２ａで互いに当接して接合されている。両チューブプレート１１１、１１２の長手方向の両端側は、中間領域よりも深く絞り加工されており、チューブ１１０として中間領域に扁平管部１１０ａが、両端側にそれぞれ第１タンク部１１０ｂ、第２タンク部１１０ｃが形成されている。
【００２０】
尚、チューブ２１０の扁平管部２１０ａの内部（本発明における流体通路に対応）には、伝熱面積を増大すると共に内部を流通する給湯水に乱流効果を与える断面凹凸状のインナーフィン１６０（図４）が挿入されている。因みに、このインナーフィンは、凹凸状断面がオフセットされて並ぶように形成されるいわゆるオフセット型フィンとしている。
【００２１】
そして、複数のチューブ１１０は、第１タンク部１１０ｂ同士、第２タンク部１１０ｃ同士が連通するように積層されている。よって、複数の扁平管部１１０ａは、各第１タンク部１１０ｂ、第２タンク部１１０ｃを介して、それぞれ連通している。
【００２２】
フィン１２０は、断面が波形に形成され、放熱面に複数のルーバ１２２が設けられたコルゲートタイプのフィンであり、各チューブ１１０の扁平管部１１０ａ間に介在されている。そして、扁平管部１１０ａとフィン１２０とによって、コア部（熱交換部）１００ａが形成される。尚、本発明においては、このフィン１２０の形状に特徴を持たせており、詳細については後述する。
【００２３】
そして、チューブ１１０の積層方向の一方の端部には、給湯口１３０および出湯口１４０が設けらており、給湯口１３０は第１タンク部１１０ｂに連通するように接続され、出湯口１４０は第２タンク部１１０ｃに連通するように接続されている。また、積層方向の両端に配置されるチューブ１１０の第１タンク部１１０ｂ、第２タンク部１１０ｃに対応する領域には、補強プレート１５０が設けられている。
【００２４】
この熱交換器１００は、チューブ１１０の積層方向および長手方向が略水平方向となる姿勢で使用され、燃焼ガスがフィン１２０領域の上方から下方に向けて供給されるようにしている（図１、図３）。本発明においては、上記フィン１２０の燃焼ガスの出口側に、チューブ１１０の表面と非接触となって下方に延設される延設部１２１を設けるようにしており、更に、この延設部１２１には、本発明における突出部を成すルーバ１２２が形成されるようにしている。尚、ここでは延設部１２１は、チューブ１１０のフランジ部１１１ａ、１１２ａの下端部よりも更に下側まで延びるようにしている。
【００２５】
次に、上記構成に基づく熱交換器１００の作動およびその作用効果について説明する。給湯水は、熱交換器１００の給湯口１３０から第１タンク部１１０ｂに流入し、各チューブ１１０の扁平管部１１０ａを流れて、第２タンク部１１０ｃから出湯口１４０を通って流出する。
【００２６】
一方、燃焼ガス（１次熱交換器通過後の２００℃レベルの燃焼ガス）は、図示しないケース部材に導入されて熱交換器１００のコア部１００ａを上方から下方に向けて通過し、給湯器のガス排出口から外部に排出される。
【００２７】
燃焼ガスは、コア部１００ａを通過する際に給湯水との熱交換を行い、給湯水を加熱する。この時、燃焼ガスは、少なくともコア部１００ａの出口側で露点温度以下（例えば３０〜５０℃）まで温度低下して凝縮する。即ち、この熱交換器１００は、燃焼ガスの顕熱だけでなく、燃焼ガスが凝縮する際に放出される潜熱をも吸収して給湯水を加熱することができる。
【００２８】
本発明においては、熱交換時に主にフィン１２０の表面で燃焼ガスから生成される凝縮水は、そのままフィン１２０の表面を伝わって流れ落ち、フィン１２０の延設部１２１に至るので、非接触と成るチューブ１１０との間で膜を張ることが無い。
【００２９】
そして、凝縮水は、図５に示すように、ルーバ１２２によって、点あるいは線で接触することになるので、延設部１２１内での付着、膜張りが抑えられて、スムースに落下していくようになり、凝縮水の詰まりが抑制される。よって、燃焼ガスがコア部１００ａを流通する際の通風抵抗が増大するのを抑えて熱交換効率の悪化を防止することができる。
【００３０】
図６、図７は、フィン１２０に延設部１２１を有さない従来技術と、延設部１２１（ここでは延設部１２１の長さを１４ｍｍとした）およびこの延設部１２１にルーバ１２２を設けた本発明との燃焼ガス風速に対するコア部１００ａの通風抵抗、熱伝達率を比較したものである。本発明においては、常用領域（燃焼ガス風速２．９ｍ／ｓ）で、通風抵抗を４０％低減でき、熱伝達率を４４％向上させることができた。
【００３１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図８、図９に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、フィン１２０の仕様、突出部の形状および延設部１２１の長さを変更したものとしている。
【００３２】
ここでは、フィン１２０は、断面が凹凸状に形成されるストレートフィンをベースにして、このフィン１２０のチューブ１１０に当接する面に、三角状に切り起こすことで形成される切り起こし部（以下、ウイングと呼ぶ）１２３を設けたものとしている（図９）。
【００３３】
そして、上記第１実施形態と同様に延設部１２１を設け、この延設部１２１にウイング（本発明における突出部に対応）１２３が形成されるようにしている。尚、延設部１２１の下端部位置は、チューブ１１０のフランジ部１１１ａ、１１２ａの下端部位置に合わせるようにしている（延設部１２１の長さ６ｍｍ）。
【００３４】
これにより、上記第１実施形態と同様にフィン１２０における凝縮水の詰まりが抑制され、熱交換効率の悪化を防止することができる。また、フィン１２０の下端部位置をチューブ１１０の下端部位置に合わせるようにしているので、チューブ１１０に対するフィン１２０の位置合わせがやり易くなり、組み付けが容易になる。
【００３５】
（その他の実施形態）
上記第１、第２実施形態に対して、図１０、図１１に示すように、フィン１２０には、燃焼ガスの流入側に、即ち、上方側に延設される延設部１２１ａを設けるようにしても良い。尚、延設部１２１の下端部位置は、チューブ１１０のフランジ部１１１ａ、１１２ａの下端部位置に合わせ、延設部１２１ａの上端部位置は、フランジ部１１１ａ、１１２ａの上端部位置に合わせるようにしている。
【００３６】
これにより、フィン１２０の放熱面積を増大させて、熱交換性能を向上させることができると共に、チューブ１１０に対するフィン１２０の位置合わせを更に容易にすることができる。
【００３７】
尚、上記各実施形態では熱交換器１００を給湯器用に使用するものとして説明したが、これに限らずその他のものにも広く活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態における熱交換器を示す側面図である。
【図２】図１のＡ方向から見た矢視図（平面図）である。
【図３】図１のＢ方向から見た矢視図（左側面図）である。
【図４】図３のＣ−Ｃ部における断面図である。
【図５】図４のＤ方向から見た矢視図である。
【図６】燃焼ガス風速に対するコア部の通風抵抗における第１実施形態の効果を示すグラフである。
【図７】燃焼ガス風速に対するコア部の熱伝達率における第１実施形態の効果を示すグラフである。
【図８】図３のＣ−Ｃ部における第２実施形態を示す断面図である。
【図９】第２実施形態におけるフィンを示す斜視図である。
【図１０】図３のＣ−Ｃ部におけるその他の実施形態１を示す断面図である。
【図１１】図３のＣ−Ｃ部におけるその他の実施形態２を示す断面図である。
【図１２】従来技術の熱交換器におけるチューブおよびフィンを示す断面図である。
【図１３】図１２のＥ方向から見た矢視図（平面図）である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  熱交換器
１１０  チューブ
１２０  アウターフィン（フィン）
１２１  延設部
１２２  ルーバ（突出部）
１２３  切り起こし部（突出部）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005315520.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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