(57)【要約】【課題】主熱交換器の後段に配置した副熱交換器での結露水の処置を合理的に行なうことで、熱効率を高め、燃焼装置での安定燃焼を実現することを目的とする。【解決手段】燃焼装置２の燃焼ガス流路３の上流側と下流側に主熱交換器４および副主熱交換器５を配置し、前記副主熱交換器５は、多数の吸熱フィン１１を間隔をおいて並設したフィンブロック１２に熱媒体管１３を貫通させて構成するとともに、吸熱フィン１１を間隔を燃焼ガスが下方向に流動するように設定し、かつ前記各吸熱フィン１１の下端から複数の水切用突起１５を下方向へ突設したもので、この水切用突起１５に結露水を集中させることで表面張力による水膜の形成を阻止したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置と、その燃焼用空気を供給する送風機と、前記燃焼装置の燃焼ガス流路の上流側と下流側に配置された主熱交換器および副主熱交換器とを具備し、前記副主熱交換器は、多数の吸熱フィンを間隔をおいて並設したフィンブロックに熱媒体管を貫通させて構成するとともに、吸熱フィンの間隔を燃焼ガスが下方向に流動するように設定し、かつ前記各吸熱フィンの下端から複数の水切用突起を下方向へ突設した熱媒体加熱装置。
【請求項２】
フィンブロックを蛇行状に貫通した熱媒体管の下方と対応させて各吸熱フィンの水切用突起を位置させた請求項１記載の熱媒体加熱装置。
【請求項３】
水切用突起を先細状に構成した請求項１または２記載の熱媒体加熱装置。
【請求項４】
水切用突起の長さを２mm〜１０mmに設定した請求項１〜３いずれか１項記載の熱媒体加熱装置。
【請求項５】
隣接する水切用突起の間に燃焼ガスの流動抵抗部を配置して、水切用突起形成部位を流動する燃焼ガスの流速を高めるようにした請求項１〜４いずれか１項記載の熱媒体加熱装置。
【請求項６】
隣接する吸熱フィンの一方より形成した突片を折り曲げて流動抵抗部とした請求項５記載の熱媒体加熱装置。
【請求項７】
折曲片の断面形状を、上方が凸なる円弧状に設定した請求項６記載の熱媒体加熱装置。
【請求項８】
吸熱フィンに親水処理を施した請求項１〜７いずれか１項記載の熱媒体加熱装置。
【請求項９】
フィンブロックの下方に対応してドレン受壁を形成するとともに、このドレン受壁を燃焼ガス通路の一部として構成した請求項１記載の熱媒体加熱装置。
【請求項１０】
ドレン受壁より導出した排水路の途中に酸化中和手段を接続した請求項９記載の熱媒体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換効率を高めた給湯装置などの熱媒体加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置を用いた、例えば給湯装置にあっては、吸熱用フィンブロックに水管を貫通させた熱交換器を燃焼装置、例えばガス燃焼装置の燃焼ガス流路に配置し、その燃焼熱と水とを熱交換するようにしていた。
【０００３】
しかしながら、このものでは熱交換器の下流側での燃焼ガス温度が高く、燃焼熱が充分に活用されていなかった。
【０００４】
そこで、最近は、熱交換器の下流側にもう一つの熱交換器、すなわち副熱交換器を配置して熱回収効率を高めるものが考えられるようになった。
【０００５】
図５はその主要部を示し、ガスなどの燃焼装置５１の燃焼ガス流路５２に主熱交換器５３と副熱交換器５４とが配置してある。位置的には、主熱交換器５３が上流側、副熱交換器５４が下流側となっており、燃焼装置５１からの燃焼ガスが主熱交換器５３の下方から上方へ流れ、次いで、副熱交換器５４の上方から下方へ流動するようになっている。
【０００６】
このように熱交換器を２段的に行なうものでは、特に副熱交換器５４での燃焼ガスの温度低下が著しく、その中の水分が結露するため、前記副熱交換器５４の下部には結露水を受止めて所定の場所に廃棄するための受皿５５が配置してあった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１０６９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の構成にあって、副熱交換器５４での結露はその吸熱フィン表面で起こり、理論的には燃焼ガスの流動力、および重力で受皿５５に滴下する筈である。
【０００８】
しかしながら、前記吸熱フィンは隣接間隔が狭いところから、それらの間隔の下端開放部には表面張力が働いて水膜を形成してしまう。この水膜は燃焼ガスの流動力、および水の重力ではなかなか破壊されず、隣接間隔の少なくとも一部を閉塞することとなる。
【０００９】
そのため従来では、副熱交換器５４での通気抵抗がどうしても大きくなり、燃焼装置５１に悪影響を及ぼしていた。具体的には、燃焼用空気不足による不完全燃焼により熱効率が充分に上がらず、加えて、ＣＯやＮＯＸの発生量が多く、しかも、水膜形成が不安定であり、副熱交換器５４の通気抵抗が頻繁に変化して燃焼装置５１での脈動燃焼を生起するものであった。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題を解消したものであり、副熱交換器における通気性を良好に維持して燃焼装置での安定燃焼を促進し、しかも副熱交換器の効率をも高めることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために本発明の熱媒体加熱装置は、燃焼装置と、その燃焼用空気を供給する送風機と、前記燃焼装置の燃焼ガス流路の上流側と下流側に配置された主熱交換
器および副主熱交換器とを具備し、前記副主熱交換器は、多数の吸熱フィンを間隔をおいて並設したフィンブロックに熱媒体管を貫通させて構成するとともに、吸熱フィンの間隔を燃焼ガスが下方向に流動するように設定し、かつ前記各吸熱フィンの下端から複数の水切用突起を下方向へ突設したもので、この水切用突起に結露水を集中させることで表面張力による水膜の形成を阻止したものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の熱媒体加熱装置によれば、燃焼装置の燃焼の安定化が図れ、ＣＯやＮＯＸの発生量を抑制し得るのみならず、高熱交換効率により合理的給湯が可能であるなど、優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、燃焼装置と、その燃焼用空気を供給する送風機と、前記燃焼装置の燃焼ガス流路の上流側と下流側に配置された主熱交換器および副主熱交換器とを具備し、前記副主熱交換器は、多数の吸熱フィンを間隔をおいて並設したフィンブロックに熱媒体管を貫通させて構成するとともに、吸熱フィンの間隔を燃焼ガスが下方向に流動するように設定し、かつ前記各吸熱フィンの下端から複数の水切用突起を下方向へ突設したものである。
【００１４】
したがって、水切用突起に結露水を集中させて表面張力による水膜の形成を阻止でき、結果的に副熱交換器における通気性を良好に維持して燃焼装置での安定燃焼を促進できることとなる。
【００１５】
前記発明を実施するための最良の形態として、前記水切用突起はフィンブロックを蛇行状に貫通した熱媒体管の下方と対応させて位置させる。すなわち、吸熱フィンでは熱媒体管近傍部位での結露が多いためである。
【００１６】
結露水の水切用突起からの滴下を良好にするためにその形状を先細状とするのが望ましい。
【００１７】
そして、前記水切用突起の長さは２mm〜１０mmに設定する。これは、２mm以下の長さでは表面張力による水膜形成を確実に阻止できないためであり、また、１０mm以上の長さでは作用的違いがなくなるところにある。
【００１８】
さらに、隣接する水切用突起の間に燃焼ガスの流動抵抗部を配置して、水切用突起形成部位を流動する燃焼ガスの流速を高めるようにした。これによって、表面張力による水膜形成阻止がより一層確実となる。
【００１９】
前記流動抵抗部は、隣接する吸熱フィンの一方より突片を形成して折り曲げることで得ることができ、加えて、同折り曲げた突片の断面形状を、上方が凸なる円弧状に設定しておけば、燃焼ガスの流れを可及的に乱さないし、結露水が溜まることもない。
【００２０】
好ましくは、吸熱フィンに親水処理を施して水滴が付きにくくしておく。
【００２１】
水切用突起から滴下した結露水はフィンブロックの下方に対応して設けたドレン受壁で受止めるようにしておき、このドレン受壁を燃焼ガス通路の一部として構成する。
【００２２】
ドレン受壁で受止められた結露水は排水路を介して所定の場所などに廃棄されるが、途中に酸化中和手段を接続しておけば、その廃棄に場所的な限定を受けないようになる。
【００２３】
以下本発明の具体的な実施の形態を添付図面を参照して説明する。なお、実施の形態に
よって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１〜図３はガス給湯装置を示し、外装ケース１内には複数のガスバーナ素子の集合体である燃焼装置２と、その燃焼ガス流路３の上流側に位置する主熱交換器４と、下流側に位置する副熱交換器５とが収められている。
【００２５】
燃焼装置２は送風機６から送給される空気を得て燃焼動作をするもので、その燃焼ガスは主熱交換器４で熱交換された後、流動の向きを上から下へ変化して副熱交換器５を通過し、再度上向きの流れとなって排気部７から排出されるものである。
【００２６】
前記主熱交換器４は、多数の吸熱フィン８を間隔をおいて並設したフィンブロック９と、このフィンブロック９を蛇行状に貫通する水管１０とからなり、この水管１０の一方は給湯端末などに、他方は副熱交換器５にそれぞれ接続されている。
【００２７】
前記副熱交換器５も同様で、多数の吸熱フィン１１を間隔をおいて並設したフィンブロック１２と、このフィンブロック１２を蛇行状に貫通する水管１３とからなる。そして、この水管１３の一方が前記主熱交換器４の水管１０に接続され、他方が水道と接続してある。
【００２８】
さらに、前記副熱交換器５の詳細を説明すると、フィンブロック１２を貫通する水管１３は、上下２段の蛇行状管であって、内側が銅管１３a、外側がステンレス管１３ｂからなる二重管構成となっている。また、フィンブロック１２を構成する吸熱フィン１１の材料も耐酸化性のステンレスであって、水管１３を貫通させた後、その径を拡大することで両者の一体化が図られている。
【００２９】
なお、上下２段の水管１３はフィンブロック１２の外で銅管からなるエルボ１４で接続してある。水管１３の内側が銅管１３aであるため、このエルボ１４との接続はロー付けによって容易に行なうことができる。
【００３０】
下段の水管１３と対応するごとく、それらの下方に位置するように各吸熱フィン１１の下端から水切用突起１５がそれぞれ突設してある。
【００３１】
加えて、同各吸熱フィン１１の下端にあって、隣接する水切用突起１５の間には燃焼ガスの流動に対して抵抗となる流動抵抗部１６がそれぞれ形成してある。これら流動抵抗部１６は、隣接する吸熱フィン１１の一方より舌片状の突片を一体的に形成して他方へ折り曲げることで構成される。
【００３２】
前記副熱交換器５における上段の水管１３の蛇行状中間下方には燃焼ガスが各吸熱フィン１１に満遍なく接触するようにバッフル部１７が設けてある。前記バッフル部１７は隣接する各吸熱フィン１１の一方より舌片状の突片を切起形成して他方へ折り曲げることで構成されており、前記突片の切起形成によって跡に開口１８ができている。
【００３３】
前記副熱交換器５の下方に対応して傾斜状のドレン受壁１９が位置しており、その最下部から排水路２０が導出されている。そして、このドレン受壁１９は燃焼ガス流路３の一部を構成する。
【００３４】
排水路２０を流動するドレン水は燃焼ガスと触れて酸化しているところから途中で酸化中和手段２１に通して中和するようにしてある。
【００３５】
前記構成において、燃焼装置２から噴出されるガスは送風機６を介して送給された空気を得て燃焼し、次いで、燃焼ガス化して燃焼ガス流路３を流動し、最後に排気部７から排出される。
【００３６】
燃焼ガス流路３を流れる燃焼ガスは先ずその上流側の主熱交換器４を通過し、その後、向きを下方向流れとなって副熱交換器５を通過するものである。
【００３７】
しかるに、副熱交換器５の水管１３を流れる水は吸熱フィン１１１から授熱して温度上昇し、次いで主副熱交換器４に至り、その水管１０の部分で吸熱フィン８を介して授熱してさらに温度上昇する。所定の温度となった温水は給湯端末へ送られるものである。
【００３８】
前記した２度の熱交換によって、副熱交換器５を通過する燃焼ガス温度が相当低下し、これにより燃焼ガス中の水分が結露して各吸熱フィン１１の表面に付着する。この結露水は自重、および燃焼ガスの流動力で流下し各吸熱フィン１１の下端に達する。
【００３９】
前記したように、各吸熱フィン１１の下端には水切用突起１５が形成してあるところから、流下した結露水（ドレン水）がこれら水切用突起１５に集中し、ドレン受壁１９に確実に滴下されることとなる。
【００４０】
さらに詳述すれば、前記水切用突起１５への結露水の集中によって、隣接する吸熱フィン１１の間隔における下端開放部には表面張力による水膜が形成されにくくなっており、その結果、その水膜に起因する閉塞現象も発生しない。
【００４１】
本実施の形態では、各吸熱フィン１１の下端にあって、隣接する水切用突起１５の間に燃焼ガスの流動に対して抵抗となる流動抵抗部１６がそれぞれ形成してあって、燃焼ガスが水切用突起１５の近辺に集中して流動して流速を上げる結果、水切用突起１５からの結露水の滴下が一層確実となる。
【００４２】
前記水切用突起１５への結露水の集中、および滴下性を高めるべく、それらの形状としては先細状が有利であろう。
【００４３】
ドレン受壁１９に流下した結露水は排水路２０を介して廃棄されるが、途中の酸化中和手段２１で中和されるようになっているので、廃棄場所などに限定を受けることがない。
【００４４】
なお、副熱交換器５における上段の水管１３の蛇行状中間下方に位置させたバッフル部１７は燃焼ガスを各吸熱フィン１１に満遍なく接触させ、熱交換効率の向上に寄与するものである。加えて、これらバッフル部１７の切起形成によって跡に開口１８が形成されているため、これら開口１８にも燃焼ガスが流動するようになり、さらなる熱交換の効率アップに役立っている。
【００４５】
前記水切用突起１５の長さは２mm〜１０mmに設定するのが望ましい。すなわち、２mm以下の長さでは表面張力による水膜形成を確実に阻止できないし、また、１０mm以上の長さでは作用的違いがなくなるからである。
【００４６】
また、吸熱フィン１１の表面には親水処理を施しておくことが望ましい。この親水処理によって、吸熱フィン１１の表面に水滴が付きにくくなる。
【００４７】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２を示し、流動抵抗部１６、およびバッフル部１７の断面形状を上方に凸なる円弧状にそれぞれ設定したものである。
【００４８】
なお、実施の形態１と同作用を行なう構成については同一符号を付し、詳細な説明は同じく実施の形態１のものを援用する。
【００４９】
特に、流動抵抗部１６にあって、その断面形状が上方に凸なる円弧状であるため、燃焼ガスの水切用突起１５近辺への集中が円滑に行なわれ、水切用突起１５からの結露水の滴下をより一層確実とするとともに、流動抵抗部１６への結露水の停留を阻止するものである。
【００５０】
また、バッフル部１７も上方に凸なる円弧状に断面形状が設定してあるところから、燃焼ガスを円滑に吸熱フィン１１に接触させ、一層の熱交換効率の向上に寄与する。この場合も、開口１８に燃焼ガスが流動するようになり、さらなる熱交換の効率アップに役立つ。
【００５１】
このように各実施の形態では、安定燃焼、高効率を維持しながら潜熱を回収できるので、その分、副熱交換器の容積を小さくできるものである。
【００５２】
なお、前記実施の形態では給湯装置を例にとって説明したが、給湯以外にも、風呂加熱、暖房に使用することができ、特に１缶で給湯、風呂加熱、暖房の３機能を備えた、いわゆる１缶３水路式の給湯装置として用いると最も効果的である。それは大能力の大きな缶を用い、暖房の小能力で運転した時の熱効率を大幅に向上できるからである。
【００５３】
また、燃料としては、ガス以外に灯油や石炭であってもよく、さらに、水以外の熱媒体、例えば冷媒を加熱するものへの展開の可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明にかかる給湯装置は、安定燃焼、高効率を維持しながら潜熱を回収する副熱交換器の容積を小さくできるので、低コスト化やコンパクト化が達成でき、潜熱回収型熱源機として幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯装置の全体断面図
【図２】同給湯装置の背面図
【図３】同給湯装置の副熱交換部の拡大断面図
【図４】本発明の実施の形態２における副熱交換部の拡大断面図
【図５】従来の給湯装置の全体概略図
【符号の説明】
【００５６】
２  燃焼装置
３  燃焼ガス流路
４  主熱交換部
５  副熱交換部
６  送風機
１１  吸熱フィン
１２  フィンブロック
１３  熱媒体管（水管）
１５  水切用突起
１６  流動抵抗部
１９  ドレン受壁
２０  排水路
２１  酸化中和手段
【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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