(57)【要約】      （修正有）【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構成を提供する。【解決手段】バーナにより加熱され湯水と熱交換する給湯熱交換器の潜熱熱交換器において、複数の蛇腹管２７と、前記複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン２５部とを備えた構成にする。さらに伝熱フィンに折り返し、半円形の突起、円筒状のバーリング等を設けて、蛇腹管２７と伝熱フィン単独の構成に比べより大きな高効率熱交換装置を提供することができる。【選択図】図１
2007064551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナと、前記バーナにより加熱され湯水と熱交換する給湯熱交換器と、前記給湯熱交換器の下流側の燃焼ガス通路に設け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と、前記潜熱回収熱交換器を経由した燃焼ガスを排出する排気通路とを備え、前記潜熱回収熱交換器は、複数の蛇腹状内管の外周に伝熱フィンを一体的に取り付けて構成するとともに、前記燃焼ガスの流れが上方から下方に偏向する燃焼ガス通路内に設置するようにした燃焼装置。
【請求項２】
潜熱回収熱交換器は、複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン部に折り返しを設けた請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
潜熱回収熱交換器は、複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン部に半円型の突起を設けた請求項１記載の燃焼装置。
【請求項４】
潜熱回収熱交換器は、複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン部に円筒状のバーリングを設けた請求項１記載の燃焼装置。
【請求項５】
潜熱回収熱交換器は、複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン部にブリッジ上の切り起こしを設けた請求項１記載の燃焼装置。
【請求項６】
潜熱回収熱交換器は、複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン全体に波型の曲げを設けた請求項１記載の燃焼装置。
【請求項７】
潜熱回収熱交換器は、複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン部にくさび状の切り起こしを設けた請求項１記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用又は業務用の燃焼装置において、顕熱だけでなく、特に燃焼ガス中の水蒸気潜熱までを回収し、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。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の潜熱回収熱交換装置として、例えば，特許文献１に記載されているようなものがあった。図９は、前記公報に記載された従来の潜熱回収熱交換装置を示すものである。
【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は追い炊き伝熱管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にさらに加熱され、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から風呂水槽（図示せず）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、風呂水槽（図示せず）へ流れる。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）。
【特許文献１】特開平１０−２６７４１４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、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機械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、蛇腹管の使用長さを増やして伝熱面積を増やすため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。
【０００６】
本発明は前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器を構成し、燃焼ガス通路の適正な場所に設置することで、燃焼効率の向上を図った燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の燃焼装置は、潜熱回収熱交換器は複数の蛇腹状内管の外周に伝熱フィンを一体的に取り付けて構成するとともに、燃焼ガスの流れが上方から下方に偏向する燃焼ガス通路内に設置するようにしたものである。
【０００８】
上記発明によれば、蛇腹管と伝熱フィンにより伝熱面積を増大させた高効率で省スペースとした潜熱回収熱交換器を提供することができるとともに、燃焼ガス経路を迂回させることで燃焼ガス中の潜熱回収を効率的に行うことができ、総合的な燃焼効率の向上と、結露水の処理構成を簡単に行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃焼装置は、蛇腹管と伝熱フィンにより伝熱面積を増大させた高効率で省スペースとした潜熱回収熱交換器を提供することができるとともに、燃焼ガス経路を迂回させることで燃焼ガス中の潜熱回収を効率的に行うことができ、総合的な燃焼効率の向上と、結露水の処理構成を簡単に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、バーナと、前記バーナにより加熱され湯水と熱交換する給湯熱交換器と、前記給湯熱交換器の下流側の燃焼ガス通路に設け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と、前記潜熱回収熱交換器を経由した燃焼ガスを排出する排気通路とを備え、前記潜熱回収熱交換器は、複数の蛇腹状内管の外周に伝熱フィンを一体的に取り付けて構成するとともに、前記燃焼ガスの流れが上方から下方に偏向する燃焼ガス通路内に設置するようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
そして、蛇腹管と伝熱フィンにより伝熱面積を増大させた高効率で省スペースとした潜熱回収熱交換器を提供することができるとともに、燃焼ガス経路を迂回させることで燃焼ガス中の潜熱回収を効率的に行うことができ、総合的な燃焼効率の向上と、結露水の処理構成を簡単に行うことができる。
【００１２】
第２の発明は、潜熱回収熱交換器は複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン部に折り返しを設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
そして、伝熱フィンの端面に折り返しを設けることにより伝熱面積をさらに増やすことができ、より有効に潜熱回収を行うことができる。
【００１４】
第３の発明は、潜熱回収熱交換器は複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン部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】
そして、伝熱フィンの端面に半円型の突起を設けることにより伝熱面積をさらに増やすことができ、より有効に潜熱回収を行うことができる。
【００１６】
第４の発明は、潜熱回収熱交換器は、複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン部に円筒状のバーリングを設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
そして、伝熱フィンに円筒状のバーリングを設けることにより排気流れをより効率的に蛇腹管に導くことで、より有効に熱交換することが可能である。
【００１８】
第５の発明は、潜熱回収熱交換器は複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン部にブリッジ上の切り起こしを設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
そして、伝熱フィンにブリッジ上の切り起こしを設けることにより排気流れを拡散しより効率的に蛇腹管に導くことで、より有効に熱交換することが可能である。
第６の発明は、潜熱回収熱交換器は、複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン全体に波型の曲げを設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
そして、伝熱フィンに波型の曲げを全体に設けたことである。波型の曲げを全体にを設けることにより吸熱面積を増やすことにより、より有効に熱交換することが可能である。
【００２１】
第７の発明は、潜熱回収熱交換器は複数の蛇腹管の外側に取り付けられた伝熱フィン部にくさび状の切り起こしを設けたことを特徴とするものである。
【００２２】
そして、伝熱フィンにＶ型の切り起こしを設けることにより排気流れを効率的に蛇腹管に導くことで、より有効に熱交換することが可能である。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本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。
【００２５】
図１において、１０は燃料ガス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が密着して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、排気通路調整板１７によって、排気ガスＡが曲がって燃焼ガス通路１８へ導かれる。燃焼ガス通路１８の下流側部分は下に向き、排出通路２１と連通している。排出通路２１において、排気ガスＢが曲がって導出通路２２へ導かれ排気口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。ここで、燃焼ガス通路１８には、熱交換ユニット１９を多数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に示すように、例えばステンレス鋼などの耐食性材料あるいは表面処理を施した材料を用いた蛇腹状内管２７の外周に該蛇腹状内管２７を固定する伝熱フィン２５を一体形成した構成としている。
【００２６】
以上のように構成された熱交換装置について、以下動作、作用を説明する。
【００２７】
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内を流れる水を予熱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外装部２６の表面で凝縮水となる。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。
【００２８】
このように、複数の蛇腹状内管２７を固定する伝熱フィン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。
【００２９】
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わせ小型の熱交換システムを実現することができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における熱交換ユニット断面図を示す。
【００３１】
本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、図４に示すごとく熱交換ユニット１９は伝熱フィン２５の端面に折り返しを設けたことである。
【００３２】
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が大きく取れるとともに、上方への排気流れ２５Ｃに抵抗となり伝熱時間を長くすることができる。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。
【００３３】
（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態における熱交換ユニット断面図を示す。
【００３４】
本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、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。
【００３５】
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と比べより小型な熱交換装置が実現できる。
【００３６】
（実施の形態４）
図５（ａ）（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態の熱交換ユニット断面図及び斜視図である。
【００３７】
本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、図５に示すごとく熱交換ユニット１９は伝熱フィン２５に円形のバーリング２５ｂを設けたことである。
【００３８】
次に作用を説明すると、円形のバーリング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円形のバーリング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、円形のバーリング２５ｂにより排気をより効率的に蛇腹状内管２７に導くことができる。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と比べより小型な熱交換装置が実現できる。
【００３９】
（実施の形態５）
図６（ａ）（ｂ）は、本発明の第５の実施の形態の熱交換ユニット断面図及び斜視図である。
【００４０】
本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、図６に示すごとく熱交換ユニット１９は伝熱フィン２５に矩形のブリッジ２５ｂを設けたことである。
【００４１】
次に作用を説明すると、矩形のブリッジ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矩形のブリッジ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、矩形のブリッジ２５ｂにより排気をより効率的に蛇腹状内管２７に導くことができる。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と比べより小型な熱交換装置が実現できる。
【００４２】
（実施の形態６）
図７は、本発明の第６の実施の形態の熱交換ユニット断面図を示す。
【００４３】
本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、図７に示すごとく熱交換ユニット１９は伝熱フィン２５に波型の曲げ２５ｂを全体に設けたことである。
【００４４】
次に作用を説明すると、端面に波型の曲げ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。
【００４５】
（実施の形態７）
図８（ａ）（ｂ）は、本発明の第７の実施の形態の熱交換ユニット断面図及び斜視図である。
【００４６】
本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、図８に示すごとく熱交換ユニット１９は伝熱フィン２５にくさび状の切り起こし２５ｂを設けたことである。
【００４７】
次に作用を説明すると、くさび状の切り起こし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くさび状の切り起こし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。また、くさび状の切り起こし２５ｂにより排気をより効率的に蛇腹状内管２７に導くことができる。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と比べより小型な熱交換装置が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明の燃焼装置は、従来よりコンパクト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ため、ガス、石油給湯機の熱交換装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１における燃焼装置の断面図
【図２】同燃焼装置の熱交換ユニットの斜視図
【図３】本発明の実施の形態２における熱交換ユニットの斜視図
【図４】本発明の実施の形態３における熱交換ユニットの斜視図
【図５】（ａ）（ｂ）本発明の実施の形態４における熱交換ユニットの断面図、斜視図
【図６】（ａ）（ｂ）本発明の実施の形態５における熱交換ユニットの断面図、斜視図
【図７】本発明の実施例６における熱交換ユニットの斜視図
【図８】（ａ）（ｂ）本発明の実施の形態７における熱交換ユニットの断面図、斜視図
【図９】従来の燃焼装置の断面図
【符号の説明】
【００５０】
１０  バーナ
１５  顕熱熱交換器（給湯熱交換器）
１８  燃焼ガス通路
１９  熱交換ユニット（潜熱回収熱交換器）
２５  伝熱フィン（潜熱回収熱交換器）
２７  蛇腹管（潜熱回収熱交換器）
【図１】
2007064551.tif 000003
【図２】
2007064551.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007064551.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007064551.tif 000008
【図７】
2007064551.tif 000009
【図８】
2007064551.tif 000010
【図９】
2007064551.tif 000011