(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を給湯水が流通するチューブと、
このチューブの外表面に接触して伝熱面積を増大すると共に、凹凸状に連続して折り曲げられ、その凹部を燃焼ガスが通り抜ける様に配置されているフィンとを備え、
前記フィンを挟み込んで前記チューブを複数段に積層して構成され、前記チューブ内を流れる給湯水と前記チューブの外側を流れる燃焼ガスとの熱交換を行う給湯器用熱交換器であって、
前記フィンは、燃焼ガスの流通方向に複数段配置されると共に、燃焼ガスの流通方向に隣接する前後のフィン同士がオフセット配置され、さらに、前記フィンは、燃焼ガスの流通方向において入口側から出口側へ向かって、フィンピッチおよびフィンの幅が、それぞれ段階的に大きくなる様に設けられることにより、燃焼ガスの出口側より入口側の方が密に設けられていることを特徴とする給湯器用熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載した給湯器用熱交換器は、
燃焼ガスが少なくとも出口側で凝縮する温度域で使用されることを特徴とする給湯器用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯水と燃焼ガスとを熱交換する給湯器用熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、特開平９−１２６５５４号公報に記載された熱交換装置がある。この熱交換装置は、燃焼ガスとの熱交換によって給湯水を加熱する主熱交換器と、燃焼ガスの流れ方向において主熱交換器の下流側に配置される副熱交換器とを備えている。この副熱交換器は、主熱交換器で給湯水に放熱して温度低下した燃焼ガスを再度熱源として利用し、主熱交換器で加熱される前の給湯水を加熱している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の熱交換装置は、主熱交換器の出口で燃焼ガスの温度が約２００℃まで低下する。即ち、副熱交換器に約２００℃の燃焼ガスが供給される。このため、副熱交換器では、燃焼ガスと給湯水との熱交換が行われる際に、燃焼ガスの温度が露点温度（５０〜６０℃）まで低下し、燃焼ガスの凝縮が生じる。
ここで、一般に熱交換器の性能を向上させる方法として、熱交換器に使用されるフィンのピッチを小さくしてフィンの表面積を増大することが考えられる。
【０００４】
ところが、上述した副熱交換器の性能向上のためにフィンピッチを小さくした場合、フィンピッチがある寸法以下になると、表面張力により凝縮水がフィンの隙間に捕らえられるため、燃焼ガスの抜けが悪くなり、却って性能が低下するという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、伝熱面積の増大によって性能向上を図ることができ、且つ凝縮水による目詰まりを無くすことができる給湯器用熱交換器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
チューブの外表面に接触して伝熱面積を増大すると共に、凹凸状に連続して折り曲げられ、その凹部を燃焼ガスが通り抜ける様に配置されているフィンを挟み込んでチューブを複数段に積層して構成され、チューブ内を流れる給湯水とチューブの外側を流れる燃焼ガスとの熱交換を行う給湯器用熱交換器であって、フィンは、燃焼ガスの流通方向に複数段配置されると共に、燃焼ガスの流通方向に隣接する前後のフィン同士がオフセット配置され、さらに、フィンは、燃焼ガスの流通方向において入口側から出口側へ向かって、フィンピッチおよびフィンの幅が、それぞれ段階的に大きくなる様に設けられることにより、燃焼ガスの出口側より入口側の方が密に設けられている。
燃焼ガスが流入する熱交換器の入口側では、燃焼ガスが凝縮して生じる凝縮水の発生量が少なく、凝縮水による目詰まりが生じにくいので、その入口側でフィンを密に設けることにより、伝熱面積を増大して性能向上を図ることが可能である。また、熱交換器の出口側では、燃焼ガスの温度低下によって凝縮水の発生量が多くなり、凝縮水による目詰まりが生じやすいので、入口側と比較してフィンを疎に設けることにより、凝縮水の目詰まりを防止できる。そこで、熱交換器の入口側では、フィンピッチおよびフィンの幅をそれぞれ小さくすることでフィンを密に設けることができ、熱交換器の出口側では、フィンピッチおよびフィンの幅をそれぞれを大きくすることでフィンを疎に設けることができる。
また、熱交換器の入口側に配されるフィンは、フィンピッチを小さくして凹凸状に折り曲げることで、燃焼ガスが通り抜ける凹部の空間を小さくでき、且つ、フィンピッチの小さいフィン同士がオフセット配置されることで伝熱面積の増大を図ることができる。一方、熱交換器の出口側に配されるフィンは、フィンピッチを大きくして凹凸状に折り曲げることで、燃焼ガスが通り抜ける凹部の空間を大きくでき、且つ、フィンピッチの大きいフィン同士がオフセット配置されることで、燃焼ガスが通り抜ける個々の空間を入口側より大きく形成することができ、凝縮水の目詰まりを防止できる。
【０００９】
（請求項２の手段）
請求項１に記載した給湯器用熱交換器は、燃焼ガスが少なくとも出口側で凝縮する温度域で使用される。
この場合、燃焼ガスが凝縮して凝縮水が発生しても、熱交換器の出口側で凝縮水がフィン部に捕捉されることがなく、凝縮水によるフィン部の目詰まりを防止できる。その結果、大量の凝縮水が発生しても、燃焼ガスの抜けが悪くなることはなく、必要な性能を確保できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の熱交換器を使用した給湯器の模式図である。
給湯器１は、ガスを燃焼させるガスバーナ２、このガスバーナ２に燃焼用空気を送風する送風機３、ガスバーナ２で発生した燃焼ガスと給湯水とを熱交換させる一次熱交換器４と二次熱交換器５、二次熱交換器５に接続される給水用配管６、一次熱交換器４に接続される給湯用配管７、及びガスバーナ２と熱交換器４、５を収納するケーシング８等より構成される。
【００１１】
一次熱交換器４は、燃焼ガスの流通方向において二次熱交換器５より上流側に配置され、ガスバーナ２で発生した高温の燃焼ガスと二次熱交換器５で加熱された給湯水とを熱交換させる。この一次熱交換器４は、給湯水が流通するパイプ９と、このパイプ９を流れる給湯水と燃焼ガスとの熱交換を促進するプレートフィン１０とで構成され、複数枚のプレートフィン１０をパイプ９がＵ字状に貫通して設けられている。パイプ９は、入口側が二次熱交換器５との連結管１１に接続され、出口側が給湯用配管７に接続されている。
【００１２】
二次熱交換器５は、一次熱交換器４で給湯水に放熱して温度低下した燃焼ガスを再度熱源として利用し、一次熱交換器４で加熱される前の給湯水を加熱する。この二次熱交換器５は、図２（ａ）に示す様に、給湯水が流通する偏平なチューブ１２と、伝熱面積を増大するためのフィン１３とを有し、チューブ１２とチューブ１２との間にフィン１３を挟み込んで複数段積層して構成されている。なお、チューブ１２とフィン１３は、伝熱性が良く、且つ耐蝕性に優れるステンレス製である。
【００１３】
チューブ１２は、長円形状（図２（ｂ）参照）にプレス成形されたプレート１２Ａを２枚１組として構成され、内部に給湯水が流れる偏平な通路１２ａ（図４参照）が形成されている。
このチューブ１２は、長手方向の両端部に連通口（図示しない）が設けられ、積層方向に隣接するチューブ１２同士が互いの連通口を通じて連通している。また、二次熱交換器５の両外層には、それぞれ外側プレート１４が重ね合わされ、一方の外側プレート１４には、給水用配管６が接続される入口ポート１４ａと、前記の連結管１１が接続される出口ポート１４ｂが設けられている（図２（ａ）参照）。
【００１４】
フィン１３は、帯状のステンレス板を凹凸状に連続して折り曲げて設けられ、その凹部を燃焼ガスが通り抜ける様に配置されている。但し、フィン１３の幅ａ（図３及び図４参照）は、チューブ１２の幅（図４の上下方向の幅）に対し相当小さく設定され、チューブ１２の幅方向（燃焼ガスの流通方向）に多段に配置されている。
また、このフィン１３は、図３に示す様に、燃焼ガスの流通方向（図３の上下方向）において、燃焼ガスの入口側から出口側へ向かって段階的にフィンピッチＰが大きくなる様に設定され、且つフィン１３の幅ａも段階的に大きくなる様に設けられている（図４参照）。更に、チューブ１２の幅方向に隣接する前後のフィン１３同士が重ならない様に、チューブ１２の長手方向（図２の左右方向）にオフセット配置されている。
【００１５】
次に、給湯器１の作動について説明する。
給湯水は、給水用配管６から二次熱交換器５に供給され、その二次熱交換器５で燃焼ガスとの熱交換によって加熱された後、一次熱交換器４で再度加熱され、給湯用配管７を流れて使用者に供給される。
燃焼ガスは、ガスバーナ２で燃料が燃焼されて発生し、その時点で約１５００℃の高温となるが、一次熱交換器４で給湯水に放熱して温度低下し、一次熱交換器４の出口側で約２００℃になる。その後、二次熱交換器５で更に給湯水に放熱し、二次熱交換器５の出口側では約３０〜５０℃まで低下する。
【００１６】
ここで、燃焼ガスの露点温度が例えば５０〜６０℃であるため、二次熱交換器５で給湯水と熱交換される燃焼ガスは、露点温度まで温度低下した時点で潜熱を放出して凝縮する。つまり、二次熱交換器５は、燃焼ガスの顕熱だけでなく、凝縮時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。
二次熱交換器５で発生した凝縮水は、二次熱交換器５から滴下して、ケーシング８に設けられた排水管８ａより外部へ排水される。一方、二次熱交換器５で熱交換を終えた燃焼ガスは、ケーシング８に設けられた排気管８ｂを通って外部へ排出される。
【００１７】
（本実施例の効果）
本実施例の二次熱交換器５は、フィン１３の幅ａがチューブ１２の幅より相当小さく設けられ、そのチューブ１２の幅方向に多段に配置され、且つ燃焼ガスの入口側から出口側へ向かって段階的にフィンピッチＰが大きくなる様に設定されている。これにより、燃焼ガスの入口側では出口側と比較してフィン１３が密に配置されている。つまり、燃焼ガスが通り抜ける個々の空間が小さく形成されるため、入口側全体の伝熱面積が増大する。
また、燃焼ガスの出口側では、入口側と比較してフィン１３が疎に配置されている。つまり、燃焼ガスが通り抜ける個々の空間が大きく形成されるため、燃焼ガスの凝縮によって発生した凝縮水がフィン１３の隙間に捕捉されることが少なくなり、凝縮水によるフィン１３の目詰まりを防止できる。
【００１８】
以上の結果、二次熱交換器５で大量の凝縮水が発生しても、燃焼ガスの抜けが悪くなることはないので、入口側でフィン１３を密に配置したことによる伝熱面積の増大効果（性能向上）を得ることができる。
また、燃焼ガスの流通方向において隣接する前後のフィン１３同士をオフセット配置したことにより、フィン１３の前縁から発達する境界層を更新し、熱交換性能を向上できる。
【００１９】
（変形例）
上記実施例では、凹凸状に折り曲げたフィン１３を用いたが、伝熱面積を増大できる効果があればフィン１３の形状は適宜変更しても良い。例えば、プレート状のフィン群を用いても良いし、棒状もしくは柱状のフィン群を用いても良い。これらの場合でも、燃焼ガスの入口側でフィンを密（フィンピッチを小さく）に配置し、出口側でフィンを疎（フィンピッチを大きく）に配置することで、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】給湯器の全体構成を示す模式図である。
【図２】二次熱交換器の側面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図３】二次熱交換器に使用されるフィンの斜視図である。
【図４】二次熱交換器の断面図（Ａ−Ａ断面図）である。
【符号の説明】
１  給湯器
５  二次熱交換器（給湯器用熱交換器）
１２  チューブ
１３  フィン
Ｐ  フィンピッチ
【図１】
0004172154.tif 000002
【図２】
0004172154.tif 000003
【図３】
0004172154.tif 000004
【図４】
0004172154.tif 000005