(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換のための吸熱フインと、該吸熱フインに挿通する水管と、水管の内部であって通水方向に向かって挿入する細長のプレートとを設けたものにおいて、前記プレートに半円形部と該半円形部とプレートとを連結する連結部とを設け、前記半円形部の円弧部を水管の内面円形部とほぼ同形状とし、かつ前記連結部に捻じり部を設け半円形部の円弧部を水管内面に沿うように構成したことを特徴とする給湯器用熱交換器。
【請求項２】
熱交換のための吸熱フインと、該吸熱フインに挿通する水管と、水管の内部であって通水方向に向かって挿入する細長のプレートとを設けたものにおいて、前記プレートに半円形部と該半円形部とプレートとを連結する連結部とを設け、前記半円形部の円弧部を水管の内面円形部とほぼ同形状とし、さらに半円形部の両肩部をＵ字型に切り欠き、かつ前記連結部に捻じり部を設け半円形部の円弧部を水管内面に沿うように構成したことを特徴とする給湯器用熱交換器。
【請求項３】
上記半円形部はプレートの長手方向に対してほぼ９０度捻じられていることを特徴とする請求項１〜２に記載の給湯器用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス、石油、電気を燃料とする給湯器用熱交換器に関するものである。詳しくは、一般家庭用、業務用で使用される先止め式の給湯器、給湯器付きの風呂釜、給湯器付きの温水暖房機等の熱交換器の沸騰防止に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、給湯器用熱交換器の水管の内部、すなわち水を流す通水路部に、乱流装置を設けて、沸騰を防ぎ、沸騰による騒音の増加を防ぐようにしたものは知られている。そして、乱流装置として例えば特開平３−１２２４５１に示すようにねじり板やコイルを使用した熱交換器が知られている。また、実開平５−４２９５５の熱交換器のように、乱流板の切り起し部を半円状に形成したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の給湯器用熱交換器では、いずれも通水管全体に通水による抵抗が生じ、この通水抵抗を小さくすることができなかった。すなわち、水管内に単に、ねじり板やコイルを挿入したものでは、ねじり板全体が通水流に対して抵抗となり、水管内ではほぼ均一な通水抵抗が生じる。また、単に乱流板に切り起し部を設けたものでは、通水抵抗がさらに大きくなるのみならず水管の下部から発生する部分的な沸騰に対して効果の少ないものであった。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑み、通水管内を流れる水の通水抵抗をより小さくし併せて部分的沸騰の軽減化を図った給湯器用熱交換器の提供を課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の給湯器用熱交換器は、熱交換のための吸熱フインと、該吸熱フインに挿通する水管と、水管の内部であって通水方向に向かって挿入する細長のプレートとを設けたものにおいて、前記プレートに半円形部と該半円形部とプレートとを連結する連結部とを設け、前記半円形部の円弧部を水管の内面円形部とほぼ同形状とし、かつ前記連結部に捻じり部を設け半円形部の円弧部を水管内面に沿うように構成したことを第１の特徴としている。
上記第１の特徴によれば、細長プレートの半円形部の円弧部を水管の内面形状とほぼ同形状とし、この円弧部を水管内面に沿うようにすることで、少なくとも水管断面の上半分は通水抵抗のない流路が形成され、この流路を流れる流水は速度も速く流れも円滑であり、かつ、水管の下部で発生した部分的な沸騰水は上記流水と混合撹乱されて、流出するのである。
【０００６】
また本発明の給湯器用熱交換器は、熱交換のための吸熱フインと、該吸熱フインに挿通する水管と、水管の内部であって通水方向に向かって挿入する細長のプレートとを設けたものにおいて、前記プレートに半円形部と該半円形部とプレートとを連結する連結部とを設け、前記半円形部の円弧部を水管の内面円形部とほぼ同形状とし、さらに半円形部の両肩部をＵ字型に切り欠き、かつ前記連結部に捻じり部を設け半円形部の円弧部を水管内面に沿うように構成したことを第２の特徴としている。
上記第２の特徴によれば、プレートの半円形部の両肩部をＵ字型に切り欠くことで、上記の特徴に加えＵ字部が通水路となって、通水断面積が増大して、通水抵抗がさらに低下し、水管下部から発生した部分沸騰水との混合も迅速となり、沸騰音を低下させることができる。
さらに、本発明の給湯器用熱交換器は、プレートの半円形部はプレートの長手方向に対してほぼ９０度捻じられていることを第３の特徴としている。
上記第３の特徴によれば、半円形部に水流が当って乱流が生じ易くなり、沸騰水との混合撹乱が促進されて、沸騰音の低減化がさらに向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
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。図１は本発明の一実施形態を示す給湯器の全体構成図である。図２は本発明の一実施形態を示すプレートの全体図である。図３は本発明の実施形態を示す水管とプレートとの関係を示す断面図である。図４は水管を横から見た断面図である。図５は燃焼ガスの流れを示す説明図である。図６はプレートの一部拡大図である。
【０００８】
図１において、１は給湯器であり、その内部にはフインに水管を貫通させた給湯器用熱交換器２、給湯加熱用のガスバーナ３、燃焼空気送風用の送風ファン４、各種の制御を行うための本体コントローラ５を備えている。６は給湯器1を遠隔操作すると共に給湯温度・時刻等の操作情報を画面に表示する表示部７を有するリモコンであり、報知用のブザー８等を内蔵してある。
【０００９】
９は給湯器用熱交換器２に至る入水管、１０は給湯器用熱交換器２から後述する浴室カランに至る出湯管である。入水管９および出湯管１０からなり熱交換器２に接続する通水管１１にはその上流側から水管内の通水量を検出する水量センサ１２および入水温度を検出する水温センサ１３を設けている。出湯管１０には熱交換器２により加熱された湯温を検出する感温部材としてのサーミスタ等からなる温度センサ１４を設けてある。
【００１０】
１５はガスバーナ３に至るガス管であり、このガス管１５にはガス通路を開閉するガス電磁弁１６、ガス供給量を制御するガス比例弁１７等を設けてある。そしてバーナの近傍にはイグナイター等の点火電極１８を設けてある。本体コントローラ５とリモコン６とは通信用インターフェースを介して接続され、温度センサ１４、水量センサ１２の他各種センサからの検出信号に基づいて給湯器本体の状態を判定するともに、リモコン６からの制御信号に基づいて給湯器本体の各部（例えばガス電磁弁、ガス比例弁等）の動作を制御するものである。１９は通水管に設けた通水量を調節する水量調節弁であり、サーボモータによって駆動され通水量を調節するものである。
【００１１】
２１は浴室に設けた浴槽、２２は給湯器の出湯管１０を延長して設けられ浴槽２１に至る風呂給湯管でありその末端には浴室カラン２３を設けている。２４は風呂給湯管２２から分岐して設けた一般給湯管であり、その末端には台所カラン２５等を設けてある。
【００１２】
そして、前述した給湯器用熱交換器２の内部には、通水方向に向かって図２に示すような細長のプレート３０が挿入されている。プレート３０の材質は薄板状のステンレス製、銅製のものが推奨できる。
【００１３】
このプレート３０は半円形部３１と連結部３２とを残して残余の部分を切り欠いてある。切り欠きを形成する方法としては、例えばプレス加工等の打ち抜きによる加工が推奨できる。
【００１４】
前述した半円形部３１は図３、図６に示すように、プレート３０の本体と連結部３２によって連結されている。これら半円形部と連結部とは一対で構成してあり、挿入方向に向かって複数個併設してある。
【００１５】
そして、半円形部３１の円弧部３３は、給湯器用熱交換器２の水管３４の内面円形部３５とほぼ同一の形状としてある。
【００１６】
また、半円形部３１の両肩部３６、３７には、連結部３２から連続的に沿わせてＵ字型に切り欠いた切り欠き３８、３９を設けてある。なお、切り欠きはＵ字そのものでなく、Ｖ型に近いものであっても良い。また、全体が三日月状であってもよい。要するに、通水時における通水抵抗を少なくするためのものであれば良い。
【００１７】
さらに、プレート３０には、前記縦長の連結部３２の中間に位置する部分に捻じり部４０を設けてある。この捻じり部４０により前記半円形部３１はプレート３０の長手方向に対してほぼ９０度捻じられている。なお、この捻じり角度はかならずしも９０度である必要はなく、７０度から９０度の範囲であれば良い。また、複数個の半円形部３１は交互若しくは間隔を置いて、長手方向に対して異なる角度に捻じるようにしてもよい。
【００１８】
また、捻じられた後の半円形部３１は、その下端の円弧部３３の端面が水管３４の内面に接触して沿うように構成されている。なお捻じり角度によっては、必ずしも密着させることを意味するものではなく、要するに部分沸騰した沸騰水を半円形部で受け止めて、捕捉し易くするようにしたものであればよい。
【００１９】
次に、図５に基づいて部分沸騰が生じるメカニズムについて説明する。図中の番号で４１は水管３４を貫通させた複数枚の吸熱用のフイン、４２は水管及びフインを側方から取り囲むようにした熱交換器の胴板である。
【００２０】
フイン４１の下方には、ガスバーナ３が位置しており、ガスバーナ３にガスを供給して点火すると、燃焼ガスは矢印で示すように水管３４の下半部の外周下面に沿って流れ、水管３４及びフイン４１を介して、水管３４内の水と熱交換するのである。このとき、水管３４に加わる熱負荷は燃焼ガスが強く当る部分に多くなる。
すなわち、ガスバーナと対向する水管３４の下面部４３には熱負荷が他の部分と比較して多くなるため、この下面部４３には部分的な沸騰が発生するのである。
【００２１】
そこで、本発明の実施形態では、水管３４の内部に挿入する細長のプレート３０に水管の内面円形部とほぼ同形状の半円形部３１を形成するとともにこの半円形部３１を連結する連結部３２を捻じって半円形部の円弧部を水管の下部内面に沿うように配置したものである。
【００２２】
しかして、半円形部３１に形成される円弧部３３の端面は、水管３４の下部の内周面である内面円形部３５と接触し、熱負荷の一部はこの半円形部３１から伝熱して水管３４内の水に吸熱される。
また、複数枚の半円形板の間に位置する水管の下部で発生した沸騰水は上昇するが、半円形部３１近傍で遮られ、一方水管３４の上半分から進行してきた冷たい流水と捻じり部３２付近で撹乱混合される。この挙動はプレート３０が挿入されている水管のすべての個所で、同時に行われる。この結果、部分沸騰が軽減され、沸騰による沸き上がり音等が防止できるのである。
【００２３】
また、水管３４の上半部はプレート３０の板厚のみの抵抗であるため、従来のものに比べても、その通水による抵抗は比較的小さなものであり、水管全体に大きな抵抗を生じさせることがなくなった。
【００２４】
特に、半円形部３１の両肩部をＵ字型に切り欠いて、連結部３２につながる部分を三日月状あるいは錨状とすることで、通水抵抗はさらに低減し、併せて捻じり部４０における撹乱作用が促進される。
また三日月状の両翼部においても撹乱、乱流作用が生じて沸騰水の更なる低減化を図ることができる。
【００２５】
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施形態を示すものであって、本発明はこれに限定されることなく、その範囲内で各種設計変更可能である。
例えば、半円形部の円弧部はその端面が水管の内面に沿うように構成してあるものであれば良く、捻じり部は必ずしもプレートの長手方向に対して垂直でなくても良い。
また、半円形部はプレートと一体的に設けずに、別体に形成して連結しても良い。
また、ガスを燃料とする給湯器について説明したが石油を燃料とするものであっても良いことはもちろんである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上の構成、作用からなり、請求項１に記載の給湯器用熱交換器によれば、熱交換のための吸熱フインと、該吸熱フインに挿通する水管と、水管の内部であって通水方向に向かって挿入する細長のプレートとを設けたものにおいて、前記プレートに半円形部と該半円形部とプレートとを連結する連結部とを設け、前記半円形部の円弧部を水管の内面円形部とほぼ同形状とし、かつ前記連結部に捻じり部を設け半円形部の円弧部を水管内面に沿うように構成したので、細長プレートの半円形部の円弧部を水管の内面形状とほぼ同形状とし、この円弧部を水管内面に沿うようにすることで、少なくとも水管断面の上半分は通水抵抗のない流路が形成され、この流路を流れる流水は速度も速く流れも円滑であり、かつ、水管の下部で発生した部分的な沸騰水は捻じり部付近で上記流水と混合撹乱されて、流出するのである。
また、請求項２に記載の給湯器用熱交換器によれば、熱交換のための吸熱フインと、該吸熱フインに挿通する水管と、水管の内部であって通水方向に向かって挿入する細長のプレートとを設けたものにおいて、前記プレートに半円形部と該半円形部とプレートとを連結する連結部とを設け、前記半円形部の円弧部を水管の内面円形部とほぼ同形状とし、さらに半円形部の両肩部をＵ字型に切り欠き、かつ前記連結部に捻じり部を設け半円形部の円弧部を水管内面に沿うように構成したので、プレートの半円形部の両肩部をＵ字型に切り欠くことで、上記の特徴に加えＵ字部が通水路となって、通水断面積が増大して、通水抵抗がさらに低下し、水管下部から発生した部分沸騰水との混合も迅速となり、沸騰音を低下させることができる
さらに、本発明の給湯器用熱交換器は、プレートの半円形部はプレートの長手方向に対してほぼ９０度捻じられているので、半円形部に水流が当って乱流が生じ易くなり、沸騰水との混合撹乱が促進されて、沸騰音の低減化がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した給湯器の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すプレートの全体図である。。
【図３】図３は本発明の実施形態を示す水管とプレートとの関係を示す断面図である。
【図４】図４は水管を横から見た断面図である。
【図５】図５は燃焼ガスの流れを示す説明図である。
【図６】図６はプレートの一部拡大図である。
【符号の説明】
１   給湯器
２   給湯器用熱交換器
３   ガスバーナ
６   リモコン
１１  通水管
３０  プレート
３１  半円形部
３２  連結部
３３  円弧部
３４  水管
３５  内面円形部
３６  両肩部
３７  両肩部
３８  切り欠き
３９  切り欠き
４０  捻じり部
４１  吸熱用のフイン
４２  胴板
【図１】
0004120854.tif 000002
【図２】
0004120854.tif 000003
【図３】
0004120854.tif 000004
【図４】
0004120854.tif 000005
【図５】
0004120854.tif 000006
【図６】
0004120854.tif 000007