(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼部によって加熱される複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンを貫通し前記燃焼部より発生する高温ガスが流れる方向と交差して並べられ互いに接合された複数の流路を設けた熱交換部と、前記熱交換部を覆う缶体と、前記伝熱フィンは前記高温ガスの流れ方向に長いロングフィン群と短いショートフィン群を有し、前記ショートフィン群は前記缶体の近傍のみ前記流路と前記伝熱フィン先端までの距離が大きく、前記ロングフィン群と前記ショートフィン群を通過後の排気ガスを混合する整流板を排気通路の内部に設け、前記燃焼部から供給され缶体近傍を流れるバイパス空気量は、前記ショートフィン群を通過する量を、前記ロングフィン群を通過する量よりも多くした熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は風呂の追い焚き機能や暖房機能を有する給湯機において、燃焼熱源が１カ所存在し、前記機能を満足する熱交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一つの燃焼部によって２種類の流体を同時に加熱できる熱交換器は、給湯と風呂の運転ができる給湯風呂装置などの複合給湯機に採用されている。この種の従来の熱交換装置は特開平９−１４５１６２号公報に記載されているようなものがあった。この熱交換装置では、図８に示す様に、燃焼部１と熱交換器を覆う缶体２と、給湯管３と風呂管４を接触させて共通する複数枚の伝熱フィン５を貫通させ、使用しない機能の流体回路が受ける熱を、使用している流体に放熱し、使用しない方の流体温度の上昇を抑制している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の熱交換器の構成では、特に風呂管４を通過する流体を加熱したいときに、所定の燃焼量を超えると火炎に近い上流側の給湯管３への受熱量が多くなり、流体温度が上昇し、沸騰に至ることもあった。そのため、装置の耐久性と安全性に課題を与えていた。
【０００４】
また、温度上昇を抑制するために、燃焼量を抑えるといった制御を導入していたため、本来の性能を十分に発揮できない場合も生じていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、燃焼部によって加熱される複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンを貫通し前記燃焼部より発生する高温ガスが流れる方向と交差して並べられ互いに接合された複数の流路を設けた熱交換部と、前記熱交換部を覆う缶体と、前記伝熱フィンは前記高温ガスの流れ方向に長いロングフィン群と短いショートフィン群を有し、前記ショートフィン群は前記缶体の近傍のみ前記流路と前記伝熱フィン先端までの距離が大きく、前記ロングフィン群と前記ショートフィン群を通過後の排気ガスを混合する整流板を排気通路の内部に設け、前記燃焼部から供給され缶体近傍を流れるバイパス空気量は、前記ショートフィン群を通過する量を、前記ロングフィン群を通過する量よりも多くしたことを特徴とする熱交換装置である。
【０００６】
上記発明によれば、一つの缶体で複数の機能を備えた熱交換装置において、一つの機能のみを使用したときに、使用しない機能の管内流体の沸騰を抑制できるとともに、ショートフィン群を使用した最大運転モードで熱交換する時でも、缶体と排気ガスの温度上昇を抑制できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、燃焼部によって加熱される複数の伝熱フィンと、伝熱フィンを貫通し燃焼部より発生する高温ガスが流れる方向と交差して並べられ互いに接合された複数の流路を設けた熱交換部と、熱交換部を覆う缶体と、伝熱フィンは高温ガスの流れ方向に長いロングフィン群と短いショートフィン群を有し、ショートフィン群は缶体の近傍のみ流路と伝熱フィン先端までの距離が大きく、ロングフィン群とショートフィン群を通過後の排気ガスを混合する整流板を排気通路の内部に設け、燃焼部から供給され缶体近傍を流れるバイパス空気量は、ショートフィン群を通過する量を、ロングフィン群を通過する量よりも多くした熱交換装置である。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【０００９】
（実施例１）
図１から図４は本発明による実施例１であり、例えば本発明の熱交換器を給湯風呂装置に組み込んだ構成を模式的に示した図２と、図１はショートフィン群の断面図、図３はロングフィン群断面図であり、図４はフィンブロックの構成図である。本実施例の給湯風呂装置において、２は熱交換部を覆う缶体であり、１は燃焼部であるバーナであり、缶体２に設けた流体回路で排気ガスが通過する上流側流路である断面形状がハート型をした給湯管３と、もう一方の下流側流路である風呂管４を、燃焼ガスの流れに沿う如く、一対として伝熱フィンのショートフィン群５−Ａと、ロングフィン群５−Ｂを貫通した構成となっている。
【００１０】
図１において、ショートフィン群５−Ａ断面図で第一パス６および第五パス７のフィン幅をロングフィン群と同様に缶体２近傍側へ舌部８を広くしている。
【００１１】
従来の構成における課題は、風呂運転している状態で、所定の燃焼量を超えると、給湯管の流体が沸騰することである。この課題を解決する手段として、上流側流路である給湯管３をハート型に変形させハート型の凹部と風呂管４の下側とを組み合わせ、給湯管３と風呂管４の接触面積を拡大すると共にロウ材により確実に接触させ伝熱量を増加させる。さらに、風呂運転する際の燃焼部に相当する伝熱フィン５を、フィン長さが短いショートフィン群５−Ａとし、給湯管への受熱量を減少させることが考えられる。ただし、風呂運転の最大運転モードと、給湯最大運転モードでショートフィン群５−Ａを使用して熱交換する際にはショートフィン群５−Ａで給湯管３もしくは風呂管４の受熱量が少ないため排気ガス温度が上昇し缶体２の温度を上昇させるという課題を生じてしまう。
【００１２】
そこで本発明の構成によれば、缶体２近傍の第一パス６および第五パス７のフィン舌部８を給湯管３から缶体２の方向へ広くすることで、最大運転モードでの停止している管の内部流体の沸騰を防止できると共に、ショートフィン群５−Ａの缶体２の温度上昇を抑制できる。
【００１３】
従って図２の構成で、例えば給湯は行わず、風呂運転を行った場合、バーナ１から給湯管３に加熱される熱量はショートフィン群５−Ａを設けることで抑制でき、給湯管３内部の流体の昇温は抑制され、燃焼量が増加しても流体が沸騰することはなくなる。さらに、第一パス６および第五パス７の缶体２側を通過する排気ガスはフィン舌部８が大きいため、缶体２の温度上昇を抑制し缶体割れの発生が防止できると共に、耐久性も大幅に向上する。
【００１４】
図２の構成において、流体回路の上流側を給湯管３、下流側を風呂管４としているが、下流側を暖房温水回路としても同様の効果が得られる。
【００１５】
また、本実施例では、本発明を給湯風呂装置に適用した例で説明したが、給湯暖房装置、暖房風呂装置にも適用できる。
【００１６】
さらに、給湯と風呂の二つの流路における例を示したが、給湯と風呂と暖房のように三つないしは複数の水路を接合しても同様の効果を発揮できるものである。
【００１７】
（実施例２）
図４は本発明による実施例２であり、本発明のショートフィン群５−Ａ断面図を示したものである。本発明の目的と効果は、実施例１で示したものと同じであり、本実施例と実施例１との構成における違いは、缶体２近傍の第一パス６および第五パス７の舌部８をロングフィン群５−Ｂと同様に長くすることで、風呂運転時の給湯管３の流体の沸騰を防止でき、ショートフィン群５−Ａの缶体温度上昇を抑制できることである。
【００１８】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００１９】
ショートフィン群５−Ａ断面図で缶体２近傍の第一パス６および第五パス７のフィン舌部８をロングフィン群５−Ｂと同様に長くしている。
【００２０】
従って図５の構成で、例えば最大運転モードで熱交換を行った場合、第一パス６および第五パス７の缶体２側を通過する排気ガスは、舌部８が長いため給湯管３ないしは風呂管４への吸熱量が増加するため、缶体２の温度上昇を抑制し、缶体２の割れの発生を防止できると共に、耐久性も大幅に向上する。
【００２１】
図５の構成において、流体回路の上流側を給湯管３、下流側を風呂管４としているが、下流側を暖房温水回路としても同様の効果が得られる。
【００２２】
また、本実施例では、本発明を給湯風呂装置に適用した例で説明したが、給湯暖房装置、暖房風呂装置にも適用できる。
【００２３】
さらに、給湯と風呂の二つの流路における例を示したが、給湯と風呂と暖房のように三つないしは複数の水路を接合しても同様の効果を発揮できるものである。
【００２４】
（実施例３）
図６は本発明による実施例３であり、本発明の排気通路９の構成を示したものである。本発明の目的と効果は、排気通路９から排出される排気ガスの温度を整流板１０により均一化し、排気ガス温度を低下することである。
【００２５】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。  従来の構成における課題は、風呂運転している状態で、所定の燃焼量を超えると、給湯管３の流体が沸騰することである。この課題を解決する手段として、風呂運転する際の燃焼部に相当する伝熱フィン５の長さが短いショートフィン群５−Ａとし、給湯管３への吸熱量を減少させることが考えられる。ただし、給湯運転をする際にはこのショートフィン群５−Ａで給湯管３の吸熱量が少ないため排気ガス温度が上昇してしまうという課題を生じる。
【００２６】
そこで本発明の構成によれば、ショートフィン群５−Ａを通過した高温の排気ガスと、ロングフィン群５−Ｂを通過した低温の排気ガスを混合する整流板１０を排気通路９に設けたものである。この整流板１０の効果により、ショートフィン群５−Ａを通過した排気ガスとロングフィン群５−Ｂを通過した排気ガスが混合され、排気温度を低下することができる。
【００２７】
（実施例４）
図７は本発明による実施例４であり、本発明のバーナ１のバイパス空気通路１１の構成を示したものである。本発明の目的と効果は、ショートフィン群５−Ａを通過する高温ガスによる缶体２温度と排気通路９から排出される排気ガスの温度を低下し、缶体２割れを防止することである。
【００２８】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００２９】
従来の構成としては缶体２の温度と高温ガス温度を低下するために、火炎の周囲に冷却用の空気を通過させるためのバイパス空気通路１１を設けている。しかしながら、風呂運転する際のバーナ１に相当する伝熱フィン５の長さを短いショートフィン群５−Ａとし、給湯管３への吸熱量を減少させる構成とした場合、給湯運転をする際にはこのショートフィン群で給湯管３の吸熱量が少ないため、缶体２の温度上昇による割れの発生や、排気ガス温度が上昇してしまうという課題を生じる。
【００３０】
そこで本発明の構成によれば、ロングフィン群５−Ｂを通過する高温ガスの温度を低下させるバイパス空気通路１１より、ショートフィン群５−Ａを通過する高温ガスの温度を低下させるバイパス空気通路１１の径を大きくすることで、ショートフィン群５−Ａを通過する高温ガスの温度を低下することができる。さらに、排気ガス温度が低下することから、缶体２と排気通路９の温度上昇も抑制できることから、缶体２と排気通路９の耐久性能を向上できる。ここでバイパス空気通路１１の穴径を大きくした例を示したが、単位長さ当たりの穴数を多くすることで冷却空気量を多くしても同様の効果を発揮することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の熱交換装置によれば、次のような効果が得られる。
【００３２】
（１）伝熱フィンを貫通し複数の流路を接合して設けた熱交換部で伝熱フィンがロングフィン群とショートフィン群に分かれて形成され、ショートフィン群の缶体の近傍のみ流路と伝熱フィン先端までの距離を大きくした熱交換器であって、下流側流路の機能を使用する際にはショートフィン群のみを燃焼部で加熱することで、停止している上流側流路の内部の流体の沸騰を防止することができる。さらに、最大燃焼する際にショートフィン群の缶体近傍の流路と伝熱フィン先端までの距離を大きくすることで、缶体近傍流路の受熱量が増加し缶体の温度上昇を抑制できる。すなわち、複数の機能のうち一つの機能のみを使っている状態で燃焼量が増大しても、使用しない機能の流体の沸騰を防止することができとともに、ショートフィン群の缶体温度の上昇を抑制できる。
【００３３】
この効果により、スケールの発生防止と熱交換器の延命化が実現されるとともに、装置の持つ性能が十分に発揮され、ユーザーに与えていた不快感は解消される。さらに、缶体の耐久性能が向上し、製品の信頼性が大幅に向上する。
【００３４】
（２）伝熱フィンを貫通し複数の流路を接合して設けた熱交換部と、伝熱フィンがロングフィン群とショートフィン群に分かれて形成され、ショートフィン群の缶体の近傍のみ流路と伝熱フィン先端までの距離が大きく、排気ガスが熱交換部を通過し缶体から外部へ放出される際にロングフィン群とショートフィン群を通過する排気ガスを混合する整流板を排気通路の内部に設けた熱交換器であって、燃焼部が最大運転モードで燃焼するときに、ショートフィン群を通過した高温の排気ガスがロングフィンを通過した比較的低温の排気ガスと整流板により排気通路内部で混合されることにより、排気ガスの過度な温度上昇を抑制し排気通路の耐久性能を向上し、製品の信頼性が大幅に向上する。
【００３５】
（３）また、燃焼部で缶体近傍の排気ガス温度を低下するためにバイパス空気通路を設け、ショートフィン群を通過する排気ガスの缶体近傍のバイパス空気の量を、ロングフィン群よりも多くした熱交換器であって、燃焼部が最大運転モードで燃焼するときに、ショートフィン群へ向かう高温の排気ガスのうち缶体近傍の排気ガスの温度を、バイパス空気の量を増やし冷却効果をアップすることにより、排気ガスの過度な温度上昇を抑制し缶体並びに排気通路の耐久性能を向上し、製品の信頼性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の熱交換装置のショートフィン群断面図
【図２】  本発明の実施例１の熱交換装置の構成図
【図３】  同装置のロングフィン群断面図
【図４】  同装置のフィン組図
【図５】  本発明の実施例２の熱交換装置のショートフィン群断面図
【図６】  本発明の実施例３の熱交換装置の排気通路構成図
【図７】  本発明の実施例４の熱交換装置のバイパス空気構成図
【図８】  従来の熱交換装置の構成図
【符号の説明】
１  燃焼部
２  缶体
３  給湯管（流路）
４  風呂管（流路）
５  伝熱フィン
５−Ａ  ショートフィン群
５−Ｂ  ロングフィン群
１０  整流板
１２  排気通路
【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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