JP2007183027A - 潜熱回収用熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮水の排水性を高め、熱交換効率の向上を図り、燃焼ガスの流路の閉塞や扁平チューブ等の腐食を防止すると共に、熱交換器のコンパクト化を図る。
【解決手段】本発明は、略水平姿勢を保持しつつ上下方向に積層された扁平チューブ１０の内部において流通する流体を、扁平チューブ１０の外部において前記流体の流通方向に対して交差する方向且つ略水平方向に流通する気体から潜熱を回収することにより、加熱するための潜熱回収用熱交換器６であって、扁平チューブ１０の周りには、前記気体の流通方向に沿うように、コルゲートフィン１４が配設されており、前記気体の下流側のコルゲートフィンの端部には、凝縮水排出口１５が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に、チューブの外部を流通する気体から潜熱を回収してチューブの内部を流通する流体を加熱するための潜熱回収用熱交換器に関する。

従来、給湯器等の熱源機器においては、熱効率を高めるため、燃焼ガスから顕熱を回収する熱交換器の他に、該熱交換器を通過して低温となった燃焼ガスから、主として潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器を設置するケースが主流となってきている（例えば、特許文献１又は２参照）。

この潜熱回収用熱交換器は、通常、丸チューブの周りにプレートフィンを設けて構成されているが、最近では、伝熱効率の向上や機器のコンパクト化を図る等の目的のため、略水平姿勢を保持しつつ上下方向に積層された扁平チューブの周りにコルゲートフィンを設置したタイプの熱交換器も提案されている。

しかしながら、このような扁平チューブを採用した従来の潜熱回収用熱交換器では、燃焼ガスの冷却に伴って発生する凝縮水が、特に、燃焼ガスの下流側のコルゲートフィンの端部に滞留し易く、この凝縮水の滞留により、伝熱性能を低下や燃焼ガスの流路の閉塞を招いたり、或いは、酸性の凝縮水によって扁平チューブが腐食したりするといった問題が生じていた。

そのため、従来、この種の潜熱回収用熱交換器では、凝縮水の排水性を向上させるため、様々な工夫がなされており、例えば、チューブから延設する延設部をフィンに設け、該延設部に沿って凝縮水が排出されるように配慮した熱交換器等が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００２−２６７１５３号公報 特開２００２−２６７２７３号公報 特開２００５−３１５５２０号公報

しかしながら、上記した特許文献３に開示された従来の潜熱回収用熱交換器では、フィンの表面に突出部が形成されているため、この突出部が凝縮水の流れを阻害し、凝縮水が円滑に排水されないおそれがあった。したがって、扁平チューブやコルゲートフィンに凝縮水が滞留することにより、伝熱性能が低下したり、燃焼ガスの下流側のコルゲートフィンの端部において燃焼ガスの流路が閉塞したり、或いは、扁平チューブ等が腐食したりするといった上記課題の解決策としては不十分であった。

また、上記特許文献３のコルゲートフィンには、扁平チューブの下方に突出するように延設部が形成されているため、その分、寸法が大きくなり、熱交換器のコンパクト化を図り難いといった問題もあった。

さらにまた、上段の扁平チューブやコルゲートフィンから流下した凝縮水が下段の扁平チューブやコルゲートフィンに落下し、該下段の扁平チューブやコルゲートフィンにおいて、伝熱効率が悪化したり、燃焼ガスの流通抵抗が増大したりするといった問題もあった。

また、給湯器用の潜熱回収用熱交換器のチューブとして扁平チューブを採用した場合には、上水道の送水圧力に耐えるために、扁平チューブの内部にインナーフィンを挿入したり、扁平チューブの板厚を厚くしたりする手段を取ることがあるが、この場合には、製造コストが増大するといった問題があった。また、そのような手段を取る代わりに、扁平チューブにディンプルやビード等の凹部を成型したりすることも考えられるが、その場合には、凝縮水が益々滞留し易くなり、伝熱性能の低下や燃焼ガスの流路の閉塞、或いは扁平チューブ等の腐食の発生を防止することが困難であった。

本発明は、上記した課題を解決すべく成されたものであり、凝縮水の排水性を高め、熱交換効率の向上を図り、燃焼ガスの流路の閉塞や扁平チューブ等の腐食を防止すると共に、熱交換器のコンパクト化を図ることのできる潜熱回収用熱交換器を提供することを目的とするものである。

上記した目的を達成するため、本発明は、略水平姿勢を保持しつつ上下方向に積層された扁平チューブの内部において流通する流体を、前記扁平チューブの外部において前記流体の流通方向に対して交差する方向且つ略水平方向に流通する気体から潜熱を回収することにより、加熱するための潜熱回収用熱交換器であって、前記扁平チューブの周りには、前記気体の流通方向に沿うように、コルゲートフィンが配設されており、前記気体の下流側の前記コルゲートフィンの端部には、凝縮水排出口が設けられていることを特徴とする。

そして、前記凝縮水排出口は、前記コルゲートフィンの端部の谷部の両側を切欠き、該切欠部を下方に折曲することにより形成されていてもよく、また、前記凝縮水排出口は、前記コルゲートフィンの端部の谷部を開き戸状に切欠き、該切欠部を下方に延設することにより形成されていてもよく、さらに、前記凝縮水排出口は、前記コルゲートフィンの端部の谷部を切除することにより形成されていてもよく、さらにまた、前記凝縮水排出口は、前記コルゲートフィンの端部の谷部を下方にバーリング加工することにより形成されていてもよい。

また、本発明に係る潜熱回収用熱交換器は、前記扁平チューブの下面側に凹部が形成されていてもよい。

さらに、前記扁平チューブは、上段に配設される程、前記気体の下流側の縁部が張り出すように積層されていてもよい。

本発明によれば、前記気体の下流側の前記コルゲートフィンの端部に凝縮水排出口が設けられているため、扁平チューブの内部を流通する水と、扁平チューブの外部において流通する燃焼ガスとの間で熱交換が行われた時に、扁平チューブ及びコルゲートフィンの表面において前記気体中の水蒸気から生成された凝縮水は、該気体の流通方向に従って、扁平チューブ及びコルゲートフィンの表面を円滑に移動し、凝縮水排出口から流下し、凝縮水が前記気体の下流側のコルゲートフィンの端部等に滞留することはない。したがって、滞留した凝縮水による伝熱性能の低下や燃焼ガスの流路の閉塞を防止することができ、また、酸性の凝縮水により、扁平チューブやコルゲートフィンが腐食するのを防止することもできる。さらに、これにより、コルゲートフィンの波形ピッチをさらに細密化することもできるため、伝熱性能の向上を図ることが可能となる。

また、前記扁平チューブの下面側に凹部を形成した場合には、扁平チューブの耐圧性能が向上するため、給湯器に供給される上水道の送水圧力が高い場合にも十分耐えることができる。したがって、扁平チューブの耐圧性能を高める目的で、扁平チューブの内部にインナーフィンを挿入したり、扁平チューブの板厚を厚くしたりする必要がないため、製造コストの低減化を図ることができる。また、この凹部は、扁平チューブの下面側に形成されているため、凹部に凝縮水が滞留することもなく、伝熱性能の低下や燃焼ガスの流路の閉塞、或いは扁平チューブの腐食等の発生を防止することができる。

さらに、上段に配設される程、前記気体の下流側の縁部が張り出すように前記扁平チューブが積層されている場合には、上段の扁平チューブやコルゲートフィンから流下した凝縮水が下段の扁平チューブやコルゲートフィンに落下することがないため、伝熱効率を一段と向上させることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明を給湯器に適用した場合について例示して説明する。

先ず、図１を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器を装備した給湯器について説明する。ここで、図１は本実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器を装備した給湯器の概略構成を示す説明図である。

この給湯器１は、ケース２の内部に、給気ファン３、ガスバーナ４、熱交換器５、潜熱回収用熱交換器６、凝縮水タンク７等がそれぞれ設けられた構成を有しており、熱交換器５及び潜熱回収用熱交換器６において水と燃焼ガスとの間で熱交換が行われ、給湯器１から所定箇所に湯が供給されるようになっている。

このような構成を有する給湯器１において、給気ファン３の動作によりガスバーナ４に送り込まれた燃焼用空気は、ガス配管８を通ってガスバーナ４に供給された燃料ガスと混合され、燃焼される。そして、この燃焼により生成された高温の燃焼ガスは、熱交換器５において、チューブ９内を流通する水との間で熱交換を行い、その水に大部分の顕熱を吸収された後、２００℃程度の温度になって潜熱回収用熱交換器６に送られる。

次いで、この潜熱回収用熱交換器６に送られた燃焼ガスは、チューブ１０内を流通する水との間で熱交換を行い、その水に顕熱と共に潜熱を吸収され、さらに燃焼ガス中の水蒸気が凝縮された後、５０℃程度の排気ガスとなって排気口１１からケース２の外部に排出される。一方、潜熱回収用熱交換器６において生成された凝縮水は、凝縮水タンク７及び排水管１２を通ってケース２の外部に排出される。

次に、図２〜図６を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器６について詳細に説明する。ここで、図２は本実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器を示す斜視図、図３は潜熱回収用熱交換器の別の例を示す斜視図、図４は潜熱回収用熱交換器のさらに別の例を示す斜視図、図５は潜熱回収用熱交換器の凝縮水排出口のさらに別の例を示す斜視図、図６は図５のＡ−Ａ矢視図である。

本実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器６は、略水平姿勢を保持しつつ上下方向に積層された扁平チューブ１０と、各扁平チューブ１０の周りにそれぞれ配設されたコルゲートフィン１４とを備えており、腐食防止のため、扁平チューブ１０及びコルゲートフィン１４はステンレス製で、扁平チューブ１０とコルゲートフィン１４との接合は、ニッケルロウ付けにより行われるようになっている。そして、この潜熱回収用熱交換器６では、扁平チューブ１０の内部を流通する水を、扁平チューブ１０の外部において前記水の流通方向に対して交差する方向且つ略水平方向に流通する燃焼ガスから潜熱を回収することにより、加熱するようになっている。

コルゲートフィン１４は、扁平チューブ１０の外部を流通する前記燃焼ガスの流通方向に沿うように、配設されており、前記燃焼ガスの下流側のコルゲートフィン１４の端部には、凝縮水排出口１５が設けられている。この凝縮水排出口１５は、図２に示すように、コルゲートフィン１４の端部の谷部１６の両側を切欠き、該切欠部１７を下方に折曲することにより形成されている。

なお、コルゲートフィン１４の凝縮水排出口１５は、他の形態を成していてもよく、例えば、図３に示すように、コルゲートフィン１４の端部の谷部１６をＴ字状に切欠き、該切欠部１８を下方に延設したり、或いは、図４に示すように、コルゲートフィン１４の端部の谷部１６を切除したり、或いは、図５及び図６に示すように、コルゲートフィン１４の端部の谷部１６を下方にバーリング加工したりすることにより形成されていてもよい。

このように構成された潜熱回収用熱交換器６では、扁平チューブ１０の内部を流通する水と、コルゲートフィン１４に沿って流通する燃焼ガスとの間で熱交換が行われた時に、扁平チューブ１０及びコルゲートフィン１４の表面において燃焼ガス中の水蒸気から生成された凝縮水は、燃焼ガスの流通方向に従って、扁平チューブ１０及びコルゲートフィン１４の表面を円滑に移動し、凝縮水排出口１５から流下するため、前記燃焼ガスの下流側のコルゲートフィン１４の端部等に滞留することはない。したがって、扁平チューブ１０やコルゲートフィン１４に滞留した凝縮水により、伝熱性能の低下や燃焼ガスの流路の閉塞を招くおそれがなく、また、酸性の凝縮水により、扁平チューブ１０やコルゲートフィン１４が腐食したりするおそれもない。さらに、これにより、コルゲートフィン１４の波形ピッチをさらに細密化することもできるため、伝熱性能のさらなる向上を図ることが可能となる。

なお、上記した実施の形態において、扁平チューブ１０には、図７に示すように、下面側にディンプルやビード形状等の凹部１９を形成してもよい。この場合には、扁平チューブ１０の耐圧性能が向上するため、給湯器に供給される上水道の送水圧力が高い場合にも十分耐えることができる。したがって、扁平チューブ１０の耐圧性能を高める目的で、扁平チューブ１０の内部にインナーフィンを挿入したり、扁平チューブ１０の板厚を厚くしたりする必要がないため、製造コストの低減化を図ることができる。また、この凹部１９は、扁平チューブ１０の下面側に形成されているため、凹部１９に凝縮水が滞留することもなく、伝熱性能の低下や燃焼ガスの流路の閉塞、或いは扁平チューブの腐食等の発生を防止することができる。

さらに、扁平チューブ１０は、図８に示されているように、上段に配設される程、前記燃焼ガスの下流側の縁部２０が張り出すように積層してもよい。この場合には、上段の扁平チューブ１０やコルゲートフィン１４から流下した凝縮水が下段の扁平チューブ１０やコルゲートフィン１４に落下することがないため、伝熱効率を一段と向上させることができる。

なお、上記した実施の形態では、本発明を給湯器に適用した場合について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明は、給湯器以外の熱源機器にも適用可能であることは言う迄もない。

本発明の実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器を装備した給湯器の概略構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器の別の例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器のさらに別の例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器の凝縮水排出口のさらに別の例を示す斜視図である。 図５のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器のチューブの別の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る潜熱回収用熱交換器のさらに別の例を示す説明図である。

符号の説明

６ 潜熱回収用熱交換器
１０ 扁平チューブ
１４ コルゲートフィン
１５ 凝縮水排出口
１６ 谷部
１７ 切欠部
１８ 切欠部
１９ 凹部
２０ 縁部

Claims (7)

1. 略水平姿勢を保持しつつ上下方向に積層された扁平チューブの内部において流通する流体を、前記扁平チューブの外部において前記流体の流通方向に対して交差する方向且つ略水平方向に流通する気体から潜熱を回収することにより、加熱するための潜熱回収用熱交換器であって、
   前記扁平チューブの周りには、前記気体の流通方向に沿うように、コルゲートフィンが配設されており、前記気体の下流側の前記コルゲートフィンの端部には、凝縮水排出口が設けられていることを特徴とする潜熱回収用熱交換器。
2. 前記凝縮水排出口は、前記コルゲートフィンの端部の谷部の両側を切欠き、該切欠部を下方に折曲することにより形成されている請求項１に記載の潜熱回収用熱交換器。
3. 前記凝縮水排出口は、前記コルゲートフィンの端部の谷部をＴ字状に切欠き、該切欠部を下方に延設することにより形成されている請求項１に記載の潜熱回収用熱交換器。
4. 前記凝縮水排出口は、前記コルゲートフィンの端部の谷部を切除することにより形成されている請求項１に記載の潜熱回収用熱交換器。
5. 前記凝縮水排出口は、前記コルゲートフィンの端部の谷部を下方にバーリング加工することにより形成されている請求項１に記載の潜熱回収用熱交換器。
6. 前記扁平チューブの下面側に凹部が形成されている請求項１〜５のいずれか１の請求項に記載の潜熱回収用熱交換器。
7. 前記扁平チューブは、上段に配設される程、前記気体の下流側の縁部が張り出すように積層されている請求項１〜６のいずれか１の請求項に記載の潜熱回収用熱交換器。

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