JP3855484B2 - 熱交換装置 - Google Patents
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Description
【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
Claims (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。
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---|---|---|---|
JP24937398A JP3855484B2 (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 熱交換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24937398A JP3855484B2 (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 熱交換装置 |
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---|---|
JP2000074499A JP2000074499A (ja) | 2000-03-14 |
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Family
ID=17192067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24937398A Expired - Lifetime JP3855484B2 (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 熱交換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3855484B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
US6820685B1 (en) * | 2004-02-26 | 2004-11-23 | Baltimore Aircoil Company, Inc. | Densified heat transfer tube bundle |
-
1998
- 1998-09-03 JP JP24937398A patent/JP3855484B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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