JP7248275B2 - 熱交換器及び複合給湯器 - Google Patents

Description

本発明は、風呂給湯器等に用いられる潜熱回収型の熱交換器と、その熱交換器を備えた風呂給湯器等の複合給湯器とに関する。

風呂給湯器等の複合給湯器には、熱効率を高めるために、主に顕熱を回収する顕熱回収用の熱交換器と、主に潜熱を回収する潜熱回収用の熱交換器とを併設したものが知られている。この潜熱回収用の熱交換器として、例えば特許文献１には、平面視が矩形状となる箱形のケーシング内に、仕切部材によって２つの排気通路（ここでは給湯用と暖房用）を形成し、各排気通路に、複数の吸熱管を蛇行形状や螺旋形状で配設している。よって、顕熱回収用の熱交換器を通過して顕熱が回収されたバーナの燃焼ガスは、仕切部材によって各排気通路ごとにそれぞれ独立してケーシング内を流れ、潜熱回収用の熱交換器内を通過する際に吸熱管と接触して、吸熱管を流れる水等との間で熱交換して潜熱が回収される。

特許第４２４６７４９号公報

上記従来の潜熱回収型の熱交換器においては、２つの排気通路を区画形成する仕切部材をケーシングの断面積相当の大きさで用意して、２つの排気通路間で燃焼ガスが漏れないようにケーシング内に組み付ける必要があるため、コスト及び組み付けの手間が掛かってしまう。

そこで、本発明は、各排気通路での熱交換を阻害することなく、仕切部材に係るコストや組み付けの手間が軽減できる熱交換器及び複合給湯器を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、後面に燃焼ガスの流入口が、前面に燃焼ガスの排気口がそれぞれ形成されたケーシング内部に仕切部材を設けて左右２つの排気通路を形成し、少なくとも一方の排気通路に、顕熱回収用の熱交換器を通過した燃焼ガスから潜熱を回収するための吸熱管を収容してなる熱交換器であって、
ケーシング内の前方で排気口の上側に、ケーシングの前面から所定間隔をおいた後方位置でケーシングの上側内面から垂下させた後、前方へ折り返して排気口の上端に接続される側面視Ｌ字状の整流板を設ける一方、
仕切部材を、燃焼ガスが流れる前後方向でのケーシング内の前後距離よりも短くして、前端が吸熱管の最前部及び整流板よりも後方へ位置するようにケーシング内の後寄りに設置して、ケーシング内での燃焼ガスの流れの下流側でケーシングの前側内面と仕切部材の前端との間に、２つの排気通路を互いに連通させる開口を形成したことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、仕切部材の前後距離は、ケーシング内を全て仕切った場合の前後距離に対して７５％以上の割合を有することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、複合給湯器であって、バーナと、バーナの燃焼ガスの流れの上流側に配置される顕熱回収用の熱交換器と、流れの下流側に配置される請求項１又は２に記載の熱交換器とを含んでなることを特徴とする。

本発明によれば、仕切部材が短くて済み、各排気通路での熱交換を阻害することなく、仕切部材に係るコストや組み付けの手間が軽減できる。
特に、請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加えて、仕切部材の前後距離の設定により、開口を設けても高い熱交換効率を確保することができる。

風呂給湯器の断面図である。 二次熱交換器の正面図である。 二次熱交換器の側面図である。 図２のＡ－Ａ線断面図である。 図２のＢ－Ｂ線断面図である。 仕切板の距離と熱交換効率との関係を示す表である。 図６の表による熱交換効率の変化を示したグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、複合給湯器の一例である風呂給湯器を示す断面図である。この風呂給湯器１は、図示しない筐体内に燃焼装置２を備えてなり、燃焼装置２は、内部が連通する缶体３内に、下方から、バーナユニット４、主に顕熱を回収する顕熱回収用の一次熱交換器５、主に潜熱を回収する潜熱回収用の熱交換器としての二次熱交換器６の順に備えている。
まず、バーナユニット４では、第１バーナ群７と第２バーナ群８とが左右方向に並設される。各バーナ群７，８は、上端面に炎孔を形成した扁平なバーナ９，９・・を複数左右方向に並べてなり、各バーナ９の下部に設けた混合管１０の後端に、ガス供給管に接続される図示しないノズルを臨ませて、燃料ガスと共に燃焼用一次空気が供給されるようになっている。ここでは第１バーナ群７が給湯側バーナ、第２バーナ群８が風呂側バーナとなっており、能力の大きい第１バーナ群７のバーナ９の数を第２バーナ群８よりも多くしている。

次に、一次熱交換器５では、第１バーナ群７の上方に位置する給湯側一次熱交換器１１と、第２バーナ群８の上方に位置する風呂側一次熱交換器１２とが左右方向に並設される。各熱交換器１１，１２は、前後方向に所定間隔をおいて複数枚積層したフィン１３，１３・・と、各フィン１３を蛇行状に貫通する伝熱管１４とからなる。
また、二次熱交換器６では、給湯側一次熱交換器１１の上方に位置し、螺旋状に巻回される複数の吸熱管１６，１６・・からなる給湯側二次熱交換器１５と、風呂側一次熱交換器１２の上方に位置し、蛇行状に配設される複数の吸熱管１８，１８・・からなる風呂側二次熱交換器１７とが左右に並設される。

この給湯側二次熱交換器１５及び風呂側二次熱交換器１７は、図２～５にも示すように、箱状のケーシング２０に収容されている。ケーシング２０の後面には、一次熱交換器５を通過した燃焼ガスの流入口２１が、前面には、ケーシング２０内を通過した燃焼ガスの排気口２２がそれぞれ左右方向に形成されている。排気口２２の下縁には、前方斜め上へ向けて突出し、前端が筐体内面に当接する傾斜板２３が設けられている。
また、ケーシング２０の左側面には、給湯側二次熱交換器１５の吸熱管１６，１６・・の端部とそれぞれ連通する入側ヘッダ２４と出側ヘッダ２５とがそれぞれ上下に設けられている。入側ヘッダ２４には、入口２６が設けられて給水管２７が接続されている。出側ヘッダ２５には、出口２８が設けられて、給湯側一次熱交換器１１の伝熱管１４の入口への接続管２９が接続される。給湯側一次熱交換器１１の伝熱管１４の出口には、出湯管３０が接続される。

さらに、ケーシング２０の右側面には、風呂側二次熱交換器１７の吸熱管１８，１８・・の端部とそれぞれ連通する入側ヘッダ３１と出側ヘッダ３２とがそれぞれ前後に設けられている。入側ヘッダ３１には、入口３３が設けられて、浴槽からの戻り配管３４が接続されている。出側ヘッダ３２には、出口３５が設けられて、風呂側一次熱交換器１２の伝熱管１４の入口への図示しない接続管が接続される。風呂側一次熱交換器１２の伝熱管１４の出口には、浴槽への往き配管３６が接続されている。

そして、ケーシング２０の内部には、図４，５にも示すように、給湯側二次熱交換器１５と風呂側二次熱交換器１７との間を仕切る仕切部材としての仕切板４０が前後方向に設けられている。この仕切板４０によりケーシング２０内には、流入口２１から流入した燃焼ガスが給湯側二次熱交換器１５の吸熱管１６，１６・・間を通過して排気口２２から排出する給湯側排気通路４１と、流入口２１から流入した燃焼ガスが風呂側二次熱交換器１７の吸熱管１８，１８・・間を通過して排気口２２から排出する風呂側排気通路４２とが形成されている。

さらに、ケーシング２０内の前方で排気口２２の上側には、ケーシング２０の前面から所定間隔をおいた後方位置から当該前面と平行に垂下し、ケーシング２０内の上下方向中央よりやや下側位置まで伸びる垂下部４４と、その垂下部４４の下端から前方斜め上へ伸びて排気口２２の上端に接続される左右方向の案内部４５とからなる側面視Ｌ字状の整流板４３が設けられている。
よって、流入口２１から給湯側排気通路４１及び風呂側排気通路４２を前方へ移動する燃焼ガスは、図４に点線で示すように、整流板４３の垂下部４４に当接すると、垂下部４４に沿って下降した後、垂下部４４の下方を回り込んで案内部４５に沿って前方へ移動し、排気口２２から排出されることになる。

ここでの仕切板４０は、前後方向の寸法がケーシング２０内の前後方向の距離よりも短く形成されて、ケーシング２０内の後寄りに配置され、上端がケーシング２０内の上面に、下端がケーシング２０内の底面に、後端がケーシング２０内の後面にそれぞれ固定されることで、左右の給湯側排気通路４１と風呂側排気通路４２とを区画している。
よって、仕切板４０の前端４０ａは、整流板４３の垂下部４４及びケーシング２０の前側内面に当接しておらず、垂下部４４の手前まで形成されて、整流板４３を含むケーシング２０の前側内面との間に、給湯側排気通路４１と風呂側排気通路４２とを互いに連通させる開口４６を上下方向に形成している。

一方、缶体３内は、第１バーナ群７と第２バーナ群８との間に位置する下仕切部材５０と、給湯側一次熱交換器１１と風呂側一次熱交換器１２との間に位置する中仕切部材５１とが設けられている。この下仕切部材５０と中仕切部材５１と仕切板４０とによって、缶体３内は、第１バーナ群７と給湯側一次熱交換器１１と給湯側二次熱交換器１５とが配置される給湯側燃焼室５２と、第２バーナ群８と風呂側一次熱交換器１２と風呂側二次熱交換器１７とが配置される風呂側燃焼室５３とに仕切られている。下仕切部材５０には、燃焼ガスの温度を検出してフィン１３の閉塞を監視するためのサーミスタ５４が設けられている。缶体３の下部には、図示しない給気ファンが接続されて、給気ファンから送られる空気を、各燃焼室５２，５３に供給可能としている。

以上の如く構成された風呂給湯器１においては、出湯管３０の下流側に設けられた給湯栓を開栓して器具内に通水させると、給水管２７からの水が、給湯側二次熱交換器１５の吸熱管１６を通過した後、給湯側一次熱交換器１１の伝熱管１４を通過する。一方、器具外に設けられた図示しないコントローラが第１バーナ群７に点火すると共に、給気ファンを回転させて第１バーナ群７に燃焼用空気を供給する。第１バーナ群７の燃焼ガスは、給湯側燃焼室５２内で給湯側一次熱交換器１１、給湯側二次熱交換器１５の順に通過することで、給湯側一次熱交換器１１では主に顕熱が回収され、給湯側二次熱交換器１５では主に潜熱が回収されて、出湯管３０から所定温度の湯が出湯される。

一方、コントローラに設けられた追い炊きスイッチをＯＮ操作すると、コントローラが浴槽との間の循環路に設けられたポンプを駆動させて第２バーナ群８に点火すると共に、給気ファンを回転させて第２バーナ群８に燃焼用空気を供給する。浴槽からの湯は、風呂側二次熱交換器１７の吸熱管１８を通過した後、風呂側一次熱交換器１２の伝熱管１４を通過し、第２バーナ群８の燃焼ガスは、風呂側燃焼室５３内で風呂側一次熱交換器１２、風呂側二次熱交換器１７の順に通過する。よって、風呂側一次熱交換器１２では主に顕熱が回収され、風呂側二次熱交換器１７では主に潜熱が回収されて、浴槽内の湯が循環しながら追い焚きされる。

このとき、二次熱交換器６では、一次熱交換器５を介して流入口２１から流入した燃焼ガスが、給湯側排気通路４１又は風呂側排気通路４２をそれぞれ通り、整流板４３の下側に回り込んで排気口２２から器具外部へ排出される。
ここで、仕切板４０と整流板４３及びケーシング２０の前側内面との間に開口４６が形成されていても、その後側では仕切板４０によって両排気通路４１，４２は区画されているので、給湯側と風呂側との何れか一方のみの運転であっても、燃焼ガスは仕切板４０によって排気口２２までスムーズに案内される。
なお、給湯側排気通路４１及び風呂側排気通路４２で発生したドレンは、前下がり傾斜するケーシング２０の底面の前方に凹設されて右下がり傾斜する凹部５５で受けられ、凹部５５の右側最深部に設けたドレン排出管５６から図示しない中和器へ排出される。

このように、上記形態の二次熱交換器６及び風呂給湯器１によれば、燃焼ガスが流れる方向でのケーシング２０内の前後距離よりも短い仕切板４０をケーシング２０内の後寄りに設置して、ケーシング２０内での燃焼ガスの流れの下流側でケーシング２０の前側内面と仕切板４０の前端４０ａとの間に、２つの排気通路４１，４２を互いに連通させる開口４６を形成したことで、仕切板４０が短くて済み、各排気通路４１，４２での熱交換を阻害することなく、仕切板４０に係るコストや組み付けの手間が軽減できる。

図６，７は、ケーシング２０内での前後方向の長さが徐々に短くなる仕切板４０を複数用意して、それぞれの長さで給湯器側のみ運転させた場合の熱交換効率の変化を検証した表及びグラフである。
ここでは仕切板４０がケーシング２０内を前後方向で全て仕切った場合（１００％）、熱交換効率は９５％となり、そこから仕切板４０の長さ（全て仕切った場合の長さに対する割合）が９５％，９０％，８５％，８０％・・と後方側へ短くなるにつれて、熱交換効率は９５％、９４．７６１％、９４．７４１％、９４．５４１％・・と徐々に低くなる傾向となっている。
この表及びグラフから、仕切板４０の長さが５５％であっても９０％以上の熱交換効率が得られることが分かる。但し、潜熱回収型で９４％以上の高い熱交換効率を確保することを考えると、仕切板４０の長さは７５％以上とすることが望ましい。

なお、仕切部材の構造は上記形態のような一枚の仕切板に限らず、複数の板材や部品を組み合わせたり、１枚の板材を折り曲げたりしてもよい。開口の形状も仕切部材の前端形状を変えることで適宜変更可能である。
また、上記形態では、給湯側と風呂側との２つの加熱部を有する複合給湯器となっているが、風呂側は暖房機器用の他の加熱部であってもよい。
さらに、潜熱回収用の熱交換器の両方の排気通路に吸熱管を設けて二次熱交換器を形成するものに限らず、何れか一方（例えば給湯側）の排気通路にのみ吸熱管を設けて二次熱交換器を形成する複合給湯器であっても、本発明は適用可能である。

１・・風呂給湯器、２・・燃焼装置、３・・缶体、４・・バーナユニット、５・・一次熱交換器、６・・二次熱交換器、７・・第１バーナ群、８・・第２バーナ群、９・・バーナ、１１・・給湯側一次熱交換器、１２・・風呂側一次熱交換器、１３・・フィン、１４・・伝熱管、１５・・給湯側二次熱交換器、１６，１８・・吸熱管、１７・・風呂側二次熱交換器、２０・・ケーシング、２１・・流入口、２２・・排気口、２７・・給水管、３０・・出湯管、４０・・仕切板、４０ａ・・前端、４１・・給湯側排気通路、４２・・風呂側排気通路、４３・・整流板、４６・・開口、５２・・給湯側燃焼室、５３・・風呂側燃焼室。

Claims (3)

1. 後面に燃焼ガスの流入口が、前面に燃焼ガスの排気口がそれぞれ形成されたケーシング内部に仕切部材を設けて左右２つの排気通路を形成し、少なくとも一方の前記排気通路に、顕熱回収用の熱交換器を通過した燃焼ガスから潜熱を回収するための吸熱管を収容してなる熱交換器であって、
   前記ケーシング内の前方で前記排気口の上側に、前記ケーシングの前面から所定間隔をおいた後方位置で前記ケーシングの上側内面から垂下させた後、前方へ折り返して前記排気口の上端に接続される側面視Ｌ字状の整流板を設ける一方、
   前記仕切部材を、前記燃焼ガスが流れる前後方向での前記ケーシング内の前後距離よりも短くして、前端が前記吸熱管の最前部及び前記整流板よりも後方へ位置するように前記ケーシング内の後寄りに設置して、前記ケーシング内での前記燃焼ガスの流れの下流側で前記ケーシングの前側内面と前記仕切部材の前端との間に、２つの前記排気通路を互いに連通させる開口を形成したことを特徴とする熱交換器。
2. 前記仕切部材の前後距離は、前記ケーシング内を全て仕切った場合の前後距離に対して７５％以上の割合を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. バーナと、前記バーナの燃焼ガスの流れの上流側に配置される顕熱回収用の熱交換器と、前記流れの下流側に配置される請求項１又は２に記載の熱交換器とを含んでなる複合給湯器。

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