| 【発明の名称】 |
１缶２回路熱交換装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】近藤 正満
【氏名】富田 英夫
【氏名】菊谷 文孝
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| 【要約】 |
【課題】使用しない方の流体回路内で滞留している流体が沸騰し、スケールが発生することを防止する。
【解決手段】上下一対の流体回路９，１０で構成される熱交換器６において、流体回路９、１０の少なくとも一方の管路の接合部１６を扁平状態にするとともに、上管１０の径を下管９の径より小さくし、両管同士がロウ材１２を介して接合している。この構成により、接合部１６にロウ材１２がまわりやすく、管の接合部１６に凹凸が存在していても上下両管９、１０の接合と伝熱フィン１１との接合を確実に行うことができるため、両管９、１０の伝熱量は増加する。さらに、下管９の機能を使用する際に上管１０の流速を速めることで熱伝達率が向上し、下管９からの伝熱量を向上することができる。すなわち、二つ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る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】燃焼部によって加熱される二つの異なる流体回路を上下一対に接合して伝熱フィンを貫通させた熱交換器であって、前記上下一対の流体回路の少なくとも一方の管の接合部を扁平状態にするとともに、上方側の管の径を下方側の管の径より小さくした１缶２回路熱交換装置。
【請求項２】上下両管の接合部を扁平状態とした請求項１記載の１缶２回路熱交換装置。
【請求項３】上管の接合部を扁平状態とした請求項１記載の１缶２回路熱交換装置。
【請求項４】下管の接合部を扁平状態とした請求項１記載の１缶２回路熱交換装置。
【請求項５】上下両管はロウ材を介して接合した請求項１から４のいずれか１項記載の１缶２回路熱交換装置。
【請求項６】上管が貫通する伝熱フィンの前記上管の周囲に遮熱部を設けた請求項１から４のいずれか１項記載の１缶２回路熱交換装置。
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【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１缶２回路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。従来の１缶２回路熱交換器は特開平９−１４５１６２号公報に記載されているようなものがあった。この種の熱交換器では、図６に示す様に、上下一対の同一径の流体回路１と２を接触させて共通する複数枚の伝熱フィン３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接合部４を通じて放熱し、使用しない方の流体温度の上昇を抑制している。この時流体回路１と２は少なくとも一方が変形しているが、同一径であり接合部４にはロウ材を介在さないようにして接触させている。
【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、特に上管２を通過する流体を加熱したいときには、所定の燃焼量を超えると火炎に近い下管１への受熱量が多くなる。この時、上管２の流路面積が大きいと流速が落ち熱伝達率が低下するため、下管１から上管２への伝熱量が十分確保できず下管１の流体温度は上昇し、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、さらには性能面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】さらに、上下両管１と２の接合にはロウ材５を介在させず、上下両管１、２と伝熱フィン３の接合はロウ材５を介在させる構成としている。しかしながら、上下両管１と２の間にロウ材５を介さず面接触を実現することは非常に困難である。
【０００６】
【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二つの異なる流体回路を上下一対にして、伝熱フィンを貫通させた熱交換器であって、上下一対の流体回路の少なくとも一方の管路の接合部を扁平状態にし、上方側の管の径を下方側の管の径より小さくしたことを特徴とする熱交換器である。
【０００７】上記発明によれば、一つの缶体で二つの機能を備えた熱交換器において、一つの機能のみを使用したときに、使用しない機能の方の管内流体の沸騰を抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、燃焼部によって加熱される二つの異なる流体回路を上下一対に接合して伝熱フィンを貫通させた熱交換器であって、上下一対の流体回路の少なくとも一方の管の接合部を扁平状態にするとともに、上方側の管の径を下方側の管の径より小さくした請求項１記載の１缶２回路熱交換装置である。
【０００９】また、上下両管の接合部を扁平状態とした、請求項２記載の１缶２回路熱交換装置である。
【００１０】また、上管の接合部のみを扁平状態とした、請求項３記載の１缶２回路熱交換装置である。
【００１１】また、下管の接合部のみを扁平状態とした、請求項４記載の１缶２回路熱交換装置である。
【００１２】また、上下両管は、ロウ材を介して接合した請求項５の１缶２回路熱交換装置である。
【００１３】また、上管が貫通する伝熱フィンの上管周囲に遮熱部を設けた、請求項６記載の１缶２回路熱交換装置である。
【００１４】
【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。
【００１５】（実施例１）図１から図３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ものと、フィンパイプ熱交換器の断面図である。本実施例の給湯風呂装置は、６は熱交換器であり、７は燃焼部であるバーナであり、バーナ７の燃焼により発生する排熱を通過させる缶体８と、缶体８に設けた流体回路である給湯管９（下管）と、もう一つの流体回路である風呂管１０（上管）を、燃焼ガスの流れに沿う如く、上下一対として伝熱フィン１１を貫通した構成となっている。ここで、風呂管１０の上部の伝熱フィン１１にはロウ材１２を２本挿入できるロウ材穴Ａ１３と、遮熱部である遮熱穴１４が設けられ、さらに給湯管９の肩の左右の伝熱フィン１１にロウ材１２を２本挿入するロウ材穴Ｂ１５を設けている。
【００１６】図２の上下一対の給湯管９と風呂管１０の接合部１６の間隙は、ロウ材穴Ａ１３に設けていたロウ材が溶融し、ロウ材１２で埋まり、接合されている。この時、間隙１６は溶融したロウ材１２が毛細管現象によって最も良好に流動する値（約４０μm）に設定される。また、左右対称にロウ材穴Ａ１３が設けられているので、伝熱フィン１１と風呂管１０は良好にロウ付けできる。同じく、左右対称にロウ材穴Ｂ１５が設けられているので、伝熱フィン１１と給湯管９は良好にロウ付けできる。
【００１７】従来の構成での課題は、二つの機能のうち一つの機能のみを使っている状態で、所定の燃焼量を超えると、上下一対の両管路間の接触領域を通じての伝熱量が不十分となり、使用しない機能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、風呂管１０の流路面積を小さくし内部流速を速めることで、給湯管９から風呂管１０への伝熱量を増加させることと、接合部１６をロウ材１２により確実に接触させ伝熱量を増加させることが考えられる。
【００１８】そこで本発明の構成によれば、給湯管９である下管が風呂管１０である上管よりも径が大きいため溶けたロウ材１２が接合部１６へまわるとともに、両管９、１０の接合部１６の間隙を４０μm程度とし毛細管現象でロウ材１２がまわりやすい構成としているため、接合部１６の面が多少凹凸していても確実に接触できるため、伝熱面積が減少することがない。また、風呂単独運転を行うときは、給湯管９の滞留水が沸騰することが多いが、風呂管１０の径を給湯管９よりも小さくすることで風呂管１０を通過する流体の流速が早くなり、伝熱効率が増加する。さらに、給湯単独運転時の給湯管９を加熱し最大給湯能力を発揮する際には、風呂管１０への伝熱フィン１１からの受熱量が多くなり風呂管１０の沸騰する可能性が増加するが、遮熱穴１４とロウ材穴Ａ１３により受熱する量を制限できる。
【００１９】従って、図２の構成で、例えば給湯は行わずに風呂運転を行った場合、バーナ７から給湯管９に加熱される熱量は従来例と同じであるが、給湯管９と風呂管１０とのロウ材１２を介して確実に接触でき、さらに風呂管１０の管の径を給湯管９の管の径より小さくし、遮熱穴１４とロウ材穴Ａ１３で伝熱量を制限することにより風呂管１０の管の受熱量を制御し管内流速を速めることで熱伝達率を向上し、昇温した給湯水が両管９、１０の接触領域を通じて風呂水へ放熱する。その放熱量は従来の構成より増えることとなる。従って、給湯水の昇温は抑制され、燃焼量が増加しても流体が沸騰することはなくなる。
【００２０】つまり、二つの機能のうち一つの機能のみを使っている状態で、滞留している流体の昇温は抑制されるため、両管９、１０のスケール発生防止と熱交換器の延命化を図ることができる。また、滞留している流体の温度上昇に伴って、バーナ７の出力を制限する必要もなく、装置の性能が十分に発揮でき、ユーザーに与えていた不快感は解消される。
【００２１】さらに、図１のような流体回路の構成にしたことによって、以下のような本発明の効果が得られる。従来の構成に比較して、風呂管の高さが低くなるため、缶体８のコンパクト化が実現される。缶体８がコンパクトになれば、燃焼ガスの排気抵抗が低減されるため、バーナ７のコンパクト化も可能となる。また、両管９、１０間の伝熱量の増加に伴い、両管９、１０に接する伝熱フィン１１の高温部が減るため、伝熱フィン１１の酸化が抑制される。従って、伝熱フィン１１の耐久性と信頼性が向上する。
【００２２】また、上下両管９、１０はロウ材１２を介して接触しているため、どちらか一方の流体回路が熱膨張しても、ロウ材１２が他方に管に伝わる応力を緩和する。従って、過度の熱応力が加わる運転条件でも柔軟に管が変形するため、缶体８の割れが防止できると共に、耐久性も向上する。
【００２３】なお、図１、図２において、上下一対の管９、１０の断面形状を扁平させた一例であるが、この形状の限りではなく、例えば、両管が平行平面形状であっても同様の効果が発揮できる。
【００２４】図１、図２の流体回路の断面形状の変形は、本実施例では円形管をプレスによって加圧加工して製造した。この他にも、引き抜き加工管や押し出し加工管でも図１、２に示すような断面形状の流体回路は作製可能である。
【００２５】図１、図２の構成において、上下一対の流体回路の下部を給湯管９、上部を風呂管１０としているが、下部を暖房温水回路としても同様の効果が得られる。
【００２６】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。
【００２７】（実施例２）図４は本発明による実施例２であり、本発明のフィンパイプ構成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、風呂管１０の断面形状のみを略Ｄ形形状に変形し、給湯管９に接していることである。
【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。図４の構成において、給湯管９の断面形状は円形であり円管を加工することなく両管９、１０をロウ材１２を介して接合するものである。ここで、給湯管９である下管が風呂管１０である上管よりも径が大きいため溶けたロウ材１２が接合部１６へまわるとともに、風呂管１０のみを扁平にすることでも両管９、１０の接続長さを大きくすることが可能である。両管内部の流体同士の熱伝達は、接合部１６の間隙が４０μm程度であり、管及びロウ材の材質が銅で流体が水であるなら、水の熱伝達率の方が圧倒的に悪いため、ロウ材の有無による伝熱阻害は発生しない。
【００２９】従って、図４の構成で、例えば給湯は行わずに風呂運転を行った場合、バーナ７から給湯管９に加熱される熱量は従来例と同じであるが、給湯管９と風呂管１０とのロウ材１２を介して確実に接触でき、さらに風呂管１０の管の径を給湯管９の管の径より小さくし、遮熱穴１４とロウ材穴Ａ１３で伝熱量を制限することにより風呂管１０の管の受熱量を制御し管内流速を速めることで熱伝達率を向上し、昇温した給湯水が両管９、１０の接触領域を通じて風呂水へ放熱する。その放熱量は従来の構成より増えることとなる。従って、給湯水の昇温は抑制され、燃焼量が増加しても流体が沸騰することはなくなる。
【００３０】つまり、二つの機能のうち一つ機能のみを使っている状態で、滞留している流体の昇温は抑制されるため、両管９、１０のスケール発生防止と熱交換器の延命化を図ることができる。また、滞留している流体の温度上昇に伴って、バーナ７の出力を制限する必要もなく、装置の性能が十分に発揮でき、ユーザーに与えていた不快感は解消される。
【００３１】さらに、図４のような流体回路の構成にしたことによって、以下のような本発明の効果が得られる。給湯管９が円管のまま使用でき加工工数が減少できる。さらに、給湯大能力を必要とするときに給湯管９うちの圧力損失が小さいため、出湯流量大きくできる。また従来の構成に比較して、風呂管１０の高さが低くなるため、缶体８のコンパクト化が実現される。缶体８がコンパクトになれば、燃焼ガスの排気抵抗が低減されるため、バーナ７のコンパクト化も可能となる。また、両管９、１０間の伝熱量の増加に伴い、両管９、１０に接する伝熱フィン１１の高温部が減るため、伝熱フィン１１の酸化が抑制される。従って、伝熱フィン１１の耐久性と信頼性が向上する。
【００３２】また、上下両管９、１０はロウ材１２を介して接触しているため、どちらか一方の流体回路が熱膨張しても、ロウ材１２が他方の管に伝わる応力を緩和する。従って、過度の熱応力が加わる運転条件でも柔軟に管が変形するため、缶体８の割れが防止できると共に、耐久性も向上する。
【００３３】なお、図４において、上管１０の断面形状を扁平させた一例であるが、この形状の限りではなく、例えば、上管が平行平面形状であっても同様の効果が発揮できる。
【００３４】図４の流体回路の断面形状の変形は、本実施例では円形管をプレスによって加圧加工して製造した。この他にも、引き抜き加工管や押し出し加工管でも図４に示すような断面形状の流体回路は作製可能である。
【００３５】図４の構成において、上下一対の流体回路の下部を給湯管９、上部を風呂管１０としているが、下部を暖房温水回路としても同様の効果が得られる。
【００３６】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。
【００３７】（実施例３）図５は本発明による実施例３であり、本発明のフィンパイプ構成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、給湯管９の断面形状のみを略Ｄ形形状に変形し、風呂管１０に接していることである。
【００３８】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。図５の構成において、風呂管１０の断面形状は円形であり円管を加工することなく両管９、１０をロウ材１２を介して接合するものである。ここで、給湯管９である下管が風呂管１０である上管よりも径が大きいため溶けたロウ材１２が接合部１６へまわるとともに、給湯管９のみを扁平にすることでも両管９、１０の接続長さを大きくすることが可能である。両管内部の流体同士の熱伝達は、接合部１６の間隙が４０μm程度であり、管及びロウ材の材質が銅で流体が水であるなら、水の熱伝達率の方が圧倒的に悪いため、ロウ材の有無による伝熱阻害は発生しない。
【００３９】従って、図５の構成で、例えば給湯は行わずに風呂運転を行った場合、バーナ７から給湯管９に加熱される熱量は従来例とほぼ同じであるが、給湯管９と風呂管１０とのロウ材１２を介して確実に接触でき、さらに風呂管１０の管の径を給湯管９の管の径より小さくし、遮熱穴１４とロウ材穴Ａ１３で伝熱量を制限することにより風呂管１０の管の受熱量を制御し管内流速を速めることで熱伝達率を向上し、昇温した給湯水が両管９、１０の接触領域を通じて風呂水へ放熱する。その放熱量は従来の構成より増えることとなる。従って、給湯水の昇温は抑制され、燃焼量が増加しても流体が沸騰することはなくなる。
【００４０】つまり、二つの機能のうち一つの機能のみを使っている状態で、滞留している流体の昇温は抑制されるため、両管９、１０のスケール発生防止と熱交換器の延命化を図ることができる。また、滞留している流体の温度上昇に伴って、バーナ７の出力を制限する必要もなく、装置の性能が十分に発揮でき、ユーザーに与えていた不快感は解消される。
【００４１】さらに、図５のような流体回路の構成にしたことによって、以下のような本発明の効果が得られる。給湯管９の上側が扁平しているためロウ材穴Ａから溶けだしたロウ材１２が扁平部で留まりやすくなり給湯管９と風呂管１０を確実に接合可能となる。また、風呂管１０が円管のまま使用でき加工工数が減少できる。また従来の構成に比較して、給湯管９の高さが低くなるため、缶体８のコンパクト化が実現される。缶体８がコンパクトになれば、燃焼ガスの排気抵抗が低減されるため、バーナ７のコンパクト化も可能となる。また、両管９、１０間の伝熱量の増加に伴い、両管９、１０に接する伝熱フィン１１の高温部が減るため、伝熱フィン１１の酸化が抑制される。従って、伝熱フィン１１の耐久性と信頼性が向上する。
【００４２】また、上下両管９、１０はロウ材１２を介して接触しているため、どちらか一方の流体回路が熱膨張しても、ロウ材１２が他方の管に伝わる応力を緩和する。従って、過度の熱応力が加わる運転条件でも柔軟に管が変形するため、缶体８の割れが防止できると共に、耐久性も向上する。
【００４３】なお、図５において、下管９の断面形状を扁平させた一例であるが、この形状の限りではなく、例えば、下管が平行平面形状であっても同様の効果が発揮できる。
【００４４】図５の流体回路の断面形状の変形は、本実施例では円形管をプレスによって加圧加工して製造した。この他にも、引き抜き加工管や押し出し加工管でも図４に示すような断面形状の流体回路は作製可能である。
【００４５】図５の構成において、上下一対の流体回路の下部を給湯管９、上部を風呂管１０としているが、下部を暖房温水回路としても同様の効果が得られる。
【００４６】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。
【００４７】
【発明の効果】以上のように、本発明のような構成の熱交換器において、次のような効果が得られる。
【００４８】（１）二つの異なる流体回路を上下一対にして、伝熱フィンを貫通させた熱交換器であって、上下一対の流体回路の少なくとも一方の管の接合部を扁平状態にすることで伝熱効率を向上するとともに、上管の径を下管の径より小さくしている。これにより、仮にロウ接合する際接合部にロウ材がまわりやすく確実に接合できるとともに、下管の機能を使用する際に上管の受熱量を制限することで上管の沸騰を防止できる。また、上管の機能を使用する際に上管内の流速を速めることで熱伝達率を向上し下管の沸騰を防止できる。すなわち、二つ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る。
【００４９】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、缶体と燃焼部のコンパクト化が実現され、伝熱フィンの酸化が抑制されることで、伝熱フィンの耐久性と信頼性が向上する。また、熱交換器に過度の熱応力が加わる運転条件でも柔軟に流体回路が変形するため、缶体の割れが防止できると共に、耐久性も向上する。
【００５０】（２）上下両管の接合部を扁平状態とすることにより接合部の接触領域を広くでき伝熱効率を大きくでき、仮にロウ接合する際接合部にロウ材がまわりやすく確実に接合できるとともに、二つ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る。
【００５１】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、高効率で信頼性の高い装置が提供できる。また、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。さらに加えて、缶体と燃焼部のコンパクト化が実現され、伝熱フィンの酸化が抑制されることで、伝熱フィンの耐久性と信頼性が向上する。また、熱交換器に過度の熱応力が加わる運転条件でも柔軟に流体回路が変形するため、缶体の割れが防止できると共に、耐久性も向上する。
【００５２】（３）上管の接合部のみを扁平状態としたことにより、下管の加工が不要で上管と下管の接合が可能であり、簡易な工法で信頼性の高い装置が提供でき、低コスト化を図ることができる。また、仮にロウ接合する際接合部にロウ材がまわりやすく確実に接合できるとともに、二つ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る。
【００５３】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、高効率で信頼性の高い装置が提供できる。また、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。
【００５４】さらに、下管が円形であることから管内圧力損失を最小限にすることができ、下管に大流量の流体を容易に流すことが可能となる。
【００５５】（４）下管の接合部のみを扁平状態としたことにより、上管の加工が不要で上管と下管の接合が可能であり、簡易な工法で信頼性の高い装置が提供でき、低コスト化を図ることができる。また、仮にロウ接合する際接合部にロウ材がまわりやすく確実に接合できるとともに、二つ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る。
【００５６】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、高効率で信頼性の高い装置が提供できる。また、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。
【００５７】（５）下管の径が上管の径より大きいためロウ材が接合部にまわりやすく接合部に凹凸が存在していても確実に接合できるとともに、両管と伝熱フィンの接合も確実に行うことができる。従って、伝熱効率と耐久性の向上が実現でき、高効率で信頼性の高い装置が提供できる。
【００５８】（６）上管が貫通する伝熱フィンの上管の周囲に遮熱部を設けたことにより、下管に大能力を要求する際に上管の受熱量を制限し上管の沸騰を防止することができる。
【００５９】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、高効率で信頼性の高い装置が提供できる。また、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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）１月１６日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】滝本 智之 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２０１５５５ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−６６６７ |
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