JP2017150749A - 熱交換器および燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼ガスの熱量が伝熱管へ伝達される効率を向上することができる熱交換器およびそれを備えた燃焼装置を提供する。【解決手段】熱交換器は複数のフィン５１と伝熱管５２とを備えている。複数のフィン５１は主表面Ｓにおいて第１の方向Ｄ１に沿って並んで配置された複数の貫通孔Ｈを有している。伝熱管５２は、複数のフィン５１の各々の複数の貫通孔内を通る。複数の貫通孔Ｈは、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１と偶数の第２段目貫通孔Ｈ２とを含んでいる。偶数の第１段目貫通孔Ｈ１は第２の方向Ｄ２において偶数の第２段目貫通孔Ｈ２よりも燃焼ガスの流れ方向における上流側に配置されている。偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の数は偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の数よりも多い。偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々は偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の各々から第１の方向Ｄ１にずれて配置されている。【選択図】図６

Description

本発明は、熱交換器および燃焼装置に関し、特に、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器およびそれを備えた燃焼装置に関するものである。

従来、フィンアンドチューブ型の熱交換器を備えた燃焼装置が用いられている。このフィンアンドチューブ型の熱交換器は、たとえば、特公平６−８６９９５号公報（特許文献１）に記載されている。この公報に記載された熱交換器は、フィン群と、フィン群に挿入された複数列の伝熱管群とを有している。複数列の伝熱管群は、空気流入側の列である１列目の伝熱管群と、空気流出側の列である２列目の伝熱管群とを含んでいる。１列目の伝熱管群および２列目の伝熱管群の伝熱管は、それぞれ第１の方向に沿って並んで配置されている。２列目の伝熱管群は、１列目の伝熱管群とは第１の方向に交差する第２の方向に間隔をあけて配置されている。２列目の伝熱管群の伝熱管は第２の方向において１列目の伝熱管群の伝熱管から第１の方向にずれて配置されている。具体的には、１列目の伝熱管群は６本の伝熱管を含み、２列目の伝熱管群は８本の伝熱管を含んでいる。

特公平６−８６９９５号公報

燃焼ガスの流れ方向の上流側では、下流側よりも燃焼ガスの温度が高いため、燃焼ガスの熱量を下流側よりも多く伝熱管に伝達することができる。

しかしながら、上記公報に記載された熱交換器では、燃焼ガスの流れ方向の上流側である空気流入側の列に含まれる伝熱管の数は、燃焼ガスの流れ方向の下流側である空気流出側の列に含まれる伝熱管の数よりも少ない。このため、燃焼ガスの流れ方向の上流側で伝熱管に伝達される燃焼ガスの熱量は少なくなる。このため、燃焼ガスの熱量が伝熱管へ伝達される効率が低くなる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼ガスの熱量が伝熱管へ伝達される効率を向上させることができる熱交換器およびそれを備えた燃焼装置を提供することである。

本発明の熱交換器は、燃焼ガスの熱を回収するためのものである。熱交換器は、複数のフィンと、伝熱管とを備えている。複数のフィンは、それぞれが主表面と、主表面において第１の方向に沿って並んで配置された複数の貫通孔とを有し、かつ互いに間隔を隔てて積層配置されている。伝熱管は、複数のフィンの各々の複数の貫通孔内を通る。伝熱管が通る複数の貫通孔は、偶数の第１段目貫通孔と、偶数の第２段目貫通孔とを含んでいる。偶数の第１段目貫通孔は、第１の方向に並んで配置されている。偶数の第２段目貫通孔は、第１の方向に並んで配置され、かつ偶数の第１段目貫通孔とは第１の方向に交差する第２の方向に間隔をあけて配置されている。偶数の第１段目貫通孔は、第２の方向において偶数の第２段目貫通孔よりも燃焼ガスの流れ方向における上流側に配置されている。偶数の第１段目貫通孔の数は、偶数の第２段目貫通孔の数よりも多い。偶数の第２段目貫通孔の各々は、偶数の第１段目貫通孔の各々から第１の方向にずれて配置されている。

本発明の熱交換器によれば、偶数の第１段目貫通孔は、第２の方向において偶数の第２段目貫通孔よりも燃焼ガスの流れ方向における上流側に配置されている。偶数の第１段目貫通孔の数は、偶数の第２段目貫通孔の数よりも多い。このため、燃焼ガスの流れ方向の上流側で偶数の第２段目貫通孔を通る伝熱管に伝達される燃焼ガスの熱量は多くなる。このため、燃焼ガスの熱量が伝熱管へ伝達される効率を向上させることができる。また、複数の貫通孔は、偶数の第１段目貫通孔と、偶数の第２段目貫通孔とを含んでいるため、複数の貫通孔を通る伝熱管の一方端および他方端を主表面側に配置することができる。したがって、伝熱管への配管の接続を容易にすることができる。さらに、偶数の第２段目貫通孔の各々は、偶数の第１段目貫通孔の各々から第１の方向にずれて配置されている。このため、燃焼ガスを偶数の第２段目貫通孔の各々を通る伝熱管の周囲に流れ易くすることができる。したがって、燃焼ガスの熱量を偶数の第２段目貫通孔の各々を通る伝熱管に効率良く伝達させることができる。

上記の熱交換器においては、偶数の第２段目貫通孔のピッチは、偶数の第１段目貫通孔のピッチよりも大きい。第１の方向における両端に配置された偶数の第１段目貫通孔の各々は、第１の方向における両端に配置された偶数の第２段目貫通孔の各々よりも第１の方向において外側にそれぞれ配置されている。このため、偶数の第２段目貫通孔の各々を偶数の第１段目貫通孔の各々から第１の方向にずらして配置することができる。また、第１の方向における両端に配置された偶数の第２段目貫通孔の各々の外側に燃焼ガスを流れ易くすることができる。これにより、燃焼ガスの熱量が偶数の第２段目貫通孔を通る伝熱管へ伝達される効率を向上させることができる。

上記の熱交換器においては、伝熱管が連続して通る偶数の第１段目貫通孔のいずれかと偶数の第２段目貫通孔のいずれかとの距離は、偶数の第１段目貫通孔のピッチおよび偶数の第２段目貫通孔のピッチのいずれかに等しい。このため、偶数の第１段目貫通孔のうちの隣り合う第１段目貫通孔同士を通る伝熱管をつなぐ伝熱管の曲げ部および偶数の第２段目貫通孔のうちの隣り合う第２段目貫通孔同士を通る伝熱管をつなぐ伝熱管の曲げ部のいずれかと、伝熱管が連続して通る偶数の第１段目貫通孔のいずれかと偶数の第２段目貫通孔のいずれとを連続して通る伝熱管の曲げ部とを同じ形状にすることができる。これにより、熱交換器の生産性を向上させることができる。

上記の熱交換器においては、偶数の第１段目貫通孔と偶数の第２段目貫通孔とは、第１の方向における複数のフィンの各々の中心を第２の方向に通る対称軸に対して線対称に配置されている。このため、対称軸に対して線対称に配置された偶数の第１段目貫通孔および偶数の第２段目貫通孔の各々を通る伝熱管に燃焼ガスを接触させることができる。したがって、対称軸に対して均等に燃焼ガスの熱量を伝熱管に伝達させることができる。これにより、燃焼ガスの熱量が伝熱管へ伝達される効率を向上させることができる。

上記の熱交換器においては、複数のフィンの少なくともいずれかは、主表面から突き出し、かつ第２の方向に延びるトンネル状の孔を有する切り起こしスリットを含んでいる。切り起こしスリットは、複数の第２段目貫通孔の少なくともいずれかの第１の方向に隣り合う領域に配置されている。このため、切り起こしスリットのトンネル状の孔内を流れる燃焼ガスと、トンネル状の孔外を流れる燃焼ガスとに燃焼ガスの流れが分断される。これにより、燃焼ガスの流れに乱流を発生させることができるため、燃焼ガスの熱量が複数の第２段目貫通孔の少なくともいずれかを通る伝熱管へ伝達される効率を向上させることができる。

上記の熱交換器においては、複数のフィンの少なくともいずれかは、主表面から突き出し、かつ第１の方向に延びる切り起こし壁部を含んでいる。切り起こし壁部は、第２の方向において偶数の第２段目貫通孔に対して偶数の第１段目貫通孔と反対側に配置され、かつ偶数の第２段目貫通孔の少なくともいずれかから第１の方向にずれて配置されている。このため、偶数の第２段目貫通孔よりも燃焼ガスの流れ方向における下流側において、第２の方向に流れる燃焼ガスの流れを切り起こし壁部により第１の方向へ変えることができる。これにより、燃焼ガスの熱量が偶数の第２段目貫通孔の少なくともいずれかを通る伝熱管へ伝達される効率を向上することができる。

上記の熱交換器においては、複数のフィンの少なくともいずれかは、主表面から突き出した凸部を含んでいる。凸部は、第２の方向において偶数の第２段目貫通孔よりも偶数の第１段目貫通孔側に配置され、かつ偶数の第１段目貫通孔の少なくともいずれかから第１の方向にずれて配置されている。このため、燃焼ガスの流れを凸部により変化させることができる。これにより、偶数の第１段目貫通孔の少なくともいずれを通る伝熱管の周囲を通って下流側に流れる燃焼ガスの流れに乱流を発生させることができるため、燃焼ガスの熱量が複数の第２段目貫通孔の少なくともいずれかを通る伝熱管へ伝達される効率を向上することができる。

本発明の燃焼装置は、上記の熱交換器と、熱交換器に燃焼ガスを供給するためのバーナとを備えている。本発明の燃焼装置によれば、バーナから供給された燃焼ガスの熱量が熱交換器の伝熱管へ伝達される効率を向上することができる。

以上説明したように、本発明によれば、燃焼ガスの熱量が伝熱管へ伝達される効率を向上することができる熱交換器およびそれを備えた燃焼装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態における燃焼装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施の形態における一次熱交換器および缶体の構成を概略的に示す斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の一実施の形態における一次熱交換器の伝熱管の構成を主に示す概略斜視図である。 本発明の一実施の形態における一次熱交換器の伝熱管の構成を主に示す概略上面図である。 本発明の一実施の形態における一次熱交換器、缶体および排気集合筒の構成を主に示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態における一次熱交換器のフィンの構成を概略的に示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
まず、本発明の一実施の形態における燃焼装置の構成について説明する。

図１および図２を参照して、本実施の形態の燃焼装置１は、燃焼ガスの潜熱を回収可能な潜熱回収式の熱源機である。燃焼装置１は、筐体２と、バーナ３と、バーナケース３ａと、送風機４と、一次熱交換器（熱交換器）５と、缶体５ａと、二次熱交換器６と、二次熱交換器ケース６ａと、排気集合筒７と、消音器８と、中和器９と、配管１０と、給水配管１１、入水口１１ａと、給湯配管１２と、出湯口１２ａと、ドレン配管２０とを主に有している。

筐体２内に、バーナ３、バーナケース３ａ、送風機４、一次熱交換器５、缶体５ａ、二次熱交換器６、二次熱交換器ケース６ａ、排気集合筒７、消音器８、中和器９、配管１０、給水配管１１、給湯配管１２、ドレン配管２０が収容されている。

筐体２の上面には排気口ＥＰが設けられている。排気口ＥＰは、一次熱交換器５によって顕熱が回収され、二次熱交換器６によって潜熱が回収された燃焼ガスを筐体２の外部に排気可能に構成されている。また、筐体２の側面には給水のための入水口１１ａと給湯のための出湯口１２ａとが設けられている。

バーナ３は一次熱交換器５および二次熱交換器６に燃料ガスを供給するためのものである。この燃焼ガスは、一次熱交換器５および二次熱交換器６との間で熱交換を行うためのものである。つまり、バーナ３は、一次熱交換器５および二次熱交換器６との間で熱交換を行なうための燃焼ガスを発生させて一次熱交換器５および二次熱交換器６に供給するためのものである。本実施の形態では、バーナ３は、図示しない燃料供給源から燃料配管を経由して供給されてきた灯油などの燃料を下向きに噴霧して燃焼させる逆燃式の装置である。具体的にはバーナ３はたとえばガンタイプバーナである。

バーナ３は、バーナケース３ａに収容されている。したがって、バーナ３はバーナケース３ａの内部で燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させる。バーナケース３ａは、バーナケース３ａの上方に送風機４が配置されており、バーナケース３ａの下方に一次熱交換器５が配置されている。

送風機４は、バーナ３に燃焼用の空気を供給するためのものである。送風機４は、バーナ３の上方から燃焼用空気を下向きに供給可能に構成されている。具体的には送風機４はたとえばファンを含んでいる。

一次熱交換器（熱交換器）５は、燃焼ガスの熱を回収するためのものである。具体的には、一次熱交換器５は、バーナ３によって供給された燃焼ガスの顕熱を回収するためのものである。つまり、一次熱交換器５は顕熱回収型の熱交換器である。一次熱交換器５は、缶体５ａに収容されている。一次熱交換器５は、バーナ３よりも下方の高さ位置に配置されている。缶体５ａはバーナケース３ａと排気集合筒７とに連通している。

二次熱交換器６は、バーナ３によって供給された燃焼ガスの潜熱を回収するためのものである。つまり、二次熱交換器６は潜熱回収型の熱交換器である。二次熱交換器６は、二次熱交換器ケース６ａに収容されている。二次熱交換器ケース６ａは排気口ＥＰに連通している。

排気集合筒７および消音器８は一連に繋がった燃焼ガス流路を構成している。排気集合筒７は、燃焼ガスの流れ方向において一次熱交換器５の下流側に位置している。消音器８は燃焼ガスの流れ方向において排気集合筒７の下流側に位置している。消音器８は二次熱交換器ケース６ａに連通している。図中矢印で示すように、バーナ３で発生した燃焼ガスは、一次熱交換器５の周囲を通過して一次熱交換器５内の水と熱交換した後、排気集合筒７を通って消音器８に送られる。消音器８に送られた燃焼ガスは、二次熱交換器６の周囲を通過して二次熱交換器６内の水と熱交換した後、排気口ＥＰから筐体２外に排出される。

一次熱交換器５の一方端と二次熱交換器６の一方端とは互いに配管１０によって接続されている。二次熱交換器６の他方端には給水配管１１が接続されており、一次熱交換器５の他方端には給湯配管１２が接続されている。一次熱交換器５は二次熱交換器６よりもバーナ３の近くに配置されている。一次熱交換器５は二次熱交換器６よりも燃焼ガス流れの上流側に位置している。

入水口１１ａは給水配管１１に接続されており給水配管１１を経由して二次熱交換器６および一次熱交換器５に水を給水可能に構成されている。出湯口１２ａは給湯配管１２に接続されており二次熱交換器６および一次熱交換器５で温められた温水を給湯可能に構成されている。これにより、入水口１１ａから入水された水は、二次熱交換器６および一次熱交換器５を通過する際に燃焼ガスによって加熱されて出湯口１２ａから出湯される。

この際、高温の燃焼ガスとの熱交換によって一次熱交換器５内の湯水が加熱される。一次熱交換器５で熱交換した後の燃焼ガスが二次熱交換器６へ通されることで二次熱交換器６内の水が予熱される。この過程で燃焼ガスの温度が６０℃程度まで下がることで、燃焼ガス中に含まれる水分が凝縮して潜熱が回収される。二次熱交換器６において燃焼ガスの水蒸気を凝縮させる構造上、凝縮した水（ドレン）が発生するためドレンの排水が必要である。

二次熱交換器６で燃焼ガスの潜熱を回収することによって発生したドレンは、二次熱交換器ケース６ａの下面で受けられる。二次熱交換器ケース６ａの下面と中和器９とにドレン配管２０が接続されている。ドレン配管２０は二次熱交換器６から中和器９にドレンを供給可能に構成されている。二次熱交換器ケース６ａの下面の下方に中和器９が配置されている。このため、二次熱交換器ケース６ａの下面で受けられたドレンはドレン配管２０内を通って中和器９に流入する。

中和器９は、二次熱交換器６で燃焼ガスの潜熱を回収することによって発生したドレンを貯留するためのものである。燃焼ガス中には窒素酸化物などが含まれるため、この窒化酸化物などがドレンに溶け込んでドレンは酸性となる。中和器９は二次熱交換器６で燃焼ガスの潜熱を回収することによって発生した酸性のドレンを中和するためのものである。中和器９内には酸性のドレンを中和するための中和剤が充填されている。中和器９で中和されたドレンは、図示しない排水路を通って筐体２外に排出される。

図２〜図７を参照して、一次熱交換器５および缶体５ａの構成について具体的に説明する。図２および図３を参照して、一次熱交換器５は、缶体５ａに収容されており、缶体５ａ内の下部に配置されている。一次熱交換器５は、複数のフィン５１と、伝熱管５２と、胴板５３とを備えている。複数のフィン５１は、複数の貫通孔Ｈを有している。複数のフィン５１は互いに間隔を隔てて積層配置されている。複数のフィン５１の複数の貫通孔Ｈは、複数のフィン５１が積層配置された方向に重なるように配置されている。複数のフィン５１の間の隙間に被加熱流体が流される。複数の貫通孔Ｈは、第１の方向Ｄ１と交差する第２の方向Ｄ２において、２段に配置されている。貫通孔Ｈは、単なる「開孔」のみならず「バーリング孔」を含む概念である。

複数の貫通孔Ｈの各々には伝熱管５２が挿入されている。伝熱管５２の一方端Ｅ１は配管１０に接続されている。伝熱管５２の他方端Ｅ２は給湯配管１２に接続されている。給湯配管１２は缶体５ａの外周を取り巻くようにらせん状に配置されている。胴板５３は複数のフィン５１および伝熱管５２を内部に収容している。

図３〜図５を参照して、伝熱管５２は、複数のフィン５１の各々の複数の貫通孔Ｈ内を通っている。なお、図４および図５では、簡略化および説明の便宜のため、複数のフィン５１として積層方向の両端に位置する２つのフィン５１が示されている。

伝熱管５２は、胴板５３の内部に位置する部分を有する複数の直線部（ケース内配管）５２ａと、胴板５３の外部において複数の直線部（ケース内配管）５２ａを互いに接続する複数の曲げ部（接続管）５２ｂとを含んでいる。

複数の直線部５２ａは互いに間隔を隔てて配置されている。複数の曲げ部（連通部）５２ｂは複数の直線部５２ａのいずれかの一方端同士および複数の直線部５２ａのいずれかの他方端同士を接続している。複数の曲げ部５２ｂは、隣り合う直線部５２ａ同士をつなぐようにＵ字状に構成されている。

伝熱管５２は、複数の直線部５２ａと複数の曲げ部５２ｂとが１本につながれて蛇行するように構成されている。つまり、伝熱管５２は、複数のフィン５１が積層配置された方向に往復するように構成されている。

図５〜図７を参照して、複数のフィン５１は、それぞれが主表面Ｓを有している。複数の貫通孔Ｈは、主表面Ｓにおいて第１の方向Ｄ１に沿って並んで配置されている。複数の貫通孔Ｈは、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１と、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２とを含んでいる。偶数の第１段目貫通孔Ｈ１は第１の方向Ｄ１に並んで配置されている。偶数の第２段目貫通孔Ｈ２は第１の方向Ｄ１に並んで配置されている。偶数の第２段目貫通孔Ｈ２は、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１とは第１の方向Ｄ１に交差する第２の方向Ｄ２に間隔をあけて配置されている。

つまり、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１により構成される第１段目と偶数の第２段目貫通孔Ｈ２により構成される第２段目とは互いに平行になるように配置されている。また、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１は第１の方向Ｄ１に沿って一直線状に配置された第１の列を構成している。偶数の第２段目貫通孔Ｈ２は、第１の列に対して平行に配置され、第１の方向Ｄ１に沿って一直線状に配置された第２の列を構成している。

偶数の第１段目貫通孔Ｈ１は、第２の方向Ｄ２において偶数の第２段目貫通孔Ｈ２よりも図６中矢印で示す燃焼ガスの流れ方向における上流側に配置されている。偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の数は、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の数よりも多い。本実施の形態では、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１は、たとえば６つの第１段目貫通孔Ｈ１を含んでおり、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２は、たとえば４つの第２段目貫通孔Ｈ２を含んでいる。

偶数の第１段目貫通孔Ｈ１と偶数の第２段目貫通孔Ｈ２とは千鳥配列となるように配置されている。つまり、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々は、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の各々から第１の方向Ｄ１にずれて配置されている。本実施の形態では、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々は、第２の方向Ｄ２に向かい合う（第２の方向Ｄ２に沿って重なるように配置された）偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の各々から第１の方向Ｄ１において外側にずれて配置されている。

第１の方向Ｄ１における両端に配置された偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の各々は、第１の方向Ｄ１における両端に配置された偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々よりも第１の方向Ｄ１において外側にそれぞれ配置されている。つまり、第１の方向Ｄ１において、一方端の第１段目貫通孔Ｈ１は一方端の第２段目貫通孔Ｈ２よりも外側に配置されており、他方端の第１段目貫通孔Ｈ１は他方端の第２段目貫通孔Ｈ２よりも外側に配置されている。

偶数の第１段目貫通孔Ｈ１のピッチＰ１は、第１の方向Ｄ１における間隔をあけて隣り合う第１段目貫通孔Ｈ１同士の各々の中心点Ｃ間の距離である。隣り合う第１段目貫通孔Ｈ１の中心点Ｃ間の距離はいずれも等しい。偶数の第２段目貫通孔Ｈ２のピッチＰ２は、第２の方向Ｄ２における間隔をあけて隣り合う第２段目貫通孔Ｈ２同士の各々の中心点Ｃ間の距離である。隣り合う第２段目貫通孔Ｈ２の中心点Ｃ間の距離はいずれも等しい。偶数の第２段目貫通孔Ｈ２のピッチＰ２は、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１のピッチＰ１よりも大きい。

図５に示すように、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１のいずれかと偶数の第２段目貫通孔Ｈ２のいずれかには伝熱管５２が連続して通っている。具体的には、図５中左側上部に示された第１段目貫通孔Ｈ１と第２段目貫通孔Ｈ２とに伝熱管５２が連通している。図６に示すように、この伝熱管５２が連続して通る偶数の第１段目貫通孔Ｈ１のいずれかと偶数の第２段目貫通孔Ｈ２のいずれかとの距離Ｌは、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１のピッチＰ１および偶数の第２段目貫通孔Ｈ２のピッチＰ２のいずれかに等しい。なお、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１および偶数の第２段目貫通孔Ｈ２はいずれも真円に構成されており、各々の直径は互いに等しい。

図６に示すように、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１と偶数の第２段目貫通孔Ｈ２とは、第１の方向Ｄ１における複数のフィン５１の各々の中心を第２の方向Ｄ２に通る対称軸Ａに対して線対称に配置されている。本実施の形態では、３つの第１段目貫通孔Ｈ１および２つの第２段目貫通孔Ｈ２が対称軸Ａの両側にそれぞれ配置されている。

図６および図７に示すように、複数のフィン５１の少なくともいずれかは、切り起こしスリット５１ａを含んでいる。切り起こしスリット５１ａは主表面Ｓから突き出している。切り起こしスリット５１ａは第１の方向Ｄ１に延びている。これにより、切り起こしスリット５１ａは第２の方向Ｄ２に延びるトンネル状の孔ＳＨを有している。つまり、切り起こしスリット５１ａのトンネル状の孔ＳＨは第２の方向Ｄ２に沿って貫通している。切り起こしスリット５１ａは、複数の第２段目貫通孔Ｈ２の少なくともいずれかの第１の方向Ｄ１に隣り合う領域に配置されている。本実施の形態では、切り起こしスリット５１ａは、第１の方向Ｄ１において複数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々の両側の領域に配置されている。

本実施の形態では、複数のフィン５１はいずれも切り起こしスリット５１ａを含んでいる。また、複数のフィン５１の各々は、複数の切り起こしスリット５１ａを含んでいる。各切り起こしスリット５１ａは、第２の方向Ｄ２に沿って順に配置された第１切り起こしスリット部５１ａ１、第２切り起こしスリット部５１ａ２および第３切り起こしスリット部５１ａ３を含んでいる。第１切り起こしスリット部５１ａ１、第２切り起こしスリット部５１ａ２および第３切り起こしスリット部５１ａ３は、第２の方向Ｄ２に互いに間隔をあけて一直線状に配置されている。

複数のフィン５１の少なくともいずれかは、切り起こし壁部５１ｂを含んでいる。切り起こし壁部５１ｂは主表面Ｓから突き出している。切り起こし壁部５１ｂはフィン５１の一部を主表面側に切り起こして構成されている。切り起こし壁部５１ｂは、第１の方向Ｄ１に延びている。

切り起こし壁部５１ｂは、第２の方向Ｄ２において偶数の第２段目貫通孔Ｈ２に対して偶数の第１段目貫通孔Ｈ１と反対側に配置されている。つまり、切り起こし壁部５１ｂは、燃焼ガスの流れ方向において、偶数の第２段目貫通孔よりも下流側に配置されている。切り起こし壁部５１ｂは、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の少なくともいずれかから第１の方向Ｄ１にずれて配置されている。切り起こし壁部５１ｂは、第２の方向Ｄ２において、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々と重ならないように配置されている。本実施の形態では、複数のフィン５１はいずれも切り起こし壁部５１ｂを含んでいる。また、複数のフィン５１の各々は複数の切り起こし壁部５１ｂを含んでいる。複数の切り起こし壁部５１ｂは第１の方向Ｄ１に沿って一直線状に配置されている。

複数のフィン５１の少なくともいずれかは、凸部５１ｃを含んでいる。凸部５１ｃは主表面Ｓから突き出している。凸部５１ｃは円錐台状に構成されている。凸部５１ｃは、第２の方向Ｄ２において偶数の第２段目貫通孔Ｈ２よりも偶数の第１段目貫通孔側に配置されている。つまり、凸部５１ｃは、燃焼ガスの流れ方向において、第２段目貫通孔Ｈ２よりも上流側に配置されている。凸部５１ｃは、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の少なくともいずれかから第１の方向Ｄ１にずれて配置されている。本実施の形態では、複数のフィン５１はいずれも凸部５１ｃを含んでいる。また、複数のフィン５１の各々は複数の凸部５１ｃを含んでいる。複数の凸部５１ｃは第１の方向Ｄ１に沿って一直線状に配置されている。

次に、本実施の形態の燃焼装置１の動作について説明する。
図１を参照して、運転スイッチをオンにして、給水配管１１に所定量の水を流すことによって、送風機４のファンが回転を始め、バーナ３が点火して、バーナ３から下方に向かって燃焼ガスが送り出される。図６を参照して、送り出された燃焼ガスは、一次熱交換器５が配置された缶体５ａ内を流れ、次に、排気集合筒７の開口７ａを経て排気集合筒７内を流れる。

排気集合筒７の開口７ａは、排気集合筒７の上面の中央に設けられており、上面に交差する方向から見て矩形状に構成されている。開口７ａの矩形状の四辺に排気整流板７ｂが接続されている。排気整流板７ｂは開口７ａから排気整流板７ｂの内部に向かって延びている。排気整流板７ｂは、第１の方向Ｄ１における両端に配置された切り起こしスリット５１ａの各々の中央よりも内側端側に配置されている。このため、排気整流板７ｂにより燃焼ガスが開口７ａの中央に集められる。図１を参照して、排気集合筒７内を流れる燃焼ガスは、消音器８内を流れ、次に、二次熱交換器ケース６ａ内を流れた後に、排気口ＥＰから外に排気される。

一方、給水配管１１から送られる水は、二次熱交換器６内を流れる。二次熱交換器６内を流れる間に、燃焼ガス（潜熱）によって水が予備加熱される。次に、予備加熱された水は、配管１０を通って一次熱交換器５に送られる。図２および図６を参照して、一次熱交換器５に送られた予備加熱された水は、胴パイプを通過してから上段の伝熱管５２（第１段目貫通孔Ｈ１を通る伝熱管５２）を流れ、次に、下段の伝熱管５２（第２段目貫通孔Ｈ２を通る伝熱管５２）を流れる。予備加熱された水が伝熱管５２を流れる間に、図６中矢印で示すように複数のフィン５１間の隙間を流れる燃焼ガス（顕熱）と、伝熱管５２内の水との間で熱交換が行われ、予備加熱された水が所定の温度にまで加熱される。所定の温度に加熱された湯は、給湯配管１２を通って外へ送り出される。こうして所定の温度の湯を供給することができる。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
燃焼ガスの流れ方向の上流側では、下流側よりも燃焼ガスの温度が高いため、燃焼ガスの熱量を下流側よりも多く伝熱管に伝達することが可能である。本実施の形態の一次熱交換器５によれば、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１は、第２の方向Ｄ２において偶数の第２段目貫通孔Ｈ２よりも燃焼ガスの流れ方向における上流側に配置されている。偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の数は、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の数よりも多い。このため、燃焼ガスの流れ方向の上流側で偶数の第２段目貫通孔Ｈ２を通る伝熱管５２に伝達される燃焼ガスの熱量は多くなる。このため、燃焼ガスの熱量が伝熱管５２へ伝達される効率を向上させることができる。

また、複数の貫通孔Ｈは、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１と、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２とを含んでいるため、複数の貫通孔Ｈを通る伝熱管５２の一方端Ｅ１および他方端Ｅ２を主表面Ｓ側に配置することができる。つまり、複数の貫通孔Ｈを通る伝熱管５２の一方端Ｅ１および他方端Ｅ２を複数のフィン５１に対して同じ側に配置することができる。したがって、同じ側から伝熱管５２へ配管１０および給湯配管１２を接続することができるため、伝熱管５２の一方端Ｅ１および他方端Ｅ２を同じ側に揃えるための配管が必要ないので接続を容易にすることができる。

さらに、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々は、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の各々から第１の方向Ｄ１にずれて配置されている。このため、燃焼ガスを偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々を通る伝熱管５２の周囲に流れ易くすることができる。したがって、燃焼ガスの熱量を偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々を通る伝熱管５２に効率良く伝達させることができる。

以上のように、本実施の形態の一次熱交換器５では、熱交換効率を向上させることができるため、複数のフィン５１を小型化することができる。よって、一次熱交換器５を小型化することができる。

所定の受熱量を得ようとすると、受熱面積と複数の貫通孔Ｈを通る伝熱管５２の本数とは一般的にある程度の範囲内に収まるが、一方で一次熱交換器５の横幅は製品の寸法上ある程度の制約を受けることが一般的である。ここで、たとえば一次熱交換器５の横幅（≒フィンの横幅）を一定として、複数の貫通孔Ｈを通る伝熱管５２の本数を上下段で合計１０本とすると、上段７本および下段３本の場合には通気面積が小さくなり、配置自体が不可能、あるいは切り起こし壁部５１ｂ等を設けることが困難になる。これに対して、本実施の形態のように、上段６本および下段４本の場合には、それらの制約がないため、設計の自由度を高くすることができる。

本実施の形態の一次熱交換器５においては、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２のピッチＰ２は、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１のピッチＰ１よりも大きい。このため、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々を偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の各々から第１の方向Ｄ１にずらして配置することができる。また、第１の方向Ｄ１における両端に配置された偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の各々は、第１の方向Ｄ１における両端に配置された偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々よりも第１の方向Ｄ１において外側にそれぞれ配置されている。このため、第１の方向Ｄ１における両端に配置された偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々の外側に燃焼ガスを流れ易くすることができる。これにより、燃焼ガスの熱量が偶数の第２段目貫通孔Ｈ２を通る伝熱管５２へ伝達される効率を向上することができる。

本実施の形態の一次熱交換器５においては、伝熱管５２が連続して通る偶数の第１段目貫通孔Ｈ１のいずれかと偶数の第２段目貫通孔Ｈ２のいずれかとの距離Ｌは、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１のピッチＰ１および偶数の第２段目貫通孔Ｈ２のピッチＰ２のいずれかに等しい。このため、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１のうちの隣り合う第１段目貫通孔Ｈ１同士を通る伝熱管５２をつなぐ曲げ部（接続管）５２ｂおよび偶数の第２段目貫通孔Ｈ２のうちの隣り合う第２段目貫通孔Ｈ２同士を通る伝熱管５２をつなぐ曲げ部（接続管）５２ｂのいずれかと、伝熱管５２が連続して通る偶数の第１段目貫通孔Ｈ１のいずれかと偶数の第２段目貫通孔Ｈ２のいずれとを連続して通る伝熱管５２の曲げ部（接続管）５２ｂとを同じ形状にすることができる。これにより、一次熱交換器５の生産性を向上させることができる。

本実施の形態の一次熱交換器５においては、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１と偶数の第２段目貫通孔Ｈ２とは、第１の方向Ｄ１における複数のフィン５１の各々の中心を第２の方向Ｄ２に通る対称軸Ａに対して線対称に配置されている。このため、対称軸Ａに対して線対称に配置された偶数の第１段目貫通孔Ｈ１および偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の各々を通る伝熱管５２に燃焼ガスを接触させることができる。したがって、対称軸Ａに対して均等に燃焼ガスの熱量を伝熱管５２に伝達させることができる。これにより、燃焼ガスの熱量が伝熱管５２へ伝達される効率を向上することができる。

本実施の形態の一次熱交換器５においては、複数のフィン５１の少なくともいずれかは、切り起こしスリット５１ａを含んでいる。このため、切り起こしスリット５１ａのトンネル状の孔ＳＨ内を流れる燃焼ガスと、トンネル状の孔ＳＨ外を流れる燃焼ガスとに燃焼ガスの流れが分断される。これにより、燃焼ガスの流れに乱流を発生させることができるため、燃焼ガスの熱量が複数の第２段目貫通孔Ｈ２の少なくともいずれかを通る伝熱管５２へ伝達される効率を向上することができる。

また、複数の第１切り起こしスリット部５１ａ１、第２切り起こしスリット部５１ａ２および第３切り起こしスリット部５１ａ３が、第２の方向Ｄ２に配置されているため、燃焼ガスの乱流の発生を促進することができる。

本実施の形態の一次熱交換器５においては、複数のフィン５１の少なくともいずれかは、切り起こし壁部５１ｂを含んでいる。このため、偶数の第２段目貫通孔Ｈ２よりも燃焼ガスの流れ方向における下流側において、第２の方向Ｄ２に流れる燃焼ガスの流れを切り起こし壁部５１ｂにより第１の方向Ｄ１へ変えることができる。これにより、燃焼ガスの熱量が偶数の第２段目貫通孔Ｈ２の少なくともいずれかを通る伝熱管５２へ伝達される効率を向上することができる。

本実施の形態の一次熱交換器５においては、複数のフィン５１の少なくともいずれかは、凸部５１ｃを含んでいる。このため、燃焼ガスの流れを凸部５１ｃにより変化させることができる。これにより、偶数の第１段目貫通孔Ｈ１の少なくともいずれを通る伝熱管５２の周囲を通って下流側に流れる燃焼ガスの流れに乱流を発生させることができるため、燃焼ガスの熱量が複数の第２段目貫通孔Ｈ２の少なくともいずれかを通る伝熱管５２へ伝達される効率を向上することができる。

本実施の形態の燃焼装置１は、上記の一次熱交換器５と、一次熱交換器５に燃焼ガスを供給するためのバーナ３とを備えている。したがって、本実施の形態の燃焼装置１によれば、バーナ３から供給された燃焼ガスの熱量が一次熱交換器５の伝熱管５２へ伝達される効率を向上することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 燃焼装置、２ 筐体、３ バーナ、４ 送風機、５ 一次熱交換器、５ａ 缶体、６ 二次熱交換器、７ 排気集合筒、８ 消音器、９ 中和器、１０ 配管、１１ 給水配管、１２ 給湯配管、２０ ドレン配管、５１ 複数のフィン、５１ａ 切り起こしスリット、５１ｂ 切り起こし壁部、５１ｃ 凸部、５２ 伝熱管、５２ａ 直線部、５２ｂ 曲げ部、５３ 胴板、Ａ 対称軸、Ｄ１ 第１の方向、Ｄ２ 第２の方向、ＥＰ 排気口、Ｈ 貫通孔、Ｈ１ 第１段目貫通孔、Ｈ２ 第２段目貫通孔、Ｌ 距離、Ｐ１，Ｐ２ ピッチ、Ｓ 主表面、ＳＨ 孔。

Claims (8)

1. 燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器であって、
   それぞれが主表面と前記主表面において第１の方向に沿って並んで配置された複数の貫通孔とを有し、かつ互いに間隔を隔てて積層配置された複数のフィンと、
   前記複数のフィンの各々の前記複数の貫通孔内を通る伝熱管とを備え、
   前記伝熱管が通る前記複数の貫通孔は、前記第１の方向に並んで配置された偶数の第１段目貫通孔と、前記第１の方向に並んで配置され、かつ前記偶数の第１段目貫通孔とは前記第１の方向に交差する第２の方向に間隔をあけて配置された偶数の第２段目貫通孔とを含み、
   前記偶数の第１段目貫通孔は、前記第２の方向において前記偶数の第２段目貫通孔よりも前記燃焼ガスの流れ方向における上流側に配置されており、
   前記偶数の第１段目貫通孔の数は、前記偶数の第２段目貫通孔の数よりも多く、
   前記偶数の第２段目貫通孔の各々は、前記偶数の第１段目貫通孔の各々から前記第１の方向にずれて配置されている、熱交換器。
2. 前記偶数の第２段目貫通孔のピッチは、前記偶数の第１段目貫通孔のピッチよりも大きく、
   前記第１の方向における両端に配置された前記偶数の第１段目貫通孔の各々は、前記第１の方向における両端に配置された前記偶数の第２段目貫通孔の各々よりも前記第１の方向において外側にそれぞれ配置されている、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記伝熱管が連続して通る前記偶数の第１段目貫通孔のいずれかと前記偶数の第２段目貫通孔のいずれかとの距離は、前記偶数の第１段目貫通孔の前記ピッチおよび前記偶数の第２段目貫通孔の前記ピッチのいずれかに等しい、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記偶数の第１段目貫通孔と前記偶数の第２段目貫通孔とは、前記第１の方向における前記複数のフィンの各々の中心を前記第２の方向に通る対称軸に対して線対称に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記複数のフィンの少なくともいずれかは、前記主表面から突き出し、かつ前記第２の方向に延びるトンネル状の孔を有する切り起こしスリットを含み、
   前記切り起こしスリットは、前記複数の第２段目貫通孔の少なくともいずれかの前記第１の方向に隣り合う領域に配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 前記複数のフィンの少なくともいずれかは、前記主表面から突き出し、かつ前記第１の方向に延びる切り起こし壁部を含み、
   前記切り起こし壁部は、前記第２の方向において前記偶数の第２段目貫通孔に対して前記偶数の第１段目貫通孔と反対側に配置され、かつ前記偶数の第２段目貫通孔の少なくともいずれかから前記第１の方向にずれて配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記複数のフィンの少なくともいずれかは、前記主表面から突き出した凸部を含み、
   前記凸部は、前記第２の方向において前記偶数の第２段目貫通孔よりも前記偶数の第１段目貫通孔側に配置され、かつ前記偶数の第１段目貫通孔の少なくともいずれかから前記第１の方向にずれて配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の前記熱交換器と、
   前記熱交換器に燃焼ガスを供給するためのバーナとを備えた、燃焼装置。