JP5565611B2 - 熱交換器およびこれを備えた温水装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼ガスなどの加熱用気体と伝熱管との間で熱交換を行なって湯水加熱などを行なうのに用いられる熱交換器、およびこの熱交換器を備えた給湯装置などの温水装置に関する。

本出願人は、熱交換器の一例として、図１４に示すような熱交換器Ｂを先に提案している（特許文献１を参照）。この熱交換器Ｂは、底壁部９０ａおよび前壁部９０ｂに燃焼ガスの給気口９１や排気口９２が形成されているケース９と、このケース９内に収容され、かつ螺旋状管体を用いて構成された複数の伝熱管８と、これら複数の伝熱管８の中心部に配置されたガイド部材７とを備えている。ガイド部材７は、後方向Ｒｒに向けて開口する開口部７０を有しており、給気口９１からこのガイド部材７内に進入してきた燃焼ガスは、開口部７０から後方向Ｒｒに進行し、伝熱管８の後部領域８Ａに作用する。その後、前記燃焼ガスは、ケース９の後壁部９０ｃなどによって反射され、ケース９内のガイド部材７の両側（図面手前側と奥側）に形成されている隙間を前方向Ｆｒへ通過することにより、伝熱管８の前部領域８Ｂに作用し、排気口９２からケース９の外部に排出される。このような構成によれば、ガイド部材７を伝熱管８の中心部にスペース効率良く設けつつ、伝熱管８の各部に燃焼ガスを作用させて、熱回収量を多くすることが可能である。

しかしながら、前記した熱交換器Ｂにおいては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。

すなわち、熱交換器Ｂにおいては、ガイド部材７の上部がケース９の上壁部９０ｄに接触しており、ガイド部材７と上壁部９０ｄとの間には、隙間が設けられていない。このため、ガイド部材７の開口部７０からケース９内の後部側に進行した燃焼ガスは、その後に伝熱管８の後部領域８Ａと上壁部９０ｄとの間に形成されている隙間９３に向けて積極的に進行しなくなる。これでは、伝熱管８の後部領域８Ａの上部を燃焼ガスからの熱回収に十分に活用されていないこととなり、この点において未だ改善の余地があった。また、ガイド部材７は、燃焼ガスによって高温に加熱されるが、この熱はガイド部材７の上部からケース９の上壁部９０ｄに直接伝達する。このため、上壁部９０ｄがかなりの高温に加熱される虞があり、ケース９の温度上昇をできる限り防止する観点からすると、このようなことも解消することが望まれる。さらに、ケース９の上壁部９０ｄが高温に加熱されたのでは、この上壁部９０ｄからケース９の外部への放熱量が増加し、熱損失が多くなる不利もある。

特開２００８−２９８３２５号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであって、伝熱管の全体を従来よりも一層有効に利用して燃焼ガスなどの加熱用気体から熱回収を効率良く行なうことが可能であり、かつ伝熱管を収容するケースの一部が高温に加熱されるといった不利も極力抑制することができる熱交換器、およびこのような熱交換器を備えた温水装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面により提供される熱交換器は、熱交換用の伝熱管と、この伝熱管を囲む複数の壁部ならびに加熱用気体の給気口および排気口を有し、かつ前記複数の壁部として、前記給気口が形成されている第１の壁部、この第１の壁部に対して前記伝熱管を挟んで対向し、かつ前記伝熱管との間に第１の隙間を形成する第２の壁部、ならびに前記第１および第２の壁部どうしを繋ぐ第３の壁部を含んでいるとともに、内部空間部として、前記給気口の形成箇所よりも前記第３の壁部側に位置して前記伝熱管の少なくとも一部分が配置されている第１の空間部およびこの第１の空間部とは前記給気口の形成箇所を挟んで反対側に位置する第２の空間部とを有しており、この第２の空間部に前記排気口が連通しているケースと、前記給気口から前記ケース内に進入した加熱用気体が前記第１の空間部に向けて進行した後に前記第２の空間部に向かうように前記加熱用気体をガイドするガイド部材と、を備えている、熱交換器であって、前記ガイド部材と前記第２の壁部との間には、前記第１の隙間に連通する第２の隙間が形成されており、前記ガイド部材によって前記第１の空間部に進行するようにガイドされた加熱用気体の一部は、その後に前記第１および第２の隙間を通過して前記第２の空間部に進行可能な構成とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、ガイド部材とケースの第２の壁部との間には第２の隙間が形成され、かつこの第２の隙間は、ケースの第２の壁部と伝熱管との間に形成された第１の隙間と連通しているために、ケース内の第１の空間部に進行した加熱用気体は、第１および第２の隙間を通過して第２の空間部に向けて進行することとなる。前記した従来技術においては、本発明の第１の隙間に相当する部分に加熱用気体を積極的に進行させることが難しい構成とされていたが、本発明によれば、第１の隙間に加熱用気体を積極的に進行させることによって、伝熱管のうち、第１の隙間に対面している部分に加熱用気体を有効に作用させ、この部分においても有効な熱回収を行なわせることができる。したがって、その分だけ、従来技術よりも熱回収量を増加させて、熱交換効率を高めることが可能となる。加えて、本発明によれば、ガイド部材とケースの上壁部との間に第２の隙間が形成されている分だけ、ガイド部材から第２の壁部に向けての熱伝達量を少なくして、第２の壁部が高温に加熱されることも防止することができる。また、このように第２の壁部が高温に加熱されることが防止できれば、第２の壁部からケース外部への放熱による熱損失も減少するために、熱交換効率を一層高めることが可能となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記伝熱管は、前記第１の空間部において前記第１の壁部との間に第３の隙間を形成しており、前記ガイド部材は、前記給気口と前記第３の隙間との間を仕切らないように設けられて、前記給気口から前記ケース内に進行してきた加熱用気体の一部を前記第３の隙間に向けて進行させることが可能に構成されている。

このような構成によれば、伝熱管のうち、第３の隙間に対面している部分に対しても加熱用気体を有効に作用させることができ、熱交換効率を高めるのにより好ましいものとなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記伝熱管は、前記第１および第２の空間部のそれぞれに位置し、かつ前記第２の空間部において前記ガイド部材に対向して隣接する隣接部を有しており、前記ガイド部材は、前記第１の空間部を挟んで前記ガイド部材に対向している前記第３の壁部から遠ざかるほど前記第２の壁部からの離間距離が大きくなるように傾斜した傾斜部を有し、前記第１の隙間から前記第２の隙間に進行した加熱用気体の一部は、前記傾斜部に沿って進行することにより前記伝熱管の前記隣接部に向かうように構成されている。

このような構成によれば、ケース内の第２の空間部に位置する伝熱管のうち、ガイド部材に対向して隣接する隣接部に対しても燃焼ガスを効率良く作用させることが可能となり、熱交換効率をより高めることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記給気口の周縁部には、前記伝熱菅から前記第１の壁部上にドレインが流れ落ちたときにこのドレインが前記給気口に流れ込むことを防止する起立壁が設けられており、前記ガイド部材は、前記第１の壁部上に流れ落ちたドレインを塞き止めないように前記第１の壁部との間に第４の隙間を形成する下部を有し、かつこの下部は、前記起立壁から離間した状態で前記起立壁の外方側に位置している。

このような構成によれば、ケースの第１の壁部が底壁部となる姿勢に熱交換器が設定された場合において、加熱用気体からの熱回収に伴って伝熱管の表面にドレインが発生し、かつこのドレインが第１の壁部上に流れ落ちた際に、このドレインが給気口に流れ込んだり、ガイド部材によって塞き止められるといった不具合を生じないようにすることができる。また、前記構成とは異なり、ガイド部材の下部が給気口の周縁部の起立壁に接触していたのでは、万一、ガイド部材の表面にドレインが付着してこのドレインがガイド部材の下部に向けて流れた場合に、このドレインが起立壁に伝わって給気口内に流れ込む虞があるが、前記構成によれば、そのような虞も適切に解消することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ガイド部材の下部と前記起立壁とは、前記第１および第２の空間部が並ぶ方向において互いにオーバラップしている。

このような構成によれば、給気口からケース内に進入した加熱用気体の多くが、ガイド部材の下部の下方をそのまま通過して第２の空間部に進行する現象を生じ難くし、ケース内の第１の空間部に向けて加熱用気体を効率良く進行させることができる。

本発明の第２の側面により提供される温水装置は、加熱用気体の供給手段と、前記加熱用気体から熱回収を行なって湯水加熱を行なう熱交換器と、を備えている、温水装置であって、前記熱交換器として、本発明の第１の側面により提供される熱交換器が用いられていることを特徴としている。

このような構成によれば、本発明の第１の側面により提供される熱交換器について述べたのと同様な効果が得られる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係る熱交換器を備えた温水装置の一例を示す概略正面断面図である。 図１に示す温水装置の要部正面図である。 図１のIII−III断面図である。 図１に示す熱交換器の平面断面図である。 図３に示した構造において排気トップを設けた場合の構成の一例を示す要部断面図である。 本発明の他の例を示す概略正面断面図である。 図６の要部平面断面図である。 本発明の他の例を示す側面断面図である。 （ａ）は、本発明の他の例を示す側面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す熱交換器を外装ケース内に組み込んだ構成例を示す一部断面側面図である。 本発明の他の例を示す側面断面図である。 本発明の他の例を示す平面断面図である。 本発明の他の例を示す平面断面図である。 本発明の他の例を示す側面断面図である。 従来技術の一例を示す側面断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図５は、本発明が適用された熱交換器を備えた温水装置の一例を示している。本実施形態の温水装置ＷＨ１は、給湯装置として構成されており、図１によく表われているように、燃焼器３、１次熱交換器１、および２次熱交換器Ａ１を備えている。２次熱交換器Ａ１は、本発明が適用された熱交換器の一例に相当する。なお、図３〜図５において、矢印Ｆｒは、２次熱交換器Ａ１および温水装置ＷＨ１の前方側を示している。

燃焼器３は、たとえばガスバーナであり、バーナケース３０内に配され、かつ配管３２を介して外部から供給される燃料ガスを燃焼させる。バーナケース３０内には、ファン３１から燃焼用空気が上向きに送風される。１次熱交換器１は、燃焼器３によって発生された燃焼ガスから顕熱を回収するためのものであり、たとえば複数のフィン１２を有する複数の伝熱管１１がケース１０内に配された構成である。

２次熱交換器Ａ１は、１次熱交換器１によって顕熱が回収された燃焼ガスからさらに潜熱を回収するためのものであり、１次熱交換器１の上部に載設されている。この２次熱交換器Ａ１は、複数の伝熱管４、これら複数の伝熱管４を内部に収容するケース２、ケース２内に設けられたガイド部材５、および入水用および出湯用の一対のヘッダ４８，４９を備えている。

図４に示すように、複数の伝熱管４のそれぞれは、平面視長円状の螺旋状である。各伝熱管４の基本的な構成は、特許文献１に記載されたものと同様であり、ケース２の左右横幅方向に延びる直状管部４０ａ，４０ｂおよびこれらの両端に繋がった曲管部４０ｃ，４０ｄを有する複数のループ部４０が一連に繋がって上下高さ方向に複数の隙間を介して積層した構成である。複数の伝熱管４は、それぞれのループ部４０の大きさが相違するように形成され、これらは略同心の重ね巻き状に配されている。各伝熱管４の下端および上端には、ケース２の一対の側壁部２０ｅ，２０ｆのいずれか一方を貫通する延設管体部４１，４２が繋がっており、これら延設管体部４１，４２の外端にヘッダ４８，４９が取り付けられている。図１および図２によく表われているように、ヘッダ４９の出湯口４９ａは、適当な配管９９を介して伝熱管１１の入水口１１ａに接続されている。ヘッダ４８の入水口４８ａには、給水管（図示略）が接続される。この給水管から入水口４８ａに供給された水は、複数の伝熱管４，１１を順次通過して加熱され、その後出湯口１１ｂから所望の給湯先に供給される。

ケース２は、中空の略直方体状であり、複数の伝熱管４を囲む壁部として、先に述べた一対の側壁部２０ｅ，２０ｆに加え、図３に示すように、底壁部２０ａ、上壁部２０ｂ、後壁部２０ｃ、および前壁部２０ｄを有している。これらのうち、底壁部２０ａ、上壁部２０ｂ、および後壁部２０ｃは、本発明でいうケースの第１ないし第３の壁部の具体例に相当する。底壁部２０ａには、１次熱交換器１を上向きに進行してきた燃焼ガスを最内周の伝熱管４の中心の空間部分に流入させるための給気口２１が形成されている。この給気口２１は、図４に示すように、たとえば最内周の伝熱管４と同様な平面視長円状または長方形状である。給気口２１の周縁部には、上向きに起立した起立壁２２が形成されている。この起立壁２２は、燃焼ガスから潜熱を回収した際に発生するドレインが伝熱管４から底壁部２０ａ上に流れ落ちた場合において、このドレインが給気口２１に流れ込むことを防止するのに役立つ。

ケース２の前壁部２０ｄには、熱回収を終えた燃焼ガスをケース２の外部に排出するための排気口２３が形成されている。この排気口２３は、たとえば図２に示すような正面視矩形状であるが、前壁部２０ｄの下部寄りに設けられて、この排気口２３の下縁部は、底壁部２０ａによって構成されている。底壁部２０ａは、この底壁部２０ａ上のドレインが排気口２３に向けて流れるように前下がりの傾斜状である。

図５に示すように、ケース２の前面部には、排気トップ部材８８が取り付けられる。この排気トップ部材８８は、排気口２３を通過してきた排ガスをケース２の外部に流出させる開口８８ｃ、または前記排ガスを所望の箇所に導くためのダクト（図示略）を接続するための接続口（図示略）を備えている。この排気トップ部材８８は、伝熱管４から燃焼ガスに乗ってこの排気トップ部材８８内に進入したドレインを一箇所に集めて外部に排出するためのドレイン排出口８８ａを有している。ケース２の排気口２３は、底壁部２０ａ上の前端に流れてきたドレインを排気トップ部材８８内に流入させ得るように設けられており、このようにして排気トップ部材８８内に流入したドレインも、ドレイン排出口８８ａから外部に排出されるように構成されている。図５においては（他の図面では省略）、底壁部２０ａの前縁部２０ｇを扁平なＵ字状に折り返したプレス加工部として形成している。このような構成によれば、前縁部２０ｇの剛性を高め、排気トップ部材８８と前縁部２０ｇとの間にシール部材を挟み込むなどしてそれらの接続を的確に図るのに好ましいものとなる。また、ケース２の底壁部２０ａには、たとえば図９および図１０に示すように、ドレイン排出口８８ｂを個別に設けることが可能であるが、本実施形態のようにケース２内のドレインを排気トップ部材８８内に流入させれば、前記したドレイン排出口８８ｂを不用にすることが可能である。図３および図４において、ケース２の内部空間のうち、給気口２１の形成箇所よりも後方側の部分は、第１の空間部２４Ａであり、給気口２１の形成箇所よりも前方側の部分は、第２の空間部２４Ｂである。

ガイド部材５は、給気口２１からケース２内に進入した燃焼ガスを第１の空間部２４Ａに向けて進行させるための部材であり、ステンレス鋼板などの金属板を用いて構成されている。このガイド部材５は、たとえば一対の支持部材５２を介して上壁部２０ｂからその下方に吊り下げ固定されており、給気口２１の直上領域の前方および上方に位置する本体部５０と、この本体部５０の長手方向（図１および図４の左右方向）に設けられた一対の側板部５１とを有している。ガイド部材５の上部５ａは、支持部材５２が取り付けられた略水平板状であるが、図１および図３によく表われているように、この上部５ａは、ケース２の上壁部２０ｂから離間しており、上壁部２０ｂとの間に隙間２５ｂ（本発明でいう第２の隙間の一例に相当する）を形成している。第１の空間部２４Ａのうち、伝熱管４の最上段の管体部４０ａ’と上壁部２０ｂとの間には、隙間２５ａ（本発明でいう第１の隙間の一例に相当する）が形成されており、隙間２５ａ，２５ｂどうしは互いに連通している。このことにより、第１の空間部２４Ａに進行した燃焼ガスは、その後に隙間２５ａ，２５ｂを矢印Ｎ３’で示すように前方へ進行することが可能となる。ガイド部材５の上部５ａは、伝熱管４の最上段の管体部４０ａ’の上面と同等またはそれよりも低い高さであり、給気口２１から進行してガイド部材５に当たった燃焼ガスが隙間２５ｂに直接流れ込むことが抑制されている。図面においては、ガイド部材５の上部５ａが最上段の管体部４０ａ’と離間しているが、これとは異なり、上部５ａを管体部４０ａ’に接触させてもよい。

第１の空間部２４Ａのうち、伝熱管４の最下段の管体部４０ａ”と底壁部２０ａとの間には、隙間２５ｃ（本発明でいう第３の隙間の一例に相当する）が形成されている。ガイド部材５は、その隙間２５ｃと給気口２１との間を仕切らないように設けられている。このことにより、給気口２１からケース２内に進行した燃焼ガスの一部を、矢印Ｎ１’に示すように、隙間２５ｃに向けて直接進行させることも可能である。

ガイド部材５は、上部５ａの一端から前下がり状に傾斜した傾斜部５ｃを有している。第２の空間部２４Ｂにおいては、伝熱管４の一部がガイド部材５に対向して隣接する隣接部４７となっているが、前記した傾斜部５ｃは、この隣接部４７に燃焼ガスを効率良く作用させるのに役立つ。ガイド部材５の下部５ｂは、ケース２の底壁部２０ａよりも上方に位置しており、この下部５ｂと底壁部２０ａとの間には、底壁部２０ａ上に存在するドレインを通過させることが可能な隙間２５ｄ（本発明でいう第４の隙間の一例に相当する）が形成されている。ガイド部材５の下部５ｂは、起立壁２２に接触しないようにして起立壁２２の前方あるいは外側方に位置している。ただし、ガイド部材５の下部５ｂと起立壁２２とは、略水平方向において互いにオーバラップしている。ガイド部材５は、最内周の伝熱管４の内方に位置しており、図４に示すように、このガイド部材５と一対の側壁部２０ｅ，２０ｆとの間には、矢印Ｎ３に示すように第１の空間部２４Ａから第２の空間部２４Ｂに向けて燃焼ガスを通過させることが可能となっている。ガイド部材５の一対の側板部５１（図１を参照）は、給気口２１からケース２内に流入した燃焼ガスがケース２の側壁部２０ｅ，２０ｆに向けて大きく広がった角度で進行することを抑制する整流作用を発揮し、ケース２内の騒音（燃焼ガスの風きり音）を少なくするのにも役立つ。

次に、２次熱交換器Ａ１、およびこれを備えた温水装置ＷＨ１の作用について説明する。

まず、燃焼器３が駆動して燃焼ガスが発生すると、この燃焼ガスは１次熱交換器１によって顕熱が回収された後に、２次熱交換器Ａ１の給気口２１からケース２内に流入する。すると、この燃焼ガスは、ガイド部材５のガイド作用により、矢印Ｎ１で示すように、第１の空間部２４Ａに進行し、この部分に存在する伝熱管４に作用する。この場合、図３の矢印Ｎ１’で示すように、隙間２５ｃに燃焼ガスを直接進行させることも可能であり、最下段の管体部４０ａ”をも有効に利用した熱回収が可能となる。

次いで、第１の空間部２４Ａに進行した燃焼ガスは、その後に矢印Ｎ２で示すように後壁部２０ｃに衝突するなどしてケース２の前方側に向けて進行し、第２の空間部２４Ｂに流入する。この場合、燃焼ガスとしては、図４の矢印Ｎ３のようにガイド部材５の両側方を通過するものに加え、図３の矢印Ｎ３’のように、隙間２５ａ，２５ｂを通過するものも発生する。したがって、隙間２５ａに対面する最上段の管体部４０ａ’にも燃焼ガスを効率良く作用させて、管体部４０ａ’を有効に利用した熱回収も行なわれる。また、ガイド部材５は、燃焼ガスにより高温に加熱されるが、ガイド部材５の上部５ａは、支持部材５２を介してケース２の上壁部２０ｂに取り付けられて、上壁部２０ｂとの間に隙間２５ｂを形成しているために、ガイド部材５から上壁部２０ｂへの熱伝達量を少なくすることができる。その結果、上壁部２０ｂがガイド部材５からの熱伝達によって異常な高温に加熱されるようなこともない。

隙間２５ａ，２５ｂをその前方に向けて通過した燃焼ガスの一部は、その後に図３の矢印Ｎ３”に示すように、ガイド部材５の傾斜部５ｃに沿って下降し、伝熱管４の隣接部４７およびその付近に有効に作用する。したがって、第２の空間部２４Ｂに存在する伝熱管４の略全域に対しても燃焼ガスを有効に作用させ、燃焼ガスからの熱回収量を多くすることができる。このようなことから、２次熱交換器Ａ１の熱交換効率を高めることが可能である。なお、第２の空間部２４Ｂに流入した燃焼ガスは、その後に排気口２３を通過してケース２の外部に排出される。

給気口２１の周縁部に設けられた起立壁２２は、伝熱管４からケース２の底壁部２０ａ上に流れ落ちたドレインが給気口２１内に流れ込むことを阻止するのに役立つことは、既に述べたとおりであるが、ガイド部材５の下部５ｂは、底壁部２０ａとの間に隙間２５ｄを形成しているために、このガイド部材５が底壁部２０ａ上のドレインの流れを不当に塞き止めないようにし、ドレインを図５に示したドレイン排出口８８ａに向けて円滑に進行させることもできる。また、図３において、ドレインがガイド部材５の側面５ｄに付着し、矢印ｎ１で示すように側面５ｄに沿って下方に流れていく場合があり得るが、下部５ｂは起立壁２２とは離間してその外方側に位置しているために、前記ドレインが下部５ｂから起立壁２２の上端や内面部分に伝わることはなく、給気口２１に流れ込まないようにすることができる。ガイド部材５の下部５ｂに到達したドレインは、その後に底壁部２０ａ上に流れ落ち、隙間２５ｄを通過してケース２の前部側に向けて円滑に流れることとなる。さらに、起立壁２２とガイド部材５の下部５ｂとは、略水平方向においてオーバラップしているために、給気口２１からケース２内に進入した燃焼ガスの多くが、ガイド部材５の下部５ｂの下方の隙間２５ｄをそのまま第２の空間部２４Ｂに向けて通過する現象を生じ難くし、第１の空間部２４Ａに向けて燃焼ガスを効率良く進行させることが可能である。

その他、本実施形態においては、ガイド部材５が平面視長円状の伝熱管４の中心部に配置されているが、この中心部は、本来的にはデッドスペースとなり得る部分である。したがって、ガイド部材５をケース２内に組み込む場合のスペース効率性に優れ、２次熱交換器Ａ１の全体サイズを小さくする上で好ましい。また、１次熱交換器１および２次熱交換器Ａ１は、既述したとおり、それらのケース１０，７が上下方向において直接重ねられて接続されている。しかも、１次熱交換器１によって熱回収された燃焼ガスは、ケース１０内からガイド部材５内にそのまま流入するように構成されている。このため、それら２つの熱交換器１，Ａ１のトータルの高さ寸法を小さくし得るとともに、１次熱交換器１から２次熱交換器Ａ１に燃焼ガスを導くための専用部材を別途用いる必要もなく、温水装置ＷＨ１の全体構成の簡素化をも図ることができる。

図６〜図１３は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。

図６に示す温水装置ＷＨ２は、２つの燃焼器３Ａ，３Ｂ、２つの１次熱交換器１Ａ，１Ｂ、および２次熱交換器Ａ２を備えている。２次熱交換器Ａ２は、ケース２内が仕切り壁２９によって左右２つの部屋に区切られ、かつこれらの部屋に複数の伝熱管４Ａ，４Ｂが収容された構成を有している。ファン３１、燃焼器３Ａ、１次熱交換器１Ａ、および伝熱管４Ａは、一般給湯用の湯水加熱を行なうための第１の温水生成部Ｐ１を構成するものである。この第１の温水生成部Ｐ１は、先に述べた温水装置ＷＨ１とは伝熱管４，４Ａの向きなどの細部が相違するものの、その基本的な構成は温水装置ＷＨ１と同様であり、重複説明は省略する。

燃焼器３Ｂ、１次熱交換器１Ｂ、および伝熱管４Ｂは、たとえば床暖房用の湯水加熱を行なうための第２の温水生成部Ｐ２を構成するものである。その基本的な構成は、第１の温水生成部Ｐ１と同様であり、燃焼器３Ｂによって発生させた燃焼ガスから１次熱交換器１Ｂおよび伝熱管４Ｂによって顕熱および潜熱を順次回収し、１次熱交換器１Ｂや伝熱管４Ｂ内を流通する湯水（不凍液を含む）を加熱可能である。ただし、図７に示すように、伝熱管４Ａは、その長手方向がケース２の左右横幅方向となる向きに設定されているのに対し、伝熱管４Ｂは、その長手方向がケース２の前後奥行き方向となる向きに設定されている。このような構成によれば、伝熱管４Ａ，４Ｂの双方の長手方向をケース２の横幅方向に設定する場合よりも、伝熱管４Ａ，４Ｂのトータルの横幅を小さくし、ケース２の小サイズ化を図ることができる。ケース２の底壁部２０ａのうち、伝熱管４Ａ，４Ｂの中央部に対応する箇所には、給気口２１Ａ，２１Ｂが設けられ、かつこれに対応してガイド部材５Ａ，５Ｂが設けられている。ただし、給気口２１Ａは、ケース２の横幅方向に長い長円状または矩形状であるのに対し、給気口２１Ｂは、ケース２の奥行き方向に長い長円状または矩形状である。ガイド部材５Ａ，５Ｂもそれら給気口２１Ａ，２１Ｂに対応した形態とされ、給気口２１Ａ，２１Ｂからケース２内に流入した燃焼ガスをケース２の横幅方向にできる限り広がらないようにしつつ、ケース２内の後部側に向けて進行させ得るように構成されている。

本実施形態によれば、給気口２１Ａからケース２内に流入した燃焼ガスについては、前記実施形態の２次熱交換器Ａ１と同様な進路でケース２内を進行させて排気口２３に導くことができる。また、給気口２１Ｂからケース２内に流入した燃焼ガスについても、ガイド部材５Ｂのガイド作用によりケース２内の後部側に一旦進行させてから前部側に進行させて排気口２３に導くことができる。このような燃焼ガスの進行により、伝熱管４Ｂの略全体に対して燃焼ガスを効率良く作用させることが可能である。本実施形態から理解されるように、本発明においては、長円状の螺旋状管体を伝熱管として用いた場合、ガイド部材によって燃焼ガスを前記伝熱管の短手方向と長手方向とのいずれに進行させてもかまわない。また、本発明に係る熱交換器は、１つのケース内に複数組の伝熱管が組み込まれたいわゆる１缶複数回路方式のものとして構成することもできる。

図８に示す熱交換器Ａ３においては、ケース２Ｂの上壁部２０ｂ上に、排気口２３Ａおよび排ガス通路２３０ａを形成する補助部２３０が設けられており、上壁部２０ｂには、ケース２Ｂ内の第２の空間部２４Ｂと排ガス通路２３０ａとを連通させる開口部２３Ｂが設けられている。本実施形態においては、ケース２Ｂの第１の空間部２４Ａから第２の空間部２４Ｂに進行して熱回収を終えた燃焼ガス（排ガス）は、開口部２３Ｂから排ガス通路２３０ａを通過して排気口２３Ａに到達し、この排気口２３Ａからケース２Ｂの外部に排出される。本実施形態から理解されるように、排気口は必ずしもケースの前壁部に形成されていなくてもよく、要は、第２の空間部２４Ｂに連通した状態に設けられていればよい。

図９に示す熱交換器Ａ４においては、排気口２３がケース２Ｃの前壁部２０ｄ’には設けられておらず、後壁部２０ｃ’に設けられている。ガイド部材５は、給気口２１からケース２Ｃ内に進行してきた燃焼ガスを前方向Ｆｒに向けて進行させるように設けられており、ケース２Ｃの内部空間部のうち、給気口２１の形成箇所よりも前方側が第１の空間部２４Ａであり、後方側が第２の空間部２４Ｂである。また、本実施形態において、前壁部２０ｄ’は、本発明でいう第３の壁部に相当する。同図（ｂ）に示すように、熱交換器Ａ４は、たとえば前面部に開閉扉７８ａを備えた外装ケース７８内に収容されて用いられる。この場合において、ケース２Ｃの後壁部２０ｃ’に排気トップ部材８８Ａを取り付け、その一部を外装ケース７８の外部に露出させるといった手段が採用され、外装ケース７８の外部に排ガスを適切に排出できるように構成される。本実施形態から理解されるように、本発明においては、ケースの後部側に排気口を設けた構成とすることも可能であり、本発明でいう第１および第２の空間部がケース内の前部側および後部側のいずれであるかも問わない。

図１０に示す熱交換器Ａ５においては、給気口２１がケース２Ｄの上壁部２０ｂ’に設けられており、給気口２１およびガイド部材５の構成は、たとえば先述した熱交換器Ａ１の給気口２１およびガイド部材５を上下逆にしたのと同様となっている。したがって、本実施形態では、ケース２Ｄの上壁部２０ｂ’が本発明でいう第１の壁部に相当し、底壁部２０ａ’が本発明でいう第２の壁部に相当する。また、伝熱管４の最下段の管体部４２ａ”と底壁部２０ａ’との隙間２５ａが、本発明でいう第１の隙間に相当し、ガイド部材５の下部と底壁部２０ａ’との隙間２５ｂが、本発明でいう第２の隙間に相当する。本実施形態では、燃焼ガスの流れが先述した熱交換器Ａ１とは上下逆となる相違点はあるものの、熱交換器Ａ１と同様な熱回収作用が得られ、やはり伝熱管４の略全体に燃焼ガスを効率良く作用させて熱交換効率を高くすることができる。伝熱管４から底壁部２０ａ’上に流れ落ちたドレインについては、この底壁部２０ａ’上を円滑に流れさせて、たとえばドレイン排出口８８ｂからケース２Ｄの外部に適切に排出することが可能である。本実施形態から理解されるように、本発明においては、給気口をケースの底壁部以外の壁部に設けて、底壁部以外の壁部を本発明でいう第１の壁部とすることが可能である。

図１１に示す熱交換器Ａ６においては、複数の伝熱管４Ｃのそれぞれが直状管体を用いて構成されている。これら複数の伝熱管４Ｃは、給気口２１の形成領域を挟んでケース２Ｅ内の第１および第２の空間部２４Ａ，２４Ｂのそれぞれに位置するように、第１および第２のグループＧ１，Ｇ２に分かれている。第１のグループＧ１の一端には、入水ヘッド４６ａが設けられて、この入水ヘッド４６ａに供給された湯水は、第１のグループＧ１の伝熱管４Ｃを通過した後に補助ヘッド４６ｂを経由して第２のグループＧ２の伝熱管４Ｃを通過し、出湯ヘッド４６ｃに到達するように構成されている。給気口２１からケース２Ｅ内に流入した燃焼ガスは、ガイド部材５のガイド作用により第１の空間部２４Ａに向けて進行した後に、第２の空間部２４Ｂに進行して排気口２３から排気され、複数の伝熱管４Ｃの略全域に効率良く作用する。

図１２に示す熱交換器Ａ７においては、伝熱管４Ｄが平面視において蛇行した形状の管体を用いて構成されている。この伝熱管４Ｄは、フレキシブルチューブを用いて構成することも可能である。伝熱管４Ｄの一部は、給気口２１の形成領域よりもケース２の後部側の第１の空間部２４Ａに位置し、かつ他の一部は、ケース２の前部側の第２の空間部２４Ｂに位置している。このような構成によっても、給気口２１からケース２内に進入した燃焼ガスを伝熱管４Ｄの略全域に効率良く作用させることが可能である。本実施形態および先の図１１に示した実施形態から理解されるように、本発明においては、伝熱管として、螺旋状管体以外の管体を用いた構成とすることが可能である。

図１３に示す熱交換器Ａ８においては、給気口２１の形成領域よりも後部側の第１の空間部２４Ａのみに複数の伝熱管４が設けられ、かつ第２の空間部２４Ｂには伝熱管が設けられていない構成とされている。このような構成によれば、第２の空間部２４Ｂにおいては伝熱管を利用した熱回収が実行できないものの、第１の空間部２４Ａにおいては複数の伝熱管４の各所に対して燃焼ガスを効率良く作用させることが可能である。また、ガイド部材５からケース２の上壁部２０ｂへの熱伝達を抑制し、上壁部２０ｂが高温に加熱されることを抑制できるなど、本発明が意図する効果が得られる。したがって、本実施形態も本発明の技術的範囲に包摂される。なお、本実施形態においては、排気口２３と複数の伝熱管４との間にガイド部材５が位置しているために、このガイド部材５が遮音壁として機能する効果も得られる。より具体的には、燃焼ガスがケース２内に流入して各部を進行する場合には騒音（風きり音）が発生し、この音が排気口２３を介して外部に漏れるが、排気口２３に接近してこの排気口２３に対向するガイド部材５が存在すれば、このガイド部材５が遮音壁として機能し、ケース２の外部に漏れる騒音を小さくすることができることとなる。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る熱交換器および温水装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明でいうガイド部材は、図１に示されている一対の側板部５１を有しない構成としたり、図３に示されている傾斜部５ｃを有しない構成とすることができる。ガイド部材の取り付け手段としては、ガイド部材をケースの上壁部から吊り下げ支持させることに代えて、たとえばガイド部材を起立壁から上方に起立させた状態に設けることもできる。また、ガイド部材を伝熱管に取り付けて支持させた構成とすることもできる。ケースは、伝熱管の周囲を囲む複数の壁部と、加熱用気体の給気口および排気口とを有していればよく、その具体的な形状、サイズ、材質などは限定されない。本発明でいうケースの第１ないし第３の壁部が、底壁部、上壁部、および後壁部に限定されないことは、図９や図１０の実施形態において説明したとおりである。

上述した実施形態では、本発明に係る熱交換器が潜熱回収用の２次熱交換器として用いられているが、やはりこれに限定されない。たとえば、燃焼器によって発生された燃焼ガスから顕熱を回収するものとして、あるいは顕熱および潜熱の双方を回収するものとして構成することも可能である。本発明でいう温水装置とは、湯を生成する機能を備えた装置の意であり、一般給湯用、風呂給湯用、暖房用、あるいは融雪用などの各種の給湯装置、および給湯以外に用いられる湯を生成する装置を広く含む概念である。加熱用気体としては、燃焼ガス以外として、たとえばコージェネレーション用のガスエンジンや燃料電池からの排ガスを用いることもできる。

ＷＨ１，ＷＨ２ 温水装置
Ａ１〜Ａ８ ２次熱交換器（熱交換器）
２，２Ｂ〜２Ｅ ケース
３，３Ａ，３Ｂ 燃焼器（加熱用気体の供給手段）
４，４Ａ〜４Ｄ 伝熱管
５，５Ａ，５Ｂ ガイド部材
５ａ 上部（ガイド部材の）
５ｂ 下部（ガイド部材の）
５ｃ 傾斜部（ガイド部材の）
２０ａ 底壁部（第１の壁部）
２０ｂ 上壁部（第２の壁部）
２０ｃ 後壁部（第３の壁部）
２０ａ’ 底壁部（第２の壁部）
２０ｂ’ 上壁部（第１の壁部）
２０ｄ’ 前壁部（第３の壁部）
２１，２１Ａ，２１Ｂ 給気口
２２ 起立壁
２３，２３Ａ 排気口
２４Ａ 第１の空間部（ケース内の）
２４Ｂ 第２の空間部（ケース内の）
２５ａ 隙間（第１の隙間）
２５ｂ 隙間（第２の隙間）
２５ｃ 隙間（第３の隙間）
２５ｄ 隙間（第４の隙間）
４７ 隣接部

Claims (6)

1. 熱交換用の伝熱管と、
   この伝熱管を囲む複数の壁部ならびに加熱用気体の給気口および排気口を有し、かつ前記複数の壁部として、前記給気口が形成されている第１の壁部、この第１の壁部に対して前記伝熱管を挟んで対向し、かつ前記伝熱管との間に第１の隙間を形成する第２の壁部、ならびに前記第１および第２の壁部どうしを繋ぐ第３の壁部を含んでいるとともに、内部空間部として、前記給気口の形成箇所よりも前記第３の壁部側に位置して前記伝熱管の少なくとも一部分が配置されている第１の空間部およびこの第１の空間部とは前記給気口の形成箇所を挟んで反対側に位置する第２の空間部とを有しており、この第２の空間部に前記排気口が連通しているケースと、
   前記給気口から前記ケース内に進入した加熱用気体が前記第１の空間部に向けて進行した後に前記第２の空間部に向かうように前記加熱用気体をガイドするガイド部材と、
   を備えている、熱交換器であって、
   前記ガイド部材と前記第２の壁部との間には、前記第１の隙間に連通する第２の隙間が形成されており、前記ガイド部材によって前記第１の空間部に進行するようにガイドされた加熱用気体の一部は、その後に前記第１および第２の隙間を通過して前記第２の空間部に進行可能な構成とされていることを特徴とする、熱交換器。
2. 前記伝熱管は、前記第１の空間部において前記第１の壁部との間に第３の隙間を形成しており、
   前記ガイド部材は、前記給気口と前記第３の隙間との間を仕切らないように設けられて、前記給気口から前記ケース内に進行してきた加熱用気体の一部を前記第３の隙間に向けて進行させることが可能に構成されている、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記伝熱管は、前記第１および第２の空間部のそれぞれに位置し、かつ前記第２の空間部において前記ガイド部材に対向して隣接する隣接部を有しており、
   前記ガイド部材は、前記第１の空間部を挟んで前記ガイド部材に対向している前記第３の壁部から遠ざかるほど前記第２の壁部からの離間距離が大きくなるように傾斜した傾斜部を有し、前記第１の隙間から前記第２の隙間に進行した加熱用気体の一部は、前記傾斜部に沿って進行することにより前記伝熱管の前記隣接部に向かうように構成されている、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記給気口の周縁部には、前記伝熱菅から前記第１の壁部上にドレインが流れ落ちたときにこのドレインが前記給気口に流れ込むことを防止する起立壁が設けられ、
   前記ガイド部材は、前記第１の壁部上に流れ落ちたドレインを塞き止めないように前記第１の壁部との間に第４の隙間を形成する下部を有し、かつこの下部は、前記起立壁から離間した状態で前記起立壁の外方側に位置している、請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記ガイド部材の下部と前記起立壁とは、前記第１および第２の空間部が並ぶ方向において互いにオーバラップしている、請求項４に記載の熱交換器。
6. 加熱用気体の供給手段と、
   前記加熱用気体から熱回収を行なって湯水加熱を行なう熱交換器と、
   を備えている、温水装置であって、
   前記熱交換器として、請求項１ないし５のいずれかに記載の熱交換器が用いられていることを特徴とする、温水装置。

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