(57)【要約】【課題】加熱用気体からの伝熱管による熱回収量を従来よりも多くし、熱効率の向上を適切に図ることが可能な温水装置を提供する。【解決手段】加熱用気体が供給されるケース５内に伝熱管６，７が収容されている熱交換器Ｈ２と、伝熱管６，７の加熱用気体流れ方向下流側に配され、かつ伝熱管６，７の配置領域を通過した加熱用気体を熱交換器Ｈ２の後段の機器または部材８に向けて進行可能とする複数の通気孔４０を有する整流板４と、を備えている、温水装置ＷＨであって、複数の通気孔４０は、伝熱管６，７のうち、加熱用気体流れ方向とは交差する方向に延びて整流板４に接近している複数の管体部６０ａに対し、加熱用気体流れ方向にオーバラップした配置に設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱用気体が供給されるケース内に伝熱管が収容されている熱交換器と、
前記伝熱管の加熱用気体流れ方向下流側に配され、かつ前記伝熱管の配置領域を通過した加熱用気体を前記熱交換器の後段の機器または部材に向けて進行可能とする複数の通気孔を有する整流板と、
を備えている、温水装置であって、
前記複数の通気孔は、前記伝熱管のうち、加熱用気体流れ方向とは交差する方向に延びて前記整流板に接近している複数の管体部に対し、加熱用気体流れ方向にオーバラップした配置に設けられていることを特徴とする、温水装置。
【請求項２】
請求項１に記載の温水装置であって、
前記整流板は、前記整流板と前記伝熱管の前記複数の管体部との相互間距離が、前記複数の管体部の外径の１／２以下となるように配されている、温水装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の温水装置であって、
前記複数の通気孔の直径または幅は、前記複数の管体部の外径よりも小さくされている、温水装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の温水装置であって、
前記複数の通気孔は、前記複数の管体部のそれぞれの軸長方向に延びた長孔状またはスリット状とされている、温水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガスなどの加熱用気体から伝熱管を利用して熱回収を行なうことにより温水を生成するタイプの給湯装置などの温水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温水装置の具体例として、特許文献１，２に記載のものがある。
これらの文献に記載の温水装置は、バーナにより発生された燃焼ガスから熱回収を行なって湯水加熱を行なうための伝熱管がケース内に配された熱交換器、およびこの熱交換器の燃焼ガス流れ方向下流側に配された整流板を備えている。整流板は、熱交換器の燃焼ガス流れ方向下流側を塞ぐプレート状の本体部に、燃焼ガスを通過させるための複数の通気孔が設けられた構成であり、燃焼ガス流通経路の通気抵抗を適度とし、たとえばバーナの強燃焼時における振動燃焼を防止するのに役立つ。また、燃焼ガスが熱交換器を通過する際に燃焼ガスが熱交換器の幅方向の片側に大きく偏って流れるようなことをなくし、伝熱管の各部に対する燃焼ガスの作用度合いを均等化するといったことにも役立つ。
【０００３】
しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。
【０００４】
前記したような温水装置においては、伝熱管により燃焼ガスからの熱回収量を多くし、できる限り熱効率を高めることが要望される。その一方、従来において、整流板は、適度な通気抵抗を生じさせること、あるいは熱交換器内に燃焼ガス流れの大きな偏りを生じさせないことなどを目的として用いられており、整流板に設けられている複数の通気孔と伝熱管との相対的な位置関係は、とくに考慮されていない。
【０００５】
このため、たとえば図９に示すように、整流板４ｅを伝熱管６ｅの下方に接近して配置させた場合、最下端の管体部６０ｅと整流板４ｅの複数の通気孔４０ｅとは、左右幅方向において互いに位置ずれした構成となる。このような構成において、最下端の管体部６０ｅにその上方から下向きに燃焼ガスが進行すると、この燃焼ガスは、管体部６０ｅの配置箇所を通過した際に、左右に分岐した状態のまま２つの通気孔４０ｅに向けて流れる。これでは、管体部６０ｅの下面部Ｓａ（燃焼ガス流れ方向下流側の部分）に、燃焼ガスが有効に作用しないこととなる。したがって、熱回収量を多くし、熱効率を高める観点からすると、未だ改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−２０７２７１号公報
【特許文献２】特開２０１８−１０９４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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り、燃焼ガスなどの加熱用気体からの伝熱管による熱回収量を従来よりも多くし、熱効率の向上を適切に図ることが可能な温水装置を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明により提供される温水装置は、加熱用気体が供給されるケース内に伝熱管が収容されている熱交換器と、前記伝熱管の加熱用気体流れ方向下流側に配され、かつ前記伝熱管の配置領域を通過した加熱用気体を前記熱交換器の後段の機器または部材に向けて進行可能とする複数の通気孔を有する整流板と、を備えている、温水装置であって、前記複数の通気孔は、前記伝熱管のうち、加熱用気体流れ方向とは交差する方向に延びて前記整流板に接近している複数の管体部に対し、加熱用気体流れ方向にオーバラップした配置に設けられていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、図４を参照して後述する作用からも理解されるように、伝熱管のうち、整流板に接近している複数の管体部に対し、加熱用気体が作用する場合、各管体部の外面に沿って流れた加熱用気体は、その後に各管体部の加熱用気体流れ方向にオーバラップした配置の通気孔に向けて進行する。このため、前記加熱用気体は、各管体部の加熱用気体流れ方向下流側に回り込み、各管体の外面の加熱用気体流れ方向下流側の部分に有効に作用することとなる。したがって、本発明によれば、加熱用気体が各管体部の外面の加熱用気体流れ方向の下流側の部分に有効に作用しない従来技術と比較すると、各伝熱管による熱回収量を多くし、温水装置の熱効率を高めることが可能である。
本発明においては、整流板の通気孔の配置を変更することにより熱効率を高めることが可能であり、従来技術と比較して、特殊な装置や部材を別途追加する必要はない。したがって、製造作業の煩雑化や、製造コストの上昇などの不具合も適切に回避することができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、前記整流板は、前記整流板と前記伝熱管の前記複数の管体部との相互間距離が、前記複数の管体部の外径の１／２以下となるように配されている。
【００１２】
このような構成によれば、伝熱管の複数の管体部と、これらに対応する通気孔とを十分に接近した配置とし、各管体部の外面に当たって分岐した流れの加熱用気体が、各管体部の加熱用気体下流側に回り込み易くなる。したがって、熱効率を高める上で、一層好ましいものとなる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、前記複数の通気孔の直径または幅は、前記複数の管体部の外径よりも小さくされている。
【００１４】
このような構成によれば、伝熱管の各管体部の外面に当たって分岐した流れの加熱用気体が、各管体部の加熱用気体下流側の広い範囲に作用することがより促進される。したがって、熱効率を高める上で、さらに好ましいものとなる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、前記複数の通気孔は、前記複数の管体部のそれぞれの軸長方向に延びた長孔状またはスリット状とされている。
【００１６】
このような構成によれば、伝熱管の各管体部に作用する加熱用気体が、各管体部の加熱用気体流れ方向下流側に回り込む作用は、各通気孔が設けられた箇所において生じる。このため、各通気孔が、各管体部の軸長方向に延びた長孔状またはスリット状であれば、前記した作用が長寸法範囲にわたって適切に得られることとなる。したがって、伝熱管の各管体部に加熱用気体を効率よく作用させる上で、一層好ましいものとなる。
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る温水装置の一例を示す要部正面断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】（ａ）は、図１の要部拡大断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部をさらに拡大した断面図である。
【図５】図１に示す温水装置の２次熱交換器の底面図である。
【図６】図１に示す温水装置の整流板の底面図である。
【図７】整流板の他の例を示す底面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、整流板の他の例を示す底面図である。
【図９】従来技術の一例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１に示す温水装置ＷＨは、仮想線で一部分が示されたバーナ１、１次熱交換器Ｈ１、２次熱交換器Ｈ２、整流板４、排気集合筒８、および排気ダクト８０を備えている。
【００２１】
バーナ１は、従来既知の逆燃焼方式のものである。このバーナ１においては、不図示のファンから吐出される燃焼用空気に燃料ガスが混合され、かつこの混合気が通気性を有する混合気噴射部材１０を介して１次熱交換器Ｈ１の缶体２内に下向きに噴射される。混合気には点火がなされ、缶体２内には加熱用気体としての燃焼ガスが供給される。
【００２２】
１次熱交換器Ｈ１は、顕熱回収用であり、前記した缶体２に加え、缶体２内に収容された伝熱管３、吸熱用の複数のフィン２５、および複数の胴パイプ３９を備えている。胴パイプ３９は、湯水加熱用の吸熱に加え、缶体２の複数の側壁部２０を冷却する役割を果たし、それら複数の側壁部２０の内面に沿って設けられている。伝熱管３は、缶体２内に横架設されて上下および水平方向に複数並んだ直状管体部３０が、複数のベンド管３６（図２および図３を参照）を介して一連に接続された構成であり、複数のフィン２５が接合されたいわゆるフィンチューブである。胴パイプ３９の入水口３８に供給された湯水は、胴パイプ３９を通過した後に、伝熱管３に流れ込み、出湯口３７に到達し、このような過程において湯水加熱がなされる。
【００２３】
２次熱交換器Ｈ２は、潜熱回収用であり、１次熱交換器Ｈ１の下側に接続されており、第１および第２の伝熱管６（６ａ，６ｂ），７が、ケース５内に収容された構成である。第１および第２の伝熱管６，７は、ともに蛇行状伝熱管である。第１の伝熱管６は、図２に示すように、水平方向に延びる複数の直状管体部６０が、側面視半円弧状の複数の接続管体部６１を介して一連に繋がった蛇行状であり、各直状管体部６０が上下高さ方向に並んだ起立姿勢とされている。
【００２４】
ただし、互いに隣り合う第１の伝熱管６どうしの間には高低段差が設けられており、これらは図１の正面視において、千鳥配列となっている。各第１の伝熱管６ａは、各第１の伝熱管６ｂと比較して適当な寸法Ｌａだけ全体の高さが低くされている。このような高低差は、第１の伝熱管６への燃焼ガスの接触度合いを高め、熱効率を高める上で有効である。
【００２５】
第２の伝熱管７は、図３に示すように、上下に傾斜した直状管体部７０が、側面視半円弧状の複数の接続管体部７１を介して一連に繋がった蛇行状であり、各直状管体部７０が上下高さ方向に並んだ起立姿勢とされている。第１および第２の伝熱管６，７の両端部は、ケース５の外部に設けられた入水用および出湯用のヘッダ７８ａ，７８ｂに接続されている。入水用のヘッダ７８ａには、非加熱の湯水が供給され、かつこの湯水は、その後に
第１および第２の伝熱管６，７を通過して出湯用のヘッダ７８ｂに到達した後に、１次熱交換器Ｈ１の入水口３８に供給される（ただし、湯水の流れ方は、これに限定されない）。第２の伝熱管７は、各直状管体部７０が上下に傾斜しているため、水抜き性がよく、冬季に第１の伝熱管６内が凍結した場合であっても、この第２の伝熱管７に湯水を流通させることにより、温水供給を可能とするものである。
図１に示すように、第２の伝熱管７は、２次熱交換器Ｈ２の幅方向において、たとえば複数の第１の伝熱管６の左右両外側に位置するようにして計２箇所設けられている。
【００２６】
排気集合筒８は、２次熱交換器Ｈ２の下部に接続されており、２次熱交換器Ｈ２を下向きに通過して熱回収を終えた燃焼ガス（排ガス）が内部に流入するケース状の部材であり、本発明でいう「熱交換器の後段の機器または部材」の一例に相当する。この排気集合筒８に進入した排ガスは、その後に排気ダクト８０を通過して所定の排気口（図示略）に導かれて外部に排出される。
【００２７】
整流板４は、複数の通気孔４０が形成された平面視略矩形のプレート状の本体部４１を有しており、２次熱交換器Ｈ２のケース５内のうち、複数の第１および第２の伝熱管６，７の下方（燃焼ガス流れ方向下流側）に配されている。本体部４１は、ケース５内を閉塞するように設けられており、２次熱交換器Ｈ２によって熱回収を終えた燃焼ガスは、複数の通気孔４０を通過して排気集合筒８内に進行する。整流板４をより詳細に説明すると、次に述べるような構成とされている。
【００２８】
すなわち、図４によく表れているように、整流板４の複数の通気孔４０は、第１の伝熱管６ａ（６）の最下端に位置する直状管体部６０ａ（６０）の直下に位置しており、直状管体部６０ａに対し、燃焼ガス流れ方向にオーバラップした配置である。直状管体部６０ａは、本発明でいう「加熱用気体流れ方向とは交差する方向に延びて整流板に接近している複数の管体部」の一例に相当する。
通気孔４０は、第１の伝熱管６ｂ（６）および第２の伝熱管７に対応した配置には設けられていない。整流板４は、直状管体部６０ａに接近した配置であり、好ましくは、整流板４と直状管体部６０ａとの相互間距離Ｌｂは、直状管体部６０ａの外径Ｄ１の１／２以下とされている。
【００２９】
図５は、２次熱交換器Ｈ２の底面図であり、複数の第１の伝熱管６ａの最下端の直状管体部６０ａには、網点模様を付している。各直状管体部６０ａは、２次熱交換器Ｈ２の前後方向に延びているのに対し、図６に示すように、整流板４の複数の通気孔４０は、各直状管体部６０ａと同方向に延びた長孔状またはスリット状として形成されている。
【００３０】
複数の通気孔４０の短手方向（２次熱交換器Ｈ２の左右幅方向）の幅Ｗは、図６の左端に位置する通気孔４０が最も広く、かつ矢印Ｎａで示す右側に進むほど、段階的に狭くなっている。本実施形態では、排気ダクト８０が２次熱交換器Ｈ２の右側に位置しており、複数の通気孔４０の各所の幅を同一に揃えると、整流板４の左側領域の通気孔４０を通過する燃焼ガスの量が、右側領域の通気孔４０を通過する燃焼ガスの量よりも少なくなり、２次熱交換器Ｈ２内を流れる燃焼ガス量の分布に偏りを生じる虞がある。前記構成は、そのような虞を解消し、２次熱交換器Ｈ２の熱効率を高めるのに役立つ。
【００３１】
また、各通気孔４０は、前後方向の中央部付近が最も幅広であって、中央部付近から矢印Ｎｂで示す前後両端側に進むほど、幅狭となる形状とされている。これは、２次熱交換器Ｈ２の前後幅方向の中央寄り領域を流れる燃焼ガスの量を多くし、かつケース５の側壁部５０に沿って流れる燃焼ガスの量を少なくすることにより、２次熱交換器Ｈ２の熱効率を高めるのに役立つ。
ただし、複数の通気孔４０のそれぞれは、直状管体部６０ａの外径Ｄ１よりも小幅とさ
れている。
【００３２】
次に、前記した温水装置ＷＨの作用について説明する。
【００３３】
まず、バーナ１により発生された燃焼ガスは、１次熱交換器Ｈ１および２次熱交換器Ｈ２内を通過し、整流板４の複数の通気孔４０を通過して排気集合筒８内に流れ込む。ここで、燃焼ガスが２次熱交換器Ｈ２内を流れる場合、概略的には、図４（ａ）の矢印で示すような燃焼ガス流れとなる。また、同図（ｂ）に示すように、最下段の直状管体部６０ａの位置に燃焼ガスが到達すると、この燃焼ガスは、直状管体部６０ａの外周面の上面部および側面部付近においては左右に分岐して流れるものの、直状管体部６０ａの直下近傍に通気孔４０が存在することに起因し、直状管体部６０ａの下方領域に回り込む。したがって、前記燃焼ガスは、直状管体部６０ａの外周面の下面部にも有効に作用することとなり、直状管体部６０ａの外周面の全周に対して燃焼ガスを適切に作用させることができる。その結果、第１の伝熱管６による熱回収量を多くし、熱効率を高めることができる。
【００３４】
とくに、本実施形態においては、複数の通気孔４０は、直状管体部６０ａに対し、その外径Ｄ１の１／２以下の接近した距離にあり、しかも複数の通気孔４０の短手方向の幅は、外径Ｄ１よりも小さくされているため、燃焼ガスが直状管体部６０ａの下方領域に回り込む作用がより確実に得られる。また、図６を参照して説明したように、複数の通気孔４０が直状管体部６０ａの長手方向に延びた長孔状またはスリット状であるため、直状管体部６０ａの下方領域に燃焼ガスが回り込む作用は、直状管体部６０ａの長手方向の略全長域にわたって得られることとなり、より好ましいものとなる。
【００３５】
図７および図８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すこととし、重複説明は省略する。
【００３６】
図７に示す整流板４ａにおいては、複数の通気孔４０のそれぞれが円形孔とされている。図示説明は省略するが、各通気孔４０は、第１の伝熱管６ａの最下端の直状管体部６０ａの直下に位置している。
なお、複数の通気孔４０の直径Ｄ２は、左端の前後方向中央部付近に位置する通気孔４０の直径Ｄ２（Ｄ２ａ）が最も大きく、矢印Ｎａで示す右側に進むほど小さくなり、右端に位置する通気孔４０の直径Ｄ２（Ｄ２ｂ）は、Ｄ２ａ＞Ｄ２ｂである。また、２次熱交換器Ｈ２の前後方向（同図の上下方向）においては、中央部付近の通気孔４０が最も直径Ｄ２が大きく、中央部付近から矢印Ｎａで示す前後両端部側に進むほど、直径Ｄ２が小さくなっている。前後両端部付近に位置する通気孔４０の直径Ｄ２ｃは、Ｄ２ａ＞Ｄ２ｃの関係である。
【００３７】
本実施形態においては、前記実施形態とは異なり、各通気孔４０が円形孔とされているが、各通気孔４０は、第１の伝熱管６ａの最下端の直状管体部６０ａの直下に位置しているため、前記実施形態と同様に、燃焼ガスを直状管体部６０ａの下方領域に回り込ませ、本発明が意図する作用を得ることが可能である。また、複数の通気孔４０の直径Ｄ２を相違させているため、前記実施形態において複数の通気孔４０の幅Ｗを相違させた構成により得られるのと同様な作用も得られる。
【００３８】
図８（ａ）に示す整流板４ｂにおいては、複数の通気孔４０が、各所の幅Ｗが略同一に揃えられた長孔状またはスリット状とされている。同図（ｂ）に示す整流板４ｃにおいては、複数の通気孔４０が、直径Ｄ２が略同一に揃えられた円形孔とされている。
このような構成であっても、複数の通気孔４０が、直状管体部６０ａの直下に位置していることにより、本発明が意図する作用を得ることができる。本発明においては、複数の
通気孔の幅または直径が、略同一に揃えられているか否かは問わない。
【００３９】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る温水装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
【００４０】
本発明における整流板の通気孔は、前記したような長孔状またはスリット状、もしくは円形状のものに限らず、これ以外の形状の通気孔とし、また形状が異なる通気孔が組み合わされた構成とすることもできる。
上述の実施形態においては、複数の通気孔４０が、複数の最下端の直状管体部６０ａのそれぞれの直下の全ての箇所に対応して設けられており、本発明が意図する作用を得る上で好ましいが、本発明はこれに限定されない。複数の最下端の直状管体部６０ａのそれぞれの直下のうち、通気孔４０が設けられていない箇所が一部に存在する構成とすることもできる。また、一部の通気孔４０が、最下端の直状管体部６０ａの直下とは異なる箇所に設けられた構成とすることもできる。
整流板４は、２次熱交換器Ｈ２に代えて、排気集合筒８に取付けられた構成とすることも可能である。要は、整流板は、熱交換器の伝熱管の加熱用気体下流側に配されていればよい。
【００４１】
本発明に係る温水装置は、顕熱および潜熱をそれぞれ回収する１次熱交換器および２次熱交換器を備えたものに限らず、顕熱回収用の熱交換器のみを備えたものとすることもできる。この場合には、この熱交換器の伝熱管の下流側に整流板が配される。
熱交換器の後段の機器または部材は、排気集合筒に限定されない。
本発明でいう熱交換器の伝熱管は、蛇行状管体を用いたものに限らず、これ以外の様々な構成の伝熱管を用いたものとすることができる。
温水装置は、逆燃焼方式に限らず、たとえば正燃焼方式とすることも可能である。正燃焼方式では、燃焼ガスが上向きに進行するため、整流板の複数の通気孔は、伝熱管のうち、整流板に接近した管体部の直上に設けられることとなる。
加熱用気体は、燃焼ガスに限定されず、たとえばコージェネレーションシステムにおいて発生する高温の排ガスなどとすることもできる。
【符号の説明】
【００４２】
ＷＨ  温水装置
Ｈ１  １次熱交換器
Ｈ２  ２次熱交換器
１  バーナ
４，４ａ〜４ｃ  整流板
４０  通気孔
６（６ａ，６ｂ）  第１の伝熱管（伝熱管）
６０ａ  直状管体部
７  第２の伝熱管（伝熱管）
８  排気集合筒（熱交換器の後段の機器または部材）
【図１】
2020051671.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020051671.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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