(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスが内部に導入される筐体部を有し、当該筐体部内において湯水又は熱媒体が当該燃焼ガスの熱を回収して熱交換する熱交換器であって、
湯水又は熱媒体が流れる複数の受熱管と、燃焼ガスの流通方向を規制する規制板とを筐体部内に備え、
前記複数の受熱管は、並列に隣接して配列されており、
前記受熱管は、燃焼ガスの流れ方向を横断する複数の横断部と、湯水又は熱媒体の流れ方向上流側に位置する横断部と下流側に位置する横断部との間を接続する折返部とを有し、前記折返部は、上流側の横断部から供給されてきた湯水又は熱媒体の流れを折り返し、下流側の横断部に供給できるものであり、
前記規制板は、一部の燃焼ガスの通過を許す通気部を有し、
前記通気部は、受熱管の横断部と折返部との接続部近傍であって受熱管の燃焼ガスの流れ方向上流側に配置され、
受熱管の配列方向に長い長孔形状、又は、受熱管の配列方向に並んでいる複数の孔の集合体であり、
前記規制板は、少なくとも平面部と曲面部を有する板状部材であり、
前記平面部は、前記通気部が設けられると共に、燃焼ガスの流れ方向と交差する角度に配置されており、前記曲面部側から張出方向に向かって上り勾配に傾斜しており、
前記曲面部は前記筐体部の内壁面に固定され、前記筐体部の内壁面と前記折返部の間に形成される隙間を横断して延びるものであり、
前記通気部を通過した燃焼ガスを下流側の受熱管に流すことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記規制板は、複数設けられ、前記筐体部の側壁に燃焼ガスの流れ方向に千鳥状に配されて固定されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
燃料を燃焼する燃焼手段と、
当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが下方に向けて流れる燃焼ガス通路と、
当該燃焼ガス通路に対して燃焼ガスの流れ方向下流側に存在し、燃焼ガス通路を通過してきた燃焼ガスを受け入れて通過させ、上方に向けて流れ方向を変化させる排気集合部と、
当該排気集合部から送られてきた燃焼ガスを受け入れて通過させ、上方に向けて流すことが可能な熱交排気部と、
前記燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水又は熱媒体を加熱可能な一次熱交換器と、
前記熱交排気部内に配された二次熱交換器とを備え、
前記二次熱交換器が請求項１又は２に記載の熱交換器であることを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、並びに、燃焼装置に関するものであり、特に潜熱回収用の熱交換器を備えた燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給湯器や風呂装置等の熱源として、ガスや液体燃料を燃焼する燃焼装置が多用されている。また、近年、省エネルギーや環境保護の観点から、従来の燃焼装置よりもさらに熱効率の高い燃焼装置が切望されている。そこで、かかる要望を解決すべく複数の熱交換器を備えた燃焼装置や、燃焼ガスの顕熱に加えて潜熱も回収可能な潜熱回収型の燃焼装置が提案されている。
【０００３】
従来技術の潜熱回収型の燃焼装置は、例えば特許文献１に開示されているような構成を有するものであり、主として燃焼ガスの顕熱を回収する顕熱回収用の熱交換器（一次熱交換器）と、主として燃焼ガスの潜熱を回収する（残存する顕熱も回収する）潜熱回収用の熱交換器（二次熱交換器）を備えたものである。
【０００４】
ところで、二次熱交換器は、燃焼ガスの潜熱までも回収しようとするものであるため、効率的な構成が望まれていた。
【０００５】
そのため、従来技術の燃焼装置においては、二次熱交換器を構成する受熱管を蛇行形状とし、同形状の複数の受熱管を湯水の流れが平行となるように隣接して配列している。さらに、その二次熱交換器には、受熱管が折り返される位置の近傍に偏向部材を設けている。これにより、燃焼ガスが蛇行形状の受熱管に沿って通過できるため、燃焼ガスは受熱管を流れる湯水と対向流の関係となり、より効率的な熱交換が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３３５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術の燃焼装置では、偏向部材における燃焼ガスが衝突する面（燃焼ガスの流れ方向上流側の面）と反対側の面（燃焼ガスの流れ方向下流側の面）の近傍に位置する受熱管に燃焼ガスが流れず（流体は抵抗の小さい経路を通過しようとするため）、当該位置において熱交換が行われないという不満があった。
【０００８】
そこで、前記不満を解消させるべく、従来技術の燃焼装置においては、受熱管が折り返される全ての位置に偏向部材を配して、燃焼ガスを前記偏向部材の反対側の面に強制的に通過させる方策が提案されているが、受熱管の全ての折り返し位置に偏向部材を配した場合、二次熱交換器における燃焼ガスに対する通気抵抗が著しく上昇して、燃焼ガスを発生させる燃焼部の燃焼状態に不具合を生じさせる懸念があった。
【０００９】
そこで本発明は、燃焼時に不具合を生じさせることなく、熱効率のさらなる向上を図ることができる熱交換器、並びに、燃焼装置を開発することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃焼ガスが内部に導入される筐体部を有し、当該筐体部内において湯水又は熱媒体が当該燃焼ガスの熱を回収して熱交換する熱交換器であって、湯水又は熱媒体が流れる複数の受熱管と、燃焼ガスの流通方向を規制する規制板とを筐体部内に備え、前記複数の受熱管は、並列に隣接して配列されており、前記受熱管は、燃焼ガスの流れ方向を横断する複数の横断部と、湯水又は熱媒体の流れ方向上流側に位置する横断部と下流側に位置する横断部との間を接続する折返部とを有し、前記折返部は、上流側の横断部から供給されてきた湯水又は熱媒体の流れを折り返し、下流側の横断部に供給できるものであり、前記規制板は、一部の燃焼ガスの通過を許す通気部を有し、前記通気部は、受熱管の横断部と折返部との接続部近傍であって受熱管の燃焼ガスの流れ方向上流側に配置され、受熱管の配列方向に長い長孔形状、又は、受熱管の配列方向に並んでいる複数の孔の集合体であり、前記規制板は、少なくとも平面部と曲面部を有する板状部材であり、前記平面部は、前記通気部が設けられると共に、燃焼ガスの流れ方向と交差する角度に配置されており、前記曲面部側から張出方向に向かって上り勾配に傾斜しており、前記曲面部は前記筐体部の内壁面に固定され、前記筐体部の内壁面と前記折返部の間に形成される隙間を横断して延びるものであり、前記通気部を通過した燃焼ガスを下流側の受熱管に流すことを特徴とする熱交換器である。
【００１１】
一般に、潜熱回収型の熱交換器は、当該熱交換器の上流側に位置する顕熱回収型の熱交換器（一次熱交換器）により、高温の燃焼ガスの顕熱が回収されているため、一次熱交換器より下流側に位置する潜熱回収型の熱交換器（二次熱交換器）を通過する燃焼ガスは低温（一次熱交換器を通過する際より低温）である。即ち、低温の燃焼ガスから潜熱を回収して湯水又は熱媒体を加熱するために、潜熱回収型の熱交換器には、効率的に熱を回収する構成が望まれていた。
そこで、本発明の熱交換器は、当該受熱管は横断部と折返部によりほぼ蛇行した形状とされている。これにより、同じ容積中であっても、受熱管の蛇行形状により、全体長さをより長くできるため、受熱管の表面積が増加され、燃焼ガスと接触し得る有効面積が増加し、熱効率が高くなる。
【００１２】
さらに、本発明の熱交換器は、一部の燃焼ガスの通過を許す通気部を有する規制板を備えているため、従来技術の熱交換器では流れ込みにくかった場所に対して、燃焼ガスを通過させることができる。即ち、本発明の熱交換器によれば、燃焼ガスは通気部を介して、規制板における燃焼ガスの流れ方向下流側の面近傍にも流れ込むことが可能となり、さらなる熱効率の上昇を図ることができる。
また、通気部から一部の燃焼ガスを通過させることで、筐体部内で燃焼ガスの通気抵抗が過度に上昇することを防止できるため、規制板を複数設けた場合であっても燃焼時に不具合を生じさせることない。
従って、本発明の熱交換器であれば、燃焼時に不具合を生じさせることなく、熱効率のさらなる向上を図ることができる。
【００１３】
本発明の熱交換器は、前記通気部は、受熱管の横断部と折返部との接続部近傍に配置されたものである。
【００１４】
かかる構成によれば、受熱管の横断部と折返部との接続部近傍に通気部が配置されているため、比較的流れ込みにくい場所に対して燃焼ガスを流すことができる。
ここで、周知の事実の通り、流体は抵抗の小さい経路を流れようとすることが知られている。即ち、燃焼ガスが折返部近傍を流れる場合、比較的抵抗が小さい筐体部と受熱管の折返部との隙間を通過しようとする。このため、通気部を折返部と筐体部との隙間近傍に配置させると、殆どの燃焼ガスが抵抗が小さい前記隙間に集中して通過するため、熱効率が低下する可能性がある。
そこで、本発明の熱交換器では、通気部を折返部と横断部との接続部近傍に配した構成としているため、燃焼ガスが折返部と筐体部の隙間に殆ど流れるとなく、規制板における燃焼ガスの流れ方向下流側の面近傍（比較的流れにくい場所）に位置する受熱管に対して燃焼ガスを流すことができる。これにより、本発明の熱交換器では、受熱管に対して燃焼ガスが行き届かない箇所がほぼなくなるため、より効率的に熱交換を行うことができる。
【００１５】
本発明の熱交換器は、前記複数の受熱管は、並列に隣接して配列されており、前記通気部は、受熱管の配列方向に長い長孔形状、又は、受熱管の配列方向に並んでいる複数の孔の集合体となっている。
【００１６】
通気部が長孔形状である構成によれば、通気部が受熱管の配列方向に長い長孔形状（例えば、スリット状や「Ｓ」字型など）であるため、比較的加工が容易である。また、通気部を受熱管の配列分に相当する長さに加工することで、より効果的に熱効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
また本発明の熱交換器では、前記通気部は、複数の孔の集合体であり、前記孔は、受熱管の配列方向に並んでいるものであってもよい。
【００１８】
かかる構成によれば、通気部は複数の孔の集合体であり、その孔は受熱管の配列方向に並んでいるため、例えば、受熱管の配列の数と同数の孔を設けることで、各受熱管に対して集中的に燃焼ガスを流通させることができる。これにより、より熱効率が高い熱交換器を提供することができる。
【００１９】
本発明は、前記規制板は、少なくとも平面部を有する板状部材であり、前記平面部は、前記通気部が設けられると共に、燃焼ガスの流れ方向と交差する角度に配置されている。
【００２０】
本発明の熱交換器は、規制板が少なくとも平面部を有する板状部材であり、その平面部は燃焼ガスの流れ方向と交差する角度とされているため、熱交換器を流れる燃焼ガスは、平面部に衝突して確実に滞留する。また、平面部には通気部が設けられているため、平面部における燃焼ガスの衝突面と反対側の面（燃焼ガスの流れ方向下流側の面）近傍に対しても燃焼ガスを流すことができる。従って、本発明の熱交換器によれば、熱効率をより効果的に向上させることが可能である。
【００２１】
本発明は、前記規制板は、さらに曲面部を有しており、前記平面部は、前記曲面部側から張出方向に向かって上り勾配に傾斜している。また、前記曲面部の一方の端部に前記平面部が配されることが望ましい。
【００２２】
本発明の熱交換器は、規制板がさらに曲面部を有し、曲面部の一方の端部に平面部が配され、その平面部は曲面部から張出方向に向かって上り勾配に傾斜している。これにより、燃焼ガスの流れは、曲面部及び傾斜した平面部に沿って流れが規制されるため、燃焼ガスには過度に抵抗が生じることがない。即ち、燃焼ガスの流れは、平面部により一時的に滞留されるが、曲面部と傾斜した平面部により、ほぼ円滑に排気方向に流れる。
従って、本発明の熱交換器は、規制板が燃焼ガスの流れを過度に阻害しないため、複数の規制板を設けた場合であっても、燃焼時に不具合を生じさせることがない。即ち、本発明の熱交換器によれば、燃焼ガスの通気抵抗の増加を最小限に抑えて燃焼時の不具合を防止しつつ、規制板により燃焼ガスの排気を遅延させて熱効率を向上させることができる。
【００２３】
本発明の熱交換器は、前記規制板は、複数設けられ、前記筐体部の側壁に燃焼ガスの流れ方向に千鳥状に配されて固定されたものであることが望ましい。（請求項２）
【００２４】
かかる構成によれば、複数の規制板が燃焼ガスの流れ方向千鳥状に配されているため、通過する燃焼ガスを受熱管と同じように蛇行させながら流すことができる。これにより、燃焼ガスの排気がより遅延されるため、熱効率のさらなる向上が期待できる。
例えば、全ての折返部が配置する位置に規制板を配することで、受熱管の全ての位置で燃焼ガスの流れと受熱管を流れる熱媒体の流れを対向流の関係にすることができるため、より熱効率が高い熱交換器を提供することができる。
【００２５】
また、請求項３に記載の発明は、燃料を燃焼する燃焼手段と、当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが下方に向けて流れる燃焼ガス通路と、当該燃焼ガス通路に対して燃焼ガスの流れ方向下流側に存在し、燃焼ガス通路を通過してきた燃焼ガスを受け入れて通過させ、上方に向けて流れ方向を変化させる排気集合部と、当該排気集合部から送られてきた燃焼ガスを受け入れて通過させ、上方に向けて流すことが可能な熱交排気部と、前記燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水又は熱媒体を加熱可能な一次熱交換器と、前記熱交排気部内に配された二次熱交換器とを備え、前記二次熱交換器が請求項１又は２に記載の熱交換器であることを特徴とする燃焼装置である。
【００２６】
本発明の燃焼装置は、燃焼手段と、燃焼ガス通路と、排気集合部と、熱交排気部と、一次熱交換器と、請求項１乃至７のいずれかに記載の熱交換器とによって構成されている。即ち、本発明の燃焼装置によれば、複数の規制板を設けた場合であっても、燃焼時に不具合を生じさせることなく、熱効率のさらなる向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、規制板に通気部を設けることにより、燃焼ガスが流れにくい場所に対して、通気部を介して燃焼ガスを流すことができるため、熱効率のさらなる向上を図ることができる。さらに、通気部から燃焼ガスの一部を流すことにより、燃焼ガスの通気抵抗が過度に上昇することを防止できるため、複数の規制板を設けることで起こりえる燃焼時の不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃焼装置の一部を破断した状態を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】排気流路形成部材を示す斜視図である。
【図４】外枠部材を示す展開図である。
【図５】外枠部材の折り曲げ加工途中の状態を示す斜視図である。
【図６】別の角度から見た外枠部材の斜視図である。
【図７】排気流路形成部材を示す分解斜視図である。
【図８】受熱管を示す斜視図である。
【図９】規制板を示す斜視図である。
【図１０】通気部の変形例（楕円状）を示す平面図である。
【図１１】通気部の変形例（２連スリット）を示す平面図である。
【図１２】通気部の変形例（「Ｓ」字型）を示す平面図である。
【図１３】通気部の変形例を示す平面図で、（ａ）は孔が四角形状で、（ｂ）は孔が円状である。
【図１４】通気部の変形例を示す図で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１５】通気部の変形例（切り欠き形状）を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
続いて、本発明の実施形態に係る燃焼装置１について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、上下左右の位置関係は、特に断りのない限り、通常の設置状態を基準として説明する。
【００３０】
燃焼装置１は、図１に示すように、燃焼部２（燃焼手段）と、一次熱交換器２０と、二次熱交換器３０とを備えた、所謂潜熱回収型の燃焼装置である。燃焼装置１は、燃焼部２の下方に燃焼ケース３と、排気集合部５とを有する。また、燃焼部２の側方には、熱交排気部６が設けられている。さらに、排気集合部５の下方には、中和器７が設けられている。燃焼ケース３及び熱交排気部６は、それぞれ燃焼装置１の底側に設けられた排気集合部５に連通している。これにより、燃焼装置１には、燃焼ケース３から排気集合部５を経て熱交排気部６に至る、断面形状が略「Ｕ」字型となるように連通した空間が形成されている。
【００３１】
図１に示すように、燃焼部２は、空気ケース８や燃料噴霧ノズル１０、送風機１１、燃焼筒１２等を備えている。燃焼部２は、所謂逆燃焼式であり、下方に向けて火炎を形成可能とされている。即ち、燃焼部２は、送風機１１を作動させることによって空気ケース８内に燃焼用の空気を導入すると共に、図示しない燃料供給源から供給されてきた液体燃料を燃料噴霧ノズル１０から下方に向けて噴霧し、燃焼筒１２内において燃焼できる構成とされている。
【００３２】
燃焼ケース３は、燃焼部２に対して下方側に位置しており、燃焼部２における燃焼動作に伴って発生する高温の燃焼ガスが流れる部分（燃焼ガス通路）である。燃焼ケース３の周囲には、内部を流れる高温の燃焼ガスにより過度に高温となるのを防止すべく、水管１５が巻き付けられている。水管１５の一端側には接続部１６が設けられており、これに後述する配管３８が接続されている。また、水管１５の他端側は、後に後述する一次熱交換器２０の一次入水口２５に接続されている。
【００３３】
燃焼ケース３の下端側の部分には、一次熱交換器２０が設けられている。一次熱交換器２０は、燃焼ケース３を流れてきた燃焼ガス中に含まれている顕熱を主として回収するためのものである。一次熱交換器２０は、所謂フィンアンドチューブ型の熱交換器によって構成されている。即ち、一次熱交換器２０は、略「コ」字型に屈曲した一連の水管２１を有し、この水管２１が燃焼ケース３を横断するように挿通されている。水管２１には、多数のフィン２２が装着されている。一次熱交換器２０は、燃焼ケース３内を流れる高温の燃焼ガスとの熱交換により、水管２１内を流れる湯水（熱媒体）を熱交換加熱することができる。
【００３４】
水管２１は、その一端側に一次出水口２３を有し、他端側に一次入水口２５を有する。一次出水口２３は、図示しない配管等を介してカラン等の湯水の供給先に接続されている。一方、一次入水口２５には、燃焼部２に巻き付けられた水管１５が接続されている。
【００３５】
排気集合部５は、燃焼ケース３の下方に配置され、燃焼ケース３に直接連通した部分である。排気集合部５は、燃焼装置１の底側において燃焼装置１の幅方向（図１において左右方向）に伸びる内部空間を有する。また、排気集合部５は、燃焼ケース３の側方に配された熱交排気部６とも連通している。具体的には、図２に示すように、排気集合部５は、熱交排気部６の下部に位置する一部が熱交排気部６側に入り込んだ凸空間（導通部）５ａを有し、凸空間５ａと熱交排気部６が連通している。凸空間５ａは、熱交排気部６の一角に配されている。そのため、排気集合部５は、燃焼ケース３を下方に向けて流れる燃焼ガスを流入させると共に、当該燃焼ガスを熱交排気部６に向けて水平方向に流出させる部分として機能する。即ち、排気集合部５は、下方に向けて流れる燃焼ガスの流れ方向を上方に向けて折り返し、水平方向に流出させるための部分として機能する。
【００３６】
図２に示すように、熱交排気部６は、外壁部材（筐体部）６ａによって四方を囲まれた空間６ｂを有する。また、熱交排気部６には、外壁部材６ａの外周を取り囲むように図示しない断熱材が取り付けられている。
【００３７】
空間６ｂは、仕切部材６ｈによって２つの領域に仕切られている。具体的には、仕切部材６ｈは、熱交排気部６を縦断するように取り付けられている。これにより、空間６ｂは、後述する二次熱交換器３０が設けられる熱交室１７と、排気流路部１８とに分割されている。
【００３８】
より具体的には、燃焼装置１の正面側に熱交室１７が配され、熱交室１７に隣接するように燃焼装置１の背面側に排気流路部１８が配されており、熱交室１７が排気流部１８に対して、燃焼ガスの流れ方向上流側に位置するように配されている。仕切部材６ｈは、空間６ｂの上部側に連通口６ｉが設けられ、熱交室１７と排気流路部１８を連通させている。
【００３９】
熱交室１７は、二次熱交換器３０が配置される熱交配置領域６ｘの流路断面積が、二次熱交換器３０をほぼ隙間なく収容可能な程度の大きさとされている。
従って、熱交排気部６の上流側領域６ｙ内に流入したほぼ全ての燃焼ガスは、熱交配置領域６ｘに配された二次熱交換器３０の各受熱管３１同士の間を下方から上方に向けて通過し、下流側領域６ｚ側に抜けることとなる。
【００４０】
より具体的には、熱交室１７は、下端側に設けられた導入口６ｅを介して排気集合部５と連通している。導入口６ｅは、燃焼ガスを水平方向に通過させる開口で、熱交室１７の側面側に配されている。即ち、排気集合部５の凸空間（導通部）５ａを通過した燃焼ガスは、導入口６ｅを介して水平方向に熱交室１７に導入される。これにより、熱交室１７で発生したドレンが、導入口６ｅを通じて燃焼ガスの流れ方向上流側に流入することが防止される。また、熱交室１７の底面は、熱交室１７で発生したドレンを受ける受皿部１７ａであり、縁端部に曲げ加工により形成された上方に立設された堰部１７ｂを有する。即ち、受皿部１７ａに落下したドレンは、堰部１７ｂにより排気集合部５に漏洩することがない。
【００４１】
また、受皿部１７ａには、ドレン排出口４７が設けられている。図１において、二点鎖線で示すように、ドレン排出口４７は、排気集合部５の下方に設けられた中和器７に対して配管４８を介して接続されている。即ち、受皿部１７ａに落下したドレンがドレン排出口４７を介して配管４８に排出される。これにより、二次熱交換器３０に発生したドレンを、排気集合部５を迂回して中和器７に導く一連のドレン排出系統が形成されている。
【００４２】
一方、排気流路部１８は、外壁部材６ａのさらに内側に配されている。具体的には、排気流路部１８は、図２，３に示すように、外壁部材６ａとは別部材の排気流路形成部材１４により構成されている。排気流路形成部材１４は、アルミメッキ鋼板により構成されており、外枠部材１４ａと流路仕切り部材１４ｂ，１４ｃ（図７）とを備えたものである。なお、本発明では、排気流路形成部材１４は、アルミメッキ鋼板によって構成されているものに限定されるものではなく、ステンレス等の金属で構成されているものであっても構わない。
【００４３】
外枠部材１４ａは、図４，５に示すように、１枚の板部材を二点鎖線で折り曲げる折り曲げ加工により形成されており、図６に示すように、前記した排気集合部５の凸空間５ａと、排気流路部１８と、それらの間に位置する吸音材２９（遮音材、図７）が充填される充填空間２４とを一体的に成形している。具体的には、前記したように、外枠部材１４ａが１枚の板部材に折り曲げ加工を施して成形しているため、凸空間５ａから上方に連通した隙間が形成されない。即ち、外枠部材１４ａには、凸空間５ａから上方に音が伝搬し得る隙間が殆ど形成されない。これにより、燃焼部２で発生した燃焼音が、凸空間５ａの上方（図２）に向かう場合であっても、充填空間２４に配された吸音材２９に吸収されるため、凸空間５ａに伝搬された燃焼音は排気流路部１８には殆ど至らない。即ち、本実施形態の燃焼装置１では、凸空間５ａから上方（図２）に向かう燃焼音が、排気流路部１８を介して外部に漏洩することが殆どない。なお、前記吸音材２９は、空隙を内包した材質によって構成されている。具体的には、吸音材２９は、所謂グラスウールやロックウール、セラミックファイバーのような繊維をバインダーで結着することにより内部に空隙を有するものや、所謂シリコンスポンジのようにスポンジ状に多数の孔を有する多孔体等によって構成されている。本実施形態では、グラスウールをバインダーで結着したもので充填空間２４の内部形状（ほぼ直方体状）に合うように形状を調整したものが装着されている。
【００４４】
そして、折り曲げ加工により形成された外枠部材１４ａの内部では、図７に示すように、上方（凸空間５ａに対して燃焼ガスの流れ方向下流側）に位置する排気流路部１８に、流路仕切り部材１４ｂが装着されて排気流路部１８の流路が折り返された形状とされ、下方（排気流路１８に対して燃焼ガスの流れ方向上流側）に位置する凸空間５ａに、流路仕切り部材１４ｃが装着されて円弧状の流路とされている。なお、流路仕切り部材１４ｂ，１４ｃは、点溶接により外枠部材１４ａに固定されている。
【００４５】
即ち、排気流路部１８は、連通口６ｉから最初に燃焼ガスが流入される下方流路形成部（第一流路部、排気流路）１８ｓと、下方流路形成部１８ｓに対して燃焼ガスの流れ方向下流側に位置する上方流路形成部（第二流路部、排気流路）１８ｔとを有する。具体的には、図２に示すように、熱交室１７の背面側に下方流路形成部１８ｓが位置し、下方流路形成部１８ｓの背面側に上方流路形成部１８ｔが位置している。
【００４６】
より具体的には、下方流路形成部１８ｓと上方流路形成部１８ｔは、流路仕切り部材１４ｂによって仕切られており、断面形状が「Ｕ」字型のＵ字状流路を形成している。流路仕切り部材１４ｂは、排気流路部１８を縦断するように設けられている。そして、流路仕切り部材１４ｂは、排気流路部１８の下部側に連通口６ｊが設けられ、下方流路形成部１８ｓと上方流路形成部１８ｔを連通させている。即ち、下方流路形成部１８ｓを下向きに通過した燃焼ガスは、連通口６ｊで、一端、水平方向に方向転換され、上方流路形成部１８ｔに流入する。
【００４７】
上方流路形成部１８ｔは、燃焼ガスを上向きに通過させるもので、上方流路形成部１８ｔの上部で後述する変換流路形成部材１９と連通している。具体的には、上方流路形成部１８ｔは、上部に連通口６ｋが設けられ、連通口６ｋを上向きに通過した燃焼ガスが、変換流路形成部材１９に導入される。
【００４８】
変換流路形成部材１９は、熱交排気部６の上部側に配され、燃焼ガスを、熱交室１７を通過する燃焼ガスの流れ方向、又は、上方流路形成部１８ｔを通過する燃焼ガスの流れ方向と交差する方向に流すことが可能なものである。また、変換流路形成部材１９は、外部雰囲気と連通した排気口６ｄを有する。即ち、変換流路形成部１９を通過した燃焼ガスは、排気口６ｄを略水平方向に通過して外部に排出される。
【００４９】
また、図１，２に示すように、熱交排気部６の熱交室１７内には、二次熱交換器３０が配されている。二次熱交換器３０は、複数の受熱管３１（本実施形態では、図１に示すように６本）と、入水側ヘッダ３２と、出水側ヘッダ３３とを備えている。受熱管３１は、熱伝導性に優れ、表面が円滑な配管によって形成されており、熱交排気部６内において上下方向に伸びるように複数並べられて配されている。各受熱管３１は、熱交換に伴って発生するドレンが表面に付着しても、このドレンは、受熱管３１の表面に滞ることなく、スムーズに落下する。
【００５０】
各受熱管３１は、その一端側が熱交排気部６の上端側に設けられた入水側ヘッダ３２に接続されており、他端側が熱交排気部６の下端側に設けられた出水側ヘッダ３３に接続されている。そのため、二次熱交換器３０に供給された湯水は、先ず入水側ヘッダ３２に流入した後、これに接続された各受熱管３１に分かれて流れ、その後出水側ヘッダ３３に集まって外部に流出することとなる。
【００５１】
なお、入水側ヘッダ３２には、二次入水口３５が設けられており、図示しない配管を介して図示しない給水源に接続されている。一方、各受熱管３１の下端側は、それぞれ出水側ヘッダ３３に接続されている。出水側ヘッダ３３には、二次出水口３７が設けられている。二次出水口３７は配管３８を介して上記した一次熱交換器２０の接続口１６に接続されている。また、二次入水口３５及び二次出水口３７は、外壁部材６ａから外部に突出した配置とされている。
【００５２】
図２，８に示すように、受熱管３１は、中途において略「く」の字型に複数回折り返された蛇行した形状とされている。これにより、受熱管３１は、中途に熱交排気部６内を横断する横断部３１ａが複数形成されており、この横断部３１ａ同士の間に折返部３１ｂを有する。横断部３１ａは、下り勾配を付けて配されている。また、横断部３１ａは上下方向に隣接する位置に配された横断部３１ａとその下り勾配の方向が異なる。具体的には、図２に示すように、横断部３１ａのうち受熱管３１の最も上方側（上流側）に位置するものは、燃焼装置１の背面側（図２において右側）に向かうにつれて下方に傾斜するように下り勾配を付けて配されている。そのため、熱交換に伴って受熱管３１の表面にドレンが付着しても、これが横断部３１ａの表面を伝って流れて落下することとなるため、ドレンが受熱管３１の表面に長期にわたって付着することなく、スムーズに回収することができる。
【００５３】
一方、この横断部（最も上方側の横断部）３１ａの下方（下流側）に隣接する位置にある横断部３１ａは、折返部３１ｂを介して横断部３１ａに繋がっており、燃焼装置１の正面側（図２において左側）に向かうにつれて下方に傾斜するように下り勾配を付けて配されている。このように、受熱管３１には、横断部３１ａと折返部３１ｂとが次々に連続して設けられており、一連の流路が形成されている。そのため、受熱管３１に湯水（熱媒体）が供給されると、湯水は、燃焼装置１の正面側と背面側との間をジグザグに往復動するように流れながら、徐々に下方側にある出水側ヘッダ３３に向かうこととなる。
【００５４】
また、図２，８に示すように、二次熱交換器３０は、上述したように屈曲した形状の受熱管３１が複数（本実施形態では６本）、並列に隣接するように配列された構造とされており、各受熱管３１が上下方向に向く姿勢とされて熱交排気部６内に収容されている。そして、各受熱管３１は、熱交排気部６内において、燃焼装置１の幅方向（図１に示す状態において左右方向）に並べられて配置されている。また、各受熱管３１は、横断部３１ａが燃焼装置１の奥行き方向（図１に示す状態において紙面に対して交差する方向）に伸びるように配置されている。
【００５５】
即ち、本実施形態の燃焼装置１では、二次熱交換器３０は、熱交排気部６の開口領域を横断する横断部３１ａ同士の間が折返部３１ｂで繋がり、熱交排気部６内をジグザグに往復動する受熱管３１を採用したものであるため、上下方向にコンパクトでありながら伝熱面積が十分大きい。
また、受熱管３１は、中途に複数設けられた折返部３１ｂにおいて、ほぼ「く」の字型に折り曲げられた形状とされていため、二次熱交換器３０は、受熱管３１が燃焼ガスに晒され高温となっても、受熱管３１の膨張に伴って発生するひずみが最小限となるように緩和することができる。
【００５６】
また、熱交室１７では、上下（図２）に隣り合う横断部３１ａ同士の間に、図２に示すように、規制板４が３箇所に備えられている。具体的には、熱交室１７における最初の折返部３１ｂ付近と、そこから燃焼ガスの流れ方向下流側に５つ目の折返部３１ｂ付近と、さらにそこから下流側に３つ目の折返部３１ｂ付近の外壁部材６ａ又は仕切部材６ｈに固定されている。即ち、規制板４は、熱交室１７において、燃焼ガスの流れ方向に千鳥状に配されている。
【００５７】
規制板４は、図２，９に示すように、平面部３９と曲面部４０を有している。曲面部４０は、方形状の板部材が円弧状に曲げられたものであり、曲面部４０の直線状の一方の辺４０ａには、平面部３９が配されて、平面部３９と一体的に接合されている。なお、平面部３９の厚み及び幅は、曲面部４０の厚み及び幅と同じである。
【００５８】
規制板４は、図２，９に示すように、曲面部４０の辺４０ａと対向する辺側が外壁部材６ａ又は仕切部材６ｈに固定されるもので、固定された状態において、平面部３９は燃焼ガスの流れ方向に対して交差する方向に配置されている。具体的には、規制板４は固定された状態において、平面部３９が曲面部４０側から張出方向に向かって上り勾配の傾斜とされている。
また平面部３９は、曲面部４０と接合された辺３９ａ側に通気部３４が設けられている。通気部３４は、長方形状のスリット（開口部）であり、固定された状態において、辺３９ａの長さ方向に長い長孔である。具体的には、通気部３４は、複数の受熱管３１の配列方向に長い長方形状の長孔である。
【００５９】
通気部３４は、規制板４が外壁部材６ａ又は仕切部材６ｈに固定された状態においては、受熱管３１の横断部３１ａと折返部３１ｂの接続部近傍に配置される。より具体的には、通気部３４は、前記接続部近傍で横断部３１ａ側の垂直投影領域内に位置されている。即ち、通気部３４は、折返部３１ｂと外壁部材６ａ又は仕切部材６ｈとの間に形成される隙間から一定距離離間して配置されている。このため、本実施形態の燃焼装置１によれば、通気部３４を通過した燃焼ガスが、前記隙間に集中して通過することが抑制されるため、熱効率が低下することはない。
【００６０】
なお、本実施形態の燃焼装置１では、熱交室１７における燃焼ガスの流れ方向最下流側に配された規制板４が、排気流路部１８に通じる連通孔６ｉよりも若干下方（図２）に位置するように固定することが推奨される。これにより、この規制板４に落下したドレンが、規制板４の傾斜に沿って排気流路部１８に流入することが防止される。
【００６１】
従って、熱交室１７に導入された燃焼ガスは、規制板４によって流れ方向が変化されて一時的に滞留するため、排気時間が遅延される。これにより、本実施形態の燃焼装置１は、排気時間が遅延した分、燃焼ガスと受熱管３１を流れる湯水とがさらに熱交換されるため、熱効率を向上させることができる。また、規制板４の曲面部４０の曲面形状と、平面部３９の傾斜により、燃焼ガスの排気が遅延されつつも、円滑に下流側に流れるため、送風機１１に過度の負荷が掛からない。即ち、二次熱交換器３０に規制板４を備えても、送風機１１の回転数を上げる必要がないため、運転時の騒音やランニングコストの増加を抑制できる。さらに、燃焼部２の燃焼状態に不具合を生じさせることがない
【００６２】
また、本実施形態では、前記したように、平面部３９に通気部３４が設けられているため、平面部３９に衝突した燃焼ガスの一部が通気部３４を通じて下流側に流れる。これにより、規制板４の上面（図２）側付近に燃焼ガスを流通させることが可能となるため、規制板４の上面側近傍に位置する受熱管３１において熱交換が可能となる。従って、本実施形態の燃焼装置１によれば、熱交室１７における燃焼ガスが流れにくい場所に対しても燃焼ガスを流通させることができるため、従来技術の燃焼装置と比較すると、確実に熱効率を向上させることが可能である。なお、通気部３４は、規制板４に衝突する燃焼ガスの一部を、下流側に通過させるため、燃焼ガスの通気抵抗が著しく上昇することが防止できる。
【００６３】
続いて、燃焼装置１の動作について、燃焼ガスや湯水の流れを中心として詳細に説明する。
燃焼装置１は、図示しない流量センサ等により外部の給水源から二次熱交換器３０に向けて湯水が供給されてきたことが検知されると、燃焼部２が燃焼作動を開始する。燃焼部２における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスは、図２に示す燃焼ケース３内を下方に向けて流れる。その後、燃焼ガスは、燃焼装置１の底側に設けられた排気集合部５を通過し、排気集合部５の凸空間５ａに流入する。そして、燃焼ガスは、熱交排気部６の側面に設けられた導入口６ｅを水平方向に通過して、熱交排気部６側に抜ける。このようにして熱交排気部６内に流入した燃焼ガスは、熱交室１７の上流側領域６ｙで上向きに進行方向が転換され、熱交配置領域６ｘに設けられた二次熱交換器３０の各受熱管３１の間を縫うようにして流れた後、下流側領域６ｚに至り、さらに進行方向が方向転換される。
【００６４】
詳細には、導入口６ｅより導入された燃焼ガスは、３箇所に設けられた規制板４によって流れ方向を変えられ、排気時間が遅延されて、下流側領域６ｚに至る。さらに、一部の燃焼ガスは、規制板４の通気部３４を通過するため、通気部３４の上方近傍に位置する受熱管３１（比較的燃焼ガスが流れにくい箇所）において熱交換可能である。即ち、本実施形態の燃焼装置１によれば、平面部３９により一部の燃焼ガスの排気時間が遅延した分、燃焼ガスと湯水との熱交換し得る時間が延長されると共に、残りの燃焼ガスが通気部３４を介して流れ込みにくい場所に流れるため、熱効率のさらなる向上を図ることができる。
【００６５】
そして、熱交室１７の下流側領域６ｚで方向転換された燃焼ガスは、水平方向に連通口６ｉを通過して、排気流路部１８側に抜ける。このようにして排気流路部１８内に流入した燃焼ガスは、図２に示すように、すぐさま下向きに進行方向が方向転換され、下方流路形成部１８ｓを通過する。そして、下方流路形成部１８ｓを通過した燃焼ガスは、下端部に至ると、進行方向が方向転換される。即ち、連通口６ｊを水平方向に通過して、上方流路形成部１８ｔ側に抜ける。その後、燃焼ガスは、上向きに進行方向を方向転換して、上方流路形成部１８ｔを通過する。そして、上方流路形成部１８ｔを通過した燃焼ガスが、上端部に至り、連通口６ｋを垂直上向きに通過して、変換流路形成部材１９側に抜ける。排気流路部１８を通過してきた燃焼ガスは、水平方向に進行方向が方向変換され、変換流路形成部材１９を排気口６ｄに向かって流れる。そして、燃焼ガスは、排気口６ｄを燃焼ガスが熱交室１７を流れる方向と交差する方向に通過する。即ち、燃焼ガスは、排気口６ｄを上向きでも下向きでもなく、水平方向に通過して、外部に排気される。
【００６６】
一方、外部から供給されてきた湯水は、二次熱交換器３０の入水側ヘッダ３２を介して、これに接続されている複数（図示状態では６本）の受熱管３１のそれぞれに流入する。各受熱管３１に流入した湯水は、横断部３１ａ及び折返部３１ｂとの繰り返しによって燃焼装置１の正面側と背面側との間を行き来するように形成されたジグザグ状の流路内を下方側に向けて流れる。受熱管３１における湯水の流れは、全体として上方から下方に向けて流れるものであるため、熱交室１７内を上方に向けて流れ、さらに規制板４により蛇行状に流れる燃焼ガスと対向流の関係にある。そのため、各受熱管３１を流れる湯水は、燃焼ガスと効率良く熱交換しながら熱交排気部６の下方側に設けられた出水側ヘッダ３３に向けて流れる。
【００６７】
ここで、上記したようにして、二次熱交換器３０において熱交換が行われると、熱交排気部６内を流れる燃焼ガス中に含まれている潜熱が、各受熱管３１内を流れる湯水に回収される。これに伴い、燃焼ガス中に含まれている水分が凝縮され、二次熱交換器３０の受熱管３１の表面にドレンが付着する。そして、ドレンが凝集して重力に逆らえない程度に成長すると、凝集したドレンは下方に向けて落下する。
【００６８】
ここで、上述したように、本実施形態の燃焼装置１は、熱交排気部６の導入口６ｅが熱交排気部６の側面に設けられており、熱交室１７の底部がドレンを受ける受皿部１７ａとされている。また、燃焼装置１は、ドレンを受皿部１７ａからドレン排出口４７に接続された配管４８を経由させて、中和器７に導くことができる。さらに、受皿部１７ａの導入口６ｅ側の縁端部が、上方に立設した堰部１７ｂが設けられている。そのため、二次熱交換器３０からドレンが受皿部１７ａに落下しても、ドレンは導入口６ｅを介して燃焼ガスの流れ方向上流側に位置する排気集合部５には流入せず、ドレン排出系統を介して中和器７に向けて排出され、中和される。
【００６９】
また、上述したように、二次熱交換器３０との熱交換で、燃焼ガスの殆どの水蒸気がドレンとして発生するため、二次熱交換器３０を通過した燃焼ガスは乾燥した気体となる。そして、熱交室１７を通過した燃焼ガスは、排気流路部１８内部で水滴を殆ど生じることがない。これにより、排気流路部１８内部がドレンで濡らされて、ドレンの酸化作用により腐食することが抑制される。
そして、排気流路部１８を通過した燃焼ガスは、進行方向を方向変換されて変換流路形成部１９を通過して、外部に排出される。
【００７０】
上記実施形態では、平面部３９が長方形状の１本のスリットの通気部３４を有する構成を示したが、本発明はこれに限定されず、熱交室１７に装着した際に、受熱管３１の配列方向に長い長孔形状であれば、形状を問わない。
例えば、通気部は、図１０〜１２に示すように、楕円形状の通気部３４ａであったり、２連に並んだ長方形状のスリットの通気部３４ｂであったり、「Ｓ」字型のような曲線を有する通気部３４ｃであっても構わない。
【００７１】
上記実施形態では、通気部３４は、一連した１つの長孔形状の構成を示したが、本発明はこれに限定されず、複数の孔３６の集合体により通気部が形成された構成であっても構わない。
例えば、通気部は、図１３（ａ）に示すように、四角形状の孔３６ａの集合体であったり、図１３（ｂ）に示すように、円形状の孔３６ｂの集合体であったり、図示しないが、孔３６ａと孔３６ｂが混合した集合体であっても構わない。なお、孔３６ａ，３６ｂは、１本の受熱管３１に対して１つずつ配置されることが好ましい。これにより、各受熱管３１に偏りなく燃焼ガスを流すことができる。
【００７２】
上記実施形態では、通気部３４が開口のみにより形成された構成を示したが、本発明はこれに限定されず、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、燃焼ガスが容易に通気部３４に導入されるようにガイド部４１を設けた構成であっても構わない。このようにすることで、燃焼ガスが通気部３４に流れ込みやすくなる。
【００７３】
上記実施形態では、通気部３４を開口形状とした構成を示したが、本発明はこれに限定されず、図１５に示すように、切り欠き形状とした通気部３４ｄを有した構成であっても構わない。これにより、上記実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００７４】
上記実施形態では、通気部３４を平面部３９に設けた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、通気部３４を曲面部に設ける構成であっても構わない。この場合であっても、通気部３４を受熱管３１の横断部３１ａと折返部３１ｂの接続部近傍に配置することが好ましいため、曲面部を上記実施形態より長くすることが推奨される。
【００７５】
上記実施形態では、規制板４を熱交室１７に３箇所装着した構成を示したが、本発明はこれに限定されず、１，２箇所又は４箇所以上に装着させた構成であっても構わない。例えば、最上部を除く全ての折返部３１ｂの近傍に装着させた場合（本実施形態では１０箇所）、湯水の流れと燃焼ガスの流れは、熱交室１７のほぼ全ての位置で対向流となり、より熱効率が良い構成とすることができる。
【００７６】
上記実施形態では、ほぼ同じ形状の蛇行形状を有する受熱管３１を並列に配列した構成を示したが、本発明はこれに限定されず、横断部３１ａと折返部３１ｂからなり、異なる形状の蛇行形状を有する複数の受熱管３１が並列に配列された構成であっても構わない。
【００７７】
上記実施形態では、潜熱回収型の熱交換器（二次熱交換器）３０に規制板４を装着させた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、顕熱回収型の熱交換器２０に装着させる構成であっても構わない。即ち、上記実施形態で示したように、蛇行形状（横断部３１ａ及び折返部３１ｂにより形成された蛇行形状）とされた受熱管３１を用いた熱交換器であれば、いずれの熱交換器であっても構わない。
【００７８】
上記実施形態で示した燃焼装置１は、所謂逆燃焼方式の燃焼部２を備えたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃焼部２は、上方に向けて火炎を形成するタイプのものであってもよい。また、上記した燃焼部２は、液体燃料を噴霧して燃焼するものであったが、これに代わって、例えば従来公知の気化式の燃焼装置のように、液体燃料を気化したものを燃焼するタイプのもの等、いかなる燃焼形態を採用したものであってもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１    燃焼装置
２    燃焼部（燃焼手段）
４    規制板
５    排気集合部
６    熱交排気部
６ａ    外壁部材（筐体部、側壁）
２０    一次熱交換器
３０    二次熱交換器
３１    受熱管
３１ａ  横断部
３１ｂ  折返部
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ    通気部
３６    孔
３９    平面部
４０    曲面部
【図１】
0005472703.tif 000002
【図２】
0005472703.tif 000003
【図３】
0005472703.tif 000004
【図４】
0005472703.tif 000005
【図５】
0005472703.tif 000006
【図６】
0005472703.tif 000007
【図７】
0005472703.tif 000008
【図８】
0005472703.tif 000009
【図９】
0005472703.tif 000010
【図１０】
0005472703.tif 000011
【図１１】
0005472703.tif 000012
【図１２】
0005472703.tif 000013
【図１３】
0005472703.tif 000014
【図１４】
0005472703.tif 000015
【図１５】
0005472703.tif 000016