(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横幅方向の一端側から他端側にわたってそれぞれが一連に繋がった上縁部および下縁部を有し、かつこれら上縁部および下縁部の一方は、加熱用気体流れ方向の上流側に位置する上流側縁部とされ、他方は下流側縁部とされるプレート状のフィンと、
このフィンに貫通して前記フィンの横幅方向に並んだ複数の直状管体部を有し、かつこれら複数の直状管体部の列が前記フィンの上下高さ方向に単段で設けられている伝熱管と、を備えており、
前記複数の直状管体部のうち、半数以上の直状管体部は、前記フィンの上下高さ方向の中心位置よりも前記上流側縁部寄りに偏った配置とされており、
前記伝熱管は、前記複数の直状管体部が一連に接続されて、前記伝熱管の両端に位置する２つの直状管体部のうち、一方は入水側管体部とされ、かつ他方は出湯側管体部とされて、前記伝熱管における湯水の流通は、前記入水側管体部から前記出湯側管体部に向けて一方向になされる構成とされ、
前記入水側管体部および前記出湯側管体部の双方または一方は、前記フィンの上下高さ方向の中心位置よりも前記上流側縁部寄りに偏った配置には設定されていない構成とされていることを特徴とする、熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記半数以上の直状管体部のそれぞれの中心から前記フィンの下流側縁部までの距離は、前記中心から前記フィンの上流側縁部までの距離の２倍以上とされている、熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器であって、
前記フィンおよび前記複数の直状管体部の周囲を囲み、かつ前記複数の直状管体部の両端部が貫通する枠状もしくは筒状の側壁、およびこの側壁の上下両端部から略水平方向に突出して加熱用気体流れ方向の上流側ならびに下流側に位置する一対の接続用フランジを有する缶体と、
この缶体の外部において前記複数の直状管体部の端部どうしを繋ぐ連結用管体部と、
前記伝熱管と加熱用気体との熱交換処理に関連する所定の物理量の検出もしくは凍結防止用の加熱を行なうための補助機器と、
をさらに備えており、
前記連結用管体部は、前記缶体の側壁の上下高さ方向中心位置よりも前記上流側の接続用フランジ寄りに偏った配置とされていることにより、前記連結用管体部と前記下流側の接続用フランジとの間に形成された第１のスペースは、前記連結用管体部と前記上流側の接続用フランジとの間に形成された第２のスペースよりも上下幅が大きくされて、前記補助機器の取り付け用スペースとして利用されている、熱交換器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器であって、
前記伝熱管として、１つの缶体内に水平方向に並んで収容され、かつ入水口および出湯口を個々に有する第１および第２の伝熱管を備えているとともに、前記フィンとして、前記第１および第２の伝熱管に対応する第１および第２のフィンを備えており、
前記第１および第２のフィンは、これらの間に仕切部材を挿入するための隙間を形成するように隣接しており、かつ前記仕切部材は、前記第１および第２のフィンが温度変化に伴って膨張または収縮したときに、この変形に対応して弾性変形可能である、熱交換器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換器を備えていることを特徴とする、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フィンチューブタイプの伝熱管を用いて熱回収を行なうように構成された熱交換器、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。
【背景技術】
【０００２】
ガス給湯装置などの温水装置に用いられている熱交換器としては、多数枚のプレート状のフィンをそれらの厚み方向に並べ、かつこれらのフィンに伝熱管を貫通させて接合した構造のものがある。このような熱交換器においては、熱回収量を多くするための手段として、伝熱管を構成する複数の直状管体部を適当な間隔を隔てて水平方向に並べ、かつこのような直状管体部の列を上下複数段に設ける手段がよく採用される（たとえば、特許文献１，２を参照）。
ただし、前記したように伝熱管の列を上下複数段に設けると、熱交換器全体の上下高さ寸法が大きくなる。これを解消する手段としては、伝熱管の列を上下方向において単段（１段）に設けることが考えられる。このような構成によれば、熱交換器全体の薄型化を図り、製造コストも低減することが可能である。
【０００３】
しかしながら、前記したように伝熱管の単段化を図る場合、次に述べるような不具合を生じる虞がある。
【０００４】
すなわち、熱交換器をバーナの上方に配置して、バーナにより発生される燃焼ガスから熱回収を行なう場合を一例として説明すると、まず熱交換器のフィンの下縁部は、バーナに最も接近した部分であるため、かなりの高温となる。これに対し、フィンの上縁部は、伝熱管による熱回収を終えた後の燃焼ガスが作用する部分であるために、フィンの下縁部と比較すると、その温度はかなり低くなる。伝熱管の単段化に伴ってフィンの上下幅を小さくすると、伝熱管からフィンの上縁部までの距離が短くなるが、この距離が短くなるほど、上縁部の温度は伝熱管の温度に近づき、上縁部と下縁部との温度差はより大きくなる。このような大きな温度差を生じたのでは、フィンの上縁部と下縁部との熱膨張量の差も大きくなり、これに起因してフィンに大きな熱応力が発生する。伝熱管が上下複数段に設けられてフィンの上下幅が大きい場合には、フィンの剛性が高いものの、伝熱管が単段とされてフィンの上下幅が小さくされた場合には、フィンの剛性が低くなるため、前記熱応力に起因する変形も生じ易くなる。このような現象を生じたのでは、フィンに接合されている伝熱管が大きな負荷を受けることとなる。また、フィンが熱交換器の缶体に接合されている場合には、この接合部分にも大きな応力が生じてしまう。したがって、熱交換器の耐久強度などについての信頼性を高める観点からすると、前記したような現象を適切に防止することが望まれる。
【０００５】
本発明に係る熱交換器に比較的近似するものとして、特許文献３に記載された熱交換器がある。ただし、同文献に記載された熱交換器は、フィンの上縁部にＵ字状の切欠き部を複数箇所設け、かつこれらの切欠き部に伝熱管を挿入する構造を有している。このような構造においては、フィンの上縁部がＵ字状の切欠き部によって複数の領域に分断されており、フィンの横幅方向の一端から他端にわたって一連に繋がった構造にはなっていない。このため、フィンの上縁部と下縁部との熱膨張量の差に基づいて大きな応力が発生するといった問題は生じ難い。ところが、同文献に示す構造では、フィンにＵ字状の切欠き部を大きなサイズで多数設ける必要があるために、フィンの伝熱面積が減少する他、フィンの強度が大きく低下する不利がある。とくに、組み立て前の状態でフィンが変形し易く、部品管理のコストが高くなる。さらに、伝熱管の上面部分については、フィンに接触させる
ことができないため、伝熱管とフィンとの接触伝熱面積がその分だけ減少し、また伝熱管とフィンとの接合強度が低下するといった不利もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２７４８３０号公報
【特許文献２】特開２００５−１５６０３３号公報
【特許文献３】特開２００１−１６５５８８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、全体の薄型化を好適に図るとともに、フィンの熱膨張に起因して各部に大きな応力が生じるような不具合を適切に防止することが可能な熱交換器、およびこれ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。
【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】
本発明の第１の側面により提供される熱交換器は、横幅方向の一端側から他端側にわたってそれぞれが一連に繋がった上縁部および下縁部を有し、かつこれら上縁部および下縁部の一方は、加熱用気体流れ方向の上流側に位置する上流側縁部とされ、他方は下流側縁部とされるプレート状のフィンと、このフィンに貫通して前記フィンの横幅方向に並んだ複数の直状管体部を有し、かつこれら複数の直状管体部の列が前記フィンの上下高さ方向に単段で設けられている伝熱管と、を備えており、前記複数の直状管体部のうち、半数以上の直状管体部は、前記フィンの上下高さ方向の中心位置よりも前記上流側縁部寄りに偏った配置とされており、前記伝熱管は、前記複数の直状管体部が一連に接続されて、前記伝熱管の両端に位置する２つの直状管体部のうち、一方は入水側管体部とされ、かつ他方は出湯側管体部とされて、前記伝熱管における湯水の流通は、前記入水側管体部から前記出湯側管体部に向けて一方向になされる構成とされ、前記入水側管体部および前記出湯側管体部の双方または一方は、前記フィンの上下高さ方向の中心位置よりも前記上流側縁部寄りに偏った配置には設定されていない構成とさ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、伝熱管の直状管体部の列が上下単段に設けられているために、直状管体部の列を上下複数段に設けた構成と比較すると、全体の薄型化が図られ、製造コストを低減することができることに加え、次のような効果も得られる。
すなわち、本発明では、伝熱管の複数の直状管体部の半数以上がフィンの上流側縁部寄りに位置しているために、これらの直状管体部からフィンの下流側縁部までの距離は大きくなる。直状管体部から下流側縁部までの距離が大きくなると、伝熱管をフィンの中心高さに貫通させた場合と比べて、下流側縁部に対する直状管体部の吸熱作用が低下することにより、下流側縁部の温度を高めにすることができる。したがって、加熱用気体によって高温に加熱される上流側縁部と、下流側縁部との温度差を少なくし、これらの部分の熱膨張量の差を小さくすることが可能となる。その結果、フィンには前記した熱膨張量の差に起因する応力を生じ難くし、この応力が伝熱管やその他の箇所に悪影響を及ぼすことを適切に防止または抑制することができる。
【００１４】
さらに、このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、入水側管体部は、複数の直状管体部のうち、最も温度が低くなる管体部である。また、それ故に、入水側管体部の表面およびその周辺部においてはドレインが生じる虞がある（伝熱管の加熱手段として、たとえば燃焼ガスを利用した場合、この燃焼ガス中の水蒸気が凝縮する）。これに対し、入水側管体部を加熱用気体流れ方向の上流寄りに偏らない配置とすれば、入水側管体部の近傍におけるフィンの上流寄り領域（本来温度が低い領域）の面積を大きくできるために、吸熱量が増加する。したがって、熱交換効率を高める上で好ましいものとなる。また、吸熱量が増加し、入水側管体部およびその周辺温度が高くなることにより、ドレインの発生も抑制することが可能となる。
一方、出湯側管体部は、複数の直状管体部のうち、最も温度が高くなる管体部であるため、この部分において湯水が沸騰する虞がある。これに対し、出湯側管体部を加熱用気体流れ方向の上流寄りに偏らない配置(加熱源から遠ざける配置)とすれば、出湯側管体部に対する加熱量を少なくし、湯水の沸騰を防止することが可能となる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、前記半数以上の直状管体部のそれぞれの中心から前記フィンの下流側縁部までの距離は、前記中心から前記フィンの上流側縁部までの距離の２倍以上とされている。
【００１６】
このような構成によれば、フィンの下流側縁部と直状管体部との距離が十分に大きいものとされ、本発明が意図する効果を得る上で、より好ましい。
【００１７】
本発明において、好ましくは、前記フィンおよび前記複数の直状管体部の周囲を囲み、かつ前記複数の直状管体部の両端部が貫通する枠状もしくは筒状の側壁、およびこの側壁の上下両端部から略水平方向に突出して加熱用気体流れ方向の上流側ならびに下流側に位置する一対の接続用フランジを有する缶体と、この缶体の外部において前記複数の直状管体部の端部どうしを繋ぐ連結用管体部と、前記伝熱管と加熱用気体との熱交換処理に関連する所定の物理量の検出もしくは凍結防止用の加熱を行なうための補助機器と、をさらに備えており、前記連結用管体部は、前記缶体の側壁の上下高さ方向中心位置から前記上流側の接続用フランジ寄りに偏った配置とされていることにより、前記連結用管体部と前記下流側の接続用フランジとの間に形成された第１のスペースは、前記連結用管体部と前記上流側の接続用フランジとの間に形成された第２のスペースよりも上下幅が大きくされて、前記補助機器の取り付け用スペースとして利用されている。
【００１８】
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、伝熱管の単段化を図ることによって、熱交換器全体を薄型化した場合、熱交換器の缶体に設けられている上下一対の接続用フランジ間の上下高さ方向の幅が小さくなる。このため、本発明とは異なり、たとえば伝熱管の連結用管体部が上下一対の接続用フランジ間の略中央の高さに設けられていたのでは、連結用管体部と各接続用フランジとの間に形成されるスペースがともに小さくなり、補助機器の取り付けに苦慮することとなる。これに対し、本発明では、連結用管体部の位置を缶体の側壁の高さ方向中心位置から偏らせることによって前記した不具合を解消し、補助機器の取り付けの容易化や適正化を図ることができる。
【００１９】
本発明において、好ましくは、前記伝熱管として、１つの缶体内に水平方向に並んで収容され、かつ入水口および出湯口を個々に有する第１および第２の伝熱管を備えているとともに、前記フィンとして、前記第１および第２の伝熱管に対応する第１および第２のフ
ィンを備えており、前記第１および第２のフィンは、これらの間に仕切部材を挿入するための隙間を形成するように隣接しており、かつ前記仕切部材は、前記第１および第２のフィンが温度変化に伴って膨張または収縮したときに、この変形に対応して弾性変形可能である。
【００２０】
このような構成によれば、熱交換器がいわゆる１缶２回路方式とされ、熱交換器全体の小型化を図りつつ、互いに独立した２系統の熱交換動作（たとえば、一般給湯用の熱交換動作と、風呂給湯もしくは暖房給湯用の熱交換動作など）を適切に行なわせることができる。また、第１および第２のフィンが温度変化に伴って膨張または収縮しても、仕切部材はこれに対応して弾性変形するために、これら仕切部材や第１および第２のフィンに大きなダメージを与えないようにすることもできる。
【００２１】
本発明の第２の側面により提供される温水装置は、本発明の第１の側面により提供される熱交換器を備え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。
【００２２】
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】
【００２３】
【図１】熱交換器(１次熱交換器)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】図１に示す１次熱交換器の平面断面図である。
【図５】図１に示す温水装置の要部概略正面断面図である。
【図６】図１に示す１次熱交換器に仕切部材を装着する状態を示す要部分解断面図である。
【図７】図１に示す温水装置の２次熱交換器を示す平面断面図である。
【図８】本発明に係る温水装置の例を示す概略正面断面図である。
【図９】温水装置の他の例を示す概略正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１〜図７は、温水装置、およびこれに関連する構成の一例を示している。
図１によく表われているように、本実施形態の温水装置ＷＨ１は、バーナ５、１次熱交換器ＨＥ１、２次熱交換器ＨＥ２、およびこれら全体を囲む外装ケース９０を備えている。この温水装置ＷＨ１は、一般給湯と、風呂給湯または暖房用給湯との２系統の給湯動作を独立して行なうことが可能であり、１次熱交換器ＨＥ１、および２次熱交換器ＨＥ２は、ともに１缶２回路方式である。
【００２６】
１次熱交換器ＨＥ１は、１つの缶体６内に、平面視蛇行状の第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２が収容された構成である。２次熱交換器ＨＥ２は、１つのケース７内に、螺旋状に形成された複数の第３および第４の伝熱管Ｔ３，Ｔ４が収容された構成であり、本発明に係る熱交換器には相当しない。
【００２７】
バーナ５は、たとえばガスバーナであり、ファン５１からバーナケース５０内に上向き
に送られてくる燃焼用空気を利用して燃料ガスを燃焼させる。ただし、このバーナ５は、燃料の燃焼動作を個別に制御可能な第１および第２の燃焼領域Ａ１，Ａ２を有している。第１および第２の燃焼領域Ａ１，Ａ２の上方領域は、仕切部材５２によって仕切られ、第１および第２の燃焼領域Ａ１，Ａ２のそれぞれにおいて発生された燃焼ガスが第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２に向けて個別に進行するようになっている。仕切部材５２は、耐熱性に優れた材質であり、その内部には、異常高温を検出するための温度センサＳ１が収容されている。この温度センサＳ１を利用した異常高温検出は、図示されていないコントローラにおいてなされ、異常高温の検出があったときには、たとえばバーナ５の駆動が停止し、その旨の報知動作が行なわれる。
【００２８】
１次熱交換器ＨＥ１は、燃焼ガスから顕熱を回収するためのものであり、バーナケース５０上に載設された銅製の缶体６内に、複数のフィン２Ａ（本発明でいう第１のフィンの一例に相当）が装着された第１の伝熱管Ｔ１、および複数のフィン２Ｂ（本発明でいう第２のフィンの一例に相当）が装着された第２の伝熱管Ｔ２が収容された構成を有している。これら第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２、ならびにフィン２Ａ，２Ｂも、缶体６と同様に銅製である。
【００２９】
缶体６は、上下方向に起立した側壁６０ａ〜６０ｄを有する平面視略矩形の枠状または筒状であり、側壁６０ａ〜６０ｄの上下両端部には、水平方向外方に突出した上下一対の接続用フランジ６１ａ，６１ｂが設けられている。これらの接続用フランジ６１ａ，６１ｂは、２次熱交換器ＨＥ２の下部およびバーナケース５０の上部との接続を図るための部分である。
【００３０】
図４に示すように、第１の伝熱管Ｔ１は、フィン２Ａに貫通する複数の直状管体部１１ａが略Ｕ字状の連結用管体部１２ａを介して一連に繋がった平面視蛇行状である。より具体的には、複数の直状管体部１１ａは、水平な姿勢とされ、かつ略平行に並んで缶体６の幅方向（同図の左右方向）に列をなし、フィン２Ａに貫通している。また、複数の直状管体部１１ａの両端部は、缶体６の側壁６０ａ，６０ｂを貫通し、かつこれら側壁６０ａ，６０ｂにロウ付などの手段を用いて接合されている。互いに隣り合う直状管体部１１ａの端部どうしは、連結用管体部１２ａを介して接続されている。第２の伝熱管Ｔ２は、フィン２Ｂに貫通する複数の直状管体部１１ｂと連結用管体部１２ｂとを有しており、第１の伝熱管Ｔ１と同様に、それらは平面視蛇行状に繋がり、かつ側壁６０ａ，６０ｂに支持されている。第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２は、複数の直状管体部１１ａ，１１ｂが一列に並ぶようにして缶体６の幅方向において互いに隣接しており、かつ上下高さ方向において単段（１段）に設けられている。
【００３１】
図５によく表われているように、フィン２Ａは、缶体６の幅方向に延びた薄手のプレート状であり、直状管体部１１ａを挿通させるための複数の孔部２０ａを有している。各孔部２０ａは、上縁部２１ａや下縁部２２ａを切り欠いて形成されたものではなく、上縁部２１ａおよび下縁部２２ａは、フィン２Ａの横幅方向の一端側から他端側にわたって一連に繋がっている。下縁部２２ａは、波形状に形成され、直状管体部１１ｂから下縁部２２ａの各所までの距離の均一化が図られている。これに対し、上縁部２１ａについては、そのような波形化は図られていない。図面では、上縁部２１ａが直線状であるが、多少の凹凸が設けられていてもよいことは勿論である。フィン２Ｂは、その基本的な形態がフィン２Ａと同様であり、直状管体部１１ｂを挿通させるための複数の孔部２０ｂを有し、また上縁部２１ｂおよび下縁部２２ｂは、横幅方向の一端側から他端側にわたって一連に繋がっている。本実施形態では、バーナ５により発生された燃焼ガスはフィン２Ａ，２Ｂに対してその下方から進行するために、下縁部２２ａ，２２ｂが、本発明でいう上流側縁部に相当し、上縁部２１ａ，２１ｂが、本発明でいう下流側縁部に相当する。
【００３２】
複数の直状管体部１１ａ，１１ｂは、いずれもフィン２Ａ，２Ｂの高さ方向中心よりも低い位置、すなわち下縁部２２ａ，２２ｂ寄りに偏った配置に設けられている。好ましくは、直状管体部１１ａ，１１ｂの中心から上縁部２１ａ，２１ｂ（の最上端部分）までの距離Ｌ１は、直状管体部１１ａ，１１ｂの中心から下縁部２２ａ，２２ｂ（の最下端部分）までの距離Ｌ２の２倍以上とされている。
【００３３】
図２および図３に示すように、連結用管体部１２ａ，１２ｂは、缶体６の上下高さ方向の中心よりも下方に偏った高さに設けられている。このことにより、連結用管体部１２ａ，１２ｂと上側の接続用フランジ６１ａとの間に形成された第１のスペースＳａの上下幅Ｌ３は、下側の接続用フランジ６１ｂと連結用管体部１２ａ，１２ｂとの間に形成された第２のスペースＳｂの上下幅Ｌ４よりもかなり大きくなっている。第１のスペースＳａは、補助機器４の取り付け用スペースとして利用されている。補助機器４は、たとえば凍結防止用のヒータである。ただし、これに代えて、または加えて、たとえば伝熱管Ｔ１，Ｔ２内の湯水温度、あるいは缶体６の温度などを検出するための温度センサを適用することもできる。さらに、補助機器４としては、温度以外の物理量を検出するためのセンサとすることもできる。
【００３４】
図５に示すように、フィン２Ａ，２Ｂの一端部は、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄにロウ付けなどの手段を用いて接合されている。一方、図６によく表われているように、フィン２Ａ，２Ｂの他端部どうしの間には、隙間６８が形成されている。この隙間６８には、フィン２Ａ，２Ｂ間を仕切る仕切部材３が挿入して装着されている。この仕切部材３は、たとえば耐熱性に優れた金属板が断面コ字状またはこれに類する形態に屈曲されて構成されており、一側縁部（図面では下側縁部）どうしが繋がり、かつ互いに隙間を隔てて対向する一対の板状部３０を有している。これら一対の板状部３０は、バネ性をもって撓み変形可能であり、このことにより仕切部材３は、その厚みが変更可能である。この仕切部材３は、厚みがやや小さくなるように圧縮された状態で隙間６８に挿入されて保持されている。
【００３５】
図４に示すように、第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２の入水口１５ａ，１５ｂは、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄに最も接近した位置にある直状管体部１１ａ，１１ｂに連結された継手用管体１２a',１２ｂ’を用いて設けられている。もちろん、そのような継手用管体１２a',１２ｂ’を用いることなく、側壁６０ｃ，６０ｄに最接近した直上管体部１１ａ，１１ｂの一端開口部をそのまま入水口とすることもできる。この点は、次の出湯口１６ａ，１６ｂも同様である。出湯口１６ａ，１６ｂは、仕切部材３に最も接近した位置にある直状管体部１１ａ，１１ｂの一端開口部である。このような構成により、第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２においては、入水口１５ａ，１５ｂに供給された湯水は、缶体６の幅方向両端寄りの部分から中央寄りに向けて蛇行しながら流れ、出湯口１６ａ，１６ｂに到達する。
【００３６】
図１において、２次熱交換器ＨＥ２は、１次熱交換器ＨＥ１を通過した燃焼ガスから潜熱を回収するためのものであり、１次熱交換器ＨＥ１上に載設されたケース７内に、複数の第３および第４の伝熱管Ｔ３，Ｔ４が収容され、かつそれらの間が仕切板７４を介して仕切られた構成である。第３および第４の伝熱管Ｔ３，Ｔ４、ならびにケース７は、潜熱回収に伴って発生する強酸性のドレインに対する耐食性を有すべくその材質はたとえばステンレスである。図７に示すように、複数の第３の伝熱管Ｔ３は、サイズが相違する螺旋状管体として形成されて、重ね巻き状に配列されており、それらの上下両端部は、ケース７の外部に引き出されて通水用のヘッダ７５ａ，７５ｂと連結されている。複数の第４の伝熱管Ｔ４も、その基本的な形態は第３の伝熱管Ｔ３と同様であり、重ね巻き状に配列された螺旋状管体として形成され、かつその上下両端部には、通水用のヘッダ７５ｃ，７５ｄが連結されている。
【００３７】
２次熱交換器ＨＥ２のケース７は、底壁部７０ａに給気口７１ａ，７１ｂを有し、かつ前壁部７０ｂに排気口７２を有している。図２に示すように、１次熱交換器ＨＥ１の第１の伝熱管Ｔ１が設けられた箇所を通過した燃焼ガスは、給気口７１ａからケース７内に進行し、第３の伝熱管Ｔ３どうしの隙間を通過した後に排気口７２から外部に排出される。また、図３に示すように、１次熱交換器ＨＥ１の第２の伝熱管Ｔ２が設けられた箇所を通過した燃焼ガスは、給気口７１bからケース７内に進行し、第４の伝熱管Ｔ４どうしの隙間を通過した後に排気口７２から外部に排出される。このような過程において、燃焼ガスから第３および第４の伝熱管Ｔ３，Ｔ４により潜熱回収がなされる。潜熱回収に伴って発生した強酸性のドレインは、第３および第４の伝熱管Ｔ３，Ｔ４からケース７の底壁部７０ａ上に流れ落ちてから、図示されていないドレイン排出口を通過してケース７の外部に排出されるようになっている。
【００３８】
図１に示すように、外装ケース９０の底部または側部には、給水管８０ａ，８０ｂが接続される外部入水口９０ａ，９０ｂ、および出湯管８１ａ，８１ｂが接続される外部出湯口９２ａ，９２ｂが設けられている。外部入水口９０ａに供給された湯水は、配管部９２ａを介してヘッダ７５ｂに供給されることにより、２次熱交換器ＨＥ２の第３の伝熱管Ｔ３内を流通する。その後、この湯水は、ヘッダ７５ａおよび配管部９３ａを介して１次熱交換器ＨＥ１の入水口１５ａに送られ、第１の伝熱管Ｔ１内を通過する。第１の伝熱管Ｔ１を通過して出湯口１６ａに到達した湯水は、その後に配管部９４ａを介して外部出湯口９２ａに到達する。第１および第３の伝熱管Ｔ１，Ｔ３は、一般給湯用であり、外部出湯口９２ａに到達した湯水は、たとえば台所や洗面所などに供給される。
【００３９】
一方、外部入水口９０ｂに供給された湯水は、配管部９２ｂを介してヘッダ７５ｄに供給されることにより、２次熱交換器ＨＥ２の第４の伝熱管Ｔ４内を流通する。その後、この湯水は、ヘッダ７５ｃおよび配管部９３ｂを介して１次熱交換器ＨＥ１の入水口１５ｂに送られ、第２の伝熱管Ｔ２内を通過する。第２の伝熱管Ｔ２を通過して出湯口１６ｂに到達した湯水は、その後に配管部９４ｂを介して外部出湯口９１ｂに到達する。第２および第４の伝熱管Ｔ２，Ｔ４は、風呂給湯用、または暖房給湯用であり、外部出湯口９１ｂに到達した湯水は、そのような用途に対応した箇所に供給される。
【００４０】
次に、前記した温水装置ＷＨ１の作用について説明する。
【００４１】
まず、１次熱交換器ＨＥ１の第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２は、複数の直状管体部１１ａ，１１ｂが、上下方向に単段（１段）に設けられた構成である。このため、直状管体部１１ａ，１１ｂを上下複数段に設けた場合と比較して、１次熱交換器ＨＥ１を薄型化し、温水装置ＷＨ１全体の小型化、ならびに製造コストの低減を図ることができる。
【００４２】
フィン２Ａ，２Ｂの下縁部２２ａ，２２ｂは、バーナ５に接近しているために、バーナ５の燃焼駆動時においては、かなりの高温となる。これに対し、フィン２Ａ，２Ｂの上縁部２１ａ，２１ｂは、直状管体部１１ａ，１１ｂによって熱回収がなされた後の燃焼ガスが作用する部分であるために、本来的には、この部分の温度は下縁部２２ａ，２２ｂと比較するとかなり低くなる。ただし、本実施形態においては、直状管体部１１ａ，１１ｂが下縁部２２ａ，２２ｂ寄りに位置しており、直状管体部１１ａ，１１ｂから上縁部２１ａ，２１ｂまでの距離Ｌ１は大きい。このため、上縁部２１ａ，２１ｂに対する直状管体部１１ａ，１１ｂの吸熱作用は低いものとなり、上縁部２１ａ，２１ｂの温度を高めにすることができる。このようなことから、下縁部２２ａ，２２ｂと上縁部２１ａ，２１ｂとの温度差を少なくし、フィン２Ａ，２Ｂが熱膨張する際におけるそれらの部分の熱膨張量に大きな差を生じ難くすることが可能となる。その結果、そのような熱膨張量の差に起因してフィン２Ａ，２Ｂに発生する応力を小さくし、直状管体部１１ａ，１１ｂがフィン２Ａ
，２Ｂから受ける負荷を小さくすることができる。また、フィン２Ａ，２Ｂと缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄとの接合部分に大きな負荷が生じることも回避することが可能である。
【００４３】
フィン２Ａ，２Ｂが温度変化に伴って膨張や収縮する場合、仕切部材３はこれに対応して弾性変形し、その厚み寸法が変化する。このため、応力緩和機能が得られ、仕切部材３の破損を防止し得るとともに、フィン２Ａ，２Ｂに大きな応力が生じることをより適切に防止することが可能となる。また、フィン２Ａ，２Ｂどうしの間に形成されている隙間６８の幅が多少変化しても、仕切部材３をその隙間６８に安定的に装着させておくこともできる。
【００４４】
本実施形態では、図２および図３を参照して説明したように、連結用管体部１２ａ，１２ｂは、缶体６の下部寄りに偏っているために、缶体６の全体の上下幅が比較的小さくされている場合であっても、缶体６の上側の接続用フランジ６１ａと連結用管体部１２ａ，１２ｂとの間に形成される第１のスペースＳａの上下幅Ｌ３を比較的大きくとることが可能である。このため、第１のスペースＳａを利用して、比較的大きなサイズの補助機器４を取り付けることも可能となる。また、補助機器４の取り付け作業性も良好なものとなる。
【００４５】
さらに、本実施形態によれば、第１および第２の伝熱管Ｔ１，Ｔ２への入水は、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄに近い位置において行なわれる。このため、側壁６０ｃ，６０ｄの温度上昇が抑制され、側壁６０ｃ，６０ｄとフィン２Ａ，２Ｂとの接合箇所に大きな応力が発生するといったことがより適切に防止される。また、１次熱交換器ＨＥ１においてドレインが仮に発生する場合、缶体６の側壁６０ｃ，６０ｄに近い領域に最初にドレインが発生し、その後徐々に仕切部材３に向けてドレイン発生領域が広がっていくこととなる。したがって、ドレインがフィン２Ａどうしの隙間、またはフィン２Ｂどうしの隙間において発生してそれらの隙間が仮に目詰まり状態になるとしても、仕切部材３寄りの領域では、そのような目詰まり状態は生じ難い。その結果、燃焼ガスは、殆ど常時、仕切部材３,５２の近傍付近を通過する状態を維持することとなり、温度センサＳ１によってその温度を適切に検出することができる利点も得られる。
【００４６】
図８は、本発明の実施形態を示している。図９は、温水装置の他の例を示している。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、その説明は省略する。
【００４７】
図８に示す温水装置ＷＨ２においては、伝熱管Ｔ１の複数の直状管体部１１ａのうち、最も入水口１５ａ寄りの右端の入水側管体部１１a’、および最も出湯口１６ａ寄りの左端の出湯側管体部１１a"は、フィン２Ａの上下高さ中心位置よりも下方に偏った配置には設定されていない。本実施形態では、入水側および出湯側管体部１１a’，１１a"を除く他の直状管体部１１ａが、フィン２Ａの下縁部寄りに偏った配置とされている。入水側および出湯側管体部１１a’,１１a"の中心からフィン２Ａの上縁部２１ａおよび下縁部２２ａのそれぞれまでの寸法Ｌ５，Ｌ６は、Ｌ５≦Ｌ６の関係にある。図面では、入水側および出湯側管体部１１a’,１１a"の高さが同一とされているが、これらの高さは異なっていてもよい。なお、バーナ５は、直状管体部１１ａ，１１ｂと同方向に延びた平面視細長矩形状の火炎形成のための炎孔部を有している。
【００４８】
本実施形態によれば、次のような作用が得られる。
【００４９】
まず、入水側管体部１１a’は、非加熱の湯水供給を受ける部分であるために、複数の直状管体部１１ａのうち、最も温度が低く、本来的には、最も吸熱効果が高い領域であるといえる。これに対し、入水側管体部１１a’をフィン２Ａの下縁部２２ａ寄りに偏らな
い配置とされていれば、入水側管体部１１a’の近傍におけるフィン２Ａの下縁部２２ａ寄り領域（吸熱効果が高い領域）の面積が大きくなり、吸熱量を多くすることができる。したがって、熱交換効率を高める上で好ましい。また、入水側管体部１１a’およびその周辺部が低温のままであると、その周辺部にドレインが発生する虞があるが、この部分については前記したように吸熱量を多くできる結果、温度が高くなるために、ドレインが発生し難くなる効果も得られる。
【００５０】
次いで、出湯側管体部１１a"について述べると、この出湯側管体部１１a"内を流れる湯水は、複数の出湯側管体部１１a"を経由してきたものであるため高温である。したがって、出湯側管体部１１a"内において湯水が沸騰する虞がある。これに対し、本実施形態では、出湯側管体部１１a"がフィン２Ａの下縁部２２ａ寄りには配置されておらず、出湯側管体部１１a"をバーナ５から遠ざけた配置とすることができるために、燃焼ガスによる出湯側管体部１１a"の加熱量を少なめとし、湯水が沸騰することを好適に防止することが可能となる。
【００５１】
図９に示す温水装置ＷＨ３においては、１次熱交換器ＨＥ１および２次熱交換器ＨＥ２が、１缶２回路には構成されておらず、一系統のみの給湯機能を備えたものとして構成されている。本発明は、このような構成の温水装置として構成することも可能である。
【００５２】
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。
【００５３】
図８に示した実施形態から理解されるように、本発明では、必ずしも複数の直状管体部の全てが加熱用気体流れ方向の上流側に偏った配置とされていなくてもよく、一部の直状管体部については、加熱用気体流れ方向の上流側には偏っていない構成とすることが可能である。少なくとも半数以上の直状管体部が、加熱用気体流れ方向の上流側に偏った構成とされていれば、本発明の意図する効果が得られる。
【００５４】
上述の実施形態では、バーナの上方に１次熱交換器が設けられて、燃焼ガスが１次熱交換器の下方から上方に向けて進行するいわゆる正燃方式とされているが、これとは反対に、バーナの下方に１次熱交換器が設けられて、燃焼ガスが上方から下方に向けて進行する逆燃方式とすることも可能である。この場合、フィンの上縁部が、本発明でいう上流側縁部に相当し、下縁部が下流側縁部に相当する。したがって、この場合には、伝熱管の直状管体部は、フィンの上縁部寄りに偏った配置とされる。
【００５５】
本発明に係る熱交換器のフィンについては、他の一般の熱交換器のフィンと同様に、加熱用気体との接触度合いを高めて熱交換効率の向上を図るべく、切り起こし部やバーリング加工孔を形成するといった手段を適宜採用することが可能である。本発明に係る熱交換器は、顕熱回収用に好適であるものの、顕熱回収用であるか潜熱回収用であるかといった区別も問うものではない。このため、熱交換器の一対の接続用フランジのうち、たとえば上縁部寄りの接続用フランジは、２次熱交換器との接続に利用されることに代えて、排気集合筒などの他の機器または部材と接続されてもよい。本発明でいう加熱用気体としては、バーナを利用して発生させた燃焼ガスに限らず、たとえば燃料電池やガスエンジンなどから排出される高温の排ガスを利用することもできる。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。
【符号の説明】
【００５６】
ＷＨ１〜ＷＨ３  温水装置
ＨＥ１  １次熱交換器（本発明に係る熱交換器）
ＨＥ２  ２次熱交換器
Ｔ１  第１の伝熱管
Ｔ２  第２の伝熱管
Ｓａ，Ｓｂ  第１および第２のスペース
２Ａ，２Ｂ  フィン（第１および第２のフィン）
３  仕切部材
４  補助機器
６  缶体
１１ａ，１１ｂ  直状管体部
１１a'  入水側管体部
１１a"  出湯側管体部
２１ａ，２１ｂ  上縁部
２２ａ，２２ｂ  下縁部
６０ａ〜６０ｂ  側壁（缶体の）
６１ａ，６１ｂ  接続用フランジ（缶体の）
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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