(57)【要約】【課題】伝熱管内の凍結に起因して給湯動作が困難となる不具合を、簡易な構成によって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。【解決手段】内部に加熱用気体が供給されるケース６と、このケース６内に配され、かつ両端部が入水用および出湯用の一対のヘッダ部７Ａ，７Ｂに繋がった蛇行状または略Ｕ字状の複数の第１の伝熱管１と、を備えている、熱交換器ＨＥであって、両端部２ａが一対のヘッダ部７Ａ，７Ｂに繋がった状態でケース６内に配され、かつ複数の第１の伝熱管１とは異なる形状の第２の伝熱管２を、さらに備えており、この第２の伝熱管２のうち、少なくともその両端部２ａ、および最上位に位置して前記ヘッダ部７Ｂに繋がっている管体部２０Ａを除く領域は、その一端側から他端側に進むにしたがって高さが漸次低くなるように傾斜した傾斜状の管体部とされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に加熱用気体が供給されるケースと、
両端部が入水用および出湯用の一対のヘッダ部に繋がった状態で前記ケース内に配され、かつ上下高さ方向に間隔を隔てて並んで水平方向に延びる複数の直状管体部が、第１の接続管体部を介して一連に繋がった蛇行状または略Ｕ字状の複数の第１の伝熱管と、
を備えている、熱交換器であって、
両端部が前記一対のヘッダ部に繋がった状態で前記ケース内に配され、かつ前記複数の第１の伝熱管とは異なる形状の第２の伝熱管を、さらに備えており、
この第２の伝熱管のうち、少なくともその両端部、および最上位に位置して前記ヘッダ部の一方に繋がっている管体部を除く領域は、その一端側から他端側に進むにしたがって高さが漸次低くなるように傾斜した傾斜状の管体部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、
前記第２の伝熱管は、上下高さ方向に間隔を隔てて並んで上下高さ方向において傾斜した複数の傾状直状管体部が、第２の接続管体部を介して一連に繋がった蛇行状または略Ｖ字状である、熱交換器。
【請求項３】
請求項２に記載の熱交換器であって、
前記第２の伝熱管は、上下対称状である、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、
前記第２の伝熱管として、前記複数の第１の伝熱管の両側に位置する一対の第２の伝熱管を備えており、かつ前記各第２の伝熱管は、前記ケースの側壁部に接近した配置とされている、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、内部に湯水が供給される伝熱管を備えたタイプの熱交換器、およびこれを備えた給湯装置などの温水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器の一例として、特許文献１に記載のものがある。
同文献に記載の熱交換器は、温水装置の構成要素として利用されるものであって、バーナから燃焼ガスが供給されるケース内に、蛇行状の複数の伝熱管が配されている。各伝熱管の両端部は、入水用および出湯用の一対のヘッダに繋がっており、入水用のヘッダから各伝熱管に流入した湯水は、燃焼ガスにより加熱されてから出湯用のヘッダに到達し、出湯するように構成されている。
【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】
すなわち、温水装置を長期間にわたって不使用とする場合には、各伝熱管から水抜きを行ない、冬季に凍結を生じないようにされる場合が多い。これに対し、前記熱交換器の各伝熱管は、複数の直状管体部が接続管体部を介して一連に繋がった蛇行状であり、各直状管体部は、略水平状である。このため、温水装置が傾きのない状態で設置されている場合には、各伝熱管から適切な水抜きを行なうことは可能であるものの、温水装置が前側あるいは後側などに傾いて設置されている場合には、適切な水抜きは困難であり、各伝熱管内に水が溜まり、この部分が凍結する虞がある。このような凍結が発生した場合、ユーザが温水装置の使用を開始すべく、給湯用端末を開いたとしても、各伝熱管に湯水は流れず、給湯用端末への給湯がなされない不具合を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５３０６９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、伝熱管内の凍結に起因して給湯動作が困難となる不具合を、簡易な構成によって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】
【０００７】
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。
【０００８】
本発明の第１の側面により提供される熱交換器は、内部に加熱用気体が供給されるケースと、両端部が入水用および出湯用の一対のヘッダ部に繋がった状態で前記ケース内に配され、かつ上下高さ方向に間隔を隔てて並んで水平方向に延びる複数の直状管体部が、第１の接続管体部を介して一連に繋がった蛇行状または略Ｕ字状の複数の第１の伝熱管と、を備えている、熱交換器であって、両端部が前記一対のヘッダ部に繋がった状態で前記ケース内に配され、かつ前記複数の第１の伝熱管とは異なる形状の第２の伝熱管を、さらに備えており、この第２の伝熱管のうち、少なくともその両端部、および最上位に位置して前記ヘッダ部の一方に繋がっている管体部を除く領域は、その一端側から他端側に進むにしたがって高さが漸次低くなるように傾斜した傾斜状の管体部とされていることを特徴と
している。
【０００９】
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、図４（ａ），図５（ａ）を参照して後述する実施形態からも理解されるように、熱交換器が少々傾いた姿勢に取付けられた場合であっても、第２の伝熱管の水抜きを適切に行なうことが可能である。このため、冬季に第２の伝熱管が凍結することを防止することができる。その結果、蛇行状または略Ｕ字状の複数の第１の伝熱管内が凍結し、これら複数の第１の伝熱管内を湯水が流通しない状態であったとしても、第２の伝熱管には、湯水を流通させ、給湯動作を開始させることができ、便利である（なお、給湯動作が開始すれば、加熱用気体によって第１の伝熱管の凍結状態を解消することもできる）。
第２の伝熱管は、第１の伝熱管と同様に、加熱用気体からの熱回収に有効に利用できるものであるため、熱交換効率も良好なものとすることが可能である。
【００１０】
本発明において、好ましくは、前記第２の伝熱管は、上下高さ方向に間隔を隔てて並んで上下高さ方向において傾斜した複数の傾状直状管体部が、第２の接続管体部を介して一連に繋がった蛇行状または略Ｖ字状である。
【００１１】
このような構成によれば、第２の伝熱管の構成を簡易なものとしつつ、水抜き性を良好なものとすることができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、前記第２の伝熱管は、上下対称状である。
【００１３】
このような構成によれば、第２の伝熱管の製作作業が容易となり、その製造コストを廉価にする上で有利となる。また、第２の伝熱管を熱交換器のケースなどに組み付ける場合には、上下の向きを問わないものとなり、組み付け作業性なども良好なものとすることができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、前記第２の伝熱管として、前記複数の第１の伝熱管の両側に位置する一対の第２の伝熱管を備えており、かつ前記各第２の伝熱管は、前記ケースの側壁部に接近した配置とされている。
【００１５】
このような構成によれば、図１（ａ），および図３などを参照して後述するように、第２の伝熱管とケースの側壁部との隙間に、ドレン（凝縮水）が仮に進入したとしても、このドレンを第２の伝熱管に沿わせて円滑に流れさせ、排除することができる。このため、前記ドレンが前記隙間に不当に滞留したままにならないようにすることができる。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】（ａ）は、本発明に係る温水装置の一例を示す要部断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す温水装置の他の断面箇所での要部断面図である。
【図２】図１に示す温水装置に用いられている熱交換器の要部説明図である。
【図３】図１（ａ）のIII−III断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、図１および図２に示す熱交換器が前側に傾斜した状態を示す要部断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、図１および図２に示す熱交換器が後側に傾斜した状態を示す要部断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の例を示す要部側面図である。
【図７】本発明の他の例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１に示す温水装置ＷＨは、いわゆる逆燃式の給湯装置として構成されており、バーナケース４０内に配されたバーナ４、バーナケース４０内に燃焼用空気を供給するファン５、バーナケース４０の下側に配設された１次熱交換器３、および２次熱交換器ＨＥを備えている。１次熱交換器３は、バーナ４によって発生された燃焼ガス（加熱用気体の一例）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３０を有する伝熱管３１が缶体３２内に配された構成である。本実施形態における１次熱交換器３は、本発明に係る熱交換器には相当しない。２次熱交換器ＨＥは、潜熱回収用であり、本発明に係る熱交換器の一例に相当する。
【００２２】
２次熱交換器ＨＥは、１次熱交換器３を通過した燃焼ガスが内部に流入するケース６と、このケース６内に配された複数の第１および第２の伝熱管１，２と、入水用および出湯用の一対のヘッダ部７Ａ，７Ｂとを備えている。
【００２３】
各第１の伝熱管１は、蛇行状伝熱管であり、上下高さ方向に間隔を隔てて並んで水平方向に延びる複数の直状管体部１０と、これら複数の直状管体部１０を一連に繋ぐようにこれらの端部に繋がった側面視略円弧状の複数の接続管体部１１（本発明でいう第１の接続管体部の一例に相当）とを備えている。複数の第１の伝熱管１は、水平方向に間隔を隔てて並べられており（図２および図３も参照）、本実施形態では、互いに隣り合う第１の伝熱管１どうしが高低差を生じる千鳥配列とされている。各第１の伝熱管１の両端部は、ケース６の外部に引き出された上で、ヘッダ部７Ａ，７Ｂと繋げられている。ヘッダ部７Ａ，７Ｂは、入水口７０ａおよび出湯口７０ｂを備えている。なお、図示説明は省略するが、出湯口７０ｂから出湯した湯水は、１次熱交換器３の伝熱管３１に送られる。
【００２４】
各第２の伝熱管２は、第１の伝熱管１と同様に蛇行状伝熱管とされているが、上下高さ方向に間隔を隔てて並んだ管体部は、上下高さ方向に適当な角度θで傾斜した複数の傾斜直状管体部２０とされ、かつこれらが側面視略円弧状の接続管体部２１（本発明でいう第２の接続管体部の一例に相当）を介して一連に繋がった構成である。第２の伝熱管２の両端部２ａは、単寸の直状管体部として形成されており、ケース６の前壁部を貫通させるのに好ましいものとされている。第２の伝熱管２のうち、両端部２ａを除く全長域は、上側の一端側から下側の他端側に進むにしたがって高さが漸次低くなるように傾斜した管体部となっている。
【００２５】
各第２の伝熱管２は、好ましくは、上下対称状とされ、ケース６への組み付け時に上下の向きを問わないものとし、また製作の容易化が図られている。傾斜直状管体部２０および接続管体部２１の数は、第１の伝熱管１の直状管体部１０および接続管体部１１の数よりも少数とされているが、このことにより傾斜直状管体部２０の傾斜角θを大きくとることが可能である。
【００２６】
図２において、第２の伝熱管２は、たとえば左右一対で設けられており、これら一対の第２の伝熱管２は、複数の第１の伝熱管１の左右両側に位置するようにケース６に組み付
けられている。図３に示すように、各第２の伝熱管２は、熱効率を高めるべくケース６の側壁部６０に接近し、かつ側壁部６０との間に大きな隙間を生じないように設けられている。各第２の伝熱管２の両端部２ａは、第１の伝熱管１の両端部と同様に、ケース６の外部に引き出された上で、ヘッダ部７Ａ，７Ｂに繋げられている。
【００２７】
次に、前記した温水装置ＷＨの作用について説明する。
【００２８】
まず、図４（ａ），（ｂ）に示すように、温水装置ＷＨが前側に適当な傾斜角度α１で傾いて設置される場合がある。この場合において、入水用のヘッダ部７Ａを開放状態として、第１および第２の伝熱管１，２からの水抜き作業を試みたとしても、第１の伝熱管１においては、図４（ｂ）の符号Ｎａで示す箇所周辺に湯水が溜まったままとなる。これに対し、第２の伝熱管２においては、傾斜角度α１が、傾斜直状管体部２０の傾斜角度θ以下であれば、第２の伝熱管２内の湯水の略全量をヘッダ部７Ａ側に流れさせる水抜きが可能であり、内部に湯水が溜まらないようにすることができる。
【００２９】
また、前記とは反対に、図５（ａ），（ｂ）に示すように、温水装置ＷＨが後側に適当な傾斜角度α２で傾いて設置されている場合もある。この場合の水抜き作業においては、第１の伝熱管１のうち、図５（ｂ）の符号Ｎｂで示す箇所周辺に湯水が溜まったままとなる。これに対し、第２の伝熱管２においては、傾斜角度α２が、傾斜角度θ以下であれば、水抜きを適切に行なうことができ、その内部には湯水が溜まらないようにすることができる。
【００３０】
このようなことから、冬季に第１の伝熱管１内が凍結する現象を生じたとしても、第２の伝熱管２については、凍結を生じないようにすることができる。このため、温水装置ＷＨの給湯先の給湯端末が開状態とされた際には、第１の伝熱管１には湯水流通が生じないとしても、第２の伝熱管２には湯水流通が生じる。その結果、バーナ４の駆動燃焼を開始させ、給湯動作を適切に開始することができる。バーナ４の駆動燃焼が開始されれば、第１の伝熱管１の凍結が迅速に解消され、第１の伝熱管１をも利用した通常の給湯動作への移行が早期に実現する。
【００３１】
給湯動作時においては、燃焼ガスからの２次熱交換器ＨＥによる潜熱回収に伴い、第１および第２の伝熱管１，２の表面には、ドレン（凝縮水）が発生・付着する。このドレンの多くは、第１および第２の伝熱管１，２からそのまま落下し、あるいはそれらの表面を伝って下方に流れていく。ここで、ドレンとしては、図３に示すドレンＤのように、第２の伝熱管２とケース６の側壁部６０との隙間Ｃに入り込むものがある。これに対し、第２の伝熱管２は、既述したように、両端部２ａを除く全長域が傾斜状であるため、図１に示すように、ドレンＤは、第２の伝熱管２の表面に沿って円滑に流れる。したがって、隙間Ｃに入り込んだドレンＤが滞留したままになることも適切に解消される。
一対の第２の伝熱管２は、２次熱交換器ＨＥの正面視において、左右両側に離間した配置にあり、かつ入水用のヘッダ７Ａのうちの入水口７０ａの左右両側に位置して繋がっている。このため、仮に、２次熱交換器ＨＥが左右幅方向において傾いた姿勢に設置された場合であっても、一対の第２の伝熱管２のうち、入水口７０ａよりも高い配置となった一方の第２の伝熱管２からヘッダ７Ａ側に向けて水抜きを適切に行なわせることが可能となり、水抜きを適切に行なうことがより確実化される利点が得られる。
【００３２】
図６および図７は、本発明の他の実施形態を示している。同図において、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、その重複説明は省略する。
【００３３】
図６（ａ）に示す第２の伝熱管２Ａは、上下に間隔を隔てた傾斜直状管体部２０が２つ
のみ設けられた略Ｖ字状とされている。また、２つの傾斜直状管体部２０を繋ぐ接続管体部２１は、略鉛直状に起立した姿勢の短寸の直状管体部として構成されている。
本実施形態においても、第２の伝熱管２Ａからの水抜きを適切に行なうことができ、前記実施形態と同様な効果が得られる。なお、接続管体部２１は、直状管体部として形成されており、この部分は非傾斜状であるが、本発明における第２の伝熱管についての「傾斜状の管体部」とは、そのような非傾斜状部分（上下高さ方向への起立部分）を一部に含んでもよい概念である。
【００３４】
図６（ｂ）に示す第２の伝熱管２Ｂは、傾斜直状管体部２０が短くされた構成である。
熱回収量を多くする上では、第２の伝熱管２Ｂを長くすることが好ましいものの、本実施形態のように、第２の伝熱管２Ｂを短くしてもよい。この場合、第２の伝熱管２Ｂの製造コストを廉価にすることが可能である。
【００３５】
図６（ｃ）に示す第２の伝熱管２Ｃは、両端部２ａを除き、全体が湾曲した形態とされている。本発明においては、このような構成とすることも可能である。
【００３６】
図７に示す実施形態においては、第２の伝熱管２のうち、最上位に位置してヘッダ部７Ｂに繋がっている直状管体部２０Ａは、水平状とされている。これ以外の直状管体部は、傾斜直状管体部２０とされている。
本実施形態においては、熱交換器ＨＥが矢印Ｄａで示すように、前側に傾いて取付けられた場合には、直状管体部２０Ａ内の湯水がヘッダ部７Ｂに流れ込み、この内部には滞留しないようにすることが可能である。また、前記とは反対に、熱交換器ＨＥが後側に傾いて取付けられた場合には、直状管体部２０Ａ内の湯水は、直状管体部２０Ａの下流側部分に適切に流れていく。
このようなことから理解されるように、本発明では、最上位に位置してヘッダ部に繋がっている管体部については、傾斜させることなく、水平状とすることもできる。
【００３７】
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、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。
【００３８】
上述の実施形態においては、第１の伝熱管が蛇行状の伝熱管であるが、これに代えて、略Ｕ字状の伝熱管が用いられている場合においても、本発明を適用することが可能である。
第２の伝熱管は、図６および図７などの実施形態から理解されるように、その具体的な形状やサイズなどを種々に変更することが可能である。
【００３９】
本発明に係る温水装置は、逆燃式に代えて、燃焼ガスなどの加熱用気体を熱交換器の下方から上向きに進行させる正燃式とすることもできる。バーナの種類も問わず、たとえばオイルバーナとすることもできる。本発明でいう温水装置は、温水生成機能を有する装置であり、一般給湯用、風呂給湯用、温水暖房用、融雪用など、その具体的な用途は限定されない。
本発明に係る熱交換器は、潜熱回収用に限らない。加熱用気体は、燃焼ガスに限らず、たとえばコージェネレーションシステムから排出される高温の排ガスでもよい。
【符号の説明】
【００４０】
ＷＨ  温水装置
ＨＥ  ２次熱交換器（熱交換器）
１  第１の伝熱管
１０  直状管体部
１１  接続管体部（第１の接続管体部）
２，２Ａ〜Ｃ  第２の伝熱管
２ａ  両端部（第２の伝熱管の）
２０  傾斜直状管体部
２１  接続管体部（第２の接続管体部）
６  ケース
６０  側壁部（ケースの）
７Ａ，７Ｂ  ヘッダ部
【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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