(57)【要約】【課題】熱交換効率を向上させるとともに胴パイプ部の内部に缶石が発生することを抑制することができる熱交換装置およびそれを備えた熱源機を提供する。【解決手段】熱交換装置２００は、一次熱交換器１０と、二次熱交換器２０と、接続管６０とを備えている。接続管６０は、一次熱交換器１０と二次熱交換器２０とを接続する。一次熱交換器１０は、一次熱交換部１１と、一次熱交換部１１の周囲を取り囲む胴板１２と、胴板１２を冷却するための胴パイプ部１３とを含んでいる。胴パイプ部１３は、バーナに対して一次熱交換部１１よりも近くに配置され、かつ接続管６０に接続されている。一次熱交換部１１は、胴パイプ部１３に接続された第１伝熱管部１１１と、第１伝熱管部１１１に接続されかつ第１伝熱管部１１１に対して胴パイプ部１３と反対側に配置された第２伝熱管部１１２とを含んでいる。【選択図】図３
2019128083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナから供給される燃焼ガスの顕熱および潜熱を回収可能な熱交換装置であって、
前記燃焼ガスの前記顕熱を回収するための一次熱交換器と、
前記一次熱交換器に対して前記バーナと反対側に配置され、かつ前記燃焼ガスの前記潜熱を回収するための二次熱交換器と、
前記一次熱交換器と前記二次熱交換器とを接続する接続管とを備え、
前記一次熱交換器は、一次熱交換部と、前記一次熱交換部の周囲を取り囲む胴板と、前記胴板を冷却するための胴パイプ部とを含み、
前記胴パイプ部は、前記バーナに対して前記一次熱交換部よりも近くに配置され、かつ前記接続管に接続されており、
前記一次熱交換部は、前記胴パイプ部に接続された第１伝熱管部と、前記第１伝熱管部に接続されかつ前記第１伝熱管部に対して前記胴パイプ部と反対側に配置された第２伝熱管部とを含む、熱交換装置。
【請求項２】
前記第１伝熱管部は、上下方向において前記第２伝熱管部よりも上方に配置されている、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記一次熱交換部は、前記胴パイプ部に接続された第１入水部と、前記第２伝熱管部に接続された第１出水部とを含み、
前記二次熱交換器は、前記二次熱交換器に水を流入させる第２入水部と、前記第１入水部に前記接続管を介して接続された第２出水部とを含み、
前記第１入水部、前記第１出水部、前記第２入水部および前記第２出水部はいずれも同じ方向に向けて開口するように配置されている、請求項１または２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記第２出水部は、前記バーナに対して前記第２入水部よりも近くに配置されている、請求項３に記載の熱交換装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の前記熱交換装置と、
前記一次熱交換器および前記二次熱交換器の順に前記燃焼ガスを供給可能な前記バーナとを備えた、熱源機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置および熱源機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕熱回収用の一次熱交換器および潜熱回収用の二次熱交換器を備えた熱源機が用いられている。この熱源機の一次熱交換器には、伝熱管を収容する胴板と、胴板を冷却するための胴パイプ部を備えたものがある。これらの胴板および胴パイプ部を備えた熱源機は、たとえば特開２０１７−２０７２７１号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００３】
この公報に記載された熱源機では、バーナで生成された燃焼ガスは、顕熱回収用の一次熱交換器に対して上方から導入され、一次熱交換器を経由して潜熱回収用の二次熱交換器を通って下方の排気ダクトへ導出される。一次熱交換器では、伝熱管と胴パイプ部とは互いに直列に接続されている。伝熱管は胴板の側壁間に延びるように配置されている。胴パイプ部は、伝熱管よりも上方において胴板の側壁に沿って配置されている。伝熱管の入水側の端部は接続管を介して二次熱交換器に接続されている。伝熱管の出水側の端部は胴パイプ部の入水側の端部に接続されている。胴パイプ部の出水側の端部は出湯管に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２０７２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公報に記載された熱源機の一次熱交換器では、燃焼ガスと水との熱交換量は、胴パイプ部よりも伝熱管の方が大きい。したがって、二次熱交換器から接続管を介して伝熱管に水が流入することにより一次熱交換器において水は効果的に温められる。このため、熱交換効率を向上させることが可能となる。
【０００６】
しかしながら、伝熱管における熱交換量が大きいため、伝熱管から胴パイプ部に流入する水の温度は、出湯温度に近い高温になる。したがって、胴パイプ部を流れる水の温度は、出湯温度に近い高温になる。この場合には、温度の高い水は管内部に水に含まれるミネラル分が析出した缶石を発生させやすいため、胴パイプ部の内部に缶石が発生しやすい。胴パイプ部の内部に缶石が発生すると、缶石が胴パイプ部を閉塞することにより胴パイプ部に亀裂が発生するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換効率を向上させるとともに胴パイプ部の内部に缶石が発生することを抑制することができる熱交換装置およびそれを備えた熱源機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱交換装置は、バーナから供給される燃焼ガスの顕熱および潜熱を回収可能なものである。熱交換装置は、一次熱交換器と、二次熱交換器と、接続管とを備えている。一次熱交換器は、燃焼ガスの顕熱を回収するためのものである。二次熱交換器は、一次熱交換器に対してバーナと反対側に配置され、かつ燃焼ガスの潜熱を回収するためのものである。接続管は、一次熱交換器と二次熱交換器とを接続する。一次熱交換器は、一次熱交換部と、一次熱交換部の周囲を取り囲む胴板と、胴板を冷却するための胴パイプ部とを含んでいる。胴パイプ部は、バーナに対して一次熱交換部よりも近くに配置され、かつ接続管に接続されている。一次熱交換部は、胴パイプ部に接続された第１伝熱管部と、第１伝熱管部に接続されかつ第１伝熱管部に対して胴パイプ部と反対側に配置された第２伝熱管部とを含んでいる。
【０００９】
本発明の熱交換装置によれば、バーナに対して一次熱交換部よりも近くに配置された胴パイプ部に第１伝熱管部が接続されているため、胴パイプ部で燃焼ガスと熱交換することにより温められた水が第１伝熱管部に流入する。そのため、二次熱交換器から胴パイプ部を経由せずに第１伝熱管部に水が流入する場合よりも第１伝熱管部の熱交換効率は低下する。しかしながら、一次熱交換部は、胴パイプ部に接続された第１伝熱管部と、第１伝熱管部に接続されかつ第１伝熱管部に対して胴パイプ部と反対側に配置された第２伝熱管部とを含んでいる。そのため、一次熱交換部に伝熱管部が一段に配置されている場合よりも一次熱交換部の熱交換量を向上させることができる。これにより、熱交換効率を向上させることができる。さらに、胴パイプ部は一次熱交換器と二次熱交換器とを接続する接続管に接続されているため、二次熱交換器から接続管を経由して胴パイプ部に水を流入させることができる。したがって、一次熱交換部から胴パイプ部に水が流入する場合よりも胴パイプ部に流入する水の温度を低くすることができるため、胴パイプ部を流れる水の温度を低くすることができる。これにより、胴パイプ部の内部に缶石が発生することを抑制することができる。
【００１０】
上記の熱交換装置において、第１伝熱管部は、上下方向において第２伝熱管部よりも上方に配置されている。このため、上下方向において上方に配置された第１伝熱管部から下方に配置された第２伝熱管部に水が流れる。したがって、第１伝熱管部および第２伝熱管部から水を排出することが容易である。これにより、一次熱交換器の排水性を向上させることができる。
【００１１】
上記の熱交換装置において、一次熱交換部は、胴パイプ部に接続された第１入水部と、第２伝熱管部に接続された第１出水部とを含んでいる。二次熱交換器は、二次熱交換器に水を流入させる第２入水部と、第１入水部に接続管を介して接続された第２出水部とを含んでいる。第１入水部、第１出水部、第２入水部および第２出水部はいずれも同じ方向に向けて開口するように配置されている。このため、第１入水部と第２出水部とに接続される接続管、第１出水部に接続される配管および第２入水部に接続される配管をそれぞれ同じ方向から接続することができる。したがって、熱交換装置の組立性を向上させることができる。
【００１２】
上記の熱交換装置において、第２出水部は、バーナに対して第２入水部よりも近くに配置されている。このため、二次熱交換器において、バーナから供給される燃焼ガスが流れる方向と、第２入水部から第２出水部に向けて水が流れる方向とを反対にすることができる。したがって、二次熱交換器において、第２入水部から第２出水部に向けて水の温度を徐々に高くしながら水と燃焼ガスとの間で熱交換することができる。これにより、二次熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明の熱源機は、上記の熱交換装置と、一次熱交換器および二次熱交換器の順に燃焼ガスを供給可能なバーナとを備えている。本発明の熱源機によれば、熱交換効率を向上させるとともに胴パイプ部の内部に缶石が発生することを抑制することができる熱交換装置を備えた熱源機を提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、熱交換効率を向上させるとともに胴パイプ部の内部に缶石が発生することを抑制することができる熱交換装置およびそれを備えた熱源機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態における熱源機の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態における熱交換装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態における熱交換器の内部構造を破線で示す側面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における熱交換装置の内部構造を破線で示す背面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における熱交換装置を流れる水の流路を模式的に示す図である。
【図８】比較例１における熱交換装置を流れる水の流路を模式的に示す図である。
【図９】比較例２における熱交換装置を流れる水の流路を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下各図の矢印は、適宜、燃焼ガスおよび水の流れを示している。
【００１７】
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態における熱源機１００の構成について説明する。
【００１８】
図１に示されるように、本実施の形態の熱源機１００は、点火プラグ１と、一次熱交換器（顕熱回収熱交換器）１０と、二次熱交換器（潜熱回収熱交換器）２０と、バーナ３０と、チャンバ３１と、送風装置３２と、ダクト３３と、ベンチュリ３４、オリフィス３５、ガスバルブ３６、配管４０と、バイパス配管４１と、三方弁４２と、筐体５０と、接続管６０とを主に有している。一次熱交換器１０、二次熱交換器２０および接続管６０は熱交換装置２００を構成している。筐体５０の内部に、上記の部品のうち筐体５０を除く全ての部品が配置されている。上記の部品は熱交換装置２００を除いて従来公知のものと同様である。
【００１９】
燃料ガスは、ガスバルブ３６とオリフィス３５とを通じてベンチュリ３４に流れる。ベンチュリ３４で混合された混合ガスは送風装置３２に送られる。送風装置３２は、混合ガスをバーナ３０へ供給するためのものである。送風装置３２はチャンバ３１に接続されており、チャンバ３１はバーナ３０に接続されている。送風装置３２から供給された混合ガスは、チャンバ３１を通じてバーナ３０に送られる。バーナ３０は、一次熱交換器１０に供給される加熱用気体（燃焼ガス）を発生させるためのものである。バーナ３０から吹出される混合ガスは、点火プラグ１によって着火され、燃焼ガスとなる。
【００２０】
燃焼ガスが一次熱交換器１０および二次熱交換器２０を順に通過して湯水と熱交換するように、バーナ３０、一次熱交換器１０および二次熱交換器２０が接続されている。バーナ３０は、一次熱交換器１０に対して二次熱交換器２０と反対側に配置されている。バーナ３０は、一次熱交換器１０および二次熱交換器２０の順に燃焼ガスを供給可能に構成されている。本実施の形態では、バーナ３０は一次熱交換器１０の上方に配置されている。つまり、バーナ３０は逆燃方式である。なお、バーナ３０は正燃方式であってもよい。
【００２１】
二次熱交換器２０にはダクト３３が接続されており、ダクト３３は筐体５０の外部へ延びている。これにより、二次熱交換器２０を通過した燃焼ガスは、ダクト３３を通じて筐体５０の外部へ排出される。一次熱交換器１０よりも出湯側の配管４０の部分とバイパス配管４１とは三方弁４２で接続されている。
【００２２】
次に、図２〜図６を参照して、本実施の形態の熱交換装置２００の構成について説明する。なお、説明の便宜のため、図２、図３および図５では接続管６０は破線で図示されており、図４および図６では接続管６０は図示されていない。図２および図３に示されるように、熱交換装置２００は、燃焼ガスの顕熱および潜熱を回収可能なものである。熱交換装置２００は、一次熱交換器１０と、二次熱交換器２０と、接続管６０とを有している。
【００２３】
一次熱交換器１０は、燃焼ガスの顕熱を回収するためのものである。二次熱交換器２０は、燃焼ガスの潜熱を回収するためのものである。二次熱交換器２０は、一次熱交換器１０に対してバーナ３０と反対側に配置されている。接続管６０は、一次熱交換器１０と二次熱交換器２０とを接続する。接続管６０は、たとえば、金属、樹脂などで構成されている。一次熱交換器１０と二次熱交換器２０とは第１方向Ｄ１に重なるように配置されている。二次熱交換器２０は、熱交換装置２００が設置された状態において一次熱交換器１０に鉛直方向（上下方向）に重なるように配置されている。つまり、熱交換装置２００が設置された状態において、第１方向Ｄ１は上下方向となる。
【００２４】
一次熱交換器１０は、第１入水部１０ａと、第１出水部１０ｂと、一次熱交換部１１と、胴板１２と、胴パイプ部１３と、ヘッダ部材１４と、ベンドパイプ１５とを備えている。第１入水部１０ａは、一次熱交換器１０に最初に湯水が入水する部分である。第１入水部１０ａは、胴パイプ部１３に接続されている。また、第１入水部１０ａは接続管６０に接続されている。第１出水部１０ｂは、一次熱交換器１０から最後に湯水が出湯する部分である。第１出水部１０ｂは、一次熱交換部１１に接続されている。また、第１出水部１０ｂは、図示しない配管に接続されている。
【００２５】
一次熱交換部１１は、複数のフィン１１ａと、複数のフィンパイプ１１ｂとを含んでいる。複数のフィン１１ａおよび複数のフィンパイプ１１ｂの各々は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製であってもよい。一次熱交換部１１は、複数のフィン１１ａおよび複数のフィンパイプ１１ｂの外部を燃焼ガスが流れ、複数のフィンパイプ１１ｂの内部を水が流れるように構成されている。複数のフィン１１ａは互いに積層されている。複数のフィンパイプ１１ｂは複数のフィン１１ａを積層方向に貫通している。なお、図２、図３および図５においては、説明の便宜のため、複数のフィン１１ａのうち一部のみが図示されている。
【００２６】
複数のフィンパイプ１１ｂは、第１方向Ｄ１に沿って二段に配列されている。つまり、一次熱交換部１１は、第１方向Ｄ１に沿って二段に配列された第１伝熱管部１１１および第２伝熱管部１１２を含んでいる。二段のうち胴パイプ部１３に対して近い段に配列された複数のフィンパイプ１１ｂが第１伝熱管部１１１を構成している。二段のうち胴パイプ部１３に対して離れた段に配列された複数のフィンパイプ１１ｂが第２伝熱管部１１２を構成している。
【００２７】
第１伝熱管部１１１は、ベンドパイプ１５を介して胴パイプ部１３に接続されている。第２伝熱管部１１２は、ベンドパイプ１５を介して第１伝熱管部１１１に接続されている。第２伝熱管部１１２は、第１伝熱管部１１１に対して胴パイプ部１３と反対側に配置されている。第１出水部１０ｂは、第２伝熱管部１１２に接続されている。胴パイプ部１３、第１伝熱管部１１１および第２伝熱管部１１２は直列に接続されている。
【００２８】
本実施の形態では、第１方向Ｄ１は上下方向であるため、第１伝熱管部１１１および第２伝熱管部１１２は、第１伝熱管部１１１、第２伝熱管部１１２の順に上下に配置されている。つまり、第１伝熱管部１１１は、上下方向において第２伝熱管部１１２よりも上方に配置されている。
【００２９】
胴板１２は、一次熱交換部１１の周囲を取り囲んでいる。胴板１２は、正面部１２ａと、一対の側面部１２ｂと、背面部１２ｃとを含んでいる。正面部１２ａ、一対の側面部１２ｂおよび背面部１２ｃは四角の枠を構成している。胴板１２は上下に開口を有している。胴板１２は、上側の開口を通って胴板１２の内側へ燃焼ガスを給気可能である。胴板１２は、下側の開口を通って燃焼ガスを胴板１２の外側へ排気可能である。
【００３０】
胴パイプ部１３は、胴板１２を冷却するためのものである。図６に示されるように、胴パイプ部１３は、バーナ３０に対して一次熱交換部１１よりも近くに配置されている。胴パイプ部１３は、接続管６０に接続されている。胴パイプ部１３は、胴板１２の一対の側面部１２ｂおよび背面部１２ｃの内側面に沿うように配置されている。胴パイプ部１３は、第１冷却パイプ１３１、第２冷却パイプ１３２および第３冷却パイプ１３３を含んでいる。第１冷却パイプ１３１、第２冷却パイプ１３２および第３冷却パイプ１３３は、第１方向Ｄ１に並んで設置されている。第１冷却パイプ１３１、第２冷却パイプ１３２および第３冷却パイプ１３３は、ヘッダ部材１４を介して直列に接続されている。ヘッダ部材１４は、胴板１２の正面部１２ａに取り付けられている。ヘッダ部材１４は、第１ヘッダ部材１４１と、第２ヘッダ部材１４２とを含んでいる。
【００３１】
第１冷却パイプ１３１の一方端は第１入水部１０ａに接続されており、第１冷却パイプ１３１の他方端は第１ヘッダ部材１４１に接続されている。第２冷却パイプ１３２の一方端は第１ヘッダ部材１４１に接続されており、第２冷却パイプ１３２の他方端は第２ヘッダ部材１４２に接続されている。第３冷却パイプ１３３の一方端は第２ヘッダ部材１４２に接続されており、第３冷却パイプ１３３の他方端は最も上方に配置されたベンドパイプ１５に接続されている。また、一次熱交換部１１の複数のフィンパイプ１１ｂは互いにベンドパイプ１５により直列に接続されている。
【００３２】
二次熱交換器２０は、第２入水部２０ａと、第２出水部２０ｂと、二次熱交換部２１と、胴板２２と、ヘッダ部材２３とを備えている。第２入水部２０ａは、二次熱交換器２０に最初に湯水が入水する部分である。第２入水部２０ａは、二次熱交換器２０に水を流入させる。第２入水部２０ａは、図示しない配管に接続されている。第２出水部２０ｂは、二次熱交換器２０から最後に湯水が出湯する部分である。第２出水部２０ｂは、接続管６０に接続されている。つまり、第２出水部２０ｂは、第１入水部１０ａに接続管６０を介して接続されている。図６に示されるように、第２出水部２０ｂは、バーナ３０に対して第２入水部２０ａよりも近くに配置されている。
【００３３】
第１入水部１０ａ、第１出水部１０ｂ、第２入水部２０ａおよび第２出水部２０ｂはいずれも同じ方向に向けて開口するように配置されている。本実施の形態では、第１入水部１０ａ、第１出水部１０ｂ、第２入水部２０ａおよび第２出水部２０ｂのすべてが第２方向Ｄ２に向けて開口するように配置されている。
【００３４】
図３〜図５に示されるように、二次熱交換部２１は、複数の第１管２１ａと、複数の第２管２１ｂとを含んでいる。複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの各々は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製であってもよい。二次熱交換部２１は、複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの各々の外部を燃焼ガスが流れ、複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの内部を水が流れるように構成されている。
【００３５】
複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの各々は、蛇行管（ミアンダ）である。複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの各々は、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に交互に折り返すように構成されている。複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの各々は、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の両方に直交する第３方向Ｄ３に互いに積層されている。複数の第１管２１ａの各々と複数の第２管２１ｂの各々とは第１方向Ｄ１に互いにずれて配置されている。
【００３６】
胴板２２は、複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂを取り囲んでいる。胴板２２は、正面部２２ａと、一対の側面部２２ｂと、背面部２２ｃとを含んでいる。正面部２２ａ、一対の側面部２２ｂおよび背面部２２ｃは四角の枠を構成している。胴板２２は上下に開口を有している。胴板２２は、上側の開口を通って胴板２２の内側へ燃焼ガスを給気可能である。胴板２２は、下側の開口を通って燃焼ガスを胴板２２の外側へ排気可能である。
【００３７】
ヘッダ部材２３は、第１ヘッダ部材２３１と、第２ヘッダ部材２３２とを含んでいる。第１ヘッダ部材２３１と第２ヘッダ部材２３２とは第１方向Ｄ１に並んで配置されている。第２入水部２０ａは第１ヘッダ部材２３１に接続されている。第２出水部２０ｂは第２ヘッダ部材２３２に接続されている。
【００３８】
図３〜図５に示されるように、複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの各々は、複数の直線部２１ｃと、複数の湾曲部２１ｄとを有している。複数の直線部２１ｃの各々は、第２方向Ｄ２に延びている。複数の湾曲部２１ｄの各々は、第３方向Ｄ３に延びている。複数の湾曲部２１ｄは、複数の直線部２１ｃ同士を接続する。複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの各々は、複数の直線部２１ｃと複数の湾曲部２１ｄとが直列に接続されることにより蛇行しながら鉛直方向（第１方向Ｄ１）に延びている。
【００３９】
複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの各々の一方端は第１ヘッダ部材２３１に接続されており、複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの各々の他方端は第２ヘッダ部材２３２に接続されている。複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの各々は第１ヘッダ部材２３１および第２ヘッダ部材２３２を介して並列に接続されている。
【００４０】
次に、図２、図３、図５および図６を参照して、熱交換装置２００における燃焼ガスの流れおよび水の流れについて説明する。なお、図６では、説明の便宜のため、バーナ３０の熱交換装置２００に接続された部分の周辺以外は図示されていない。
【００４１】
まず、熱交換装置２００における燃焼ガスの流れについて説明する。一次熱交換器１０の上側の開口を通って燃焼ガスが熱交換装置２００に給気され、二次熱交換器２０の下側の開口を通って燃焼ガスが熱交換装置２００から排気される。具体的には、一次熱交換器１０の胴板１２の上側に設けられた開口を通って一次熱交換器１０に給気された燃焼ガスは、胴板１２の下側に設けられた開口に向けて上方からに下方に流れる。このとき、胴パイプ部１３の外側を流れる燃焼ガスと胴パイプ部１３の内側を流れる水との間で熱交換が行われる。さらに、一次熱交換部１１の複数のフィン１１ａおよび複数のフィンパイプ１１ｂの外側を流れる燃焼ガスと、複数のフィンパイプ１１ｂの内側を流れる水との間で熱交換が行われる。
【００４２】
一次熱交換器１０を通過した燃焼ガスは、二次熱交換器２０の胴板２２の上側に設けられた開口を通って二次熱交換器２０に給気される。二次熱交換器２０に給気された燃焼ガスは、胴板２２の下側に設けられた開口に向けて上方から下方に流れる。このとき、二次熱交換部２１の複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの外側を流れる燃焼ガスと、複数の第１管２１ａおよび複数の第２管２１ｂの内側を流れる水との間で熱交換が行われる。
【００４３】
続いて、熱交換装置２００における水の流れについて説明する。二次熱交換器２０の第２入水部２０ａから二次熱交換器２０に流入した湯水は、二次熱交換部２１において燃焼ガスとの間で熱交換された後に第２出水部２０ｂから出湯する。二次熱交換器２０の第２出水部２０ｂから出湯した水は、接続管６０を経由して、一次熱交換器１０の第１入水部１０ａに入水する。一次熱交換器１０の第１入水部１０ａから一次熱交換器１０に入水した湯水は、一次熱交換部１１において燃焼ガスとの間で熱交換された後に第１出水部１０ｂから出湯する。
【００４４】
さらに、一次熱交換器１０の水の流れを詳しく説明する。第１入水部１０ａから一次熱交換器１０に入水した湯水は、胴パイプ部１３のうち最も上方に配置された第１冷却パイプ１３１に流入する。第１冷却パイプ１３１内に流入した湯水は、第１冷却パイプ１３１内を通り、第１ヘッダ部材１４１を経由して、第１冷却パイプ１３１の下方に配置された第２冷却パイプ１３２に流入する。第２冷却パイプ１３２内に流入した湯水は、第２冷却パイプ１３２内を通り、第２ヘッダ部材１４２を経由して、第２冷却パイプ１３２の下方に配置された第３冷却パイプ１３３に流入する。第３冷却パイプ１３３内に流入した湯水は、第３冷却パイプ１３３内を通り、最も上方に配置されたベンドパイプ１５に流入する。最も上方に配置されたベンドパイプ１５に流入した湯水は、複数のフィンパイプ１１ｂと複数のベンドパイプ１５とが直列に接続された一連の通水路を正面部１２ａと背面部１２ｃとが対向する方向に折り返すように流れる。最後に、湯水は第１出水部１０ｂから出湯する。
【００４５】
次に、本実施の形態の作用効果を比較例と対比して説明する。
図７を参照して、比較例１の熱交換装置２００は、二次熱交換器２０が接続管６０を介して一次熱交換器１０の第２伝熱管部１１２に接続されている点で、本実施の形態の熱交換装置２００と主に異なっている。
【００４６】
比較例１の熱交換装置２００では、二次熱交換器２０から一次熱交換器１０に流入した水は、第２伝熱管部１１２、第１伝熱管部１１１および胴パイプ部１３の順に流れる。燃焼ガスと水との熱交換量は、胴パイプ部１３よりも一次熱交換部１１の方が大きい。したがって、二次熱交換器２０から接続管６０を介して一次熱交換部１１の第２伝熱管部１１２および第１伝熱管部１１１に水が流入することにより一次熱交換器１０において水は効果的に温められる。このため、熱交換効率を向上させることが可能となる。
【００４７】
しかしながら、第１伝熱管部１１１および第２伝熱管部１１２における熱交換量が大きいため、第１伝熱管部１１１から胴パイプ部１３に流入する水の温度は、出湯温度に近い高温になる。したがって、胴パイプ部１３を流れる水の温度は、出湯温度に近い高温になる。この場合には、温度の高い水は管内部に缶石を発生させやすいため、胴パイプ部１３の内部に缶石が発生しやすい。胴パイプ部１３の内部に缶石が発生すると、缶石が胴パイプ部１３を閉塞することにより胴パイプ部１３に亀裂が発生するおそれがある。
【００４８】
図８を参照して、比較例２の熱交換装置２００は、二次熱交換器２０が接続管６０を介して一次熱交換器１０の第１伝熱管部１１１に接続されている点で、本実施の形態の熱交換装置２００と主に異なっている。
【００４９】
比較例２の熱交換装置２００では、二次熱交換器２０から一次熱交換器１０に流入した水は、第１伝熱管部１１１、第２伝熱管部１１２および胴パイプ部１３の順に流れる。比較例２の熱交換装置２００においても第１伝熱管部１１１から胴パイプ部１３に流入する水の温度は、出湯温度に近い高温になる。したがって、胴パイプ部１３を流れる水の温度は、出湯温度に近い高温になる。よって、胴パイプ部１３の内部に缶石が発生しやすい。
【００５０】
また、比較例２の熱交換装置２００では、第１伝熱管部１１１よりも下方に配置された第２伝熱管部１１２から接続管６０を介して第１伝熱管部１１１よりも上方に配置された胴パイプ部１３に水が流れる。そのため、一次熱交換器１０から水を排出するときに、第２伝熱管部１１２に貯留された水を排出するために第２伝熱管部１１２に排出栓を設置する必要がある。これにより、コストが高くなるという問題がある。
【００５１】
比較例１および比較例２に対して、本実施の形態の熱交換装置２００によれば、図６および図９に示されるように、バーナ３０に対して一次熱交換部１１よりも近くに配置された胴パイプ部１３に第１伝熱管部１１１が接続されているため、胴パイプ部１３で燃焼ガスと熱交換することにより温められた水が第１伝熱管部１１１に流入する。そのため、二次熱交換器２０から胴パイプ部１３を経由せずに第１伝熱管部１１１に水が流入する場合よりも第１伝熱管部１１１の熱交換効率は低下する。しかしながら、一次熱交換部１１は、胴パイプ部１３に接続された第１伝熱管部１１１と、第１伝熱管部１１１に接続されかつ第１伝熱管部１１１に対して胴パイプ部１３と反対側に配置された第２伝熱管部１１２とを含んでいる。そのため、一次熱交換部１１に伝熱管部が一段に配置されている場合よりも一次熱交換部１１の熱交換量を向上させることができる。これにより、熱交換効率を向上させることができる。
【００５２】
さらに、胴パイプ部１３は一次熱交換器１０と二次熱交換器２０とを接続する接続管６０に接続されているため、二次熱交換器２０から接続管６０を経由して胴パイプ部１３に水を流入させることができる。したがって、一次熱交換部１１から胴パイプ部１３に水が流入する場合よりも胴パイプ部１３に流入する水の温度を低くすることができるため、胴パイプ部１３を流れる水の温度を低くすることができる。これにより、胴パイプ部１３の内部に缶石が発生することを抑制することができる。よって、本実施の形態の熱交換装置２００によれば、熱交換効率を向上させるとともに胴パイプ部１３の内部に缶石が発生することを抑制することができる。
【００５３】
また、本実施の形態の熱交換装置２００では、第１伝熱管部１１１は、上下方向において第２伝熱管部１１２よりも上方に配置されているため、上下方向において上方に配置された第１伝熱管部１１１から下方に配置された第２伝熱管部１１２に水が流れる。したがって、第１伝熱管部１１１および第２伝熱管部１１２から水を排出することが容易である。これにより、一次熱交換器１０の排水性を向上させることができる。さらに、一次熱交換器１０から水を排出するときに、第２伝熱管部１１２に貯留された水を排出するために第２伝熱管部１１２に排出栓を設置する必要がない。これにより、コストが高くなることを抑制することができる。
【００５４】
図２および図３に示されるように、本実施の形態の熱交換装置２００では、第１入水部１０ａ、第１出水部１０ｂ、第２入水部２０ａおよび第２出水部２０ｂはいずれも同じ方向に向けて開口するように配置されている。このため、第１入水部１０ａと第２出水部２０ｂとに接続される接続管６０、第１出水部１０ｂに接続される配管および第２入水部２０ａに接続される配管をそれぞれ同じ方向から接続することができる。したがって、熱交換装置２００の組立性を向上させることができる。
【００５５】
図２および図６に示されるように、本実施の形態の熱交換装置２００では、第２出水部２０ｂは、バーナ３０に対して第２入水部２０ａよりも近くに配置されている。このため、二次熱交換器２０において、バーナ３０から供給される燃焼ガスが流れる方向と、第２入水部２０ａから第２出水部２０ｂに向けて水が流れる方向とを反対にすることができる。したがって、二次熱交換器２０において、第２入水部２０ａから第２出水部２０ｂに向けて水の温度を徐々に高くしながら水と燃焼ガスとの間で熱交換することができる。これにより、二次熱交換器２０の熱交換効率を向上させることができる。
【００５６】
図１および図６に示されるように、本実施の形態の熱源機１００は、上記の熱交換装置２００と、一次熱交換器１０および二次熱交換器２０の順に燃焼ガスを供給可能なバーナ３０とを備えている。本実施の形態の熱源機１００によれば、熱交換効率を向上させるとともに胴パイプ部１３の内部に缶石が発生することを抑制することができる熱交換装置２００を備えた熱源機１００を提供することができる。
【００５７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１０  一次熱交換器、１０ａ  第１入水部、１０ｂ  第１出水部、１１  一次熱交換部、１１ａ  フィン、１１ｂ  フィンパイプ、１２，２２  胴板、１３  胴パイプ部、１４，２３  ヘッダ部材、１５  ベンドパイプ、２０  二次熱交換器、２０ａ  第２入水部、２０ｂ  第２出水部、２１  二次熱交換部、３０  バーナ、６０  接続管、１００  熱源機、１１１  第１伝熱管部、１１２  第２伝熱管部、２００  熱交換装置。
【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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