(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部が閉止され、基端部に開口を有し、先端部と基端部との間に燃焼ガス排気口を備える伝熱管と；燃焼ガスを発生し、発生した燃焼ガスを開口した先端部から排出する燃焼器であって、前記伝熱管の基端部の開口から少なくともその先端部が前記伝熱管内に挿入された状態で前記伝熱管に取り付けられ、燃焼器の外周面と前記伝熱管の内周面との間に、燃焼器の先端部から前記燃焼ガス排気口へと向かう燃焼ガス通路を形成する燃焼器と；前記燃焼ガス通路に配置され、前記伝熱管の内周面と接触する１又は複数の熱伝導体とを有し、前記燃焼ガス通路に配置された前記熱伝導体が、板状の部材を前記伝熱管の長手方向と直交する面での断面が交互に逆向きのコの字となるように折り曲げられた形状を有しており、その前記伝熱管の内周面と接触する部分において前記伝熱管の内周面に取り付けられている流体加熱用燃焼器付熱交換器。
【請求項２】
前記燃焼器が前記伝熱管に対して抜き差し自在に取り付けられている請求項１記載の流体加熱用燃焼器付熱交換器。
【請求項３】
前記燃焼器が、先端部が開口したバーナ管と、前記バーナ管の先端部よりも基端部側に設けられた混合ガス噴出部とを有しているバーナである請求項１又は２記載の流体加熱用燃焼器付熱交換器。
【請求項４】
前記バーナ管が、前記混合ガス噴出部よりも基端部側に、混合ガス入口を備えている請求項３記載の流体加熱用燃焼器付熱交換器。
【請求項５】
前記バーナ管が、前記混合ガス噴出部よりも基端部側に、燃料ガス入口及び燃焼用空気入口を備えている請求項３記載の流体加熱用燃焼器付熱交換器。
【請求項６】
前記バーナ管が、前記バーナ管の管壁を隔てて前記燃焼ガス通路と間接的に接触する位置又は前記燃焼ガス通路内となる位置に、前記バーナ管の内周面及び／又は外周面と接触する熱伝導性部材を備えている請求項３〜５のいずれかに記載の流体加熱用燃焼器付熱交換器。
【請求項７】
前記バーナ管の外側に、先端部が開口し、その先端部が前記バーナ管の先端部よりも先端部側に突出した燃焼管を備えている請求項３〜５のいずれかに記載の流体加熱用燃焼器付熱交換器。
【請求項８】
前記バーナ管の外側に、先端部が開口し、その先端部が前記バーナ管の先端部よりも先端部側に突出した燃焼管を備え、前記燃焼管が、混合ガス供給口を備え、前記燃焼管の内周面と前記バーナ管の外周面との間に、前記混合ガス供給口から前記混合ガス入口へと向かう混合ガス通路を形成し、前記混合ガス供給口と前記混合ガス入口との間であって、前記燃焼管の管壁を隔てて前記燃焼ガス通路と間接的に接触する位置又は前記燃焼ガス通路内となる位置に、前記燃焼管の内周面及び／又は外周面と接触する熱伝導性部材が設けられている請求項４記載の流体加熱用燃焼器付熱交換器。
【請求項９】
前記バーナ管の外側に、先端部が開口し、その先端部が前記バーナ管の先端部よりも先端部側に突出した燃焼管を備え、前記燃焼管が、燃料ガス供給口と燃焼用空気供給口を備え、前記燃焼管の内周面と前記バーナ管の外周面との間に、前記燃料ガス供給口及び燃焼用空気供給口から前記混合ガス入口へと向かう混合ガス通路を形成し、前記燃料ガス供給口及び燃焼用空気供給口と前記混合ガス入口との間であって、前記燃焼管の管壁を隔てて前記燃焼ガス通路と間接的に接触する位置又は前記燃焼ガス通路内となる位置に、前記燃焼管の内周面及び／又は外周面と接触する熱伝導性部材が設けられている請求項４記載の流体加熱用燃焼器付熱交換器。
【請求項１０】
前記伝熱管の先端部から前記混合ガス噴出部までの距離Ｍが、前記伝熱管の加熱対象流体を加熱可能な部分の長さＬに対して、Ｍ≦（１／２）Ｌの関係にある請求項３〜９のいずれかに記載の流体加熱用燃焼器付熱交換器。
【請求項１１】
前記伝熱管の先端部と前記燃焼ガス排気口との間に取付用のフランジを有している請求項１〜１０のいずれかに記載の流体加熱用燃焼器付熱交換器。
【請求項１２】
被加熱流体を収容する被加熱流体槽を有し、前記伝熱管部分が前記被加熱流体槽内に位置するように、請求項１１に記載の流体加熱用燃焼器付熱交換器が前記フランジを介して取り付けられている加熱流体使用機器。
【請求項１３】
前記加熱流体使用機器が、湯沸かし器、ボイラー、温水槽、食器洗浄機、茹で麺機、フライヤー、又は空気加熱器である請求項１２記載の加熱流体使用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体加熱用燃焼器付熱交換器に関し、詳細には、水や油、空気などの流体を加熱する小型で熱効率の良い流体加熱用の燃焼器付熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から水などの流体を加熱する装置は種々提案されている。例えば、特許文献１、２には、水槽内に配置された燃焼ガス通路或いは煙管内にバーナによって発生された高温の燃焼ガスを吹き込んで、水槽内の水を加熱する流体加熱装置が開示されている。しかし、これらの流体加熱装置においては、燃焼ガスを発生させるバーナとは別に、熱交換器として機能する燃焼ガス通路或いは煙管などを水槽内に配置しなければならず、装置が複雑で大掛かりなものとなるという不都合がある。また、燃焼ガス通路或いは煙管内を通過する燃焼ガスから水槽内の水への熱の伝達効率がそれほど高くなく、バーナが発生する燃焼ガスはまだ十分な熱量を持ったまま排気口から外部へと排出されてしまうので、効率の良い加熱ができないという欠点もあった。
【０００３】
このため、例えば特許文献３においては、全一次予混合強制燃焼式バーナを用い、バーナから発生する燃焼ガスを水槽内に配置した噴出体に設けられた多数の噴出口から水槽内に設けられた吸熱面に対して噴出させ、伝熱係数の増大を図ることが提案されている。また、特許文献４では、水槽の底面をバーナで直接加熱するとともに、バーナの燃焼ガスを水槽内に立設された噴出体内に導き、噴出体に設けられた多数の噴出口から水槽内に設けられた被加熱面に対して噴出させることによって、伝熱性能の向上を図ることが提案されている。
【０００４】
しかし、これらの流体加熱装置は、いずれも、多数の噴出口を備えた噴出体などを水槽内に設置する必要があり、構造が複雑で装置が大掛かりなものとなる上に、それほど高い伝熱効率が得られないという不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２１６７５号公報
【特許文献２】特開平１０−３２５６０３号公報
【特許文献３】特開２０００−２５７８５２号公報
【特許文献４】特開２００５−６９６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の流体加熱装置の欠点を解消するために為されたもので、燃焼ガス通路や煙管などの大掛かりな設備を必要とせず、構造が簡単かつ小型で伝熱効率の良い流体加熱装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究と試行錯誤を重ねた結果、通常は被加熱流体を収容する流体容器内に設置される煙管などの燃焼ガス通路を伝熱管として燃焼器と一体化させて燃焼器の外側に配置し、かつ、前記伝熱管と燃焼器との間に形成される燃焼ガス通路内に熱伝導体を配置することによって、燃焼器が発生する燃焼ガスが持っている熱を前記熱伝導体を介して伝熱管に効率良く伝えることができ、大掛かりな設備を必要とせずに、構造が簡単かつ小型で、伝熱効率の良い流体加熱装置が得られることを見出して本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、先端部が閉止され、基端部に開口を有し、先端部と基端部との間に燃焼ガス排気口を備える伝熱管と；燃焼ガスを発生し、発生した燃焼ガスを開口した先端部から排出する燃焼器であって、前記伝熱管の基端部の開口から少なくともその先端部が前記伝熱管内に挿入された状態で前記伝熱管に取り付けられ、燃焼器の外周面と前記伝熱管の内周面との間に、燃焼器の先端部から前記燃焼ガス排気口へと向かう燃焼ガス通路を形成する燃焼器と；前記燃焼ガス通路に配置され、前記伝熱管の内周面と接触する１又は複数の熱伝導体とを有する流体加熱用燃焼器付熱交換器を提供することによって、上記の課題を解決するものである。
【０００９】
上記のとおり、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器においては、燃焼器の外側に、燃焼器内で発生した燃焼ガスが通過する燃焼ガス通路を形成する伝熱管が設けられており、かつ、その燃焼ガス通路には、伝熱管の内周面と接触する１又は複数の熱伝導体が配置されている。このため、燃焼ガス通路を通過する燃焼ガスが持っている熱は前記熱伝導体を介して効率良く前記伝熱管に伝えられ、簡単な構造で極めて効率の良い伝熱が可能となる。なお、上記熱伝導体は、接触面での熱伝導がスムースに行われるように伝熱管の内周面と密に接触している。熱伝導体を伝熱管の内周面と密に接触させるには、熱伝導体をろう付けなどの手段で伝熱管に取り付けても良いし、伝熱管と一体に形成しても良い。前記熱伝導体は燃焼器の外周面とは通常接触していないが、接触していても良い。ただし、前記熱伝導体は燃焼器の外周面に対しては固定されておらず、後述するように、燃焼器は伝熱管に対して抜き差し自在である。
【００１０】
燃焼ガス通路に配置される前記熱伝導体は、燃焼ガス通路を閉塞することなく、伝熱管の内周面と接触していれば良く、その形状や数には特段の制限はない。例えば、燃焼ガスが通過する通路を形成するように折り曲げた１又は複数の板状の熱伝導体、若しくは、短冊状に裁断された複数の板状の熱伝導体を、伝熱管の内周面と接触させて燃焼ガス通路に配置しても良い。或いは、複数の柱状、円錐状、角錐状、円錐台状、若しくは角錐台状の熱伝導体をその一方端を伝熱管の内周面と接触させて、互いに間隔をあけて千鳥状又は碁盤目状に燃焼ガス通路に配置しても良い。さらには、これら種々の形状の熱伝導体の１種若しくは複数種を混在させても良い。板状の熱伝導体を用いる場合には、その板面は平面であっても曲面であっても良く、柱状の熱伝導体としては、その断面形状が円形、楕円形、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形のいずれであっても、任意の他の形状であっても良い。さらには、板状の熱伝導体を燃焼ガス通路に配置する場合には、熱伝導体の板面は、燃焼ガス通路における燃焼ガスの通過方向に対して平行であっても良いし、傾斜していても良い。
【００１１】
熱伝導体としては、熱伝導性を有し、燃焼ガスと接触して燃焼ガスの熱を伝熱管に効率良く伝達することができるものであれば、どのような材料を使用しても良いが、熱伝導率の高い材料を用いるのが好ましく、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、チタンなどの金属を使用することができ、中でもアルミニウム又は銅を用いるのが好ましい。
【００１２】
このように、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器は、いわば、熱交換器の内側に燃焼器が配置され、両者が一体化した構造となっているので、簡単な構造で、非常に小型でコンパクトな流体加熱装置である。また、本発明によれば、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器を、少なくともその伝熱管の部分が流体容器内に位置するように、流体容器に取り付けるか流体内に浸漬するだけで各種の流体を加熱することができ、別途、燃焼ガス通路や煙管などを流体容器内に設置する必要がない。
【００１３】
また、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器においては、前記燃焼器は前記伝熱管に対して抜き差し自在に取り付けられているのが好ましい。燃焼器が伝熱管に対して抜き差し自在に取り付けられている場合には、燃焼器を適宜伝熱管から引き抜いて伝熱管から取り外すことができるので、内側に１又は複数の熱伝導体が配置されている伝熱管内部の清掃、保守、点検などを容易に行うことができるという利点が得られる。なお、上述したとおり、燃焼ガス通路内に配置される熱伝導体は、伝熱管に対しては固定されているが、燃焼器に対しては固定されていないので、燃焼器を伝熱管から引き抜いて取り外すことも、逆に、燃焼器を伝熱管に差し込んで取り付けることも、いずれも簡単に行うことができる。
【００１４】
本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器に用いられる燃焼器としては、燃焼ガスを発生し、その発生した燃焼ガスを開口した先端部から排出するものであれば、どのような燃焼器であっても良いが、好適には、先端部が開口したバーナ管と、前記バーナ管の先端部よりも基端部側に設けられた混合ガス噴出部とを有しているバーナを燃焼器として用いるのが良い。燃焼器が上記のようなバーナである場合には、バーナ管の外周面が燃焼器の外周面となり、バーナ管の外周面と前記伝熱管の内周面との間に前記燃焼ガス通路が形成されることになる。
【００１５】
バーナにおける混合ガス噴出部としては、噴出する混合ガスを着火燃焼させることができる限り、どのような形状、構造を有するものを用いても良く、例えばノズルなどの混合ガス噴出口を備えたものであっても良いが、金属繊維製或いはセラミック繊維製の多孔質部材や、多孔質セラミック、発泡金属などの表裏連通した多数の細孔を有する多孔質部材を混合ガス噴出部として用いる場合には、バーナが面燃焼バーナとなり、より高い燃焼効率が実現できるので好ましい。
【００１６】
上記バーナ管は、好適な一態様において、混合ガス噴出部よりも基端部側に混合ガス入口を備えている。バーナ管が混合ガス入口を備えている場合には、当該混合ガス入口から燃焼ガスと燃焼用空気との混合ガスをバーナ管内に供給し、混合ガス噴出部から噴出させて、点火、燃焼させることができる。
【００１７】
また、上記バーナ管は、好適な他の一態様において、混合ガス噴出部よりも基端部側に、燃料ガス入口及び燃焼用空気入口を備えている。バーナ管が燃料ガス入口と燃焼用空気入口を備えている場合には、燃料ガスと燃焼用空気とを、それぞれの入口からバーナ管内に供給し、バーナ管内で混合させて混合ガスとし、その混合ガスを混合ガス噴出部から噴出させて、点火、燃焼させることができる。
【００１８】
上記バーナ管は、バーナ管の管壁を隔てて前記燃焼ガス通路と間接的に接触する位置又は前記燃焼ガス通路内となる位置に、バーナ管の内周面、又は外周面、或いはその双方と接触する熱伝導性部材を備えているのが好ましい。バーナ管の内側及び／又は外側にこのような熱伝導性部材が設けられている場合には、燃焼ガス通路を通過する燃焼ガスの熱が、上記熱伝導性部材及びバーナ管の管壁を介して、バーナ管内を通過する混合ガス或いは燃料ガス又は燃焼用空気に伝えられ、混合ガスを予熱することができるという利点が得られ、バーナの燃焼効率をより高めることができる。
【００１９】
燃焼器として機能する上記のようなバーナは、バーナ管の外側に燃焼管を有していても良い。すなわち、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器は、その好適な一例において、前記バーナ管の外側に、先端部が開口し、その先端部が前記バーナ管の先端部よりも先端部側に突出した燃焼管を備えている。燃焼器がこのような燃焼管を備えたバーナである場合には、燃焼管の外周面が燃焼器の外周面となり、燃焼管の外周面と前記伝熱管の内周面との間に前記燃焼ガス通路が形成されることになる。
【００２０】
燃焼器として機能するバーナがバーナ管の外側に燃焼管を有している場合には、混合ガス或いは燃料ガス及び燃焼用空気をバーナ管内に直接供給する代わりに、燃焼管を介してバーナ管内に供給するようにしても良い。すなわち、燃焼管に混合ガス供給口を設け、この混合ガス供給口から燃焼管内に混合ガスを供給し、燃焼管の内周面とバーナ管の外周面との間に形成される混合ガス通路を通過させて、バーナ管に設けられている混合ガス入口からバーナ管内に供給するようにしても良い。或いは、燃焼管に燃料ガス供給口と燃焼用空気供給口とを設け、それぞれの供給口から、燃料ガスと燃焼用空気とを燃焼管内に供給し、燃焼管の内周面とバーナ管の外周面との間に形成される混合ガス通路内で両者を混合させて混合ガスとし、バーナ管に設けられている混合ガス入口からバーナ管内に供給しても良い。
【００２１】
上記のように、燃焼管の内周面と前記バーナ管の外周面との間に形成される混合ガス通路を経由して、バーナ管内に混合ガスを供給する場合には、前記混合ガス供給口と前記混合ガス入口との間、或いは、前記燃料ガス供給口及び燃焼用空気供給口と前記混合ガス入口との間であって、前記燃焼管の管壁を隔てて前記燃焼ガス通路と間接的に接触する位置又は前記燃焼ガス通路内となる位置に、燃焼管の内周面及び／又は外周面と接触する熱伝導性部材が設けられているのが好ましい。燃焼管の内周面及び／又は外周面にこのような熱伝導性部材が設けられている場合には、燃焼ガス通路を通過する燃焼ガスの熱が、燃焼管の管壁及び上記熱伝導性部材を介して、混合ガス通路を通過する混合ガス、又は燃料ガス及び燃焼用空気に伝えられ、混合ガス、又は燃料ガス及び燃焼用空気を予熱することができ、バーナの燃焼効率をより高めることができるという利点が得られる。
【００２２】
また、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器は、その好ましい一態様において、前記伝熱管の先端部から前記混合ガス噴出部までの距離Ｍが、前記伝熱管の加熱対象流体を加熱可能な部分の長さＬに対して、Ｍ≦（１／２）Ｌの関係にあるのが望ましい。ＭとＬとが上記の関係にある場合には、燃焼ガスが伝熱管の比較的先端部分で発生することになり、高い温度を維持したまま、熱伝導体が配置された燃焼ガス通路内へと進行するので、伝熱管へのより高い熱伝達効率が実現できるという利点が得られる。これに対し、ＭとＬとが、Ｍ＞（１／２）Ｌの関係にある場合には、燃焼ガスは伝熱管の比較的基端部に近い方で発生することになり、発生した燃焼ガスは、熱伝導体が配置された燃焼ガス通路内へと進行する前に、その持っている熱の一部をバーナ管や燃焼管を熱し排気ガスを加熱することに費やしてしまうので、伝熱管へのより高い熱伝達効率は期待できない。
【００２３】
なお、伝熱管の加熱対象流体を加熱可能な部分とは、文字どおり、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器を用いて流体を加熱するときに、加熱体として利用することができる伝熱管の部分をいい、例えば、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器に、加熱対象流体容器への取付用のフランジが設けられている場合には、伝熱管の先端部からそのフランジ部分までの長さが、伝熱管の加熱対象流体を加熱可能な部分の長さＬとなる。また、取付用のフランジが設けられていない場合には、基本的には、伝熱管の先端部から伝熱管に設けられている燃焼ガス排気口までの部分が加熱対象流体の加熱に利用することができるので、その部分の長さが伝熱管の加熱対象流体を加熱可能な部分の長さＬということになる。
【００２４】
本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器は、内側に燃焼ガス通路を有する伝熱管の部分が加熱対象である流体と接触するように、加熱対象である流体を収容する容器の壁面、底面、若しくは上面に取り付けるか、加熱対象である流体内に浸漬して使用することができる。本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器が燃料として用いる混合ガスとしては、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器によって燃焼させることができる限り特段の制限はないが、好適には、液化石油ガス、液化天然ガス、或いは都市ガスなどの燃料ガスと空気との混合ガスを用いることができる。なお、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器は、好適には、例えば水、油などの液体や、空気などの気体などの加熱に用いられ、例えば、湯沸かし器、ボイラー、温水槽、食器洗浄機、茹で麺機、フライヤー、空気加熱器などとして使用することができるが、どのような流体の加熱に用いても良いことは勿論である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器によれば、構造が簡単、小型で伝熱効率の良い流体加熱装置が実現されるので、燃料ガスの使用量を減らし省エネルギーであるとともに、ＣＯ２の削減にも寄与することができるという利点が得られる。また、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器は、コンパクトに構成されているので、使用材料を減らし、省資源にも寄与するものである。加えて、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器において、燃焼器が伝熱管に対して抜き差し自在に取り付けられている場合には、燃焼器を適宜伝熱管から引き抜いて取り外すことができるので、内側に熱伝導体を有する伝熱管の清掃、保守、点検などが容易に行えるという利点が得られる。さらに、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器によれば、内側に燃焼ガス通路を有する伝熱管部分が加熱対象である流体と接触するように、被加熱流体を収容する容器の壁面、底面、若しくは上面に取り付けるか、或いは被加熱流体内に浸漬するだけで、容器内の流体を効率良く加熱することがきるので、極めて使い勝手が良いという利点が得られる。因みに、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器を業務用の食器洗浄機に用いる場合には、洗浄用の熱水を供給するガスブースタ部分の構造を簡単化することができるので、従来は外付けされていたガスブースタを食器洗浄機の本体内に組み込むことが可能となり、食器洗浄機の配置勝手が良くなるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器の一例を伝熱管と燃焼器とに分離して示す断面図である。
【図２】図１の燃焼器を伝熱管に取り付けた状態を示す断面図である
【図３】図２のＸ−Ｘ’断面図である。
【図４】図３のＺ−Ｚ’断面図である。
【図５】図２のＹ−Ｙ’断面図である。
【図６】本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器の他の一例を伝熱管と燃焼器とに分離して示す断面図である。
【図７】図６の燃焼器を伝熱管に取り付けた状態を示す断面図である
【図８】図６に示す伝熱管の管壁をその長手方向に切断して平面状に展開して示した図である。
【図９】本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器の更に他の一例を伝熱管と燃焼器とに分離して示す断面図である。
【図１０】図９の燃焼器を伝熱管に取り付けた状態を示す断面図である
【図１１】本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器の更に他の一例を伝熱管と燃焼器とに分離して示す断面図である。
【図１２】図１１の燃焼器を伝熱管に取り付けた状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器を加熱源として使用した食器洗浄機の一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を用いて本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器を説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。
【００２８】
図１は、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器の一例を伝熱管と燃焼器とに分離して示す断面図である。図１において、１は本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器であり、２は伝熱管である。伝熱管２の先端部２ｆは閉止されており、基端部２ｂには開口２ｈが形成されている。３は伝熱管２の先端部２ｆと基端部２ｂとの間に設けられた燃焼ガス排気口、４は本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器１を容器壁面などに取り付ける際に利用される取付用のフランジであり、フランジ４は伝熱管２の先端部２ｆと燃焼ガス排気口３との間の適宜の位置に取り付けられている。伝熱管２の断面形状は通常円形であり、円形であるのが異方性がなくて好ましいが、必ずしも円形に限られる訳ではなく、内部に挿入される燃焼器の断面形状に合わせて適宜の断面形状とすることができる。なお、本明細書において、先端部とは流体加熱用燃焼器付熱交換器１の先端部側の端部（図１においては左側の端部）を意味し、基端部とは流体加熱用燃焼器付熱交換器１の基端部側の端部（図１においては右側の端部）を意味する。
【００２９】
５ａ、５ｂ、５ｃは、伝熱管２の内周面と接触するように伝熱管２の内周面に取り付けられた熱伝導体である。熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃとしては、熱伝導率の高い材料を用いるのが好ましく、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、チタンなどの金属を使用することができ、中でもアルミニウム又は銅を用いるのが好ましい。なお、本例においては、伝熱管２に取り付けられている熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃは互いにその形状が異なるものであるが、これについては後述する。
【００３０】
６は燃焼器としてのバーナであり、７はバーナ６を構成するバーナ管である。バーナ管７の先端部７ｆは開口しており、バーナ管７の基端部７ｂは閉止部材８によって後述する保護管１１を挿入した状態で閉止されている。また、バーナ管７の基端部側には混合ガス入口９が設けられている。１０はスパークロッド、１１はスパークロッド１０の保護管、１２は支持筒、１３は混合ガス噴出部である。混合ガス噴出部１３は、図１に示すとおり、バーナ管７の先端部７ｆと混合ガス入口９との間に配置されており、支持筒１２とバーナ管７の内周面とによって支持されている。Ｇは、バーナ管７の内周面と支持筒１２の外周面との間に形成される混合ガス通路であり、混合ガス入口９から供給された混合ガスは、この混合ガス通路Ｇを通って混合ガス噴出部１３から噴出されることになる。１４はスパークロッド１０の対極であり、例えば、混合ガス噴出部１３に取り付けられている。スパークロッド１０と対極１４間の電気抵抗を検知することによって、スパークロッド１０を火炎検知ロッドとしても用いることができる。なお、バーナ管７の断面形状は通常円形であり、円形であるのが異方性がなくて好ましいが、必ずしも円形に限られる訳ではなく、バーナ管７が挿入される伝熱管２の断面形状に合わせて適宜の断面形状とすることができる。
【００３１】
本例において、混合ガス噴出部１３は表裏連通した多数の細孔を有する多孔質部材で構成されており、バーナ６は、多孔質部材の多数の細孔から噴出する混合ガスが主として多孔質部材の表面近傍で燃焼する面燃焼バーナである。上記のような多孔質部材としては、例えばメタルニットなどの金属繊維製或いはセラミック繊維製の多孔質部材や、多孔質セラミック、発泡金属などを用いることができる。なお、混合ガス噴出部１３は、必ずしも多孔質部材を用いるものに限られず、後述するノズルなどを混合ガス噴出口として有するものであっても良い。
【００３２】
αはバーナ管７の混合ガス噴出部１３よりも先端部側に形成される燃焼室、１５はバーナ管７の混合ガス噴出部１３よりも先端部側に位置する高耐熱性部分であり、燃焼室α内で発生する燃焼ガスの温度が高温になるので、それ以外の部分よりも耐熱性の高い材料で構成されている。バーナ管７の混合ガス噴出部１３よりも先端部側の部分だけを高耐熱性部分とする代わりに、バーナ管７の先端部側のより広い範囲又はバーナ管７の全体を耐熱性の高い材料で構成して高耐熱性部分としても良いことはいうまでもない。
【００３３】
１６は熱伝導性部材であり、バーナ管７の内周面及び外周面のそれぞれに、例えばろう付けなどの手段により取り付けられており、バーナ管７の内周面及び外周面の双方と接触している。バーナ管７の内周面に取り付けられている熱伝導体１６は、混合ガス噴出部１３と混合ガス入口９との間の混合ガス通路Ｇ内に位置し、また、バーナ管７の外周面に取り付けられている熱伝導体１６は、後述する燃焼ガス通路Ｖ内に位置することになる。なお、熱伝導体１６は、バーナ管７の内側又は外側のいずれか一方だけに取り付けても良く、その場合には、バーナ管７の内周面又は外周面のいずれか一方だけと接触することになる。熱伝導性部材１６は、熱伝導性の良い金属で形成するのが好ましく、例えば、前述した熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃと同様に、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、チタンなどを用いて形成することができ、中でもアルミニウム又は銅を用いるのが好ましい。なお、本例において、熱伝導性部材１６は短冊状に切断された板状であるが、板状に限られず、熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃと同様に、種々の形状とすることができる。
【００３４】
本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器１は、図１に一点鎖線で示すとおり、燃焼器であるバーナ６を、その先端部を先にして、伝熱管２の基端部２ｂの開口２ｈから伝熱管２内に差し込み、少なくともその先端部が伝熱管２内に挿入された状態で、フランジ１７を伝熱管２の基端部２ｂに固定して伝熱管２に取り付けることによって組み立てられる。燃焼器であるバーナ６を伝熱管２に取り付ける手段に特段の制限はなく、ボルト、ネジ等、汎用される適宜の取り付け手段を用いれば良い。
【００３５】
図２は、燃焼器であるバーナ６を、その先端部を先にして、伝熱管２の開口２ｈから伝熱管２の内部に差し込んで伝熱管２に取り付けた状態を示す断面図である。図２に示すとおり、燃焼器であるバーナ６は、伝熱管２に取り付けられることによって、燃焼器であるバーナ６の外周面（すなわち本例においてはバーナ管７の外周面）と伝熱管２の内周面との間に、バーナ６の先端部から伝熱管２に設けられている燃焼ガス排気口３へと向かう燃焼ガス通路Ｖを形成する。また、図２に示すとおり、燃焼ガス通路Ｖに配置される熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃは、伝熱管２の内周面に固定され、伝熱管２の内周面と接触しているが、バーナ管７の外周面には固定されていない。なお、本例においては、熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃとバーナ管７の外周面との間には間隙が残されており、熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃはバーナ管７の外周面とは接触していないけれども、燃焼器であるバーナ６の抜き差しに支障とならない範囲で、熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃをバーナ管７の外周面と接触させるようにしても良い。
【００３６】
バーナ管７の内側に取り付けられている熱伝導性部材１６は、混合ガス噴出部１３と混合ガス入口９との間であって、燃焼ガス通路Ｖとバーナ管７の管壁を隔てて間接的に接触する位置にある。また、バーナ管７の外側に取り付けられている熱伝導性部材１６は、同じく混合ガス噴出部１３と混合ガス入口９との間であって、燃焼ガス通路Ｖ内の位置にある。
【００３７】
Ｍは、伝熱管２の先端部２ｆから混合ガス噴出部１３までの距離である。なお、混合ガス噴出部１３が、伝熱管２の長手方向に沿った方向に長さを有している場合には、距離Ｍは、伝熱管２の先端部２ｆから混合ガス噴出部１３の最も先端部側にある部分までの距離をいうものとする。Ｌは、伝熱管２の加熱対象流体を加熱可能な部分の長さであり、本例の場合、伝熱管２の先端部２ｆからフランジ４までの長さがこれに相当する。図に示すとおり、本例の流体加熱用燃焼器付熱交換器１においては、Ｍは（１／２）Ｌよりも小さく、Ｍ≦（１／２）Ｌの関係を満足している。ＭとＬとがこのような関係にある場合には、前述したとおり、燃焼ガスが伝熱管２の比較的先端部分で発生することになり、高い温度を維持したまま、熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃが配置された燃焼ガス通路Ｖ内へと進行するので、伝熱管２へのより高い熱伝達効率が実現できるという利点が得られる。
【００３８】
図３は図２のＸ−Ｘ’断面図である。図に示すとおり、バーナ管７の外周面と伝熱管２の内周との間に形成される燃焼ガス通路Ｖには、熱伝導体５ａが配置されている。熱伝導体５ａは、薄い板状の部材を断面が交互に逆向きのコの字となるように折り曲げたものであり、その伝熱管２の内周面と接触する部分において伝熱管２の内周面に取り付けられ、固定されている。一方、熱伝導体５ａとバーナ管７の外周面との間には間隙があり、熱伝導体５ａはバーナ管７の外周面とは接触しておらず、バーナ管７の外周面に固定されていない。なお、バーナ管７を含めたバーナ６を伝熱管２に対して抜き差しする支障にならない程度であれば、熱伝導体５ａはバーナ管７の外周面と接触していても良い。
【００３９】
図４は、図３のＺ−Ｚ’断面図である。ただし、便宜上、伝熱管２を平面状に展開して示してある。５ａは、図３において説明した薄い板状の部材を断面が交互に逆向きのコの字となるように折り曲げて形成されている熱伝導体であり、５ｂ、５ｃは、それとは形状の異なる熱伝導体である。すなわち、熱伝導体５ｂは、比較的に長さの短い板状の熱伝導体であり、その複数個を互いに間隔をあけて直線状に配置するとともに、隣接する列間では、整列のピッチを半ピッチずらして配置されている。また、熱伝導体５ｃは、円柱状の熱伝導体であり、隣接する熱伝導体間に間隙をあけて千鳥状に配置されている。熱伝導体５ｂ、５ｃも、伝熱管２の内周面と接触するように伝熱管２の内周面に取り付けられ、固定されているが、バーナ管７の外周面とは接触しておらず、バーナ管７の外周面には固定されていない。なお、バーナ６を伝熱管２に対して抜き差しする支障にならない程度であれば、熱伝導体５ｂ、５ｃはバーナ管７の外周面と接触していても良いことは熱伝導体５ａと同じである。本例においては、燃焼ガス通路Ｖには３種類の熱伝導体５ａ〜５ｃが配置されているが、燃焼ガス通路Ｖに配置される熱伝導体の形状や種類には特段の制限はなく、燃焼ガス通路Ｖを通過する燃焼ガスの熱を効率良く伝熱管２に伝達することができる限り、どのような形状の熱伝導体を配置しても良く、配置する熱伝導体の種類も１種類或いは２種類であっても良く、４種類以上であっても良い。
【００４０】
図５は、図２のＹ−Ｙ’断面図である。図に示すとおり、熱伝導性部材１６は、バーナ管７の内周面及び外周面のそれぞれに取り付けられており、それぞれバーナ管７の内周面及び外周面と接触している。バーナ管７の内周面に取り付けられている熱伝導性部材１６は、バーナ管７の内周面と支持筒１２の外周面との間に形成される混合ガス通路Ｇ内に位置しており、バーナ管７の外周面に取り付けられている熱伝導性部材１６は、バーナ管７の外周面と伝熱管２の内周面との間に形成される燃焼ガス通路Ｖ内に位置している。
【００４１】
図２に示される本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器１は以下のように動作する。すなわち、図示しない混合ガス供給源から燃料用ガスと空気との混合ガスを混合ガス入口９に供給すると、供給された混合ガスはバーナ管７の内周面と支持筒１２の外周面との間に形成された混合ガス通路Ｇ内を流れ、混合ガス噴出部１３から噴出する。タイミングを見計らってスパークロッド１０に電圧を印加すると、スパークロッド１０と対極１４との間で放電して混合ガスに着火し、混合ガスは燃焼する。なお、スパークロッド１０に代えて、例えば電熱ヒータ等の他の点火手段を用いて混合ガスに着火するようにしても良い。
【００４２】
燃焼によって発生した燃焼ガスは、燃焼室α内で更に燃焼反応を進行させ、高温の燃焼ガスとなって、伝熱管２の閉止された先端部２ｆに衝突して進行方向を反転し、伝熱管２の内周面とバーナ管７の外周面との間に形成されている燃焼ガス通路Ｖへと進行する。燃焼ガス通路Ｖを通過する燃焼ガスは、熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃと広い面積で次々に接触し、持っていた熱を効率良く熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃに伝達する。熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃに伝達された熱は、さらに、熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃと接触している伝熱管２に伝達され、伝熱管２の周囲に存在する水などの流体を加熱することになる。燃焼ガス通路Ｖを通過した燃焼ガスは、燃焼ガス排気口３から外部へと排出されるが、排出される前に持っている熱をバーナ管７の外周面に取り付けられている熱伝導性部材１６に伝達し、熱伝動性部材１６に伝達された熱は、バーナ管７の管壁を介して、バーナ管７の内周面に取り付けられている熱伝導性部材１６に伝わり、混合ガス通路Ｇ内を通過する混合ガスを予熱する。このように、本例においては、混合ガス入口９から混合ガス通路Ｇ内に供給される混合ガスは、燃焼ガス通路Ｖを通過する燃焼ガスによって予熱され、温度が上昇した状態でバーナ管７内の混合ガス噴出部１３から噴出され、燃焼するので、より高い燃焼効率を実現することができる。
【００４３】
図６は、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器の他の一例を伝熱管と燃焼器とに分離して示す断面図であり、先に述べたのと同じ部材には同じ符号を付してある。本例の流体加熱用燃焼器付熱交換器１においては、バーナ６を構成するバーナ管７の外側に燃焼管１８を備えており、燃焼器が、バーナ６と燃焼管１８から構成されている点が先に述べた例とは異なっている。燃焼管１８の先端部１８ｆは開口しており、先端部１８ｆはバーナ管７の先端部７ｆよりも先端部側に突出している。燃焼管１８の基端部１８ｂは、バーナ管７に固定され、閉止されている。１９は燃焼管１８を伝熱管２に取り付ける際に使用される取付用のフランジである。２０は、燃焼管１８のバーナ管７の先端部７ｆよりも先端部側に形成されている高耐熱性部分であり、その内側の燃焼室αで高温の燃焼ガスが発生するために、他の部分よりも耐熱性の高い材料で構成されている。図に示すよりも広い範囲を耐熱性の高い材料で構成して、高耐熱性部分２０としても良いことは勿論である。燃焼管１８は、その内側にバーナ６を配置することができれば良く、その断面形状はバーナ６の断面形状に合わせて適宜の形状とすることができる。２１は混合ガス噴出部１３に設けられているノズルであり、ノズル２１は混合ガス噴出部１３におけるガス噴出口として機能する。なお、ノズル２１に代えて、先に示した例におけると同様に多孔質部材で混合ガス噴出部１３を構成しても良いことは勿論である。
【００４４】
伝熱管２は、先に述べた例と基本的に同じであるが、熱伝導体５ａ、５ｂ、５ｃではなく、熱伝導体５ｄ、５ｅ、５ｂが、伝熱管２の先端部２ｆからこの順に、伝熱管２の内周面と接触するように伝熱管２の内周面に取り付けられている点が先の例とは異なっている。なお、熱伝導体５ｂは、先に説明した熱伝導体５ｂと同じものである。
【００４５】
本例の流体加熱用燃焼器付熱交換器１は、図６に一点鎖線で示すとおり、燃焼器であるバーナ６を内側に配置した燃焼管１８を、その先端部を先にして、伝熱管２の基端部２ｂの開口２ｈから伝熱管２内に差し込んで、少なくともその先端部が伝熱管２内に挿入された状態で、フランジ１９を伝熱管２の基端部２ｂに固定し、バーナ６及び燃焼管１８からなる燃焼器を伝熱管２に取り付けることによって組み立てられる。
【００４６】
図７は、図６に示すバーナ６をその内側に配置した燃焼管１８を、その先端部を先にして、伝熱管２の開口２ｈから伝熱管２の内部に差し込んで、伝熱管２に取り付けた状態を示す断面図である。図７に示すとおり、燃焼器であるバーナ６を内部に配置した燃焼管１８は、伝熱管２に取り付けられることによって、燃焼管１８の外周面と伝熱管２の内周面との間に、燃焼管１８の先端部から伝熱管２に設けられている燃焼ガス排気口３へと向かう燃焼ガス通路Ｖを形成する。また、図７に示すとおり、燃焼ガス通路Ｖに配置される熱伝導体５ｄ、５ｅ、５ｂは、伝熱管２の内周面に固定され、伝熱管２の内周面と接触しているが、燃焼管１８の外周面には固定されていない。なお、本例においても、熱伝導体５ｄ、５ｅ、５ｂと燃焼管１８の外周面との間には間隙が残されており、熱伝導体５ｄ、５ｅ、５ｂは燃焼管１８の外周面とは接触していないけれども、燃焼器であるバーナ６と燃焼管１８の抜き差しに支障とならない範囲であれば、熱伝導体５ｄ、５ｅ、５ｂは燃焼管１８の外周面と接触しても良い。
【００４７】
本例において、伝熱管２の先端部２ｆから混合ガス噴出部１３までの距離Ｍは、伝熱管２の加熱対象流体を加熱可能な部分の長さＬの（１／２）よりも短く、Ｍ≦（１／２）Ｌの関係にあるので、燃焼ガスは伝熱管２の比較的先端部分で発生することになり、高い温度を維持したまま、熱伝導体５ｄ、５ｅ、５ｂが配置された燃焼ガス通路Ｖ内へと進行し、伝熱管２へのより高い熱伝達効率が実現できるという利点が得られる。因みに、本例においても、伝熱管２の先端部２ｆからフランジ４までの長さが伝熱管２の加熱対象流体を加熱可能な部分の長さＬに相当する。
【００４８】
図８は、図６に示す伝熱管２の管壁をその長手方向に切断して伝熱管２を平面状に展開して示した図である。図に示すとおり、熱伝導体５ｄは、短冊状に裁断された板状部材をその長手方向に沿って交互に逆向きの「くの字」状に折り曲げた形状をしており、複数枚の熱伝導体５ｄが互いに平行に伝熱管２に取り付けられている。また、熱伝導体５ｅは円錐台形状をしており、千鳥状に配置されている。熱伝導体５ｂは、先に説明したのと同じである。
【００４９】
図７に示される本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器１は以下のように動作する。すなわち、図示しない混合ガス供給源から燃料用ガスと空気との混合ガスを混合ガス入口９に供給すると、供給された混合ガスはバーナ管７の内側の混合ガス通路Ｇ内を流れ、混合ガス噴出部１３のノズル２１から噴出する。タイミングを見計らってスパークロッド１０に電圧を印加すると、スパークロッド１０とアース電極を兼ねるバーナ管７の先端部７ｆとの間で放電して混合ガスに着火し、混合ガスが燃焼する。燃焼によって発生した燃焼ガスは、燃焼室α内で更に燃焼反応を進行させ、高温の燃焼ガスとなって、伝熱管２の閉止された先端部２ｆに衝突して進行方向を反転し、伝熱管２の内周面と燃焼管１８の外周面との間に形成されている燃焼ガス通路Ｖへと進行する。燃焼ガス通路Ｖを通過する燃焼ガスは、熱伝導体５ｄ、５ｅ、５ｂと広い面積で次々に接触し、持っていた熱を効率良く熱伝導体５ｄ、５ｅ、５ｂに伝達する。熱伝導体５ｄ、５ｅ、５ｂに伝達された熱は、さらに、熱伝導体５ｄ、５ｅ、５ｂが接触している伝熱管２に伝達され、伝熱管２の周囲に存在する水などの流体を加熱することになる。燃焼ガス通路Ｖを通過した燃焼ガスは、燃焼ガス排気口３から外部へと排出される。
【００５０】
図９は、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器のさらに他の一例を伝熱管と燃焼器とに分離して示す断面図であり、これまでに述べたのと同じ部材には同じ符号を付してある。本例の流体加熱用燃焼器付熱交換器１は、バーナ６を構成するバーナ管７がその外側に燃焼管１８を有している点では、図６及び図７に示したものと同じであるが、本例においては、燃焼管１８がその基端部１８ｂの側に混合ガス供給口２２を備え、燃焼管１８の内周面とバーナ管７の外周面との間に、混合ガス供給口２２からバーナ管７の混合ガス入口９へと向かう混合ガス通路Ｇが形成されている点で、図６及び図７に示したものと異なっている。
【００５１】
また、混合ガス通路Ｇ内には、混合ガス供給口２２と混合ガス入口９との間となる位置に、燃焼管１８の内周面と接触する熱伝導性部材１６が燃焼管１８の内周面に取り付けられている。一方、同じく混合ガス供給口２２と混合ガス入口９との間であって、燃焼ガス通路Ｖ内となる位置には、燃焼管１８の外周面と接触する熱伝導性部材１６が燃焼管１８の外周面に取り付けられている。熱伝導性部材１６は、燃焼管１８の内周面又は外周面のいずれか一方だけに取り付けて、いずれか一方だけと接触させるようにしても良い。なお、２３は仕切り壁であり、混合ガス通路Ｇを通過する混合ガスを、燃焼管１８の開口する先端部１８ｆではなく、バーナ管７に設けられている混合ガス入口９へと向かわせるために設けられたものである。
【００５２】
伝熱管２は、先に述べた例と基本的に同じであるが、熱伝導体５ｄ、５ｆ、５ｇが、伝熱管２の先端部２ｆからこの順に、伝熱管２の内周面と接触するように伝熱管２の内周面に取り付けられている点が先の例とは異なっている。熱伝導体５ｆは三角錐形状を有しており、複数個が碁盤目状に伝熱管２の内周面に取り付けられている。また、熱伝導体５ｇは、短冊状の薄い平板形状を有しており、複数枚が互いに平行に伝熱管２の内周面に取り付けられている。なお、熱伝導体５ｄは、先に説明した熱伝導体５ｄと同じものである。
【００５３】
図１０は、バーナ６と燃焼管１８から構成される図９に示す燃焼器を、図９に一点鎖線で示すとおり、その先端部を先にして、伝熱管２の基端部２ｂの開口２ｈから伝熱管２内に差し込んで、少なくともその先端部が伝熱管２内に挿入された状態で、フランジ１９を伝熱管２の基端部２ｂに固定して伝熱管２に取り付けた状態を示す断面図である。
【００５４】
図１０に示すとおり、燃焼器であるバーナ６を内部に配置した燃焼管１８は、伝熱管２に取り付けられることによって、燃焼管１８の外周面と伝熱管２の内周面との間に、燃焼管１８の先端部から伝熱管２に設けられている燃焼ガス排気口３へと向かう燃焼ガス通路Ｖを形成する。また、燃焼ガス通路Ｖに配置される熱伝導体５ｄ、５ｆ、５ｇは、伝熱管２の内周面に固定され、伝熱管２の内周面と接触しているが、燃焼管１８の外周面には接触しておらず、熱伝導体５ｄ、５ｆ、５ｇは燃焼管１８の外周面に対して固定されていない。ただし、バーナ６を内部に配置した燃焼管１８を伝熱管２に対して抜き差しするのに支障とならない場合には、熱伝導体５ｄ、５ｆ、５ｇは燃焼管１８の外周面に接触していても良い。また、燃焼管１８の内側に取り付けられている熱伝導性部材１６は、混合ガス供給口２２と混合ガス入口９との間であって、燃焼ガス通路Ｖと燃焼管１８の管壁を隔てて間接的に接触する位置にある。また、燃焼管１８の外側に取り付けられている熱伝導性部材１６は、同じく混合ガス供給口２２と混合ガス入口９との間であって、燃焼ガス通路Ｖ内の位置にある。
【００５５】
本例においても、伝熱管２の先端部２ｆから混合ガス噴出部１３までの距離Ｍは、伝熱管２の加熱対象流体を加熱可能な部分の長さＬの（１／２）よりも短く、Ｍ≦（１／２）Ｌの関係にある。このため、燃焼ガスは、伝熱管２の比較的先端部分に位置する燃焼室α内で発生し、高い温度を維持したまま熱伝導体５ｄ、５ｅ、５ｂが配置された燃焼ガス通路Ｖ内へと進行するので、伝熱管２へのより高い熱伝達効率が実現できるという利点が得られる。
【００５６】
図１０に示される本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器１は以下のように動作する。すなわち、図示しない混合ガス供給源から燃料用ガスと空気との混合ガスを燃焼管１８に設けられた混合ガス供給口２２に供給すると、供給された混合ガスは燃焼管１８の内周面とバーナ管７の外周面との間に形成された混合ガス通路Ｇ内を流れ、バーナ管７の混合ガス入口９からバーナ管７内に流入し、混合ガス噴出部１３のノズル２１から噴出する。タイミングを見計らってスパークロッド１０に電圧を印加すると、スパークロッド１０とアース電極を兼ねるバーナ管７の先端部７ｆとの間で放電して混合ガスに着火し、混合ガスが燃焼する。燃焼によって発生した燃焼ガスは、燃焼室α内で更に燃焼反応を進行させ、高温の燃焼ガスとなって、伝熱管２の閉止された先端部２ｆに衝突して進行方向を反転し、伝熱管２の内周面と燃焼管１８の外周面との間に形成されている燃焼ガス通路Ｖへと進行する。燃焼ガス通路Ｖを通過する燃焼ガスは、熱伝導体５ｄ、５ｆ、５ｇと広い面積で次々に接触し、持っていた熱を効率良く熱伝導体５ｄ、５ｆ、５ｇに伝達する。熱伝導体５ｄ、５ｆ、５ｇに伝達された熱は、さらに、熱伝導体５ｄ、５ｆ、５ｇが接触している伝熱管２に伝達され、伝熱管２の周囲に存在する水などの流体を加熱することになる。
【００５７】
燃焼ガス通路Ｖを通過した燃焼ガスは、燃焼ガス排気口３から外部へと排出されることになるが、排出される前に持っている熱を燃焼管１８の外周面に設けられている熱伝導性部材１６に伝達し、伝達された熱は、燃焼管１８の管壁を介して、燃焼管１８の内側に取り付けられている熱伝導性部材１６に伝わり、混合ガス通路Ｇ内を熱伝導性部材１６と接触しながら通過する混合ガスを予熱する。このように、本例においては、混合ガス供給口２２から混合ガス通路Ｇ内に供給される混合ガスは、燃焼ガス通路Ｖを通過する燃焼ガスによって予熱され、温度が上昇した状態でバーナ管７内の混合ガス噴出部１３から噴出され、燃焼するので、より高い燃焼効率を実現することができる。
【００５８】
図１１は、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器のさらに他の一例を伝熱管と燃焼器とに分離して示す断面図であり、これまでに述べたのと同じ部材には同じ符号を付してある。本例の流体加熱用燃焼器付熱交換器１は、バーナ管７の内側に、燃料ガス入口２４と燃料ガス噴出口２５を備えた燃料ガス供給管２６が設けられ、更に、バーナ管７の燃料ガス噴出口２５よりも基端部側に燃焼用空気入口２７が設けられている点で、例えば、図１及び図２に示したものと異なっている。すなわち、燃料ガスは燃料ガス入口２４から燃料ガス供給管２６内に供給され、燃料ガス噴出口２５からバーナ管７内に噴出する。一方、燃焼用空気は燃焼用空気入口２７からバーナ管７内に供給され、燃料ガス噴出口２５から噴出する燃料ガスとバーナ管７内で混合して、混合ガスとなる。この場合、バーナ管７の内周面と燃料ガス供給管２６の外周面との間に形成される空間が、燃料ガスと燃焼用空気との混合部になることになる。生成された混合ガスは、混合ガス通路Ｇ内を通過して、混合ガス噴出部１３から噴出する。このように、本例においては、燃料ガスと燃焼用空気とが予め混合された混合ガスがバーナ管７内に供給されるのではなく、燃料ガスと燃焼用空気とが、燃料ガス入口２４及び燃焼用空気入口２７からそれぞれバーナ管７内に供給され、バーナ管７内で混合しあって混合ガスとなる。
【００５９】
バーナ管７に混合ガスを直接供給するのではなく、本例のように、バーナ管７内に燃料ガスと燃焼用空気とを別々に供給し、両者をバーナ管７内で混合させて混合ガスを生成させる場合には、燃料ガスと燃焼用空気とを予め混合しておく混合装置を必要としないので、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器１をより小型化することができるという利点が得られる。燃料ガス入口２４に燃料ガスを供給するには適宜の燃料ガス源を燃料ガス入口に接続すれば良く、燃焼用空気入口２７に燃焼用空気を供給するには、適宜の燃焼用空気源を燃焼用空気入口２７に接続するか、ブロアーなどの適宜の空気供給源を燃焼用空気入口２７に接続すれば良い。
【００６０】
伝熱管２は、先に述べた例と基本的に同じであるが、熱伝導体５ｇ、５ｇが、伝熱管２の先端部２ｆからこの順に、伝熱管２の内周面と接触するように伝熱管２の内周面に取り付けられている点が先の例とは異なっている。熱伝導体５ｇは、先に述べたものと同じで、短冊状の薄い平板形状を有しており、複数枚が互いに平行に伝熱管２の内周面に取り付けられているものである。なお、伝熱管２の内周面に取り付けられる熱伝導体は、熱伝導体５ｇに限られないことはいうまでもない。
【００６１】
図１２は、図１１に示す燃焼器であるバーナ６を、その先端部を先にして、伝熱管２の開口２ｈから伝熱管２の内部に差し込んで伝熱管２に取り付けた状態を示す断面図である。図２に示すとおり、燃焼器であるバーナ６は、伝熱管２に取り付けられることによって、バーナ管７の外周面と伝熱管２の内周面との間に、バーナ６の先端部から伝熱管２に設けられている燃焼ガス排気口３へと向かう燃焼ガス通路Ｖを形成する。また、図１２に示すとおり、燃焼ガス通路Ｖに配置される熱伝導体５ｇ、５ｇは、伝熱管２の内周面に固定され、伝熱管２の内周面と接触しているが、バーナ管７の外周面には接触しておらず、バーナ管７の外周面には固定されていない。なお、燃焼器であるバーナ６の抜き差しに支障とならない範囲で、熱伝導体５ｇ、５ｇをバーナ管７の外周面と接触させるようにしても良いことは先に例におけると同様である。
【００６２】
本例においても、伝熱管２の先端部２ｆから混合ガス噴出部１３までの距離Ｍは、伝熱管２の加熱対象流体を加熱可能な部分の長さＬの（１／２）よりも短く、Ｍ≦（１／２）Ｌの関係にある。このため、燃焼ガスは、伝熱管２の比較的先端部分に位置する燃焼室α内で発生し、高い温度を維持したまま熱伝導体５ｇ、５ｇが配置された燃焼ガス通路Ｖ内へと進行するので、伝熱管２へのより高い熱伝達効率が実現できるという利点が得られる。なお、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器１においては、ＭとＬとがＭ≦（１／２）Ｌの関係にあるのが好ましいが、Ｍ≦（１／２）Ｌの関係にあることは必須ではなく、熱伝達効率の低下を許容するならば、ＭとＬとはＭ≦（１／２）Ｌの関係を満足しなくても良い。
【００６３】
図１２に示される本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器１は以下のように動作する。すなわち、図示しない燃料ガス供給源から燃料用ガスを燃料ガス入口２４に供給するとともに、適宜の燃焼用空気源から燃焼用空気を燃焼用空気入口２７に供給する。燃料ガス入口２４から燃料ガス供給管２６内に供給された燃料ガスは、燃料ガス噴出口２５からバーナ管７内に噴出し、そこで、燃焼用空気入口２７からバーナ管７内に供給された空気と混合し、混合ガスを生成する。生成した混合ガスはバーナ管７の内周面と支持筒１２の外周面との間に形成された混合ガス通路Ｇ内を流れ、混合ガス噴出部１３から噴出し、スパークロッド１０によって点火されて燃焼する。燃焼によって発生した燃焼ガスは、燃焼室α内で更に燃焼反応を進行させ、高温の燃焼ガスとなって、伝熱管２の閉止された先端部２ｆに衝突して進行方向を反転し、伝熱管２の内周面とバーナ管７の外周面との間に形成されている燃焼ガス通路Ｖへと進行する。燃焼ガス通路Ｖを通過する燃焼ガスは、熱伝導体５ｇ、５ｇと広い面積で次々に接触し、燃焼ガスが持っていた熱は熱伝導体５ｇ、５ｇを介して伝熱管２に伝達され、伝熱管２の周囲に存在する水などの流体を加熱することになる。
【００６４】
なお、図１１、図１２に示す例においては、バーナ管７の外側には燃焼管１８が設けられていないけれども、バーナ管７の外側に燃焼管１８が設けられている場合であっても、バーナ管７内に直接混合ガスを供給するのではなく、燃料ガスと燃焼用空気とをそれぞれバーナ管７内に供給し、バーナ管７内で両者を混合させて混合ガスとしても良い。また、バーナ管７の外周面と燃焼管１８の内周面との間に形成される混合ガス通路Ｇ内に直接混合ガスを供給するのではなく、燃料ガスと燃焼用空気とをそれぞれ燃焼管１８内に供給し、燃焼管１８内の混合ガス通路Ｇ内で両者を混合させて混合ガスとしても良い。
【００６５】
図１３は本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器を加熱源として使用した食器洗浄機の一例を示す図である。図１３において、２８は食器洗浄機であり、２９は洗浄槽、３０は貯水槽、Ｐは貯水槽３０で加熱された温水を洗浄槽２９に供給するポンプである。図に示すとおり、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器１は、伝熱管２の部分が貯水槽３０内に位置するように、フランジ４によって食器洗浄機２８の壁面に取り付けられており、混合ガス入口９から供給される混合ガスは流体加熱用燃焼器付熱交換器１内で燃焼し、伝熱管２を介して貯水槽３０内の水を加熱した後、燃焼ガスとなって燃焼ガス排気口３から外部に排気される。本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器１は、小型でコンパクトである上に、燃焼器と熱交換器とが一体化されているので、貯水槽３０内の水を加熱するに際しては、伝熱管２の部分が貯水槽３０内に位置するように食器洗浄機２８の壁面に取り付けるだけで良い。このように、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器を食器洗浄機の加熱源として使用する場合には、従来は外付けされていたガスブースタを食器洗浄機の本体内に組み込むことが可能となる。ガスブースタを本体内に組み込んだ食器洗浄機は、その外形形状がシンプルとなり、厨房等に設置するに際しても配置勝手が非常に良いという利点を備えている。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上述べたとおり、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器は、高い伝熱効率で流体を効率良く加熱することができるので、省エネルギーであり、かつ、ＣＯ２削減にも寄与するものである。さらに、本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器は構造が簡単で、小型でコンパクトに構成できるので、使用材料が少なく省資源にも役立つものである。本発明の流体加熱用燃焼器付熱交換器は、その伝熱管部分が被加熱流体と接触するように被加熱流体を収容する容器に取り付けるか、被加熱流体内に浸漬するだけで、被加熱流体を効率良く加熱することができるので、水や油、空気などの流体の加熱を極めて容易かつ簡便に行うことができ、その産業上の利用可能性は多大である。
【符号の説明】
【００６７】
１            流体加熱用燃焼器付熱交換器
２            伝熱管
３            燃焼ガス排気口
４、１７、１９    フランジ
５ａ〜５ｇ    熱伝導体
６            バーナ
７            バーナ管
８            閉止部材
９            混合ガス入口
１０          スパークロッド
１１          保護管
１２          支持筒
１３          混合ガス噴出部
１４          対極
１５、２０    高耐熱性部分
１６          熱伝導性部材
１８          燃焼管
２１          ノズル
２２          混合ガス供給口
２３          仕切り壁
２４          燃料ガス入口
２５          燃料ガス噴出口
２６          燃料ガス供給管
２７          燃焼用空気入口
２８          食器洗浄機
２９          洗浄槽
３０          貯水槽
α            燃焼室
Ｇ            混合ガス通路
Ｖ            燃焼ガス通路
Ｐ            ポンプ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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