(57)【要約】【課題】機器のコンパクト性の劣化や流体通過損失増加を招くことなく、効率的に熱交換を行える熱交換装置と燃焼装置を提供する。【解決手段】燃焼ガスの熱を受ける受熱流体（例えば水）を通す受熱管路３を、互いに間隔を介して燃焼ガスの流れを横切る方向に複数並設する。一端側の受熱管路３同士を複数まとめて連通するヘッダ１６と他端側の受熱管路３同士を複数まとめて連通するヘッダ１７を互いに位置をずらして設け、ヘッダ１６，１７を介して複数の受熱管路３を連通した受熱管路群７ａ，７ｂを複数形成する。給水管４６からの水を分岐して受熱管路群７ａ，７ｂの一端側のヘッダ１６ａ，１６ｄに導入し、それぞれの受熱管路群７ａ，７ｂを通った水を受熱管路群７ａ，７ｂの他端側のヘッダ１６ｃ，１６ｆに接続された流体合流部２１で合流して導出する。【選択図】図１
2008032354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスが流通するガス流通経路に設けられて前記燃焼ガスの熱を回収する熱交換装置であって、前記燃焼ガスの熱を受ける受熱流体を通す受熱管路が互いに間隔を介して前記燃焼ガスの流れを横切る方向に複数並設され、これらの受熱管路の一端側の受熱管路同士を個々に又は複数まとめて連通する管路連通手段および他端側の受熱管路同士を個々に又は複数まとめて連通する管路連通手段が互いに位置をずらして設けられて、前記複数の受熱管路が前記管路連通手段を介して連通された受熱管路群が複数形成されており、受熱流体を複数に分岐してそれぞれ対応する前記受熱管路群の一端側の管路連通手段に導入し、それぞれの受熱管路群を通った受熱流体を該受熱管路群の他端側の管路連通手段に接続された流体合流部で合流して導出する構成を有していることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
ガス流通経路には少なくとも一つの上下方向に重なり合う方向の折り返し部が設けられて、前記ガス流通経路が上下方向に複数段に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
【請求項３】
複数段のガス流通経路は、燃焼ガスの排気側に向かうにつれてその段ごとに経路径が小さく形成されていることを特徴とする請求項２記載の熱交換装置。
【請求項４】
受熱管路は長手方向に沿って蛇腹状に凹凸が形成された蛇腹管と成していることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の熱交換装置。
【請求項５】
熱交換装置は、燃焼ガスの潜熱を回収する潜熱回収熱交換装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の熱交換装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の熱交換装置を備えていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項７】
受熱流体は水とし、該水を熱交換装置に通して湯を作り出して給湯先に給湯する給湯機能を備えていることを特徴とする請求項６記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば給湯器、ボイラー、吸収式冷温水機、ガスエンジン装置、ガスタービン装置、燃料電池等に適用され、燃焼ガスの熱を受けて熱交換を行う熱交換装置およびそれを備えた燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１２には、燃焼装置である給湯器の一例が模式図により示されており、従来、この図に示すような燃焼装置が様々に提案されている。同図において、器具ケース４０内に設けられた燃焼室２０内には、バーナ１が配置され、このバーナ１にはバーナ１に燃料を供給するガス管４２が接続され、このガス管４２にはバーナ１への燃料供給・停止を制御するための開閉弁（図示せず）と、バーナ１への供給燃料量を弁開度でもって制御することができる比例弁（図示せず）とが介設されている。
【０００３】
バーナ１の下方側には、バーナ１の燃焼の給排気を行なう燃焼ファン５が設けられている。この給湯器は、燃焼ファン５の回転によって外部より吸気する空気をバーナ１に送り、この空気と、ガス管４２を通って供給されるガスとによってバーナ燃焼を行い、かつ、バーナ燃焼により生じた燃焼ガスを、燃焼ファン５の回転によって、燃焼室２０から排気口８側に送って排気する。
【０００４】
上記バーナ１の上側には、バーナ１の燃焼ガス中の顕熱を回収するメインの熱交換器（一次熱交換器）４と、このメインの熱交換器４よりも前記燃焼ガスの流れの下流側に設けられて、燃焼ガスの顕熱および潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器（二次熱交換器）６が互いに間隔を介して配置されている。それぞれの熱交換器４，６は、例えばバーナ１の燃焼ガスの熱を受ける受熱流体としての水を通す金属製等の受熱管路３４，３と、受熱管路３４，３の外側に、受熱管路３４，３と略垂直に設けた複数のフィン３５，３７とを有し、フィン３５，３７は互いに間隔を介して設けられている。
【０００５】
潜熱回収用熱交換器６の入り口側には、水供給源から導かれる水の供給通路としての給水管４６が接続されており、潜熱回収用熱交換器６の出口側とメインの熱交換器４の入り口側は、接続管４８を介して接続されている。また、メインの熱交換器４の出口側には給湯管４７が接続されている。なお、図１２は、給水管４６、給湯管４７、接続管４８をそれぞれ線状矢印によって模式的に示しているが、これら給水管４６、給湯管４７、接続管４８は、水を流通する、例えば断面が円形状の管路である。
【０００６】
通常、給水管４６には、給水管４６から供給されて潜熱回収用熱交換器６へ流れ込む水の入水温度を検出する入水サーミスタ（図示せず）と、潜熱回収用熱交換器６へ流れ込む水の流量を検出する水量センサ（図示せず）とが設けられており、また、給湯管４７には流れ出る湯の温度を検出することができる出湯サーミスタ（図示せず）が設けられている。
【０００７】
潜熱回収用熱交換器６の下側には、該潜熱回収用熱交換器６で発生するドレンを外部へ排出するための適宜のドレン排出手段が設けられている。この図に示す給湯器においては、ドレン排出手段として、ドレンの受け皿４３と、この受け皿４３に接続されたドレン管４４が設けられている。このドレン管４４の先端側は器具ケース４０の外に導出され、受け皿４３にたまった凝縮水の水滴を外部へ排出する構成となっている。
【０００８】
バーナ１の燃焼制御と、燃焼ファン５の回転制御は、前記各センサの検出信号に基づき、燃焼制御装置（図示せず）により、予め与えられたシーケンスプログラムにしたがって行われており、前記の如く、ガス管４２から供給されるガスと燃焼ファン５により送られる空気とによってバーナ１の燃焼が行われる。給湯器は、このバーナ１の燃焼に伴い、水を給水管４６から潜熱回収用熱交換器６とメインの熱交換器４を順に通して湯を作りだし、給湯管４７を介して台所等の給湯先に導いて給湯する給湯機能を備えている。
【０００９】
なお、潜熱回収用熱交換器６を備えた給湯器において、バーナ１からの高温の燃焼ガスは、例えば図１２の破線矢印に示すように、バーナ１の上側からメインの熱交換器４の配設領域を通り、受け皿４３の下側を通って、潜熱回収用熱交換器６の配置領域側に水平方向側から入り込む。そして、潜熱回収用熱交換器６の配設領域を通った燃焼ガスは、排気口８側から排気される。
【００１０】
そして、燃焼ガスがメインの熱交換器４を通過する間に、燃焼ガスとメインの熱交換器４に供給される水との間で熱交換が行われ、燃焼ガスの顕熱が回収される。また、メインの熱交換器４を通過した燃焼ガスが潜熱回収用熱交換器６を通過する間に、燃焼ガスと潜熱回収用熱交換器６に供給される水との間で熱交換することで、燃焼ガスの顕熱および潜熱が回収される。
【００１１】
潜熱回収用熱交換器６による燃焼ガスの潜熱回収は、水蒸気を含んだ燃焼ガスを飽和温度以下の低温伝熱面に接触させて燃焼ガス中の水蒸気を凝縮させることにより行われる。すなわち、水蒸気が凝縮する際に発生する凝縮潜熱を回収するものであり、通常は、燃焼ガスとして給湯器等の燃焼系の外に排出されてしまう燃焼ガスの水蒸気の持つエンタルピーを回収するものである。
【００１２】
このように、潜熱回収用熱交換器６を備えた給湯器においては、バーナ１の燃焼による燃焼ガスが潜熱回収用熱交換器６を通るときに、潜熱回収用熱交換器６内の水管を通る水が、燃焼ガス中の水蒸気が保有している潜熱を奪って（潜熱を回収して）温度を高め、さらにメインの熱交換器４を通るときに、バーナ１の燃焼火力でもって加熱されて設定温度の湯が作り出されるので、バーナ１によって効率の良い加熱ができる。
【００１３】
つまり、潜熱回収用熱交換器６を設けることにより、例えば給湯器においては、高位発熱量（総発熱量）ベースで熱効率が約９０％以上に達し、潜熱回収用熱交換器６が設けられていない通常の給湯器に比べ、高い熱効率が達成される。
【００１４】
なお、上記のような燃焼装置に適用されるメインの熱交換器４および潜熱回収用熱交換器６について、フィン３５，３７を有していないもの等、様々な構成のものが提案されており、図１３には、フィンを有していない潜熱回収用熱交換器６の提案例が模式的な斜視図により示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【００１５】
この潜熱回収用熱交換器６は、燃焼ガス流通通路２内に、互いに間隔を介した複数の受熱管路３を、燃焼ガスの流れ（図の矢印ｇの方向）を横切る方向に並設して形成されている。なお、この図においては、受熱管路３の配設数を簡略化して示しているが、実際は、受熱管路３は、燃焼ガス流通通路２内に、その上下方向（Ｚ方向）と水平方向（矢印ｇの方向）に複数ずつ配設されている。
【００１６】
受熱管路３の端部側には、ヘッダ１６，１７が設けられており、一端側の受熱管路３同士をヘッダ１６（１６ａ〜１６ｄ）によりそれぞれ複数まとめて連通し、他端側の受熱管路３同士をヘッダ１７（１７ａ〜１７ｃ）によりそれぞれ複数まとめて連通している。ヘッダ１６ａ〜１６ｄとヘッダ１７ａ〜１７ｃは互いに位置をずらして設けられており、給水通路からヘッダ１６ａに導入された水が、図１４（ａ）の簡略化した模式図に示すように、受熱管路３とヘッダ１６ｂ，１６ｃ，１７ａ〜１７ｃを通って蛇行状に進み、ヘッダ１６ｄから導出される。
【００１７】
なお、図１４（ｂ）の側面図には、図１３に示した潜熱回収用熱交換器６の構成を受熱管路３の本数や配列状況を簡略化して、その水の流れ方向と燃焼ガス（燃焼排ガス）の流れ方向ｇとを模式的に示している。
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−２３９４６７号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、上記のように、潜熱回収用熱交換器を備えた燃焼装置は熱効率が高いものの、近年、燃焼装置のさらなる熱効率向上が求められ、それに伴い、燃焼装置等に設けられる熱交換器（熱交換装置）による燃焼ガス中の熱の回収を、より向上させたいという要求が出てきている。
【００２０】
そこで、例えば受熱管路の本数を増やしたり、長さを長くしたりするといったことが考えられるが、受熱管路の本数を増やすと、その分だけ、熱交換器の大型化や通水圧損の増加（出湯性能低下）につながってしまい、熱交換装置を備えた燃焼装置の大型化も招くといった問題が生じる。
【００２１】
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、水等の受熱流体の通過圧損を抑制でき、高効率でコンパクトな熱交換装置とその熱交換装置を備えた熱効率の高い燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の熱交換装置は、燃焼ガスが流通するガス流通経路に設けられて前記燃焼ガスの熱を回収する熱交換装置であって、前記燃焼ガスの熱を受ける受熱流体を通す受熱管路が互いに間隔を介して前記燃焼ガスの流れを横切る方向に複数並設され、これらの受熱管路の一端側の受熱管路同士を個々に又は複数まとめて連通する管路連通手段および他端側の受熱管路同士を個々に又は複数まとめて連通する管路連通手段が互いに位置をずらして設けられて、前記複数の受熱管路が前記管路連通手段を介して連通された受熱管路群が複数形成されており、受熱流体を複数に分岐してそれぞれ対応する前記受熱管路群の一端側の管路連通手段に導入し、それぞれの受熱管路群を通った受熱流体を該受熱管路群の他端側の管路連通手段に接続された流体合流部で合流して導出する構成を有していることを特徴としている。
【００２３】
また、第２の発明の熱交換装置は、上記第１の発明の構成に加え、前記ガス流通経路には少なくとも一つの上下方向に重なり合う方向の折り返し部が設けられて、前記ガス流通経路が上下方向に複数段に形成されていることを特徴とする。
【００２４】
さらに、第３の発明の熱交換装置は、上記第２の発明の構成に加え、前記複数段のガス流通経路は、燃焼ガスの排気側に向かうにつれてその段ごとに経路径が小さく形成されていることを特徴とする。
【００２５】
さらに、第４の発明の熱交換装置は、上記第１または第２または第３の発明の構成に加え、前記受熱管路は長手方向に沿って蛇腹状に凹凸が形成された蛇腹管と成していることを特徴とする。
【００２６】
さらに、第５の発明の熱交換装置は、上記第１乃至第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記熱交換装置は、燃焼ガスの潜熱を回収する潜熱回収熱交換装置であることを特徴とする。
【００２７】
さらに、第６の発明の燃焼装置は、上記第１乃至第５のいずれか一つの発明の熱交換装置を備えていることを特徴とする。
【００２８】
さらに、第７の発明の燃焼装置は、上記第６の発明の構成に加え、前記受熱流体は水とし、該水を熱交換装置に通して湯を作り出して給湯先に給湯する給湯機能を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の熱交換装置は、受熱管路の一端側と他端側に設けた管路連通手段を介して複数の受熱管路を連通した受熱管路群を複数形成しており、受熱流体を複数に分岐してそれぞれ対応する前記受熱管路群の一端側の管路連通手段に導入し、それぞれの受熱管路群を通った受熱流体を該受熱管路群の他端側の管路連通手段に接続された流体合流部で合流して導出する構成を有している。そのため、受熱管路の径や本数を一定とした条件下で、受熱流体の供給側から供給される受熱流体を分岐せずに受熱管路に導入する従来例と比較して、それぞれの受熱管路を流れる受熱流体の量を少なくできるので、受熱流体の通過圧損を小さくできる。
【００３０】
したがって、本発明の熱交換装置において、受熱流体を分岐せずに受熱管路に導入する従来例と受熱流体の通過圧損を同等としようとする場合には、本発明は、従来例に比べて受熱管路の径を小さくする、または、受熱管路の本数を少なくすることができ、その分だけガス流通経路の径を小さくできるので、燃焼ガスの流速を速くして熱効率を向上させることができるし、装置のコンパクト化を図ることができる。つまり、本発明の熱交換装置およびそれを備えた燃焼装置は、水等の受熱流体の通過圧損の抑制と熱効率の向上と装置のコンパクト化を合わせて実現できる。
【００３１】
なお、本発明のような受熱流体の分岐導入を行わなくとも、燃焼ガスのガス流通経路を狭くして燃焼ガスの流速を速くしたり、受熱管路を細くして受熱管路の内部体積に対する表面積の比を大きくしたりすれば、熱交換装置の大型化を招くことなく、熱効率を向上できると考えられるが、受熱管路径を細くしたまま、その受熱管路に、太い受熱管路に流す流量と同等の受熱流体を流すと、通過圧損が増加してしまうとともに、受熱流体の流れが速くなり、エロージョン、コロージョンが起きてしまう。
【００３２】
それに対し、本発明のように、受熱流体の分岐導入を行えば、受熱管路に導入される受熱流体の量が少なくなることから、受熱管路を細くしても、その細い管路内を流れる受熱流体の速度が速くなることを抑制できるので（エロージョンコロージョンが発生しない速さに保つことができるので）、受熱管路を細くして、熱交換装置の熱効率を向上させることができ、熱交換装置のコンパクト化も図ることができる。また、受熱管路を細くすることに対応させて、燃焼ガスの流通経路を細くすれば、燃焼ガスの流速を向上できるので、受熱流体による熱の回収をより効率的に行うことができ、熱効率を向上できる。
【００３３】
また、熱交換装置のガス流通経路には少なくとも一つの上下方向に重なり合う方向の折り返し部が設けられて、前記ガス流通経路が上下方向に複数段に形成されている本発明によれば、ガス流通経路を複数段に形成することにより、熱交換装置の長手方向の長さを短くでき、燃焼装置のコンパクト化を図れる。
【００３４】
さらに、通常、排気側に向かうにつれて、燃焼ガスの温度低下に伴い、その流速が遅くなるものであるが、本発明において、燃焼ガスの排気側に向かうにつれて、熱交換装置の複数段のガス流通経路を、その段ごとに経路径を小さく形成することにより、燃焼ガスの排気側においても燃焼ガスの流速を速くでき、より熱効率を向上させることができる。
【００３５】
さらに、本発明において、熱交換装置の受熱管路は長手方向に沿って蛇腹状に凹凸が形成された蛇腹管と成している構成によれば、受熱管路をストレート状の管路によって形成する場合に比べて受熱管路の表面積を大きくすることができるので、たとえフィンを有していなくても燃焼ガスの熱の回収をより効率的に行うことができる。
【００３６】
さらに、本発明の熱交換装置を、燃焼ガスの潜熱を回収する潜熱回収熱交換装置とすれば、コンパクトな潜熱回収用熱交換器で燃焼ガスの潜熱を効率的に回収でき、給湯器を始めとする燃焼装置等の熱効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。
【００３８】
図１（ａ）、（ｂ）には、本発明に係る熱交換装置の一実施形態例の構成が、この熱交換装置に流れされる水の流れと燃焼ガスの流れと共に模式的に示されている。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。本実施形態例の熱交換装置は、例えば図１２に示した従来の燃焼装置のように、潜熱回収用熱交換器６とメインの熱交換器４とを備えた給湯器において、潜熱回収用熱交換器６として適用される。
【００３９】
この潜熱回収用熱交換器６は、互いに間隔を介して燃焼ガスの流れ（矢印ｇ）を横切る方向に複数並設された受熱管路３を有している。なお、図１（ａ）は、説明を分かりやすくするために、複数並設された受熱管路３のうち、最上部に設けられている受熱管路３のみ示している。
【００４０】
潜熱回収用熱交換器６の側面側には、受熱管路３の一端側の受熱管路３同士を複数まとめて連通する管路連通手段としてのヘッダ１６と、他端側の受熱管路３同士を複数まとめて連通する管路連通手段としてのヘッダ１７とがそれぞれ設けられている。これらのヘッダ１６，１７は互いに位置をずらして設けられており、複数の受熱管路３がヘッダ１６，１７を介して連通された受熱管路群７（７ａ，７ｂ）が複数（ここでは２つ）形成されている。
【００４１】
また、給水管４６は、分岐部１９で複数（ここでは２つ）に分岐されて、その分岐先端側（分岐管２０の先端側）がそれぞれ対応する受熱管路群７（７ａ，７ｂ）の一端側のヘッダ１６ａ，１６ｄに接続され、該受熱管路群７（７ａ，７ｂ）の他端側のヘッダ１６ｃ，１６ｆは、それぞれ、合流管２２を介して流体合流部２１に接続されている。本実施形態例は、この構成により、給水管４６に導入された水を分岐して対応する受熱管路群７ａ，７ｂの一端側のヘッダ１６ａ，１６ｄにそれぞれ供給し、それぞれの受熱管路群７ａ，７ｂを通った水をヘッダ１６ｃ，１６ｆと合流管２２を介し、流体合流部２１で合流して接続管４８に導出する構成と成している。
【００４２】
水の流れを詳しく述べると、図１（ａ）に示すように、受熱管路群７ａ側において、分岐管２０→ヘッダ１６ａ→受熱管路３→ヘッダ１７ａ→受熱管路３→ヘッダ１６ｂ→受熱管路３→ヘッダ１７ｂ→受熱管路３→ヘッダ１６ｃ→合流管２２→接続管４８となる。また、受熱管路群７ｂ側においては、分岐管２０→ヘッダ１６ｄ→受熱管路３→ヘッダ１７ｃ→受熱管路３→ヘッダ１６ｅ→受熱管路３→ヘッダ１７ｄ→受熱管路３→ヘッダ１６ｆ→合流管２２→接続管４８となる。
【００４３】
なお、図１（ｂ）は、水と燃焼ガスの、ガス流通経路２の長手方向の流れを模式的に示しており、ヘッダ１６ｂ，１６ｅは破線で示している。この図に示されるように、分岐管２０を通った水が、ガス流通経路２の中央側から受熱管路群７ａ，７ｂにそれぞれ導入され、ガス流通経路２の両端側からそれぞれ導出されて合流され、接続管４８に導入される。ガス流通経路２内における水の流れは、排気出口側から入口側に向かう流れ（受熱管路群７ａ側の流れ）とその逆の流れ（受熱管路群７ｂ側の流れ）とを有することになる。
【００４４】
本実施形態例は以上のように構成されており、給水管４６に導入された水を分岐して対応する受熱管路群７（７ａ，７ｂ）にそれぞれ供給することから、従来のように、水を分岐せずに受熱管路３に導入する場合と比較して、それぞれの受熱管路３を流れる水量を小さくできるので、水圧損（通水圧損）を小さくできる。言い換えれば、本実施形態例は、圧損と熱効率とが一定になるように熱交換装置を形成した場合に、従来例と比較して、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００４５】
本発明者は、本実施形態例の熱交換装置と、図１３、図１４（ｂ）に示したような従来の熱交換装置とについて、受熱管路３の径と配列ピッチを互いに等しい値とし、また、回収熱量を互いに等しい値とし、燃焼ガスの流速も一定（互いに等しい値）として、伝熱面積Ａｗと水圧損ΔＰｗとの関係を解析により求めた。その結果が、図２に示されている。
【００４６】
●が本実施形態例の値、▲が従来例の値である。なお、図２において、横軸は、従来の熱交換装置と本実施形態例の熱交換装置の伝熱面積をそれぞれ、本実施形態例の熱交換装置の伝熱面積で割った値を示し、縦軸は、従来の熱交換装置と本実施形態例の熱交換装置の水圧損をそれぞれ、本実施形態例の熱交換装置の水圧損で割った値を示している。この図に示されるように、本実施形態例は、従来例と同等の伝熱面積で同一回収熱量を得ることができ、かつ、水圧損を約１／９に抑制できることが分かった。
【００４７】
次に、本発明に係る熱交換装置の第２実施形態例の熱交換装置について説明する。第２実施形態例の熱交換装置の構成は、図３（ａ）の模式的な側面図により示されており、第２実施形態例が第１実施形態例と異なる特徴的なことは、ガス流通経路２に１つの上下方向に重なり合う方向の折り返し部１５が設けられて、ガス流通経路２が上下方向に複数段（ここでは２段）に形成されていることである。なお、見方を変えれば、第２実施形態例は、第１実施形態例におけるガス流通経路２を折り返し部１５により折り返したような態様と見なすこともできる。
【００４８】
また、第２実施形態例では、第１実施形態例に設けた分岐管２０や合流管２２を設けずに、図３（ｂ）に示すように、ヘッダ１６ａ，１６ｄを上下のガス流通経路２に跨る態様で設けて、ヘッダ１６ａの中央部に給水管４６を接続し、ヘッダ１６ｄの中央部に接続管４８を接続している。そして、給水管４６のヘッダ１６ａへの接続部が水の分岐部１９と成し、接続管４８のヘッダ１６ｄへの接続部が水の合流部２１と成している。ヘッダ１６ａ，１６ｄにおける水の流れは、図３（ｂ）に示す通りであり、図３（ａ）は、水の流れの概要を模式的に示している。
【００４９】
なお、水の導入用のヘッダ１６を上下のガス流通経路２にそれぞれ１つずつ設け、水の導出用のヘッダ１６を上下のガス流通経路２にそれぞれ１つずつ設け、上下の各ヘッダ１６に、分岐管２０または合流管２２を接続して熱交換装置を形成することもできるが、第２実施形態例のように、水の導入用と導出用のヘッダ１６ａ，１６ｄを１つずつとして上下のガス流通経路２に跨る態様で設けた構成とすると、装置構成を簡略化できる。
【００５０】
また、第２実施形態例において、上下のガス流通経路２を仕切る仕切り壁２３は、金属製の平板により形成しているが、仕切り壁２３は、波板、パンチングプレート等の様々な金属板により形成することができるし、セッラミックウール等の断熱材により形成することもできるし、焼結金属等の多孔質体により形成することもできる。
【００５１】
第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００５２】
本発明者は、第２実施形態例の熱交換装置について、図１５（ａ）に示す、水の分岐導入を行わない従来例の構成を備えた熱交換装置と比較し、両者の性能の違いを以下の通り検討した。なお、図１５（ａ）に示す熱交換装置は、熱交換装置のガス流通経路２の全体の容積を第２実施形態例の熱交換装置におけるガス流通経路２の全体の容積と同等に形成したものであり、ガス流通経路２の一端側（排気出口側）から他端側（排気入口側）に水が流れるように形成している。
【００５３】
図４には、第２実施形態例の熱交換装置と図１５（ａ）に示す熱交換装置とについて水圧損を互いに等しい値とし、受熱管路３の径や本数、配列ピッチを互いに等しい値として伝熱面積を一定とし、水圧損ΔＰｗと回収熱量Ｑとの関係を解析により求めた結果が示されている。
【００５４】
●が本実施形態例の熱交換装置についての値、■が図１５（ａ）に示した従来例の熱交換装置についての値である。なお、図４において、横軸は、従来例（図１５（ａ）参照）の熱交換装置と本実施形態例の熱交換装置の水圧損をそれぞれ、従来例の熱交換装置の水圧損で割った値を示し、縦軸は、従来例の熱交換装置と本実施形態例の熱交換装置の回収熱量をそれぞれ、従来例の熱交換装置の回収熱量で割った値を示している。また、図４の△は、図１４（ｂ）に示した従来例の熱交換装置について、上記と同様に、図１５（ａ）の従来例の熱交換装置の値で割って解析した値が示されている。
【００５５】
図４の●と■とを比較すると明らかなように、従来例と本実施形態例とで、水圧損を同一とした場合には、第２実施形態例は図１５（ａ）に示す従来例の約１．１６倍の回収熱量を得ることができる、高効率の装置となることが分かった。これは、第２実施形態例と図１５（ａ）の熱交換装置とを比較した場合、ガス流通経路２の幅が細い（約半分である）ことから、燃焼ガスの流速が速く、燃焼ガスの熱伝効率を向上させることができるからである。
【００５６】
一方、従来例の構成で、第２実施形態例と同等の回収熱量を得るためには、図１４（ｂ）に示した構成を適用することになり、この場合、図４の△に示すように、水圧損が第２実施形態例に比べて約１０倍になってしまうことが分かる。
【００５７】
次に、第２実施形態例の熱交換装置と図１５（ａ）に示す熱交換装置とについて、水圧損を互いにほぼ等しい値として、伝熱面積Ａｗと回収熱量Ｑとの関係を解析により求めた。その結果が、図５に示されている。なお、この検討において、第２実施形態例の熱交換装置と図１５（ａ）の熱交換装置は、互いにガス流通経路２の全体の容積が同等になるようにしている。
【００５８】
●が本実施形態例の値、■が図１５（ａ）に示した従来例の値である。図５において、横軸は、従来例（図１５（ａ）参照）の熱交換装置と本実施形態例の熱交換装置の伝熱面積をそれぞれ、従来例の熱交換装置の伝熱面積で割った値を示し、縦軸は、従来例の熱交換装置と本実施形態例の熱交換装置の回収熱量をそれぞれ、従来例の熱交換装置の回収熱量で割った値を示している。
【００５９】
図５の●と■とを比較すると明らかなように、従来例と本実施形態例とで、伝熱面積を同一とした場合には、第２実施形態例は従来例の約１．１６倍の回収熱量を得ることができる、高効率の装置となることが分かった。また、従来例の構成で、本実施形態例の熱交換装置と同等の回収熱量を得るためには、図５の□に示すように、本実施形態例の１．２５倍の伝熱面積が必要となり、図１５（ｂ）に示すような構成をとる必要がある。この場合、水圧損は１．２５倍に増加してしまう。
【００６０】
以上のように、第２実施形態例の熱交換装置は、水の通過圧損の抑制と高効率化とコンパクト化を実現できるものであり、これは、第２実施形態例の熱交換装置が、水の分岐導入とガス流通経路２の２段構成とを有することにより実現できるものである。つまり、例えば図１６示す従来例の変形例のように、水の経路のみを折り返し状にし、水の流れが排気出口側から排気入口側に向かう流れとその逆の流れを有する構成としたとしても、水が分岐されずに各受熱管路３に供給され、また、図１５（ａ）、（ｂ）の熱交換装置とガス流通経路２の幅が同等である図１６の構成においては、水圧損の抑制、燃焼ガス流速の増加といった、第２実施形態例のような効果を奏することはできない。
【００６１】
なお、本発明は上記各実施形態例に限定されることはなく、様々な態様を採り得る。例えば、上記各実施形態例では、熱交換装置のガス流通経路２の中央側から受熱管路群７ａ，７ｂにそれぞれ水を導入し、ガス流通経路２の両端側からそれぞれ水を導出するようにしたが、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ガス流通経路２の両端側から受熱管路群７ａ，７ｂにそれぞれ水を導入し、ガス流通経路２の中央部からそれぞれ水を導出するようにしてもよい。
【００６２】
また、上記各実施形態例では、受熱管路３をヘッダ１６，１７により連通して２つの受熱管路群７ａ，７ｂを形成したが、図７（ａ）〜（ｄ）の模式図にそれぞれ示すように、受熱管路３をヘッダ１６，１７により連通して３つの受熱管路群７ａ，７ｂ，７ｃを形成し、給水管４６から導入される水を３つに分岐してそれぞれの受熱管路群７ａ，７ｂ，７ｃに導入し、これらの受熱管路群７ａ，７ｂ，７ｃを通った水を合流部で合流して導出してもよい。また、受熱管路群７を４つ以上形成して各受熱管路群７に水を分岐導入し、各受熱管路群７を通った水を合流して導出してもよい。
【００６３】
さらに、３つ以上の受熱管路群７を形成し、かつ、ガス流通経路２を複数段に形成する場合に、図８に示すように、複数段（ここでは３段）のガス流通経路２（２ａ，２ｂ，２ｃ）を、燃焼ガスの排気側に向かうにつれてその段ごと（ガス流通経路２ａ，２ｂ，２ｃごと）に経路径が小さくなるように形成してもよい。ガス流通経路２をこのように形成すると、排気出口側において、排気ガスの温度低下によって生じる排気体積減少由来の排気流速低下を抑制でき、燃焼ガスの排気側においても燃焼ガスの流速を速くでき、より熱効率を向上支えることができる。
【００６４】
さらに、例えば第２実施形態例のように、ガス流通経路２を複数段に形成する場合に、格段のガス流通経路２を仕切る仕切り壁の代わりに、図９に示すように、受熱管路３を隙間無く形成して仕切り状にしてもよい。このようにすると、仕切り状に配設した受熱管路群３によっても燃焼ガスの熱を回収できるので、熱交換装置の熱効率をより一層向上することができる。
【００６５】
さらに、上記各実施形態例では、受熱管路３の一端側と他端側とにそれぞれヘッダ１６，１７を設けて受熱管路３を複数まとめて連通したが、図１０に示すように、Ｕ字管２５を設ける等して受熱管路３を個々に連通する（連通した管路をその端部で折り返して受熱管路３を並設する態様とすることも含む）構成としてもよい。
【００６６】
さらに、上記各実施形態例では、受熱管路３は、フィンを備えていない裸管路により形成したが、受熱管路３の外周側にフィンを備えていてもよい。また、受熱管路３は、上記各実施形態例のように、ストレート管路により形成してもよいし、図１１に示すように、長手方向に沿って蛇腹状に凹凸が形成された蛇腹管と成していてもよい。
【００６７】
さらに、上記説明は、熱交換装置を潜熱回収用熱交換器６に適用する例を述べたが、メインの熱交換器４に適用してもよいし、両方の熱交換器を有する燃焼装置の場合、両方の熱交換器に適用してもよい。
【００６８】
さらに、上記説明は、給湯器に適用する例を示したが、本発明の燃焼装置は給湯器とは限らず、風呂釜や、給湯器と風呂釜の両方の機能を備えた複合給湯器に適用してもよい。
【００６９】
さらに、本発明の燃焼装置は、本発明の構成を有する熱交換装置を有していればよく、例えば石油燃焼式のバーナを有する装置としてもよいし、バーナ１以外の、ガスエンジン、ガスタービン燃焼器、燃料電池等、適宜の燃焼手段を備えた燃焼装置としてもよい。
【００７０】
さらに、熱交換装置は、燃焼装置に組み込んだ形態としてもよいし、燃焼手段とは別個の装置として、必要に応じ、適宜、配設してもよい。
【００７１】
さらに、熱交換装置の管路内を流れる受熱流体は、上記実施形態例のように水としてもよいし、水以外の流体（例えば空気など）としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る熱交換装置の第１実施形態例を模式的に示す説明図である。
【図２】上記実施形態例の水圧損抑制効果を従来例と比較して示すグラフである。
【図３】本発明に係る熱交換装置の第２実施形態例を模式的に示す断面説明図である。
【図４】第２実施形態例の熱効率向上効果を従来例と比較して示すグラフである。
【図５】第２実施形態例の装置コンパクト化を従来例と比較して示すグラフである。
【図６】本発明に係る熱交換装置の他の実施形態例を模式的に示す側面説明図である。
【図７】本発明に係る熱交換装置のさらに実施形態例を模式的に示す側面説明図である。
【図８】本発明に係る熱交換装置のさらに実施形態例におけるガス流通経路の形態を模式的に示す断面説明図である。
【図９】本発明に係る熱交換装置のさらに実施形態例におけるガス流通経路の形態を模式的に示す断面説明図である。
【図１０】本発明に係る熱交換装置のさらに実施形態例における受熱管路の接続形態を模式的に示す斜視説明図である。
【図１１】蛇腹状の受熱管路の説明図である。
【図１２】燃焼装置の一例を模式的に示す説明図である。
【図１３】従来の熱交換装置の例を示す説明図である。
【図１４】図１３に示した熱交換装置における水と燃焼ガスの流れを説明するための模式図である。
【図１５】従来の熱交換装置の他の例を示す側面説明図である。
【図１６】従来の熱交換装置の変形例を（ａ）斜視図、（ｂ）側面図により模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  バーナ
２  ガス流通経路
３  受熱管路
４  メインの熱交換器
５  燃焼ファン
６  潜熱回収用熱交換器
７  受熱管路群
１５  折り返し部
１６，１７  ヘッダ
１９  分岐部
２１  合流部
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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