(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の熱交換室を横幅方向に並んだ状態に形成しており、後壁部には前記第１および第２の熱交換室に加熱用気体を供給するための第１および第２の給気口が設けられ、前壁部には前記加熱用気体の排気口が設けられ、かつ底壁部の少なくとも一部は前下がり状とされているケースと、
前記第１および第２の熱交換室にそれぞれが個別に収容されており、かつ前寄り部分と後寄り部分との間に高低差のある螺旋状管体として構成されている第１および第２の伝熱管と、
を備えている、熱交換器であって、
前記第１および第２の伝熱管の螺旋の巻き方向は、同一に揃えられており、
前記第１の伝熱管は、後寄り部分が前寄り部分よりも高い配置とされている一方、前記第２の伝熱管は、後寄り部分が前寄り部分よりも低い配置とされ、前記第２の伝熱管の後寄り部分と前記ケースの上壁部との間には、空隙部が形成されており、
前記第２の給気口は、少なくともその一部分が前記空隙部に対面するように前記後壁部の上寄り部分に設けられており、
前記第２の熱交換室のうち、前記第２の伝熱管の前方の上寄り領域には、加熱用気体の進行を遮る整流板が設けられ、前記第２の給気口から前記第２の熱交換室に供給された加熱用気体は、前記第２の熱交換室の下寄り領域に進行して前記整流板の下側を通過してから前記排気口に到達するように構成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の伝熱管の内方に形成されている空間部には、上下高さ方向に起立し、かつ前記ケースの前側に向けた上り勾配を有するように傾斜した補助伝熱管が設けられている、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、
前記第１および第２の伝熱管のそれぞれの伝熱面積は相違しており、伝熱面積が小さい側の伝熱管が、前記第２の伝熱管とされている、熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる螺旋式の伝熱管を用いたタイプの熱交換器、さらに詳しくは、１缶複数回路方式の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、この種の熱交換器の具体例として、特許文献１に記載のものを先に提案している。
同文献に記載の熱交換器は、１つのケース内に仕切り部材を設けることにより、第１および第２の熱交換室を区画形成し、これら第１および第２の熱交換室内に、螺旋式の第１および第２の伝熱管が収容された構成である。ケースの後壁部には、第１および第２の熱交換室内に、燃焼ガスなどの加熱用気体を個別に供給可能な第１および第２の給気口が設けられ、ケースの前壁部には、熱回収後の加熱用気体をケース外部に排出するための排気口が設けられている。
このような構成によれば、たとえば第１の伝熱管を一般給湯用の湯水加熱に利用する一方、第２の伝熱管を風呂給湯用または暖房用の湯水加熱に利用するといったことが可能である。
【０００３】
前記したような熱交換器においては、第１および第２の伝熱管の螺旋の巻き方向が、互いに相違する方向とされている。その理由は、本発明を理解する上で重要であるため、図５を参照して以下に説明する。
同図（ａ）に示すように、伝熱管７を収容するケース８の底壁部８０は、前下がり状に形成されるのが通例である。これは、燃焼ガスから熱回収を行なった際に発生するドレイン（凝縮水）を、ケース８の底壁部８０上の前側部分に流れさせて、ドレイン用の排出口８１からケース８の外部へ円滑に排出させるのに好ましいことが主な理由である。一方、伝熱管７は、螺旋状であるため、たとえば前寄り部分７Ｆと後寄り部分７Ｒとでは、高低差Ｈ１がある。伝熱管７をケース８内に収容する場合、伝熱管７と底壁部８０との隙間Ｌ３を小さくし、熱交換効率を高める観点からすると、図５（ａ）に示すように、伝熱管７の前寄り部分７Ｆが、後寄り部分７Ｒよりも低くなった前下がりの格好が好ましい。これに対し、同図（ｂ）に示すように、伝熱管７の前寄り部分７Ｆが、後寄り部分７Ｒよりも高くされたのでは、伝熱管７と底壁部８０との隙間Ｌ３’が大きくなり、熱交換効率を高めることが難しいものとなる。
【０００４】
従来、１缶２回路方式の熱交換器においては、第１および第２の伝熱管のいずれについても図５（ａ）に示すような構成とすることが好ましいとの観点から、第１および第２の伝熱管の螺旋の巻き方向を相違させている。
【０００５】
しかしながら、そのような構成を採用したのでは、直状管に曲げ加工を施して螺旋状の第１および第２の伝熱管を製造するための設備として、右巻き用の設備と、左巻き用の設備との双方が必要となる。これでは、設備コストの負担が大きくなる。また、第１および第２の伝熱管の製造作業も全く別個の作業となるため、伝熱管の製造作業も煩雑となる。したがって、熱交換器の製造コストを廉価にする上で、前記したような不具合を好適に解消することが要望される。
ただし、その場合においては、図５（ｂ）を参照して説明したような不具合を適切に解消し、高い熱交換効率が得られるように配慮することも要望される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−７２９９８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、製造コストの低減化を図りつつ、高い熱交換効率を得ることが可能な1缶複数回路方式の熱交換器を提供することを、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】
本発明により提供される熱交換器は、第１および第２の熱交換室を横幅方向に並んだ状態に形成しており、後壁部には前記第１および第２の熱交換室に加熱用気体を供給するための第１および第２の給気口が設けられ、前壁部には前記加熱用気体の排気口が設けられ、かつ底壁部の少なくとも一部は前下がり状とされているケースと、前記第１および第２の熱交換室にそれぞれが個別に収容されており、かつ前寄り部分と後寄り部分との間に高低差のある螺旋状管体として構成されている第１および第２の伝熱管と、を備えている、熱交換器であって、前記第１および第２の伝熱管の螺旋の巻き方向は、同一に揃えられており、前記第１の伝熱管は、後寄り部分が前寄り部分よりも高い配置とされている一方、前記第２の伝熱管は、後寄り部分が前寄り部分よりも低い配置とされ、前記第２の伝熱管の後寄り部分と前記ケースの上壁部との間には、空隙部が形成されており、前記第２の給気口は、少なくともその一部分が前記空隙部に対面するように前記後壁部の上寄り部分に設けられており、前記第２の熱交換室のうち、前記第２の伝熱管の前方の上寄り領域には、加熱用気体の進行を遮る整流板が設けられ、前記第２の給気口から前記第２の熱交換室に供給された加熱用気体は、前記第２の熱交換室の下寄り領域に進行して前記整流板の下側を通過してから前記排気口に到達するように構成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、次のような効果が得られる。
まず、第１および第２の伝熱管の螺旋の巻き方向は、同一に揃えられているために、直状管体に曲げ加工を施すことによって第１および第２の伝熱管を製造する場合、右巻き用、または左巻き用の１種類の曲げ加工設備を用いればよく、２種類の曲げ加工設備を用いる必要はなくなる。また、第１および第２の伝熱管を製造する際の曲げ加工は、同種の作業となるため、作業の煩雑さも抑制される。その結果、第１および第２の伝熱管の製造コスト、ひいては熱交換器全体の製造コストを、従来よりも廉価にすることができる。
次いで、本発明によれば、第１の伝熱管については、前記特許文献１のものと同様に、前寄り部分と後寄り部分との高さ関係が、ケースの底壁部の前下がり状の高さ関係と同様であるため、第１の伝熱管と底壁部との隙間を小さくし、高い熱交換効率を得ることができる。
一方、第２の伝熱管については、第１の伝熱管とは異なり、前寄り部分と後寄り部分との高さ関係が、ケースの底壁部の前下がり状の高さ関係とは同様でないものの、次のような理由により、やはり高い熱交換効率を得ることができる。
すなわち、第２の熱交換室においては、ケースの後壁部の上寄り部分に設けられた給気口から第２の熱交換室に供給された加熱用気体は、第２の伝熱管の前方の上寄り領域に設けられた整流板の下側を通過して排気口に到達する。このため、第２の給気口から第２の熱交換室内に供給された加熱用気体は、基本的には、斜め下に向けて前進することとなる。このことにより、加熱用気体を単なる水平方向に前進させる場合と比較すると、伝熱管の各部に加熱用気体を効率よく作用させることができることとなる。とくに、第２の給気口は、第２の伝熱管の後寄り部分とケースの上壁部との間に形成された比較的大きなサイズの空隙部に対面して設けられているために、第２の給気口から第２の熱交換室に供給された加熱用気体は、前記した空隙部において広く拡散することとなり、第２の伝熱管の各
部に対して加熱用気体を偏りの少ない状態で一層効率よく作用させることが可能となる。さらに、加熱対象となる湯水を、第２の伝熱管の下部側から上部側に向けて流れるようにした場合、この湯水の流れ方向と加熱用気体の進行方向とは、互いに対向する関係、またはこれに近い関係となるが、このようにすれば、両者間の熱交換作用がより促進される。このようなことから、第２の伝熱管においても、高い熱交換効率を得ることができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、前記第２の伝熱管の内方に形成されている空間部には、上下高さ方向に起立し、かつ前記ケースの前側に向けた上り勾配を有するように傾斜した補助伝熱管が設けられている。
【００１２】
このような構成によれば、第２の給気口から第２の熱交換室内に供給された加熱用気体は、補助伝熱管の長手方向の広い領域に対して略直交またはこれに近い角度で衝突することとなる。したがって、補助伝熱管による熱回収量を多くし、熱交換効率を高める上で、一層好ましいものとなる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、前記第１および第２の伝熱管のそれぞれの伝熱面積は相違しており、伝熱面積が小さい側の伝熱管が、前記第２の伝熱管とされている。
【００１４】
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
伝熱面積が大きい側の第１の伝熱管は、たとえば一般給湯用の湯水加熱に利用し、伝熱面積が小さい側の第２の伝熱管は、たとえば風呂給湯用または暖房用の湯水加熱に利用される。このような場合、第２の熱交換室への加熱用気体の供給量（たとえば燃焼ガス送風量）は、第１の熱交換室への加熱用気体の供給量よりも少なめとされるのが通例である。第２の熱交換室には、整流板が設けられているため、これに起因して排気抵抗が大きくなる不利があるが、加熱用気体の供給量が少なめとされる第２の熱交換室であれば、その不利を小さくすることができる。
【００１５】
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】
【００１６】
【図１】本発明に係る熱交換器の一例を示す正面断面図である。
【図２】図１に示す熱交換器の平面断面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】図１のIV−IV断面図である。
【図５】(ａ),(ｂ)は、従来技術を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１および図２によく表われているように、本実施形態の熱交換器ＷＨは、１缶２回路方式であり、内部を仕切板３５によって左右幅方向に並ぶ第１および第２の熱交換室３０ａ，３０ｂに区画した略直方体状のケース３と、第１および第２の熱交換室３０ａ，３０ｂにそれぞれ収容された螺旋状管体タイプの複数の第１および第２の伝熱管１，２とを備えている。第２の熱交換室３０ｂには、複数の補助伝熱管４も設けられている。本実施形態の熱交換器ＷＨは、バーナおよび顕熱回収用の１次熱交換器を備えた給湯装置における２次熱交換器として用いられ、前記バーナによって発生された燃焼ガスから１次熱交換器によって顕熱が回収された後の燃焼ガスから潜熱を回収するのに用いられる。したがって、顕熱回収後の燃焼ガスが、本発明でいう加熱用気体の一例に相当する。
【００１９】
ケース３は、前壁部３１ａ、後壁部３１ｂ、左右の側壁部３１ｃ，３１ｄ、上壁部３１ｅ、および底壁部３１ｆを有しており、後壁部３１ｂには、燃焼ガス用の第１および第２の給気口３２ａ，３２ｂが設けられ、かつ前壁部３１ａには、排気口３３が設けられている。底壁部３１ｆの前寄りの位置には、燃焼ガスからの熱回収に伴って発生して底壁部３１ｆ上に流れ落ちたドレインを外部に排出するためのドレイン用の排出口３４ａ，３４ｂが設けられている。図３および図４に示すように、底壁部３１ｆは、少なくとも一部分が前下がりに傾斜しており、この底壁部３１ｆ上に流れ落ちたドレインを底壁部３１ｆ上の前側領域に円滑に流れさせ、ドレイン用の排出口３４ａ，３４ｂに到達するように設定されている。図面では示されていないが、底壁部３１ｆには、第１および第２の伝熱管１，２の下部との隙間を小さくするための上向き凸状部（段押し部）を適宜形成した構成とすることができる。この点は、上壁部３１ｅも同様であり、第１および第２の伝熱管１，２の上部と上壁部３１ｅとの隙間を小さくするための下向き凸状部（段押し部）を適宜形成した構成とすることができる。
【００２０】
第１および第２の伝熱管１，２のそれぞれは、平面視略矩形状または略長円状の螺旋状管体である。複数の第１の伝熱管１は、サイズが相違する略同心の重ね巻き状に配され、かつそれらの上下両端に一体的に繋がった直管状の延設管体部１０ａ，１０ｂは、ケース３の側壁部３１ｃを貫通し、かつ出湯用および入水用のヘッダ１９ａ，１９ｂとの連結が図られている。これと同様に、複数の第２の伝熱管２も、サイズが相違する略同心の重ね巻き状に配され、かつそれらの上下両端に一体的に繋がった直管状の延設管体部２０ａ，２０ｂは、ケース３の側壁部３１ｄを貫通し、かつ出湯用および入水用のヘッダ２９ａ，２９ｂとの連結が図られている。
【００２１】
第１および第２の伝熱管１，２の螺旋の巻き方向は同一であり、ともに右巻き（伝熱管に下部側から入水した水が平面視において右回りに旋回しながら上昇する巻き方向）とされている。
このため、図３に示すように、複数の第１の伝熱管１については、前寄り部分１Ｆが後寄り部分１Ｒよりも上下方向の管体配列ピッチに相当する寸法Ｌ１だけ低い高さとなっている。第１の伝熱管１は、大略的には前下がり状であり、ケース３の底壁部３１ｆとの関係は、既述した図５（ａ）と同様である。第１の給気口３２ａは、たとえば後寄り部分１Ｒの上下高さ方向の略中央部に対面する高さに設けられている。
【００２２】
これに対し、図４に示すように、複数の第２の伝熱管２については、前寄り部分２Ｆが後寄り部分２Ｒよりも上下方向管体配列ピッチに相当する寸法Ｌ２だけ高い位置となっている。第２の伝熱管２は、大略的には後下がり状であり、ケース３の底壁部３１ｆとの関係は、既述した図５（ｂ）と同様である。このため、後寄り部分２Ｒの上部とケース３の上壁部３１ｅとの間には、上下幅が比較的大きな空隙部６０が形成されている。また、前寄り部分２Ｆの下部とケース３の底壁部３１ｆとの間にも、上下幅が比較的大きな空隙部６１が形成されている。第２の給気口３２ｂは、後壁部３１ｂの上寄りの位置に偏って設けられており、少なくともその一部は空隙部６０に対面するように設定されている。前寄り部分２Ｆの前方の上寄り領域には、上下高さ方向に延びた整流板５が設けられており、この整流板５の下方は燃焼ガスが通過可能な通路となっている。整流板５は、第２の熱交換室３０ｂの上寄り領域を前進してきた燃焼ガスを遮る。好ましくは、整流板５は、上下高さ方向において排気口３３とオーバラップするように設けられている。このような構成により、第２の給気口３２ｂから第２の熱交換室３０ｂに流入した燃焼ガスは、第２の熱交換室３０ｂの下寄り領域に進行して整流板５の下側を通過してから排気口３３に到達することとなる。
【００２３】
複数の補助伝熱管４は、たとえば全体が略コ字状とされた伝熱管であり、第２の伝熱管２の内方の空間部３８に配され、かつその上下両端部は、ヘッダ２９ａ，２９ｂに接続さ
れている。補助伝熱管４は、上下高さ方向に起立しているが、ケース３の前側に向けた上り勾配を有するように適当な角度αで傾斜している。
【００２４】
次に、前記した熱交換器ＷＨの作用について説明する。
【００２５】
まず、第１および第２の伝熱管１，２は、原材料となる直状管体に曲げ加工を施して形成される。これに対し、第１および第２の伝熱管１，２の螺旋の巻き方向は、ともに右巻き状に揃えられているために、直状管体の曲げ加工設備としては、右巻き用の設備があればよく、左巻き用の設備は不要となる。また、第１および第２の伝熱管１，２を製造する際の曲げ加工は、同種の作業となり、作業の煩雑さも抑制される。その結果、第１および第２の伝熱管１，２の製造コストを廉価にすることができる。
【００２６】
第１の伝熱管１については、図３を参照して説明したように、前寄り部分１Ｆが後寄り部分１Ｒよりも低い高さにあり、底壁部３１ｆとの隙間を小さくし得る。このため、図５（ａ）の場合と同様に、第１の給気口３２ａから第１の熱交換室３０ａに流入した燃焼ガスを複数の第１の伝熱管１の各部に効率よく作用させることが可能であり、熱交換効率を高くすることが可能である。
【００２７】
一方、第２の伝熱管２については、図４を参照して説明したように、後寄り部分２Ｒの上側、および前寄り部分２Ｆの下側に、上下幅が比較的大きな空隙部６０，６１が形成される。ただし、第２の熱交換室３０ｂにおいては、第２の給気口３２ｂから流入した燃焼ガスは、概略的には、図４の矢印Ｎ１で示すように、空隙部６０の位置から斜め下に向けて前進して整流板５の下方に到達し、その後に排気口３３に到達する流れとなる。したがって、第２の伝熱管２の各部に対して燃焼ガスを効率よく作用させることが可能となる。
【００２８】
前寄り部分２Ｆの下方には空隙部６１が設けられているものの、燃焼ガスは、この空隙部６１に到達する迄に、既に第２の伝熱管２の各部に作用している。したがって、空隙部６１の存在が熱交換効率低下の大きな要因とならないようにすることができる。一方、空隙部６０については、第２の給気口３２ｂから流入した燃焼ガスを幅広く拡散させる作用を発揮するため、熱交換効率を高めるための要素として役立たせることが可能である。さらに、第２の伝熱管２においては湯水が下部側から上部側に流れるのに対し、燃焼ガスは斜め下向きに進行する結果、湯水の流れ方向と燃焼ガスの進行方向とは、互いに対向する関係、またはこれに近い関係となるが、このような関係は、湯水と燃焼ガスとの熱交換を促進する上で好ましい。このようなことから、第２の伝熱管２の熱交換効率についても、高くすることができる。
【００２９】
補助伝熱管４による熱回収も可能であるが、この補助伝熱管４が延びる方向に対し、燃焼ガスは略直交またはこれに近い角度で進行する。したがって、補助伝熱管４による熱回収量を多くし、第２の伝熱管２と補助伝熱管４とをトータルした熱交換効率を、より高めることが可能である。
【００３０】
第２の熱交換室３０ｂには、整流板５が設けられているために、その分だけ第２の熱交換室３０ｂにおける排気抵抗は大きくなる。ただし、複数の第２の伝熱管２は、複数の第１の伝熱管１よりも総伝熱面積が小さく、第２の熱交換室３０ｂへの燃焼ガス供給量は少なめである。このため、整流板５を設けたことに起因する排気抵抗の増大を抑制することが可能である。本実施形態とは異なり、燃焼ガス供給量が多い第１の熱交換室３０ａに整流板５を設けた場合には、排気抵抗がかなり大きくなる虞があるが、本実施形態によれば、そのような不具合を好適に解消することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
上述した実施形態においては、第１および第２の伝熱管をともに右巻き状としたが、本発明はこれに代えて、左巻き状とすることも可能である。左右幅方向に２つの螺旋状の伝熱管を並べ、かつこれらの螺旋の巻き方向を揃えた場合には、いずれか一方の伝熱管は、前寄り部分が後寄り部分よりも低くなる。また、他方の伝熱管は、前寄り部分が後寄り部分よりも高くなる。前記一方の伝熱管が、本発明でいう第１の伝熱管であり、前記他方の伝熱管が、本発明でいう第２の伝熱管である。したがって、上述の実施形態とは異なり、たとえば第１の伝熱管を第２の伝熱管よりも小サイズに形成して風呂給湯用または暖房用の湯水加熱に利用し、第２の伝熱管を一般給湯用の湯水加熱に利用した構成とすることも可能である。
【００３３】
熱交換効率を高める観点からすると、第２の熱交換室に補助伝熱管４を設けることが好ましいものの、この補助伝熱管４を省略した構成とすることもできる。加熱用気体としては、燃焼ガス以外の気体（たとえば、コージェネレーションシステムの排ガスなど）を用いることもできる。本発明に係る熱交換器は、給湯装置における湯水加熱用途にも用いることが可能であり、その具体的な用途、使用態様は限定されない。第１および第２の伝熱管に加えて、これらとは別の第３の伝熱管を利用し、１缶３回路方式などの構成にすることもできる。本発明の熱交換器を給湯装置に搭載する場合、熱交換器の前壁部と給湯装置の前面側とは必ずしも一致しなくてもよい。たとえば、後方排気タイプの給湯装置においては、熱交換器の排気口が設けられている前壁部は、給湯装置の背面側を向くように設定される。
【符号の説明】
【００３４】
ＷＨ  熱交換器
１  第１の伝熱管
２  第２の伝熱管
２Ｆ  前寄り部分（第２の伝熱管の）
２Ｒ  後寄り部分（第２の伝熱管の）
３  ケース
３０ａ，３０ｂ  第１および第２の熱交換室
３１ａ  前壁部（ケースの）
３１ｂ  後壁部（ケースの）
３１ｅ  上壁部（ケースの）
３１ｆ  底壁部（ケースの）
３２ａ，３２ｂ  第１および第２の給気口
３３  排気口
４  補助伝熱管
５  整流板
６１  空隙部
【図１】
0006390948.tif 000002
【図２】
0006390948.tif 000003
【図３】
0006390948.tif 000004
【図４】
0006390948.tif 000005
【図５】
0006390948.tif 000006