JP2010007924A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構成の二次熱交換器を採用しつつ、高熱交換率を達成可能な給湯装置の提供を目的とした。
【解決手段】給湯装置は、排気部６内に二次熱交換器３０を備えている。二次熱交換器３０の受熱管は、排気部６内を横断する横断部３１ａを複数有し、排気部６の奥行き方向に伸びる横断部３１ａ同士の間を折返部３１ｂで繋いで形成された屈曲した流路を有する。受熱管を構成する複数の横断部３１ａのうち、奥側に向けて湯水を流す順方向横断部３１ａと、これに対して下方に隣接する位置にあり、手前側に向けて湯水を流す横断部３１ａとが水平方向にずれた位置関係にある。
【選択図】図２

Description

本発明は、給湯装置に関するものであり、特に一次熱交換器に加えて二次熱交換器を備えたものに関する。

従来より、下記特許文献１，２に開示されているような、いわゆる潜熱回収型の給湯装置が提供されている。この種の給湯装置は、燃料を燃焼するための燃焼手段と、これにおいて発生した燃焼ガスに含まれている顕熱を主として回収するための一次熱交換器と、潜熱を主として回収するための二次熱交換器とを備えている。
特開２００６−２０７９０２号公報 特開２００６−２７５３６７号公報

上記した潜熱回収型の給湯装置では、二次熱交換器において潜熱を回収することにより、熱効率の向上を図っているが、より一層の熱効率の向上が求められていた。また、上記した潜熱回収型の給湯装置では、二次熱交換器における熱交換に伴ってドレンが発生するが、このドレンが二次熱交換器を構成する受熱管に付着したままであると熱効率が低下してしまうという問題があった。また、従来技術の潜熱回収型の給湯装置では、さらなる熱効率の向上を目的とした場合、二次熱交換器が大型化してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、コンパクトな構成の二次熱交換器を採用しつつ、高熱交換率を達成可能な給湯装置の提供を目的とした。

上記した課題を解決すべく提供される本発明の給湯装置は、燃料を燃焼する燃焼手段と、当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが下方に向けて流れる燃焼ガス通路と、当該燃焼ガス通路に対して燃焼ガスの流れ方向下流側に存在し、燃焼ガス通路を通過してきた燃焼ガスを上方に向けて流して排気する排気部と、燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水を加熱可能な一次熱交換器と、当該一次熱交換器に対して、燃焼ガスの流れ方向下流側に配された二次熱交換器とを有し、当該二次熱交換器が、前記排気部内に配された受熱管を有し、当該受熱管内を流れる湯水を熱交換加熱できるものであり、前記受熱管が、排気部内を横断する横断部を複数有し、湯水の流れ方向上流側に位置する横断部と下流側に位置する横断部との間に折返部が設けられており、当該折返部において上流側の横断部から供給されてきた湯水の流れを折り返し、下流側の横断部に供給できるものであり、前記受熱管を構成する複数の横断部のうちの一である横断部Ａと、当該横断部Ａに対して下方に隣接する位置にある横断部Ｂと、が水平方向にずれた位置関係にあることを特徴としている（請求項１）。

本発明の給湯装置において二次熱交換器に採用されている受熱管は、複数の横断部を有し、このうちの一である横断部Ａと、これに対して下方に隣接する位置にある横断部Ｂとが、互いに水平方向にずれた位置関係（以下、本願配置とも称す）にあり、両者の間が折返部で接続されたような構成とされている。そのため、仮に上下の横断部Ａ，Ｂが水平方向に同一の位置関係（以下、上下並列配置とも称す）にある場合、すなわち横断部Ａ，Ｂが、鉛直面に沿って上下に一列に並ぶように設けられているとした場合と同等の伝熱面積を確保しつつ、上下の横断部の間隔を狭くすることができる。さらに具体的には、本願配置では、例えば図５（ａ）に示すように横断部Ａ，Ｂが上下および水平方向にずれた位置関係にあるため、横断部Ａ，Ｂが所定の仮想面に沿って配置されていると仮定した場合、この仮想面は鉛直面に対して角度θだけ傾斜した状態になる。横断部Ａ，Ｂ同士の間隔がＤであると仮定した場合、本願配置では、横断部Ａ，Ｂの上下方向の間隔（高さｈ）がＤ×ｃｏｓθとなる。一方、上下並列配置を採用した場合は、例えば図５（ｂ）に示すように横断部Ａ，Ｂの上下方向の間隔（高さＨ）は、横断部Ａ，Ｂ同士の間隔Ｄそのものとなる。言い換えれば、上下並列配置を採用した場合は、鉛直面に沿って横断部Ａ，Ｂが配置されるため、前述した角度θが０度となる。そのため、本願配置を採用すれば、上下並列配置を採用した場合に比べ、各ターン部の高さがＤ×（１−ｃｏｓθ）だけ相違する。従って、上述した本願配置を採用した場合、受熱管に上下方向に横断部Ａ，Ｂの組み合わせがｎ組（ｎ＝自然数）分だけ設けられているとすると、上下並列配置を採用した場合よりも全体としてｎ×Ｄ（１−ｃｏｓθ）分だけ二次熱交換器の高さを抑制し、給湯装置全体のコンパクト化に資することができる。

上述したように、本願配置を採用した受熱管を採用した場合は、受熱管を高密度に配置することができるため、その分だけ二次熱交換器における熱交換効率を向上させることができる。また、上述したように上下に並ぶ横断部Ａ，Ｂが水平方向にずれた位置関係にあるため、受熱管に付着したドレンが下方に落下しやすく、その分だけ熱交換効率の低下を防止できると共に、ドレンの付着に伴う受熱管の腐食も防止できる。

上述した本発明の給湯装置は、受熱管が、横断部Ａ，Ｂを折返部で繋いで構成されるターン部を複数有し、鉛直面Ｖ１と、当該鉛直面Ｖ１に対向する鉛直面Ｖ２を想定した場合に、各ターン部を構成する横断部Ａが鉛直面Ｖ１に沿って配され、各ターン部を構成する横断部Ｂが鉛直面Ｖ２に沿って配されていることが望ましい（請求項２）。

かかる構成とした場合は、各ターン部を構成する横断部Ａ，Ｂがそれぞれ鉛直面Ｖ１と、これに対向する鉛直面Ｖ２と、に沿って並ぶこととなる。そのため、上述した構成を採用すれば、受熱管の水平方向への広がりを鉛直面Ｖ１，Ｖ２で区画された領域から大きく外れない範囲内に抑制することができる。従って、上述した構成によれば、受熱管のサイズを高さ方向だけでなく、水平方向にもコンパクト化することができる。

上述した構成によれば、受熱管のサイズを水平方向にもコンパクト化することができるため、より一層受熱管を高密度に配置することができる。そのため、上述した構成を採用すれば、二次熱交換器における熱効率を向上させることができる。

上述した本発明の給湯装置は、受熱管が、鉛直面Ｖ１に沿って配された横断部Ａと、前記鉛直面Ｖ１に対向する鉛直面Ｖ２に沿って配された横断部Ｂと、を有し、横断部Ａ，Ｂが湯水の流れ方向に向けて交互に設けられており、横断部Ａ，Ｂの間が折返部で接続されていることが望ましい（請求項３）。

かかる構成とした場合についても、受熱管の水平方向への広がりを鉛直面Ｖ１，Ｖ２で区画される領域を基準として所定の範囲内に抑制することが可能である。そのため、本発明によれば、二次熱交換器のサイズを高さ方向および水平方向にコンパクト化すると共に、受熱管に十分な伝熱面積を確保することができ、給湯装置のコンパクト化および熱効率の向上に資することができる。

上述した本発明の給湯装置は、受熱管が、横断部Ａ，Ｂを折返部で繋いで構成されるターン部を複数有し、前記ターン部を構成する横断部および折返部が、所定の仮想面上に設けられていると想定した場合に、当該仮想面が、下方に向けて傾斜していることが望ましい（請求項４）。

かかる構成とした場合は、受熱管のターン部を構成する部分に付着したドレンが下方に落下しやすい。そのため、本発明の給湯装置では、受熱管にドレンが付着することによる受熱管の腐食や、熱交換効率の低下を防止することができる。

上述した本発明の給湯装置は、受熱管が、横断部Ａ，Ｂを折返部で繋いで構成されるターン部を複数有し、当該ターン部が、横断部Ａと、当該横断部Ａに対して下方に位置する横断部Ｂと、を折返部で繋いで構成されるターン部Ｔ１と、上方のターン部Ｔ１を構成する横断部Ｂと、下方のターン部Ｔ１を構成する横断部Ａと、を折返部で繋ぐことにより構成されたターン部Ｔ２と、を有し、前記ターン部Ｔ１を構成する横断部Ａ，Ｂおよび折返部が、所定の仮想面Ｉ１に沿って設けられていると想定した場合に、当該仮想面Ｉ１が、鉛直面に対して所定方向に傾斜しており、前記ターン部Ｔ２を構成する横断部Ａ，Ｂおよび折返部が、所定の仮想面Ｉ２に沿って設けられていると想定した場合に、当該仮想面Ｉ２が、鉛直面に対して前記仮想面Ｉ１とは逆方向に傾斜していることがより一層望ましい（請求項５）。

かかる構成とした場合は、ターン部Ｔ１，Ｔ２を構成する横断部Ａ，Ｂのいずれもが鉛直面に対して所定の角度で傾斜した仮想面Ｉ１，Ｉ２に沿って配されているため、ドレンが受熱管に付着したまま滞留せず、落下しやすい。そのため、本発明によれば、受熱管にドレンが付着することによる熱効率の低下や、受熱管の腐食の問題を解消することができる。また、上述した構成によれば、受熱管の高さを最小限に抑制しつつ、受熱管における伝熱面積を十分確保できるため、二次熱交換器のコンパクト化および熱効率の向上に資することができる。

また、本発明の給湯装置では、受熱管における湯水の流れ方向にターン部Ｔ１，Ｔ２が互い違いに形成されるため、受熱管の水平方向への広がりを最小限に抑制することができる。従って、上述した構成によれば、受熱管のサイズを高さ方向だけでなく、水平方向にもコンパクト化することができると共に、二次熱交換器における熱効率をより一層向上させることができる。

上述した本発明の給湯装置は、受熱管が、排気部内において上方側から下方側に向けて湯水を流すことが可能なように配されていることが望ましい（請求項６）。

かかる構成とした場合、受熱管を流れる湯水は、排気部内において上方に向けて流れる燃焼ガスの流れに対して対向流となる。そのため、上述した構成を採用すれば、受熱管における熱交換効率をより一層向上させることができる。

上述した本発明の給湯装置は、燃焼ガス流路を流れてきた燃焼ガスが流入する集合筒部と、当該集合筒部から排気部への燃焼ガスの流入を許す導入口と、を有し、前記導入口の開口領域の上方であって、受熱管の下方の位置に庇部が設けられており、当該庇部によって、排気部から集合筒部へのドレンの流入を阻止可能であることが望ましい（請求項７）。

本発明の給湯装置では、燃焼ガス通路を通過してきた燃焼ガスが集合筒部に流入した後、排気部内に流入する。また、排気部内に配された二次熱交換器で発生したドレンは、燃焼ガスに晒されることによって酸性度が高くなり、腐食性を有する状態になる。そのため、二次熱交換器で発生したドレンが排気部から集合筒部に流入すると、酸性度の高くなったドレンが凝縮されるなどしてさらに酸性度や腐食性が高くなる。従って、耐食性を有さない材料で集合筒部などを構成した場合は、当該部位がドレンに晒されて腐食する可能性がある。しかし、本発明の給湯装置では、上記導入口の開口領域の上方であって受熱管の下方の位置に庇部を設け、これにより排気部から集合筒部にドレンが流入するのを阻止している。そのため、本発明の給湯装置では、前述したような集合筒部内にドレンが流入することにより、集合筒部などが腐食するのを防止することができる。また、上記した構成によれば、集合筒部などに耐食性に優れた高価な材料を採用する必要がなく、その分だけ製造コストを低減させることができる。

また、上述した本発明の給湯装置において、庇部は、第１の板体と、当該第１の板体に対して上下方向に所定の間隔をあけて配された第２の板体と、によって構成されており、前記第１，２の板体の間に形成された隙間を介して庇部の下方側から上方側に向けて燃焼ガスを流通させることが可能であることが望ましい（請求項８）。

かかる構成によれば、集合筒部から排気部に向けて導入口を介して燃焼ガスが通過可能であると共に、排気部内での熱交換により発生したドレンが導入口を介して集合筒部内に流入するのを確実に阻止可能とすることができる。

また、上述した本発明の給湯装置において、第１，２の板体の間に形成された隙間は、排気部内において受熱管が配された領域における水平方向略中央部に設けられていることが望ましい（請求項９）。

かかる構成によれば、二次熱交換器における熱交換において、部位によってムラが生じるのを防止することができる。

上述した本発明の給湯装置において、導入口は、第１，２の板体の間に形成された隙間に対し、第１，２の板体のうち上方に設けられた板体が設けられた方向に外れた位置に設けられていることが望ましい（請求項１０）。

かかる構成によれば、導入口を介して排気部内に導入される燃焼ガスが、上記隙間を通ってスムーズに通過することができ、庇部の通気抵抗が過度に大きくなるのを防止できる。

上述した本発明の給湯装置は、第１，２の板体のうち、少なくとも一方に下り勾配が付けられていることが望ましい（請求項１１）。

かかる構成によれば、受熱管を伝うなどして落下してきたドレンを、さらに庇部から下方に向けてスムーズに落下させることができる。

上述した本発明の給湯装置は、排気部に連通したドレン排出口を有し、当該ドレン排出口を介してドレンを排出可能であることが望ましい（請求項１２）。

かかる構成によれば、排気部内で発生したドレンが、排気部よりも燃焼ガスの流れ方向上流側の高温の部分に流入し、水分の気化によりドレンの酸性度がさらに高くなるのを防止することができる。

上述した本発明の給湯装置において、燃焼手段は、液体燃料を気化した燃料ガスを燃焼するものであってもよい（請求項１３）。

本発明のように燃焼手段として液体燃料を気化して燃焼する、いわゆる気化式の燃焼手段を採用した場合は、燃焼騒音を最小限に抑制できる。そのため、本発明の構成を採用すれば、例えば従来であれば排気部に配していた防音材などを省略したり、簡略なものとすることが可能である。

本発明によれば、コンパクトな構成の二次熱交換器を採用しつつ、高熱交換率を達成可能な給湯装置を提供できる。

続いて、本発明の一実施形態に係る給湯装置１について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の位置関係は、特に断りのない限り、通常の設置状態を基準として説明する。

給湯装置１は、燃焼部２（燃焼手段）と、一次熱交換器２０と、二次熱交換器３０とを備えた、いわゆる潜熱回収型の給湯装置である。給湯装置１は、燃焼部２の下方に燃焼ケース３と、排気集合部５とを有する。また、燃焼部２の側方には、排気部６が設けられている。さらに、排気集合部５の下方には、中和器７が設けられている。燃焼ケース３および排気部６は、それぞれ給湯装置１の底側に設けられた排気集合部５に連通している。これにより、給湯装置１には、燃焼ケース３から排気集合部５を経て排気部６に至る、断面形状が略「Ｕ」字型となるように連通した空間が形成されている。

燃焼部２は、従来公知のいかなる燃焼装置を採用したものであってもよいが、本実施形態では、液体燃料を気化して燃焼ガスを生成し燃焼する、いわゆる気化式の燃焼装置が採用されている。そのため、燃焼部２は、従来公知の噴霧式の燃焼装置のように、液体燃料を噴霧ノズルから噴霧して燃焼する燃焼形態を採用したものに比べ、燃焼騒音が小さい。燃焼部２は、火炎を下方に設けられた燃焼ケース３側に向けて形成するように燃焼作動することができる。

燃焼ケース３は、燃焼部２に対して下方側に位置しており、燃焼部２における燃焼動作に伴って発生する高温の燃焼ガスが流れる部分（燃焼ガス通路）である。燃焼ケース３の周囲には、内部を流れる高温の燃焼ガスにより過度に高温となるのを防止すべく、水管１５が巻き付けられている。水管１５の一端側には接続口１６が設けられており、これに後に述べる配管３８が接続されている。また、水管１５の他端側は、後に詳述する一次熱交換器２０の一次入水口２５に接続されている。

燃焼ケース３の下端側の部分には、一次熱交換器２０が設けられている。一次熱交換器２０は、燃焼ケース３を流れてきた燃焼ガス中に含まれている顕熱を主として回収するためのものである。一次熱交換器２０は、いわゆるフィンアンドチューブ型の熱交換器によって構成されている。すなわち、一次熱交換器２０は、略「コ」字型に屈曲した一連の水管２１を有し、この水管２１が燃焼ケース３を横断するように挿通されている。水管２１には、多数のフィン２２が装着されている。一次熱交換器２０は、燃焼ケース３内を流れる高温の燃焼ガスとの熱交換により、水管２１内を流れる湯水を熱交換加熱することができる。

水管２１は、その一端側に一次出水口２３を有し、他端側に一次入水口２５を有する。一次出水口２３は、図示しない配管等を介してカラン等の湯水の供給先に接続されている。一方、一次入水口２５には、燃焼部２に巻き付けられた水管１５が接続されている。

排気集合部５は、燃焼ケース３の下方に配置され、燃焼ケース３に直接連通した部分である。排気集合部５は、給湯装置１の底側において給湯装置１の幅方向（図１において左右方向）に伸びる内部空間を有する。また、排気集合部５は、燃焼ケース３の側方に配された排気部６とも連通している。そのため、排気集合部５は、燃焼ケース３を下方に向けて流れる燃焼ガスを流入させるとともに、当該燃焼ガスを排気部６に向けて流出させる部分として機能する。すなわち、排気集合部５は、下方に向けて流れる燃焼ガスの流れ方向を上方に向けて折り返すための部分として機能する。

図１に示すように、排気部６は、外壁部材６ａによって四方を囲まれ、上下方向に連通した空間６ｂを有する。排気部６は、上端側に排気筒６ｃを有し、これを介して空間６ｂが外部雰囲気と連通している。また、排気部６内の空間６ｂは、下端側に設けられた導入口６ｅを介して排気集合部５と連通している。導入口６ｅは、バーリング加工によりその開口縁が空間６ｂ側に向けて突出するように形成されている。これにより、排気部６側から排気集合部５側へのドレンの落下が防止されている。

図１〜図３に示すように、排気部６の空間６ｂ内には、二次熱交換器３０が配されている。二次熱交換器３０は、複数の受熱管３１と、入水側ヘッダ３２と出水側ヘッダ３３とを備えている。受熱管３１は熱伝導性に優れ、表面が平滑な配管によって形成されていうる。そのため、熱交換に伴って発生するドレンが各受熱管３１の表面に付着しても、このドレンは、受熱管３１の表面に滞ることなく、スムーズに落下する。各受熱管３１は、それぞれ排気部６内において上下方向に伸びるように並べて配されている。

各受熱管３１は、その一端側が排気部６の上端側に設けられた入水側ヘッダ３２に接続されており、他端側が排気部６の下端側に設けられた出水側ヘッダ３３に接続されている。そのため、二次熱交換器３０に供給された湯水は、先ず入水側ヘッダ３２に流入した後、これに接続された各受熱管３１に分かれて流れ、その後出水側ヘッダ３３に集まって外部に流出することとなる。

図２や図３に示すように、受熱管３１は、中途においてほぼ「く」の字型に複数回折り返された形状とされている。これにより、受熱管３１は、中途に排気部６内を横断する横断部３１ａが複数形成されており、この横断部３１ａ，３１ａ同士の間に折返部３１ｂを有する。横断部３１ａは、下り勾配を付けて配されている。また、横断部３１ａは、上下方向に隣接する位置に配された横断部３１ａとその下り勾配の方向が異なる。具体的には、図３に示すように、横断部３１ａのうち受熱管３１の最も上方側（上流側）に位置するものは、給湯装置１の背面側（図３において左側）に向かうにつれて下方に傾斜するように下り勾配を付けて配されている。一方、この横断部３１ａの下方（下流側）に隣接する位置にある横断部３１ａは、折返部３１ｂを介して横断部３１ａに繋がっており、給湯装置１の正面側（図３において右側）に向かうにつれて下方に傾斜するように下り勾配を付けて配されている。このように、受熱管３１には、横断部３１ａと折返部３１ｂとが次々と連続して設けられており、一連の流路が形成されている。そのため、受熱管３１に湯水が供給されると、この湯水は、給湯装置１の正面側と背面側との間をジグザグに往復動するように流れながら、徐々に下方側にある出水側ヘッダ３３に向かうこととなる。

図３等に示すように、受熱管３１は、複数設けられた横断部３１ａのうち、給湯装置１の正面側から背面側に向けて湯水が流れるものを順方向横断部３１ａ（横断部Ａ）、背面側から正面側に向けて湯水が流れるものを逆方向横断部３１ａ（横断部Ｂ）とし、順，逆方向横断部３１ａ，３１ａを折返部３１ｂで接続したものをターン部Ｔとした場合、ターン部Ｔが上下方向に多数連なった構成とされている。この場合、上方側に位置するターン部をターン部Ｔ１、この下方側に位置するターン部をターン部Ｔ２とした場合、ターン部Ｔ１の逆方向横断部３１ａ（横断部Ｂ）と、ターン部Ｔ２の順方向横断部３１ａ（横断部Ａ）とは、同一の横断部３１ａによって構成される。このようにターン部Ｔ１，Ｔ２を想定した場合、順，逆方向横断部３１ａ，３１ａは上下方向に離れると共に、水平方向、より具体的には湯水の流れ方向に対して交差する方向にずれた位置関係にある。そのため、図５（ａ）に示すように各ターン部Ｔ１，Ｔ２をなす順，逆方向横断部３１ａ，３１ａやこれらを繋ぐ折返部３１ｂが仮想面Ｉ１，Ｉ２に沿って配置されていると仮定した場合、この仮想面Ｉ１，Ｉ２が鉛直面Ｖ１，Ｖ２に対して傾斜している。

また、図５（ａ）に示すように、各ターン部Ｔの順方向横断部３１ａは、鉛直面Ｖ１に沿うように上下方向に並んでおり、各ターン部Ｔの逆方向横断部３１ａは、鉛直面Ｖ１に対して所定の間隔をあけて平行な鉛直面Ｖ２に沿うように上下方向に並んで配置されている。順方向横断部３１ａとこの下方にある順方向横断部３１ａを含むターン部Ｔ１が沿う仮想面Ｉ１と、逆方向横断部３１ａとこの下方にある正方向横断部３１ａを含むターン部Ｔ２が沿う仮想面Ｉ２とは、鉛直面に対して互いに逆方向に傾斜している。そのため、図１や図５（ａ）に示すように、二次熱交換器３０を構成する受熱管３１を給湯装置１の正面側から見ると、ほぼ「く」字型に折れ曲がった部分が上下方向に連なっているかのように見える。

順方向横断部３１ａおよび逆方向横断部３１ａは、それぞれ鉛直面Ｖ１，Ｖ２に沿って上下方向に所定のピッチ毎に設けられている。上述した仮想面Ｉ１と鉛直面とがなす角度θ１、並びに、仮想面Ｉ２と鉛直面Ｖ１，Ｖ２とがなす角度θ２は、いずれの部位においても同一とされている。また、本実施形態では、なす角度θ１，θ２についても同一とされている。

図１や図２等に示すように、二次熱交換器３０は、上述したように屈曲した形状の受熱管３１が複数（本実施形態では４本）、並べて配された構造とされており、各受熱管３１が上下方向に向く姿勢とされて排気部６内に収容されている。各受熱管３１は、排気部６内において給湯装置１の幅方向（図１に示す状態において左右方向）に並べて配置されている。また、各受熱管３１は、横断部３１ａが給湯装置１の奥行き方向（図１に示す状態において紙面に対して交差する方向）に伸びるように配置されている。

二次熱交換器３０において、隣接する受熱管３１同士の間には、僅かな隙間が設けられているが、各受熱管３１のターン部Ｔが折り重なるように配置されている。そのため、二次熱交換器３０は、各受熱管３１の間を流れる燃焼ガスの通気抵抗が比較的大きい。従って、二次熱交換器３０に流入した燃焼ガスは、各受熱管３１同士の間をゆっくりと流れ、潜熱が十分回収された後に排出される。

各受熱管３１の上端側は、それぞれ入水側ヘッダ３２に接続されている。入水側ヘッダ３２には、二次入水口３５が設けられている。また、二次入水口３５には、図示しない配管を介して図示しない給水源に接続されている。一方、各受熱管３１の下端側は、それぞれ出水側ヘッダ３３に接続されている。出水側ヘッダ３３には、二次出水口３７が設けられている。二次出水口３７は、配管３８を介して上記した一次熱交換器２０の接続口１６に接続されている。

図１や図４に示すように、排気部６は、二次熱交換器３０が配置された熱交配置領域６ｘの流路断面積が、これよりも下方側に設けられた上流側領域６ｙや、上方側に設けられた下流側領域６ｚよりも狭められている。熱交配置領域６ｘの断面領域の大きさは、二次熱交換器３０がほぼ隙間無く納まる程度の大きさとされている。そのため、排気部６の上流側領域６ｙ内に流入した燃焼ガスは、ほぼ全てが熱交配置領域６ｘに配された二次熱交換器３０の各受熱管３１同士の間を下方から上方に向けて通過し、下流側領域６ｚ側に抜けることとなる。

排気部６は、二次熱交換器３０の下方側、さらに詳細には熱交配置領域６ｘと上流側領域６ｙとの境界部分に庇部４０を有する。庇部４０は、二次熱交換器３０において熱交換に伴って発生したドレンを受け、排気部６の内周面側に向けて案内するために設けられている。庇部４０は、２枚の板体４１，４２によって構成されている。板体４１，４２は、排気部６の幅方向一端側（図１において右側）から他端側（図１において左側）に向けて下方に傾斜するように取り付けられている。

板体４１の一端（以下、基端とも称す）と排気部６の内周面との間には、隙間がほとんど設けられていない。板体４１の他端（以下、自由端とも称す）は、熱交配置領域６ｘの幅方向のほぼ中央部に至っている。板体４２は、一端（以下、上流端とも称す）側が板体４１の自由端に対して下方に僅かにずれた位置に固定されている。そのため、板体４１，４２の間には、熱交配置領域６ｘの幅方向のほぼ中央部において隙間４３が形成されている。また、板体４１，４２は、隙間４３が設けられた位置において上下に重複している。すなわち、板体４１の自由端は、板体４２の上流端よりも板体４２の他端（以下、下流端とも称す）側に突き出している。そのため、庇部４０の上方にある二次熱交換器３０から落下してきたドレンが、隙間４３を介して庇部４０の下方に侵入しにくい。また、板体４２の下流端側には、下方に向けて折り曲げられた折曲部４５が設けられている。板体４２の折曲部４５は、排気部６の内周面から離されている。そのため、板体４２の表面を伝って下流端側に落下するドレンは、排気部６の上流側領域６ｙにおいて、折曲部４５と排気部６の内周面との間に設けられた領域４６に集中する。

上流側領域６ｙには、上記した領域４６に連通するようにドレン排出口４７が設けられている。ドレン排出口４７は、排気集合部５の下方に設けられた中和器７に対して配管接続されている。また、上流側領域６ｙには、上述したように排気部６の底面に設けられた燃焼ガスの導入口６ｅが設けられているが、この導入口６ｅは、庇部４０を構成する板体４１の基端側に偏在した位置に設けられている。そのため、板体４２の折曲部４５を伝って落下してきたドレンが導入口６ｅを介して排気集合部５側に流入しにくい。また、導入口６ｅが板体４１の基端側に偏在しているため、排気集合部５側から流入してきた燃焼ガスが庇部４０の隙間４３を介して、二次熱交換器３０の幅方向のほぼ中央部に向けてスムーズに流れる。

続いて、給湯装置１の動作について、燃焼ガスや湯水の流れを中心として詳細に説明する。給湯装置１は、図示しない流量センサ等により外部の給水源から二次熱交換器３０に向けて湯水が供給されてきたことが検知されると、燃焼部２が燃焼作動を開始する。燃焼部２における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスは、燃焼ケース３内を下方に向けて流れる。その後、燃焼ガスは、給湯装置１の底側に設けられた排気集合部５を通過し、排気部６の底面に設けられた導入口６ｅを介して排気部６側に抜ける。このようにして排気部６内に流入した燃焼ガスは、排気部６の上流側領域６ｙと熱交配置領域６ｘとの境界部分に配された庇部４０の隙間４３を通過し、熱交配置領域６ｘのほぼ中央部に流入する。熱交配置領域６ｘに流入した燃焼ガスは、二次熱交換器３０を構成する各受熱管３１の間を縫うようにして流れた後、下流側領域６ｚに至り、排気筒６ｃを介して外部に排気される。

一方、外部から供給されてきた湯水は、二次熱交換器３０の入水側ヘッダ３２を介して、これに接続されている複数（図示状態では４本）の受熱管３１のそれぞれに流入する。各受熱管３１に流入した湯水は、横断部３１ａおよび折返部３１ｂとの繰り返しによって給湯装置１の正面側と背面側との間を行き来するように形成されたジグザグ状の流路内を下方側に向けて流れる。受熱管３１における湯水の流れは、全体として上方から下方に向けて流れるものであるため、空間６ｂ内を上方に向けて流れてくる燃焼ガスの流れと対向流の関係にある。そのため、各受熱管３１を流れる湯水は、燃焼ガスと効率よく熱交換しながら排気部６の下方側に設けられた出水側ヘッダ３３に向けて流れる。

ここで、上記したようにして二次熱交換器３０において熱交換が行われると、排気部６内を流れる燃焼ガス中に含まれている潜熱が各受熱管３１内を流れる湯水に回収される。これに伴い、燃焼ガス中に含まれている水分が凝集され、二次熱交換器３０の受熱管３１の表面にドレンが付着する。上述したように、各受熱管３１において上下に並ぶ横断部３１ａ（順方向横断部３１ａ，逆方向横断部３１ａ）は、鉛直面Ｖ１，Ｖ２に対して傾斜した仮想面Ｉ１，Ｉ２に沿うように配置されている。そのため、各受熱管３１に付着したドレンは、下方に設けられた庇部４０に向けてスムーズに落下する。庇部４０に落下したドレンは、板体４１，４２の傾斜面を伝って板体４２の下流端側に向けて流れ、板体４２の折曲部４５と排気部６の内周面との間にある領域４６に集まる。領域４６に集まったドレンは、ドレン排出口４７を介して中和器７に向けて排出され、中和される。

上記したようにして二次熱交換器３０において加熱された湯水は、出水側ヘッダ３３に設けられた二次出水口３７から流出する。二次出水口３７から流出した湯水は、これに接続された配管３８を介して一次熱交換器２０に一次入水口２５から流入する。一次熱交換器２０に流入した湯水は、燃焼ケース３内を下方に向けて流れる高温の燃焼ガスとの熱交換により加熱された後、一次出水口２３から流出する。一次出水口２３から流出した高温の湯水は、これに配管（図示せず）等を介して接続されたカランや浴槽等の湯水の供給先に供給される。

上述したように、本実施形態において二次熱交換器３０の受熱管３１は、複数の横断部３１ａのうちの一つである順方向横断部３１ａと、これに対して下方に隣接する位置にある逆方向横断部３１ａとが、互いに水平方向にずれた位置関係とされ、両者の間が折返部３１ｂで接続されている（図５（ａ）参照）。そのため、順，逆方向横断部３１ａ，３１ａの間隔を同一の間隔Ｄとし、順，逆方向横断部３１ａ，３１ａを含んで構成されるターン部Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）が沿う仮想面Ｉ１，Ｉ２が鉛直面Ｖ１，Ｖ２に対してなす角の角度をθとした場合、図５（ｂ）のように、順，逆方向横断部３１ａ，３１ａが水平方向に位置ズレせず、上下に並んだ状態とする場合と同等の伝熱面積を確保しつつ、ターン部Ｔ毎にＤ×（１−ｃｏｓθ）だけ二次熱交換器３０の高さ方向にコンパクト化することができる。本実施形態では、ターン部Ｔを複数（ｎターン）設けているため、二次熱交換器３０全体としてｎ×Ｄ（１−ｃｏｓθ）分だけ高さを抑制することができる。

上記実施形態では、受熱管３１を構成する全てのターン部Ｔについて、一定の角度θで傾斜した仮想面Ｉ１，Ｉ２に沿うように順，逆方向横断部３１ａ，３１ａが配された構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一部のターン部Ｔについて順，逆方向横断部３１ａ，３１ａが図５（ｂ）のように鉛直方向に並んで配された構成であってもよい。また、受熱管３１を構成する一部または全部のターン部Ｔについて、仮想面Ｉ１，Ｉ２の角度θが相違していてもよい。すなわち、順，逆方向横断部３１ａ，３１ａの上下方向のズレや、幅方向のズレの大きさが、ターン部Ｔ毎に相違していてもよい。

また、本実施形態で説明したような形状の受熱管３１を二次熱交換器３０に採用すると、受熱管３１を高密度に配置することができ、その分だけ熱交換効率を向上させることができる。さらに、各ターン部Ｔを構成する順，逆方向横断部３１ａ，３１ａが鉛直面Ｖ１，Ｖ２に対して傾斜した仮想面Ｉ１，Ｉ２に沿うように設けられているため、熱交換により受熱管３１に付着したドレンが下方に向けて落下しやすい。従って、上述した二次熱交換器３０を採用することにより、ドレンの付着に伴う熱交換効率の低下や、受熱管３１の腐食を防止できる。

本実施形態で二次熱交換器３０において採用されている受熱管３１は、対向する２つの鉛直面Ｖ１，Ｖ２のうち一方の鉛直面Ｖ１に沿って順方向横断部３１ａが設けられ、他方の鉛直面Ｖ２に沿って逆方向横断部３１ａが設けられている。そのため、各受熱管３１の幅方向への広がり、すなわち順，逆方向横断部３１ａ，３１ａにおける湯水の流れ方向に対して交差する方向への広がりは、鉛直面Ｖ１，Ｖ２で区画された領域を大きく外れない。従って、上述した構成によれば、受熱管３１や二次熱交換器３０のサイズを高さ方向だけでなく、水平方向にもコンパクト化することができる。また、このような構成とすることにより、受熱管３１を高密度に配置することができるため、二次熱交換器３０における熱効率を向上させることができる。

上述したように、二次熱交換器３０は、受熱管３１が、排気部６内において上方側から下方側に向けて湯水を流通可能なように配されているため、排気部６内を上方に向けて流れる燃焼ガスの流れに対して湯水の流れが対向流となる。そのため、二次熱交換器３０は、受熱管３１における熱交換効率が高い。

図１等に示すように、上記した二次熱交換器３０は、入水側ヘッダ３２に設けられた二次入水口３５、並びに、出水側ヘッダ３３に設けられた二次出水口３７が同一側に設けられている。すなわち、図６（ａ）に示すように、入水側ヘッダ３２および出水側ヘッダ３３に接続された各受熱管３１を第１〜第ｍ受熱管３１（ｍ＝自然数：本実施形態ではｍ＝４）の順に並んでいるとした場合、二次入水口３５および二次出水口３７の双方が第１受熱管３１側に設けられている。かかる構成とした場合、第１〜第ｍ受熱管３１のうち、二次入水口３５および二次出水口３７の双方に近い第１受熱管３１などに湯水の流れが集中し、入水側ヘッダ３２や出水側ヘッダ３３の末端部分に接続された第ｍ受熱管３１側と第１受熱管３１側とで湯水の流れに分布が生じる可能性がある。かかる分布の発生が想定される場合は、図６（ｂ）に示すように、第１受熱管３１側に二次入水口３５を設け、第ｍ受熱管３１側に二次出水口３７を設けた構成とすることにより、前述した湯水の流れの分布を解消あるいは抑制することができ、二次熱交換器３０における加熱ムラの発生をより一層確実に防止することができる。

上述したように、本実施形態では、排気部６内において、導入口６ｅの開口領域の上方であって、二次熱交換器３０の受熱管３１の下方に相当する位置に庇部４０を設けた構成としている。そのため、二次熱交換器３０における熱交換により発生したドレンが下方に落下しても、導入口６ｅを介して排気集合部５内に入るのを防止することができる。これにより、燃焼作動に伴って高温雰囲気となる排気集合部５に、燃焼ガスにさらされたドレンが入って排気集合部５内でドレンの酸性度や腐食性が向上したり、排気集合部５等がドレンの影響で腐食するのを防止することができる。また、排気集合部５の腐食を防止できるため、排気集合部５をドレンによる腐食などを考慮した構成としたり、排気集合部５に耐食性に優れた高価な材質を採用する必要がない。

上述したように、排気部６に設けられた庇部４０は、板体４１と、当該板体４１に対して下方に所定の間隔をあけて配された板体４２とによって構成されており、前記板体４１，４２の間に形成された隙間４３を介して庇部４０の下方側から上方側に向けて燃焼ガスを流通させることが可能である。また、板体４１の自由端は、板体４２の上流端よりも板体４２の下流端側に突き出しており、板体４１，４２を上方から観察した状態において板体４１の自由端側の部分と板体４２の上流端側の部分とが重複している。さらに、このような構成とすると、熱交配置領域６ｘへの燃焼ガスの導入口として機能する隙間４３が水平方向に開口した状態になるため、上方から落下してくるドレンが隙間４３を介して下方の上流側領域６ｙや排気集合部５に侵入するのを防止することができる。そのため、庇部４０の上方にある二次熱交換器３０からドレンが落下してきたとしても、隙間４３を介して庇部４０の下方に侵入しにくい。

また、上述した庇部４０の隙間４３は、排気部６において二次熱交換器３０が配されている熱交配置領域６ｘの幅方向のほぼ中央部において開口している。そのため、上述した構成とすれば、二次熱交換器３０における湯水の加熱ムラが発生するのを防止することができる。

上記したように、排気部６において、導入口６ｅは、庇部４０に設けられた隙間４３に対し、上方に設けられた板体４１側に外れた位置に設けられている。そのため、導入口６ｅを介して排気部内に導入される燃焼ガスは、隙間４３を通ってスムーズに通過することができ、庇部４０の通気抵抗が過度に大きくなるのを防止できる。また、上方に設けられた板体４１側に外れた位置に設けることで、庇部４０を伝って流れるドレンの流れ方向下流側、すなわち板体４２側におけるドレンの集合位置（領域４６に相当）から離れた位置に導入口６ｅが設けられることとなる。そのため、導入口６ｅの配置を板体４１の基端側に外れた位置にずらして配置することにより、庇部４０に集まったドレンが誤って導入口６ｅを介して排気集合部５に侵入するのを防止できる。

上記した庇部４０は、板体４１，４２の双方に下り勾配が付けられているため、二次熱交換器３０側から落下してきたドレンが板体４１，４２の表面を伝ってスムーズに流れ、領域４６に集まる。そのため、このような構成とすることにより、庇部４０の表面や排気部６内にドレンが滞留するのを防止することができる。また、上記したように、排気部６には、ドレン排出口４７が設けられており、庇部４０を伝って板体４２の折曲部４５と排気部６の内周面との間に設けられた領域４６に集まったドレンをドレン排出口４７を介して中和器７に向けて排出可能とされている。そのため、上記した構成によれば、二次熱交換器３０で発生したドレンを排気集合部５に流入させることなく、中和器７に導入し、中和させることができる。

なお、上記実施形態では、板体４１，４２の双方がほぼ同一の傾斜で取り付けられた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、両者の傾斜が相違するものであってもよい。また、板体４１，４２のうち、いずれか一方又は双方が傾斜していない構成であってもよい。

上記実施形態では、受熱管３１として、表面に凹凸がない、いわゆる裸管を採用したものを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばいわゆるフレキシブル管やコルゲート管のように表面に凹凸を有するものであってもよい。また、受熱管３１として表面に凹凸を有するものを採用する場合であっても、ドレンをスムーズに落下させ回収するためには、凹凸の大きさはなるべく小さいものであることが望ましい。

上記実施形態では、二次熱交換器３０において受熱管３１を高密度に配置し、さらに排気部６の熱交配置領域６ｘを二次熱交換器３０がほぼ隙間無く納まる程度の大きさとしたものであるため、二次熱交換器３０における通気抵抗が十分大きく、燃焼ガスとの熱交換を十分行えるものであったが、本発明は上記構成に限定されるものではない。具体的には、図７に示すように、上記構成に加えて、さらに二次熱交換器３０の受熱管３１の折り曲げ部分、すなわち上下に並んだ複数の横断部３１ａのうちの一又は複数の下方に邪魔板５０を設けることで、さらに燃焼ガスの滞留時間を延長することも可能である。また、上記したように排気部６の熱交配置領域６ｘの流路断面積を二次熱交換器３０がほぼ隙間無く納まる大きさとする代わりに、前述したような邪魔板５０を設けた構成としてもよい。かかる構成によれば、熱交配置領域６ｘにおける燃焼ガスの滞留時間を潜熱を回収するのに十分な程度まで延長することができ、熱交換効率をさらに向上させることができる。

また、上述したような邪魔板５０を設けた場合は、受熱管３１において発生したドレンが邪魔板５０に落下することになる。そのため、上記した庇部４０と同様にドレンを回収するために邪魔板５０を利用することも可能である。

上記したように、受熱管３１は、中途に複数設けられた折返部３１ｂにおいてほぼ「く」字型に折り曲げられた形状とされている。そのため、二次熱交換器３０は、受熱管３１が燃焼ガスにさらされ高温になっても、受熱管３１の膨張に伴って発生するひずみが最小限となるように緩和することができる。

上述したように、給湯装置１では、燃焼部２として液体燃料を気化して燃焼する、いわゆる気化式の燃焼形態を採用したものを採用しており、いわゆる逆燃焼方式のように液体燃料を噴霧して燃焼する燃焼形態を採用したものに比べて燃焼騒音が小さい。そのため、上記した給湯装置１では、排気部６などに防音材を設ける必要がなく、防音材がドレンに濡れて腐食や劣化を起こしたり、防音材が十分な防音性能を発揮できなくなるといった不都合が発生しない。

上記した給湯装置１では、燃焼騒音の発生や防音材の省略等の観点から気化式の燃焼形態を採用した燃焼部２を備えた構成とされていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、従来公知の逆燃焼方式等、いかなる燃焼形態を採用したものを燃焼部２として採用してもよい。なお、燃焼部２として逆燃焼方式のものなどを採用することで、燃焼騒音の発生やドレンの付着による防音材の劣化等の問題が懸念される場合は、防音材を排気部６の外壁面に取り付ける等して、防音材にドレンの付着を回避可能な構成を採用することが望ましい。

本発明の一実施形態にかかる給湯装置の一部を断面視した正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ方向矢視図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は二次熱交換器に採用されている受熱管の構造を示す拡大断面図であり、（ｂ）は横断部を上下方向に一列に配置した状態における受熱管の構造を示す拡大断面図である。 （ａ）は図１に示す給湯装置で採用されている二次熱交換器の構成を示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）の変形例にかかる二次熱交換器の構成を示す正面図である。 排気部内に邪魔板を設けた変形例を示す側面図である。

符号の説明

１ 給湯装置
２ 燃焼部（燃焼手段）
３ 燃焼ケース（燃焼ガス通路）
６ 排気部
６ｅ 導入口
２０ 一次熱交換器
３０ 二次熱交換器
３１ 受熱管
３１ａ 横断部（横断部Ａ，Ｂ）
３１ｂ 折返部
４０ 庇部
４１，４２ 板体
４３ 隙間
４７ ドレン排出口

Claims (13)

1. 燃料を燃焼する燃焼手段と、
   当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが下方に向けて流れる燃焼ガス通路と、
   当該燃焼ガス通路に対して燃焼ガスの流れ方向下流側に存在し、燃焼ガス通路を通過してきた燃焼ガスを上方に向けて流して排気する排気部と、
   燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水を加熱可能な一次熱交換器と、
   当該一次熱交換器に対して、燃焼ガスの流れ方向下流側に配された二次熱交換器とを有し、
   当該二次熱交換器が、前記排気部内に配された受熱管を有し、当該受熱管内を流れる湯水を熱交換加熱できるものであり、
   前記受熱管が、排気部内を横断する横断部を複数有し、湯水の流れ方向上流側に位置する横断部と下流側に位置する横断部との間に折返部が設けられており、当該折返部において上流側の横断部から供給されてきた湯水の流れを折り返し、下流側の横断部に供給できるものであり、
   前記受熱管を構成する複数の横断部のうちの一である横断部Ａと、当該横断部Ａに対して下方に隣接する位置にある横断部Ｂと、が水平方向にずれた位置関係にあることを特徴とする給湯装置。
2. 受熱管が、横断部Ａ，Ｂを折返部で繋いで構成されるターン部を複数有し、
   鉛直面Ｖ１と、当該鉛直面Ｖ１に対向する鉛直面Ｖ２を想定した場合に、各ターン部を構成する横断部Ａが鉛直面Ｖ１に沿って配され、各ターン部を構成する横断部Ｂが鉛直面Ｖ２に沿って配されていることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 受熱管が、鉛直面Ｖ１に沿って配された横断部Ａと、前記鉛直面Ｖ１に対向する鉛直面Ｖ２に沿って配された横断部Ｂと、を有し、横断部Ａ，Ｂが湯水の流れ方向に向けて交互に設けられており、横断部Ａ，Ｂの間が折返部で接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯装置。
4. 受熱管が、横断部Ａ，Ｂを折返部で繋いで構成されるターン部を複数有し、
   前記ターン部を構成する横断部および折返部が、所定の仮想面上に設けられていると想定した場合に、当該仮想面が、下方に向けて傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の給湯装置。
5. 受熱管が、横断部Ａ，Ｂを折返部で繋いで構成されるターン部を複数有し、
   当該ターン部が、横断部Ａと、当該横断部Ａに対して下方に位置する横断部Ｂと、を折返部で繋いで構成されるターン部Ｔ１と、
   上方のターン部Ｔ１を構成する横断部Ｂと、下方のターン部Ｔ１を構成する横断部Ａと、を折返部で繋ぐことにより構成されたターン部Ｔ２と、を有し、
   前記ターン部Ｔ１を構成する横断部Ａ，Ｂおよび折返部が、所定の仮想面Ｉ１に沿って設けられていると想定した場合に、当該仮想面Ｉ１が、鉛直面に対して所定方向に傾斜しており、
   前記ターン部Ｔ２を構成する横断部Ａ，Ｂおよび折返部が、所定の仮想面Ｉ２に沿って設けられていると想定した場合に、当該仮想面Ｉ２が、鉛直面に対して前記仮想面Ｉ１とは逆方向に傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の給湯装置。
6. 受熱管が、排気部内において上方側から下方側に向けて湯水を流すことが可能なように配されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の給湯装置。
7. 燃焼ガス流路を流れてきた燃焼ガスが流入する集合筒部と、
   当該集合筒部から排気部への燃焼ガスの流入を許す導入口と、を有し、
   前記導入口の開口領域の上方であって、受熱管の下方の位置に庇部が設けられており、
   当該庇部によって、排気部から集合筒部へのドレンの流入を阻止可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の給湯装置。
8. 庇部が、第１の板体と、当該第１の板体に対して上下方向に所定の間隔をあけて配された第２の板体と、によって構成されており、前記第１，２の板体の間に形成された隙間を介して庇部の下方側から上方側に向けて燃焼ガスを流通させることが可能であることを特徴とする請求項７に記載の給湯装置。
9. 第１，２の板体の間に形成された隙間が、排気部内において受熱管が配された領域における水平方向略中央部に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の給湯装置。
10. 導入口が、第１，２の板体の間に形成された隙間に対し、第１，２の板体のうち上方に設けられた板体が設けられた方向に外れた位置に設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載の給湯装置。
11. 第１，２の板体のうち、少なくとも一方に下り勾配が付けられていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の給湯装置。
12. 排気部に連通したドレン排出口を有し、当該ドレン排出口を介してドレンを排出可能であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の給湯装置。
13. 燃焼手段が、液体燃料を気化した燃料ガスを燃焼するものであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の給湯装置。

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