JP2015158165A - ファンおよびそれを備える給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境や酸性環境下においても十分な耐久性を維持できるような高度な耐久性を有するファン、および、それを備える給湯装置を提供する。【解決手段】本発明のファンは、第１面を有する主板と、主板の第１面の内周側から外周側に延在するとともに第１面から突き出すように形成された複数の第１羽根部材からなる第１羽根と、第１羽根を覆い、かつ、第１羽根と一体的に形成されたシュラウドとを含む羽根車と、羽根車を内部に収容するファンケースと、羽根車を駆動するためにファンケースに取り付けられた駆動源と、羽根車および駆動源を連結する回転軸と、を備える。第１羽根部材は、第１面から突き出した第１羽根部材の突き出し方向の高さに関し、高さが外周側から内周側に向けて直線的に大きくなる直線突出領域と、高さが外周側から内周側に向けて曲線的に大きくなる曲線突出領域とを有し、曲線突出領域は直線突出領域よりも第１面の内周側に位置し、直線突出領域は主板に溶着されている。【選択図】図６

Description

本発明は、ファンおよびそれを備える給湯装置に関し、特に、潜熱回収型のファン、および、それを備える排気吸引燃焼方式の給湯装置に関するものである。

設置済の貯湯式給湯装置を瞬間式給湯装置に取り替える場合、建物の外観維持という観点から設置済みの排気筒を取り外すことができない現場がある。

上記のような現場では、既設の排気筒を残し、その排気筒の内部に排気管を挿入することで給湯装置の取り替えに対応することが可能である。ただし排気管の外径が大きいと排気筒内に排気管を設置できないため、排気管を小径化する必要がある。排気管を小径化した場合でも安定した燃焼状態を維持するためには、給湯装置において排気吸引燃焼方式を採用する必要がある。

この排気吸引燃焼方式の給湯装置は、たとえば特開昭６０−１８６６２７号公報に開示されている。この公報に記載の給湯装置においては、バーナで生じた燃焼ガスの流れの下流側に、顕熱を回収するための熱交換器と、潜熱を回収するための熱交換器と、ファンとがこの順で配置されている。つまりこの方式の給湯装置においては、ファンが熱交換器よりも燃焼ガスの流れの下流側に配置されており、ファンが熱交換器を経由した後の燃焼ガスを吸引して給湯装置の外部へ排出する。

一方、ファンの構成部品としては、回転軸の周囲に複数の羽根を有する羽根車が知られている（例えば、特開２０００−３５６１９７号公報、特開２０１０−２４２５４３号公報、特開２０１０−２８１２５６号公報、米国特許出願公開第２００８／０２７９６８２号明細書）。この羽根車が、モータ等によって駆動されて回転することで、ファンの送風機能が発揮される。

このような羽根車は複数の部品から構成されるが、その作製方法として、羽根等の樹脂製部品を互いに超音波溶着して部品を組み立てる方法が知られている。

特開昭６０−１８６６２７号公報 特開２０００−３５６１９７号公報 特開２０１０−２４２５４３号公報 特開２０１０−２８１２５６号公報 米国特許出願公開第２００８／０２７９６８２号明細書

超音波溶着とは、熱可塑性樹脂を微細な超音波振動と加圧力によって瞬時に溶融し、接合を行う加工技術であるが、超音波による溶着部は、一般に材料が一旦溶融されることで脆くなり、耐久性や強度が母材よりも低下することが多い。また、溶着が不十分であるような場合は、さらに耐久性や強度が低下する虞があった。

したがって、羽根車を超音波溶着等の溶着によって作製する場合、羽根車の耐久性や強度を維持するために、溶着部の溶着を十分に行うことが求められる。

そして、排気吸引燃焼方式の給湯装置に使用されるファンの羽根車は、燃焼ガスの通路内に設置されるため、従来よりも高温環境に曝される。さらに、潜熱回収型の排気吸引燃焼方式の給湯装置に使用されるファンの羽根車は、高温環境に加えて、潜熱の回収に伴って発生する強酸性のドレンに曝される。このような場合においては、溶着部の溶着を十分に行い、特に羽根車の耐久性を維持することが求められる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温環境や酸性環境下においても十分な耐久性を維持できるような高度な耐久性を有するファン、および、それを備える給湯装置を提供することである。

本発明のファンは、第１面を有する主板と、主板の第１面の内周側から外周側に延在するとともに第１面から突き出すように形成された複数の第１羽根部材からなる第１羽根と、第１羽根を覆い、かつ、第１羽根と一体的に形成されたシュラウドとを含む羽根車と、羽根車を内部に収容するファンケースと、羽根車を駆動するためにファンケースに取り付けられた駆動源と、羽根車および駆動源を連結する回転軸と、を備える。第１羽根部材は、第１面から突き出した第１羽根部材の突き出し方向の高さに関し、高さが外周側から内周側に向けて直線的に大きくなる直線突出領域と、高さが外周側から内周側に向けて曲線的に大きくなる曲線突出領域とを有し、曲線突出領域は直線突出領域よりも第１面の内周側に位置し、直線突出領域は主板に溶着されている。

本発明のファンにおいては、第１羽根部材の直線突出領域の形状に応じて、シュラウドの外周部分が主板の半径方向に直線的に傾斜する形状となるため、この外周部分（直線傾斜領域）に超音波溶着機の治具を押し当てることで、治具とシュラウドの密着性が高まり、超音波振動を安定的に溶着部に伝達することができる。これにより、主板と第１羽根との溶着部を十分に溶着することができる。したがって、本発明のファンは高度な耐久性を有する。

上記のファンにおいて、曲線突出領域は主板に溶着されない非溶着領域とされている。曲線突出領域を主板に溶着しようとすると、シュラウドの曲線傾斜領域（第１羽根部材の曲線突出領域に対応する部分）に超音波溶着機の治具を押し当てて超音波振動を伝達する必要があるが、曲線的な面に対しては超音波振動が上手く伝えられず、溶着が不十分となったり、溶着強度にばらつきが生じたりするため、製品上好ましくない。したがって、曲線突出領域は主板に溶着させないことで、主板と第１羽根との溶着強度にばらつきのない、品質の安定した羽根車を作製することができ、ファンの品質を安定化することができる。

上記のファンにおいて、羽根車は、さらに、第１面とは反対側の主板の第２面の内周側から外周側に延在するとともに第２面から突き出すように形成された複数の第２羽根部材からなる第２羽根を含む。主板を回転軸の軸方向から見たときに、第２羽根部材は、互いに隣り合う２つの第１羽根部材の間に位置する。これにより、超音波溶着時に、主板の溶着部が第２面（第２羽根側の面）側から溶着治具によって面で支持されて、主板が安定に保持されるため、超音波振動が溶着部に十分に伝達され易くなる。したがって、主板と第１羽根との溶着部を十分に溶着することができる。

上記のファンにおいて、主板を回転軸の軸方向から見たときに、複数の第１羽根部材の外周端を含む部分は、主板の半径方向に沿って配置されている。これにより、羽根車の回転による遠心力が大きく働く外周側部分で、遠心力に沿った方向にスムーズに気流を送ることができるため、溶着部が剥がれにくくなる。

上記のファンにおいて、主板を回転軸の軸方向から見たときに、複数の第２羽根部材の外周端を含む部分は、主板の半径方向に沿って配置されている。これにより、主板を回転軸の軸方向から見たときに、第２羽根部材を、互いに隣り合う２つの第１羽根部材の間に位置するように配置し易くなる。

上記のファンにおいて、主板の第１面に複数の位置決め用の凹部が形成されており、複数の第１羽根部材のそれぞれは、複数の位置決め用の凹部に挿し込まれて溶着されている。これにより、主板と第１羽根との溶着時の位置ずれを防止することができ、溶着強度を高めることができる。

上記のファンにおいて、第１羽根部材の曲線突出領域のシュラウドと反対側の端部には、位置決め用の突起が形成されており、該突起は、主板の第１面に設けられた穴に嵌合されている。これにより、第１羽根部材の曲線突出領域（非溶着領域）の位置ずれを防止できる。

本発明の給湯装置は、燃焼ガスの潜熱を回収することで湯水を加熱可能な潜熱回収型の給湯装置であって、燃焼ガスを発生させるバーナと、燃焼ガスとの熱交換によって内部を流れる湯水を加熱する熱交換器と、熱交換器を経由した後の燃焼ガスを吸引して給湯装置の外部へ排出するファンと、を備える。ファンとして上記のファンが、シュラウド側がバーナ側となるように取り付けられている。これにより、シュラウドと第１羽根とを一体的に形成し、主板と（シュラウドと一体的に形成された）第１羽根とを溶着することにより、耐久性の低い溶着部が主板の下側（バーナ側）になるため、溶着部がドレンに曝され難くなり、溶着部をドレンによる腐食から保護することができる。したがって、高温環境にも耐え得る高度な耐久性を有するファンを備えた給湯装置を提供することができる。

上記の給湯装置において、羽根車は耐酸性を有する熱可塑性樹脂から構成される。これにより、潜熱の回収に伴って発生するドレンに対するファンの耐久性がさらに高められる。

以上説明したように本発明によれば、高温環境や酸性環境下においても十分な耐久性を維持できるような高度な耐久性を有するファン、および、それを備える給湯装置を提供することができる。

実施の形態１における給湯装置の構成を概略的に示す正面図である。 図１に示す給湯装置の構成を概略的に示す部分断面側面図である。 実施の形態１におけるファンおよび排気ボックスを概略的に示す部分断面図である。 実施の形態１における羽根車の構成を概略的に示す側面図である。 実施の形態１における羽根車の構成を概略的に示す斜視図である。 実施の形態１における羽根車の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態１における羽根車の構成材料を概略的に示す斜視図である。 図７に示す羽根車の構成材料を概略的に示す別の図である。 実施の形態１における羽根車の別の構成材料を概略的に示す斜視図である。 図９に示す羽根車の構成材料を概略的に示す別方向からの斜視図である。 図１に示す給湯装置の羽根車が有する第１羽根の構成を説明するための分解平面図である。 図１に示す給湯装置の羽根車が有する第２羽根の構成を説明するための平面図である。 実施の形態１における主板と第１羽根の溶着時の状態を概略的に示す断面図である。 実施の形態２における主板と第１羽根の溶着時の状態を概略的に示す断面図である。 実施の形態３における主板と第１羽根の溶着時の状態を概略的に示す断面図である。 溶着部と非溶着部との違いを説明するための概略的な断面図である。

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。
[第１の実施の形態]
＜構成＞
本発明の一実施の形態におけるファンおよび給湯装置の構成について図１〜６、１１および１２を用いて説明する。なお各図において、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

主に図１および図２を参照して、本実施の形態の給湯装置１００は、排気吸引燃焼方式の潜熱回収型の給湯装置である。この給湯装置１００は、筐体１と、バーナ２と、一次熱交換器３と、二次熱交換器４と、排気ボックス５と、ファン６と、排気管７と、ドレンタンク８と、配管９〜１５とを主に有している。

（バーナ）
バーナ２は、燃料ガスを燃焼させることにより燃焼ガスを生じさせるためのものである。バーナ２にはガス供給配管１０が接続されている。このガス供給配管１０はバーナ２に燃料ガスを供給するためのものである。このガス供給配管１０には、たとえば電磁弁よりなるガス弁（図示せず）が取り付けられている。

バーナ２の上方には点火プラグ２ａが配置されている。この点火プラグ２ａは、バーナ２に設けられたターゲット（図示せず）との間で点火スパークを生じさせることにより、バーナ２から噴き出された燃料空気混合気に火炎を生じさせるためのものである。バーナ２は、ガス供給配管１０から供給された燃料ガスを燃焼することによって熱量を発生する（これを、燃焼動作という）。

（熱交換器）
主に図２を参照して、一次熱交換器３は顕熱回収型の熱交換器である。この一次熱交換器３は、複数の板状のフィン３ｂと、その複数の板状のフィン３ｂを貫通する伝熱管３ａと、フィン３ｂおよび伝熱管３ａを内部に収容するケース３ｃとを主に有している。一次熱交換器３は、バーナ２で発生する燃焼ガスとの間で熱交換を行なうものであり、具体的にはバーナ２の燃焼動作により発生した熱量によって一次熱交換器３の伝熱管３ａ内を流れる湯水を加熱するためのものである。

また、主に図２を参照して、二次熱交換器４は潜熱回収型の熱交換器である。この二次熱交換器４は、一次熱交換器３よりも燃焼ガスの流れの下流側に位置し、一次熱交換器３と互いに直列に接続されている。このように本実施の形態の給湯装置１００は潜熱回収型の二次熱交換器４を有しているため潜熱回収型の給湯装置となっている。

二次熱交換器４は、ドレン排水口４ａと、伝熱管４ｂと、側壁４ｃと、底壁４ｄと、上壁４ｇとを主に有している。伝熱管４ｂは、螺旋状に巻き回されることによって積層されている。側壁４ｃ、底壁４ｄおよび上壁４ｇは、伝熱管４ｂの周囲を取り囲むように配置されている。

二次熱交換器４においては、一次熱交換器３で熱交換された後の燃焼ガスとの熱交換によって伝熱管４ｂ内を流れる湯水が予熱（加熱）される。この過程で燃焼ガスの温度が６０℃程度まで下がることで、燃焼ガス中に含まれる水分が凝縮して潜熱を得ることができる。また二次熱交換器４で潜熱が回収されて燃焼ガス中に含まれる水分が凝縮することによりドレンが発生する。

底壁４ｄは一次熱交換器３と二次熱交換器４との間を区画するためのものであり、一次熱交換器３の上壁でもある。この底壁４ｄには開口部４ｅが設けられており、この開口部４ｅにより一次熱交換器３の伝熱管３ａが配置された空間と二次熱交換器４の伝熱管４ｂが配置された空間とが連通している。図２の白矢印で示すように、開口部４ｅを通じて燃焼ガスは一次熱交換器３から二次熱交換器４へ流れることが可能である。この実施の形態では簡単化のために二次熱交換器４の底壁４ｄと一次熱交換器３の上壁とを共通のものとしたが、一次熱交換器３と二次熱交換器４の間に排気集合部材を接続してもよい。

また上壁４ｇには開口部４ｈが設けられており、この開口部４ｈにより二次熱交換器４の伝熱管４ｂが配置された空間と排気ボックス５の内部空間とが連通している。図２の白矢印で示すように、開口部４ｈを通じて燃焼ガスは二次熱交換器４から排気ボックス５の内部空間内へ流れることが可能である。

ドレン排水口４ａは側壁４ｃまたは底壁４ｄに設けられている。このドレン排水口４ａは、側壁４ｃ、底壁４ｄおよび上壁４ｇによって取り囲まれた空間の最も低い位置（給湯装置の設置状態において鉛直方向の最も下側の位置）であって伝熱管４ｂの最下端部よりも下側に開口している。これにより二次熱交換器４で生じたドレンを、図２において黒矢印で示すように底壁４ｄおよび側壁４ｃを伝ってドレン排水口４ａに導くことが可能である。

（排気ボックス）
主に図２および図３を参照して、排気ボックス５は二次熱交換器４とファン６との間の燃焼ガスの流れの経路を構成している。この排気ボックス５により、二次熱交換器４で熱交換された後の燃焼ガスをファン６へ導くことが可能である。排気ボックス５は、二次熱交換器４に取り付けられており、二次熱交換器４よりも燃焼ガスの流れの下流側に位置している。

排気ボックス５は、ボックス本体５ａと、ファン接続部５ｂとを主に有している。ボックス本体５ａの内部空間は、二次熱交換器４の開口部４ｈを通じて二次熱交換器４の伝熱管４ｂが配置された内部空間に連通している。ファン接続部５ｂは、ボックス本体５ａの上部から突き出すように設けられている。このファン接続部５ｂはたとえば筒形状を有しており、その内部空間５ｂａはボックス本体５ａの内部空間と連通している。

（ファン）
主に図１および図３を参照して、ファン６は、ファンケース６１と、羽根車６２と、駆動源６３と、回転軸６４とを主に有している。ファン６は、二次熱交換器４を経由した（二次熱交換器４で熱交換された）後の燃焼ガスを吸引して給湯装置１００の外部へ排出するためのものであり、給湯装置１００の外部に位置する排気管７に接続されている。

このファン６は、排気ボックス５および二次熱交換器４よりも燃焼ガスの流れの下流側に位置している。つまり給湯装置１００においては、バーナ２で生じた燃焼ガスの流れの上流側から下流側に沿って、バーナ２、一次熱交換器３、二次熱交換器４、排気ボックス５およびファン６の順で並んでいる。この配置において上記のとおりファン６で燃焼ガスを吸引して排気するため、本実施の形態の給湯装置１００は排気吸引燃焼方式の給湯装置となっている。

（ファンケース）
主に図３を参照して、ファンケース６１は、貫通孔６１ｃが設けられた背面壁６１ａと、背面壁６１ａを囲む周壁６１ｂとを主に有し、その内部空間６１ｄに羽根車６２を回転可能に収容する。なお、図３において、背面壁６１ａと周壁６１ｂとが異なる部材によって構成されるが、背面壁６１ａおよび周壁６１ｂは一体的に形成されていてもよい。

（羽根車）
主に図３〜図６を参照して、羽根車６２はファンケース６１内（背面壁６１ａの一方側）に収容される。羽根車６２は、円盤状の主板６２０と、第１羽根６２１と、第２羽根６２２と、シュラウド６２３とを主に有している。主板６２０は、第１面６２０ａと、第１面６２０ａの反対側の第２面６２０ｂとを有しており、第１面６２０ａ上には第１羽根６２１が設けられており、第２面６２０ｂ上には第２羽根６２２が設けられている。また、シュラウド６２３は第１羽根６２１の全体を覆うように設けられており、その中央部分には開口部６２３ｃが開口している。

主に図３および図４を参照して、羽根車６２は、第１面６２０ａが背面壁６１ａとは反対側であるファン接続部５ｂ側に位置するようにファンケース６１内（背面壁６１ａの一方側）に配置される。また、図３に示すように、シュラウド６２３の開口部６２３ｃが内部空間５ｂａと向かい合うように配置される。なお、第２羽根６２２は、背面壁６１ａ側と向かい合うように配置される。

上記構成により、第１羽根６２１の送風能力により、図３の白矢印で示すように排気ボックス５のボックス本体５ａからファン接続部５ｂを通じてファンケース６１内に燃焼ガスを吸引することが可能である。すなわち、本実施の形態において、羽根車６２の回転により、排気ボックス５内の燃焼ガスは羽根車６２の第１面６２０ａの内周側から吸引されてその外周側へ排出される。

なお、第１羽根６２１が開口部６２３ｃを有するシュラウド６２３によって覆われていることにより、シュラウド６２３がない場合に比してファンの送風能力を向上させることができる。

〔第１羽根〕
主に図６を参照して、第１羽根６２１は、第１面６２０ａの内周側から外周側に向けて延在するとともに第１面６２０ａから突き出すように形成された複数の第１羽根部材６２１Ａからなる。各第１羽根部材６２１Ａはそれぞれ個別に第１面６２０ａ上に設けられており、互いに接することはない。

第１面６２０ａから突き出した第１羽根部材６２１Ａの高さに関し、高さが外周側から内周側に向けて直線的に大きくなる直線突出領域（図６中のＡ領域）と、高さが外周側から内周側に向けて曲線的に大きくなる曲線突出領域（図６中のＢ領域）とを有する。第１面６２０ａにおいて、曲線突出領域は直線突出領域よりも内周側に位置し、直線突出領域は主板６２０に溶着されている。

これにより、シュラウド６２３の直線突出領域と反対側の面が平面（直線的に傾斜する面）となるため、この平面部分に超音波溶着機の治具を押し当てることで、治具とシュラウド６２３の密着性が高まり、超音波振動を安定的に溶着部に伝達することができる。したがって、主板６２０と第１羽根６２１との溶着部を十分に溶着することができる。

なお、第１面６２０ａから突き出す方向における第１羽根部材６２１Ａの距離（第１羽根部材６２１Ａの第１面６２０ａと当接する位置から当該位置の軸方向において第１面６２０ａから最も離れて位置する第１羽根部材６２１Ａとの距離）を第１羽根部材６２１Ａの「高さ」とする。第２羽根部材６２２Ａについても同様である。

本実施の形態において、第１羽根部材６２１Ａの曲線突出領域は主板６２０に溶着されない非溶着領域とされている。曲線突出領域を主板６２０に溶着しようとすると、シュラウド６２３の曲線傾斜領域（第１羽根部材の曲線突出領域に対応する部分）に超音波溶着機の治具を押し当てて超音波振動を伝達する必要があるが、曲線的な面に対しては超音波振動が上手く伝えられず、溶着が不十分となったり、溶着強度にばらつきが生じたりするため、製品上好ましくない。したがって、曲線突出領域は主板６２０に溶着させないことで、主板６２０と第１羽根６２１との溶着強度にばらつきのない、品質の安定した羽根車を作製することができ、ファンの品質を安定化することができる。

また、主に図６および図１１を参照して、第１面６２０ａを回転軸６４の軸方向（図３の一点鎖線で示すＡ軸）から見たときに、第１羽根部材６２１Ａは、第１面６２０ａの外周側から内周側に向けて直線的に延在する直線延在領域（図１１中のＣ領域）と、第１面６２０ａの外周側から内周側に向けて曲線的に延在する曲線延在領域（図１１中のＤ領域）とを有する。曲線延在領域は直線延在領域よりも内周側に位置する。

これにより、隣り合う第１羽根部材６２１Ａの間の流路に関し、吸引側（内周側）では主板６２０の回転方向に曲がるように形成され、排出側（外周側）では直線状の流路が形成される。なお、曲線延在領域の曲がる方向は、主板６２０の回転方向（図１１中白矢印）と同じ方向である。

上記構成によれば、回転する羽根車６２に対し、流路の入り口がその回転方向に曲がっているため、より効率的に流路内に燃焼ガスを流入させることができる。また、流路を流れる燃焼ガス対して遠心力が加わり易い排出側では流路の方向と遠心力の方向とをより近似させることができるため、排出側に向かう燃焼ガスは遠心力により効率的に加速される。したがって、結果的にファンの送風能力が向上する。

〔第２羽根〕
主に図６および図１２を参照して、第２羽根６２２は、第２面６２０ｂの内周側から外周側に向けて延在するとともに第２面６２０ｂから突き出すように形成された複数の第２羽根部材６２２Ａからなる。各第２羽根部材６２２Ａはそれぞれ個別に第１面６２０ａ上に設けられており、互いに接することはない。

また、図４を参照して、本実施の形態の羽根車６２において、主板６２０を軸方向から見たときに、第２羽根部材６２２Ａの各々は、隣り合う第１羽根部材６２１Ａの間に位置する。

これにより、主板６２０と第１羽根６２１とを超音波溶着する場合に（図１３参照）、主板６２０の溶着部が第２面（第２羽根側の面）側から複数の第２羽根部材６２２Ａによって面で支持されて、主板６２０が安定に保持されるため、超音波振動が溶着部に十分に伝達され易くなる。したがって、主板６２０と第１羽根６２１との溶着部を十分に溶着することができる。特に、主板６２０を軸方向から見たときに、第２羽根部材６２２Ａと、隣り合う２つの第１羽根部材６２１Ａとの間隔が等しい場合は、主板６２０がより安定に保持されるため、超音波振動が溶着部により十分に伝達され易くなる。なお、主板６２０を軸方向から見たときに、第１羽根部材６２１Ａと第２羽根部材６２２Ａとが重なっている場合は、治具６５によって主板６２０の第２面を支持できないため、主板６２０が安定に保持されず、超音波振動が溶着部に十分に伝達され難くなる場合がある。

また、主板６２０を軸方向から見たときに、第２羽根部材６２２Ａの各々は、隣り合う第１羽根部材６２１Ａの間に位置することにより、第１羽根６２１の回転により発生する音と、第２羽根６２２の回転により発生する音との共振を抑制することができ、もってファン６の発生する音の大きさを抑制できるという効果も奏される。

また、主板６２０を回転軸の軸方向から見たときに、複数の第１羽根部材６２１Ａの外周端を含む部分は、主板６２０の半径方向に沿って配置されている。これにより、羽根車の回転による遠心力が大きく働く外周側部分で、遠心力に沿った方向にスムーズに気流を送ることができるため、溶着部が剥がれにくくなる。

ここで、半径方向とは、回転軸を通る主板６２０の第１面上の直線の方向である。また、上記の効果を奏する範囲であれば、主板６２０を回転軸の軸方向から見たときに、第１羽根６２１の直線突出領域が半径方向から多少ずれていても構わない。

また、主板６２０を回転軸の軸方向から見たときに、複数の第２羽根部材６２２Ａの外周端を含む部分は、主板６２０の半径方向に沿って配置されている。これにより、主板６２０を回転軸の軸方向から見たときに、第２羽根部材６２２Ａを、互いに隣り合う２つの第１羽根部材６２１Ａの間に位置するように配置し易くなる。

ここで、半径方向とは、回転軸を通る主板６２０の第２面上の直線の方向である。また、上記の効果を奏する範囲であれば、かかる効果を奏する範囲であれば、主板６２０を回転軸の軸方向から見たときに、第２羽根６２２が半径方向から多少ずれていても構わない。

また、図１１および図１２を参照して、本実施の形態において、第１羽根部材６２１Ａの数と第２羽根部材６２２Ａの数とは同じであるが、これに限られない。ただし、第１羽根部材６２１Ａの数と第２羽根部材６２２Ａの数が異なっている場合は、第２羽根部材６２２Ａの数は第１羽根部材６２１Ａの約数であることが好ましい。このような数の第１羽根部材６２１Ａおよび第２羽根部材６２２Ａは、それぞれ回転軸に対して対称性を有するように配置され、均等な間隔で配置されていることが好ましい。これにより、ファンの送風性能が安定化する。

また、第２羽根６２２の半径方向の長さは、特に限定されないが、好ましくは第１羽根６２１の半径方向の長さの半分以上であり、より好ましくは第１羽根６２１の直線突出領域の長さ以上である。何らかの原因でファンケース６内の圧力が特に高くなった場合でも、バランスが一方側に傾いて第２羽根６２２側のみで逆流が生じるような事態を生じ難い。

また、本実施の形態において、第２羽根６２２の高さは第１羽根６２１の高さ以下であり、好ましくは半分以下である。第２羽根部材６２２Ａの高さが高くなると、第１羽根６２１の送風性能を低下させ、また、過剰に流入する空気が燃焼ガスの流れに影響を及ぼす虞がある。なお、本実施の形態の羽根車６２において、第２羽根部材６２２Ａの高さは外周側から内周側に向けて一定であるが、これに限定されない。

〔羽根車の製造〕
次に、羽根車の製造について説明する。

本実施の形態においては、まず、図７および図８に示すようなシュラウド６２３と第１羽根６２１とが一体的に形成されてなる第１一体化部品と、図９および図１０に示すような主板６２０と第２羽根６２２とが一体的に形成されてなる第２一体化部品とが作製される。なお、第１一体化部品および第２一体化部品は、種々公知の一体成型法などにより作製することができる。

このような第１一体化部品および第２一体化部品を、第１羽根６２１と主板６２０とが当接するように重ねた状態で、シュラウド６２３を超音波溶着の治具で押さえ付けて超音波振動を加えることで、第１羽根６２１と主板６２０とが超音波溶着されて羽根車が作製される。以下、詳細について説明するが、各部の構成等は図５と同様であるため、ここでは繰り返さない。

図７を参照して、シュラウド６２３の第１羽根６２１と反対側の面の外周側（直線傾斜領域６２３ａ）は、第１羽根６２１の形状に合わせて半径方向に直線的に傾斜した形状となっている。この直線傾斜領域６２３ａに形状に合わせて作製された治具により、直線傾斜領域６２３ａを押さえ付けた状態で、超音波溶着が行われる。直線傾斜領域６２３ａの第１羽根６２１と反対側の面の傾斜角度は、主板６２０に対して３０°以下であることが好ましい。水平に近い方が、超音波溶着機の治具からの上下方向の超音波振動を安定して溶着部に伝達できるからである。

なお、シュラウド６２３の第１羽根６２１と反対側の面の内周側（曲線傾斜領域６２３ｂ）は、第１羽根６２１の形状に合わせて半径方向に曲線的に傾斜した形状となっている。このように、一般的にシュラウド６２３の形状は、羽根と羽根との間を通る気体の流れの妨げとならないように、覆う羽根の高さに沿うように形成される。

図８（ａ）を参照して、第１羽根部材６２１Ａのシュラウド６２３と反対側の端面６２１Ａｃは、１つの平面内にある。これにより、超音波溶着時に円盤状の主板６２０の第１面に当接することができる。ただし、第１羽根部材６２１Ａの曲線突出領域の端面６２１Ａｃは、主板６２０と当接していても溶着はされていない。超音波溶着機の治具で押圧されない部分であり、後述する主板６２０の位置決め用の凹部６２０ｃも設けられていないからである。

図８（ｂ）を参照して、主板６２０と溶着する直線突出領域の端部６２１Ａｃには、溶融部６２１Ａｅが形成されている。主板６２０と溶着しない曲線突出領域には、溶融部が形成されていない。これにより、より確実に、主板６２０を第１羽根６２１の直線突出領域と溶着することができ、また、主板６２０を第１羽根６２１の曲線突出領域と溶着させないようにすることができる。

溶融部６２１Ａｅの形状は、第１羽根６２１の外周側端面６２１Ａｄからみて、三角形の形状を有している。溶融部６２１Ａｅは、内周側ほど三角形の先端の角度を鋭角にすることが好ましい。これにより、直線突出領域の内周側と外周側とで溶融部を同じように溶融させることができ、安定した溶着強度を得ることができる。

また、図８（ａ）および（ｃ）を参照して、第１羽根部材６２１Ａの曲線突出領域（図８（ｃ）のＢ）のシュラウド６２３と反対側の端部（端面６２１Ａｃ）には、位置決め用の突起６２１Ａｆが形成されている。図８（ｃ）に示すように、該突起は、主板６２０の第１面に設けられた穴６２０ｄ（図９）に嵌合される。これにより、第１羽根部材６２１Ａの曲線突出領域（非溶着領域）の位置ずれを防止できる。

図９を参照して、主板６２０の第１面に複数の位置決め用の凹部（溝）６２０ｄが形成されており、第１一体化部品の複数の第１羽根部材６２１Ａのそれぞれが、複数の位置決め用の凹部に挿し込まれて溶着される。これにより、主板６２０と第１羽根６２１との溶着時の位置ずれを防止することができ、溶着強度を高めることができる。

図１０および図１３を参照して、主板６２０を回転軸６４の軸方向から見たときに、第２羽根部材６２２Ａは、互いに隣り合う２つの位置決め用の凹部６２０ｄの間に位置するように設置されている。超音波溶着の際に、主板６２０は、第２面６２０ｂ側が下側となる状態で溶着機の受け側の治具６６上に設置される。ここで、受け側の治具６６は、主板６２０の大きさ以上の大きさの円盤状等の治具であり、第２羽根部材６２２Ａに対応する位置にスリット状の切欠部が形成されている。溶着に際して、主板６２０は、各々の第２羽根部材６２２Ａが治具６６の切欠部に挿し込まれ、第２面６２０ｂが治具６６の切欠部以外の主面に当接するように設置される。このため、治具６６の切欠部は、第２羽根部材６２２Ａの突出方向の高さより深く、第２羽根部材６２２Ａより大きいように設計される。このようにして、主板６２０と第１羽根部材６２１Ａとの溶着部となる位置決め用の凹部６２０ｄが、主板６２０の第２面６２０ｂ側（下側）から溶着機の受け側の治具６６によって支持される。これにより、超音波振動が十分に溶着部に伝達されて、十分な溶着を行うことができる。

次に、図１３を参照して、本実施の形態における主板６２０と第１羽根６２１の溶着時の状態についてさらに説明する。上述のように、主板６２０と第１羽根６２１の溶着時において、主板６２０は、第２面６２０ｂ側が溶着機の治具６６の上面に当接するように設置される。そして、主板６２０の上に第１羽根６２１およびシュラウド６２３からなる第１一体化部品を第１羽根６２１が下側となるように重ねて、上述の凹部６２０ｃ（図９）や突起６２１Ａｆ（図８（ａ））と穴６２０ｄ（図９）等によって位置決めし、上方から超音波溶着機の治具６５をシュラウド６２３に押し付けて、主板６２０と第１羽根６２１とを超音波溶着する。

ここで、第１羽根部材６２１Ａの直線突出領域の形状に応じてシュラウド６２３の外周部分が主板６２０の半径方向に直線的に傾斜する形状となっているため、治具６５のシュラウド６２３側の端面を第１羽根部材６２１Ａの直線突出領域６２１Ａａの形状に沿った形状に加工することが容易である。そして、この外周部分（直線傾斜領域）に超音波溶着機の治具６５を押し当てることで、治具６５とシュラウド６２３の密着性が高まり、超音波振動を安定的に溶着部に伝達することができる。これにより、主板６２０と第１羽根部材６２１Ａの直線突出領域６２１Ａａとを十分に溶着することができる。

なお、第１羽根部材６２１Ａの曲線突出領域６２１Ａｂは、主板６２０と当接していてもよいが、溶着はされない。第１羽根部材６２１Ａの曲線突出領域の端面６２１Ａｃは、超音波溶着機の治具６５で押圧されない部分であり、上下方向（主板に垂直な方向）の超音波振動が伝わり難い部分だからである。これにより、主板と第１羽根６２１との溶着強度のばらつきが抑制され、品質の安定した羽根車を作製することができ、ファンの品質を安定化することができる。なお、図１３に示すような状態で超音波溶着を行っても、超音波振動の伝搬により、第１羽根部材６２１Ａの曲線突出領域６２１Ａｂと主板６２０とが部分的に溶着するような可能性も考えられるが、ファンの品質にばらつきを生じない程度であれば問題はない。

なお、超音波溶着とは、熱可塑性樹脂を微細な超音波振動と加圧力によって瞬時に溶融し、接合を行う加工技術である。したがって、本実施の形態において、羽根車６２（シュラウド、第１羽根、主板および第２羽根）の構成材料は、超音波振動による加熱で溶融する熱可塑性樹脂である。

次に、図１６を参照して、主板６２０と第１羽根６２１の直線突出領域との間の溶着された部分（溶着部）と、主板６２０と第１羽根６２１の曲線突出領域との間の溶着されていない部分（非溶着部）の違いについて説明する。

図１６（ａ）は非溶着部を示す図である。図１６（ａ）に示されるように、主板６２０と第１羽根部材６２１Ａの直線突出領域との溶着部においては、例えば、主板の位置決め用の凹部６２０ｃなどに、超音波振動等によって溶融した樹脂によって凸部６２４が形成される。このように、主板６２０と第１羽根部材６２１Ａとの溶着部においては、通常は、母材（主板６２０および第１羽根６２１）自体の形状とは異なる部分が形成される。

図１６（ｂ）は非溶着部を示す図である。図１６（ｂ）に示されるように、主板６２０と第１羽根部材６２１Ａの曲線突出領域との溶着部においては、超音波振動等によって樹脂が溶融せず、通常は、母材（主板６２０および第１羽根６２１）自体の形状のみで構成されている。なお、非溶着部において、第１羽根部材６２１Ａは、主板６２０に当接していてもよく、当接していなくてもよい。

このように、溶着部と非溶着部とは、製造後の羽根車においても識別することが可能である。

（駆動源）
主に図１および図３を参照して、駆動源６３は、ファンケース６１の外部（背面壁６１ａの羽根車６２と反対側）に設けられている。

（回転軸）
回転軸６４は、ファンケース６１の貫通孔６１ｃを貫通することにより、ファンケース６１内に収容される羽根車６２と、ファンケース６１の外部に設けられる駆動源６３とを連結する。これにより、羽根車６２は駆動源６３から駆動力を与えられることにより回転軸６４を中心として回転可能である。

（排気管）
主に図１を参照して、排気管７は給湯装置１００の外部に配置されており、かつファンケース６１の外周側に接続されている。このため、羽根車６２の第１羽根６２１によって外周側へ排出された燃焼ガスを、排気管７を通じて給湯装置１００の外部へ排出することが可能である。

（ドレンタンク）
主に図１を参照して、ドレンタンク８は、二次熱交換器４で生じたドレンを貯留するためのものであり、このドレンタンク８と二次熱交換器４のドレン排水口４ａとはドレン排出管９により接続されている。ドレンタンク８に貯留された酸性のドレンは、例えば、ドレンタンク８の内部空間内に一時的に貯留された後に、通常はドレン排出用配管１４から給湯装置１００の外部に排出される。

なお、ドレンタンク８の下部は、ドレン排出用配管１４とは別にドレン抜き用配管１５に接続されている。このドレン抜き用配管１５（通常は閉じられている）は、メンテナンス時などにドレン抜き用配管１５を開くことで、ドレン排出用配管１４からは排出できないドレンタンク８内のドレンを排出することができるように設計されている。またドレンタンク８の内部空間内には、酸性のドレンを中和するための中和剤（図示せず）が充填されていてもよい。

（配管）
主に図１を参照して、ガス供給配管１０はバーナ２に接続されている。給水配管１１は二次熱交換器４の伝熱管４ｂ（図２参照）に接続されており、出湯配管１２は一次熱交換器３の伝熱管３ａ（図２参照）に接続されている。また、一次熱交換器３の伝熱管３ａと二次熱交換器４の伝熱管４ｂとは接続配管１３により相互に接続されている。上記のガス供給配管１０、給水配管１１および出湯配管１２の各々は、たとえば給湯装置１００の上部において外部に通じている。

本実施の形態の給湯装置は、燃焼ガスの潜熱を回収することで湯水を加熱可能な潜熱回収型の給湯装置である。この場合、潜熱の回収に伴って酸性のドレンが生じるため、酸性のドレンにも耐え得る高度な耐久性を有する羽根車を備えることが特に有用である。

また、本実施の形態の給湯装置において、上記のファンは、シュラウド側がバーナ側となるように取り付けられている。ファンケースの開口部は上昇する燃焼ガスを吸いこむために下側に設置され、羽根車は、この開口部側（下側）に羽根車のシュラウド側が位置するように設置されるため、シュラウド６２３の上面側となるシュラウド６２３と第１羽根６２１との境界部にはドレンが溜まり易い。このため、シュラウド６２３と第１羽根６２１とを一体的に形成し、主板６２０と（シュラウド６２３と一体的に形成された）第１羽根６２１とを溶着することにより、耐久性の低い溶着部が主板６２０の下側（バーナ側）になるため、溶着部がドレンに曝され難くなり、溶着部をドレンによる腐食から保護することができる。これにより、高温環境にも耐え得る高度な耐久性を有するファンを備えた給湯装置を提供することができる。

羽根車は、耐酸性を有する熱可塑性樹脂から構成されることが好ましい。これにより、潜熱の回収に伴って発生するドレンに対するファンの耐久性がさらに高められる。

耐酸性を有する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンニレンサルファイド（ＰＰＳ）、シンジオタクティックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、シリコーン樹脂、ポリ四フッ化エチレン等のフッ素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、メタクリルスチレン（ＭＳ）樹脂、メタクリル樹脂、ＡＳ樹脂（スチレンアクリロニトリルコポリマー）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重合合成樹脂）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ)が挙げられる。

なお、同様の理由から、ファンケース６１、排気ボックス５、排気管７等の他の部材も、耐酸性を有する材料からなることが好ましい。

また、本実施の形態では、上記のように排気吸引燃焼方式の給湯装置１００が用いられているため排気管７の径が小さくなった場合でも、いわゆる排気押込み方式の給湯装置に対してバーナ２による燃焼動作を安定させることができる。以下、そのことについて説明する。

いわゆる排気押込み方式の給湯装置においては、燃焼ガスの流れの上流側から下流側に向かって、ファン、バーナ、一次熱交換器および二次熱交換器がこの順で配置されている。つまりバーナで生じた燃焼ガスがファンにより一次熱交換器および二次熱交換器を通って給湯装置の外部の排気管に流し込まれる。

ファンから押し出された燃焼ガスは、排気管に到達する前に一次熱交換器および二次熱交換器による流路抵抗を受けるため、排気管直前における燃焼ガスの送風圧はこの流路抵抗分だけ低くなる。このため、径の小さい排気管内に燃焼ガスを押し込むためにはファンによる送風圧を高くする必要がある。しかしファンの送風圧を高くすると、バーナケース内の内圧が高くなる。このため、バーナに供給される燃料ガスの供給圧が低い場合、燃焼動作が安定しなくなる。

これに対して本実施の形態の排気吸引燃焼方式によれば、燃焼ガスの流れの上流側から下流側に向かって、バーナ２、一次熱交換器３、二次熱交換器４およびファン６がこの順で配置されている。この方式ではファン６よりも上流側では、負圧となるため、ファン６の送風圧を高くする必要はない。これにより排気管７の径が小さくなった場合でもバーナケース内の内圧を低く維持できるため、バーナ２に供給される燃料ガスの供給圧が低くても燃焼動作を安定させることができる。

なお、本実施の形態においては、溶着方法として超音波溶着を用いた例について説明したが、超音波溶着以外にも、振動溶着や熱溶着を採用することができる。

［実施の形態２］
図１４を参照して、本実施の形態は、シュラウド６２３の第１羽根６２１と反対側の面に肉盛り部６２３ｄを設けている点で、実施の形態１と異なるが、それ以外の点は実施の形態１と同様である。

肉盛り部６２３ｄの第１羽根６２１と反対側は、主板６２０に対して水平になっている。これにより、本実施の形態においては、上下方向（主板に垂直な方向）の超音波振動をより安定的に溶着部に伝達することができ、溶着部をより十分に溶着することができる。

なお、肉盛り部６２３ｄは、回転軸方向から見たときに、第１羽根部材６２１Ａと重なる部分に設けられていることが好ましい。超音波溶着機の治具との密着性を高めて超音波振動を伝達しやすくする観点からは、シュラウド６２３の全周に亘って設けられていることが好ましい。

［実施の形態３］
図１５を参照して、本実施の形態は、肉盛り部６２３ｄが２つの部分から構成されている点で、実施の形態２と異なるが、それ以外の点は実施の形態２と同様である。なお、いずれの肉盛り部６２３ｄも第１羽根６２１と反対側が、主板６２０に対して水平になっている。

本実施の形態では、実施の形態２と同様の効果を得つつ、羽根車の重量を実施の形態２よりも軽量化することができる。

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。

１００ 給湯装置、１ 筐体、２ バーナ、２ａ 点火プラグ、３ 一次熱交換器、３ａ，４ｂ 伝熱管、３ｂ フィン、３ｃ ケース、４ 二次熱交換器、４ａ ドレン排水口、４ｃ 側壁、４ｄ 底壁、４ｅ，４ｈ 開口部、４ｇ 上壁、５ 排気ボックス、５ａ ボックス本体、５ｂ ファン接続部、５ｂａ 内部空間、６ ファン、７ 排気管、８ ドレンタンク、９ 配管、１０ ガス供給配管、１１ 給水配管、１２ 出湯配管、１３ 接続配管、１４ ドレン排出用配管、１５ ドレン抜き用配管、６１ ファンケース、６１ａ 背面壁、６１ｂ 周壁、６１ｃ 貫通孔、６１ｄ 内部空間、６２ 羽根車、６２０ 主板、６２０ａ 第１面、６２０ｂ 第２面、６２０ｃ 凹部(溝)、６２０ｄ 穴、６２１ 第１羽根、６２１Ａ 第１羽根部材、６２１Ａａ 直線突出領域、６２１Ａｂ 直線突出領域、６２１Ａｃ 端面、６２１Ａｄ 外周側端面、６２１Ａｅ 溶融部、６２１Ａｆ 突起、６２２ 第２羽根、６２２Ａ 第２羽根部材、６２２Ａａ 端面、６２３ シュラウド、６２３ａ 直線傾斜領域、６２３ｂ 曲線傾斜領域、６２３ｃ 開口部、６２３ｄ 肉盛り部、６２４ 凸部、６３ モータ、６４ 回転軸、６５，６６ 治具。

Claims (9)

1. 第１面を有する円盤状の主板と、前記主板の前記第１面の内周側から外周側に延在するとともに前記第１面から突き出すように形成された複数の第１羽根部材からなる第１羽根と、前記第１羽根を覆い、かつ、前記第１羽根と一体的に形成されたシュラウドとを含む羽根車と、
   前記羽根車を内部に収容するファンケースと、
   前記羽根車を駆動するために前記ファンケースに取り付けられた駆動源と、
   前記羽根車および前記駆動源を連結する回転軸と、を備え、
   前記第１羽根部材は、前記第１面から突き出した前記第１羽根部材の突き出し方向の高さに関し、前記高さが外周側から内周側に向けて直線的に大きくなる直線突出領域と、前記高さが外周側から内周側に向けて曲線的に大きくなる曲線突出領域とを有し、前記曲線突出領域は前記直線突出領域よりも前記第１面の内周側に位置し、
   前記直線突出領域は前記主板に溶着されている、ファン。
2. 前記曲線突出領域は前記主板に溶着されない非溶着領域とされている、請求項１に記載のファン。
3. 前記羽根車は、さらに、前記第１面とは反対側の前記主板の第２面の内周側から外周側に延在するとともに前記第２面から突き出すように形成された複数の第２羽根部材からなる第２羽根を含み、
   前記主板を前記回転軸の軸方向から見たときに、前記第２羽根部材は、互いに隣り合う２つの前記第１羽根部材の間に位置する、請求項１または請求項２に記載のファン。
4. 前記主板を前記回転軸の軸方向から見たときに、複数の前記第１羽根部材の外周端を含む部分が前記主板の半径方向に沿って配置されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のファン。
5. 前記主板を前記回転軸の軸方向から見たときに、複数の前記第２羽根部材の外周端を含む部分は、前記主板の半径方向に沿って配置されている、請求項３または４に記載のファン。
6. 前記主板の前記第１面に複数の位置決め用の凹部が形成されており、
   複数の前記第１羽根部材のそれぞれは、複数の前記位置決め用凹部に挿し込まれて溶着されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のファン。
7. 前記第１羽根部材の前記曲線突出領域の前記シュラウドと反対側の端部には、位置決め用の突起が形成されており、前記突起は、前記主板の前記第１面に設けられた穴に嵌合されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のファン。
8. 燃焼ガスの潜熱を回収することで湯水を加熱可能な潜熱回収型の給湯装置であって、
   燃焼ガスを発生させるバーナと、
   前記燃焼ガスとの熱交換によって内部を流れる湯水を加熱する熱交換器と、
   前記熱交換器を経由した後の前記燃焼ガスを吸引して給湯装置の外部へ排出するファンと、を備え、
   前記ファンとして請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のファンが、前記シュラウド側が前記バーナ側となるように取り付けられている、給湯装置。
9. 前記羽根車は耐酸性を有する熱可塑性樹脂から構成される、請求項８に記載の給湯装置。

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