JP2017083048A - 熱交換器、二次熱交換器および熱源機 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼排気の熱交換効率を高め、燃焼排気の熱回収率を向上させる。【解決手段】燃焼排気を流す筐体（４）と、前記筐体内で前記燃焼排気と被加熱流体を熱交換する複数の熱交換管（１２）と、前記筐体に通流させた前記燃焼排気を変流することにより前記熱交換管に集合または分散させ、前記熱交換管と前記燃焼排気の熱交換を行わせる１または２以上の変流部材（邪魔板１４−１、１４−２、１４−３、変流片１４−１１、１４−１２）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明はたとえば、燃料排気の潜熱などを熱交換に用いる熱交換技術に関する。

給湯装置には燃料ガスの燃焼排気の熱を熱交換する熱交換器が備えられる。この熱交換器には、燃焼排気の顕熱を熱交換する一次熱交換器と、この一次熱交換器で熱交換後の燃焼排気の潜熱を熱交換する二次熱交換器が含まれる。二次熱交換器は、燃焼排気から潜熱を回収するので、熱交換器全体の熱交換効率を高めることができる上、外気に放出する燃焼排気を低温化できるなどの利点がある。

二次熱交換器には、一次熱交換器での熱交換前の給水を燃焼排気の潜熱による予備加熱や、熱源として用いられる熱媒を一次熱交換前に燃焼排気の潜熱で予備加熱するなどの利用形態がある。

このような熱交換の熱効率改善に関し、燃焼排気を流す通路空間の天井部に燃焼排気の流れを乱す凸壁を備える構成が知られている（たとえば、特許文献１）。さらに、複数の熱交換管を備えた熱交換器において、整流板によって熱交換管を仕切り、ドレン排出側を下方向に傾斜させたものが知られている（たとえば、特許文献２）。

特開２０１４−７０８００号公報 特開２０１４−１１９２２５号公報

ところで、二次熱交換器では、燃焼室側で一次熱交換後の燃焼排気が導かれ、この燃焼排気の熱を二次熱交換管に絡ませて熱交換を行い、効率的な熱交換の実現を想定している。

しかしながら、燃焼排気は、熱交換管が密集していない筐体天井側の流路抵抗の低い側に流れるため、高温の排気流が下流側に流れ、排気温度分布が不均一になるという課題がある。排気通路を流れる排気流の上部ほど排気熱量が高くなる傾向がある。排気通路を通過する排気流が不均一になると、熱交換管毎の熱交換にばらつきを生じ、ひとつの熱交換管であっても幅内で温度分布に偏差を持つ熱交換となる。この結果、熱交換にばらつきを生じ、期待する熱交換効率が得られないという課題がある。

下流側に高温の排気流が流れ、下流側に給水などの加熱に用いる熱交換管を備えていると、非給水時、残留水などの被加熱流体を過熱し、部分沸騰を生じるなどの課題もある。

このような排気流を放置すれば、二次熱交換器による熱交換効率が低く、燃焼排気からの熱回収が不充分であり、排気温度を低温化できないという課題もある。

そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、燃焼排気の熱交換効率を高め、燃焼排気の熱回収率を向上させることにある。

上記目的を達成するため、本発明の熱交換器の一側面によれば、燃焼排気を流す筐体と、前記筐体内で前記燃焼排気と被加熱流体を熱交換する複数の熱交換管と、前記筐体に通流させた前記燃焼排気を変流することにより前記熱交換管に集合または分散させ、前記熱交換管と前記燃焼排気の熱交換を行わせる１または２以上の変流部材を備えればよい。

上記熱交換器において、前記変流部材は、前記燃焼排気を衝突させて前記燃焼排気の流れ方向を変更する衝突部材、前記燃焼排気を一方向に流れ方向を変更させる流れ方向変更部材、前記熱交換管の一部を包囲する包囲部材の何れかまたはこれらの組合せを含んでよい。

上記熱交換器において、前記熱交換部は、前記燃焼排気の上流側に第１の被加熱流体を通流させる第１の熱交換部と、前記燃焼排気の下流側に前記第１の被加熱流体と循環路が異なる第２の被加熱流体を通流させる第２の熱交換部とを含んでよい。

上記熱交換器において、前記変流部材は、前記第２の熱交換部に流れた前記燃焼排気を前記第２の熱交換部から前記第１の熱交換部側に方向転換させる変流片であってよい。

上記熱交換器において、前記変流部材は、前記第２の熱交換部に流れた前記燃焼排気を前記第２の熱交換部から前記第の熱交換部側に方向転換させる第１の変流片と、
前記第１の熱交換部に流れた前記燃焼排気を前記第１の熱交換部から前記第２の熱交換部側に方向転換させる第２の変流片とを含んでよい。

上記目的を達成するため、本発明の二次熱交換器の一側面によれば、一次熱交換後の燃焼排気を流す筐体部と、前記筐体部で前記燃焼排気と被加熱流体を熱交換する複数の熱交換管と、前記筐体部に通流させた前記燃焼排気を変流することにより前記熱交換管に分散させ、前記熱交換管と前記燃焼排気の熱交換を行わせる１または２以上の変流部材とを備えてよい。

上記二次熱交換器において、既述の筐体部に上記熱交換器を備えてよい。

上記目的を達成するため、本発明の熱源機の一側面によれば、上記熱交換器を備え、または上記二次熱交換器を備えて被加熱流体を加熱し、該被加熱流体を用いて給湯または暖房を行ってもよい。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

(1) 変流部材によって筐体内の燃焼排気を集合させまたは複数の排気流に分流させることにより排気流の均一化を図ることができ、排気流毎の燃焼排気と被加熱流体との熱交換を行わせることができる。

(2) 燃焼排気と被加熱流体を熱交換する複数の熱交換管を備える筐体に変流部材を備えることにより、燃焼排気を変流して熱交換管と燃焼排気の熱交換を行わせるので、燃焼排気を均一化して熱交換が可能となり、燃焼排気の熱回収が良好になり、熱交換効率が高められる。

(3) 上流側で熱交換を経ていない排気流が下流側に流れるのを防止でき、下流側の熱交換管での被加熱流体の部分沸騰を回避できる。

本発明の第１の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示す図である。 二次熱交換ユニットの変形例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示す図である。 本発明の第６の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示す図である。 本発明の第７の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示す図である。 本発明の第８の実施の形態に係る熱源機を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る熱交換器を示す断面図である。 本発明の第２の実施例に係る熱源機を示す断面図である。 本発明の第３の実施例に係る給湯装置を示す図である。

〔第１の実施の形態〕

図１のＡは、第１の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示している。図に示す構成例は本発明の熱交換器または二次熱交換器の一例であり、係る構成に本発明は限定されない。以下、各実施の形態においても同様である。

二次熱交換ユニット２にはたとえば、一次熱交換後の燃焼排気ＥＧの排気空間として筒状の筐体４が備えられる。筐体４には底面側に排気導入部６、この排気導入部６から離間した側面部に排出部８が備えられる。排気導入部６から導入された燃焼排気ＥＧは、筐体４内を通過し、排出部８から外気に放出される。

筐体４にはたとえば、一系統の熱交換部１０が備えられ、この熱交換部１０に含まれる複数の熱交換管１２が配置されている。これら熱交換管１２は連続した循環路を構成し、一系統の被加熱流体Ｍを通流させる。この被加熱流体Ｍは給湯に供される給水Ｗでもよいし、熱媒の一例として暖房に供される暖房水ｈＷでもよい。

筐体４の内壁部には１または２以上の変流部材の一例として邪魔板１４−１、１４−２、１４−３が備えられる。邪魔板１４−１、１４−２は筐体４の天井板１６に配置され、邪魔板１４−３は底面板１８に配置されている。邪魔板１４−１、１４−２は天井板１６から底面板１８に向かって垂下させた垂直板であり、邪魔板１４−３は底面板１８から天井板１６に向かって立設させた垂直板である。邪魔板１４−１、１４−２は燃焼排気ＥＧの流れ方向に向かってたとえば、等間隔で配置され、邪魔板１４−３は邪魔板１４−１、１４−２の間隔内に配置されている。邪魔板１４−１の高さをｈ１、邪魔板１４−２の高さをｈ２、邪魔板１４−３の高さをｈ３とすれば、これらはｈ１＝ｈ２＝ｈ３でもよく、ｈ１≠ｈ２≠ｈ３でもよく、ｈ１＜ｈ２としてもよく、ｈ１＞ｈ２としてもよい。この例では、ｈ１、ｈ２をたとえば、最上部側の熱交換管１２の管径内に到達する大きさとし、ｈ３をたとえば、最下部側の熱交換管１２の管径内に到達する大きさとしている。

このような二次熱交換ユニット２では、図１のＢに示すように、排気導入部６から侵入した燃焼排気ＥＧは層流を成しており、天井板１６側から底面板１８側に向かって層流を成しており、たとえば、上層側に排気流ＥＧ１、中層側に排気流ＥＧ２、下層側に排気流ＥＧ３を定義することができる。これら層流は燃焼排気ＥＧの流速の影響を受け、流速が速い場合には排気流ＥＧ１側が支配的である。

過渡的な層流変化を概観すれば、排気流ＥＧ１は各邪魔板１４−１、１４−２に衝突して反転し、排気流ＥＧ２と交差して層流を変化させる。つまり、排気流ＥＧ１と排気流ＥＧ２、排気流ＥＧ１と排気流ＥＧ３を攪拌させる。また、排気流ＥＧ３は邪魔板１４−３に衝突して反転し、排気流ＥＧ１、ＥＧ２と交差して層流を変化させる。これにより、排気流ＥＧ３と排気流ＥＧ２、排気流ＥＧ３と排気流ＥＧ１を攪拌させる。

このような攪拌により燃焼排気ＥＧの排気流ＥＧ１、ＥＧ２、ＥＧ３は、層流方向、層流速度などの要素が絡み、各層流が乱される結果、燃焼排気ＥＧは層流に偏りを生ずることなく、各熱交換管１２に広く行き渡るので、筐体４に流入した燃焼排気ＥＧが被加熱流体Ｍの熱交換に供される。

このような層流変化を生じさせるための邪魔板１４−１、１４−２、１４−３は、熱交換管１２の受熱部幅（燃焼排気ＥＧと交差方向の幅）に跨がる単一板としてもよいが、幅内の一部の幅を持つものであってもよい。たとえば、図２に示すように、ヘッダ２０−１、２０−２に跨がる熱交換管１２と平行に、その幅内でたとえば、邪魔板１４−１を分断させて複数の変流片１４−１１、１４−１２としてもよい。この形態は邪魔板１４−２、１４−３でも同様である。各変流片１４−１１、１４−１２など複数の変流片を備えれば、これら変流片は、天井板１６と底面板１８で位置を異ならせ、たとえば、千鳥状など交互に配置してもよく、燃焼排気ＥＧの層流に複雑な変化を生じさせる形態であればよい。また、各邪魔板１４−１、１４−２、１４−３は陰になる熱交換管１２に接触させ、排気流の熱を熱交換管１２に伝熱するように構成しても良い。

なお、邪魔板１４−１、１４−２の高さｈ１、ｈ２をｈ１＜ｈ２とすれば、邪魔板１４−１をすり抜けた排気流ＥＧ１を邪魔板１４−２に衝突させ、層流変化を促進させることができる。

＜第１の実施の形態の効果＞

(1) 第１の実施の形態の二次熱交換ユニット２によれば、給湯単能機、ふろ給湯機などの二次熱交換器として用いることができる。

(2) 熱交換部１０の熱交換管１２は一系統の被加熱流体Ｍの加熱に用いることができる。

(3) 筐体４で構成される排気路に備えた単一または複数の変流部材としてたとえば、邪魔板１４−１、１４−２、１４−３が設けられ、排気流ＥＧ１、ＥＧ３の流路が上下方向に変更され、特に、最上部や最下部を流れる排気流が熱交換に供されることなく、排出部８側に抜け出るのを防止できる。

(4) 筐体４の排気空間に流れる燃焼排気ＥＧの層流が乱される結果、燃焼排気ＥＧのすり抜けや偏りを防止でき、筐体４内に流入する燃焼排気ＥＧを筐体４内の全ての熱交換管１２に絡ませて熱交換に供することができ、熱交換効率を高めることができる。

(5) 熱交換部１０をたとえば、ヘッダ２０−１、２０−２および複数の熱交換管１２からなるユニットとし、このユニットを筐体４と別部材とし、邪魔板１４−１、１４−２、１４−３は筐体４側の部材として構成すれば、熱交換部１０の構造の複雑化を防止でき、製造工程を分離し、二次熱交換ユニット２の効率的な製造工程を実現できる。

〔第２の実施の形態〕

図３のＡは、第２の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示している。第２の実施の形態に係る二次熱交換ユニット２では、第１の実施の形態と同様に単一または複数の変流部材としてたとえば、複数の邪魔板２４−１、２４−２、２４−３が備えられる。第１の実施の形態の邪魔板１４−１、１４−２、１４−３は垂直板であったのに対し、邪魔板２４−１、２４−２、２４−３は上流から下流方向に角度θ１、θ２、θ３で傾斜する傾斜板である。各邪魔板２４−１、２４−２は筐体４の天井板１６に配置され、邪魔板２４−３は底面板１８に配置されている。

邪魔板２４−１は天井板１６から排出部８の方向に向かって角度θ１の勾配を持たせた傾斜板、邪魔板２４−２も天井板１６から排出部８の方向に向かって角度θ２の勾配を持たせた傾斜板、邪魔板２４−３は底面板１８から排出部８の方向に向かって角度θ３の勾配を持たせた傾斜板である。邪魔板２４−１、２４−２は燃焼排気ＥＧの流れ方向に向かってたとえば、等間隔で配置され、邪魔板２４−３は邪魔板２４−１、２４−２の間隔内に配置されている。角度θ１、θ２、θ３は、θ１＝θ２＝θ３でもよく、θ１≠θ２≠θ３でもよく、θ１＜θ２としてもよく、θ１＞θ２としてもよい。

邪魔板２４−１の長さをＬ１、その高さをｈ１、邪魔板２４−２の長さをＬ２、その高さをｈ２、邪魔板２４−３の長さをＬ３、その高さをｈ３とすれば、これらはＬ１＝Ｌ２＝Ｌ３でもよく、Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３でもよく、Ｌ１＜Ｌ２としてもよく、Ｌ１＞Ｌ２としてもよい。また、第１の実施の形態と同様に、ｈ１＝ｈ２＝ｈ３でもよく、ｈ１≠ｈ２≠ｈ３でもよく、ｈ１＜ｈ２としてもよく、ｈ１＞ｈ２としてもよい。この例では、ｈ１、ｈ２をたとえば、最上部側の熱交換管１２を超える高さとし、ｈ３をたとえば、最下部側の熱交換管１２を超える高さとしている。θ１、θ２およびθ３はたとえば、４５度である。

このような二次熱交換ユニット２では、図３のＢに示すように、排気導入部６から侵入した燃焼排気ＥＧは層流を成しており、天井板１６側から底面板１８側に向かって排気流ＥＧ１、ＥＧ２、ＥＧ３が含まれる。これら層流は燃焼排気ＥＧの流速の影響を受け、排気流ＥＧ１側が支配的であることは第１の実施の形態と同様である。

過渡的な層流変化を概観すれば、排気流ＥＧ１が各邪魔板２４−１、２４−２に衝突して反転し、排気流ＥＧ２と交差して層流を変化させ、また、排気流ＥＧ３が邪魔板２４−３に衝突して反転し、排気流ＥＧ１、ＥＧ２と交差して層流を変化させることは既述の通りである。これにより、排気流ＥＧ３と排気流ＥＧ２、排気流ＥＧ３と排気流ＥＧ１を攪拌させる。

この層流拡散において、各邪魔板２４−１、２４−２、２４−３が角度θ１、θ２、θ３の勾配を持つため、各層流に対する抵抗機能が緩和され、層流の方向を緩やかに変更させ、層流間の攪拌を行うことができる。

そして、斯かる攪拌により燃焼排気ＥＧの排気流ＥＧ１、ＥＧ２、ＥＧ３は、層流方向、層流速度などの要素が絡み、各層流が乱される結果、燃焼排気ＥＧは層流に偏りを生ずることなく、各熱交換管１２に広く行き渡り、筐体４に流入した燃焼排気ＥＧが被加熱流体Ｍの熱交換に供される。

この実施の形態においても、邪魔板２４−１、２４−２、２４−３は、熱交換管１２の受熱部幅（燃焼排気ＥＧと交差方向の幅）に跨がる単一板とする構成だけではなく、ヘッダ２０−１、２０−２に跨がる熱交換管１２と平行に、その幅内でたとえば、既述の図２に示すように、邪魔板２４−１を分断させ、複数の変流片にしてもよい。また、複数の変流片を備えた場合、各変流片は、天井板１６と底面板１８で位置を異ならせ、たとえば、千鳥状など交互に配置してもよく、燃焼排気ＥＧの層流に複雑な変化を生じさせることができる。

なお、邪魔板２４−１、２４−２の高さｈ１、ｈ２をｈ１＜ｈ２とすれば、邪魔板２４−１をすり抜けた排気流ＥＧ１を邪魔板２４−２に衝突させ、層流変化を促進させることができることはこの実施の形態においても同様である。

＜第２の実施の形態の効果＞

(1) 第２の実施の形態に係る二次熱交換ユニット２によれば、給湯単能機、ふろ給湯機などの二次熱交換器で利用できる。

(2) この実施の形態においても、熱交換管１２に一系統の被加熱流体Ｍを流し、燃焼排気ＥＧの持つ顕熱や潜熱の熱交換に利用できる。

(3) この実施の形態の邪魔板２４−１、２４−２、２４−３は燃焼排気ＥＧの上流側から下流側に向かって傾斜しているので、排気流ＥＧ１、ＥＧ２、ＥＧ３に対して排気抵抗を下げることができ、排気効率の低下を防止できる。

(4) 邪魔板２４−１、２４−２、２４−３で覆われる熱交換管１２は、邪魔板２４−１、２４−２、２４−３を伝熱フィンとして機能させることができ、受熱効率を高めることができる。

(5) 邪魔板２４−１、２４−２、２４−３に角度θ１、θ２、θ３を設定したことにより、角度θ１、θ２、θ３に応じたなだらかな反射流を生じさせ、これら層流を排気流ＥＧ２に交差させて層流を攪乱させ、燃焼排気ＥＧのすり抜けや偏りを防止することができる。

(6) 筐体４内に流入する燃焼排気ＥＧを筐体４内の全ての熱交換管１２に絡ませて熱交換に供することができ、熱交換効率を高めることができる。

〔第３の実施の形態〕

図４のＡは、第３の実施の形態に係る二次熱交換ユニットの一例である。この二次熱交換ユニット２では第１または第２の実施の形態の邪魔板に代え、変流部材として複数の邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４が備えられる。各邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４は筐体４の排気導入部６から排出部８に向かって一定の間隔で配置され、邪魔板３４−１、３４−３が底面板１８側、邪魔板３４−２、３４−４が天井板１６側に配置されている。

邪魔板３４−１は、底面板１８側で高さ方向の位置が異なるとともに、排出部８に向かって前後する一対の熱交換管１２に被せられており、天井板１６に対して角度θ１の傾斜面を成している。

邪魔板３４−２は、邪魔板３４−１より排出部８側の天井板１６側で高さ方向の位置が異なるとともに、排出部８に向かって前後する一対の熱交換管１２に被せられており、底面板１８に対して角度θ２の傾斜面を成している。

邪魔板３４−３は、邪魔板３４−２より排出部８側の底面板１８側で高さ方向の位置が異なるとともに、排出部８に向かって前後する一対の熱交換管１２に被せられており、天井板１６に対して角度θ３の傾斜面を成している。

邪魔板３４−４は、邪魔板３４−３より排出部８側の天井板１６側で高さ方向の位置が異なるとともに、排出部８に向かって前後する一対の熱交換管１２に被せられており、底面板１８に対して角度θ４の傾斜面を成している。

これら角度θ１、θ２、θ３、θ４は、θ１＝θ２＝θ３＝θ４でもよく、θ１≠θ２≠θ３≠θ４でもよい。

各邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４の幅Ｌｘは、取り付けられる熱交換管１２の直径および間隔に依存する。幅Ｌｘは邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４毎に異ならせてもよいし、一致させてもよい。

このような邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４を備えれば、第１または第２の実施の形態と同様に、燃焼排気ＥＧが排気流ＥＧ１、ＥＧ２、ＥＧ３を成し、これらに層流変化をもたらし、第１または第２の実施の形態の熱交換を行うことができる。

図４のＢに示すように、排気流ＥＧ１が各邪魔板３４−１、３４−２に衝突して反転し、排気流ＥＧ２と交差して層流を変化させ、また、排気流ＥＧ３が邪魔板３４−３に衝突して反転し、排気流ＥＧ１、ＥＧ２と交差して層流を変化させることは既述の通りである。これにより、排気流ＥＧ３と排気流ＥＧ２、排気流ＥＧ３と排気流ＥＧ１を攪拌させる。

この層流拡散において、各邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４が角度θ１、θ２、θ３、θ４の勾配を持つため、各層流に対する抵抗機能が緩和され、層流の方向を緩やかに変更させ、層流間の攪拌を行うことができる。

そして、斯かる攪拌により燃焼排気ＥＧの排気流ＥＧ１、ＥＧ２、ＥＧ３は、層流方向、層流速度などの要素が絡み、各層流が乱される結果、燃焼排気ＥＧは層流に偏りを生ずることなく、各熱交換管１２に広く行き渡り、筐体４に流入した燃焼排気ＥＧが被加熱流体Ｍの熱交換に供される。

この実施の形態においても、邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４は、熱交換管１２の受熱部幅（燃焼排気ＥＧと交差方向の幅）に跨がる単一板とする構成だけではなく、ヘッダ２０−１、２０−２に跨がる熱交換管１２と平行に、その幅内でたとえば、既述の図２に示すように、邪魔板３４−１を分断させ、複数の変流片１４−１１、１４−１２としてもよい。また、複数の変流片を備えた場合、各変流片は、天井板１６と底面板１８で位置を異ならせ、たとえば、千鳥状など交互に配置してもよく、燃焼排気ＥＧの層流に複雑な変化を生じさせることができる。

なお、邪魔板３４−１、３４−２の高さｈ１、ｈ２をｈ１＜ｈ２とすれば、邪魔板３４−１をすり抜けた排気流ＥＧ１を邪魔板３４−２に衝突させ、層流変化を促進させることができることはこの実施の形態においても同様である。

＜第３の実施の形態の効果＞

(1) この実施の形態に係る二次熱交換ユニット２についても、給湯単能機、ふろ給湯機などの二次熱交換器で利用できる。

(2) この実施の形態においても、第１または第２の実施の形態と同様に、熱交換管１２に一系統の被加熱流体Ｍを流し、燃焼排気ＥＧの持つ顕熱や潜熱の熱交換を行うことができる。

(3) 邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４は、燃焼排気ＥＧの上流側から下流側に向かって橋絡する平板部を備えて縁部を湾曲して熱交換管１２に取り付けられている。このため、各邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４の組み付けが容易である。

(4) 各邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４では、橋絡部分を媒介として排気流の燃焼排気ＥＧの流路を変更させることができ、複数の熱交換管１２の表面に密着させているので、伝熱フィンとして機能させることができ、熱交換効率を向上させることができる。つまり、邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４が熱交換管１２に密着しているので、伝熱性が高められる。

(5) 傾斜角度θ１、θ２、θ３を設定したことにより、角度θ１、θ２、θ３に応じたなだらかな反射流を生じさせ、これら層流を排気流に交差させて層流を乱すことができ、燃焼排気ＥＧのすり抜けや偏りを防止できるとともに、その傾斜面に衝突した排気流を反射させて層流に絡ませることができ、燃焼排気ＥＧを層流速度に応じて拡散させることができる。この拡散により、熱交換効率を向上させることができる。

(6) 筐体４内に流入する燃焼排気ＥＧを筐体４内の全ての熱交換管１２に絡ませて熱交換に供することができる。

(7) 熱交換管１２に邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４を取り付けて配置しているので、邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４を熱交換管１２に支持させることができ、邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４の支持強度を高めることができる。邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４はたとえば、肉厚の薄い軽量部材で形成でき、軽量化を図ることができる。

(8) 邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４の二次熱交換ユニット２に占める割合を低減でき、邪魔板による容積専有率を低減できる。

(9) 邪魔板３４−１、３４−２、３４−３、３４−４のエッジ側を熱交換管１２の外周と同心円面に形成すれば、流体抵抗を低減できる。

〔第４の実施の形態〕

図５のＡは、第４の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示している。第１ないし第３の実施の形態では単一系統の熱交換部のみであったのに対し、筐体４に燃焼排気ＥＧの上流側に第１系統の熱交換部１０−１、その下流側に第２系統の熱交換部１０−２を備えている。熱交換部１０−１には第１の被加熱流体Ｍ１を通流する複数の熱交換管１２−１、熱交換部１０−２には第２の被加熱流体Ｍ２を通流する複数の熱交換管１２−２が備えられる。

この実施の形態では、天井板１６に単一の邪魔板４４−１が備えられ、この邪魔板４４−１が熱交換部１０−１と熱交換部１０−２の間に垂下状態で設置されている。

斯かる構成によれば、図５のＢに示すように、燃焼排気ＥＧの排気流ＥＧ１側に対し、邪魔板４４−１が反射板として機能させる。邪魔板４４−１に衝突した排気流ＥＧ１は邪魔板４４−１で跳ね返り、排気流ＥＧ２または排気流ＥＧ３に衝突し、燃焼排気ＥＧを拡散させる。

＜第４の実施の形態の効果＞

(1) 第４の実施の形態の二次熱交換ユニット２によれば、一缶三水型の暖房給湯機などの二次熱交換器に利用できる。

(2) 熱交換部１０−１の熱交換管１２−１にはたとえば、暖房放熱用の熱媒Ｍ１を循環させ、熱交換部１０−２の熱交換管１２−２にはたとえば、給水Ｗを循環させ、給湯の予備加熱に利用することができる。

(3) 熱交換部１０−１と熱交換部１０−２の間に邪魔板４４−１を備えたことにより、燃焼排気ＥＧの主として排気流ＥＧ１を衝突させ、この排気流ＥＧ１を排気流ＥＧ２または排気流ＥＧ３側に押し下げて交差させ、燃焼排気ＥＧの拡散を促進させることができる。

(4) 燃焼排気ＥＧの拡散により、燃焼排気ＥＧが上流側にある熱交換部１０−１の全体の熱交換管１２−１に当たり、熱交換部１０−１の全体で燃焼排気ＥＧの熱交換を行うことができる。この熱交換は、燃焼排気ＥＧの排気量にかかわらず行えるので、熱交換効率を高めることができる。

(5) 下流側の熱交換部１０−２の熱交換管１２−２には燃焼排気ＥＧが拡散されて当たるので、熱交換部１０−２においても熱交換効率を高めることができる。

(6) 下流側の熱交換部１０−２の熱交換管１２−２に対して高温の燃焼排気ＥＧの偏りを防止でき、熱交換部１０−２の上流側にある熱交換管１２−２に循環する被加熱流体の部分沸騰を防止できる。

〔第５の実施の形態〕

図６のＡは、第５の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示している。この二次熱交換ユニット２では、第４の実施の形態に係る二次熱交換ユニット２にある邪魔板４４−１に加え、熱交換部１０−２側に邪魔板４４−２、４４−３が備えられる。

邪魔板４４−２は、筐体４の底面板１８側に立設され、邪魔板４４−３は、筐体４の天井板１６側に垂下状態に立設されている。この例では、邪魔板４４−１、４４−３の中間位置に邪魔板４４−２が配置されている。

係る構成では、図６のＢに示すように、邪魔板４４−１に燃焼排気ＥＧの主として排気流ＥＧ１が衝突し、流路が変更される。邪魔板４４−２に燃焼排気ＥＧの主として排気流ＥＧ３が衝突し、流路が変更される。邪魔板４４−３に燃焼排気ＥＧの主として排気流ＥＧ１が衝突し、流路が変更される。このような流路の変更により、排気流ＥＧ１が熱交換部１０−１の熱交換管１２−１に絡むことは第４の実施の形態と同様である。排気流ＥＧ２、ＥＧ３は熱交換部１０−２の熱交換管１２−２に絡む。また、流路を変更された各排気流ＥＧ１、ＥＧ２、ＥＧ３を拡散して各熱交換管１２−１、１２−２に絡み、被加熱流体との熱交換に寄与する。

＜第５の実施の形態の効果＞

(1) 第５の実施の形態の熱交換ユニット２によれば、第４の実施の形態と同様に、一缶三水型の暖房給湯機などの二次熱交換器に利用することができる。

(2) 熱交換部１０−１では第４の実施の形態と同様に邪魔板４４−１による排気流ＥＧ１の流路変更による効果が得られ、さらに、熱交換部１０−２では燃焼排気ＥＧのすり抜けを防止でき、熱交換効率を高めることができる。

〔第６の実施の形態〕

図７のＡは、第６の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示している。この二次熱交換ユニット２では第４の実施の形態の二次熱交換ユニット２の邪魔板４４−１と同様の位置に邪魔板５４−１が備えられる。邪魔板４４−１では天井板１６から底面板１８に向かって垂下する垂直板であるのに対し、邪魔板５４−１では天井板１６から底面板１８に向かって垂下するとともに、燃焼排気ＥＧの流れ方向と対抗方向に湾曲する面を持つ円弧板が用いられている。

このような邪魔板５４−１を備えれば、図７のＢに示すように、邪魔板５４−１に衝突した主として排気流ＥＧ１は、その湾曲面に沿って流路が曲げられ、垂直板に比較して排気流ＥＧ１の滞留ないし渦を生じさせ、他の主として排気流ＥＧ２との交差による拡散を助長させることができる。

＜第６の実施の形態の効果＞

(1) この第６の実施の形態の熱交換ユニット２によれば、第５の実施の形態と同様に、一缶三水型の暖房給湯機などの二次熱交換器に利用して同様の効果が得られる。

(2) 邪魔板５４−１が湾曲面を備えているので、主として衝突する排気流ＥＧ１が湾曲面に沿って曲げられ、排気流ＥＧ１がすり抜けることなく、熱交換部１０−１の各熱交換管１２−１すなわち、天井板１６側および底面板１８側にある熱交換管１２−１に区別なく絡み、被加熱流体の熱交換に寄与する。

(4) 燃焼排気ＥＧの高温排気と熱交換部１０−１の熱交換を促進でき、熱交換後の燃焼排気ＥＧが拡散されて下流側の熱交換部１０−２の熱交換管１２−２に絡ませることができる。

(5) 熱交換部１０−１の熱交換管１２−１との熱交換を経た燃焼排気ＥＧを下流側の熱交換部１０−２に流すことができるので、熱交換部１０−２の上流側にある熱交換管１２−２に循環する被加熱流体の部分沸騰を防止できる。

〔第７の実施の形態〕

図８のＡは、第７の実施の形態に係る二次熱交換ユニットを示している。この二次熱交換ユニット２では、図７のＡに示した第６の実施の形態に係る二次熱交換ユニット２にある邪魔板５４−１に加え、熱交換部１０−１の入口側に邪魔板５４−２を備えている。

邪魔板５４−２は邪魔板５４−１と同様に湾曲面を持つ円弧板であり、湾曲方向を邪魔板５４−１と向き合わせている。つまり、邪魔板５４−２の背面側に凸の湾曲面を備えており、この湾曲面を排気導入部６に対向させている。

このように、排気導入部６側に邪魔板５４−２を備えれば、図８のＢに示すように、燃焼排気ＥＧの主として排気流ＥＧ２、ＥＧ３が邪魔板５４−２の湾曲面に当たり、流路が変更される。流路変更を伴った排気流ＥＧ２、ＥＧ３は排気導入部６側の天井板１６および背面部から邪魔板５４−１に至る。これにより、排気流ＥＧ２、ＥＧ３は排気流ＥＧ１と拡散し、熱交換部１０−１の熱交換管１２−１に絡んで通流させ、熱交換後の燃焼排気ＥＧが拡散状態で熱交換部１０−２に流れる。

＜第７の実施の形態の効果＞

(1) 第７の実施の形態に係る二次熱交換ユニット２によれば、上記実施の形態の二次熱交換ユニットと同様に一缶三水型の暖房給湯機などの二次熱交換器として用いることができる。

(2) 邪魔板５４−１、５４−２の双方を備えたことにより、燃焼室から導入された燃焼排気ＥＧを排気導入部６側にある熱交換部１０−１の熱交換管１２−１に滞留させるとともに攪拌を行い、熱交換部１０−１側で熱交換を充分に行い、熱交換後の燃焼排気を熱交換部１０−２側に導くことができる。

〔第８の実施の形態〕

図９は、第８の実施の形態に係る熱源機を示している。この熱源機６０は一缶三水型の熱源機の一例である。この熱源機６０は一次熱交換器側の筐体６２の上側に第１の実施の形態に係る二次熱交換ユニット２（図１）が設置されている。

筐体６２には燃焼室６４が備えられ、この燃焼室６４にはバーナー６６とともに一次熱交換器６８が備えられる。バーナー６６の下側には給気ファン７０が設置され、燃焼室６４の下側から燃焼用空気がバーナー６６に供給される。

一次熱交換器６８の熱交換管７２には二次熱交換部１０の熱交換管１２が連結される。熱交換管１２で燃焼排気ＥＧの潜熱などにより予備加熱された被加熱流体たとえば、暖房水Ｍが通流する。

係る構成によれば、燃料ガスＧの燃焼によりバーナー６６で生じた燃焼排気ＥＧは、給気ファン７０の給気により、一次熱交換器６８を通過した後、燃焼室６４から排気導入部６を通ってより二次熱交換ユニット２に導入される。

一次熱交換器６８の熱交換管７２では、上流側の燃焼排気ＥＧを受け、燃焼排気ＥＧが持つ顕熱と被加熱流体たとえば、暖房水Ｍとの一次熱交換が行われる。この一次熱交換を経た燃焼排気ＥＧは二次熱交換ユニット２に流れ、熱交換部１０で二次熱交換が行われた後、排出部８より外気に放出される。

二次熱交換ユニット２での燃焼排気ＥＧの流路変更や拡散については第１の実施形態で詳述しているので、その説明を割愛する。

＜第８の実施の形態の効果＞

この熱源機６０によれば、燃焼排気ＥＧと被加熱流体との熱交換効率を高めることができるとともに、熱源機６０の熱効率を高めることができ、コンパクト化を図ることができる。

＜第１の実施例＞

図１０のＡは、第１の実施例に係る二次熱交換ユニットを示している。この二次熱交換ユニット８０は、第６の実施形態に係る二次熱交換ユニット２（図７）を具体化したものである。

この二次熱交換ユニット８０にはユニット筐体８２が備えられ、このユニット筐体８２の上面部に天井板８４が備えられ、この天井板８４と平行な底面板８６が備えられている。天井板８４と底面板８６との間に排気空間８８が形成されている。

底面板８６には排気導入部９０が開口され、この排気導入部９０の上側に排気ガイド９２が形成されている。燃焼排気ＥＧは排気ガイド９２に当たり、排気空間８８に導かれる。

排気空間８８には第１の熱交換部９４−１、第２の熱交換部９４−２が第１の熱交換部９４−１を燃焼排気ＥＧの上流側にして配置されている。天井板８４には、熱交換部９４−２側に下方に突出する膨出部９６が備えられ、底面板８６は排気部９８側に傾斜する傾斜面を成し、排気部９８側にドレン溜め１００が底面板８６により形成されている。

熱交換部９４−１には熱交換管１０２−１の集合体が配置され、熱交換部９４−２には熱交換管１０２−２の集合体が配置されている。熱交換部９４−２と熱交換部９４−１とを分離させる邪魔板１０４が排気ガイド９２に向かって備えられる。

係る構成によれば、図１０のＢに示すように、燃焼室側から排気導入部９０に導入される燃焼排気ＥＧは排気ガイド９２により流路方向が変えられて熱交換部９４−１の熱交換管１０２−１を通過し、主として排気流ＥＧ１が邪魔板１０４により跳ね返り、再び熱交換部９４−１の熱交換管１０２−１に絡む。これにより、燃焼排気ＥＧの滞留と拡散とが行われ、熱交換管１０２−１を流れる被加熱流体との熱交換が行われる。

＜第１の実施例の効果＞

(1) この熱交換後の燃焼排気ＥＧは、熱交換部９４−２側に流れ、邪魔板１０４による燃焼排気ＥＧの流路変更により、熱交換管１０２−１での熱交換前に熱交換部９４−２の上流側の熱交換管１０２−２に当たるのが回避される。

(2) 上流側の熱交換管１０２−２側での被加熱流体の部分沸騰を防止できる。

＜第２の実施例＞

図１１は、第２の実施例に係る熱源機を示している。この熱源機において、第８の実施の形態の熱源機６０および第１の実施例の二次熱交換ユニット８０と同一部分には同一符号を付し、その説明を割愛する。

一次熱交換器６８には複数の熱交換管７２が設置され、各熱交換管７２には複数の共通の吸熱フィン１０６が備えられる。各熱交換管７２には燃焼排気ＥＧの熱が吸熱されるとともに、吸熱フィン１０６に吸熱された熱が各熱交換管７２に伝達される。各吸熱フィン１０６は、各熱交換管７２の加熱状態を一様化する熱伝導機能を備える。

筐体６２の上部には二次熱交換ユニット８０が設置され、この二次熱交換ユニット８０と筐体６２の間には着座フレーム部１０８が備えられる。この着座フレーム部１０８は二次熱交換ユニット８０の高さ調整機能を備えており、この実施例では、二次熱交換ユニット８０の筐体６２のドレン溜め１００側を低く、その排気導入部９０側が高く設定されている。これにより、熱交換により生じたドレンがドレン溜め１００側に流れて蓄積される。

＜第２の実施例の効果＞

この筐体６２によれば、既述の二次熱交換ユニット２の効果が得られるとともに、熱源機６０の小型化および堅牢化を図ることができる。

＜第３の実施例＞

図１２は、第３の実施例に係る給湯装置を示している。図１２において、図１１と同一部分には同一符号を付してある。

この給湯装置２００は、熱源機６０（図１１）を備えて給湯機能、暖房機能および浴槽水追焚機能を備える。この給湯装置２００は既述の一缶三水型の熱源機６０を使用し、暖房水Ｍと燃焼排気ＥＧとの熱交換、暖房水Ｍを熱媒として使用し、給水Ｗとの熱交換による温水ＨＷの給湯、暖房水Ｍと浴槽水ＢＷとの熱交換による浴槽水ＢＷの給水および追焚機能を実現している。

暖房水Ｍの循環回路２０２に付した斜線部分は、ガス消費のための所定時間の継続燃焼を行う際に熱媒を循環させる循環路部である。バーナー６６の燃焼時、循環する熱媒ＨＭの循環経路が長くとられ、これにより、暖房水Ｍの容量が多く、燃焼熱の熱交換により沸騰に至るまでの燃焼継続時間を延長している。そして、循環回路２０２には暖房水タンク２０４が備えられ、この暖房水タンク２０４に暖房水Ｍが溜められる。

給水口２０６には給水路２０８が接続され、上水などの給水Ｗが供給される。この給水Ｗにより、出湯口２１０から温水ＨＷの出湯が可能である。給水路２０８および追焚循環路２１２は注湯管路２１４によって連結されており、浴槽注湯時、給水路２０８から温水ＨＷが注湯管路２１４より追焚循環路２１２に流れ、浴槽２１６に注湯される。この注湯は、給湯と同様に上水の一例である水Ｗの給水であるから、給湯の一態様である。

循環回路２０２の分岐管２１８−１、２１８−２、２１８−３には暖房放熱端末２２０の一例として、熱媒ＨＭが持つ熱を放熱する低温端末２２０−１や高温端末２２０−２が接続されている。

熱源機６０には、一次熱交換器６８、二次熱交換ユニット８０側に暖房二次熱交換器２２２−１、給湯二次熱交換２２２−２が備えられている。これらの詳細は、既述の通りであるので説明は割愛する。

循環回路２０２には一次熱交換器６８、暖房二次熱交換器２２２−１、給湯熱交換器２２４−１および浴槽水熱交換器２２４−２が備えられる。暖房二次熱交換器２２２−１で熱交換された暖房水Ｍが一次熱交換器６８により燃焼排気ＥＧと熱交換される。給湯熱交換器２２４−１はたとえば、プレート熱交換器であり、二次熱交換ユニット８０の給湯二次熱交換器２２２−２で予備加熱を経た給水Ｗと、熱媒としての暖房水Ｍとの熱交換を行う。給湯熱交換器２２４−２はたとえば、プレート熱交換器であり、浴槽水ＢＷと、熱媒としての暖房水Ｍとの熱交換を行う。

この実施例では、リモコン装置２２６がたとえば、浴室リモコン２２６−１や台所リモコン２２６−２で構成される。

＜第３の実施例の効果＞

(1) この給湯装置２００によれば、既述の二次熱交換ユニット８０および熱源機６０と同様の効果が得られるとともに、給湯装置２００のコンパクト化を図ることができる。

(2) 給湯、浴槽水の追焚き、暖房水の加熱時、これらの部分沸騰を防止することができ、信頼性の高い給湯、暖房および追焚き動作が得られる。

〔他の実施の形態〕

ａ) 第２の実施例および第３の実施例では、単一の一次熱交換器６８を備えて暖房水の加熱に用いているが、一次熱交換器６８を複数化し、暖房水および浴槽水の双方を一次加熱によって実現する構成としてもよい。

ｂ）循環回路２０２に他の液−液熱交換器を備え、給湯の他、暖房水Ｍの熱を他の被加熱媒体との熱交換を行う熱源として用いてもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明は、燃焼排気と被加熱流体を熱交換する複数の熱交換管を備える筐体に変流部材を備えることにより、燃焼排気に滞留や拡散を生じさせるので、燃焼排気を分散させて熱交換が可能となり、燃焼排気の熱回収が良好になり、熱交換効率が高められ、有用である。

２ 二次熱交換ユニット
４ 筐体
６ 排気導入部
８ 排出部
１０、１０−１、１０−２ 熱交換部
１２、１２−１、１２−２ 熱交換管
１４−１、１４−２、１４−３ 邪魔板
１４−１１、１４−１２ 変流片
１６ 天井板
１８ 底面板
２０−１、２０−２ ヘッダ
２４−１、２４−２、２４−３ 邪魔板
３４−１、３４−２、３４−３ 邪魔板
５４−１、５４−２ 邪魔板
４４−１、４４−２、４４−３ 邪魔板
６０ 熱源機
６２ 筐体
６４ 燃焼室
６６ バーナー
６８ 一次熱交換器
７０ 給気ファン
７２ 熱交換管
８０ 二次熱交換ユニット
８２ ユニット筐体
８４ 天井板
８６ 底面板
８８ 排気空間
９０ 排気導入部
９２ 排気ガイド
９４−１ 第１の熱交換部
９４−２ 第２の熱交換部
９８ 排気部
１００ ドレン溜め
１０２−１、１０２−２ 熱交換管
１０４ 邪魔板
１０６ 吸熱フィン
２００ 給湯装置
２０２ 循環回路
２０４ 暖房水タンク
２０６ 給水口
２０８ 給水路
２１０ 出湯口
２１２ 追焚循環路
２１４ 注湯管路
２１６ 浴槽
２１８−１、２１８−２、２１８−３ 分岐管
２２０ 暖房放熱端末
２２０−１ 低温端末
２２２−１ 暖房二次熱交換器
２２２−２ 給湯二次熱交換
２２４−１ 給湯熱交換器
２２４−２ 浴槽水熱交換器
２２６ リモコン装置
２２６−１ 浴室リモコン
２２６−２ 台所リモコン
ＥＧ 燃焼排気

Claims (8)

1. 燃焼排気を流す筐体と、
   前記筐体内で前記燃焼排気と被加熱流体を熱交換する複数の熱交換管と、
   前記筐体に通流させた前記燃焼排気を変流することにより前記熱交換管に集合または分散させ、前記熱交換管と前記燃焼排気の熱交換を行わせる１または２以上の変流部材と、
   を備えることを特徴とする熱交換器。
2. 前記変流部材は、前記燃焼排気を衝突させて前記燃焼排気の流れ方向を変更する衝突部材、前記燃焼排気を一方向に流れ方向を変更させる流れ方向変更部材、前記熱交換管の一部を包囲する包囲部材の何れかまたはこれらの組合せを含むことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記熱交換部は、
   前記燃焼排気の上流側に第１の被加熱流体を通流させる第１の熱交換部と、
   前記燃焼排気の下流側に前記第１の被加熱流体と循環路が異なる第２の被加熱流体を通流させる第２の熱交換部と、
   を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記変流部材は、前記第２の熱交換部に流れた前記燃焼排気を前記第２の熱交換部から前記第１の熱交換部側に方向転換させる変流片であることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記変流部材は、前記第２の熱交換部に流れた前記燃焼排気を前記第２の熱交換部から前記第１の熱交換部側に方向転換させる第１の変流片と、
   前記第１の熱交換部に流れた前記燃焼排気を前記第１の熱交換部から前記第２の熱交換部側に方向転換させる第２の変流片と、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
6. 一次熱交換後の燃焼排気を流す筐体部と、
   前記筐体部で前記燃焼排気と被加熱流体を熱交換する複数の熱交換管と、
   前記筐体に通流させた前記燃焼排気を変流することにより前記熱交換管に集合または分散させ、前記熱交換管と前記燃焼排気の熱交換を行わせる１または２以上の変流部材と、
   を備えることを特徴とする二次熱交換器。
7. 前記筐体部に請求項２ないし請求項５の何れかの請求項に記載された熱交換器を備えることを特徴とする請求項６に記載の二次熱交換器。
8. 請求項１ないし請求項５に記載の熱交換器を備え、または請求項６または請求項７に記載の二次熱交換器を備えて被加熱流体を加熱し、該被加熱流体を用いて給湯または暖房を行うことを特徴とする熱源機。
   

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