JP2019011912A - 熱交換管、熱交換ユニット、熱交換装置、給湯システムおよび熱交換管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼排気と熱交換管の接触度を高め、熱交換効率を高める。
【解決手段】被加熱流体（水ＷＲ）に燃焼排気（ＥＧ）の熱を熱交換するための熱交換管（２）が、その中途部に形成した折り返し部（４）と、前記熱交換管の始端から前記折り返し部に至る管路部（６−１）と、前記折り返し部から前記熱交換管の終端に至る管路部（６−２）を含み、これら管路部の間には該管路部の外径以上の間隔を設けて配置した往復管路部（６）を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は給水などの被加熱流体に燃焼排気の熱を熱交換させる熱交換技術に関する。

燃料ガスの燃焼によって得られる燃焼排気の熱を被加熱流体に熱交換する熱交換器では、一次熱交換器および二次熱交換器が備えられる。一次熱交換器では燃焼排気の主として顕熱を被加熱流体に熱交換し、二次熱交換器では一次熱交換後の燃焼排気から主として潜熱を被加熱流体に熱交換する。
燃焼排気の流れに対し、その上流側に一次熱交換器、その下流側に二次熱交換器が配置される。被加熱流体は、二次熱交換器から一次熱交換器に供給する。このような構成とすれば、二次熱交換器で熱交換前の温度の低い被加熱流体に燃焼排気から主として潜熱が熱交換された後、一次熱交換器で燃焼排気から主として顕熱が被加熱流体に熱交換されるので、熱交換効率が高められる。

このような一次熱交換器および二次熱交換器を備えた熱交換に関し、燃焼排気の流れを横切る方向に熱交換管が配置されることが知られている（特許文献１、特許文献２）。二次熱交換器について、熱交換管に円弧状の折り返し部を備えることが知られている（特許文献３）。この二次熱交換器において、折り返し部を偏平化して二次熱交換管を重ねることが知られている（特許文献４）。

特開２００５−２７４０２８号公報 特開２００９−１８０３９８号公報 特開２０１３−１３３９５６号公報 特開２００４−２３２９２２号公報

ところで、燃焼排気の熱を水などの被加熱流体に熱交換する熱交換器において、燃焼排気が熱交換管に絡むことなくすり抜けると熱交換効率が低下するという課題がある。これに対し、燃焼排気と被加熱流体を流す熱交換管の接触面積を拡大するため、熱交換管を密集させ、熱交換管の密集度を過度にすると、燃焼排気の通過が妨げられ、熱交換効率が低下するという課題がある。

そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、燃焼排気と熱交換管の接触度を高め、熱交換効率を高めることにある。
本発明の他の目的は上記課題に鑑み、熱交換管の密集度を高めて熱交換ユニットのコンパクト化とともに熱交換効率を向上させることにある。
また、本発明の他の目的は上記課題に鑑み、燃焼排気と熱交換管の接触度を高めた熱交換システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の熱交換管の一側面によれば、被加熱流体に燃焼排気の熱を熱交換するための熱交換管であって、前記熱交換管の中途部に形成した折り返し部と、前記熱交換管の始端から前記折り返し部に至る管路部、前記折り返し部から前記熱交換管の終端に至る管路部を含み、これら管路部の間に該管路部の外径以上の間隔を設けて配置した往復管路部とを備える。

上記熱交換管において、さらに、前記折り返し部は、湾曲面に対して直交方向に管路を偏平化させた偏平部を備えてよい。
上記熱交換管において、前記熱交換管は、ステンレスを含む、耐腐食性金属からなるシームレス管であってよい。

上記目的を達成するため、本発明の熱交換ユニットの一側面によれば、被加熱流体に燃焼排気の熱を熱交換するための熱交換ユニットであって、被加熱流体を通流させる単一または複数の熱交換管を含む熱交換管部と、前記熱交換管部で連結された複数のチャンバーを含み、前記チャンバーが前記熱交換管部を通して前記被加熱流体の流路を成すヘッダー部とを備える。
上記熱交換ユニットにおいて、前記熱交換管部は複数の熱交換管を備え、前記ヘッダー部のチャンバー間に前記熱交換管が連結されてよい。
上記熱交換ユニットにおいて、前記熱交換管部は、折り返し部の湾曲面と直交方向に偏平化させた偏平部を有し、始端から前記折り返し部に至る管路部と、前記折り返し部から終端に至る管路部との間に管路部の外径以上の間隔が設けられた複数の熱交換管を備え、前記各熱交換管が前記偏平部を重ねて並行に設置されてよい。
上記熱交換ユニットにおいて、前記熱交換管のそれぞれが前記管路部の間隔内に他の熱交換管の管路部の一部を入り込ませて配置され、隣接する管路部の間の間隔が管路の直径未満に設定されてよい。
上記熱交換ユニットにおいて、さらに、前記熱交換管は、前記チャンバーの間に連結され、前記チャンバー部間に流れる前記被加熱流体に温度勾配を設定してよい。

上記目的を達成するため、本発明の熱交換装置の一側面によれば、燃焼排気を流す燃焼筐体と、前記燃焼筐体内に設置された熱交換ユニットとを備え、前記熱交換ユニットが、被加熱流体を通流させる単一または複数の熱交換管を含む熱交換管部と、前記熱交換管部で連結された複数のチャンバーを含み、前記チャンバーが前記熱交換管部を通して前記被加熱流体の流路を成すヘッダー部とを備える。
上記熱交換装置において、前記熱交換管部は、前記熱交換管のそれぞれが折り返し部の湾曲面と直交方向に偏平化させた偏平部を有し、始端から前記折り返し部に至る管路部と、前記折り返し部から終端に至る管路部との間に該管路部の外径以上の間隔を設けて設置され、前記熱交換管に流れる被加熱流体と交差方向に前記燃焼排気を流し、燃焼排気の熱を前記被加熱流体に熱交換してよい。
上記熱交換装置において、前記熱交換ユニットの上方または下方に設置されたバーナーを備え、前記熱交換管に被加熱流体の通流方向と交差方向に前記燃焼排気を接触させてよい。

上記目的を達成するため、本発明の給湯システムの一側面によれば、燃料ガスを燃焼させるバーナーと、前記バーナーの燃焼排気を流す燃焼筐体と、前記燃焼筐体内に設置された熱交換ユニットとを備え、前記熱交換ユニットが、被加熱流体を通流させる単一または複数の熱交換管を含む熱交換管部と、前記熱交換管部で連結された複数のチャンバーを含み、前記チャンバーが前記熱交換管部を通して前記被加熱流体の流路を成すヘッダー部とを備えている。
上記給湯システムにおいて、さらに、前記燃焼排気の流れの上流側に配置された一次熱交換ユニットと、前記燃焼排気との熱交換により前記熱交換ユニットに流れる前記被加熱流体を前記一次熱交換ユニットに通流させる管路を備え、前記熱交換ユニットが前記一次熱交換ユニットの熱交換後の燃焼排気が持つ潜熱を前記被加熱流体に熱交換してよい。
上記給湯システムにおいて、前記バーナーに給気する給気ファンと、
前記給気ファンの給気により、前記バーナーに生じた燃焼排気を前記熱交換ユニットに流してよい。
上記給湯システムにおいて、前記熱交換ユニットに生じたドレンを受けるドレン受けを前記燃焼筐体に備えてよい。

上記目的を達成するため、本発明の熱交換管の製造方法の一側面によれば、被加熱流体に燃焼排気の熱を熱交換する熱交換管の製造方法であって、管の中途部に折り返し部を形成する工程と、前記管の始端から前記折り返し部に至る管路部と、前記折り返し部から前記管の終端に至る管路部との間隔が前記管の外径を超える大きさである往復管路部を形成する工程と、前記折り返し部の湾曲面に対して直交方向に管路を偏平化させた偏平部を形成する工程とを含む。

本発明によれば、次の効果が得られる。
(1) 本発明の熱交換管によれば、熱交換管の管路部の間隔内に他の熱交換管の管路部の一部を入り込ませ、重合状態で熱交換管同士を配置することができ、熱交換管同士の間隔が狭まるので、燃焼排気との接触度を高めることができ、熱交換管部を小型化できる。
(2) 本発明の熱交換管によれば、熱交換管を密集化させることができ、各熱交換管に燃焼排気を絡ませ、熱交換効率の向上を図ることができる。

(3) 本発明の熱交換ユニットによれば、ヘッダー部に備えた複数のチャンバーが熱交換管部によって連結され、熱交換管部の熱交換管とともに被加熱流体の流路を構成し、被加熱流体への燃焼排気の熱交換効率を高めることができる。
(4) 本発明の熱交換装置によれば、燃焼筐体内に熱交換管部とともにヘッダー部を設置して燃焼排気と接触させるので、燃焼排気の熱交換効率が高められる。
(5) 本発明の給湯システムによれば、燃焼排気の熱交換効率を向上させ、給湯特性を高めることができる。
(6) 本発明の熱交換管の製造方法によれば、密集化が可能で、熱交換部の小型化とともに、熱交換効率の高い熱交換管を提供できる。

第１の実施の形態に係る熱交換管を示す平面図である。 熱交換管を示す側面図である。 Ａは図１の３Ａ−３Ａ線断面図、Ｂは図１の３Ｂ−３Ｂ線断面図、Ｃは図２の３Ｃ−３Ｃ線断面図である。 熱交換管の配置形態を示す図である。 Ａは図４の５Ａ方向から見て示した図、Ｂは図４の５Ｂ−５Ｂ線断面図である。 熱交換管の配置形態と燃焼排気の関係を示す図である。 併設された熱交換管に対する燃焼排気の流れを示す図である。 第２の実施の形態に係る熱交換ユニットを示す図である。 Ａは図８の９Ａ−９Ａ線断面を示す図、Ｂは図８の９Ｂ−９Ｂ線断面を示す図である。 ヘッダー部を分解して示す斜視図である。 Ａはヘッダー部内の仕切り部材の配置を示す図、Ｂは熱交換管固定パネルと熱交換管の固定を示す断面図である。 ヘッダー部を示す正面図である。 Ａはヘッダー部を示す平面図、Ｂはヘッダー部を示す側面図である。 Ａは図１３のＡの１４Ａ−１４Ａ線断面を示す図、Ｂは図１３のＡの１４Ｂ−１４Ｂ線断面を示す図である。 Ａは図１３のＡの１５Ａ−１５Ａ線断面を示す図、Ｂは図１３のＡの１５Ｂ−１５Ｂ線断面を示す図である。 Ａは熱交換管部のグループ化を示す図、Ｂは熱交換管部とヘッダー部のチャンバーの関係を示す図である。 第３の実施の形態に係る熱交換ユニットを示す図である。 Ａは図１７の１８Ａ−１８Ａ線断面を示す図、Ｂは図１７の１８Ｂ−１８Ｂ線断面を示す図である。 Ａは図１７の１９Ａ−１９Ａ線断面を示す図、Ｂは図１７の１９Ｂ−１９Ｂ線断面を示す図である。 ヘッダー部を分解して示す斜視図である。 Ａは熱交換管部のグループ化を示す図、Ｂは熱交換管部とヘッダー部のチャンバーの関係を示す図である。 第４の実施の形態に係る熱交換ユニットを示す図である。 Ａは図２２の２３Ａ−２３Ａ線断面を示す図、Ｂは図２２の２３Ｂ−２３Ｂ線断面を示す図である。 Ａは図２２の２４Ａ−２４Ａ線断面を示す図、Ｂは図２２の２４Ｂ−２４Ｂ線断面を示す図である。 ヘッダー部を分解して示す斜視図である。 Ａは熱交換管部のグループ化を示す図、Ｂは熱交換管部とヘッダー部のチャンバーの関係を示す図である。 第５の実施の形態に係る熱交換装置を示す図である。 第６の実施の形態に係る給湯システムを示す図である。 給湯システムの制御部を示す図である。 給湯制御の処理手順を示すフローチャートである。 第７の実施の形態に係る熱交換管の製造方法に用いる管を示す図、Ｂは湾曲部の形成工程を示す図である。 第８の実施の形態に係る熱交換装置を示す図である。

〔第１の実施の形態〕
＜熱交換管＞
図１は、第１の実施の形態に係る熱交換管を示している。図１に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
この熱交換管２は被加熱流体としてたとえば、水ＷＲを循環させ、燃焼排気の熱を熱交換するための管路である。この熱交換管２はたとえば、ステンレスなどの耐腐食性金属からなるシームレス管で構成される。

この熱交換管２には折り返し部４および往復管路部６が備えられる。折り返し部４は、熱交換管２の中途部に形成されており、たとえば、半円形の屈曲部である。
往復管路部６は一対の管路部６−１、６−２である。一方の管路部６−１は、熱交換管２の始端部８−１から折り返し部４に至る管路であり、他方の管路部６−２は、折り返し部４から熱交換管２の終端部８−２に至る管路である。各管路部６−１、６−２には一例として直管が用いられているが、屈曲管、コルゲート管などを用いてもよい。

管路部６−１、６−２は並行に配置されており、管路部６−１、６−２の間には間隔１０が設定されている。管路部６−１、６−２の外径（直径）をφとすれば、間隔１０の幅Ｗ１は、直径φの２倍より小さく、直径φより大きく、
φ×２＞Ｗ１＞φ ・・・(1)
の関係である。管路部６−１、６−２の中心間距離をＷ２とすると、この中心間距離Ｗ２を間隔Ｗ１および直径φで表すと、
Ｗ２＝Ｗ１＋φ ・・・(2)
となる。管路部６−１、６−２の各長さをＬ１、折り返し部４の中心長をＬ２とすると、熱交換管２のおおよその流路長Ｌｍは、
Ｌｍ＝Ｌ１×２＋Ｌ２
≒Ｌ１×２＋Ｗ２×π÷２ ・・・(3)
と表すことができる。

図２は、熱交換管２の側面を示している。折り返し部４には偏平部１２が備えられる。この偏平部１２は、折り返し部４の湾曲面と直交方向に管路を圧縮して偏平化させたものである。圧縮幅をΔｔ、偏平部１２の厚みをＤとすると、この厚みＤは、
Ｄ＝φ−Δｔ×２＜φ ・・・(4)
で表すことができる。この式(4) から、圧縮幅Δｔは、
Δｔ＝（φ−Ｄ）÷２ ・・・(5)
である。

＜熱交換管の折り返し部、偏平部および配置＞
図３のＡは図１の ３Ａ− ３Ａ線断面、図３のＢは図１の ３Ｂ− ３Ｂ線断面、図３のＣは図２の ３Ｃ− ３Ｃ線断面を示している。折り返し部４では管路の断面が湾曲面方向に張り出しており、管路部６−１、６−２が円形断面であるのに対し、偏平化により湾曲面方向を長径とする楕円形断面に成形されている。折り返し部４の管路の断面積は管路部６−１、６−２の円形断面と同一の断面積である。
管路部６−１、６−２の内径をｒ、折り返し部４の内側の短径をｒ１、折り返し部４の長径をｒ２とすると、
ｒ１≒ｒ−Δｔ×２ ・・・(6)
ｒ２≒ｒ＋Δｔ×２ ・・・(7)
である。

このような熱交換管２によれば、図４に示すように、複数の熱交換管２を互いに折り返し部４を偏平部１２により重ね合わせて配置することができる。
図５のＡは図４の５Ａ方向から見た熱交換管２を示している。各管路部６−１、６−２の間隔１０内に隣接する管路部６−１または管路部６−２を入り込ませて配置することができる。

図５のＢは図４の５Ｂ−５Ｂ線断面を示している。図５のＢにおいて、熱交換管２の折り返し部４の湾曲面に直交する方向をＸ軸、湾曲面と同方向をＹ軸に取り、隣接する複数の熱交換管２に異なる符号を付して熱交換管２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとする。
隣接する熱交換管２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを偏平部１２の重ね合わせにより配置すると、熱交換管２ｂ、２ｃの管路部６−２、６−２間のＸ軸方向の間隔をＷｘ、熱交換管２ａ、２ｄと、２ｂ、２ｃの管路部６−２、６−２間のＹ軸方向の間隔をＷｙ、熱交換管２ａ、２ｄの管路部６−２と熱交換管２ｂ、２ｃの管路部６−１間のＹ軸方向の間隔をＷｙ’とすると、
Ｗｘ＞Ｗｙ ・・・(8)
Ｗｘ＞Ｗｙ’ ・・・(9)
であり、間隔Ｗｘ、Ｗｙ、Ｗｙ’は共にφより小さく、
Ｗｘ≒φ−２Δｔ＜φ ・・・(10)
Ｗｙ≒（Ｗ１−φ）／２＜φ／２ ・・・(11)
Ｗｙ’≒（Ｗ１−φ）／２＜φ／２ ・・・(12)
Ｗｙ＜Ｗｙ’ ・・・(13)
である。Ｗｙ＝Ｗｙ’でもよいが、Ｗｙ’側には後述の熱交換管２のグループ化のための仕切りを設置するため、Ｗｙ’は、Ｗｙより大きく設定してよい。

＜熱交換機能＞
このように配置された複数の熱交換管２に水ＷＲを流すとともに、図６に示すように、管路部６−１、６−２と交差方向に燃焼排気ＥＧを流せば、燃焼排気ＥＧの熱を水ＷＲに熱交換し、水ＷＲを温水ＨＷＲに加熱することができる。
図７は、図６の７ｘ−７ｘ線断面を示している。各管路部６−１、６−２の管面部には燃焼排気ＥＧを絡ませることができる。
なお、燃焼排気ＥＧは、図６とは逆方向（管路部６−１側に先）に流してもよい。

＜第１の実施の形態の効果＞
この第１の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) 図４に示すように、偏平部１２を密着させれば、隣接する熱交換管２の各往復管路部６の間隔１０内に他の熱交換管２の管路部６−１、６−２を入り込ませて配置でき、熱交換管２の各管路部６−１、６−２を密集化することができる。
(2) 複数の熱交換管２を備える熱交換ユニットのコンパクト化を図ることができる。
(3) 各熱交換管２の各管路部６−１、６−２に燃焼排気ＥＧを絡ませることができ、燃焼排気ＥＧの熱を水ＷＲなどの被加熱流体に効率よく熱交換することができ、燃焼排気ＥＧの熱交換効率を高めることができる。

〔第２の実施の形態〕
＜熱交換ユニットおよび熱交換動作＞
図８は、第２の実施の形態に係る熱交換ユニットの概要を示している。図９のＡは、図８の９Ａ−９Ａ線断面を示している。図９のＢは、図８の９Ｂ−９Ｂ線断面を示している。図８および図９に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
この熱交換ユニット１４にはヘッダー部１６および熱交換管部１８が備えられる。熱交換管部１８には第１の熱交換管グループ１８−１、第２の熱交換管グループ１８−２、第３の熱交換管グループ１８−３および第４の熱交換管グループ１８−４が備えられる。

ヘッダー部１６は上下方向および左右方向に設置した格子状の複数の仕切り壁２０によって複数のチャンバーに仕切られている。各チャンバーについて、第１のチャンバーの一例である入側チャンバー２２−１、第２のチャンバーの一例である通過チャンバー２２−２１、２２−２２、第３のチャンバーの一例である折り返しチャンバー２２−３、第４のチャンバーの一例である出側チャンバー２２−４が備えられる。入側チャンバー２２−１には水ＷＲが導入される。通過チャンバー２２−２１、２２−２２は流れ方向に水ＷＲを通過させる。折り返しチャンバー２２−３は通過チャンバー２２−２１から通過チャンバー２２−２２に水ＷＲの流れを折り返させる。出側チャンバー２２−４は通過チャンバー２２−２２からの水ＷＲを外部に導出させる。

入側チャンバー２２−１には入側ポート２４、出側チャンバー２２−４には出側ポート２６が備えられる。入側チャンバー２２−１と通過チャンバー２２−２１の間には第１の熱交換管グループ１８−１が接続され、通過チャンバー２２−２１と折り返しチャンバー２２−３の間には第２の熱交換管グループ１８−２が接続されている。同様に、折り返しチャンバー２２−３と通過チャンバー２２−２２の間には第３の熱交換管グループ１８−３が接続され、通過チャンバー２２−２２と出側チャンバー２２−４の間には第４の熱交換管グループ１８−４が接続されている。

これにより、入側ポート２４から入側チャンバー２２−１に導入された水ＷＲは図９のＡの矢印で示すように、入側チャンバー２２−１から熱交換管グループ１８−１および通過チャンバー２２−２１を経て折り返しチャンバー２２−３に導かれる。
折り返しチャンバー２２−３に到達した水ＷＲは図９のＢに矢印で示すように、熱交換管グループ１８−３および通過チャンバー２２−２を経て出側チャンバー２２−４に導かれ、出側ポート２６に至る。水ＷＲはヘッダー１４および熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４に流れて燃焼排気ＥＧの熱と熱交換される。この熱交換によって水ＷＲが温水化され、温水ＨＷＲが出側ポート２６より導出される。

＜第２の実施の形態に係る熱交換ユニット１４＞
図１０は、構成部品に分解した熱交換ユニット１４を示している。図１０に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
熱交換管部１８の各熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４には１２本の熱交換管２（図１）が備えられ、合計４８本の熱交換管２が含まれる。熱交換管２の設置数は任意であり、これらの数値に本発明が限定されるものではない。

＜第２の実施の形態に係るヘッダー部１６＞
ヘッダー部１６には熱交換管取付けパネル２８、背面パネル３０および仕切り部材３２−１、３２−２が備えられる。
熱交換管取付けパネル２８はヘッダー部１６の前面および上下面を囲い込む断面Ｃ字形状のパネル部材である。この熱交換管取付けパネル２８には平坦な固定パネル部３４が備えられ、この固定パネル部３４の上縁側にトップパネル部３６、固定パネル部３４の下縁側にボトムパネル部３８が備えられる。固定パネル部３４には熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４の各熱交換管２の取り付けに必要な複数の取付け孔４０が備えられる。
背面パネル３０はヘッダー部１６の背面および左右側面面を囲い込む断面Ｃ字形状のパネル部材である。この背面パネル３０には、ポート固定パネル部４２が備えられる。熱交換管取付けパネル２８に向かって、ポート固定パネル部４２の左縁側にはサイドパネル部４４が備えられる。熱交換管取付けパネル２８に向かって、ポート固定パネル部４２の右縁側にはサイドパネル部４６が備えられる。

仕切り部材３２−１には、背面パネル３０のポート固定パネル部４２に固定される固定部４８が備えられ、この固定部４８の上縁側にトップ側仕切り壁５０、固定部４８の下縁側にボトム側仕切り壁５２が備えられる。ボトム側仕切り壁５２はトップ側仕切り壁５０と異なり、屈曲した断面形状である。
仕切り部材３２−２には左右仕切り壁５４および固定部５６、５８が備えられる。左右仕切り壁５４は、仕切り部材３２−１の中央部に設置されて仕切り部材３２−１内の空間を左右に分断する。固定部５６はたとえば、固定ねじにより仕切り部材３２−１に固定され、固定部５８はたとえば、固定ねじにより背面パネル３０のポート固定パネル部４２に固定される。

背面パネル３０のポート固定パネル部４２には、入側チャンバー２２−１を開放する入側ポート２４、出側チャンバー２２−４を開放する出側ポート２６が形成されている。入側ポート２４には管固定部６０が設置され、出側ポート２６には管固定部６２が設置されている。入側ポート２４には給水管６４が挿入され、給水管６４に備えたフランジ部６６が管固定部６０に固定ねじ６８で固定される。出側ポート２６には出水管７０が挿入され、出水管７０に備えたフランジ部６６が管固定部６２に固定ねじ６８で固定される。

図１１のＡは背面パネル３０を外したヘッダー部１６の内部を示している。ヘッダー部１６には熱交換管取付けパネル２８および背面パネル３０により空間部が形成されるが、この空間部は仕切り部材３２−１、３２−２を以て、入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、２２−２２、折り返しチャンバー２２−３、出側チャンバー２２−４に区画される。
図１１のＢは、熱交換管取付けパネル２８の固定パネル部３４と熱交換管２の固定断面を示している。固定パネル部３４の各取付け孔４０には熱交換管２が挿入され、この熱交換管２の端部を僅かに突出させて維持する。この熱交換管２の縁部と固定パネル部３４が溶接７２により固定される。
したがって、熱交換ユニット１４は図１０に示す構成部品により、図１２および図１３に示すように組み立てられる。図１２はヘッダー部１６から見た熱交換ユニット１４を示している。図１３のＡは、図１２の１３Ａ方向から見た熱交換ユニット１４を示している。図１３のＢは、図１２の１３Ｂ方向から見た熱交換ユニット１４を示している。
ヘッダー部１６の仕切り部材３２−２の右側には図１４のＡおよびＢに示すように、入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、折り返しチャンバー２２−３が形成される。
ヘッダー部１６の仕切り部材３２−２の左側には図１５のＡおよびＢに示すように、出側ポート２６を中心に折り返しチャンバー２２−３、通過チャンバー２２−２２、出側チャンバー２２−４が形成される。

＜熱交換管部１８と各チャンバー２２−１、２２−２１、２２−２２、２２−３、２２−４の関係＞
熱交換管部１８には図１６のＡに示すように、熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４が備えられる。これに対し、ヘッダー部１６には図１６のＢに示すように、入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、２２−２２、折り返しチャンバー２２−３、出側チャンバー２２−４が備えられる。
入側チャンバー２２−１は、熱交換管グループ１８−１により通過チャンバー２２−２１に接続されている。通過チャンバー２２−２１は熱交換管グループ１８−２により折り返しチャンバー２２−３に接続されている。折り返しチャンバー２２−３は、熱交換管グループ１８−３により通過チャンバー２２−２２に接続されている。通過チャンバー２２−２２は熱交換管グループ１８−４により出側チャンバー２２−４に接続されている。

この熱交換ユニット１４には、入側ポート２４と出側ポート２６の間に、入側チャンバー２２−１、熱交換管グループ１８−１、通過チャンバー２２−２１、熱交換管グループ１８−２、折り返しチャンバー２２−３、熱交換管グループ１８−３、通過チャンバー２２−２２、熱交換管グループ１８−４および出側チャンバー２２−４に至る循環路が形成されている（図１０〜図１６）。つまり、入側ポート２４に入る水ＷＲは、この循環路を経て燃焼排気ＥＧの熱で加熱された後、出側ポート２６から取り出される。
この水ＷＲの循環において、各チャンバー２２−１、２２−２１、２２−２２、２２−３、２２−４の間は、仕切り部材３２−１、仕切り部材３２−２で分離されて独立しているので、これらチャンバー間で直接に水ＷＲの交わりが生じることはない。したがって、入側ポート２４に導入された水ＷＲは熱交換によって昇温を繰り返しながら、熱交換前の水ＷＲと交わることなく出側ポート２６に到達させることができる。

＜第２の実施の形態の効果＞
この第２の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) 入側ポート２４に導入した水ＷＲなどの被加熱流体は、熱交換後の被加熱流体と交わることなく、複数の熱交換管２を用いて各チャンバー２２−１、２２−２１、２２−２２、２２−３、２２−４に移動し、各熱交換管２での熱交換により段階的に昇温させることができる。これにより各チャンバー２２−１、２２−２１、２２−２２、２２−３、２２−４に流れる被加熱流体には温度勾配が形成される。
(2) 被加熱流体の流動は一方向的であるので、流体抵抗は主として熱交換管２のみであり、被加熱流体の流動性が高く、効率的な熱交換を実現できる。
(3) 各熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４はそれぞれ複数の熱交換管２、この実施の形態では１２本の熱交換管２に分流させて燃焼排気ＥＧとの熱交換を行うので、熱交換効率を高めることができる。
(4) ヘッダー部１６は単純な仕切り部材３２−１、３２−２を以て複数のチャンバーに区分されており、この実施の形態では、チャンバー内による流体抵抗の増加を低減している。

＜ヘッダー部１６の流路機能＞
熱交換ユニット１４では水ＷＲが分散および合流を繰り返して燃焼排気ＥＧとの熱交換が行われる。これにより、水ＷＲには均一な温度上昇が生じる。ヘッダー部１６には複数のチャンバー２２−１、２２−２１、２２−２２、２２−３、２２−４が備えられ、各チャンバー２２−１、２２−２１、２２−２２、２２−３、２２−４は水ＷＲの流路を形成している。各チャンバー２２−１、２２−２１、２２−２２、２２−３、２２−４は仕切り部材３２−１、３２−２によって仕切られているが、隣り合ったチャンバー間には仕切り部材３２−１、３２−２によって僅かな隙間が形成されている。この隙間は、水ＷＲの主たる流路に対してバイパス路を形成する。つまり、この隙間によって形成されるバイパス路は水ＷＲの主たる流路より水ＷＲの流体抵抗が大きい通路であり、水ＷＲの通過が可能である。これにより、ウォーターハンマーを抑制する機能が得られる。

〔第３の実施の形態〕
図１７は、第３の実施の形態に係る熱交換ユニットの概要を示している。図１８のＡは、図１７の１８Ａ−１８Ａ線断面、図１８のＢは、図１７の１８Ｂ−１８Ｂ線断面を示している。図１９のＡは、図１７の１９Ａ−１９Ａ線断面、図１９のＢは、図１７の１９Ｂ−１９Ｂ線断面を示している。図１７ないし図１９に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図１７ないし図１９において、第２の実施の形態に係る熱交換ユニット１４と同一部分には同一符号を付してある。
この第３の実施の形態に係る熱交換ユニット１４の熱交換管部１８には第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９および第１０の熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４、１８−５、１８−６、１８−７、１８−８、１８−９、１８−１０が備えられる。

第２の実施の形態ではヘッダー部１６には５室のチャンバーが備えられているのに対し、この第３の実施の形態のヘッダー部１６には１１室のチャンバーが備えられている。つまり、ヘッダー部１６には入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、２２−２２、２２−２３、２２−２４、２２−２５、折り返しチャンバー２２−３１、２２−３２、２２−３３、２２−３４、出側チャンバー２２−４が備えられる。
入側チャンバー２２−１には入側ポート２４、出側チャンバー２２−４には出側ポート２６が備えられ、第２の実施の形態と異なり、入側ポート２４および出側ポート２６が対角線上に配置されている。

入側チャンバー２２−１と通過チャンバー２２−２１の間には熱交換管グループ１８−１が接続され、通過チャンバー２２−２１と折り返しチャンバー２２−３１の間には熱交換管グループ１８−２が接続されている。
折り返しチャンバー２２−３１と通過チャンバー２２−２２の間には熱交換管グループ１８−３が接続され、通過チャンバー２２−２２と折り返しチャンバー２２−３２の間には熱交換管グループ１８−４が接続されている。
折り返しチャンバー２２−３２と通過チャンバー２２−２３の間には熱交換管グループ１８−５が接続され、通過チャンバー２２−２３と折り返しチャンバー２２−３３の間には熱交換管グループ１８−６が接続されている。
折り返しチャンバー２２−３３と通過チャンバー２２−２４の間には熱交換管グループ１８−７が接続され、通過チャンバー２２−２４と折り返しチャンバー２２−３４の間には熱交換管グループ１８−８が接続されている。
折り返しチャンバー２２−３４と通過チャンバー２２−２５の間には熱交換管グループ１８−９が接続され、通過チャンバー２２−２５と出側チャンバー２２−４間には熱交換管グループ１８−１０が接続されている。
これにより、入側ポート２４から入側チャンバー２２−１に導入された水ＷＲは図１８のＡの矢印で示すように、入側チャンバー２２−１から熱交換管グループ１８−１、通過チャンバー２２−２１および熱交換管グループ１８−２を経て折り返しチャンバー２２−３１に導かれる。

折り返しチャンバー２２−３１に到達した水ＷＲは図１８のＢに矢印で示すように、熱交換管グループ１８−３、通過チャンバー２２−２２および熱交換管グループ１８−４を経て折り返しチャンバー２２−３２に導かれる。
折り返しチャンバー２２−３２に到達した水ＷＲは図１９のＡに矢印で示すように、熱交換管グループ１８−５、通過チャンバー２２−２３および熱交換管グループ１８−６を経て折り返しチャンバー２２−３３に導かれる。
折り返しチャンバー２２−３３に到達した水ＷＲは既述した図１８のＢに矢印で示すように、熱交換管グループ１８−７、通過チャンバー２２−２４および熱交換管グループ１８−８を経て折り返しチャンバー２２−３４に導かれる。
折り返しチャンバー２２−３４に到達した水ＷＲは図１９のＢの矢印で示すように、折り返しチャンバー２２−３４から熱交換管グループ１８−９、通過チャンバー２２−２５および熱交換管グループ１８−１０を経て出側チャンバー２２−４に導かれ、出側ポート２６に至る。水ＷＲはヘッダー１４および熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４、１８−５、１８−６、１８−７、１８−８、１８−９、１８−１０に流れて燃焼排気ＥＧの熱と熱交換される。この熱交換によって水ＷＲが温水化され、温水ＨＷＲが出側ポート２６より導出される。

＜第３の実施の形態に係る熱交換ユニット１４＞
図２０は、構成部品に分解した熱交換ユニット１４を示している。図２０に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図２０において、図１０と同一部分には同一符号を付してある。
熱交換管部１８の各熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４、１８−５、１８−６、１８−７、１８−８、１８−９、１８−１０にはそれぞれ４本または５本の熱交換管２（図１）が備えられ、合計４８本の熱交換管２が含まれる。熱交換管２の設置数は任意であり、これらの数値に本発明が限定されるものではない。

＜第３の実施の形態に係るヘッダー部１６＞
ヘッダー部１６には熱交換管取付けパネル２８、背面パネル３０および仕切り部材３２−１、３２−２、３２−３、３２−４が備えられる。
熱交換管取付けパネル２８はヘッダー部１６の前面および上下面を囲い込む断面Ｃ字形状のパネル部材であり、第２の実施の形態とほぼ同一であるのでその説明を割愛する。
背面パネル３０はヘッダー部１６の背面および左右側面面を囲い込む断面Ｃ字形状のパネル部材であり、第２の実施の形態と共通部分に同一符号を付しその説明を割愛する。

各仕切り部材３２−２、３２−３、３２−４には左右仕切り壁５４および固定部５６、５８が備えられ、各部の構成は第２の実施の形態と同様である。
そして、この実施の形態ではヘッダー部１６の空間部が仕切り部材３２−１、３２−２、３２−３、３２−４、３２−５を以て、入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、２２−２２、２２−２３、２２−２４、２２−２５、折り返しチャンバー２２−３１、２２−３２、２２−３３、２２−３４、出側チャンバー２２−４に区画される。

この実施の形態では、背面パネル３０のポート固定パネル部４２には対角線上に入側チャンバー２２−１を開放する入側ポート２４、出側チャンバー２２−４を開放する出側ポート２６が形成されている。

＜熱交換管部１８と各チャンバー２２−１、２２−２１、２２−２２、２２−２３、２２−２４、２２−２５、２２−３１、２２−３２、２２−３３、２２−３４、２２−４の関係＞
熱交換管部１８には図２１のＡに示すように、熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４、１８−５、１８−６、１８−７、１８−８、１８−９、１８−１０が備えられる。これに対し、ヘッダー部１６には図２１のＢに示すように、入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、２２−２２、２２−２３、２２−２４、２２−２５、折り返しチャンバー２２−３１、２２−３２、２２−３３、２２−３４、出側チャンバー２２−４が備えられる。
入側チャンバー２２−１は、熱交換管グループ１８−１により通過チャンバー２２−２１に接続されている。
通過チャンバー２２−２１は熱交換管グループ１８−２により折り返しチャンバー２２−３１に接続されている。
折り返しチャンバー２２−３１は、熱交換管グループ１８−３により通過チャンバー２２−２２に接続されている。
通過チャンバー２２−２２は熱交換管グループ１８−４により折り返しチャンバー２２−３２に接続されている。
折り返しチャンバー２２−３２は、熱交換管グループ１８−５により通過チャンバー２２−２３に接続されている。
通過チャンバー２２−２３は熱交換管グループ１８−６により折り返しチャンバー２２−３３に接続されている。
折り返しチャンバー２２−３３は、熱交換管グループ１８−７により通過チャンバー２２−２４に接続されている。
通過チャンバー２２−２４は熱交換管グループ１８−８により折り返しチャンバー２２−３４に接続されている。
折り返しチャンバー２２−３４は、熱交換管グループ１８−９により通過チャンバー２２−２５に接続されている。
通過チャンバー２２−２５は熱交換管グループ１８−１０により出側チャンバー２２−４に接続されている。

したがって、この実施の形態では、熱交換ユニット１４の入側ポート２４と出側ポート２６の間に、入側チャンバー２２−１、熱交換管グループ１８−１、通過チャンバー２２−２１、熱交換管グループ１８−２、折り返しチャンバー２２−３１、熱交換管グループ１８−３、通過チャンバー２２−２２、熱交換管グループ１８−４、折り返しチャンバー２２−３２、熱交換管グループ１８−５、通過チャンバー２２−２３、熱交換管グループ１８−６、折り返しチャンバー２２−３３、熱交換管グループ１８−７、通過チャンバー２２−２４、熱交換管グループ１８−８、折り返しチャンバー２２−３４、熱交換管グループ１８−９、通過チャンバー２２−２５および熱交換管グループ１８−１０を経て出側チャンバー２２−４に至る循環路が形成されている（図１７〜図２１）。
この水ＷＲの循環において、入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、２２−２２、２２−２３、２２−２４、２２−２５、折り返しチャンバー２２−３１、２２−３２、２２−３３、２２−３４、出側チャンバー２２−４の各チャンバー間は、仕切り部材３２−１、３２−２、３２−３、３２−４、３２−５で分離されて独立しているので、これらチャンバー間で直接に水ＷＲの交わりが生じることはない。したがって、入側ポート２４に導入された水ＷＲは熱交換によって昇温を繰り返しながら、熱交換前の水ＷＲと交わることなく出側ポート２６に到達させることができる。なお、ヘッダー部１６の流路機能は第２の実施の形態と同様であるので説明を割愛する。

＜第３の実施の形態の効果＞
この第３の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) 第３の実施の形態においても、第２の実施の形態と同様の効果が得られる。
(2) 第３の実施の形態の熱交換管部１８では、第２の実施の形態に備えた同数の熱交換管２を熱交換管グループ１８−１〜１８−１０に区分してチャンバー２２−１、２２−２１〜２２−２５、２２−３１〜２２−３４および２２−４に区分し、５本または４本の熱交換管２を単位として水ＷＲを循環させているので、各熱交換管２を通流する水ＷＲの流速を高めることができ、燃焼排気ＥＧの熱交換率を高めることができる。
(3) ヘッダー部１６は単純な仕切り部材３２−１、３２−２、３２−３、３２−４、３２−５を以て複数のチャンバーに区分されており、この例では、チャンバー内による流体抵抗の増加を低減している。

〔第４の実施の形態〕
図２２は、第４の実施の形態に係る熱交換ユニットの概要を示している。図２３のＡは、図２２の２３Ａ−２３Ａ線断面、図２３のＢは、図２２の２３Ｂ−２３Ｂ線断面を示している。図２４のＡは、図２２の２４Ａ−２４Ａ線断面、図２４のＢは、図２２の２４Ｂ−２４Ｂ線断面を示している。図２２ないし図２４に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図２２ないし図２４において、第２および第３の実施の形態に係る熱交換ユニット１４と同一部分には同一符号を付してある。

この第４の実施の形態のヘッダー部１６には９室のチャンバーが備えられ、入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、２２−２２、２２−２３、２２−２４、折り返しチャンバー２２−３１、２２−３２、２２−３３、出側チャンバー２２−４が備えられる。熱交換管部１８には第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７および第８の熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４、１８−５、１８−６、１８−７、１８−８が備えられる。

入側チャンバー２２−１には入側ポート２４、出側チャンバー２２−４には出側ポート２６が備えられ、第２の実施の形態と同様に配置されている。
入側チャンバー２２−１と通過チャンバー２２−２１の間には熱交換管グループ１８−１が接続され、通過チャンバー２２−２１と折り返しチャンバー２２−３１の間には熱交換管グループ１８−２が接続されている。
折り返しチャンバー２２−３１と通過チャンバー２２−２２の間には熱交換管グループ１８−３が接続され、通過チャンバー２２−２２と折り返しチャンバー２２−３２の間には熱交換管グループ１８−４が接続されている。
折り返しチャンバー２２−３２と通過チャンバー２２−２３の間には熱交換管グループ１８−５が接続され、通過チャンバー２２−２３と折り返しチャンバー２２−３３の間には熱交換管グループ１８−６が接続されている。
折り返しチャンバー２２−３３と通過チャンバー２２−２４の間には熱交換管グループ１８−７が接続されている。
通過チャンバー２２−２４と出側チャンバー２２−４の間には熱交換管グループ１８−８が接続されている。
これにより、入側ポート２４から入側チャンバー２２−１に導入された水ＷＲは図２３のＡの矢印で示すように、入側チャンバー２２−１から熱交換管グループ１８−１、通過チャンバー２２−２１および熱交換管グループ１８−２を経て折り返しチャンバー２２−３１に導かれる。
折り返しチャンバー２２−３１に到達した水ＷＲは図２３のＢに矢印で示すように、熱交換管グループ１８−３、通過チャンバー２２−２２および熱交換管グループ１８−４を経て折り返しチャンバー２２−３２に導かれる。
折り返しチャンバー２２−３２に到達した水ＷＲは図２４のＡに矢印で示すように、熱交換管グループ１８−５、通過チャンバー２２−２３および熱交換管グループ１８−６を経て折り返しチャンバー２２−３３に導かれる。
折り返しチャンバー２２−３３に到達した水ＷＲは既述した図２４のＢに矢印で示すように、熱交換管グループ１８−７、通過チャンバー２２−２４および熱交換管グループ１８−８を経て出側チャンバー２２−４に導かれ、出側ポート２６に至る。水ＷＲはヘッダー部１６および熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４、１８−５、１８−６、１８−７、１８−８に流れて燃焼排気ＥＧの熱と熱交換される。この熱交換によって水ＷＲが温水化され、温水ＨＷＲが出側ポート２６より導出される。

＜第４の実施の形態に係る熱交換ユニット１４＞
図２５は、構成部品に分解した熱交換ユニット１４を示している。図２５に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図２５において、図１０と同一部分には同一符号を付してある。
熱交換管部１８の各熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４、１８−５、１８−６、１８−７、１８−８にはそれぞれ６本の熱交換管２（図１）が備えられ、合計４８本の熱交換管２が含まれる。熱交換管２の設置数は任意であり、これらの数値に本発明が限定されるものではない。

＜第４の実施の形態に係るヘッダー部１６＞
ヘッダー部１６には熱交換管取付けパネル２８、背面パネル３０および仕切り部材３２−１、３２−２、３２−３、３２−４が備えられる。
熱交換管取付けパネル２８はヘッダー部１６の前面および上下面を囲い込む断面Ｃ字形状のパネル部材であり、第２の実施の形態とほぼ同一であるのでその説明を割愛する。
背面パネル３０はヘッダー部１６の背面および左右側面面を囲い込む断面Ｃ字形状のパネル部材であり、第２の実施の形態と共通部分に同一符号を付しその説明を割愛する。

各仕切り部材３２−２、３２−３、３２−４には左右仕切り壁５４および固定部５６、５８が備えられ、各部の構成は第２の実施の形態と同様である。
そして、この実施の形態ではヘッダー部１６の空間部が仕切り部材３２−１、３２−２、３２−３、３２−４を以て、入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、２２−２２、２２−２３、２２−２４、折り返しチャンバー２２−３１、２２−３２、２２−３３、出側チャンバー２２−４に区画される。
この実施の形態では、背面パネル３０のポート固定パネル部４２には入側チャンバー２２−１を開放する入側ポート２４、出側チャンバー２２−４を開放する出側ポート２６が形成されている。

＜熱交換管部１８と入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、２２−２２、２２−２３、２２−２４、折り返しチャンバー２２−３１、２２−３２、２２−３３、出側チャンバー２２−４の関係＞
熱交換管部１８には図２６のＡに示すように、熱交換管グループ１８−１、１８−２、１８−３、１８−４、１８−５、１８−６、１８−７、１８−８が備えられる。これに対し、ヘッダー部１６には図２６のＢに示すように、入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、２２−２２、２２−２３、２２−２４、折り返しチャンバー２２−３１、２２−３２、２２−３３、出側チャンバー２２−４が備えられる。
入側チャンバー２２−１は、熱交換管グループ１８−１により通過チャンバー２２−２１に接続されている。
通過チャンバー２２−２１は熱交換管グループ１８−２により折り返しチャンバー２２−３１に接続されている。
折り返しチャンバー２２−３１は、熱交換管グループ１８−３により通過チャンバー２２−２２に接続されている。
通過チャンバー２２−２２は熱交換管グループ１８−４により折り返しチャンバー２２−３２に接続されている。
折り返しチャンバー２２−３２は、熱交換管グループ１８−５により通過チャンバー２２−２３に接続されている。
通過チャンバー２２−２３は熱交換管グループ１８−６により折り返しチャンバー２２−３３に接続されている。
折り返しチャンバー２２−３３は、熱交換管グループ１８−７により通過チャンバー２２−２４に接続されている。
通過チャンバー２２−２４は、熱交換管グループ１８−８により出側チャンバー２２−４に接続されている。

したがって、この実施の形態では、熱交換ユニット１４の入側ポート２４と出側ポート２６の間に、入側チャンバー２２−１、熱交換管グループ１８−１、通過チャンバー２２−２１、熱交換管グループ１８−２、折り返しチャンバー２２−３１、熱交換管グループ１８−３、通過チャンバー２２−２２、熱交換管グループ１８−４、折り返しチャンバー２２−３２、熱交換管グループ１８−５、通過チャンバー２２−２３、熱交換管グループ１８−６、折り返しチャンバー２２−３３、熱交換管グループ１８−７、通過チャンバー２２−２４および熱交換管グループ１８−８を経て出側チャンバー２２−４に至る循環路が形成されている（図２２〜図２６）。
この水ＷＲの循環において、各入側チャンバー２２−１、通過チャンバー２２−２１、２２−２２、２２−２３、２２−２４、折り返しチャンバー２２−３１、２２−３２、２２−３３、出側チャンバー２２−４の各チャンバー間は、仕切り部材３２−１、３２−２、３２−３、３２−４で分離されて独立しているので、これらチャンバー間で直接に水ＷＲの交わりが生じることはない。したがって、入側ポート２４に導入された水ＷＲは熱交換によって昇温を繰り返しながら、熱交換前の水ＷＲと交わることなく出側ポート２６に到達させることができる。なお、ヘッダー部１６の流路機能は第２の実施の形態と同様であるので説明を割愛する。

＜第４の実施の形態の効果＞
この第４の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) 第４の実施の形態においても、第２の実施の形態と同様の効果が得られる。
(2) 第４の実施の形態の熱交換管部１８では、第２の実施の形態に備えた同数の熱交換管２を熱交換管グループ１８−１〜１８−８に区分してチャンバー２２−１、２２−２１〜２２−２４、２２−３１〜２２−３３および２２−４に区分し、６本の熱交換管２を単位として水ＷＲを循環させているので、第３の実施の形態より区分数を少なくしていながら第２の実施の形態より各熱交換管２を通流する水ＷＲの流速を高めることができ、燃焼排気ＥＧの熱交換率を高めることができる。
(3) ヘッダー部１６は第３の実施の形態より少ない仕切り部材３２−１、３２−２、３２−３、３２−４を以て複数のチャンバーに区分されており、この例では、チャンバー内による流体抵抗の増加を低減させることができる。

＜チャンバーと熱交換管２の関係＞
熱交換ユニット１４に設置される熱交換管２の口径を同一とすれば、熱交換管グループを構成する熱交換管の構成本数の違いが熱交換管を流れる水ＷＲの流速に反映する。各実施の形態における構成本数は１２本（図１０）、最小４本（図２０）、６本（図２５）である。計算上、図１０の熱交換ユニット１４において、１本当たりの流速を“１” とすれば、図２０の熱交換ユニット１４では“３”、図２５に示す熱交換ユニット１４では“２”となる。実際にはチャンバー間にある隙間は無視できない。水ＷＲ＝２４〔リットル／分〕で流した場合、流速〔ｍ／ｓ〕を対比すると、０．２：１．１：０．８である。ここで、レイノルズ数を考慮して、水流が乱流となるには、０．７〔ｍ／ｓ〕以上が必要であり、これ以下では層流となる。層流では燃焼排気ＥＧとの熱交換は熱交換管２の管壁側の水流に限定されてしまい、熱交換管２に流れる全ての水ＷＲに燃焼排気ＥＧを触れさせることができないため、熱交換効率が低下する。
図２０および図２５に示す熱交換ユニット１４では、０．７〔ｍ／ｓ〕以上の流速によって水ＷＲが乱流となり、高い熱交換効率が得られる。流速の値が１．１〔ｍ／ｓ〕、０．８〔ｍ／ｓ〕程度の違いでは熱交換率ないし熱交換効率への影響は少なく、むしろ燃焼排気ＥＧの流路または流れが影響する。

〔第５の実施の形態〕
＜熱交換装置７４＞
図２７は、第５の実施の形態に係る熱交換装置を示している。図２７に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
この熱交換装置７４には既述の熱交換ユニット１４が二次熱交換器として用いられている。この熱交換装置７４には、混合ユニット７６、燃焼筐体７８および排気ユニット８０が備えられる。
混合ユニット７６には給気ファン８２およびベンチュリー部８４が備えられる。ベンチュリー部８４には燃料ガスＧおよび空気Ａｉｒが供給され、ベンチュリー機能により燃料ガスＧおよび空気Ａｉｒが混合され、混合気ＧＭが形成される。給気ファン８２の回転および空気調整バルブ８６の開度により、ベンチュリー部８４に流れる給気量が調整される。この給気量に応じて、つまり、燃料ガスＧがガス調整バルブ８７の開度に応じてベンチュリー部８４に導入される。

燃焼筐体７８にはメタルニットバーナー８８、一次熱交換器９０および二次熱交換器９２が備えられる。メタルニットバーナー８８は燃焼面にメタルニット９４を備える燃焼手段の一例である。混合気ＧＭはメタルニットバーナー８８の背面から燃焼面に向かって流れ、メタルニット９４の表面に火炎９６が生じ、燃焼排気ＥＧが生成される。
一次熱交換器９０は燃焼排気ＥＧの流れに対して上流側に配置され、燃焼排気ＥＧの主として顕熱を水ＷＲに熱交換する。
二次熱交換器９２は、燃焼排気ＥＧの流れに対して一次熱交換器９０より下流側に配置され、熱交換後の燃焼排気ＥＧの主として潜熱を水ＷＲに熱交換する。

二次熱交換器９２を通過した燃焼排気ＥＧは排気ユニット８０を通して外気に放出される。この二次熱交換器９２には既述の熱交換ユニット１４が用いられ、図８ないし図１６と同一部分には同一符号を付し、その説明を割愛する。
この排気ユニット８０には、二次熱交換器９２の下側にドレン受け９８が備えられる。二次熱交換器９２に生じたドレンＤはドレン受け９８に溜められ、ドレンポート１００から外部に排出される。
水ＷＲは、給水管６４から熱交換ユニット１４の入側ポート２４に導かれる。出側ポート２６には一次熱交換器９０が出水管７０により接続されている。この出水管７０は水ＷＲを通過させる管路の一例である。熱交換ユニット１４で熱交換後の水ＷＲは、この出水管７０により一次熱交換器９０に導入される。つまり、水ＷＲは熱交換ユニット１４で加熱された後、再び一次熱交換器９０で燃焼排気ＥＧの熱で加熱される。
この例では、二次熱交換器９２に熱交換ユニット１４を用いているが、この熱交換ユニット１４を一次熱交換器９０に用いてもよい。

＜第５の実施の形態の効果＞
この第５の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) この熱交換装置７４には既述の熱交換管２を用いているので、単位体積当たりの熱交換管２の密集度を高めることができる。
(2) 熱交換管２の密集度を高めたことにより、熱交換効率の向上を図ることができるとともに、熱交換装置７４の熱交換ユニット１４が占める体積を削減でき、熱交換装置７４のコンパクト化および小型化を図ることができる。

〔第６の実施の形態〕
＜給湯システム＞
図２８は、第６の実施の形態に係る給湯システムを示している。図２８に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
この給湯システム１０２には既述の熱交換装置７４が備えられる。図２７と同一部分には同一符号を付し、その説明を割愛する。
給水管６４にはたとえば、水道から水ＷＲが供給される。この給水管６４には温度センサー１０４、流水センサー１０６および給水バルブ１０８が備えられる。温度センサー１０４は、水ＷＲの温度を検出する。流水センサー１０６は給水管６４に入る流水を検出する。給水バルブ１０８は給水量の調整に用いられる。

一次熱交換器９０の出側には出湯管１１０が接続されている。この出湯管１１０および給水管６４の間はバイパス管１１２で接続される。出湯管１１０には温度センサー１１４、混合温センサー１１６が備えられる。温度センサー１１４は、一次熱交換器９０の出側の温水温度を検出する。混合温センサー１１６は、温水ＨＷＲと水ＷＲの混合温度を検出する。バイパス管１１２にはバイパスバルブ１１８が備えられる。このバイパスバルブ１１８は、開度調整により、温水ＨＷＲに対する水ＷＲの混合量の調整に用いられる。
混合ユニット７６にはガス供給管１２０が接続され、このガス供給管１２０により燃料ガスＧが供給される。ガス供給管１２０にはガスバルブ１２２が備えられる。このガスバルブ１２２は、ガス供給管１２０から混合ユニット７６に流れる燃料ガス量の調整に用いられる。

＜制御部＞
図２９は、給湯システム１０２の給湯制御部１２４を示している。給湯制御部１２４の給湯制御機能はコンピュータによって実現される。従って、この給湯制御部１２４にはプロセッサ１２６、メモリ部１２８および入出力部（Ｉ／Ｏ）１３０が備えられる。
プロセッサ１２６はメモリ部１２８に格納されているＯＳ（Operating System）や各種制御プログラムを実行する。メモリ部１２８は、ＯＳ、制御プログラムおよび各種制御データを格納する。このメモリ部１２８にはＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random-Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ）などの記録媒体が用いられ、ハードディスク装置や半導体メモリが用いられる。ＲＡＭは給湯制御、演算などのワークエリアを構成する。

Ｉ／Ｏ１３０はデータの入出力に用いられる。このＩ／Ｏ１３０には空気調整バルブ８６、ガス調整バルブ８７、温度センサー１０４、流水センサー１０６、給水バルブ１０８、温度センサー１１４、混合温センサー１１６、バイパスバルブ１１８、ガスバルブ１２２が接続されている。これらセンサーからの検出信号がプロセッサ１２６の制御によりＩ／Ｏ１３０に取り込まれ、プロセッサ１２６で得られる制御出力がＩ／Ｏ１３０から給水バルブ１０８などの制御機能部に出力される。給気ファンモーター１３２は、既述の給気ファン８２を回転させる。

＜給湯動作＞
図３０は、給湯システム１０２の給湯制御の処理手順を示している。この処理手順は給湯システム１０２の制御機能の一例であり、斯かる機能に本発明が限定されるものではない。
給水管６４の給水バルブ１０８が開状態になると、水ＷＲが給水管６４に流れ込む。この水ＷＲの水流の有無が流水センサー１０６によって検出される。
この処理手順では、給湯制御の開始が流水センサー１０６の流水検出を契機とし、流水検出の有無を判断する（Ｓ１１）。流水がなければ（Ｓ１１のＮＯ）、停止状態となり（Ｓ１２）、Ｓ１１に戻る。つまり、待機状態が維持される。
流水があれば（Ｓ１１のＹＥＳ）、メタルニットバーナー８８を点火し（Ｓ１３）、燃焼状態となる。
これにより、給湯温度制御（Ｓ１４）および空燃比制御（Ｓ１５）が実行され、設定温度に制御された給湯が行われる。

＜第６の実施の形態の効果＞
この第６の実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1) この給湯システム１０２によれば、給水管６４に流れる水ＷＲが流れ込むことにより、設定温度に制御された温水ＨＷＲを出湯管１１０から出湯させることができる。
(2) この出湯に関し、既述の熱交換管２、熱交換ユニット１４を二次熱交換器９２に備えているので、熱交換効率のよい出湯を得ることができる。

〔第７の実施の形態〕
図３１は、第７の実施の形態に係る熱交換管の製造工程の一例を示している。この製造工程は、熱交換管の製造方法の一例である。
この製造工程には、折り返し部４の加工工程、熱交換管２の調整工程および折り返し部４の成形工程が含まれる。
折り返し部４の加工工程では、図３１のＡに示すように、熱交換管２に適するパイプとしてたとえば、シームレスパイプ１３４が用いられる。熱交換管２の折り返し部４の内径に応じる曲面を持つ治具１３６にシームレスパイプ１３４の中途部を当て、シームレスパイプ１３４の直線形状を維持しつつ矢印Ｑ方向に湾曲させれば、折り返し部４が形成される。この折り返し部４の形成部位は加熱することにより、成形性を向上させてよい。

この折り返し部４を形成した後、調整工程では図３１のＢに示すように、偏平部１２の成形前の形状に調整する。この調整により、Ｕ字形の往復管路部が形成された熱交換管２が得られる。
そして、折り返し部４の成形工程では図３１のＣに示すように、成形型１３８、１４０が用いられる。成形型１３８の成形面１４２には平坦部１４４およびテーパー部１４６が備えられ、この成形面１４２に成形前の熱交換管２が設置される。
成形型１４０の成形面１４８には、成形型１３８と同様に、平坦部１５０およびテーパー部１５２が備えられる。成形型１３８の成形面１４２上には、成形前の熱交換管２が設置される。成形型１４０に圧力Ｐが加えられると、この圧力Ｐを以て成形型１４０が成形型１３８上の熱交換管２に押し当てられる。これにより、熱交換管２の折り返し部４に偏平部１２が成形される。

＜第７の実施の形態の効果＞
(1) フラットなシームレスパイプから熱交換管２を容易に成形することができる。
(2) 熱交換管２の偏平部１２の偏平幅は、成形型１３８、１４０の加圧間隔の調整により画一化した幅に制御することができる。
(3) このように形成された熱交換管２を用いれば、図１３に示す熱交換ユニット１４を製造することができる。

(4) 熱交換管取付けパネル２８の各取付け孔４０に熱交換管２を挿入して溶接すれば、熱交換管部１８を製造することができる。
(5) 熱交換管取付けパネル２８に背面パネル３０を固定する前に、仕切り部材３２−１、３２−２を合体させ、この仕切り部材３２−１、３２−２を備える背面パネル３０を熱交換管取付けパネル２８に合体させ、溶接により一体化すれば、熱交換ユニット１４を得ることができる。

〔第８の実施の形態〕
上記実施の形態では、メタルニットバーナー８８を熱交換ユニット１４の上方に設置したが、熱交換ユニット１４をバーナーの上方に設置してもよい。図３２は、熱交換ユニット１４をバーナーの上方に設置した第８の実施の形態に係る熱交換装置を示している。
この実施の形態に係る熱交換装置１５４では、一例として単一の燃焼筐体７８が備えられる。この燃焼筐体７８の下部には給気ファン１５８が備えられ、燃焼筐体７８の内部にはボトム側から燃焼部１６０、一次熱交換器１６２、二次熱交換器１６４が備えられ、トップ側には排気部１６６が備えられる。燃焼部１６０には混合ユニット１６８、バーナー１７０が備えられる。
混合ユニット１６８には燃料供給管から燃料ガスＧが供給され、この燃料ガスＧは空気Ａｉｒと混合されて混合気ＧＭが形成される。この混合ガスＧＭは混合ユニット１６８からバーナー１７０に供給され、燃焼する。この燃焼により生じた燃焼排気ＥＧは一次熱交換器１６２を通過し、二次熱交換器１６４を経て排気部１６６に至る。

一次熱交換器１６２では燃焼排気ＥＧの流れで上流側に配置されており、燃焼排気ＥＧの主として顕熱が水ＷＲに熱交換される。
二次熱交換器１６４には既述の熱交換ユニット１４が設置されており、この熱交換ユニット１４の詳細は、折り返しチャンバーを備えない点以外は既述した通りであるから、その説明を割愛する。
この二次熱交換器１６４では、熱交換後の上流側より低温化した燃焼排気ＥＧの主として潜熱が熱交換前の水ＷＲに熱交換される。これによって生じるドレンＤは、二次熱交換器１６４の下側に設置されたドレン受け１７４に溜められ、ドレンパイプ１７６から燃焼筐体７８の外部に排出される。

＜第８の実施の形態の効果＞
この第８の実施の形態によれば、第６の実施の形態と同様の効果が得られる。

〔他の実施の形態〕
(1) 上記第５の実施の形態および上記第６の実施の形態では、単一の熱交換ユニット１４を二次熱交換器に備えているが、二次熱交換器に複数の熱交換ユニットを備え、複数種の被加熱流体を個別に加熱する形態であってもよい。
(2) 上記実施の形態では、燃焼筐体の内部に熱交換ユニット１４のヘッダー部１６を設置しているが、このヘッダー部１６を燃焼筐体の外部に設置してもよい。
(3) 上記実施の形態では、シームレスパイプを用いて熱交換管２としているが、複数の襞を備えたコルゲートパイプを用いてもよいし、中途部に複数の折り返し部４を備えてもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の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、または発明を実施するための形態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、燃焼排気と熱交換管の接触度を高め、熱交換効率を高めるとともに、熱交換管の密集度を高めて熱交換ユニットのコンパクト化や、熱交換装置や給湯システムの小型化をも実現することができるなど、有用性がある。

２ 熱交換管
４ 折り返し部
６ 往復管路部
６−１、６−２ 管路部
８−１ 始端部
８−２ 終端部
１０ 間隔
１２ 偏平部
１４ 熱交換ユニット
１６ ヘッダー部
１８ 熱交換管部
１８−１ 第１の熱交換管グループ
１８−２ 第２の熱交換管グループ
１８−３ 第３の熱交換管グループ
１８−４ 第４の熱交換管グループ
２０ 仕切り壁
２２−１ 入側チャンバー
２２−２１、２２−２２、２２−２３、２２−２４、２２−２５ 通過チャンバー
２２−３、２２−３１、２２−３２、２２−３３、２２−３４、２２−３５ 折り返しチャンバー
２２−４ 出側チャンバー
２４ 入側ポート
２６ 出側ポート
２８ 熱交換管取付けパネル
３０ 背面パネル
３２−１、３２−２、３２−３、３２−４、３２−５ 仕切り部材
３４ 固定パネル部
３６ トップパネル部
３８ ボトムパネル部
４０ 取付け孔
４２ ポート固定パネル部
４４ サイドパネル部
４６ サイドパネル部
４８ 固定部
５０ トップ側仕切り壁
５２ ボトム側仕切り壁
５４ 左右仕切り壁
５６、５８ 固定部
６０、６２ 管固定部
６４ 給水管
６６ フランジ部
６８ 固定ねじ
７０ 出水管
７２ 溶接
７４ 熱交換装置
７６ 混合ユニット
７８ 燃焼筐体
８０ 排気ユニット
８２ 給気ファン
８４ ベンチュリー部
８６ 空気調整バルブ
８７ ガス調整バルブ
８８ メタルニットバーナー
９０ 一次熱交換器
９２ 二次熱交換器
９４ メタルニット
９６ 火炎
９８ ドレン受け
１００ ドレンポート
１０２ 給湯システム
１０４ 温度センサー
１０６ 流水センサー
１０８ 給水バルブ
１１０ 出湯管
１１２ バイパス管
１１４ 温度センサー
１１６ 混合温センサー
１１８ バイパスバルブ
１２０ ガス供給管
１２２ ガスバルブ
１２４ 給湯制御部
１２６ プロセッサ
１２８ メモリ部
１３０ 入出力部（Ｉ／Ｏ）
１３２ 給気ファンモーター
１３４ シームレスパイプ
１３６ 治具
１３８、１４０ 成形型
１４２ 成形面
１４４ 平坦部
１４６ テーパー部
１４８ 成形面
１５０ 平坦部
１５２ テーパー部
１５４ 熱交換装置
１５８ 給気ファン
１６０ 燃焼部
１６２ 一次熱交換器
１６４ 二次熱交換器
１６６ 排気部
１６８ 混合ユニット
１７０ バーナー
１７４ ドレン受け
１７６ ドレンパイプ

Claims (16)

1. 被加熱流体に燃焼排気の熱を熱交換するための熱交換管であって、
   前記熱交換管の中途部に形成した折り返し部と、
   前記熱交換管の始端から前記折り返し部に至る管路部、前記折り返し部から前記熱交換管の終端に至る管路部を含み、これら管路部の間に該管路部の外径以上の間隔を設けて配置した往復管路部と、
   を備えることを特徴とする熱交換管。
2. さらに、前記折り返し部は、湾曲面に対して直交方向に管路を偏平化させた偏平部を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換管。
3. 前記熱交換管は、ステンレスを含む、耐腐食性金属からなるシームレス管であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換管。
4. 被加熱流体に燃焼排気の熱を熱交換するための熱交換ユニットであって、
   被加熱流体を通流させる単一または複数の熱交換管を含む熱交換管部と、
   前記熱交換管部で連結された複数のチャンバーを含み、前記チャンバーが前記熱交換管部を通して前記被加熱流体の流路を成すヘッダー部と、
   を備えることを特徴とする熱交換ユニット。
5. 前記熱交換管部は複数の熱交換管を備え、
   前記ヘッダー部のチャンバー間に前記熱交換管が連結されていることを特徴とする請求項４に記載の熱交換ユニット。
6. 前記熱交換管部は、折り返し部の湾曲面と直交方向に偏平化させた偏平部を有し、始端から前記折り返し部に至る管路部と、前記折り返し部から終端に至る管路部との間に該管路部の外径以上の間隔が設けられた複数の熱交換管を備え、
   前記各熱交換管が前記偏平部を重ねて並行に設置されたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の熱交換ユニット。
7. 前記熱交換管のそれぞれが前記管路部の間隔内に他の熱交換管の管路部の一部を入り込ませて配置され、隣接する管路部の間の間隔が管路の直径未満に設定されていることを特徴とする請求項６に記載の熱交換ユニット。
8. さらに、前記熱交換管は、前記チャンバーの間に連結され、前記チャンバー部間に流れる前記被加熱流体に温度勾配を設定したことを特徴とする請求項４ないし請求項７に記載の熱交換ユニット。
9. 燃焼排気を流す燃焼筐体と、
   前記燃焼筐体内に設置された熱交換ユニットと、
   を備え、前記熱交換ユニットが、
   被加熱流体を通流させる単一または複数の熱交換管を含む熱交換管部と、
   前記熱交換管部で連結された複数のチャンバーを含み、前記チャンバーが前記熱交換管部を通して前記被加熱流体の流路を成すヘッダー部と、
   を備えることを特徴とする熱交換装置。
10. 前記熱交換管部は、前記熱交換管のそれぞれが折り返し部の湾曲面と直交方向に偏平化させた偏平部を有し、始端から前記折り返し部に至る管路部と、前記折り返し部から終端に至る管路部との間に該管路部の外径以上の間隔を設けて設置され、
    前記熱交換管に流れる被加熱流体と交差方向に前記燃焼排気を流し、燃焼排気の熱を前記被加熱流体に熱交換することを特徴とする請求項９に記載の熱交換装置。
11. 前記熱交換ユニットの上方または下方に設置されたバーナーを備え、
    前記熱交換管に被加熱流体の通流方向と交差方向に前記燃焼排気を接触させることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の熱交換装置。
12. 燃料ガスを燃焼させるバーナーと、
    前記バーナーの燃焼排気を流す燃焼筐体と、
    前記燃焼筐体内に設置された熱交換ユニットと、
    を備え、前記熱交換ユニットが
    被加熱流体を通流させる単一または複数の熱交換管を含む熱交換管部と、
    前記熱交換管部で連結された複数のチャンバーを含み、前記チャンバーが前記熱交換管部を通して前記被加熱流体の流路を成すヘッダー部と、
    を備えることを特徴とする給湯システム。
13. さらに、前記燃焼排気の流れの上流側に配置された一次熱交換ユニットと、
    前記燃焼排気との熱交換により前記熱交換ユニットに流れる前記被加熱流体を前記一次熱交換ユニットに通流させる管路と、
    を備え、前記熱交換ユニットが前記一次熱交換ユニットの熱交換後の燃焼排気が持つ潜熱を前記被加熱流体に熱交換することを特徴とする請求項１２に記載の給湯システム。
14. 前記バーナーに給気する給気ファンと、
    前記給気ファンの給気により、前記バーナーに生じた燃焼排気を前記熱交換ユニットに流すことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の給湯システム。
15. 前記熱交換ユニットに生じたドレンを受けるドレン受けを前記燃焼筐体に備えることを特徴とする請求項１２に記載の給湯システム。
16. 被加熱流体に燃焼排気の熱を熱交換する熱交換管の製造方法であって、
    管の中途部に折り返し部を形成する工程と、
    前記管の始端から前記折り返し部に至る管路部と、前記折り返し部から前記管の終端に至る管路部との間隔が前記管の外径を超える大きさである往復管路部を形成する工程と、
    前記折り返し部の湾曲面に対して直交方向に管路を偏平化させた偏平部を前記折り返し部に形成する工程と、
    を含むことを特徴とする熱交換管の製造方法。

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