JP2019095116A

JP2019095116A - 熱交換器および温水装置

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Publication number: JP2019095116A
Application number: JP2017223712A
Authority: JP
Inventors: 正樹今藤; Masaki Kondo; 健大東; Takeshi Daito
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2019-06-20
Anticipated expiration: 2037-11-21
Also published as: US20190154300A1; CN109812963B; JP7035477B2; CN109812963A; US11287158B2

Abstract

【課題】胴板を冷却することができ、かつ組立性が良い熱交換器およびそれを備えた温水装置を提供する。【解決手段】一次熱交換器１０は、熱交換部１１と、胴板１２と、胴パイプ部１３とを備えている。胴板１２は熱交換部１１の周囲を取り囲む。胴パイプ部１３は胴板１２を冷却するためのものである。胴板１２は、正面部１２ａと、本体部１２ｂを含む。本体部１２ｂは、正面部１２ａに取り付けられかつ一枚の板がＵ字状に曲げられている。胴パイプ部１３は、本体部１２ｂの内側面１２ｃに沿うようにＵ字状に曲げられており、かつ内側面１２ｃに取り付けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換器および温水装置に関し、特に、胴板を冷却するための胴パイプ部を備えた熱交換器および温水装置するものである。

従来の熱交換器においては、バーナから供給された燃焼ガスによって胴板の温度が上昇するため、胴板の冷却が必要である。そのため、胴板を冷却するための胴パイプ部を備えた熱交換器が提案されている。

胴パイプ部を備えた熱交換器は、たとえば、特開２０１７−１１６２０３号公報（特許文献１）に記載されている。この公報に記載された熱交換器では、燃焼筐はフィンおよび吸熱管の周囲を取り囲む４つの側板で構成されている。また、燃焼筐の４つの側板にはそれぞれ別の胴パイプ部が設けられている。

特開２０１７−１１６２０３号公報

上記の公報に記載された熱交換器は、４つの側板と、４つの側板にそれぞれ別に設けられた胴パイプ部とを有しているため、部品点数が多くなる。このため、熱交換器の組立が複雑化するという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、胴板を冷却することができ、かつ組立性が良い熱交換器およびそれを備えた温水装置を提供することである。

本発明の熱交換器は、熱交換部と、胴板と、胴パイプ部とを備えている。胴板は熱交換部の周囲を取り囲む。胴パイプ部は胴板を冷却するためのものである。胴板は、正面部と、本体部を含む。本体部は、正面部に取り付けられかつ一枚の板がＵ字状に曲げられている。胴パイプ部は、本体部の内側面に沿うようにＵ字状に曲げられており、かつ内側面に取り付けられている。

本発明の熱交換器によれば、胴パイプ部によって胴板を冷却することができる。また、胴板の本体部は一枚の板がＵ字状に曲げられているため、胴板の部品点数を少なくすることができる。また、胴パイプ部はＵ字状に曲げられているため、胴パイプ部の部品点数を少なくすることができる。したがって、熱交換器の組立性を良くすることができる。また、胴パイプ部は本体部の内側面に沿うようにＵ字状に曲げられているため、胴パイプ部を本体部の内側面に取り付けることが容易である。このため、熱交換器の組立性を良くすることができる。

上記の熱交換器において、本体部の内側面は凹部を含む。凹部は、胴パイプ部と嵌合するように構成されている。このため、凹部によって胴パイプ部を保持することができる。また、凹部に沿って胴パイプ部を取り付けることができる。

上記の熱交換器において、本体部は、背面部と、第１側面部および第２側面部とを含む、背面部は、正面部との間で熱交換部を挟むように配置されている。第１側面部および第２側面部は、背面部の両端から正面部に向かって延びるように配置されている。胴パイプ部は、背面部に取り付けられた背面パイプ部と、第１側面部に取り付けられた第１側面パイプ部と、背面パイプ部と第１側面パイプ部とをつなぐ第１曲部と、第２側面部に取り付けられた第２側面パイプ部と、背面パイプ部と第２側面パイプ部とをつなぐ第２曲部とを含む。第１曲部は、背面部と第１側面部とで構成された第１隅部との間に第１隙間をあけて配置されている。第２曲部は、背面部と第２側面部とで構成された第２隅部との間に第２隙間をあけて配置されている。このため、第１隙間および第２隙間を通してドレンを流すことができる。したがって、胴パイプ部上にドレン溜まりが形成されることを抑制することができる。よって、このドレン溜まりにてドレンが蒸発することによりドレンが濃縮することを抑制することができる。これにより、濃縮されたドレンにより胴パイプ部が腐食することを抑制することができる。

上記の熱交換器において、胴パイプ部の中心は、本体部の内側面よりも本体部の内側に位置している。このため、胴板への燃焼ガスの流れが胴パイプ部によって妨げられることで、燃焼ガスが胴板に到達することを抑制することができる。これにより、胴板の温度が上昇することを抑制することができる。

上記の熱交換器において、胴パイプ部は、上下方向に並んで設置されたＵ字状に曲げられた第１冷却パイプおよびＵ字状に曲げられた第２冷却パイプを含む。第１冷却パイプは、第２冷却パイプに直列に接続されている。第１冷却パイプおよび第２冷却パイプの各々は、水平方向に延びるように設置されている。第１冷却パイプおよび第２冷却パイプが上下方向に並んで配置されているため、胴板が冷却される範囲を上下方向に拡げることができる。また、第１冷却パイプが第２冷却パイプに並列に接続されている場合には、第１冷却パイプおよび第２冷却パイプのいずれか一方が水道水に含まれるミネラル分が析出した缶石で詰まったときに、缶石が詰まっていない他方には湯水が流れる。そのため、缶石が詰まった一方の周囲の胴板の温度が非常に高くなる。上記の熱交換器においては、第１冷却パイプが第２冷却パイプに直列に接続されているため、第１冷却パイプおよび第２冷却パイプのいずれかが缶石で詰まったときには、胴パイプ部全体に湯水が流れない。そのため、第１冷却パイプおよび第２冷却パイプのいずれかが缶石で詰まったことを発見することが容易である。そのため、第１冷却パイプおよび第２冷却パイプのいずれかが缶石で詰まったときに、温水装置を停止させることで、胴板の温度が非常に高くなることを防止することができる。また、第１冷却パイプおよび第２冷却パイプの各々が水平方向に並んで設置されているため、第１冷却パイプおよび第２冷却パイプを同一の形状に構成することができる。したがって、部品の種類を減らすことができる。よって、生産効率を向上させることができる。

上記の熱交換器は、正面部に取り付けられた第１ヘッダ部材をさらに備えている。第１冷却パイプおよび第２冷却パイプは、第１ヘッダ部材を介して一連の通水路を構成している。第１ヘッダ部材は、ベンドパイプよりも胴板からの張り出しが小さいため、熱交換器をコンパクト化することができる。

上記の熱交換器において、第１冷却パイプは第２冷却パイプよりも上方に配置されている。第１冷却パイプの一方端は入水部に接続されている。第１冷却パイプの他方端は第１ヘッダ部材を介して第２冷却パイプに接続されている。このため、湯水を第１冷却パイプから第２冷却パイプに第１ヘッダ部材を介して下方に流すことができる。

上記の熱交換器において、第１ヘッダ部材は、第１冷却パイプに接続された第１端部と、第２冷却パイプに接続された第２端部とを含む。第１ヘッダ部材は、第１端部から第２端部に向けて下方に傾斜している。第１ヘッダ部材の管内の上端部分には蒸気が溜まる。第１ヘッダ部材が第１端部から第２端部に向けて水平に構成されている場合には、この上端部分において蒸気が溜まる体積が大きくなるため、この上端部分において蒸気に含まれる塩素成分が付着する面積が大きくなる。上記の熱交換器においては、第１ヘッダ部材は、第１端部から第２端部に向けて下方に傾斜しているため、第１ヘッダ部材の管内の上端部分において蒸気が溜まる体積が小さくなる。したがって、この上端部分において蒸気に含まれる塩素成分が付着する面積を小さくすることができる。よって、塩素成分によって第１ヘッダ部材が腐食することを抑制することができる。

上記の熱交換器において、第１ヘッダ部材は、第１端部から第２端部に向けて湾曲している。このため、第１ヘッダ部材が第１端部から第２端部に向けて直線状に構成されている場合に比べて、第１ヘッダ部材の正面部に沿う距離を長くすることができる。したがって、正面部における第１ヘッダ部材による冷却効果を大きくすることができる。

上記の熱交換器は、正面部に取り付けられた第２ヘッダ部材をさらに備えている。胴パイプ部は、第１冷却パイプおよび第２冷却パイプと上下方向に並んで設置された第３冷却パイプを含む。第３冷却パイプは第２冷却パイプよりも下方に配置されている。第２冷却パイプおよび第３冷却パイプは、第２ヘッダ部材を介して一連の通水路を構成している。第２ヘッダ部材は、第１ヘッダ部材と同一の形状に構成されている。したがって、部品の種類を減らすことができる。よって、生産効率を向上させることができる。

上記の熱交換器において、熱交換部は、互いに積層された複数のフィンと、複数のフィンを貫通する複数のフィンパイプとを含む。複数のフィンおよび胴板の各々の材質の線膨張係数は、複数のフィンパイプの材質の線膨張係数よりも小さい。燃焼ガスが周囲を流れる複数のフィンおよび胴板の各々の温度は、湯水が内部を流れる複数のフィンパイプの温度よりも高くなる。複数のフィンおよび胴板の各々の材質の線膨張係数が複数のフィンパイプの材質の線膨張係数よりも小さいため、複数のフィンパイプと複数のフィンおよび胴板の各々との間に発生する熱応力による応力集中を緩和することができる。

本発明の温水装置は、上記の熱交換器と、熱交換器に供給される加熱用気体を発生させるためのバーナとを備えている。本発明の温水装置によれば、胴板を冷却することができ、かつ組立性が良い熱交換器を備えた温水装置を提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、胴板を冷却することができ、かつ組立性が良い熱交換器およびそれを備えた温水装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態における温水装置の構成を模式的に示す図である。本発明の一実施の形態における一次熱交換器および二次熱交換器の構成を概略的に示す斜視図である。本発明の一実施の形態における熱交換器の構成を正面部側から概略的に示す斜視図である。本発明の一実施の形態における熱交換器の構成を概略的に示す分解斜視図である。本発明の一実施の形態における熱交換器の構成を概略的に示す上面図である。図５のＶＩ部を拡大して示す拡大図である。図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。本発明の一実施の形態における熱交換器の構成を概略的に示す正面図である。図３のＸ部を拡大して示す拡大図である。本発明の一実施の形態における熱交換器の構成を背面部側から概略的に示す斜視図である。図３のＸＩＩ部を拡大して示す拡大図である。本発明の一実施の形態における熱交換器の燃焼ガスの流れを示す断面図である。

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。
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態における温水装置１００の構成について説明する。

図１に示されるように、本実施の形態の温水装置１００は、点火プラグ１と、一次熱交換器（顕熱回収熱交換器）１０と、二次熱交換器（潜熱回収熱交換器）２０と、バーナ３０と、チャンバ３１と、送風装置３２と、ダクト３３と、ベンチュリ３４、オリフィス３５、ガスバルブ３６、配管４０と、バイパス配管４１と、三方弁４２と、筐体５０とを主に有している。筐体５０の内部に、上記の部品のうち筐体５０を除く全ての部品が配置されている。上記の部品は一次熱交換器１０を除いて従来公知のものと同様である。

燃料ガスは、ガスバルブ３６とオリフィス３５とを通じてベンチュリ３４に流れる。ベンチュリ３４で混合された混合ガスは送風装置３２に送られる。送風装置３２は、混合ガスをバーナ３０へ供給するためのものである。送風装置３２はチャンバ３１に接続されており、チャンバ３１はバーナ３０に接続されている。送風装置３２から供給された混合ガスは、チャンバ３１を通じてバーナ３０に送られる。バーナ３０は、一次熱交換器１０に供給される加熱用気体（燃焼ガス）を発生させるためのものである。バーナ３０から吹出される混合ガスは、点火プラグ１によって着火され、燃焼ガスとなる。

燃焼ガスが一次熱交換器１０および二次熱交換器２０を順に通過して湯水と熱交換するように、バーナ３０、一次熱交換器１０および二次熱交換器２０が接続されている。二次熱交換器２０にはダクト３３が接続されており、ダクト３３は筐体５０の外部へ延びている。これにより、二次熱交換器２０を通過した燃焼ガスは、ダクト３３を通じて筐体５０の外部へ排出される。一次熱交換器１０よりも出湯側の配管４０の部分とバイパス配管４１とは三方弁４２で接続されている。

次に、図２〜図１１を参照して、上記の温水装置１００に用いられる一次熱交換器（熱交換器）１０の構成について説明する。

図２に示されるように、本実施の形態の一次熱交換器１０は、二次熱交換器２０に接続されている。一次熱交換器１０の上側の開口を通って燃焼ガスが給気され、二次熱交換器２０の下側の開口を通って燃焼ガスが排気される。二次熱交換器２０の入水部２０ａから二次熱交換器２０に入水した湯水は、燃焼ガスとの間で熱交換された後に出湯部２０ｂから出湯し、図示しない配管を経由して、一次熱交換器１０の入水部１０ａに入水する。一次熱交換器１０の入水部１０ａに入水した湯水は、燃焼ガスとの間で熱交換された後に出湯部１０ｂから出湯する。入水部１０ａは、一次熱交換器１０に最初に湯水が入水する部分である。出湯部１０ｂは、一次熱交換器１０から最後に湯水が出湯する部分である。

図３および図４に示されるように、一次熱交換器１０は、入水部１０ａと、出湯部１０ｂと、熱交換部１１と、胴板１２と、胴パイプ部１３と、ヘッダ部材１４と、ベンドパイプ１５とを備えている。

熱交換部１１は、外部を流れる燃焼ガスと内部を流れる湯水との間で熱交換させるためのものである。熱交換部１１は、複数のフィン１１ａと、複数のフィンパイプ１１ｂとを含んでいる。熱交換部１１は、複数のフィン１１ａおよび複数のフィンパイプ１１ｂの外部を燃焼ガスが流れ、複数のフィンパイプ１１ｂの内部を湯水が流れるように構成されている。なお、図３〜図７では、説明の便宜のため、複数のフィン１１ａのうち一部のみを図示している。

複数のフィン１１ａは互いに積層されている。複数のフィンパイプ１１ｂは複数のフィン１１ａを貫通している。複数のフィンパイプ１１ｂの外周面に複数のフィン１１ａが接続されている。複数のフィン１１ａおよび胴板１２の各々の材質の線膨張係数は、複数のフィンパイプ１１ｂの材質の線膨張係数よりも小さい。具体的には、例えば、複数のフィン１１ａおよび胴板１２の各々の材質はフェライト系ＳＵＳ（ステンレス鋼）であり、複数のフィンパイプ１１ｂの材質はオーステナイト系ＳＵＳ（ステンレス鋼）であってもよい。

胴板１２は、熱交換部１１の周囲を取り囲んでいる。胴板１２は、正面部１２ａと、本体部１２ｂとを含んでいる。本体部１２ｂは、正面部１２ａに取り付けられている。本体部１２ｂは、一枚の板がＵ字状に曲げられている。Ｕ字状に曲げられた本体部１２ｂの両端が正面部１２ａによってつながれている。正面部１２ａおよび本体部１２ｂは四角の枠を構成している。胴板１２は上下に開口を有している。胴板１２は、上側の開口を通って胴板１２の内側へ燃焼ガスを給気可能である。胴板１２は、下側の開口を通って燃焼ガスを胴板１２の外側へ排気可能である。

正面部１２ａは、パイプ取付板１２ａ１，１２ａ２を有している。パイプ取付板１２ａ１，１２ａ２は、正面部１２ａの外側面１２ａ３に取り付けられている。後述するように正面部１２ａにはヘッダ部材１４が取り付けられている。正面部１２ａ、パイプ取付板１２ａ１，１２ａ２およびヘッダ部材１４の材質は、例えばフェライト系ＳＵＳ（ステンレス鋼）であってもよい。これらの部材をろう付けする場合、これらの部材はろう付け面積が広くなる。そのため、これらの部材をフェライト系ＳＵＳ（ステンレス鋼）でそろえることで、炉中ろう付けの際に発生する残留応力を抑制することができる。

本体部１２ｂは、熱交換部１１の周囲の四面のうち三面に配置されており、残りの一面には配置されていない。つまり、本体部１２ｂは、熱交換部１１の周囲の四面のうち一面を開放するように構成されている。具体的には、本体部１２ｂは、背面部１２ｂ１と、第１側面部１２ｂ２と、第２側面部１２ｂ３とを含んでいる。背面部１２ｂ１は、正面部１２ａと向かい合うように配置されている。背面部１２ｂ１は、正面部１２ａとの間で熱交換部１１を挟むように配置されている。第１側面部１２ｂ２および第２側面部１２ｂ３は、背面部１２ｂ１の両端から正面部１２ａに向かって延びるように配置されている。第１側面部１２ｂ２と第２側面部１２ｂ３とは互いに向かい合うように配置されている。

図４および図５に示されるように、胴パイプ部１３は、本体部１２ｂの内側面１２ｃに沿うようにＵ字状に曲げられている。胴パイプ部１３は、本体部１２ｂの内側面１２ｃに取り付けられている。

胴パイプ部１３は、背面パイプ部１３ａと、第１側面パイプ部１３ｂと、第１曲部１３ｃと、第２側面パイプ部１３ｄと、第２曲部１３ｅとを含んでいる。背面パイプ部１３ａは、背面部１２ｂ１に取り付けられている。第１側面パイプ部１３ｂは、第１側面部１２ｂ２に取り付けられている。第１曲部１３ｃは、背面パイプ部１３ａと第１側面パイプ部１３ｂとをつないでいる。第２側面パイプ部１３ｄは、第２側面部１２ｂ３に取り付けられている。第２曲部１３ｅは、背面パイプ部１３ａと第２側面パイプ部１３ｄとをつないでいる。

図５および図６に示されるように、第１曲部１３ｃは、背面部１２ｂ１と第１側面部１２ｂ２とで構成された第１隅部ＣＰ１との間に第１隙間ＣＲ１をあけて配置されている。第２曲部１３ｅは、背面部１２ｂ１と第２側面部１２ｂ３とで構成された第２隅部ＣＰ２との間に第２隙間ＣＲ２をあけて配置されている。

図３および図４に示されるように、胴パイプ部１３は、第１冷却パイプ１３１、第２冷却パイプ１３２および第３冷却パイプ１３３を含んでいる。図４および図７に示されるように、第１冷却パイプ１３１、第２冷却パイプ１３２および第３冷却パイプ１３３の各々はＵ字状に曲げられている。第１冷却パイプ１３１および第２冷却パイプ１３２は、上下方向ＹＤに並んで設置されている。第１冷却パイプ１３１は、第２冷却パイプ１３２に直列に接続されている。第３冷却パイプ１３３は、第１冷却パイプ１３１および第２冷却パイプ１３２と上下方向ＹＤに並んで設置されている。第２冷却パイプ１３２は、第３冷却パイプ１３３に直列に接続されている。

第１冷却パイプ１３１は、第２冷却パイプ１３２よりも上方に配置されている。第２冷却パイプ１３２は、第３冷却パイプ１３３よりも上方に配置されている。つまり、第３冷却パイプ１３３は、第２冷却パイプ１３２よりも下方に配置されている。第１冷却パイプ１３１、第２冷却パイプ１３２および第３冷却パイプ１３３の各々は、水平方向ＸＤに延びるように設置されている。第１冷却パイプ１３１、第２冷却パイプ１３２および第３冷却パイプ１３３の各々は同一の形状に構成されている。

図７および図８に示されるように、本体部１２ｂの内側面１２ｃは、凹部Ｒを含んでいる。凹部Ｒは、胴パイプ部１３と嵌合するように構成されている。凹部Ｒは、背面凹部Ｒａ、第１側面凹部Ｒｂおよび第２側面凹部Ｒｃを含んでいる。背面凹部Ｒａは、背面部１２ｂ１の内側面１２ｃに設けられている。背面凹部Ｒａは、第１冷却パイプ１３１、第２冷却パイプ１３２および第３冷却パイプ１３３の各々と嵌合するように構成されている。第１側面凹部Ｒｂは、第１側面部１２ｂ２の内側面１２ｃに設けられている。第１側面凹部Ｒｂは、第１冷却パイプ１３１、第２冷却パイプ１３２および第３冷却パイプ１３３の各々と嵌合するように構成されている。第２側面凹部Ｒｃは、第２側面部１２ｂ３の内側面１２ｃに設けられている。第２側面凹部Ｒｃは、第１冷却パイプ１３１、第２冷却パイプ１３２および第３冷却パイプ１３３の各々と嵌合するように構成されている。

胴パイプ部１３の中心ＣＬは、本体部１２ｂの内側面１２ｃよりも本体部１２ｂの内側に位置している。胴パイプ部１３の中心ＣＬは、胴パイプ部１３を流れる湯水の流れに対して垂直方向の断面における中心である。胴パイプ部１３の中心ＣＬは、背面部１２ｂ１、第１側面部１２ｂ２および第２側面部１２ｂ３の各々の内側面１２ｃよりも本体部１２ｂの内側に位置している。

図４および図９に示されるように、ヘッダ部材１４は、正面部１２ａの外側面１２ａ３に配置されている。ヘッダ部材１４は、第１ヘッダ部材１４１および第２ヘッダ部材１４２を含んでいる。第１ヘッダ部材１４１は、正面部１２ａに取り付けられている。具体的には、第１ヘッダ部材１４１は、パイプ取付板１２ａ１に取り付けられている。第２ヘッダ部材１４２は、正面部１２ａに取り付けられている。具体的には、第２ヘッダ部材１４２は、パイプ取付板１２ａ２に取り付けられている。

第２ヘッダ部材１４２は、第１ヘッダ部材１４１と同一の形状に構成されている。第１ヘッダ部材１４１と第２ヘッダ部材１４２とは、互いに左右反対に正面部１２ａに取り付けられている。

第１ヘッダ部材１４１は、第１冷却パイプ１３１に接続された第１端部１４１ａと、第２冷却パイプ１３２に接続された第２端部と１４１ｂを含んでいる。第１ヘッダ部材１４１は、第１端部１４１ａから第２端部１４１ｂに向けて下方に傾斜している。第１ヘッダ部材１４１は、第１端部１４１ａから第２端部１４１ｂに向けて湾曲している。第２ヘッダ部材１４２は、第２冷却パイプ１３２に接続された第１端部１４２ａと、第３冷却パイプ１３３に接続された第２端部１４２ｂとを含んでいる。第２ヘッダ部材１４２は、第１端部１４２ａから第２端部１４２ｂに向けて下方に傾斜している。第２ヘッダ部材１４２は、第１端部１４１ａから第２端部１４１ｂに向けて湾曲している。

図３および図１０に示されるように、一次熱交換器１０は、胴板１２の上端に設けられたフランジ部１０ｃを有している。一次熱交換器１０は、バーナ３０を一次熱交換器１０に接続するための給気接続フランジ１６を備えている。給気接続フランジ１６は、フランジ部１０ｃに沿うようにＵ字状に構成されている。給気接続フランジ１６にはビス穴１６ａが設けられている。ビス穴１６ａにビスが螺合されることによりバーナ３０が一次熱交換器１０に固定される。

フランジ部１０ｃの下面に給気接続フランジ１６がスポット溶接により接続されている。したがって、胴板１２に給気接続フランジ１６がろう付けにより接続されていないため、ビス穴１６ａにろう材が付着することを防止することができる。

図４および図５に示されるように、第１冷却パイプ１３１および第２冷却パイプ１３２は、第１ヘッダ部材１４１を介して一連の通水路を構成している。第１冷却パイプ１３１の一方端は、入水部１０ａに接続されている。第１冷却パイプ１３１の他方端は第１ヘッダ部材１４１に接続されている。第２冷却パイプ１３２の一方端は、第１ヘッダ部材１４１に接続されている。つまり、第１冷却パイプ１３１の他方端は、第１ヘッダ部材１４１を介して第２冷却パイプ１３２に接続されている。

第２冷却パイプ１３２および第３冷却パイプ１３３は、第２ヘッダ部材１４２を介して一連の通水路を構成している。第２冷却パイプ１３２の他方端は第２ヘッダ部材１４２に接続されている。第３冷却パイプ１３３の一方端は、第２ヘッダ部材１４２に接続されている。つまり、第２冷却パイプ１３２の他方端は、第２ヘッダ部材１４２を介して第３冷却パイプ１３３に接続されている。第３冷却パイプ１３３の他方端は、最も上方に配置されたベンドパイプ１５に接続されている。つまり、第３冷却パイプ１３３の他方端は、最も上方に配置されたベンドパイプ１５を介してフィンパイプ１１ｂに接続されている。

図５、図９および図１１に示されるように、複数のフィンパイプ１１ｂは互いにベンドパイプ１５により直列に接続されている。つまり、複数のフィンパイプ１１ｂは互いにベンドパイプを介して一連の通水路を構成している。

続いて、図４および図５を参照して、一次熱交換器１０において胴パイプ部１３とフィンパイプ１１ｂとを流通する湯水の流れについて説明する。

入水部１０ａから入水した湯水は、胴パイプ部１３のうち最も上方に配置された第１冷却パイプ１３１に入る。第１冷却パイプ１３１内に入った湯水は、第１冷却パイプ１３１内を通って第１ヘッダ部材１４１に達する。第１ヘッダ部材１４１に達した湯水は、第１冷却パイプ１３１の下方に配置された第２冷却パイプ１３２に入る。第２冷却パイプ１３２内に入った湯水は、第２冷却パイプ１３２内を通って第２ヘッダ部材１４２に達する。第２ヘッダ部材１４２に達した湯水は、第２冷却パイプ１３２の下方に配置された第３冷却パイプ１３３に入る。第３冷却パイプ１３３内に入った湯水は、第３冷却パイプ１３３内を通って最も上方に配置されたベンドパイプ１５に達する。

最も上方に配置されたベンドパイプ１５に達した湯水は、複数のフィンパイプ１１ｂと複数のベンドパイプ１５とが直列に接続された一連の通水路を正面部１２ａと背面部１２ｂ１とが対向する方向に折り返すように流れる。最後に、湯水は出湯部１０ｂから出湯する。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
図３および図４に示されるように、本実施の形態の一次熱交換器１０によれば、胴パイプ部１３によって胴板１２を冷却することができる。また、胴板１２の本体部１２ｂは一枚の板がＵ字状に曲げられているため、胴板１２の部品点数を少なくすることができる。また、胴パイプ部１３はＵ字状に曲げられているため、胴パイプ部１３の部品点数を少なくすることができる。したがって、一次熱交換器１０の組立性を良くすることができる。また、胴パイプ部１３は本体部１２ｂの内側面１２ｃに沿うようにＵ字状に曲げられているため、胴パイプ部１３を本体部１２ｂの内側面１２ｃに取り付けることが容易である。このため、一次熱交換器１０の組立性を良くすることができる。

図７および図８に示されるように、本実施の形態の一次熱交換器１０において、凹部Ｒは、胴パイプ部１３と嵌合するように構成されている。このため、凹部Ｒによって胴パイプ部１３を保持することができる。

また、さらに図４に示されるように、Ｕ字状に曲げられた本体部１２ｂの内側面１２ｃに凹部Ｒが設けられているため、本体部１２ｂの開放された一面から本体部１２ｂの内部に凹部Ｒに沿って胴パイプ部１３を挿入することができる。したがって、凹部Ｒに沿って凹部Ｒに胴パイプ部１３を取り付けることができる。

図１２を参照して、本実施の形態の一次熱交換器１０において、第１曲部１３ｃは、第１隅部ＣＰ１との間に第１隙間ＣＲ１をあけて配置されている。このため、第１隙間ＣＲ１を通して、図中矢印で示すようにドレンＤを流すことができる。また、図５に示されるように、第２曲部１３ｅは、第２隅部ＣＰ２との間に第２隙間ＣＲ２をあけて配置されている。このため、第２隙間ＣＲ２を通してドレンを流すことができる。したがって、胴パイプ部１３上にドレン溜まりが形成されることを抑制することができる。よって、このドレン溜まりにてドレンが蒸発することによりドレンが濃縮することを抑制することができる。これにより、濃縮されたドレンにより胴パイプ部１３が腐食することを抑制することができる。

図１３を参照して、燃焼ガスが一次熱交換器１０に流れる様子について説明する。図１３に示されるように、バーナ３０から供給された燃焼ガスは、図中矢印で示すように斜め下方に向けて流れる。なお、図１３は図８に対応する断面における断面図である。本実施の形態の一次熱交換器１０において、胴パイプ部１３の中心ＣＬは、本体部１２ｂの内側面１２ｃよりも本体部１２ｂの内側に位置している。したがって、胴板１２の胴パイプ部１３の下方に位置する領域は、燃焼ガスの流れに対して胴パイプ部１３の陰に隠れる。このため、胴板１２への燃焼ガスの流れが胴パイプ部１３によって妨げられることで、燃焼ガスが胴板１２に到達することを抑制することができる。これにより、胴板１２の温度が上昇することを抑制することができる。

図４および図７に示されるように、本実施の形態の一次熱交換器１０において、第１冷却パイプ１３１および第２冷却パイプ１３２が上下方向ＹＤに並んで配置されているため、胴板１２が冷却される範囲を上下方向ＹＤに拡げることができる。また、第１冷却パイプ１３１が第２冷却パイプ１３２に並列に接続されている場合には、第１冷却パイプ１３１および第２冷却パイプ１３２のいずれか一方が水道水に含まれるミネラル分が析出した缶石で詰まったときに、缶石が詰まっていない他方には湯水が流れる。そのため、缶石が詰まった一方の周囲の胴板１２の温度が非常に高くなる。本実施の形態の一次熱交換器１０においては、第１冷却パイプ１３１が第２冷却パイプ１３２に直列に接続されているため、第１冷却パイプ１３１および第２冷却パイプ１３２のいずれかが缶石で詰まったときには、胴パイプ部１３全体に湯水が流れない。そのため、第１冷却パイプ１３１および第２冷却パイプ１３２のいずれかが缶石で詰まったことを発見することが容易である。そのため、第１冷却パイプ１３１および第２冷却パイプ１３２のいずれかが缶石で詰まったときに、温水装置１００を停止させることで、胴板１２の温度が非常に高くなることを防止することができる。また、第１冷却パイプ１３１および第２冷却パイプ１３２の各々が水平方向ＸＤに並んで設置されているため、第１冷却パイプ１３１および第２冷却パイプ１３２を同一の形状に構成することができる。したがって、部品の種類を減らすことができる。よって、生産効率を向上させることができる。

図４および図７に示されるように、本実施の形態の一次熱交換器１０において、第１冷却パイプ１３１および第２冷却パイプ１３２は、第１ヘッダ部材１４１を介して一連の通水路を構成している。第１ヘッダ部材１４１は、ベンドパイプ１５よりも胴板１２からの張り出しが小さいため、一次熱交換器１０をコンパクト化することができる。

図４および図７に示されるように、本実施の形態の一次熱交換器１０において、第１冷却パイプ１３１は第２冷却パイプ１３２よりも上方に配置されている。第１冷却パイプ１３１の一方端は入水部１０ａに接続されている。第１冷却パイプ１３１の他方端は第１ヘッダ部材１４１を介して第２冷却パイプ１３２に接続されている。このため、湯水を第１冷却パイプ１３１から第２冷却パイプ１３２に第１ヘッダ部材１４１を介して下方に流すことができる。

図４および図９に示されるように、本実施の形態の一次熱交換器１０において、第１ヘッダ部材１４１は、第１冷却パイプ１３１に接続された第１端部１４１ａから第２冷却パイプ１３２に接続された第２端部１４１ｂに向けて下方に傾斜している。第１ヘッダ部材１４１の管内の上端部分には蒸気が溜まる。第１ヘッダ部材１４１が第１端部１４１ａから第２端部１４１ｂに向けて水平に構成されている場合には、この上端部分において蒸気が溜まる体積が大きくなるため、この上端部分において蒸気に含まれる塩素成分が付着する面積が大きくなる。本実施の形態の一次熱交換器１０においては、第１ヘッダ部材１４１は、第１端部１４１ａから第２端部１４１ｂに向けて下方に傾斜しているため、第１ヘッダ部材１４１の管内の上端部分において蒸気が溜まる体積が小さくなる。したがって、この上端部分において蒸気に含まれる塩素成分が付着する面積を小さくすることができる。よって、塩素成分によって第１ヘッダ部材１４１が腐食することを抑制することができる。

図９を参照して、第１ヘッダ部材１４１が第１端部１４１ａから第２端部１４１ｂに向けて直線状に構成されている場合の第１ヘッダ部材１４１が破線で示されている。また、同様に第２ヘッダ部材１４２も破線で示されている。本実施の形態の一次熱交換器１０において、第１ヘッダ部材１４１は、第１端部１４１ａから第２端部１４１ｂに向けて湾曲している。このため、第１ヘッダ部材１４１が第１端部１４１ａから第２端部１４１ｂに向けて直線状に構成されている場合に比べて、第１ヘッダ部材１４１の正面部１２ａに沿う距離を長くすることができる。したがって、正面部１２ａにおける第１ヘッダ部材１４１による冷却効果を大きくすることができる。

図４および図９に示されるように、本実施の形態の一次熱交換器１０において、第２ヘッダ部材１４２は、第１ヘッダ部材１４１と同一の形状に構成されている。したがって、部品の種類を減らすことができる。よって、生産効率を向上させることができる。

図４および図５に示されるように、本実施の形態の一次熱交換器１０において、複数のフィン１１ａおよび胴板１２の各々の材質の線膨張係数は、複数のフィンパイプ１１ｂの材質の線膨張係数よりも小さい。燃焼ガスが周囲を流れる複数のフィン１１ａおよび胴板１２の各々の温度は、湯水が内部を流れる複数のフィンパイプ１１ｂの温度よりも高くなる。複数のフィン１１ａおよび胴板１２の各々の材質の線膨張係数が複数のフィンパイプ１１ｂの材質の線膨張係数よりも小さいため、複数のフィンパイプ１１ｂと複数のフィン１１ａおよび胴板１２の各々との間に発生する熱応力による応力集中を緩和することができる。

図１に示されるように、本実施の形態の温水装置１００は、上記の一次熱交換器１０と、一次熱交換器１０に供給される加熱用気体を発生させるためのバーナ３０とを備えている。本実施の形態の温水装置１００によれば、胴板１２を冷却することができ、かつ組立性が良い一次熱交換器１０を備えた温水装置１００を提供することができる。

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。

１０一次熱交換器、１０ａ入水部、１０ｂ出湯部、１０ｃフランジ部、１１熱交換部、１１ａフィン、１１ｂフィンパイプ、１２胴板、１２ａ正面部、１２ｂ本体部、１２ｂ１背面部、１２ｂ２第１側面部、１２ｂ３第２側面部、１２ｃ内側面、１３胴パイプ部、１３ａ背面パイプ部、１３ｂ第１側面パイプ部、１３ｃ第１曲部、１３ｄ第２側面パイプ部、１３ｅ第２曲部、１４ヘッダ部材、１５ベンドパイプ、１６給気接続フランジ、２０二次熱交換器、３０バーナ、１００温水装置、１３１第１冷却パイプ、１３２第２冷却パイプ、１３３第３冷却パイプ、１４１第１ヘッダ部材、１４１ａ第１端部、１４１ｂ第２端部、１４２第２ヘッダ部材、ＣＬ中心、ＣＰ１第１隅部、ＣＰ２第２隅部、ＣＲ１第１隙間、ＣＲ２第２隙間、Ｒ凹部、ＸＤ水平方向、ＹＤ上下方向。

Claims

熱交換部と、
前記熱交換部の周囲を取り囲む胴板と、
前記胴板を冷却するための胴パイプ部とを備え、
前記胴板は、正面部と、前記正面部に取り付けられかつ一枚の板がＵ字状に曲げられた本体部とを含み、
前記胴パイプ部は、前記本体部の内側面に沿うようにＵ字状に曲げられており、かつ前記内側面に取り付けられている、熱交換器。
前記本体部の前記内側面は凹部を含み、
前記凹部は、前記胴パイプ部と嵌合するように構成されている、請求項１に記載の熱交換器。
前記本体部は、前記正面部との間で前記熱交換部を挟むように配置された背面部と、前記背面部の両端から前記正面部に向かって延びるように配置された第１側面部および第２側面部とを含み、
前記胴パイプ部は、前記背面部に取り付けられた背面パイプ部と、前記第１側面部に取り付けられた第１側面パイプ部と、前記背面パイプ部と前記第１側面パイプ部とをつなぐ第１曲部と、前記第２側面部に取り付けられた第２側面パイプ部と、前記背面パイプ部と前記第２側面パイプ部とをつなぐ第２曲部とを含み、
前記第１曲部は、前記背面部と前記第１側面部とで構成された第１隅部との間に第１隙間をあけて配置されており、
前記第２曲部は、前記背面部と前記第２側面部とで構成された第２隅部との間に第２隙間をあけて配置されている、請求項１または２に記載の熱交換器。
前記胴パイプ部の中心は、前記本体部の前記内側面よりも前記本体部の内側に位置している、請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記胴パイプ部は、上下方向に並んで設置されたＵ字状に曲げられた第１冷却パイプおよびＵ字状に曲げられた第２冷却パイプを含み、
前記第１冷却パイプは、前記第２冷却パイプに直列に接続されており、
前記第１冷却パイプおよび前記第２冷却パイプの各々は、水平方向に延びるように設置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記正面部に取り付けられた第１ヘッダ部材をさらに備え、
前記第１冷却パイプおよび前記第２冷却パイプは、前記第１ヘッダ部材を介して一連の通水路を構成している、請求項５に記載の熱交換器。
前記第１冷却パイプは前記第２冷却パイプよりも上方に配置されており、
前記第１冷却パイプの一方端は入水部に接続されており、
前記第１冷却パイプの他方端は前記第１ヘッダ部材を介して前記第２冷却パイプに接続されている、請求項６に記載の熱交換器。
前記第１ヘッダ部材は、前記第１冷却パイプに接続された第１端部と、前記第２冷却パイプに接続された第２端部とを含み、
前記第１ヘッダ部材は、前記第１端部から前記第２端部に向けて下方に傾斜している、請求項７に記載の熱交換器。
前記第１ヘッダ部材は、前記第１端部から前記第２端部に向けて湾曲している、請求項８に記載の熱交換器。
前記正面部に取り付けられた第２ヘッダ部材をさらに備え、
前記胴パイプ部は、前記第１冷却パイプおよび前記第２冷却パイプと前記上下方向に並んで設置された第３冷却パイプを含み、
前記第３冷却パイプは前記第２冷却パイプよりも下方に配置されており、
前記第２冷却パイプおよび前記第３冷却パイプは、前記第２ヘッダ部材を介して一連の通水路を構成しており、
前記第２ヘッダ部材は、前記第１ヘッダ部材と同一の形状に構成されている、請求項７から９のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記熱交換部は、互いに積層された複数のフィンと、前記複数のフィンを貫通する複数のフィンパイプとを含み、
前記複数のフィンおよび前記胴板の各々の材質の線膨張係数は、前記複数のフィンパイプの材質の線膨張係数よりも小さい、請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
請求項１から１１のいずれか１項に記載の前記熱交換器と、
前記熱交換器に供給される加熱用気体を発生させるためのバーナとを備えた、温水装置。