JP2023068861A - 熱交換器及び給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱効率が良好で破損しにくい熱交換器及びこれを備える給湯器を提供する。【解決手段】一次熱交換器は、対向方向に対向する第１壁部及び第２壁部、第１壁部及び第２壁部の一端部同士及び他端部同士に接合される第３壁部及び第４壁部を備える中ケーシング、複数の伝熱管、接続される複数の通水管、ガイド部材を備え、第３壁部及び第４壁部は、外壁面から中ケーシングの内方に凹み、対向方向にのびる複数の凹み溝と、対応する位置に、第３壁部及び第４壁部の内壁面から中ケーシングの内方に突出し、対向方向にのびる複数の凸部を有し、複数の通水管は、複数の伝熱管より上方に配され、中ケーシングの複数の凹み溝内に取り付けられ、ガイド部材は、複数の凸部のうち少なくとも最下位に位置する凸部に固定され、第３壁部及び第４壁部の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気を中ケーシングの内方へとガイドする。【選択図】図７

Description

本発明は、熱交換器及び給湯器に関する。

従来、給湯器に用いられる熱交換器として、特開２０２０－１４３８４１号公報（下記特許文献１）に記載の一次熱交換器が知られている。この一次熱交換器は、ステンレス製であって、バーナの燃焼排気が下向きに通過する四角筒状の中ケーシングと、複数のフィンと、複数の伝熱管と、を備える。複数のフィンは、中ケーシングの下部に厚み方向とされる左右方向に間隔を空けて配されている。複数の伝熱管は、中ケーシング内の各フィンを左右方向に貫通する複数の大径管と、大径管より上方に配され、中ケーシングの前壁及び後壁の外面に取り付けられる複数の小径管と、を含んでいる。複数の小径管は、上下方向に間隔を空けて、中ケーシングの前壁及び後壁の外面から中ケーシングの内方へと凹んで形成された凹み溝に固着されている。

上記の一次熱交換器において、フィンの前後両端の外縁部には中ケーシングの前壁及び後壁に向かってのびる張り出し部が設けられている。張り出し部は、最下段の小径管の直下の前壁及び後壁に当接している。これにより、最下段の小径管の直下の前壁及び後壁の熱がフィン側に伝熱され、ある程度冷却されるようになっている。
張り出し部の上端には、突出部が左側へ折り返し形成されている。突出部は、下方に向かうにつれて中ケーシングの内側に位置する傾斜面となっている。突出部により、中ケーシングの前壁及び後壁の内面に沿って下向きに流れる燃焼排気を、中ケーシングの内方へガイドすることができる。

特開２０２０－１４３８４１号公報

ところで、ステンレス材は銅等と比較して伝熱性に劣るため、フィンが受け取った熱を伝熱管に伝熱させるためには、フィンの外縁部と伝熱管の外周面との距離を短くする必要がある。そうすると、上記のように、フィンの前後両端の外縁部を中ケーシングの前壁及び後壁に向かって延出して張り出し部及び突出部を設けることは、伝熱効率の観点から好ましくない。
一方で、上記の構成において張り出し部を設けない場合、最下段の小径管の直下の前壁及び後壁の熱をフィン側に伝熱することができない。また、上記の構成において突出部を設けない場合、中ケーシングの前壁及び後壁の内面に沿って下向きに流れる燃焼排気は、中ケーシングの内方へガイドされず、最下段の凹み溝より下側の前壁及び後壁と、フィンの端部との間の空間に滞留する。これらにより、最下段の凹み溝より下側の前壁及び後壁にはヒートスポットが生じやすくなる。一方、燃焼排気が滞留する部分よりも上側であって、小径管に近い前壁及び後壁は、小径管を流れる通水により冷却される。したがって、最下段の小径管より下側の前壁及び後壁において大きな温度差が生じることにより、中ケーシングの前壁及び後壁の下部にクラックが発生しやすくなる。

本開示は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、伝熱効率が良好で破損しにくい熱交換器、及びこれを備える給湯器を提供することを目的とする。

本開示の熱交換器は、互いに対向する第１壁部及び第２壁部と、前記第１壁部及び前記第２壁部の一端部同士及び他端部同士にそれぞれ接合される第３壁部及び第４壁部と、を備え、内部を燃焼排気が通過する角筒状の筐体と、前記第１壁部と前記第２壁部とが対向する対向方向を厚み方向として、前記筐体の内部かつ下部に前記対向方向に並べて配される複数のフィンと、前記筐体内の前記複数のフィンを前記対向方向に貫通する複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管に接続される複数の通水管と、を備える熱交換器であって、さらに前記第３壁部及び前記第４壁部に固定されるガイド部材を備え、前記第３壁部及び前記第４壁部は、前記第３壁部及び前記第４壁部の外壁面から前記筐体の内方に凹むとともに、前記対向方向にのびる複数の凹み溝と、前記複数の凹み溝と対応する位置に、前記第３壁部及び前記第４壁部の内壁面から前記筐体の内方に突出するとともに、前記対向方向にのびる複数の凸部と、を有し、前記複数の通水管は、前記複数の伝熱管より上方に配され、前記筐体の前記複数の凹み溝内に取り付けられ、前記ガイド部材は、前記複数の凸部のうち少なくとも最下位に位置する前記凸部に固定され、前記第３壁部及び前記第４壁部の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気を前記筐体の内方へとガイドする熱交換器である。

本開示によれば、伝熱効率が良好で破損しにくい熱交換器、及びこれを備える給湯器を提供することができる。

図１は、実施形態にかかる給湯器の正面図であって、フロントカバーを省略した図である。 図２は、樹脂シート、コントローラ及び表示操作パネルを省略した給湯器の正面図である。 図３は、一次熱交換器の斜視図である。 図４は、各ヘッダの蓋部分を除いた一次熱交換器の右側面図である。 図５は、各ヘッダの蓋部分を除いた一次熱交換器の左側面図である。 図６は、図２のＡ－Ａ断面図である。 図７は、図６のガイド部材の周辺を拡大した拡大図である。 図８は、繰り返し構造を一部省略したフィンの斜視図である。 図９は、左右方向に並んで配置された複数のフィンの斜視図であって、フィンの繰り返し構造を一部省略して示した図である。 図１０は、左右方向に並んで配置された複数のフィンの平面図であって、フィンの繰り返し構造を一部省略して示した図である。 図１１は、ガイド部材の斜視図である。 図１２は、ガイド部材を長辺方向から見た図である。

以下、本開示の実施形態を列記して例示する。
（１）本開示の熱交換器は、互いに対向する第１壁部及び第２壁部と、前記第１壁部及び前記第２壁部の一端部同士及び他端部同士にそれぞれ接合される第３壁部及び第４壁部と、を備え、内部を燃焼排気が通過する角筒状の筐体と、前記第１壁部と前記第２壁部とが対向する対向方向を厚み方向として、前記筐体の内部かつ下部に前記対向方向に並べて配される複数のフィンと、前記筐体内の前記複数のフィンを前記対向方向に貫通する複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管に接続される複数の通水管と、を備える熱交換器であって、さらに前記第３壁部及び前記第４壁部に固定されるガイド部材を備え、前記第３壁部及び前記第４壁部は、前記第３壁部及び前記第４壁部の外壁面から前記筐体の内方に凹むとともに、前記対向方向にのびる複数の凹み溝と、前記複数の凹み溝と対応する位置に、前記第３壁部及び前記第４壁部の内壁面から前記筐体の内方に突出するとともに、前記対向方向にのびる複数の凸部と、を有し、前記複数の通水管は、前記複数の伝熱管より上方に配され、前記筐体の前記複数の凹み溝内に取り付けられ、前記ガイド部材は、前記複数の凸部のうち少なくとも最下位に位置する前記凸部に固定され、前記第３壁部及び前記第４壁部の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気を前記筐体の内方へとガイドする熱交換器である。

このような構成によると、最下位に位置する凸部にはガイド部材が固定されるから、第３壁部及び第４壁部の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気を筐体の内方に向けてガイドすることができる。よって、凸部の下側の第３壁部及び第４壁部と、複数のフィンの端部との間の空間に燃焼排気が流れ込むのを防止し、凸部の下側の第３壁部及び第４壁部にヒートスポットが生じることを抑制することができる。したがって、第３壁部及び第４壁部の下部にクラックが生じることを抑制することができる。

（２）前記ガイド部材は、前記凸部の上端から下端にわたって前記凸部を覆うように固定される円弧部と、前記円弧部の下端からのびて設けられるとともに、下方に向かうほど前記筐体の内方に傾斜する第１平板部と、を備えることが好ましい。

このような構成によると、第１平板部により第３壁部及び第４壁部の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気を筐体の内方に向けてガイドすることができる。
また、凸部を上端から下端にわたって覆うように円弧部が凸部に固定され、凸部は通水管が取り付けられる凹み溝に対応する位置にあるから、通水管に燃焼排気の熱を効率的に伝熱させることができる。

（３）前記ガイド部材は、前記円弧部の上端から上方にのびるとともに、前記第３壁部及び前記第４壁部の内壁面に重なるように固定される第２平板部をさらに備え、前記第１平板部と前記第２平板部とは同形同大とされ、前記ガイド部材は、前記第１平板部と前記第２平板部との中間の位置と、前記円弧部の周方向中心と、を通る仮想直線に対して対称に形成されていることが好ましい。

このような構成によると、第２平板部によりガイド部材を第３壁部及び第４壁部に安定的に固定できる。
また、ガイド部材は第１平板部と第２平板部との中間の位置を通る仮想直線に対して対称に形成されているから、第１平板部と第２平板部とを入れ替えても、入れ替えない場合と同様に、ガイド部材を第３壁部及び第４壁部に固定し、かつ、燃焼排気を筐体の内方へガイドすることが可能である。よって、ガイド部材を第３壁部及び第４壁部に固定する際に、ガイド部材の向きに注意を払わなくてもよく、組み付け効率を向上させることができる。

（４）前記複数のフィンは、前記第３壁部側の端部及び前記第４壁部側の端部の上部に配されて前記第１壁部側または前記第２壁部側に向けて折り返される折り返し部を備え、前記折り返し部は、上方に向かうほど前記筐体の内方に傾斜しており、前記第１平板部の下端部は、前記折り返し部の上端部の近傍に配されていることが好ましい。

このような構成によると、折り返し部を設けることで、ガイド部材により筐体の内方へとガイドされた燃焼排気を本来燃焼排気が通過しにくいフィンの第３壁部側の端部及び第４壁部側の端部と伝熱管との間の空間に案内することができる。よって、伝熱管への伝熱効率を向上させることができる。

（５）本開示の給湯器は、バーナと、上記の熱交換器と、を備える給湯器である。

このような構成によると、伝熱効率が良好で破損しにくい熱交換器を備えた給湯器を提供することができる。

＜実施形態＞
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、複数の同一部材については、一部の部材にのみ符号を付し、他の部材の符号を省略する場合がある。

［給湯器の全体構造］
図１は、給湯器１を示す正面図で、フロントカバーを外した状態で示している。図２は図１の給湯器１において、樹脂シート２６、コントローラ１２、及び表示操作パネル１３を除いた状態を示している。
給湯器１は、前面を開口した四角箱状の外ケーシング２と、外ケーシング２内に収容される内胴３と、を備える。内胴３には、上から順に、バーナ４と、一次熱交換器５（熱交換器の一例）と、二次熱交換器６と、が設けられており、給湯器１は、バーナ４の燃焼排気が上方から下方へと流れる下向き燃焼式となっている。

また、外ケーシング２内には、排気部７と、ファンユニット８と、ガス供給ユニット１０と、が設けられている。排気部７は、内胴３の下部から後方へ回り込んで上向きに設けられている。ファンユニット８は、内胴３の右側方でバーナ４に連結されている。ガス供給ユニット１０は、ファンユニット８の下側でファンユニット８に連結されている。ガス供給ユニット１０は、ガスガバナ９を介してガス導入管１１からファンユニット８へと燃料ガスを供給する。内胴３の下方右側には、電装基板を収容してなるコントローラ１２が設置されている。内胴３の下方中央には、フロントカバーから露出する表示操作パネル１３が設けられている。

［バーナ］
バーナ４は、燃料ガスと燃焼に必要な全ての燃焼用空気との混合気が燃焼する全一次空気式となっている。バーナ４は、上下面を開口して上下方向に所定深さを有する平面視横長矩形状の上ケーシング１４を有する。上ケーシング１４の上面は、上方へ突出してファンユニット８が接続されるチャンバ１５によって閉塞されている。上ケーシング１４の下面には、複数の炎孔が形成された図示しない炎孔板が設けられて、炎孔板の表面（下面）で混合気が燃焼可能となっている。
ファンユニット８は、平面視円形のファンケース１６内に図示しないファンを備える。ファンケース１６の上側中央には、ファンを回転駆動させるファンモータ１７が設けられている。

［一次熱交換器］
一次熱交換器５は、ステンレス製とされている。一次熱交換器５は、図３に示すように、四角筒状の中ケーシング２０（筐体の一例）と、複数のフィン２１と、複数（本実施形態では、８本）の伝熱管２２と、複数（本実施形態では、６本）の通水管２３と、を備える。中ケーシング２０はバーナ４に取り付けられ、中ケーシング２０の内部には、バーナ４で発生した燃焼排気が上方から下方へと通過するようになっている（図２参照）。燃焼排気の熱は、複数の伝熱管２２内を流通する湯水に伝熱されるようになっている。

図１に示すように、中ケーシング２０の上側外周には、略全面に導電パターンが蛇行状に網羅されてなる帯状の樹脂シート２６が巻回されて、中ケーシング２０からの燃焼排気の漏洩を検知可能となっている。

図３に示すように、中ケーシング２０は、左右方向（対向方向の一例）に対向する第１壁部３１及び第２壁部３２と、第１壁部３１及び第２壁部３２の一端部（前端部）同士及び他端部（後端部）同士にそれぞれ接合される第３壁部３３及び第４壁部３４と、を備える。本実施形態では、第１壁部３１は中ケーシング２０の右側の壁部であり、第２壁部３２は中ケーシング２０の左側の壁部である。第３壁部３３は中ケーシング２０の前側の壁部であり、第４壁部３４は中ケーシング２０の後側の壁部である。

図３及び図６に示すように、複数のフィン２１（一部のみ図示）は、中ケーシング２０内の下部に左右方向へ所定間隔を空けて並設されている。複数の伝熱管２２は、左右方向にのびる直線状であって、中ケーシング２０内の下部において前後方向に並んで配置されている。複数の伝熱管２２は、各フィン２１を左右方向に貫通している。図４から図６に示すように、伝熱管２２の断面形状は、長径方向を上下方向とする楕円形とされている。伝熱管２２の内部には、湯水の流速を調整するとともに、湯水を撹拌するための流速調整部材２２Ａが配されている。

図３及び図６に示すように、複数の通水管２３は、複数の伝熱管２２よりも上方に位置し、中ケーシング２０の第３壁部３３及び第４壁部３４の外壁面にそれぞれ上下方向に所定間隔をおいて３本ずつ配設されている。通水管２３は、左右方向にのびる直線状である。通水管２３の断面形状は、円形とされている。

図６及び図７に示すように、複数の通水管２３は、第３壁部３３及び第４壁部３４に設けられる複数の凹み溝３５内に取り付けられる。凹み溝３５は、第３壁部３３及び第４壁部３４のそれぞれに３つずつ設けられている。凹み溝３５は、上下方向に間隔を空けて配され、左右方向にのびている。第３壁部３３の凹み溝３５は、第３壁部３３の外壁面から後方に凹んでおり、第４壁部３４の凹み溝３５は、第４壁部３４の外壁面から前方に凹んでいる。すなわち、凹み溝３５は、中ケーシング２０の内方に向かって凹んでいる。第３壁部３３及び第４壁部３４の断面図において、凹み溝３５は外壁面側の円弧状の部分に対応する。

複数の凹み溝３５に対応する位置に配される第３壁部３３及び第４壁部３４の内壁面には、複数の凸部３６が左右方向にのびて設けられている。第３壁部３３の凸部３６は、第３壁部３３の内壁面から後方に突出しており、第４壁部３４の凸部３６は、第４壁部３４の内壁面から前方に突出している。すなわち、凸部３６は、中ケーシング２０の内方に向かって突出している。第３壁部３３及び第４壁部３４の断面図において、凸部３６は内壁面側の円弧状の部分に対応する。

複数の凸部３６のうち最下位に位置する凸部３６より下側の第３壁部３３及び第４壁部３４はそれぞれ下壁部３７とされ、複数の凸部３６のうち最下位に位置する凸部３６より上側の第３壁部３３及び第４壁部３４はそれぞれ上壁部３８とされている。下壁部３７は、上壁部３８よりも中ケーシング２０の内方にずれて配されており、各下壁部３７の前後方向における間隔は、各上壁部３８の前後方向における間隔よりも小さくなっている。

図３から図５に示すように、第１壁部３１及び第２壁部３２の下部には、下側ヘッダ４０が取り付けられている。なお、図４及び図５においては、各ヘッダ４０，４２，４３，４５の蓋部分が省略されており、伝熱管２２や通水管２３と各ヘッダ４０，４２，４３，４５との接続が見やすいようにしている。

図４及び図５に示すように、下側ヘッダ４０は、前後方向に隣接する２本の伝熱管２２の左右の端部を接続している。これにより、複数の伝熱管２２は、蛇行状に１本に繋がっている。ただし、第１壁部３１の最後部の下側ヘッダ４０は、最後部の伝熱管２２の右端部のみに接続されている。図３に示すように、第１壁部３１の最後部の下側ヘッダ４０は、ジョイント筒４１に接続されている。図１に示すように、ジョイント筒４１は、接続管２４を介して二次熱交換器６と接続される。
図４に示すように、最前部の伝熱管２２の右端部は、上下に延びる前側ヘッダ４２を介して、前側３本の通水管２３の右端部と接続されている。

図３及び図４に示すように、第１壁部３１の上部には、第１ヘッダ４３が取り付けられている。第１ヘッダ４３は、後側の通水管２３の右端部に繋がっている。図３に示すように、第１ヘッダ４３の右上部分には、ジョイント筒４４が設けられている。図２に示すように、ジョイント筒４４には、出湯管２５が接続される。
図５に示すように、第２壁部３２の上部には、第２ヘッダ４５が取り付けられている。第２ヘッダ４５は、前側の通水管２３の左端部と、後側の通水管２３の左端部と、に繋がっている。すなわち、第２ヘッダ４５は、前後の３本の通水管２３の左端部同士を接続する。

したがって、一次熱交換器５における湯水の流通経路は以下のようになっている。
まず、接続管２４から最後部の伝熱管２２に流入した湯水は、下側ヘッダ４０を介して複数の伝熱管２２を交互に通過しながら前方へ蛇行状に移動する。そして、最前部の伝熱管２２から流出した湯水は、前側ヘッダ４２を介して前側３本の通水管２３へ流入し、左方へ移動した後、第２ヘッダ４５を介して後側３本の通水管２３へと流入し、右方へ移動する。後側３本の通水管２３から流出した湯水は、第１ヘッダ４３を介して出湯管２５から流出することになる。

［複数のフィン］
フィン２１は、前後方向に延びる横長板状の部材である。図６に示すように、フィン２１には、８つの楕円状の貫通孔５０が左右方向に貫通して形成されており、前後方向に間隔を空けて配されている。フィン２１の貫通孔５０には、伝熱管２２が挿通されるようになっている。図８に示すように、フィン２１の貫通孔５０の内縁には、左側へ突出するバーリング部５１が設けられている。フィン２１は、貫通孔５０の孔縁部から径方向外側に張り出してなるフランジ状の受熱部５２を備える。受熱部５２は、中ケーシング２０内を上方から下方に流れる燃焼排気から熱を受け取り、貫通孔５０に挿通された伝熱管２２に熱を伝え、伝熱管２２内の湯水を温める。前後方向に隣接する２つの受熱部５２は、それらの下側部分において、連結部５３により連結されている。
フィン２１の前側（第３壁部３３側）の端部及び後側（第４壁部３４側）の端部にはそれぞれ端縁部５４が設けられている。図６に示すように、前側の端縁部５４は、第３壁部３３の下壁部３７の内壁面に当接するように配され、固定される。後側の端縁部５４は、第４壁部３４の下壁部３７の内壁面に当接するように配され、固定される。

［折り返し部］
図８に示すように、フィン２１の前後両端部の上部には左側（第２壁部３２側）に向けて折り返された２つの折り返し部５５が設けられている。前側の折り返し部５５は、上方に向かうほど後方に傾斜している。後側の折り返し部５５は、上方に向かうほど前方に傾斜している。すなわち、２つの折り返し部５５は、上方に向かうほど中ケーシング２０の内方に傾斜するように設けられている（図６参照）。

中ケーシング２０内において複数のフィン２１が左右方向に並べられ、伝熱管２２が挿通された状態では、図９及び図１０に示すように、複数のフィン２１の折り返し部５５が互いに重なるように配置されている。詳細には、図１０に示すように、フィン２１Ａがフィン２１Ｂの右方（図示上方）に隣接している場合、フィン２１Ａに設けられる折り返し部５５の先端部（図示下側部分）がフィン２１Ｂに設けられる折り返し部５５の基端部（図示上側部分）の上に重なるようになっている。

［ガイド部材］
図６に示すように、一次熱交換器５は、中ケーシング２０の内部にガイド部材６０を備える。本実施形態のガイド部材６０は複数の凸部３６のうち最下位に位置する凸部３６に固定される。図７は、第３壁部３３に固定されたガイド部材６０の周辺を示す図６の一部拡大図である。図７に示すように、ガイド部材６０は、破線矢印Ａ１で示すように、第３壁部３３の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気を後方へとガイドする。同様にして、第４壁部３４に固定されたガイド部材６０は、燃焼排気を前方へとガイドする。すなわち、ガイド部材６０により、第３壁部３３及び第４壁部３４の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気が中ケーシング２０の内方へとガイドされる。

［円弧部、第１平板部］
図７に示すように、ガイド部材６０は、凸部３６に固定される円弧部６１と、円弧部６１の下端からのびて設けられる第１平板部６２と、円弧部の上端からのびて設けられる第２平板部６３と、を備える。円弧部６１は、凸部３６の上端から下端にわたって凸部３６を覆うように配されている。凸部３６と対応する位置には凹み溝３５が設けられ、凹み溝３５には通水管２３が配されているから、円弧部６１が燃焼排気から受け取った熱を通水管２３内の湯水に伝熱しやすくなっている。第１平板部６２は、下方に向かうほど中ケーシング２０の内方（図７では後方）に傾斜している。よって、第１平板部６２は、第３壁部３３及び第４壁部３４の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気を中ケーシング２０の内方に向けてガイドする（破線矢印Ａ１）。

本実施形態と異なり、ガイド部材６０が設けられない場合には、第３壁部３３及び第４壁部３４の下壁部３７と、複数のフィン２１の前後方向の端部との間の空間Ｓ１（図７参照）に燃焼排気が流れ込み、滞留する。一次熱交換器５は比較的伝熱性に劣るステンレス製であるから、空間Ｓ１に滞留する燃焼排気の熱は、フィン２１や下壁部３７を通じて、伝熱管２２内の湯水まで伝熱されにくく、下壁部３７にヒートスポットが生じやすい。また、下壁部３７のうち最下段の通水管２３に近い側は通水管２３を流れる通水により冷却されるが、下壁部３７のうち通水管２３より下側に離れた側は空間Ｓ１に流れる燃焼排気により加熱されることから、下壁部３７において大きな温度差が生じる。一次熱交換器５は熱伝導性に劣るステンレス材が用いられていることから、こうした下壁部３７における温度差が解消されず、下壁部３７にクラックが発生する場合がある。
一方、本実施形態では、図７に示すように、ガイド部材６０が設けられることにより、上記の空間Ｓ１には燃焼排気が流れ込みにくくなり、代わりに燃焼排気は中ケーシング２０の内方へと導かれる（破線矢印Ａ１）。こうして、下壁部３７が加熱されるのが抑制され、下壁部３７に大きな温度差が生じるのが防止される。したがって、フィン２１の前後両端の外縁部と伝熱管２２の距離を小さくし、フィン２１と下壁部３７との間に隙間が形成される場合であっても、下壁部３７にヒートスポットが生じることを抑制し、クラックが発生することを抑制することができる。
また、空間Ｓ１への燃焼排気の流れ込みが抑制されるから、その分だけ伝熱効率を向上させることができる。

本実施形態では、第１平板部６２の下端部６２Ａは、折り返し部５５の上端部５５Ａの近傍に配されている。これにより、破線矢印Ａ２で示すように、第１平板部６２により中ケーシング２０の内方へとガイドされた燃焼排気を、フィン２１の端縁部５４と伝熱管２２との間の空間Ｓ２に案内することができる。この空間Ｓ２には、本来、燃焼排気が通過しにくい。よって、伝熱管２２への伝熱効率を向上させることができる。
また、左右方向に隣接するフィン２１の折り返し部５５は互いに重ねられている（図１０）。これにより、空間Ｓ２へと案内された燃焼排気が隣接するフィン２１の間から空間Ｓ１へと流れ込むことを抑制することができる。

［第２平板部］
前記第２平板部６３は、第３壁部３３及び第４壁部３４の上壁部３８の内壁面に重なるように固定されている。第２平板部６３により、ガイド部材６０をより安定して中ケーシング２０に取り付けることができる。

図１１に示すように、ガイド部材６０は長辺方向Ｄ１に長い形態とされ、短辺方向Ｄ２に略３分割されている。短辺方向Ｄ２における中央部が円弧部６１とされている。円弧部６１の短辺方向Ｄ２における一方の端部に第１平板部６２が設けられ、円弧部６１の短辺方向Ｄ２における他方の端部に第２平板部６３が設けられている。第１平板部６２及び第２平板部６３は、同形同大の平板状とされている。ガイド部材６０には、円弧部６１を貫通する複数のスリット部６４が形成されている。複数のスリット部６４は、ガイド部材６０の長辺方向Ｄ１に間隔を空けて並んでいる。
ガイド部材６０は、長辺方向Ｄ１が左右方向と一致するように配され、円弧部６１が凸部３６を覆うように中ケーシング２０に固定される。

図１２に示すように、ガイド部材６０は、第１平板部６２と第２平板部６３との中間の位置と、円弧部６１の周方向中心と、を通る仮想直線ＶＬに対して対称に形成されている。すなわち、ガイド部材６０において第１平板部６２と第２平板部６３とは構造的に同等となっている。これにより、ガイド部材６０を第３壁部３３及び第４壁部３４に固定する際、燃焼排気を中ケーシング２０の内方にガイドする第１平板部６２と、第３壁部３３及び第４壁部３４に固定される第２平板部６３と、を見分ける必要がない。したがって、ガイド部材６０の中ケーシング２０への組み付け効率が向上する。

［二次熱交換器］
二次熱交換器６は、図２に示すように、中ケーシング２０と連通する四角筒状の下ケーシング８０を備える。図示しないが、下ケーシング８０の内部には、凹凸構造を有する複数の伝熱プレートが所定間隔をおいて重ねられており、伝熱プレート間に連続する内部流路が形成されている。内部流路には、給水管８１が接続される入口と、接続管２４が接続される出口と、が設けられている。

排気部７は、二次熱交換器６の下ケーシング８０の下面に取り付けられるドレン受け８２と、ドレン受け８２の後部に立設される排気ダクト８３と、を備える。ドレン受け８２の底部は、ドレン排出管８４を介して中和器８５と接続される。
排気ダクト８３は、合成樹脂製であり、横長角筒状をなしている。排気ダクト８３の上端の開口には、外ケーシング２の上面に突出する円筒状の排気筒部８７を備えた上カバー８６が接合される。

［給湯器の動作説明］
以上のように構成された給湯器１においては、器具内に通水されると、リモコン等で要求される燃焼量に応じた回転数でコントローラ１２がファンモータ１７を駆動させてファンを回転させる。すると、ファンユニット８では、ファンの回転数に比例した空気が吸い込まれる。同時にガス導入管１１からは燃料ガスが供給され、ガスガバナ９で調圧された後、ガス供給ユニット１０でファンユニット８の吸込側に設けたベンチュリーを介して空気と混合されて混合気が生成される。生成された混合気は、ファンケース１６の吐出口からバーナ４のチャンバ１５に吐出され、上ケーシング１４内に供給されて、炎孔板の各炎孔から噴出し、図示しない点火電極によって点火されて燃焼する。

バーナ４からの燃焼排気は、一次熱交換器５の中ケーシング２０で各フィン２１の間を上方から下方へ通過することで、伝熱管２２内を流れる湯水と熱交換し、顕熱が回収される。

このとき、ガイド部材６０により第３壁部３３及び第４壁部３４の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気が中ケーシング２０の内方へガイドされるから、下壁部３７とフィン２１の前端部及び後端部との間の空間Ｓ１に燃焼排気が流れ込みにくい。よって、下壁部３７においてヒートスポットが形成されることでクラックが発生することを抑制できる。
また、空間Ｓ１に流れ込んだ燃焼排気は、伝熱管２２内の湯水へと熱が伝熱され難いが、本実施形態では、空間Ｓ１への燃焼排気の流れ込みが抑制されるから、その分だけ伝熱効率を向上させることができる。

一次熱交換器５からの燃焼排気は、二次熱交換器６の下ケーシング８０内で各伝熱プレートの間を通過することで、伝熱プレートの内部流路を流れる水と熱交換し、潜熱が回収される。

下ケーシング８０を通過した燃焼排気は、排気部７のドレン受け８２内に進入し、ドレン受け８２の後部に移動して排気ダクト８３内を上昇して排気筒部８７から外部に排出される。二次熱交換器６で発生したドレンは、ドレン受け８２内に落下し、ドレン排出管８４及び中和器８５を介して器具の外部へ排出される。

［実施形態の作用効果］
このように、本実施形態においては、最下位に位置する凸部３６にはガイド部材６０が固定されるから、第３壁部３３及び第４壁部３４の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気を中ケーシング２０の内方に向けてガイドすることができる。よって、凸部３６の下側の第３壁部３３及び第４壁部３４と、複数のフィン２１の端部との間の空間Ｓ１に燃焼排気が流れ込むのを防止し、凸部３６の下側の第３壁部３３及び第４壁部３４にヒートスポットが生じることを抑制することができる。したがって、下壁部３７において最下段の通水管２３に近い部分と最下段の通水管２３から離れている部分とで大きな温度差が生じることを抑制することができるから、第３壁部３３及び第４壁部３４の下部にクラックが生じることを抑制することができる。

本実施形態では、ガイド部材６０の第１平板部６２は下方に向かうほど中ケーシング２０の内方に傾斜しているから、第１平板部６２により第３壁部３３及び第４壁部３４の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気を中ケーシング２０の内方に向けてガイドすることができる。
また、凸部３６を上端から下端にわたって覆うように円弧部６１が凸部３６に固定され、凸部３６は通水管２３が取り付けられる凹み溝３５に対応する位置にあるから、通水管２３に燃焼排気の熱を効率的に伝熱させることができる。

本実施形態では、ガイド部材６０は、円弧部６１の上端から上方にのびる第２平板部６３をさらに備えるから、第２平板部６３によりガイド部材６０を第３壁部３３及び第４壁部３４に安定的に固定できる。
また、ガイド部材６０は第１平板部６２と第２平板部６３との中間の位置と、円弧部６１の周方向中心と、を通る仮想直線ＶＬに対して対称に形成されているから、第１平板部６２と第２平板部６３とを入れ替えても、入れ替えない場合と同様に、ガイド部材６０を第３壁部３３及び第４壁部３４に固定し、かつ、燃焼排気を中ケーシング２０の内方へガイドすることが可能である。よって、ガイド部材６０を第３壁部３３及び第４壁部３４に固定する際に、ガイド部材６０の向きに注意を払わなくてもよく、組み付け効率を向上させることができる。

本実施形態では、複数のフィン２１は折り返し部５５を備えるから、ガイド部材６０により中ケーシング２０の内方へとガイドされた燃焼排気を本来燃焼排気が通過しにくいフィン２１の第３壁部３３側の端部及び第４壁部３４側の端部と伝熱管２２との間の空間Ｓ２に案内することができる。よって、伝熱管２２への伝熱効率を向上させることができる。

本実施形態の給湯器１は、バーナ４と、上記の一次熱交換器５と、を備えるから、伝熱効率が良好で破損しにくい一次熱交換器５を備えた給湯器１を提供することができる。

＜他の実施形態＞
本開示は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態を、次のように変更してもよい。

実施形態では、一次熱交換器５及び二次熱交換器６の２つの熱交換器を備えた形態を例示したが、給湯器は、一次熱交換器のみを備えた形態であってもよい。

実施形態では、熱交換器の一例として給湯に用いられる一次熱交換器５を例示したが、風呂やセントラルヒーティング等の循環用等、他の用途の熱交換器でもよい。

なお、本開示の範囲は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１…給湯器、２…外ケーシング、３…内胴、４…バーナ、５…一次熱交換器（熱交換器）、６…二次熱交換器、７…排気部、８…ファンユニット、９…ガスガバナ、１０…ガス供給ユニット、１１…ガス導入管、１２…コントローラ、１３…表示操作パネル、１４…上ケーシング、１５…チャンバ、１６…ファンケース、１７…ファンモータ
２０…中ケーシング（筐体）、２１，２１Ａ，２１Ｂ…フィン、２２…伝熱管、２２Ａ…流速調整部材、２３…通水管、２４…接続管、２５…出湯管、２６…樹脂シート、３１…第１壁部、３２…第２壁部、３３…第３壁部、３４…第４壁部、３５…凹み溝、３６…凸部、３７…下壁部、３８…上壁部
４０…下側ヘッダ、４１…ジョイント筒、４２…前側ヘッダ、４３…第１ヘッダ、４４…ジョイント筒、４５…第２ヘッダ
５０…貫通孔、５１…バーリング部、５２…受熱部、５３…連結部、５４…端縁部、５５…折り返し部、５５Ａ…上端部
６０…ガイド部材、６１…円弧部、６２…第１平板部、６２Ａ…下端部、６３…第２平板部、６４…スリット部
８０…下ケーシング、８１…給水管、８２…ドレン受け、８３…排気ダクト、８４…ドレン排出管、８５…中和器、８６…上カバー、８７…排気筒部
Ａ１，Ａ２…破線矢印、Ｄ１…長辺方向、Ｄ２…短辺方向、Ｓ１…凸部の下側の第３壁部及び第４壁部と、複数のフィンの端部との間の空間、Ｓ２…フィンの第３壁部側の端部及び第４壁部側の端部と伝熱管との間の空間、ＶＬ…仮想直線

Claims (5)

1. 互いに対向する第１壁部及び第２壁部と、前記第１壁部及び前記第２壁部の一端部同士及び他端部同士にそれぞれ接合される第３壁部及び第４壁部と、を備え、内部を燃焼排気が通過する角筒状の筐体と、
   前記第１壁部と前記第２壁部とが対向する対向方向を厚み方向として、前記筐体の内部かつ下部に前記対向方向に並べて配される複数のフィンと、
   前記筐体内の前記複数のフィンを前記対向方向に貫通する複数の伝熱管と、
   前記複数の伝熱管に接続される複数の通水管と、
   を備える熱交換器であって、
   さらに前記第３壁部及び前記第４壁部に固定されるガイド部材を備え、
   前記第３壁部及び前記第４壁部は、前記第３壁部及び前記第４壁部の外壁面から前記筐体の内方に凹むとともに、前記対向方向にのびる複数の凹み溝と、前記複数の凹み溝と対応する位置に、前記第３壁部及び前記第４壁部の内壁面から前記筐体の内方に突出するとともに、前記対向方向にのびる複数の凸部と、を有し、
   前記複数の通水管は、前記複数の伝熱管より上方に配され、前記筐体の前記複数の凹み溝内に取り付けられ、
   前記ガイド部材は、前記複数の凸部のうち少なくとも最下位に位置する前記凸部に固定され、前記第３壁部及び前記第４壁部の内壁面に沿って下方に流れる燃焼排気を前記筐体の内方へとガイドする熱交換器。
2. 前記ガイド部材は、前記凸部の上端から下端にわたって前記凸部を覆うように固定される円弧部と、前記円弧部の下端からのびて設けられるとともに、下方に向かうほど前記筐体の内方に傾斜する第１平板部と、を備える、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記ガイド部材は、前記円弧部の上端から上方にのびるとともに、前記第３壁部及び前記第４壁部の内壁面に重なるように固定される第２平板部をさらに備え、
   前記第１平板部と前記第２平板部とは同形同大とされ、
   前記ガイド部材は、前記第１平板部と前記第２平板部との中間の位置と、前記円弧部の周方向中心と、を通る仮想直線に対して対称に形成されている、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記複数のフィンは、前記第３壁部側の端部及び前記第４壁部側の端部の上部に配されて前記第１壁部側または前記第２壁部側に向けて折り返される折り返し部を備え、
   前記折り返し部は、上方に向かうほど前記筐体の内方に傾斜しており、
   前記第１平板部の下端部は、前記折り返し部の上端部の近傍に配されている、請求項２または請求項３に記載の熱交換器。
5. バーナと、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器と、を備える給湯器。

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