JP2023068862A - 熱交換器及び給湯器 - Google Patents

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Abstract

【課題】伝熱管の損傷が抑制された熱交換器、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５は、第１壁部及び第２壁部と、第１壁部及び第２壁部に接合される第３壁部３３及び第４壁部３４を備え、燃焼排気が通過する中ケーシング２０と、その内部下部に第１壁部と第２壁部とが対向する第１方向に並べて配され、第１方向に貫通する複数の貫通孔５０が形成された複数のフィン２１と、各貫通孔５０内に挿通される伝熱管２２を備え、各フィン２１は、各貫通孔５０の径方向外側に張り出すフランジ状の受熱部５２と、第３壁部３３と第４壁部３４とが対向する第２方向に隣接する受熱部５２の下側部分を連結する連結部５３と、各フィン２１の第２方向における両端において第３壁部３３及び第４壁部３４に固定される端縁部５４と、第２方向における両端部に配される伝熱管２２の上側部分と下側部分との温度差を小さくする温度差抑制部５６と、を有する。【選択図】図６

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、中ケーシングの内部に配される複数のフィンと、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。複数のフィンは、前後両端において中ケーシングの内壁面に固定される端縁部を有する。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している。
特開２０２０－１４３８４１号公報
上記の一次熱交換器において、バーナの燃焼排気はファンの送圧により下流側に向かって流れ、複数のフィンの間を通過する。この際、燃焼排気の熱量が複数のフィンを介して伝熱管に伝熱され、伝熱管内の通水に回収される。ここで、複数のフィンの間の上流側には高温の燃焼排気が流れ、複数のフィンの間の下流側には熱回収が進んだ比較的低温の燃焼排気が流れているから、フィンの上流側（上側）が高温に、フィンの下流側（下側）が比較的低温になる。この結果、フィンを貫通する伝熱管の上側部分が伝熱管の下側部分に比べてより大きく熱膨張し、伝熱管が上反り状に変形しようとする。
複数の伝熱管のうち、中ケーシングの中央部寄りに配されている伝熱管は、中ケーシングの内壁面に固定されるフィンの端縁部から離れているため、比較的変形の自由度が高い。よって、中ケーシングの中央部寄りでは、上記のように伝熱管が上反り状に変形することが許容されやすい。しかしながら、中ケーシングの前後両端部に配されている伝熱管は、中ケーシングの内壁面に固定されるフィンの端縁部に近いため、変形が制限される。よって、中ケーシングの前後両端部では、伝熱管が上反り状に変形することが許容されにくい。このため、熱膨張により中ケーシングの前後両端の伝熱管の一部に応力が集中し、伝熱管が損傷する可能性がある。こうした問題点は、銅等と比較して伝熱性・靭性の低いステンレス製の熱交換器において特に顕在化する。
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、伝熱管の損傷が抑制された熱交換器、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、内部を燃焼排気が下向きに通過するステンレス製の角筒状の筐体と、前記筐体の内部かつ下部に、前記第１壁部と前記第２壁部とが対向する第１方向に並べて配されるとともに、前記第１方向に貫通する複数の貫通孔が形成されたステンレス製の複数のフィンと、各前記貫通孔内に挿通されるステンレス製の複数の伝熱管と、を備える熱交換器であって、各前記フィンは、各前記貫通孔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と、前記第３壁部と前記第４壁部とが対向する第２方向に隣接する前記受熱部の下側部分を連結する連結部と、各前記フィンの前記第２方向における両端において前記第３壁部及び前記第４壁部にそれぞれ固定される端縁部と、前記複数の伝熱管のうち前記第２方向における両端部に配される前記伝熱管の上側部分と下側部分との温度差を小さくする温度差抑制部と、を有する熱交換器である。
本開示によれば、伝熱管の損傷が抑制された熱交換器、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のフィンの前端部の貫通孔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。
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、内部を燃焼排気が下向きに通過するステンレス製の角筒状の筐体と、前記筐体の内部かつ下部に、前記第１壁部と前記第２壁部とが対向する第１方向に並べて配されるとともに、前記第１方向に貫通する複数の貫通孔が形成されたステンレス製の複数のフィンと、各前記貫通孔内に挿通されるステンレス製の複数の伝熱管と、を備える熱交換器であって、各前記フィンは、各前記貫通孔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と、前記第３壁部と前記第４壁部とが対向する第２方向に隣接する前記受熱部の下側部分を連結する連結部と、各前記フィンの前記第２方向における両端において前記第３壁部及び前記第４壁部にそれぞれ固定される端縁部と、前記複数の伝熱管のうち前記第２方向における両端部に配される前記伝熱管の上側部分と下側部分との温度差を小さくする温度差抑制部と、を有する熱交換器である。
このような構成によると、温度差抑制部により、第２方向における両端部に配される伝熱管の上側部分と下側部分との温度差を小さくすることができるから、第２方向における両端部に配される伝熱管が熱膨張により損傷することを抑制することができる。
（２）各前記フィンの前記第２方向における両端部に配される前記貫通孔の孔縁部の前記受熱部の上側部分には、径方向内側に凹むキャビティ部が設けられ、前記キャビティ部は前記温度差抑制部とされていることが好ましい。
このような構成によると、簡便な構造であるキャビティ部を温度差抑制部とすることができる。すなわち、キャビティ部を設けることで、受熱部の上側部分が燃焼排気から受け取る熱量を小さくして、第２方向における両端部に配される伝熱管の上側部分と下側部分との温度差を小さくすることができる。
（３）前記キャビティ部は、前記受熱部の上側部分のうち近接する前記端縁部から前記第２方向に離れた位置に設けられていることが好ましい。
このような構成によると、燃焼排気が通過しにくい端縁部側の受熱部と、端縁部から第２方向に離れた側の受熱部との間で、燃焼排気から受け取る熱量を均一化することができ、より一層、熱膨張による伝熱管の損傷を抑制することができる。
（４）前記キャビティ部は、前記受熱部において隣接して複数設けられ、隣接する前記キャビティ部の間には、前記貫通孔の孔縁部から径方向外側に突出する突出部が設けられていることが好ましい。
このような構成によると、突出部により燃焼排気の熱量を回収することができるため、温度差抑制部の形成に伴う極端な伝熱効率の低下を抑制することができる。また、貫通孔の孔縁部にバーリング部を形成する際、フィンを押さえるための部分を突出部により確保することができる。
（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、伝熱管の損傷が抑制された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、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。
四角筒状の中ケーシング２０、複数のフィン２１、複数の伝熱管２２、及び複数の通水管２３は、ステンレス製とされている。
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（第１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。第３壁部３３と第４壁部３４とは、前後方向（第２方向の一例）に対向している。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、貫通孔］
以下、フィン２１の構成について、図６から図８を参照しつつ説明する。
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。
［受熱部、連結部］
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。
［端縁部］
フィン２１の前後方向における両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の下部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の下部の内壁面に当接するように配され、固定される。
［キャビティ部］
図８に示すように、フィン２１の前後両端に配される貫通孔５０の孔縁部に設けられる受熱部５２Ｅには、キャビティ部５５が設けられている。キャビティ部５５は、受熱部５２Ｅの上側部分において、貫通孔５０の径方向内側に向かって凹んで形成されている。キャビティ部５５が設けられることにより、受熱部５２Ｅの上側部分の体積が減少するため、受熱部５２Ｅの上側部分が中ケーシング２０内を通過する燃焼排気から受け取る熱量が低減される（図６及び図７参照）。よって、受熱部５２Ｅの上側部分から伝熱管２２の上側部分が受け取る熱量も減少する。また、受熱部５２Ｅの上側部分で回収されなかった燃焼排気の熱は、受熱部５２Ｅの下側部分によって回収され、その回収された熱は伝熱管２２の下側部分に伝熱される。よって、受熱部５２Ｅの上側部分にキャビティ部５５を設けることで、伝熱管２２の下側部分が受け取る熱量は増大する。
［温度差抑制部］
中ケーシング２０内を上方から下方へ燃焼排気が通過する形態では、伝熱管２２の上側部分の方が下側部分よりも高温となり、伝熱管２２が上反り状に変形しようとするが、本実施形態では、上記のように、キャビティ部５５が伝熱管２２の上側部分と下側部分との温度差を小さくする温度差抑制部５６として機能するから、フィン２１の前後両端に配される伝熱管２２の変形を抑制することができる。
前後両端の伝熱管２２は、フィン２１と中ケーシング２０とが固定される端縁部５４に近接するから、前後両端の伝熱管２２の熱膨張による変形は、端縁部５４と中ケーシング２０との固定構造により規制されやすい。しかし、キャビティ部５５が設けられることにより、前後両端の伝熱管２２の上反り状の変形が抑制されるから、前後両端の伝熱管２２が熱膨張により損傷しにくい。
なお、キャビティ部５５は、フィン２１の前後両端の受熱部５２Ｅ以外の受熱部５２、すなわち、中ケーシング２０の内方に配される受熱部５２には設けられていない（図６参照）。中ケーシング２０の内方に配される受熱部５２は、周囲に変形を規制するものを有しないため、中ケーシング２０の内方に配される伝熱管２２の変形が許容され、伝熱管２２が損傷しにくいためである。
このように、中ケーシング２０の内方に配される受熱部５２にはキャビティ部５５を設けないことにより、フィン２１が燃焼排気から受け取る熱量をできるだけ減少させないようにし、一次熱交換器５における熱効率の低下を必要最小限に抑えることができる。
図６及び図８に示すように、前側の受熱部５２Ｅに設けられるキャビティ部５５は、受熱部５２Ｅの上側部分のうち後側に配されている。後側の受熱部５２Ｅに設けられるキャビティ部５５は、受熱部５２Ｅの上側部分のうち、前側に配されている。すなわち、キャビティ部５５は、受熱部５２Ｅにおいて、近接する端縁部５４から前後方向に離れた位置に設けられている。
図７に示すように、端縁部５４と伝熱管２２との間の空間ＳＰには、本来、燃焼排気が通過しにくい。よって、受熱部５２Ｅの端縁部５４側（図７では前側）の上側部分は、受熱部５２Ｅの前後方向における端縁部５４と反対側（図７では後側）の上側部分と比べて、燃焼排気から受け取る熱量が小さい。したがって、受熱部５２Ｅの端縁部５４側ではなく、端縁部５４から前後方向に離れた位置にキャビティ部５５を設けることで、受熱部５２Ｅの前側かつ上側の部分と、受熱部５２Ｅの後側かつ上側の部分との間で、燃焼排気から受け取る熱量のバランスをとることができ、伝熱管２２の熱膨張による損傷をより一層抑制することができる。
［突出部］
キャビティ部５５は、受熱部５２Ｅに複数隣接して設けられている。図７に示すように、本実施形態では、前側の受熱部５２Ｅに２つのキャビティ部５５が設けられている。２つのキャビティ部５５の間には、貫通孔５０の孔縁部から貫通孔５０の径方向外側に突出する突出部５７が形成されている。後側の受熱部５２Ｅにおいても、同様に、２つのキャビティ部５５と突出部５７とが設けられている（図６参照）。
突出部５７は、キャビティ部５５の形成に伴って受熱部５２Ｅの受け取る熱量が過度に減少することを抑制する。また、金属板材を加工してフィン２１を製造する過程において、貫通孔５０及びバーリング部５１を形成する際に、突出部５７はフィン２１を押さえる部分として用いることができる。
［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、キャビティ部５５（温度差抑制部５６）が設けられることにより、前後両端の伝熱管２２の上側部分と下側部分との温度差を小さくすることができるから、前後両端の伝熱管２２が熱膨張により損傷しにくくなっている。
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、本実施形態の一次熱交換器５においては、各フィン２１は、各貫通孔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と、各フィン２１の前後両端において第３壁部３３及び第４壁部３４にそれぞれ固定される端縁部５４と、複数の伝熱管２２のうち前後両端部に配される伝熱管２２の上側部分と下側部分との温度差を小さくする温度差抑制部５６と、を有する。
このような構成によると、温度差抑制部５６により、前後両端部に配される伝熱管２２の上側部分と下側部分との温度差を小さくすることができるから、前後両端部に配される伝熱管２２が熱膨張により損傷することを抑制することができる。
また、本実施形態では、温度差抑制部５６の一例として、各フィン２１の前後両端に配される貫通孔５０の孔縁部の受熱部５２Ｅの上側部分に、貫通孔５０の径方向内側に凹むキャビティ部５５が設けられているから、キャビティ部５５という簡便な構造により、受熱部５２Ｅの上側部分が燃焼排気から受け取る熱量を小さくして、前後両端部に配される伝熱管２２の上側部分と下側部分との温度差を小さくすることができる。
本実施形態では、キャビティ部５５は、受熱部５２Ｅの上側部分のうち近接する端縁部５４から前後方向に離れた位置に設けられているから、燃焼排気が通過しにくい端縁部５４側の受熱部５２Ｅと、端縁部５４から前後方向に離れた側の受熱部５２Ｅとの間で、燃焼排気から受け取る熱量を均一化することができ、より一層、熱膨張による伝熱管２２の損傷を抑制することができる。
本実施形態では、キャビティ部５５は受熱部５２Ｅにおいて隣接して複数設けられ、隣接するキャビティ部５５の間には突出部５７が設けられているから、突出部５７により燃焼排気の熱量を回収することができ、温度差抑制部５６の形成に伴う極端な伝熱効率の低下を抑制することができる。また、貫通孔５０の孔縁部にバーリング部５１を形成する際、フィン２１を押さえるための部分を突出部５７により確保することができる。
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、伝熱管２２の損傷が抑制された一次熱交換器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…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
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、５２Ｅ…フィンの前後両端に配される貫通孔の孔縁部に設けられる受熱部、５３…連結部、５４…端縁部、５５…キャビティ部、５６…温度差抑制部、５７…突出部
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
ＳＰ…端縁部と伝熱管との間の空間

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、内部を燃焼排気が下向きに通過するステンレス製の角筒状の筐体と、
    前記筐体の内部かつ下部に、前記第１壁部と前記第２壁部とが対向する第１方向に並べて配されるとともに、前記第１方向に貫通する複数の貫通孔が形成されたステンレス製の複数のフィンと、
    各前記貫通孔内に挿通されるステンレス製の複数の伝熱管と、
    を備える熱交換器であって、
    各前記フィンは、各前記貫通孔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と、前記第３壁部と前記第４壁部とが対向する第２方向に隣接する前記受熱部の下側部分を連結する連結部と、各前記フィンの前記第２方向における両端において前記第３壁部及び前記第４壁部にそれぞれ固定される端縁部と、前記複数の伝熱管のうち前記第２方向における両端部に配される前記伝熱管の上側部分と下側部分との温度差を小さくする温度差抑制部と、を有する熱交換器。
  2. 各前記フィンの前記第２方向における両端部に配される前記貫通孔の孔縁部の前記受熱部の上側部分には、径方向内側に凹むキャビティ部が設けられ、
    前記キャビティ部は前記温度差抑制部とされている、請求項１に記載の熱交換器。
  3. 前記キャビティ部は、前記受熱部の上側部分のうち近接する前記端縁部から前記第２方向に離れた位置に設けられている、請求項２に記載の熱交換器。
  4. 前記キャビティ部は、前記受熱部において隣接して複数設けられ、
    隣接する前記キャビティ部の間には、前記貫通孔の孔縁部から径方向外側に突出する突出部が設けられている、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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6314106B2 (ja) * 2015-03-16 2018-04-18 リンナイ株式会社 熱交換器用の伝熱フィン、及びそれを備えた熱交換器
JP6819263B2 (ja) * 2016-12-14 2021-01-27 株式会社ノーリツ 熱交換器、温水装置および熱交換器の製造方法
JP6805055B2 (ja) * 2017-04-05 2020-12-23 リンナイ株式会社 フィンチューブ式熱交換器
JP2020016418A (ja) * 2018-07-27 2020-01-30 株式会社ノーリツ 熱交換器およびこれを備えた温水装置
JP7215156B2 (ja) * 2018-12-26 2023-01-31 株式会社ノーリツ 熱交換器及び温水装置
JP7357207B2 (ja) * 2019-11-26 2023-10-06 株式会社ノーリツ 熱交換器およびこれを備えた温水装置

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