JP4923732B2 - 熱交換器および温水装置 - Google Patents

Description

本発明は、いわゆる螺旋水管式の熱交換器、およびこれを備えた温水装置に関する。

本出願人は、螺旋水管式の熱交換器を備えた温水装置の具体例として、たとえば特許文献１に記載されたものを先に提案している。同文献に記載された温水装置の熱交換器は、内部に燃焼ガスが供給される缶体と、この缶体内に配された複数の螺旋状管体部を有する複数の水管とを備えている。前記複数の水管の螺旋状管体部の上端および下端には、補助管体部が延設されており、これらの補助管体部に一対のヘッダが連結されている。これら一対のヘッダを利用することにより、前記複数の水管に対する入水および出湯が可能である。この熱交換器においては、前記缶体内に導入された燃焼ガスを、前記複数の螺旋状管体部の一部に通過させて第１回目の熱回収を行わせた後に、他の部分にも通過させて第２回目の熱回収を行わせるようにしている。このことにより、前記燃焼ガスから顕熱および潜熱の回収を行ない、高い熱交換効率を得ることができる。なお、本出願人は、特許文献１と同様に、燃焼ガスから顕熱および潜熱を回収し得る螺旋水管式の熱交換器を備えた温水装置として、特許文献２，３に記載されたものも先に提案している。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき点があった。

すなわち、熱交換器全体の小型化を図りつつ、熱交換効率を高める観点からすると、水管の細管化を図ることが望まれる。水管の細管化を図るほど、缶体内の限られたスペース内において、螺旋状管体部の巻き数を多くし、水管全体の伝熱面積を大きくとることができるからである。したがって、前記従来技術のような潜熱回収タイプの熱交換器においては、細管化を図ることがより望まれる。ところが、このように水管の細管化を図ると、水管内からの水抜き作業が困難となる。より具体的には、たとえば寒冷期に温水装置を長期間不使用にする場合、水管内の凍結防止を目的として、水管内の水抜きを行なう場合がある。この水抜き作業は、たとえば水管への給水を停止し、水管内の水をその下端に接続されているヘッダ側に流れさせることにより行なう。この場合、水管が細く、その口径が小さいと、水の表面張力に起因して水管の下端先端の開口部に水膜が張り、この開口部からヘッダ内に水が流れ込むことが困難となる現象を生じる。このような現象を生じると、水管の下端近辺に水が残ることとなる。前記螺旋状管体部の傾斜が緩い場合、そのような現象はより生じ易く、かつ残水量は多くなる。これでは、前記水が水管内において凍結し、水管が破損する虞がある。

従来の熱交換器の他の例としては、特許文献４に記載のものもある。同文献に記載された熱交換器は、缶体内に、複数の水管の螺旋状管体部が収容されているとともに、それらの螺旋状管体部の下端は、鉛直方向に延びる補助管体部を介してヘッダに接続された構成を有している。このような構成によれば、前記各螺旋状管体部の下端に鉛直方向に延びる補助管体部が繋がっているために、前記複数の水管の細管化を仮に図った場合であっても、前記補助管体部の下端開口部には水膜を生じ難くすることが可能である。ところが、同文献に記載のものにおいては、螺旋状管体部の下端に鉛直方向に延びた補助管体部が直接繋がっているために、ヘッダをたとえば缶体側方の外部に配置することは困難である。同文献に記載のものは、ヘッダを缶体の内部に収容せざるを得ないが、このような構成としたのでは、缶体が大型化し、ひいては熱交換器全体の大型化や重量の増大を招く。また、缶体内に、互いに接続された水管とヘッダとが組み込まれた構造であるために、その製造作業も煩雑となって、そのコストも高価となる。

特開２００５−３２１１７０号公報 特開２００５−３２１１７１号公報 特開２００５−３２１１７２号公報 米国特許第４,３１３,４９１号公報

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、螺旋状管体部を有する水管の細管化を図った場合に、その水管からの水抜きが困難になることを適切に防止することが可能な熱交換器、およびこれを備えた温水装置を提供することをその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面により提供される熱交換器は、周壁部を有する缶体と、中心軸が鉛直方向に延びる姿勢とされて前記缶体内に配された螺旋状管体部、およびこの螺旋状管体部の下端に繋がり、かつ前記缶体の周壁部を貫通して前記缶体の外部に先端寄り部分が突出した補助管体部を有する熱交換用の水管と、前記缶体の外部に配されて前記補助管体部の先端部に連結されている入水用または出湯用のヘッダと、を備えており、前記水管への給水停止時に、前記水管内の水を前記ヘッダ側に排出させて水抜きを行なうことが可能とされている、熱交換器であって、前記補助管体部のうち、前記缶体の外部に突出した箇所であって、前記ヘッダと前記缶体との間の部分には、前記補助管体部の先端寄り部分ほど高さが低くなるように曲がった曲げ部が形成されており、前記補助管体部の先端部は、前記ヘッダの内部に進入し、かつ前記補助管体部の先端開口部を形成している先端面には、前記補助管体部の先端部の軸長方向に対して傾斜した斜めカット部が形成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、前記補助管体部の曲げ部の存在により、螺旋状管体部の下端と補助管体部の下端先端部との間に高低差が生じ、前記曲げ部に存在する水の水頭圧を前記補助管体部の先端部に作用させることが可能となる。したがって、前記水管の細管化を図った場合において、その水抜きを行なう際には、前記補助管体部の先端開口部に水膜が張ることを前記水頭圧によって防止し、前記水管内の水を前記先端開口部から前記ヘッダ
内に向けて適切に排出させることができることとなる。その結果、水管から抜くことができなかった残留水が凍結して水管が破損するといった不具合を適切に回避可能となる。また、重要な効果として、本発明においては、ヘッダが缶体の外部に配置されているために、缶体内にヘッダと螺旋状管体部との双方が配置されている構造とは異なり、全体の小型化を図るのに好適となる。さらに、補助管体部の曲げ部は、管体の外部に位置しているために、この曲げ部の形成は容易であり、製造コストが大幅に上昇するといった不具合も適切に回避可能である。
さらに、本発明によれば、補助管体部の先端部の開口面積が大きくなり、この部分に、水の表面張力に起因する水膜を生じ難くすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記水管を複数備えているとともに、これら複数の水管の螺旋状管体部は、略同心の重ね巻き状に配されており、前記ヘッダは、前記複数の水管の補助管体部内と連通する空間部を内部に形成しているとともに、前記空間部に連通する管体接続用の開口部を備えた構成を有しており、前記ヘッダに対する前記複数の水管の連結は、全長寸法が短い水管ほど、その補助管体部の先端部が前記開口部寄りに位置するようにされている。

このような構成によれば、複数の水管内の水をヘッダ内の空間部に流入させてから、このヘッダの管体接続用の開口部からヘッダ外部に排出させる際に、次に述べるように、前記空間部に空気溜まりが生じないようにし、サイフォン現象を利用した水抜きを適切に実行することが可能となる。すなわち、複数の水管のそれぞれの内部からヘッダ内の空間部に水を流入させて水抜きを行なう場合、寸法長が短い水管ほど、その内部の水抜きが早く完了する。その一方、そのように水抜きが早く完了する水管の補助管体部ほどヘッダの管体接続用の開口部に接近しており、水抜きが遅く完了する水管の補助管体部は前記開口部から遠く離れている。このため、開口部に最も接近している水管の水抜きが終了した後においても、前記開口部から最も離れている補助管体部からヘッダの空間部内への水の流入が継続される。したがって、複数の水管の全ての水抜きが完了するまでは、前記ヘッダの空間部内の広い領域にわたって水を満たし、空間部に空気溜まりが発生しないようにすることができる。このように空気溜まりの発生を防止することができれば、サイフォン現象を利用して複数の水管からの排水を促進することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記補助管体部は、前記曲げ部よりも前記螺旋状管体部寄りに位置して略水平方向に延びる直管部を有しているとともに、前記曲げ部は、前記直管部にベンド管を接続することにより形成されており、前記缶体の周壁部は、前記螺旋状管体部の周囲を囲み、かつその一部に前記直管部との干渉を回避するための切欠き部が設けられている第１の部材と、前記補助管体部の直管部が挿通する貫通孔が形成され、かつ前記切欠き部を塞ぐようにして前記第１の部材に接合される第２の部材とを具備して構成されている。

このような構成によれば、熱交換器の製造に際し、次のような手法を採用することができる。すなわち、まず、螺旋状管体部の外周囲を、缶体の第１の部材によって囲む。その際、補助管体部の直管部を缶体の第１の部材の切欠き部の形成箇所に配置させることにより、それら第１の部材と直管部との干渉を回避することができる。次いで、缶体の第２の部材を第１の部材に接合し、この第１の部材の切欠き部を塞ぐ。ただし、その際、第２の部材の貫通孔には、補助管体部の直管部を挿通させる。このような工程により、缶体内に螺旋状管体部が収容され、かつその螺旋状管体部に繋がった直管部の一部が、缶体の周壁部を貫通して缶体の外部に突出した構成のものが得られる。その後、前記缶体の外部において、前記直管部にベンド管を接続する。このような一連の工程を経て、本発明が意図する構成の熱交換器を製造することが可能となるため、その製造作業は容易となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記螺旋状管体部の最下端寄り部分は、それよりも上方の他の部分よりも管体傾斜角度が大きくされている。

このような構成によれば、螺旋状管体部の下端寄り部分の管体傾斜角度が大きくされている部分に存在する水の水頭圧を大きくすることが可能となる。したがって、水管からの水抜き時には、前記水頭圧の作用によっても、補助管体部の先端開口部に水膜が発生し難くなり、排水がより促進される。

本発明の第２の側面により提供される熱交換器は、周壁部を有する缶体と、中心軸が鉛直方向に延びる姿勢とされて前記缶体内に配された螺旋状管体部、およびこの螺旋状管体部の下端に繋がり、かつ前記缶体の周壁部を貫通して前記缶体の外部に先端寄り部分が突出した補助管体部を有する熱交換用の水管と、前記缶体の外部に配されて前記補助管体部の先端部に連結されている入水用または出湯用のヘッダと、を備えており、前記水管への給水停止時に、前記水管内の水を前記ヘッダ側に排出させて水抜きを行なうことが可能とされている、熱交換器であって、前記螺旋状管体部の最下端寄り部分は、それよりも上方の他の部分よりも管体傾斜角度が大きくされており、前記補助管体部の先端部は、前記ヘッダの内部に進入し、かつ前記補助管体部の先端開口部を形成している先端面には、前記補助管体部の先端部の軸長方向に対して傾斜した斜めカット部が形成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、螺旋状管体部の下端寄り部分に存在する水の水頭圧を大きくすることが可能である。補助管体部の先端部の開口面積が大きくなり、この部分に、水の表面張力に起因する水膜を生じ難くすることもできる。したがって、本発明の第１の側面によって提供される熱交換器とは異なり、補助管体部が曲げ部が設けられていない構成とした場合であっても、水抜き作業時に補助管体部の先端開口部に水膜が張らないようにして、水抜き作業を適切に行うことが可能となる。

本発明の第３の側面により提供される温水装置は、本発明の第１または第２の側面により提供される熱交換器を備えていることを特徴としている。

このような構成によれば、本発明の第１または第２の側面により提供される熱交換器について述べたのと同様な効果が得られる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図８は、本発明が適用された温水装置の具体例としての給湯装置およびこれに関連する構成を示している。図１によく表われているように、本実施形態の給湯装置Ａは、燃焼器１、熱交換器Ｂ、底部ケーシング８０、および排気ダクト８１を備えている。

燃焼器１は、たとえば灯油または軽油などの燃料オイルを噴霧ノズル１４によって下向きに噴霧させて燃焼させる逆燃焼式のものである。噴霧ノズル１４から噴霧された噴霧燃料は、バーナ筒１１内において燃焼用空気と混合されてからその下方に吐出されて燃焼する。燃焼器１は、熱交換器Ｂ上に載設された缶体１０により覆われ、かつ支持されており、この缶体１０の外部から配管１２を介して燃料供給が行なわれるようになっている。缶体１０の上部には、燃焼器１に燃焼用空気を供給するための送風ファン１３およびこれを駆動するモータＭが設けられている。

熱交換器Ｂは、缶体２、複数の水管４、入水用ならびに出湯用の一対のヘッダ５Ａ，５Ｂ、および仕切部材６を備えている。

缶体２は、略円筒状の周壁部２０と、この周壁部２０の上部および下部に取り付けられた一対のカバー体２１Ａ，２１Ｂとを有しており、底部ケーシング８０上に載設されている。カバー体２１Ａは、バーナ筒１１の下部が進入する開口部２２Ａを形成している。カバー体２１Ｂは、複数の水管４によって熱回収がなされた後の燃焼ガスを底部ケーシング８０内に導くための開口部２２Ｂを形成している。缶体２は、たとえばステンレス製であり、水管４を利用して燃焼ガスから潜熱回収を行なった際に発生するドレインに起因して容易に腐食を生じないようにされている。燃焼ガスからの潜熱回収に伴って発生するドレインは、一般的には、燃焼ガス中の硫黄酸化物や窒素酸化物などを吸収したＰＨ３程度の強酸性となる。このようなことから、缶体２は耐酸性に優れた材質とされている。この点は、複数の水管４も同様であり、その材質はたとえばステンレスである。

複数の水管４は、缶体２内に配された螺旋状管体部４０、およびこの螺旋状管体部４０の下端および上端に繋がった補助管体部４１Ａ，４１Ｂを備えている。複数の螺旋状管体部４０は、その中心軸が鉛直方向に延びる姿勢とされ、平面視中空円形状の複数のループ部４０ａが上下高さ方向に複数段に積層して繋がった構成を有している。ただし、これらの螺旋状管体部４０は、巻き径が互いに相違しており、略同心の重ね巻き状に配置されている。本実施形態においては、複数の水管４の管径が同一とされているが、それらの管径を相違させてもかまわない。複数の螺旋状管体部４０の内方には、空間部３が形成されている。複数の螺旋状管体部４０の外周囲には、缶体２の周壁部２０によって囲まれた燃焼ガス通路３２が形成されている。

複数の螺旋状管体部４０の上下方向に隣り合うループ部４０ａの各間には、空間部３と燃焼ガス通路３２とを連通させる燃焼ガス通過用の隙間３１が形成されている。各隙間３１は、各ループ部４０ａ間の一部にスペーサ（図示略）を挿入したり、あるいは各ループ部４０ａの複数箇所にプレス加工を施してその部分の上下方向の厚みを他の部分よりも大きくするとともにそれら上下方向の厚みが大きくされた部分どうしを当接させるなどして、所望の寸法に規定することが可能である。

一対のヘッダ５Ａ，５Ｂは、複数の水管４の下端および上端に連結されている。ヘッダ５Ａには、給水管（図示略）が接続され、この給水管から供給されてくる水道水などの水が複数の水管４内に供給される。ヘッダ５Ｂには、出湯管（図示略）が接続され、複数の水管４内を通過して加熱された湯水は、前記出湯管を介して所望の給湯先に送り出される。複数の水管４からの水抜き性を良好にする観点からすると、ヘッダ５Ｂや補助管体部４１Ｂについてはとくに工夫を施す必要はなく、補助管体部４１Ｂは、略全長域にわたって直管状に形成され、その先端部にヘッダ５Ｂが連結されている。これに対し、ヘッダ５Ａおよびこれに連結された下部の補助管体部４１Ａについては、後述するように、水抜き性を良好にするための手段が講じられている。

各水管４の補助管体部４１Ａは、各螺旋状管体部４０の下端から各ループ部４０ａの接線方向に延びた直管部４１０と、この直管部４１０の先端部に繋がった曲げ部４１１とを有している。直管部４１０は、たとえば螺旋状管体部４０と一体に形成されており、缶体２の周壁部２０を貫通している。曲げ部４１１は、たとえば直管部４１０に別体のベンド管を連結することにより構成されており、先端寄り部分ほど高さが低くなるように下向きに湾曲している。この曲げ部４１１の先端部に、ヘッダ５Ａが接続されている。

図３および図４に示すように、缶体２の周壁部２０を構成する部材としては、第１および第２の部材２０Ａ，２０Ｂがある。第１の部材２０Ａは、可撓性を有する比較的薄手の略矩形状のステンレス板が丸められて筒状化されたものであり、その両端縁２００ａ，２００ｂが接合されていることにより、略円筒状に形成されている。図５によく表われているように、この第１の部材２０Ａには、補助管体部４１Ａとの干渉を回避してその一部を外部に突出させるための切欠き部２０１が形成されている。第２の部材２０Ｂは、切欠き部２０１を塞ぐようにして第１の部材２０Ａに接合されており、第１の部材２０Ａよりも厚肉のステンレス板からなる。この第２の部材２０Ｂには、直管部４１０が挿通する複数の貫通孔２０２が穿設されている。なお、第１の部材２０Ａには、上部の補助管体部４１Ｂとの干渉を回避するための切欠き部２０1'も形成されており、この切欠き部２０1'は、補助管体部４１Ｂが挿通する複数の貫通孔２０２’が穿設されている第２の部材２０B'によって塞がれるようになっている。

このような構成の熱交換器Ｂは、次のような工程を経て容易に製造可能である。すなわち、まず、直管部４１０に曲げ部４１１が接続されていない状態において、第１の部材２０Ａにより複数の螺旋状管体部４０の周囲を囲み込む。その際、下部の補助管体部４１Ａの直管部４１０を切欠き部２０１に挿通させ、また上部の補助管体部４１Ｂを切欠き部２０1'に挿通させるように配置することによって、それらの干渉を回避することができる。次いで、第２の部材２０Ｂ，２０B'を第１の部材２０Ａに接合し、切欠き部２０１，２０1'を塞ぐ。その際、第２の部材２０Ｂ，２０B'の各貫通孔２０２，２０2'に直管部４１０や上部の補助管体部４１Ｂを挿通させる。その後は、直管部４１０にベンド管を接続し、曲げ部４１１を設ける。曲げ部４１１に対するヘッダ５Ａの接続は、その後に行なってもよいし、それ以前に行なっていてもよい。この熱交換器Ｂにおいては、補助管体部４１Ａ，４１Ｂが、比較的厚手の第２の部材２０Ｂ，２０B'を貫通して支持された構造となっているために、それらの固定保持強度を高くすることが可能である。また、前記構成によれば、補助管体部４１Ａ，４１Ｂが貫通している第２の部材２０Ｂ，２０B'が切欠き部２０１，２０1'を塞いでいるために、缶体２内の燃焼ガスが缶体２の外部に容易に漏出することも適切に防止される。

なお、補助管体部４１Ａに曲げ部４１１を接続する場合、次のような手段を採用することが可能である。すなわち、図４に示すように、補助管体部４１Ａの曲げ部４１１の一端部には、フレア加工部４１１ａが形成されており、その内部に直管部４１０の先端部が嵌入されて、これらがろう付けされている。この作業に際し、フレア加工部４１１ａ内に銀ろうなどのろう材を充填しておけば、フレア加工部４１１ａの内周面と直管部４１０の先端部との間に発生するギャップをろう材によって緩和することが可能となる。これは、曲げ部４１１と直管部４１０との接続箇所の内径を他の部分の内径と揃える上で好ましいものとなる。

ヘッダ５Ａは、図６に示すように、軸長方向が略水平方向とされた筒状部５０を有しており、その内部は軸長方向一端が閉塞された空間部５１となっている。この空間部５１の他端には、給水管（図示略）と接続される管体接続用の開口部５２が形成されている。ヘッダ５Ｂも、それ自体の構成は、ヘッダ５Ａと同様である。複数の補助管体部４１Ａの先端部４１２（曲げ部４１１の先端部）は、筒状部５０の周壁部をその上方から下方に向けて貫通し、空間部５１内に進入した状態でヘッダ５Ａに連結されている。複数の補助管体部４１Ａは、筒状部５０の軸長方向に並んでいるが、その配列は、寸法長が短い水管４ほどその補助管体部４１Ａが開口部５２寄りとされている。より具体的には、巻き径が最も小さく最内周に位置する螺旋状管体部４０を有する水管４は、寸法長が最も短く、この水管４の補助管体部４１Ａ（図６の右端の補助管体部４１Ａ）は、開口部５２に最も近い配置とされている。反対に、巻き径が最も大きく最外周に位置する螺旋状管体部４０を有する水管４は、寸法長が最も長く、この水管４の補助管体部４１Ａ（図６の左端の補助管体部４１Ａ）は、開口部５２から最も離れた配置とされている。

ヘッダ５Ａと各補助管体部４１Ａとは、溶接またはろう付けの手法により接合されているが、その接合部ｗ１は、ヘッダ５Ａの内部側に位置している。ヘッダ５Ａの外周面からその上方には、複数の補助管体部４１Ａが並んで起立しているために、これら複数の補助管体部４１Ａどうしの間隔ｓ１が小さい場合には、それらの隙間部分に溶接などを施すことが困難である。これを解消する手段として、本実施形態においては、ヘッダ５Ａの内部に接合部ｗ１を設けている。これを実現する手段として、ヘッダ５Ａの筒状部５０は、上側および下側の部材５０ａ，５０ｂを接合して構成されている。このような構成によれば、上側の部材５０ａに複数の補助管体部４１Ａを連結する際には、図７（ａ），（ｂ）に示すように、上側の部材５０ａに下側の部材５０ｂが接合されていない状態としておくことができる。このような状態にすると、上側の部材５０ａの内周面が下側の部材５０ｂによって覆われていない開放面となり、この開放面に対して各補助管体部４１Ａの外周面を適切に溶接またはろう付けすることが可能となる。上側の部材５０ａと各補助管体部４１Ａとの接合を完了した後に、上側および下側の部材５０ａ，５０ｂどうしを接合させればよい。

図６に示すように、ヘッダ５Ａの開口部５２とは反対側に位置する非開口状の端部５９については、略半球状に膨らんだ曲面状の壁部を備えた構成とすることができる。この部分も、上側および下側の部材５０ａ，５０ｂにより形成されている。このような構成によれば、端部５９を閉塞するための手段として、上側および下側の部材５０ａ，５０ｂとは別の部材を用いる必要がなく、ヘッダ５Ａの部品点数、および組み立て工程数を少なくすることができる。もちろん、端部５９を前記のような構成にした場合であっても、上側および下側の部材５０ａ，５０ｂのそれぞれについては、たとえばプレス加工によって容易に形成することが可能である。また、端部５９の壁部を前記した曲面状にすれば、平面状に形成する場合と比較して、水撃力に対して強い構造となる利点も得られる。

各補助管体部４１Ａの先端部４１２には、この先端部４１２の軸長方向に対して傾斜した斜めカット部４１３が形成されている。この斜めカット部４１３は、先端部４１２の開口面積を大きくし、後述する水抜き作業時に水膜を生じ難くするための手段である。この斜めカット部４１３は、たとえば図８に示すような形状にすることも可能である。また、斜めカット部４１３は、そのカット線の形状を直線状のものに代えて、曲線状にすることもできる。上部の補助管体部４１Ｂについては、前記したような斜めカット部４１３を設ける必要はない。

仕切部材６は、たとえばステンレンス製であり、図２によく表われているように、上面部が窪んだ碗状または凹皿状に形成され、かつその上面がセラミックファイバなどの断熱材６８によって覆われた本体部６０、およびこの本体部６０の上部外周に連設された鍔部６１を有している。この仕切部材６は、鍔部６１を利用して複数の螺旋状管体部４０に取り付けられており、空間部３の上下方向の中間部を塞いでいる。このことにより、空間部３は、第１および第２の領域３０ａ，３０ｂに仕切られている。また、複数の螺旋状管体部４０は、第１および第２の領域３０ａ，３０ｂをそれぞれ囲む第１および第２の熱交換部ＨＴ１，ＨＴ２に区分されている。仕切部材６を前記したように碗状または凹皿状とすれば、燃焼室としての役割をも果たす第１の領域３０ａの容積を大きくとることができるなどの利点が得られる。

缶体２の底部のうち、周壁部２０の下部とカバー体２１Ｂの環状壁２２１との間の部分は、燃焼ガスからの潜熱回収に伴って水管４から滴下してくるドレインを受けるためのドレイン受け部２６となっている。このドレイン受け部２６には、ドレイン用の排出口２６ａが設けられており、図１に示すように、この排出口２６ａに接続された配管２６ｂを介して外部にドレインが排出されるように構成されている。

底部ケーシング８０は、内部が空洞の略直方体のボックス状であり、この底部ケーシング８０上に熱交換器Ｂおよび排気ダクト８１が並ぶようにして載設されている。熱交換器Ｂの缶体２内を下向きに通過してきた燃焼ガスは、開口部８０ａからこの底部ケーシング８０内に流入した後に、他の開口部８０ｂから排気ダクト８１の底部開口部に対して上向きに進行するようになっている。排気ダクト８１内に流入した燃焼ガスは、その後排気口８１ａから排ガスとして外部に排出される。

次に、前記した給湯装置Ａの作用について説明する。

まず、ヘッダ５Ａを介して複数の水管４内に給水が開始されると、燃焼器１を駆動させる。この燃焼器１の駆動により、空間部３の第１の領域３０ａ内には燃焼ガスが供給され、この燃焼ガスは下向きに進行して仕切部材６の上面部に衝突し、それよりも下方に進行することが阻止される。すると、前記燃焼ガスは、第１の領域３０ａ内において図面の矢印に示すように一定の経路で循環しつつ、第１の熱交換部ＨＴ１の複数の隙間３１を通過して燃焼ガス通路３２に流入していく。この過程において、第１の熱交換部ＨＴ１によって、前記燃焼ガスから顕熱回収が可能である。次いで、前記燃焼ガスは、燃焼ガス通路３２を下向きに進行した後に、第２の熱交換部ＨＴ２の複数の隙間３１を通過して第２の領域３０ｂに流入する。この過程において、第２の熱交換部ＨＴ２によって、前記燃焼ガスから潜熱を回収可能である。このように燃焼ガスから顕熱および潜熱を回収すれば、熱交換効率を高くすることができる。複数の水管４内の通過時に熱交換により加熱されて生成された湯水は、ヘッダ５Ｂを経て所望の給湯先に供給される。第２の熱交換部ＨＴ２において、潜熱回収に伴って発生したドレインは、ドレイン受け部２６によって受けられてから、排出口２６ａおよび配管２６ｂを経て外部に排出される。

前記した給湯装置Ａを寒冷期において長期間不使用とする場合、ヘッダ５Ａへの給水を停止し、複数の水管４内の凍結防止を目的としてそれら複数の水管４内の水をヘッダ５Ａ側に排出させて水抜きを行なう。一方、下部の補助管体部４１Ａには、曲げ部４１１が形成されており、この補助管体部４１Ａの先端開口部が螺旋状管体部４０の下端よりも適当な高さＨだけ低くなっている。したがって、各水管４の細管化を図った場合であっても、曲げ部４１１内に存在する水の水頭圧の作用により、補助管体部４１Ａの先端開口部に水膜が発生しないようにし、複数の水管４内の水をヘッダ５Ａ内に向けて適切に排出させることができる。前記の高さＨは、補助管体部４１Ａの口径をＲとすると、好ましくは、Ｈ＞１５／Ｒの関係とされている。同式を満足する場合、補助管体部４１Ａの先端開口部に表面張力によって発生する水膜を、高さＨの水頭圧によって破ることが可能である。補助管体部４１Ａの先端には、斜めカット部４１３が形成され、その先端開口部の開口面積が大きくされているために、前記水膜をより生じ難くすることが可能である。

また、この給湯装置Ａにおいては、複数の水管４の水抜きが実行されている期間中、ヘッダ５Ａの空間部５１内に水を充満させ、サイフォン現象を利用した円滑な水抜き作業も可能となる。すなわち、複数の水管４のそれぞれから水抜きが行なわれる場合、寸法長が短い水管４ほど、その水抜きが早く完了し、最後に寸法長が最も長い水管４からの水抜きが完了する。その一方、水抜きが早く完了する水管４ほどその補助管体部４１Ａはヘッダ５Ａの管体接続用の開口部５２に接近しているために、たとえば最も短い水管４からの水抜きが完了した後であっても、それよりも開口部５２から離れた箇所に位置する他の水管４の補助管体部４１Ａからヘッダ５Ａの空間部５１内に対して水が流入する。このため、空間部５１内の略全体を水で満たし、空間部５１内に空気溜まりが生じることが抑制される。本実施形態とは異なり、最も短い水管４の補助管体部４１Ａが開口部５２から最も離れた箇所に配置されていたのでは、この水管４からの水抜きが終了すると、空間部５１内のうち、その水管４の補助管体部４１Ａの近傍部分には、もはや水が流れないこととなり、この部分に空気溜まりを生じてしまう。本実施形態によれば、このような空気溜まりの発生を防止することにより、サイフォン現象を利用して複数の水管４内からの排水を促進することができる。

以上のように、この給湯装置Ａにおいては、各水管４からの水抜きを適切に行なうことができる。したがって、寒冷期に各水管４内の残留水が凍結して、水管４が破損する事故を防止可能である。また、ヘッダ５Ａ，５Ｂは、ともに缶体２の外部に配置されているために、たとえば缶体２内にヘッダ５Ａ，５Ｂが配置されている場合とは異なり、全体の小型化を図るのに好適となる。さらに、補助管体部４１Ａの曲げ部４１１も、缶体２の外部に位置しているために、この曲げ部４１１の形成は容易であり、製造コストが大幅に上昇するといった不具合も適切に回避される。

図９および図１０は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。

図９に示す実施形態においては、水管４のコイル状管体部４０が、偏平状のチューブを用いて構成されている。このような構成によれば、偏平状のチューブ間に形成されている隙間３１が、燃焼ガスの通過方向に細長い形状となり、隙間３１を燃焼ガスが通過する際のコイル状管体部４０と燃焼ガスとの接触度合いを高めることが可能となる。したがって、複数のコイル状管体部を重ね巻き状に設けた場合と同様に熱交換効率を高め得る効果が得られる。水管４が１本のみの場合であっても、この水管４の口径が小さい場合には、やはりその水抜きが困難となる場合がある。したがって、本発明はこのように水管４が１本のみとされた熱交換器についても、好適に適用することができる。なお、水管４を１本とする場合、その水管４を丸パイプを用いて形成することもできる。

図１０に示す実施形態においては、各水管４の螺旋状管体部の最下端寄りに位置する１または複数のループ部４０ａの管体傾斜角度α１(水平方向に対する傾斜角度であり、次のα２も同様）、および補助管体部４１Ａの管体傾斜角度α２が、螺旋状管体部４０の他の部分の管体傾斜角度よりも大きくされている。角度α１、α２は、同一、非同一のいずれであってもよい。本実施形態によれば、前記した管体傾斜角度α１，α２とされている部分に存在する水の水頭圧を大きくすることができる。したがって、水管４からの水抜き時には、前記水頭圧の作用によって補助管体部４１Ａの先端開口部に水膜を発生し難くし、水抜き作業を適切に行なうことが可能となる。

図１０に示した実施形態においては、補助管体部４１Ａに曲げ部４１１に相当する手段を設ける必要はない。ただし、曲げ部４１１に相当する手段を設ければ、補助管体部４１Ａの先端部に作用する水頭圧をさらに大きくし、水抜き作業の円滑化をより促進することが可能であり、そのような構成としてもかまわない。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る熱交換器、および温水装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明の熱交換器においては、熱交換効率を高める観点からすると、水管の螺旋状管体部を第１および第２の熱交換部に区分し、顕熱および潜熱を回収できるように構成することが好ましいが、これに限定されない。螺旋状管体部が２つの熱交換部には区分されていないタイプの熱交換器として構成することもできる。

水管の螺旋状管体部と補助管体部とは、一体または別体のいずれでもよい。補助管体部の曲げ部は、たとえば螺旋状管体部とは別体のベンド管を用いることなく、螺旋状管体部と一体形成してもよい。水管の螺旋状管体部は、円形ループ状に限らず、たとえば矩形ループ状などの他の形状にすることもできる。缶体についても、各螺旋状管体部の形状に対応させるなどしてたとえば矩形筒状に形成することができる。燃焼器としては、オイル燃焼器の他に、ガス燃焼器などを用いてもよい。燃焼器の燃焼方式は、燃焼ガスを燃焼器の下方に進行させる逆燃方式に代えて、たとえば燃焼ガスを上方に進行させる正燃式とすることも可能である。本発明は、水管の螺旋状管体部の中心軸が鉛直方向に延びるように設けられている種々のタイプの熱交換器に適用することができる。

本発明でいう温水装置とは、湯を生成する機能を備えた装置の意であり、一般給湯用、風呂給湯用、暖房用、あるいは融雪用などの各種の給湯装置、および給湯以外に用いられる湯を生成する装置を含む。

本発明が適用された給湯装置の一例を示す概略断面図である。 図１に示す給湯装置の要部断面図である。 図２を底面側から見た断面図である。 図３の要部拡大断面図である。 図１に示す給湯装置を構成する熱交換器の概略分解斜視図である。 図１に示す給湯装置の入水用のヘッダと水管との連結部分の構造を示す要部断面図である。 （ａ）は、図６に示す連結構造の要部分解断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の側面断面図である。 水管の補助管体部の先端部形状の他の例を示す要部側面図である。 本発明が適用された給湯装置の他の例を示す要部断面図である。 本発明が適用された給湯装置の他の例を示す要部断面図である。

符号の説明

Ａ 給湯装置（温水装置）
Ｂ 熱交換器
１ 燃焼器
２ 缶体（熱交換器の）
４ 水管
５Ａ ヘッダ
４０ 螺旋状管体部
４０ａ ループ部
４１Ａ 補助管体部
４１０ 直管部（補助管体部の）
４１１ 曲げ部（補助管体部の）
４１３ 斜めカット部

Claims (6)

1. 周壁部を有する缶体と、
   中心軸が鉛直方向に延びる姿勢とされて前記缶体内に配された螺旋状管体部、およびこの螺旋状管体部の下端に繋がり、かつ前記缶体の周壁部を貫通して前記缶体の外部に先端寄り部分が突出した補助管体部を有する熱交換用の水管と、
   前記缶体の外部に配されて前記補助管体部の先端部に連結されている入水用または出湯用のヘッダと、
   を備えており、
   前記水管への給水停止時に、前記水管内の水を前記ヘッダ側に排出させて水抜きを行なうことが可能とされている、熱交換器であって、
   前記補助管体部のうち、前記缶体の外部に突出した箇所であって、前記ヘッダと前記缶体との間の部分には、前記補助管体部の先端寄り部分ほど高さが低くなるように曲がった曲げ部が形成されており、
   前記補助管体部の先端部は、前記ヘッダの内部に進入し、かつ前記補助管体部の先端開口部を形成している先端面には、前記補助管体部の先端部の軸長方向に対して傾斜した斜めカット部が形成されていることを特徴とする、熱交換器。
2. 前記水管を複数備えているとともに、これら複数の水管の螺旋状管体部は、略同心の重ね巻き状に配されており、
   前記ヘッダは、前記複数の水管の補助管体部内と連通する空間部を内部に形成しているとともに、前記空間部に連通する管体接続用の開口部を備えた構成を有しており、
   前記ヘッダに対する前記複数の水管の連結は、全長寸法が短い水管ほど、その補助管体部の先端部が前記開口部寄りに位置するようにされている、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記補助管体部は、前記曲げ部よりも前記螺旋状管体部寄りに位置して略水平方向に延びる直管部を有しているとともに、前記曲げ部は、前記直管部にベンド管を接続することにより形成されており、
   前記缶体の周壁部は、前記螺旋状管体部の周囲を囲み、かつその一部に前記直管部との干渉を回避するための切欠き部が設けられている第１の部材と、前記補助管体部の直管部が挿通する貫通孔が形成され、かつ前記切欠き部を塞ぐようにして前記第１の部材に接合される第２の部材とを具備して構成されている、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記螺旋状管体部の最下端寄り部分は、それよりも上方の他の部分よりも管体傾斜角度が大きくされている、請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 周壁部を有する缶体と、
   中心軸が鉛直方向に延びる姿勢とされて前記缶体内に配された螺旋状管体部、およびこの螺旋状管体部の下端に繋がり、かつ前記缶体の周壁部を貫通して前記缶体の外部に先端寄り部分が突出した補助管体部を有する熱交換用の水管と、
   前記缶体の外部に配されて前記補助管体部の先端部に連結されている入水用または出湯用のヘッダと、
   を備えており、
   前記水管への給水停止時に、前記水管内の水を前記ヘッダ側に排出させて水抜きを行なうことが可能とされている、熱交換器であって、
   前記螺旋状管体部の最下端寄り部分は、それよりも上方の他の部分よりも管体傾斜角度が大きくされており、
   前記補助管体部の先端部は、前記ヘッダの内部に進入し、かつ前記補助管体部の先端開口部を形成している先端面には、前記補助管体部の先端部の軸長方向に対して傾斜した斜めカット部が形成されていることを特徴とする、熱交換器。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の熱交換器を備えていることを特徴とする、温水装置。

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