JP6236784B2

JP6236784B2 - 熱交換器および給湯器

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Publication number: JP6236784B2
Application number: JP2013002634A
Authority: JP
Inventors: 健大東
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Current assignee: Noritz Corp
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Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2017-11-29
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Description

本発明は、熱交換器および給湯器に関するものである。

熱交換器は、板状の複数のフィンと、そのフィンを貫通する伝熱管と、その伝熱管に接続される給水管および出湯管と、外装としての胴板とを主に有している。給湯器は、上記の熱交換器と、燃焼ガスを生じるバーナーと、そのバーナーで生じた燃焼ガスを熱交換器に送り込むための送風部とを有している。

このような給湯器に用いられる熱交換器は、たとえば特開２０００−２２７２９４号公報（特許文献１）、特開昭６１−５５５９５号公報（特許文献２）などに開示されている。

特開２０００−２２７２９４号公報には、フィンから切り起こして形成された板状部のオフセットフィンが開示されている。この公報には、オフセットフィンを２つの吸熱管の間に位置させることにより、吸熱管の排気流の流れにおける死角側に排気流の熱量が伝達でき熱交換効率が向上できると記載されている。

また特開昭６１−５５５９５号公報には、フィンの一部を開口して上流側に折り曲げた切り起こし部が開示されている。この公報には、フィンの開口と切り起こし部の上縁の凹凸で生じた渦により切り起こし部の後方での熱伝達率が向上できると記載されている。

特開２０００−２２７２９４号公報特開昭６１−５５５９５号公報

しかしながら特開２０００−２２７２９４号公報に記載の熱交換器では、吸熱管（伝熱管）の排気流（燃焼ガスの流れ）の死角領域において燃焼ガスの熱量を十分に伝熱管へ伝達できないという問題がある。

また特開昭６１−５５５９５号公報のように切り起こし部が燃焼ガスの流れに対して直交して設けられた場合、熱交換器内を燃焼ガスが通過し難くなり、熱交換器内における燃焼ガスの排気抵抗が高くなる。そこで、熱交換器に燃焼ガスを送り込むために送風部の回転数を上げると、回転による騒音が大きくなるという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝熱管における燃焼ガスの流れの死角領域においても燃焼ガスの熱量を十分に伝熱管に伝達できるとともに騒音を抑えることのできる熱交換器および給湯器を提供することである。

本発明の熱交換器は、複数のフィンと、伝熱管とを備えている。複数のフィンのそれぞれは、主表面とその主表面において第１の方向に沿って並んで配置された複数の貫通孔とを有しており、かつ互いに間隔を隔てて積層配置されている。伝熱管は、複数のフィンの各々の複数の貫通孔内を通っている。複数のフィンのうち少なくとも１つのフィンは、切起こしスリットと、切起こし壁部とを含んでいる。切起こしスリットは、複数の貫通孔のうち少なくとも１つの貫通孔の第１の方向に隣り合う領域に形成され、かつ第１の方向に交差する第２の方向に延びるトンネル状の孔を有している。切起こし壁部は、切起こしスリットの第２の方向に位置し、少なくとも１つのフィンの主表面に対して突き出し、かつ第１の方向に沿って延びている。

本発明の熱交換器によれば、複数の貫通孔が配置された第１の方向に沿って切起こし壁部が延びている。このため、第２の方向に流れる燃焼ガスの流れを切起こし壁部により第１の方向へ変えることができる。よって、燃焼ガスの流れを伝熱管における燃焼ガスの流れの死角領域に導くことが可能となり、その死角領域においても燃焼ガスの熱量を十分に伝熱管に伝達することが可能となる。

また切起こし壁部は切起こしスリットの第２の方向に位置している。このため、第２の方向に流れる燃焼ガスは、切起こし壁部に達する前に切起こしスリットを通ることになる。この切起こしスリットは、第２の方向に延びるトンネル状の孔を有している。よって第２の方向に流れる燃焼ガスは、トンネル状の孔内を通過して切起こし壁部の根元部に衝突する流れと、トンネル状の孔内を通過せずに切起こし壁部の先端部に衝突する流れとに分かれる。これにより、燃焼ガスの切起こし壁部の根元側に衝突する流れを伝熱管における燃焼ガスの流れの死角領域に確実に導くことが可能となる。また切起こし壁部の先端側に衝突する流れは切起こし壁部を乗り越えやすくなるため、熱交換器内における燃焼ガスの排気抵抗を低減することができる。これにより燃焼ガスを送り込むために送風部の回転数を上げる必要が無くなるため、回転数増大により騒音が大きくなることも抑制できる。

上記の熱交換器において、切起こしスリットおよび切起こし壁部は、第１の方向に並んで配置された複数の貫通孔の最端部に位置する貫通孔とフィンの端縁との間に配置されている。これにより燃焼ガスの流れがよどみやすい熱交換器の端部においても燃焼ガスの流れを伝熱管における燃焼ガスの流れの死角領域に導くことができるため、燃焼ガスのよどみを抑制することが可能となる。

上記の熱交換器において、切起こしスリットおよび切起こし壁部は、第１の方向に並んで配置された複数の貫通孔のうち互いに隣り合う２つの貫通孔の間に配置されている。これにより互いに隣り合う２つの貫通孔の間においても燃焼ガスの流れを伝熱管の死角領域に導くことが可能となる。

上記の熱交換器において、切起こし壁部の主表面からの高さが、複数のフィンのうち互いに隣り合う２つのフィンの間の間隔の寸法の半分よりも大きい。これにより、燃焼ガスの切起こし壁部の根元側に衝突する流れを、より確実に伝熱管における燃焼ガスの流れの死角領域に導くことが可能となる。

上記の熱交換器において、切起こし壁部の第１の方向に延びる長さは、切起こしスリットの第１の方向に延びる長さよりも長い。これにより切起こしスリットを通過した燃焼ガスの流れを切起こし壁部に確実に衝突させることができる。

上記の熱交換器において、切起こし壁部は、第１の方向に並んで配置された複数の貫通孔の各中心をつなぐ仮想の線から燃焼ガスの流れ方向における下流側にずれて配置されている。これにより、伝熱管における燃焼ガスの流れの死角領域に導くことがより容易となる。

上記の熱交換器において、複数の貫通孔は、複数の１段目貫通孔と、複数の２段目貫通孔とを含んでいる。複数の１段目貫通孔は、第１の方向に並んで配置されている。複数の２段目貫通孔は、その第１の方向に並んで配置され、かつ複数の１段目貫通孔とは第２の方向に間隔をあけて配置されている。複数の１段目貫通孔における孔ピッチは、複数の２段目貫通孔における孔ピッチよりも小さい。

これにより、複数の１段目貫通孔の各々を複数の２段目貫通孔の各々に対して第１の方向にずらして配置することができるため、複数の２段目貫通孔の各々の内部を通る伝熱管に効率よく燃焼ガスを接触させることができる。

本発明の給湯器は、上記のいずれかの熱交換器と、その熱交換器に与える燃焼ガスを生じさせるための燃焼装置とを備えている。

本発明の給湯器によれば、伝熱管における燃焼ガスの流れの死角領域においても燃焼ガスの熱量を十分に伝熱管に伝達できるとともに騒音を抑えることが可能となる。

上記の給湯器において、熱交換器の燃焼装置が配置された側とは反対側において熱交換器上を覆い、かつ流出口を有する排気集合筒がさらに備えられている。その排気集合筒の流出口の真下領域において互いに隣り合う２つの貫通孔の間には切起こしスリットおよび切起こし壁部が配置されており、排気集合筒の流出口の真下以外の領域において互いに隣り合う２つの貫通孔の間には切起こしスリットおよび切起こし壁部が配置されていない。

特に排気集合筒の排気口の真下領域において燃焼ガスは伝熱管における燃焼ガスの流れの死角領域に流れにくい。このため、その部分に選択的に切起こしスリットおよび切起こし壁部を配置することにより、効率的に燃焼ガスを伝熱管における燃焼ガスの流れの死角領域に導くことが可能となる。

以上説明したように本発明によれば、伝熱管の死角領域においても燃焼ガスの熱量を十分に伝熱管に伝達できるとともに騒音を抑えることが可能となる。

本発明の一実施の形態における給湯器の構成を示す概略図である。本発明の一実施の形態における給湯器の送風部、燃焼装置、一次熱交換器および二次熱交換器の構成を示す斜視図である。本発明の一実施の形態における給湯器の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一部破断斜視図である。本発明の一実施の形態における給湯器の一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一次熱交換器のフィン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一次熱交換器をフィンの主表面に直交する方向から見た図である。図６の一部を拡大して示す図である。第１の比較例の一次熱交換器において伝熱管の死角の領域ＲＢで燃焼ガスの熱量を十分に伝熱管に伝達できないことを説明するための図である。本発明の一実施の形態における一次熱交換器において伝熱管の死角の領域に燃焼ガスの熱量を十分に伝熱管に伝達できることを説明するための図である。第２の比較例の一次熱交換器をフィンの主表面に直交する方向から見た図である。第３の比較例として、切起こしスリットが無く、切起こし壁部のみが設けられた場合の燃焼ガスの速度分布を示す積層されたフィンの断面図である。切起こしスリットおよび切起こし壁部の双方が設けられた場合の燃焼ガスの速度分布を示す積層されたフィンの図である。本発明の一実施の形態における一次熱交換器において排気集合筒の排気口の真下領域のみに切起こしスリットおよび切起こし壁部が配置された構成を示す図である。本発明の一実施の形態における一次熱交換器を、石油を燃料に用いる給湯器に適用した構成を示す概略図である。

以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
まずは本実施の形態における給湯器の構成について図１〜図３を用いて説明する。

図１および図２を参照して、本実施の形態の給湯器１は、筺体２と、燃焼装置３と、送風部６と、一次熱交換器１１と、二次熱交換器２１とを主に有している。燃焼装置３は、燃焼ガスを供給するためのものである。この燃焼装置３は、バーナー３ａと、バーナーケース３ｂとを有しており、バーナー３ａはバーナーケース３ｂ内に収容されている。この燃焼装置３には、燃焼装置３に燃料ガスを供給するためのガス管５が接続されている。

送風部６は、燃焼装置３に燃焼用空気を供給するためのものであって、たとえばファン、ファンケース、ファンモータなどを有している。この送風部６は燃焼装置３の下部に取付けられている。

一次熱交換器１１および二次熱交換器２１の各々は、燃焼装置３から供給された燃焼ガスによって熱交換を行うためのものである。燃焼装置３の上に一次熱交換器１１が取付けられており、その一次熱交換器１１の上に二次熱交換器２１が取付けられている。

一次熱交換器１１と二次熱交換器２１とは配管３２で接続されている。二次熱交換器２１には、二次熱交換器２１に水を供給するための給水管３１が接続されている。一次熱交換器１１には、一次熱交換器１１から湯を送り出すための出湯管３３が接続されている。

上記の給水管３１と出湯管３３との間にバイパス管３５が接続されている。このバイパス管３５は、出湯管３３から送り出される湯の温度を給水管３１の水で調整するためのものである。また、二次熱交換器２１において生じたドレンを排出するためのドレン排出管４１が設けられている。

図１および図３を参照して、一次熱交換器１１は、互いに積層された複数のフィン１３と、複数のフィン１３を貫通する伝熱管１５と、複数のフィン１３および伝熱管１５を内部に収容するケースとしての胴板１７とを有している。伝熱管１５は、一方端にて配管３２に接続されており、かつ他方端にて出湯管３３に接続されている。

また二次熱交換器２１は、複数の（らせん状の）伝熱管２５と、伝熱管２５を内部に収容するケース２７とを有している。伝熱管２５は、一方端にて給水管３１に接続されており、かつ他方端にて配管３２に接続されている。

なお、本発明（請求項）に係る熱交換器は一次熱交換器１１に対応し、二次熱交換器２１には対応しない。

図３を参照して、一次熱交換器１１と二次熱交換器２１との間には、排気集合筒４２が配置されている。この排気集合筒４２には、一次熱交換器１１を経た燃焼ガスを二次熱交換器２１へ供給するための流出口４２ａが形成されている。また二次熱交換器２１のケース２７には、燃焼ガスを排気するための排気口２７ａが設けられている。

次に、上記の一次熱交換器１１の構成について図４〜図７および図１２を用いて具体的に説明する。

図４を参照して、互いに積層された複数のフィン１３のそれぞれは、板状の部材からなり、その板状の部材の主表面ＭＳに複数の貫通孔１３ｃａ、１３ｃｂを有している。これら複数の貫通孔１３ｃａ、１３ｃｂの各々は、内部に伝熱管１５を通すためのものである。伝熱管１５は、複数の貫通孔１３ｃａ、１３ｃｂの各々の周縁にろう付けされている。

図５を参照して、複数のフィン１３のそれぞれは、切起こし壁部１３ａと、切起こしスリット１３ｂとを有している。切起こし壁部１３ａは、板状のフィン１３の一部を切り欠いて折り曲げることにより切り起こした部分であって、フィン１３と一体的に形成されている。

切起こし壁部１３ａは、一方端部と他方端部とを有し、一方端部をフィン１３に接続された根元側とし、他方端部をフィン１３の主表面ＭＳに対して突き出した先端側となるように折り曲げることにより構成されている。切起こし壁部１３ａのフィン１３の主表面ＭＳに対する折り曲げ角度は、たとえば９０°であってもよく、また鋭角であってもよく、また鈍角であってもよい。

切起こしスリット１３ｂは、たとえば３つの切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｂ、１３ｂｃを有している。切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｂ、１３ｂｃの各々は、板状のフィン１３の一部を切り欠いて折り曲げることにより切り起こした部分であって、フィン１３と一体的に形成されている。

切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｂ、１３ｂｃの各々は、一方端部と他方端部とを有し、一方端部と他方端部との双方がフィン１３に接続されており、かつ一方端部と他方端部との間で折り曲げられることによりフィン１３の主表面ＭＳに対して突き出している。これにより切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｂ、１３ｂｃの各々の一方端部と他方端部との間にトンネル状の孔１３ｂａ₁、１３ｂｂ₁、１３ｂｃ₁が構成されている。

なお切起こしスリット１３ｂに含まれる切起こしスリット部の個数は３つに限定されず、１つ、２つまたは４つ以上であってもよい。

図６を参照して、複数の貫通孔１３ｃａ、１３ｃｂは、複数の１段目貫通孔１３ｃａと、複数の２段目貫通孔１３ｃｂとを含んでいる。複数の１段目貫通孔１３ｃａはたとえば４つの貫通孔を含んでおり、また複数の２段目貫通孔１３ｃｂはたとえば４つの貫通孔を含んでいる。

複数の１段目貫通孔１３ｃａは、フィン１３の主表面ＭＳにおいて第１の方向（図中矢印ＤＡ方向）に沿って並んで配置されている。複数の２段目貫通孔１３ｃｂも同様に、フィン１３の主表面ＭＳにおいて第１の方向（図中矢印ＤＡ方向）に沿って並んで配置されている。複数の１段目貫通孔１３ｃａにより構成される１段目と、複数の２段目貫通孔１３ｃｂにより構成される２段目とは、第１の方向に直交する第２の方向（図中矢印ＤＢ方向）に間隔をあけて配置されている。つまり複数の１段目貫通孔１３ｃａにより構成される１段目と、複数の２段目貫通孔１３ｃｂにより構成される２段目とは互いに平行となるように配置されている。

図７を参照して、上記の切起こしスリット１３ｂは、１段目貫通孔１３ｃａの第１の方向ＤＡに隣り合う領域（図中ハッチング領域ＲＡ）に形成されている。本実施の形態では、切起こしスリット１３ｂに含まれる３つの切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｂ、１３ｂｃの全てがこの領域ＲＡ内に配置されている。

なお切起こしスリット１３ｂが複数の切起こしスリット部を有する場合、複数の切起こしスリット部の全てがこの領域ＲＡ内に配置されていなくてもよく、複数の切起こしスリット部のうち少なくとも１つがこの領域ＲＡ内に配置されていればよい。

３つの切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｂ、１３ｂｃの各々は、フィン１３に接続された一方端部から他方端部へ第１の方向ＤＡに沿って帯状に延びている。これにより、３つの切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｂ、１３ｂｃのトンネル状の孔の各々は、第２の方向ＤＢに延びている（貫通している）。

切起こし壁部１３ａは、切起こしスリット１３ｂの第２の方向ＤＢに位置している。具体的には切起こし壁部１３ａは、切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｂ、１３ｂｃの各々のトンネル状の孔の延びる（貫通する）方向の延長線上に位置している。この切起こし壁部１３ａは、複数の１段目貫通孔１３ｃａの各中心Ｏをつなぐ仮想の直線Ｃ−Ｃから燃焼ガスの流れ方向における下流側（二次熱交換器側）にずれて配置されている。

切起こし壁部１３ａのフィン１３に接続された一方端部（根元側）はフィン１３の主表面において第１の方向ＤＡに沿って延びている。また切起こし壁部１３ａのフィン１３の主表面から突き出した他方端部（先端側）も第１の方向ＤＡに沿って延びている。

上記の切起こし壁部１３ａおよび切起こしスリット１３ｂの１つの組は、第１の方向ＤＡに並んで配置された複数の１段目貫通孔１３ｃａの最端部に位置する貫通孔１３ｃａとフィン１３の端縁１３Ｅとの間に配置されている。また切起こし壁部１３ａおよび切起こしスリット１３ｂの他の組は、第１の方向ＤＡに並んで配置された複数の１段目貫通孔１３ｃａのうち互いに隣り合う２つの貫通孔１３ｃａの間に配置されている。

切起こし壁部１３ａの第１の方向ＤＡに延びる長さＬ２は、切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｂ、１３ｂｃの各々の第１の方向に延びる長さＬ１ａ、Ｌ１ｂ以上の長さを有している。また切起こし壁部１３ａの第１の方向ＤＡに延びる長さＬ２は、複数の１段目貫通孔１３ｃａの孔ピッチＬ３以下の長さを有している。また中央部の切起こしスリット部１３ｂｂの第１の方向ＤＡに延びる長さＬ１ｂは、両側に位置する切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｃの第１の方向ＤＡに延びる長さＬ１ａ以下の長さを有している。

なお本実施の形態においては、３つの切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｂ、１３ｂｃのうち中央に位置する切起こしスリット部１３ｂｂは各貫通孔１３ｃａの中心Ｏを通る仮想の直線Ｃ−Ｃ上に位置している。

図１２を参照して、切起こし壁部１３ａがフィン１３の主表面ＭＳから突き出す高さＨ２は、積層された複数のフィン１３のうち互いに隣り合うフィン１３の間の間隔の寸法Ｈ１の半分（Ｈ１×１／２）よりも高く、かつ上記寸法Ｈ１の４分の３（Ｈ１×３／４）よりも低い。また切起こし壁部１３ａの突き出し高さＨ２は、切起こしスリット１３ｂ（切起こしスリット部１３ｂａ、１３ｂｂ、１３ｂｃ）がフィン１３の主表面ＭＳから突き出す高さのうち最も高い高さＨ３よりも高い。

互いに隣り合うフィン１３の間の間隔の寸法Ｈ１はたとえば２．５ｍｍであり、切起こし壁部１３ａの突き出し高さＨ２はたとえば１．８ｍｍであり、切起こしスリット１３ｂの突き出し最大高さＨ３はたとえば１．５ｍｍである。

図６を参照して、複数の１段目貫通孔１３ｃａにおける孔ピッチＰ２は、複数の２段目貫通孔１３ｃｂにおける孔ピッチＰ１よりも小さい。このため、複数の１段目貫通孔１３ｃａの各々の中心は、複数の２段目貫通孔１３ｃｂの各々の中心に対して第１の方向ＤＡに所定量Ｇ１〜Ｇ４だけずれて配置されている。

伝熱管１５の管径はたとえば１６ｍｍφであり、上記の中心管のずれ量Ｇ１〜Ｇ４の各々はたとえば１ｍｍ以上である。また複数の１段目貫通孔１３ｃａの個数と複数の２段目貫通孔１３ｃｂの個数との総個数は偶数個であることが好ましい。また複数の１段目貫通孔１３ｃａの個数と複数の２段目貫通孔１３ｃｂの個数とは同じであることが好ましい。

次に、本実施の形態の給湯器１の動作について説明する。
図１を参照して、運転スイッチをオンにし、給水管３１に所定量の水を流すことによって、送風部６のファンが回転を始め、燃焼装置３が点火して、燃焼装置３から上方に向かって燃焼ガスが送り出される。図３を参照して、送り出された燃焼ガスは、一次熱交換器１１が配置された胴板１７内を流れ、次に、排気集合筒４２の流出口４２ａを経て二次熱交換器２１内を流れ、その後、排気口２７ａから外へ排気される。

図１を参照して、一方、給水管３１から送られる水は、まず、二次熱交換器２１の伝熱管２５内を流れる。二次熱交換器２１を流れる間に、燃焼ガス（潜熱）によって水が予備加熱される。次に、予備加熱された水は、配管３２を経て一次熱交換器１１へ送られる。一次熱交換器１１へ送られた予備加熱された水は、下段の伝熱管１５（２段目貫通孔１３ｃｂを通る伝熱管１５）を流れ、次に、上段の伝熱管１５（１段目貫通孔１３ｃａを通る伝熱管１５）を流れる。予備加熱された水が伝熱管１５を流れる間に、フィン１３間の隙間を流れる燃焼ガス（顕熱）と伝熱管１５内の水との間で熱交換が行われ、予備加熱された水が所定の温度にまで加熱される。所定の温度に加熱された湯は、出湯管３３を経て給湯器１の外へ送り出される。こうして、給湯器１として、所定の温度の湯を供給することができる。

次に、本実施の形態の作用効果について、図８に示す第１の比較例、図１０に示す第２の比較例、および図１１に示す第３の比較例と対比して説明する。

図８に示す第１の比較例においては、フィン１３の主表面ＭＳに切起こし壁部や切起こしスリットが形成されていない。この構成においては、第２の方向（図中矢印ＤＢ方向）への燃焼ガスの流れに対して伝熱管１５の死角となる領域ＲＢにおいて、燃焼ガスが流れ込みにくくなる。これにより、伝熱管１５の死角領域ＲＢにおいて、燃焼ガスの熱量が伝熱管１５に伝達しにくくなるため、熱交換効率が悪くなる。

これに対して本実施の形態においては、図９に示すように切起こし壁部１３ａが第１の方向（図中矢印ＤＡ方向）に沿って延びるように設けられている。このため、伝熱管１５の横を通って流れる燃焼ガスは、この切起こし壁部１３ａに衝突してその流れの方向を変えることができる。これにより、燃焼ガスの流れに対する伝熱管１５の死角となる領域に燃焼ガスを導くことが可能となり、伝熱管１５の死角領域においても燃焼ガスの熱量を十分に伝熱管１５に伝達することが可能となる。これにより熱交換効率を向上させることが可能となる。

また図１０に示す第２の比較例のように、２つの貫通孔１３ｃａの間に第１の方向に対して互いに異なる角度に傾斜して延びる２つの切起こし壁部１３ａを設けることも考えられる。しかしこの構成においては、加工上の制約から、互いに異なる角度で傾斜する２つの切起こし壁部１３ａを１つの切起こし壁部として繋ぐことができない。このため、互いに異なる角度で傾斜する２つの切起こし壁部１３ａの間に切起こし壁部の形成されていない隙間の領域が生じ、この隙間の領域を通じて燃焼ガスが流れてしまう。よって、この隙間の領域を通って流れた燃焼ガスの熱量を伝熱管１５に伝熱できないため、熱交換効率が悪くなる。

これに対して本実施の形態においては、図９に示すように２つの貫通孔１３ｃａの間に第１の方向に沿って延びる１つの切起こし壁部１３ａが設けられている。このため、上記のような切起こし壁部の間の隙間の領域が生じることが無いため、燃焼ガスを効率よく伝熱管１５の死角の領域に導くことが可能となる。よって、熱交換効率を向上させることが可能となる。

また図１１に示す第３の比較例のように、フィン１３に切起こしスリットを設けずに、切起こし壁部１３ａのみを設けることも考えられる。この場合、切起こし壁部１３ａに衝突する燃焼ガスの流れは、図中曲線で示すように２枚のフィン１３間の中央部において大きな速度を有し、かつ端部（フィン１３付近）において小さな速度を有する。

このように流速の早い中央部の燃焼ガスの流れが切起こし壁部１３ａに衝突して、その流れが阻害されるため、燃焼ガスの排気抵抗が大きくなり、一次熱交換器１１から燃焼ガスが排気されにくくなる。一次熱交換器１１からの燃焼ガスの排気を促進するために、送風部６（図１、図２）のファンの回転数を上げると、回転による騒音が大きくなる。

これに対して本実施の形態においては、図９に示すように切起こし壁部１３ａが切起こしスリット１３ｂの第２の方向ＤＢに位置している。このため、第２の方向ＤＢに流れる燃焼ガスは、切起こし壁部１３ａに達する前に切起こしスリット１３ｂを通ることになる。

この切起こしスリット１３ｂは、図１２に示すように第２の方向ＤＢに延びるトンネル状の孔１３ｂ₁を有している。よって第２の方向ＤＢに流れる燃焼ガスは、トンネル状の孔１３ｂ₁内を通過して切起こし壁部１３ａの根元部１３ａ₂側に衝突する流れと、トンネル状の孔１３ｂ₁内を通過せずに切起こし壁部１３ａの先端部１３ａ₁側に衝突する流れとに分かれる。

ここで燃焼ガスのトンネル状の孔１３ｂ₁内を通過する流れとトンネル状の孔１３ｂ₁内を通過しない流れとの双方は、図中曲線で示すようにフィン１３と切起こしスリット１３ｂとの間の中央部において大きな速度を有し、かつ端部（フィン１３付近および切起こしスリット１３ｂ付近）において小さな速度を有する。

これにより、燃焼ガスの切起こし壁部１３ａの根元部１３ａ₂側に衝突する流れは流速の最も早い中央部が切起こし壁部１３ａに衝突するため、その流れを伝熱管１５における燃焼ガスの流れの死角領域に確実に導くことが可能となる。

一方、切起こし壁部１３ａの先端部１３ａ₁側に衝突する流れは流速の最も早い中央部が切起こし壁部１３ａを乗り越えやすくなるため、一次熱交換器１１内における燃焼ガスの排気抵抗を低減することができる。これにより燃焼ガスを送り込むために送風部６の回転数を上げる必要が無くなるため、回転数増大により騒音が大きくなることも抑制できる。

切起こし壁部１３ａの突き出し高さＨ２が２枚のフィン１３の間隔Ｈ１の４分の３（Ｈ１×３／４）よりも低い。このため、切起こし壁部１３ａの先端部１３ａ₁側に衝突する燃焼ガスの流れのうち流速の最も早い中央部が切起こし壁部１３ａに衝突せずに進めるため、より排気抵抗を低減することが可能となる。

なお切起こし壁部１３ａの先端部１３ａ₁側に衝突する燃焼ガスの流れのうち流速が最も早い中央部の流れが切起こし壁部１３ａに衝突しないための切起こし壁部１３ａの高さＨ２は、Ｈ２＜Ｈ３＋（Ｈ１−Ｈ３）／２で求めることができる。

また切起こし壁部１３ａの突き出し高さＨ２が２枚のフィン１３の間隔Ｈ１の半分（Ｈ１×１／２）よりも高い。このため、切起こし壁部１３ａの根元部１３ａ₂側に衝突する燃焼ガスの流れのうち流速の最も早い中央部が切起こし壁部１３ａに確実に衝突するため、その流れを伝熱管１５における燃焼ガスの流れの死角領域に、より確実に導くことが可能となる。

なお切起こし壁部１３ａの根元部１３ａ₂側に衝突する燃焼ガスの流れのうち流速が最も早い中央部の流れが切起こし壁部１３ａに確実に衝突するための切起こし壁部１３ａの高さＨ２は、Ｈ２＞Ｈ４／２で求めることができる。この高さＨ４は、高さＨ３から切起こしスリット１３ｂの厚みを減じた高さ（つまり高さＨ３の部分におけるトンネル状の孔１３ｂ₁の高さ）である。

また図６および図７に示すように本実施の形態においては、切起こしスリット１３ｂおよび切起こし壁部１３ａの１の組が、第１の方向ＤＡに並んで配置された複数の１段目の貫通孔１３ｃａの最端部に位置する貫通孔１３ｃａとフィン１３の端縁１３Ｅとの間に配置されている。これにより燃焼ガスの流れがよどみやすい一次熱交換器１１の端部においても燃焼ガスの流れを伝熱管１５における燃焼ガスの流れの死角領域に導くことができるため、燃焼ガスのよどみを抑制することが可能となる。

また図６および図７に示すように本実施の形態においては、切起こしスリット１３ｂおよび切起こし壁部１３ａの他の組が、第１の方向ＤＡに並んで配置された複数の１段目貫通孔１３ｃａのうち互いに隣り合う２つの貫通孔１３ｃａの間に配置されている。これにより互いに隣り合う２つの貫通孔１３ｃａの間においても燃焼ガスの流れを伝熱管１５の死角領域に導くことが可能となる。

また図７に示すように本実施の形態においては、切起こし壁部１３ａの第１の方向ＤＡに延びる長さＬ２は、切起こしスリット１３ｂの第１の方向ＤＡに延びる長さＬ１ａ、Ｌ１ｂよりも長い。これにより切起こしスリット１３ｂを通過した燃焼ガスの流れを切起こし壁部１３ａに確実に衝突させることができ、燃焼ガスの流れを伝熱管１５の死角領域に導くことが容易となる。

また図７に示すように本実施の形態においては、切起こし壁部１３ａは、第１の方向ＤＡに並んで配置された複数の１段目貫通孔１３ｃａの各中心Ｏをつなぐ仮想の直線Ｃ−Ｃから燃焼ガスの流れ方向における下流側にずれて配置されている。これにより、燃焼ガスの流れを伝熱管１５の死角領域に導くことがより容易となる。

また図６に示すように本実施の形態においては、複数の１段目貫通孔１３ｃａにおける孔ピッチＰ２は、複数の２段目貫通孔１３ｃｂにおける孔ピッチＰ１よりも小さい。これにより、複数の１段目貫通孔１３ｃａの各々の中心を複数の２段目貫通孔１３ｃｂの各々の中心に対して第１の方向ＤＡに所定量Ｇ１〜Ｇ４だけずらして配置することができる。このため、複数の１段目貫通孔１３ｃａの各々の内部を通る伝熱管１５に効率よく燃焼ガスを接触させることができる。

なお上記の実施の形態においては、図１３に示すように排気集合筒４２の流出口４２ａの真下領域ＲＣにおいてのみ、互いに隣り合う２つの貫通孔１３ｃａの間には切起こしスリット１３ｂおよび切起こし壁部１３ａが配置されてもよい。つまり切起こしスリット１３ｂおよび切起こし壁部１３ａは、上記領域ＲＣ内にのみ配置されていれば、排気集合筒４２の流出口４２ａの真下以外の領域において互いに隣り合う２つの貫通孔１３ｃａの間には配置されていなくてもよい。

排気集合筒４２の流出口４２ａの真下領域ＲＣにおいては、燃焼ガスはその流出口４２ａに向かって一直線上に流れやすい。このため、この真下領域ＲＣにおいては燃焼ガスは伝熱管１５の死角領域に特に流れ込みにくい。よって、その真下領域ＲＣに選択的に切起こしスリット１３ｂおよび切起こし壁部１３ａを配置することにより、効率的に燃焼ガスを伝熱管１５の死角領域に導くことが可能となる。

また上記の本実施の形態においては、燃焼装置３の上方に一次および二次熱交換器１１、２１が配置された構成を例に挙げて説明した（図１、図２参照）が、本実施の形態の一次熱交換器１１は、主に燃料として石油を用いる給湯器に適用されてもよい。このような給湯器においては、たとえば図１４に示すように燃焼装置３の下方に一次熱交換器１１が配置され、その一次熱交換器１１の下方に二次熱交換器２１が配置されることになる。このタイプの燃焼方式では、送風部６は燃焼装置の上方に配置されており、かつ燃焼装置３には燃料管７が接続されている。

なお図１４の給湯器１の上記以外の構成については図１に示す給湯器１の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

また、上述した熱交換器では、伝熱管の配置として下段と上段との２段の配置を例に挙げて説明したが、３段以上の配置にしてもよい。上述したように、特に、２段の配置の場合には、一次熱交換器のコンパクト化に寄与することができる。また、伝熱管の管径およびピッチとして挙げた数値は一例であって、これに限定されるものではない。

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。

１給湯器、２筺体、３燃焼装置、３ａバーナー、３ｂバーナーケース、５ガス管、６送風部、７燃料管、１１一次熱交換器、１３フィン、１３Ｅ端縁、１３ａ壁部、１３ａ₁ 先端部、１３ａ₂ 根元部、１３ｂ₁，１３ｂａ₁〜１３ｂｃ₁ トンネル状の孔、１３ｂ切起こしスリット、１３ｂａ，１３ｂｂ切起こしスリット部、１３ｃａ，１３ｃｂ貫通孔、１５，２５伝熱管、１７胴板、２１二次熱交換器、２７ケース、２７ａ排気口、３１給水管、３２配管、３３出湯管、３５バイパス管、４１ドレン排出管、４２排気集合筒、４２ａ流出口。

Claims

それぞれが主表面と前記主表面において第１の方向に沿って並んで配置された複数の貫通孔とを有し、かつ互いに間隔を隔てて積層配置された複数のフィンと、
前記複数のフィンの各々の前記複数の貫通孔内を通る伝熱管とを備え、
前記複数のフィンのうち少なくとも１つのフィンは、
前記複数の貫通孔のうち少なくとも１つの貫通孔の前記第１の方向に隣り合う領域に形成され、かつ前記第１の方向に交差する第２の方向に延びるトンネル状の孔を有する切起こしスリットと、
前記切起こしスリットの前記第２の方向に位置し、前記少なくとも１つのフィンの前記主表面に対して突き出し、かつ前記第１の方向に沿って延びる切起こし壁部とを含み、
前記切起こし壁部は、前記第１の方向に並んで配置された前記複数の貫通孔の各中心をつなぐ仮想の線から燃焼ガスの流れ方向における下流側にずれて配置されており、
前記複数の貫通孔は、前記第１の方向に並んで配置された複数の１段目貫通孔と、前記第１の方向に並んで配置され、かつ前記複数の１段目貫通孔とは前記第２の方向に間隔をあけて配置された複数の２段目貫通孔とを含み、
前記切起こしスリットと前記切起こし壁部は、燃焼ガスの流れ方向において前記２段目貫通孔よりも下流側に設けられており、前記２段目貫通孔同士の間には配置されておらず、
前記切起こし壁部は、燃焼ガスの流れ方向において前記切起こしスリットの下流側にのみ配置されている、熱交換器。
前記切起こしスリットおよび前記切起こし壁部は、前記第１の方向に並んで配置された前記複数の貫通孔の最端部に位置する前記貫通孔と前記フィンの端縁との間に配置されている、請求項１に記載の熱交換器。
前記切起こしスリットおよび前記切起こし壁部は、前記第１の方向に並んで配置された前記複数の貫通孔のうち互いに隣り合う２つの前記貫通孔の間に配置されている、請求項１に記載の熱交換器。
前記切起こし壁部の前記主表面からの高さが、前記複数のフィンのうち互いに隣り合う２つの前記フィンの間の前記間隔の寸法の半分よりも大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記切起こし壁部の前記第１の方向に延びる長さは、前記切起こしスリットの前記第１の方向に延びる長さよりも長い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記複数の１段目貫通孔における孔ピッチは、前記複数の２段目貫通孔における孔ピッチよりも小さい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の前記熱交換器と、
前記熱交換器に与える燃焼ガスを生じさせるための燃焼装置とを備えた、給湯器。
前記熱交換器の前記燃焼装置が配置された側とは反対側において前記熱交換器上を覆い、かつ流出口を有する排気集合筒をさらに備え、
前記排気集合筒の前記流出口の真下領域において互いに隣り合う２つの前記貫通孔の間には前記切起こしスリットおよび前記切起こし壁部が配置されており、前記排気集合筒の前記流出口の真下以外の領域において互いに隣り合う２つの前記貫通孔の間には前記切起こしスリットおよび前記切起こし壁部が配置されていない、請求項７に記載の給湯器。