JP6260773B2 - 熱交換器およびこれを備えた温水装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼ガスなどの加熱用気体からフィンチューブタイプの伝熱管を用いて熱回収を行なうように構成された熱交換器、およびこの熱交換器を備えた給湯装置などの温水装置に関する。

ガス給湯装置などの温水装置としては、たとえば図１２に示すようなものがある。
同図に示す温水装置Ｂは、缶体３０内にフィン３１およびこのフィン３１に貫通した複数の伝熱管３２が収容され熱交換器ＨＥを備えている。バーナ５ａによって発生させた燃焼ガスは、複数の伝熱管３２に作用し、このことにより複数の伝熱管３２内を流れる湯水が加熱される。
このような温水装置Ｂにおいては、複数の伝熱管３２を、たとえば上下複数段（同図では、上下３段）に配列させた上で、これら複数の伝熱管３２のそれぞれに加熱対象の湯水が順次流れていくように構成される。この場合、同図の矢印で示すように、湯水は複数の伝熱管３２のいわば配列順序通りに流れるように構成されているのが通例である（たとえば、特許文献１を参照）。
このような構成によれば、複数の伝熱管３２に湯水が一連に流れるように複数の伝熱管３２を接続する場合、一部分を除き、基本的には互いに隣接する伝熱管３２どうしを配管接続すればよいために、その配管接続構造を簡素にすることが可能である。

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、未だ改善すべき余地があった。

すなわち、熱交換器ＨＥの最下段に位置する３つの伝熱管３２（３２ａ〜３２ｃ）に着目すると、まず外部からの入水は、左端の伝熱管３２ａに対して行なわれ、この伝熱管３２ａを通過した湯水は、その後に中間の伝熱管３２ｂ、および右端の伝熱管３２ｃを順次流れる。左端の伝熱管３２ａには、未だバーナ５ａによって十分に加熱されていない比較的低温の湯水が流通しているために、この左端の伝熱管３２ａの近辺においては、バーナ５ａから進行してくる燃焼ガスからの熱回収量が多く、缶体３０の左側の側壁部３０ａは、余り高温にならないようにすることが可能である。一方、右端の伝熱管３２ｃには、左端および中間の伝熱管３２ａ，３２ｂを順次通過して温度がかなり上昇した湯水が流れる。したがって、この右端の伝熱管３２ｃの近辺においては、左端の伝熱管３２ａの近辺と比較して、燃焼ガスからの熱回収量が少なくなり、燃焼ガス温度は高い。このため、缶体３０の右側の側壁部３０ｂが過熱状態となって、熱損傷を生じる虞があった。

特開平１０−４７７７８号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、燃焼ガスなどの加熱用気体の作用により熱交換器の一部が過熱状態となって熱損傷を生じる虞を適切に防止することが可能な熱交換器、およびこの熱交換器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、プレート状の複数のフィンに貫通した複数の伝熱管と、これら複数の伝熱管および前記複数のフィンを内部に収容し、かつ下側または上側から加熱用気体が内部に流入するように設定される缶体と、を備えており、前記複数の伝熱管の配列構造として、略同一高さに揃えられた３以上の伝熱管が、前記缶体の前後または左右の幅方向に間隔を隔てて並び、かつ前記幅方向の両側には、前記缶体の側壁部または前記缶体内に配された別部材が位置している少なくとも１つの第１の伝熱管配列部を備えており、前記第１の伝熱管配列部は、前記幅方向の両端に位置する一対の端部伝熱管のうち、一方の端部伝熱管が熱交換器外部から湯水供給を最初に受けるように構成されている、熱交換器であって、前記一方の端部伝熱管に供給されてこの端部伝熱管を通過した湯水を、前記一対の端部伝熱管の相互間に位置する中間伝熱管に流れさせることなく他方の端部伝熱管に導く補助配管部を、さらに備えており、前記他方の端部伝熱管を通過した後の湯水が、前記中間伝熱管に流れるように構成されており、前記第１の伝熱管配列部とは別に設けられている他の複数の伝熱管が、前記幅方向に間隔を隔てて並び、かつ前記第１の伝熱管配列部に配管接続されていることにより、前記第１の伝熱管配列部の各伝熱管を通過してきた湯水が流通する第２の伝熱管配列部を、さらに備えており、前記第１の伝熱管配列部は、前記第２の伝熱管配列部よりも前記加熱用気体の流れ方向の上流側に位置していることを特徴としている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
第１の伝熱管配列部の両端に位置する一対の端部伝熱管のうち、一方の端部伝熱管に供給されてこの端部伝熱管を通過した湯水は、中間伝熱管を経由することなく、他方の端部伝熱管に供給されるために、この他方の端部伝熱管には、一方の端部伝熱管を通過して加熱されただけの湯水が流通することとなる。したがって、中間伝熱管を通過してきた湯水が他方の端部伝熱管に供給される場合と比較して、他方の端部伝熱管を流れる湯水温度を低くすることが可能である。その結果、他方の端部伝熱管の近辺における熱回収量を多くし、他方の端部伝熱管の側方に位置する缶体の側壁部または缶体内の所定の部材が、異常な高温の過熱状態となって熱損傷するといった不具合を生じないようにすることが可能である。

またこのような構成によれば、第１の伝熱管配列部に加えて、第２の伝熱管配列部がさらに設けられていることにより、加熱用気体からの熱回収総量を多くし、熱交換効率を高めることが可能である。このことに加え、次のような効果が得られる。
すなわち、第１の伝熱管配列部は、第２の伝熱管配列部よりも各伝熱管内を流れる湯水温度が低い状態にあるが、この第１の伝熱管配列部は、加熱用気体の流れ方向上流側に位置している。このため、熱交換器の缶体内に進入した加熱用気体は、第１の伝熱管配列部によって直ちに効率よく熱回収されて温度が低くなる。したがって、缶体または缶体内の所定部材が過熱状態となることを、より効果的に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、前記第１および第２の伝熱管配列部を構成する複数の伝熱管は、左右対称の千鳥配列とされており、前記第１および第２の伝熱管配列部どうしの配管接続構造においては、接続対象となる２つの伝熱管の中心間距離Ｐ２が、前記第１の伝熱管配列部の伝熱管ピッチＰ１と同一とされ、かつ前記第２の伝熱管配列部の伝熱管ピッチＰ３が、前記伝熱管ピッチＰ１よりも大きくされていることにより、前記接続対象となる２つの伝熱管の中心どうしを結ぶ直線Ｌａの水平に対する傾斜角α１は、６０°未満とされている。

このような構成によれば、第１の伝熱管配列部の伝熱管ピッチＰ１を、たとえばＵ字管を用いて配管接続可能な最小ピッチ（たとえば、Ｕ字管の最小曲げ半径の２倍の寸法）に設定している場合であっても、第１および第２の伝熱管配列部の接続対象となる２つの伝熱管を、前記最小ピッチのＵ字管またはこれに類する配管部材を用いて適切に配管接続することができる。また、前記接続対象となる２つの伝熱管の中心どうしを結ぶ直線Ｌａの水平に対する傾斜角α１を６０°未満とすることにより、第１および第２の伝熱管配列部どうしの上下高さ方向の配列ピッチを狭め、従来よりも熱交換器の薄型化を図ることが可能となる（これらの点は、後述する実施形態の説明から、より明らかになるであろう）。また、前記第１および第２の伝熱管配列部を構成する複数の伝熱管は、左右対称の伝熱管配置とされているために、幅方向において熱回収量の分布状況に大きな偏りを生じないようにし、熱交換効率を高くすることが可能である。

本発明において、好ましくは、前記第１および第２の伝熱管配列部のそれぞれを構成する複数の伝熱管は、上下高さ方向において互いに重なった配置に設けられており、前記第１および第２の伝熱管配列部どうしの配管接続は、互いに水平方向に位置ずれして斜め上下の位置関係にある２つの伝熱管を接続することにより行なわれている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、第１および第２の伝熱管配列部を配管接続する手段としては、前記構成以外として、上下高さ方向に互いに重なった配置関係にある２つの伝熱管を互いに接続することが考えられるが、この場合には、第１および第２の伝熱管配列部の上下高さ方向の配列ピッチを、たとえばＵ字管を用いて配管接続可能な最小ピッチよりも小さくすることは困難である。これに対し、前記構成によれば、そのような困難性を解消し、第１および第２の伝熱管配列部の上下高さ方向の配列ピッチを前記最小ピッチよりも小さくし、熱交換器の薄型化を図ることが可能である。

本発明において、好ましくは、前記缶体内に仕切り部材が設けられていることにより、前記缶体内は、前記幅方向において第１および第２の空間部に仕切られており、これら第１および第２の空間部のそれぞれに、前記第１の伝熱管配列部が設けられている。

このような構成によれば、いわゆる１缶２回路方式の熱交換器が構成され、第１および第２の空間部のそれぞれに配されている２つの第１の伝熱管配列部を利用した湯水加熱が可能となる。２つの第１の伝熱管配列部のそれぞれの端部伝熱管近辺において、加熱用気体からの熱回収量を多くすることができるために、缶体の側壁部に加えて、仕切り部材が過熱状態になることも適切に防止することが可能である。

本発明の第２の側面により提供される温水装置は、本発明の第１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の側面により提供される熱交換器について上述し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。

本発明が適用された熱交換器(１次熱交換器)を備えた温水装置の一例を示す概略正面断面図である。 図１のII−II断面図である。 図１のIII−III断面図である。 図１に示す１次熱交換器の平面断面図である。 図４の変形例を示す要部平面断面図である。 図１に温水装置の要部拡大断面図である。 （ａ）は、図６の要部説明図であり、（ｂ）は、対比例を示す説明図である。 本発明の他の例を示す要部説明図である。 本発明の他の例を示す要部説明図である。 本発明の他の例を示す要部説明図である。 本発明の参考例を示す要部断面図である。 従来技術の一例を示す模式図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図４は、本発明が適用された温水装置、およびこれに関連する構成の一例を示している。
図１によく表われているように、本実施形態の温水装置ＷＨは、バーナ５、１次熱交換器ＨＥ１、２次熱交換器ＨＥ２、およびこれら全体を囲む外装ケース９０を備えている。この温水装置ＷＨは、一般給湯と、暖房用給湯または風呂給湯との２系統の給湯動作を独立して行なうことが可能であり、１次熱交換器ＨＥ１および２次熱交換器ＨＥ２は、ともに１缶２回路方式である。
１次熱交換器ＨＥ１は、本発明に係る熱交換器の一例に相当する。ただし、２次熱交換器ＨＥ２は、本発明に係る熱交換器には相当しない。

バーナ５は、たとえばガスバーナであり、ファン５１からバーナケース５０内に上向きに送られてくる燃焼用空気を利用して燃料ガスを燃焼させる。ただし、このバーナ５の燃焼領域は、個別に燃焼駆動制御が可能な第１および第２の燃焼領域ａ１，ａ２に区分されている。第１および第２の燃焼領域ａ１，ａ２の上方領域は、仕切り部材５２によって仕切られ、第１および第２の燃焼領域ａ１，ａ２のそれぞれにおいて発生された燃焼ガスは、後述する第１および第２の空間部Ａ１，Ａ２に向けて個々に進行する。

１次熱交換器ＨＥ１は、バーナ５から上向きに進行してくる燃焼ガスから顕熱を回収するためのものであり、バーナケース５０上に載設された缶体６、この缶体６内に収容された複数の板状のフィン２Ａ，２Ｂ、およびこれらのフィン２Ａ，２Ｂに貫通した直管状の複数の伝熱管Ｔａ，Ｔｂを有している。缶体６は、上面部および下面部が開口した平面視略矩形の枠状または筒状であり、たとえば銅製である。伝熱管Ｔａ，Ｔｂやフィン２Ａ，２Ｂも、缶体６と同様に、たとえば銅製である。フィン２Ａ，２Ｂの相互間には、仕切り部材３が介装され、缶体６内は、第１および第２の空間部Ａ１，Ａ２に仕切られている。第１の空間部Ａ１は、第２の空間部Ａ２よりも占有面積が大きくされているが、これは第１の空間部Ａ１に配された伝熱管Ｔａは一般給湯用の湯水加熱に利用されるために、伝熱管Ｔｂ側よりも大きな湯水加熱能力が要求されるからである。

第１の空間部Ａ１には、複数の伝熱管Ｔａの配列構造として、第１の伝熱管配列部Ｒａのみが設けられている。一方、第２の空間部Ａ２には、複数の伝熱管Ｔｂの配列構造として、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2が設けられている。

第１の伝熱管配列部Ｒａは、複数の伝熱管Ｔａが、略同一高さに揃えられて缶体６の左右の幅方向に間隔を隔てて並んだ構造であり、図４に示すように、複数の伝熱管Ｔａは、缶体６の側壁６０ａ，６０ｂを貫通し、かつ缶体６の外部に位置する接続配管部１２ａおよび補助配管部１７ａを用いて一連に接続されている。接続配管部１２ａは、たとえばＵ字管を用いた部分であり、互いに隣り合う伝熱管Ｔａは、基本的には、この接続配管部１２ａを介して接続されている。ただし、第１の伝熱管配列部Ｒａの右端および左端に位置
する一対の端部伝熱管Ｔａ（Ｔa1,Ｔa2）の一端部どうしは、補助配管部１７ａを介して直結されている。補助配管部１７ａは、接続配管部１２ａとの干渉を避けるべく、たとえば接続配管部１２ａの上側を通過するように設けられている。

右側の端部伝熱管Ｔa1に接続された配管部材部１２a'の一端は、入水口１５ａとされている。このことにより、第１の伝熱管配列部Ｒａにおいては、入水口１５ａに供給された湯水は、右側の端部伝熱管Ｔa1を流れた後に、左側の端部伝熱管Ｔa2に流れ込む。その後は、一対の端部伝熱管Ｔa1,Ｔa2の相互間に位置する複数の中間伝熱管Ｔａ（Ｔa3）を順次流れる。中間伝熱管Ｔa3のうち、右側の端部伝熱管Ｔa1の隣に位置する伝熱管Ｔa3を湯水が流れた後には、この伝熱管Ｔa3の一端部である出湯口１６ａから外部への出湯がなされる。このような流通過程において、前記湯水は加熱される。図１および図６などにおいては、前記したような湯水の流通経路を矢印で示している（後述する第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2における湯水の流通経路についても同様に矢印で示している）。

第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2のそれぞれは、複数の伝熱管Ｔｂが略同一高さに揃えられて缶体６の左右の幅方向に間隔を隔てて並んだ構造である（本実施形態では、伝熱管Ｔｂの本数は、第１の伝熱管配列部Ｒb1は３本、第２の伝熱管配列部Ｒb2は２本）。第１の伝熱管配列部Ｒb1の上側に、第２の伝熱管配列部Ｒb2が位置しており、複数の伝熱管Ｔｂは、左右対称の千鳥配列とされている。複数の伝熱管Ｔｂを上下２段配列としたのは、第２の空間部Ａ２の占有面積を比較的小さくしつつ、湯水加熱能力をできる限り高くし、たとえば温水暖房装置の大型化などに好適に対処するためである。

図４に示すように、複数の伝熱管Ｔｂは、伝熱管Ｔａと同様に、缶体６の側壁６０ａ，６０ｂを貫通しており、かつたとえばＵ字管を利用した接続配管部１２ｂおよび補助配管部１７ｂを介して一連に接続されている。第１の伝熱管配列部Ｒb1においては、左右一対の端部伝熱管Ｔｂ(Ｔb1,Ｔb2）どうしが、補助配管部１７ｂを介して直結されている。この補助配管部１７ｂは、接続配管部１２ｂとの干渉を回避すべく、接続配管部１２ｂの下側を通過するように設けられている。ただし、このような構成に代えて、たとえば図５に示すように、補助配管部１７ｂを接続配管部１２ｂよりも缶体６から大きく突出させることにより、接続配管部１２ｂとの干渉を回避させるようにすることもできる（図示は省略するが、この点は、前述の補助配管部１７ａについても同様である）。

左側の端部伝熱管Ｔb1に接続された接続配管部１２b'の一端は、入水口１５ｂとされている。この入水口１５ｂに供給された湯水は、左側の端部伝熱管Ｔb1を流れた後に、補助配管部１７ｂを経由して右側の端部伝熱管Ｔb2に流れ、その後は中間伝熱管Ｔｂ(Ｔb3）に流れる。この中間伝熱管Ｔb3は、第２の伝熱管配列部Ｒb2の右側の伝熱管Ｔｂと接続配管部１２b"を介して接続されている。第２の伝熱管配列部Ｒb2の左右の２本の伝熱管Ｔｂは、接続配管部１２ｃを介して接続されている。このため、中間伝熱管Ｔb3を通過した湯水は、その後に第２の伝熱管配列部Ｒb2の各伝熱管Ｔｂを流れ、左側の伝熱管Ｔｂに到達した後には、この伝熱管Ｔｂの一端部である出湯口１６ｂから外部への出湯がなされる。このような流通過程において、前記湯水は加熱される。

第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2どうしの配管接続は、図７（ａ）に示すような態様でなされている。すなわち、第１の伝熱管配列部Ｒb1の中間伝熱管Ｔb3と、第２の伝熱管配列部Ｒb2の右側の伝熱管Ｔｂとは、既述したように、接続配管部１２b"を介して接続されているが、これらの伝熱管Ｔb3,Ｔｂの中心間距離Ｐ２は、第１の伝熱管配列部Ｒb1の伝熱管ピッチＰ１と同一である。第２の伝熱管配列部Ｒb2の伝熱管ピッチＰ３は、前記した伝熱管ピッチＰ１よりも大きくされており、このことにより伝熱管Ｔb3,Ｔｂの中心どうしを結ぶ直線Ｌａの水平線に対する傾斜角α１は、６０°未満とされている。さらに、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2は、これらの幅方向中心線ＣＬを中心と
して左右対称の伝熱管配置とされている。このような構成の技術的意義については、後述する。

図１によく表われているように、２つの第１の伝熱管配列部Ｒａ，Ｒb1は、缶体６内の下部寄りに位置し、かつ伝熱管Ｔａ，Ｔｂの中心高さが略同一高さとなるように設けられている。また、フィン２Ａは、フィン２Ｂよりも上下高さ方向の幅が小さくされ、小サイズ化が図られているが、これは製造コストの低減化ならびに１次熱交換器ＨＥ１の全体の軽量化を図る上で好ましい。図面では省略しているが、フィン２Ａ，２Ｂには、これらのフィン２Ａ，２Ｂの適当な箇所を部分的に突出させた複数の凸状部（切り起こしによる凸状部や、バーリング加工部分など）が設けられている。これら凸状部は、フィン２Ａ，２Ｂと燃焼ガスとの接触度合いを高めて熱回収量を多くするのに役立つ。

２次熱交換器ＨＥ２は、１次熱交換器ＨＥ１を通過した燃焼ガスから潜熱を回収するためのものであり、１次熱交換器ＨＥ１上に載設されたケース７内に、複数の伝熱管８０，８１が収容され、かつそれらの間が仕切板７４を介して仕切られた構成である。伝熱管８０，８１、ならびにケース７は、潜熱回収に伴って発生する強酸性のドレインに対する耐食性を有すべくその材質はたとえばステンレスである。複数の伝熱管８０は、サイズが相違する螺旋状管体として形成されて重ね巻き状に配列されており、それらの上下両端部は、ケース７の外部に引き出されて通水用のヘッダ７５ａ，７５ｂと連結されている。複数の伝熱管８１も、その基本的な形態は伝熱管８０と同様であり、重ね巻き状に配列された螺旋状管体として形成され、かつその上下両端部には、通水用のヘッダ７５ｃ，７５ｄが連結されている。

図２に示すように、１次熱交換器ＨＥ１の第１の空間部Ａ１を通過した燃焼ガスは、ケース７の底壁部７０ａの給気口７１ａからケース７内に進行し、伝熱管８０どうしの隙間を通過した後に、前壁部７０ｂの排気口７２から外部に排出される。また、図３に示すように、１次熱交換器ＨＥ１の第２の空間部Ａ２を通過した燃焼ガスは、給気口７１ｂからケース７内に進行し、伝熱管８１どうしの隙間を通過した後に排気口７２から外部に排出される。このような過程において、前記燃焼ガスから伝熱管８０，８１によって潜熱回収がなされる。

図１に示すように、給水管９５ａから外部入水口９０ａに供給された湯水は、配管部９２ａ、およびヘッダ７５ｂを通過して２次熱交換器ＨＥ２の伝熱管８０に流れる。その後、この湯水は、ヘッダ７５ａおよび配管部９３ａを介して１次熱交換器ＨＥ１の入水口１５ａに送られ、複数の伝熱管Ｔａを順次通過する。これら複数の伝熱管Ｔａを通過した湯水は、その後配管部９４ａを介して外部出湯口９１ａに到達した後に、たとえば台所や洗面所などに供給される。

一方、給水管９５ｂから外部入水口９０ｂに供給された湯水は、配管部９２ｂを介してヘッダ７５ｄに供給され、２次熱交換器ＨＥ２の伝熱管８１を流通する。その後、この湯水は、ヘッダ７５ｃおよび配管部９３ｂを介して１次熱交換器ＨＥ１の入水口１５ｂに送られ、複数の伝熱管Ｔｂを順次通過する。これら複数の伝熱管Ｔｂを通過した湯水は、その後配管部９４ｂを介して外部出湯口９１ｂに到達した後に、温水暖房器具に供給され、あるいは風呂給湯に用いられる。

次に、前記した温水装置ＷＨの作用について説明する。

まず、第１の伝熱管配列部Ｒａにおいては、入水口１５ａに供給された湯水は、右側の端部伝熱管Ｔa1に最初に流れた後に、中間伝熱管Ｔa3を通過することなく、補助配管部１７ａを通過して左側の端部伝熱管Ｔa2に流れる。このため、右側の端部伝熱管Ｔa1を流れ
る湯水に加え、左側の端部伝熱管Ｔa2を流れる湯水も、バーナ５によって未だ十分に加熱されていない湯水となり、これらの湯水温度をやや低めの温度とすることができる。その結果、右側および左側の端部伝熱管Ｔa1，Ｔa2のそれぞれの近辺においては、燃焼ガスからの熱回収量を多くして、これらの領域における燃焼ガス温度を下げることができる。その結果、これらの近傍に位置する缶体６の側壁部６０ｃ、および仕切り部材３が、高温の燃焼ガスによって異常な高温に加熱されることは回避され、これらの部分の熱損傷は防止される。一方、左側の端部伝熱管Ｔa2を通過した湯水は、その後に複数の中間伝熱管Ｔa3を順次通過し、その際に燃焼ガスによって十分に加熱される。したがって、湯水加熱能力が低くなるといった不具合もない。

第１の伝熱管配列部Ｒb1においても、第１の伝熱管配列部Ｒａについて述べたのと同様な作用が得られる。すなわち、入水口１５ｂに供給された湯水は、左側の端部伝熱管Ｔb1に最初に流れた後に、補助配管部１７ｂを通過して右側の端部伝熱管Ｔb2に流れるために、これら２つの端部伝熱管Ｔb1，Ｔb2を流れる湯水の温度は、バーナ５によって未だ十分に加熱されていないやや低めの温度となる。このため、２つの端部伝熱管Ｔb1，Ｔb2の近辺における燃焼ガスからの熱回収量が多くなり、その近傍に位置する缶体６の側壁部６０ｄ、および仕切り部材３が異常な高温に加熱されることが回避され、これらの部分の熱損傷を適切に防止することができる。右側の端部伝熱管Ｔb2を通過した湯水は、その後に中間伝熱管Ｔb3、および第２の伝熱管配列部Ｒb2の各伝熱管Ｔｂを通過し、その際に燃焼ガスによって十分に加熱される。したがって、やはり湯水加熱能力が低くなるといった不具合はない。

第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2を互いに配管接続する構造は、図７（ａ）を参照して既述したとおりであるが、このような構成によれば、次のような効果が得られる。
まず、同図（ｂ）の対比例について説明する。この対比例は、従来技術の一例に相当し、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2のそれぞれの右端の伝熱管Ｔb2，Ｔｂどうしは、接続配管部１２b"を介して接続されている。複数の伝熱管Tｂの水平方向の配列ピッチＰ１は、各所一定であり、２つの伝熱管Ｔb2，Ｔｂの中心間距離Ｐ２も、伝熱管ピッチＰ１と同一である。配列ピッチＰ１は、たとえば接続配管部１２ｂの最小曲げ半径の２倍の値である。たとえば、外径が１６ｍｍの銅製パイプを曲げる際の最小曲げ半径（銅製パイプに大きなダメージを与えることなく銅製パイプを好適に湾曲させ得る最小の曲げ半径）は、１６ｍｍ程度であるのが一般的である。伝熱管Ｔｂが外径１６ｍｍの銅製パイプである場合、配列ピッチＰ１は、たとえば３２ｍｍとされる。２つの伝熱管Ｔb2，Ｔｂの中心どうしを結ぶ直線Ｌｂの水平に対する傾斜角α２は、６０°である。
複数の伝熱管Ｔｂによる熱回収効率を高める上では、これら複数の伝熱管Ｔｂが左右対称配置とされていることが望まれる。前記した対比例において、そのような左右対称配置を実現しようとする場合には、配列ピッチＰ１を、接続配管部１２ｂの最小曲げ半径に設定した場合に、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2の上下高さ方向の配列ピッチＨｂは、最小となる。

これに対し、図７（ａ）に示す本実施形態の構成においては、接続配管部１２b"を介して接続される２つの伝熱管Ｔb3，Ｔｂの中心間距離Ｐ２は、第１の伝熱管配列部Ｒb1の伝熱管ピッチＰ１と同一であるために、接続配管部１２b"としては、第１の伝熱管配列部Ｒb1の伝熱管接続に用いられている最小曲げ半径の接続配管部１２ｂと同じサイズのものを用いることができ、伝熱管Ｔb3，Ｔｂを適切に接続することが可能である。一方、第２の伝熱管配列部Ｒb2の伝熱管ピッチＰ３が、伝熱管ピッチＰ１よりも大きくされていることに基づき、伝熱管Ｔb3，Ｔｂの中心どうしを結ぶ直線Ｌａの傾斜角が６０°未満とされているために、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2の上下高さ方向の配列ピッチＨａは、同図（ｂ）の対比例で示した配列ピッチＨｂよりも小さくなる。したがって、本実施
形態によれば、１次熱交換器ＨＥ１の全体の高さ寸法を、対比例よりも小さくし、薄型化を図ることができる。本実施形態においては、第２の伝熱管配列部Ｒb2の伝熱管Ｔｂが、対比例と比較すると水平方向に位置ずれしているものの、複数の伝熱管Ｔｂの全体配置は、左右対称とされているために、熱回収分布に大きな偏りが生じないようにし、熱回収効率が大きく低下するといった不具合を生じないようにすることが可能である。

図８〜図１１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８に示す実施形態においては、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2のそれぞれの伝熱管Ｔｂの数が、図７（ａ）に示した構成よりも多くされている。このため、左側および右側の端部伝熱管Ｔb1,Ｔb2を順次通過した湯水は、２つの中間伝熱管Ｔb3のうち、第２の伝熱管配列部Ｒb2と配管接続される右側の伝熱管Ｔb3よりも左側に位置する伝熱管Ｔb3に送られてから、右側の伝熱管Ｔb3に流れ、第１の伝熱管配列部Ｒb1の全ての伝熱管Ｔｂに湯水が順次流れるように構成されている。伝熱管Ｔb3と第２の伝熱管配列部Ｒb2の右端の伝熱管Ｔｂとの配管接続構造は、図７（ａ）に示した構造と同一である。すなわち、第２の伝熱管配列部Ｒb2の伝熱管ピッチＰ３が、配列ピッＰ１よりも大きくされていることにより、接続対象の伝熱管Ｔb3，Ｔｂの中心を結ぶ直線Ｌａの傾斜角α１は、６０°未満とされている。したがって、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2の上下高さ方向の配列ピッチＨａは、やはり図７（ｂ）に示す対比例の配列ピッチＨｂよりも小さくすることができる。

図９に示す実施形態においては、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2のそれぞれの伝熱管Ｔｂの数が、同一であり、第１の伝熱管配列部Ｒb1の各伝熱管Ｔｂの直上に、第２の伝熱管配列部Ｒb2の各伝熱管Ｔｂが重なった配置に設けられている。接続配管部１２b"を用いて接続される２つの伝熱管Ｔb3，Ｔｂは、上下高さ方向において重なった位置関係にはなく、水平方向において互いに位置ずれした上下斜め位置関係にある伝熱管である。このことにより、２つの伝熱管Ｔb3，Ｔｂの中心間距離Ｐ２は、伝熱管ピッチＰ１との関係において、Ｐ２＞Ｐ１となっている。伝熱管Ｔb3，Ｔｂの中心どうしを結ぶ直線Ｌａの傾斜角α１は、６０°未満とされる。
本実施形態においては、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2の上下高さ方向の配列ピッチＨａは、Ｈａ＝Ｐ２・sin(α1) となるが、傾斜角α１を小さくすることにより、配列ピッチＨａを、図７（ｂ）の配列ピッチＨｂよりも小さくし、１次熱交換器ＨＥ１の薄型化を図ることが可能である。

図１０に示す実施形態においては、図９に示す実施形態よりも、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2の伝熱管数が多くされている。ただし、接続配管部１２b"を介して２つの伝熱管Ｔb3，Ｔｂを接続する構造は、図９に示した２つの伝熱管Ｔb3，Ｔｂを接続する構造と同様である。したがって、やはり第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2の上下配列ピッチＨａを、小さくすることが可能である。

これらの実施形態から理解されるように、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2のそれぞれの伝熱管Ｔｂが千鳥配列である場合と、上下高さ方向に重なった配置とされている場合とのいずれにおいても本発明を適用し、第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2の上下高さ方向の配列ピッチを従来よりも小さくすることが可能である。第１および第２の伝熱管配列部Ｒb1，Ｒb2のそれぞれの具体的な伝熱管の数も限定されない。

図１１に示す参考例の熱交換器ＨＥ１は、１缶１回路方式であり、缶体６内に、１つの第１の伝熱管配列部Ｒａのみが設けられた構成とされている。もちろん、第２の伝熱管配列部をさらに設けた構成とすることもできる。本参考例によれば、第１の伝熱管配列部Ｒａの右側および左側の端部伝熱管Ｔa1,Ｔa2による燃焼ガスからの熱回収量を多くすることができるために、缶体６の右側および左側の側壁部６０ｃ，６０ｄが異常な高温になることを抑制し、これらの部分の熱損傷を防止する効果が得られる。本発明は、１缶１回路方式、１缶複数回路方式のいずれの場合にも適用することができる。

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、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

上述の実施形態では、バーナの上方に熱交換器が設けられて、燃焼ガスが熱交換器の下方から上方に向けて進行するいわゆる正燃方式とされているが、これとは反対に、バーナの下方に熱交換器が設けられて、燃焼ガスが上方から下方に向けて進行する逆燃方式とすることも可能である。本発明でいう加熱用気体は、燃焼ガスに限らず、たとえばコージェネレーションシステムの燃料電池やガスエンジンなどの発電部から排出される高温の排ガスなどを用いることもできる。

本発明においては、複数の伝熱管を２段で設けられることに限定されず、３段あるいはそれ以上の段数で設けてもよく、第３の伝熱管配列部などをさらに備えた構成とすることもできる。本発明に係る熱交換器は、顕熱回収用に好適であるものの、顕熱回収用であるか潜熱回収用であるかといった区別も問わない。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広く含む。

ＷＨ 温水装置
ＨＥ１ １次熱交換器（本発明に係る熱交換器）
ＨＥ２ ２次熱交換器
Ａ１，Ａ２ 第１および第２の空間部
Ｔａ，Ｔｂ 伝熱管
Ｔa1，Ｔa2 端部伝熱管
Ｔb1，Ｔb2 端部伝熱管
Ｔa3，Ｔb3 中間伝熱管
Ｒａ 第１の伝熱管配列部
Ｒb1 第１の伝熱管配列部
Ｒb2 第２の伝熱管配列部
２Ａ，２Ｂ フィン（第１および第２のフィン）
３ 仕切り部材（缶体内に配された別部材）
６ 缶体
１７ａ，１７ｂ 補助配管部
６０ｃ，６０ｄ 側壁部（缶体の）

Claims (5)

1. プレート状の複数のフィンに貫通した複数の伝熱管と、
   これら複数の伝熱管および前記複数のフィンを内部に収容し、かつ下側または上側から加熱用気体が内部に流入するように設定される缶体と、
   を備えており、
   前記複数の伝熱管の配列構造として、略同一高さに揃えられた３以上の伝熱管が、前記缶体の前後または左右の幅方向に間隔を隔てて並び、かつ前記幅方向の両側には、前記缶体の側壁部または前記缶体内に配された別部材が位置している少なくとも１つの第１の伝熱管配列部を備えており、
   前記第１の伝熱管配列部は、前記幅方向の両端に位置する一対の端部伝熱管のうち、一方の端部伝熱管が熱交換器外部から湯水供給を最初に受けるように構成されている、熱交換器であって、
   前記一方の端部伝熱管に供給されてこの端部伝熱管を通過した湯水を、前記一対の端部伝熱管の相互間に位置する中間伝熱管に流れさせることなく他方の端部伝熱管に導く補助配管部を、さらに備えており、
   前記他方の端部伝熱管を通過した後の湯水が、前記中間伝熱管に流れるように構成されており、
   前記第１の伝熱管配列部とは別に設けられている他の複数の伝熱管が、前記幅方向に間隔を隔てて並び、かつ前記第１の伝熱管配列部に配管接続されていることにより、前記第１の伝熱管配列部の各伝熱管を通過してきた湯水が流通する第２の伝熱管配列部を、さらに備えており、
   前記第１の伝熱管配列部は、前記第２の伝熱管配列部よりも前記加熱用気体の流れ方向の上流側に位置していることを特徴とする、熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器であって、
   前記第１および第２の伝熱管配列部を構成する複数の伝熱管は、左右対称の千鳥配列とされており、
   前記第１および第２の伝熱管配列部どうしの配管接続構造においては、接続対象となる２つの伝熱管の中心間距離Ｐ２が、前記第１の伝熱管配列部の伝熱管ピッチＰ１と同一とされ、かつ前記第２の伝熱管配列部の伝熱管ピッチＰ３が、前記伝熱管ピッチＰ１よりも大きくされていることにより、前記接続対象となる２つの伝熱管の中心どうしを結ぶ直線Ｌａの水平に対する傾斜角α１は、６０°未満とされている、熱交換器。
3. 請求項１に記載の熱交換器であって、
   前記第１および第２の伝熱管配列部のそれぞれを構成する複数の伝熱管は、上下高さ方向において互いに重なった配置に設けられており、
   前記第１および第２の伝熱管配列部どうしの配管接続は、互いに水平方向に位置ずれして斜め上下の位置関係にある２つの伝熱管を接続することにより行なわれている、熱交換器。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器であって、
   前記缶体内に仕切り部材が設けられていることにより、前記缶体内は、前記幅方向において第１および第２の空間部に仕切られており、
   これら第１および第２の空間部のそれぞれに、前記第１の伝熱管配列部が設けられている、熱交換器。
5. 請求項１ないし４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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