JP6331214B2 - 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。

ガス給湯装置などに用いられる熱交換器の具体例としては、たとえば図１０に示すようなものがある。
同図に示す熱交換器Ｂは、缶体３０内に、プレート状の複数のフィン３１、およびこれら複数のフィン３１に貫通した複数の伝熱管Ｔが収容された構成である。バーナ（図示略）を用いて発生させた燃焼ガスからはフィン３１および伝熱管Ｔによって熱回収がなされ、このことにより複数の伝熱管Ｔ内を流れる湯水が加熱される。
このような熱交換器Ｂにおいては、複数の伝熱管Ｔを、たとえば上下２段などに配列させた上で、これら複数の伝熱管Ｔ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Ｔのいわば配列順序通りに流れるように構成されるのが通例である。具体的には、下段の第１の伝熱管配列部Ｒａに入水して流れた湯水は、その後に上段の第２の伝熱管配列部Ｒｂに流れるようにされるが、そのための手段としては、第１および第２の伝熱管配列部Ｒａ，Ｒｂのそれぞれの一端に位置して互いに最接近している２つの伝熱管Ｔ１，Ｔ２を互いに接続する手段が採用されている（たとえば、特許文献１を参照）。

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、改善すべき余地があった。

前記したような熱交換器Ｂは、薄型化を図ることが要望される。そのためには、図１１（ｂ）に示すように、第１および第２の伝熱管配列部Ｒａ，Ｒｂの上下間隔Ｈｂを小さくする必要がある。
ところが、従来においては、配管部材１９を介して接続される２つの伝熱管Ｔ１，Ｔ２の中心間距離Ｐ３を小さくする上で一定の限界があることや、２つの伝熱管Ｔ１，Ｔ２の中心どうしを結ぶ直線Ｌｂの傾斜角α２を小さな角度に設定することを好適に実現できないといった理由から、上下間隔Ｈｂをさほど小さくすることはできないものとなっていた。この点を以下に、より詳しく説明する。

まず、第１および第２の伝熱管配列部Ｒａ，Ｒｂの２つの伝熱管Ｔ１，Ｔ２の接続に用いられる配管部材１９としては、たとえば図１１（ａ）に示すように、半円弧状またはＵ字状に形成された金属製のベンド管が用いられるのが一般的である。このような配管部材１９は、その最小曲げ半径ｒを小さくする上で限界がある。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は１６ｍｍ程度であるのが一般的であり、最小曲げ半径ｒをそれよりも小さくすることは容易でない。曲げ半径をさらに小さくしようとすると、銅製パイプに大きなダメージが生じ、強度低下や損傷などを生じるからである。このようなことから、２つの伝熱管Ｔ１，Ｔ２の中心間距離Ｐ３は、少なくとも配管部材１９の最小曲げ半径ｒの２倍の値となる。したがって、中心間距離Ｐ３を、小さくすることによって上下間隔Ｈｂをさらに小さくすることは難しい。
一方、複数の伝熱管Ｔの配列は、左右対称とすることが望まれる。複数の伝熱管Ｔが熱交換器Ｂの缶体３０内の左右いずれ一方に偏った左右非対称の分布に設けられていたのでは、燃焼ガスからの熱回収効率が悪くなるからである。このため、第１および第２の伝熱管配列部Ｒａ，Ｒｂのそれぞれの伝熱管ピッチＰ１，Ｐ２が、中心間距離Ｐ３と同一寸法とされた千鳥配列の場合には、前記した傾斜角α２は、６０°となる。したがって、傾斜
角α２を６０°未満の小さい角度に設定することによって上下間隔Ｈｂを小さくすることも難しい。
このようなことから理解されるように、従来においては、第１および第２の伝熱管配列部Ｒａ，Ｒｂの上下間隔Ｈｂをさほど小さくすることができず、その結果、熱交換器Ｂの薄型化をより促進する上で苦慮するものとなっている。

実開昭６２−４５５７３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、全体の薄型化を好適に図ることが可能な熱交換器、およびこのような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、加熱用気体が内部に供給される缶体と、この缶体内に配された複数の伝熱管と、を備えており、前記複数の伝熱管の配列部として、略同一高さに揃えられて水平方向に間隔を隔てて一定の第１および第２の配列ピッチＰ１，Ｐ２でそれぞれ並んだ複数の伝熱管が、上下２段配列とされた第１および第２の伝熱管配列部を備えており、これら第１および第２の伝熱管配列部の前記複数の伝熱管は、半円弧状またはＵ字状のベンド管としての第１および第２の配管部材を介してそれぞれ一連に接続されているとともに、前記第１の配列ピッチＰ１は、前記第２の配列ピッチＰ２以下とされており、前記第１の伝熱管配列部のうち、湯水が最後に流れる最下流の伝熱管は、第３の配管部材を介して前記第２の伝熱管配列部の１つの伝熱管と接続され、前記第１の伝熱管配列部を流れた湯水は、前記第３の配管部材を通過して前記第２の伝熱管配列部に流れていくように構成されている、熱交換器であって、前記第２の伝熱管配列部のうち、前記第３の配管部材を介して前記最下流の伝熱管と接続される伝熱管は、前記最下流の伝熱管に最も接近した伝熱管とは別の伝熱管であり、これら２つの伝熱管の中心間距離Ｐ３および前記第３の配管部材は、前記第１の配列ピッチＰ１および前記第１の配管部材よりも長くされており、前記第３の配管部材は、長手方向中間部に直状管体部を有するベンド管と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、次のような効果が得られる。
すなわち、第１および第２の伝熱管配列部のうち、第３の配管部材を介して接続される２つの伝熱管の中心間距離は、最も接近している２つの伝熱管どうしを接続していた従来技術と比較すると長くなるものの、２つの伝熱管の中心どうしを結ぶ直線の傾斜角については、従来よりもかなり小さくすることが可能である。この傾斜角を小さくし得ることに基づき、第１および第２の伝熱管配列部の上下間隔を、従来よりも小さくすることが可能である。その結果、熱交換器の薄型化を促進することができる。
なお、既述したように、第３の配管部材を介して接続された２つの伝熱管の中心間距離は、従来技術よりも長くなるものの、このことはとくに不具合を生じさせるものではなく、前記２つの伝熱管を適切に配管接続することが可能である。また、複数の伝熱管を左右対称に配置することも好適に実現できる。

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３の配管部材を介して接続される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、複数の伝熱管が千鳥配列とされている構造において、第１および第２の伝熱管配列部の上下間隔を小さくすることが好適に実現できる。

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構造においては、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つの伝熱管が前記第３の配管部材を介して接続されている。

このような構成によれば、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が上下に重なった配置（非千鳥配列）に設けられている構造において、第１および第２の伝熱管配列部の上下間隔を小さくすることが好適に実現できる。

本発明において、好ましくは、前記缶体内には、第１および第２の熱交換部が横並び状に設けられ、かつ前記第１の熱交換部は、前記第２の熱交換部よりも占有面積が大きくされており、前記第２の熱交換部は、前記第１および第２の伝熱管配列部を用いて構成されており、前記第１の熱交換部は、前記第１および第２の伝熱管配列部とは別の複数の伝熱管が略同一高さに揃えられて水平方向に並べられ、かつ一連に接続された伝熱管配列部が、上下方向において単段で設けられた構成とされている。

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となる。第１の熱交換部は、複数の伝熱管が上下高さ方向に単段で設けられているために、これらの伝熱管に起因して熱交換器全体の薄型化が阻害されることはない。第１の熱交換部は、占有面積が大きいために、複数の伝熱管が上下高さ方向に単段であっても、熱回収量を多くし、所望の湯水加熱能力を得ることが可能である。一方、第２の熱交換部は、第１の熱交換部よりも占有面積が小さいものの、第１および第２の伝熱管配列部を用いて構成されているために、その薄型化を図りつつ、熱回収量を多くし、やはり所望の湯水加熱能力を得ることができる。

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に示す１次熱交換器の平面断面図である。 図１に示す１次熱交換器の第２の熱交換部の伝熱管接続構造の説明図である。 図１のIV−IV断面図である。 図１のＶ−Ｖ断面図である。 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。 本発明の他の例を示す断面図である。 従来技術の一例を示す概略説明図である。 （ａ）は、伝熱管の接続に用いられる配管部材の一例を示す説明図であり、（ｂ）は、従来技術の伝熱管接続構造の説明図である。

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５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。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に区分されており、その上方領域は仕切り部材５２によって仕切られている。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の熱交換部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内に、第１および第２の熱交換部Ａ１，Ａ２を構成するプレート状の複数のフィン２Ａ，２Ｂ、およびこれらを貫通した複数の伝熱管Ｔａ，Ｔｂが収容された構成である。

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、仕切部材３が介装され、第１および第２の熱交換部Ａ１，Ａ２は、この仕切部材３を挟んで缶体６内に横並び状に設けられている。第１の熱交換部Ａ１は、第２の熱交換部Ａ２よりも占有面積が大きくされているが、これは第１の熱交換部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側よりも高い湯水加熱能力が要求されるからである。

第１の熱交換部Ａ１においては、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べられており、伝熱管Ｔａの配列数は、上下高さ方向に単段（１段）である。図２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の外部に位置する複数の配管部材１２を介して一連に接続されている。配管部材１２は、たとえば図１１を参照して説明したようなベンド管である。缶体６の側壁６０ｃ寄りに位置する伝熱管Ｔａに接続された配管部材１３ａの一端は、入水口１５ａとされている。入水口１５ａに供給された湯水は、複数の伝熱管Ｔａを順次流れて、仕切部材３寄りの伝熱管Ｔａに到達し、その後この伝熱管Ｔａ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。

第２の熱交換部Ａ２は、複数の伝熱管Ｔｂの配列として、第１および第２の伝熱管配列部Ｒ１，Ｒ２が上下高さ方向に２段で設けられた構成である。第１および第２の伝熱管配
列部Ｒ１，Ｒ２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Ｒ１は３本、第２の伝熱管配列部Ｒ２は２本）。第１の伝熱管配列部Ｒ１の上側に、第２の伝熱管配列部Ｒ２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の熱交換部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２および図３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、かつベンド管である第１ないし第３の配管部材１２ａ〜１２ｃを介して一連に接続されている。
より具体的には、第１の伝熱管配列部Ｒ１においては、第１の配管部材１２ａを介して複数の伝熱管Ｔｂが一連に接続されている。缶体６の側壁６０ｄ寄りの端部に位置する伝熱管Ｔｂに接続されている配管部材１３ｂの入水口１５ｂに湯水が供給されると、この湯水は、第１の伝熱管配列部Ｒ１の伝熱管Ｔｂを順次通過し、仕切部材３寄りの端部に位置する伝熱管Ｔｂ’（第１の伝熱管配列部Ｒ１における最下流の伝熱管）に到達する。この最下流の伝熱管Ｔｂ’は、第２の伝熱管配列部Ｒ２のうち、最下流の伝熱管Ｔｂ’に最接近している伝熱管Ｔｂとは別の伝熱管Ｔｂ”（側壁６０ｄ寄りの伝熱管Ｔｂ”）と第３の配管部材１２ｃを介して接続されている。第３の配管部材１２ｃは、第１の配管部材１２ａなどとの干渉を生じない形態に形成されている。第２の伝熱管配列部Ｒ２の伝熱管Ｔｂどうしは、第２の配管部材１２ｂを介して接続されている。このことにより、第１の伝熱管配列部Ｒ１の最下流の伝熱管Ｔｂ’を通過した湯水は、第２の配管部材１２ｂの伝熱管Ｔｂ”に流れた後に、第２の伝熱管配列部Ｒ２の仕切部材３寄りの伝熱管Ｔｂに到達し、その後はこの伝熱管Ｔｂの一端部である出湯口１６ｂから外部に出湯する。

第１の伝熱管配列部Ｒ１の伝熱管配列ピッチＰ１は、たとえば図１１を参照して説明したのと同様に、たとえば最小曲げ半径ｒの２倍とされている。伝熱管配列ピッチＰ１、第２の伝熱管配列部Ｒ２の伝熱管配列ピッチＰ２、および２つの伝熱管Ｔｂ’，Ｔｂ”の中心間距離Ｐ３は、Ｐ３＞Ｐ１ および Ｐ２≧Ｐ１ の関係にある。
伝熱管Ｔｂ’，Ｔｂ”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°未満である。
第２の熱交換部Ａ２を構成する複数の伝熱管Ｔｂは、これらの幅方向中心線ＣＬを中心として左右対称の配置に設けられている。

図１によく表われているように、第１の伝熱管配列部Ｒ１は、第１の熱交換部Ａ１の伝熱管Ｔａの配列と略同一高さとされている。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。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４に示すように、１次熱交換器ＨＥ１の第１の熱交換部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５に示すように、１次熱交換器ＨＥ１の第２の熱交換部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、図１および図３を参照して説明したように、１次熱交換器ＨＥ１の第２の熱交換部Ａ２においては、第１の伝熱管配列部Ｒ１の最下流の伝熱管Ｔｂ’が、第２の伝熱管配列部Ｒ２のうち、最下流の伝熱管Ｔｂ’に最も接近した伝熱管Ｔｂではなく、それよりも遠く離れた位置の伝熱管Ｔｂ”に接続されている。このため、２つの伝熱管Ｔｂ’，Ｔｂ”の中心どうしを結ぶ直線Ｌａの傾斜角α１を、６０°未満とすることができる。このことにより、第１および第２の伝熱管配列部Ｒ１，Ｒ２の上下間隔Ｈａを、図１１（ｂ）に示した従来の上下間隔Ｈｂよりも小さくすることができる。その結果、第２の熱交換部Ａ２の薄型化、ひいては１次熱交換器ＨＥ１の全体の薄型化を促進することができる。

前記した２つの伝熱管Ｔｂ’，Ｔｂ”の中心間距離Ｐ３は、第１の伝熱管配列ピッチＰ１よりも長くなるものの、このことによってとくに不具合を生じることはない。中心間距離Ｐ３を第１の伝熱管配列ピッチＰ１よりも小さくする必要がないため、熱交換器の設計・製作の困難化を好適に回避することが可能である。また、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も可能である。

その他、本実施形態によれば、次のような作用も得られる。
まず、第２の熱交換部Ａ２は、その占有面積が第１の熱交換部Ａ１よりも小さくされているものの、複数の伝熱管Ｔｂが上下２段に設けられているために、湯水加熱能力を高めることが可能である。したがって、大型の温水暖房装置を用いるような場合であっても、１次熱交換器ＨＥ１の全体のサイズの拡大を生じさせることなく、好適に対処することが可能となる。一方、第１の熱交換部Ａ１については、複数の伝熱管Ｔａが単段で設けられているために、その構造を簡素にすることができる。第１の熱交換部Ａ１は、その占有面積が大きいために、伝熱管Ｔａが単段であっても一般給湯に必要な湯水加熱能力を適切に
具備させることが可能である。第１の熱交換部Ａ１の伝熱管Ｔａと、第２の熱交換部Ａ２の下段の伝熱管Ｔｂとは、略同一高さであるため、バーナ５からそれら伝熱管Ｔａ，Ｔｂ迄の距離も略同一となり、伝熱管Ｔａ，Ｔｂの双方を熱回収に最適な配置とすることが可能である。フィン２Ａ，２Ｂの下縁部の高さも略同一高さであるために、フィン２Ａ，２Ｂを利用した熱回収効率も高めることができる。

図６〜図９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６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Ｒ１，Ｒ２のそれぞれの伝熱管Ｔｂの数が、図３に示した構成よりも多くされている。このため、第２の伝熱管配列部Ｒ２の右端の伝熱管Ｔｂに流れた湯水を、左端の伝熱管Ｔｂに流れさせるための追加の配管部材１２ｄが設けられている。第３の配管部材１２ｃを介して２つの伝熱管Ｔｂ’，Ｔｂ”を接続する構造については、図３に示した構造と同様である。したがって、第１および第２の伝熱管配列部Ｒ１，Ｒ２の上下間隔Ｈａを小さくすることが可能である。

図７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Ｒ１，Ｒ２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Ｒ１の各伝熱管Ｔｂの直上に、第２の伝熱管配列部Ｒ２の各伝熱管Ｔｂが重なった配置に設けられている。第３の配管部材１２ｃを介して接続される２つの伝熱管Ｔｂ’，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Ｔｂ’，Ｔｂ”の中心間距離Ｐ３は、伝熱管ピッチＰ１との関係において、Ｐ３＞Ｐ１となり、伝熱管Ｔｂ’，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Ｒ１，Ｒ２の上下間隔Ｈａは、Ｈａ＝Ｐ３・sin(α1) となるが、傾斜角α１を小さくすることによって、上下間隔Ｈａを図１１（ｂ）の上下間隔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８に示す実施形態においては、図７に示す実施形態よりも、第１および第２の伝熱管配列部Ｒ１，Ｒ２の伝熱管数が多くされている。ただし、第３の配管部材１２ｃを介して２つの伝熱管Ｔｂ’，Ｔｂ”を接続する構造は、図７に示した場合と同様である。したがって、やはり第１および第２の伝熱管配列部Ｒ１，Ｒ２の上下間隔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Ｒ１，Ｒ２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Ｒ１，Ｒ２の上下間隔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Ｒ１，Ｒ２のそれぞれの具体的な伝熱管の数も限定されない。

図９に示す実施形態の熱交換器ＨＥ１は、１缶１回路方式であり、缶体６内に、第１および第２の伝熱管配列部Ｒ１，Ｒ２が設けられているが、上述した実施形態の第１の熱交換部Ａ１に相当する部位は設けられていない。本発明に係る熱交換器は、１缶２回路方式に限らず、１缶１回路方式とすることも可能である。

本実施形態においては、第１の伝熱管配列部Ｒ１の左端の伝熱管Ｔｂ１に湯水が供給されると、この湯水は、その後に配管部材１２ｅを介して右端の伝熱管Ｔｂ２に流れ、その後は配管部材１２ｆを介して伝熱管Ｔｂ３に流れた後に最下流の伝熱管Ｔｂ’に到達するように構成されている。最下流の伝熱管Ｔｂ’は、第１の伝熱管配列部Ｒ１の端部に位置
しておらず、本実施形態は、この点においても上述した実施形態とは相違している。最下流の伝熱管Ｔｂ’が、第２の伝熱管配列部Ｒ２のうち、最接近している伝熱管とは別の伝熱管Ｔｂ”に対して第３の配管部材１２ｃを介して接続されている点は、上述した実施形態と同様である。

本実施形態によれば、右端の伝熱管Ｔｂ２には、伝熱管Ｔｂ１のみを通過した湯水であって、燃焼ガスによって未だ十分な高温に加熱されていない湯水が供給される。したがって、第１の伝熱管配列部Ｒ１の左側および右側の伝熱管Ｔｂ１，Ｔｂ２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。その結果、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、これらの部分が熱損傷することを防止することが可能となる。本実施形態から理解されるように、第１の伝熱管配列部Ｒ１の伝熱管Ｔｂに湯水を流れさせる場合、伝熱管Ｔｂの配列順序とは異なる順序で湯水を流れさせることができる（第２の伝熱管配列部も同様）。本発明でいう第１の伝熱管配列部の最下流の伝熱管の具体的な位置も限定されない。

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、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。

本発明における熱交換器においては、第１および第２の伝熱管配列部が上下２段で並ぶだけではなく、さらに第３の伝熱管配列部などの他の伝熱管配列部が加えられていることにより、伝熱管が上下高さ方向に３段あるいはそれ以上の段数で設けられている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の熱交換部
Ｔａ，Ｔｂ 伝熱管
Ｔｂ’ 最下流の伝熱管（第１の伝熱管配列部の）
Ｔｂ” 伝熱管（最下流の伝熱管と接続される伝熱管）
Ｒ１ 第１の伝熱管配列部
Ｒ２ 第２の伝熱管配列部
２Ａ，２Ｂ
６ 缶体
１２ａ〜１２ｃ 第１ないし第３の配管部材

Claims (5)

1. 加熱用気体が内部に供給される缶体と、この缶体内に配された複数の伝熱管と、を備えており、
   前記複数の伝熱管の配列部として、略同一高さに揃えられて水平方向に間隔を隔てて一定の第１および第２の配列ピッチＰ１，Ｐ２でそれぞれ並んだ複数の伝熱管が、上下２段配列とされた第１および第２の伝熱管配列部を備えており、
   これら第１および第２の伝熱管配列部の前記複数の伝熱管は、半円弧状またはＵ字状のベンド管としての第１および第２の配管部材を介してそれぞれ一連に接続されているとともに、前記第１の配列ピッチＰ１は、前記第２の配列ピッチＰ２以下とされており、
   前記第１の伝熱管配列部のうち、湯水が最後に流れる最下流の伝熱管は、第３の配管部材を介して前記第２の伝熱管配列部の１つの伝熱管と接続され、前記第１の伝熱管配列部を流れた湯水は、前記第３の配管部材を通過して前記第２の伝熱管配列部に流れていくように構成されている、熱交換器であって、
   前記第２の伝熱管配列部のうち、前記第３の配管部材を介して前記最下流の伝熱管と接続される伝熱管は、前記最下流の伝熱管に最も接近した伝熱管とは別の伝熱管であり、これら２つの伝熱管の中心間距離Ｐ３および前記第３の配管部材は、前記第１の配列ピッチＰ１および前記第１の配管部材よりも長くされており、
   前記第３の配管部材は、長手方向中間部に直状管体部を有するベンド管とされ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３の配管部材を介して接続される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構造においては、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つの伝熱管が前記第３の配管部材を介して接続されている、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、
   前記缶体内には、第１および第２の熱交換部が横並び状に設けられ、かつ前記第１の熱交換部は、前記第２の熱交換部よりも占有面積が大きくされており、
   前記第２の熱交換部は、前記第１および第２の伝熱管配列部を用いて構成されており、
   前記第１の熱交換部は、前記第１および第２の伝熱管配列部とは別の複数の伝熱管が略同一高さに揃えられて水平方向に並べられ、かつ一連に接続された伝熱管配列部が、上下方向において単段で設けられた構成とされている、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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