JP6798357B2 - 熱交換器および熱源機 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器および熱源機に関し、特に、熱交換器とそれを備えた熱源機に関するものである。

従来、バーナにより供給された加熱用流体としての燃焼ガスと熱交換部を流れる湯水との間で熱交換する熱交換器を備えた熱源機がある。このような熱源機は、たとえば実開平６−１５８６８号公報（特許文献１）に記載されている。この公報に記載された熱源機では、熱交換器のケースの下端に燃焼ガスの流入口が設けられており、熱交換器のケースの上端に燃焼ガスの流出口が設けられている。

実開平６−１５８６８号公報

上記公報に記載された熱源機では、たとえば燃焼ガスの流出口が第１胴板側に偏って配置された場合、燃焼ガスが第１胴板側よりも第１胴板側で多く流れ、燃焼ガスの偏流が生じる。この場合、第１胴板が第２胴板よりも高温に加熱される。このため、第１胴板には第２胴板よりも高い熱応力が作用することで第１胴板に亀裂が生じることがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は第１胴板が第２胴板よりも高温に加熱されることを抑制することができる熱交換器およびそれを備えた熱源機を提供することである。

本発明の熱交換器は、熱交換部と、ケースとを備えている。熱交換部は、外部を流れる加熱用気体と内部を流れる湯水との間で熱交換するためのものである。ケースは、第１胴板と、第１胴板に対向する第２胴板とを有し、熱交換部を収容する。熱交換部は、ケース内にて互いに並走するように配置された複数の伝熱管部を含んでいる。複数の伝熱管部は、第１伝熱管部と、第２伝熱管部とを含んでいる。第１伝熱管部は、複数の伝熱管部のうち最も第１胴板の近くに配置されている。第２伝熱管部は、複数の伝熱管部のうち最も第２胴板の近くに配置されている。ケースは、加熱用気体をケース内に流入させる流入口と、加熱用気体をケース外に流出させる流出口とを含んでいる。熱交換部は流入口と流出口との間に配置されている。流入口は、第１胴板と第２胴板とが対向する対向方向において第１胴板と第２胴板との間に設けられている。流出口は対向方向において第１胴板側に偏って配置されている。対向方向において、第１胴板と第１伝熱管部との間隔は、第２胴板と第２伝熱管部との間隔よりも小さい。

本発明の熱交換器によれば、流出口は対向方向において第１胴板側に偏って配置されており、対向方向において第１胴板と第１伝熱管部との間隔は第２胴板と前記第２伝熱管部との間隔よりも小さい。このため、第１胴板と第１伝熱管部との間に第２胴板と第２伝熱管部との間よりも加熱用気体が多く流れることを抑制することができる。したがって、第１胴板が第２胴板よりも高温に加熱されることを抑制することができる。このため、第１胴板に第２胴板よりも高い熱応力が作用することを抑制することで第１胴板に亀裂が生じることを抑制することができる。

上記の熱交換器においては、熱交換部は、対向方向において第１伝熱管部と第２伝熱管部との間に配置された第３伝熱管部を含んでいる。第１伝熱管部と第３伝熱管部とのピッチは、第２伝熱管部と第３伝熱管部とのピッチよりも大きい。このため、第１伝熱管部と第３伝熱管部とのピッチを第２伝熱管部と第３伝熱管部とのピッチよりも大きくすることで、第１胴板と第１伝熱管部との間隔を第２胴板と第２伝熱管部との間隔よりも小さくすることができる。

上記の熱交換器においては、熱交換部は、第４伝熱管部および第５伝熱管部を含んでいる。第４伝熱管部および第５伝熱管部の各々は、第１伝熱管部および第２伝熱管部の各々とそれぞれ対向方向と交差する交差方向に向かい合って流出口側に配置されている。交差方向において、第１伝熱管部は第４伝熱管部に対してずれて配置されている。第２伝熱管部は第５伝熱管部と重なるように配置されている。このため、第４伝熱管部に加熱用気体が流れやすくなることで、第４伝熱管部の吸熱効率を向上することができる。これにより、熱交換器の熱交換効率を向上することができる。

上記の熱交換器においては、熱交換部は、複数のフィンを含んでいる。複数のフィンの各々は、主表面と、主表面において対向方向に間隔を隔てて設けられた第１貫通孔および第２貫通孔を含んでいる。複数のフィンは、第１伝熱管部および第２伝熱管部が延びる延在方向に互いに間隔を隔てて積層配置されている。第１貫通孔に第１伝熱管部が挿入されている。第２貫通孔に第２伝熱管部が挿入されている。このため、複数のフィンによって熱交換部の吸熱効率を向上することができる。これにより、熱交換器の熱交換効率を向上することができる。

上記の熱交換器においては、複数のフィンの少なくともいずれかは、主表面から突き出した第１凸部および第２凸部を含んでいる。第１凸部は第１貫通孔と第１胴板との間に配置されている。第２凸部は第２貫通孔と第２胴板との間に配置されている。延在方向から主表面を見たときに、第１凸部の面積は第２凸部の面積よりも小さい。このため、第１胴板と第１伝熱管部との間に流れる加熱用気体の量を過度に抑制することを防ぐことができる。これにより、熱交換器の熱交換効率を確保することができる。

本発明の熱源機は、上記の熱交換器と、熱交換器に供給される加熱用気体を発生させるためのバーナとを備えている。本発明の熱源機によれば、熱交換器の第１胴板が第２胴板よりも高温に加熱されることを抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、第１胴板が第２胴板よりも高温に加熱されることを抑制することができる熱交換器およびそれを備えた熱源機を提供することができる。

本発明の一実施の形態における熱源機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一次熱交換器とバーナおよび二次熱交換器とが接続された構成を示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態における一次熱交換器の構成を示す概略斜視図である。 本発明の一実施の形態における一次熱交換器の構成を示す概略上面図である。 本発明の一実施の形態における一次熱交換器の構成を示す概略分解斜視図である。 本発明の一実施の形態における一次熱交換器の天板部が取り外された構成を示す概略上面図である。 本発明の一実施の形態における一次熱交換器の天板部が取り外された構成を示す概略下面図である。 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示す概略斜視図である。 比較例における一次熱交換器の構成を示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態における一次熱交換器の構成を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
まず、本発明の一実施の形態における熱源機の構成について説明する。本実施の形態の熱源機の一例として暖房専用熱源機について説明する。また本実施の形態の熱源機の一例として燃焼ガスの潜熱を回収可能な潜熱回収式熱源機について説明する。

図１を参照して、本実施の形態の熱源機１は、筐体２と、バーナ３と、送風装置（ファン）４と、一次熱交換器５と、二次熱交換器６と、中和器７と、ドレン配管８と、排水管９と、熱媒循環回路１０と、弁１１と、循環ポンプ１２と、熱媒タンク１３と、給水配管１４とを主に備えている。筐体２内に上記の部品のうち筐体２を除く全ての部品が配置されている。

バーナ３は、一次熱交換器５および二次熱交換器６に供給される燃焼ガスを発生させるためのものである。この燃焼ガスは、一次熱交換器５および二次熱交換器６との間で熱交換を行うためのものである。送風装置（ファン）４は、バーナ３に燃焼用の空気を供給するためのものである。送風装置（ファン）４は、バーナ３よりも下方に配置されており、燃焼ガスを下方から上方に向けて流すように構成されている。

一次熱交換器５および二次熱交換器６は、熱媒と燃焼ガスとの間で熱交換するためのものである。一次熱交換器５はバーナ３によって供給された燃焼ガスの顕熱を回収可能に構成されている。二次熱交換器６はバーナ３によって供給された燃焼ガスの潜熱を回収可能に構成されている。一次熱交換器５と二次熱交換器６とは互いに接続されている。一次熱交換器５はバーナ３の上方に位置し、二次熱交換器６は一次熱交換器５の上方に位置している。二次熱交換器６に排気口ＥＰが設けられている。排気口ＥＰは、一次熱交換器５によって顕熱が回収され、さらに二次熱交換器６によって潜熱が回収された燃焼ガスを筐体２外に排気可能に構成されている。

一次熱交換器５で熱交換した後の燃焼ガスが二次熱交換器６へ通されることで二次熱交換器６内の水（被加熱流体）が予熱される過程で燃焼ガス中に含まれる水分が凝縮してドレンが発生する。このドレンは、排気ガス中の窒素酸化物などが溶け込んでいるため酸性となる。二次熱交換器６のケース６１の下面と中和器７とがドレン配管８を介して接続されており、酸性のドレンは二次熱交換器６から中和器７にドレン配管８を通って送られる。中和器７の内部には中和剤が充填されており、この中和剤によって酸性のドレンを中和することができる。中和器７には排水管９が接続されており、中和器７で中和されたドレンは排水管９を通って筐体２外に排出される。

一次熱交換器５および二次熱交換器６は熱媒循環回路１０に接続されている。熱媒循環回路１０は熱媒が熱源機１内を循環するためのものである。熱媒循環回路１０は暖房端末から戻ってきた熱媒を再び暖房端末に供給するように構成されている。本実施の形態では暖房端末は、高温端末と低温端末とを含んでいる。この高温端末はたとえば浴室暖房装置である。この低温端末はたとえば床暖房装置である。

熱媒循環回路１０は、高温往き回路１０ａと、低温往き回路１０ｂと、バイパス回路１０ｃとを含んでいる。高温往き回路１０ａは暖房端末（高温端末および低温端末）から戻ってきた熱媒を二次熱交換器６および一次熱交換器５を経由して高温端末に供給するように構成されている。低温往き回路１０ｂは、暖房端末（高温端末および低温端末）から戻ってきた熱媒を二次熱交換器６を経由して低温端末に供給するように構成されている。バイパス回路１０ｃは高温往き回路１０ａを分岐し、高温端末に供給する熱媒の一部を低温往き回路１０ｂに合流させるように構成されている。

弁１１は、高温往き回路１０ａから低温往き回路１０ｂへバイパス回路１０ｃを経由して熱媒を流すことが可能に構成されている。具体的には、弁１１は、高温往き回路１０ａから暖房高温往き端末へ熱媒が流れるときに閉止され、高温往き回路１０ａから低温往き回路１０ｂへバイパス回路１０ｃを経由して熱媒が流れるときに開放されるように構成されている。

循環ポンプ１２は熱媒循環回路１０に熱媒を循環させるためのものである。循環ポンプ１２は、一次熱交換器５と熱媒タンク１３との間に接続されている。熱媒タンク１３は、熱媒の温度変化に起因した体積の膨張に伴う圧力上昇または収縮に伴う圧力低下を抑制するためのものである。また、熱媒タンク１３は、給水配管１４から熱媒を補水可能に構成されている。

次に、図２を参照して、本実施の形態の一次熱交換器５とバーナ３および二次熱交換器６とが接続された構成についてさらに詳しく説明する。本実施の形態の一次熱交換器５はいわゆる１缶１水タイプの熱交換器である。

一次熱交換器５のケース５１の上に、二次熱交換器６のケース６１が載せられている。この状態で、一次熱交換器５のケース５１と二次熱交換器６のケース６１とがねじ２１で接続されることで、一次熱交換器５と二次熱交換器６とが互いに接続されている。二次熱交換器６の熱交換部６２は、一次熱交換器５の流出口５ｂよりも排気口ＥＰ側に配置されている。燃焼ガスは、一次熱交換器５の流出口５ｂから二次熱交換器６のケース６１内に流入し、二次熱交換器６の熱交換部６２の外部を流れて、排気口ＥＰから流出する。排気口ＥＰに連通するように排気部材２２が二次熱交換器６のケース６１にねじ２１で接続されている。

バーナ３のケース３１の上に、一次熱交換器５のケース５１が載せられている。この状態で、バーナ３のケース３１と一次熱交換器５のケース５１とがねじ２１で接続されることで、バーナ３と一次熱交換器５とが互いに接続されている。

次に、図２〜図８を参照して、本実施の形態の一次熱交換器５の構成についてさらに詳しく説明する。本実施の形態では、一次熱交換器５が特許請求の範囲の熱交換器に相当する。

図２および図３に示されるように、一次熱交換器５は、ケース５１と、熱交換部５２と、複数のベンドパイプ５３と、複数のフィンパイプ５４とを主に備えている。ケース５１は、胴板部５１ａと、天板部５１ｂとを備えている。ケース５１の胴板部５１ａは、第１胴板５１ａ１と、第２胴板５１ａ２とを有している。第２胴板５１ａ２は第１胴板５１ａ１に対向する。

ケース５１は、加熱用気体をケース５１内に流入させる流入口５ａと、加熱用気体をケース外に流出させる流出口５ｂとを含んでいる。流入口５ａは胴板部５１ａの下端に設けられている。流入口５ａは胴板部５１ａの下端によって規定される開口である。流入口５ａは第１胴板５１ａ１から第２胴板５１ａ２にわたって設けられている。流出口５ｂは天板部５１ｂに設けられている。流出口５ｂは平面視において長円状に構成されている。ケース５１に熱交換部５２は収容されている。

図３および図４に示されるように、熱交換部５２は外部を流れる加熱用気体と内部を流れる湯水との間で熱交換するためのものである。熱交換部５２は、複数の伝熱管部５２ａと、複数のフィン５２ｂとを含んでいる。なお、熱交換部５２は、複数の伝熱管部５２ａを含んでいればよく、複数のフィン５２ｂを含んでいなくてもよい。図３および図４では、簡略化および説明の便宜のため、複数のフィン５２ｂとして積層方向の中央および両端に位置する複数のフィン５２ｂのみが示されている。

図４および図５に示されるように、胴板部５１ａは熱交換部５２を取り囲むように設けられている。天板部５１ｂは胴板部５１ａおよび熱交換部５２を覆うように設けられている。天板部５１ｂは胴板部５１ａにねじ２１で接続されている。複数のベンドパイプ５３および複数のフィンパイプ５４はケース５１外に配置されている。

複数の伝熱管部５２ａの一方端には複数のベンドパイプ５３および図示しない高温往き回路１０ａの配管が接続されている。複数の伝熱管部５２ａの他方端には複数のフィンパイプ５４が接続されている。複数の伝熱管部５２ａは直線状に構成されている。複数のベンドパイプ５３および複数のフィンパイプ５４はそれぞれＵ字状に湾曲している。１つのベンドパイプ５３は複数の伝熱管部５２ａのうち２つの伝熱管部５２ａの一方端同士を接続している。１つのフィンパイプ５４は複数の伝熱管部５２ａのうち２つの伝熱管部５２ａの他方端部同士を接続している。複数の伝熱管部５２ａと、複数のベンドパイプ５３と、複数のフィンパイプ５４とは、１本につながれて蛇行するように構成されている。１本につながれた複数の伝熱管部５２ａと、複数のベンドパイプ５３と、複数のフィンパイプ５４とは複数のフィン５２ｂが積層配置された方向に往復するように構成されている。

図２および図４に示されるように、複数の伝熱管部５２ａは、ケース５１内にて互いに並走するように配置されている。流出口５ｂは複数の伝熱管部５２ａが延びる方向に沿って延在している。複数の伝熱管部５２ａは、複数の伝熱管部５２ａのうち最も第１胴板５１ａ１の近くに配置された第１伝熱管部５２ａ１と、複数の伝熱管部５２ａのうち最も第２胴板５１ａ２の近くに配置された第２伝熱管部５２ａ２とを含んでいる。第１伝熱管部５２ａ１は第１胴板５１ａ１に沿うように配置されている。第２伝熱管部５２ａ２は第２胴板５１ａ２に沿うように配置されている。第１伝熱管部５２ａ１と第２伝熱管部５２ａ２とは第１胴板５１ａ１と第２胴板５１ａ２とが対向する対向方向Ｄ１に互いに並行に配置されている。

熱交換部５２は流入口５ａと流出口５ｂとの間に配置されている。流入口５ａは、第１胴板５１ａ１と第２胴板５１ａ２とが対向する対向方向Ｄ１において第１胴板５１ａ１と第２胴板５１ａ２との間に設けられている。流出口５ｂは対向方向Ｄ１において第１胴板５１ａ１側に偏って配置されている。つまり、流出口５ｂは対向方向Ｄ１において中央と第１胴板５１ａ１との間に配置されている。

対向方向Ｄ１において、第１胴板５１ａ１と第１伝熱管部５２ａ１との間隔Ｘ１は、第２胴板５１ａ２と第２伝熱管部５２ａ２との間隔Ｘ２よりも小さい。この間隔Ｘ１は、対向方向Ｄ１における第１胴板５１ａ１と第１伝熱管部５２ａ１との最短距離である。この間隔Ｘ２は、対向方向Ｄ１における第２胴板５１ａ２と第２伝熱管部５２ａ２との最短距離である。また、この間隔Ｘ１は、第１伝熱管部５２ａ１の半径よりも小さい。この間隔Ｘ１はたとえば６ｍｍである。この間隔Ｘ２は、第２伝熱管部５２ａ２の半径よりも大きい。この間隔Ｘ２はたとえば１１ｍｍである。なお、第１伝熱管部５２ａ１の直径は第２伝熱管部５２ａ２の直径と等しい。

熱交換部５２は、第３伝熱管部５２ａ３、第４伝熱管部５２ａ４、第５伝熱管部５２ａ５および第６伝熱管部５２ａ６を含んでいる。第１伝熱管部５２ａ１、第２伝熱管部５２ａ２および第３伝熱管部５２ａ３が下段に配置されており、第４伝熱管部５２ａ４、第５伝熱管部５２ａ５および第６伝熱管部５２ａ６が上段に配置されている。

第３伝熱管部５２ａ３は、対向方向Ｄ１において第１伝熱管部５２ａ１と第２伝熱管部５２ａ２との間に配置されている。第４伝熱管部５２ａ４、第５伝熱管部５２ａ５および第６伝熱管部５２ａ６の各々は、第１伝熱管部５２ａ１、第２伝熱管部５２ａ２および第３伝熱管部５２ａ３の各々とそれぞれ対向方向と交差する交差方向Ｄ２に向かい合って流出口５ｂ側に配置されている。

交差方向Ｄ２において、第１伝熱管部５２ａ１は第４伝熱管部５２ａ４に対してずれて配置されている。具体的には、第１伝熱管部５２ａ１は、対向方向Ｄ１において第４伝熱管部５２ａ４に対して第１胴板５１ａ１側にずれて配置されている。交差方向Ｄ２において、第２伝熱管部５２ａ２は第５伝熱管部５２ａ５と重なるように配置されている。交差方向Ｄ２において、第３伝熱管部５２ａ３は第６伝熱管部５２ａ６と重なるように配置されている。なお、第３伝熱管部５２ａ３、第４伝熱管部５２ａ４、第５伝熱管部５２ａ５および第６伝熱管部５２ａ６の各々の直径は、第１伝熱管部５２ａ１および第２伝熱管部５２ａ２の各々の直径と等しい。

複数のフィン５２ｂの各々は第１胴板５１ａ１と第２胴板５１ａ２とに挟まれている。複数のフィン５２ｂの各々の一方端は第１胴板５１ａ１にろう付けされており、複数のフィン５２ｂの各々の他方端は第２胴板５１ａ２にろう付けされている。

複数のフィン５２ｂの各々は、主表面５２ｂ１と、複数の貫通孔Ｈとを含んでいる。複数の貫通孔Ｈは、対向方向Ｄ１に交差する交差方向Ｄ２において、上下２段に配置されている。複数の貫通孔Ｈはいずれも真円に構成されており、各々の直径は互いに等しい。複数の貫通孔Ｈは、単なる「開孔」のみならず「バーリング孔」を含む概念である。

複数の貫通孔Ｈは、主表面５２ｂ１において対向方向Ｄ１に間隔を隔てて設けられた第１貫通孔Ｈ１および第２貫通孔Ｈ２を含んでいる。また、対向方向Ｄ１において、第１貫通孔Ｈ１と第２貫通孔Ｈ２との間に第３貫通孔Ｈ３が設けられている。さらに、主表面５２ｂ１において対向方向Ｄ１に間隔を隔てて設けられた第４貫通孔Ｈ４、第５貫通孔Ｈ５、第６貫通孔Ｈ６が設けられている。第１貫通孔Ｈ１、第２貫通孔Ｈ２、第３貫通孔Ｈ３の各々は、第４貫通孔Ｈ４、第５貫通孔Ｈ５、第６貫通孔Ｈ６の各々とそれぞれ交差方向Ｄ２に向かい合って配置されている。

複数のフィン５２ｂの複数の貫通孔Ｈの各々には複数の伝熱管部５２ａの各々が挿入されている。具体的には、第１貫通孔Ｈ１に第１伝熱管部５２ａ１が挿入されている。第２貫通孔Ｈ２に第２伝熱管部５２ａ２が挿入されている。第３貫通孔Ｈ３に第３伝熱管部５２ａ３が挿入されている。また、第４貫通孔Ｈ４、第５貫通孔Ｈ５、第６貫通孔Ｈ６の各々に第４伝熱管部５２ａ４、第５伝熱管部５２ａ５、第６伝熱管部５２ａ６がそれぞれ挿入されている。

各伝熱管部５２ａのピッチは、対向方向Ｄ１における間隔をあけて隣り合う各伝熱管部５２ａ同士の各々の中心点Ｃ間の距離である。第１伝熱管部５２ａ１と第３伝熱管部５２ａ３とのピッチＰ１は、第２伝熱管部５２ａ２と第３伝熱管部５２ａ３とのピッチＰ２よりも大きい。第２伝熱管部５２ａ２と第３伝熱管部５２ａ３とのピッチＰ２は、第４伝熱管部５２ａ４と第６伝熱管部５２ａ６とのピッチおよび第５伝熱管部５２ａ５と第６伝熱管部５２ａ６とのピッチと等しい。つまり、第４伝熱管部５２ａ４と第６伝熱管部５２ａ６とのピッチおよび第５伝熱管部５２ａ５と第６伝熱管部５２ａ６とのピッチはそれぞれピッチＰ２となる。

第１伝熱管部５２ａ１と第２伝熱管部５２ａ２とは、対向方向Ｄ１におけるフィン５２ｂの中心を交差方向Ｄ２に通る対称軸Ａに対して非対称に配置されている。他方、第４伝熱管部５２ａ４と第５伝熱管部５２ａ５とは、対向方向Ｄ１におけるフィン５２ｂの中心を交差方向Ｄ２に通る対称軸Ａに対して線対称に配置されている。なお、対称軸Ａは、第３伝熱管部５２ａ３および第５伝熱管部５２ａ５の中心点Ｃの各々を通る。

図６および図７に示されるように、複数のフィン５２ｂは、第１伝熱管部５２ａ１および第２伝熱管部５２ａ２が延びる延在方向に互いに間隔を隔てて積層配置されている。複数のフィン５２ｂの各々の第１貫通孔Ｈ１〜第６貫通孔Ｈ６（図２）は、複数のフィン５２ｂが積層配置された方向に互いに重なるように配置されている。複数のフィン５２ｂの間の隙間に加熱用気体としての燃焼ガスが流れる。

図８に示されるように、複数のフィン５２ｂの少なくともいずれかは、主表面５２ｂ１から突き出した複数の凸部ＰＰを含んでいる。複数の凸部ＰＰは円錐台状に構成されている。複数の凸部ＰＰは第１貫通孔Ｈ１、第２貫通孔Ｈ２、第３貫通孔Ｈ３よりも燃焼ガスの上流側に配置されている。複数の凸部ＰＰは、第１凸部ＰＰ１および第２凸部ＰＰ２を含んでいる。第１凸部ＰＰ１は第１貫通孔Ｈ１と第１胴板５１ａ１との間に配置されている。第２凸部ＰＰ２は第２貫通孔Ｈ２と第２胴板５１ａ２との間に配置されている。第１伝熱管部５２ａ１および第２伝熱管部５２ａ２が延びる延在方向から主表面５２ｂ１を見たときに、第１凸部ＰＰ１の面積は第２凸部ＰＰ２の面積よりも小さい。

複数のフィン５２ｂは、複数の切り起こしスリットＳＬおよび複数の切り起こし壁部ＷＰを含んでいる。複数の切り起こしスリットＳＬは主表面５２ｂ１から突き出している。複数の切り起こしスリットＳＬは対向方向に延びている。複数の切り起こし壁部ＷＰはフィン５２ｂの一部を主表面５２ｂ１側に切り起こして構成されている。切り起こし壁部ＷＰは主表面５２ｂ１から突き出している。切り起こし壁部ＷＰはフィン５２ｂの一部を主表面５２ｂ１側に切り起こして構成されている。

次に、再び図１を参照して、本実施の形態の熱源機の動作について説明する。まず、熱源機の高温暖房時の動作について説明する。暖房端末（高温端末および低温端末）から戻ってきた熱媒（湯水）が熱媒循環回路１０を通って二次熱交換器６に流入し、二次熱交換器６で燃焼ガスにより加熱される。二次熱交換器６で加熱された熱媒は熱媒タンク１３に流入した後、熱媒タンク１３から循環ポンプ１２に流入する。そして、循環ポンプ１２が熱媒を送り出すことで、熱媒が一次熱交換器５に流入する。一次熱交換器５で燃焼ガスにより加熱された熱媒は高温往き回路１０ａを通って高温端末に供給される。

続いて、熱源機の低温暖房時の動作について説明する。上記の高温暖房時と同様に、暖房端末（低温端末および高温端末）から戻ってきた熱媒が熱媒循環回路１０を通って二次熱交換器６に流入し、二次熱交換器６で燃焼ガスにより加熱される。二次熱交換器６で加熱された熱媒は熱媒タンク１３に流入した後、熱媒タンク１３から循環ポンプ１２に流入する。また、バイパス回路１０ｃから流入した熱媒も循環ポンプ１２に流入する。そして、循環ポンプ１２が熱媒を送り出すことで、熱媒は低温往き回路１０ｂを通って低温端末に供給される。

次に、本実施の形態の作用効果について比較例と対比して説明する。
比較例では、特に説明しない限り、上記の本実施の形態と同様の構成を備えているため、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。

図９を参照して、比較例の一次熱交換器５では本実施形態の一次熱交換器５と同様に燃焼ガスの流出口５ｂが第１胴板５１ａ１側に偏って配置されている。また、比較例の一次熱交換器５では、第１伝熱管部５２ａ１と第２伝熱管部５２ａ２とは、対向方向Ｄ１におけるフィン５２ｂの中心を交差方向Ｄ２に通る対称軸Ａに対して対称に配置されている。第１胴板５１ａ１と第１伝熱管部５２ａ１との間隔Ｘ１は、第２胴板５１ａ２と第２伝熱管部５２ａ２との間隔Ｘ２と等しい。

そのため、図９中白抜き矢印で示すように、ケース５１内で燃焼ガスの流入口５ａから流出口５ｂに向かって燃焼ガスが流れる際に、燃焼ガスが第２胴板５１ａ２側よりも第１胴板５１ａ１側で多く流れ、燃焼ガスの偏流が生じる。その結果、図９中白抜き矢印で示すように、第１胴板５１ａ１と第１伝熱管部５２ａ１との間に第２胴板５１ａ２と第２伝熱管部５２ａ２との間よりも燃焼ガスが多く流れる。したがって、第１胴板５１ａ１が第２胴板５１ａ２よりも高温に加熱される。このため、第１胴板５１ａ１には第２胴板５１ａ２よりも高い熱応力が作用することで第１胴板５１ａ１に亀裂が生じることがある。

これに対して、図１０を参照して、本実施の形態の一次熱交換器５によれば、流出口５ｂは対向方向Ｄ１において第１胴板５１ａ１側に偏って配置されており、対向方向Ｄ１において第１胴板５１ａ１と第１伝熱管部５２ａ１との間隔Ｘ１は第２胴板５１ａ２と第２伝熱管部５２ａ２との間隔Ｘ２よりも小さい。そのため、第１胴板５１ａ１と第１伝熱管部５２ａ１との間の流路抵抗は第２胴板５１ａ２と第２伝熱管部５２ａ２との間の流路抵抗よりも大きくなる。このため、第１胴板５１ａ１と第１伝熱管部５２ａ１との間に第２胴板５１ａ２と第２伝熱管部５２ａ２との間よりも燃焼ガスが多く流れることを抑制することができる。したがって、第１胴板５１ａ１が第２胴板５１ａ２よりも高温に加熱されることを抑制することができる。このため、第１胴板５１ａ１に第２胴板５１ａ２よりも高い熱応力が作用することを抑制することで第１胴板５１ａ１に亀裂が生じることを抑制することができる。

また、第１胴板５１ａ１と第１伝熱管部５２ａ１との間に流れる燃焼ガスの量と第２胴板５１ａ２と第２伝熱管部５２ａ２との間に流れる燃焼ガスの量との差を小さく、または無くすことができる。つまり、図１０中白抜き矢印で示すように、第１胴板５１ａ１と第１伝熱管部５２ａ１との間に流れる燃焼ガスの量と第２胴板５１ａ２と第２伝熱管部５２ａ２との間に流れる燃焼ガスの量とのバランスをとることができる。このため、第１胴板５１ａ１の温度上昇と第２胴板５１ａ２の温度上昇との差を小さく、または無くすことができる。したがって、第１胴板５１ａ１に作用する熱応力と第２胴板５１ａ２に作用する熱応力との差を小さく、または無くすことができる。これにより、第１胴板５１ａ１および第２胴板５１ａ２の温度上昇ならびに第１胴板５１ａ１および第２胴板５１ａ２に作用する熱応力の最大値を小さくすることができる。

本実施の形態の一次熱交換器５においては、第１伝熱管部５２ａ１と第３伝熱管部５２ａ３とのピッチＰ１は、第２伝熱管部５２ａ２と第３伝熱管部５２ａ３とのピッチＰ２よりも大きい。このため、第１伝熱管部５２ａ１と第３伝熱管部５２ａ３とのピッチＰ１を第２伝熱管部５２ａ２と第３伝熱管部５２ａ３とのピッチＰ２よりも大きくすることで、第１胴板５１ａ１と第１伝熱管部５２ａ１との間隔Ｘ１を第２胴板５１ａ２と第２伝熱管部５２ａ２との間隔Ｘ２よりも小さくすることができる。また、第１伝熱管部５２ａ１、第２伝熱管部５２ａ２、第３伝熱管部５２ａ３に同じ寸法の管を用いることができるため、一次熱交換器５の生産性を向上することができる。

本実施の形態の一次熱交換器５においては、交差方向Ｄ２において、第１伝熱管部５２ａ１は第４伝熱管部５２ａ４に対してずれて配置されている。このため、燃焼ガスが第１伝熱管部５２ａ１によって遮られずに第４伝熱管部５２ａ４に流れやすくなる。したがって、第４伝熱管部５２ａ４の吸熱効率を向上することができる。これにより、一次熱交換器５の熱交換効率を向上することができる。

本実施の形態の一次熱交換器５においては、複数のフィン５２ｂの第１貫通孔Ｈ１に第１伝熱管部５２ａ１が挿入されており、第２貫通孔Ｈ２に第２伝熱管部５２ａ２が挿入されている。このため、複数のフィン５２ｂによって一次熱交換器５の吸熱効率を向上することができる。これにより、一次熱交換器５の熱交換効率を向上することができる。

本実施の形態の一次熱交換器５においては、第１貫通孔Ｈ１と第１胴板５１ａ１との間に配置された第１凸部ＰＰ１の面積は、第２貫通孔Ｈ２と第２胴板５１ａ２との間に配置された第２凸部ＰＰ２の面積よりも小さい。このため、第１胴板５１ａ１と第１伝熱管部５２ａ１との間に流れる燃焼ガスの量が過度に少なくなることを抑制することができる。これにより、一次熱交換器５の熱交換効率を確保することができる。

図１および図２に示されるように、本実施の形態の熱源機１は、上記の一次熱交換器５と、一次熱交換器５に供給される燃焼ガスを発生させるためのバーナ３とを備えている。本実施の形態の熱源機１によれば、一次熱交換器５の第１胴板５１ａ１が第２胴板５１ａ２よりも高温に加熱されることを抑制することができる。

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 熱源機、２ 筐体、３ バーナ、５ 一次熱交換器、５ａ 流入口、５ｂ 流出口、６ 二次熱交換器、７ 中和器、８ ドレン配管、９ 排水管、１０ 熱媒循環回路、１１ 弁、１２ 循環ポンプ、１３ 熱媒タンク、１４ 給水配管、２１ ねじ、２２ 排気部材、３１，５１，６１ ケース、５１ａ１ 第１胴板、５１ａ２ 第２胴板、５２，６２ 熱交換部、５２ａ 複数の伝熱管部、５２ａ１〜５２ａ６ 第１〜６伝熱管部、５２ｂ 複数のフィン、５２ｂ１ 主表面、５３ ベンドパイプ、５４ フィンパイプ、Ｄ１ 対向方向、Ｄ２ 交差方向、Ｈ１〜Ｈ６ 第１〜６貫通孔、Ｐ１，Ｐ２ ピッチ、ＰＰ１ 第１凸部、ＰＰ２ 第２凸部、Ｘ１，Ｘ２ 間隔。

Claims (6)

1. 外部を流れる加熱用気体と内部を流れる湯水との間で熱交換するための熱交換部と、
   第１胴板と、前記第１胴板に対向する第２胴板とを有し、前記熱交換部を収容するケースとを備え、
   前記熱交換部は、前記ケース内にて互いに並走するように配置された複数の伝熱管部を含み、
   前記複数の伝熱管部は、前記複数の伝熱管部のうち最も前記第１胴板の近くに配置された第１伝熱管部と、前記複数の伝熱管部のうち最も前記第２胴板の近くに配置された第２伝熱管部とを含み、
   前記ケースは、前記加熱用気体を前記ケース内に流入させる流入口と、前記加熱用気体を前記ケース外に流出させる流出口とを含み、
   前記熱交換部は前記流入口と前記流出口との間に配置されており、
   前記流入口は、前記第１胴板と前記第２胴板とが対向する対向方向において前記第１胴板と前記第２胴板との間に設けられており、
   前記流出口は前記対向方向において前記第１胴板側に偏って配置されており、
   前記対向方向において、前記第１胴板と前記第１伝熱管部との間隔は、前記第２胴板と前記第２伝熱管部との間隔よりも小さい、熱交換器。
2. 前記熱交換部は、前記対向方向において前記第１伝熱管部と前記第２伝熱管部との間に配置された第３伝熱管部を含み、
   前記第１伝熱管部と前記第３伝熱管部とのピッチは、前記第２伝熱管部と前記第３伝熱管部とのピッチよりも大きい、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記熱交換部は、第４伝熱管部および第５伝熱管部を含み、
   前記第４伝熱管部および前記第５伝熱管部の各々は、前記第１伝熱管部および前記第２伝熱管部の各々とそれぞれ前記対向方向と交差する交差方向に向かい合って前記流出口側に配置されており、
   前記交差方向において、前記第１伝熱管部は前記第４伝熱管部に対してずれて配置されており、前記第２伝熱管部は前記第５伝熱管部と重なるように配置されている、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記熱交換部は、複数のフィンを含み、
   前記複数のフィンの各々は、主表面と、前記主表面において前記対向方向に間隔を隔てて設けられた第１貫通孔および第２貫通孔を含み、
   前記複数のフィンは、前記第１伝熱管部および前記第２伝熱管部が延びる延在方向に互いに間隔を隔てて積層配置されており、
   前記第１貫通孔に前記第１伝熱管部が挿入されており、
   前記第２貫通孔に前記第２伝熱管部が挿入されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記複数のフィンの少なくともいずれかは、前記主表面から突き出した第１凸部および第２凸部を含み、
   前記第１凸部は前記第１貫通孔と前記第１胴板との間に配置されており、
   前記第２凸部は前記第２貫通孔と前記第２胴板との間に配置されており、
   前記延在方向から前記主表面を見たときに、前記第１凸部の面積は前記第２凸部の面積よりも小さい、請求項４に記載の熱交換器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器と、
   前記熱交換器に供給される前記加熱用気体を発生させるためのバーナとを備えた、熱源機。

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