WO2020021932A1 - 温水装置 - Google Patents

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WO2020021932A1
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side wall
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健 大東
正樹 今藤
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株式会社ノーリツ
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    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the present invention relates to a hot water device such as a hot water supply device, and more particularly to a type of hot water device provided with a primary heat exchanger and a secondary heat exchanger.
  • each of the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger has a configuration in which a heat transfer tube is housed in a case.
  • a heat transfer tube of the secondary heat exchanger a non-straight tube, for example, a meandering tube or a U-shaped tube may be used (for example, Patent Document 1).
  • JP 2013-130348 A JP-A-10-325610 JP-A-7-127911
  • An object of the present invention is to provide a hot water device that can solve the above-described problems.
  • the present invention employs the following technical means.
  • a hot water device provided by the present invention has a first case into which a heating gas is supplied, and a primary heat exchanger capable of recovering heat from the heating gas;
  • a heat transfer tube is housed in a second case into which the heating gas that has passed through the next heat exchanger flows, and a space between at least one side wall of the second case and the heat transfer tube is provided.
  • a heating gas flow restricting means for restricting a flow of the heating gas so as to prevent the gas from entering the gap.
  • the primary heat exchanger includes a plurality of plate-shaped fins arranged at intervals in the front-rear width direction of the first case.
  • the endmost fin located at the endmost end is provided with a bent piece bent or curved on the side wall side of the first case, and the heating gas flow restricting means removes the bent piece from the first case. Contains.
  • the bent piece portion has a spring property in the front-rear width direction by being bent or curved non-perpendicularly from the main body portion of the endmost fin, and the side wall portion of the first case. Contact with resilience.
  • the bent piece portion is provided at an edge portion of the endmost fin on the downstream side in the heating gas flow direction, and at least a tip portion of the bent piece portion is inclined toward the upstream side in the heating gas flow direction. Or curved.
  • the hot water device is configured such that, as the heat transfer tube, a meandering or U-shape in which a plurality of straight tube portions arranged in the vertical direction are connected in series via at least one connection tube portion. And a plurality of heat transfer tubes arranged in the width direction of the second case, wherein the gap is formed between the connection pipe portion and the side wall portion of the second case. Have been.
  • the heating gas flow restricting means is provided in the first case, and the first end on the upstream side in the heating gas flow direction is in contact with the side wall of the first case or
  • the second end portion that is close to and downstream of the heating gas flow direction includes a guide portion that is located closer to the center than the gap in the lateral width direction of the first case. Is capable of guiding the heating gas flowing in a region near the side wall of the first case so as to flow toward the center in the lateral width direction of the second case.
  • the primary heat exchanger includes a plurality of plate-shaped fins arranged at intervals in the front-rear width direction of the first case, and each of the plurality of fins has an end in the width direction.
  • the edge portion is provided with a bent piece that is inclined so as to be located closer to the center of the first case as it proceeds downstream in the flow direction of the heating gas, and the guide portion includes the bent piece.
  • the hot water device is configured such that, as the heat transfer tube, a meandering or U-shape in which a plurality of straight tube portions arranged in the vertical direction are connected in series via at least one connection tube portion. And a plurality of heat transfer tubes arranged in the width direction, wherein the gap is, among the plurality of heat transfer tubes, a heat transfer tube located at an end in the width direction; and the second case. Are formed between the side walls.
  • the hot water device according to the present invention is provided at each of the plurality of intermediate fins other than the endmost fin at an edge portion in the width direction of the plurality of intermediate fins, and includes a heating gas.
  • the heating gas that inclines so as to be located closer to the center of the first case toward the downstream side in the flow direction and that flows through the region of the first case near the side wall portion is moved in the width direction of the second case.
  • the heating gas flow restricting means further includes a bent piece that can be guided to flow toward the central portion of the heating element.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view (a cross-sectional view along the line IIA-IIA in FIG. 1) illustrating an example of a hot water device including the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger illustrated in FIG. 2B is an enlarged sectional view of a main part of FIG. 2A.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of a main part of a different portion of the hot water device shown in FIG.
  • FIG. 2B is a perspective view of the secondary heat exchanger shown in FIGS. 1 and 2A.
  • 5A is a sectional view taken along line VA-VA of FIG. 2A, and FIG.
  • FIG. 5B is an enlarged view of a main part of FIG. 5A. It is a principal part perspective view of the fin shown by FIG. 5A.
  • FIG. 4 is a perspective view of an endmost fin of the primary heat exchanger shown in FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 4 is a sectional view of a main part showing an example of a process of assembling a plurality of fins of the primary heat exchanger shown in FIGS. 1 to 3 to a heat transfer tube.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the essential part showing another embodiment of the present invention. It is a front view showing other examples of the 2nd heat transfer tube.
  • the water heater WH shown in FIG. 2A includes a primary heat exchanger H1, a secondary heat exchanger H2, and a burner 1 partially indicated by phantom lines.
  • a member (not shown) for exhausting the combustion gas after heat recovery to the outside as exhaust gas is provided below the secondary heat exchanger H2.
  • the burner 1 is a conventionally known reverse combustion type gas burner.
  • a mixture of combustion air and fuel gas discharged from a fan (not shown) is injected downward from above the first case 2 of the primary heat exchanger H1 to improve air permeability. Is supplied into the first case 2 after passing through the combustion plate 10. The mixture is ignited, and a combustion gas as a heating gas is supplied into the first case 2.
  • the primary heat exchanger H1 includes, in addition to the first case 2, a heat transfer tube 3, a plurality of fins 4 (4A, 4B) for absorbing heat, and a plurality of auxiliary tubes 39.
  • the first case 2 has a substantially rectangular cylindrical shape with open upper and lower surfaces, and has first to fourth side walls 20 (20a to 20d) as shown in FIG.
  • the auxiliary pipe 39 plays a role of cooling the second to fourth side walls 20b to 20d of the first case 2 in addition to absorbing heat from the combustion gas, and serves to cool the inner surfaces of the second to fourth side walls 20b to 20d.
  • Header portions 35a and 35b are provided on the first side wall portion 20a to connect the plurality of auxiliary pipes 39 in series.
  • the first side wall portion 20a is cooled by hot water flowing in the header portions 35a and 35b.
  • Hot water supplied to the water inlet 38 of the auxiliary pipe 39 flows into the heat transfer pipe 3 after passing through the auxiliary pipe 39 and the header portions 35a and 35b along a path shown by a broken arrow in FIG.
  • the heat transfer tube 3 has a configuration in which a plurality of straight tube portions 30 arranged horizontally in the first case 2 and arranged vertically and horizontally are connected in series via a bend tube 36.
  • the hot water flowing from the auxiliary pipe 39 into the heat transfer pipe 3 reaches the tap hole 37.
  • the plurality of fins 4 are plate-shaped, the straight tube portion 30 of the heat transfer tube 3 penetrates, and is joined to the straight tube portion 30 using brazing means.
  • the tube portions 30 are arranged at intervals in the longitudinal direction (the front-rear width direction D1 of the first case 2).
  • the plurality of fins 4 include a pair of end fins 4A located at both ends in the front-rear width direction D1 and a plurality (many) of intermediate fins 4B located between the pair of end fins 4A. Be distinguished. Specific configurations of these will be described later.
  • the secondary heat exchanger H2 includes first and second heat transfer tubes 6A and 6B as meandering heat transfer tubes in a substantially rectangular cylindrical second case 5 having upper and lower surfaces opened. Is accommodated.
  • the second case 5 has first to fourth side wall portions 50 (50a to 50d).
  • the first heat transfer tube 6 ⁇ / b> A has a plurality of straight tube portions 60 extending in the vertical direction and extending in the horizontal direction, and a plurality of connection tube portions 61 having a semicircular arc shape in a side view. It is a meandering shape connected in series. Both ends of the first heat transfer tube 6A are connected to headers 7a and 7b for water input and tapping provided outside the second case 5.
  • the plurality of first heat transfer tubes 6A are arranged at intervals in the width direction D2. However, a height difference is provided between the adjacent first heat transfer tubes 6A, and the plurality of first heat transfer tubes 6A are arranged in a staggered arrangement.
  • the second heat transfer tubes 6B are arranged in a vertical height direction, and a straight pipe portion 63 inclined vertically is interposed through a plurality of connection pipe portions 62 having a semicircular arc shape in a side view. It is a meandering shape connected in series. Both ends of the second heat transfer tube 6B are connected to headers 7a and 7b for water input and tapping, similarly to the first heat transfer tube 6A.
  • the second heat transfer tube 6B has good drainage properties because each straight tube portion 63 is vertically inclined. In the cold season, even if the inside of the first heat transfer tube 6A is frozen, hot water can be supplied by flowing hot and cold water through the second heat transfer tube 6B.
  • the second heat transfer tubes 6B are provided so as to be located on both left and right outer sides of the plurality of first heat transfer tubes 6A in the lateral width direction D2.
  • the hot and cold water supplied to the header 7a passes through the first and second heat transfer tubes 6A and 6B, reaches the header 7b, and is thereafter supplied to the water inlet 38 of the primary heat exchanger H1 to be supplied to the auxiliary tube 39 and It is sent to the heat transfer tube 3. In such a process, the hot water is heated by the combustion gas.
  • each of the pair of endmost fins 4A is provided with a bent piece 48 for closing the lower end opening of the first gap C1.
  • the first gap C1 is a gap between each of the first and third side walls 20a and 20c of the first case 2 and the end fin 4A.
  • the bent piece portion 48 is a portion (corresponding to an example of a heating gas flow restricting means according to the present invention) for restricting inflow of a combustion gas into a second gap C2 described later of the secondary heat exchanger H2.
  • the lower edge portion of the outermost fin 4A is bent outwardly in the front-rear width direction D1 of the primary heat exchanger H1 to be integrally formed with the outermost fin 4A. As shown by the imaginary line in FIG.
  • the bent piece portion 48 has a non-orthogonal shape inclined upward from the main body portion 41 of the endmost fin 4A in a natural state where the bent piece portion 48 is not housed in the first case 2. And has a spring property in the direction indicated by the arrow Na.
  • the distal end portion 48a of the bent piece portion 48 is bent or curved further upward, and its inclination angle ⁇ 2 is larger than the inclination angle ⁇ 1 of the other portion of the bent piece portion 48.
  • the bent piece portion 48 comes into contact with the first and third side wall portions 20 (20 a, 20 c) of the first case 2 at the distal end portion 48 a and is compressed in the front-rear width direction D ⁇ b> 1. It is located in the first case 2 in a state where it is closed.
  • the outermost fin 4A has, for example, a form as shown in FIG. 7, and the bent piece portion 48 is continuously provided over substantially the entire length of the lower end of the outermost fin 4A.
  • the end portion fin 4A is provided with an opening 42 for inserting a heat transfer tube and a plurality of convex portions 43. As shown in FIG. 2B, the plurality of convex portions 43 are brought into contact with adjacent intermediate fins 4B, thereby defining the mutual dimension between the intermediate fin 4B and the endmost fin 4A. It is a part for.
  • the operation of assembling the plurality of fins 4 to the heat transfer tube 3 is performed, for example, through the steps shown in FIG.
  • a plurality of fins 4 are fitted to the straight tubular body 30 and pressed by the upper jig 9b.
  • the arrangement pitch is adjusted.
  • the bent piece portion 48 of the end fin 4A is brought into contact with the side surfaces of the lower and upper jigs 9a and 9b. Since the bent piece portion 48 has a spring property as described above, such a setting is possible, so that the bending piece portion 48 does not hinder the work of assembling the plurality of fins 4. It is possible.
  • a second gap C2 (C2a, C2b) is formed in the secondary heat exchanger H2.
  • the second gap C2a is formed between the first and third side wall portions 50 (50a, 50c) and the distal end portion of the connection tube portion 61.
  • the second gap C2b is formed between the first and third side wall portions 50 (50a, 50c) and the distal end portion of the connection tube portion 62.
  • a third gap C3 is further formed in the secondary heat exchanger H2.
  • the third gap C3 is a gap formed between the second and fourth side wall portions 50 (50b, 50d) and the second heat transfer tube 6B.
  • the guide portions 40a formed on each of the plurality of intermediate fins 4B (the gas flow restriction for heating according to the present invention). (Corresponding to another example of the means).
  • the intermediate fin 4B has a plate shape in which a cutout portion 49, a hole 48 for inserting a heat transfer tube, and the like are formed.
  • a bent piece portion 40 is provided at each end of the intermediate fin 4B in the width direction D2, the bent edge being bent forward or rearward of the intermediate fin 4B (see also FIG. 6).
  • the upper-side region of the bent piece portion 40 extends in the vertical height direction in contact with or close to the second and fourth side wall portions 20 (20b, 20d) of the first case 2.
  • the lower region of the bent piece portion 40 is inclined so as to be located closer to the center in the lateral width direction D2 of the first and second cases 2 and 5 as it goes downward, and the combustion gas is reduced.
  • a guide portion 40a for guiding is provided.
  • the first end P1 as the upper end of the guide portion 40a is in contact with or approaching the side wall 20 (20b, 20d), while the second end P2 as the lower end is a third end.
  • the first and second cases 2 and 5 are located closer to the center in the width direction D2 than the gap C3.
  • the combustion gas supplied from the burner 1 to the primary heat exchanger H1 flows into the secondary heat exchanger H2 after completing the heat recovery by the auxiliary pipe 39 and the heat transfer pipe 3.
  • the first and third side wall portions 50a and 50c of the second case 5 portions facing the second gap C2a shown in FIG. 2A and the second gap C2b shown in FIG. Since the cooling by the first and second heat transfer tubes 6A and 6B is not performed, when a large amount of combustion gas flows into the second gaps C2a and C2b, the temperature tends to be high.
  • the bent piece portion 48 has a spring property and abuts on the side wall portion 20 (20a, 20c) with a resilient force. Therefore, the contact state of the bent piece portion 48 with the side wall portion 20 is stabilized, and a relatively large gap that causes leakage of combustion gas does not occur between the side wall portion 20 and the bent piece portion 48. It is possible to do so. Further, if the bent piece portion 48 has a configuration having a spring property, when the plurality of fins 4 are arranged in the first case 2 together with the straight tube portion 30 of the heat transfer tube 3, a pair of the outermost fins is temporarily provided. Even if there is some dimensional error in the mutual interval between the partial fins 4A, this error can be absorbed by the above-described spring property, and each bent piece portion 48 can be appropriately brought into contact with the side wall portion 20.
  • the bent piece portion 48 Since the inclination angle ⁇ 2 of the distal end portion 48a of the bent piece portion 48 is increased, the distal end portion 48a and the side wall portion 20 (side wall portions 20a and 20c) are brought into surface contact with each other to improve the sealing property therebetween. Is also possible. Furthermore, the bent piece portion 48 is bent or bent obliquely upward from the lower end of the endmost fin 4A, and the bending or bending direction is the direction in which the endmost fin 4A is folded back with respect to the main body 41. For this reason, when assembling the plurality of fins 4 including the end fins 4 ⁇ / b> A into the first case 2, the bent piece portion 48 does not catch on or stick to the side wall portion 20. Can be slid and inserted into the first case 2 while smoothly compressing and deforming.
  • the guide portion 40a of the intermediate fin 4B causes the combustion gas, which has proceeded downward in the region of the first case 2 near the second and fourth side wall portions 20b and 20d, to flow into the first and second portions.
  • the guide is made to proceed toward the center of the cases 2 and 5 in the width direction D2.
  • the second end P2 of the guide portion 40a is located closer to the center of the second heat exchanger H2 than the outermost second heat transfer tube 6B, and The position immediately above the gap C3 is in a positional relationship covered by the guide portion 40a. Therefore, when the combustion gas is guided by the guide portion 40a and flows into the secondary heat exchanger H2, the combustion gas does not or hardly proceeds to the third gap C3. Therefore, the problem caused by the progress of a large amount of combustion gas in the third gap C3, that is, the fact that the second and fourth side walls 50b and 50d are heated to an abnormally high temperature and that the thermal efficiency is reduced is considered. It is also possible to prevent it appropriately. Since the guide portion 40a is configured using the intermediate fin 4B, there is no need to provide a dedicated member, and the manufacturing cost can be reduced.
  • FIGS. 9 and 10 show another embodiment of the present invention.
  • elements that are the same as or similar to those of the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals as those of the above-described embodiment, and redundant description will be omitted.
  • the direction of the secondary heat exchanger H2 is different from that of the above embodiment by 90 °.
  • the heat transfer tube 6A is shown as the heat transfer tube of the secondary heat exchanger H2, the second heat exchanger H2 is not provided with the second heat transfer tube 6B.
  • each distal end portion 61a of the connection tube portion 61 of the heat transfer tube 6A is located on the outermost side in the lateral width direction D2, and forms a second gap C2 with the side wall portion 50.
  • the second end P2 of the guide portion 40a is located on the center side in the lateral width direction D2 by an appropriate dimension Lb, Lc from the above-described tip portion 61a.
  • the combustion gas flowing from the primary heat exchanger H1 into the secondary heat exchanger H2 is appropriately prevented from entering the second gap C2. Therefore, the thermal efficiency can be improved, and the problem that the side wall portion 50 of the case 5 is heated to a high temperature can be appropriately prevented.
  • FIG. 10 shows another example of the heat transfer tube used in the secondary heat exchanger H2.
  • the heat transfer tube 6C shown in the figure has a U-shape having two straight tube portions 60 and one connection tube portion 61.
  • a U-shaped heat transfer tube 6C may be used instead of the meandering heat transfer tube.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the specific configuration of each part of the water heater according to the present invention can be variously modified within the range intended by the present invention.
  • the bent piece portion 48 of the endmost fin 4A is preferably provided so as to abut on the side wall portion 20 of the first case 2 and completely close the opening of the first gap C1. It is not limited to.
  • the bent piece portion 48 is on the side of the side wall portion 20 of the first case 2 so as to regulate (prevent or suppress) the flow of the heating gas from the first gap C1 toward the second gap C2. It may be bent or curved.
  • the bent piece portion 48 and the side wall portion 20 may be separated from each other. Even with such a configuration, it is possible to reduce the amount of heating gas flowing into the second gap C2.
  • the end fins 4A are usually provided as a pair on the left and right sides, and it is preferable to provide the bent pieces 48 on each of the pair of end fins 4A, but the present invention is not limited to this.
  • a configuration in which the bent piece portion 48 is provided on only one of the pair of endmost fins 4A is included in the technical scope of the present invention.
  • the heating gas flow restricting means is provided with the bending piece part 48 and the guide part 40a, but may be configured so that only one of them is provided. Absent.
  • the hot water apparatus of the above-described embodiment is of a reverse combustion type in which a burner is arranged above the primary and secondary heat exchangers, and the flow direction of the heating gas (combustion gas) is downward. It is not limited to. For example, it is also possible to arrange a burner below the primary and secondary heat exchangers and use a normal combustion type in which a heating gas (combustion gas) flows upward.
  • the heating gas is not limited to the combustion gas.
  • high-temperature exhaust gas generated in a cogeneration system can be used as a heating gas.
  • the hot water device has a function of generating hot water by heating hot water, and in addition to a general hot water device, for example, a bath hot water device, a hot water device for heating, a hot water device for snow melting, and the like. Including.
  • a heat transfer tube of the secondary heat exchanger a heat transfer tube other than a meandering or U-shaped tube can be used.

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Abstract

温水装置(WH)は、加熱用気体から熱回収を行なう1次熱交換器(H1)と、2次熱交換器(H2)と、1次熱交換器(H1)の第1のケース(2)内において第1のケース(2)の少なくとも1つの側壁部(20)寄りの領域を流れる加熱用気体が、2次熱交換器(H2)の所定の隙間(C2,C3)に進入することを阻止するように、前記加熱用気体の流れを規制する加熱用気体流れ規制手段(48,40a)と、を備えている。このことにより、2次熱交換器(H2)の側壁部(50)の高温化の防止、および熱効率の向上などが適切に図られる。

Description

温水装置
 本発明は、給湯装置などの温水装置に関し、さらに詳しくは、1次熱交換器および2次熱交換器を備えたタイプの温水装置に関する。
 温水装置としては、燃焼ガス(加熱用気体)から顕熱を回収する1次熱交換器に加え、この1次熱交換器によって顕熱が回収された後の燃焼ガスから潜熱をさらに回収するための2次熱交換器を備えたものがある。ここで、これら1次熱交換器および2次熱交換器は、それぞれケース内に伝熱管が収容された構成である。2次熱交換器の伝熱管としては、非直管状のたとえば蛇行管やU字管が用いられる場合がある(たとえば、特許文献1)。
 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る。
 すなわち、2次熱交換器のケース内に、蛇行管またはU字管を用いた伝熱管を収容した構成においては、前記伝熱管と前記ケースの側壁部との相互間に隙間が発生する場合がある。この場合、1次熱交換器を通過した燃焼ガスのうち、比較的多くの燃焼ガスが前記隙間に進入する虞がある。これでは、前記伝熱管による熱回収量が少なくなり、熱効率が低くなる。また、前記隙間に進入した燃焼ガスは、前記ケースの前記側壁部に直接作用するため、前記側壁部が高温に加熱される不具合も生じる。
特開2013-130348号公報 特開平10-325610号公報 特開平7-127911号公報
 本発明の目的は、前記したような不具合を解消することが可能な温水装置を提供する点にある。
 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。
 本発明により提供される温水装置は、加熱用気体が内部に供給される第1のケースを有し、かつ前記加熱用気体からの熱回収が可能とされた1次熱交換器と、この1次熱交換器を通過した加熱用気体が内部に流入する第2のケース内に、伝熱管が収容されており、かつ前記第2のケースの少なくとも1つの側壁部と前記伝熱管との相互間に隙間が形成されている2次熱交換器と、前記第1のケース内において、前記第1のケースの少なくとも1つの側壁部寄りの領域を流れる加熱用気体が、前記2次熱交換器の前記隙間に進入することを阻止するように、前記加熱用気体の流れを規制する加熱用気体流れ規制手段と、を備えていることを特徴としている。
 好ましくは、前記1次熱交換器は、前記第1のケースの前後幅方向に間隔を隔てて並んだプレート状の複数のフィンを備えており、これら複数のフィンのうち、前記前後幅方向の最端部に位置する最端部フィンには、前記第1のケースの前記側壁部側に屈曲または湾曲した曲げ片部が設けられおり、前記加熱用気体流れ規制手段は、前記曲げ片部を含んでいる。
 好ましくは、前記曲げ片部は、前記最端部フィンの本体部から非直交状に屈曲または湾曲していることにより前記前後幅方向にバネ性をもち、かつ前記第1のケースの前記側壁部に対して弾発力をもって当接している。
 好ましくは、前記曲げ片部は、前記最端部フィンの加熱用気体流れ方向下流側の端縁部に設けられ、かつこの曲げ片部の少なくとも先端部は、加熱用気体流れ方向上流側に傾斜または湾曲している。
 好ましくは、本発明に係る温水装置は、前記伝熱管として、上下高さ方向に並んだ複数の直状管体部が少なくとも1つの接続管体部を介して一連に繋がった蛇行状またはU字状であり、かつ前記第2のケースの横幅方向に並んだ複数の伝熱管を備えており、前記隙間は、前記接続管体部と前記第2のケースの前記側壁部との相互間に形成されている。
 好ましくは、前記加熱用気体流れ規制手段は、前記第1のケース内に設けられ、かつ加熱用気体流れ方向上流側の第1の端部は、前記第1のケースの前記側壁部に接触または接近しているとともに、加熱用気体流れ方向下流側の第2の端部は、前記第1のケースの横幅方向において前記隙間よりも中央部寄りに位置するガイド部を含んでおり、このガイド部は、前記第1のケースの前記側壁部寄りの領域を流れる加熱用気体を、前記第2のケースの横幅方向の中央部側に流れるようにガイド可能である。
 好ましくは、前記1次熱交換器は、前記第1のケースの前後幅方向に間隔を隔てて並んだプレート状の複数のフィンを備えており、これら複数のフィンのそれぞれの前記横幅方向における端縁部には、加熱用気体流れ方向下流に進むほど前記第1のケースの中央部側に位置するように傾斜した屈曲片部が設けられており、前記ガイド部は、前記屈曲片部を含んでいる。
 好ましくは、本発明に係る温水装置は、前記伝熱管として、上下高さ方向に並んだ複数の直状管体部が少なくとも1つの接続管体部を介して一連に繋がった蛇行状またはU字状であり、かつ前記横幅方向に並んだ複数の伝熱管を備えており、前記隙間は、前記複数の伝熱管のうち、前記横幅方向の端部に位置する伝熱管と、前記第2のケースの前記側壁部との相互間に形成されている。
 好ましくは、本発明に係る温水装置は、前記複数のフィンのうち、前記最端部フィンとは別の複数の中間部フィンのそれぞれの前記横幅方向における端縁部に設けられ、かつ加熱用気体流れ方向下流に進むほど前記第1のケースの中央部側に位置するように傾斜し、前記第1のケースの前記側壁部寄りの領域を流れる加熱用気体を、前記第2のケースの横幅方向の中央部側に流れるようにガイド可能な屈曲片部を、さらに備えており、前記加熱用気体流れ規制手段は、前記屈曲片部を含んでいる。
 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。
本発明に係る温水装置を構成する1次熱交換器および2次熱交換器の斜視図である。 図2Aは、図1に示す1次熱交換器および2次熱交換器を備えて構成される温水装置の一例を示す断面図(図1のIIA-IIA線に沿う断面図)であり、図2Bは、図2Aの要部拡大断面図である。 図2Aに示す温水装置の図2Aとは異なる箇所における要部断面図である。 図1および図2Aに示す2次熱交換器の斜視図である。 図5Aは、図2AのVA-VA断面図であり、図5Bは、図5Aの要部拡大図である。 図5Aで示されたフィンの要部斜視図である。 図1~図3に示す1次熱交換器の最端部フィンの斜視図である。 図1~図3に示す1次熱交換器の複数のフィンの伝熱管への組み付け工程の一例を示す要部断面図である。 本発明の他の実施形態を示す要図断面図である。 第2の伝熱管の他の例を示す正面図である。
 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2Aに示す温水装置WHは、1次熱交換器H1、2次熱交換器H2、および仮想線で一部分が示されたバーナ1を具備している。2次熱交換器H2の下側には、熱回収後の燃焼ガスを排ガスとして外部に排気するための部材(図示略)が設けられる。
 バーナ1は、従来既知の逆燃焼式のガスバーナである。このバーナ1においては、ファン(図示略)から吐出される燃焼用空気と燃料ガスとの混合気が、1次熱交換器H1の第1のケース2の上側から下向きに噴射され、通気性を有する燃焼プレート10を通過して第1のケース2内に供給される。前記混合気には点火がなされ、第1のケース2内には加熱用気体としての燃焼ガスが供給される。
 1次熱交換器H1は、前記した第1のケース2に加え、伝熱管3、吸熱用の複数のフィン4(4A,4B)および複数の補助管39を備えている。第1のケース2は、上下両面が開口した略矩形筒状であり、図1に示すように、第1ないし第4の側壁部20(20a~20d)を有している。補助管39は、燃焼ガスからの吸熱に加え、第1のケース2の第2ないし第4の側壁部20b~20dを冷却する役割を果たし、第2ないし第4の側壁部20b~20dの内面に沿って設けられた平面視略コ字状である。第1の側壁部20aには、複数の補助管39を一連に繋ぐヘッダ部35a,35bが設けられている。第1の側壁部20aは、ヘッダ部35a,35b内を流れる湯水により冷却される。補助管39の入水口38に供給された湯水は、図1の破線矢印で示す経路で補助管39およびヘッダ部35a,35bを通過した後に、伝熱管3に流れ込む。伝熱管3は、第1のケース2内に横架設されて上下および水平方向に並んだ複数の直状管体部30が、ベンド管36を介して一連に接続された構成である。補助管39から伝熱管3に流れ込んだ湯水は、出湯口37に到達する。
 図2Aにおいて、複数のフィン4は、プレート状であり、伝熱管3の直状管体部30が貫通し、かつ直状管体部30にロウ付け手段を用いて接合されており、直状管体部30の長手方向(第1のケース2の前後幅方向D1)に間隔を隔てて並んでいる。これら複数のフィン4は、前後幅方向D1における両端部に位置する一対の最端部フィン4Aと、これら一対の最端部フィン4Aの間に位置する複数(多数)の中間部フィン4Bとに区別される。これらの具体的な構成については後述する。
 図2Aおよび図3において、2次熱交換器H2は、上下両面が開口した略矩形筒状の第2のケース5内に、蛇行状伝熱管としての第1および第2の伝熱管6A,6Bが収容された構成である。第2のケース5は、第1ないし第4の側壁部50(50a~50d)を有している。図2Aおよび図4において、第1の伝熱管6Aは、上下高さ方向に並んで水平方向に延びる複数の直状管体部60が、側面視半円弧状の複数の接続管体部61を介して一連に繋がった蛇行状である。この第1の伝熱管6Aの両端部は、第2のケース5の外部に設けられた入水用および出湯用のヘッダ7a,7bに接続されている。
 図5Aに示すように、複数の第1の伝熱管6Aは、横幅方向D2に間隔を隔てて並んでいる。ただし、互いに隣り合う第1の伝熱管6Aどうしの間には高低段差が設けられており、複数の第1の伝熱管6Aは千鳥配列となっている。
 図3および図4において、第2の伝熱管6Bは、上下高さ方向に並び、かつ上下に傾斜した直状管体部63が、側面視半円弧状の複数の接続管体部62を介して一連に繋がった蛇行状である。この第2の伝熱管6Bの両端部は、第1の伝熱管6Aと同様に、入水用および出湯用のヘッダ7a,7bに接続されている。第2の伝熱管6Bは、各直状管体部63が上下に傾斜しているため、水抜き性がよい。寒冷季において、第1の伝熱管6A内が凍結した場合であっても、この第2の伝熱管6Bに湯水を流通させることにより、温水供給が可能となる。
 図4および図5Aに示すように、第2の伝熱管6Bは、横幅方向D2において、複数の第1の伝熱管6Aの左右両外側に位置するように設けられている。ヘッダ7aに供給された湯水は、第1および第2の伝熱管6A,6Bを通過してヘッダ7bに到達し、その後は1次熱交換器H1の入水口38に供給されて補助管39および伝熱管3に送り込まれる。このような過程において、湯水は燃焼ガスにより加熱される。
 図2Aおよび図2Bにおいて、一対の最端部フィン4Aのそれぞれには、第1の隙間C1の下端開口部を閉塞する曲げ片部48が設けられている。第1の隙間C1は、第1のケース2の第1および第3の側壁部20a,20cのそれぞれと最端部フィン4Aとの相互間の隙間である。曲げ片部48は、2次熱交換器H2の後述する第2の隙間C2への燃焼ガスの流入を規制するための部位(本発明でいう加熱用気体流れ規制手段の一例に相当)であり、最端部フィン4Aの下縁部が1次熱交換器H1の前後幅方向D1の外側に曲げられることにより、最端部フィン4Aに一体的に形成されている。図2Bの仮想線で示すように、曲げ片部48は、第1のケース2内に収容されていない自然状態において、最端部フィン4Aの本体部41から上側に向けて傾斜した非直交状に屈曲または湾曲し、矢印Naで示す方向にバネ性をもっている。曲げ片部48の先端部48aは、さらに上側に屈曲または湾曲しており、その傾斜角α2は、曲げ片部48の他の部分の傾斜角α1よりも大きい。図2Bの実線で示すように、曲げ片部48は、第1のケース2の第1および第3の側壁部20(20a,20c)に先端部48aが当接し、前後幅方向D1において圧縮された状態で第1のケース2内に位置している。
 最端部フィン4Aは、たとえば図7に示すような形態であり、曲げ片部48は、最端部フィン4Aの下端部の略全長域にわたって連設されている。また、最端部フィン4Aには、伝熱管挿通用の開口部42や、複数の凸状部43が設けられている。複数の凸状部43は、図2Bによく表れているように、隣接する中間部フィン4Bに当接させることにより、この中間部フィン4Bと最端部フィン4Aとの相互間寸法を規定するための部位である。
 伝熱管3への複数のフィン4の組み付け作業は、たとえば図8に示すような工程を経て行なわれる。同図においては、直状管体部30を下側ジグ9a上に起立保持させた状態において、複数のフィン4を直状管体部30に外嵌し、かつそれらを上側ジグ9bによって押圧し、配列ピッチを整えている。その際、最端部フィン4Aの曲げ片部48は、下側および上側のジグ9a,9bの側面に当接させる。曲げ片部48は、既述したようにバネ性をもつため、そのような設定が可能であり、このことにより複数のフィン4の組み付け作業に際して、曲げ片部48がその支障にならないようにすることが可能である。
 図2Aおよび図3に示すように、2次熱交換器H2内には、第2の隙間C2(C2a,C2b)が形成されている。第2の隙間C2aは、第1および第3の側壁部50(50a,50c)と接続管体部61の先端部との相互間に形成されている。第2の隙間C2bは、第1および第3の側壁部50(50a,50c)と接続管体部62の先端部との相互間に形成されている。これら第2の隙間C2a,C2bは、ともに第1の隙間C1の直下に位置している。
 図5Aに示すように、2次熱交換器H2内には、第3の隙間C3もさらに形成されている。この第3の隙間C3は、第2および第4の側壁部50(50b,50d)と第2の伝熱管6Bとの相互間に形成された隙間である。
 本実施形態においては、第3の隙間C3への燃焼ガスの流入を規制するための手段として、複数の中間部フィン4Bのそれぞれに形成されたガイド部40a(本発明でいう加熱用気体流れ規制手段の他の例に相当)を具備している。
 中間部フィン4Bは、切欠き部49や、伝熱管挿通用の孔部48などが形成されたプレート状である。中間部フィン4Bの横幅方向D2における両端縁部には、この端縁部を中間部フィン4Bの前方側または後方側に屈曲させた屈曲片部40が設けられている(図6も参照)。この屈曲片部40の上部寄り領域は、第1のケース2の第2および第4の側壁部20(20b,20d)に接触または接近して上下高さ方向に延びている。これに対し、屈曲片部40の下部寄り領域は、下方に進むほど、第1および第2のケース2,5の横幅方向D2における中央部側に位置するように傾斜しており、燃焼ガスをガイドするためのガイド部40aとなっている。このガイド部40aの上端部としての第1の端部P1は、側壁部20(20b,20d)に接触または接近しているのに対し、下端部としての第2の端部P2は、第3の隙間C3よりも適当な寸法Laだけ、第1および第2のケース2,5の横幅方向D2における中央部側に位置している。
 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2Aにおいて、バーナ1から1次熱交換器H1に供給された燃焼ガスは、補助管39および伝熱管3による熱回収を終えた後に、2次熱交換器H2内に流入する。ここで、第2のケース5の第1および第3の側壁部50a,50cのうち、図2Aに示す第2の隙間C2a、および図3に示す第2の隙間C2bに面している部分は、第1および第2の伝熱管6A,6Bによる冷却がなされていないために、第2の隙間C2a,C2bに多くの燃焼ガスが流入した場合に、高温になり易い。これに対し、本実施形態においては、第2の隙間C2a,C2bの直上に位置する第1の隙間C1の下端開口部は、最端部フィン4Aの曲げ片部48により閉塞されているため、燃焼ガスが第1の隙間C1を通過してそのまま第2の隙間C2a,C2bに流入し難い。したがって、第2の隙間C2a,C2bへの燃焼ガス流入量を少なくし、第1および第3の側壁部50a,50cが異常な高温になることは適切に解消される。また、第2の隙間C2a,C2bに多くの燃焼ガスが進行すると熱効率が低下するが、そのような不具合も解消される。
 曲げ片部48は、図2Bを参照して説明したように、バネ性をもち、弾発力をもって側壁部20(20a,20c)に当接している。このため、側壁部20への曲げ片部48の当接状態を安定的なものとし、側壁部20と曲げ片部48との間に、燃焼ガスの漏れを生じる比較的な大きな隙間が生じないようにすることが可能である。また、曲げ片部48がバネ性をもつ構成であれば、第1のケース2内に複数のフィン4を伝熱管3の直状管体部30とともに配置させる場合に、仮に、一対の最端部フィン4Aの相互間隔に多少の寸法誤差があったとしても、この誤差を前記したバネ性により吸収し、各曲げ片部48を側壁部20に適切に当接させることが可能となる。
 曲げ片部48の先端部48aの傾斜角α2は、大きくされているため、この先端部48aと側壁部20(側壁部20a,20c)とを面接触させ、それらの間のシール性を高めることも可能である。さらに、曲げ片部48は、最端部フィン4Aの下端から斜め上向きに屈曲または湾曲しており、その屈曲または湾曲方向は、最端部フィン4Aの本体部41に対する折り返し方向となっている。このため、最端部フィン4Aを含む複数のフィン4を第1のケース2に組み入れる際に、曲げ片部48が側壁部20に対して引っ掛かりや突っ張りなどを生じることはなく、曲げ片部48を円滑に圧縮変形させつつ、第1のケース2内にスライド挿入することが可能である。
 一方、図5Aにおいて、第2のケース5内には、第3の隙間C3も存在しているため、仮に、この第3の隙間C3に多くの燃焼ガスが流入すると、第2および第4の側壁部50b,50dのうち、第3の隙間C3に対面する箇所が高温になり易い。また、熱効率が低下する。これに対し、中間部フィン4Bのガイド部40aは、第1のケース2の第2および第4の側壁部20b,20d寄り領域を下向きに進行していた燃焼ガスを、第1および第2のケース2,5の横幅方向D2における中央部側に進むようにガイドする。
 ガイド部40aの第2の端部P2は、既述したように、2次熱交換器H2において、最も外側に位置する第2の伝熱管6Bよりも中央部側に位置しており、第3の隙間C3の直上位置は、ガイド部40aによって覆われた位置関係にある。このため、燃焼ガスがガイド部40aにガイドされて2次熱交換器H2内に流入した場合に、この燃焼ガスは、第3の隙間C3に向けて進行することはなく、または殆どない。したがって、第3の隙間C3に多くの燃焼ガスが進行することに起因する不具合、つまり第2および第4の側壁部50b,50dが異常な高温に加熱されること、および熱効率が低下することを適切に防止することも可能である。ガイド部40aは、中間部フィン4Bを利用して構成されているため、それ専用の部材を設ける必要はなく、製造コストを廉価にすることも可能である。
 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すこととし、重複説明は省略する。
 図9に示す温水装置WHaにおいては、2次熱交換器H2の向きが、前記実施形態とは90°相違した構成とされている。なお、2次熱交換器H2の伝熱管としては、伝熱管6Aが示されているが、前記実施形態の第2の伝熱管6Bが設けられていない構成とされている。
 本実施形態においては、たとえば伝熱管6Aの接続管体部61の各先端部61aが、横幅方向D2において最も外側に位置し、側壁部50との間に第2の隙間C2を形成している。これに対し、ガイド部40aの第2の端部P2は、前記した先端部61aよりも適当な寸法Lb,Lcだけ横幅方向D2における中央部側に位置している。
 このような構成によれば、1次熱交換器H1から2次熱交換器H2内に流入する燃焼ガスが、第2の隙間C2に多く進入することは適切に防止される。したがって、熱効率をよくし得るとともに、ケース5の側壁部50が高温に加熱される不具合を適切に防止することが可能である。
 図10は、2次熱交換器H2で用いられる伝熱管の他の例を示している。同図に示す伝熱管6Cは、2つの直状管体部60と1つの接続管体部61とを有するU字状である。本発明においては、蛇行状伝熱管に代えて、U字状の伝熱管6Cを用いることもできる。
 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。
 最端部フィン4Aの曲げ片部48は、好ましくは、第1のケース2の側壁部20に当接し、第1の隙間C1の開口部を全閉するように設けられるが、本発明はこれに限定されない。曲げ片部48は、第1の隙間C1から第2の隙間C2に向けて加熱用気体が流れていくことを規制(防止または抑制)し得るように、第1のケース2の側壁部20側に屈曲または湾曲していればよい。曲げ片部48と側壁部20とが離間していてもかまわない。このような構成であっても、第2の隙間C2への加熱用気体の流入量を少なくすることが可能である。
 最端部フィン4Aは、左右一対で存在するのが通例であり、これら一対の最端部フィン4Aのそれぞれに曲げ片部48を設けることが好ましいが、本発明はこれに限定されない。たとえば、一対の最端部フィン4Aの一方のみに曲げ片部48が設けられた構成であっても、本発明の技術的範囲に包摂される。
 上述の実施形態においては、加熱用気体流れ規制手段として、曲げ片部48、およびガイド部40aの2つの手段が設けられているが、いずれか一方のみが設けられた構成とされていてもかまわない。
 上述した実施形態の温水装置は、1次および2次の熱交換器の上側にバーナを配置した逆燃焼式であり、加熱用気体(燃焼ガス)流れ方向は下向きであるが、本発明はこれに限定されない。たとえば、1次および2次の熱交換器の下側にバーナを配置し、加熱用気体(燃焼ガス)流れ方向が上向きである正燃焼式とすることもできる。
 加熱用気体は、燃焼ガスに限定されない。たとえば、コージェネレーションシステムにおいて発生する高温の排ガスを加熱用気体として用いることもできる。
 本発明でいう温水装置は、湯水を加熱して温水を生成する機能を備えたものであり、一般的な給湯装置の他、たとえば風呂給湯装置、暖房用温水装置、融雪用の温水装置なども含む。
 2次熱交換器の伝熱管としては、蛇行状またはU字状以外の伝熱管を用いることもできる。

Claims (9)

  1.  温水装置であって、
     加熱用気体が内部に供給される第1のケースを有し、かつ前記加熱用気体からの熱回収が可能とされた1次熱交換器と、
     この1次熱交換器を通過した加熱用気体が内部に流入する第2のケース内に、伝熱管が収容されており、かつ前記第2のケースの少なくとも1つの側壁部と前記伝熱管との相互間に隙間が形成されている2次熱交換器と、
     前記第1のケース内において、前記第1のケースの少なくとも1つの側壁部寄りの領域を流れる加熱用気体が、前記2次熱交換器の前記隙間に進入することを阻止するように、前記加熱用気体の流れを規制する加熱用気体流れ規制手段と、
     を備えていることを特徴としている。
  2.  請求項1に記載の温水装置であって、
     前記1次熱交換器は、前記第1のケースの前後幅方向に間隔を隔てて並んだプレート状の複数のフィンを備えており、
     これら複数のフィンのうち、前記前後幅方向の最端部に位置する最端部フィンには、前記第1のケースの前記側壁部側に屈曲または湾曲した曲げ片部が設けられおり、
     前記加熱用気体流れ規制手段は、前記曲げ片部を含んでいる。
  3.  請求項2に記載の温水装置であって、
     前記曲げ片部は、前記最端部フィンの本体部から非直交状に屈曲または湾曲していることにより前記前後幅方向にバネ性をもち、かつ前記第1のケースの前記側壁部に対して弾発力をもって当接している。
  4.  請求項2に記載の温水装置であって、
     前記曲げ片部は、前記最端部フィンの加熱用気体流れ方向下流側の端縁部に設けられ、かつこの曲げ片部の少なくとも先端部は、加熱用気体流れ方向上流側に傾斜または湾曲している。
  5.  請求項2に記載の温水装置であって、
     前記伝熱管として、上下高さ方向に並んだ複数の直状管体部が少なくとも1つの接続管体部を介して一連に繋がった蛇行状またはU字状であり、かつ前記第2のケースの横幅方向に並んだ複数の伝熱管を備えており、
     前記隙間は、前記接続管体部と前記第2のケースの前記側壁部との相互間に形成されている。
  6.  請求項1に記載の温水装置であって、
     前記加熱用気体流れ規制手段は、
     前記第1のケース内に設けられ、かつ加熱用気体流れ方向上流側の第1の端部は、前記第1のケースの前記側壁部に接触または接近しているとともに、加熱用気体流れ方向下流側の第2の端部は、前記第1のケースの横幅方向において前記隙間よりも中央部寄りに位置するガイド部を含んでおり、
     このガイド部は、前記第1のケースの前記側壁部寄りの領域を流れる加熱用気体を、前記第2のケースの横幅方向の中央部側に流れるようにガイド可能である。
  7.  請求項6に記載の温水装置であって、
     前記1次熱交換器は、前記第1のケースの前後幅方向に間隔を隔てて並んだプレート状の複数のフィンを備えており、
     これら複数のフィンのそれぞれの前記横幅方向における端縁部には、加熱用気体流れ方向下流に進むほど前記第1のケースの中央部側に位置するように傾斜した屈曲片部が設けられており、
     前記ガイド部は、前記屈曲片部を含んでいる。
  8.  請求項6に記載の温水装置であって、
     前記伝熱管として、上下高さ方向に並んだ複数の直状管体部が少なくとも1つの接続管体部を介して一連に繋がった蛇行状またはU字状であり、かつ前記横幅方向に並んだ複数の伝熱管を備えており、
     前記隙間は、前記複数の伝熱管のうち、前記横幅方向の端部に位置する伝熱管と、前記第2のケースの前記側壁部との相互間に形成されている。
  9.  請求項2に記載の温水装置であって、
     前記複数のフィンのうち、前記最端部フィンとは別の複数の中間部フィンのそれぞれの前記横幅方向における端縁部に設けられ、かつ加熱用気体流れ方向下流に進むほど前記第1のケースの中央部側に位置するように傾斜し、前記第1のケースの前記側壁部寄りの領域を流れる加熱用気体を、前記第2のケースの横幅方向の中央部側に流れるようにガイド可能な屈曲片部を、さらに備えており、
     前記加熱用気体流れ規制手段は、前記屈曲片部を含んでいる。
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