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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023087370
(43)【公開日】2023-06-23
(54)【発明の名称】熱交換器及び温水装置
(51)【国際特許分類】
   F24H 9/00 20220101AFI20230616BHJP
   F24H 1/14 20220101ALI20230616BHJP
   F28F 9/22 20060101ALI20230616BHJP
   F28D 7/16 20060101ALI20230616BHJP
【FI】
F24H9/00 A
F24H1/14 C
F28F9/22
F28D7/16 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021201714
(22)【出願日】2021-12-13
(71)【出願人】
【識別番号】000004709
【氏名又は名称】株式会社ノーリツ
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大東 健
(72)【発明者】
【氏名】杉江 繁男
(72)【発明者】
【氏名】和田 憲英
(72)【発明者】
【氏名】堀内 健吾
(72)【発明者】
【氏名】塩津 直哉
【テーマコード(参考)】
3L034
3L036
3L065
3L103
【Fターム(参考)】
3L034BA23
3L034BB03
3L036AA04
3L036AA46
3L065DA02
3L103AA27
3L103CC02
3L103CC27
(57)【要約】
【課題】熱によるダクトの損傷を抑制可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、ケースと、ケース内に配置されている第1熱交換部及び第2熱交換部と、ケース内に配置されている仕切り部材と、ダクトとを備える。ケースは、第1方向において間隔を空けて互いに対向している第1側壁及び第2側壁と、第1方向に直交する第2方向において間隔を空けて互いに対向している第3側壁及び第4側壁と、底壁とを有する。第1側壁には、ケースの内部と連通しているガス出口が形成されている。第1熱交換部は、第1方向及び第2方向に直交する第3方向において、第2熱交換部よりも底壁から離れている。第2熱交換部は、第1方向に直交する面内において蛇行しており、かつ第1方向に沿って重ねられている複数の蛇行伝熱管を有する。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ケースと、
前記ケース内に配置されている第1熱交換部及び第2熱交換部と、
前記ケース内に配置されている仕切り部材と、
ダクトとを備え、
前記ケースは、第1方向において間隔を空けて互いに対向している第1側壁及び第2側壁と、前記第1方向に直交する第2方向において間隔を空けて互いに対向している第3側壁及び第4側壁と、底壁とを有し、
前記第1側壁には、前記ケースの内部と連通しているガス出口が形成されており、
前記第1熱交換部は、前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向において、前記第2熱交換部よりも前記底壁から離れており、
前記第2熱交換部は、前記第1方向に直交する面内において蛇行しており、かつ前記第1方向に沿って重ねられている複数の蛇行伝熱管を有し、
前記複数の蛇行伝熱管は、前記第1側壁側にある第1群と、前記第1群よりも前記第2側壁側にある第2群とに区分されており、
前記仕切り部材は、第1部分と、第2部分とを有し、
前記第1部分は、前記第1群と前記第2群との間に配置されており、
前記第1部分は、前記第3方向において、前記底壁側の端である第1端と、前記第1端の反対側の端である第2端とを含み、
前記第1端は、前記底壁から離間しており、
前記第2部分は、前記第1方向において、前記第2端に連なっている第3端と、前記第3端の反対側の端であり、前記第1側壁に取り付けられている第4端とを含み、
前記ダクトは、前記ガス出口と接続されるように前記第1側壁に取り付けられており、
前記ダクトの前記第1側壁側の端部の前記第3方向において前記底壁から最も離れた部分は、前記第3方向において、前記第4端よりも前記底壁の近くにある、熱交換器。
【請求項2】
前記第1熱交換部は、前記第2方向に沿って延在している複数の直管伝熱管を有し、
前記複数の直管伝熱管は、前記第1方向に沿って複数の列をなすように並んでおり、
前記第4端は、最も前記底壁側にある前記複数の列のうちの1つよりも前記第3方向において前記底壁から離れている、請求項1に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記第2部分は、前記第3端側にある第3部分と、前記第4端側にある第4部分とを含み、
前記第2方向に直交する断面視において、前記第4部分の延在方向と前記第1方向とのなす角度は、前記第3部分の延在方向と前記第1方向とのなす角度よりも大きい、請求項1又は請求項2に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記第2方向に直交する断面視において、前記第2部分の延在方向と前記第1方向とのなす角度は、前記第3端側から前記第4端側に向かうにつれて大きくなっている、請求項1又は請求項2に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記第1熱交換部は、前記第2方向に沿って延在している複数の直管伝熱管と、前記複数の直管伝熱管に取り付けられているフィンとを有し、
前記複数の直管伝熱管は、前記第1方向に沿って複数の列をなすように並んでおり、
前記フィンは、前記第2方向に直交する面内において延在している本体部と、前記本体部の前記第1方向における前記第1側壁側の端にあり、かつ前記本体部から前記第2方向に沿って立ち上がっている壁部を有し、
前記壁部の下端と前記第2部分との間の前記第3方向における距離は、最も前記底壁側にある前記複数の列のうちの1つに属し、かつ最も前記第1側壁側にある前記複数の直管伝熱管のうちの1つと前記第2部分との間の前記第3方向における距離よりも小さい、請求項1に記載の熱交換器。
【請求項6】
前記複数の蛇行伝熱管の各々は、前記第2方向に沿って延在しており、かつ前記第3方向に沿って列をなすように並んでいる複数の直管部と、複数の第1接続部と、複数の第2接続部とを含み、
前記複数の直管部の各々は、前記第2方向において、前記第3側壁側の端である第5端と、前記第5端の反対側の端である第6端とを有し、
前記複数の直管部には、最も前記底壁から離れている第1直管部と、最も前記底壁の近くにある第2直管部と、前記第1直管部と前記第2直管部との間にある複数の第3直管部とが含まれており、
前記複数の第1接続部の各々は、前記複数の直管部のうちの隣り合う2つの前記第6端を接続しており、
前記第1直管部の前記第5端側及び前記第2直管部の前記第5端側は、前記第3側壁により支持されており、
前記複数の第2接続部の各々は、前記複数の第3直管部のうちの隣り合う2つの前記第5端を接続しており、
前記ガス出口の前記第3方向における位置は、最も前記第1側壁側にある前記複数の蛇行伝熱管のうちの1つの前記第1直管部及び最も前記底壁から離れている前記複数の第3直管部のうちの1つが前記ガス出口から見える位置にある又は最も前記第1側壁側にある前記複数の蛇行伝熱管のうちの1つの前記第1直管部及び最も前記底壁から離れている前記複数の第3直管部のうちの1つが前記ガス出口から見える位置よりも前記底壁から離れている、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の熱交換器。
【請求項7】
前記ケース内に配置されている支持板をさらに備え、
前記複数の蛇行伝熱管の各々は、前記第2方向に沿って延在しており、かつ前記第3方向に沿って列をなすように並んでいる複数の直管部と、複数の第1接続部と、複数の第2接続部とを含み、
前記複数の直管部の各々は、前記第2方向において、前記第3側壁側の端である第5端と、前記第5端の反対側の端である第6端とを有し、
前記複数の直管部には、最も前記底壁から離れている第1直管部と、最も前記底壁の近くにある第2直管部と、前記第1直管部と前記第2直管部との間にある複数の第3直管部とが含まれており、
前記複数の第1接続部の各々は、前記複数の直管部のうちの隣り合う2つの前記第6端を接続しており、
前記第1直管部の前記第5端側及び前記第2直管部の前記第5端側は、前記第3側壁により支持されており、
前記複数の第2接続部の各々は、前記複数の第3直管部のうちの隣り合う2つの前記第5端を接続しており、
前記支持板は、前記複数の蛇行伝熱管の各々の前記第4側壁側の端部を支持しており、
前記第1部分及び前記支持板の少なくとも一方には、前記第1部分及び前記支持板が交差可能となるように切り欠きが形成されている、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の熱交換器。
【請求項8】
請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の前記熱交換器と、
前記熱交換器に燃焼ガスを供給するバーナとを備える、温水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱交換器及び温水装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特開2021-101131号公報(特許文献1)には、熱交換器が記載されている。特許文献1に記載の熱交換器は、筐体と、複数の蛇行伝熱管と、仕切り部材と、ダクトとを有している。
【0003】
筐体は、第1側壁、第2側壁、第3側壁及び第4側壁と、底壁とを有している。第1側壁及び第2側壁は、第1方向において間隔を空けて対向している。第3側壁及び第4側壁は、第2方向において間隔を空けて対向している。第2方向は、第1方向に直交する方向である。底壁は、第1側壁の下端、第2側壁の下端、第3側壁の下端及び第4側壁の下端に連なっている。第1側壁には、ガス出口が形成されている。ガス出口は、筐体の内部に連通している。ガス入口は、第1側壁の上端、第2側壁の上端、第3側壁の上端及び第4側壁の上端により画されている。
【0004】
複数の蛇行伝熱管は、筐体内に配置されている。蛇行伝熱管は、第1方向に直交する面内において蛇行している。複数の蛇行伝熱管は、第1方向に沿って重ねられている。複数の蛇行伝熱管は、第1群と、第2群とに区分されている。第1群に属する蛇行伝熱管は、第2群に属する蛇行伝熱管よりも第1側壁の近くにある。
【0005】
仕切り部材は、筐体内に配置されている。仕切り部材は、第1部分と、第2部分とを有している。第2部分は、第1方向に直交する面内において延在している。第2部分は、第1群と第2群との間に配置されている。第2部分の下端は、底壁から離間している。第2部分の上端は、蛇行伝熱管よりも底壁から離れている。第1部分は、第2部分の上端から第1側壁に向かって延在しており、第2側壁に取り付けられている。第1部分により、ガス入口の一部が閉塞されている。
【0006】
ダクトは、ガス出口に接続されるように、第1側壁に取り付けられている。ガス入口から導入された燃焼ガスは、第2群に属する蛇行伝熱管を流れる湯水との間で熱交換を行いながら、下方へと向かう。底壁に達した燃焼ガスは、第2部分の下端と底壁との間を通った上で上方へと折り返され、第1群に属する蛇行伝熱管を流れる湯水との間で熱交換を行う。その後、燃焼ガスは、ガス出口及びダクトを通って排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2021-101131号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献1に記載の熱交換器は、二次熱交換器であり、その上方に一次熱交換器が配置される。また、特許文献1に記載の熱交換器では、第1側壁側のダクトの端部が、第1部分の第1側壁側の端よりも上方にある。そのため、特許文献1に記載の熱交換器では、第1側壁側のダクトの端部が、熱により損傷してしまうことがある。
【0009】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、熱によるダクトの損傷を抑制可能な熱交換器及び温水装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一態様に係る熱交換器は、ケースと、ケース内に配置されている第1熱交換部及び第2熱交換部と、ケース内に配置されている仕切り部材と、ダクトとを備える。ケースは、第1方向において間隔を空けて互いに対向している第1側壁及び第2側壁と、第1方向に直交する第2方向において間隔を空けて互いに対向している第3側壁及び第4側壁と、底壁とを有する。第1側壁には、ケースの内部と連通しているガス出口が形成されている。第1熱交換部は、第1方向及び第2方向に直交する第3方向において、第2熱交換部よりも底壁から離れている。第2熱交換部は、第1方向に直交する面内において蛇行しており、かつ第1方向に沿って重ねられている複数の蛇行伝熱管を有する。複数の蛇行伝熱管は、第1側壁側にある第1群と、第1群よりも第2側壁側にある第2とに区分されている。仕切り部材は、第1部分と第2部分とを有する。第1部分は、第1群と第2群との間に配置されている。第1部分は、第3方向において、底壁側の端である第1端と、第1端の反対側の端である第2端とを含む。第1端は、底壁から離間している。第2部分は、第1方向において、第2端に連なっている第3端と、第3端の反対側の端であり、第1側壁に取り付けられている第4端とを含む。ダクトは、ガス出口と接続されるように第1側壁に取り付けられている。ダクトの第1側壁側の端部の第3方向において底壁から最も離れた部分は、第3方向において、第4端よりも底壁の近くにある。
【0011】
上記の熱交換器では、第1熱交換部が、第2方向に沿って延在している複数の直管伝熱管を有していてもよい。複数の直管伝熱管は、第1方向に沿って複数の列をなすように並んでいてもよい。第4端は、最も底壁側にある複数の列のうちの1つよりも第3方向において底壁から離れていてもよい。
【0012】
上記の熱交換器では、第2部分が、第3端側にある第3部分と、第4端側にある第4部分とを含んでいてもよい。第2方向に直交する断面視において、第4部分の延在方向と第1方向とのなす角度は、第3部分の延在方向と第1方向とのなす角度よりも大きくてもよい。
【0013】
上記の熱交換器では、第2方向に直交する断面視において、第2部分の延在方向と第1方向とのなす角度が、第3端側から第4端側に向かうにつれて大きくなっていてもよい。
【0014】
上記の熱交換器では、第1熱交換部が、第2方向に沿って延在している複数の直管伝熱管と、複数の直管伝熱管に取り付けられているフィンとを有していてもよい。複数の直管伝熱管は、第1方向に沿って複数の列をなすように並んでいてもよい。フィンは、第2方向に直交する面内において延在している本体部と、本体部の第1方向における第1側壁側の端にあり、かつ、本体部から第2方向に沿って立ち上がっている壁部を有していてもよい。壁部の下端と第2部分との間の第3方向における距離は、最も底壁側にある複数の列のうちの1つに属し、かつ、最も第1側壁側にある複数の直管伝熱管のうちの1つと第2部分との間の第3方向における距離よりも小さくてもよい。
【0015】
上記の熱交換器では、複数の蛇行伝熱管の各々が、第2方向に沿って延在しており、かつ第3方向に沿って列をなすように並んでいる複数の直管部と、複数の第1接続部と、複数の第2接続部とを含んでいてもよい。複数の直管部の各々は、第2方向において、第3側壁側の端である第5端と、第5端の反対側の端である第6端とを有していてもよい。複数の直管部には、最も底壁から離れている第1直管部と、最も底壁の近くにある第2直管部と、第1直管部と第2直管部との間にある複数の第3直管部とが含まれていてもよい。複数の第1接続部の各々は、複数の直管部のうちの隣り合う2つの第6端を接続していてもよい。第1直管部の第5端側及び第2直管部の第5端側は、第3側壁により支持されていてもよい。複数の第2接続部の各々は、複数の第3直管部のうちの隣り合う2つの第5端を接続していてもよい。ガス出口の第3方向における位置は、最も第1側壁側にある複数の蛇行伝熱管のうちの1つの第1直管部及び最も底壁から離れている複数の第3直管部のうちの1つがガス出口から見える位置にあってもよく、最も第1側壁側にある複数の蛇行伝熱管のうちの1つの第1直管部及び最も底壁から離れている複数の第3直管部のうちの1つがガス出口から見える位置よりも底壁から離れていてもよい。
【0016】
上記の熱交換器は、ケース内に配置されている支持板をさらに備えていてもよい。複数の蛇行伝熱管の各々は、第2方向に沿って延在しており、かつ第3方向に沿って列をなすように並んでいる複数の直管部と、複数の第1接続部と、複数の第2接続部とを含んでいてもよい。複数の直管部の各々は、第2方向において、第3側壁側の端である第5端と、第5端の反対側の端である第6端とを有していてもよい。複数の直管部には、最も底壁から離れている第1直管部と、最も底壁の近くにある第2直管部と、第1直管部と第2直管部との間にある複数の第3直管部とが含まれていてもよい。複数の第1接続部の各々は、複数の直管部のうちの隣り合う2つの第6端を接続していてもよい。第1直管部の第5端側及び第2直管部の第5端側は、第3側壁により支持されていてもよい。複数の第2接続部の各々は、複数の第3直管部のうちの隣り合う2つの第5端を接続していてもよい。支持板は、複数の蛇行伝熱管の各々の第4側壁側の端部を支持していてもよい。第1部分及び支持板の少なくとも一方には、第1部分及び支持板が交差可能となるように切り欠きが形成されていてもよい。
【0017】
本発明の一態様に係る温水装置は、上記の熱交換器と、熱交換器に燃焼ガスを供給するバーナとを備える。
【発明の効果】
【0018】
本発明の一態様に係る熱交換器及び本発明の一態様に係る温水装置によると、熱によるダクトの損傷を抑制可能である。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】温水装置100の概略図である。
図2】熱交換器20の平面図である。
図3図2中のIII-IIIにおける断面図である。
図4】熱交換器20の第1斜視図である。
図5】熱交換器20の第2斜視図である。
図6図3中のVIにおける拡大図である。
図7】熱交換器20の側面図である。
図8】フィン33の斜視図である。
図9】蛇行伝熱管41の側面図である。
図10図3中のX-Xにおける断面図である。
図11】支持部材27及び仕切り部材45の位置関係を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。
【0021】
(第1実施形態)
第1実施形態に係る温水装置を説明する。第1実施形態に係る温水装置を、温水装置100とする。
【0022】
<温水装置100の構成>
以下に、温水装置100の構成を説明する。
【0023】
図1は、温水装置100の概略図である。図1に示されるように、温水装置100は、ガスバルブ10と、オリフィス11と、ベンチュリ12と、送風装置13と、チャンバ14と、バーナ15と、点火プラグ16と、熱交換器20と、配管60と、配管70と、配管80と、バイパス配管90とを有している。熱交換器20は、第1熱交換部30と、第2熱交換部40と、ダクト50とを有している。第1熱交換部30は、一次熱交換器である。第2熱交換部40は、二次熱交換器である。熱交換器20の詳細構成は、後述するものとする。
【0024】
ガスバルブ10を開状態とすることにより、燃料ガスは、オリフィス11を通ってベンチュリ12に供給される。ベンチュリ12に供給された燃料ガスは、ベンチュリ12において空気と混合される(以下において、空気と混合された燃料ガスを混合ガスという)。混合ガスは、送風装置13により、チャンバ14を介してバーナ15に供給される。バーナ15に供給された混合ガスは、点火プラグ16をスパークさせることにより点火されて燃焼する。これにより、バーナ15において燃焼ガスが発生する。
【0025】
配管60は、一方端において上水道に接続されている。配管60は、他方端において第2熱交換部40の入水口40aに接続されている。配管70は、一方端において第2熱交換部40の出水口40bに接続されている。配管70は、他方端において第1熱交換部30の入水口30aに接続されている。配管80は、一方端において第1熱交換部30の出水口30bに接続されている。配管80は、他方端において給湯栓(図示せず)に接続されている。バイパス配管90は、一方端において配管60に接続されており、他方端において配管80に接続されている。バイパス配管90と配管80との接続は、三方弁81により行われている。ダクト50は、第2熱交換部40に接続されている。
【0026】
<熱交換器20の詳細構成>
以下に、熱交換器20の詳細構成を説明する。
【0027】
図2は、熱交換器20の平面図である。図2中では、ダクト50の図示が省略されている。図3は、図2中のIII-IIIにおける断面図である。図4は、熱交換器20の第1斜視図である。図5は、熱交換器20の第2斜視図である。図6は、図3中のVIにおける拡大図である。図7は、熱交換器20の側面図である。図7中では、ダクト50の図示が省略されている。図8は、フィン33の斜視図である。図9は、蛇行伝熱管41の側面図である。図10は、図3中のX-Xにおける断面図である。図2から図10に示されるように、熱交換器20は、ケース21を有している。第1熱交換部30及び第2熱交換部40は、ケース21内に配置されている。ケース21は、第1側壁21a、第2側壁21b、第3側壁21c及び第4側壁21dと、底壁21eとを有している。
【0028】
第1側壁21a及び第2側壁21bは、第1方向DR1において間隔を空けて対向している。第3側壁21c及び第4側壁21dは、第2方向DR2において間隔を空けて対向している。第2方向DR2は、第1方向DR1に直交している。底壁21eは、第1側壁21aの下端、第2側壁21bの下端、第3側壁21cの下端及び第4側壁21dの下端に連なっている。第1熱交換部30は、第3方向DR3において、第2熱交換部40よりも底壁21eから離れている。第3方向DR3は、第1方向DR1及び第2方向DR2に直交している。なお、図示されていないが、第1側壁21aの上端、第2側壁21bの上端、第3側壁21cの上端及び第4側壁21dの上端により画されているケース21の開口には、バーナ15が取り付けられる。燃焼ガスは、底壁21eに向かってバーナ15から噴出される。
【0029】
第1熱交換部30は、複数の胴パイプ31と、複数の直管伝熱管32と、複数のフィン33とを有している。
【0030】
胴パイプ31は、端31aと端31bとを有している。端31a及び端31bは、第3側壁21cにより支持されている。胴パイプ31は、端31aから端31bに向かって、第1側壁21aの内壁面、第4側壁21dの内壁面及び第2側壁21bの内壁面に沿って延在している。すなわち、胴パイプ31は、U字形状になっている。複数の胴パイプ31は、第3方向DR3において、間隔を空けて重ねて配置されている。複数の胴パイプ31は、複数の直管伝熱管32よりも底壁21eから離れている。
【0031】
最も底壁21eから離れている胴パイプ31の端31aは、配管70に接続される入水口30aになっている。1つの胴パイプ31の端31bは、当該1つの胴パイプ31に隣り合っている他の胴パイプ31の端31aに、第3側壁21cの外壁面に設けられている流路22により接続されている。但し、最も底壁21eの近くにある胴パイプ31の端31bは、最も第2側壁21b側にある直管伝熱管35の端32aに、第3側壁21cの外壁面に取り付けられているヘッダ23により接続されている。
【0032】
直管伝熱管32は、第2方向DR2に沿って延在している。直管伝熱管32は、第2方向DR2において、端32aと端32bとを有している。端32bは、端32aの反対側の端である。直管伝熱管32の端32a側及び端32b側は、それぞれ、第3側壁21c及び第4側壁21dにより支持されている。複数の直管伝熱管32は、第1方向DR1に沿って、複数の列をなすように並んでいる。図2から図10に示される例では、複数の直管伝熱管32は、第1方向DR1に沿って2列をなすように並んでいる。この2列のうちの底壁21eに近い列に属している直管伝熱管32を、直管伝熱管34とする。この2列のうちの底壁21eから離れている列に属している直管伝熱管32を、直管伝熱管35とする。
【0033】
第1方向DR1において隣り合う2つの直管伝熱管32の端32aは、第3側壁21cの外壁面に取り付けられているヘッダ24aにより接続されている。第1方向DR1において隣り合う2つの直管伝熱管32の端32bは、第4側壁21dの外壁面に取り付けられているヘッダ24bにより接続されている。但し、最も第1側壁21aの近くにある直管伝熱管35の端32bは、第4側壁21dの外壁面に取り付けられているヘッダ24cにより最も第1側壁21aの近くにある直管伝熱管34の端32bに接続されている。最も第2側壁21bの近くにある直管伝熱管34の端32bは、第4側壁21dの外壁面に取り付けられているヘッダ24dに接続されている。ヘッダ24dには、配管80に接続される出水口30bが設けられている。
【0034】
フィン33は、複数の直管伝熱管32に取り付けられている。フィン33は、本体部33aと、壁部33bと、壁部33cとを有している。本体部33aは、第2方向DR2に直交する面内において延在している。フィン33は、本体部33aに形成されている貫通穴33aaに直管伝熱管32が通されることにより、直管伝熱管32に取り付けられている。壁部33b及び壁部33cは、それぞれ、第1方向DR1における本体部33aの第1側壁21a側の端及び第2側壁21b側の端に位置している。壁部33b及び壁部33cは、第2方向DR2に沿って、本体部33aから立ち上がっている。
【0035】
第2熱交換部40は、複数の蛇行伝熱管41を有している。蛇行伝熱管41は、第1方向DR1に直交する面内において、蛇行している。より具体的には、蛇行伝熱管41は、複数の直管部42と、複数の第1接続部43と、複数の第2接続部44とを有している。直管部42は、第2方向DR2に沿って延在している。複数の直管部42は、第3方向DR3に沿って列をなすように間隔を空けて並んでいる。複数の直管部42には、第1直管部42aと、第2直管部42bと、複数の第3直管部42cとが含まれている。第1直管部42aは、最も底壁21eから離れている直管部42である。第2直管部42bは、最も底壁21eの近くにある直管部42である第3直管部42cは、第1直管部42aと第2直管部42bとの間にある直管部42である。
【0036】
直管部42は、第2方向DR2において、第5端42dと、第6端42eとを有している。第5端42dは、第3側壁21c側の端である。第6端42eは、第5端42dの反対側の端である。すなわち、第6端42eは、第4側壁21d側の端である。第1直管部42aの第5端42d側は、第3側壁21cにより支持されている。第2直管部42bの第5端42d側は、第3側壁21cにより支持されている。第1接続部43は、隣り合う2つの直管部42の第6端42eを接続している。第2接続部44は、隣り合う2つの第3直管部42cの第5端42dを接続している。
【0037】
複数の蛇行伝熱管41は、第1方向DR1に沿って重ねられている。1つの蛇行伝熱管41の直管部42は、第3方向DR3において、当該1つの蛇行伝熱管41と第1方向DR1において隣り合う他の蛇行伝熱管41の隣り合う2つの直管部42の間にある。
【0038】
第2直管部42bの第5端42dは、第3側壁21cの外壁面に取り付けられているヘッダ25に接続されている。ヘッダ25には、配管60に接続される入水口40aが設けられている。第1直管部42aの第5端42dは、第3側壁21cの外壁面に取り付けられているヘッダ26に接続されている。ヘッダ26には、配管70に接続される出水口40bが設けられている。
【0039】
熱交換器20は、さらに、仕切り部材45を有している。仕切り部材45は、ケース21内に配置されている。仕切り部材45は、第1部分45aと、第2部分45bとを有している。複数の蛇行伝熱管41は、第1群と、第2群とに区分されている。第1群は、第1側壁21a側にある蛇行伝熱管41の群である。第2群は、第1群よりも第2側壁21b側にある蛇行伝熱管41の群である。第1部分45aは、第1群と第2群との間に配置されている。第1部分45aは、例えば、第1方向DR1に直交する面内において延在している。第1群に属する蛇行伝熱管41の数は、好ましくは、第2群に属する蛇行伝熱管41の数よりも少ない。このことを別の観点から言えば、第1部分45aと第1側壁21aとの間の距離は、第1部分45aと第2側壁21bとの間の距離よりも小さい。
【0040】
第1部分45aは、第3方向DR3において、第1端45aaと、第2端45abとを有している。第1端45aaは、底壁21e側の端である。第1端45aaは、底壁21eから離間している。第2端45abは、第1端45aaの反対側の端である。第2端45abは、蛇行伝熱管41(第1直管部42a)よりも底壁21eから離れている。第2部分45bは、第1方向DR1において、第3端45baと、第4端45bbとを有している。第3端45baは、第2端45abに連なっている。第4端45bbは、第3端45baの反対側の端である。第2部分45bは、第4端45bbにおいて、第1側壁21aの内壁面に取り付けられている。
【0041】
第2部分45bは、第1方向DR1に対して傾斜している。より具体的には、第4端45bbの位置は、第3端45baの位置よりも底壁21eから離れている。第4端45bbの位置は、第3方向DR3において、直管伝熱管34よりも底壁21eから離れていることが好ましい。なお、第4端45bbの位置が第3端45baの位置よりも底壁21eから離れていることにより、フィン33から第2部分45b上に滴下された凝集水が、ダクト50側(第1側壁21a側)へと流れにくくなる。
【0042】
第2部分45bは、第3部分45cと、第4部分45dとを有していてもよい。第3部分45cは、第3端45ba側にある。第4部分45dは、第3部分45cよりも第4端45bb側にある。第3部分45cの延在方向と第1方向DR1とのなす角度及び第4部分45dの延在方向と第1方向DR1とのなす角度を、それぞれ角度θ1及び角度θ2とする。角度θ2は、角度θ1よりも大きくなっている。角度θ1は、0°以上である。すなわち、第3部分45cの延在方向は、第1方向DR1と平行であってもよい。
【0043】
壁部33bの下端(壁部33bの底壁21e側の端)と第2部分45bとの間の第3方向DR3における距離を、距離DIS1とする。最も第1側壁21a側にある直管伝熱管34と第2部分45bとの間の第3方向DR3における距離を、距離DIS2とする。距離DIS1は、距離DIS2よりも小さいことが好ましい。
【0044】
第1側壁21aには、ガス出口21aaが形成されている。ガス出口21aaは、第1側壁21aを厚さ方向に貫通しており、ケース21の内部と連通している。ガス出口21aaは、第1方向DR1に沿う側面視において長手方向が第2方向DR2に沿う矩形状になっている。第1方向DR1に沿う側面視において、ガス出口21aaの位置は、ガス出口21aaから最も第1側壁21a側にある蛇行伝熱管41の第1直管部42a及び底壁21eから最も離れている第3直管部42cが見える位置よりも底壁21eから離れていることが好ましい。第1方向DR1に沿う側面視において、ガス出口21aaの位置は、ガス出口21aaから最も第1側壁21a側にある蛇行伝熱管41の第1直管部42a及び底壁21eから最も離れている第3直管部42cが見える位置にあってもよい。但し、ガス出口21aaの上端は、第4端45bbよりも底壁21eの近くにある。
【0045】
ダクト50は、ガス出口21aaに接続されるように第1側壁21aの外壁面に取り付けられている。ダクト50の第1側壁21a側の端部は、例えば、フランジ部51になっている。ダクト50は、フランジ部51において、第1側壁21aの外壁面に取り付けられている。第1側壁21aの外壁面とフランジ部51との間には、シール部材52が配置されている。フランジ部51は、第3方向DR3において、第4端45bbよりも底壁21eの近くにある。より具体的には、フランジ部51の上端(すなわち、フランジ部51のうちの第3方向DR3において底壁21eから最も離れた部分)は、第3方向DR3において、第4端45bbよりも底壁21eの近くにある。ダクト50は、例えば、樹脂材料により形成されている。
【0046】
熱交換器20は、支持部材27をさらに有していてもよい。支持部材27は、ケース21内に配置されている。支持部材27は、第2方向DR2に直交する面内において延在している。支持部材27には、複数の貫通穴27aが形成されている。複数の貫通穴27aは、第3方向DR3に沿って並んでいる。蛇行伝熱管41の第4側壁21d側の端部は、貫通穴27a内に配置されることにより、隣り合う2つの貫通穴27aの間にある支持部材27の部分(支持部27bとする)により支持されている。
【0047】
図11は、支持部材27及び仕切り部材45の位置関係を示す斜視図である。図11に示されるように、支持部材27は、第1部分45aと交差している。より具体的には、第1部分45a(仕切り部材45)の第4側壁21d側の端が、支持部材27よりも第4側壁21d側に突出している(図10参照)。第1部分45aの第4側壁21d側の端は、好ましくは第4側壁21dの内壁面に接触している。第1部分45aには、支持部材27との交差が可能なように切り欠き45acが形成されている。切り欠き45acは、第1部分45aの第4側壁21d側の端から第2方向DR2に沿って延在している。切り欠き45acには、支持部27bが通されている。この例では、第1部分45aに切り欠き45acを形成する場合を説明したが、切り欠きを支持部材27(より具体的には、支持部27b)に形成することにより、第1部分45aと支持部材27との交差を可能にしてもよい。
【0048】
<熱交換器20の動作>
バーナ15から底壁21e側に向かって噴出した燃焼ガスは、第1熱交換部30において熱交換を行う。より具体的には、燃焼ガスは、複数の直管伝熱管32を流れる湯水との間で熱交換を行う。
【0049】
第1熱交換部30を通過した燃焼ガスは、第2熱交換部40において熱交換を行う。より具体的には、第1に、燃焼ガスは、第1部分45aと第2側壁21bとの間を通り、第2群に属する蛇行伝熱管41を流れる湯水との間で熱交換を行う。第2に、底壁21eに達した燃焼ガスは、第1端45aaと底壁21eとの間を通って上方へと折り返されて、第1群に属する蛇行伝熱管41との間で熱交換を行う。第1端45aaと底壁21eとの間を通る際に燃焼ガスの流速が増加するため、第2熱交換部40の熱交換効率が改善されている。第3に、第1群に属する蛇行伝熱管41との間で熱交換を行った燃焼ガスは、ガス出口21aa及びダクト50を通って熱交換器20の外部に排出される。
【0050】
<熱交換器20の効果>
以下に、熱交換器20の効果を説明する。
【0051】
バーナ15からの燃焼ガスは、第2熱交換部40に達する前に、第1熱交換部30を通過する。そのため、仕切り部材45よりも上方にある(底壁21eから離れている)第1側壁21aの部分における温度は、仕切り部材45よりも下方にある(底壁21eの近くにある)第1側壁21aの部分における温度よりも高くなる。
【0052】
熱交換器20では、フランジ部51が第4端45bbよりも底壁21eの近くにある。すなわち、熱交換器20では、フランジ部51が、仕切り部材45よりも下方にあり、温度が高くなっている第1側壁21aの部分からの熱を受けにくい。そのため、熱交換器20では、フランジ部51が熱により損傷することを抑制可能である。
【0053】
熱交換器20において、第4端45bbが直管伝熱管34よりも底壁21eから離れている場合、フランジ部51と仕切り部材45よりも上方にある温度の高くなっている第1側壁21aの部分との間の距離を確保することができる。そのため、この場合には、フランジ部51が熱により損傷することをさらに抑制可能である。
【0054】
距離DIS1が距離DIS2よりも大きい場合、燃焼ガスは、壁部33bの下端と第2部分45bとの間に入り込みやすくなる。その結果、フランジ部51が取り付けられている部分の近傍にある第1側壁21aの部分における温度が上昇しやすい。他方で、距離DIS1が距離DIS2よりも小さい場合、燃焼ガスは、壁部33bの下端と第2部分45bとの間よりも、最も第1側壁21a側にある直管伝熱管34と第2部分45bとの間を通りやすくなる。そのため、距離DIS1を距離DIS1よりも小さくすることにより、フランジ部51が熱により損傷することをさらに抑制可能である。
【0055】
ガス出口21aaの位置が第1方向DR1に沿う側面視においてガス出口21aaから最も第1側壁21a側にある蛇行伝熱管41の第1直管部42a及び底壁21eから最も離れている第3直管部42cが見える位置よりも底壁21eから離れている場合に、燃焼ガスは、ガス出口21aaから排出される前に、底壁21eから離れた位置においても、第1群に属する蛇行伝熱管41の周囲の流れることになる。そのため、この場合には、熱交換器20(第2熱交換部40)の熱交換効率をさらに高めることができる。
【0056】
蛇行伝熱管41の第4側壁21d側の端部が支持部材27により支持されている場合、蛇行伝熱管41は、第3側壁21c側のみならず第4側壁21d側においても支持されることになる。また、第1部分45aと支持部材27とが交差可能なように第1部分45a及び支持部材27のいずれかに切り欠きが形成されていることにより、ケース21内に支持部材27を配置しても、仕切り部材45の第4側壁21d側の端を第4側壁21dに近接配置することができる。その結果、燃焼ガスは、第2群に属する蛇行伝熱管41の周囲を通ることなく仕切り部材45と第4側壁21dとの間を通ってショートカットしにくくなる。このように、熱交換器20が支持部材27を有する場合、第3側壁21c側及び第4側壁21d側の双方から支持して蛇行伝熱管41の変形を抑制しつつ、熱変換効率を改善することができる。
【0057】
<変形例>
第2部分45bは、第3部分45c及び第4部分45dを有していなくてもよい。このことを別の観点から言えば、第2部分45bの延在方向と第1方向DR1とのなす角度は一定であってもよい。第2部分45bの延在方向と第1方向DR1とのなす角度は、第3端45ba側から第4端45bb側に向かうにつれて大きくなっていてもよい。
【0058】
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【0059】
上記の実施形態は、熱交換器及び熱交換器を有する温水装置に特に有利に適用することができる。
【符号の説明】
【0060】
10 ガスバルブ、11 オリフィス、12 ベンチュリ、13 送風装置、14 チャンバ、15 バーナ、16 点火プラグ、20 熱交換器、21 ケース、21a 第1側壁、21aa ガス出口、21b 第2側壁、21c 第3側壁、21d 第4側壁、21e 底壁、22 流路、23,24a,24b,24c,24d,25,26 ヘッダ、27 支持部材、27a 貫通穴、27b 支持部、30 第1熱交換部、30a 入水口、30b 出水口、31 胴パイプ、31a,31b 端、32 直管伝熱管、32a,32b 端、33 フィン、33a 本体部、33aa 貫通穴、33b,33c 壁部、34,35 直管伝熱管、40 第2熱交換部、40a 入水口、40b 出水口、41 蛇行伝熱管、42 直管部、42a 第1直管部、42b 第2直管部、42c 第3直管部、42d 第5端、42e 第6端、43 第1接続部、44 第2接続部、45 仕切り部材、45a 第1部分、45aa 第1端、45ab 第2端、45ac 切り欠き、45b 第2部分、45ba 第3端、45bb 第4端、45c 第3部分、45d 第4部分、50 ダクト、51 フランジ部、52 シール部材、60,70 配管、80 配管、81 三方弁、90 バイパス配管、100 温水装置、DIS1,DIS2 距離、DR1 第1方向、DR2 第2方向、DR3 第3方向。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
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図10
図11