JP2012017905A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆燃焼方式を採用した潜熱回収型の燃焼装置に関するものであり、流路抵抗が小さく、且つ全高さの低い燃焼装置の開発を課題とする。
【解決手段】燃焼缶体部３と、当該燃焼缶体部３に対して並列的に立設された排気流路形成部６とを有し、燃焼缶体部３の下部と、排気流路形成部６の下部同士が連通路形成部を介して接続されている。連通路形成部は二次熱交換器５であり、ケース部材２０と、管路部材２１によって構成されている。管路部材２１は、５本の受熱管３１と、入水側ヘッダ５０と、出水側ヘッダ５１とを備えた環状の熱交換流路である。管路部材２１の各受熱管３１は、大きくループ部５５と、出入り管部５６に分かれている。ケース部材２０の内部は、ループ部収容領域（主要部収容領域）６６と入出管配置領域（空洞形成領域）８８とに分かれている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、潜熱回収型の燃焼装置に関するものである。特に本発明は、逆燃焼方式を採用した潜熱回収型の燃焼装置に関するものである。

燃焼ガスに含まれる顕熱を回収するだけでなく、潜熱をも回収する燃焼装置が知られている。顕熱と潜熱を回収することができる燃焼装置は、潜熱回収型の燃焼装置と称されている。
ここで潜熱とは、燃焼ガス中に含まれる水蒸気の凝縮熱である。従って潜熱を回収すると燃焼ガス中の水蒸気が凝縮し、ドレンが発生する。またこのドレンは酸性を帯びる。
そのため潜熱回収型の燃焼装置では、ドレンに対処するために顕熱を回収する熱交換器と、潜熱を回収する熱交換器を個別に搭載している。
前者の顕熱を回収する熱交換器は、一次熱交換器と称されている。一方、後者の潜熱を回収する熱交換器は、二次熱交換器と称されている。

潜熱を回収する二次熱交換器は、ドレンの排出を促進するために、水管にフィンを設けず、裸管で作ることが推奨される。また酸性のドレンで腐食しないように、ステンレススチール等の素材を利用して製作することが推奨される。

そこで潜熱回収型燃焼装置では、特許文献１の様な、一対のヘッダ間に、複数の裸管を並行に接続した構造の熱交換器が採用された。特許文献１に開示された熱交換器では、ヘッダが対向する位置に設けられ、直線の水管（裸管）が複数本、ヘッダ間を連通している。特許文献１に開示された熱交換器では、水管（裸管）はいずれも直線である。

特許文献１に開示された熱交換器は、熱交換効率が優れるものの、組み立てに手間が掛かるという問題があった。即ち特許文献１に開示された熱交換器では、ヘッダに多数の水管を溶接する必要があり、製作に熟練を要し、改善が望まれていた。

そこで本出願人は、水管をループ状に曲げ、螺旋を構成させることによってこの問題を解決した（特許文献２，３，４）。
図２２は、特許文献２に開示された熱交換器の正面図及び平面図である。なお他の文献についても熱交換器の基本構成は同一である。
特許文献２に開示された熱交換器１００では、複数の水管１０１を水平の同一平面に並行に並べ、この水管１０１をループ状に曲げて平面形状が楕円の螺旋を構成させている。

即ち特許文献２に開示された熱交換器は、ケース部材１０２と、管路部材１０３によって構成されている。そして管路部材１０３は、入水側のヘッダ１０５と出水側のヘッダ１０６を有している。二つのヘッダ１０５，１０６は、いずれもケース部材１０２の同一の辺の外側に配置されている。
そして二つのヘッダ１０５，１０６の間に５本の水管１０１が接続されている。
ヘッダ１０５，１０６の水管１０１は、いずれも略水平且つ平行に並んでおり、この状態を維持したままで楕円形のループを構成している。また管路部材１０３の水管１０３は、螺旋を構成しており、各ループは７段重ねとなっている。

特許文献２に開示された熱交換器１００では、管路部材１０３のループ部１１０は、ケース部材１０２の全域に渡っている。
即ち特許文献２に開示された熱交換器１００では、ループ部１１０は、二つの円弧部領域１１１，１１２を有し、両者の間に直線領域１１３がある。そして両端の円弧部領域１１１，１１２の最も外側の位置は、ケース部材１０２の両側壁１１５，１１６に近接した位置である。

ところで燃焼装置の一形態として、逆燃焼方式と称される形態がある。
逆燃焼方式は、バーナを下方に向けて配置したものである。図２３は、代表的な逆燃焼方式の燃焼装置のレイアウトを示している。
逆燃焼方式の燃焼装置２００では、図２３の様にバーナ２０１が接続された燃焼缶体部２０２と、当該燃焼缶体部２０２に対して並列的に立設された排気流路形成部２０３とを有している。
そして燃焼缶体部２０２の下部と、排気流路形成部２０３の下部同士が連通路形成部２０５で接続されている。

特許文献５には、逆燃焼方式の燃焼装置２００に、上記したループ部１０１を有する熱交換器１００を採用した例が開示されている。
特許文献５に開示された燃焼装置２００では、燃焼缶体部２０２の顕熱を回収する一次熱交換器２１０が設けられている。また排気流路形成部２０３には、消音器が内蔵されている。
そして両者を結ぶ連通路形成部２０５が前記した熱交換器１００で作られている。
即ち特許文献５に開示された燃焼装置２００では、連通路形成部２０５は熱交換器１００そのものであり、熱交換器１００（連通路形成部２０５）の上に燃焼缶体部２０２と排気流路形成部２０３とが並べて載置されている。

特開２００５−２７４０４３号公報 特開２００８−３２２５２号公報 特開２００９−８２８７号公報 特開２００７−３３３３４３号公報 特開２０１０−７９６８号公報

特許文献２，３，４に開示された熱交換器１００を逆燃焼方式の燃焼装置２００に応用すると、熱交換器１００の排気抵抗が高くなってしまうという問題がある。
即ち熱交換器１００を逆燃焼方式の燃焼装置２００に応用すると、前記した様に熱交換器１００（連通路形成部２０５）の上に燃焼缶体部２０２と排気流路形成部２０３とが並べて載置されることとなる。
このときの燃焼缶体部２０２及び排気流路形成部２０３と、熱交換器１００のケース部材１０２及び管路部材１０３との位置関係を上部側から観察すると、図２４の様な様子となる。
図２４から明らかな様に、熱交換器１００を逆燃焼方式の燃焼装置２００に応用すると、左右のループ部１１１，１１２上に、燃焼缶体部２０２と排気流路形成部２０３が載る。ここで、特に図面左側のループ部１１１上に燃焼缶体部２０２が載ることが問題となる。
即ち特許文献２，３，４に開示された熱交換器１００を逆燃焼方式の燃焼装置２００に応用すると、燃焼缶体部２０２の下部にループ部１１１が存在してしまい、燃焼缶体部２０２の排気流路をループ部１１１が塞いでしまう。
そのためループ部１１１が障壁となって燃焼缶体部２０２で発生した燃焼ガスを熱交換器１００に導入することが阻害されてしまう。

そのため、熱交換器１００を逆燃焼方式の燃焼装置２００に応用すると、熱交換器１００の排気抵抗が高くなってしまうので、これに見合う高圧力の送風機を搭載しなければならない。

また管路部材１０３のループの中央に形成される空隙１１７から集中的に燃焼ガスを熱交換器１００内に導入する構成とすれば、排気抵抗の増加は低減されるが、この構成を採用するためには、燃焼缶体部２０２で発生した燃焼ガスを、ループの中央に形成される空隙１１７に導くための流路形成部材を別途設ける必要が生じる。
即ち図２５の様に、燃焼缶体部２０２と熱交換器１００の間に、流路形成部材２０５を介在させなければならない。その結果、燃焼装置２００の全高が高くなってしまい、燃焼装置２００の外形が大きくなってしまう。

そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、排気抵抗が小さく、且つ全高さの低い燃焼装置を開発することを課題とする。

上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃焼ガスを発生させ当該燃焼ガスを天地方向下向きに通過させる燃焼缶体部と、当該燃焼缶体部に対して並列的に立設された排気流路形成部と、前記燃焼缶体部と排気流路形成部とを接続する連通路形成部とを有し、連通路形成部上に前記燃焼缶体部と排気流路形成部とがあり、連通路形成部に熱交換用の管路部材が内蔵された燃焼装置において、連通路形成部はケース部材を有し、当該ケース部材には燃焼缶体部と連通する気体導入口と、排気流路形成部と連通する気体排出口があり、ケース部材内には、管路部材の主要部が配された主要部収容領域があり、さらに当該主要部収容領域と実質的に同じ高さの位置に隣接する空洞形成領域があり、前記気体導入口の直下の位置に空洞形成領域があり、主要部収容領域の上部又は主要部収容領域の近傍の上部に気体排出口があり、主要部収容領域の上部に排気流路形成部があることを特徴とする燃焼装置である。

本発明の燃焼装置は、燃焼ガスを発生させ当該燃焼ガスを天地方向下向きに通過させる燃焼缶体部を備えるものであり、逆燃焼方式の燃焼装置である。
本発明の燃焼装置では、連通路形成部に熱交換用の管路部材が内蔵されている。即ち本発明の燃焼装置では、連通路形成部が二次熱交換器として機能する。
本発明の燃焼装置で採用する連通路形成部は、ケース部材は気体導入口と、気体排出口がある。またケース部材内は、主要部収容領域と空洞形成領域とに分かれており、気体導入口の直下の位置に空洞形成領域がある。燃焼缶体部から空洞形成領域に直接燃焼ガスを導入することができる。そして空洞形成領域には空間が有るので、燃焼ガス等の導入に際して障害となるものは少なく、流路抵抗が小さい。

請求項２に記載の発明は、管路部材は、主要部たるループ部と、当該ループ部に受熱体を導入する入側管部と、ループ部から受熱体を排出する出側管部が直列状に配されたものであり、主要部収容領域に前記ループ部があり、空洞形成領域に前記入側管部及び出側管部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置である。

本発明の構成によると、無理なく空洞形成領域を形成することができ、ケース部材内を空洞形成領域と主要部収容領域とに分けることができる。

請求項３に記載の発明は、管路部材は管が複数本並列的に配されており、ループ部は複数段に巻回されていて入側管部と出側管部とは前記複数段の最上段また最下段に繋がっていて入側管部と出側管部とが異なる高さの位置にあり、入側管部と出側管部の内の下側に位置する側の上部に主要部収容領域と空洞形成領域との間を部分的に仕切る仕切り部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置である

本発明では、管路部材は管が複数本並列的に配されたものであるから、大きな流量の受熱体を通過させて熱交換を行うことができる。
またループ部は複数段に巻回されている。即ち螺旋形状を呈している。そのため、各管は長く、熱交換効率が高い。
さらに入側管部と出側管部とが異なる平面にあるから、上部側のいずれかの管路と、下部側の管路或いはケース部材の底面等との間に水平方向の広がりを持つ空間が形成される。そのため入出管配置領域に入った燃焼ガス等は、水平方向に流れ、管路部材の各部と接触して熱交換が進む。
さらに本発明の燃焼装置では、仕切り部材が設けられており、この仕切り部材が主要部収容領域と空洞形成領域との間を部分的に閉塞する。即ち両者の間を完全に封鎖するのではなく、一部だけを塞ぐ。そのため空洞形成領域に入った燃焼ガス等は、所望の導入部から主要部収容領域に入り、熱交換が進められる。

本発明の燃焼装置は、排気抵抗が小さい。そのため送風機は小型のもので足りる。また本発明の燃焼装置は全高が低く、外形形状が小さい。

本発明の実施形態の燃焼装置の正面図である。 本発明の実施形態の燃焼装置で採用する熱交換器（連通路形成部）の斜視図である。 図２の熱交換器の平面図である。 図２の熱交換器の分解斜視図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、図２の熱交換器の天板の成形工程を示す天板の斜視図である。 図２の熱交換器を裏側から観察した熱交換器の斜視図である。 図３の状態から天板を除いた状態における熱交換器の平面図及びその一部拡大図である。 図７のＡ領域の拡大図である。 図７のＢ−Ｂ断面拡大図である。 図２の熱交換器の気体導入部近傍を異なる角度から観察した斜視図である。 管路部材にスペーサを挿入する際の状況を説明する部分斜視図及びスペーサの拡大図である。 管路部材にスペーサを挿入した状態の部分斜視図である。 図１２のＡ−Ａ断面図である。 図１２のＢ−Ｂ断面図である。 燃焼ガスの流れを矢印で付記した図２の熱交換器の斜視図である。 図１５のＡ−Ａ断面斜視図である。 ループ部収容領域（主要部収容領域）における燃焼ガスの流れを説明する斜視図である。 管路部材の変形例を示す斜視図である。 管路部材の他の変形例を示す斜視図である。 ケース部材の変形例を示す断面図である。 熱交換器（連通路形成部）の変形例を示す正面図である。 （ａ）は従来技術の熱交換器の正面断面図であり、（ｂ）は同熱交換器の平面図である。 逆燃焼方式の燃焼装置の基本的なレイアウトを示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は、図２２の熱交換器の燃焼缶体部と排気流路形成部との位置関係を説明する説明図である。 従来技術の燃焼装置のレイアウトを説明する説明図である。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の燃焼装置１は、具体的には給湯装置であり、バーナ部２と、一次熱交換器８と、二次熱交換器５とを備えた、いわゆる潜熱回収型の燃焼装置である。燃焼装置１の基本的なレイアウトは、従来技術と同一であり、バーナ部２が接続された燃焼缶体部３と、当該燃焼缶体部３に対して並列的に立設された排気流路形成部６とを有している。
そして燃焼缶体部３の下部と、排気流路形成部６の下部同士が二次熱交換器５を介して接続されている。即ち本実施形態の燃焼装置１では、二次熱交換器５が連通路形成部の機能を兼ねている。
即ち燃焼缶体部３および排気流路形成部６は、それぞれ燃焼装置１の底側に設けられた二次熱交換器５に連通している。そのため燃焼装置１には、燃焼缶体部３から二次熱交換器５を経て排気流路形成部６に至る、断面形状が略「Ｕ」字型となるように連通した空間が形成されている。

バーナ部２及び燃焼缶体部３は、いわゆる逆燃焼式の燃焼部であり、下方に向けて火炎を形成するものである。バーナ部２は、公知のそれと同様に燃料噴霧ノズルや燃焼筒等を備えている（図示せず）。またバーナ部２の上部には、送風機１１が設けられており、送風機１１を作動させることによってバーナ部２及び燃焼缶体部３の内部に燃焼用の空気を導入すると共に、図示しない燃料供給源から供給されてきた液体燃料を燃料噴霧ノズル（図示せず）から下方に向けて噴霧し、燃焼缶体部３の内部に火炎を発生させる構成となっている。

即ち燃焼缶体部３は、バーナ部２の下流である下方に配置され、バーナ部２における燃焼動作に伴って発生する高温の燃焼ガスを下方に向けて通過させる燃焼ガス通路として機能する。

燃焼缶体部３の下端側の部分には、一次熱交換器８が設けられている。一次熱交換器８は、燃焼缶体部３を流れてきた燃焼ガス中に含まれている顕熱を主として回収するためのものである。一次熱交換器８は、いわゆるフィンアンドチューブ型の熱交換器によって構成されている。

排気流路形成部６は、内部にラビリンス状の燃料ガス流路を有し、消音器として機能する。排気流路形成部６の上方には、燃焼ガスを外部に排出するガス排出部１５が設けられている。

二次熱交換器５は、燃焼缶体部３の下方に配置された箱状の部材であり、燃焼缶体部３及び排気流路形成部６の双方に直接連通した部分である。前記した様に本実施形態では、二次熱交換器５が連通路形成部の機能を兼ねている。
即ち二次熱交換器５は、燃焼装置１の幅方向（図１において左右方向）に伸びる内部空間を有する。また、二次熱交換器５は、燃焼缶体部３の側方に配された排気流路形成部６とも連通している。そのため、二次熱交換器５は、燃焼缶体部３を下方に向けて流れる燃焼ガスを流入させるとともに、当該燃焼ガスを排気流路形成部６に向けて流出させる部分として機能する。即ち二次熱交換器５は、下方に向けて流れる燃焼ガスの流れ方向を上方に向けて折り返すための部分として機能する。

以下、本実施形態の特徴たる二次熱交換器５の構造について説明する。
図２，３，４に示すように、二次熱交換器５は、ケース部材２０と、管路部材２１によって構成されている。
またさらにケース部材２０は、ケース本体２２と、天板部材（板部材）２３及び管路部材２１の一部によって構成された長方形の箱である。

ケース本体２２は、ステンレススチール等の錆に強い素材で作られたものであり、底板部２５と３辺の周壁部２６，２７，２８から成るものである。底板部２５は、平面視が長方形である。底板部２５には、ドレンを集めるために緩やかな傾斜が設けられている（図示せず）。また底板部２５には、ドレンを導くための溝（図示せず）が設けられている。さらに底板部２５には、ドレン抜きのための管３０が接続されている。
周壁部２６，２８は、ケース部材２２の長辺側の周壁を形成するものである。一方、周壁部２７は、前記した周壁部２６，２８に挟まれた位置にあり、ケース部材２２の一方の短辺側の周壁を形成する。

ケース本体２２の長手方向の中心近傍であって一方の長辺側の位置には、正面視が「コ」の字状の遮蔽壁部材３８が設けられている。遮蔽壁部材３８は、それぞれ直角に接続されたヘッダー側壁９５と、中央壁９６及びループ側壁９７によって構成されている。ここでヘッダー側壁９５とループ側壁９７は、いずれもケース部材２０の短辺側の周壁部２７と平行であり、長辺側の周壁部２８を端部として周壁部２８から平面視で垂直方向に延びている。中央壁９６は、ヘッダー側壁９５とループ側壁９７を繋ぐものであり、長辺側の周壁部２７と平行に配置されている。

図４の奥側の周壁部２６には、図４，６，７，８に示すようなリブ３６が形成されている。リブ３６は、周壁部２６の一部を絞り加工して形成されたものであり、ケース本体２２の内側に向かって突出する突出部である。またリブ（突出部）３６は、天地方向に連続的に延びている。
本実施形態では、リブ３６は、図４の奥側の周壁部２６のみに一か所だけ設けられている。

天板部材（板部材）２３は、気体導入口３３と、気体排出口３５が設けられた略長方形の板体である。
天板部材（板部材）２３に設けられた気体導入口３３は、四角形であり、天板部材（板部材）２３の全面積の約３０パーセントから４０パーセントを占める大きなものである。 気体導入口３３は、天板部材（板部材）２３の一方の短辺側に寄った位置に設けられている。より具体的には、後記する管路部材２１の入水側ヘッダ５０及び出水側ヘッダ５１側に寄った位置に気体導入口３３が形成されている。

また気体導入口３３の開口端はその一部が下側に折り曲げられている。当該折り曲げ部は、仕切り部材４０として機能する。仕切り部材４０は気体導入口３３と、気体排出口３５の間に位置する。
またさらに仕切り部材４０の側辺（使用状態を基準として天地方向に向かう辺）の一方がヘッダ５０，５１から離れる方向に折り曲げられて、二次曲げ部４１を形成している。二次曲げ部４１が設けられているのは、仕切り部材４０の二つの側辺（使用状態を基準として天地方向に向かう辺）の内、中心に近い側の辺であり、使用状態を基準としてループ５５側に向かって折り曲げられている。

気体排出口３５は、長方形の開口であり、その面積は前記した気体導入口３３よりも小さい。
気体排出口３５は、後記する管路部材２１のヘッダ５０，５１から離れた位置に形成されている。また気体排出口３５は、一方の長辺３７に寄った位置にある。即ち気体排出口３５は、前記したケース本体２２のリブ（突出部）３６と対向する周壁部２８側に寄った位置に設けられている。

ケース部材２０を図１、図２、図３、図５（ｃ）の様に二つの中心線Ｘ，Ｙによって４区分に分割したと想定し、図面左側（入水側ヘッダ５０及び出水側ヘッダ５１側）であって手前側（出水側ヘッダ５１側）の区画をａ区画とし、時計回りにｂ区画、ｃ区画、ｄ区画と規定する。前記したリブ３６は、ｃ区画側に設けられていることとなる。
なお燃焼缶体部３及び排気流路形成部６との関係で説明すると、図１の様に、主に図面左側のａ区画とｂ区画の上に燃焼缶体部３が載置され、図面右側のｃ区画とｄ区画の上に排気流路形成部６が載置される。

上記した定義に則ってケース部材２０を４区画（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に区切ると、気体導入口３３はａ区画とｂ区画に跨がった位置にある。また仕切り部材４０は、ａ区画にある。仕切り部材４０の二次曲げ部４１はａ区画からｄ区画に向かって約９０度に曲がっている。
また気体排出口３５は、ｄ区画に位置することとなる。

なお本実施形態で採用する天板部材（板部材）２３は、平板を打ち抜き加工し、その後に曲げ加工して作ることが推奨される。
即ち図５（ａ）の様に平板状の素材４３を用意し、破線で示す部分を打ち抜く。ここで気体導入口３３に相当する位置の打ち抜き形状は、図５（ａ）の様に大きな四角形４５の一部に小さな四角形の切り欠き部４６を有した形状とする。ただし切り欠き部４６の根元部分であって中心側の位置には、切り込み線４９がある。
その結果、図５（ｂ）の様に、ａ区画であって管路部材２１のヘッダ５０，５１側から離れた位置に正方形の板片４７を片持ち状に残して開口４８が形成される。
その後に、正方形の板片４７の一辺側を図５（ｃ）の様に下側に折り曲げる。即ち切り込み線４９の部位を下に折り曲げる。当該折り曲げ部分が、二次曲げ部４１となる。

さらにその後、図５（ｄ）の様に片持ち状の板片４７を図面下側（ケース部材２０の内側）に垂直に折り曲げる。その結果、四角形の開口たる気体導入口３３が形成され、その一辺に仕切り部材４０が垂下する構造が完成する。
また仕切り部材４０の一辺側が折り曲げられていて二次曲げ部４１が形成されており、この二次曲げ部４１は前記したＸ軸線の方向に向く。

次に管路部材２１について説明する。
図３，４等に示すように、管路部材２１は、複数（本実施形態においては５本）の受熱管３１と、入水側ヘッダ５０と、出水側ヘッダ５１とを備えた環状の熱交換流路である。また管路部材２１には、ケース部材２０の端辺の壁面を構成する壁面部材５２が設けられている。

順次説明すると、各受熱管３１の一端側には入水側ヘッダ５０が接続されており、他端側には出水側ヘッダ５１が接続されている。受熱管３１は、熱伝導性に優れ、表面が平滑な配管によって形成されている。即ち受熱管３１は、いわゆる裸管である。また各受熱管３１は、一定の間隔を開けて平行に配置されている。
管路部材２１の各受熱管３１は、大きくループ部５５と、出入り管部５６に分かれている。
ループ部５５は、平面視が楕円形のループを構成する部分であり、螺旋構造を構成していて楕円部分が５段に重なっている。
ループ部５５の各段の間には図９，１１，１２，１３の様に隙間２４がある。

即ちループ部５５は、一定方向にまっすぐ伸びる直線部分５７，５８と、曲線状（円弧状）の湾曲部分５９，６０とを交互に含む螺旋状に形成されている。
各受熱管３１のループは平行状態を維持して同心状に巻回されている。従って内側に位置する受熱管３１は、外側の受熱管３１に比べて全長が短い。

一方、出入り管部５６は直線状である。
即ち入水側ヘッダ５０から水平方向且つ並行に引き延ばされた各受熱管３１は、入側管部６１として機能し、最上段のループ６２の直線部分５７に至っている。
そして最下段のループ６３の末端部分が直線状に引き延ばされ出側管部６５を形成している。即ち最下段のループ６３の直線部分５８がそのまま延長されて出側管部６５を構成している。
出側管部６５の末端には、出水側ヘッダ５１が接続されている。

前記した入側管部６１と出側管部６５は、使用状態を基準とすると、いずれも水平であり、入側管部６１を構成する受熱管３１の束を含む平面と、出側管部６５の受熱管３１を含む平面は平行である。
ただし入側管部６１は、最も最上段のループ６２に繋がっており、出側管部６５は最も下の段から引き出されているから、入側管部６１と出側管部６５には高低差がある。即ち入側管部６１は上部にあり、出側管部６５は下部にある。

また入側管部６１と出側管部６５の位置関係を平面視して観察すると、入側管部６１と出側管部６５とはループ６２，６３の対向する直線部分５７，５８に繋がっているから、両者は水平方向に離れた位置にある。

壁面部材５２には、入側管部６１と出側管部６５が挿通されている。
壁面部材５２からループ部５５までの長さＬ１と、ループ部５５を構成する楕円の長径Ｌ２を比較すると、両者は略等しい長さである。壁面部材５２からループ部５５までの長さＬ１は、ループ部５５の長径Ｌ２の２０パーセントから１５０パーセントの範囲であることが望ましい。即ち壁面部材５２からループ部５５までの長さＬ１が過度に小さいと、後記する空洞部８０の大きさが小さくなってしまって流路抵抗が増大してしまう。逆に、Ｌ１が大きすぎると、熱交換に寄与する受熱管３１の長さが短くなってしまい、熱交換効率が低下する。

またループ部５５の一方の直線部分５８には、各段の間隔を維持させるためにスペーサ６７が介在されている。
スペーサ６７は、図１１の様に、一本の線材を曲げ加工して作られたものである。
スペーサ６７は、それぞれ行き線７２と戻り線７３で段を構成し、上下の段を縦姿勢の曲線部６８ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで接続したものである。
即ち最上段部には、図面出前側の線の端部から図面奥に延びる最上段部行き線７２ａがあり、最上段部行き線７２ａの先端部が水平姿勢の曲線部７１ａに繋がっている。そして水平姿勢の曲線部７１ａから最上段部戻り線７３ａに繋がっている。最上段部行き線７２ａと最上段部戻り線７３ａは、使用状態の姿勢を基準とすると、同一の高さの位置にあり、最上段部行き線７２ａと曲線部７１ａと最上段部戻り線７３ａによって最上部の段が形成される。

さらに最上段部戻り線７３ａの先端は、縦姿勢の曲線部６８ａに繋がっており、さらにその先端は、第２段行き線７２ｂに繋がっている。ここで第２段行き線７２ｂは、使用状態の姿勢を基準とすると、最上段部戻り線７３ａの真下に位置する。

そして第２段行き線７２ｂの先端は、水平姿勢の曲線部７１ｂに繋がり、さらにその先端が第２段戻り線７３ｂに繋がっている。
ここで第２段戻り線７３ｂは、使用状態の姿勢を基準とすると、第２段行き線７２ｂと同一の高さの位置にあり、且つ最上段部行き線７２ａの真下の位置にある。そのため第２段行き線７２ｂと曲線部７１ｂと第２段戻り線７３ｂによって第２段目の段が形成される。
こうして各段の行き線７２ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ, ｆと、水平姿勢の曲線部７１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ, ｆと戻り線７３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ, ｆによって構成される段が、図面手前側の縦姿勢の曲線部６８ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで接続され、６段の段部が形成されている。
また各段部は、いずれも図面手前側の縦列に設けられた縦姿勢の曲線部６８ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで接続されており、他方の縦列側には段同士の間を接続する部材が無い。そのため縦姿勢の曲線部６８ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅが存在しない側を先頭にしてループ部５５にスペーサ６７を差し込むことができる。

その結果、図１４に示す様に、ループ部５５の受熱管３１で構成される段の間に、行き線７２ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅと、水平姿勢の曲線部７１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅと、戻り線７３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで構成されるスペーサ６７の段が挿入される。

一方、スペーサ６７が無い部分では、図１３に示すように、ループ部５５の受熱管３１で構成される段の間に、所定の隙間２４が維持される。

次に上記した二次熱交換器５の構成部品同士の位置関係について説明する。
上記した管路部材２１は、その大部分がケース部材２０内に収納されている。
即ち前記したケース本体２２と、天板部材（板部材）２３と、管路部材２１の壁面部材５２が組み合わされて直方体のケース部材２０が形成されている。なお天板部材（板部材）２３は、管路部材２１のループ部５５を構成する平面７７に対向する面を構成する部材である。
そして管路部材２１の壁面部材５２から先端側（ループ部５５側）の部位は、全てケース本体２２内に収容されている。
逆に言えば、入水側ヘッダ５０と出水側ヘッダ５１は、ケース部材２０の外にある。

前記した様に管路部材２１の各受熱管３１は、大きくループ部５５と、出入り管部５６に分かれており、且つ壁面部材５２からループ部５５までの長さＬ１と、ループ部５５を構成する楕円の長径Ｌ２が略等しいので、ケース部材２０を平面視したとき、長手方向に、ループ部収容領域（主要部収容領域）６６と入出管配置領域（空洞形成領域）８８とに分かれる。即ち入出管配置領域８８にはループ部５５は存在せず、入側管部６１と出側管部６５だけが存在する。
ループ部収容領域６６と入出管配置領域８８の比率は、本実施形態では、略同等であるが、ループ部収容領域６６は少なくとも入出管配置領域８８の２０パーセント以上であることが望ましい。またループ部収容領域６６は入出管配置領域８８の１５０パーセント以下であることが望ましい。

前記した区画に基づいて説明すると、ａ区画とｂ区画の大部分が入出管配置領域８８であり、ｃ区画とｄ区画の大部分がループ部収容領域６６である。

またケース部材２０に設けられた気体導入口３３は、入出管配置領域８８に開いている。そして気体導入口３３の開口端に設けられた仕切り部材４０は、出側管部６５の上に位置している。そのため仕切り部材４０は、入出管配置領域８８とループ部収容領域６６の間を部分的に遮蔽することとなる。仕切り部材４０は、ループ部５５の一方の曲線状（円弧状）の湾曲部分６０を覆っているとも言える。
仕切り部材４０の二次曲げ部４１は、ループ部５５に向かって曲がっている。二次曲げ部４１は風向板として機能する。二次曲げ部４１の先端は、ループ部５５の近傍にある。二次曲げ部４１の先端と、ループ部５５との間には、２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の間隔がある。

また気体導入口３３と気体排出口３５との間に、ケース本体２２の遮蔽壁部材３８がある。より詳細には、仕切り部材４０と気体排出口３５との間に遮蔽壁部材３８がある。
前記した様に、気体導入口３３は、入出管配置領域８８に開いている。入出管配置領域８８では、天地方向上側に入側管部６１を構成する受熱管３１の束７５が帯状に延びている。即ち天地方向上側であって、一方の長辺を構成する周壁部２６寄りの位置に受熱管３１の束７５が帯状に延びている。
一方、天地方向下側に出側管部６５を構成する受熱管３１の束７６が帯状に延びている。
即ち天地方向下側であって、他方の長辺を構成する周壁部２８寄りに位置に受熱管３１の束７６が帯状に延びている。

前記した入側管部６１を構成する受熱管３１の束７５と、出側管部６５を構成する受熱管３１の束７６との間には、大きな落差があるため、気体導入口３３の直下の位置には、図２、図１５、図１６の様に広い空洞部（第１空洞部）８０が存在する。
なお気体導入口３３の内、ｂ区画にある部分の一部は、その開口の僅かに下の位置に入側管部６１を構成する受熱管３１の束７５がある。そのため、気体導入口３３の内、ｂ区画にある部分の一部は、実質的に入側管部６１を構成する受熱管３１の束７５によって閉塞されている。しかしながら、前記した様に、気体導入口３３の中でａ区画にある部分は、これを閉塞する部材が存在しない。

ケース本体２２内に目を移すと、ｂ区画の上部には前記した様に入側管部６１を構成する受熱管３１の束７５が帯状に配されているが、当該束７５の下部は、空洞となっている。即ちｂ区画の受熱管３１の下には、第２空洞部８３がある。第２空洞部８３は前記した第１空洞部８０と直接的に連通する。
さらに前記した様に、仕切り部材４０は、出側管部６５の上に位置しており、入側管部６１側には存在しない。また遮蔽壁部材３８は出側管部６５側の長辺側の周壁部２８を端部として設けられており、入側管部６１側には至っていない。
そのため仕切り部材４０以外の部位には開口８１がある。第２空洞部８３は開口８１を介してループ部収容領域６６側に連通している。即ちｂ区画とｃ区画が連通している。

また前記した様に、ケース部材２２の内面の一方の長辺を構成する周壁部２６にリブ３６があり、当該リブ３６の先端が管路部材２１のループ部５５の直線部分５７に当接している。そのため管路部材２１のそれ以外の部分は、ケース部材２２の周壁部２６との間に所定の空隙７８が確保されている（図７）。
当該空隙７８は小さなもので、具体的には、１ｍｍから５ｍｍ程度であり、より好ましくは、２から３ｍｍである。
また短辺側の周壁部２７と、管路部材２１の間には、これよりも大きな空隙７９がある。当該空隙７９の大きさは、１ｃｍから５ｃｍ程度であり、より好ましくは、２ｃｍから３ｃｍである。
また、他方の長辺側の周壁部２８と、管路部材２１の間には、より大きな隙間がある。

前記した様にループ部５５の一方の直線部分５８にスペーサ６７が取り付けられているが、スペーサ６７の取り付け位置は、図３、図４の様に気体導入口３３と気体排出口３５の間である。より詳細には、気体排出口３５の直近の位置であって、仕切り部材４０で封鎖されていない開口部分８１と、気体排出口３５とを結ぶ直線８２（図２、図１０）上にある。

前記した様に、本実施形態の燃焼装置１は、燃焼缶体部３と排気流路形成部６が二次熱交換器５の上に載置されている。より詳細には、図１の様に、二次熱交換器５の左側のａ区画とｂ区画の上に燃焼缶体部３が載置される。また右側のｃ区画とｄ区画の上に排気流路形成部６が載置される。

そのため燃焼缶体部３の末端部分は、ａ区画とｂ区画に設けられた気体導入口３３を覆う。同様に、排気流路形成部６の始端部分は、ｃ区画とｄ区画に設けられた気体排出口３５を覆う。

次に本実施形態の燃焼装置１の機能について説明する。
入水側ヘッダ５０及び出水側ヘッダ５１は、ケース部材２０の外部であって側方（図２、３において正面視左側）に配置されている。入水側ヘッダ５０は、出水側ヘッダ５１よりも上方かつ手前側に配置されている。入水側ヘッダ５０には、図示しない配管を介して給水が行われる。給水源から供給された水は、複数の受熱管３１に分岐して平行に流れ、出水側ヘッダ５１から排出される。
また出水側ヘッダ５１は図示しない配管によって一次熱交換器８に接続されており、出水側ヘッダ５１から排出された水は、一次熱交換器８を流れる。

また燃焼装置１は、バーナ部２が燃焼作動を開始すると、バーナ部２の燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスは、燃焼缶体部３内を下方に向けて流れる。

その後、燃焼缶体部３を通過した燃焼ガスは、図１５の矢印で示すように、気体導入口３３から二次熱交換器５のケース部材２０内に導入される。
燃焼ガスの進入方向は、図１５、図１６の矢印Ａ，Ｂで示す様に、ループ部５５を構成する平面７７に対して垂直に交差する方向である。
そして二次熱交換器５のケース部材２０内に導入された燃焼ガスの内、ｂ区画から入った燃焼ガスは、矢印Ａの様に直ちに入側管部６１を構成する受熱管３１の束７５と衝突する。即ち前記した様に、気体導入口３３の内、ｂ区画にある部分の一部は、実質的に入側管部６１を構成する受熱管３１の束７５によって閉塞されているので、ｂ区画から入った燃焼ガスは、入側管部６１を構成する受熱管３１の束７５と衝突し、当該部位の受熱管３１と熱交換する。そして燃焼ガスの一部は、受熱管３１の間の隙間をすり抜けて下側に流れる。

一方、燃焼ガスの残部は、矢印Ａの様に、受熱管３１の帯を横切り、ｂ区画から第１空洞部８０に入る。
また二次熱交換器５のケース部材２０内に導入された燃焼ガスの内、ａ区画から直接入った燃焼ガスは、図１５、図１６の矢印Ｂの様に、そのまま下方向に流れてケース部材２０内の第１空洞部８０に入り、ケース部材２０の底部分にある出側管部６５を構成する受熱管３１と衝突し、当該部位の受熱管３１と熱交換する。

こうして第１空洞部８０に入った燃焼ガスは、図１５、図１６の矢印Ａ，Ｂの様に、共にケース部材２２内のｂ区画及びｃ区画に向かって流れる。
即ちａ区画の第１空洞部８０は、図１５，図１６の様に、入側管部６１の下の第２空洞部８３と連通している。また第１空洞部８０は、開口８１を介してｃ区画とも連通している。従って第１空洞部８０は、ｂ区画及びｃ区画側に開いている。一方、図の様にａ区画の第１空洞部８０と、気体排出口３５が設けられたｄ区画との間には、仕切り部材４０があり、ａ区画の第１空洞部８０とｄ区画との間を塞いでいる。即ち仕切り部材４０は、ケース部材２０内のループ部収容領域６６と入出管配置領域８８との間を部分的に仕切るものであり、ａ区画の第１空洞部８０とｄ区画との間を塞ぐものであるが、ａ区画の第１空洞部８０とｃ区画との間には仕切りは無い。また同様にａ区画の第１空洞部８０と、気体排出口３５が設けられたｄ区画との間には、遮蔽壁部材３８も設けられており、ａ区画の空洞部８０とｄ区画との間を塞いでいる。
そのため第１空洞部８０に入った燃焼ガスの大部分は、図１５、図１６の矢印Ａ，Ｂの様に、共にケース部材２２内のｂ区画及びｃ区画に向かって流れ、直接気体排出口３５側に流れることはない。ただし仕切り板４０の二次曲げ部４１とループ部５５との間には、２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の間隔があるので、一部の燃焼ガスはｄ区画に流れ、ｄ区画のループ部と熱交換する。

そして第１空洞部８０からｂ区画及びｃ区画に入った燃焼ガスは、ケース部材２０の内壁に沿って流れ、概ね管路部材２１のループ部５５の受熱管３１に沿って流れる。即ち各受熱管３１の段の間には、スペーサ６７によって隙間が形成されている。
またループ部５５と図面奥側の周壁部２６に設けられたリブ３６の先端がループ部５５と接触することにより、周壁部２６とループ部５５との間に隙間７８（図７）が確保されている。さらに短辺側の周壁部２７と、管路部材２１の間にも空隙７９がある。
そのため第１空洞部８０からｃ区画に入り、周壁部２６と衝突して周壁部２６に沿って流れる燃焼ガスは、図１５、図１７の矢印Ｃの様に、ループ部５５の各段の間に形成された空隙や、周壁部２６とループ部５５との間に隙間７８（図７）を流れ、さらに短辺たる周壁部２７と衝突して周壁部２７に沿って流れる。即ち第１空洞部８０からｃ区画に入った燃焼ガスは、ケース部材２０の内壁に沿って流れ、その間に受熱管３１と熱交換し、ｄ区画に入って気体排出口３５から外に抜ける。

一方、第１空洞部８０から斜め方向に進行し、直接ｄ区画に入った燃焼ガスは、図１５、図１７の矢印Ｄの様に、各受熱管３１の段の間の隙間を通過して直接的に長辺側の周壁部２８と衝突し、先の流と合流してケース部材２０の内壁に沿って流れる。

また本実施形態の燃焼装置１では、第１空洞部８０又は第２空洞部８３からループ部５５の中心部を抜けて気体排出口３５に至るルート（矢印Ｅ）は、遮蔽壁部材３８及びスペーサ６７によって封鎖されている。
即ちスペーサ６７は、受熱管３１の段同士の間に所定の空隙を形成させるものではあるが、図１４に示した様に、スペーサ６７が取り付けられた部分については、受熱管３１の段同士の間がスペーサ６７自身によって閉鎖される。
また本実施形態では、スペーサ６７の取り付け位置は、図２、図３の様に気体導入口３３と気体排出口３５の間であり、より詳細には、気体排出口３５の直近の位置であって、仕切り部材４０で封鎖されていない開口部分８１と、気体排出口３５とを結ぶ直線８２（図２、図１０）上である。そして本実施形態では、この直線８２がスペーサ６７自身によって封鎖されている。そのため空洞部８０，８３からループ部５５の中心部を抜けて気体排出口３５に至るルート（矢印Ｅ）は、スペーサ６７によって塞がれ、空洞部８０，８３からループ部５５の中心部を抜けて気体排出口３５に燃焼ガスが抜けることが阻止されている。そのため熱交換に寄与せずに燃焼ガスが排出されてしまうことが防止される。

この様に本実施形態で採用する二次熱交換器５では、気体導入口３３の真下の位置に大きな第１空洞部８０があり、これを直接封鎖してしまう部材が存在しない。そのため上流側の燃焼缶体部３から導入される燃焼ガスは、無理なくケース部材２０の中に入る。またケース部材２０では、燃焼ガスはケース部材２０の内壁に沿って流れるので、ケース部材２０においても大きな流路抵抗は生じない。
さらに気体導入口３３から気体排出口３５に直接流れるショートカットは、仕切り部材４０と遮蔽壁部材３８及びスペーサ６７によって阻止される。
そのため本実施形態で採用する二次熱交換器５は、流路抵抗が小さく、且つ熱交換効率も高い。
さらに燃焼缶体部３の真下の位置に気体導入口３３が有るので、燃焼缶体部３と二次熱交換器５の間に流路を形成する部材を挿入する必要がなく、全高が低い。

以上説明した実施形態では、楕円形のループ部５５を備えた構成を例示したが、ループ部の形状は任意であり、例えば図１８に示す様な円形のループ部９０を備えたものであっても良い。

また先の実施形態では、入側管部６１と出側管部６５は共に直線状に延びるものであったが、図１９に示す入側管部９１の様に、湾曲した部分を有するものであってもよい。

また先の実施形態では、管路部材２１の一部と当接する突出部３６が、リブ状に連続するものであったが、図２０の様にそれぞれ独立した突起３９であってもよい。

また先の実施形態では、入側管部６１と出側管部６５がケース２０内に配置されていたが、例えば図２１に示す様に、ループ部５５だけが中にあり、入側管部６１と出側管部６５はケース２０の外を通過するものであってもよい。

１ 燃焼装置
２ バーナ部
３ 燃焼缶体部
５ 二次熱交換器（連通路形成部）
６ 排気流路形成部
２０ ケース部材
２１ 管路部材
２２ ケース本体
２３ 天板部材（板部材）
２４ 隙間
２６，２７，２８ 周壁部
３１ 受熱管
３３ 気体導入口
３５ 気体排出口
３６ リブ（突出部）
４０ 仕切り部材
５０ 入水側ヘッダ
５１ 出水側ヘッダ
５５ ループ部
５６ 出入り管部
６１ 入側管部
６５ 出側管部
６６ ループ部収容領域（主要部収容領域）
６７ スペーサ
７５ 受熱管の束
７６ 受熱管の束
７８ 空隙
８０ 空隙部（第１空洞部）
８３ 第２空洞部
８８ 入出管配置領域（空洞形成領域）
９０ ループ部
９１ 入側管部

Claims (3)

1. 燃焼ガスを発生させ当該燃焼ガスを天地方向下向きに通過させる燃焼缶体部と、当該燃焼缶体部に対して並列的に立設された排気流路形成部と、前記燃焼缶体部と排気流路形成部とを接続する連通路形成部とを有し、連通路形成部上に前記燃焼缶体部と排気流路形成部とがあり、連通路形成部に熱交換用の管路部材が内蔵された燃焼装置において、連通路形成部はケース部材を有し、当該ケース部材には燃焼缶体部と連通する気体導入口と、排気流路形成部と連通する気体排出口があり、ケース部材内には、管路部材の主要部が配された主要部収容領域があり、さらに当該主要部収容領域と実質的に同じ高さの位置に隣接する空洞形成領域があり、前記気体導入口の直下の位置に空洞形成領域があり、主要部収容領域の上部又は主要部収容領域の近傍の上部に気体排出口があり、主要部収容領域の上部に排気流路形成部があることを特徴とする燃焼装置。
2. 管路部材は、主要部たるループ部と、当該ループ部に受熱体を導入する入側管部と、ループ部から受熱体を排出する出側管部が直列状に配されたものであり、主要部収容領域に前記ループ部があり、空洞形成領域に前記入側管部及び出側管部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 管路部材は管が複数本並列的に配されており、ループ部は複数段に巻回されていて入側管部と出側管部とは前記複数段の最上段また最下段に繋がっていて入側管部と出側管部とが異なる高さの位置にあり、入側管部と出側管部の内の下側に位置する側の上部に主要部収容領域と空洞形成領域との間を部分的に仕切る仕切り部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置。

Images