JP5968129B2 - 流体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、バーナで水などの加熱対象流体を加熱する湯沸し器等の流体加熱装置に関する。

通常の流体加熱装置は、燃焼ガスを噴出口から噴出させるバーナと、バーナの噴出口に連通し当該噴出口からの燃焼ガスの噴出方向に延出するガス通路と、当該ガス通路に配置され燃焼ガスとの熱交換により内部を通流する加熱対象流体を加熱する熱交換器とを備える。
そして、かかる流体加熱装置として、コイル状に巻回された伝熱管を上記熱交換器として備えたものが知られている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。

特許文献１に記載の流体加熱装置では、当該文献の図１等に示されているように、バーナ（１４）の噴出口側からガス通路側に延出する円筒状の側壁として配置され、軸心方向で密着させてコイル状に巻回された伝熱管からなる円筒状伝熱管壁（１１）が、上記熱交換器として設けられている。かかる円筒状伝熱管（１１）は、バーナ（１４）の噴出口に形成された火炎に接触しない程度に当該噴出口の外周縁よりも大きい直径を有する円筒状の側壁として設けられている。そして、この円筒状伝熱管（１１）は、噴出口に形成された火炎に対して一定の距離を隔てて離間した位置に設けられており、その火炎からの輻射熱を内周面に受けて、内部を通流する加熱対象流体を加熱するものとされている。

一方、特許文献２に記載の流体加熱装置は、当該文献の図２に示されているように、バーナとして管状火炎バーナ（５２）を備える。かかる管状火炎バーナ（５２）は、先端側に形成された噴出口がガス通路に接続され基端側が閉塞された有底円筒状の燃焼筒（２１）を備え、この燃焼筒（２１）の内部に形成された燃焼室に対して、燃料と当該燃料を燃焼させるための空気とを燃焼室に軸心周りの旋回流が発生するように供給する。よって、燃焼室において燃料が旋回燃焼して管状火炎が形成され、噴出口から当該管状火炎を含む燃焼ガスがガス通路に噴出されることになる。
このような管状火炎バーナは、燃料の可燃範囲の略全域で安定燃焼でき、絞り比を大きく取れ、比較的低騒音で、燃料希薄な状態で燃焼させれば低ＮＯｘを図ることができるなど、瞬間的に加熱対象流体を加熱する必要がある瞬間式湯沸し器などの流体加熱装置用のバーナとして注目されている。

更に、特許文献２に記載の流体加熱装置は、当該文献の図１１に示されているように、管状火炎バーナ（５２）の噴出口に連通するガス通路に、軸心方向で隙間を設けてコイル状に巻回された伝熱管からなる蒸発管（５４）が、上記熱交換器として設けられている。そして、管状火炎バーナ（５２）の噴出口からコイル状の蒸発管（５４）の内側に噴出された燃焼ガスが、当該蒸発管（５４）の隣接間に形成された隙間を通じて外側に流れ、その燃焼ガスが基端側に向けて折り返された後に、噴出口の外側に隔離形成された排出口から排出される。

特開平０７−２２５０５５号公報（図１） 特開２００８−００７３４６号公報（図１１、段落００４８−段落００５２）

上記流体加熱装置において、管状火炎バーナを採用した場合に、その管状火炎バーナの噴出口に形成される管状火炎を含む燃焼ガスから熱交換器により合理的且つ効率良く熱を回収することが望まれており、上記従来の流体加熱装置は改善の余地があった。
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、管状火炎バーナを採用した流体加熱装置において、合理的で且つコンパクトな構成で熱回収効率を向上可能な技術を提供する点にある。

この目的を達成するための本発明に係る流体加熱装置は、
燃焼ガスを噴出口から噴出させるバーナと、前記噴出口に連通し前記噴出口からの前記燃焼ガスの噴出方向に延出するガス通路と、前記ガス通路に配置され前記燃焼ガスとの熱交換により内部を通流する加熱対象流体を加熱する熱交換器とを備えた流体加熱装置であって、
その第１特徴構成は、
前記バーナが、先端側に前記噴出口を形成し基端側が閉塞された有底円筒状の燃焼筒と、前記燃焼筒の内部に形成された燃焼室に対して燃料と空気又は燃料と空気との混合気を当該燃焼室に軸心周りの旋回流が発生するように供給する供給手段とを有して、前記燃焼室において混合気を旋回燃焼させて管状火炎を形成する管状火炎バーナとして構成され、
前記噴出口の外周縁から前記ガス通路側に延出する円筒状の側壁として前記噴出口と同軸上に配置され、軸心方向で密着させてコイル状に巻回された伝熱管からなる上流外側コイル熱交換器を、前記熱交換器として備え、
前記上流外側コイル熱交換器の内部に、前記噴出口に連通する前記ガス通路としての上流側ガス通路が形成されている点にある。

上記第１特徴構成によれば、管状火炎バーナの噴出口の外周縁から延出する密着巻コイル状の上流外側コイル熱交換器を熱交換器として備えるというような合理的で且つコンパクトな構成を採用するだけで、管状火炎を含む燃焼ガスからの熱回収効率を向上することができる流体加熱装置を実現することができる。
即ち、管状火炎バーナが採用されているので、当該管状火炎バーナの噴出口には、当該噴出口と同軸の円筒状の管状火炎が先端部を若干広げた形態で形成され、その管状火炎の直下流には、燃焼ガスの旋回流が形成されることになる。
一方、上記熱交換器として、軸心方向での隣接間で互いに密着させて伝熱管をコイル状に巻回してなる密着巻コイル状の上流外側コイル熱交換器が、管状火炎バーナの噴出口の外周縁からガス通路に延出する円筒状の側壁として配置されており、その内部に噴出口に連通する上流側ガス通路が形成されている。
即ち、上流側ガス通路において、管状火炎が、その先端部の外周面を上流外側コイル熱交換器の内周面に沿わせた円筒状を維持する状態で良好に旋回し、その直下流にある燃焼ガスが、その外周面を上流外側コイル熱交換器の内周面に沿わせた円筒状を維持する状態で良好に旋回することになる。
また、この密着巻コイル状の上流外側コイル熱交換器の内周面は、その断面形状が軸心方向において複数の半円が並ぶ凹凸形状を有することから、比較的広い伝熱面積を有する伝熱面として機能することになる。
よって、上流側ガス通路において、この上流外側コイル熱交換器の内周面に対して、当該内周面に沿わせた円筒状を維持する状態で良好に旋回する管状火炎の先端部及び燃焼ガスから、効率良く熱を伝達させて、伝熱管を通流する加熱対象流体を加熱することができる。

本発明に係る流体加熱装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記上流側ガス通路の下流側に配置され、前記噴出口の軸心に沿った棒状の邪魔部を備え、
前記邪魔部の外周面と当該邪魔部を外囲する円筒状の側壁との間に、前記上流側ガス通路に連通する前記ガス通路としての下流側ガス通路が形成され、
前記下流側ガス通路に、軸心方向で隙間を設けてコイル状に巻回された伝熱管からなる下流内側コイル熱交換器を、前記熱交換器として備えた点にある。

上記第２特徴構成によれば、上流側ガス通路に連通する下流側ガス通路において、下流内側コイル熱交換器により燃焼ガスから効率良く熱を回収することで、熱回収効率を一層向上することができる。
即ち、円筒状の側壁の内部に形成された下流側ガス通路は、軸心に沿って棒状の邪魔部が配置されているので、円筒状のガス通路として形成されることになる。そして、上流側ガス通路において円筒状を維持する状態で旋回していた燃焼ガスは、上記邪魔部を外囲する円筒状を維持する状態で、円筒状の下流側ガス通路にスムーズに流入することになる。
一方、上記熱交換器として、軸心方向での隣接間で離間させて伝熱管をコイル状に巻回してなるピッチ巻コイル状の下流内側コイル熱交換器が、円筒状に形成された下流側ガス通路に配置されており、その内部に下流側ガス通路が形成されている。
即ち、下流側ガス通路において、燃焼ガスが、下流内側コイル熱交換器を構成するコイル状の伝熱管の外表面に沿って良好に流動することになる。
また、ピッチ巻コイル状の下流内側コイル熱交換器においてコイル状に巻回された伝熱管の全外表面が、比較的広い伝熱面積を有する伝熱面として機能することになる。
よって、下流側ガス通路において、この下流内側コイル熱交換器を構成するコイル状の伝熱管の全外表面に対して、円筒状を維持する状態で流動する燃焼ガスから、効率良く熱を伝達させて、伝熱管を通流する加熱対象流体を加熱することができ、結果、熱回収効率を一層向上することができ、燃焼ガスから水蒸気の凝縮潜熱まで回収することができる。
尚、下流内側コイル熱交換器は、上流外側コイル熱交換器に対して直列状態又は並列状態で接続することができ、直列状態で接続する場合には、加熱対象流体と燃焼ガスとの温度差、結露の有無、水抜き・空気抜きの容易性、外部放熱の大きさ等を勘案してその順序を決定することができる。

本発明に係る流体加熱装置の第３特徴構成は、上記第１乃至第２特徴構成の何れかに加えて、
前記上流側ガス通路の下流側に配置され、前記噴出口の軸心に沿って棒状の邪魔部を備え、
前記邪魔部の外周面と当該邪魔部を外囲する円筒状の側壁との間に、前記上流側ガス通路に連通する前記ガス通路としての下流側ガス通路が形成され、
前記邪魔部を外囲する筒状の側壁として配置され、軸心方向で密着させてコイル状に巻回された伝熱管からなる下流外側コイル熱交換器を、前記熱交換器として備えた点にある。

上記第３特徴構成によれば、上流側ガス通路に連通する下流側ガス通路において、下流外側コイル熱交換器により燃焼ガスから効率良く熱を回収することで、熱回収効率を一層向上することができる。
即ち、円筒状の側壁の内部に形成された下流側ガス通路は、軸心に沿って棒状の邪魔部が配置されているので、円筒状のガス通路として形成されることになる。そして、上流側ガス通路において円筒状を維持する状態で旋回していた燃焼ガスは、上記邪魔部を外囲する円筒状を維持する状態で、円筒状の下流側ガス通路にスムーズに流入することになる。
一方、上記熱交換器として、軸心方向での隣接間で互いに密着させて伝熱管をコイル状に巻回してなる密着巻コイル状の下流外側コイル熱交換器が、下流側ガス通路の外周の側壁として配置されている。
即ち、下流側ガス通路において、燃焼ガスが、その外周面を下流外側コイル熱交換器の内周面に沿わせた円筒状を維持する状態で流動することになる。
また、密着巻コイル状の下流外側コイル熱交換器の内周面は、その断面形状が軸心方向において複数の半円が並ぶ凹凸形状を有することから、比較的広い伝熱面積を有する伝熱面として機能することになる。
よって、下流側ガス通路において、この下流外側コイル熱交換器の内周面に対して、当該内周面に沿わせた円筒状を維持する状態で流動する燃焼ガスから、効率良く熱を伝達させて、伝熱管を通流する加熱対象流体を加熱することができ、結果、熱回収効率を一層向上することができ、燃焼ガスから水蒸気の凝縮潜熱まで回収することができる。
尚、下流外側コイル熱交換器は、上流外側コイル熱交換器に対して直列状態又は並列状態で接続することができ、直列状態で接続する場合には、加熱対象流体と燃焼ガスとの温度差、結露の有無、水抜き・空気抜きの容易性、外部放熱の大きさ等を勘案してその順序を決定することができる。

本発明に係る流体加熱装置の第４特徴構成は、上記第２乃至３特徴構成の何れかに加えて、
前記下流側ガス通路を外囲する円筒状の側壁の直径が、前記上流外側コイル熱交換器の直径よりも大きい点にある。

上記第４特徴構成によれば、伝熱管をコイル状に巻回して下流内側コイル熱交換器又は下流外側コイル熱交換器を製作するにあたり、当該伝熱管の巻回径を製作可能な範囲内とすることができる。
即ち、下流側ガス通路を外囲する円筒状の側壁の直径が上流外側コイル熱交換器の直径よりも大きいので、上記第２特徴構成において下流側ガス通路に配置した下流内側コイル熱交換器の直径、又は、上記第３特徴構成において当該側壁として配置した下流外側コイル熱交換器の直径を、夫々比較的大きく設定して、製作可能な範囲内とすることができる。

本発明に係る流体加熱装置の第５特徴構成は、上記第２乃至第４特徴構成の何れかに加えて、
前記邪魔部として配置され、基端側が開放された内筒と当該内筒を外囲し基端側が閉塞された外筒とからなり、前記内筒の先端側から前記加熱対象流体が流入し前記外筒の先端側から前記加熱対象流体が流出する２重筒構造を有する冷却器を、前記熱交換器として備えた点にある。

上記第５特徴構成によれば、上流側ガス通路の下流側に配置され噴出口の軸心に沿った棒状の邪魔部についても、上記のような２重筒構造を採用し内部に加熱対象流体を通流するようにして、熱交換器として機能する冷却器として構成することができる。
よって、下流側ガス通路において、燃焼ガスが、その内周面を冷却器として構成された邪魔部の外周面に沿わせた円筒状を維持する状態で流動することになるので、その燃焼ガスから、当該冷却器といて構成された邪魔部の外周面である伝熱面への熱伝達を良好なものとして、熱回収効率を一層向上することができ、燃焼ガスから水蒸気の凝縮潜熱まで回収することができる。

本発明に係る流体加熱装置の第６特徴構成は、上記第２乃至第５特徴構成の何れかに加えて、
前記邪魔部の外表面に、前記燃焼ガスの旋回流に沿った螺旋状に形成された螺旋状フィンを設けた点にある。

上記第６特徴構成によれば、上流側ガス通路において円筒状を維持する状態で旋回していた燃焼ガスが、上記邪魔部を外囲する下流側ガス通路に流入する際に、上記螺旋状フィンに案内されて流動することで、当該旋回流が維持された状態となる。
よって、下流側ガス通路において、円筒状を維持する状態で旋回する燃焼ガスから、下流外側コイル熱交換器などの熱交換器に対してより一層効率良く熱を伝達させて、熱回収効率を一層向上することができる。

本発明に係る流体加熱装置の第７特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記上流外側コイル熱交換器との間に円筒状の折返路を形成する形態で外囲すると共に、先端部が閉塞され、基端側に排気部が設けられた円筒状のケーシングを備えると共に、
前記上流側ガス通路に、前記噴出口よりも小径で、軸心方向で密着させて又は軸心方向で隙間を設けてコイル状に巻回された伝熱管からなる上流内側コイル熱交換器を、前記上流外側コイル熱交換器と同軸上に配置した点にある。

上記第７特徴構成によれば、上流側ガス通路において、上流内側コイル熱交換器により良好に旋回する燃焼ガスから効率良く熱を回収し、更には、その上流側ガス通路に対して先端部から折り返して連通する折返路において、上流外側コイル熱交換器の外周面により燃焼ガスから効率良く熱を回収して、熱回収効率を一層向上することができる。
即ち、上流側ガス通路において、噴出口よりも小径の上流内側コイル熱交換器が上流外側コイル熱交換器と同軸上に配置されているので、管状火炎及び燃焼ガスが、上流外側コイル熱交換器と上流内側コイル熱交換器との間の円筒状の空間を、円筒状を維持する状態で良好に旋回しながら通流することになる。
また、密着巻コイル状又はピッチ巻コイル状の上流内側コイル熱交換器の外周面についても、上流外側コイル熱交換器の内周面と同様に、その断面形状が軸心方向において複数の半円が並ぶ凹凸形状を有することから、比較的広い伝熱面積を有する伝熱面として機能することになる。
よって、上流側ガス通路において、上流外側コイル熱交換器の内周面と上流内側コイル熱交換器の外周面に対して、それらの面に沿わせた円筒状を維持する状態で良好に旋回する管状火炎の先端部及び燃焼ガスから、効率良く熱を伝達させて、伝熱管を通流する加熱対象流体を加熱することができる。
更に、上流外側コイル熱交換器の内部に形成された上流側ガス通路を通流した燃焼ガスは、その先端部で折り返して、上流外側コイル熱交換器とそれを外囲する円筒状のケーシングとの間に形成された折返路に流入して基端側に向けて通流し、当該基端側に設けられた排気部を介して外部に排出されることになる。
よって、折返路において、上流外側コイル熱交換器の外周面に対して、その外周面に沿って通流する燃焼ガスから、効率良く熱を伝達させて、伝熱管を通流する加熱対象流体を加熱することができる。
尚、上流内側コイル熱交換器は、上流外側コイル熱交換器に対して直列状態又は並列状態で接続することができ、直列状態で接続する場合には、加熱対象流体と燃焼ガスとの温度差、結露の有無、水抜き・空気抜きの容易性、外部放熱の大きさ等を勘案してその順序を決定することができる。

本発明に係る流体加熱装置の第８特徴構成は、上記第１乃至第７特徴構成の何れかに加えて、
前記加熱対象流体として水が供給され、前記熱交換器において前記水を加熱して温水又は水蒸気を生成する湯沸し器として構成されている点にある。

上記第８特徴構成によれば、これまで説明したように合理的で且つコンパクトな湯沸し器を実現でき、更には、熱需要の変動を均すために加熱後の温水又は水蒸気の熱を蓄える貯湯タンクなどの蓄熱槽と組み合わせれば、湯沸し器の加熱能力を最小限とすることができるので、一層コンパクト化が可能となる。

第１実施形態の流体加熱装置の側断面図 第１実施形態の流体加熱装置が備える管状火炎バーナの平断面図 第２実施形態の流体加熱装置の側断面図 別実施形態における邪魔部の部分断面図

〔第１実施形態〕
本発明に係る流体加熱装置の第１実施形態について図１及び図２に基づいて説明する。
第１実施形態の流体加熱装置は、燃焼ガスＦＧを噴出口１１から噴出させるバーナ１０と、噴出口１１に連通し当該噴出口１１からの燃焼ガスＦＧの噴出方向に延出するガス通路４０と、ガス通路４０に配置され燃焼ガスＦＧとの熱交換により内部を通流する加熱対象流体を加熱する熱交換器２０とを備える。
また、この流体加熱装置は、加熱対象流体として水Ｗが供給され、熱交換器２０において水Ｗを加熱して温水又は水蒸気を生成する湯沸し器として構成されている。更に、図示は省略するが、このように加熱された温水又は水蒸気が保有する熱を一時的に蓄える貯湯タンクなどの蓄熱槽を設けることで、流体加熱装置の加熱能力を最小限としてコンパクト化を図っても、熱需要の変動を均すことができる。

流体加熱装置では、詳細については後述するが、燃焼ガスＦＧの潜熱を回収した際に発生する凝縮水をバーナ１０が配置された基端側（図１において上方側）とは逆の先端側（図１において下方側）に滴下させて排出するべく、バーナ１０を噴出口１１が下向きになるように上部に配置し、その下方にガス通路４０を設けている。
更に、このバーナ１０は、内部に設けられた燃焼室１３において管状火炎ＰＦを形成し、当該管状火炎ＰＦを含む燃焼ガスＦＧを、噴出口１１からガス通路４０に向けて噴出させる、所謂管状火炎バーナ１０として構成されている。
具体的には、管状火炎バーナ１０には、先端側に噴出口１１を形成し基端側が閉塞された有低筒状の燃焼筒１２が設けられており、この燃焼筒１２は、噴出口１１をガス通路４０に接続する状態で配置されている。また、燃焼室１３には、燃料Ｇを点火可能な点火栓１４が設けられている。また、管状火炎バーナ１０は、内部にガス通路４０を形成する筒状のケーシング３０の基端側に対して、当該管状火炎バーナ１０に設けられたフランジ部１２ａをネジにより固定することで接続されている。

この管状火炎バーナ１０には、図２に示すように、燃焼筒１２の内部に形成された燃焼室１３に対して燃料Ｇとその燃料Ｇを燃焼させるための空気Ａとを当該燃焼室１３に軸心（以下単に「軸心」という）周りの旋回流が発生するように供給する供給手段Ｘが設けられている。
この供給手段Ｘは、燃焼室１３に燃料Ｇの旋回流を発生させるために、燃焼筒１２の外側に設けられた燃料供給部１７に供給された天然ガス等の燃料Ｇを、燃焼筒１２の内側面に軸方向に沿って開口されたスリット１５から燃焼筒１２の内側面の接線方向（以下単に「接線方向」という）に向けて噴出させる。さらに、供給手段Ｘは、燃焼室１３に空気Ａの旋回流を発生させるために、燃焼筒１２の外側に設けられた空気供給部１８に供給された空気Ａを、上記スリット１５と同様に開口され当該スリット１５と軸心を挟んで対向する位置にあるスリット１６から接線方向に向けて噴出させる。そして、このように燃料Ｇ及び空気Ａを燃焼室１３に接線方向に向けて噴出させることで、燃焼室１３では、旋回する燃料Ｇが同様に旋回する空気Ａと混合しながら混合気を形成した後に旋回燃焼することになり、結果、噴出口１１からガス通路４０には、この旋回燃焼により形成される管状火炎ＰＦを含む燃焼ガスＦＧが比較的高速で旋回しながら噴出することになる。
そして、このようにして形成される管状火炎ＰＦは、図１に示すように、噴出口１１から噴出された直後に旋回しながら径外方向に若干広がる傾向にあり、先端部を若干広げた形態で形成される。

管状火炎バーナ１０の燃焼室１３に良好な旋回流を発生させるために、スリット１５から燃焼室１３への燃料Ｇの噴出速度と、スリット１６から燃焼室１３への空気Ａの噴出速度とは、略同じものになるように、燃料Ｇの燃料供給部１７への供給圧力及び空気Ａの空気供給部１８への供給圧力が適宜設定されている。
また、燃料Ｇは、都市ガスの場合はその供給圧力で、液化石油ガスの場合は、当該燃料Ｇを貯留するタンク５１から当該タンクの内圧（液化石油ガスの蒸気圧）を利用して供給され、一方、空気Ａは、ブロア５２により昇圧して供給される。

ガス通路４０には、管状火炎ＰＦを含む燃焼ガスＦＧとの熱交換により内部を通流する水Ｗを加熱する熱交換器２０として、上流外側コイル熱交換器２１、下流内側コイル熱交換器２２、下流外側コイル熱交換器２３、及び、邪魔部２４が配置されている。以下、それら熱交換器２０の詳細について説明を加える。

上流外側コイル熱交換器２１は、伝熱管を軸心方向の隣接間で密着させてコイル状に巻回した所謂密着巻コイル状に構成されている。そして、この上流外側コイル熱交換器２１は、管状火炎バーナ１０の噴出口１１の外周縁１１ａから下方のガス通路４０側に延出する円筒状の側壁として噴出口１１と同軸上に配置されている。
即ち、この上流外側コイル熱交換器２１の内部には、噴出口１１に連通する上流側ガス通路４１がガス通路４０として形成されることになる。そして、この上流側ガス通路４１において、管状火炎ＰＦが、その先端部の外周面を上流外側コイル熱交換器２１の内周面に沿わせた円筒状を維持する状態で良好に旋回し、更には、その直下流にある燃焼ガスＦＧが、その外周面を上流外側コイル熱交換器２１の内周面に沿わせた円筒状を維持する状態で良好に旋回することになる。

一方、密着巻コイル状の上流外側コイル熱交換器２１の内周面は、その断面形状が軸心方向において複数の半円が並ぶ凹凸形状を有しており、比較的広い伝熱面積を有する伝熱面として機能することになる。
よって、この上流外側コイル熱交換器２１の内周面により、上流側ガス通路４１を良好に旋回する管状火炎ＰＦを含む燃焼ガスＦＧから、効率良く熱が回収される。

上流側ガス通路４１の下流側に連通する下流側ガス通路４２は、噴出口１１の軸心に沿って棒状の邪魔部２４が配置されている。そして、この下流側ガス通路４２に、上記邪魔部２４に加えて、下流内側コイル熱交換器２２とそれを外囲する下流外側コイル熱交換器２３とが同軸上に配置されている。

下流外側コイル熱交換器２３は、伝熱管を軸心方向の隣接間で密着させてコイル状に巻回した所謂密着巻コイル状に構成されている。そして、この下流外側コイル熱交換器２３は、上流側ガス通路４１の先端側開口の外周縁の外側から下方のガス通路４０側に延出する円筒状の側壁として噴出口１１と同軸上に配置されている。
即ち、下流側ガス通路４２は、邪魔部２４の外周面と当該邪魔部２４を外囲する円筒状の下流外側コイル熱交換器２３との間に、上流側ガス通路４１に連通する円筒状のガス通路４０として形成されることになる。そして、下流側ガス通路４２において、燃焼ガスＦＧが、その外周面を下流外側コイル熱交換器２３の内周面に沿わせた円筒状を維持する状態で、良好に旋回することになる。

一方、密着巻コイル状の下流外側コイル熱交換器２３の内周面は、その断面形状が軸心方向において複数の半円が並ぶ凹凸形状を有しており、比較的広い伝熱面積を有する伝熱面として機能することになる。
よって、この下流外側コイル熱交換器２３の内周面により、下流側ガス通路４２を良好に旋回する管状火炎ＰＦを含む燃焼ガスＦＧから、効率良く熱が回収される。

下流内側コイル熱交換器２２は、上流外側コイル熱交換器２１及び下流外側コイル熱交換器２３とは異なり、伝熱管を軸心方向の隣接間で隙間を設けてコイル状に巻回した所謂ピッチ巻コイル状に構成されている。そして、この下流内側コイル熱交換器２２は、内側にある邪魔部２４の外周面、及び外側の下流外側コイル熱交換器２３の内周面に対して隙間を隔てた状態で、円筒状の下流側ガス通路４２に噴出口１１と同軸上に配置されている。そして、下流側ガス通路４２において、燃焼ガスＦＧが、下流内側コイル熱交換器２２の伝熱管の外周面に沿って良好に旋回することになる。

一方、ピッチ巻コイル状の下流内側コイル熱交換器２２においては、伝熱管の全外表面が、比較的広い伝熱面積を有する伝熱面として機能することになる。
よって、この下流内側コイル熱交換器２２を構成する伝熱管の全外表面により、下流側ガス通路４２を燃焼ガスＦＧから効率良く熱が回収される。

邪魔部２４は、下流側ガス通路４２において噴出口１１の軸心に沿った棒状の邪魔部として機能するので、上流側ガス通路４１において旋回していた燃焼ガスＦＧは、邪魔部２４を外囲する円筒状を維持する状態で中心を通り抜けることなく、円筒状の下流側ガス通路４２にスムーズに流入する。
更に、この邪魔部２４は、基端側が開放された内筒２４ａと当該内筒２４ａを外囲し基端側が閉塞された外筒２４ｂとからなり、内筒２４ａの先端側から水Ｗが流入し外筒２４ｂの先端側から水Ｗが流出する２重筒構造を有することで、熱交換器２０として機能する冷却器として構成されている。
即ち、下流側ガス通路４２において、燃焼ガスＦＧが、その内周面を冷却器として構成された邪魔部２４の外周面に沿わせた円筒状を維持する状態で流動するので、この冷却器として構成された邪魔部２４の外周面により、その燃焼ガスＦＧから熱が回収される。
。また、上流側ガス通路４１から下流側ガス通路４２への燃焼ガスＦＧの流入をよりスムーズなものとするために、この邪魔部２４の外筒２４ｂの基端側端面２４ｃは、上方に向けて凸状の半球面状に形成されている。

更に、上流外側コイル熱交換器２１と下流内側コイル熱交換器２２とは、互いに連続する一本の伝熱管を粗密を変更してコイル状に巻回した一体のコイル熱交換器として構成されている。従って、上流外側コイル熱交換器２１と下流内側コイル熱交換器２２とは内部に連続して水Ｗを通流させる状態で接続されており、また、夫々の直径が同じものとなっている。

下流外側コイル熱交換器２３は、この下流内側コイル熱交換器２２を外囲することから、その下流内側コイル熱交換器２２の直径、言い換えれば上流外側コイル熱交換器２１の直径よりも大きい直径を有することになる。
そして、これらコイル熱交換器２１、２２、２３の直径をこのように設定することで、夫々の伝熱管をコイル状に巻回してコイル熱交換器２１、２２、２３を製作するにあたり、当該伝熱管の巻回径が製作可能な範囲内とされている。

上記のように配置された夫々の熱交換器２０に対する加熱対象流体としての水Ｗの通流順序は、水Ｗと燃焼ガスＦＧとの温度差、結露の有無、水抜き・空気抜きの容易性、外部放熱の大きさ等を勘案して決定することができるが、本実施形態では、水Ｗは、下流外側コイル熱交換器２３、冷却器として構成された邪魔部２４、下流内側コイル熱交換器２２、上流外側コイル熱交換器２１、の順で通流される。
更に、下流外側コイル熱交換器２３に最も低温の水Ｗを通流させることで、当該下流外側コイル熱交換器２３において燃焼ガスＦＧの潜熱が回収されるように構成されており、その際に発生した凝縮水Ｃは、下方に滴下した後に外部に適宜排出される。

〔第２実施形態〕
本発明に係る流体加熱装置の第２実施形態について図３に基づいて説明する。
尚、上記第１実施形態と同様の構成については、図面において同じ符号を付した上で、説明を割愛する場合がある。
第２実施形態の流体加熱装置は、上流外側コイル熱交換器２１との間に円筒状の折返路４３を形成する形態で外囲する円筒状のケーシング３２が設けられており、このケーシング３２は、先端部３２ａが閉塞され、基端側に排気部３２ｂが設けられている。
即ち、上流外側コイル熱交換器２１の内部に形成された上流側ガス通路４１を通流した燃焼ガスＦＧは、その先端部３２ａで折り返して、上流外側コイル熱交換器２１とそれを外囲する円筒状のケーシング３２との間に形成された折返路４３に流入して基端側に向けて通流し、当該基端側に設けられた排気部３２ｂを介して外部に排出される。

更に、上流側ガス通路４１には、管状火炎ＰＦを含む燃焼ガスＦＧとの熱交換により内部を通流する水Ｗを加熱する熱交換器２０として、上記第１実施形態と同様の上流外側コイル熱交換器２１に加え、上流内側コイル熱交換器２６が配置されている。

この上流内側コイル熱交換器２６は、上流外側コイル熱交換器２１と同様に、伝熱管を軸心方向の隣接間で密着させてコイル状に巻回した所謂密着巻コイル状に構成されている。更に、この上流内側コイル熱交換器２６は、管状火炎バーナ１０の噴出口１１よりも小径のものとされ、外側の上流外側コイル熱交換器２１の内周面に対して隙間を隔てた状態で、当該上流外側コイル熱交換器２１と同軸上に配置されている。
よって、上流側ガス通路４１においては、管状火炎ＰＦを含む燃焼ガスＦＧが、上流外側コイル熱交換器２１と上流内側コイル熱交換器２６との間の円筒状の空間を、円筒状を維持する状態で良好に旋回しながら通流することになる。

一方、密着巻コイル状の上流外側コイル熱交換器２１の内周面及び上流内側コイル熱交換器２６の外周面は、その断面形状が軸心方向において複数の半円が並ぶ凹凸形状を有しており、比較的広い伝熱面積を有する伝熱面として機能することになる。
よって、上流外側コイル熱交換器２１の内周面と上流内側コイル熱交換器２６の外周面とにより、上流側ガス通路４１を良好に旋回する管状火炎ＰＦを含む燃焼ガスＦＧから、効率良く熱が回収される。
更に、折返路４３においても、燃焼ガスＦＧが上流外側コイル熱交換器２１の外周面に沿って通流することから、当該上流外側コイル熱交換器２１の外周面により、その燃焼ガスから、効率良く熱が回収される。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
（１）上記実施形態では、熱交換器２０として、上流外側コイル熱交換器２１以外に、下流内側コイル熱交換器２２、下流外側コイル熱交換器２３、冷却器として構成された邪魔部２４、上流内側コイル熱交換器２６を設けたが、これら上流外側コイル熱交換器２１以外の熱交換器２０については、適宜、伝熱面積を拡大するためのフィンを設けるなどの改変を行ったり、それら熱交換器２０を省略しても構わない。
また、上記第１実施形態では、邪魔部２４の外表面を平滑なものとして構成したが、一層の熱回収効率向上を図るために、図４に示すように、邪魔部２４の外表面に、燃焼ガスＦＧの旋回流に沿った螺旋状に形成された螺旋状フィン（ローフィン）を設けて、下流側ガス通路４２において燃焼ガスＦＧを冷却器２４の外周面に沿わせた円筒状を維持する状態で旋回流動させるように構成しても構わない。

（２）上記実施形態では、上流外側コイル熱交換器２１、下流内側コイル熱交換器２２、下流外側コイル熱交換器２３、及び、上流内側コイル熱交換器２６の夫々の熱交換器の大きさ、並びに、上流側ガス通路４１、下流側ガス通路４２、折返路４３の夫々のガス通路４０の大きさは、管状火炎ＰＦ及び燃焼ガスＦＧの流れ状態や伝熱管の巻回径の下限値などを考慮して、適宜変更しても構わない。

（３）上記実施形態では、本発明に係る流体加熱装置を水Ｗを加熱する湯沸し器として構成したが、水Ｗ以外の流体を加熱対象流体として加熱するように構成しても構わない。

（４）上記第２実施形態では、上流内側コイル熱交換器２６を、伝熱管を密着巻コイル状に巻回したものとしたが、別に、伝熱管を軸心方向の隣接間で隙間を設けてコイル状に巻回したピッチ巻コイル状のものとしたり、上流側の伝熱管を密着巻コイル状に巻回し、下流側の伝熱管をピッチ巻コイル状に巻回したものとして、構成しても構わない。また、その出口管は、上流内側コイル熱交換器２６の巻回中心を通して下部に取り出すように形成しても構わない。

本発明は、燃焼ガスを噴出口から噴出させるバーナと、前記噴出口に連通し前記噴出口からの前記燃焼ガスの噴出方向に延出するガス通路と、前記ガス通路に配置され前記燃焼ガスとの熱交換により内部を通流する加熱対象流体を加熱する熱交換器とを備えた流体加熱装置として好適に利用可能である。

１０ ：管状火炎バーナ
１１ ：噴出口
１１ａ ：外周縁
１２ ：燃焼筒
１３ ：燃焼室
２０ ：熱交換器
２１ ：上流外側コイル熱交換器
２２ ：下流内側コイル熱交換器
２３ ：下流外側コイル熱交換器
２４ ：邪魔部（冷却器）
２４ａ ：内筒
２４ｂ ：外筒
２６ ：上流内側コイル熱交換器
３２ ：ケーシング
３２ａ ：先端部
３２ｂ ：排気部
４０ ：ガス通路
４１ ：上流側ガス通路
４２ ：下流側ガス通路
４３ ：折返路
ＦＧ ：燃焼ガス
Ｇ ：燃料
ＰＦ ：管状火炎
Ｗ ：水（加熱対象流体）
Ｘ ：供給手段

Claims (8)

1. 燃焼ガスを噴出口から噴出させるバーナと、前記噴出口に連通し前記噴出口からの前記燃焼ガスの噴出方向に延出するガス通路と、前記ガス通路に配置され前記燃焼ガスとの熱交換により内部を通流する加熱対象流体を加熱する熱交換器とを備えた流体加熱装置であって、
   前記バーナが、先端側に前記噴出口を形成し基端側が閉塞された有底円筒状の燃焼筒と、前記燃焼筒の内部に形成された燃焼室に対して燃料と空気又は燃料と空気との混合気を当該燃焼室に軸心周りの旋回流が発生するように供給する供給手段とを有して、前記燃焼室において混合気を旋回燃焼させて管状火炎を形成する管状火炎バーナとして構成され、
   前記噴出口の外周縁から前記ガス通路側に延出する円筒状の側壁として前記噴出口と同軸上に配置され、軸心方向で密着させてコイル状に巻回された伝熱管からなる上流外側コイル熱交換器を、前記熱交換器として備え、
   前記上流外側コイル熱交換器の内部に、前記噴出口に連通する前記ガス通路としての上流側ガス通路が形成されている流体加熱装置。
2. 前記上流側ガス通路の下流側に配置され、前記噴出口の軸心に沿った棒状の邪魔部を備え、
   前記邪魔部の外周面と当該邪魔部を外囲する円筒状の側壁との間に、前記上流側ガス通路に連通する前記ガス通路としての下流側ガス通路が形成され、
   前記下流側ガス通路に、軸心方向で隙間を設けてコイル状に巻回された伝熱管からなる下流内側コイル熱交換器を、前記熱交換器として備えた請求項１に記載の流体加熱装置。
3. 前記上流側ガス通路の下流側に配置され、前記噴出口の軸心に沿って棒状の邪魔部を備え、
   前記邪魔部の外周面と当該邪魔部を外囲する円筒状の側壁との間に、前記上流側ガス通路に連通する前記ガス通路としての下流側ガス通路が形成され、
   前記邪魔部を外囲する筒状の側壁として配置され、軸心方向で密着させてコイル状に巻回された伝熱管からなる下流外側コイル熱交換器を、前記熱交換器として備えた請求項１又は２に記載の流体加熱装置。
4. 前記下流側ガス通路を外囲する円筒状の側壁の直径が、前記上流外側コイル熱交換器の直径よりも大きい請求項２又は３に記載の流体加熱装置。
5. 前記邪魔部として配置され、基端側が開放された内筒と当該内筒を外囲し基端側が閉塞された外筒とからなり、前記内筒の先端側から前記加熱対象流体が流入し前記外筒の先端側から前記加熱対象流体が流出する２重筒構造を有する冷却器を、前記熱交換器として備えた請求項２〜４の何れか１項に記載の流体加熱装置。
6. 前記邪魔部の外表面に、前記燃焼ガスの旋回流に沿った螺旋状に形成された螺旋状フィンを設けた請求項２〜５の何れか１項に記載の流体加熱装置。
7. 前記上流外側コイル熱交換器との間に円筒状の折返路を形成する形態で外囲すると共に、先端部が閉塞され、基端側に排気部が設けられた円筒状のケーシングを備えると共に、
   前記上流側ガス通路に、前記噴出口よりも小径で、軸心方向で密着させて又は軸心方向で隙間を設けてコイル状に巻回された伝熱管からなる上流内側コイル熱交換器を、前記上流外側コイル熱交換器と同軸上に配置した請求項１に記載の流体加熱装置。
8. 前記加熱対象流体として水が供給され、前記熱交換器において前記水を加熱して温水又は水蒸気を生成する湯沸し器として構成されている請求項１〜７の何れか１項に記載の流
   体加熱装置。

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