JP2009162461A - 潜熱熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシング(32)の側板(35)に、吸熱管(12a)の各端部(121)(122)が各々接続される流入ヘッダ(2)及び流出ヘッダ(20)を設け、これらは各々吸熱管(12a)の各端部(121)(122)が差し込まれる一方開放のヘッダ本体(4)と、その開放部を閉塞するヘッダ蓋(5)とからなり、ヘッダ蓋(5)には、給水管又は顕熱熱交換器への接続管が接続される潜熱熱交換器に関し、部品点数を削減して製造工程を簡略化すると共に、流入ヘッダ(2)又は流出ヘッ(20)にウォーターハンマー時の水圧がかかっても、ロウ付け箇所が破損する不都合を防止すること。
【解決手段】側板(35)の所定箇所を凹ませてヘッダ本体(4)を形成し、ヘッダ蓋(5)は、ヘッダ本体(4)の開放端を閉塞する蓋主体(51)とその周縁から他方に向かって延長し且つヘッダ本体(4)内に内嵌する周壁(52)とからなり、ヘッダ蓋(5)の周壁(52)の外面をヘッダ本体(4)の内周壁にロウ付けすること。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸熱管を介して燃焼排気から潜熱を回収する潜熱熱交換器に関する。

図４は、器具本体(1)内に、顕熱回収型の顕熱熱交換器(11)と潜熱回収型の潜熱熱交換器(12)とが備えられ、顕熱熱交換器(11)によって燃焼排気の顕熱が吸収された後に、潜熱熱交換器(12)によって潜熱が吸収される、所謂、コンデンシング形式の給湯器の縦断面図であり、図５は、潜熱熱交換器(12)の横断面図である。

このものでは、図４に示すように、潜熱熱交換器(12)の下方に顕熱熱交換器(11)が設けられており、顕熱熱交換器(11)のさらに下方には、ガス供給管(13)から供給されるガスを燃焼させるガスバーナ(19)が配設されている。これら顕熱熱交換器(11)と潜熱熱交換器(12)とガスバーナ(19)とは、それぞれケーシング(31)(32)(33)内に収容されている。
下ケーシング(33)の下方には、外部から吸引した空気をガスバーナ(19)に燃焼用空気として供給するための送風ファン(14)が設けられている。

顕熱熱交換器(11)と潜熱熱交換器(12)とは、潜熱熱交換器(12)の下方に位置するドレン受け板(21)によって、上下に区画されていると共に、ドレン受け板(21)の上方には、潜熱熱交換器(12)の上方を被覆する排気案内板(22)が配設されている。
これらドレン受け板(21)及び排気案内板(22)は、共に、排気口(3)側に向かって降下する傾斜板からなり、潜熱熱交換器(12)は、上ケーシング(32)内において、ドレン受け板(21)と排気案内板(22)と四方を囲む各側板で囲まれている。

顕熱熱交換器(11)と潜熱熱交換器(12)とは、ドレン受け板(21)の上昇端側の排気入口(10)を介して連通しており、顕熱熱交換器(11)から排気入口(10)を介して潜熱熱交換器(12)内に送られた燃焼排気は、潜熱熱交換器(12)内を通過した後、排気案内板(22)に沿って降下すると共に、排気口(3)から器具本体(1)の外部に排出される。

この種の給湯器では、ガスバーナ(19)の燃焼により燃焼排気が生成され、この燃焼排気によって顕熱熱交換器(11)及び潜熱熱交換器(12)が加熱され、顕熱熱交換器(11)によって前記燃焼排気の顕熱が吸収されると共に、潜熱熱交換器(12)によって、前記顕熱が吸収された後の前記燃焼排気から潜熱が吸収される。このとき、前記燃焼排気中の水蒸気が露点以下に冷却されて含有水蒸気が凝縮されることにより、潜熱熱交換器(12)内でドレンが生成される。潜熱熱交換器(12)内で発生したドレンは、前記ドレン受け板(21)上に滴下され、前記ドレン受け板(21)の降下端辺側のドレン排出管(24)から、ドレン回収装置(34)へ送られ、ドレン回収装置(34)内で中和処理された後、外部へ排出される。
尚、顕熱熱交換器(11)には銅製の吸熱管(11a)が配設されており、潜熱熱交換器(12)内には耐食性のあるチタンやステンレスからなる吸熱管(12a)が配設されている。

吸熱管(12a)の上流端は、図５に示すように、一側方の側板(35)に取付けられている流入ヘッダ(2)を介して、水道配管等の給水源からの冷水を導く給水管(17)に接続されており、下流端は、前記流入ヘッダ(2)に並列するように側板(35)に取付けられている流出ヘッダ(20)を介して、顕熱熱交換器(11)の吸熱管(11a)の上流端に連通する接続管(18)が接続されている。給水管(17)からの冷水は、吸熱管(12a)及び吸熱管(11a)を通過する間に、潜熱熱交換器(12)及び顕熱熱交換器(11)で加熱されて温水となり、吸熱管(11a)の下流端が接続されている出湯管(30)から、浴室や台所等のカラン等へ送られていく。

流入ヘッダ(2)及び流出ヘッダ(20)は、それぞれ、図６に示すように、ヘッダ本体(4)とヘッダ蓋(5)とから構成されてあり、ヘッダ本体(4)には、吸熱管(12a)の上流端又は下流端の差込孔(40)が吸熱管(12a)の数だけ設けられてあり、これを閉塞させるヘッダ蓋(5)には、給水管(17)又は接続管(18)を接続させるためのジョイント筒(50)が貫通した状態に突設されている。

又、ヘッダ本体(4)の前記差込孔(40)が形成されている底板(41)の周縁、及び、ヘッダ蓋(5)の前記ジョイント筒(50)が突設している蓋主体(51)の周縁から、共に、同方向に延長する周壁(42)(52)が設けられ、ヘッダ本体(4)の周壁(42)内に、ヘッダ蓋(5)の周壁(52)を内嵌させると共にロウ付けすることにより、流入ヘッダ(2)及び流出ヘッダ(20)がそれぞれ完成する。

ヘッダ本体(4)の周壁(42)の開放端の相互に対向する所定箇所から、それぞれ、取付フランジ(43)(43)が張り出しており、この取付フランジ(43)(43)を、前記側板(35)の内面にネジ止めにより取り付けている。尚、取付フランジ(43)(43)は、側板(35)にロウ付けにより固着させても良い。
これにより、図５に示すように、潜熱熱交換器(12)が収容されている上ケーシング(32)の一側方の側板(35)の内面に、流入ヘッダ(2)及び流出ヘッダ(20)が取付けられる態様となる。
特開２００７-１６３０９６号公報 特開２００５−２８３０４０号公報

しかしながら、上記従来の構成の流入ヘッダ(2)及び流出ヘッダ(20)では、ヘッダ本体(4)の差込孔(40)に、吸熱管(12a)の上流端又は下流端を差し込んでロウ付けすると共に、ヘッダ本体(4)にヘッダ蓋(5)を内嵌させてロウ付けし、さらに、ヘッダ本体(4)の取付フランジ(43)(43)を上ケーシング(32)の側板(35)にネジ止め又はロウ付けにより取り付けるといった工程が必要であり、部品点数が多い上に、ロウ付け箇所が多く、組み付け作業が面倒であった。又、側板(35)に取付フランジ(43)(43)で取付けられている流入ヘッダ(2)及び流出ヘッダ(20)内には、給水管(17)から吸熱管(12a)の上流端への入水時や吸熱管(12a)を通過した後の出湯時、又は、出湯停止時に、ウォーターハンマーによる大きな水圧がかかる。これらの水圧は、ヘッダ本体(4)を側板(35)又はヘッダ蓋(5)から離反させる方向の力として作用することにより、ヘッダ本体(4)がヘッダ蓋(5)から外れたり、側板(35)から脱落したりし易くなり、流入ヘッダ(2)又は流出ヘッダ(20)から水漏れが発生するおそれがあった。

本発明は、『被加熱流体が流れる複数本の吸熱管が蛇行状態で配設されているケーシングの側板に、前記吸熱管の上流端及び下流端がそれぞれ接続される流入ヘッダ及び流出ヘッダが設けられ、
前記流入ヘッダ及び流出ヘッダは、それぞれ、前記吸熱管の各端部が差し込まれる複数の差込孔を有し且つ一方に向かって開放する器状のヘッダ本体と、前記ヘッダ本体の開放部を閉塞するヘッダ蓋とからなり、
前記流入ヘッダを構成している前記ヘッダ蓋には給水管が接続され、前記流出ヘッダを構成している前記ヘッダ蓋には顕熱熱交換器への接続管が接続される潜熱熱交換器』において、部品点数を削減して、ロウ付け箇所を少なくすることにより、製造工程を簡略化すると共に、流入ヘッダ又は流出ヘッダにウォーターハンマー時の水圧がかかっても、ヘッダ本体とヘッダ蓋とのロウ付け箇所が破損したり、ヘッダ本体が側板から脱落したりする不都合を防止することを課題とする。

（１）請求項１に係る発明の潜熱熱交換器は、『前記ヘッダ本体は、前記ケーシングの前記側板の所定箇所を凹ませることにより形成され、
前記ヘッダ蓋は、前記ヘッダ本体の開放端を閉塞する蓋主体と、前記蓋主体の周縁から他方に向かって延長し且つ前記ヘッダ本体内に内嵌する周壁とからなり、
前記ヘッダ蓋の前記周壁外面を、前記ヘッダ本体の内周壁にロウ付けにより接合すること』を特徴とする。
上記技術的手段は次のように作用する。
前記ケーシングの前記側板を絞り加工することにより、一方に開放する凹部を形成し、これをヘッダ本体とする。これにより、ヘッダ本体は前記側板に一体的に設けられる態様となる。ヘッダ蓋は、ヘッダ本体としての凹部の開放端を閉塞させる蓋主体の周囲から、前記ヘッダ本体の開放方向とは反対方向（他方）に開放する周壁が設けられている。前記蓋主体でヘッダ本体の開放端を閉塞させると、前記周壁は、前記ヘッダ本体内に内嵌する態様となり、前記周壁をヘッダ本体の内周壁にロウ付けすることにより潜熱熱交換器接の組み付けが完成する。

前記流入ヘッダ内に、給水管からの水が流れ込む入水時や、前記流出ヘッダに、前記吸熱管からの温水が流れ込む出湯時、及び、出湯停止時に、流入ヘッダ及び流出ヘッダに水圧がかかり、これが、ヘッダ本体とヘッダ蓋を離反させる方向の力として作用するが、これと同時に、前記水圧は、ヘッダ蓋の周壁をヘッダ本体の内周壁に押圧する方向の力としても作用するため、前記ヘッダ本体の内周壁に対する前記ヘッダ蓋の前記周壁外面の接合強度は大きくなる。

（２）請求項２のものは、上記請求項１において、『前記ヘッダ本体は、前記ケーシングの前記側板の所定箇所を内方に凹ますことにより形成されている』もので、前記ヘッダ本体は、ケーシングの外方に向って開放する凹部となり、その外方開放部からヘッダ蓋の周壁が内嵌されてロウ付けされている。万一、このロウ付け部分から前記被加熱流体の漏れが発生した場合には、前記被加熱流体はケーシングの外側へ漏れることとなる。

（３）請求項３のものは、上記各請求項において、『前記ヘッダ本体の前記差込孔はバーリング加工によって形成され、前記吸熱管の各端部は、前記バーリング加工部に差し込まれると共にロウ付けにより接続される』ようにしたものでは、前記ヘッダ本体の前記差込孔の周縁のバーリング加工部には立ち上がり部が形成されることとなり、この立ち上がり部の内周面に、前記吸熱管の各端部の外周面が接触した状態でロウ付けされる。前記差込孔を単に打ち抜きにより設けた場合では、吸熱管の外周面が接触するのはヘッダ本体の板厚に相当する部分だけであるから、この場合に比べて、吸熱管と差込孔との接触面積を、前記立ち上がり部の内周面積分、大きく設定することができ、その分、溶接面積も大きくなる。

以上のように、請求項１に係る発明によれば、前記ケーシングの前記側板の一部を凹ませて、ヘッダ本体を前記側板に一体的に設ける構成としたから、ヘッダ本体を別途用意していた従来のものに比べて部品点数を削減することができる。前記ヘッダ本体を側板に取り付ける取付作業が不必要となるから、流入ヘッダ及び流出ヘッダをケーシングに設ける組み付け工程を簡略化することができる。又、ウォーターハンマー時の流入ヘッダ及び流出ヘッダにかかる水圧は、ヘッダ蓋の周壁がヘッダ本体の内周面を押圧する方向の力としても作用するから、前記水圧によってヘッダ蓋のヘッダ本体への接合強度が増大する。よって、ヘッダ蓋がヘッダ本体から脱落する不都合を防止することができる。

請求項２のものでは、前記被加熱流体の漏れが発生した場合、前記被加熱流体はケーシングの外へ漏れるから、漏れを発見し易く、迅速に対応することができる。又、ロウ付け等の修理もケーシングの外側から行うことができるので、修理作業を容易に行うことができる。

請求項３のものでは、吸熱管と差込孔との接触面積を大きく設定し、その分、ロウ付け等の溶接面積を大きくしたから、吸熱管の流入ヘッダ又は流出ヘッダへの接合強度が増し、耐久性が向上する。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態の潜熱熱交換器は、図４に示した従来のものと同様なコンデンシング形式の潜熱回収型給湯器に採用可能であり、器具本体(1)内には、ガスバーナ(19)が配設されている燃焼部である下ケーシング(33)と、その上方に連設され且つ顕熱熱交換器(11)が収容されている中ケーシング(31)と、更にその上方に連結され且つ潜熱熱交換器(12)が収容されている上ケーシング(32)とから構成されている。

下ケーシング(33)と中ケーシング(31)は、従来のものと同様な構成のものが採用可能であり、ここでは、上ケーシング(32)の構成についてのみ下記のとおり説明する。
上ケーシング(32)は、上方を排気案内板(22)で覆われ、下方の中ケーシング(31)との間にはドレン受け皿(21)が配設されていると共に、四方を側壁で囲まれた略矩形箱体であり、排気案内板(22)及びドレン受け板(21)は、それぞれ、上ケーシング(32)の前方壁(16a)に向かって降下するように構成されている。

前記上ケーシング(32)と中ケーシング(31)とは、上ケーシング(32)の後方壁(16b)に沿って、前記ドレン受け皿(21)に設けられている排気入口(10)を介して連通しており、又、前方壁(16a)の上部域には、排気口(3)が開放している。

潜熱熱交換器(12)内には、それぞれチタン製又はステンレス製パイプからなる複数の吸熱管(12a)群が蛇行させた状態で配設されており、その上流端(121)及び下流端(122)は、図１に示すように、それぞれ、上ケーシング(32)の一側方の側板(35)にそれぞれ配設されている流入ヘッダ(2)及び流出ヘッダ(20)にまとめて接続されている。

流入ヘッダ(2)には、水道配管等の給水源からの冷水を導く給水管(17)が接続されており、流出ヘッダ(20)には、中ケーシング(31)内の顕熱熱交換器(11)の吸熱管(11a)の上流端に連通する接続管(18)が接続されており、給水管(17)からの冷水は、吸熱管(12a)及び吸熱管(11a)を通過する間に潜熱熱交換器(12)及び顕熱熱交換器(11)にて昇温され、温水となって、浴室、洗面所、台所のカランに繋がる出湯管に排出される。

前記側板(35)における流入ヘッダ(2)及び流出ヘッダ(20)の各形成域は、それぞれ、図１、図２、図３に示すように、前記側板(35)の所定位置を絞り加工することにより内方へ凹ませて凹部(53)が形成されており、この凹部(53)を、ヘッダ本体(4)として機能させる。

凹部(53)の底板(41)には、吸熱管(12a)の数だけ、バーリング加工が施されることにより、底板(41)から、上ケーシング(32)の内方へ突出する立ち上がり部(44)を周縁に具備させた差込孔(40)(40)が形成されている。

ヘッダ本体(4)の開放端部を閉塞するヘッダ蓋(5)は、ヘッダ本体(4)を構成している凹部(53)の外方開放端部を閉塞する蓋主体(51)と、蓋主体(51)の周縁から蓋主体(51)に対して略直角方向に延長する周壁(52)とから矩形の浅い器状に形成されてあり、前記周壁(52)は、凹部(53)の内周壁に密に内嵌する大きさ形状に設定されている。又、蓋主体(51)の下端近傍には、バーリング加工により、開口部(54)が形成されてあり、この開口部(54)に、前記給水管(17)又は顕熱熱交換器(11)の吸熱管(11a)の上流端の接続管(18)を接続させるための、ジョイント筒(50)が装着される。

この実施の形態の潜熱熱交換器では、まず、図３に示すように、側板(35)に一体的に設けた凹部(53)の差込孔(40)(40)に、それぞれ、吸熱管(12a)の上流端(121)又は下流端(122)を、側板(35)の内方から差し込む。このとき、差込孔(40)(40)の立ち上がり部(44)(44)の内周面が、前記上流端(121)又は下流端(122)の外周面に接触する態様となり、この接触部分をロウ付けにより溶接する。

又、凹部(53)の外方開放端部から、ヘッダ蓋(5)の周壁(52)を差込むことにより、前記外方開放端部を蓋主体(51)によって閉塞する。そして、前記ヘッダ蓋(5)の周壁(52)を凹部(53)の内周面にロウ付けにより接合させる。そして、蓋主体(51)に設けてある開口部(54)に、ジョイント筒(50)の差込筒部(55)を差し込んで、ロウ付けする。

これにより、側板(35)に、吸熱管(12a)とヘッダ蓋(5)とジョイント筒(50)とが一体に接合される態様となり、吸熱管(12a)が上ケーシング(32)内に収容されるように、前記側板(35)で上ケーシング(32)の一側方開放部を閉塞することにより、潜熱熱交換器(12)の組み付けが完成する。

この実施の形態の潜熱回収型給湯器の場合、給湯時に、水量センサ（図示せず）で水流が検知された冷水が、給水管(17)に流れ、流入ヘッダ(2)を介して、吸熱管(12a)内に流れ込むと同時に、図４に示す送風ファン(14)が作動して、ガスバーナ(19)に燃焼用空気が送られ、これにより、ガスバーナ(19)が燃焼し、燃焼排気が生成される。この燃焼排気によって顕熱熱交換器(11)及び潜熱熱交換器(12)が加熱される。

前記燃焼排気は、中ケーシング(31)内の顕熱熱交換器(11)によって顕熱が吸収されると共に、排気入口(10)を介して上ケーシング(32)内の潜熱熱交換器(12)へ送られ、潜熱熱交換器(12)によってさらに潜熱が吸収される。このように、燃焼排気は、その顕熱、さらには、潜熱を、顕熱熱交換器(11)及び潜熱熱交換器(12)に与えることによって、顕熱熱交換器(11)内の吸熱管(11a)、及び、潜熱熱交換器(12)内の吸熱管(12a)が加熱され、吸熱管(12a)の下流端(122)、流出ヘッダ(20)、さらに、接続管(18)を介して、吸熱管(11a)に送られ、温水となって、出湯用蛇口から温水を出湯する。

又、潜熱熱交換器(12)へ送られた燃焼排気は、上ケーシング(32)の前方壁(16a)の上方域に開放している排気口(3)から排出される。
給水管(17)から水道水が流入ヘッダ(2)に流れ込むとき、又、吸熱管(12a)の下流端(122)から流出ヘッダ(20)に温水が流れ込むとき、さらには、出湯が停止させられるとき、流入ヘッダ(2)及び流出ヘッダ(20)内にそれぞれ水圧がかかる。この水圧は、ヘッダ蓋(5)を凹部(53)から離反する方向の力として作用するほか、図３の矢印に示すように、ヘッダ蓋(5)の周壁(52)を、凹部(53)の内周面に押圧する方向の力としても同様に作用する。これにより、ヘッダ蓋(5)の凹部(53)（ヘッダ本体(4)）への接合強度が増大し、ウォーターハンマー時の流入ヘッダ(2)及び流出ヘッダ(20)の耐久性が向上する。

万一、ヘッダ蓋(5)の周壁(52)の、凹部(53)の内周面へのロウ付け箇所から水漏れが発生した場合、その水漏れは、上ケーシング(32)の外方へ漏れることとなる。このため、水漏れの早期発見が可能であり、修理も上ケーシング(32)の外側から行うことができるので、修理やメンテナンス作業も容易に実施することができる。

吸熱管(12a)の上流端(121)及び下流端(122)を接続するヘッダ本体(4)に設けた差込孔(40)は、バーリング加工により、差込孔(40)の周縁から立ち上がり部(44)が突設する形状としたから、前記上流端(121)及び下流端(122)を前記立ち上がり部(44)に差し込んで、前記立ち上がり部(44)の内周面全域にロウ付けすることができる。このように、単に底板(41)を打ち抜いただけで差込孔を形成した構成のもの（溶接面積は底板(41)の板厚のみ）に比べて、上流端(121)及び下流端(122)の差込孔(40)への溶接面積を大きく設定することができるから、潜熱熱交換器(12)の耐久性が向上する。

さらに、ヘッダ本体(4)を側板(35)に設けた凹部(53)とすることにより、ヘッダ本体(4)を側板(35)に一体的に設ける構成としたから、従来のものに比べて部品点数が少なくなり、その分、ロウ付け箇所、又は締結箇所を減少させることができ、組み付け作業も簡略化することができる。

本発明の実施の形態の潜熱熱交換器の横断面図。 本発明の実施の形態の潜熱熱交換器のケーシングに設ける流入ヘッダ又は流出ヘッダを構成するヘッダ本体とヘッダ蓋を示す分解斜視図。 本発明の実施の形態の潜熱熱交換器のケーシングに設ける流入ヘッダ又は流出ヘッダの拡大縦断面図。 従来の潜熱回収型給湯器の概略縦断面図。 従来の潜熱熱交換器の横断面図。 従来の潜熱熱交換器に採用したヘッダ本体とヘッダ蓋を示す分解斜視図。

符号の説明

(12a) ・・・・・・・吸熱管
(121) ・・・・・・・上流端
(122) ・・・・・・・下流端
(17)・・・・・・・・給水管
(18)・・・・・・・・接続管
(2) ・・・・・・・・流入ヘッダ
(20)・・・・・・・・流出ヘッダ
(32)・・・・・・・・ケーシング
(35)・・・・・・・・側板
(4) ・・・・・・・・ヘッダ本体
(40)・・・・・・・・差込孔
(5) ・・・・・・・・ヘッダ蓋

Claims (3)

1. 被加熱流体が流れる複数本の吸熱管が蛇行状態で配設されているケーシングの側板に、前記吸熱管の上流端及び下流端がそれぞれ接続される流入ヘッダ及び流出ヘッダが設けられ、
   前記流入ヘッダ及び流出ヘッダは、それぞれ、前記吸熱管の各端部が差し込まれる複数の差込孔を有し且つ一方に向かって開放する器状のヘッダ本体と、前記ヘッダ本体の開放部を閉塞するヘッダ蓋とからなり、
   前記流入ヘッダを構成している前記ヘッダ蓋には給水管が接続され、前記流出ヘッダを構成している前記ヘッダ蓋には顕熱熱交換器への接続管が接続される潜熱熱交換器において、
   前記ヘッダ本体は、前記ケーシングの前記側板の所定箇所を凹ませることにより形成され、
   前記ヘッダ蓋は、前記ヘッダ本体の開放端を閉塞する蓋主体と、前記蓋主体の周縁から他方に向かって延長し且つ前記ヘッダ本体内に内嵌する周壁とからなり、
   前記ヘッダ蓋の前記周壁外面を、前記ヘッダ本体の内周壁にロウ付けにより接合することを特徴とする潜熱熱交換器。
2. 請求項１に記載の潜熱熱交換器において、前記ヘッダ本体は、前記ケーシングの前記側板の所定箇所を内方に凹ますことにより形成されていることを特徴とする潜熱熱交換器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の潜熱熱交換器において、前記ヘッダ本体の前記差込孔はバーリング加工によって形成され、前記吸熱管の各端部は、前記バーリング加工部に差し込まれると共にロウ付けにより接続されることを特徴とする潜熱熱交換器。

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