JP2004036954A

JP2004036954A - 熱交換器のヘッダー接続構造

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Publication number: JP2004036954A
Application number: JP2002192627A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sano; 佐野　易司; Mikio Goto; 後藤　幹雄; Hiroshi Ichikawa; 市川　浩
Original assignee: Takagi Industrial Co Ltd
Current assignee: Takagi Industrial Co Ltd
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-01
Also published as: JP3898583B2

Abstract

【課題】一次熱交換器と二次熱交換器とを併設した熱交換器において、二次熱交換器の組立、分解の作業性向上と自在化を実現した熱交換器のヘッダー接続構造を提供すること。
【解決手段】燃焼排気（６）から主として顕熱を回収する一次熱交換器（一次熱交換器ユニット８）と、燃焼排気（６）から潜熱を回収する二次熱交換器（二次熱交換器ユニット１０）とを備えた熱交換器（４）とを備えた熱交換器のヘッダー接続構造であって、二次熱交換器の熱交管（３８、４０、４２）に設けられたヘッダー接続部（５１）を二次熱交換器の外壁部の特定箇所に集合して配置し、該ヘッダー接続部に被加熱流体（水Ｗ）を通流させる管路（給水管６２、熱交管６４）を接続するヘッダー（５０）を取り付けたものである。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼排気から主として顕熱を回収する一次熱交換器、燃焼排気から主として潜熱を回収する二次熱交換器を併設した熱交換器のヘッダー接続構造に係り、特に、二次熱交換器のユニット化による組立、分解等の作業性向上とユニバーサル化を実現した熱交換器のヘッダー接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高効率給湯器に用いられる熱交換器は、例えば、図９の（Ａ）、（Ｂ）及び図１０に示すように、燃焼排気の上流側に一次熱交換器２００、燃焼排気の下流側に二次熱交換器２０２が配設され、燃焼排気から主として顕熱を一次熱交換器２００で回収し、燃焼排気から主として潜熱を二次熱交換器２０２で回収することにより高効率化を実現している。この場合、図９の（Ａ）、（Ｂ）は、壁掛型の給湯器、図１０は据置型の給湯器を示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二次熱交換器２０２は、一次熱交換器２００の排気集合部材２０４と一体であるため、構造が複雑となり、排気通路で発生するドレン水の外部への漏洩を防止するため、排気集合部材２０４の接合は、完全溶接する方法（ＴＩＧ溶接）が取られてきた。
【０００４】
また、図１１は二次熱交換器２０２の一例であるが、この二次熱交換器２０２のヘッダー接続部２０６において、熱交管２０８には例えば、チタンが使用されているため、熱交管２０８と排気集合部材２０４との接続では、チタン、ステンレス及び銅合金を接続することとなり、２重にＯリングを介挿したシール構造を採用している。このため、ヘッダー接続部２０６は、排気集合部材２０４の側面から大きく突出する。加工には高い寸法精度が要求されることになり、寸法精度が不十分な場合には、組立てが困難になることが予想される。また、このような異種金属の溶接では、溶接加工工賃が高く、溶接時の溶込み量の調整等に熟練を要する。熱交換器のヘッダー接続に関する技術には、例えば、特開２００１−３３６８３５号「管路連結構造及び熱交換器」等がある。
【０００５】
また、複数のヘッダー接続部２０６は、二次熱交換器２０２の側面部に散点的に設置されており、しかも、その設置位置が二次熱交換器２０２の側面側であるため、図９の（Ａ）に示すように、壁掛型の給湯器ではその下面側に入側及び出側の配管２１０、２１２を引き回し、また、図１０に示すように、据置型の給湯器ではその側面側に入側及び出側の配管２１０、２１２を引き回すという配管形態としなければならず、機種によって配管形態が異なるため、組立工数が多く、製造コストが高くなるという不都合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、一次熱交換器と二次熱交換器とを併設した熱交換器において、二次熱交換器の組立、分解の作業性向上とともに自在化を実現した熱交換器のヘッダー接続構造を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
係る課題を解決した本発明の熱交換器のヘッダー接続構造は、次の通りである。
【０００８】
請求項１に係る熱交換器のヘッダー接続構造は、燃焼排気（６）から主として顕熱を回収する一次熱交換器（一次熱交換器ユニット８）と、前記燃焼排気から潜熱を回収する二次熱交換器（二次熱交換器ユニット１０）とを備えた熱交換器（４）のヘッダー接続構造であって、前記二次熱交換器の熱交管（３８、４０、４２）に設けられたヘッダー接続部（５１）を前記二次熱交換器の外壁部の特定箇所に集合して配置し、該ヘッダー接続部に被加熱流体（水Ｗ）を通流させる管路（給水管６２、熱交管６４）を接続するヘッダー（５０）を取り付けてなることを特徴とする。このような構成とすることで、ヘッダー接続部が一箇所に集合配置され、ヘッダーの接続が簡略化されることになる。
【０００９】
請求項２に係る熱交換器のヘッダー接続構造は、前記熱交換器が前記一次熱交換器と前記二次熱交換器とをユニット化してなることを特徴とする。即ち、一次熱交換器に対して二次熱交換器を分離可能にユニット化することにより、両者の組立性を高め、現場施工で給湯器を容易に構成でき、狭い設置空間での組立てないし設置作業を容易化することができる。
【００１０】
請求項３に係る熱交換器のヘッダー接続構造は、前記二次熱交換器に設けられた排気集合部材（排気部３６）と前記熱交管の端部との間に接合した中継部材（７８）と、この中継部材の内部に挿入される挿入部（８６）を備え、この挿入部と前記中継部材との間に封止部材（Ｏリング８２）を介挿させて前記排気集合部材に固定するヘッダー（５０）とを備えたことを特徴とする。このような構成とすれば、排気集合部材に接合した中継部材を備えたことにより、この中継部材に封止部材を介挿させてヘッダーの挿入部を挿入し、ヘッダーを排気集合部材に固定することで、ヘッダーの挿入部と中継部材とを密着させることができるので、接続構造が簡単で、ヘッダーの着脱が容易になる。
【００１１】
請求項４に係る熱交換器のヘッダー接続構造は、前記ヘッダー接続部が前記二次熱交換器の下面側に集合配置されたことを特徴とする。このようにヘッダー接続部を二次熱交換器の下面側に集合配置することで、空間の利用性が高められるとともに、熱交換器の小型化を図ることができ、従来の二次熱交換器の側面側にヘッダー接続部を配置した場合に比較して幅方向を縮小できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は熱交換器の基本構造を示し、図１の（Ａ）は壁掛型の給湯器に内蔵された熱交換器の正面側の構成、図１の（Ｂ）はその熱交換器の側面側の構成を示している。
【００１３】
この給湯器２において、熱交換器４は、燃焼排気６から主として顕熱を回収する一次熱交換器として一次熱交換器ユニット８と、燃焼排気６から主として潜熱を回収する二次熱交換器として二次熱交換器ユニット１０とに分割され、独立して構成されている。この場合、一次熱交換器ユニット８は燃焼室１２を備えており、この燃焼室１２にはガス等の燃料を燃焼させるバーナ１４が内蔵され、燃焼室１２の下部には燃焼のための給気手段として送風ファン１６が取り付けられている。また、一次熱交換器ユニット８には、その上部に排気集合部１８が設置され、この排気集合部１８には二次熱交換器ユニット１０を着脱するための空間部２０が形成されている。
【００１４】
一次熱交換器ユニット８及び二次熱交換器ユニット１０は、例えば、図２に示すように分離される独立したユニットであって、一次熱交換器ユニット８には二次熱交換器ユニット１０を取り付けるための接続フランジ２２、２４が設けられ、この接続フランジ２２、２４に二次熱交換器ユニット１０に形成されているフランジ２６が固定手段である固定ねじ２８、３０を以て固定される。フランジ２６には図示しないが、固定ねじ２８、３０を貫通させる貫通孔が形成されている。なお、３２は二次熱交換器ユニット１０で発生するドレン水を流すドレン口であり、このドレン口３２には図示しない中和器が接続される。
【００１５】
二次熱交換器ユニット１０には、一次熱交換器ユニット８側の排気集合部１８の空間部２０内に装着可能な装着部３４とともに排気集合部材としての排気部３６が設けられており、これら装着部３４及び排気部３６には、例えば、図３の（Ａ）、（Ｂ）及び図４に示すように、燃焼排気６から主として潜熱を回収する手段として、屈曲させた複数の熱交管として例えば、３組の熱交管３８、４０、４２が内蔵されており、各熱交管３８、４０、４２には例えば、チタン又はチタン合金からなるコルゲート管が使用されている。これら熱交管３８〜４２を通過した燃焼排気６を排気口４４に導びく手段として、仕切板４６（図２）によって区画された排気通路４８が形成されている。
【００１６】
また、二次熱交換器ユニット１０の下面側等の特定の位置、この実施の形態の場合、排気部３６の下面部には、管路中継部材としてのヘッダー５０を接続する接続部５１が設定され、この接続部５１には、熱交管３８〜４２の端部が設置されているとともに、板状のヘッダー固定部５２が複数箇所に配設した固定ねじ５４で排気部３６に取り付けられている。ヘッダー固定部５２には、入側ヘッダー５６、出側ヘッダー５８が一体に形成されている。入側ヘッダー５６には流体を流す管路として、熱交管３８〜４２の入側端部、給水口６０｛図１の（Ａ）｝に連結する給水管６２が接続され、出側ヘッダー５８には流体を流す管路として、３組の熱交管３８〜４２の出側端部、一次熱交換器ユニット８の熱交管６４が接続されている。給水口６０に隣接して設置されている給湯口６６｛図１の（Ａ）｝は、連結管６８を介して一次熱交換器ユニット８の熱交管６４の給湯側に接続されている。従って、給水管６２より供給された被加熱流体として例えば、水Ｗは入側ヘッダー５６を通じて熱交管３８〜４２に流れ、燃焼排気６から主として潜熱の回収により加熱された後、温水ＨＷとして出側ヘッダー５８から一次熱交換器ユニット８の熱交管６４側に流れ、図１の（Ａ）に示す給湯口６６から温水ＨＷを取り出すことができる。
【００１７】
そして、入側ヘッダー５６及び出側ヘッダー５８と熱交管３８〜４２の接続部には、例えば、図５｛図３（Ｂ）のＶ−Ｖ線断面図｝及び図６｛図３（Ｂ）のＶ−Ｖ線分解断面図｝に示すように、排気部３６の壁面部材７０に円形の開口部７２が形成されるとともに、外面方向に屈曲させた一定幅の環状のフランジ部７４が形成されている。壁面部材７０は、例えば、ステンレス板で形成されている。この開口部７２に対応して熱交管３８〜４２の例えば、熱交管３８の接続端部７６が導びかれ、この接続端部７６には環状の中継部材７８が溶接によって接続され、８０は溶接部である。
【００１８】
この中継部材７８には、封止部材であるＯリング８２に密着させるテーパ状の封止部８４、ヘッダー５０の挿入部８６を嵌入させるための嵌合部８８、壁面部材７０側の開口部７２に溶接するフランジ部９０が形成されている。即ち、壁面部材７０の開口部７２のフランジ部７４内には中継部材７８のフランジ部９０が挿入され、固着手段として例えば、各フランジ部７４、９０間が溶接によって一体化されている。即ち、排気部３６の壁面部材７０には、熱交管３８〜４２の接続端部７６が中継部材７８を介して接続されて開口されている。
【００１９】
また、ヘッダー５０の挿入部８６には、熱交管３８〜４２に対応する導水孔９２が形成されているとともに、その先端側にはＯリング８２を取り付ける径小部９４とともにそのＯリング８２を支持する段部９６が形成されている。
【００２０】
そして、排気部３６の壁面部材７０にはヘッダー固定部５２の固定手段として、固定ねじ５４に対応する固定ナット９８が溶接によって固定されている。従って、Ｏリング８２を取り付けた挿入部８６を中継部材７８に挿入し、ヘッダー固定部５２側に形成されている固定孔１００に挿入させた固定ねじ５４をドライバ等で固定ナット９８に取り付ければ、各中継部材７８とヘッダー５０を強固に固定できるとともに、嵌合部８８に挿入された挿入部８６と嵌合部８８との結合にＯリング８２による封止が加わり、高度な密着状態、即ち、水密構造が実現される。
【００２１】
以上説明した、実施の形態では、次のような効果が得られる。給湯器２の熱効率を飛躍的に高めることのできる二次熱交換器として二次熱交換器ユニット１０を備えた熱交換器４において、二次熱交換器ユニット１０を固定ねじ２８、３０で着脱可能にしたので、仕様の異なる二次熱交換器ユニット１０を製造時に必要に応じて組み込むことができる等、熱交換器４は汎用性の高い、かつ、大量生産に適した形態を実現している。即ち、二次熱交換器ユニット１０を一次熱交換器ユニット８の排気集合部１８で着脱可能にしたことから、排気集合部１８で二次熱交換器ユニット１０を分割し、容易に分離することができる。
【００２２】
また、一次熱交換器ユニット８と二次熱交換器ユニット１０とを分離可能な独立した構成としたので、二次熱交換器ユニット１０は、前後の平板とこれらを繋ぐ側板とで３分割構成とし、しかも、接合部には熟練を要さずに連続溶接ができる構成とし、さらに、ドレン漏れの発生がないシーム溶接を以て組立て可能とする等、構成の簡略化を図ることができる。
【００２３】
また、ドレン漏れに対する確実性を得るため、二次熱交換器ユニット１０に構成部品である前板と側板とを一体化し、絞り加工を施した部品を用いてもよい。また、熱交管３８〜４２と排気部３６の壁面部材７０との接続に使用する中継部材７８に、熱交管３８〜４２と同種金属を使用することができるので、チタンと銅合金の異種金属の接合による電食の問題等がない、ダイレクト溶接を行うことができ、しかも、Ｏリング８２による封止部分が一箇所であるため、水漏れ防止に対する信頼性の高い接続構造を実現することができる。
【００２４】
また、ヘッダー５０は、二次熱交換器ユニット１０の特定箇所、例えば、その下面側の一箇所に集中させたので、圧損を増大させることなく、例えば、図７に示すように、二次熱交換器ユニット１０に対してヘッダー５０の左右の取付方向を任意に選択でき、その固定は共通の固定ねじ５４の取付け操作だけで対応することができる。
【００２５】
この結果、図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示した壁掛型の給湯器２の熱交換器４は、例えば、図８の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、二次熱交換器ユニット１０に対するヘッダー５０の取付方向を自在に設定でき（ユニバーサル化）、給水管６２、熱交管６４の取出方向を変更するのみで、据置型の給湯器１０２を構成することができる。また、能力に応じた二次熱交換器ユニット１０を任意に設計し、共通の一次熱交換器ユニット８に仕様の異なる二次熱交換器ユニット１０を取り付けることができる等、機器の設計変更や仕様変更等、ニーズに応じた機器の提供が容易化でき、木目の細かい製品構成を展開することができる。
【００２６】
実験によれば、二次熱交換器ユニット１０は僅か２０×２０×１０ｃｍ程度の容積で実現でき、この二次熱交換器ユニット１０の付加により、１０％以上の熱効率の向上が可能であることが確認されている。
【００２７】
なお、実施の形態では、ガス燃焼を熱源とした給湯器を例にとって説明したが、本発明に係る熱交換器には、ガス以外の燃料の他、電熱や太陽熱等を熱源としたものにも適用できる。また、被加熱流体には水Ｗ以外の暖房用熱媒等を用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
【００２９】
請求項１に係る熱交換器のヘッダー接続構造によれば、一次熱交換器と二次熱交換器とを併設した熱交換器において、二次熱交換器の組立、分解の作業性向上と自在化（ユニバーサル化）を実現できる。即ち、二次熱交換器の熱交管に設けられたヘッダー接続部を二次熱交換器の外壁部の特定箇所に集合して配置し、ヘッダー接続部に被加熱流体を通流させる管路を接続するヘッダーを取り付けたので、ヘッダー接続部が一箇所に集合配置され、ヘッダーの接続を簡略化することができる。
【００３０】
請求項２に係る熱交換器のヘッダー接続構造によれば、熱交換器が一次熱交換器と二次熱交換器とをユニット化しているので、両者の組立性を高め、現場施工で給湯器を容易に構成でき、狭い設置空間での組立てないし設置作業の容易化を図ることができる。
【００３１】
請求項３に係る熱交換器のヘッダー接続構造によれば、二次熱交換器に設けられた排気集合部材と熱交管の端部との間に接合した中継部材と、この中継部材の内部に挿入される挿入部を備え、この挿入部と中継部材との間に封止部材を介挿させて排気集合部材に固定するヘッダーとを備えたので、中継部材に封止部材を介挿させてヘッダーの挿入部を挿入し、ヘッダーを排気集合部材に固定することで、ヘッダーの挿入部と中継部材とを密着させることができ、接続構造が簡単で、ヘッダーの着脱の容易化を図ることができる。
【００３２】
請求項４に係る熱交換器のヘッダー接続構造によれば、ヘッダー接続部を二次熱交換器の下面側に集合配置したので、空間の利用性が高められるとともに、熱交換器の小型化を図ることができ、従来の二次熱交換器の側面側にヘッダー接続部を配置した場合に比較して機器の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱交換器のヘッダー接続構造の実施の形態として壁掛型給湯器を示し、（Ａ）はその正面から見た内部構成を示す図、（Ｂ）はその側面から見た内部構成を示す図である。
【図２】一次熱交換器ユニットと二次熱交換器ユニットとの着脱を示す図である。
【図３】二次熱交換器ユニットにおいて、ヘッダー接続構造を示し、（Ａ）はその正面から見た構成を示す図、（Ｂ）はその底面から見た構成を示す図である。
【図４】二次熱交換器ユニットにおいて、ヘッダー接続構造の側面から見た構成を示す図である。
【図５】図３（Ｂ）に示すヘッダー接続構造におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図３（Ｂ）に示すヘッダー接続構造におけるＶ−Ｖ線部分の分解断面図である。
【図７】二次熱交換器ユニットにおいて、ヘッダーの取付方向を示す図である。
【図８】熱交換器のヘッダー接続構造の実施の形態として据置型給湯器を示し、（Ａ）はその正面から見た内部構成を示す図、（Ｂ）はその側面から見た内部構成を示す図である。
【図９】従来の熱交換器のヘッダー接続構造を用いた壁掛型給湯器を示し、（Ａ）はその正面から見た内部構成を示す図、（Ｂ）はその側面から見た内部構成を示す図である。
【図１０】従来の熱交換器のヘッダー接続構造を用いた据置型給湯器の正面から見た内部構成を示す図である。
【図１１】従来の熱交換器のヘッダー接続形態を示す図である。
【符号の説明】
２　給湯器
４　熱交換器
６　燃焼排気
８　一次熱交換器ユニット（一次熱交換器）
１０　二次熱交換器ユニット（二次熱交換器）
３６　排気部（排気集合部材）
３８、４０、４２　熱交管
５０　ヘッダー
５１　接続部
６２　給水管（管路）
７８　中継部材
８２　Ｏリング（封止部材）
８６　挿入部
Ｗ　水（被加熱流体）

Claims

燃焼排気から主として顕熱を回収する一次熱交換器と、前記燃焼排気から潜熱を回収する二次熱交換器とを備えた熱交換器のヘッダー接続構造であって、
前記二次熱交換器の熱交管に設けられたヘッダー接続部を前記二次熱交換器の外壁部の特定箇所に集合して配置し、該ヘッダー接続部に被加熱流体を通流させる管路を接続するヘッダーを取り付けてなることを特徴とする熱交換器のヘッダー接続構造。
前記熱交換器が前記一次熱交換器と前記二次熱交換器とをユニット化してなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器のヘッダー接続構造。
前記二次熱交換器に設けられた排気集合部材と前記熱交管の端部との間に接合した中継部材と、
この中継部材の内部に挿入される挿入部を備え、この挿入部と前記中継部材との間に封止部材を介挿させて前記排気集合部材に固定するヘッダーと、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器のヘッダー接続構造。
前記ヘッダー接続部が前記二次熱交換器の下面側に集合配置されたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器のヘッダー接続構造。